근육 fiber를 모사한 scaffold 제작과 전기 자극을 통한 근육 재생에 관한 연구

Abstract

근육은 신체의 항상성 유지와 물질대사 등에 관여하는 중요한 조직이다. 하지만 근육이 과도한 손상이 입었을 때 스스로 완전히 회복되지 못함에 따라 근육 재생을 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 그 중 조직공학적 접근 방법으로 3D 프린팅이나, 전기방사, 표면 patterning 등을 활용하여 scaffold를 제작한 후에 Myoblast와 결합하여 Myoblast-patch를 손상된 부위에 이식하여 근육 재생을 촉진하는 방법이 있다. 또한 제작된 Myoblast-patch에 물리적 자극을 가하여 Myoblast의 분화를 촉진시키는 연구가 보고된 바가 있다. 따라서 본 실험에서는 생분해성 특성을 가진 생체적합성 재료를 사용하여 scaffold를 제작하고 immortal cell line Myoblast인 C2C12를 scaffold에 seeding하여 Myoblast-patch를 제작하였다. 그 후, 전기 자극을 주어 결과를 분석하였다. 본 연구에서는 생체적합성 재료 PCL과 유기용매인 HFIP를 사용하였고, 전기방사 기법을 활용하여 scaffold를 제작하였다. 이 때, 근육fiber를 모사한 Align한 형태의 scaffold와 Random한 형태의 scaffold로 두 그룹으로 나누어 제작하였다. 제작된 Myoblast-patch의 인장강도를 측정한 결과 Random Myoblast-patch보다 Aligned Myoblast-patch에서 더 크게 나타났다. 또한 전자주사현미경(SEM)을 사용하여 Aligned scaffold의 표면을 관찰하고 fiber의 각도를 측정한 결과 ±10도 내로 정렬된 것을 확인할 수 있었다. 제작한 Myoblast-patch의 세포 증식 정도를 확인하기 위해 CCK-8 assay를 통해 두 그룹의 Myoblast-patch의 세포 증식능을 비교하고 면역형광법을 이용하여 세포 분화능을 확인한 결과, Aligned Myoblast-patch에서 세포 증식능 및 분화능이 더 높게 나타나는 것을 확인하였다. 또한 Myoblast-patch에 Ca2+을 넣고 세포가 수축과 이완을 반복하여 운동할 때 나타나는 intensity를 비교한 결과, Random Myoblast-patch보다 Aligned Myoblast-patch에서 intensity 값이 더 크게 나오는 것을 확인하였다. 운동 시 발생하는 Myokine 인자를 관찰한 결과 전기 자극을 주지 않았을 때와 주었을 때에 육안으로 비교한 결과, 추가적인 실험 및 분석이 필요할 것으로 생각된다. 결론적으로, 본 연구를 통하여 근육 fiber를 모사한 Aligned Myoblast-patch에서 세포 증식능, 분화능, Ca2+ imaging 결과 모두 더 높게 나타났다. 따라서 Aligned Myoblast-patch가 세포배양에 더 적합하다고 판단되며, 본 연구는 근육 재생과 Biohybrid 로봇의 기초연구로 사용될 수 있을 것이라 사료된다.