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Title Page
Contents
1. Introduction 13
1.1. Bone tissue engineering 14
1.2. Bone graft 15
1.3. Scaffolds 18
1.4. Scaffold fabrication methods 21
1.5. Mechanical property of scaffolds 24
1.6. Magnesium in the bone tissue engineering 24
1.7. Objectives of the thesis 25
2. Fabrication of scaffolds 27
2.1. 3D scaffold Fabrication by using 3D bio-plotting system 27
2.2. Preparation of materials 28
2.3. Characterization methods of the composite scaffolds' morphology and surface property 29
2.4. Results of scaffolds' morphology and surface property 30
3. Stress analysis on scaffolds via theoretical calculation and FEM simulation 34
3.1. Theoretical approach to calculate scaffolds' mechanical behavior 34
3.2. Scaffolds' mechanical behavior by using finite elements method 45
3.3. Verification of theoretical calculation and FEM simulations 47
3.4. Verification results 49
4. Assessment of composite scaffolds for bone tissue engineering 61
4.1. Physical characterization methods of scaffold 61
4.1.1. Scaffold mechanical test 61
4.1.2. Hydrohilicity test 61
4.1.3. Magnesium ion release test 62
4.2. Biological characterization methods of scaffolds 62
4.2.1. Cell culture and seeding 63
4.2.2. Cell attachment and proliferation assays 63
4.2.3. Cell viability and cytotoxicity assays 64
4.2.4. Morphology of cell-scaffold construct 64
4.2.5. Alkaline phosphatase activity 66
4.2.6. Animal surgery 66
4.2.7. X-ray & Micro CT 68
4.2.8. Histological evaluation of H&E stain 69
4.2.9. Histological evaluation of Masson's trichrome stain 69
4.3. Physical characterization results of scaffolds 70
4.3.1. Results of scaffolds' mechanical property 70
4.3.2. Results of scaffolds' hydrophilicity 71
4.3.3. Results of composite scaffold' Mg ion release 72
4.4. Biological characterization results of fabricated 3D scaffold 73
4.4.1. Cell attachment and proliferation 73
4.4.2. Morphology of cell-scaffold construct 74
4.4.3. ALP activity 75
4.4.4. X-ray and MicroCT 76
4.4.5. H&E stain 81
4.4.6. Masson's trichrome stain 82
5. Discussion 83
6. Summary and future work 88
6.1. Conclusions 88
6.2. Future work 88
Appendix 90
A. (제목없음) 90
B. (제목없음) 107
References 111
ABSTRACT 119
Table 1. Various bone grafts and related properties 17
Table 2. Typical biodegradable polymers and related properties 20
Table 3. Comparison of typical approaches 23
Table 4. Load values obtained from Experiments and FEM simulations (strand＝300㎛) 54
Table 5. Load values obtained from Experiments and FEM simulations (strand＝400㎛) 55
Table 6. Maximum Von Mises stress obtained from FEM simulation and developed equation (strand＝300㎛) 58
Table 7. Maximum Von Mises stress obtained from FEM simulation and developed equation (strand＝400㎛) 59
Figure 1. Scaffolds in bone tissue engineering 18
Figure 2. Schematic drawing of 3D bio-plotting system 28
Figure 3. Schematic illustration of the blending system and 3D bio-... 29
Figure 4. Digital microscope image of composite scaffold 31
Figure 5. MicroCT 3D image of scaffold 32
Figure 6. (a): SEM image of fabricated MgCl₂/PCL scaffold; (b): EDS... 33
Figure 7. Diagram for simplified scaffold's compression test 35
Figure 8. (a): SEM image of cross-section of scaffold; (b): simplified of... 36
Figure 9. Diagram for scaffold's compression test 38
Figure 10. Scaffold CAD model, FEM model, and its boudary... 47
Figure 11. Photo image of compression test with high speed camera 48
Figure 12. Flow chart of verification procedure 49
Figure 13. High speed camera image for scaffold with varied... 50
Figure 14. High speed camera image for scaffold with varied... 51
Figure 15. High speed camera image for scaffold with varied... 51
Figure 16. Comparison of load values of scaffold from Experiments and... 52
Figure 17. Comparison of load values of scaffold from Experiments and... 53
Figure 18. Comparison of maximum Von Mises stress between FEM... 56
Figure 19. Comparison of maximum Von Mises stress between FEM... 57
Figure 20. Maximum Von Mises stress obtain form newly developed... 60
Figure 21. Photo image of surgery procedure 67
Figure 22. Photo image of surgery procedure 68
Figure 23. (a) Compressive stress-strain curves of PCL and MgCl₂/PCL.... 70
Figure 24. Alteration of water contact angle measured in PCL and... 71
Figure 25. The degree of Mg ion release from MgCl₂/PCL composite... 72
Figure 26. CCK-8 assays of soas2 proliferation on PCL and MgCl₂/PCL... 73
Figure 27. Observation of live/dead stain on PCL and MgCl₂/PCL... 74
Figure 28. SEM image of cell morphology on PCL and MgCl₂/PCL... 75
Figure 29. ALP assays of soas2 PCL and MgCl₂/PCL group after 1, 3, 7,... 76
Figure 30. Radiologic image of defect groups (a): after 1day of surgery;... 77
Figure 31. Radiologic image of PCL groups (a): after 1day of surgery;... 78
Figure 32. Radiologic image of MgCl₂/PCL groups (a): after 1day of... 79
Figure 33. MicroCT image of rabbit radius defect, PCL, and... 80
Figure 34. H & E staining overview and detailed investigation S,... 82
Figure 35. Masson's trichrome staining overview and detailed... 83
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인공 지지체는 골 재생에 중요한 작용을 한다. 그 작용은 구체적으로 세포의 부착, 증식 및 분화에 중요한 영향을 미친다. 이러한 중요한 역할을 진행하는 인공 지지체에 관한 연구는 아주 많이 진행 되여 왔고 아직도 많은 연구자들은 보다 아이디얼 한 인공지지체를 개발하기 위하여 심혈을 기울이고 있다. 인공 지지체의 재료로 사용되는 물질과 제조 방법이 여러 가지가 있지만 본 연구에서는 제작의 용이 성과 새로운 후보 물질 발탁의 관점에서 PCL 에 염화마그네슘을 첨가한 복합 인공 지지체를 3 차원 바이오 플로팅 시스템을 사용하여 제작하였다. 제작된 인공 지지체의 역학적 특성을 알아 보기 위하여 수식을 기반으로 한 새로운 응력 분석을 개발 하였고 개발된 평가 방법을 FEM 시물레이션과 실험을 결합하여 간접적으로 하였다. 개발된 인공 지지체의 역학적 특성 및 친수성이 증가 되는 것을 물리학적 실험을 통하여 확인 하였고 체내외에서 진행된 여러 가지 생물학 실험을 통하여 개발된 인공 지지체가 세포의 증식뿐만 아니라 분화도 촉진 시키고 골의 재생 속도가 훨씬 빨라 지는 것을 확인 하였다.
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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