조직 공학 및 재생 의학을 위한 생체 모방 천연 생체 재료: 새로운 생합성 방법, 최근 발전 및 새로운 응용 분야

군사 의학 연구 10권, 기사 번호: 16(2023) 이 기사 인용

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생체 모방 재료는 조직 공학(TE) 및 재생 의학에 대한 매력적이고 경쟁력 있는 대안으로 부상했습니다. 기존의 생체재료나 합성재료와 달리, 천연 생체재료를 기반으로 한 생체모방 스캐폴드는 세포에 생체 내 세포외 기질(ECM)을 모방하는 광범위한 생화학적, 생물물리학적 신호를 제공할 수 있습니다. 또한 이러한 재료는 기계적 적응성, 미세 구조 상호 연결성 및 고유한 생체 활성을 갖추고 있어 TE 및 재생 의학의 특정 응용 분야를 위한 살아있는 임플란트 설계에 이상적입니다. 본 논문에서는 생체모방 천연 생체재료(BNBM)의 준비, 기능, 잠재적 응용 및 향후 과제의 발전을 포함하여 BNBM(생체모방 천연 생체재료)의 최근 진행 상황에 대한 개요를 제공합니다. 우리는 BNBM 제조의 최근 발전을 강조하고 기본 ECM의 다양한 생물학적, 물리화학적 특성을 갖춘 BNBM을 기능화하고 맞춤화하기 위한 일반적인 전략을 간략하게 설명합니다. 또한 TE 애플리케이션을 위한 다목적 BNBM의 기능화 및 적용에 대한 최근 주요 발전에 대한 개요를 제공합니다. 마지막으로, 빠르게 진화하는 이 분야의 열린 도전과 미래 개발에 대한 우리의 관점을 제시하며 결론을 내립니다.

조직 공학(TE)은 생물학적 단서와 바이오스캐폴드 전략을 통합하여 결함이 있는 조직이나 기관의 구조와 기능을 복원, 보존 또는 향상시키는 것을 목표로 합니다[1,2,3]. 바이오스캐폴드는 생체 내 세포외 기질(ECM)의 구성, 구조 및 특성을 모방하여 세포에 틈새 시장을 제공하고 세포에 광범위한 생물학적 및 물리화학적 신호를 제공합니다. ECM은 조직과 기관에 기계적 지지와 구조적 완전성을 제공하기 위해 부드러움, 강인함 및 탄력성을 결합한 바이오매스 네트워크 역할을 합니다. 주로 콜라겐, 엘라스틴, 피브로넥틴과 같은 다양한 단백질이 내장된 다당류 매트릭스로 구성됩니다. ECM의 3차원(3D) 계층적 미세구조와 전기기계적 특성은 세포 표면 수용체와 결합하는 성장 인자 및 기타 신호 분자와 상호 작용하여 수송 특성, 세포 통신, 기계적 변환 및 성장 인자 신호 전달에서 필수적인 역할을 합니다.

식물, 동물, 미생물과 같은 재생 가능한 자원에서 파생된 천연 생체 재료는 독특하면서도 복잡한 구성 요소, 미세 구조 및 생리학적 특성을 매우 다양하게 나타냅니다. 이러한 물질은 기본 설정에서 다양한 기능 세트를 통해 세포 부착 및 성장에 적합한 생물학적 지원을 제공합니다[2, 4]. 따라서 천연 생체재료가 자가 또는 유전자 조작 세포로 다시 채워지면 TE 및 재생 의학의 특정 응용 분야를 위한 살아있는 임플란트 설계를 위한 이상적인 템플릿 역할을 할 수 있습니다. 결과적으로, 이들은 모양과 기계적 적응성, 미세 구조 상호 연결성 및 고유한 생체 활성으로 인해 생체 모방 TE 지지체에 적합한 선택입니다. 이는 기본 ECM을 모방합니다. 또한 이러한 생체모방 천연 생체재료(BNBM)는 잘 정의된 분자 구조와 추가 기능적 변형 및/또는 다른 재료와의 고정을 가능하게 하는 풍부한 활성 부위를 보유하여 바람직한 특성과 미세 조정된 기능을 갖춘 압도적으로 다양한 맞춤형 제품을 준비할 수 있습니다. .

그러나 천연 재료는 배치 가변성, 빠른 분해, 약한 기계적 특성 및 제한된 가공성과 같은 몇 가지 제한 사항에 직면하여 임상 번역이 느려집니다. 천연 ECM을 모방하기 위해 BNBM 기반 지지체는 우수한 물리화학적, 기계적 및 생물학적 특성을 제공하도록 맞춤화될 수 있으며, 이를 통해 세포 침투, 부착, 분화는 물론 산소 및 영양분의 전달을 지원할 수 있습니다.