고분자필름과 금속막 의료소재에 대한 생체적합성 및 독성 평가를 위한 새로운 세포배양시스템의 개발 및 적용

Abstract

고분자(polymer), 금속(metal), 세라믹(ceramic), 합성물(composite) 등과 같은 바이오소소재(Biomaterials)는 그들의 물리화학적 성질 때문에 의료용섬유(medical fibers), 인공혈관(artificial blood vessels), 인공관절(artificial joints), 임플란트(implants), 연조직(soft tissue), 인공성형물(plastic surgery materials) 등 의료용으로 많이 사용되며, 개발연구도 활발히 진행되고 있다. 그러나, 필름(film)이나 판(plate)형태의 바이오소재에 대한 생체적합성(biocompatibility)이나 독성(toxicity)을 포유동물세포를 이용하여 평가하는 것은 적절한 평가용 장치가 없기 때문에 매우 어려운 상황이다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해서, 본 연구에서는 고분자필름이나 금속판에 유용하게 적용할 수 있는 실리콘링, 상판(top panel), 하판(bottom panel)으로 구성된 새로운 포유동물배양시스템을 개발하고, 이를 실제 적용하고자 하였다. 개발된 시스템은 평가하고자 하는 시료를 상판과 하판사이에 조립하는 샌드위치시스템을 기반으로 한다. 세포배양장치의 조립 후, SK-MEL-2세포를 3가지 시료; Styela Clava Tunic (SCT)- PF, NaHCO₃-added SCT (SCTN)-PF, magnesium MP (MMP)에 적용하고 37℃ 이산화탄소 배양기에서 24시간과 48시간 동안 배양하였다. MTT분석결과에서, 세포생존율(cell viability)은 24시간과 48시간 동안 SCT-PF배양그룹에서 정상적으로 유지되었지만 48시간 동안 SCTN-PF배양그룹에서는 급격하게 감소되었다. 더불어, MMP배양그룹에서 세포생존율은 24시간과 48시간 배양 후에 대조군과 유사하게 유지되었다. 이러한 결과는 본 연구에서 새롭게 개발된 샌드위치형태의 포유동물세포배양장치는 고분자필름이나 금속판형태의 바이오소재에 대한 독성이나 생체적합성을 평가하기 위한 우수한 잠재력을 보유하고 있음을 제시하고 있다. Biomaterials including polymer, metal, ceramic, and composite have been widely applied for medical uses as medical fibers, artificial blood vessels, artificial joints, implants, soft tissue, and plastic surgery materials owing to their physicochemical properties. However, the biocompatibility and toxicity for film- and plate-form biomaterials is difficult to measure in mammalian cells because there is no appropriate incubation system. To solve these problems, we developed a novel mammalian cell culture system consisting of a silicone ring, top panel, and bottom panel and we applied two polymer films (PF) and one metal plate (MP). This system was based on the principal of sandwiching a test sample between the top panel and the bottom panel. Following the assembly of the culture system, SK-MEL-2 cells were seeded onto Styela Clava Tunic (SCT)-PF, NaHCO₃-added SCT (SCTN)-PF, and magnesium MP (MMP) and incubated at 37℃ for 24 hr and 48 hr. An MTT assay revealed that cell viability was maintained at a normal level in the SCT-PF culture group at 24 or 48 hr, although it rapidly decreased in the SCTN-PF culture group at 48 hr. Furthermore, the cell viability in the MMP culture group was very similar to that of the control group after incubation for 24 hr and 48 hr. Together, these results suggest the sandwich-type mammalian culture system developed here has the potential for the evaluation of the biocompatibility and toxicity of cells against PF- and MP-form biomaterials.