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캡스톤디자인경진대회

캡스톤디자인이란 1~2학년 동안 배운 전공 교과목 및 이론 등을 바탕으로, 산업체(또는 사회)가 필요로 하는 과제를 대상으로 3학년 이상 학생들이 스스로 기획과 종합적인 문제해결을 통해 창의성과 실무능력, 팀워크, 리더십을 배양하도록 지원하는 정규교과목입니다

동상

■ 캡스톤디자인경진대회 ■

인공 모낭 몰드 제작

FLY(Face Line Youth) / 캡스톤디자인2

융합신소재공학전공

지도교수

성건용

학부명

과제 목적

HSCs(Human Skin Constructs : 인간 피부 구조)는 심각한 피부 손상을 입은 환자에게 효과적인 치료법을 제공하거나 피부 질환에 대한 약물 검사를 가능하게 할 잠재력을 가지고 있다. 여기서 HF(Hair Follicle : 모공)과 같은 피부의 부속 기관을 HSCs에 통합하는 것이 중요한 과제로 여겨지고 있다. Columbia Uni. Team의 피부과학 부서에서 3D printing mold를 DPC(Dermal papilla cell : 진피 유두 세포)가 정확한 위치에만 seeding 되어야 하는데, 팁과 주사기를 이용하면 원하는 위치에 정확히 seeding 하기 어려울 뿐 아니라 재현한 3D 세포 조직에 물리적인 손상을 일으킬 수 있다는 문제점을 발견하였다. 우리 FLY Team은 3D Printer 기술을 이용하여 위 문제점을 해결할 수 있는 mold를 만들어 더욱 손쉽게 HF의 미세 환경의 3D 세포 조직을 만들 수 있도록 했다

과제 내용

Columbia Uni. Team에서 만들었다고 발표된 몰드는 Fig. 1.a과 같이 255HF/〖cm〗^2라고 명시했지만, 직접 3D modeling을 해 본 결과 Fig. 1.b와 같이 니들 사이의 거리가 좁아 3D printer를 이용하여 프린트 할 수 없었다. 위 문제점을 해결하기 위해서 Fig. 2와 같이 Columbia Uni. Team의 mold 중 단위 면적당 HF의 수가 한 단계 적은 81HF/〖cm〗^2를 채택했다. 위 mold를 이용하여 3D 세포 조직을 만들어 DPC를 Seeding하면 팁이나 주사기를 사용하여 seeding을 하여야 하는데, 원하는 위치에 정확히 seeding 하기 어려울 뿐 아니라 재현한 3D 세포 조직에 물리적인 손상을 일으킬 수 있다는 문제점이 존재한다. 따라서 이 문제점들을 해결하기 위해서 Fig. 3과 같이 개선된 mold를 디자인하였다. 이 pipetting guiding mold는 Bottom mold 역할을 하고 Columbia Uni. Team의 81HF/〖cm〗^2 mold가 Top mold의 역할을 해서 함께 결합하여 콜라겐에 넣어 gelation한 후에 Top mold의 역할을 하는 Columbia Uni. Team의 mold를 제거한 후 Bottom mold 역할인 pipetting guiding mold 위에 DPC를 seeding 함으로써 정확한 위치에만 seeding할 수 있고 barrier역할을 하여 팁과 바늘로부터 물리적인 손상을 막을 수 있을 것으로 예상했다. (Fig. 4.a, Fig.4.b) Fig. 4.b의 결합된 pipetting guiding mold와 Columbia Uni. Team의 81HF/〖cm〗^2 mold 두 가지를 실험하여 문제점이라고 여겨지는 팁과 주사기로 인한 물리적인 손상과 원하는 위치에 seeding이 되지 않는 것이 해결 되었는지 확인해 보았다. Fig. 5을 이용하여 DPC를 수채물감으로 대체하여 주사기를 이용해 주입했다. 결과로 Fig. 6를 확인할 수 있었다. 육안으로 관찰 시 Fig. 6는 seeding 구역이 아닌 다른 곳에도 염색된 것이 관찰할 수 있다. Fig. 6. b는 관찰 시 seeding 구역만 염색된 것을 관찰할 수 있다. 육안으로도 FLY Team mold가 Columbia Uni. Team mold의 문제점을 개선하였단 것을 알 수 있다. 광학현미경(x5)으로 더 자세히 관찰한 결과 Fig. 7과 같이 나타났다. Fig. 7.a는 예상했던 것처럼 seeding 시 니들 구멍에 최대한 가까이 주입한 결과 side 부분에 손상과 seeding 구역이 아닌 곳에도 seeding 된 것을 관찰할 수 있다. 반면 Fig. 7.b는 seeding 구역에만 seeding 잘된 것을 관찰할 수 있었으며 손상에 대해 정확하게 확인하기위해서 배율을 10배로 변경하고 초점 변화를 이용하여 관찰하였다. (Video 1)

활용방안 및 기대 효과

현재 상용화된 모발이식은 뒷 머리를 다른 곳으로 이식하는 것으로, 전체적인 모발량은 변하지 않는다는 명확한 한계점이 존재한다. 개선되어 제작된 mold로 모낭을 생성하여 모발을 배양한다면 새로운 모발을 이식할 수 있게 됨으로서 모발량의 절대치 자체를 늘릴 수 있다고 기대된다. 또한 Columbia Uni. Team의 몰드를 사용하여 HF(Hair Follicle: 모공) 생성 후 seeding시 피펫의 팁과 주사기를 사용하여야 한다. 이때 조직손상 없이 정확한 위치에 seeding을 하는 것이 어렵다는 문제점을 발견하였다. FLY team에서 보완한 mold을 사용하면 정확하게 모낭에 seeding 하도록 개선할 수 있으며, HSCs(Human Skin Constructs: 인간 피부 구조)에 피부 부속 기관을 조직 손상 없이 통합시킬 수 있을것이다. 이것이 상용화에 성공한다면 탈모 치료 분야에 획기적인 선을 그을 수 있을것이라 기대된다