Development of implantable medical device by 3D bioprinting technology

Abstract

우리 몸속에는 다양한 형태의 관형 조직들이 존재하는데, 이러한 조직들은 다양한 이유 (염증, 조직손상, 암 등)에 의해 막히게 되는데, 이러한 문제는 환자들의 삶을 위협한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 존재하는 의료기기를 스텐트라고 한다. 대부분의 스텐트는 금속으로 제작되는데, 물리적인 자극을 지속적으로 주면서 조직 손상으로 인한 재협착을 야기하기도 한다. 또한, 기존의 관형 형상의 스텐트는 다양한 형태의 관형 조직에 적용하기에는 어려운 단점이 있다. 본 연구에서는 회전봉이 결합된 3D 프린팅 시스템을 이용하여 다리동맥용 생분해성 스텐트를 제작하였다. 또한, 식도 유래 바이오잉크 탑재형 스텐트를 통하여 식도염치료가 가능한 스텐트를 제작하였다. 그리고 간접방식의 3D 프린팅 기법을 이용하여 선천성무비증 환자를 위한 환자맞춤형 스텐트를 제작하였다. 종합적으로 3D 프린팅 기술과 새로운 재료를 기반으로 한 본 연구성과를 통하여, 다양한 의료기기 개발 및 의공학분야의 발전으로 이어질 것으로 기대합니다.

There are various tubular type tissues in our body, and these tissues are blocked for various reasons (inflammation, tissue damage, cancer, etc.), which can threaten the patient’s life. In order to overcome the symptoms of stenosis, patency is secured by using a medical device called “stent”. Most of stents are made of metal, which is advantageous for long time tissue expansion. However, the strong mechanical properties of metals can cause physical irritation and damage to tissues that exist for lifetimes in the body. This may cause restenosis or perforation in tissues in the clinic. In addition, since most of the stents are in the form of a cylinder, its use is limited. Conventional cylindrical stents can be difficult to be used for insertion into complex tubular shapes. In this study, we developed a rotating rod combined 3D printing system (2RPS) for direct printing based on 3D printing technology and developed a bioresorbabel stent to overcome stenosis that can occur in femoral-iliac artery. We also developed an esophagus-derived decellularized extracellular matrix loaded esophagus stent that has a therapeutic function for radiation esophagitis. Indirect printing method was developed and applied to the patient-specific nasal implant (Nergui's stent) for patients with congenital arhinia. Taken together, such achievements on 3D printing technologies and materials are expected to contribute to the development of various medical devices and further advance the research field of biomedical engineering.