yu.ac.krtranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

72
Y E U N G N A M 1 9 4 7 U N I V E R S I T Y

Upload: dominh

Post on 19-Apr-2018

220 views

Category:

Documents


5 download

TRANSCRIPT

Page 1: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Page 2: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Medical Materials Medical Materials for the Next Millenniumfor the Next Millennium

Sukyoung KimSukyoung Kim

Yeungnam UniversityYeungnam University

Metallurgy & Materials EngineeringMetallurgy & Materials Engineering

Page 3: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

What Happen During the 21th Century ?

Page 4: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Death

OldOld

IllnessIllness

InjuryInjury

LifeLife

Page 5: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr
Page 6: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Page 7: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Page 8: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Page 9: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Page 10: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Page 11: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

The Aged = Needs of Biomaterials

15.9

69.4

14.5

14.7

68.1

17.2

14.3

66.1

19.6

14.3

65

20.7

14.3

63.6

22

14.2

60.6

25.2

13.7

59.5

26.9

13.1

59.5

27.4

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030

< 일본의 향후 인구비율 >

고령인구의 증가율 (7%->14%)스웨덴 85 년영 국 45 년일 본 24 년한 국 ? 년

65 세 이상 ( 노년인구 )

15∼65 세

0∼14 세 ( 소년인구 )

( 일본 국세도회 2000/2001)

고령인구증가

질병발생빈도증가

Page 12: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Life Span & Quality by Medical Treatment

Life Span50 80

LifeQuality

과거 현재 21 세기

치료의학

예방의학 재활의학 산업적효과

Page 13: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

0

10

20

30

40

50

60

1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009

Year

Market Size(billion $)

World Market Size of Biomaterials

• 연평균 성장률 15% • 2000 년도부터는 예측한 값 ( 미국 , DATAMONITOR, Inc., 조사자료 )

Page 14: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Applications of Biomaterials

재건장치 50%

기타 10%척추 이식재 6%

외상 관련 14%

연 조직 관련 10% 관절내시경 및 스포츠약품 10%

☞ 최근 아시아를 중심으로 수요의 급증으로 세계시장이 15% 안팎의 성장을 보임 (2000 년 2 분기 , Biomet Inc. 조사 )

Page 15: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Current Trend of Bio R&D

• Gene Theraphy - Congenital Deformity/Disease

• Biomaterials - Congenital Deformity/Disease- Postnatal Deformity/Disease

Page 16: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

BiomaterialsBiomaterials

Tissue Tissue Engineering Engineering

Grafting

Current R&D Trend of Biomaterials

Natural & Artificial Biomaterials

Tissue/Organ

Scaffold

Page 17: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Page 18: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Page 19: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Page 20: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Page 21: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Organization of Human Body

Organism

Molecule

Organelle

Cell

Tissue

System

Organ

Atom

Macromolecule

Page 22: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Structure of Human bodyStructure of Human body

BodyBody

SystemSystem

Organ

Tissue

Cell Cell ++ MatrixMatrix

Page 23: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Nervous System 신경 계통

Body Systems

Integumentary System 피부 계통

Skeletal System 골격 계통

Urinary System 비뇨기 계통

Digestive System 소화기 계통

Lymphatic System 림프 계통 / 면역 (Immunity)

Endocrine System 내분비 계통

Respiratory System 호흡기 계통

Cardiovascular System 심장 계통

Reproductive System 생식 계통

Muscular System 근육 계통

Page 24: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Throx & Sternum 흉과과 흉골

Pelvis 골반Vertibra (lumbar part) 헉추 ( 요추 )

Head 두부

Femur 대퇴골

Neck 경부Temporomandibular joint 악관절

Shoulder joint 견관절

Ankle joint 거퇴관절

Elbow joint 주관절

Tibia & Fibula 경골과 비골

Hand (manus) 손Forearm 전완 (antibrachium) Hip joint 고관절

Elbow joint 주관절

Radiocarpal joint 요골수근관절

Foot 발

Arm (brachium) 상완

Shoulder girdle 상지대

Vertibra 척추 ( 경추 )(cervical part)

Intervertibral discs추간원판

Skeletons & Joints (articulations)

Page 25: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Page 26: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Functions of Bones

• Support : internal framework

• Protection : soft body organs

• Blood cell formation in marrow cavities

• Movement : body with muscle, tendon, ligament

• Storage : fat in cavities of bones Ca, P in bone self

Page 27: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr
Page 28: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr
Page 29: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr
Page 30: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

ImplantImplant

Surgical ProcedureSurgical Procedure

InflammationInflammation

Normal Wound HealingNormal Wound Healing Chronic IrritationChronic Irritation

HealingHealing Implant RemovalImplant Removalor Destructionor Destruction

Page 31: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Page 32: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Page 33: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Page 34: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Why Increase the Use of Biomaterials ?

• Increase old ages• Increase of the wounded by war/accident• Health insurance • Pursuit of better quality of life• Development of new biomaterials

& medical technology

Page 35: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Why Use the Artificial Biomaterials ?

(problems of the use of natural materials)

• Shortage of natural biomaterials• High cost• Immunologic reactions• Possible viral transmission

• Social and ethical problems

Page 36: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Hyroxyapatite, CaHyroxyapatite, Ca1010(PO(PO44))66(OH)(OH)22

Main component of bone Main component of bone and tooth mineralsand tooth minerals Ca/P ratio : 1.67Ca/P ratio : 1.67

Excellent biocompatibilityExcellent biocompatibility

Chemically similar to bonChemically similar to bon

ee ~ 97 wt % of enamel~ 97 wt % of enamel ~ 69 wt % of cortical bon~ 69 wt % of cortical bonee

InorganicInorganic69 % (HA)69 % (HA)

waterwater 9 %9 %

organicorganic(collage(collagen)n) 22 %22 %

Page 37: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Structure of Long Bone

Page 38: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Various Forms of HA for Various Forms of HA for ApplicationsApplications

Page 39: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Dental Implants by

Branemark System

Page 40: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Various Porous Coating for ImplantsVarious Porous Coating for Implants

(ref) The biomedical engineering handbook, 683 (1995)

plasma sprayed sintered wire mesh sintered beads

Page 41: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Metallic Bead Coating for ImplantsMetallic Bead Coating for Implants

Page 42: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

HA Coating for ImplantsHA Coating for Implants

Page 43: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Comparison Between Comparison Between HA Un-coated & Coated ImplantsHA Un-coated & Coated Implants

S.S.Fibrous tissue Bone

BoneHA Coated S.S.

Page 44: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Bone Bonding to HA-ImplantsBone Bonding to HA-Implants

HA

BM

150 μm

Page 45: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

BoneTiimplant

Page 46: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr
Page 47: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Page 48: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Page 49: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Ear Prosthesis using Branemark System

Page 50: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Nasal Prosthesis using Branemark System

Page 51: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Page 52: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Page 53: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Page 54: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Page 55: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Tissue Regeneration Therapy

MonoclonalMonoclonal AntibodiesAntibodies (MAb)(MAb)

Isolation andIsolation andPurificationPurification

Harvest boneHarvest bonemarrowmarrow

MSCsMSCs

MarrowMarrowMesenchymalMesenchymal

Stem Cells (MSCs)Stem Cells (MSCs)

Cryo-PreserveCryo-Preservefor future use Culture-Expanded MSCsCulture-Expanded MSCs

Repopulate marrowRepopulate marrow Push to OsteoblastPush to Osteoblast Push to ChondrocytePush to Chondrocyte

HemapoiesisHemapoiesisSupportSupport

Normal boneNormal boneHomeostasisHomeostasis(Anti-aging)(Anti-aging) MassiveMassive

bone repairbone repair

Repair cartilage Repair cartilage defectdefect

Page 56: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Porous Ceramic Assay

DispersedDispersedMarrowMarrow

DisectDisectPeriosteumPeriosteum

PorousPorousCeramicsCeramics

MSCsMSCs

PassagePassage

SubcutaneousSubcutaneous

Page 57: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Porous CMP block

Page 58: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Tissue Engineering

• Generation of new tissue substitutes for the replacement & repair

of lost or damaged tissue

Cell + Scaffold = Tissue natural ECM synthetic ECM

Page 59: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Goal of Tissue Regeneration

(Man-made) (God-made)

by tissue engineering

CellCellSynthetic ECMSynthetic ECM

CellCellNatural ECMNatural ECM

CellCellNatural ECMNatural ECM

Page 60: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Autogenic Autogenic MaterialsMaterials

Tissue EngineeredTissue EngineeredMaterialsMaterials

Osteoconductive MaterialsOsteoconductive Materials - allogenic - allogenic - synthetic - synthetic

++Osteoinductive MaterialsOsteoinductive Materials - - DBMDBM - - BMPBMP

Page 61: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Porous Ceramic Assay

DispersedDispersedMarrowMarrow

DisectDisectPeriosteumPeriosteum

PorousPorousCeramicsCeramics

MSCsMSCs

PassagePassage

SubcutaneousSubcutaneous

Page 62: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr
Page 63: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr
Page 64: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr
Page 65: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

인간유전자 구조

염기체

유전자

염색체

세포핵

Page 66: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

Genome 관련 용어(Gene + Chromosome)

• 염색체- 유전자를 담고있는 그릇으로 세포의 핵속에 위치- 부계 및 모계로부터 각각 23 개씩 모두 46 개의 염색체

• 유전자- 단백질 합성 등 생체기능을 주관하는 유전정보의 최소단위- 염기체 수천 - 수만개가 하나의 유전자를 형성- 인간에게 모두 약 10 만개의 유전자가 있다

• DNA 염기서열- 인간유전자는 약 30 억개로 네 종류의 염기체가 일정한 순서로 배열 - 유전자를 구성하는 염기체는 아데닌 (A), 구아닌 (G), 시토신 ©, 티민 (T)- 염기서열에 따랄 키와 피부색깔 등 생물학적 특성이 결정 .

Page 67: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

• 신약개발 - 백혈병 / 빈혈치료제

• 맞춤 의약품 - 개인유전자 특성에 따른 질병치료약

• 유전자 진단 및 치료 - 잘못된 유전자를 정상유전자로 대체 - 암유전자 4 만개 발견 - 각종 유전질환인자 약 8 – 10 만개

유전자 정보의 상품화

Page 68: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

유전자 지도

책 ( 지식 ) 유전자 ( 생명의 비밀 )

한글 자음모음 DNA 염기서열단어 유전자문장 단백질의 기능

Page 69: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Page 70: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Page 71: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Page 72: yu.ac.krTranslate this pageyu.ac.kr/~khcho/chap11.ppt · 2014-11-06yu.ac.kr

영 남 대 학 교YE

UN

GN

A M1 9 4 7 U N I V

ERS

ITY

Thank You 감사합니다