약물전달시스템에서 주입형 하이드로젤은 체내 결손부위를 수복할 수 있으며 이식을 위한 수술의 필요성 최소화와, 병변 부위에 집중적으로 약물을 전달할 수 있는 장점들이 있어 고효율의 전달시스템으로 최근 많은 각광을 받고 있다. 헤파린을 이용한 약물전달시스템은 성장인자와 사이토카인 같은 단백질약물의 안정성과 생체활성 유지 및 효과적인 전달을 위한 많은 장점을 가지고 있다. 또한, 헤파린은 단백질약물과 접합력을 통해 비공유성 상호작용을 하여 전달체 내에서 약물의 안정성과 생체활성을 유지시키고 전달체로부터 확산을 지연시키기 위해 이용되고 있다. 본 연구에서는 헤파린 기반 주입형 하이드로젤을 개발하기 위해 HRP 효소 감응형 헤파린-PEG ...
약물전달시스템에서 주입형 하이드로젤은 체내 결손부위를 수복할 수 있으며 이식을 위한 수술의 필요성 최소화와, 병변 부위에 집중적으로 약물을 전달할 수 있는 장점들이 있어 고효율의 전달시스템으로 최근 많은 각광을 받고 있다. 헤파린을 이용한 약물전달시스템은 성장인자와 사이토카인 같은 단백질약물의 안정성과 생체활성 유지 및 효과적인 전달을 위한 많은 장점을 가지고 있다. 또한, 헤파린은 단백질약물과 접합력을 통해 비공유성 상호작용을 하여 전달체 내에서 약물의 안정성과 생체활성을 유지시키고 전달체로부터 확산을 지연시키기 위해 이용되고 있다. 본 연구에서는 헤파린 기반 주입형 하이드로젤을 개발하기 위해 HRP 효소 감응형 헤파린-PEG 공중합체를 합성하고, HRP 효소 반응에 의해 제조된 헤파린-PEG 주입형 하이드로젤을 이용하여 in vitro 상에서 bFGF의 방출거동 조절의 효과 및 생체적합성의 우수성과 생의학적 응용 가능성을 평가하고자 한다. 주입형 헤파린-PEG 하이드로젤을 제조하기 위해 페놀릭 공중합체 합성하였다. PEG 양 말단에 각각 아민과 tyramine(TA)를 공중합하고, 헤파린의 카르복실기와 아민 기능기를 가지는 PEG 고분자를 EDC/NHS 반응을 통해 반응시켜 결과적으로heparin-PEG-tyramine (HPT) 공중합체를 수득하였다. 합성된 HPT 공중합체의 화학적 구조 및 조성 분석을 위하여 1H NMR, UVspectrophotometer, TGA열분석법 등을 이용하였으며, in vitro 세포독성 평가를 통해 생체적합성 여부를 확인하였다. HPT하이드로젤은 H2O2 존재 하에서 HRP에 의한 효소 반응에 의해 가교된다. 젤 화 속도는 HRP의 농도에 따라 5초에서 485초로 조절이 가능하였으며, 또한 H2O2의 농도에 따라 기계적 강도가 500 Pa 에서 2500 Pa까지 가교도에 따라 조절이 가능하였다. bFGF의 방출거동을 확인한 결과, HPT와 유사한 기계적 물성을 가지는 PEG-TA하이드로젤은 1일 만에 약 53 %, 4일 만에 모든 bFGF가 방출되는 반면에HPT 하이드로젤의 경우 28일 동안 약 45 % 만이 방출되어 헤파린과 성장인자의 특이적 상호작용에 의한 서방 방출거동을 확인하였다. 결과적으로HPT 하이드로젤은 HRP에 의한 효소 감응형 주입형 하이드로젤로써 조직재생을 위한 성장인자의 방출거동을 조절하기 위한 효과적인 약물전달체로 활용 가능할 것으로 판단된다.
약물전달시스템에서 주입형 하이드로젤은 체내 결손부위를 수복할 수 있으며 이식을 위한 수술의 필요성 최소화와, 병변 부위에 집중적으로 약물을 전달할 수 있는 장점들이 있어 고효율의 전달시스템으로 최근 많은 각광을 받고 있다. 헤파린을 이용한 약물전달시스템은 성장인자와 사이토카인 같은 단백질약물의 안정성과 생체활성 유지 및 효과적인 전달을 위한 많은 장점을 가지고 있다. 또한, 헤파린은 단백질약물과 접합력을 통해 비공유성 상호작용을 하여 전달체 내에서 약물의 안정성과 생체활성을 유지시키고 전달체로부터 확산을 지연시키기 위해 이용되고 있다. 본 연구에서는 헤파린 기반 주입형 하이드로젤을 개발하기 위해 HRP 효소 감응형 헤파린-PEG 공중합체를 합성하고, HRP 효소 반응에 의해 제조된 헤파린-PEG 주입형 하이드로젤을 이용하여 in vitro 상에서 bFGF의 방출거동 조절의 효과 및 생체적합성의 우수성과 생의학적 응용 가능성을 평가하고자 한다. 주입형 헤파린-PEG 하이드로젤을 제조하기 위해 페놀릭 공중합체 합성하였다. PEG 양 말단에 각각 아민과 tyramine(TA)를 공중합하고, 헤파린의 카르복실기와 아민 기능기를 가지는 PEG 고분자를 EDC/NHS 반응을 통해 반응시켜 결과적으로heparin-PEG-tyramine (HPT) 공중합체를 수득하였다. 합성된 HPT 공중합체의 화학적 구조 및 조성 분석을 위하여 1H NMR, UV spectrophotometer, TGA 열분석법 등을 이용하였으며, in vitro 세포독성 평가를 통해 생체적합성 여부를 확인하였다. HPT하이드로젤은 H2O2 존재 하에서 HRP에 의한 효소 반응에 의해 가교된다. 젤 화 속도는 HRP의 농도에 따라 5초에서 485초로 조절이 가능하였으며, 또한 H2O2의 농도에 따라 기계적 강도가 500 Pa 에서 2500 Pa까지 가교도에 따라 조절이 가능하였다. bFGF의 방출거동을 확인한 결과, HPT와 유사한 기계적 물성을 가지는 PEG-TA하이드로젤은 1일 만에 약 53 %, 4일 만에 모든 bFGF가 방출되는 반면에HPT 하이드로젤의 경우 28일 동안 약 45 % 만이 방출되어 헤파린과 성장인자의 특이적 상호작용에 의한 서방 방출거동을 확인하였다. 결과적으로HPT 하이드로젤은 HRP에 의한 효소 감응형 주입형 하이드로젤로써 조직재생을 위한 성장인자의 방출거동을 조절하기 위한 효과적인 약물전달체로 활용 가능할 것으로 판단된다.
Injectable hydrogels have recently attracted wide attention due to the intensive delivery of drug and can fill irregular –shaped defects via minimally invasive surgery as drug delivery system. The drug delivery system that is based on heparin has been used for effective delivery of protein-based dru...
Injectable hydrogels have recently attracted wide attention due to the intensive delivery of drug and can fill irregular –shaped defects via minimally invasive surgery as drug delivery system. The drug delivery system that is based on heparin has been used for effective delivery of protein-based drugs, such as growth factor and cytokine; in addition to maintaining stability and bioactivity of the drug, heparin also binds to the protein by non-covalently interactions in the biomaterials and diffused from the matrices. In this study, in situ forming heparin conjugated PEG hydrogels via horseradish peroxidase (HRP)-mediated reaction were developed as injectable materials and the effect of controlled release of basic fibroblast growth factor (bFGF) delivery evaluated in vitro. It can be expected to lead to stabilization and sustained release behavior of bFGF for the proliferation and differentiation of the cells by the heparin-binding effect with growth factor to evaluate the biocompatibility and potential biomedical applications. For the preparation of hydrogels via HRP-mediated reaction, heparin was grafted with poly(ethylene glycol) (PEG), which was modified with a tyramine(TA). Heparin-PEG-TA (HPT) conjugates for enzyme-mediated reaction were synthesized by EDC/NHS chemistry and their chemical structures were characterized by 1H NMR, UV spectrometer, TGA and were evaluated cytotoxicity for biocompatibility in vitro. The HPT hydrogels were formed via enzyme-mediated reaction in the presence of HRP and hydrogen peroxide (H2O2). The gelation time of HPT hydrogels were ranged from 6 s to 485 s at different HRP concentrations. HPT hydrogels at different concentration of H2O2 were controlled release amount through different mechanical strength from 500 Pa to 2500 Pa. respectively. bFGF was readily encapsulated in the HPT hydrogels and 9 % of the bFGF was initially released over 1 day of the H2O2 concentration of 0.035 wt%, while 53 % of the release was faster when PEG hydrogels compare with the same mechanical strength of HPT hydrogel. The obtained results demonstrate that sustained release behavior is released by specific interaction of heparin and growth factor. Consequently, In situ cross-linkable heparin conjugated PEG hydrogel to injectable hydrogels via an enzymatic reaction may be an efficient tool to use for controlling the release behavior of growth factor for tissue regenerative medicine.
Injectable hydrogels have recently attracted wide attention due to the intensive delivery of drug and can fill irregular –shaped defects via minimally invasive surgery as drug delivery system. The drug delivery system that is based on heparin has been used for effective delivery of protein-based drugs, such as growth factor and cytokine; in addition to maintaining stability and bioactivity of the drug, heparin also binds to the protein by non-covalently interactions in the biomaterials and diffused from the matrices. In this study, in situ forming heparin conjugated PEG hydrogels via horseradish peroxidase (HRP)-mediated reaction were developed as injectable materials and the effect of controlled release of basic fibroblast growth factor (bFGF) delivery evaluated in vitro. It can be expected to lead to stabilization and sustained release behavior of bFGF for the proliferation and differentiation of the cells by the heparin-binding effect with growth factor to evaluate the biocompatibility and potential biomedical applications. For the preparation of hydrogels via HRP-mediated reaction, heparin was grafted with poly(ethylene glycol) (PEG), which was modified with a tyramine(TA). Heparin-PEG-TA (HPT) conjugates for enzyme-mediated reaction were synthesized by EDC/NHS chemistry and their chemical structures were characterized by 1H NMR, UV spectrometer, TGA and were evaluated cytotoxicity for biocompatibility in vitro. The HPT hydrogels were formed via enzyme-mediated reaction in the presence of HRP and hydrogen peroxide (H2O2). The gelation time of HPT hydrogels were ranged from 6 s to 485 s at different HRP concentrations. HPT hydrogels at different concentration of H2O2 were controlled release amount through different mechanical strength from 500 Pa to 2500 Pa. respectively. bFGF was readily encapsulated in the HPT hydrogels and 9 % of the bFGF was initially released over 1 day of the H2O2 concentration of 0.035 wt%, while 53 % of the release was faster when PEG hydrogels compare with the same mechanical strength of HPT hydrogel. The obtained results demonstrate that sustained release behavior is released by specific interaction of heparin and growth factor. Consequently, In situ cross-linkable heparin conjugated PEG hydrogel to injectable hydrogels via an enzymatic reaction may be an efficient tool to use for controlling the release behavior of growth factor for tissue regenerative medicine.
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