조직공학용 스캐폴드 응용을 위한 광가교결합형 히알루론산-플루로닉 하이드로겔 제조 Fabrication of Elastic Hydrogel with Hyaluronic acid and Pluronic F-127 using Photo Cross-linking Method for Tissue-Engineering Scaffold원문보기
본 연구에서는광가교를 이용한 히알루론산-플루로닉 탄성 g하이드로겔 제조와 특성을 분석하여 조직공학 및 약물전달체로서 응용 가능성을 확인하였다.N-acetyl glucosamine, D-glucuronic acid의 β1-3, β1-4 연속결합으로 구성되는 선형의 다당류 히알루론산(이하 HA)은 피부와 관절 및생체 내 많은 장기의 구성성분으로써 생체 내에서 안정하다.HA는 N-acetyl glucosamine, D-glucuronicacid의 결합수에 따라 분자량이 매우 다양한데 1,000~10,000,000의 다양한 분자량을 가진다. 분자량에 따라 HA의 점성과 탄성이 달라지는데 이 때문에 분자량에 따른 사용처가 다르다. 낮은 분자량의 HA는 화장품원료로 주로 사용되며, 높은 분자량의 HA는 ...
본 연구에서는광가교를 이용한 히알루론산-플루로닉 탄성 g하이드로겔 제조와 특성을 분석하여 조직공학 및 약물전달체로서 응용 가능성을 확인하였다.N-acetyl glucosamine, D-glucuronic acid의 β1-3, β1-4 연속결합으로 구성되는 선형의 다당류 히알루론산(이하 HA)은 피부와 관절 및생체 내 많은 장기의 구성성분으로써 생체 내에서 안정하다.HA는 N-acetyl glucosamine, D-glucuronicacid의 결합수에 따라 분자량이 매우 다양한데 1,000~10,000,000의 다양한 분자량을 가진다. 분자량에 따라 HA의 점성과 탄성이 달라지는데 이 때문에 분자량에 따른 사용처가 다르다. 낮은 분자량의 HA는 화장품원료로 주로 사용되며, 높은 분자량의 HA는 유착방지제, 관절치료제 등의 의료용 분야에 사용된다.또한 높은 생체적합성과 생분해성의 특성을 가진 HA는 최근 3차원 세포배양을 위한 스케폴드(scaffold)와 인공장기, 인공관절, 인공피부 등 조직공학 분야에서 많은 연구가 이루어지고 있다. 하지만 HA는 체내에 존재하는 HA 분해효소-히알루로니다아제(hyaluronidase) 에 의해 쉽게 분해되는 성질을 가지고 있고, 높은 함수능력 때문에 쉽게 팽윤되는 단점을 가지고 있다. 이를 해결하는 방법으로는 고분자량의 HA를 사용하거나, 저분자량의 HA를 가교하여 사용하는 방법, 합성고분자와의 가교를 통한물리적 성질을 높이는 방법등이 있는데,본 연구에서는 합성고분자 플루로닉(Pluronic F-127)을 사용하여 가교시키는 방법을 사용하였다. 합성고분자 플루로닉은 대표적인 온도감응성 물질로 폴리에틸렌옥사이드(PEO)-폴리프로필렌옥사이드(PPO)-폴리에틸렌옥사이드(PEO)의 3개 블록 연속결합으로 이루어져있다. 플루로닉은분자 내 친수성(PEO) 및 소수성(PPO)부분을 가지고 있어 수용액상에서 소수성 상호작용에 의한 마이셀(micelle)을 형성한다.플루로닉은독성이 낮고 높은 생체적합성과생분해성을 가지고 있기 때문에 약물전달 및세포배양 등 다양한 바이오 의약 분야에 적용이 시도되고 응용되고 있다.이 연구에서는 생체적합성과 생분해성을 가지는 HA와 플루로닉을 광 가교하여 탄성 hydrogel을 제조하였다. 광 가교를 위해 HA와 플루로닉의히드록실기(-OH)에 아크릴 2중결합을 치환하였고 H-NMR 과 FT-IR을 통해 합성을 확인하였다.플루로닉의 농도(4, 6, 8 wt%)에 따른 탄성 hydrogel(HA-PF 4, HA-PF 6, HA-PF 8)의 점성, 탄성 계수는 레오미터(Rheometer)를 이용하여 측정되었으며, 다양한 외부적 자극에 대한 기계적 강도가 측정되었다. 제조된 HA-PF hydrogel의 내부구조는 주사전자현미경(SEM)을 통해 확인되었다. 모든 hydrogel의 내부는 작은 기공을 갖는 3차원 네트워크구조를 이루고 있었으며, 플루로닉의 농도가 증가할수록 기공의 크기는 작아지며 기공의 벽은 두꺼워지는 성향을 보였다. HA-PF hydrogel의 팽윤도(swelling ratio)와 분해도(Degradation) 분석 결과,팽윤도의 경우 플루로닉의 농도가 증가할 수록 HA-PF hydrogel의 팽윤도값은 작아졌으며, 분해도의 경우 플루로닉의 농도가 증가될수록 오랜시간 분해되지 않고 형상을 유지하는 것을 관찰할 수 있었다. HA-PF hydrogel의 세포 독성을 확인하기 위해 MDCK 세포를 이용하여 MTT assay를 수행하였다. 각각의 HA, Plu, AC-HA, Plu-DA 그리고 HA-PF 의 독성을 측정하였으며, 검사결과 모든 구성성분에서 무독성에 가까운 결과가 나왔으며 이를 통해 제조된 HA-PF hydrogel이 세포독성을 가지가 않는 것을 확인하였고 조직공학용 스케폴드로의 응용가능성을 확인하였다. 이제까지의 실험을 통해HA-PF 8 hydrogel이 조직공학용 스케폴드(scaffold)로의 기능이 가장 적합하다고 판단되었고 A-549 암세포를 사용하여 3D 세포배양을 실시하였다. HA-PF 8 hydrogel 에 주입(seed)된 세포는 공초점현미경(confocal microscopy)을 통해 관찰되었다. 배양후 처음7일간은 세포의 분화가 적게 일어났지만7일 이후 점차 분화가 활성화되고, 15일 이후부터 세포집합체를 형성하기 시작하여 21일째에는 거대한 세포집합체를 형성한 것을 확인 하였다. 이 연구를 통해 HA-PF hydrogel은 세포가 자라기 적절한 환경을 갖추고 있으며 탄성을 요구하는 조직공학용 스케폴드로의 적용을 기대할 수 있다.
본 연구에서는광가교를 이용한 히알루론산-플루로닉 탄성 g하이드로겔 제조와 특성을 분석하여 조직공학 및 약물전달체로서 응용 가능성을 확인하였다.N-acetyl glucosamine, D-glucuronic acid의 β1-3, β1-4 연속결합으로 구성되는 선형의 다당류 히알루론산(이하 HA)은 피부와 관절 및생체 내 많은 장기의 구성성분으로써 생체 내에서 안정하다.HA는 N-acetyl glucosamine, D-glucuronicacid의 결합수에 따라 분자량이 매우 다양한데 1,000~10,000,000의 다양한 분자량을 가진다. 분자량에 따라 HA의 점성과 탄성이 달라지는데 이 때문에 분자량에 따른 사용처가 다르다. 낮은 분자량의 HA는 화장품원료로 주로 사용되며, 높은 분자량의 HA는 유착방지제, 관절치료제 등의 의료용 분야에 사용된다.또한 높은 생체적합성과 생분해성의 특성을 가진 HA는 최근 3차원 세포배양을 위한 스케폴드(scaffold)와 인공장기, 인공관절, 인공피부 등 조직공학 분야에서 많은 연구가 이루어지고 있다. 하지만 HA는 체내에 존재하는 HA 분해효소-히알루로니다아제(hyaluronidase) 에 의해 쉽게 분해되는 성질을 가지고 있고, 높은 함수능력 때문에 쉽게 팽윤되는 단점을 가지고 있다. 이를 해결하는 방법으로는 고분자량의 HA를 사용하거나, 저분자량의 HA를 가교하여 사용하는 방법, 합성고분자와의 가교를 통한물리적 성질을 높이는 방법등이 있는데,본 연구에서는 합성고분자 플루로닉(Pluronic F-127)을 사용하여 가교시키는 방법을 사용하였다. 합성고분자 플루로닉은 대표적인 온도감응성 물질로 폴리에틸렌옥사이드(PEO)-폴리프로필렌옥사이드(PPO)-폴리에틸렌옥사이드(PEO)의 3개 블록 연속결합으로 이루어져있다. 플루로닉은분자 내 친수성(PEO) 및 소수성(PPO)부분을 가지고 있어 수용액상에서 소수성 상호작용에 의한 마이셀(micelle)을 형성한다.플루로닉은독성이 낮고 높은 생체적합성과생분해성을 가지고 있기 때문에 약물전달 및세포배양 등 다양한 바이오 의약 분야에 적용이 시도되고 응용되고 있다.이 연구에서는 생체적합성과 생분해성을 가지는 HA와 플루로닉을 광 가교하여 탄성 hydrogel을 제조하였다. 광 가교를 위해 HA와 플루로닉의히드록실기(-OH)에 아크릴 2중결합을 치환하였고 H-NMR 과 FT-IR을 통해 합성을 확인하였다.플루로닉의 농도(4, 6, 8 wt%)에 따른 탄성 hydrogel(HA-PF 4, HA-PF 6, HA-PF 8)의 점성, 탄성 계수는 레오미터(Rheometer)를 이용하여 측정되었으며, 다양한 외부적 자극에 대한 기계적 강도가 측정되었다. 제조된 HA-PF hydrogel의 내부구조는 주사전자현미경(SEM)을 통해 확인되었다. 모든 hydrogel의 내부는 작은 기공을 갖는 3차원 네트워크구조를 이루고 있었으며, 플루로닉의 농도가 증가할수록 기공의 크기는 작아지며 기공의 벽은 두꺼워지는 성향을 보였다. HA-PF hydrogel의 팽윤도(swelling ratio)와 분해도(Degradation) 분석 결과,팽윤도의 경우 플루로닉의 농도가 증가할 수록 HA-PF hydrogel의 팽윤도값은 작아졌으며, 분해도의 경우 플루로닉의 농도가 증가될수록 오랜시간 분해되지 않고 형상을 유지하는 것을 관찰할 수 있었다. HA-PF hydrogel의 세포 독성을 확인하기 위해 MDCK 세포를 이용하여 MTT assay를 수행하였다. 각각의 HA, Plu, AC-HA, Plu-DA 그리고 HA-PF 의 독성을 측정하였으며, 검사결과 모든 구성성분에서 무독성에 가까운 결과가 나왔으며 이를 통해 제조된 HA-PF hydrogel이 세포독성을 가지가 않는 것을 확인하였고 조직공학용 스케폴드로의 응용가능성을 확인하였다. 이제까지의 실험을 통해HA-PF 8 hydrogel이 조직공학용 스케폴드(scaffold)로의 기능이 가장 적합하다고 판단되었고 A-549 암세포를 사용하여 3D 세포배양을 실시하였다. HA-PF 8 hydrogel 에 주입(seed)된 세포는 공초점현미경(confocal microscopy)을 통해 관찰되었다. 배양후 처음7일간은 세포의 분화가 적게 일어났지만7일 이후 점차 분화가 활성화되고, 15일 이후부터 세포집합체를 형성하기 시작하여 21일째에는 거대한 세포집합체를 형성한 것을 확인 하였다. 이 연구를 통해 HA-PF hydrogel은 세포가 자라기 적절한 환경을 갖추고 있으며 탄성을 요구하는 조직공학용 스케폴드로의 적용을 기대할 수 있다.
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