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문제 정의
- 나노파이버 매트에서 Rhodamine B의 방출량을 PCL 나노파이버의 방사 적층 두께에 따라 시간별로 측정하였으며 적층 두께의 증가 등에 따라 Rhodamine B의 방출량 및 거동이 서로 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한, peptide를 PEO 와 동시 전기방사시켜 peptide가 방출되는 거동을 확인하였고 PCI7 peptide/PEO/PCL 시스템에서 방출된 peptide를 약물로써 사용할 수 있는지 확인하기 위하여 그 활성을 antibacterial activity assay를이용흐] 여 측정하였다. 실험 결과 빙출된 후 peptide의 활성도가 전혀 감소되지 않았으며 PCL°] 적층 두께에 따라 Rhodamine B의 방출 거동과 유사하게 peptide가 방출되는 양을 조절할 수 있을 것으로 예상된다 이를 이용하여 원하는 농도 시간에 따라 약물을 방출시킬 수 있는 새로운 약물전달시스템의 매개체로 사용할 수 있을 것으로 예상된다.
제안 방법
- 나노파이버의 직경을 측정하기 위하여 sputte!'(E-HWQ Hitachi) 를 사용하여 15 mA로 60초 동안 1 nm의 백금(pt) 코팅을 하였으며 주사전자현미경 (SEM, S-4800, Hitachi) 을 이용하여 1000 배에서 나노파이버를 관찰하였다. 방출된 Rhodamine B의 양을 측정하기 위해 pH 74의 phosphate buffer (PBS) 에 넣어 상온에서 방출되는 양을 시간별로 회수하여 spectrophotometer# 사용하여 543 nm의 파장에서 주기적으로 측정하였다 "
- ) 및 3rd distilled water를 용매로 사용하였다. DDS 의 약물로 사용된 peptide는 Helicobacter pylori를 origin으로 하며 amino sequence를 일부 치환하거나 N, C-terminal에서부터 일부를 제거하여 항생제의 효과를 증가시키며 in vitro에서 그 독성을 최소화할 수 있도록 조절한 합성 peptide, HPA3NT3 (amino acid sequence: FKRLKKLFKKIWNWK) 항생펩타이드(antibacterial peptide) 이며, 전기방사에서 고분자 물질과 함께 방사한 후 이용하였고 방사된 peptide의 횔성도를 측정함으로써 나노파이버를 전기방사할 때 전기장이 약물의 활성도에 미치는 영향을 실험하였다가
- Antibacterial Activity Assay. DDS로 사용하기 위해 방사된 peptide (HAPA3NT3)의 활성을 측정하였다 측정 방법에 사용된 박테리아는 E.coli를 각각 cfu/mL 이용하였으며 37 ℃에서 Luria-Bertani(LB) agar 배지에 24시간 동안 배양하여 colony의 형성을 관찰하였다. Normal peptide와 released peptide를 1%의 bactopeptone에 동일 농도로 희석을 후 E.
- coli를 각각 cfu/mL 이용하였으며 37 ℃에서 Luria-Bertani(LB) agar 배지에 24시간 동안 배양하여 colony의 형성을 관찰하였다. Normal peptide와 released peptide를 1%의 bactopeptone에 동일 농도로 희석을 후 E.coli를 혼합하였으며 이를 배지에 도말하여 세포의 성장을 관찰하였다.
- PCL/Rhodamine B/PEO/PCL 시스템에서 PCL층의 두께를 다르게 함으로써 약물의 방출량을 조절할 수 있음을 확인하였고, 이에 따라 항생 단백질을 이용하여 방출량 및 활성을 측정하기 위하여 다음과 같은 조건으로 실험을 하였다(Table 2).
- Peptide의 방출 시간을 조절하기 위하여 PCL층의 적층 시간을 줄임으로써 빠른 시간 내에 peptide가 방출되도록 하였다. Figure 4는 peptide의 방출거동을 도시한 그래프이다.
- PeBide 의 경우는 10 mg을 PEO solution과 혼합하여 사용하였다. 기본적인 전기방사장치의 구성 요소로는 고전압공급장치 high voltage power supply, HVPS, SHV200 40 kV/5 mA, Convertech), 시린지 펌프(syringe pump, model 781100, KDScience), 노즐(nozzle), 콜렉터 (collector) 를 사용하였으며 노즐의 위치는 콜렉터로부터 150 mm 떨어진 곳에서 지면과 수직으로 방사하였고 각각의 고분자를 일정 시간 동안 방사하여 적층하는 방식을 사용하였다(Figure 1).
- 나노파이버의 직경을 측정하기 위하여 sputte!'(E-HWQ Hitachi) 를 사용하여 15 mA로 60초 동안 1 nm의 백금(pt) 코팅을 하였으며 주사전자현미경 (SEM, S-4800, Hitachi) 을 이용하여 1000 배에서 나노파이버를 관찰하였다. 방출된 Rhodamine B의 양을 측정하기 위해 pH 74의 phosphate buffer (PBS) 에 넣어 상온에서 방출되는 양을 시간별로 회수하여 spectrophotometer# 사용하여 543 nm의 파장에서 주기적으로 측정하였다 "
- 본 연구에서는 전기방사공정을 이용하여 PCL, PEO/Rhodamine B를 나노파이버 매트로 만들었으며, 상온의 PBS에서 Rhodamine B의 방출양을 시간에 따라 측정, DDS로써 사용 가능성이 있는 나노 파이버 매트를 제작하였다. 나노파이버 매트에서 Rhodamine B의 방출량을 PCL 나노파이버의 방사 적층 두께에 따라 시간별로 측정하였으며 적층 두께의 증가 등에 따라 Rhodamine B의 방출량 및 거동이 서로 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
- 본 연구에서는 제조 방법이 어려운 기존의 나노파이버의 core/shell 구조를8 이용한 약물전달시스템을 사용하지 않고, 매트형태의 나노 파이버를 친수성의 고분자 물질과 함께 방사하여 제작하였고 이들에 대한 약물의 방출을 소수성의 고분자 나노파이버 매트를 이용하여 조정하는 시스템을 사용하였다 사용된 고분자 물질은 생체적합성 및 생분해성 고분자인 PCJR- PEO를 전기방사 공정을 통하여 Rhodamine B와 같이 전기방사하여 in vitro로 상태에서 시간이 경과함에 따라 Rhodamine B의 방출되는 잉을 측정함으로써 약물전달시스템으로서의 효용성을 확인하였다.9 PCWhodamine B/PEO/PCL의 전기방사의 시간을 통한 두께 조절을 통하여 약물전달 거동을 확인하였다 또한, 실제 peptide# PEO와 동시 전기방사를 함으로써 peptide가 방출되는 거동을 확인할 수 있었다.
- 그 이유는 PEO/RM solution의 전기전도도가 PCL보다 훨씬 높기 때문일 것으로 예상되었다. 이러한 whipping 영역에 따른 제작된 나노파이버의불균일성을 극복하기 위하여 plate collector# 0.3783 m/sec의 속도로 회전을 시켜 유니폼한 형태의 매트를 제작하였다.
- 제작된 PCL 나노파이버는 직경이 마이크로/나노 크기로 만들어졌으며 각 조건에서 나노파이버의 평균직경은 약 0.75~1 jim 정도의 범위를 가졌으며 전자현미경을 이용하여 얻어진 전기방사 나노 파이버 이미지를 통하여 나노파이버의 직경을 측정하였다. 제작된 PEO/ Rhodamine B의 파이버 평균 직경은 500 nm임을 알 수 있었다.
대상 데이터
- 재료. 본 연구에서는 PCL(Mw=80000, Aldrich) 과 PEO(Mw = 900000, Aldrich), Rhodamine B(Mw=479.02, Fluka)를 사용흐]였으며 DMF(AeAe-dimetyl formamide, Junsei Chemical co.), MC (methylene cHoride, Junsei Chemical co.) 및 3rd distilled water를 용매로 사용하였다. DDS 의 약물로 사용된 peptide는 Helicobacter pylori를 origin으로 하며 amino sequence를 일부 치환하거나 N, C-terminal에서부터 일부를 제거하여 항생제의 효과를 증가시키며 in vitro에서 그 독성을 최소화할 수 있도록 조절한 합성 peptide, HPA3NT3 (amino acid sequence: FKRLKKLFKKIWNWK) 항생펩타이드(antibacterial peptide) 이며, 전기방사에서 고분자 물질과 함께 방사한 후 이용하였고 방사된 peptide의 횔성도를 측정함으로써 나노파이버를 전기방사할 때 전기장이 약물의 활성도에 미치는 영향을 실험하였다가
- 실험 조건 및 장비. 전기방사를 위한 고분자 용액은 8 wt% PCL, 73.55 wt% MC, 18.45 wt% DMF를 사용하였고 2 wt% PEO와 0.01 wt% Rhodamine B, 98 wt% 3rd DW를 혼합하여 사용하였다. PeBide 의 경우는 10 mg을 PEO solution과 혼합하여 사용하였다.
성능/효과
- 효용성을 확인하였다.9 PCWhodamine B/PEO/PCL의 전기방사의 시간을 통한 두께 조절을 통하여 약물전달 거동을 확인하였다 또한, 실제 peptide# PEO와 동시 전기방사를 함으로써 peptide가 방출되는 거동을 확인할 수 있었다.
- 매트를 제작하였다. 나노파이버 매트에서 Rhodamine B의 방출량을 PCL 나노파이버의 방사 적층 두께에 따라 시간별로 측정하였으며 적층 두께의 증가 등에 따라 Rhodamine B의 방출량 및 거동이 서로 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한, peptide를 PEO 와 동시 전기방사시켜 peptide가 방출되는 거동을 확인하였고 PCI7 peptide/PEO/PCL 시스템에서 방출된 peptide를 약물로써 사용할 수 있는지 확인하기 위하여 그 활성을 antibacterial activity assay를이용흐] 여 측정하였다.
- 나노파이버가 방사되는 초기젯 (initial jet) 및 whipping motion을 비교하였을 때 PCL과 PEO/RM 모두 initial jet의 길이는 약 81 mm 로 큰 차이가 없는 것을 실험상으로 확인하였으며 그와 대조적으로 각각의 whipping motion의 경우는 그 영역에 있어 많은 차이를 보였다. PCL solution의 경우는 약 52 mm로 측정되었으며 PEO의 경우는 160-200 mm로 약 3배에서 4배 이상의 차이를 보였다.
- 인체에 투여하는 기술 개발이 이슈가 되고 있다. 또한, 새로운 약물전달시스템은 기존의 약물투여 방식에 비해 약물 방출의 농도 및 시간 등을 조절할 수 있는 기능을 제공한다.
- 제작된 PEO/ Rhodamine B의 파이버 평균 직경은 500 nm임을 알 수 있었다. 매트의 두께는 적층 시간이 증가함에 따라서 두꺼워지는 것을 확인하였으며 적층 시간에 2차 함수 형태로 증가되었다. 이러한 이유는 시간이 증가함에 따른 제작된 나노파이버의 전하량이 계속 쌓이면서 발생된 원인으로 예상된다.
- B의 방출량을 측정한 결과이다. 시간이 경과함에 따라서 Rhodamine B의 방출량이 증가하는 것을 확인하였으며, PCL층의 적층 시간을 통하여 제작된 다양한 두께에 따라 그 방출량 및 방출 거동이 얻어짐을 알 수 있었다 방출되는 Rhodamine B의 양을 시간에 따라 spectrophotometer를 이용하여 즉정하였으며 방출량은 시간이 증가함에 따라 그 양이 축적되어 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
- 75~1 jim 정도의 범위를 가졌으며 전자현미경을 이용하여 얻어진 전기방사 나노 파이버 이미지를 통하여 나노파이버의 직경을 측정하였다. 제작된 PEO/ Rhodamine B의 파이버 평균 직경은 500 nm임을 알 수 있었다. 매트의 두께는 적층 시간이 증가함에 따라서 두꺼워지는 것을 확인하였으며 적층 시간에 2차 함수 형태로 증가되었다.
후속연구
- 실험 결과 빙출된 후 peptide의 활성도가 전혀 감소되지 않았으며 PCL°] 적층 두께에 따라 Rhodamine B의 방출 거동과 유사하게 peptide가 방출되는 양을 조절할 수 있을 것으로 예상된다 이를 이용하여 원하는 농도 시간에 따라 약물을 방출시킬 수 있는 새로운 약물전달시스템의 매개체로 사용할 수 있을 것으로 예상된다. 또한 환자의 환부에 약물이 함유된 나노파이버 패치를 사용할 때 나노파이버의 자체의 보호 및 필터 기능으로 인하여 세균 감염을 막을 수 있으몌2 한번의 시술로 효과적, 지속적으로 약물전달을 할 수 있을 것으로 예상된다.
- 또한, peptide를 PEO 와 동시 전기방사시켜 peptide가 방출되는 거동을 확인하였고 PCI7 peptide/PEO/PCL 시스템에서 방출된 peptide를 약물로써 사용할 수 있는지 확인하기 위하여 그 활성을 antibacterial activity assay를이용흐] 여 측정하였다. 실험 결과 빙출된 후 peptide의 활성도가 전혀 감소되지 않았으며 PCL°] 적층 두께에 따라 Rhodamine B의 방출 거동과 유사하게 peptide가 방출되는 양을 조절할 수 있을 것으로 예상된다 이를 이용하여 원하는 농도 시간에 따라 약물을 방출시킬 수 있는 새로운 약물전달시스템의 매개체로 사용할 수 있을 것으로 예상된다. 또한 환자의 환부에 약물이 함유된 나노파이버 패치를 사용할 때 나노파이버의 자체의 보호 및 필터 기능으로 인하여 세균 감염을 막을 수 있으몌2 한번의 시술로 효과적, 지속적으로 약물전달을 할 수 있을 것으로 예상된다.
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