초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 진피 및 표피 재생을 위한 하이드로젤 및 나노섬유를 최적화하고 이를 이용하여 전층피부 재생을 위한 다층구조의 생체모방 복합(하이브리드)지지체를 개발하고자 하였다. 가수분해 및 화학적 개질을 이용하여 다양한 물성의 실크 피브로인 하이드로젤을 제조하는 방법을 확립하였고 인간모발유래 케라틴 및 실크 피브로인 나노섬유 층을 제조하고 항균성 펩타이드를 고정화하는 방법을 확립하였고 표피재생용 지지체로서의 성능을 평가하였다. 또한 나노섬유와 하이드로젤을 이용하여 전층피부 재생을 위한 이중층 하이브리드 지

연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 진피 및 표피 재생을 위한 하이드로젤 및 나노섬유를 최적화하고 이를 이용하여 전층피부 재생을 위한 다층구조의 생체모방 복합(하이브리드)지지체를 개발하고자 하였다. 가수분해 및 화학적 개질을 이용하여 다양한 물성의 실크 피브로인 하이드로젤을 제조하는 방법을 확립하였고 인간모발유래 케라틴 및 실크 피브로인 나노섬유 층을 제조하고 항균성 펩타이드를 고정화하는 방법을 확립하였고 표피재생용 지지체로서의 성능을 평가하였다. 또한 나노섬유와 하이드로젤을 이용하여 전층피부 재생을 위한 이중층 하이브리드 지지체를 제조하는 방법을 확립하였고 그 성능 및 응용가능성을 평가하였다.

연구결과
먼저 진피재생을 위한 최적의 실크 하이드로젤 제조 조건을 확립하기 위하여 (1) 실크 피브로인 단백질의 분자량을 조절하고 분자량 변화에 따른 물리적 특성 변화를 분석하여 분자량 범위 설정, 광투과성 조절 가능성을 살펴보았고 (2) 실크 세리신 단백질의 함유에 따른 실크 하이드로젤의 물리적, 화학적 특성을 평가하였을 뿐 아니라, (3) 실크 피브로인을 노보닌으로 개질한 SF-NB와 PEG-NB를 이용하여 가수분해에 의해 네트워크 분해가 가능한 광과교 하이브리드 하이드로젤을 제조하고 혼합농도에 따른 하이드로젤의 특성 변화를 확인하였다. 그리고 (4) 세포배양을 통해 진피재생용 지지체로서의 성능을 평가하여 최적의 진피재생용 실크 하이드로젤 제조 조건을 확립하고자 하였다. 또한 표피재생을 위한 최적의 나노섬유를 제조하기 위하여 (1) 모발 케라틴 추출법을 확립하고 케라틴 수용액을 전기방사법에 의해 나노섬유를 제조한 후, (2) 각질형성세포의 증식, 분화거동을 평가하여 케라틴 나노섬유의 표피재건 효과 및 표피재생용 기질로서의 활용가능성을 살펴보았다. 그리고 (3) 실크 피브로인 나노섬유에 항균성 펩타이드를 고정화하는 조건을 확립하고 박테리아 사멸 실험과 세포실험을 통하여 항균성 펩타이드가 박테리아는 사멸시키면서도 세포의 분화에 도움을 주는 최적의 고정화 조건을 확립하였다. 이러한 최적화 과정을 거친 진피 및 표피 재생용 소재를 복합화하여 다층구조의 고기능성 복합소재를 개발하고자 하였다. (1) 다층구조의 지지체를 제조하고 구조분석, 물성측정을 통하여 최적의 복합화 기술을 통해 이중층 지지체를 제조하였다. (2) 하이드로젤에는 섬유아세포를 담지하고 나노섬유에는 각질세포를 공배양하여 이중층 복합소재의 성능을 평가하였으며 동물실험을 통해 복합소재의 응용성을 평가하였다.

연구결과의 활용계획
실크 단백질의 분자량 조절과 화학적 개질을 통한 하이드로젤 제조 기술 확립은 실크 단백질의 활용가능성을 더욱 높여줄 뿐만 아니라 공정의 효율성과 편의성도 향상시켜 줄 것이다. 이러한 연구결과는 실크 단백질의 생체재료로서의 활용성을 높일 뿐만 아니라 산업화 측면에서도 유용하게 적용될 것으로 보인다. 또한 인간모발 유래 케라틴 나노섬유의 제조 및 이를 이용한 표피재생 소재로의 성능 확인은 새로운 천연소재의 시장을 형성할수 있을 것으로 보이며, 항균성 펩타이드를 이용하여 항균성과 세포 분화 증진효과를 동시에 얻을 수 있는 연구도 더욱 활성화 될 것이다. 아울러 나노섬유와 하이드로젤의 복합소재의 개발을 통해 단백질을 이용한 생체모방 복합소재 제조 기술을 선점하고 융합연구를 극대화함으로써 고성능 전층피부 재생용 제품 개발이 가능할 것으로 기대된다.

( 출처 : 한글요약문 4p )

Abstract ▼

Purpose&contents
In this study, we have hybridized hydrogel and nanofibers for dermal and epidermal regeneration, to develop multi-layer biomimetic hybrid scaffold for full-thickness skin graft. A method for producing silk fibroin hydrogels of various physical properties has been established usin

Purpose&contents
In this study, we have hybridized hydrogel and nanofibers for dermal and epidermal regeneration, to develop multi-layer biomimetic hybrid scaffold for full-thickness skin graft. A method for producing silk fibroin hydrogels of various physical properties has been established using hydrolysis and chemical modification. Moreover,a method for preparing a human hair keratin and silk fibroin nanofiber layer with immobilizing antimicrobial peptides has been established. Finally, a method for fabricating a bi-layer hybrid support for full-thickness skin graft was developed using nanofibers and hydrogels, and its performance and applicability were evaluated.

Result
In order to establish optimal silk hydrogel manufacturing conditions for dermis regeneration, molecular weight was controlled and the change of physical properties according to molecular weight was analyzed. The physical and chemical properties of silk hydrogels were evaluated according to the content of silk sericin protein. The photo-crosslinked hydrogel were prepared by using SF-NB and PEG-NB, and the hydrogel properties were varied according to the concentration. In addition, we tried to establish optimal conditions for the preparation of silk hydrogel to regenerate dermis by evaluating the performance as supporting for dermal regeneration through cell culture. In order to prepare the optimal nanofibers for the epidermal regeneration, human hair keratin nanofiber was prepared by electrospinning, and then the proliferation and differentiation behavior of the keratinocyte were evaluated. In addition, the conditions for immobilizing antimicrobial peptides on silk fibroin nanofibers were established. We tried to develop multi-layered high performance scaffold by hybridizing those materials. A multi-layered scaffold was prepared, and its structure and properties were measured. The performance of the multi-layered scaffold was evaluated by co-culture of fibroblasts in the hydrogel and keratinocytes in the nanofibers. The applicability of the composite material was evaluated through animal experiments.

Expected Contribution
Establishment of silk hydrogel manufacturing technology through molecular weight control and chemical modification not only improves the utilization of silk protein but also can improve process efficiency and convenience. These results suggest that silk protein can be used in biomaterial application as well as industrial field more diversely and usefully. In addition, the fabrication of human hair keratin nanofibers and its excellent performance for regenerating epidermis are expected to provide a new market for natural biopolymer application. Especially, new research area can be constructed on antimicrobial peptide application of the scaffolds due to the antimicrobial activity and cell differenciation promoting effect. Conclusively, it is expected that development of high performance full-thickness skin graft product by pre-empting biomimetic hybrid system manufacturing technology will be possible with the composite of nanofiber and hydrogel using the proteins.

( 출처 : SUMMARY 5p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 38
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 41
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 41
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 42
• 8. 참고문헌 ... 42
• 9. 연구성과 ... 43
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 45
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 45
• 12. 기타사항 ... 47
• 별첨1 : 대표연구실적 ... 48
• 별첨2 : 세부 목표 관련 증빙 ... 52
• 끝페이지 ... 60