연골 조직 재생을 위한 콘드로이틴 설페이트 기반의 하이드로젤 합성 및 평가 : Synthesis and Evaluation of Chondroitin Sulfate-based Hydrogel for Cartilage Tissue Regeneration

국문 초록 (Abstract)

주사형의 콘드로이틴 설페이트 기반의 하이드로젤을 콘드로이틴 설페이트-아크릴레이트와 폴리에틸렌옥사이드-싸이올간의 마이클 형 첨가 반응을 통해 제조하였다. 합성된 콘드로이틴 설페이트-아크릴레이트에 대한 화학적 분석은 FT-IR, 1H-NMR, COSY NMR, 그리고 ESCA를 이용하여 ADH와 acrylic acid의 결합을 확인하였다. 젤화 경향은 전구체에서 젤로 전환되는 유변학적 변화를 관찰하여 평가하였으며, 젤화 시간은 수분이내인 것으로 확인되었다. 추가적으로 온도, pH, 그리고 농도가 젤화 시간에 미치는 영향을 평가하였으며, 높은 pH, 온도, 그리고 농도가 빠른 젤화 시간을 유도하는 것으로 확인되었다. 하이드로젤의 팽윤성을 평가한 결과 염기성 pH에 담지된 낮은 농도의 하이드로젤이 산성 pH에 담지된 높은 농도의 하이드로젤 보다 높은 팽윤성을 보였다. 팽윤하여 평형상태에 도달한 하이드로젤을 동결 건조하여 형태학적 분석을 전자현미경으로 진행하였으며, 절단면에서 표면 보다 좀더 균일한 다공성 구조를 보였으며, 기공의 크기는 8 ~ 10 um 를 나타냈다. 하이드로젤의 압축 강도는 농도에 따라 1.2 ~ 1.5 MPa를 나타냈으며, 로다민은 약물 모델로 하이드로젤에 담지 하여 방출 평가를 하였을 때, 로다민이 24시간 동안 서방출 됨을 확인하였으며, 낮은 농도의 하이드로젤에서 더 빠른 방출 경향이 나타났다. 콘드로이틴 설페이트 기반의 하이드로젤을 콘드로이티네이즈 ABC 효소로 분해 평가를 24일 동안 진행한 결과 7 % 정도 분해되는 것으로 확인이 되었다. 골세포를 이용하여 생물학적 평가를 진행하였으며, 표면에 부착된 세포는 시간이 지남에 따라 하이드로젤에서 떨어져 나가는 것으로 CCK-8 평가에 의해 확인 되었다. 표면과 내부에서 세포 생존성을 분석한 결과 표면과 내부의 세포가 모두 7일간 생존하고 있는 것으로 확인되었다. 마지막으로 세포 독성 평가를 BrdU, MTT, NR 방법 및 젤 커버링을 이용하여 평가 하였으며, 모든 평가에서 음성 대조군인 라텍스 보다 훨씬 좋은 세포 생존성을 나타내었다. 상기 평가 내용을 바탕으로 합성된 콘드로이틴 설페이트 기반의 하이드로젤은 연골 조직 재생을 위한 주사형 하이드로젤로써 높은 가능성을 지니고 있는 것으로 사료된다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract ⅰ
• Tables . ⅱ
• Figures ⅱ
• I. Introduction 1
• II. Theoretical Background . 2
• 1. Chondroitin sulfate and poly(ethylene oxide) 2
• 2. Chemical modification of CS . 4
• III. Materials and Methods 5
• 1. Materials 5
• 2. Experimental Methods 5
• (1) Modification of CS . 5
• (2) Chemical Analysis of synthesized CS-acrylate . 6
• (2-1) FT-IR spectroscopy . 6
• (2-2) 1H-NMR and COSY NMR spectroscopy 6
• (2-3) ESCA spectroscopy 6
• (3) Fabrication of CS-based hydrogel . 6
• (4) Physicochemical evaluation of CS-based hydrogel 7
• (4-1) Gelation behaviors . 7
• (4-2) Swelling behaviors . 7
• (4-3) Morphologies of CS-based hydrogel 8
• (4-4) Release behaviors 8
• (4-5) Compressive modulus of CS-based hydrogel 8
• (5) Biocompatibility of CS-based hydrogel 9
• (5-1) In vitro cell culture . 9
• (5-2) In vitro live & dead assay . 9
• (5-3) Cell proliferation 9
• (6) Cell cytotoxicity . 10
• (6-1) Methylthiazolydiphenyl-tetrazolium bromide (MTT) assay . 10
• (6-2) Bromodeoxyuridine (BrdU) assay 10
• (6-3) Neutral Red (NR) assay 10
• (6-4) Direct contact cell cytotoxicity . 11
• IV. Result and Discussion . 11
• (1) Chemical analyses of CS-derivatives . 11
• (1-1) FT-IR spectroscopy 12
• (1-2) 1H-NMR and COSY spectrum . 12
• (1-3) Chemical analysis by ESCA 14
• (2) Fabrication and physicochemical evaluation of CS-based hydrogel . 16
• (2-1) Rheological behaviors of CS-based hydrogel . 16
• (2-2) Effects of pHs and temperature on hydrogel formation . 17
• (2-3) Swelling behaviors . 18
• (2-4) Release behaviors 20
• (2-5) Compressive modulus of CS-based hydrogel 21
• (2-6) Surface and cross-section morphologies . 21
• (2-7) In vitro Ddgradation of CS-based hydrogel . 22
• (3) Biocompatibilities of CS-based hydrogel 23
• (4) Cell cytotoxicity of CS-based hdrogel 25
• V. Conclusion 27
• References . 29
• ABSTRACT . 35
• Acknowledgement (감사의 글) 36