Studies on the Synthesis of Biomaterials as Drug Carrier and Develop Drug Delivery System and Gradient Surface Treatment for Improving Biocompatibility

Abstract

본 연구는 수많은 고분자 재료 중 생체 적합성이며 생분해성인 고분자를 설계하고 합성하여 사용목적에 맞도록 적용하는 것으로 크게 3개의 파트로 분류하겠다. 첫 번째로 폴리머릭 마이셀의 제조이다. 생체적합성 고분자인 MPEG를 개시제로 하고 생체적합성이며 생분해성인 Trimethylenecarbonate를 모너머로 하여 친수부와 소수부가 공존하는 스타 폴리머를 합성하여 난용성 약물의 전달체로서의 응용에 대해 알아보았다. 이 때 폴리머를 제조함에 있어 기존의 방법인 Sn을 포함하는 유기금속 촉매와 고온의 환경대신 새로이 개발한 산 촉매를 이용하여 실온의 환경에서 합성하였다. 기존의 방법으로 합성한 폴리머는 말단에 Sn이 남아 독성을 유발하고 반응온도 또한 고온에서 진행하므로 많은 에너지가 필요하다. 그러나 이번에 새로 개발한 방법은 유기금속 촉매가 아닌 산 촉매를 사용하여 생성물의 말단에 독성을 유발하는 Sn이 남아있지 않으며, 반응이 상온에서 진행되므로 반응에 필요한 에너지의 손실 또한 줄일 수 있었다. 이렇게 제조한 폴리머 특징을 알아보기 위해 NMR과 GPC로 분자량을 알아보았고, 마이셀의 형성특성을 알아보기 위해 물에 분산시킨 입자를 실리콘 웨이퍼위에 한 방울 떨어뜨리고 프리즈드라이어로 건조시킨 후 AFM을 이용하여 제조한 마이셀이 원형을 띄고 있다는 것을 알 수 있었다. 그리고 입자의 크기를 알아보기 위해 DLS를 이용하여 입자의 크기를 측정한 결과 각 군별로 거의 일정한 크기의 마이셀이 형성됨을 알 수 있었다. 그리고 물속에서의 특징을 알아 보기위해 파이렌을 이용하여 각 폴리머의 CMC를 측정한 결과 스타폴리머의 팔의 수 에 따라 CMC가 변화하는 것을 알 수 있었다. 이렇게 제조한 폴리머릭 마이셀은 난용성 약물을 포접시켜 약물전달체로 사용이 가능함을 짐작할 수 있었다. 두 번째로 그래디언트 고분자 표면의 제조이다. 소수성을 띄는 고분자 PE필름을 코로나 방전을 통하여 친수적으로 개질함에 있어, 하나의 샘플로 샘플의 길이에 따라 개질되는 정도를 다르게 하여 고분자 구배표면을 형성하였다. 이렇게 개질된 고분자 구배표면에 EDC와 NHS를 이용해 아마이드 결합을 형성하고 여기에 바이오틴을 결합시킨 후, 아비딘으로 코팅된 형광물질인 Q-dot을 아비딘-바이오틴 상호 결합력을 이용하여 결합시켰다. 이렇게 제조한 필름은 형광측정기를 통해 형광의 발현정도에 따라 표면이 그래디언트를 잘 이루고 있음을 알 수 있었고, 직접 세포를 배양시켜 세포의 배양이 가장 잘 되는 젖음성의 정도룰 확인하였다. 이를 통해 제조한 고분자를 사용함에 있어 어느 정도의 표면 젖음성을 가지는 재료가 가장 생체적합성을 띄는지에 대해 알 수 있었다. 마지막으로 초음파를 이용한 PLGA 마이크로 캡슐의 제조이다. PLGA가 셀을 이루고 단백질 약물이 코어를 형성하는 마이크로캡슐을 제조하여 쥐 피하에 주사하여 약물의 방출정도를 알아보고, 생체 적합성을 알아보기위해 ED1, CD4 염색을 통해 염증의 유무를 확인하였다. 또한 마이크로캡슐의 제조 시 사용한 단백질 약물의 안정성을 확인하기위해, 제조 전 후의 BSA를 채취하여 CD로서 단백질이 안정성을 가짐을 확인 할 수 있었고, 사용한 단백질 약물에 형광을 결합시킨 후 쥐의 피하에 주사하여 각각의 시간마다 미정맥에서 혈액을 채취하여 형광측정기로 형광의 정도를 측정하여 약물의 방출양을 알 수 있었으며, 형광현미경을 통해 형광의 강도가 줄어드는 것으로도 약 16일에 걸쳐 서서히 약물이 방출되고 있음을 알 수 있었다. 이러한 연구를 통해 생분해성이고 생체적합성을 띄는 고분자를 합성하여 제조한 고분자에 난용성 약물을 포접 시키거나, 경구형으로 제조하기 힘든 단백질 약물을 포접시켜 새로운 약물전달 시스템의 개발에 응용이 가능함을 알 수 있었다.

Using a mono-axial nozzle ultrasonic atomizer, we prepared BSA-FITC-loaded microcapsules consisting of a BSA-FITC core and a PLGA shell. The advantages of this mono-axial nozzle ultrasonic approach can be summarized as a simple preparation process and less stress on encapsulated proteins. The BSA-FITC-loaded microcapsules were characterized in terms of morphology, particle diameter, and BSA-FITC encapsulation efficiency. A solution containing these microcapsules could be easily injected into rats using a microsurgical needle. Importantly, we observed a sustained release of BSA-FITC from BSA-FITC-loaded microcapsules. Moreover, the initial inflammatory response declined over time. Although the initial burst of BSA-FITC may pose a challenge, we believe the results of the present study provide new options for sustained in vivo release of highly potent therapeutics, and represent a useful experimental platform for future protein delivery research.