Fabrication and Characterization of PCL/gelatin Nanofibrous Scaffolds Incorporating Polydeoxyribonucleotides Extracted from Patiria pectinifera for Wound Healing Application
- Alternative Title
- 별불가사리 유래 폴리데옥시리보뉴클레오티드 융합형 피부 재생용 폴리카프로락톤/젤라틴 기반 나노파이버 제작 및 특성 분석
- Abstract
- 본 연구에서는 미활용 자원이자 해적 생물인 별불가사리(Patiria pectinifera)로부터 DNA 중합체로서 뛰어난 피부재생 효능을 지닌 폴리데옥시리보뉴클레오티드(Polydeoxy-ribonucleotide; PDRN)를 확보하였다. 인간 유래 섬유아세포(Human dermal fibroblast, HDF)와 인간 유래 각질세포(Human keratinocytes, HaCaT)에 대한 별불가사리 폴리데옥시리보뉴클레오티드(PDRN) 의 증식 및 독성을 평가한 결과, HDF에 대해 5일차에서 유의적인 세포 증식 효능을 보였고 HaCaT에 대해서는 독성을 나타내지 않음을 확인하였다. 이후 피부재생에 관여하는 콜라겐 생성량을 HDF 내에서 확인한 결과 50 μg/ml 농도 이상의 PDRN을 처리할 시 유의적으로 콜라겐 생성을 촉진시켰다. 최근 각광받는 전기방사 기술을 활용하여 제작된 폴리카프로락톤(Polycaprolactone; PCL)/젤라틴(Gelatin; Gel) 기반 나노멤브레인에 별불가사리 PDRN을 융합시킨 나노멤브레인 형태의 피부재생용 상처드레싱을 설계 및 제작하였다. 제작된 모든 나노멤브레인(P, PG, PGP)은 각각 약 0.58 ± 0.20, 0.44 ± 0.15, 그리고 0.33 ± 0.09 μm의 평균 직경을 가지고 있다. 만능재료시험기(Universal testing machine; UTM)을 활용하여 제작된 나노멤브레인의 인장 특성을 분석한 결과, PCL 나노멤브레인과 비교하여 PCL/Gel과 PCL/Gel/PDRN 나노멤브레인의 인장력이 유의적으로 증가하였다. 이후 HDF와 HaCaT에 대해 나노멤브레인들의 독성을 평가한 결과, 모든 나노멤브레인에서 독성을 보이지 않았다. 피부 결손 마우스 모델에서의 피부 재생 효능을 확인한 결과, 육안적 관찰 및 조직학적 분석을 통해 PDRN 함유 나노멤브레인의 피부 재생 효능을 확인하였다. 따라서, 본 연구를 통해 제작된 PGP 나노멤브레인은 미활용 해양 생명 자원의 조직공학적 활용가능성과 별불가사리 PDRN을 활용한 피부조직재생용 의료기기로서 새로운 활용 가능성을 제시한다.
- Issued Date
- 2022
- Awarded Date
- 2022. 8
- Type
- Dissertation
- Publisher
- 부경대학교
- Affiliation
- 부경대학교 대학원
- Department
- 대학원 4차산업융합바이오닉스공학과
- Advisor
- 정원교
- Table Of Contents
- 1. Introduction 1
1.1. Skin Tissue Engineering 1
1.1.1. Skin 1
1.1.2. Overview of the wound healing process 6
1.2. Biomaterials 10
1.2.1. PCL 15
1.2.2. Gel 18
1.3. PDRN 18
1.4. Electrospinning technology 19
1.5. Goal of this study 21
2. Materials and Methods 22
2.1. Materials 22
2.2. PDRN extraction from P. pectinifera 24
2.3. Characterization of PDRN from P. pectinifera 27
2.4. Cell culture 28
2.5. Cytotoxicity of PDRN 28
2.6. Live/Dead cell staining 30
2.7. In vitro scratch assay 30
2.8. Collagen production assay 31
2.9. Western blot analysis 31
2.10. Fabrication of PG and PGP nanofiber 33
2.11. Characterization of fabricated nanofiber 33
2.12. The release profile of gallic acid-loaded PG nanofiber 37
2.13. The PDRN release profile of PGP nanofiber 38
2.14. Direct and indirect cytotoxicity of fabricated nanofiber 38
2.15. In vivo experiments using a circular full-thickness excisional wounds 39
2.16. In vivo experiments using a rectangular full-thickness excisional wounds 40
2.17. Histological analysis 42
2.18. Statistical analysis 44
3. Results 45
3.1. Characterization of PDRN from P. pectinifera 45
3.2. Wound healing activity of PDRN extracted from P. pectinifra 48
3.2.1. In vitro cytotoxicity and proliferative activities 48
3.2.2. Effect on collagen production 48
3.2.3. In vitro wound healing effect 53
3.2.4. Effect on protein expression related to wound healing 53
3.2.5. Effect on the Smad2/3 and MAPK pathways 58
3.3. Characterization of PCL/Gel and PGP nanofiber 58
3.3.1. Surface morphological analysis of PCL/Gel nanofibers 58
3.3.2. Tensile strength of PCL/Gel nanofiber 60
3.3.3. Contact angle of PCL/Gel nanofiber 60
3.3.4. Drug release ability of a gallic acid-loaded PG nanofiber 62
3.3.5. Surface morphological analysis of the PGP nanofiber 65
3.3.6. Tensile strength of PGP nanofiber 65
3.3.7. PDRN release ability of PGP nanofiber 69
3.3.8. FT-IR analysis 69
3.3.9. Thermodynamic analysis 73
3.3.10. XRD analysis 79
3.3.11. Contact angle of the PGP nanofiber 79
3.3.12. Swelling ability 82
3.4. Cytotoxicity of the PGP nanofiber 84
3.4.1. Direct cytotoxicity of the fabricated nanofibers 84
3.4.2. Indirect cytotoxicity of fabricated nanofibers 84
3.5. In vivo evaluations 89
3.5.1. Wound closure in a cutaneous wound 89
3.5.2. Re-epithelization in a cutaneous wound 89
3.5.3. Protein expression related to wound healing on full-thickness wound models 97
4. Discussion 99
5. Conclusion 104
6. References 105
Appendix. Curriculum Vitae 114
- Degree
- Doctor
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- 대학원 > 4차산업융합바이오닉스공학과
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