Gallic acid functionalized CSMA/FGelMA hydrogel with antioxidant and anti-inflammatory activity for enhanced diabetic wound healing
- Alternative Title
- 당뇨성 창상 치유 촉진을 위한 어류 젤라틴 및 키토산-갈산 유도체 기반 하이드로겔 개발
- Abstract
- 외상, 화상, 감염 및 질병으로 인한 과도한 염증 및 산화 스트레스는 만성 상처의 주요 원인이다. 따라서, 과도한 ROS 생성 및 지속적인 염증 반응으로 인한 부작용을 국부적으로 제어할 수 있는 물질의 개발은 매우 중요한 실정이다. 본 연구에서는 최근 포유류 유래 젤라틴을 대체할 수 있는 어피 젤라틴(FG)을 사용한 메타크릴로일 치환 젤라틴 (FGelMA)과 항산화 효능, 항염증 효능 및 광 감응성 겔화 특성을 가진 메타크릴로일 키토산-갈산 (GA-CSMA) 고분자를 하이드로겔 전구체로 개발하여 향상된 치유 특성을 가진 하이드로겔을 제작하였다. 제작된 하이드로겔은 간단한 UV 광 가교 반응을 통해 합성되었으며, 하이드로겔의 형태학적, 유변학적, 팽윤 특성을 평가하였다. 시험관 내 세포 실험에서 제조된 하이드로겔은 인간 피부 섬유아세포 (HDF) 및 RAW264.7 대식세포에 대해 세포적합성을 나타내었으며, 세포 내 생성된 ROS를 소거하고 세포를 보호하였다. 또한, 지질 다당류(LPS)로 유도된 RAW264.7 대식세포에서 전염증성 인자인 산화질소(NO), 종양괴사인자-α(TNF-α) 및 인터루킨 1β(IL-1β) 생성을 억제하였고, 항염증성 인자인 인터루킨 10 (IL-10) 생성을 증가시켰다. 마지막으로 당뇨 유도 마우스 모델에서 조직 염색을 실시한 결과, GM/G-CMⅢ 군이 가장 상처 치유능이 우수한 것을 확인하였다. 이러한 결과는 향상된 항염증 및 항산화 특성을 가진 하이드로겔이 다양한 조건에서 상처 부위를 보호하는 데에 그치지 않고 치유가 어려운 만성 상처를 개선하기 위한 창상치유용 드레싱으로 활용될 수 있음을 시사한다.
- Issued Date
- 2023
- Awarded Date
- 2023-08
- Type
- Dissertation
- Publisher
- 부경대학교
- Alternative Author(s)
- Dong-Joo Park
- Affiliation
- 부경대학교 대학원
- Department
- 대학원 4차산업융합바이오닉스공학과
- Advisor
- 정원교
- Table Of Contents
- 1. Introduction 1
1.1. Diabetic wound healing 1
1.2. Fish gelatin 6
1.3. Chitosan 8
1.4. Gallic acid functionalized polymers 10
1.5. Photocrosslinkable hydrogel 12
2. Materials and Methods 14
2.1. Materials 14
2.2. Extraction of FG from Paralichthys olivaceus skin 14
2.3. Characterization of FG 17
2.4. Synthesis of FGelMA 18
2.5. Synthesis of CSMA and GA-CSMA 18
2.6. Characterization of synthesized polymers 19
2.6.1. UV-vis 19
2.6.2. 1H-NMR analysis 19
2.6.3. FT-IR analysis 19
2.7. Preparation of hydrogels 20
2.8. Characterization of prepared composite hydrogels 23
2.8.1. Rheological behaviors of the hydrogels 23
2.8.2. In vitro swelling behaviors of the hydrogels 23
2.8.3. Microstructure of the hydrogels 23
2.8.4. Antioxidant activities of hydrogels 24
2.9. Cytocompatibility evaluation 25
2.10. Cell protective effect by oxidative stress of hydrogels 25
2.11. Intracellular ROS scavenging of hydrogel 26
2.12. Anti-inflammatory activities of hydrogel 26
2.13. In vivo diabetic wound healing test 27
2.14. Histological analysis 28
2.14.1. H&E Staining 28
2.14.2. Masson's Trichrome Staining 28
2.14.3. Immunofluorescent Staining 29
2.15. Statistical analysis 29
3. Results and discussion 30
3.1 Characterization of commercial porcine gelatin and extracted fish skin gelatin 30
3.2. Physicochemical properties of synthesized polymers 34
3.3. Fabrication and characterization of hydrogel 39
3.3.1. Mechanical properties of hydrogels 39
3.3.2. Morphological properties of hydrogels 40
3.3.3. Swelling properties of hydrogels 41
3.3.4. Antioxidant activities of hydrogels 41
3.4. Cytocompatibility and cell protective effect of hydrogels 47
3.5. In vitro anti-Inflammatory property 53
3.6. Wound healing in diabetic mice models 54
3.7. Histological analysis 57
3.8. Promotion of collagen deposition and angiogenesis in vivo 57
3.9. Inflammation and macrophages polarization in vivo 61
4. Conclusion 65
5. Reference 66
- Degree
- Master
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- 대학원 > 4차산업융합바이오닉스공학과
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