Fabrication and Characterization of a Mussel-Derived Bioactive Peptide Delivery Scaffold for Bone Regeneration
- Abstract
- 본 연구에서는 홍합 유래 펩타이드 P1 (PIISVYWK)과 P2 (FSVVPSPK)의 조골세포 분화 및 혈관신생 효능을 활용하여 골 재생을 촉진할 수 있는 장기 약물 전달체 스캐폴드를 개발하고자 하였다. 이를 위해 산화된 알지네이트 기반 스캐폴드(OMA; oxidized methacrylated alginate)에 펩타이드를 기능화하여 OMACPs 스캐폴드를 제조하였다. 푸리에 변환 적외선 및 핵자기공명 분석을 통해 펩타이드 결합 및 스캐폴드의 화학적 변형이 성공적으로 이루어졌음을 확인하였으며, 유변학적 분석에서는 펩타이드가 포함된 OMACPs 가 우수한 기계적 안정성과 높은 G' 값을 나타내어 장기적인 기계적 지지체로서의 가능성을 입증하였다. 생체적합성과 생물학적 효능 평가를 위해 MC3T3-E1 조골세포와 HUVEC 혈관 내피세포를 사용하였다. P1 과 P2 모두 콜라겐 및 Runx2 발현을 촉진하여 조골세포 분화를 유도하였으며, 혈관신생 관련 인자인 vascular endothelial growth factor 발현과 모세혈관 구조 형성을 증가시키는 것으로 나타났다. 특히, P1 은 세포 골격 형성과 관련된 조골세포의 기능을 효과적으로 활성화시키며, P2 는 혈관신생 과정에서 뚜렷한 효능을 나타내어 서로 보완적인 역할을 수행하였다. 이러한 결과는 두 펩타이드가 조골세포 분화와 혈관신생을 동시에 촉진할 수 있는 다기능 생체활성 물질임을 시사한다. 결론적으로, 본 연구는 P1 및 P2 펩타이드가 라벨링된 OMACPs 스캐폴드가 골 재생을 위한 조골세포 분화와 혈관신생을 동시에 유도하는 생체적합성과 다기능성을 갖춘 약물 전달체로서의 잠재력을 입증하였으며, 이를 기반으로 골 조직 공학 및 재생 의학 분야에서의 응용 가능성을 제시하였다.
- Issued Date
- 2025
- Awarded Date
- 2025-02
- Type
- Dissertation
- Publisher
- 국립부경대학교 대학원
- Alternative Author(s)
- Se-Chang Kim
- Affiliation
- 국립부경대학교 대학원
- Department
- 대학원 4차산업융합바이오닉스공학과
- Advisor
- Won-Kyo Jung
- Table Of Contents
- 1. Introduction 1
1.1. Tissue Engineering 1
1.2. Bone 5
1.3. Biomaterials 8
1.4. Drug Delivery in Tissue Engineering 14
1.5. Marine-Derived Biomaterials 17
1.6. Bioactive Peptides in Tissue Engineering 18
2. Materials and methods 21
2.1. Materials 21
2.2. Osteogenic differentiation effect of MDP 21
2.2.1. Cell culture 21
2.2.2. Cell viability assay 21
2.2.3. Evaluate of alkaline phosphatase activity 22
2.2.4. Mineralization analysis 22
2.3. Angiogenesis effect of MDP 23
2.3.1. Cell culture 23
2.3.2. Cell viability assay 23
2.3.3. In vitro angiogenesis evaluation. 23
2.4. Oxidized alginate methacrylate synthesis and characterization 24
2.4.1. Oxidized alginate synthesis 24
2.4.2. Oxidized alginate methacrylate synthesis 24
2.4.3. FTIR of OMA 25
2.4.4. Proton nuclear magnetic resonance spectroscopy of OMA 25
2.5. Preparation of MDP-incorporated scaffold 25
2.6. In vivo experiment: calvarial defect 26
2.6.1. In vivo experiment: calvarial defect 26
2.6.2. implantation of MDP-incorporated scaffold 26
2.6.3. Micro-computed tomography analysis 27
2.6.4. Histomorphological evaluation 27
2.7. Statistical analysis 28
3. Results 30
3.1. Osteogenic differentiation of MDP 30
3.1.1. Cell proliferation of MDP 30
3.1.2. ALP activity of MDP 30
3.2. Angiogenesis effect of MDP on HUVEC 34
3.2.1. Cell viability of MDP on HUVEC 34
3.2.2. Angiogenesis effect of MDP on HUVEC 34
3.3. Characterization of oxidized methacrylate alginate (OMA) 38
3.3.1. Fourier transform infrared spectroscopy of OMA 38
3.3.2. Proton nuclear magnetic resonance spectroscopy of OMA 41
3.4.3. Rheological analysis of OMA, OMAC, and OMACPs 44
3.4.4. The FTIR analysis of OMA, OMAC, and OMACPs 47
3.4.5. Morphological image of OMA, OMAC, and OMACPs 50
3.4.6. The distribution of collagen fibers of OMA, OMAC, and OMACPs 51
3.6. Cell viability on OMA, OMAC, and OMACPs 54
3.7. Cytoskeleton formation on OMA, OMAC, and OMACPs 58
3.8. Collagen and Runx2 Expression Induced by OMA, OMAC, and OMACPs 60
3.9. Evaluation of in vivo bone regeneration 62
3.9.1. Histological Evaluation of Bone Regeneration 64
3.9.2 immunofluorescence staining for angiogenesis 69
4. Conclusion 71
5. Reference 72
- Degree
- Doctor
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- 대학원 > 4차산업융합바이오닉스공학과
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