Microsoft Word - 4.하이드로젤용 고분자(합성고분자1)_ docx

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찬우 장
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1 2.2 합성고분자 Poly(acrylic acid) 합성고분자를기반으로하는대표적하이드로젤중의하나는 poly(2-hydroxyethylmethacrylate) (HEMA) 이다. Poly(HEMA) 는콘텍트렌즈를포함하여안과용으로자주사용되고있다. Poly(HEMA) 는반복동결 / 해동또는미립자침출법에의하여연골재생을위한미세다공성하이드로젤을제조할수있다 [1]. 한편광학이성질체를 poly(hema) 에도입하여화학적가교제없이입체착화합물 (stereocomplex) 형성에의하여하이드로젤을제조할수도있다 [2]. Fig. 1. Poly(2-hydroxyethylmethacrylate) 의화학구조. Poly(N-isopropylacrylamide)(PNIPAAm) 은수용액상에서약 32 의저임계용해온도 (lower critical solution temperature: LCST) 를가지고, 이는공중합을통하여체온에근접하게조절할수있다. 실온또는낮은온도에서세포와 PNIPAAm 혼합용액을준비하여이를생체에주사하면체온에서하이드로젤을형성하기때문에조직공학에있어서매우유용하다. 한편기존의일반적인세포회수는세포배양후효소처리 ( 예 : 트립신 ) 에의하여배양접시로부터회수되었지만, PNIPAAm 위에서배양된세포단일막은간편하게온도를감소시켜표면친수성을변화시킴으로써손상없이완전하고쉽게회수될수있다. 이러한소재들은각막과심근조직재생에연구되고있다 [3, 4]. Fig. 2. Poly(N-isopropylacrylamide) 의화학구조. 1

2 2.2.2 Poly(ethylene oxide) Poly(ethylene oxide)(peo) 는뛰어난생체적합성과낮은독성때문에의료용으로미국 FDA의승인을받았다. PEO는 acrylate기를도입하여 UV 광중합에의해하이드로젤을합성할수있다 [5]. 별모양 (star-shape) PEO도광조사에의한가교를통하여하이드로젤을형성하고, 간세포와의상호작용을증가시키기위해 galactose를결합시키기도하였다 [6]. 다양한길이와조성을가진 PEO와 poly(propylene oxide)(ppo) 의공중합체 ( 예 : PEO-b- PPO-b-PEO) 인 Pluronic 또는 Poloxamer는상업적으로이용되고있다. 이러한고분자는영구적인가교없이열가역적하이드로젤을형성한다. PEO-PPO-PEO 블록공중합체가온도변화에응답하여수용액상에서하이드로젤을형성하지만의료용으로사용되기위해서는생분해성의문제가수반된다. 따라서생분해가잘알려지고이미많은의료용분야에서안전하다고입증된 poly(lactic acid)(pla) 와 PEO의다양한공중합체가합성되었다 [7]. 이공중합체들은체온근처에서열가역적 sol-gel 전이를보였다. 이러한하이드로젤은상온또는그보다더낮은온도에서단백질약물또는세포를쉽게함유시킬수있기때문에조직공학에유용할것으로생각되어많은연구가진행되어왔다. Fig. 3. 다양한 PEO-PLA 블록공중합체의합성. 2

3 Fig. 4. PEO-PLA 블록공중합체의 sol-gel 전이 [7] Poly(vinyl alcohol) Poly(vinyl alcohol)(pva) 은 poly(vinyl acetate)(pvac) 의가수분해로부터얻을수있다. PVA의친수성과용해성은가수분해와분자량의정도에의해쉽게조절될수있다. PVA는 glutaraldehyde 또는 epichlorohydrin를사용한화학적가교를통해하이드로젤을형성한다. 화학적가교제의독성과유출문제를해결하기위한반복동결 / 해동법 [8] 또는전자빔조사법 [9] 도 PVA 하이드로젤형성을위해사용되었다. 반복동결 / 해동법에의해형성된젤은상온에서안정하고높은탄성을가지나생체내에서적용하기에는적당하지않으며, PVA는대부분의생리적조건에서분해되지않는단점이있다. 따라서 PVA 하이드로젤은영구적조직공학지지체로유용하다. Fig. 5. Poly(vinyl alcohol) 의화학구조. 3

4 2.2.4 Polyphosphazene Polyphosphazene은생리적조건에서분해되기때문에의료용재료로많은관심을받아왔다. 생분해속도는고분자의주사슬보다는곁사슬의변화에의해조절된다. 유 / 무기고분자인 polyphosphazene은두개의치환기를가진인과질소로이루어져있고, 합성을위하여 poly(dichlorophophazene) 을중간물질로 사용한다. Polyphosphazene 은 비이온성또는이온성두가지형태의하이드로젤제조가가능하다. 비이온성 polyphosphazene 하이드로젤은 glucosyl 또는 glyceryl 양쪽작용기를포함하는물에녹는 polyphosphazene으로부터제조된다 [10]. 2가이온또는 60 Co 감마조사로형성된이온성 polyphosphazene 하이드로젤은 ph 또는이온강도와같은환경변화에반응하는특성때문에단백질약물의전달에널리사용되었다 [11]. 한편이러한고분자는뼈조직재생등에유용하게사용되었다 [12]. Fig. 6. Polyphosphazene 의합성 Polypeptide 단백질은생체조직의천연기질의주된구성성분이고, 이를모방하기위해합성한폴리펩티드 (polypeptide) 에많은관심이집중되고있다. 폴리펩티드는개시단량체로서 N-carboxyanhydride를사용하여합성하고, 아미노산의다양한조합이가능하다. 그러나원하는아미노산의배열을정밀하게조절하는것이매우어려우며제조원가가상대적으로비싸다. 게다가대부분의폴리펩티드는유기용매에녹지않는다. 이와같은문제를해결하기위하여유전공학기법을사용하여폴리펩티드를합성하는방법이보고되었다. 간단히말하면, 박테리아의유전자에미리설계된배열의 DNA 주형을끼워넣고원하는구조와물성을가진폴리펩티드를생산하는것이다 [13]. 이방법은탄성, 강도, 생분해속도, 그리고세포간상호작용을포함하여다양한기능을가진폴리펩티드를설계하고제조할수있다는장점이있다. Gly-Ala가풍부한배열은 ph 또는온도변화에 4

5 반응하는가역적인하이드로젤을형성할수있고 [14], Gly-Val-Pro-Gly의아미노산배열은탄력소 (elastin) 를모방할수있는폴리펩티드를제공할수있음이보고되었다 [15]. 그러나이기술은현재의시점에서대량생산이불가능하고생산하고자하는폴리펩티드의물성을변화시키고자하는경우전체의시스템구조를바꾸어야하는단점이있다. 참고문헌 [1] H. R. Oxley, et al., Biomaterials, 14, 1064 (1993). [2] D. W. Lim, S. H. Choi, T. G. Park, Macromol. Rapid Commun., 21, 464 (2000). [3] K. Nishida, et al., New Eng. J. Med., 351, 1187 (2004). [4] T. Shimizu, et al., Cir. Res., 90, E40 (2002). [5] J. L. West, J. A. Hubbell, React. Polym., 25, 139 (1995). [6] S. T. Lopina, et al., Biomaterials, 17, 559 (1996). [7] B. Jeong, et al., Nature, 388, 860 (1997). [8] N. A. Peppas, S. R. Stauffer, J. Controlled Rel., 16, 305 (1991). [9] F. Yoshii, et al., Radiat. Phys. Chem., 55, 133 (1999). [10] K. E. Uhrich, et al., Chem. Rev., 99, 3181 (1999). [11] S. Cohen, et al., J. Am. Chem. Soc., 112, 7832 (1990). [12] S. Duan, et al., J. Biomed. Mater. Res., Part A, 101A, 307 (2013). [13] J. P. O'Brien, Trends Polym. Sci., 8, 228 (1993). [14] W. A. Petka, et al., Science, 281, 389 (1998). [15] D. W. Urry, Angew. Chem., Int. Ed., 32, 819 (1993). 5

생체재료학

생체재료학 천연고분자 핵산 : DNA, RNA 인산, 당류, 염기물분해 Deoxyribonuc leic acid: ATCG Ribonucleic acid: mrna, trna, srna, rrna, sirna A CG Protein: polypeptide Amino acid HOOCC(R)NH 2, R: 20 groups 1 차구조 : 아미노산서열 2 차구조 : 1 분자의