리간드가 결합된 알긴산 하이드로젤을 이용한 섬유아세포의 표현형 및 생체반응 제어

Abstract

조직공학에 있어서, 생체친화성 고분자 지지체와 세포간의 결합은 세포의 모양, 증식 및 성장속도를 조절하는데 매우 중요한 인자로 작용한다. 특정 세포부착성 펩타이드가 결합된 고분자 지지체는 세포와 고분자 간의 부착성을 높여주어 세포의 분화 및 증식을 유도한다. 본 연구에서는 생체친화성 물질인 알긴산에 결합된 특정 세포부착성 펩타이드의 구성을 조절하여, 그에 따른 인간 섬유아세포의 표현형 및 생체반응을 제어하였으며, 2차원 구조와 3차원 구조에서 비교 분석하였다. 세포의 생체반응을 분석하기 위하여 열충격 단백질의 발현량을 측정하였다. 첫 번째로, 알긴산 수화젤에 결합된 세포 부착 펩타이드 사이의 거리 조절이 세포에 미치는 영향을 관찰하였다. 세포 부착 펩타이드 사이의 거리가 가까울수록 세포증식에는 더 효율적인 것을 볼 수 있었으며 이는 2차원 구조와 3차원 구조에서 모두 관찰되었다. 또한, 세포 부착 펩타이드 사이의 거리가 멀어질수록 세포의 종횡비가 증가하였다. 이는 2차원 구조에서만 관찰되었다. 두 번째로, 세포 부착성 펩타이드와 알긴산 수화젤 사이의 길이를 달리하여 세포에 미치는 영향을 관찰하였다. 수화젤과 펩타이드 사이의 길이가 길수록 세포의 증식 및 성장속도가 증가하는 것을 관찰하였다. 이는 2차원 구조와 3차원 구조에서 모두 관찰되었다. 세 번째로, 부착성 펩타이드가 결합된 알긴산 수화젤에 부착되어있는 세포의 열충격 단백질의 발현을 분석하였다. 세포부착성 펩타이드와 알긴산 수화젤 사이의 길이가 길어질수록 열충격 단백질의 발현양이 줄어들었다. 따라서, 펩타이드와 수화젤 사이의 길이가 길어질수록, 세포가 스트레스를 덜 받는 것을 확인할 수 있었다. 지금까지의 연구결과에 의하면, 생체재료에 결합된 세포부착 펩타이드의 구성을 조절함으로써, 세포의 모양, 성장속도 및 생체반응을 제어할 수 있었다. 이러한 방법은 조직재생, 조직공학에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.; Tissue engineering aims to provide man-made tissues or organs to patients, typically using a combination of a patient's own cells and polymeric scaffolds. In tissue engineering approaches, controlling cell-polymer interactions is one of the most critical parameters in regulating the phenotype of the cells to be engineered. The cellular adhesion ligands present in the extracellular matrix (ECM) play a significant role in controlling multiple aspects of cell phenotype, including morphology, proliferation, and differentiation. A peptide with the sequence of RGD has been widely exploited, as it is known to bind specifically to integrin receptors. The distance between ligand islands strongly influenced the cell proliferation, aspect ratio, and growth rates. Ligand spacer arm length of adhesion peptides is also important in regulation of cell phenotype in tissue engineering approaches. The adhesion and proliferation of fibroblasts cultured on alginate gels were dramatically enhanced by chemical conjugation of adhesion peptides with various spacer arm length. In addition, cellular behavior cultured within a three dimensional structure of hydrogels was also significantly influenced by organization of adhesive peptide in the gels. The number of cells adherent to the gels, as well as the growth rate, were strongly dependent on the ligand spacer length, and the aspect ratio and projected area was also strongly dependent on the ligand spacer length. Specifically, the growth rate of fibroblasts was upregulated by increasing the number of glycine units in the peptide chemically coupled to alginate hydrogels. HSP 27 mRNA expression of cells adhered onto RGD-modified alginate gels significantly decreased when the spacer arm length increased, indicative of reduced environmental stress to the cells.