Pluronic F127 유도체를 이용한 지방줄기세포의 연골분화

Abstract

세포 친화성, 온도 감응성 및 생분해성을 가진 주사 주입형 하이드로겔을 만들기 위하여 온도 감응성을 가지는 Pluronic F127에 다른 기능성기를 도입하였다. 먼저 생분해성 고분자인 Glycolide를 Pluronic F127 양쪽에 5개씩 도입한 다음 이중결합과 카르복실기를 가지는 4-META를 도입 후 성장인자와 결합 가능한 헤파린과 연골분화를 촉진시키는 TGF- β1과 Dexamethasone을 결합하였다. 이렇게 제조된 FGM-Hep-TGF-β1과 FGM-Dex 의 화학적 구조는 NMR, FT-IR로 확인하였다. FGM-Hep-TGF-β1과 FGMDex의 물리적 특성을 알아보기 위하여 졸-겔 상변화 실험을 실시하였다. 기존의 Pluronic F127의 온도 감응성 성질은 그대로 유지하였지만 2~3℃정도 낮은 온도를 각 농도에서 나타내었다. 이와 같은 현상은 Glycolide와 다른 기능성기가 도입되면서 소수성기가 증가했기 때문으로 사료된다. 즉, 이것은 합성된 하이드로겔 안에서 소수성 부분과 소수성 부분의 접촉을 증가되어 기존의 Pluronic F127보다 약간 온도 하강을 보였다. 지방 줄기세포를 이용한 in vitro 세포독성 실험 결과 모두 세포 친화성을 보여주었다. 또한 in vivo 주사주입 동물(쥐)실험에서 F127 하이드로겔의 물성을 보완하기 위해 Hyaluronic acid를 가교 후 혼합하여 사용하였고, 이렇게 혼합된 HA/F127/FGM-Hep-TGF-β1 하이드로겔에서 TGF-β1 의 방출 실험 결과 64%가 방출되는 것을 확인하였다. 주사주입형 하이드로겔을 이용한 동물실험에서 쥐의 피하조직에 주입된 하이드로겔이 4주 이상 남아있는 것을 확인하였고, 연골분화의 가능성을 알아보기 위해, 면역형광염색을 실시하였다. 그 결과 TGF- β1과 Dexamethasone이 결합된 하이드로겔에서 Type II collagen 이 관찰되었다. 따라서 본 연구를 통해서 최종적으로 주사주입형 제재로 사용할 수 있는 온도 감응성, 생분해성 및 연골분화능을 가진 하이드로겔을 합성할 수 있었으며, 이러한 하이드로겔을 조직공학 분야에서 조직 및 장기를 재생하는데 세포 치료용 제재로의 활용이 기대된다.; The development of biomaterials for tissue engineering applications has recently focused on hydrogels which have been widely investigated as drug delivery systems (DDS) and implantable applications. In particular, Pluronics are nontoxic poly(ethylene oxide)-(polypropylene oxide)-poly(ethylene oxide) (PEO-PPO-PEO) triblock copolymers which form thermoreversible gels at high concentrations. To develop intelligent hydrogels, we have newly designed and synthesized temperature-sensitive, biodegradable, injectable, and cell differentiation triblock copolymer. Adipose-derived stem cells (ASC) are self-renewing stem cells that are easily isolated by differential sedimentation from processed liposuction material. ASC can differentiate into various cell types including adipocytes, osteoblasts, chondrocytes, neurons, and multinucleated myocytes in response to lineage-specific induction factors. In this work, a functional Pluronic F127(F) derivative, such as 4-Methacryloxyethyl trimellitic anhydride(M), glycolide(G) and heparin or dexamethsone (Dex) grafted Pluronic (FGM-Hep, FGM-Dex) was synthesized and then the derivative was subjected to binding to transforming growth factor (TGF-β1). This Pluronic-based hydrogel system is expected to be useful as an injectable hydrogel for chondrogenic differentiation.