KR102180045B1 - dual-mode drug release hydrogel and method of fabricating the same - Google Patents

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Abstract

이중 모드 약물 방출 하이드로겔 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 상기 하이드로겔의 조정 가능한 기계적 특성 및 생분해성 특성으로 인해 약물 방출이 팽윤-제어 및 분해-제어된 메카니즘으로 순차적으로 제어되는 이중-모드 약물 방출 동역학(kinetics)을 나타내는바, 약물 전달 기술 분야에 유용하게 활용될 수 있다.It relates to a dual-mode drug-releasing hydrogel and a method of manufacturing the same, wherein the drug release is sequentially controlled by a swelling-controlled and decomposition-controlled mechanism due to the adjustable mechanical and biodegradable properties of the hydrogel. As it shows kinetics, it can be usefully used in the field of drug delivery technology.

Description

이중 모드 약물 방출 하이드로겔 및 그의 제조방법 {dual-mode drug release hydrogel and method of fabricating the same}Dual-mode drug release hydrogel and method of fabricating the same}

이중 모드 약물 방출 하이드로겔 및 그의 제조방법에 관한 것이다. It relates to a dual mode drug release hydrogel and a method for preparing the same.

하이드로겔은 높은 수분 함량, 다공성 구조, 세포외 기질과의 유사성으로 인하여 높은 생체적합성을 갖는다. 이러한 특성들로 인하여 약물 전달 시스템이나 조직공학 등과 같은 바이오메디컬 분야에서 광범위하게 연구되고 있다. Hydrogels have high biocompatibility due to their high moisture content, porous structure, and similarity with extracellular matrix. Due to these characteristics, it has been extensively studied in biomedical fields such as drug delivery systems and tissue engineering.

약물전달체로서 하이드로겔은 주변 조직에 특정 약물 농도를 장시간 동안 지속적으로 유지시켜 줌으로써 최소한의 투여로 치료효과를 극대화시킬 수 있다. 따라서, 원하는 기간 동안 약물을 서서히 방출하기 위해서, 하이드로겔의 강도 및 다공성의 정도, 분해되는 시간 등을 조절하게 된다.As a drug delivery system, hydrogel can maximize the therapeutic effect with minimal administration by continuously maintaining a specific drug concentration in surrounding tissues for a long time. Therefore, in order to slowly release the drug for a desired period, the strength and porosity of the hydrogel, the degree of decomposition, and the like are adjusted.

약물 전달에 사용되는 하이드로겔은 일반적으로 체외에서 형성되며 체내로 주입하기 전에 약물과 혼합하게 된다. 그러나 겔의 특성상 주사를 통한 주입이 어렵고, 겔을 외부에서 형성하여 체내로 이식하여야 하는 문제가 있다. 그리고 이식된 하이드로겔의 완전한 생분해를 유도하는 것 또한 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 체외에서는 용액 상태로 있어서 주입이 용이하고, 체내에 주입 후에는 겔이 형성되어 약물을 서방출하도록 하는 제형 개발에 많은 연구가 진행 되고 있으나 (한국 등록특허 10-1815780), 아직은 미비한 실정이다. Hydrogels used for drug delivery are generally formed outside the body and mixed with the drug prior to injection into the body. However, due to the nature of the gel, it is difficult to inject through injection, and there is a problem that the gel must be formed outside and implanted into the body. And it is also difficult to induce complete biodegradation of the implanted hydrogel. In order to solve this problem, many studies are being conducted on the development of a formulation that is in the form of a solution outside the body and is easy to inject, and a gel is formed after injection into the body to sustainably release the drug (Korean Patent Registration No. 10-1815780). , The situation is still insufficient.

일 양상은 5 % 내지 30 % (w/v) 농도의 폴리 (에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트 (poly(ethylene glycol) diacrylate: PEGDA); 및 2.8 % 내지 10 % (w/v) 농도의 폴리에틸렌이민 (polyehtleneimine: PEI)이 서로 가교(Crosslinking)되어 있는 하이드로겔 포함하는 약물 전달용 조성물을 제공하는 것이다.One aspect is poly (ethylene glycol) diacrylate (poly(ethylene glycol) diacrylate: PEGDA) at a concentration of 5% to 30% (w/v); And it is to provide a composition for drug delivery comprising a hydrogel in which polyethyleneimine (polyehtleneimine: PEI) of 2.8% to 10% (w/v) concentration is crosslinked with each other.

또 다른 양상은 (a) 5 % 내지 30 % (w/v) 농도의 PEGDA 용액, 2.8 % 내지 10 % (w/v) 농도의 PEI 용액, 및 용제를 혼합하여 하이드로겔 전구체 용액을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 제조된 하이드로겔 전구체 용액에 약물을 용해시키는 단계를 포함하는, 약물 전달용 하이드로겔의 제조방법을 제공하는 것이다. Another aspect is (a) preparing a hydrogel precursor solution by mixing a PEGDA solution at a concentration of 5% to 30% (w/v), a PEI solution at a concentration of 2.8% to 10% (w/v), and a solvent ; And (b) comprising the step of dissolving the drug in the prepared hydrogel precursor solution, to provide a method for producing a hydrogel for drug delivery.

일 양상은 폴리 (에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트 (poly(ethylene glycol) diacrylate: PEGDA); 및 폴리에틸렌이민 (polyehtleneimine: PEI)이 서로 가교(Crosslinking)되어 있는 하이드로겔 포함하는 약물 전달용 조성물을 제공한다.One aspect is poly (ethylene glycol) diacrylate (poly(ethylene glycol) diacrylate: PEGDA); And polyethyleneimine (polyehtleneimine: PEI) provides a composition for drug delivery comprising a hydrogel crosslinked with each other (Crosslinking).

본 명세서에서 사용되는 용어, "폴리 (에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트 (poly(ethylene glycol) diacrylate: PEGDA)"는 폴리에틸렌 글리콜 (poly(ethylene glycol): PEG)의 히드록실 말단기와 아크릴로일 클로라이드 (acryloyl chloride) 사이의 친핵성 치환 반응에 의해 생성될 수 있으며, 하기 화학식 1과 같은 구조를 갖는다. As used herein, the term "poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA)" refers to the hydroxyl end group and acryloyl chloride (poly(ethylene glycol): PEG). acryloyl chloride) may be generated by a nucleophilic substitution reaction between, and has a structure as shown in Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018081477831-pat00001
Figure 112018081477831-pat00001

상기 화학식 1에서 n은 5 내지 400의 정수일 수 있다. 예를 들어, 5 내지 300, 5 내지 200, 5 내지 180, 5 내지 160, 5 내지 140, 5 내지 120, 5 내지 100, 5 내지 80, 6 내지 400, 6 내지 300, 6 내지 200, 6 내지 180, 6 내지 160, 6 내지 140, 6 내지 120, 6 내지 100, 6 내지 80, 7 내지 400, 7 내지 300, 7 내지 200, 7 내지 180, 7 내지 160, 7 내지 140, 7 내지 120, 7 내지 100, 7 내지 80, 8 내지 400, 8 내지 300, 8 내지 200, 8 내지 180, 8 내지 160, 8 내지 140, 8 내지 120, 8 내지 100, 8 내지 80, 9 내지 400, 9 내지 300, 9 내지 200, 9 내지 180, 9 내지 160, 9 내지 140, 9 내지 120, 9 내지 100, 9 내지 80, 10 내지 400, 10 내지 300, 10 내지 200, 10 내지 180, 10 내지 160, 10 내지 140, 10 내지 120, 10 내지 100, 10 내지 80 일 수 있다. In Formula 1, n may be an integer of 5 to 400. For example, 5 to 300, 5 to 200, 5 to 180, 5 to 160, 5 to 140, 5 to 120, 5 to 100, 5 to 80, 6 to 400, 6 to 300, 6 to 200, 6 to 180, 6 to 160, 6 to 140, 6 to 120, 6 to 100, 6 to 80, 7 to 400, 7 to 300, 7 to 200, 7 to 180, 7 to 160, 7 to 140, 7 to 120, 7 to 100, 7 to 80, 8 to 400, 8 to 300, 8 to 200, 8 to 180, 8 to 160, 8 to 140, 8 to 120, 8 to 100, 8 to 80, 9 to 400, 9 to 300, 9 to 200, 9 to 180, 9 to 160, 9 to 140, 9 to 120, 9 to 100, 9 to 80, 10 to 400, 10 to 300, 10 to 200, 10 to 180, 10 to 160, It may be 10 to 140, 10 to 120, 10 to 100, 10 to 80.

본 명세서에서 사용되는 용어, "폴리에틸렌이민 (polyethyleneimine: PEI)"은 하기의 화학식 2와 같이 아민을 작용기로 가지며, 1 차, 2 차 및 3 차 아민기를 함유하는 분지형 폴리에틸렌이민일 수 있다.As used herein, the term "polyethyleneimine (PEI)" has an amine as a functional group as shown in Formula 2 below, and may be a branched polyethyleneimine containing primary, secondary and tertiary amine groups.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112018081477831-pat00002
Figure 112018081477831-pat00002

본 명세서에서 사용되는 용어, "가교(crosslinking)"는 물리적 가교방식과 화학적 가교방식을 지칭할 수 있다. 같은 고분자를 사용하더라도 가교방식에 따라 전혀 다른 특성의 하이드로겔이 얻어질 수 있다. 물리적 가교방식은 이온결합, 수소결합, 반데르 발스 힘, 소수성 상호작용, 고분자의 결정에 의한 가역적 가교방식을 말한다. 화학적 가교방식은 공유결합에 의한 비가역적 가교방식을 말하고, 물리적 가교방식보다 안정적인 가교 구조를 형성한다. 일 실시예에 따르면, 상기 가교는 화학적 결합(공유결합)일 수 있다. As used herein, the term "crosslinking" may refer to a physical crosslinking method and a chemical crosslinking method. Even if the same polymer is used, a hydrogel with completely different properties can be obtained depending on the crosslinking method. The physical crosslinking method refers to the reversible crosslinking method by ionic bonding, hydrogen bonding, Van der Waals force, hydrophobic interaction, and crystal of a polymer. The chemical crosslinking method refers to an irreversible crosslinking method by covalent bonds, and forms a more stable crosslinking structure than the physical crosslinking method. According to an embodiment, the crosslinking may be a chemical bond (covalent bond).

일 구체예에 있어서, 상기 가교는 PEGDA의 아크릴기와 PEI의 아민기 사이에서 탄소-질소 간의 공유결합을 형성함으로써 일어날 수 있으며, 이를 통해 하이드로겔을 형성할 수 있다.In one embodiment, the crosslinking may occur by forming a covalent bond between carbon-nitrogen between the acryl group of PEGDA and the amine group of PEI, through which a hydrogel may be formed.

본 명세서에서 사용되는 용어, "하이드로겔"은 수화겔 또는 수화젤이라고도 하고, 3 차원적 가교를 형성하고 있는 친수성 고분자 망상구조로서, 높은 수분함량을 가져 천연 조직과 거의 유사한 탄성을 나타낸다. 또한, 수상환경에서 용해되지 않고, 다양한 고분자로부터 만들어질 수 있기 때문에 여러 가지 화학적 조성과 물성을 갖는다. 또한 가공이 용이하여, 응용에 따라 다양한 형태로 변형할 수 있다. 하이드로겔은 높은 함수율(water content)과 세포 외 기질(extracellular matrix)과의 물리화학적 유사성으로 인하여 높은 생체적합성을 갖는다.As used herein, the term "hydrogel", also referred to as hydrogel or hydrogel, is a hydrophilic polymer network that forms three-dimensional crosslinks, and has a high moisture content and thus exhibits almost similar elasticity to natural tissues. In addition, since it is not dissolved in an aqueous environment and can be made from various polymers, it has various chemical compositions and properties. In addition, it is easy to process, so it can be transformed into various shapes depending on the application. Hydrogels have high biocompatibility due to their high water content and physicochemical similarity with the extracellular matrix.

본 명세서에서 사용되는 용어, "약물 전달(drug delivery)"은 원하는 약리효과를 발생시킬 목적으로 약리적 활성성분의 약제학적 유효량을 생체 내로 전달하는 것을 의미한다. As used herein, the term "drug delivery" means delivering a pharmaceutically effective amount of a pharmacologically active ingredient into a living body for the purpose of generating a desired pharmacological effect.

일 구체예에 있어서, 상기 PEGDA의 농도는 5 % 내지 30 % (w/v)일 수 있으며, 예를 들어, 5 % 내지 25 %, 10 % 내지 20 %, 또는 8 % 내지 11 %일 수 있다.In one embodiment, the concentration of the PEGDA may be 5% to 30% (w/v), for example, 5% to 25%, 10% to 20%, or 8% to 11%. .

일 구체예에 있어서, 상기 PEI의 농도는 2.8 % 내지 10 % (w/v)일 수 있다. 예를 들어, 2.8 % 내지 3.2 %, 2.8 % 내지 6 %, 또는 4 % 내지 9 % 일 수 있다. 여기에서 상기 PEI의 농도가 2.8 % 미만인 경우, 하이드로겔 결합에 관여하는 아민기가 부족하게 되며, 상기 PEI의 농도가 10% 초과인 경우, 용액 내 점도가 증가하게 되어 겔 형성 시간이 지연될 수 있다. In one embodiment, the concentration of PEI may be 2.8% to 10% (w/v). For example, it may be 2.8% to 3.2%, 2.8% to 6%, or 4% to 9%. Here, when the concentration of PEI is less than 2.8%, amine groups involved in hydrogel bonding are insufficient, and when the concentration of PEI is more than 10%, the viscosity in the solution increases, thereby delaying the gel formation time. .

일 구체예에 있어서, 상기 PEGDA는 400 내지 6000 g/mol 분자량을 가질 수 있으며, 예를 들어, 600 내지 2000(2K), 600 내지 3000(3K), 600 내지 4000(4K), 600 내지 6000(6K), 700 내지 2000(2K), 700 내지 3000(3K), 700 내지 4000(4K), 800 내지 2000(2K), 800 내지 3000(3K), 또는 800 내지 4000(4K) g/mol 일 수 있다. 여기에서, 상기 PEGDA 분자량이 400 g/mol 이하인 경우, 친수성 ethylene oxide 사슬이 고 분자량인 경우 보다 짧아 상대적으로 전체 분자의 소수성 수준이 증가하고, 이에 따라, 친수성을 가지는 폴리에틸렌이민과의 가교결합이 약화될 수 있다. 또한, 상기 PEGDA의 분자량이 3000(3K) 이상인 경우, 폴리에틸렌이민의 아민기와 결합 가능한 아크릴기의 수가 상대적으로 부족하게 되고, 이에 따라, 겔 형성이 현격하게 저해될 수 있다.In one embodiment, the PEGDA may have a molecular weight of 400 to 6000 g / mol, for example, 600 to 2000 (2K), 600 to 3000 (3K), 600 to 4000 (4K), 600 to 6000 ( 6K), 700 to 2000 (2K), 700 to 3000 (3K), 700 to 4000 (4K), 800 to 2000 (2K), 800 to 3000 (3K), or 800 to 4000 (4K) g/mol have. Here, when the PEGDA molecular weight is 400 g/mol or less, the hydrophilic ethylene oxide chain is shorter than that of a high molecular weight, so that the level of hydrophobicity of the entire molecule is relatively increased, and accordingly, crosslinking with polyethyleneimine having hydrophilicity is weakened. Can be. In addition, when the molecular weight of the PEGDA is 3000 (3K) or more, the number of acryl groups that can be bonded to the amine group of polyethyleneimine is relatively insufficient, and thus, gel formation may be significantly inhibited.

본 명세서에서 사용되는 용어, "이중 모드(dual mode) 서방출"은 생체 내에서 약물 노출기간을 증가시키기 위한 방법으로, 상기 "이중모드"는 순차적으로 발생하는 두 가지 분리된 방출모드로 구성될 수 있다. 상기 "서방출"은 1회 투여로 약물의 체내 유효 농도를 장시간, 예컨대 48시간 이상 유지하는 것을 의미한다. 상기 "방출"은 작용 부위에서 온도, PH, 광, 초음파, 글루코오스 등에 감응하여 초기 약물 방출이 유도될 수 있다. 따라서, 초기의 팽윤-제어 메커니즘과 이후의 분해-제어 메커니즘에 의해 약물이 작용부위에서 특정 자극에 감응하여 이중모드로 서서히 방출될 수 있다.As used herein, the term "dual mode sustained release" is a method for increasing the drug exposure period in vivo, and the "dual mode" is composed of two separate release modes that occur sequentially. I can. The "sustained release" refers to maintaining the effective concentration of the drug in the body for a long time, for example, 48 hours or more in one administration. The "release" may induce initial drug release in response to temperature, PH, light, ultrasound, glucose, etc. at the site of action. Thus, the drug can be slowly released in a bimodal mode in response to a specific stimulus at the site of action by the initial swelling-control mechanism and the subsequent decomposition-control mechanism.

일 실시예에 있어서, 상기 팽윤-제어 메카니즘은 초기의 약물 방출이 하이드로겔의 팽윤 작용에 의해 좌우됨을 나타내는 것이다. 팽윤은 하이드로겔의 망상구조와 주변 용액과의 삼투압으로 인한 용액 침투 및 이로 인한 사슬의 이완을 통해 하이드로겔의 수분 함량이 늘어나는 과정을 의미하며, 팽윤-제어 메커니즘이란 이 과정에서 하이드로겔에 포함된 약물이 확산을 통해 외부로 방출되는 것을 의미할 수 있다. 팽윤-제어 메커니즘에서 약물 방출 속도는 가교 결합 밀도 제어를 통한 확산 속도 조절을 통해 이루어질 수 있다.In one embodiment, the swelling-control mechanism indicates that the initial drug release is influenced by the swelling action of the hydrogel. Swelling refers to the process of increasing the moisture content of the hydrogel through the penetration of the solution due to the network structure of the hydrogel and the osmotic pressure with the surrounding solution, and the relaxation of the chains. The swelling-control mechanism is the process that is included in the hydrogel during this process. It may mean that the drug is released to the outside through diffusion. In the swelling-control mechanism, the rate of drug release can be achieved through control of the diffusion rate through cross-link density control.

일 실시예에 있어서, 상기 분해-제어는 메커니즘은 후기의 약물 방출이 분해 작용에 의해 좌우됨을 나타내는 것이다. 이는 생분해성을 갖는 하이드로겔이 분해되면서 약물 방출 속도가 급격하게 증가되는 것을 의미할 수 있다. 생분해 속도가 확산 속도와 비슷하거나 더 느릴 경우, 약물 방출은 기존 팽윤-제어 메커니즘을 유지한 체 속도가 더 빨라지는 방식으로 이루어지며, 생분해 속도가 빠를 경우, 팽윤-제어 메커니즘와 큰 상관 관계 없이 급격하게 촉진될 수 있다. In one embodiment, the mechanism of degradation-control indicates that late drug release is dominated by the action of degradation. This may mean that the rate of drug release is rapidly increased as the biodegradable hydrogel is decomposed. When the biodegradation rate is similar to or slower than the diffusion rate, drug release occurs in a way that the sieve rate maintains the existing swelling-control mechanism, and when the biodegradation rate is high, it is rapidly unrelated to the swelling-control mechanism. Can be promoted.

일 실시예에 따르면, 하이드로겔 내 약물방출 거동(drug release behavior)은 PEGDA의 분자량의 증가함에 따라 가교 결합 밀도가 낮아지고, 이에 따라 약물 방출 속도가 증가될 수 있었다. 따라서, 상기 PEGDA의 분자량을 조절함으로써, 약물 방출 거동을 세부적으로 조절할 수 있다.According to an embodiment, the drug release behavior in the hydrogel decreases the crosslinking density as the molecular weight of PEGDA increases, thereby increasing the drug release rate. Therefore, by controlling the molecular weight of the PEGDA, it is possible to control the drug release behavior in detail.

본 명세서에서 사용되는 용어, "탄성계수 (elastic moduli (E))"는 하이드로겔의 인장 혹은 압축을 통해 얻은 응력(stress)/변형도(strain)의 비율을 나타내며, 이는 PEGDA-PEI 하이드로겔의 기계적 강도(stiffness)를 의미하는 것이다. 또한, 이는 가교 반응의 완결을 위한 충분한 시간을 통해 가교된 하이드로겔에서의 가교 결합 밀도를 나타내며, 하이드로젤의 생분해가 일어나기 전 측정되므로 하이드로겔의 초기 강도를 의미할 수 있다. 하이드로겔은 구조 내에 많은 양의 물을 함유하고 있어 낮은 기계적 강도를 갖는바, 하이드로겔을 조직공학, 재생의학, 약물 전달, 면역 치료 등 다양한 분야에 사용하기 위해서는 기계적 특성을 향상시킬 필요가 있다. 특히, 하이드로겔이 약물 전달체로 사용되는 경우, 물이나 체액이 공급된 환경에서 스웰링으로 인해 그 구조를 오랜 시간 유지하는 것이 어려울 수 있다. 따라서 오랜 기간 약물전달이 필요한 경우나 높은 기계적 강도가 요구되는 분야에 적용하기 위하여 일 구체예에 따른 PEGDA의 농도 및 분자량, PEI의 농도를 조절하여 기계적 특성을 향상시킬 수 있다. 상기 하이드로겔의 탄성계수는 0.4 내지 600 KPa 일 수 있다. 예를 들어, 0.4 내지 500, 0.4 내지 450, 0.4 내지 400, 0.4 내지 350, 0.4 내지 300, 0.4 내지 250, 0.6 내지 600, 0.6 내지 500, 0.6 내지 450, 0.6 내지 400, 0.6 내지 350, 0.6 내지 300, 0.6 내지 250, 0.8 내지 600, 0.8 내지 500, 0.8 내지 450, 0.8 내지 400, 0.8 내지 350, 0.8 내지 300, 0.8 내지 250, 1 내지 600, 1 내지 500, 1 내지 450, 1 내지 400, 1 내지 350, 1 내지 300, 1 내지 250, 10 내지 600, 10 내지 500, 10 내지 450, 10 내지 400, 10 내지 350, 10 내지 300, 10 내지 250, 50 내지 600, 50 내지 500, 50 내지 450, 50 내지 400, 50 내지 350, 50 내지 300, 50 내지 250, 100 내지 600, 100 내지 500, 100 내지 450, 100 내지 400, 100 내지 350, 100 내지 300, 100 내지 250 KPa일 수 있다. As used herein, the term "elastic moduli (E)" refers to the ratio of stress/strain obtained through tension or compression of a hydrogel, which is the ratio of PEGDA-PEI hydrogel. It means mechanical stiffness. In addition, this indicates the crosslinking density in the crosslinked hydrogel through sufficient time for the completion of the crosslinking reaction, and since it is measured before biodegradation of the hydrogel occurs, it may mean the initial strength of the hydrogel. Since hydrogels contain a large amount of water in their structure, they have low mechanical strength. Therefore, in order to use the hydrogel in various fields such as tissue engineering, regenerative medicine, drug delivery, and immunotherapy, it is necessary to improve mechanical properties. In particular, when a hydrogel is used as a drug delivery vehicle, it may be difficult to maintain its structure for a long time due to swelling in an environment supplied with water or body fluid. Therefore, in order to apply to a case where drug delivery is required for a long period of time or to a field requiring high mechanical strength, the concentration and molecular weight of PEGDA and the concentration of PEI according to an embodiment can be adjusted to improve mechanical properties. The hydrogel may have an elastic modulus of 0.4 to 600 KPa. For example, 0.4 to 500, 0.4 to 450, 0.4 to 400, 0.4 to 350, 0.4 to 300, 0.4 to 250, 0.6 to 600, 0.6 to 500, 0.6 to 450, 0.6 to 400, 0.6 to 350, 0.6 to 300, 0.6 to 250, 0.8 to 600, 0.8 to 500, 0.8 to 450, 0.8 to 400, 0.8 to 350, 0.8 to 300, 0.8 to 250, 1 to 600, 1 to 500, 1 to 450, 1 to 400, 1 to 350, 1 to 300, 1 to 250, 10 to 600, 10 to 500, 10 to 450, 10 to 400, 10 to 350, 10 to 300, 10 to 250, 50 to 600, 50 to 500, 50 to It may be 450, 50 to 400, 50 to 350, 50 to 300, 50 to 250, 100 to 600, 100 to 500, 100 to 450, 100 to 400, 100 to 350, 100 to 300, 100 to 250 KPa.

본 명세서에서 사용되는 용어, "저장계수 (storage moduli (G '))"와 손실계수 (loss moduli (G '')는 유변학적(rheological) 반복 전단 측정을 통해 측정되며 하이드로겔의 탄성 성분과 점성 성분을 각각 나타내는 것으로, 이를 통해 겔 형성 과정에서 가교 반응 속도 (G ' 와 G '' 가 만나는 시점) 및 가교 비율(전체 고분자 용액에서 겔로 가교된 부분의 비율 (G ' 대 G '')을 측정할 수 있다. 또한, 저장계수가 클수록 반복 전단 조건 하에서 탄력적이고 부러지기 어려움을 나타낸다. 상기 하이드로겔의 저장계수는 2 내지 80 KPa 일 수 있다. 예를 들어, 2 내지 75, 2 내지 70, 2 내지 65, 2 내지 60, 2 내지 55, 2 내지 50, 2 내지 40, 2 내지 30, 4 내지 80, 4 내지 75, 4 내지 70, 4 내지 65, 4 내지 60, 4 내지 55, 4 내지 50, 4 내지 40, 4 내지 30, 6 내지 80, 6 내지 75, 6 내지 70, 6 내지 65, 6 내지 60, 6 내지 55, 6 내지 50, 6 내지 40, 6 내지 30, 10 내지 80, 10 내지 75, 10 내지 70, 10 내지 65, 10 내지 60, 10 내지 55, 10 내지 50, 10 내지 40 KPa 일 수 있다. As used herein, the terms "storage moduli (G')" and loss moduli (G ") are measured through rheological repeated shear measurements, and the elastic component and viscosity of the hydrogel. Each component represents the crosslinking reaction rate (the point at which G'and G'meet) and the crosslinking ratio (the ratio of the portion crosslinked with a gel in the total polymer solution (G' vs. G')) in the gel formation process. In addition, the larger the storage coefficient, the more elastic and difficult to break under repeated shear conditions, The storage coefficient of the hydrogel may be 2 to 80 KPa, for example, 2 to 75, 2 to 70, 2 To 65, 2 to 60, 2 to 55, 2 to 50, 2 to 40, 2 to 30, 4 to 80, 4 to 75, 4 to 70, 4 to 65, 4 to 60, 4 to 55, 4 to 50 , 4 to 40, 4 to 30, 6 to 80, 6 to 75, 6 to 70, 6 to 65, 6 to 60, 6 to 55, 6 to 50, 6 to 40, 6 to 30, 10 to 80, 10 To 75, 10 to 70, 10 to 65, 10 to 60, 10 to 55, 10 to 50, 10 to 40 KPa.

본 명세서에서 사용되는 용어, "약물"은 핵산, 단백질, 펩티드, 화합물, 및 세포로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 약학분야에서의 약물전달목적 또는 조직공학분야에서의 인공조직 이식을 위한 조직재생 목적에 사용되는 것일 수 있다. 또한 친수성 약물에 한정되지 않고 소수성 내부 공동(cavity)를 갖는 분자구조를 도입하여 소수성 약물을 탑재할 수 있다. As used herein, the term "drug" may be any one or more selected from the group consisting of nucleic acids, proteins, peptides, compounds, and cells, and for drug delivery purposes in the pharmaceutical field or artificial tissue transplantation in the tissue engineering field. It may be used for tissue regeneration purposes. In addition, it is not limited to hydrophilic drugs, and a hydrophobic drug can be loaded by introducing a molecular structure having a hydrophobic internal cavity.

일 구체예에 있어서, 상기 단백질은 인슐린, 성장인자, 항체일 수 있다. 상기 화합물은 항암제, 항생제, 소염제, 진통제, 상피재생 촉진제, 마취제, 지혈제, 항균제, 항세균제, 항바이러스제, 항진균제, 항염증제, 항산화제, 방부제, 항히스타민제, 진양제, 해열제, 면역자극제, 피부과용 제제일 수 있다. 상기 세포는 줄기세포 일 수 있다. In one embodiment, the protein may be insulin, growth factor, or antibody. The compounds are anticancer agents, antibiotics, anti-inflammatory agents, analgesics, epithelial regeneration accelerators, anesthetic agents, hemostatic agents, antibacterial agents, antibacterial agents, antiviral agents, antifungal agents, anti-inflammatory agents, antioxidants, preservatives, antihistamines, antitussive agents, antipyretics, immunostimulants, and dermatology It may be a formulation. The cells may be stem cells.

본 명세서에서 사용되는 용어, "개시제"는 광 및/또는 열, 가교제 또는 촉매를 의미할 수 있다. 일반적으로 하이드로겔을 형성하기 위한 가교 결합 반응은 개시제의 사용을 포함한다. 예를 들어, vinyl 기반의 작용기를 이용한 라디칼 중합은 persulfates 및 phenones와 같은 라디칼 개시제를 필요로 한다. 그러나 이들 시약은 종종 농도에 따라 세포 독성을 나타내므로 투여량을 조심스럽게 선택해야한다. 일 실시예에 따르면, PEGDA-PEI 하이드로겔은 독성을 갖는 별도의 가교제나 촉매의 사용이 없이 마이클 첨가반응에 의해 가교결합을 형성할 수 있기때문에 인체에 무해하고, 따라서 약물 전달체로서의 활용도가 높다고 할 수 있다. As used herein, the term "initiator" may mean light and/or heat, a crosslinking agent or a catalyst. In general, the crosslinking reaction to form a hydrogel involves the use of an initiator. For example, radical polymerization using vinyl-based functional groups requires radical initiators such as persulfates and phenones. However, these reagents often exhibit cytotoxicity depending on the concentration, so the dosage must be carefully selected. According to one embodiment, PEGDA-PEI hydrogel is harmless to the human body because it can form crosslinks by Michael addition reaction without the use of a separate crosslinking agent or catalyst having toxicity, and thus it is said that it is highly useful as a drug delivery system. I can.

본 명세서에서 사용되는 용어, "인 시튜 (in situ) 형성 하이드로겔"은 통상적으로 생체 주입형 하이드로겔을 의미할 수 있다. 주입형 하이드로겔은 기존 하이드로겔의 특징을 가지면서 체외에서는 보통의 유체와 같이 유동성을 가지고 주입 후에는 화학적 또는 물리적 자극에 의해 겔화되어 체내 주입형 하이드로겔로 이용된다. 일 실시예에 따르면, PEGDA-PEI 하이드로겔은 마이클 첨가반응에 의해 가교결합을 형성하여 별도의 가교제나 촉매 없이 온화한 조건에서 형성 가능하기 때문에 인 시츄 (in situ) 형성 하이드로겔로 적합할 수 있다.As used herein, the term "in situ forming hydrogel" may generally mean a bio-injectable hydrogel. Injection-type hydrogels have the characteristics of conventional hydrogels, have fluidity like ordinary fluids outside the body, and are gelled by chemical or physical stimulation after injection, and are used as injection-type hydrogels in the body. According to an embodiment, PEGDA-PEI hydrogel may be suitable as an in situ hydrogel because it can be formed under mild conditions without a separate crosslinking agent or catalyst by forming crosslinks by Michael addition reaction.

다른 양상은 (a) PEGDA 용액, PEI 용액, 및 용제를 혼합하여 하이드로겔 전구체 용액을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 제조된 하이드로겔 전구체 용액에 약물을 용해시키는 단계를 포함하는, 약물 전달용 하이드로겔의 제조방법을 제공한다.Another aspect is (a) preparing a hydrogel precursor solution by mixing a PEGDA solution, a PEI solution, and a solvent; And (b) dissolving a drug in the prepared hydrogel precursor solution, providing a method of preparing a hydrogel for drug delivery.

상기 방법에 있어서, PEGDA, PEI, PEGDA용액의 농도 및 분자량, 및 PEI 용액의 농도, 약물, 약물전달, 하이드로겔 등에 대해서는 상기한 바와 같다.In the above method, the concentration and molecular weight of the PEGDA, PEI, PEGDA solution, and the concentration of the PEI solution, drugs, drug delivery, hydrogel, and the like are as described above.

본 명세서에서 사용되는 용어, "용제 (solvent)"는 하이드로겔 전구체 용액을 제조하기 위하여, 고분자를 녹이는 데 사용되는 물질을 지칭하고, 당업계에서 통상적으로 사용되는 다양한 용제가 사용될 수 있으며, 예를 들어, 인산완충생리식염수 (Phosphate buffered saline: PBS)와 같은 평형염류용액일 수 있다.The term "solvent" as used herein refers to a material used to dissolve a polymer in order to prepare a hydrogel precursor solution, and various solvents commonly used in the art may be used, for example For example, it may be an equilibrium saline solution such as phosphate buffered saline (PBS).

본 명세서에서 사용되는 용어, "하이드로겔 전구체 용액"은 인큐베이션 되어 겔을 형성하기 이전 또는 체내에 주입되기 전의 액체상태를 의미할 수 있다. The term "hydrogel precursor solution" as used herein may mean a liquid state before incubation to form a gel or before being injected into the body.

일 구체예에 있어서, 상기 (b) 단계 이후, pH 7 내지 8, 및 35℃ 내지 38℃의 조건에서 하이드로겔을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 예를 들어, 상기 조건은 생리학적 조건, 또는 생체 내 (in vivo)일 수 있다. In one embodiment, after step (b), it may further include forming a hydrogel under conditions of pH 7 to 8, and 35 to 38 °C, for example, the condition is a physiological condition , Or may be in vivo.

일 양상에 따른 하이드로겔은 상기 하이드로겔의 조정 가능한 기계적 특성 및 생분해성 특성으로 인해 약물 방출이 팽윤-제어 및 분해-제어된 메카니즘으로 순차적으로 제어되는 이중-모드 약물 방출 동역학(kinetics)을 나타내는바, 약물 전달 기술 분야에 유용하게 활용될 수 있다.The hydrogel according to an aspect exhibits dual-mode drug release kinetics in which drug release is sequentially controlled by a swelling-controlled and decomposition-controlled mechanism due to the adjustable mechanical and biodegradable properties of the hydrogel. , It can be usefully used in the field of drug delivery technology.

도 1은 PEGDA의 대표적인 1H-NMR 스펙트럼이다. 표는 아크릴기 피크와 (a, b, c) 히드록시에틸 피크 (d) 간 피크 적분비이다.
도 2는 생리적 조건하에서 제조된 인 시튜 (in situ) 가교 가능한 PEGDA-PEI 하이드로겔을 도식화한 것이다.
도 3은 상온 또는 37 ℃에서 측정한 다양한 농도에서의 PEI의 점도를 확인한 결과이다.
도 4는 (a) A : 10 % PEGDA-5 % PEI, B : 20 % PEGDA-5 % PEI, C : 10 % PEGDA-3 % PEI, D : 20 % PEGDA-3 % PEI인 PEGDA-PEI 하이드로겔의 형광 현미경 이미지이다. (b) PBS에서 배양한 후, (E) FITC와 접합된 PEGDA-PEI 하이드로겔 이미지, 또는 (F) FITC와 접합되지 않은 PEGDA-PEI 하이드로겔 이미지이다.
도 5는 시간 경과에 따라 측정한 저장 (G ') 및 손실 (G ") 계수의 변화에 의해 평가된 10 % PEGDA-5 % PEI의 반응 혼합물의 유변학적 특성으로, PEGDA의 농도별로 측정((a) PEGDA400, (b) PEGDA700, (c) PEGDA1K, (d) PEGDA2K)되었으며, 화살표는 겔 형성 지점을 나타낸다. (e)는 5% PEI 일 때, 10 % PEGDA 또는 20 % PEGDA의 겔화 시간(tgel)이고, (f)는 다양한 농도의 PEI에 따른, 20 % PEGDA700의 겔화 시간(tgel)이다.
도 6은 시간 경과에 따라 측정한 저장 (G ') 및 손실 (G ") 계수의 변화에 의해 평가된 10 % PEGDA-5 % PEI의 반응 혼합물의 유변학적 특성을 확인한 것으로서, 이는 PEGDA의 농도별로 측정((a) PEGDA3K, (b) PEGDA6K)되었다.
도 7은 시간 경과에 따라 측정한 저장 (G ') 및 손실 (G ") 계수의 변화에 의해 평가된 20 % PEGDA-5 % PEI의 반응 혼합물의 유변학적 특성을 확인한 것으로서, 이는 PEGDA의 농도별로 측정((a) PEGDA400, (b) PEGDA700, (c) PEGDA1K, (d) PEGDA2K, (e) PEGDA3K, (f) PEGDA6K)되었으며, 화살표는 겔 형성 지점을 나타낸다.
도 8은 시간 경과에 따라 측정한 저장 (G ') 및 손실 (G ") 계수의 변화에 의해 평가된 20 % PEGDA700과 (a) 3 % PEI, (b) 5 % PEI, (c) 10 % PEI의 반응 혼합물의 유변학적 특성을 확인한 것으로, 화살표는 겔 형성 지점을 나타낸다.
도 9는 (a) 10% 또는 20 % PEGDA-5 % PEI 하이드로겔의 PEGDA 분자량에 따른 탄성계수(E), (b) 10 % PEGDA 또는 (c) 20 % PEGDA와 다양한 농도의 PEI 하이드로겔의 PEGDA 분자량에 따른 탄성계수 (E), (d) PEGDA의 분자량에 따른 PEGDA의 아크릴기와 PEI의 아민기의 개수 밀도 비 (ФAc / Am)를 나타낸 것이다.
도 10은 유변학적 실험에서 겔화 후 가장 높은 G '값으로부터 취한 PEGDA-PEI 하이드로겔의 저장 계수 (G')로, (a) PEGDA의 분자량에 따른 10 % 또는 20 % PEGDA와 5 % PEI 하이드로겔의 저장계수(G'), (b) 20 % PEGDA700과 다양한 농도의 PEI 하이드로겔의 저장계수(G')를 나타낸 것이다.
도 11은 (a) PEGDA-PEI 하이드로겔의 분해 메커니즘, (b) 다양한 PEGDA 분자량에 대한 10 % PEGDA-5 % PEI 하이드로겔의 정규화된 탄성 계수 (E / E0)의 시간에 따른 변화, (c) 도 11(b) 및 도 12를 식 (1)에 대입하여 구한 분해 속도 상수 (kd), 다양한 PEI 농도와 결합된 (d) 10 % PEGDA, (e) 20 % PEGDA 에 대한 분해 속도 상수 (kd)를 나타낸 것이다.
도 12는 다양한 PEGDA의 분자량에 대한 20 % PEGDA-5 % PEI 하이드로겔의 정규화된 탄성 계수 (E / E0)의 시간에 따른 변화를 나타낸 것이다.
도 13은 (a) PEGDA-PEI 하이드로겔 (10 % PEGDA-5 % PEI)의 약물 방출 프로파일로, 순차적으로 발생하는 두 가지 분리된 방출 모드(초기 팽윤-제어 메커니즘, 후기 분해-제어 메커니즘)을 확인한 결과이다. (b) 초기 약물 방출 프로파일, (c) 도 13(b) 및 14(b)의 값을 식 (2)에 대입하여 얻은 반응 속도 상수 (k1), (d) 후기 약물 방출 프로파일, (e) 도 13(d) 및 14(c)의 값을 식(3)에 대입하여 얻은 반응 속도 상수 (k2)를 나타낸 것이다.
도 14는 (a) PEGDA-PEI 하이드로겔 (20 % PEGDA, 5 % PEI)의 약물 방출 프로파일로, 순차적으로 발생하는 두 가지 분리된 방출 모드(초기 팽윤-제어 메커니즘, 이후 분해-제어 메커니즘)를 확인한 결과이다. (b) 초기 약물 방출 프로파일, (c) 후기 약물 방출 프로파일을 나타낸 것이다.
도 15는 PEG1-PEI 하이드로겔의 약물 방출 프로파일로부터 얻어진 k1 및 k2 값으로, 다양한 농도의 PEI와 (a), (b) 10 % PEGDA 및 (c), (d) 20 % PEGDA에서의 결과를 나타낸 것이다.
도 16은 PEGDA-PEI 하이드로겔의 약물 방출 프로파일로, (a) 3 % PEI-10 % PEGDA, (b) 10 % PEI-10 % PEGDA, (c) 3 % PEI-20 % PEGDA, (d) 10 % PEI-20 % PEGDA에서의 결과를 나타낸 것이다.
1 is a representative 1H-NMR spectrum of PEGDA. The table shows the peak integral ratio between the acrylic group peak and the (a, b, c) hydroxyethyl peak (d).
Figure 2 is a schematic diagram of a crosslinkable PEGDA-PEI hydrogel prepared under physiological conditions.
3 is a result of confirming the viscosity of PEI at various concentrations measured at room temperature or 37°C.
Figure 4 shows (a) A: 10% PEGDA-5% PEI, B: 20% PEGDA-5% PEI, C: 10% PEGDA-3% PEI, D: 20% PEGDA-3% PEI PEGDA-PEI Hydro This is a fluorescence microscope image of the gel. (b) After incubation in PBS, (E) PEGDA-PEI hydrogel image conjugated with FITC, or (F) PEGDA-PEI hydrogel image not conjugated with FITC.
5 is a rheological property of a reaction mixture of 10% PEGDA-5% PEI evaluated by changes in storage (G') and loss (G") coefficients measured over time, measured by concentration of PEGDA (( a) PEGDA400, (b) PEGDA700, (c) PEGDA1K, (d) PEGDA2K), and the arrow indicates the gel formation point (e) is the gelation time of 10% PEGDA or 20% PEGDA when 5% PEI ( tgel), and (f) is the gelation time (tgel) of 20% PEGDA700 according to various concentrations of PEI.
6 shows the rheological properties of the reaction mixture of 10% PEGDA-5% PEI evaluated by the change of the storage (G') and loss (G") coefficients measured over time, which is by concentration of PEGDA. It was measured ((a) PEGDA3K, (b) PEGDA6K).
7 shows the rheological properties of the reaction mixture of 20% PEGDA-5% PEI evaluated by the change of the storage (G') and loss (G") coefficients measured over time, which is by concentration of PEGDA. It was measured ((a) PEGDA400, (b) PEGDA700, (c) PEGDA1K, (d) PEGDA2K, (e) PEGDA3K, (f) PEGDA6K), and the arrows indicate the gel formation points.
Figure 8 is a 20% PEGDA700 and (a) 3% PEI, (b) 5% PEI, (c) 10% evaluated by changes in the storage (G') and loss (G") coefficients measured over time. Confirming the rheological properties of the reaction mixture of PEI, the arrow indicates the gel formation point.
9 shows the elastic modulus of (a) 10% or 20% PEGDA-5% PEI hydrogel according to the PEGDA molecular weight (E), (b) 10% PEGDA or (c) 20% PEGDA and various concentrations of PEI hydrogel. The modulus of elasticity according to the molecular weight of PEGDA (E), (d) The ratio of the number density (ФAc / Am) of the acryl group of PEGDA and the amine group of PEI according to the molecular weight of PEGDA is shown.
Figure 10 is the storage coefficient (G') of the PEGDA-PEI hydrogel taken from the highest G'value after gelation in the rheological experiment, (a) 10% or 20% PEGDA and 5% PEI hydrogel according to the molecular weight of PEGDA It shows the storage coefficient (G') of (b) 20% PEGDA700 and the storage coefficient (G') of PEI hydrogel of various concentrations.
Figure 11 shows (a) the decomposition mechanism of the PEGDA-PEI hydrogel, (b) the change over time of the normalized elastic modulus (E / E0) of 10% PEGDA-5% PEI hydrogel for various PEGDA molecular weights, (c ) Decomposition rate constant (kd) obtained by substituting FIGS. 11(b) and 12 into Equation (1), (d) 10% PEGDA, (e) 20% PEGDA combined with various PEI concentrations ( kd).
Figure 12 shows the change over time of the normalized elastic modulus (E / E0) of 20% PEGDA-5% PEI hydrogel for the molecular weight of various PEGDA.
13 is a drug release profile of (a) PEGDA-PEI hydrogel (10% PEGDA-5% PEI), showing two separate release modes that occur sequentially (initial swelling-control mechanism, late decomposition-control mechanism). This is the result of confirmation. (b) Initial drug release profile, (c) Reaction rate constant obtained by substituting the values of Figs. 13(b) and 14(b) into equation (2) (k1), (d) late drug release profile, (e) The reaction rate constant (k2) obtained by substituting the values of Figs. 13(d) and 14(c) into Equation (3) is shown.
14 is a drug release profile of (a) PEGDA-PEI hydrogel (20% PEGDA, 5% PEI), showing two separate modes of release that occur sequentially (initial swelling-control mechanism, then decomposition-control mechanism). This is the result of confirmation. (b) Early drug release profile, (c) Late drug release profile.
Figure 15 shows the k1 and k2 values obtained from the drug release profile of the PEG1-PEI hydrogel, showing the results at various concentrations of PEI and (a), (b) 10% PEGDA and (c), (d) 20% PEGDA. Is shown.
Figure 16 is a drug release profile of PEGDA-PEI hydrogel, (a) 3% PEI-10% PEGDA, (b) 10% PEI-10% PEGDA, (c) 3% PEI-20% PEGDA, (d) Results at 10% PEI-20% PEGDA are shown.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, these examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

참고예 1. 실험재료Reference Example 1. Experimental Materials

1-1. 폴리 (에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트 (poly(ethylene glycol) diacrylate: PEGDA)의 합성1-1. Synthesis of poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA)

아크릴레이트는 PEG의 하이드록실 말단기와 아크릴로일 클로라이드 (acryloyl chloride) 사이의 친핵성 치환 반응에 의해 PEG에 접합되었다. 간단히 말해, 폴리(에틸렌 글리콜) (PEG, Sigma Aldrich) (MW 1000, 2000, 3000 및 6000g mol-1)을 먼저 디클로로 메탄에 30 %로 용해시켰다. PEG의 하이드록실기에 대하여 2 몰 당량의 아크릴로일 클로라이드 및 트리에틸아민 (Sigma Aldrich)을 혼합물에 첨가하고 실온에서 건조한 N2로 24 시간 동안 교반하였다. 반응 후, 형성된 불용성 염을 여과하고, 혼합물을 회전 증발을 통해 농축시켰다. 과량의 디에틸 에테르를 첨가하여 생성물을 침전시켰다. 생성물을 디에틸 에테르로 3 회 세척하고, 진공하에 건조시켰다. 도 1에 나타난 바와 같이, 아크릴레이트 접합체를 1H-NMR (400MHz, Avance III HD, Bruker)로 확인하였다.The acrylate was conjugated to PEG by a nucleophilic substitution reaction between the hydroxyl end group of the PEG and acryloyl chloride. Briefly, poly(ethylene glycol) (PEG, Sigma Aldrich) (MW 1000, 2000, 3000 and 6000 g mol-1) was first dissolved in dichloromethane at 30%. 2 molar equivalents of acryloyl chloride and triethylamine (Sigma Aldrich) were added to the mixture with respect to the hydroxyl group of PEG and stirred at room temperature with dry N2 for 24 hours. After the reaction, the insoluble salt formed was filtered, and the mixture was concentrated via rotary evaporation. The product was precipitated by addition of excess diethyl ether. The product was washed 3 times with diethyl ether and dried under vacuum. As shown in Fig. 1, the acrylate conjugate was confirmed by 1H-NMR (400MHz, Avance III HD, Bruker).

참고예 2. 실험과정Reference Example 2. Experimental Procedure

2-1. PEGDA-PEI 하이드로겔 제조2-1. PEGDA-PEI hydrogel preparation

인산 완충 식염수 (PBS, pH 7.4) 에 PEGDA 및 PEI의 용액을 다양한 비율로 혼합하여 전구체 용액을 제조하였다. 전구체 용액은 즉시 1mm 스페이서를 가진 몰드에 넣고 하이드로겔이 형성될 때까지 37 ℃에서 배양하였다. 하이드로겔 디스크(직경 8mm)를 천공하고, 추가적인 특성화(characterization)가 이루어질 때까지 PBS에 담가 두었다.A precursor solution was prepared by mixing a solution of PEGDA and PEI in phosphate buffered saline (PBS, pH 7.4) in various ratios. The precursor solution was immediately put into a mold with a 1 mm spacer and incubated at 37° C. until a hydrogel was formed. Hydrogel discs (8 mm in diameter) were punctured and immersed in PBS until further characterization was achieved.

2-2. 유변학적 특성화(Rheological characterization) 2-2. Rheological characterization

유변학적 특성화를 수행하여 PEGDA-PEI 하이드로겔 형성의 겔화 동역학(kinetics) 분석 하였다. PEGDA 및 PEI 용액을 혼합하고 회전 디스크 유변특성측정장치(rheometer) (Kinexus, Malvern)의 샘플 홀더 상에 놓고, 저장계수 (G ') 및 손실계수 (G ")의 변화를 37 ℃의 작은 진폭 진동 전단(shear) 모드에서 가교 반응 동안 측정하였다. 실험하는 동안 회전 디스크의 주파수와 변형률은 각각 1 Hz와 10 %였다. 겔화 시간(t gel )은 겔화 시점을 나타내는 G '및 G "의 곡선이 교차 지점으로 나타내었다.Rheological characterization was performed to analyze the gelation kinetics of PEGDA-PEI hydrogel formation. Mix the PEGDA and PEI solutions and place them on a sample holder of a rotating disk rheometer (Kinexus, Malvern), and change the storage coefficient (G') and loss coefficient (G ") to a small amplitude vibration of 37 °C. Measurements were made during the crosslinking reaction in shear mode. During the experiment, the frequency and strain of the rotating disk were 1 Hz and 10%, respectively. The gelation time ( t gel ) was intersected by the curves of G 'and G "indicating the gelation time. Expressed as a point.

2-3. 압축 실험 2-3. Compression experiment

다양한 PEGDA-PEI 하이드로겔의 강도(rigidity)은 압축 실험으로부터 얻은 탄성 계수를 계산하여 측정하였다. 간단히 말하면, 하이드로겔 디스크를 1 mm min-1의 속도로 일축 압축하고, 변형률 대 응력(stress) 곡선을 얻었다 (모델 3343, Instron). 탄성계수는 곡선의 직선 영역의 기울기 (처음 10 %)로서 결정되었다.The rigidity of various PEGDA-PEI hydrogels was measured by calculating the modulus of elasticity obtained from compression experiments. Briefly, a hydrogel disk was uniaxially compressed at a rate of 1 mm min-1, and a strain versus stress curve was obtained (model 3343, Instron). The modulus of elasticity was determined as the slope of the straight region of the curve (first 10%).

2-4. 시간 경과에 따른 탄성 계수의 변화를 측정 2-4. Measures the change in modulus of elasticity over time

시간 경과에 따른 탄성 계수의 변화를 측정함으로써 생분해성을 분석하였다. PEGDA-PEI 하이드로겔을 37 ℃에서 PBS로 배양하고, 이들의 탄성 계수를 지정된 시점에서 측정 하였다. 분해 속도 상수 (k d )는 계수 대 시간 곡선을 다음의 지수함수형 감소 모델(exponential decay model)을 적용함으로써 얻어지며,Biodegradability was analyzed by measuring the change in elastic modulus over time. PEGDA-PEI hydrogels were incubated with PBS at 37° C., and their elastic modulus was measured at the designated time points. The decomposition rate constant ( k d ) is obtained by applying the following exponential decay model to the coefficient versus time curve,

[식 (1)][Equation (1)]

Figure 112018081477831-pat00003
Figure 112018081477831-pat00003

여기서 E t 는 시간 t에서 측정 된 탄성 계수이고, E 0 는 초기 탄성 계수이다. Where E t is the elastic modulus measured at time t, and E 0 is the initial elastic modulus.

2-5. 형광 현미경 이미징2-5. Fluorescence microscopy imaging

하이드로겔 형성 후 PEGDA 및 PEI의 균질성(homogeneity)을 형광체를 접합시킨 후 하이드로겔 내의 분포를 관찰하여 평가하였다. 각각의 PEGDA-PEI 하이드로겔 디스크를 플루오르신 이소티오시아네이트 (fluorescein isothiocyanate: FITC, Sigma Aldrich) 용액을 PBS (0.1 mg mL-1)에 넣어 암실 하의 실온에서 3 시간 동안 배양하여 아민기와 FITC 사이의 반응을 유도하였다. 접합은 세척 후에 하이드로겔 내에 잔류하는 형광 색상의 존재에 의해 확인되었다. FITC-접합된 하이드로겔을 형광 현미경 (XDS-3FL, Optika)으로 시각화하여 하이드로겔 내의 형광물질의 분포를 평가하였다. 또한, FITC-접합된 하이드로겔의 분해를 상기 언급 된 것과 동일한 조건 하에서 관찰하고, 변형되지 않은 하이드로겔과 비교하였다.The homogeneity of PEGDA and PEI after formation of the hydrogel was evaluated by observing the distribution in the hydrogel after conjugating a phosphor. Each PEGDA-PEI hydrogel disk was added to a solution of fluorescein isothiocyanate (FITC, Sigma Aldrich) in PBS (0.1 mg mL-1) and incubated for 3 hours at room temperature in the dark. The reaction was induced. Conjugation was confirmed by the presence of a fluorescent color remaining in the hydrogel after washing. The FITC-conjugated hydrogel was visualized with a fluorescence microscope (XDS-3FL, Optika) to evaluate the distribution of fluorescent substances in the hydrogel. In addition, the degradation of the FITC-conjugated hydrogel was observed under the same conditions as mentioned above and compared with the unmodified hydrogel.

2-6. BCATM Protein Assay2-6. BCATM Protein Assay

다양한 PEGDA-PEI 하이드로겔로부터의 약물 방출을 측정하여 기계적 특성 및 생분해성의 효과를 평가하였다. 모델 단백질 약물인 소 혈청 알부민 (3 mg mL-1)을 하이드로겔 제조 전에 전구체 용액에 용해시켜 PEGDA-PEI 하이드로겔에 캡슐화(encapsulated)하였다. 하이드로겔을 37 ℃에서 PBS에서 배양하고, 방출 된 양을 다양한 시점에서 측정하였다 (BCATM Protein Assay, Thermo Fisher). 누적 된 약물 방출 프로파일은 다음의 두 모델을 적용하였다.Drug release from various PEGDA-PEI hydrogels was measured to evaluate the effects of mechanical properties and biodegradability. The model protein drug bovine serum albumin (3 mg mL-1) was dissolved in a precursor solution before hydrogel preparation and encapsulated in a PEGDA-PEI hydrogel. The hydrogel was incubated in PBS at 37 °C, and the amount released was measured at various time points (BCATM Protein Assay, Thermo Fisher). The following two models were applied to the accumulated drug release profile.

[식 (2)][Equation (2)]

Figure 112018081477831-pat00004
Figure 112018081477831-pat00004

[식 (3)][Equation (3)]

Figure 112018081477831-pat00005
Figure 112018081477831-pat00005

여기서, M t 는 시간 t에서 방출 된 양이고, M 는 하이드로겔에서의 총량이며, k 1 k 2 는 반응 속도 상수이고, n은 방출 메커니즘과 관련된 지수이다. 식 (2)는 약물 방출의 초기 부분을 나타내기 위해 fractional 시간 의존성을 갖는 power-law 방출 모델 ('Ritger-Peppas model')을 적용한 반면, 지수함수형 방출 모델인 식 (3)은 이후에 발생하는 가속 방출을 나타내기 위해 적용되었다.Where M t is the amount released at time t, M is the total amount in the hydrogel, k 1 and k 2 are reaction rate constants, and n is the exponent related to the release mechanism. Equation (2) applies the fractional time-dependent power-law release model ('Ritger-Peppas model') to represent the initial part of the drug release, while the exponential release model, Equation (3), It was applied to indicate accelerated release.

실시예1. 농도 및 분자량을 달리한 PEGDA-PEI 하이드로겔의 제조Example 1. Preparation of PEGDA-PEI hydrogel with different concentration and molecular weight

본 실시예에서는 하이드로겔의 기계적 특성을 조절하기 위하여 PEGDA와 PEI의 용액을 다양한 비율로 혼합하여 생리학적 조건에서 인 시튜 조건에서 가교 가능한 PEGDA-PEI 하이드로겔을 제조하였다. 각 하이드로겔은 농도 및 분자량을 달리한 것을 제외하고는 "참고예2. 실험과정"의 "2-1. PEGDA-PEI 하이드로겔 제조" 에 기재된 방법과 동일한 과정에 의하여 제조하였다. In this example, in order to control the mechanical properties of the hydrogel, a solution of PEGDA and PEI was mixed in various ratios to prepare a PEGDA-PEI hydrogel capable of crosslinking in physiological conditions and in situ conditions. Each hydrogel was prepared by the same procedure as described in "2-1. PEGDA-PEI Hydrogel Preparation" of "Reference Example 2. Experimental Procedure", except that the concentration and molecular weight were different.

PEGDA의 농도를 10 % 또는 20 %로 조절하면서 PEGDA의 분자량을 400 (PEGDA400)에서 6000 (PEGDA6K) g /mol까지 변화시켰다. The molecular weight of PEGDA was changed from 400 (PEGDA400) to 6000 (PEGDA6K) g/mol while adjusting the concentration of PEGDA to 10% or 20%.

PEI 농도도 3 % 에서 10 %로 조절되었다. PEI의 농도가 3% 미만인 경우, 하이드로겔 결합에 관여하는 아민기가 부족하게 되어 겔 형성이 저해되고, 10% 초과인 경우, 하이드로겔의 기계적 특성이 감소하기 시작하였으며, 또한 도 3에 나타난 바와 같이, 용액 내 점도가 증가하게 되어 겔 형성 시간이 지연되었다. The PEI concentration was also adjusted from 3% to 10%. When the concentration of PEI is less than 3%, the amine group involved in the hydrogel bonding is insufficient, thereby inhibiting gel formation, and when it is more than 10%, the mechanical properties of the hydrogel begin to decrease, and as shown in FIG. , As the viscosity in the solution increased, the gel formation time was delayed.

실시예 2. 형광 현미경 이미징에 의한 PEGDA-PEI 하이드로겔의 균질성 확인Example 2. Confirmation of homogeneity of PEGDA-PEI hydrogel by fluorescence microscopic imaging

본 실시예에서는 PEGDA-PEI 하이드로겔의 균질성(homogeneity)을 확인하기 위하여, 하이드로겔 중 PEI의 미반응 아민기와 형광 프로브(probe)(예 : FITC)를 화학적으로 접합시킨 후 하이드로겔 내에 분포된 형광물질을 현미경 이미징을 통해 분석하였다.In this example, in order to confirm the homogeneity of the PEGDA-PEI hydrogel, the unreacted amine group of PEI in the hydrogel and a fluorescent probe (eg FITC) were chemically conjugated, and then the fluorescence distributed in the hydrogel. The material was analyzed through microscopic imaging.

그 결과, 도 4a에 나타난 바와 같이, 하이드로겔 구조 전반에서 일관된 형광 신호가 나타남을 확인하였다. 이는 PEGDA와 PEI가 네트워크 내에서 균질하게 혼합되어 분포되어 있음을 나타내는 것이다.As a result, as shown in Fig. 4a, it was confirmed that a consistent fluorescence signal appeared throughout the hydrogel structure. This indicates that PEGDA and PEI are homogeneously mixed and distributed within the network.

실시예 3. PEGDA와 PEI 사이의 가교 반응 속도에 대한 PEGDA의 분자량과 농도 및 PEI의 농도의 영향을 확인Example 3. Confirmation of the influence of the molecular weight and concentration of PEGDA and the concentration of PEI on the crosslinking reaction rate between PEGDA and PEI

본 실시예에서는 PEGDA와 PEI 사이의 가교 반응 속도에 대한 PEGDA의 분자량과 농도 및 PEI의 농도의 영향을 확인하기 위하여, 유변학적 특성화를 수행하였다. 시간 경과에 따라 혼합물의 점탄성 특성, 저장 계수 (G ', 탄성 성분) 및 손실 계수 (G '', 점성 성분)의 변화를 측정함으로써 평가되었다.In this example, rheological characterization was performed to confirm the influence of the molecular weight and concentration of PEGDA and the concentration of PEI on the crosslinking reaction rate between PEGDA and PEI. It was evaluated by measuring the change in the viscoelastic properties, storage modulus (G', elastic component) and loss modulus (G'', viscous component) of the mixture over time.

3-1. 겔 형성 여부에 대한 PEGDA의 분자량과 농도의 영향3-1. Effect of molecular weight and concentration of PEGDA on gel formation

PEGDA와 PEI의 농도를 각각 10 %와 5 %로 유지하고, PEGDA의 분자량을 증가시키면서 겔화 지점을 PEGDA6K까지 관찰하였다. The concentrations of PEGDA and PEI were maintained at 10% and 5%, respectively, and the gelation point was observed up to PEGDA6K while increasing the molecular weight of PEGDA.

그 결과, 도 5a-d에 나타난 바와 같이, PEGDA 2K까지는 G '이 G ''과 교차하는 겔화 지점이 나타났으나, 도 6에 나타난 바와 같이, PEGDA3K 및 PEGDA6K에서는 겔화 지점이 나타나지 않았음을 확인하였다.As a result, as shown in Figure 5a-d, until PEGDA 2K, a gelation point where G'crosses G'' appeared, but as shown in FIG. 6, it was confirmed that the gelation point did not appear in PEGDA3K and PEGDA6K. I did.

이는 PEGDA 3K 이상으로 분자량이 증가하면 PEI의 아민기에 비하여 상대적으로 PEGDA의 아크릴기의 수가 부족하게 되어 겔이 형성되지 않았음을 나타내는 것이다.This indicates that when the molecular weight increases above 3K of PEGDA, the number of acrylic groups of PEGDA is relatively insufficient compared to the amine group of PEI, and thus a gel is not formed.

반면, 도 7에 나타난 바와 같이, 5 % PEI를 유지하면서 PEGDA 농도를 20 %로 증가시킨 경우, 모든 PEGDA의 분자량에서 겔화 지점이 나타남을 확인할 수 있었다. 이는 PEGDA 농도가 20%로 증가됨에 따라 PEGDA3K 이상의 고 분자량의 PEGDA 분자에서도 총 아크릴기의 수가 증가되어 겔이 형성될 수 있었음을 나타내는 것이다. On the other hand, as shown in FIG. 7, when the PEGDA concentration was increased to 20% while maintaining 5% PEI, it was confirmed that gelation points appeared at the molecular weights of all PEGDAs. This indicates that as the PEGDA concentration increased to 20%, the total number of acrylic groups increased even in the high molecular weight PEGDA molecule of PEGDA3K or higher to form a gel.

3-2. 겔화 시간 (가교반응속도)에 대한 PEGDA의 분자량과 농도의 영향3-2. Effect of molecular weight and concentration of PEGDA on gelation time (crosslinking reaction rate)

도 5e에 나타난 바와 같이, 10 %와 20 % PEGDA 모두 PEGDA의 분자량이 증가함에 따라 겔화 시간 (t gel ) 이 점진적으로 감소함을 확인하였다. 또한, PEGDA의 분자량에 대한 t gel 의 감소율은 20 %의 PEGDA를 사용한 경우 더욱 높게 관찰되었다.As shown in FIG. 5e, it was confirmed that the gelation time ( t gel ) gradually decreased as the molecular weight of PEGDA increased in both 10% and 20% PEGDA. In addition, the reduction rate of t gel relative to the molecular weight of PEGDA was observed to be higher when 20% of PEGDA was used.

이는 저 분자량의 PEGDA에서는 아크릴기의 수가 상대적으로 많아져 반응 속도를 빨라질 것으로 기대되는점과 상반된 결과이다. 저 분자량의 PEGDA에서는 친수성 ethylene oxide 사슬에 비해 소수성의 아크릴기가 다량 존재하여 PEGDA 분자의 소수성 수준이 상대적으로 증가하게 되고, 이에 따라, PEGDA와 친수성인 PEI간 안정하고 균질한 혼합을 방해하는 역할을 하였을 것으로 예상된다. This is contrary to the expectation that the reaction rate will be accelerated due to the relatively large number of acrylic groups in the low molecular weight PEGDA. In the low molecular weight PEGDA, there is a large amount of hydrophobic acrylic groups compared to the hydrophilic ethylene oxide chain, so that the level of hydrophobicity of the PEGDA molecule is relatively increased, and thus, the stable and homogeneous mixing between PEGDA and the hydrophilic PEI may have played a role. Is expected.

결과적으로, 보다 큰 친수성을 갖는 고 분자량의 PEGDA는 PEI와의 유리한 상호작용을 가질 수 있으며, 초기 가교 결합 공정을 보다 안정적으로 유도할 수 있음을 알 수 있다.As a result, it can be seen that high molecular weight PEGDA having greater hydrophilicity can have an advantageous interaction with PEI and can induce an initial crosslinking process more stably.

3-3. 겔화 시간 (가교반응속도) 에 대한 PEI의 농도의 영향3-3. Effect of the concentration of PEI on the gelation time (crosslinking reaction rate)

도 5f 및 도 8에 나타난 바와 같이, PEI 농도가 겔화 시간(t gel )에 미치는 영향은 확인하기 위하여, 20 % PEGDA700과 반응시키는 PEI 농도를 3 % 에서 10 %까지 변화시켰다. As shown in FIGS. 5F and 8, in order to confirm the effect of the PEI concentration on the gelation time ( t gel ), the PEI concentration reacted with 20% PEGDA700 was changed from 3% to 10%.

그 결과, t gel 값은 PEI 농도가 증가함에 따라 감소함을 확인할 수 있었으며, 이는 가교 결합에 사용 가능한 아민기의 수가 PEI 농도에 따라 증가하기 때문이었다. 다만, 상기 실시예 1에 언급한 바와 같이, PEI의 농도가 10%를 초과하는 경우에는 용액 내 점도가 증가하게 되어 오히려, 겔 형성 시간이 지연될 것으로 예측되었다. As a result, it was confirmed that the t gel value decreased as the PEI concentration increased, because the number of amine groups usable for crosslinking increased with the PEI concentration. However, as mentioned in Example 1, when the concentration of PEI exceeds 10%, the viscosity in the solution increases, and it is predicted that the gel formation time will be delayed.

실시예4. 하이드로겔의 강도에 대한 PEGDA의 분자량과 농도 및 PEI의 농도의 영향을 확인Example 4. Confirm the influence of the molecular weight and concentration of PEGDA and the concentration of PEI on the strength of the hydrogel

본 실시예에서는 PEGDA-PEI 하이드로겔의 강도를 확인하기 위하여, 가교 반응의 완결을 위한 충분한 시간을 통해 완전-가교된 하이드로겔의 일축 압축 실험을 수행하여 탄성 계수를 측정하였다.In this example, in order to confirm the strength of the PEGDA-PEI hydrogel, the elastic modulus was measured by performing a uniaxial compression experiment of the fully-crosslinked hydrogel through a sufficient time for the completion of the crosslinking reaction.

4-1. 하이드로겔의 강도에 대한 PEGDA의 분자량의 영향4-1. Influence of molecular weight of PEGDA on the strength of hydrogel

PEGDA-PEI 하이드로겔의 강도(rigidity)에 대하여 PEGDA 분자량이 미치는 영향을 확인하기 위하여, PEI의 농도는 5 %로 유지시키면서 10 % 또는 20 % PEGDA 용액 내 PEGDA의 분자량을 증가시키면서 탄성계수를 측정하였다.In order to confirm the effect of the PEGDA molecular weight on the rigidity of the PEGDA-PEI hydrogel, the modulus of elasticity was measured while increasing the molecular weight of PEGDA in a 10% or 20% PEGDA solution while maintaining the concentration of PEI at 5%. .

그 결과, 도 9a에 나타난 바와 같이, 탄성 계수는 PEGDA700 이상에서는 PEGDA의 분자량이 증가함에 따라 감소함을 확인하였다. 예를 들어, 10 % PEGDA의 경우 PEGDA700에서 PEGDA2K로 갈수록, 20 % PEGDA의 경우 PEGDA700에서 PEGDA6K로 갈수록 탄성 계수가 감소하였다. 그러나, PEGDA400-PEI 하이드로겔의 탄성 계수는 PEGDA700-PEI 하이드로겔보다 현저히 낮음을 확인하였다.As a result, as shown in FIG. 9A, it was confirmed that the modulus of elasticity decreased as the molecular weight of PEGDA increased in PEGDA700 or higher. For example, in the case of 10% PEGDA, the modulus of elasticity decreased from PEGDA700 to PEGDA2K, and in the case of 20% PEGDA from PEGDA700 to PEGDA6K. However, it was confirmed that the elastic modulus of the PEGDA400-PEI hydrogel was significantly lower than that of the PEGDA700-PEI hydrogel.

이는 PEGDA700에 비해 PEGDA400에 아크릴기가 더 많아 소수성이 증가하여 친수성 PEI와의 균질한 혼합을 방해하였고, 그에 따라, 가교 결합 반응의 정도가 감소되었음을 나타내는 것이다.This indicates that PEGDA400 has more acrylic groups than PEGDA700, so that the hydrophobicity increases, preventing homogeneous mixing with hydrophilic PEI, and thus, the degree of crosslinking reaction is reduced.

또한, PEGDA의 분자량에 따른 탄성 계수의 전체 경향은 도 9b-c에 나타난 바와 같이, PEGDA 농도에 관계없이 모든 PEI 농도에서 도 9a에 도시된 것과 유사하였다. In addition, the overall tendency of the modulus of elasticity according to the molecular weight of PEGDA was similar to that shown in FIG. 9A at all PEI concentrations regardless of the PEGDA concentration, as shown in FIGS. 9b-c.

4-2. 하이드로겔의 강도에 대한 아크릴기와 아민기의 개수 밀도 비의 영향4-2. Influence of the ratio of the number density of acrylic groups and amine groups on the strength of the hydrogel

PEGDA-PEI 하이드로겔의 기계적 특성에 대한 아크릴기와 아민기의 화학양론의 영향을 평가하기 위해, 아크릴기 대 아민기의 이론적인 개수 밀도 비 (ФAc / Am)를 계산하였다. In order to evaluate the influence of the stoichiometry of acryl and amine groups on the mechanical properties of PEGDA-PEI hydrogel, the theoretical number density ratio (ФAc/Am) of acryl groups to amine groups was calculated.

그 결과, 도 9d에 나타난 바와 같이, PEGDA의 분자량이 증가함에 따라 ФAc / Am 가 감소함을 확인하였다. 또한, 동일 농도에서 아크릴기의 수가 가장 많은 20 % PEGDA400에서, 5 % PEI인 경우가 3 % PEI (0.43), 10 % PEI (1.4)에 비해 ФAc / Am 값이 1 (0.86) 에 가깝게 나타나는 것을 확인하였다.As a result, as shown in FIG. 9D, it was confirmed that ФAc/Am decreased as the molecular weight of PEGDA increased. In addition, in the 20% PEGDA400 with the highest number of acrylic groups at the same concentration, the фAc/Am value appears closer to 1 (0.86) compared to 3% PEI (0.43) and 10% PEI (1.4) in the case of 5% PEI. Confirmed.

이는 가교 결합 반응은 아크릴기와 아민기 사이의 화학양론적 반응을 통해 일어나기 때문에, 1 에 가까운 비율일수록 가교 결합 밀도가 증가한다고 볼 수 있다. 마찬가지로, ФAc / Am 값이 1로부터 이탈될수록 가교 결합 밀도가 감소된다고 볼 수 있고, 결과적으로 하이드로겔 강도가 감소된다고 볼 수 있다. 따라서, 동일 농도에서 아크릴기의 수가 가장 많은 20 % PEGDA400에서 5 % PEI에 대해 가장 높은 강도가 나타났음을 알 수 있었다.This is because the crosslinking reaction occurs through a stoichiometric reaction between an acrylic group and an amine group, so it can be seen that the crosslinking density increases as the ratio is closer to 1. Likewise, it can be seen that the crosslinking density decreases as the φAc/Am value deviates from 1, and as a result, the hydrogel strength decreases. Therefore, it was found that the highest strength was observed for 5% PEI in 20% PEGDA400, which has the highest number of acrylic groups at the same concentration.

4-3. 하이드로겔의 강도에 대한 PEGDA 및 PEI의 농도의 영향4-3. Effect of the concentration of PEGDA and PEI on the strength of the hydrogel

PEGDA-PEI 하이드로겔의 강도에 대하여 PEGDA 및 PEI 농도가 미치는 영향을 확인하기 위하여, 10 % 또는 20 % PEGDA에 대하여 PEI 농도를 3 %에서 10 %까지 변화시켰다.In order to confirm the effect of the PEGDA and PEI concentrations on the strength of the PEGDA-PEI hydrogel, the PEI concentration was changed from 3% to 10% for 10% or 20% PEGDA.

그 결과, 도 9b-c에 나타난 바와 같이, 20 % PEGDA를 갖는 하이드로겔은 일반적으로 모든 분자량의 PEGDA에서 10 % PEGDA를 갖는 것보다 큰 탄성 계수를 가짐을 확인하였다. 또한, 주어진 PEI 농도에서, 하이드로겔이 형성될 수 있는 PEGDA의 분자량 범위도 20 % PEGDA에서 더 큼을 확인하였다. 예를 들어, 3 % PEI의 경우, 겔이 형성되기 위한 PEGDA의 최대 분자량은 10 % PEGDA에서 PEGDA2K였고, 20 % PEGDA에서 PEGDA3K였다. 유사하게, 10 % PEI의 경우, 겔이 형성되기 위한 PEGDA의 최대 분자량은 10 % PEGDA에서 PEGDA1K였고, 20 % PEGDA에서 PEGDA2K였다. As a result, as shown in Fig. 9b-c, it was confirmed that the hydrogel having 20% PEGDA generally has a greater elastic modulus than that having 10% PEGDA in PEGDA of all molecular weights. In addition, it was confirmed that at a given PEI concentration, the molecular weight range of PEGDA in which a hydrogel can be formed is also larger in 20% PEGDA. For example, for 3% PEI, the maximum molecular weight of PEGDA to form a gel was PEGDA2K in 10% PEGDA and PEGDA3K in 20% PEGDA. Similarly, for 10% PEI, the maximum molecular weight of PEGDA for gel formation was PEGDA1K in 10% PEGDA and PEGDA2K in 20% PEGDA.

한편, 도 9b-c에 나타난 바와 같이, 3 % PEI를 갖는 하이드로겔의 탄성 계수는 5 % PEI를 갖는 것보다 훨씬 낮은 반면, PEI 농도가 10 %까지 증가하면, 모든 분자량의 PEGDA에 대한 탄성 계수가 현저하게 감소함을 확인하였다.On the other hand, as shown in Fig.9b-c, the elastic modulus of the hydrogel with 3% PEI is much lower than that with 5% PEI, whereas when the PEI concentration increases to 10%, the elastic modulus for PEGDA of all molecular weights It was confirmed that was significantly reduced.

이는 3 % PEI의 경우, 5 % PEI에 비하여 아민 함량이 낮아 탄성계수가 낮게 나타남을 나타내는 것이다. 또한, PEGDA의 아크릴기의 수는 5 %PEI의 아민기에 의해 모두 소비되고 PEI 농도의 추가적인 증가는 PEI 분자의 상당한 화학양론적 과량을 초래하여 가교 결합 반응에 대한 제한 효과를 초래한다는 것을 나타낸다. 즉, 과량의 PEI 반응물의 존재는 오히려 가교 결합의 방해물로서 작용한다는 것을 의미한다. 이것은 또한 10 % PEI를 가진 하이드로겔의 탄성 계수가 일반적으로 3 % PEI를 가진 것보다 더 컸음에도 불구하고, 겔화를 위한 최대 분자량의 PEGDA가 10 % PEI (PEGDA2K)보다 3 % PEI (PEGDA3K)에 대해 더 높다는 사실을 설명하는데 도움이 된다. 즉, 10 % PEI에서의 매우 많은 PEI의 과량은 10 % PEI에서 가장 적은 수의 아크릴기에서의 가교 결합 반응을 제한함으로써 하이드로겔 형성을 방해한다.This indicates that in the case of 3% PEI, the amine content is lower than that of 5% PEI, so that the modulus of elasticity is lower. In addition, the number of acrylic groups in PEGDA is all consumed by the amine groups of 5% PEI, indicating that further increase in PEI concentration results in a significant stoichiometric excess of PEI molecules resulting in a limiting effect on the crosslinking reaction. That is, the presence of an excess of PEI reactants means that it acts as a blocker of crosslinking. This also means that although the modulus of elasticity of hydrogels with 10% PEI is generally greater than those with 3% PEI, the PEGDA of the highest molecular weight for gelation is at 3% PEI (PEGDA3K) than 10% PEI (PEGDA2K). It helps to explain the fact that it is higher. That is, a very large excess of PEI in 10% PEI hinders hydrogel formation by limiting the crosslinking reaction in the fewest number of acrylic groups in 10% PEI.

4-4. 하이드로겔의 강도 평가 4-4. Hydrogel strength evaluation

하이드로겔의 강도는 또한 도 5-8 에서와 같이 완전 겔화 후 반복 전단 조건하에서 G '값으로 평가되었다.The strength of the hydrogel was also evaluated as G'value under repeated shear conditions after complete gelation as shown in FIGS. 5-8.

그 결과, 도 10a에 나타난 바와 같이, 10 % PEGDA-5 % PEI 의 하이드로겔에서 G '의 경향은 탄성 계수의 경향과 유사하였다. 그러나, PEGDA 농도가 20 %로 증가하면, G '값은 PEGDA의 분자량이 증가함에 따라 PEGDA2K까지 연속적으로 증가함을 확인하였다. As a result, as shown in FIG. 10A, the trend of G'in the hydrogel of 10% PEGDA-5% PEI was similar to that of the elastic modulus. However, when the PEGDA concentration increased to 20%, it was confirmed that the G'value continuously increased up to PEGDA2K as the molecular weight of PEGDA increased.

이는 고 분자량 PEGDA로 가교 결합된 하이드로겔이 강도가 낮더라도 더 탄력적이었기 때문에 전단 조건하에서 구조적 완전성을 유지할 수 있었던 것이다. 반면, 저 분자량의 PEGDA로 가교 결합된 하이드로겔은 훨씬 더 높은 탄성 계수를 가지지만, 또한 훨씬 더 부러지기 쉽다. 따라서, 반복 전단 측정 동안 이러한 하이드로겔에 대한 광범위한 부러짐이 발생하여 G '값이 감소하게 됨을 알 수 있었다. This is because the hydrogel cross-linked with high molecular weight PEGDA was more resilient even though the strength was low, so structural integrity could be maintained under shear conditions. On the other hand, hydrogels crosslinked with low molecular weight PEGDA have a much higher modulus of elasticity, but are also much more brittle. Therefore, it was found that the G'value decreased due to the occurrence of extensive breakage of the hydrogel during repeated shear measurement.

도 10b에 나타난 바와 같이, PEGDA의 농도와 분자량을 유지(20 % PEGDA700)하면서 PEI 농도를 변화시킨 하이드로겔에 대해서도 유사한 결과가 나타났다(G '값은 PEI의 농도가 증가함에 따라 연속적으로 증가하였다). 10 % PEGDA700에서, G '의 경향은 도 9b에 나타난 (도 9b에 나타난 PEGDA 700의) 탄성 계수의 경향과 유사하였다. 그러나 20 % PEGDA700에서는, 5 % PEI는 탄성 계수가 가장 높았음에도 불구하고 G '는 다른 조건보다(10 % PEI 보다) 낮았는데, 이는 높은 강도를 가진 하이드로겔이 상당한 취성(brittleness) 또한 보유하고 있어 주어진 반복 전단 실험 조건에서 구조의 파괴가 일어난 것으로부터 기인한다.As shown in FIG. 10B, similar results were also observed for the hydrogel in which the PEI concentration was changed while maintaining the concentration and molecular weight of PEGDA (20% PEGDA700) (G' value continuously increased as the concentration of PEI increased). . At 10% PEGDA700, the trend of G'was similar to that of the elastic modulus (of PEGDA 700 shown in FIG. 9B) shown in FIG. 9B. However, at 20% PEGDA700, even though 5% PEI had the highest modulus of elasticity, G'was lower than other conditions (than 10% PEI), which is because the hydrogel with high strength also possesses considerable brittleness. It is due to the failure of the structure in the given repeated shear test conditions.

실시예 5. Example 5. PEGDA-PEI 하이드로겔의 분해거동 확인Confirmation of decomposition behavior of PEGDA-PEI hydrogel

5-1. PEGDA-PEI 하이드로겔의 분해메커니즘5-1. Decomposition mechanism of PEGDA-PEI hydrogel

PEI 사슬의 모든 아민이 PEGDA의 아크릴기와 반응할 가능성은 거의 없기 때문에 PEGDA-PEI 하이드로겔에 상당한 수의 미 반응 아민기가 남아있을 수 있다. 이는 가교 결합 반응이 진행됨에 따라 중합체 사슬의 conformational 및 translational 이동성이 감소하여 반응성이 감소하기 때문이다. 따라서, 도 11a에 나타난 바와 같이, PEGDA-PEI 하이드로겔의 ester 결합은 미 반응 아민기가 직접적으로 친핵성 공격을 하거나, 양성자화된 아민기와 증가된 hydroxide 이온으로 인해 가수분해된다고 보여지고, 그에 따라, 하이드로겔 분해가 촉진된다. Since it is unlikely that all amines in the PEI chain will react with the acryl groups of PEGDA, a significant number of unreacted amine groups may remain in the PEGDA-PEI hydrogel. This is because the reactivity decreases as the conformational and translational mobility of the polymer chain decreases as the crosslinking reaction proceeds. Therefore, as shown in FIG. 11A, the ester bond of the PEGDA-PEI hydrogel is shown to be hydrolyzed due to the unreacted amine group directly nucleophilic attack or the protonated amine group and increased hydroxide ions, accordingly, Hydrogel degradation is accelerated.

5-2. PEGDA-PEI 하이드로겔의 분해거동에 대한 PEGDA의 분자량의 영향5-2. Effect of Molecular Weight of PEGDA on the Degradation Behavior of PEGDA-PEI Hydrogel

본 실시예에서는 PEGDA-PEI 하이드로겔의 분해거동 확인하기 위하여, 하이드로겔을 생리적 완충제(즉, PBS)에 담그고 탄성 계수의 변화를 시간에 따라 평가하였다. 탄성 계수 (E / E0) 대 시간 (t) 프로파일의 분율 변화를 지수함수형 감소 모델 (식 (1))에 대입하여 분해 속도 상수 (k d )를 얻었다. 모든 조건에서 PEGDA-PEI 하이드로겔은 다양한 속도로 완전한 구조적 분해를 나타내었다.In this example, in order to confirm the decomposition behavior of the PEGDA-PEI hydrogel, the hydrogel was immersed in a physiological buffer (ie, PBS) and the change in elastic modulus was evaluated over time. The change in the fraction of the elastic modulus (E/E0) versus time (t) profile was substituted into the exponential reduction model (Equation (1)) to obtain the decomposition rate constant ( k d ). Under all conditions, PEGDA-PEI hydrogel showed complete structural degradation at various rates.

도 11b-c 및 도 12에 나타난 바와 같이, PEGDA의 분자량과 농도를 변화시키는 동안 PEI의 농도는 5 %로 유지되었다. 11b-c and 12, the concentration of PEI was maintained at 5% while changing the molecular weight and concentration of PEGDA.

그 결과, 도 11c에 나타난 바와 같이, 10 % 및 20 % PEGDA의 경우, 분해 속도는 PEGDA의 분자량에 의해 크게 영향을 받았으며, 일반적으로 k d 값은 PEGDA의 분자량이 증가함에 따라 증가함을 확인하였다. 이는 가교도가 낮은 하이드로겔이 더 빠른 분해를 나타내었는데, 이는 하이드로겔 내에 분해를 위해 끊어져야 할 ester 결합이 적었고, 고 분자량의 PEGDA에서 더 큰 팽윤 정도를 갖는 하이드로겔 내에 더 큰 삼투압이 있었기 때문이라고 예상되었다.As a result, as shown in Fig. 11c, in the case of 10% and 20% PEGDA, the decomposition rate was greatly affected by the molecular weight of PEGDA, and it was confirmed that the k d value generally increases as the molecular weight of PEGDA increases. . This is because the hydrogel with low crosslinking degree showed faster decomposition, because there were fewer ester bonds that had to be broken for decomposition in the hydrogel, and there was a greater osmotic pressure in the hydrogel with a higher degree of swelling in the high molecular weight PEGDA. Was expected.

또한, 도 11d-e에 나타난 바와 같이, PEI 농도를 변화시킨 PEGDA-PEI 하이드로겔에 대해서도 분해를 관찰하였다. 일반적으로 k d 값은 10 %와 20 % PEGDA에서 PEI 농도에 관계없이 PEGDA의 분자량에 따라 증가함을 확인하였다. 최대 분자량의 PEGDA (즉, 10 % PEGDA2K 및 20 % PEGDA3K)에 대해, 5 % PEI에서 탄성 계수가 훨씬 더 높았음에도 불구하고, 5 % PEI에서의 k d 값이 3 % PEI보다 현저히 높았다. 또한, 도 11d에 나타난 바와 같이, 3 % PEI를 갖는 10 % PEGDA의 분자량에 따른 k d 의 변화는 5 % PEI의 경우보다 현저히 낮았다. 유사하게, 도 11e에 나타난 바와 같이, 20 % PEGDA에서 PEGDA의 분자량에 대한 k d 의 증가는 PEI의 농도에 따라 더 두드러지게 나타났다. 이는 하이드로겔의 초기 강도의 차이에 관계없이, 고농도의 PEI에서 더 많은 양의 미 반응 아민기가 분해 과정을 촉진할 가능성이 있음을 확인할 수 있었다. In addition, as shown in Fig. 11d-e, decomposition was also observed for the PEGDA-PEI hydrogel in which the PEI concentration was changed. In general, it was confirmed that the k d value increased with the molecular weight of PEGDA in 10% and 20% PEGDA regardless of the PEI concentration. For PEGDAs of the highest molecular weight (i.e., 10% PEGDA2K and 20% PEGDA3K), the k d values at 5% PEI were significantly higher than at 3% PEI, although the modulus of elasticity was much higher at 5% PEI. In addition, as shown in FIG. 11d, the change in k d according to the molecular weight of 10% PEGDA with 3% PEI was significantly lower than that of 5% PEI. Similarly, as shown in Fig. 11e, the increase of k d to the molecular weight of PEGDA at 20% PEGDA was more pronounced with the concentration of PEI. It was confirmed that, regardless of the difference in the initial strength of the hydrogel, there is a possibility that a larger amount of unreacted amine groups may accelerate the decomposition process in a high concentration of PEI.

5-3. PEGDA-PEI 하이드로겔의 분해거동에 대한 미 반응 아민기의 영향5-3. Influence of unreacted amine groups on the decomposition behavior of PEGDA-PEI hydrogel

한편, 도 4b에 나타난 바와 같이, 가수분해를 통한 분해에 대한 미 반응 아민기의 영향은 화학 반응에 의해 하이드로겔에서 아민기를 제거함으로써 추가로 확인되었다. PEGDA-PEI 하이드로겔에서 미 반응 아민기는 상기 언급 한 바와 같이 FITC와 접합되었다.On the other hand, as shown in Figure 4b, the effect of the unreacted amine group on the decomposition through hydrolysis was further confirmed by removing the amine group from the hydrogel by a chemical reaction. In the PEGDA-PEI hydrogel, unreacted amine groups were conjugated with FITC as mentioned above.

그 결과, 도 4b에 나타난 바와 같이, FITC- 연결된 하이드로겔(E)은 PBS에서 안정한 채로 유지되었으나, 변형되지 않은 하이드로겔(F)은 완전히 분해됨을 확인할 수 있었다. 이는 FITC- 연결된 하이드로겔은 자유 아민기가 모두 소모되었기 때문에 분해되지 않고 안정하게 유지된 것으로 보이고, 결과적으로, PEGDA-PEI 하이드로겔의 미 반응 아민기가 하이드로겔 분해를 일으킨다는 것을 보여 주었다.As a result, as shown in FIG. 4B, it was confirmed that the FITC-linked hydrogel (E) remained stable in PBS, but the unmodified hydrogel (F) was completely decomposed. This showed that the FITC-linked hydrogel was not decomposed and remained stable because all of the free amine groups were consumed, and as a result, it was shown that the unreacted amine groups of the PEGDA-PEI hydrogel caused hydrogel decomposition.

실시예 6. Example 6. PEGDA-PEI 하이드로겔의 이중모드 약물 방출 프로파일 확인Confirmation of bimodal drug release profile of PEGDA-PEI hydrogel

in situ 가교 결합할 수 있는 PEGDA-PEI 하이드로겔의 조정 가능한 기계적 성질과 분해 거동과 결합된 것은 주사용 투여 형태로서 이상적이다. 따라서, 본 실시예에서는 도 13 및 도 14에 나타난 바와 같이, PEGDA-PEI 하이드로겔로부터 모델 약물인 소혈청알부민(Bovine serum albumin)의 방출을 시간에 따라 측정하고, 누적 약물 방출 대 시간 (t) 프로파일을 얻고 분석하였다. Combined with the tunable mechanical properties and degradation behavior of the in situ crosslinkable PEGDA-PEI hydrogel, it is ideal as a dosage form for injection. Therefore, in this example, as shown in FIGS. 13 and 14, the release of bovine serum albumin, a model drug, from the PEGDA-PEI hydrogel was measured over time, and the cumulative drug release versus time (t) Profiles were obtained and analyzed.

그 결과, 도 13a 및 도 14a에 나타난 바와 같이, PEGDA의 모든 분자량에서 PEGDA-PEI 하이드로겔의 전체적인 방출 프로파일은 순서대로 발생하는 두 개의 상이한 상(phase)으로 구성됨을 확인하였다. 즉, (1) fractional 시간 의존성 (~ tn, 0 <n <1)을 갖는 초기 power law 곡선, (2) 종점에 도달하기 전에 방출 속도의 빠른 상승을 나타내는 지수 곡선을 나타냈다. 이는 도 13a에 나타난 바와 같이, 초기 약물 방출은 중합에 의한 네트워크의 Fickian 확산과 사슬 이완의 결합으로 인한 하이드로겔의 팽윤 작용에 의해 좌우되며, 이후의 약물 방출은 하이드로겔 분해에 의해 촉진됨을 의미하는 것이다.As a result, as shown in FIGS. 13A and 14A, it was confirmed that the overall release profile of the PEGDA-PEI hydrogel at all molecular weights of PEGDA consisted of two different phases occurring in sequence. That is, (1) an initial power law curve with fractional time dependence (~tn, 0 <n <1), and (2) an exponential curve indicating a rapid rise in the release rate before reaching the end point. This means that, as shown in FIG. 13A, the initial drug release is influenced by the swelling action of the hydrogel due to the combination of Fickian diffusion and chain relaxation of the network by polymerization, and subsequent drug release is promoted by hydrogel degradation. will be.

6-1. 초기 약물 방출 속도에 대한 PEGDA의 분자량의 영향6-1. Effect of molecular weight of PEGDA on initial drug release rate

도 13b-c 및 도 14b에 나타난 바와 같이, 초기 12 시간 동안의 약물 방출 프로파일은 Ritger-Peppas 모델 (식 (2))을 적용하여 반응 속도 상수 (k 1 )을 얻었다. 13b-c and 14b, the drug release profile for the initial 12 hours was obtained by applying the Ritger-Peppas model (Equation (2)) to obtain a reaction rate constant ( k 1 ).

그 결과, 도 13c에 나타난 바와 같이, 반응 속도 상수 (k 1 ) 값은 PEGDA의 분자량이 증가함에 따라 증가함을 확인하였다. 예를 들어, 20 % PEGDA에 대해서는 분자량이 PEGDA700에서 PEGDA3K로, 10 % PEGDA에 대해서는 PEGDA700에서 PEGDA2K로 증가되면서 반응 속도 상수가 증가하였다. 이는 일반적으로 가교 결합 밀도가 작은 하이드로겔로부터의 방출이 빠르기 때문임을 나타내는 것이다. 한편, PEGDA400-PEI 하이드로겔로부터의 방출 속도는 가장 큰 가교 결합 밀도를 가짐에도 불구하고 다른 어떤 조건보다 훨씬 높음을 확인하였다. 이는 가장 낮은 분자량의 PEGDA 에서 고도로 증가된 소수성이 다른 조건에서보다 하이드로겔로부터 친수성 분자를 빠져 나오는 것을 용이하게 하였음을 시사하는 것이다.As a result, as shown in Fig. 13c, it was confirmed that the reaction rate constant ( k 1 ) value increased as the molecular weight of PEGDA increased. For example, the reaction rate constant increased as the molecular weight increased from PEGDA700 to PEGDA3K for 20% PEGDA and from PEGDA700 to PEGDA2K for 10% PEGDA. This indicates that this is generally due to the rapid release from hydrogels with a small crosslinking density. On the other hand, it was confirmed that the release rate from the PEGDA400-PEI hydrogel was much higher than any other conditions despite having the largest crosslinking density. This suggests that the highly increased hydrophobicity in the lowest molecular weight PEGDA facilitated the extraction of hydrophilic molecules from the hydrogel than in other conditions.

6-2. 후기 약물 방출 속도에 대한 PEGDA의 분자량의 영향6-2. Effect of molecular weight of PEGDA on late drug release rate

도 13d-e 및 도 14c에 나타난 바와 같이, 방출 속도의 급격한 증가를 나타내는 후속 약물 방출 프로파일은, 지수함수형 약물 방출 모델 (식 (3))을 적용하여 반응 속도 상수 (k 2 )를 얻을 수 있었고, 이를 통해 하이드로겔 분해에 의해 지배되는 약물 방출의 경향을 확인할 수 있었다.As shown in FIGS. 13D-E and 14C, the reaction rate constant ( k 2 ) was obtained by applying the exponential drug release model (Equation (3)) to the subsequent drug release profile showing a rapid increase in the release rate. , Through this, it was possible to confirm the trend of drug release dominated by hydrogel degradation.

그 결과, 도 13e에 나타난 바와 같이, 반응 속도 상수 (k 2 ) 값은 도 11에서의 분해 속도 상수 (k d )의 경향과 유사하게, 10 % 및 20 % PEGDA에서 PEGDA의 분자량이 증가함에 따라 증가함을 확인하였다. 이는 초기의 팽윤-제어 메커니즘이후의 방출 kinetics는 크게 하이드로겔 분해에 의해 좌우된다는 것을 나타낸다.As a result, as shown in Figure 13e, the reaction rate constant ( k 2 ) value is similar to the trend of the decomposition rate constant ( k d ) in Figure 11, as the molecular weight of PEGDA increases in 10% and 20% PEGDA It was confirmed that it increased. This indicates that the release kinetics after the initial swelling-control mechanism is largely influenced by hydrogel degradation.

6-3. 다양한 PEI 농도에서의 약물 방출 프로파일 확인6-3. Identification of drug release profiles at various PEI concentrations

도 15 및 도 16에 나타난 바와 같이, 이러한 순차적인 약물 방출 프로파일은 10 % 및 20 % PEGDA와 다양한 PEI 농도에 의해 가교 결합된 하이드로겔에서도 확인할 수 있었다.As shown in FIGS. 15 and 16, this sequential drug release profile could be confirmed even in a hydrogel crosslinked by 10% and 20% PEGDA and various PEI concentrations.

도 15a 및 15c에 나타난 바와 같이, 10 %와 20 % PEGDA 모두에 대한 k 1 값의 경향은 초기 약물 방출이 대부분 하이드로겔 확산에 의해 좌우됨을 나타내는 것으로, 도 9에 나타난 하이드로겔의 기계적 강도와 일반적으로 역의 관계가 있음을 확인할 수 있었다.As shown in FIGS. 15A and 15C, the trend of k 1 values for both 10% and 20% PEGDA indicates that initial drug release is mostly influenced by hydrogel diffusion, and the mechanical strength and general characteristics of the hydrogel shown in FIG. 9 It was confirmed that there is an inverse relationship.

도 15b 및 도 15d에 나타난 바와 같이, PEGDA의 분자량 증가에 따른 k 2 값의 증가는 더 높은 PEI 농도에서 더욱 두드러짐을 확인할 수 있었다. 이는 가속화된 약물 방출에서, 더 높은 PEI 농도에서 더 높은 분해 속도를 나타내는 것을 의미한다. As shown in FIGS. 15B and 15D, it was confirmed that the increase in the k 2 value according to the increase in the molecular weight of PEGDA was more pronounced at the higher PEI concentration. This means that at accelerated drug release, higher degradation rates are shown at higher PEI concentrations.

특히, 도 15b에 나타난 바와 같이, 10 % PEGDA1K-10 % PEI에 대한 k 2 값은 다른 조건보다 유의하게 높음을 확인할 수 있었다. 이는 도 9에 도시된 낮은 탄성 계수에 의해 식별되는 약한 기계적 강도와 하이드로겔 분해를 촉진하는 미 반응 아민기의 높은 함량의 조합으로부터 비롯되었을 가능성이 있다. 한편, 낮은 PEI 농도에서 10 %의 PEGDA 분자량에 따른 k 2 값의 경향은 기계적 강도의 경향에 더 가깝게 나타나 약물 방출에 있어 분해보다 확산의 영향이 더 큼을 시사한다. In particular, as shown in Figure 15b, it was confirmed that the k 2 value for 10% PEGDA1K-10% PEI was significantly higher than other conditions. This may have resulted from the combination of weak mechanical strength identified by the low modulus of elasticity shown in FIG. 9 and a high content of unreacted amine groups that promote hydrogel degradation. On the other hand, the tendency of the k 2 value according to the molecular weight of PEGDA of 10% at low PEI concentration is closer to the tendency of mechanical strength, suggesting that the effect of diffusion is greater than that of degradation in drug release.

도 15d에 나타난 바와 같이, 20 % PEGDA에서는 하이드로겔 분해에 대한 k 2 값의 의존성은 도 13의 k 2 값의 경향을 밀접하게 따르기 때문임을 확인하였다. 이는 더 큰 기계적 강도와 더 낮은 확산을 갖는 더 높은 가교 밀도의 하이드로겔은 약물 방출에 대한 분해의 효과가 확산의 효과보다 훨씬 더 중요함을 시사한다. As shown in FIG. 15D, it was confirmed that the dependence of the k 2 value on hydrogel degradation in 20% PEGDA closely follows the trend of the k 2 value in FIG. 13. This suggests that hydrogels of higher crosslinking density with higher mechanical strength and lower diffusion have the effect of degradation on drug release far more important than that of diffusion.

Claims (19)

8 % 내지 11 % (w/v) 농도의 폴리 (에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트 (poly(ethylene glycol) diacrylate: PEGDA); 및 2.8 % 내지 10 % (w/v) 농도의 폴리에틸렌이민 (polyehtleneimine: PEI)이 서로 가교(Crosslinking)되어 있는 하이드로겔 포함하는 약물 전달용 조성물로서,
상기 PEGDA의 분자량은 600 내지 6000 g/mol이고, 상기 약물은 이중 모드 (dual mode)로 서방출되는 것인 약물 전달용 조성물.
Poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) at a concentration of 8% to 11% (w/v); And as a composition for drug delivery comprising a hydrogel in which polyethyleneimine (polyehtleneimine: PEI) at a concentration of 2.8% to 10% (w/v) is crosslinked with each other,
The molecular weight of the PEGDA is 600 to 6000 g / mol, the drug is a drug delivery composition that is sustained release in a dual mode (dual mode).
삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 PEI의 농도는 2.8 % 내지 3.2 % (w/v)인 것인 약물전달용 조성물.
The composition for drug delivery according to claim 1, wherein the concentration of PEI is 2.8% to 3.2% (w/v).
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 이중모드는 팽윤-제어 및 분해-제어 메카니즘으로 순차적으로 제어되는 것인 약물 전달용 조성물.
The composition for drug delivery according to claim 1, wherein the dual mode is sequentially controlled by swelling-control and decomposition-control mechanisms.
청구항 1에 있어서, 상기 조성물은 PEGDA의 분자량에 의해 약물 방출 거동이 조절되는 것인 약물 전달용 조성물.
The composition for drug delivery according to claim 1, wherein the drug release behavior is controlled by the molecular weight of PEGDA.
청구항 1에 있어서, 상기 하이드로겔은 0.4 내지 600 KPa 의 탄성계수를 갖는 것인 약물 전달용 조성물.
The composition for drug delivery according to claim 1, wherein the hydrogel has an elastic modulus of 0.4 to 600 KPa.
청구항 1에 있어서, 상기 하이드로겔은 2 내지 80 KPa 의 저장계수를 갖는 것인 약물 전달용 조성물.
The composition for drug delivery according to claim 1, wherein the hydrogel has a storage coefficient of 2 to 80 KPa.
청구항 1에 있어서, 상기 하이드로겔은 약물을 더 포함하는 것인 약물 전달용 조성물.
The composition for drug delivery of claim 1, wherein the hydrogel further comprises a drug.
청구항 10에 있어서, 상기 약물은 핵산, 단백질, 펩티드, 화합물, 및 세포로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것인 약물 전달용 조성물.
The composition for drug delivery according to claim 10, wherein the drug is any one or more selected from the group consisting of nucleic acids, proteins, peptides, compounds, and cells.
청구항 1에 있어서, 상기 가교는 개시제의 부존재하에서 가교된 것인 약물 전달용 조성물.
The composition for drug delivery according to claim 1, wherein the crosslinking is crosslinked in the absence of an initiator.
청구항 1에 있어서, 상기 가교는 마이클 첨가 반응에 의하여 가교된 것인 약물 전달용 조성물.
The composition for drug delivery according to claim 1, wherein the crosslinking is crosslinked by Michael addition reaction.
청구항 1에 있어서, 상기 하이드로겔은 인 시튜(in situ) 형성되는 것인 약물 전달용 조성물.
The composition for drug delivery according to claim 1, wherein the hydrogel is formed in situ.
(a) 8 % 내지 11 % (w/v) 농도의 PEGDA 용액, 2.8 % 내지 10 % (w/v) 농도의 PEI 용액, 및 용제를 혼합하여 하이드로겔 전구체 용액을 제조하는 단계; 및
(b) 상기 제조된 하이드로겔 전구체 용액에 약물을 용해시키는 단계를 포함하는, 약물 전달용 하이드로겔의 제조방법으로서,
상기 PEGDA의 분자량은 600 내지 6000 g/mol이고, 상기 약물은 이중 모드 (dual mode)로 서방출되는 것인 약물 전달용 하이드로겔의 제조방법.
(a) preparing a hydrogel precursor solution by mixing a PEGDA solution having a concentration of 8% to 11% (w/v), a PEI solution having a concentration of 2.8% to 10% (w/v), and a solvent; And
(b) As a method for producing a hydrogel for drug delivery comprising the step of dissolving a drug in the prepared hydrogel precursor solution,
The molecular weight of the PEGDA is 600 to 6000 g / mol, the drug is a method of producing a hydrogel for drug delivery that is sustained release in a dual mode (dual mode).
삭제delete 청구항 15에 있어서, 상기 PEI 용액의 농도는 2.8 % 내지 3.2 %(w/v)인 것인 제조방법.
The method of claim 15, wherein the concentration of the PEI solution is 2.8% to 3.2% (w/v).
삭제delete 청구항 15에 있어서, 상기 (b) 단계 이후, pH 7 내지 8, 및 35℃ 내지 38℃의 조건에서 하이드로겔을 형성하는 단계를 더 포함하는 제조방법.The method of claim 15, further comprising the step of forming a hydrogel under conditions of pH 7 to 8, and 35 to 38° C. after step (b).
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