KR102261820B1 - Alginate-hyaluronate hydrogels and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 알지네이트-히알론산 하이드로젤 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 카르보다이하이드라자이드로 개질된 알지네이트(알지네이트-CDH) 및 3-아미노-1,2-프로판산으로 개질된 히알론산(히알론산-mCHO)이 자가적 결합된, 알지네이트-히알론산 하이드로젤 및 이의 제조방법과 응용에 관한 것이다. The present invention relates to alginate-hyaluronic acid hydrogel and a method for preparing the same, and more particularly, to alginate modified with carbodihydrazide (alginate-CDH) and 3-amino-1,2-propanoic acid It relates to an alginate-hyaluronic acid hydrogel, in which hyaluronic acid (hyaluronic acid-mCHO) is self-conjugated, and a method and application for preparing the same.
Description
본 발명은, 알지네이트-히알론산 하이드로젤 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an alginate-hyaluronic acid hydrogel and a method for preparing the same.
하이드로젤은 물을 포함하는 3차원 고분자 네트워크의 구조를 가지며, 주사형 젤과 3D 프린팅 젤로 적용이 가능하며, 젤의 내부에 세포, 생체활성물질, 약물 등을 효율적으로 포함시켜 이들을 특정 부위에 전달함으로써 상처치유, 조직재생 등과 관련된 주사형 소재, 의료용 소재, 조직공학 소재 등 다양한 용도로 사용이 가능하기 때문에, 세포치료제, 약물전달체, 조직공학-재생의학 등의 분야로 활용이 가능하다.Hydrogel has a structure of a three-dimensional polymer network containing water, and can be applied as an injection-type gel or 3D printing gel, and efficiently includes cells, bioactive substances, drugs, etc. inside the gel to deliver them to a specific site Because it can be used for various purposes such as injection-type materials related to wound healing and tissue regeneration, medical materials, and tissue engineering materials, it can be used in the fields of cell therapy, drug delivery, and tissue engineering-regenerative medicine.
세포치료제 등으로 적용함에 있어서, 효율적으로 세포 등의 생체활성물질의 전달이 용이함에도 불구하고, 하이드로젤을 미리 제조한 다음에 세포, 생체활성물질 등을 포함시켜 사용 경우에는 봉입, 세포생존성 등과 같은 여러 가지 문제점이 있다. 또한 약물전달체로 적용하는 경우에는 약물의 봉입양, 생체활성유지 등과 같은 문제점이 발생하고 있으며, 하이드로젤을 적층의 조직공학 지지지체로 3D 프린팅하는 경우에는 하이드로젤 자체의 기계적 물성, 접착성, 점탄성, 프린팅 이후의 형태안정성 등의 프린팅 물성이 약하여 프린팅 결과물이 수화되어 팽창하기 때문에 고배율 요구조건을 달성하기 어렵다. 더욱이, 다층의 하이드로젤을 프린팅하였을 때에는 형태안정성이 낮아서 고층으로 3D 프린팅된 지지체를 제조하는데 어려움이 있다. In application as a cell therapy agent, etc., despite the fact that it is easy to efficiently transfer bioactive materials such as cells, in the case of using cells, bioactive materials, etc. after preparing the hydrogel in advance, encapsulation, cell viability, etc. There are several similar problems. In addition, when applied as a drug carrier, problems such as the amount of drug encapsulation and maintenance of bioactivity occur, and in the case of 3D printing of the hydrogel as a laminated tissue engineering support, the hydrogel itself has mechanical properties, adhesion, and viscoelasticity. , It is difficult to achieve high magnification requirements because the printing result is hydrated and expanded due to weak printing properties such as shape stability after printing. Moreover, when a multi-layered hydrogel is printed, morphological stability is low, so it is difficult to manufacture a high-layer 3D-printed support.
본 발명은 하이드로젤을 미리 제조한 다음에 세포, 생체활성물질 등을 포함시켜 사용하였을 때 발생하는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 젤 형성 전단계인 prepolymer 용액을 단순혼합하여 젤 형성을 유도할 수 있는 자가 결합 하이드로젤의 개발에 대한 내용이다. 자가 결합은 2개의 prepolymer 용액들을 단순 혼합하였을 때, 하이드로젤 고분자 네트워크를 형성하는 메커니즘을 활용하여 제조하는 하이드로젤 합성방법이다. 이 때, 제조되는 하이드로젤은 자가 화학결합 및 이온결합 특성을 분자내 및 분자간 상호결합을 가짐과 동시에, 젤이 형성된 이후에 젤의 형태 안정성이 우수하고, 3D 프린팅이 가능한 생체적합성의 in situ 하이드로젤인, 신규한 알지네이트-히알론산 하이드로젤을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems that occur when a hydrogel is prepared in advance and then used by including cells, bioactive materials, etc., and can induce gel formation by simply mixing a prepolymer solution, which is a pre-gel formation step. It is about the development of self-associated hydrogels. Self-bonding is a hydrogel synthesis method that utilizes the mechanism of forming a hydrogel polymer network when two prepolymer solutions are simply mixed. At this time, the prepared hydrogel has intramolecular and intermolecular interactions with self-chemical and ionic bonding properties, and at the same time has excellent morphological stability after the gel is formed, and is biocompatible in situ hydrogel capable of 3D printing. It is to provide a novel alginate-hyaluronic acid hydrogel, which is a gel.
본 발명에 의하여 제조된 하이드로젤은 저속도로 생분해되며, 고탄성이며, 기계적 물성이 우수하며, 프린팅 이후의(포스트-프린팅) 형태 안정성이 우수한, 3D 프린팅 알지네이트-히알론산 하이드로젤 및 이의 적층 구조체를 제공하는 것이다. The hydrogel prepared according to the present invention is biodegradable at a low rate, has high elasticity, has excellent mechanical properties, and has excellent morphological stability after printing (post-printing). 3D printing alginate-hyaluronic acid hydrogel and a laminate structure thereof will do
본 발명은, 자가 화학결합 및 이온 결합에 의한 알지네이트-히알론산 하이드로젤의 제조방법을 제공하는 것이며, 또한 제조된 젤에 2가(divalent ions) 물질을 첨가하여 젤의 안정성을 제공할 수 있는 제 3의 추가적인 결합방법을 제공하는 하이드로젤 제조방법이다. The present invention provides a method for producing alginate-hyaluronic acid hydrogel by self-chemical bonding and ionic bonding, and also an agent capable of providing stability of the gel by adding divalent ions to the prepared gel. It is a hydrogel manufacturing method that provides an additional binding method of 3.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 실시예에 따라, 카르보다이하이드라자이드로 개질된 알지네이트 및 3-아미노-1,2-프로판산으로 개질된 히알론산 고분자 유도체가 자가적 화학결합된, 하기의 화학식 1로 표시되는, 알지네이트-히알론산 하이드로젤에 관한 것이다. According to an embodiment of the present invention, alginate modified with carbodihydrazide and a hyaluronic acid polymer derivative modified with 3-amino-1,2-propanoic acid are self-chemically bonded, represented by Formula 1 below , to an alginate-hyaluronic acid hydrogel.
[화학식 1] [Formula 1]
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 자가적 화학결합은, 쉬프 베이스(Schiff's base) 반응성 이민 결합 및 6-고리(6-ring) 공명 결합이며, 2가 이온에 의해 이온결합이 더 이루어진 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the autologous chemical bond is a Schiff's base reactive imine bond and a 6-ring resonance bond, and an ionic bond may be further formed by a divalent ion. have.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 카르보다이하이드라자이드로 개질된 알지네이트 고분자 유도체 대 3-아미노-1,2-프로판산으로 개질된 히알론산 고분자 유도체의 중량 비율은, 3 : 7 내지 7 : 3인 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the weight ratio of the alginate polymer derivative modified with carbodihydrazide to the hyaluronic acid polymer derivative modified with 3-amino-1,2-propanoic acid is 3: 7 to 7: It could be 3.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 알지네이트-히알론산 하이드로젤을 버퍼용액에 젤 입자 혹은 젤 형태로 떨어뜨려 형상을 고정할 때 하이드로젤에 세포 혹은 생체활성물질을 봉입하여 떨어뜨림으로써 버퍼용액에서 2가의 이온결합이 추가되어 형태안정성을 유도하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the alginate-hyaluronic acid hydrogel is dropped in the buffer solution in the form of gel particles or gel to fix the shape, the cell or bioactive material is encapsulated in the hydrogel and dropped from the buffer solution. It may be that a divalent ionic bond is added to induce conformational stability.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 알지네이트-히알론산 하이드로젤은, 생체 적합성 3차원(3D) 프린팅 하이드로젤이며, 상기 알지네이트-히알론산 하이드로젤은, 가교결합제 없이 및 주사형 약물전달체 및 50층 이상 및 1 cm 높이 이상의 3차원 프린팅 하이드로젤 구조체를 형성하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the alginate-hyaluronic acid hydrogel is a biocompatible three-dimensional (3D) printed hydrogel, and the alginate-hyaluronic acid hydrogel is, without a crosslinking agent, an injectable drug carrier and 50 layers. It may be to form a three-dimensional printing hydrogel structure of more than and 1 cm in height.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 알지네이트-히알론산 하이드로젤은, 가교결합제 없이 저층의 하이드로젤도 패치 또는 상처 드레싱을 위한 3차원 프린팅 하이드로젤 구조체를 형성하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the alginate-hyaluronic acid hydrogel may form a three-dimensional printing hydrogel structure for a low-layer hydrogel patch or wound dressing without a crosslinking agent.
본 발명의 일 실시예에 따라, 하기의 화학식 2로 표시되는 카르보다이하이드라자이드로 개질된 알지네이트 고분자 유도체 (Alg-CDH) 및 하기의 화학식 3으로 표시되는 3-아미노-1,2-프로판산을 EDC를 이용하여 화학결합시킨 다음에 NaIO4 로 산화시켜 합성된 히알론산 고분자 유도체 (HA-mCHO)를 각각의 용액으로 제조하여 2개의 서로 다른 용액을 일정 비율로 혼합하여 자가적 화학결합을 유도하는 단계; 를 포함하는, 알지네이트-히알론산 하이드로젤의 제조방법에 관한 것이다. According to an embodiment of the present invention, an alginate polymer derivative (Alg-CDH) modified with carbodihydrazide represented by
[화학식 2] [Formula 2]
[화학식 3] [Formula 3]
본 발명은, 자가화학결합 및 이온결합 특성을 분자내 및 분자간 상호결합을 가짐과 동시에 형태학적으로 안정한 알지네이트-히알론산 하이드로젤 및 이를 이용한 3D 프린팅 알지네이트-히알론산 하이드로젤을 제공할 수 있다. The present invention can provide a morphologically stable alginate-hyaluronic acid hydrogel and 3D printing alginate-hyaluronic acid hydrogel using the same while having intramolecular and intermolecular interactions with self-chemical and ionic bonding properties.
본 발명에 의한 알지네이트-히알론산 하이드로젤은, 3D 프린팅 in situ 바이오 잉크로 소재로 적용이 가능하고, 3D 프린팅된 하이드로젤은, 알지네이트와 히알론산고유의 물성을 이용하여 생분해 속도가 조절되도록 유도할 수 있으며, 고탄성, 기계적 물성이 우수하고, 생체적합성을 가질 뿐 아니라, 3D 프린팅 이후의 형태 안정성이 우수하다. The alginate-hyaluronic acid hydrogel according to the present invention can be applied as a 3D printing in situ bio-ink as a material, and the 3D-printed hydrogel uses the properties of alginate and hyaluronic acid to induce the biodegradation rate to be controlled. It has high elasticity, excellent mechanical properties, has biocompatibility, and has excellent shape stability after 3D printing.
본 발명에 의한 알지네이트-히알론산 하이드로젤은, 특정형태로 제조된 이후에 2가의 이온(예, 칼슘 등)을 용액상태로 제공함으로써, 하이드로젤의 형태안정성을 보다 더 안정화시킬 수 있다.The alginate-hyaluronic acid hydrogel according to the present invention can further stabilize the morphological stability of the hydrogel by providing divalent ions (eg, calcium, etc.) in a solution state after being prepared in a specific form.
본 발명에 의한 알지네이트-히알론산 하이드로젤은, 3D 프린팅 하이드로젤, 조직 재생 하이드로젤 및 약물 전달체로 활용 가능하다. The alginate-hyaluronic acid hydrogel according to the present invention can be utilized as a 3D printing hydrogel, a tissue regeneration hydrogel, and a drug delivery system.
본 발명에 의한 알지네이트-히알론산 하이드로젤은, 고층 적층이 가능하고, 형태 안정성이 우수하고, 피부 부착성, 생체적합성과 약물전달체를 위한 약물 전달성이 우수하여, 생체활성 약물/세포 전달이 가능한 주사형/드롭(drop)형 젤, 생분해성 조절기능을 갖는(저속도 분해 특성) 젤, 조직공학지지체를 위한 고탄성 젤, 고강도 젤 및/또는 3D 프린팅 젤로 적용될 수 있다. The alginate-hyaluronic acid hydrogel according to the present invention is capable of high-layer lamination, has excellent morphological stability, and has excellent skin adhesion, biocompatibility and drug delivery for drug delivery systems, enabling bioactive drug/cell delivery It can be applied as an injection/drop-type gel, a gel with biodegradability control function (low rate degradation property), a high-elasticity gel for tissue engineering scaffolds, a high-strength gel and/or a 3D printing gel.
도 1은, 본 발명의 실시예에서 제조된 Alg-HA 하이드로젤 A3H7(a,b,c,d), A5H5(e,f,g,h) 및 A7H3(i,j,k,l)의 형태를 나타낸 것이며, 광학 이미지(a,e,i) 및 SEM(scanning electron microscopes, b,c,d,f,g,h,j,k,l) 이미지이다.
도 2는, 본 발명의 실시예에서 제조된 Alg-HA 하이드로젤의 FTIR 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 실시예에서 제조된 Alg-HA 하이드로젤의 TGA(a), in vitro 생분해성(b) 및 pH 안정성(c)을 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 실시예에서 제조된 Alg-HA 하이드로젤의 레올로지 특성(a) 및 Alg-HA (A5H5) 하이드로젤의 크론병 치료약물 5-aminosalicylic acid (5-ASA) 및 소혈청 알부민(bovine serum albumin; BSA) 방출 특성을 나타낸 것이다.
도 5는, 본 발명의 실시예에서 제조된 Alg-HA 하이드로젤을 격자형으로 3D 프린팅하여 제조된 구조체에 대하여 25%, 40% 및 50% 압축의 적용과 해제를 진행했을때 stress-strain 탄성복원력을 나타낸 것이다.
도 6은, 본 발명의 실시예에서 제조된 Alg-HA 하이드로젤의 3D 프린팅 구조체의 디지털 이미지(a), PBS 용액에 3일 동안 침지한 이후 디지털 이미지(b) 및 CaCl2 용액에 3일 동안 침지한 이후 디지털 이미지(c)를 나타낸 것이다.
도 7은, 본 발명의 실시예에서 제조된 Alg-HA 하이드로젤의 3D 프린팅 구조체의 PBS 용액에 3일 동안 침지한 이후 strut 두께 변화(a) 및 구조체 기공 면적 변화(b)를 나타낸 것이다.
도 8은, 본 발명의 실시예에서 제조된 Alg-HA 하이드로젤의 쉬프 베이스(Schiff's base) 이민결합 형성과 구조 안정성 (도 8-a) 및 칼슘 이온결합 형성(도 8-b)으로 인한 이중 가교 메커니즘을 나타낸 것이다.
도 9는, 본 발명의 실시예에서 제조된 Alg-HA 하이드로젤의 고층으로 적층된 격자형 3D 프린팅 구조체의 광학 이미지를 나타낸 것이다.
도 10은, 본 발명의 실시예에서 제조된 Alg-HA 하이드로젤의 자가결합성, 주사기능성 및 주사에 의한 적층 가능성을 평가한 결과이다.
도 11은, 본 발명의 실시예에서 제조된 Alg-HA 하이드로젤의 연골세포를 이용한, in vitro 세포독성 분석에 관한 것으로, 하이드로젤의 용출물을 이용하여 MTT 분석(a), 중성 적색분석 (neutral red assay) (b)을 진행하였으며, 또한 젤 내부에 세포를 함입시킨 상태에서 세포의 생존 및 사멸에 대한 형광현미경 분석(c) 결과를 나타낸 것이다. 1 is a diagram of Alg-HA hydrogels A3H7 (a, b, c, d), A5H5 (e, f, g, h) and A7H3 (i, j, k, l) prepared in Examples of the present invention. The shape is shown, and it is an optical image (a,e,i) and an SEM (scanning electron microscopes, b,c,d,f,g,h,j,k,l) image.
Figure 2 shows the FTIR spectrum of the Alg-HA hydrogel prepared in Example of the present invention.
3 shows the TGA (a), in vitro biodegradability (b) and pH stability (c) of the Alg-HA hydrogel prepared in Examples of the present invention.
Figure 4 shows the rheological characteristics (a) of the Alg-HA hydrogel prepared in Examples of the present invention and the Crohn's disease treatment drug 5-aminosalicylic acid (5-ASA) and bovine serum of the Alg-HA (A5H5) hydrogel. It shows the albumin (bovine serum albumin; BSA) release characteristics.
Figure 5 shows the stress-strain elasticity when applying and releasing 25%, 40%, and 50% compression to the structure prepared by 3D printing the Alg-HA hydrogel prepared in the example of the present invention in a lattice form. It shows resilience.
Figure 6 is a digital image (a) of the 3D printed structure of the Alg-HA hydrogel prepared in an embodiment of the present invention, a digital image (b) after immersion in PBS solution for 3 days and CaCl 2 solution for 3 days The digital image (c) after immersion is shown.
7 shows the change in the thickness of the strut (a) and the change in the pore area of the structure (b) after immersion in PBS solution of the 3D printing structure of Alg-HA hydrogel prepared in Example of the present invention for 3 days.
8 is a double due to Schiff's base imine bond formation and structural stability (FIG. 8-a) and calcium ion bond formation (FIG. 8-b) of the Alg-HA hydrogel prepared in an embodiment of the present invention The crosslinking mechanism is shown.
9 shows an optical image of a lattice-type 3D printing structure laminated with a high layer of Alg-HA hydrogel prepared in an embodiment of the present invention.
10 is a result of evaluating the self-binding properties, injection functionality, and lamination potential by injection of Alg-HA hydrogels prepared in Examples of the present invention.
11 relates to an in vitro cytotoxicity assay using chondrocytes of Alg-HA hydrogel prepared in Examples of the present invention, and MTT assay (a), neutral red assay (a) using the eluate of the hydrogel ( Neutral red assay) (b) was carried out, and the results of fluorescence microscopy analysis (c) for cell survival and death in the state in which the cells were incorporated in the gel are shown.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the terms used in this specification are terms used to properly express the preferred embodiment of the present invention, which may vary depending on the intention of the user or operator, or customs in the field to which the present invention belongs. Accordingly, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification. Like reference numerals in each figure indicate like elements.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the specification, when a member is said to be located "on" another member, this includes not only a case in which a member is in contact with another member but also a case in which another member exists between the two members.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components.
이하, 본 발명의 알지네이트-히알론산 하이드로젤 및 이의 제조방법에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the alginate-hyaluronic acid hydrogel of the present invention and its preparation method will be described in detail with reference to Examples and drawings. However, the present invention is not limited to these examples and drawings.
본 발명은, 알지네이트-히알론산 하이드로젤에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 알지네이트-히알론산 하이드로젤은, 카르보다이하이드라자이드로 개질된 알지네이트 고분자 유도체 (Alg-CDH) 및 3-아미노-1,2-프로판산으로 개질된 히알론산 고분자 유도체(HA-mCHO)가 자가적 화학결합에 의해 가교결합(cross-linked) 된 것으로, 더 나아가, 자가적 화학결합 및 이온결합에 의한 분자내 및 분자간 상호결합특성을 나타낼 수 있다. 상기 알지네이트-히알론산 하이드로젤은, 하기의 화학식 1로 표시된다. The present invention relates to an alginate-hyaluronic acid hydrogel, and according to an embodiment of the present invention, the alginate-hyaluronic acid hydrogel comprises a carbodihydrazide-modified alginate polymer derivative (Alg-CDH) and 3 -Amino-1,2-propanoic acid-modified hyaluronic acid polymer derivative (HA-mCHO) is cross-linked by self-chemical bonding, and furthermore, by self-chemical bonding and ionic bonding Intramolecular and intermolecular interactions can be exhibited. The alginate-hyaluronic acid hydrogel is represented by the following formula (1).
상기 자가결합과 이온결합의 특성을 가진 알지네이트-히알론산 하이드로젤은, 기존의 다당류 고분자를 이용하여 제조된 일반적인 하이드로젤과 비교했을 경우 형태학적으로 안정하고, 높은 기계적 물성이 우수하며, 3D 프린팅 혹은 주사 방법을 이용하여 고층으로 적층된 젤 지지체를 제공할 수 있다. The alginate-hyaluronic acid hydrogel having the characteristics of self-bonding and ionic bonding is morphologically stable, has excellent high mechanical properties, and has excellent 3D printing or A high-layered gel support can be provided by using an injection method.
[화학식 1] [Formula 1]
상기 화학식 1에서 n 은 히알론산의 반복단위를 나타내며 l, m 은 알지네이트의 α-L-guluronic acid (G) 와 β-D-mannuronic acid(M) 블록의 반복단위를 각각 나타내고 있으며, n, l, m은 1 이상; 3 이상; 3 내지 5000; 10 내지 1000; 또는 100 내지 1000의 정수일 수 있다.In
상기 자가 화학적 결합은, 분자간의 쉬프 베이스(Schiff's base) 화학결합이며, 예를 들어, 상기 카르보다이하이드라자이드로 개질된 알지네이트 및 상기 3-아미노-1,2-프로판산으로 개질된 히알론산 고분자 유도체 간에 쉬프 베이스(Schiff's base) 반응성 이민 결합이다. 이러한 자가 화학적 결합에 의해 자기 스스로 알지네이트-히알론산젤을 형성하고, 6-고리 공명 구조의 안정성이 확보된다. 더욱이, 2가 이온의 첨가에 의한 추가 이온결합으로 분자내 및 분자간 상호결합을 확보할 수 있다. 즉, 상기 알지네이트-히알론산 하이드로젤은, 자가 화학적 결합, 6각 고리 공명 구조의 안정성 및 이온결합에 의한 3중 상호작용에 의해 젤의 형태 안정성, 분해 저항성, 수화성, 물성의 지속적 조절 기능 등을 제공할 수 있다. The self-chemical bond is an intermolecular Schiff's base chemical bond, for example, alginate modified with the carbodihydrazide and a hyaluronic acid polymer modified with the 3-amino-1,2-propanoic acid Schiff's base reactive imine bonds between derivatives. The alginate-hyaluronic acid gel is formed by itself by this self-chemical bond, and the stability of the 6-ring resonance structure is secured. Moreover, intramolecular and intermolecular interactions can be secured by additional ionic bonding by the addition of divalent ions. That is, the alginate-hyaluronic acid hydrogel is a self-chemical bond, stability of a hexagonal ring resonance structure, and morphological stability of the gel by triple interaction by ionic bond, decomposition resistance, hydration, continuous control of physical properties, etc. can provide
예를 들어, 상기 2가 이온은, Ca2+, Ba2+, Cu2+, Fe2+ 및 Mg2+으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 2가 이온은 할로겐염, 카르복실산염, 알콕시염, 수산염, 페녹시염, 인산염, 설폰산염, 인산염, 탄산염 등의 염화합물의 수용액으로 첨가될 수 있다. For example, the divalent ion may include at least one selected from the group consisting of Ca 2+ , Ba 2+ , Cu 2+ , Fe 2+ and Mg 2+ . The divalent ion may be added as an aqueous solution of a salt compound such as a halogen salt, a carboxylate, an alkoxy salt, an oxalate, a phenoxy salt, a phosphate, a sulfonate, a phosphate, or a carbonate.
상기 카르보다이하이드라자이드로 개질된 알지네이트 대 3-아미노-1,2-프로판산으로 개질된 히알론산 고분자 유도체의 몰 비율은, 1 : 9 내지 9 : 1일 수 있다. The molar ratio of the carbodihydrazide-modified alginate to the hyaluronic acid polymer derivative modified with 3-amino-1,2-propanoic acid may be 1:9 to 9:1.
상기 알지네이트-히알론산 하이드로젤은, 60 Pa-sec 이상의 점도와 1.5-13 kPa 압력을 가질 수 있다 (도 4-a 및 도 5를 참조한다).The alginate-hyaluronic acid hydrogel may have a viscosity of 60 Pa-sec or more and a pressure of 1.5-13 kPa (refer to FIGS. 4-a and 5).
본 발명에 의한 상기 알지네이트-히알론산 하이드로젤은 생체적합성 in situ 하이드로젤이며, 이를 이용하여 다양한 제품 또는 성형체를 제공할 수 있다.The alginate-hyaluronic acid hydrogel according to the present invention is a biocompatible in situ hydrogel, and various products or molded articles can be provided using the alginate-hyaluronic acid hydrogel.
예를 들어, 상기 알지네이트-히알론산 하이드로젤은, 의료기기, 생체적합성 고분자소재, 의료용 생체재료, 3D (바이오)프린팅 소재, 3D 바이오잉크, 의료용 약물전달체, 조직공학용 지지체, 생분해성 고분자, 주사형 젤 등으로 활용할 수 있다. For example, the alginate-hyaluronic acid hydrogel is a medical device, biocompatible polymer material, medical biomaterial, 3D (bio) printing material, 3D bio-ink, medical drug delivery system, tissue engineering support, biodegradable polymer, injection type It can be used as a gel.
상기 알지네이트-히알론산 하이드로젤은, 고층으로 적층된 3D 프린팅 하이드로젤 구조체에서 최적의 적층(형태) 안정성 및 기계적/약물전달/생물학적 특성을 나타낼 수 있고, 자가결합 in situ 바이오 잉크 및 생체 적합성 3차원 프린팅 하이드로젤을 형성할 수 있다. 예를 들어, 가교결합제 없이 압출형 프린팅으로 4층 이상; 10층 이상; 30층 이상; 또는 50층 이상의 고층 적층 및 0.5 cm 이상; 1 cm 이상; 2 cm 이상; 3 cm 이상; 5 cm 이상의 높이를 갖는, 3차원 프린팅 하이드로젤 구조체 및 주사형 젤인 약물전달체를 형성할 수 있다. The alginate-hyaluronic acid hydrogel can exhibit optimal stacking (morphology) stability and mechanical/drug delivery/biological properties in a 3D-printed hydrogel structure stacked in a high layer, and self-binding in situ bio-ink and biocompatible three-dimensional A printing hydrogel can be formed. For example, 4 or more layers by extrusion printing without crosslinking agent; more than 10 floors; more than 30 floors; or 50 or more high-layer stacks and 0.5 cm or more; more than 1 cm; more than 2 cm; more than 3 cm; Having a height of 5 cm or more, it is possible to form a three-dimensional printing hydrogel structure and an injectable gel drug delivery system.
상기 알지네이트-히알론산 하이드로젤은, 가교결합제 없이 저층(예를 들어, 1층 이상; 2 층 이상; 1층 내지 30층; 또는 1층 내지 10층)의 하이드로젤도 패치 또는 상처 드레싱을 위한 3차원 프린팅 하이드로젤 구조체를 형성할 수 있다. The alginate-hyaluronic acid hydrogel is a low-layer (eg, more than 1 layer; 2 or more layers; 1 to 30 layers; or 1 to 10 layers) hydrogel without a
또한, 6각 고리 공명구조, 이민 반응에 의한 자가 화학적 결합 및 알지네이트의 이온결합 egg shell 모델에 의해서 히알론산 분해성이 조절되고 고탄성을 갖는, 생체 적합성 젤, 필름 등과 같은 생체 재료로 형성할 수 있다. 또한, 의료용 약물전달체 또는 생체활성 약물/세포 전달 가능한 주사형 젤을 형성할 수 있다. In addition, the hyaluronic acid degradability is controlled by the hexagonal ring resonance structure, the self-chemical bond by the imine reaction, and the ionic bond egg shell model of alginate, and it can be formed into a biomaterial such as a biocompatible gel or film, which has high elasticity. In addition, it is possible to form a medical drug delivery system or an injectable gel capable of delivering bioactive drugs/cells.
상기 알지네이트-히알론산 하이드로젤은, 세포, 약물, 생체 고분자 등이 첨가되어 다양한 특성, 물성 및/또는 고기능성을 갖는 다양한 제품 또는 성형체로 제조될 수 있다.The alginate-hyaluronic acid hydrogel, cells, drugs, biopolymers, etc. are added to it can be prepared in various products or molded products having various properties, physical properties and / or high functionality.
본 발명은, 알지네이트-히알론산 하이드로젤의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 알지네이트 및 카보하이드라자이드(CDH)를 반응시켜 하기의 화학식 2로 표시되는 카르보다이하이드라자이드로 개질된 알지네이트(알지네이트 유도체) 를 제조하는 단계; 히알론산 유도체 및 3-아미노-1,2-프로판 디올을 반응시키고, NaIO4를 반응시켜 하기의 화학식 3으로 표시되는 3-아미노-1,2-프로판산으로 개질된 히알론산 유도체를 제조하는 단계; 및 카르보다이하이드라자이드로 개질된 알지네이트 유도체(Alg-CDH) 및 3-아미노-1,2-프로판산으로 개질된 히알론산 유도체(HA-mCHO)를 용액 상태에서 혼합하여 자가적 화학결합을 유도하는 단계;를 포함할 수 있다. The present invention relates to a method for preparing alginate-hyaluronic acid hydrogel, and according to an embodiment of the present invention, a carbodihydrazide represented by the following
[화학식 2] [Formula 2]
[화학식 3] [Formula 3]
상기 알지네이트의 분자량은, 1,000-1,000,000 g/몰이고, 히알론산의 분자량은 1,000-10,000,000 g/몰인 것일 수 있다. The molecular weight of the alginate may be 1,000-1,000,000 g/mol, and the molecular weight of hyaluronic acid may be 1,000-10,000,000 g/mol.
상기 자가적 화학결합을 유도하는 단계는, pH 6.0 내지 8.0의 PBS 등의 완충 용액 내에서 상기 카르보다이하이드라자이드로 개질된 알지네이트 유도체 및 3-아미노-1,2-프로판산으로 개질된 히알론산 유도체를 개별적으로 용해시켜 각 용액을 혼합하거나 또는 함께/순차적으로 용해시켜 in situ 자가결합을 유도하여 하이드로젤을 형성할 수 있다. 또한, 5 ℃ 이상; 10 ℃ 이상; 또는, 상온 내지 40 ℃의 온도 및 1분 이상; 2분 이상; 1시간 이상; 또는 10 시간 이상 동안 진행될 수 있다. The step of inducing the autologous chemical bond includes the carbodihydrazide-modified alginate derivative and 3-amino-1,2-propanoic acid-modified hyaluronic acid in a buffer solution such as PBS at a pH of 6.0 to 8.0. Derivatives can be dissolved individually to mix each solution or dissolved together/sequentially to induce in situ self-association to form hydrogels. Also, 5°C or higher; 10 ° C or higher; Or, a temperature of room temperature to 40 ℃ and 1 minute or more; more than 2 minutes; 1 hour or more; or 10 hours or longer.
상기 자가적 화학결합을 유도하는 단계 이전에 세포, 생체활성물질(약물), 단백질, 다당고분자 등과 같은 첨가제를 젤 합성 이전의 용액에 따로 포함시킬 수 있다. 이는 다양한 물성과 생물학적 특성 또는 물질을 갖는 하이드로젤을 제공할 뿐만 아니라, 3D 프린팅 하이드로젤(지지체)를 제공할 수 있다. 즉, 카르보다이하이드라자이드로 개질된 알지네이트 용액과 3-아미노-1,2-프로판산으로 개질된 히알론산 용액에 각각 동일하거나 또는 상이한 첨가제를 혼합한 이후에 상기의 2 종류 용액들을 혼합하여 상기 자가적 화학결합을 진행할 수 있다. Before the step of inducing the self-chemical bonding, additives such as cells, bioactive substances (drugs), proteins, polysaccharide polymers, etc. may be separately included in the solution prior to gel synthesis. This can provide a hydrogel with various physical properties and biological properties or materials, as well as provide a 3D printed hydrogel (support). That is, after mixing the same or different additives in the alginate solution modified with carbodihydrazide and the hyaluronic acid solution modified with 3-amino-1,2-propanoic acid, the above two types of solutions are mixed and the It can undergo autologous chemical bonding.
상기 제조방법에서 카르보다이하이드라자이드로 개질된 알지네이트-유도체와 3-아미노-1,2-프로판산으로 개질된 히알론산 유도체는, 각각, 30 내지 70 mg/ml의 친수성의 특징으로 인하여 다양한 농도로 용해되거나 용융될 수 있다. In the preparation method, the alginate-derivative modified with carbodihydrazide and the hyaluronic acid derivative modified with 3-amino-1,2-propanoic acid, respectively, have various concentrations due to the hydrophilicity of 30 to 70 mg/ml. can be dissolved or melted.
상기 자가적 화학결합을 유도하는 단계 이후에 2가 이온을 투입하여 이온결합을 유도하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 이온 결합은, 알지네이트의 이온결합을 유도하고, 상기 2가 이온은 Ca2+, Ba2+, Cu2+, Fe2+ 및 Mg2+으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 2가 이온은, 세포에 크게 영향을 주지 않는 범위의 2가 이온 용액의 농도범위에서 적용되고, 1분 이상; 30 분이상; 1 시간 이상; 10 시간 동안 이온결합을 유도할 수 있다. 상기 알지네이트가 2가의 이온에 의해서 이온결합을 추가적으로 형성할 수 있으므로, 주사기 바늘을 통하여 2가 이온들이 포함된 버퍼에 드롭 형태의 하이드로젤을 떨어뜨려 2가 이온에 의해 이온결합이 추가되어 안정화 된 나노 및 마이크로 입자형의 젤로 제조할 수 있으며, 또한 3차원 프린팅된 하이드로젤의 형태 안정성을 더 개선시키고, 고배율의 프린팅 구조체(지지체)를 제공하고, 생분해성 속도를 용이하게 조절할 수 있다. The method may further include inducing ionic bonding by introducing divalent ions after inducing the self-chemical bonding. This ionic bond induces an ionic bond of alginate, and the divalent ion may include at least one selected from the group consisting of Ca 2+ , Ba 2+ , Cu 2+ , Fe 2+ and Mg 2+ . . The divalent ion is applied in a concentration range of the divalent ion solution in a range that does not significantly affect the cells, and for 1 minute or more; more than 30 minutes; 1 hour or more; It can induce ionic bonding for 10 hours. Since the alginate can additionally form ionic bonds by divalent ions, drop-shaped hydrogel is dropped into a buffer containing divalent ions through a syringe needle, and ionic bonds are added by divalent ions to stabilize nano And it can be prepared as a micro-particle type gel, and further improve the morphological stability of the three-dimensional printed hydrogel, provide a printing structure (support) of high magnification, and can easily control the biodegradability rate.
본 발명은, 3D 프린팅 하이드로젤의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 다층의 3D 프린팅 적층 구조에서도 최적의 적층 안정성 및 향상된 기계적/생물학적 특성을 가지는 자가결합-이온결합 특성을 가진 3D 프린팅 알지네이트-히알론산 하이드로젤(또는, 구조 지지체)를 제공할 수 있다. The present invention relates to a method for manufacturing a 3D printing hydrogel, and according to an embodiment of the present invention, self-bonding with optimal stacking stability and improved mechanical/biological properties even in a multilayer 3D printed laminate structure-ionic bonding properties A 3D printed alginate-hyaluronic acid hydrogel (or structural support) with
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제조방법은, 알지네이트-히알론산 하이드로젤을 3D 프린팅하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 3D 프린팅하는 단계는, 가교제의 투입없이 (가교제 프리, 또는 개시제 프리) 압출 형태로 프린팅할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the manufacturing method may include 3D printing the alginate-hyaluronic acid hydrogel. In the 3D printing step, printing may be performed in the form of extrusion (crosslinking agent-free or initiator-free) without input of a crosslinking agent.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 3D 프린팅 하이드로젤의 제조방법은, 상기 알지네이트-히알론산 하이드로젤의 제조방법에 언급한 바와 같이, 알지네이트 및 카보하이드라진(CDH)를 반응시켜 상기의 화학식 2로 표시되는 카르보다이하이드라자이드로 개질된 알지네이트(알지네이트 유도체)를 제조하는 단계; 히알론산 유도체 및 3-아미노-1,2-프로판 디올을 반응시키고, NaIO4를 이용하여 산화반응시켜 상기의 화학식 3으로 표시되는 3-아미노-1,2-프로판산으로 개질된 히알론산 유도체를 제조하는 단계; 및 카르보다이하이드라자이드로 개질된 알지네이트(Alg-CDH) 및 3-아미노-1,2-프로판산으로 개질 및 산화된 히알론산 유도체(HA-mCHO)를 용융 상태에서 혼합하고, 3D 프린팅 장비에 투입하여 3D 프린팅하면서 자가적 화학결합으로 3D 프린팅 하이드로젤을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the method for producing the 3D printing hydrogel is, as mentioned in the method for producing alginate-hyaluronic acid hydrogel, by reacting alginate and carbohydrazine (CDH) to
상기 알지네이트-유도체용액과 히알론산-유도체 용액의 혼합 이전의 유도체 용액 각각에 상기 언급한 첨가제를 더 포함할 수 있고, 3D 프린팅 장비 내에서 혼합되거나 또는 이전에 혼합될 수 있다.The above-mentioned additives may be further included in each of the derivative solutions prior to mixing of the alginate-derivative solution and the hyaluronic acid-derivative solution, and may be mixed in 3D printing equipment or mixed before.
예를 들어, 상기 알지네이트-히알론산 하이드로젤의 제조방법에 언급한 바와 같이, 각 고분자 용액에 동일하거나 또는 상이한 세포, 의료용 생체활성물질(약물), 단백질, 다당고분자 등과 같은 첨가제를 투입하여 혼합된 상태에서 3D 프린팅된 알지네이트-히알론산 하이드로젤을 형성하고, 다양한 물성과 생물학적 특성을 갖는 고기능성 조직공학 지지체 등과 같은 하이드로젤 구조체를 제공할 수 있다. For example, as mentioned in the alginate-hyaluronic acid hydrogel preparation method, additives such as the same or different cells, medical bioactive substances (drugs), proteins, polysaccharide polymers, etc. are added to each polymer solution and mixed. It is possible to form a 3D printed alginate-hyaluronic acid hydrogel in the state, and provide a hydrogel structure such as a high-functional tissue engineering scaffold having various physical and biological properties.
다른 예로, 상기 3D 프린팅 하이드로젤을 형성하는 단계 이후에 상기 첨가제를 부착, 주입, 침지, 코팅 등의 방법으로 도입할 수 있다. As another example, after the step of forming the 3D printing hydrogel, the additive may be introduced by methods such as attachment, injection, immersion, and coating.
상기 3D 프린팅 혹은 주사된 하이드로젤을 형성하는 단계 이후에 2가 음이온 용액에 접촉 및/또는 침지하여 이온결합을 유도하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 2가 음이온 용액은 상기 언급한 바와 같다.After the 3D printing or the step of forming the injected hydrogel, the method may further include inducing ionic bonding by contacting and/or immersing in a divalent anion solution. The divalent anion solution is as described above.
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of Examples and Comparative Examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.
실시예Example
Alg-CDH(alginate-carbohydrazide) 및 HA-m-CHO(hyaluronate-monoaldehyde)의 합성Synthesis of Alg-CDH (alginate-carbohydrazide) and HA-m-CHO (hyaluronate-monoaldehyde)
단계 1
알긴산 나트륨(sodium alginate, 3g, viscosity: 2,000 cpi, 2% solution from Sigma Aldrich)을 상온에서 밤새 교반하면서 300ml의 증류수에 용해시켰다. 중합체가 완전히 용해된 이후, CDH(carbohydrazide, 2.2 g)를 상기 용액에 직접 첨가하고 교반하였다(30 분). 다음으로, HOBt(1-hydroxy benzotriazole hydrate, 10 ml DMSO 중의 HOBt 0.45 g) 및 EDC.HCl(N-(3-dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide hydrochloride, 10 ml 증류수 중 EDC.HCl 0.46 g)을 반응 혼합물에 적가하고, 희석액 HCl을 사용하여 pH(pH 5.0)로 조정하였다. 실온에서 12 시간 반응시킨 후, 모든 용액을 투석하였다. 처음에, 용액을 NaCl (증류수 중 0.3 M, 2 일)에 대해 투석하고 에탄올 (EtOH, 25 % v/v) 및 물에 대해 각각 1 일 및 3 일 투석하였다. 투석하여 얻은 생성물을 falcon tubes로 옮기고 -80 ℃에서 하루 동안 동결시켰다. 샘플을 완전히 건조한 제품을 얻기 위해 일주일 동안 -80 ℃에서 동결 건조시켰다. 수득된 CDH 개질된 알지네이트 생성물을 밀봉하고 4 ℃에서 저장하였다.Sodium alginate (sodium alginate, 3 g, viscosity: 2,000 cpi, 2% solution from Sigma Aldrich) was dissolved in 300 ml of distilled water while stirring at room temperature overnight. After the polymer was completely dissolved, CDH (carbohydrazide, 2.2 g) was added directly to the solution and stirred (30 min). Next, HOBt (1-hydroxy benzotriazole hydrate, 0.45 g of HOBt in 10 ml DMSO) and EDC.HCl (N-(3-dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide hydrochloride, EDC.HCl 0.46 g in 10 ml distilled water) were reacted. It was added dropwise to the mixture and adjusted to pH (pH 5.0) with diluent HCl. After reacting at room temperature for 12 hours, all solutions were dialyzed. Initially, the solution was dialyzed against NaCl (0.3 M in distilled water, 2 days) and against ethanol (EtOH, 25% v/v) and water for 1 and 3 days respectively. The product obtained by dialysis was transferred to falcon tubes and frozen at -80 °C for one day. Samples were freeze-dried at -80 °C for one week to obtain a completely dry product. The obtained CDH modified alginate product was sealed and stored at 4°C.
단계 2
히알루론산나트륨(Sodium hyaluronate, 1g, PDI: 3.974; Mw:1659731 Da)을 자기장 교반 하에 12 시간 동안 증류수 100mL에 용해시킨 후, ADP((±)-3-amino-1,2-propanediol, 5mmol)를 용액에 직접 적가하였다. 이전의 반응과 유사하게, HOBt(1-hydroxy benzotriazole hydrate, 5 ml DMSO 중의 HOBt 2.5 mmol) 및 EDC · HCl (N-(3-dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide hydrochloride, 5 ml 중 0.75 mmol)을 차례로 적가하였다. Sodium hyaluronate (Sodium hyaluronate, 1 g, PDI: 3.974; Mw: 1659731 Da) was dissolved in 100 mL of distilled water for 12 hours under magnetic stirring, and then ADP ((±)-3-amino-1,2-propanediol, 5 mmol) was added dropwise directly to the solution. Similar to the previous reaction, HOBt (1-hydroxy benzotriazole hydrate, 2.5 mmol of HOBt in 5 ml DMSO) and EDC HCl (N-(3-dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide hydrochloride, 0.75 mmol in 5 ml) were sequentially added. was added dropwise.
EDC를 첨가하기 전에, 용액의 pH를 조정하였다(pH 6). 반응을 밤새 계속하였다. 생성물을 NaCl2(증류수 중 0.3M)에 대해 2 일 동안 투석한 후 증류수로 3일 동안 투석하였다. 격일로 신선한 물로 교체하였다. 투석된 내용물을 하루동안 -80 ℃에서 냉동시키고 냉동 건조시켜 ADP-HA생성물(HA-diol)을 획득하였다.Before adding EDC, the pH of the solution was adjusted (pH 6). The reaction was continued overnight. The product was dialyzed against NaCl 2 (0.3M in distilled water) for 2 days and then dialyzed against distilled water for 3 days. It was replaced with fresh water every other day. The dialyzed contents were frozen at -80°C for one day and freeze-dried to obtain an ADP-HA product (HA-diol).
HA-diol은, 요오드산 나트륨(sodium periodate)을 사용하여 산화 반응에 의해 히알론산-모노알데하이드(HA-m-ald)를 직접 획득하였다. 암실 조건에서 200mg의 HA-diol을 실온에서 25ml의 증류수에 용해시킨 다음에, 0.5 mmol의 과요오드산 나트륨 수용액(sodium periodate, 0.5 ml)을 적가하였다. 반응을 15 분 동안 수행하였고, 에틸렌 글리콜 10 mmol을 반응 혼합물에 즉시 첨가하여 반응을 종료하였다. 상기 용액을 증류수로 3 일 동안 투석한 다음, 이전에 언급한 방법으로 샘플을 동결시키고 동결 건조시켰다. HA-diol, hyaluronic acid-monoaldehyde (HA-m-ald) was directly obtained by oxidation using sodium periodate. After dissolving 200 mg of HA-diol in 25 ml of distilled water at room temperature in the dark, 0.5 mmol of an aqueous sodium periodate solution (sodium periodate, 0.5 ml) was added dropwise. The reaction was carried out for 15 minutes, and 10 mmol of ethylene glycol was immediately added to the reaction mixture to complete the reaction. The solution was dialyzed with distilled water for 3 days, then the samples were frozen and freeze-dried in the manner previously mentioned.
alginate-hyaluronate hydrogels(Alg-HA 하이드로젤, AH 하이드로젤)의 합성 Synthesis of alginate-hyaluronate hydrogels (Alg-HA hydrogel, AH hydrogel)
단계 1에서 획득한 알지네이트-CDH를 하기의 표 1에 따른 농도로 pH 7.4의 PBS(phosphate buffered saline) 용액 1ml에 직접 용해시키고 완전히 용해될 때까지 볼텍싱(vortexed) 하였다. 단계 2에서 획득한 HA-mCHO(H-m-ald)를 하기의 표 1에 따른 농도로 pH 7.4의 PBS 1ml에 직접 용해시켰다. 두 용액을 잘 혼합하고 부드럽게 vortexed 실온에서 알지네이트-HA 하이드로젤을 획득하였다. 알지네이트-CDH의 아민기와 HA-mCHO의 알데히드기 사이에서 발생하는 쉬프 염기 반응(Schiff's base reaction)에 의해서 안정한 alginate-HA hydrogels 하이드로젤이 형성되었다. 하이드로젤을 체계적으로 평가하기 위해, 표 1에 따라 Alg-CDH 및 HA-m-ald 용액의 3 가지 농도를 선정하여 서로 다른 물성의 하이드로젤 조성물을 형성하였다. The alginate-CDH obtained in
용액 농도 및 샘플 코드를 표 1에 나타내었고, 각각의 농도에 대해, 3개의 샘플을 준비하였다. Solution concentrations and sample codes are shown in Table 1, and for each concentration, three samples were prepared.
Composition(w/v) Alg-CDH (mg/ml)
Composition (w/v)
Composition(w/v) HA-m-ald (mg/ml)
Composition (w/v)
실시예에서 제조된 하이드로젤은, 디지털 이미지, SEM(scanning electron microscope) 이미지 및 FTIR(Fourier-transform infrared spectroscopy) 및 TGA(thermogravimetric analysis) 및 시간과 pH 변화에 따른 중량변화를 측정하여 각각 도 1 내지 도 3에 나타내었다. The hydrogels prepared in Examples were obtained by measuring weight changes according to digital images, scanning electron microscope (SEM) images, FTIR (Fourier-transform infrared spectroscopy) and TGA (thermogravimetric analysis), and time and pH changes, respectively, to FIGS. 1 to 3 is shown.
물성 평가Physical property evaluation
(1) 생분해성 분석 (1) biodegradability analysis
아래 식 1에서 제시한 방법으로 Alg-HA 하이드로젤의 in vitro 분해성을 측정하였다. The in vitro degradability of Alg-HA hydrogel was measured by the method presented in
건조 샘플 (동결건조 이후에 측정된 중량, Wi)을 PBS 용액 (25 ml, pH 7.4)에 37 ℃ 에 담근 다음에 시간에 따른 하이드로젤의 중량을 측정하여 함수율 실험을 진행하였다. 일정한 시간 간격으로 Alg-HA 하이드로젤을 회수하고 잴 표면 수분을 여과지로 제거하여 젖은 상태의 샘플 중량을 측정하였으며, 젖은 샘플을 오븐에서 건조시킨 다음에 건조샘플의 중량을 측정하였다. Wr(remaining weight)은, 모든 샘플에 대해 주기적으로 기록되었고, 손실 실량(weight loss, %)은 다음의 식으로 계산하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 산성(pH 1.5, pH 4.0)과 중성 및 염기성(pH 9.0)의 버퍼용액에서 잔존하는 젤의 중량을 측정한 결과는 pH 조건에 따라 젤의 중량이 달라지고, 중성에서 가장 원래의 중량을 유지하고 있다는 것을 확인하였다.The dried sample (the weight, W i measured after the freeze-drying) was carried out to a water content experiments by measuring the weight of the hydrogel according to the following time for immersion in 37 ℃ in a PBS solution (25 ml, pH 7.4). The Alg-HA hydrogel was recovered at regular time intervals and the measured surface moisture was removed with a filter paper to measure the weight of the sample in a wet state. The wet sample was dried in an oven, and then the weight of the dried sample was measured. W r (remaining weight) was periodically recorded for all samples, and weight loss (%) was calculated by the following equation, and the result is shown in FIG. 3 . As a result of measuring the weight of the gel remaining in acidic (pH 1.5, pH 4.0) and neutral and basic (pH 9.0) buffer solutions, the weight of the gel varies depending on the pH conditions, maintaining the original weight in neutral and confirmed that there is.
[식 1] [Equation 1]
Weight loss (%) = (Wi-Wr)/Wi × 100(%)Weight loss (%) = (Wi-Wr)/Wi × 100 (%)
(2) 하이드로젤의 pH 안정성 (2) pH stability of hydrogel
Alg-HA 하이드로젤의 안정성은 37 ℃에서 다양한 pH(1.5, 4.0, 7.4 및 9.0)의 PBS 내에서 평가하였다. 하이드로젤의 잔류 무게를 수치화하여 도 3에 나타내었다. 이는 pH에 따라서 젤의 형태유지성과 젤의 중량이 변화되는 것을 관찰할 수 있다. The stability of Alg-HA hydrogels was evaluated in PBS at various pHs (1.5, 4.0, 7.4 and 9.0) at 37 °C. The residual weight of the hydrogel was digitized and shown in FIG. 3 . It can be observed that the shape retention of the gel and the weight of the gel change depending on the pH.
(3) 레올로지 특성평가(3) Rheological characteristics evaluation
레올로지 기기를 사용하여 제조된 젤의 종류에 따른 점성, 전단압력, 전단속도와 전단응력 특성평가를 진행하여 도 4에 나타내었다. 젤의 형성이 되는 것으로 3:7, 5:5, 7:3의 비율로 알지네이트-CDH 용액과 히알론산-mCHO 용액을 혼합하여 자가 결합 젤을 유도하였을 때 shear rate를 점차적으로 올리면서 측정하였을 때 비율에 따라서 서로 다른 점도변화 값이 변하는 것을 확인할 수 있다. Viscosity, shear pressure, shear rate, and shear stress characteristics were evaluated according to the type of gel prepared using a rheology device, and are shown in FIG. 4 . When a self-binding gel was induced by mixing alginate-CDH solution and hyaluronic acid-mCHO solution at a ratio of 3:7, 5:5, 7:3 to form a gel, when measured while gradually increasing the shear rate It can be seen that different viscosity change values change according to the ratio.
(4) 약물 방출특성(4) drug release characteristics
5:5 하이드로젤(A5H5)에 5-ASA(5-Aminosalicylic acid) 및 BSA(bovine serum albumin, 66kda)를 첨가하고, 시간에 따른 in vitro 방출 특성을 측정하여 도 4에 나타내었다. 5-ASA (5-Aminosalicylic acid) and BSA (bovine serum albumin, 66 kda) were added to the 5:5 hydrogel (A5H5), and the in vitro release characteristics according to time were measured and shown in FIG. 4 .
(5) 탄성복원력(5) Elastic restoring force
격자형으로 3D 프린팅 된 5:5 하이드로젤(A5H5) 구조체를 texture analysizer를 이용하여 구조체의 높이를 25%, 40% 및 50% 까지 압력을 높여가며 압축한 다음에, 압축력을 제거하면서 젤의 탄성 복원력을 반복적으로 측정하여 도 5에 나타내었다. The 3D printed lattice-type 5:5 hydrogel (A5H5) structure was compressed by increasing the pressure to 25%, 40%, and 50% of the structure height using a texture analyzer, and then the elasticity of the gel was removed while the compressive force was removed. The restoring force was repeatedly measured and shown in FIG. 5 .
실시예 2Example 2
3차원 프린팅 하이드로젤의 제조 Preparation of 3D Printing Hydrogels
5:5 하이드로젤을 주사기(27 게이지)에 넣고, 주사기를 압출 방식(International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, April 2017, 18(4), 605-612, A desktop multi-material 3D bio-printing system with open-source hardware and software)의 프린터에 장착한 다음에 압력 400 psi, 37℃ 온도, 스테이지 속도 150 μm/sec, 27 게이지 주사기 노즐크기 등을 다양하게 변화시키면서 프린팅을 진행하여 4층의 알지네이트-히알론산 젤을 격자형으로 3차원 프린팅하였다. 제조된 3차원 프린팅된 하이드로젤 지지체는 도 6에 나타내었다.5:5 Hydrogel was placed in a syringe (27 gauge) and the syringe was extruded (International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, April 2017, 18(4), 605-612, A desktop multi-material 3D bio-printing system with open-source hardware and software), and then printing was carried out while varying the pressure of 400 psi, temperature of 37°C, stage speed of 150 μm/sec, and the nozzle size of a 27-gauge syringe to form 4 layers of alginate-hyal. The ronic acid gel was 3D printed in a grid pattern. The prepared 3D printed hydrogel support is shown in FIG. 6 .
도 6에서, 본 발명에 의한 하이드로 젤은 안정적으로 프린팅된 젤 지지체가 형성된 것을 확인할 수 있다. 6, it can be seen that the hydrogel according to the present invention is stably formed with a printed gel support.
또한, 3차원 프린팅된 하이드로젤을 PBS 용액(pH 7.4)과 CaCl2 용액(5 M)에서 37 ℃에서 3일 동안 수화하여 그 결과를 도 6 및 도 7에 나타내었다. 도 7은 CaCl2 용액에서 프린팅 된 샘플의 두께 및 기공 면적의 변화를 측정하여 수치화하여 나타내었다. 도 6을 살펴보면, 칼슘이온용액에서는 프린팅 된 지지체의 형태 크기가 감소하는 것이 관찰되었던 반면에, PBS 버퍼용액에서는 그 형태가 팽창되는 것으로 관찰되어 2가 이온의 이온 결합이 추가적으로 형성됨으로써 알지네이트 egg-shell 구조를 구현하는 것을 알 수 있다. 이는 도 8에 나타낸 바와 같이, 알지네이트가 칼슘 이온에 의해 이온결합을 형성하여 이온결합 상호결합 젤이 제조되는 것이다. In addition, the three-dimensional printed hydrogel was hydrated in PBS solution (pH 7.4) and CaCl 2 solution (5 M) at 37 ° C. for 3 days, and the results are shown in FIGS. 6 and 7 . Figure 7 is a CaCl 2 solution to measure the thickness and pore area change of the printed sample and numerically shown. Referring to FIG. 6 , it was observed that the shape size of the printed support decreased in the calcium ion solution, whereas the shape was observed to expand in the PBS buffer solution, so that ionic bonds of divalent ions were additionally formed to form alginate egg-shell It can be seen that the structure is implemented. As shown in FIG. 8, alginate forms an ionic bond with calcium ions, thereby preparing an ionic bonding gel.
5:5 하이드로젤을 이용하여 압출 방식으로 50 층의 격자형 구조체가 형성되었으며, 적층된 구조체는 형태 안정성이 우수한 3차원 프린팅 구조체를 제조하였으며, 도 9에 그 이미지를 나타내었다. 즉, 본 발명에 의한 하이드로젤은 화학적 결합이 형성되고, 또한 이온결합에 의해서 형태가 변화하는 것을 관찰(도 6 및 도 8)할 수 있으며 고층으로 적층하여 3D 프린팅된 지지체에서도 매우 안정적으로 적층 구조가 유지됨을 확인할 수 있다. A lattice-type structure of 50 layers was formed by extrusion using a 5:5 hydrogel, and the laminated structure produced a three-dimensional printing structure with excellent shape stability, and the image is shown in FIG. 9 . That is, in the hydrogel according to the present invention, a chemical bond is formed and it can be observed that the shape is changed by an ionic bond ( FIGS. 6 and 8 ), and it is very stably laminated even on a 3D printed support by laminating it as a high layer. It can be confirmed that is maintained.
하이드로젤의 자가 결합성(도 10-a, b)과 주사기능(eh 10-e) 및 물 속에서의 안정성(도 10-f)과 주사에 의한 적층성(도 10-d,d)에 대한 평가와 함께, in vitro 생체 적합성(eh 11)을 평가하여 도 10 및 도 11에 나타내었다. 도 10은, 3차원 프린팅된 하이드로젤의 자가결합 특성을 나타내었다. 결론적으로, 알지네이트-히알론산 하이드로젤을 3개로 잘라서 양 말단에 청색과 빨강색의 염료를 넣고 가운데 젤은 염료를 포함시키지 않은 젤을 가운데 위치하도록 하여 서로 접촉을 시켰을 경우, 자가결합에 의해 잘려진 젤들이(빨강색 및 청색의 젤) 복원되면서 (도 10-b) 양 말단의 염료들이 중간으로 확산(중간에 있는 흰색 젤이 빨강색과 청색 염료가 확산에 의해 색이 변화 됨) 되는 것이 가능(도 10-a, b)할 뿐만 아니라 3개의 젤이 서로 연결되어 있음(도 10-b) 을 알 수 있어서 젤이 자가결합에 의해 복원(self-healing)되어 있음을 알 수 있었다. 또한 하이드로젤이 주사될 수 있고 물 속에서 그 형태를 유지하고 있는 것이 관찰되었으며 (도 10 f), 주사된 젤들이 적층되어 그 형상을 유지(도 10-c, d)하고 있는 것으로 관찰되었다. 특히 pH에 따라서 형태유지성이 달라지는 특성(도 3-c)이 있어 조직공학용 지지체, 약물전달체에 효과적으로 적용할 수 있다. 이는, 2차로 2가의 이온을 첨가하여 이온결합을 유도함으로써, 자가적인 화학결합과 이온결합을 유도하여 제조되는 알지네이트-히알론산 젤로, 상기 알지네이트-유도체 용액과 히알론산-유도체 용액에 저분자 생체활성물질(약물), 단백질, 다당고분자 등을 필요에 따라 각각 혼합하여 알지네이트-히알론산 젤을 제조하고, 3D 프린팅 함으로써 생체활성물질이 포함된 3D 프린팅 알지네이트-히알론산 하이드로젤 지지체를 제조할 수 있다.The self-binding properties (Fig. 10-a, b), injection function (eh 10-e), stability in water (Fig. 10-f), and lamination by injection (Fig. 10-d, d) of the hydrogel In addition to the evaluation, in vitro biocompatibility (eh 11) was evaluated and shown in FIGS. 10 and 11 . 10 shows the self-binding properties of the three-dimensionally printed hydrogel. In conclusion, when the alginate-hyaluronic acid hydrogel is cut into three pieces, blue and red dyes are added to both ends, and the gel without dye is placed in the center of the center gel to make contact with each other, the gel cut by self-bonding As the dyes (red and blue gels) are restored (Fig. 10-b), it is possible for the dyes at both ends to diffuse into the middle (the white gel in the middle changes color by diffusion of red and blue dyes) ( 10-a, b) as well as the three gels are connected to each other (Fig. 10-b), it can be seen that the gel is self-healing by self-binding. In addition, it was observed that the hydrogel could be injected and maintained its shape in water (FIG. 10 f), and it was observed that the injected gels were laminated and maintained their shape (FIG. 10-c, d). In particular, it has the characteristic that shape retention varies according to pH (FIG. 3-c), so it can be effectively applied to tissue engineering scaffolds and drug delivery systems. This is an alginate-hyaluronic acid gel prepared by inducing an autonomous chemical bond and an ionic bond by inducing an ionic bond by adding a divalent ion secondarily, and a low molecular weight bioactive material in the alginate-derivative solution and the hyaluronic acid-derivative solution (drug), protein, polysaccharide polymer, etc. are mixed as needed to prepare an alginate-hyaluronic acid gel, and 3D printing may be performed to prepare a 3D-printed alginate-hyaluronic acid hydrogel support containing a bioactive material.
도 11은, in vitro 세포 독성 분석, 연골 세포를 Alg-HA 하이드로 겔의 내부에 로딩하여 세포 적합성을 MTT 분석(도 11-a), 중성 적색 분석(neutral red assay) (도 11-b) 및 생존 및 사멸 분석(도 11-c)을 진행한 결과를 나타내었다. 도 11에서 세포배양 배지에 젤을 3일 동안 침전시킨 다음에 용출물을 이용하여 세포독성을 MTT 분석과 Neutral red assay 를 이용한 측정한 결과, 모두 세포적합성이 우수하였고, 알지네이트 조성이 높은 젤(A7H3)에서는 세포 적합성이 조금 낮은 것으로 관찰되었으나 히알론산의 조성이 높을수록 (A3H7) 보다 보다 더 생포적합성이 우수한 하이드로젤인 것을 확인할 수 있다. Figure 11 is an in vitro cytotoxicity assay, MTT assay (Figure 11-a), neutral red assay (Figure 11-b) and chondrocytes loading chondrocytes inside Alg-HA hydrogel for cell compatibility (Figure 11-b) and The results of the survival and death analysis (FIG. 11-c) are shown. In FIG. 11, after precipitating the gel in the cell culture medium for 3 days, the eluate was used to measure cytotoxicity using the MTT assay and the Neutral red assay. As a result, the cell compatibility was excellent, and the gel with a high alginate composition (A7H3 ), it was observed that the cell compatibility was slightly low, but as the composition of hyaluronic acid was higher, it was confirmed that the hydrogel had better biocompatibility than (A3H7).
또한 세포들을 하이드로젤 내부에 로딩한 경우와 세포들을 젤 내부에 로딩한 이후에 주사기를 통하여 주사한 경우 모든 경우에서 0, 1, 2, 3일 동안 세포들이 모두 초록색으로 관찰되어 모든 세포들이 살아있는 것으로 관찰되어 제조한 알지네이트-히알론산 젤은 세포적합성이 우수한 것으로 관찰되었다. In addition, in all cases when cells were loaded into the hydrogel and when the cells were loaded into the gel and then injected through a syringe, all cells were observed in green for 0, 1, 2, and 3 days, indicating that all cells were alive. It was observed that the prepared alginate-hyaluronic acid gel was observed to have excellent cell compatibility.
본 발명은, 기존의 하이드로젤과 비교하여 화학결합과 이온결합이라는 2중 결합에 의해 생성되는 하이드로젤과 이의 3D 프린팅 하이드로젤 소재를 제공할 수 있다. 또한, 다당류, 단백질, 약물 등을 히알론산-mCHO 용액 혹은/그리고 알지네이트-CDH 용액에 사전에 첨가한 이후에 2 종류의 용액을 상온에서 혼합하여 자가적으로 젤이 형성되도록 유도할 수 있기 때문에 고분자-유도체용액에 세포 및 단백질과 같은 생체활성물질의 첨가가 용이하며, 또한 생물학적 특성을 유지하면서 하이드로 젤의 제조가 가능하며, 자가결합과 3중 상호작용(이민 화학결합, 2가 이온에 의한 이온결합, 공명현상에 의한 6개 고리안정화)에 의하여 하이드로 젤이 제조되고, 프린팅될 수 있으므로, 하이드로젤에 고기능성을 부여할 수 있다. The present invention can provide a hydrogel produced by a double bond of a chemical bond and an ionic bond and a 3D printed hydrogel material thereof compared to the conventional hydrogel. In addition, after adding polysaccharides, proteins, drugs, etc. to the hyaluronic acid-mCHO solution or/and the alginate-CDH solution in advance, the two types of solutions can be mixed at room temperature to induce the formation of a gel autonomously. -It is easy to add bioactive substances such as cells and proteins to the derivative solution, and it is possible to manufacture hydrogels while maintaining biological properties, and self-binding and triple interaction (imine chemical bonds, ions by divalent ions) Since the hydrogel can be prepared and printed by bonding and stabilizing 6 rings by resonance phenomenon), high functionality can be imparted to the hydrogel.
본 발명은 개시제 등과 같은 화학결합제를 젤 합성과정에 사용하지 않기 때문에 제조된 3D 프린팅 젤 지지체는 생체적합성이 우수하며, 또한 하이드로젤의 구성 고분자인 알지네이트와 히알론산은 다당류 화합물이므로 고유의 생물학적 물성을 보유함과 동시에, 접착성, 유연성, 생체적합성과 기계적물성이 우수한 장점을 가진 새로운 하이드로젤 및 3D 프린팅 소재이며, 3D 프린팅된 젤 지지체를 약물전달이 가능한 조직공학 재생의학산업과 약물전달체 등으로 활용할 수 있다. In the present invention, since a chemical binder such as an initiator is not used in the gel synthesis process, the prepared 3D printing gel support has excellent biocompatibility. Also, since alginate and hyaluronic acid, which are the constituent polymers of the hydrogel, are polysaccharide compounds, they have unique biological properties. It is a new hydrogel and 3D printing material with excellent adhesion, flexibility, biocompatibility and mechanical properties while retaining, and the 3D printed gel support can be used for tissue engineering regenerative medicine industry and drug delivery system that can deliver drugs. can
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible from the above description by those skilled in the art. For example, even if the described techniques are performed in an order different from the described method, and/or the described components are combined or combined in a different form from the described method, or replaced or substituted by other components or equivalents Appropriate results can be achieved. Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
Claims (5)
상기 자가적 화학결합은, 쉬프 베이스(Schiff's base) 반응성 이민 결합 및 6-고리(6-ring) 공명 구조를 형성하고,
상기 카르보다이하이드라자이드로 개질된 알지네이트 대 3-아미노-1,2-프로판산으로 개질된 히알론산 고분자 유도체의 몰 비율은, 1 : 9 내지 9 : 1이고,
상기 카르보다이하이드라자이드로 개질된 알지네이트들 간에 2가 이온에 의해 이온결합이 더 이루어지고,
하기의 화학식 1로 표시되는, 알지네이트-히알론산 하이드로젤:
[화학식 1]
Alginate modified with carbodihydrazide and hyaluronic acid polymer derivative modified with 3-amino-1,2-propanoic acid are self-chemically bonded,
The autologous chemical bond forms a Schiff's base reactive imine bond and a 6-ring resonance structure,
The molar ratio of the carbodihydrazide-modified alginate to the hyaluronic acid polymer derivative modified with 3-amino-1,2-propanoic acid is 1: 9 to 9: 1,
An ionic bond is further formed by a divalent ion between the alginates modified with the carbodihydrazide,
An alginate-hyaluronic acid hydrogel represented by the following formula (1):
[Formula 1]
상기 자가적 화학결합은, 쉬프 베이스(Schiff's base) 반응성 이민 결합 및 6-고리(6-ring) 공명 구조를 형성하고,
상기 카르보다이하이드라자이드로 개질된 알지네이트들 간에 2가 이온에 의해 이온결합이 더 이루어진 알지네이트-히알론산 하이드로젤로서,
상기 알지네이트-히알론산 하이드로젤은, 생체 적합성 3차원 프린팅 하이드로젤이며,
상기 알지네이트-히알론산 하이드로젤은, 가교결합제 없이 50층 이상 또는 1 cm 높이 이상의 3차원 프린팅 하이드로젤 구조체 및 주사형 약물전달체를 형성하고,
상기 알지네이트-히알론산 하이드로젤은, 가교결합제 없이 저층의 하이드로젤도 패치 또는 상처 드레싱을 위한 3차원 프린팅 하이드로젤 구조체를 형성하는 것인,
하기의 화학식 1로 표시되는, 알지네이트-히알론산 하이드로젤:
[화학식 1]
Alginate modified with carbodihydrazide and hyaluronic acid polymer derivative modified with 3-amino-1,2-propanoic acid are self-chemically bonded,
The autologous chemical bond forms a Schiff's base reactive imine bond and a 6-ring resonance structure,
As an alginate-hyaluronic acid hydrogel in which an ionic bond is further formed by a divalent ion between the alginates modified with the carbodihydrazide,
The alginate-hyaluronic acid hydrogel is a biocompatible three-dimensional printing hydrogel,
The alginate-hyaluronic acid hydrogel forms a three-dimensional printing hydrogel structure and an injectable drug delivery system of 50 layers or more or 1 cm or more in height without a crosslinking agent,
The alginate-hyaluronic acid hydrogel, without a crosslinking agent, a low-layer hydrogel to form a three-dimensional printing hydrogel structure for a patch or wound dressing,
An alginate-hyaluronic acid hydrogel represented by the following formula (1):
[Formula 1]
를 포함하고,
상기 카르보다이하이드라자이드로 개질된 알지네이트 대 3-아미노-1,2-프로판산으로 개질된 히알론산 고분자 유도체의 몰 비율은, 1 : 9 내지 9 : 1이고,
상기 자가적 화학결합은, 쉬프 베이스(Schiff's base) 반응성 이민 결합 및 6-고리(6-ring) 공명 구조를 형성하고,
상기 카르보다이하이드라자이드로 개질된 알지네이트들 간에 2가 이온에 의해 이온결합이 더 이루어지고,
하기의 화학식 1의 알지네이트-히알론산 하이드로젤의 제조방법:
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
including,
The molar ratio of the carbodihydrazide-modified alginate to the hyaluronic acid polymer derivative modified with 3-amino-1,2-propanoic acid is 1: 9 to 9: 1,
The autologous chemical bond forms a Schiff's base reactive imine bond and a 6-ring resonance structure,
An ionic bond is further formed by a divalent ion between the alginates modified with the carbodihydrazide,
Method for preparing alginate-hyaluronic acid hydrogel of Formula 1 below:
[Formula 1]
[Formula 2]
[Formula 3]
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|---|---|---|---|---|
| US20170313827A1 (en) | 2014-11-27 | 2017-11-02 | Yu Sun | Preparation method, product and application of non-free radical photo-crosslinked hydrogel material |
| KR101756935B1 (en) | 2015-12-29 | 2017-07-26 | 차미선 | Hydrogel scaffold having double crosslinking, uses thereof and method for producing the same using two-step crosslinking |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Min-Dan WANG et al., "Novel crosslinked alginate/hyaluronic acid hydrogel for nerve tissue engineering", Front. Mater. Sci(2013), Vol.7(3), pp.269-284* |
| Takuro Hozumi et al., "Injectable Hydrogel with Slow Degradability Composed of Gelatin and Hyaluronic Acid Cross-Linked by Schiff’s Base Formation", Biomacromolecules(2018), Vol.19(2), pp.288-297* |
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