KR20220050278A - Hydrogel composition having alginate coupled methacrylate and manufacturing method of hydrogel - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a hydrogel composition including methacrylate-bound alginate and a method for preparing a hydrogel. Particularly, the present invention relates to a hydrogel composition including alginate whose hydroxyl group is bound with methacrylate, and a method for preparing the hydrogel. In the hydrogel composition according to the present invention, the sodium counter ion of alginate is substituted with tetraalkylammonium having oleophilic property, thereby allowing reaction in an organic solvent. Therefore, it is possible to carry out various organic reactions with higher efficiency. In addition, since methacrylate is bound with the hydroxyl group of alginate, it is possible to maintain the function of alginate. Further, it is possible to control the mechanical properties of hydrogel according to a degree of substitution with methacrylate.

Description

메타크릴레이트가 결합된 알지네이트를 포함하는 하이드로겔 조성물 및 하이드로겔 제조방법{HYDROGEL COMPOSITION HAVING ALGINATE COUPLED METHACRYLATE AND MANUFACTURING METHOD OF HYDROGEL}Hydrogel composition and hydrogel manufacturing method comprising methacrylate-coupled alginate

본 발명은 메타크릴레이트가 결합된 알지네이트를 포함하는 하이드로겔 조성물 및 하이드로겔 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 히드록실기에 메타크릴레이트가 결합된 알지네이트를 포함하는 하이드로겔 조성물 및 상기 하이드로겔의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogel composition comprising alginate to which methacrylate is bound and a method for preparing a hydrogel, and more particularly, to a hydrogel composition comprising alginate in which methacrylate is bound to a hydroxyl group, and the hydrogel It relates to a manufacturing method.

천연 다당류를 사용하여 만든 하이드로겔은 주로 화학 반응없이 물리적 상호 작용을 통해 하이드로겔을 형성할 수 있기 때문에 약물 전달 시스템 및 조직 공학 스캐 폴드와 같은 생물 의학 공학 응용 분야에 오랫동안 채택되어 왔다. 예를 들어, 아가로스 하이드로겔은 냉각시 아가로스 용액의 열 겔화(thermogelling)에 의해 쉽게 개발되며, 이는 광범위한 수소 결합을 유도한다. 하전된 작용기를 갖는 다당류는 또한 반대 전하를 갖는 다가 이온과의 이온 가교에 의해 하이드로겔로 발전할 수 있다. 예를 들어, 각각 카르복실레이트 및 설포네이트기를 포함하는 음이온성 알지네이트 및 카라기난은 이온 가교 결합되어 Ca2+와 같은 양이온에 의해 하이드로겔을 형성하는 반면, 아민기를 갖는 키토산은 β-글리세로포스페이트와 같은 음이온성 종과 가교 결합될 수 있다.Hydrogels made using natural polysaccharides have long been adopted for biomedical engineering applications such as drug delivery systems and tissue engineering scaffolds, primarily because they can form hydrogels through physical interactions without chemical reactions. For example, agarose hydrogels are readily developed by thermogelling of an agarose solution upon cooling, which induces extensive hydrogen bonding. Polysaccharides with charged functional groups can also develop into hydrogels by ionic crosslinking with polyvalent ions with opposite charges. For example, anionic alginate and carrageenan containing carboxylate and sulfonate groups, respectively, are ionic cross-linked to form a hydrogel with cations such as Ca 2+ , whereas chitosan having amine groups is formed with β-glycerophosphate and It can be crosslinked with the same anionic species.

이러한 물리적으로 가교된 다당류 하이드로겔은 제작에 매우 효율적이고 천연 화학 구조를 유지할 수 있지만 원하는 범위와 방식으로 물리역학 및 생물학적 특성을 제어하는 것은 매우 어렵다.Although these physically cross-linked polysaccharide hydrogels are highly efficient to fabricate and can maintain their natural chemical structure, it is very difficult to control their physicodynamic and biological properties to the desired extent and manner.

대부분의 다당류는 점성이 높은 수용액이 되어 작업 농도 범위를 제한한다. 이것은 필연적으로 제한된 범위의 재료 특성을 가진 하이드로겔을 생성한다. 또한 물리적으로 가교된 하이드로겔은 일반적으로 가역적이므로 특정 환경 조건에서 구조적 완전성과 물리적 기계적 특성이 심하게 파괴될 수 있다. 예를 들어, 열-가역성(thermally-reversible) 아가로스 하이드로겔은 더 높은 온도에서 용해되고 이온-가교된 알지네이트 하이드로겔도 킬레이터의 존재하에 용해된다. Most polysaccharides become highly viscous aqueous solutions, limiting the working concentration range. This inevitably results in hydrogels with a limited range of material properties. In addition, physically crosslinked hydrogels are generally reversible, so structural integrity and physical and mechanical properties can be severely disrupted under certain environmental conditions. For example, thermally-reversible agarose hydrogels dissolve at higher temperatures and ion-crosslinked alginate hydrogels also dissolve in the presence of chelators.

이러한 문제를 극복하기 위해 화학적 가교 전략이 종종 사용되어 재료 특성과 제조 및 가공을 추가로 제어할 수 있다. 예를 들어, 아민기를 갖는 키토산은 쉬프 염기 형성(Schiff base formation)을 통해 글루타르알데히드와 반응하거나 친핵성 치환을 통해 지니핀과 반응하여 하이드로겔을 형성할 수 있다. 대안적으로, 다당류는 종종 화학적으로 변형되어 가교 반응을 위한 반응성 부위인 알데히드, 카테콜, 티올 및 (메트)아크릴레이트와 같은 반응성 작용기를 제공한다. 이러한 접근법은 하이드로겔 개발을 위해 성공적으로 구현되었지만, 유기 용매에서 다당류의 용해도가 심각하게 제한되어 있기 때문에 접합 화학을 다양화하고 다당류에 대한 다중 화학 반응을 도입하는 것은 여전히 어려운 일이다.To overcome these challenges, chemical crosslinking strategies are often used to further control material properties and manufacturing and processing. For example, chitosan having an amine group may react with glutaraldehyde through Schiff base formation or with geninpin through nucleophilic substitution to form a hydrogel. Alternatively, polysaccharides are often chemically modified to provide reactive functional groups such as aldehydes, catechols, thiols and (meth)acrylates that are reactive sites for crosslinking reactions. Although this approach has been successfully implemented for hydrogel development, diversifying the conjugation chemistry and introducing multiple chemical reactions to polysaccharides is still a challenge because the solubility of polysaccharides in organic solvents is severely limited.

대한민국 등록특허 제10-1360942호Republic of Korea Patent Registration No. 10-1360942

다당류에 대한 상이한 화학 반응 경로를 수용하는 전략은 상이한 기능적 부분을 제시하기 위해 본원에서 사용되었다. 널리 사용되는 알지네이트 나트륨을 모델 다당류로 사용하여, 소수성을 증가시켜 디메틸설폭사이드와 같은 극성 비양성자성 용매에서 용해를 촉진하기 위해 먼저 알지네이트 나트륨 반대 이온을 테트라부틸암모늄(tetrabutylammonium, TBA) 이온으로 교환했다. 이것은 알지네이트에 더 넓은 범위의 화학 반응을 적용할 수 있게 했다. Strategies that accommodate different chemical reaction pathways for polysaccharides have been used herein to present different functional moieties. Using the widely used sodium alginate as a model polysaccharide, the sodium alginate counterion was first exchanged with a tetrabutylammonium (TBA) ion to increase hydrophobicity and thereby promote dissolution in polar aprotic solvents such as dimethylsulfoxide. . This made it possible to apply a wider range of chemical reactions to alginate.

더욱이, 알지네이트는 하이드록실기와 카르복실기의 두 가지의 다른 작용기를 가지고 있기 때문에, 이 두 가지 다른 작용기는 서로 다른 반응식을 사용하여 알지네이트에 독립적으로 접합될 수 있다. Moreover, since alginate has two different functional groups, a hydroxyl group and a carboxyl group, these two different functional groups can be independently conjugated to the alginate using different reaction schemes.

다중 접합의 이러한 독립적인 제어를 입증하기 위해, 라디칼 중합을 거쳐 하이드로겔을 형성할 수 있는 메타크릴레이트를 하이드록실기에 고리-열림(ring-opening) 친핵성 첨가를 통해 TBA-alginate에 접합한 반면, RGD 펩티드 및 젤라틴과 같은 세포 접착 분자(CAM)는 카르복실 그룹에 아미드 커플링에 의해 접합된다(도 1a). TBA-alginate는 원래의 알지네이트 나트륨으로 다시 교환되었다. To demonstrate this independent control of multiple conjugation, a methacrylate capable of radical polymerization to form a hydrogel was conjugated to TBA-alginate via ring-opening nucleophilic addition to a hydroxyl group. In contrast, RGD peptides and cell adhesion molecules (CAM) such as gelatin are conjugated to carboxyl groups by amide coupling (Fig. 1a). TBA-alginate was exchanged back to the original sodium alginate.

생성된 CAM-결합 메타크릴 알지네이트(CAM-linked methacrylic alginate)를 가교제로 사용하여 메타크릴레이트 치환의 농도와 정도에 의해 제어되는 다양한 기계적 특성을 가진 하이드로겔을 생성하면서 독립적으로 세포 접착 특성을 부여했다(도 1b).The resulting CAM-linked methacrylic alginate was used as a crosslinking agent to independently impart cell adhesion properties while creating hydrogels with various mechanical properties controlled by the concentration and degree of methacrylate substitution. (Fig. 1b).

본 발명의 일 실시예에 따르면, 히드록실기에 메타크릴레이트가 결합된 알지네이트를 포함하는 하이드로겔 조성물을 제공한다. 보다 바람직하게, 상기 메타크릴레이트는 알지네이트 2번 탄소의 히드록실기에 결합될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a hydrogel composition comprising alginate in which methacrylate is bonded to a hydroxyl group. More preferably, the methacrylate may be bonded to the hydroxyl group of carbon 2 of the alginate.

상기 알지네이트는 하기 [화학식 1]로 표시되는 화합물일 수 있다;The alginate may be a compound represented by the following [Formula 1];

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, X는 테트라알킬암모늄 또는 Na 이고, m은 정수 ≥ 1 이다.Here, X is tetraalkylammonium or Na, and m is an integer ≥ 1.

또한 상기 알지네이트는 하기 [화학식 2] 또는 [화학식 3]으로 표시되는 화합물일 수 있다;In addition, the alginate may be a compound represented by the following [Formula 2] or [Formula 3];

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, X는 테트라알킬암모늄 또는 Na 이고, n과 m은 정수 ≥ 1 이다,where X is tetraalkylammonium or Na, and n and m are integers ≥ 1,

[화학식 3][Formula 3]

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, X는 테트라알킬암모늄 또는 Na 이고, n과 m은 정수 ≥ 1 이고, R1은 CONH-(세포 결합 분자)이다.where X is tetraalkylammonium or Na, n and m are integers ≥ 1, and R 1 is CONH- (cell binding molecule).

상기 테트라알킬암모늄은 화학식 [NR1R2R3R4]+(이때 R1, R2, R3 및 R4는 서로 동일하거나 다를 수 있고, 직쇄 C1-C6 알킬, 분지쇄 C1-C6 알킬, 치환 C6-C10 아릴, 비치환 C6-C10 아릴 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택됨)으로 표시될 수 있으며, 보다 바람직하게는 테트라부틸암모늄(tetrabutylammonium)이다. The tetraalkylammonium has the formula [NR 1 R 2 R 3 R 4 ] + (wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 may be the same or different from each other, straight-chain C 1 -C 6 alkyl, branched-chain C 1 -C 6 alkyl, substituted C 6 -C 10 aryl, unsubstituted C 6 -C 10 aryl, and combinations thereof)), and more preferably tetrabutylammonium.

상기 [화학식 3]에서 n과 m의 합계에 대한 m의 백분율은 1 ~ 50%인 것이 바람직하다. n과 m의 합계에 대한 m의 백분율은 본 명세서에서 메타크릴레이트 치환 정도(DSMA)로 언급된다. The percentage of m with respect to the sum of n and m in [Formula 3] is preferably 1 to 50%. The percentage of m to the sum of n and m is referred to herein as the degree of methacrylate substitution (DS MA ).

상기 세포 결합 분자는 RGD(Arg-Gly-Asp), RGDS(Arg-Gly-Asp-Ser), RGDC(Arg-Gly-Asp-Cys), RGDV(Arg-Gly-Asp-Val), RGES(Arg-Gly-Glu-Ser), RGDSPASSKP(Arg-Gly-Asp-Ser-Pro-Ala-Ser-Ser-Lys-Pro), GRGDS(Gly-Arg-Gly-Asp-Ser), GRADSP(Gly-Arg-Ala-Asp-Ser-Pro), KGDS(Lys-Gly-Asp-Ser), GRGDSP(Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-Pro), GRGDTP(Gly-Arg-Gly-Asp-Thr-Pro), GRGES(Gly-Arg-Gly-Glu-Ser), GRGDSPC(Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-Pro-Cys), GRGESP(Gly-Arg-Gly-Glu-Ser-Pro), SDGR(Ser-Asp-Gly-Arg), YRGDS(Tyr-Arg-Gly-Asp-Ser), GQQHHLGGAKQAGDV (Gly-Gln-Gln-His-His-Leu-Gly-Gly-Ala-Lys-Gln-Ala-Gly-Asp-Val), GPR(Gly-Pro-Arg), GHK(Gly-His-Lys), YIGSR(Tyr-Ile-Gly-Ser-Arg), PDSGR(Pro-Asp-Ser-Gly-Arg), CDPGYIGSR(Cys-Asp-Pro-Gly-Tyr-Ile-Gly-Ser-Arg), LCFR(Leu-Cys-Phe-Arg), EIL(Glu-Ile-Leu), EILDV(Glu-Ile-Leu-Asp-Val),EILDVPST(Glu-Ile-Leu-Asp-Val-Pro-Ser-Thr), EILEVPST(Glu-Ile-Leu-Glu-Val-Pro-Ser-Thr), LDV(Leu-Asp-Val) 및 LDVPS(Leu-Asp-Val-Pro-Ser)로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 펩타이드일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. The cell binding molecule is RGD (Arg-Gly-Asp), RGDS (Arg-Gly-Asp-Ser), RGDC (Arg-Gly-Asp-Cys), RGDV (Arg-Gly-Asp-Val), RGES (Arg) -Gly-Glu-Ser), RGDSPASSKP (Arg-Gly-Asp-Ser-Pro-Ala-Ser-Ser-Lys-Pro), GRGDS (Gly-Arg-Gly-Asp-Ser), GRADSP (Gly-Arg- Ala-Asp-Ser-Pro), KGDS (Lys-Gly-Asp-Ser), GRGDSP (Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-Pro), GRGDTP (Gly-Arg-Gly-Asp-Thr-Pro), GRGES (Gly-Arg-Gly-Glu-Ser), GRGDSPC (Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-Pro-Cys), GRGESP (Gly-Arg-Gly-Glu-Ser-Pro), SDGR (Ser-Asp) -Gly-Arg), YRGDS (Tyr-Arg-Gly-Asp-Ser), GQQHHLGGAKQAGDV (Gly-Gln-Gln-His-His-Leu-Gly-Gly-Ala-Lys-Gln-Ala-Gly-Asp-Val ), GPR (Gly-Pro-Arg), GHK (Gly-His-Lys), YIGSR (Tyr-Ile-Gly-Ser-Arg), PDSGR (Pro-Asp-Ser-Gly-Arg), CDPGYIGSR (Cys- Asp-Pro-Gly-Tyr-Ile-Gly-Ser-Arg), LCFR (Leu-Cys-Phe-Arg), EIL (Glu-Ile-Leu), EILDV (Glu-Ile-Leu-Asp-Val), EILDVPST (Glu-Ile-Leu-Asp-Val-Pro-Ser-Thr), EILEVPST (Glu-Ile-Leu-Glu-Val-Pro-Ser-Thr), LDV (Leu-Asp-Val) and LDVPS (Leu) -Asp-Val-Pro-Ser) may be at least one peptide selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

상기 세포 결합 분자의 또 다른 예로 상기 세포 결합 분자는 젤라틴, 콜라겐, 피브로넥틴, 젤라틴, 라미닌, 비트로넥틴, 폴리카프로락톤(PCL), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리비닐알코올(PVA) 및 폴리비닐피롤리돈(PVP)로 이루어진 그룹으부터 선택된 하나 이상의 생체적합성 고분자일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In another example of the cell-binding molecule, the cell-binding molecule is gelatin, collagen, fibronectin, gelatin, laminin, vitronectin, polycaprolactone (PCL), polyethylene oxide (PEO), polyvinyl alcohol (PVA), and polyvinylpyrroly. It may be one or more biocompatible polymers selected from the group consisting of money (PVP), but is not limited thereto.

상기 하이드로겔 조성물은 아크릴 단량체 및 광개시제를 더 포함할 수 있다. The hydrogel composition may further include an acrylic monomer and a photoinitiator.

상기 아크릴 단량체는 소듐아크릴레이트(sodium acrylate), 소듐메타크릴레이트(sodium methacrylate), 아크릴아마이드, C1-C15 포화 알킬 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 하이드록시기가 1 내지 3개 치환된 C1-C15 하이드록시알킬 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트; 및 N,N-디(C1-C15 포화 또는 불포화 알킬)아크릴아마이드로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있으며, 보다 구체적으로 메타크릴레이트 젤라틴(methacrylate gelatin), 폴리에틸렌글리콜에틸메타아크릴레이트(polyethylene glycol ethyl methacrylate, PEGMA), 에틸렌글리콜에틸아크릴레이트 (polyethylene glycol ethyl acrylate, PEGA), 폴리에틸렌글리콜에틸디아크릴레이트 (polyethylene glycol ethyl diacrylate, PEGDA), 폴리에틸렌글리콜에틸디메타아크릴레이트 (polyethylene glycol ethyl dimethacrylate, PEGDMA)로 구성된 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. The acrylic monomer is sodium acrylate, sodium methacrylate, acrylamide, C 1 -C 15 saturated alkyl acrylate or methacrylate, C 1 - C 15 hydroxyalkyl acrylate or methacrylate; And N,N-di (C 1 -C 15 saturated or unsaturated alkyl) may be at least one selected from the group consisting of acrylamide, more specifically methacrylate gelatin (methacrylate gelatin), polyethylene glycol ethyl methacrylate ( polyethylene glycol ethyl methacrylate, PEGMA), ethylene glycol ethyl acrylate (PEGA), polyethylene glycol ethyl diacrylate (PEGDA), polyethylene glycol ethyl dimethacrylate, PEGDMA), but is not limited thereto.

상기 광개시제는 수용성 광개시제로 2-hydroxy-4′-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone), 1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone, 2,2-Dimethoxy-1,2-diphenylethan-1-one, 2-benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-1-butanone, 2-methyl-4′-(methylthio)-2-morpholinopropiophenone, TPO-Na (sodium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate), TPO-Li (lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate), BAPO-ONa (sodium bis(mesitoyl)phosphinate), BAPO-OLi (lithium bis(mesitoyl)phosphinate)으로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. The photoinitiator is a water-soluble photoinitiator, 2-hydroxy-4′-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone), 1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone, 2,2-Dimethoxy-1,2-diphenylethan-1-one, 2-benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-1-butanone, 2-methyl-4′-(methylthio)-2-morpholinopropiophenone, TPO-Na (sodium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate) , TPO-Li (lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate), BAPO-ONa (sodium bis(mesitoyl)phosphinate), BAPO-OLi (lithium bis(mesitoyl)phosphinate) may be at least one selected from the group consisting of , but not limited thereto.

대부분의 광개시제는 지용성이기 때문에 수용액상에서 제작해야 하는 하이드로젤에는 사용할 수 없다. 그래서 특별히 제작된 수용성 광개시제를 사용해야 한다. Ciba사의 Irgacure 패밀리 중에서는 Irgacure 2959 (2-hydroxy-4′-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone)가 용해도가 제일 높고 생체적합성이 높아 가장 많이 사용된다. 그 이외에 Irgacure 184 (1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone), Irgacure 651 (2,2-Dimethoxy-1,2-diphenylethan-1-one), Irgacure 369 (2-benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-1-butanone), Irgacure 907 (2-methyl-4′-(methylthio)-2-morpholinopropiophenone)이 사용될 수 있다. Since most photoinitiators are fat-soluble, they cannot be used in hydrogels that must be prepared in aqueous solutions. Therefore, a specially formulated water-soluble photoinitiator must be used. Among Ciba's Irgacure family, Irgacure 2959 (2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone) has the highest solubility and biocompatibility, so it is the most used. In addition, Irgacure 184 (1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone), Irgacure 651 (2,2-Dimethoxy-1,2-diphenylethan-1-one), Irgacure 369 (2-benzyl-2-dimethylamino-1-( 4-morpholinophenyl)-1-butanone), Irgacure 907 (2-methyl-4′-(methylthio)-2-morpholinopropiophenone) may be used.

또한, Phosphine계열 중에는 MAPO (Mono-acylphosphine oxide) 혹은 BAPO (bi-sacylphosphine oxide)를 포함한 화합물이 많이 사용된다.In addition, compounds including MAPO (mono-acylphosphine oxide) or BAPO (bi-sacylphosphine oxide) are frequently used among phosphines.

MAPO 중에서 수용성을 지난 광개시제는 TPO (diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide)의 염(salt)인 TPO-Na (sodium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate), TPO-Li (lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate, LAP)이 주로 사용된다. BAPO 중에서는 마찬가지로 BAPO-ONa (sodium bis(mesitoyl)phosphinate), BAPO-OLi (lithium bis(mesitoyl)phosphinate)가 사용될 수 있다.Among MAPO, the photoinitiator that has passed water solubility is TPO-Na (sodium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate), which is a salt of TPO (diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide), TPO-Li (lithium phenyl -2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate (LAP) is mainly used. Among BAPOs, BAPO-ONa (sodium bis(mesitoyl)phosphinate) and BAPO-OLi (lithium bis(mesitoyl)phosphinate) may be used similarly.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 하이드로겔 조성물로 제조된 하이드로겔을 제공한다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a hydrogel prepared from the hydrogel composition.

상기 하이드로겔은 메타크릴레이트와 결합된 우론산(uronic acid) 잔기의 수가 증가할수록 하이드로겔의 탄성 계수 또는 세포 증식 속도가 증가할 수 있다. 여기서 메타크릴레이트와 결합된 우론산(uronic acid) 잔기의 수는 메타크릴레이트 치환 정도(DSMA)와 동일한 의미이다. In the hydrogel, as the number of uronic acid residues combined with methacrylate increases, the elastic modulus or cell proliferation rate of the hydrogel may increase. Here, the number of uronic acid residues combined with methacrylate has the same meaning as the degree of methacrylate substitution (DS MA ).

또한 상기 하이드로겔은 아크릴 단량체의 농도가 증가할수록 하이드로겔의 탄성 계수가 증가할 수 있다. In addition, in the hydrogel, the elastic modulus of the hydrogel may increase as the concentration of the acrylic monomer increases.

상기 하이드로겔은 세포 배양, 분화 또는 증식에 사용될 수 있다. The hydrogel may be used for cell culture, differentiation or proliferation.

상기 세포는 부착 의존성 세포로, 심근세포, 혈관내피세포, 지방세포, 상피세포, 섬유아세포, 골아세포, 연골세포, 간세포, 자궁경부세포, 암세포 및 중간엽 줄기세포로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. The cells are adhesion-dependent cells, and may be selected from the group consisting of cardiomyocytes, vascular endothelial cells, adipocytes, epithelial cells, fibroblasts, osteoblasts, chondrocytes, hepatocytes, cervical cells, cancer cells and mesenchymal stem cells. It is not limited thereto.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 1) 소듐 알지네이트(sodium alginate)의 양이온 교환을 통하여 테트라알킬암모늄 알지네이트를 생성하는 단계; 및 2) 상기 알지네이트의 히드록실기에 메타크릴레이트를 결합하는 단계를 포함하는 하이드로겔 제조방법을 제공한다. According to another embodiment of the present invention, 1) through the cation exchange of sodium alginate (sodium alginate) to produce a tetraalkylammonium alginate; And 2) provides a method for producing a hydrogel comprising the step of bonding methacrylate to the hydroxyl group of the alginate.

상기 테트라알킬암모늄은 화학식 [NR1R2R3R4]+(이 때 R1, R2, R3 및 R4는 서로 동일하거나 다를 수 있고, 직쇄 C1-C6 알킬, 분지쇄 C1-C6 알킬, 치환 C6-C10 아릴, 비치환 C6-C10 아릴 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택됨)으로 표시될 수 있으며, 보다 바람직하게는 테트라부틸암모늄(tetrabutylammonium)이다. The tetraalkylammonium has the formula [NR 1 R 2 R 3 R 4 ] + (wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 may be the same or different from each other, straight-chain C 1 -C 6 alkyl, branched C selected from the group consisting of 1 -C 6 alkyl, substituted C 6 -C 10 aryl, unsubstituted C 6 -C 10 aryl, and combinations thereof), and more preferably tetrabutylammonium.

상기 2) 단계는 유기 용매 하에서 테트라알킬암모늄 알지네이트 및 글리시딜 메타크릴레이트의 고리-열림(ring-opening) 친핵성 첨가 반응을 통하여 수행될 수 있으며, 상기 유기 용매는 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF), 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 및 헥사메틸포스포아미드(hexamethylphosphoramide, HMPA)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. Step 2) may be performed through a ring-opening nucleophilic addition reaction of tetraalkylammonium alginate and glycidyl methacrylate in an organic solvent, wherein the organic solvent is dimethyl sulfoxide, DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and hexamethylphosphoramide (HMPA) ) may be one or more selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

상기 제조방법은 2) 단계 이후에, 3) 테트라알킬암모늄을 Na+로 양이온 교환하여 메타크릴릭 알지네이트를 합성하는 단계를 더 포함할 수 있다. The preparation method may further include, after step 2), 3) cation exchange of tetraalkylammonium with Na + to synthesize methacrylic alginate.

또한 상기 제조방법은 상기 1) 단계 이후에, 1-1) 카르보디이미드 커플링을 통하여 알지네이트의 카르복실기에 세포 결합 분자를 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다. In addition, the preparation method may further include, after step 1), 1-1) coupling a cell-binding molecule to the carboxyl group of alginate through carbodiimide coupling.

또한 상기 제조방법은 상기 3) 단계 이후에, 4) 메타크릴릭 알지네이트, 아크릴 단량체 및 광개시제를 혼합하는 단계 및 5) UV를 조사하여 광가교시키는 단계를 더 포함할 수 있다. In addition, the manufacturing method may further include, after step 3), 4) mixing methacrylic alginate, an acrylic monomer and a photoinitiator, and 5) photocrosslinking by irradiating UV light.

상기 메타크릴릭 알지네이트는 아크릴 단량체 총 중량 대비 0.1 ~ 10 wt% 첨가될 수 있으며, 상기 아크릴 단량체의 농도는 5 ~ 50%(w/v), 바람직하게는 20 ~ 40%, 가장 바람직하게는 30 ~ 40%일 수 있다.The methacrylic alginate may be added in an amount of 0.1 to 10 wt% based on the total weight of the acrylic monomer, and the concentration of the acrylic monomer is 5 to 50% (w/v), preferably 20 to 40%, most preferably 30 It can be ~ 40%.

본 발명에 따른 하이드로겔 조성물은 알지네이트의 나트륨 반대 이온을 친유성을 가지는 테트라알킬암모늄으로 대체하여 유기 용매에서 반응이 가능하여, 더 높은 효울을 가진 다양한 유기 반응이 가능할 뿐만 아니라, 메타크릴레이트를 알지네이트의 히드록실기와 결합시킴으로써 고유한 알지네이트의 기능을 유지할 수 있고, 상기 메타크릴레이트의 치환 정도에 따라서 하이드로겔의 기게적 특성을 제어할 수 있는 장점이 있다.The hydrogel composition according to the present invention can be reacted in an organic solvent by replacing the sodium counterion of alginate with tetraalkylammonium having lipophilicity, so that various organic reactions with higher efficacy are possible, as well as methacrylate alginate By bonding with the hydroxyl group of can maintain the unique function of alginate, there is an advantage that can control the mechanical properties of the hydrogel according to the degree of substitution of the methacrylate.

도 1은 (a) 메타크릴 알지네이트(MAlg) 및 (b) 세포-접착 분자(CAM) 접합된 메타크릴 알지네이트(MAlg)의 합성의 합성 단계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 메타크릴레이트 치환 정도의 변화에 따른 Malg의 1H-NMR 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 3은 (a) MAlg, RGD-MAlg 및 gel-MAlg의 대표적인 1H-NMR 스펙트럼 및 (b) 다양한 DSMA에서 RGD-MAlg의 1H-NMR 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 4는 MAlg의 DSMA에 의해 하이드로겔의 기계적 특성을 나타내는 그래프이다; 다양한 DSMA에서 (b, c) PAAm-MAlg 하이드로겔 및 (d, e) PEGMA-MAlg 하이드로겔의 탄성 계수(E); (b, d) 10 %, (c, e) 20 % PAAm.
도 5는 다양한 DSMA에서 MGel-MAlg 하이드로겔의 탄성 계수(E)를 나타내는 그래프이다; (a) 6 %, (b) 8 %, and (c) 10 % MGel.
도 6은 상이한 반대 이온을 포함하는 (a) PAAm-MAlg 하이드로겔 및 (b) PEGMA-MAlg 하이드로겔의 탄성 계수(E)를 나타내는 도면이다; TBA+ 및 Na+.
도 7은 (a, b) RGD-MAlg 또는 (c, d) gel-MAlg와 가교 결합된 PAAm 하이드로겔의 탄성 계수(E)를 나타내는 도면이다; PAAm의 농도는 (a, c) 10 % 및 (b, d) 20% 이다.
도 8은 (a) 다양한 DSMA로 MGel-MAlg에 캡슐화된 섬유아세포의 광학 및 형광 현미경 이미지(스케일 막대 : 100 um)를 나타내며, 세포는 살아있는(녹색) 및 죽은(적색) 세포를 나타내기 위해 형광 표지되었다. (b) 7일까지 배양하는 동안 다양한 시간에서의 세포 생존력을 나타내는 그래프이다. (c) 정규화된 생존 세포수(N t/N 0)는 시간이 지남에 따라 측정되었다. (d) (c)의 그래프를 Eq.(1)(*p<0.05)로 피팅하여 얻은 증식률(k P )을 나타내는 그래프이다.
도 9는 RGD-MAlg의 세포 접착 특성은 최대 5일까지 다양한 RGD-MAlg의 DSMA로 가교된 PEGMA 하이드로겔의 표면에서 세포 배양 이미지를 나타내는 도면이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a schematic representation of the synthetic steps of (a) methacryl alginate (MAlg) and (b) the synthesis of cell-adhesive molecule (CAM) conjugated methacryl alginate (MAlg).
2 is a view showing 1 H-NMR spectrum of Malg according to the change in the degree of methacrylate substitution.
3 is a view showing (a) representative 1 H-NMR spectra of MAlg, RGD-MAlg and gel-MAlg, and (b) 1 H-NMR spectrum of RGD-MAlg in various DS MAs .
4 is a graph showing the mechanical properties of the hydrogel by DS MA of MAlg; Elastic modulus ( E ) of (b, c) PAAm-MAlg hydrogels and (d, e) PEGMA-MAlg hydrogels in various DS MAs ; (b, d) 10%, (c, e) 20% PAAm.
Figure 5 is a graph showing the elastic modulus ( E ) of the MGel-MAlg hydrogel in various DS MA ; (a) 6%, (b) 8%, and (c) 10% MGel.
Figure 6 is a diagram showing the elastic modulus ( E ) of (a) PAAm-MAlg hydrogel and (b) PEGMA-MAlg hydrogel containing different counter ions; TBA + and Na + .
7 is a diagram showing the elastic modulus ( E ) of PAAm hydrogels crosslinked with (a, b) RGD-MAlg or (c, d) gel-MAlg; The concentrations of PAAm are (a, c) 10% and (b, d) 20%.
Fig. 8 (a) shows optical and fluorescence microscopy images (scale bar: 100 um) of fibroblasts encapsulated in MGel-MAlg with various DS MA cells, cells to indicate live (green) and dead (red) cells. fluorescently labeled. (b) A graph showing cell viability at various times during culture up to 7 days. (c) Normalized viable cell counts ( N t / N 0 ) were measured over time. (d) It is a graph showing the growth rate ( k P ) obtained by fitting the graph of (c) with Eq.(1)(*p<0.05).
9 is a view showing cell culture images on the surface of PEGMA hydrogel cross-linked with DS MA of various RGD-MAlg for up to 5 days for the cell adhesion properties of RGD-MAlg.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples according to the gist of the present invention. .

<실시예> <Example>

1. 테트라부틸암모늄(TBA) 알지네이트 합성1. Synthesis of tetrabutylammonium (TBA) alginate

TBA 알지네이트는 양이온 교환을 통해 알지네이트 나트륨으로부터 생성되었다. 소듐 알지네이트(sodium alginate)를 먼저, 에탄올/1M HCl(1:1) 혼합물에 첨가하고 4℃에서 밤새 교반하여 알긴산(alginic acid)을 생성했다. 알긴산(alginic acid)을 탈 이온수(DI)에 분산시키고, 테트라부틸암모늄 하이드록사이드(tetrabutylammonium hydroxide)(물 중 40%)를 알지네이트가 완전히 용해될 때까지 천천히 첨가하였다. pH를 8로 조정한 후 용액을 DI water로 광범위하게 투석하고 동결 건조하여 TBA-alginate를 얻었다.TBA alginate was produced from sodium alginate via cation exchange. Sodium alginate was first added to a mixture of ethanol/1M HCl (1:1) and stirred at 4° C. overnight to produce alginic acid. Alginic acid was dispersed in deionized water (DI), and tetrabutylammonium hydroxide (40% in water) was slowly added until the alginate was completely dissolved. After adjusting the pH to 8, the solution was extensively dialyzed against DI water and freeze-dried to obtain TBA-alginate.

2. 메타크릴릭 알지네이트(methacrylic alginate, MAlg)의 합성2. Synthesis of methacrylic alginate (MAlg)

상기 양이온 교환(cation exchange)을 통해 소듐 알지네이트로부터 개발된 TBA-알지네이트(0.15g)를 5% 테트라부틸암모늄 플루오라이드(TBAF, tetrabutylammonium fluoride) 및 1% 4-디메틸아미노피리딘(DMAP, 4-dimethylaminopyridine)이 첨가된 10mL 디메틸설폭사이드(DMSO, dimethyl sulfoxide)에 용해시켰다. 글리시딜 메타크릴레이트(glycidyl methacrylate)를 상기 용액에 천천히 첨가하고 건조 N2 가스 하에서 48시간 동안 40℃에서 반응시켰다. 과량의 디에틸 에테르(diethyl ether)에 침전시켜 수득한 조생성물을 탈이온수(DI)에 용해시키고 pH가 11 이상으로 증가할 때까지 1N Na2CO3 용액을 계속 첨가하여 TBA+를 Na+로 교환하였다. 상기 용액을 탈이온수에 대해 광범위하게 투석하고 동결 건조하여 최종 생성물을 얻었다. 글리시딜 메타크릴레이트(glycidyl methacrylate)의 양은 메타크릴레이트와 결합된 우론산(uronic acid) 잔기의 백분율로 정의되는 메타크릴레이트 치환 정도(DSMA)를 제어하기 위해 변화시켰다; 0.15g TBA-알지네이트 당 25('DS1'), 51('DS2'), 102('DS3'), 205('DS4'), 409('DS5') 및 767('DS6') mg. 화학 구조와 DS는 1H-NMR 분광법(400-MR DD2, Agilent)으로 분석되었다.TBA-alginate (0.15 g) developed from sodium alginate through the cation exchange was mixed with 5% tetrabutylammonium fluoride (TBAF) and 1% 4-dimethylaminopyridine (DMAP, 4-dimethylaminopyridine) It was dissolved in the added 10 mL dimethyl sulfoxide (DMSO, dimethyl sulfoxide). Glycidyl methacrylate was slowly added to the solution and reacted at 40° C. for 48 hours under dry N 2 gas. The crude product obtained by precipitation in an excess of diethyl ether was dissolved in deionized water (DI) and 1N Na 2 CO 3 solution was continuously added until the pH increased to 11 or higher to convert TBA + to Na + exchanged. The solution was extensively dialyzed against deionized water and freeze-dried to obtain the final product. The amount of glycidyl methacrylate was varied to control the degree of methacrylate substitution (DS MA ), defined as the percentage of uronic acid residues bound to the methacrylate; 25 ('DS1'), 51 ('DS2'), 102 ('DS3'), 205 ('DS4'), 409 ('DS5') and 767 ('DS6') mg per 0.15 g TBA-alginate. Chemical structure and DS were analyzed by 1 H-NMR spectroscopy (400-MR DD2, Agilent).

3. 세포 부착 분자(CAM)-접합된 MAlg의 합성3. Synthesis of Cell Adhesion Molecule (CAM)-Conjugated MAlg

젤라틴 또는 GRGDS('RGD') 펩티드인 세포 접착 분자(cell adhesion molecule)는 메타크릴레이트를 알지네이트에 접합하기 전에 알지네이트에 접합되었다. 먼저, TBA-알지네이트(0.15g)를 10mL DMSO/TBAF에 용해시켰다. 0.04g 디이소프로필카르보디이미드(diisopropylcarbodiimide), 0.03g N-히드록시숙신이미드(N-hydroxysuccinimide) 및 0.3g 젤라틴 (또는 0.053g GRGDS 펩티드)을 첨가하고 실온에서 24시간 동안 반응시켰다. 알지네이트에 대한 메타크릴레이트 접합은 위에서 설명한 절차를 사용하여 즉시 현장(in situ)에서 이어졌다. 간단히 말하면, 0.1g DMAP와 글리시딜메타크릴레이트를 상기 혼합물에 첨가하고 건조 N2 가스 하에서 48시간 동안 40℃에서 반응시킨다. 글리시딜메타크틸레이트의 양을 변화시켜 4개의 다른 DSMA를 제조하였다; 0.15g TBA-알지네이트 당 409 ('DS1'), 614 ('DS2'), 767 ('DS3') 및 1278 ('DS4'), 각각 TBA-우론산 잔기의 8, 12, 15 및 24 몰 당량에 해당함. 더 큰 젤라틴 분자가 메타크릴레이트 접합 및 후속 하이드로겔 형성을 방해하는 것을 방지하기 위해, 여기에 사용된 젤라틴은 트립신을 이용한 효소 가수 분해를 사용하여 시판되는 고분자량 300 bloom 젤라틴에서 1000g mol-1 이하로 짧게 절단되었다. 표준 고체상 펩타이드 합성을 사용하여 GRGDS 펩타이드를 얻었다.Cell adhesion molecules, which are gelatin or GRGDS ('RGD') peptides, were conjugated to alginate prior to conjugation of methacrylate to alginate. First, TBA-alginate (0.15 g) was dissolved in 10 mL DMSO/TBAF. 0.04 g diisopropylcarbodiimide, 0.03 g N-hydroxysuccinimide and 0.3 g gelatin (or 0.053 g GRGDS peptide) were added and reacted at room temperature for 24 hours. Methacrylate conjugation to alginate was followed immediately in situ using the procedure described above. Briefly, 0.1 g of DMAP and glycidyl methacrylate are added to the mixture and reacted at 40° C. under dry N 2 gas for 48 hours. Four different DS MAs were prepared by varying the amount of glycidylmethactylate; 409 ('DS1'), 614 ('DS2'), 767 ('DS3') and 1278 ('DS4') per 0.15 g TBA-alginate, respectively, 8, 12, 15 and 24 molar equivalents of TBA-uronic acid residues pertains to To prevent larger gelatin molecules from interfering with methacrylate conjugation and subsequent hydrogel formation, the gelatin used here is less than 1000 g mol −1 in commercially available high molecular weight 300 bloom gelatin using enzymatic hydrolysis with trypsin. was cut short with GRGDS peptides were obtained using standard solid phase peptide synthesis.

4. Malg-연결 하이드로겔의 제작 및 특성화4. Fabrication and Characterization of Malg-Linked Hydrogels

모노머, MAlg(또는 CAM-MAlg) 및 0.2% Irgacure®2959를 광개시제로 함유하는 겔 전구체 용액을 제조하였다. 세 가지 다른 모노머가 사용되었다; 아크릴아마이드(AAm), 폴리(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트(PEGMA) 및 메타크릴젤라틴(methacrylic gelatin, MGel). AAm 또는 PEGMA의 경우, 10% 및 20% AAm 또는 PEGMA에 대해 MAlg 농도를 각각 0.1 ~ 1 % 및 1 ~ 4 %로 변화시켰다. MGel의 경우, 6%, 8% 및 10% MGel에 대해 MAlg 농도를 0.1에서 1%까지 변화시켰다. 용액을 두 개의 유리판(1mm 두께 스페이서) 사이에 놓고 UV (2분, 800mW cm-1, 모델 S1500, Omnicure)와 광가교하여 하이드로겔을 제조하였다. 하이드로겔 디스크(직경 5mm)를 천공하고 추가적인 특성화(characterization)가 이루어질 때까지 PBS(pH 7.4)에 24시간 동안 담가 두었다.A gel precursor solution was prepared containing the monomer, MAlg (or CAM-MAlg) and 0.2% Irgacure ® 2959 as a photoinitiator. Three different monomers were used; acrylamide (AAm), poly(ethylene glycol) methacrylate (PEGMA) and methacrylic gelatin (MGel). For AAm or PEGMA, MAlg concentrations were varied from 0.1 to 1% and 1-4% for 10% and 20% AAm or PEGMA, respectively. For MGel, MAlg concentrations were varied from 0.1 to 1% for 6%, 8% and 10% MGel. The solution was placed between two glass plates (1 mm thick spacer) and photocrosslinked with UV (2 min, 800 mW cm -1 , Model S1500, Omnicure) to prepare a hydrogel. Hydrogel discs (5 mm in diameter) were punctured and soaked in PBS (pH 7.4) for 24 h until further characterization.

기계적 특성화를 위해 하이드로겔에 대해 단축 압축 실험을 수행했다. 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. 팽윤 비(swelling ratio)는 완전히 팽윤된 하이드로겔 대 건조된 폴리머 메쉬의 중량비로 측정되었다.Uniaxial compression experiments were performed on the hydrogels for mechanical characterization. Briefly, the hydrogel disc 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 (first 10%) of the straight region of the curve. The swelling ratio was measured as the weight ratio of the fully swollen hydrogel to the dried polymer mesh.

5. 특성화5. Characterization

CAM-Malg-연결 하이드로겔의 세포 접착 특성을 테스트하기 위해 각 하이드로겔 디스크를 24-웰 플레이트의 웰에 배치하고 50μL 세포 용액을 하이드로겔 위에 놓았다. 세포 용액에는 1 x 106 세포 mL-1의 밀도로 10% 소태아 혈청 및 1% 페니실린/스트렙토마이신이 보충된 Dulbecco's Modified Eagle 배지인 세포 배양 배지에 분산된 NIH3T3 섬유아세포(ATCC)가 포함되어 있다. 세포 부착을 위해 1시간 후, 하이드로겔을 PBS로 세척하고 5% CO2 하에서 37℃ 세포 배양 배지에서 배양하였다. 시간 경과에 따른 세포 부착 및 후속 증식을 도립 현미경(XDS-3FL, Optika)으로 모니터링했다. To test the cell adhesion properties of CAM-Malg-linked hydrogels, each hydrogel disc was placed in a well of a 24-well plate and 50 μL cell solution was placed on top of the hydrogel. The cell solution contained NIH3T3 fibroblasts (ATCC) dispersed in cell culture medium, Dulbecco's Modified Eagle medium supplemented with 10% fetal bovine serum and 1% penicillin/streptomycin at a density of 1 x 10 cells mL -1 . . After 1 hour for cell attachment, the hydrogel was washed with PBS and cultured in a cell culture medium at 37° C. under 5% CO 2 . Cell adhesion and subsequent proliferation over time were monitored with an inverted microscope (XDS-3FL, Optika).

3D 세포 캡슐화를 위해, 세포를 MGel-MAlg 겔 전구체 용액에 1 x 106 세포 mL-1로 분산시키고, 두 개의 유리판(0.4mm 두께 스페이서) 사이에 배치하고 1분 동안 UV로 광가교시켰다. 하이드로겔 디스크(직경 5mm)를 펀칭하고 5% 37℃ CO2 조건하에서 세포 배양 배지에서 배양했다. 세포 생존력을 결정하기 위해, 세포를 calcein-AM 및 ethidium homodimer-1로 처리하여 각각 살아있는(녹색 형광) 및 죽은(적색 형광) 세포(LIVE/DEAD Cell Viability Assay, Thermo Fisher)로 나타내었다. 생존율은 주어진 시간에 살아있는 세포의 백분율로 보고 되었다.For 3D cell encapsulation, cells were dispersed at 1 x 10 6 cells mL -1 in MGel-MAlg gel precursor solution, placed between two glass plates (0.4 mm thick spacer) and photocrosslinked with UV for 1 min. Hydrogel discs (diameter 5 mm) were punched and cultured in cell culture medium under 5% 37° C. CO 2 conditions. To determine cell viability, cells were treated with calcein-AM and ethidium homodimer-1 to represent live (green fluorescence) and dead (red fluorescence) cells (LIVE/DEAD Cell Viability Assay, Thermo Fisher), respectively. Viability was reported as a percentage of viable cells at a given time.

캡슐화된 세포의 증식률(k P)은 다음과 같은 멱 법칙(power-law) 방정식을 사용하여 생존 가능한 세포의 분수 수(fractional number)(N t/N 0) 대 시간(t)의 플롯을 피팅하여 계산했다.Proliferation rate ( k P ) of encapsulated cells was obtained by fitting a plot of fractional number of viable cells ( N t / N 0 ) versus time ( t ) using the following power-law equation was calculated

Figure pat00004
(1)
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(One)

여기서 N t 는 시간에 살아있는 세포의 수이고, N 0 은 겔화 직후 측정된 최초의 살아있는 세포의 수이다(t=0). where N t is the number of living cells at time and N 0 is the number of first living cells measured immediately after gelation ( t = 0).

<실험결과><Experiment result>

1. 메타크릴알지네이트(MAlg) 및 세포 접착 분자(CAM)-접합된 MAlg의 합성 및 특성화1. Synthesis and Characterization of Methacrylalginate (MAlg) and Cell Adhesion Molecule (CAM)-Conjugated MAlg

알지네이트는 약물 전달 및 조직 공학, 식품 및 제약 첨가제와 같은 생의학 응용 분야에 가장 널리 사용되는 천연 고분자 중 하나이다. 그러나 극히 친수성 음이온성 다당류인 수성 완충 조건에서만 용해되기 때문에 화학적 변형의 범위는 극히 제한적이다. 알지네이트에 다기능성을 부여하기 위해, 나트륨 반대 이온(Na-alginate)을 친유성(lipophilic)으로 알려진 테트라메틸암모늄(tetramethylammonium) 반대 이온(TBA-alginate)으로 대체하여 알지네이트를 유기 용매에 용해하였다. 그 결과, TBA-alginate는 DMSO(dimethyl sulfoxide)와 같은 극성 비양자성 용매에 쉽게 용해되었다.Alginate is one of the most widely used natural polymers for drug delivery and biomedical applications such as tissue engineering, food and pharmaceutical additives. However, since it is an extremely hydrophilic anionic polysaccharide that dissolves only in aqueous buffer conditions, the scope of chemical modification is extremely limited. To impart multifunctionality to alginate, alginate was dissolved in an organic solvent by replacing the sodium counter ion (Na-alginate) with a tetramethylammonium counter ion (TBA-alginate) known to be lipophilic. As a result, TBA-alginate was easily dissolved in a polar aprotic solvent such as dimethyl sulfoxide (DMSO).

하이드로겔 제조를 위한 가교제로 활용하기 위해, 알지네이트는 DMSO에서 알지네이트의 하이드록실기와 글리시딜 메타크릴레이트의 고리-열림(ring-opening) 친핵성 반응을 통해 메타크릴레이트와 먼저 접합되었다(도 1a). 또한 메타크릴레이트 치환 정도(DSMA)를 변화시켜 농도 변화없이도 가교 밀도를 효과적으로 조절하였다. To utilize as a crosslinking agent for hydrogel preparation, alginate was first conjugated with methacrylate via a ring-opening nucleophilic reaction of glycidyl methacrylate with the hydroxyl group of alginate in DMSO (Fig. 1a). In addition, the crosslinking density was effectively controlled without changing the concentration by changing the degree of methacrylate substitution (DS MA ).

알지네이트 변형에 대한 이전 연구는 알지네이트의 카르복실기와 아미드 결합 형성을 위하여, 주로 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필) 카르보디이미드(EDC) 커플링 사용을 수반하였다. 그러나 수성 기반 EDC 커플링은 일반적으로 광범위한 치환도를 제어하기에 충분히 효율적이지 않다. Previous studies on alginate modification have involved the use of primarily 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) coupling for amide bond formation with the carboxyl group of alginate. However, aqueous-based EDC coupling is generally not efficient enough to control a wide range of degrees of substitution.

또한 카르복실레이트는 알지네이트의 중요한 특성이며 이온 상호 작용의 중요한 역할을 하기 때문에, 화학 반응을 통해 카르복실기의 상당 부분을 제거하면 고유한 알지네이트 기능(예를 들어 수분 흡수 및 이온 가교)이 변경될 수 있다. 반면에, 카르복실레이트 그룹보다 하이드록실 그룹이 더 많기 때문에 메타크릴레이트를 알지네이트의 하이드록실 그룹에 접합하면 것은 더 큰 치환도를 수용할 수 있다.In addition, since carboxylates are important properties of alginates and play an important role in ionic interactions, removal of a significant portion of the carboxyl groups through chemical reactions may alter intrinsic alginate functions (e.g. water absorption and ionic crosslinking). . On the other hand, conjugation of methacrylate to the hydroxyl groups of alginate can accommodate a greater degree of substitution because there are more hydroxyl groups than carboxylate groups.

다양한 양의 글리시딜 메타크릴레이트를 TBA-alginate와 반응시켰다. MAlg(TBA+)의 DSMA 결과는 1H-NMR 스펙트럼으로 확인되었다. 6개의 서로 다른 DSMA가 개발되었다; 3, 6, 10, 15, 18 및 22%, 이는 DS1 ~ DS6로 표시된다. MAlg의 TBA+는 결국 원래 Na+로 다시 교환되었고, TBA+의 제거와 잔류 DMAP도 1H-NMR 스펙트럼에 의해 확인되었다(도 2).Various amounts of glycidyl methacrylate were reacted with TBA-alginate. The DS MA result of MAlg(TBA + ) was confirmed by 1 H-NMR spectrum. Six different DS MAs have been developed; 3, 6, 10, 15, 18 and 22%, which are denoted by DS1 to DS6. TBA + of MAlg was eventually exchanged back to the original Na + , and removal of TBA + and residual DMAP were also confirmed by 1 H-NMR spectrum ( FIG. 2 ).

하이드록실과 카르복실레이트라는 두 가지 다른 유형의 작용기를 가지고 있기 때문에 두 가지 다른 반응 경로가 알지네이트에 적용될 수 있다. Two different reaction pathways can be applied to alginates because they have two different types of functional groups: hydroxyl and carboxylate.

다양한 기능성 모이어티로 변형된 알지네이트의 다양성을 입증하기 위해, 세포 접착 분자(CAM)를 카르보디이미드 커플링을 통해 알지네이트의 카르복실레이트기에 접합시킨 다음, 앞서 언급한 메타크릴레이트를 사용하여 생성된 하이드로겔(CAM-MAlg)에 세포 접착 특성뿐만 아니라 가교 기능을 부여했다. 본 명세서에서는 생의학 응용 분야에서 널리 사용되는 두 가지 다른 CAM, GRGDS 펩티드(RGD-MAlg) 및 젤라틴(gel-MAlg)이 사용되었다. CAM-MAlg에서 CAM 및 메타크릴레이트의 존재는 1H-NMR 스펙트럼으로 확인되었다(도 3a). 알지네이트 나트륨의 특성 변화를 최소화하기 위해 카르복실레이트의 일부만 CAM(3%)으로 대체했다.To demonstrate the versatility of alginates modified with various functional moieties, cell adhesion molecules (CAM) were conjugated to the carboxylate groups of alginate via carbodiimide coupling, and then generated using the aforementioned methacrylates. The hydrogel (CAM-MAlg) was given a crosslinking function as well as cell adhesion properties. Two different CAMs, GRGDS peptides (RGD-MAlg) and gelatin (gel-MAlg), which are widely used in biomedical applications, are used herein. The presence of CAM and methacrylate in CAM-MAlg was confirmed by 1 H-NMR spectrum (Fig. 3a). To minimize the change in the properties of sodium alginate, only a portion of the carboxylate was replaced with CAM (3%).

또한 CAM-MAlg의 DSMA 제어는 1H-NMR로도 확인되었다(도 3b). RGD-MAlg의 DSMA는 6, 11, 16, 21%로 동일한 반응 조건에서 MAlg보다 낮았다. 반면 gel-MAlg의 DSMA는 24, 28, 37, 72%로 동일한 반응 조건에서 MAlg와 유사하였다. 이러한 불일치는 아마도 더 긴 젤라틴 폴리펩티드가 메타크릴레이트 접합을 위한 추가 반응 부위를 제공하여 접합을 효과적으로 증가시키기 때문일 수 있다. 이 결과는 알지네이트에 대한 메타크릴레이트 접합이 CAM이 있는 경우에도 다양한 정도로 진행될 수 있음을 보여 주어 원팟 이중 합성 방식의 편리함을 보여준다.DS MA control of CAM-MAlg was also confirmed by 1 H-NMR (Fig. 3b). DS MA of RGD-MAlg was 6, 11, 16, and 21%, which was lower than that of MAlg under the same reaction conditions. On the other hand, DSMA of gel-MAlg was 24, 28, 37, and 72%, similar to MAlg under the same reaction conditions. This discrepancy is probably because the longer gelatin polypeptide provides an additional reaction site for methacrylate conjugation, effectively increasing conjugation. These results show that methacrylate conjugation to alginate can proceed to varying degrees even in the presence of CAM, demonstrating the convenience of the one-pot dual synthesis method.

2. MAlg-연결 하이드로겔의 기계적 성질2. Mechanical properties of MAlg-linked hydrogels

(1) 단량체 유형의 영향(1) Effect of monomer type

MAlg의 가교 효능을 평가하기 위해, 다양한 DSMA를 갖는 MAlg를 사용하여 세 가지 유형의 하이드로겔을 개발했다. 폴리아크릴아미드(PAAm), 폴리(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트(PEGMA) 및 메타크릴 젤라틴(MGel)(도 4a). 이러한 하이드로겔은 다양한 유형의 단량체 시스템을 사용하여 만들어진다; 단량체(PAAm), 거대 단량체(PEGMA), 다기능성 거대 단량체(MGel). 본 발명자는 물리적 특성의 차이가 MAlg 간의 상호 작용 정도를 다양하게 하여 하이드로겔의 기계적 특성이 달라진다는 가설이 세웠다. 또한 DSMA를 통한 하이드로겔의 이러한 기계적 특성은 CAM이 있더라도 제어할 수 있을 것이다.To evaluate the crosslinking efficacy of MAlg, three types of hydrogels were developed using MAlg with various DS MAs . polyacrylamide (PAAm), poly(ethylene glycol) methacrylate (PEGMA) and methacrylic gelatin (MGel) (Figure 4a). These hydrogels are made using various types of monomer systems; Monomer (PAAm), macromonomer (PEGMA), multifunctional macromonomer (MGel). The present inventors hypothesized that the mechanical properties of the hydrogel change by varying the degree of interaction between MAlgs due to differences in physical properties. In addition, these mechanical properties of the hydrogel via DS MA could be controlled even in the presence of CAM.

PAAm-MAlg 하이드로겔의 경우 아크릴아미드의 농도는 10% 또는 20%로 유지되었다. 10%에서 MAlg 농도는 0.5 ~ 2%로 변화되었고, 20%에서 MGel 농도는 모노머 대 가교제의 질량비를 일정하게 유지하면서 1 ~ 4%로 변화되었다. 예상대로 PAAm-MAlg 하이드로겔의 탄성 계수는 MGel 농도와 DSMA 모두와 함께 증가했다(도 4b 및 4c). 10% 아크릴아미드에서 계수는 다양한 DSMA를 사용하여 2% MAlg로 5 (± 0.3)에서 40.4 (± 2.1) kPa까지 제어되었다. 유사하게, 20% 아크릴아미드에서 계수는 다양한 DSMA와 함께 4% MAlg로 20 (± 0.5)에서 163 (± 2.3) kPa까지 광범위하게 변화하였다. DSMA를 사용한 탄성 계수의 유사한 제어가 낮은 MAlg 농도에서 입증되었지만 그 정도는 크지 않았다. 팽창 비율(swelling ratio)의 경향은 탄성 네트워크의 잘 알려진 특성인 탄성 계수의 경향과 반대였다. 증가된 가교 밀도는 기계적 강성을 증가시키지만 가교 사이의 분자량을 감소시켜 팽창 특성을 감소시키기 때문이다. 이러한 결과는 MAlg가 다양한 기계적 특성을 가진 하이드로겔을 형성하기 위해 PAAm의 가교 밀도를 제어하는데 매우 효과적이라는 것을 입증했다.For the PAAm-MAlg hydrogel, the concentration of acrylamide was maintained at 10% or 20%. At 10%, the MAlg concentration was varied from 0.5 to 2%, and at 20%, the MGel concentration was varied from 1 to 4% while keeping the mass ratio of monomer to cross-linking agent constant. As expected, the modulus of elasticity of the PAAm-MAlg hydrogel increased with both MGel concentration and DS MA ( FIGS. 4b and 4c ). The modulus at 10% acrylamide was controlled from 5 (± 0.3) to 40.4 (± 2.1) kPa with 2% MAlg using various DS MAs . Similarly, the modulus at 20% acrylamide varied widely from 20 (± 0.5) to 163 (± 2.3) kPa with 4% MAlg with various DS MAs . Similar control of the modulus of elasticity using DS MA was demonstrated at low MAlg concentrations, but to a lesser extent. The trend of the swelling ratio was opposite to that of the modulus of elasticity, a well-known property of elastic networks. This is because the increased crosslink density increases the mechanical stiffness but reduces the molecular weight between the crosslinks, thereby reducing the expansion properties. These results demonstrated that MAlg is very effective in controlling the crosslinking density of PAAm to form hydrogels with various mechanical properties.

하이드로겔을 생성하기 위해 거대 단량체인 PEGMA로 동일한 실험을 수행하였다. 탄성 계수는 PAAm과 달리 MAlg의 DSMA에 의해 유사하게 제어될 수 있지만, 기계적 특성은 일반적으로 훨씬 더 낮았고, 팽윤 비율은 PEGMA-MAlg 하이드로겔에 대해 동일한 농도에서 훨씬 더 높았다(도 4d 및 4e). 또한, 하이드로겔은 MAlg의 낮은 DSMA에서 형성되지 않았다. 예를 들어, 10% PEGMA에서, 각각 0.5%, 1% 및 2% MAlg에 대하여, 하이드로겔 형성에 대한 가장 낮은 DSMA는 각각 DS2, DS2 및 DS4 이었다. 이 결과는 PEGMA에 대한 MAlg의 가교 효율이 PAAm에 대한 것보다 현저히 낮았으며, 이는 아마도 가교 반응을 위해 MAlg와의 충분한 상호 작용을 방해하는 PEG 사슬의 입체 장애 때문일 수 있다. 더욱이, 20% PEGMA 및 4% MAlg에서 탄성 계수는 낮은 MAlg 농도에서와 비교해 크게 감소했으며 하이드로겔은 DS2 및 DS3에서만 형성되었고 더 낮은(DS1) 그리고 더 높은(DS4-DS6) DSMA에서는 형성되지 않았다. 이는 상당히 높은 농도에서 MAlg와 PEGMA 사이의 상 분리가 증가했기 때문일 수 있다. The same experiment was performed with PEGMA, a macromonomer, to generate a hydrogel. The modulus of elasticity could be similarly controlled by DS MA of MAlg, unlike PAAm, but the mechanical properties were generally much lower, and the swelling ratio was much higher at the same concentration for the PEGMA-MAlg hydrogel (Figures 4d and 4e). . In addition, no hydrogels were formed at the low DS MA of MAlg. For example, in 10% PEGMA, for 0.5%, 1% and 2% MAlg, respectively, the lowest DS MAs for hydrogel formation were DS2, DS2 and DS4, respectively. This result showed that the crosslinking efficiency of MAlg for PEGMA was significantly lower than that for PAAm, probably due to the steric hindrance of the PEG chain preventing sufficient interaction with MAlg for the crosslinking reaction. Moreover, the modulus of elasticity at 20% PEGMA and 4% MAlg was significantly reduced compared to that at the low MAlg concentration and hydrogels were formed only in DS2 and DS3 and not in the lower (DS1) and higher (DS4-DS6) DS MAs . . This may be due to the increased phase separation between MAlg and PEGMA at significantly higher concentrations.

PAAm과 PEGMA 모두 MAlg의 DSMA를 증가시키는 동안, 계수의 전체 추세에서 상당한 편차가 있었고, DS5에서 계수의 갑작스런 감소가 관찰되었다(도 4c 및 4e에서 #로 표시됨). 낮은 10% PAAm 및 PEGMA에서도 DSMA가 증가함에 따라 계수 증가 정도가 감소하였다. 이러한 비정상적인 거동은 DSMA와 함께 MAlg 분자 사이에 사슬 붕괴를 일으키는 소수성이 크게 증가하여 MAlg와 단량체 사이의 상당한 상 분리 및 불충분한 가교 반응 때문일 수 있다. DSMA에서 DS6으로의 추가 증가는 더 조밀하게 접목(graft)된 폴리머 아키텍처를 갖는 DS5에서 DS6으로의 coil-to-rod 전이를 통해 더 확장된 사슬 형태로 상 분리를 극복할 수 있다. 그 결과, 더 광범위한 가교 반응을 위해 이용 가능한 가교 부위의 수가 상당히 증가했다.While both PAAm and PEGMA increased the DS MA of MAlg, there was a significant deviation in the overall trend of the count, and a sudden decrease in the count was observed in DS5 (indicated by # in Figures 4c and 4e). Even at low 10% PAAm and PEGMA, the degree of coefficient increase decreased as DS MA increased. This anomalous behavior may be due to the significant phase separation and insufficient crosslinking reaction between MAlg and monomers due to the significant increase in hydrophobicity causing chain disruption between MAlg molecules with DS MA . A further increase in DS MA to DS6 can overcome phase separation in the form of more extended chains via a coil-to-rod transition from DS5 to DS6 with a more densely grafted polymer architecture. As a result, the number of crosslinking sites available for a broader crosslinking reaction is significantly increased.

다양한 DSMA로 MAlg와 가교 결합된 MGel 하이드로겔의 경우, MGel 농도는 6에서 10%까지 변화시켰고 MAlg의 농도는 0.1에서 1%로 변화시켰다. MGel의 점도가 높기 때문에 MGel 농도 범위는 PAAm 및 PEGMA보다 낮다. 6% MGel에서 계수는 DSMA와 함께 모두 DS4까지 증가했다(도 5a). 0.1%에서 0.5% 사이에서 계수는 0.5%에서 분명히 더 높았지만 1%로 농도를 추가로 증가시키면 특히 DSMA가 높은 경우 0.5%에서보다 낮은 계수가 나타난다. MAlg 대 MGel (1 ~ 6)의 상대적 농도가 PAAm 및 PEGMA (1 ~ 10)보다 높았기 때문에 특히 더 높은 DSMA에서 상 분리를 겪을 가능성이 높아 가교 결합이 불충분했다. 또한 PEG보다 훨씬 더 높은 MW와 더 많은 동적 분자 구조를 가짐으로써 MGel이 MAlg와의 불충분한 물리적 상호 작용에 더 쉽게 영향을 받았다. 유사하게, 전체 계수가 더 높은 MGel 농도에서 증가했음에도 불구하고 계수는 더 높은 DSMA에서 1% MAlg 농도에서 실질적으로 감소했다(도 5b 및 5c).For MGel hydrogels crosslinked with MAlg with various DS MAs , the MGel concentration was varied from 6 to 10% and the concentration of MAlg was varied from 0.1 to 1%. Because of the high viscosity of MGel, the MGel concentration range is lower than that of PAAm and PEGMA. At 6% MGel, counts increased all the way to DS4 with DS MA (Fig. 5a). Between 0.1% and 0.5%, the coefficients were clearly higher at 0.5%, but further increasing the concentration to 1% resulted in lower coefficients than at 0.5%, especially when the DS MA was high. Because the relative concentrations of MAlg versus MGel (1–6) were higher than those of PAAm and PEGMA (1–10), they were more likely to undergo phase separation, particularly at the higher DS MA , resulting in insufficient crosslinking. In addition, by having a much higher MW and more dynamic molecular structure than PEG, MGel was more susceptible to insufficient physical interaction with MAlg. Similarly, the counts decreased substantially at the 1% MAlg concentration in the higher DS MA , although overall counts increased at higher MGel concentrations (Figures 5b and 5c).

6% 및 8% MGel의 MGel 하이드로겔은 또한 더 높은 DS6에서 다시 증가하기 전에 높은 DSMA (DS4 또는 DS5)에서 계수의 갑작스런 감소를 나타냈다(도 5에서 #로 표시됨). 이는 도 4c 및 4e에 표시된 PAAm 및 PEGMA 하이드로겔과 유사하지만 훨씬 더 큰 범위이다. 10% MGel에서 계수는 특히 높은 MAlg 농도에서 더 높은 DSMA에서 증가하기보다는 DS4 이후 계속 감소했다. 또한 DSMA를 사용한 계수의 변화는 훨씬 작았다. 이것은 DSMA와의 증가된 소수성이 MGel과 MAlg 사이의 유리한 상호 작용을 방해한다는 것을 나타낸다. 종합하면, MGel과 같은 더 큰 다기능 거대 단량체는 더 작은 단량체에 비해 고분자 가교제의 물리적 특성(즉, 농도 및 DSMA)의 영향을 받을 가능성이 더 높고, 이는 생성된 하이드로겔의 기계적 특성을 더 크게 변화시킨다.MGel hydrogels at 6% and 8% MGel also showed a sudden decrease in counts at high DS MA (DS4 or DS5) before increasing again at higher DS6 (indicated by # in FIG. 5 ). This is similar to the PAAm and PEGMA hydrogels shown in Figures 4c and 4e, but to a much greater extent. At 10% MGel, the coefficient continued to decrease after DS4 rather than increase at higher DS MA , especially at higher MAlg concentrations. Also, the change of coefficient using DS MA was much smaller. This indicates that the increased hydrophobicity with DS MA interferes with the favorable interaction between MGel and MAlg. Taken together, larger multifunctional macromonomers such as MGel are more likely to be affected by the physical properties of the polymer crosslinking agent (i.e., concentration and DS MA ) compared to the smaller monomers, which significantly enhances the mechanical properties of the resulting hydrogels. change

(2) MAlg의 반대 이온의 효과(2) the effect of the counterion of MAlg

Na-alginate는 생의학 제품을 포함한 다양한 상업적 용도로 일반적으로 허용되는 형태의 알지네이트다. 따라서 MAlg를 생산하기 위한 화학적 변형에 사용된 TBA-알지네이트는 궁극적으로 Na-MAlg로 다시 전환되었다. 그럼에도 불구하고, 이전의 수많은 연구들은 이온 가교를 포함하여 알지네이트의 물리 역학적 특성에 대한 알지네이트의 다양한 반대 이온의 효과를 연구하였다. 따라서 MAlg의 다른 반대 이온, 특히 TBA+ 및 Na+가 생성된 하이드로겔의 기계적 특성에 미치는 영향을 조사했다. 다양한 DSMA를 갖는 PAAm-MAlg 하이드로겔 및 PEGMA-MAlg 하이드로겔은 이전에 기재된 바와 같이 제조되었다. PAAm (또는 PEGMA) 및 MAlg의 농도는 각각 10% 및 2% 이었다(도 6).Na-alginate is a generally accepted form of alginate for a variety of commercial uses, including biomedical products. Thus, the TBA-alginate used in the chemical modification to produce MAlg was ultimately converted back to Na-MAlg. Nevertheless, numerous previous studies have investigated the effects of various counter-ions of alginate on the physicodynamic properties of alginate, including ionic cross-linking. Therefore, the effects of different counterions of MAlg, especially TBA + and Na + , on the mechanical properties of the resulting hydrogels were investigated. PAAm-MAlg hydrogels and PEGMA-MAlg hydrogels with various DS MAs were prepared as previously described. The concentrations of PAAm (or PEGMA) and MAlg were 10% and 2%, respectively ( FIG. 6 ).

PAAm-MAlg 하이드로겔의 경우 TBA+에서 Na+로 전환하면 모든 DSMA에서 계수가 증가하고 팽창 비율이 감소했다(도 6a). 이것은 입체 장애를 일으킬 수 있는 큰 TBA+ 보다 더 작은 Na+를 갖는 아크릴아미드 단량체와 알지네이트 사슬 사이의 더 유리한 물리적 상호 작용 때문일 수 있다. TBA+에 의해 국소 소수성(local hydrophobicity)이 증가했을 가능성도 있다. 반면에 PEGMA-MAlg 하이드로겔에서는 반대 효과가 나타났는데, TBA+ 보다 Na+에 따라 계수가 감소하고 팽창 비율이 증가했다(도 6b). 이 결과는 TBA+의 존재가 저분자 아크릴아미드와는 다르게 고분자 PEGMA와의 물리적 상호 작용을 조절할 수 있음을 더욱 강조했다. 테트라부틸기는 물리적 얽힘(physical entanglement)과 반데르발스 힘의 증가를 통해 PEGMA 사슬과 더 유리하게 상호 작용하여 본질적으로 물리적 가교를 유도할 수 있다. 따라서 TBA+를 Na+로 대체하면 물리적 가교가 효과적으로 제거되어 기계적 물성이 저하된다. 전반적으로, 이러한 결과는 기계적 특성에 영향을 미치는 가교 효율에 대한 알지네이트의 반대 이온의 중요성을 강조한다.For the PAAm-MAlg hydrogel, conversion from TBA + to Na + increased the coefficient and decreased the swelling ratio in all DS MAs (Fig. 6a). This may be due to the more favorable physical interaction between the alginate chain and the acrylamide monomer with smaller Na + than the large TBA + which can cause steric hindrance. It is also possible that the local hydrophobicity was increased by TBA + . On the other hand, in the PEGMA-MAlg hydrogel, the opposite effect was observed, and the coefficient decreased and the swelling ratio increased according to Na + than TBA + ( FIG. 6b ). These results further emphasized that the presence of TBA + could modulate the physical interaction with high molecular weight PEGMA, unlike low molecular weight acrylamide. The tetrabutyl group can interact more favorably with the PEGMA chains through physical entanglement and an increase in van der Waals forces, leading to intrinsic physical crosslinking. Therefore, when TBA + is replaced with Na + , the physical crosslinking is effectively removed and mechanical properties are lowered. Overall, these results highlight the importance of the counterion of alginate on the crosslinking efficiency influencing the mechanical properties.

(3) MAlg에 대한 세포 접착 분자(CAM)의 효과(3) Effect of Cell Adhesion Molecules (CAM) on MAlg

알지네이트 백본에 CAM이 존재하면 MAlg와 모노머 사이의 효율적인 가교 반응을 방해할 수 있다고 추측할 수 있다. CAM이 있는 경우에도 하이드로겔의 가교 밀도를 제어하는 CAM-MAlg의 능력을 확인하기 위해 PAAm 하이드로겔을 CAM-MAlg로 제조하고 기계적 특성을 측정했다(도 7).It can be speculated that the presence of CAM in the alginate backbone may interfere with the efficient crosslinking reaction between MAlg and the monomer. To confirm the ability of CAM-MAlg to control the crosslinking density of the hydrogel even in the presence of CAM, a PAAm hydrogel was prepared with CAM-MAlg and mechanical properties were measured (Fig. 7).

10% PAAm에서 1%, 2% 및 4% RGD-MAlg에 의해 제어되는 계수 범위는 각각 1.5 ~ 4.2, 3.7 ~ 13.5 및 5.3 ~ 36.3 kPa 이었다(도 7a). 20%의 더 높은 PAAm 농도에서 계수 범위는 동일한 RGD-MAlg 농도에서 2.0 ~ 7.7, 5.5 ~ 18.4 및 13.7 ~ 50.4 kPa 이었다(도 7b). 유사하게, 1%, 2% 및 4% gel-MAlg에 의해 제어되는 계수의 범위는 10% PAAm에서 각각 0.6 ~ 3.1, 0.8 ~ 12.7 및 2.6 ~ 43.8 kPa 이었다(도 7c). 20% PAAm에서 계수의 범위는 동일한 gel-MAlg 농도에서 0.5 ~ 10.9, 1.8 ~ 35.3 및 5.7 ~ 90.7 kPa로 증가했다(도 7d). CAM-MAlg에 의해 제어되는 하이드로겔의 기계적 특성의 범위는 CAM의 입체 장애 증가로 인해 주어진 DSMA 농도에서 MAlg에 의한 것만큼 넓지 않다는 점에 유의해야 한다. 그럼에도 불구하고, CAM-MAlg는 농도 및 DSMA로 생성된 하이드로겔의 가교 밀도를 성공적으로 제어할 수 있었다. 또한 DS3까지 RGD-MAlg에 의해 제어되는 계수 범위는 gel-MAlg에 의해 제어되는 계수보다 컸으며, 이는 아마도 부피가 더 큰 젤라틴의 입체 장애 때문일 수 있다. 그러나 DS4에 의해 얻은 가장 높은 계수는 gel-MAlg에서 더 컸다.The coefficient ranges controlled by 1%, 2% and 4% RGD-MAlg at 10% PAAm ranged from 1.5 to 4.2, 3.7 to 13.5 and 5.3 to 36.3 kPa, respectively (Fig. 7a). At a higher PAAm concentration of 20%, the counting ranges were 2.0 to 7.7, 5.5 to 18.4, and 13.7 to 50.4 kPa at the same RGD-MAlg concentration (Fig. 7b). Similarly, the ranges of coefficients controlled by 1%, 2% and 4% gel-MAlg were 0.6 to 3.1, 0.8 to 12.7, and 2.6 to 43.8 kPa at 10% PAAm, respectively (Fig. 7c). At 20% PAAm, the range of coefficients increased from 0.5 to 10.9, 1.8 to 35.3, and 5.7 to 90.7 kPa at the same gel-MAlg concentration (Fig. 7d). It should be noted that the range of mechanical properties of hydrogels controlled by CAM-MAlg is not as broad as that by MAlg at a given DS MA concentration due to increased steric hindrance of the CAM. Nevertheless, CAM-MAlg was able to successfully control the concentration and crosslink density of hydrogels generated with DS MA . In addition, the coefficient range controlled by RGD-MAlg up to DS3 was larger than that controlled by gel-MAlg, probably due to the steric hindrance of the bulkier gelatin. However, the highest coefficients obtained by DS4 were greater in gel-MAlg.

3. MAlg-결합 하이드로겔의 생체 적합성3. Biocompatibility of MAlg-binding hydrogels

MAlg-결합 하이드로겔의 생체 적합성은 먼저 하이드로겔 내에 세포를 캡슐화하고 생존력과 증식을 측정함으로써 평가되었다. DSMA에 의해 제어되는 기계적 특성이 세포에 미치는 영향을 조사했다. 먼저, 도 5에 표시된 대로, 섬유 아세포는 MGel 및 MAlg 농도를 각각 6% 및 1%로 유지하면서 다양한 DSMA를 사용하여 MGel-MAlg 하이드로겔에 캡슐화되었다(도 8). 젤라틴은 세포 활동에 필요한 세포 접착 및 매트릭스 분해 부위(matrix degradation site)를 제공하기 때문에 광가교된 젤라틴 하이드로겔은 생물의학 공학을 위한 세포 배양 플랫폼으로 널리 사용되었다. 1일째에 취한 초기 생존율은 모두 90% 이상이었으며, 이는 하이드로겔이 생체 적합성이 높음을 시사한다(도 8a 및 8b). 후속 세포 증식은 또한 MGel-MAlg 하이드로겔이 캡슐화된 세포에 적합한 미세 환경을 제공했음을 입증했다(도 8a 및 8c). 흥미롭게도, 세포 증식 속도는 DSMA, 특히 DS1에서 DS4로 상당한 증가를 보였는데, 이는 증가된 역학적 전이(mechanotransduction)을 통한 세포 증식을 촉진하는 하이드로겔의 더 큰 기계적 특성의 영향으로 인한 것으로 판단된다. 전반적으로, 이러한 결과는 MAlg-결합 하이드로겔의 생체 적합성을 분명히 강조했다. The biocompatibility of MAlg-binding hydrogels was first assessed by encapsulating cells within the hydrogel and measuring viability and proliferation. The effect of the mechanical properties controlled by DS MA on cells was investigated. First, as shown in Fig. 5, fibroblasts were encapsulated in MGel-MAlg hydrogels using various DS MAs while maintaining MGel and MAlg concentrations at 6% and 1%, respectively (Fig. 8). Since gelatin provides cell adhesion and matrix degradation sites necessary for cell activity, photocrosslinked gelatin hydrogels have been widely used as cell culture platforms for biomedical engineering. The initial survival rates taken on day 1 were all above 90%, suggesting that the hydrogel was highly biocompatible ( FIGS. 8a and 8b ). Subsequent cell proliferation also demonstrated that the MGel-MAlg hydrogel provided a suitable microenvironment for the encapsulated cells (Figures 8a and 8c). Interestingly, the cell proliferation rate showed a significant increase from DS MA , especially DS1 to DS4, which is thought to be due to the effect of greater mechanical properties of the hydrogel that promote cell proliferation through increased mechanotransduction. . Overall, these results clearly highlighted the biocompatibility of MAlg-binding hydrogels.

기계적 특성을 제어하면서 CAM-MAlg에 의한 세포 접착을 유도하는 능력은 CAM-MAlg와 가교된 PEGMA 하이드로겔에서 세포를 배양하여 추가로 평가되었다(도 9). CAM이 없는 대조군인 PEGMA-MAlg 하이드로겔은 예상대로 유의한 세포 부착 및 후속 증식을 나타내지 않았다. 반면에 RGD-MAlg 또는 gel-MAlg와 가교 결합된 PEGMA 하이드로겔은 안정적인 초기 세포 접착력을 보인 후 시간이 지남에 따라 확산 및 증식을 보였다. 일반적으로, 세포 증식은 gel-MAlg 또는 RGD-MAlg 결합된 하이드로겔 모두에 대해 3일째까지 DSMA와 함께 증가했다. 그러나 증식 정도는 RGD-MAlg에서 더 컸는데, 이는 아마도 gel-MAlg에 비해 RGD-MAlg의 질량 당 세포 접착 펩티드의 밀도가 더 높기 때문일 수 있다. 또한, 더 높은 강성(더 높은 DSMA)에서 스트레스 섬유 형성 및 역학적 전이를 통한 섬유 아세포의 분극화의 특징으로 세포는 더 길어졌다. 종합하면, 이러한 결과는 가교제 및 세포 접착 부위로서 CAM-MAlg의 이중 기능적 특성을 효과적으로 입증하여 세포 배양 플랫폼의 편리한 제작을 가능하게 한다.The ability to induce cell adhesion by CAM-MAlg while controlling the mechanical properties was further evaluated by culturing cells in PEGMA hydrogels cross-linked with CAM-MAlg (Fig. 9). The CAM-free control, PEGMA-MAlg hydrogel, did not show significant cell adhesion and subsequent proliferation as expected. On the other hand, PEGMA hydrogels crosslinked with RGD-MAlg or gel-MAlg showed stable initial cell adhesion, followed by diffusion and proliferation over time. In general, cell proliferation increased with DS MA by day 3 for both gel-MAlg or RGD-MAlg bound hydrogels. However, the extent of proliferation was greater in RGD-MAlg, possibly due to the higher density of cell adhesion peptides per mass of RGD-MAlg compared to gel-MAlg. In addition, at higher stiffness (higher DS MA ), the cells became longer, characterized by stress fiber formation and polarization of fibroblasts through mechanical transitions. Taken together, these results effectively demonstrate the dual functional properties of CAM-MAlg as a crosslinking agent and cell adhesion site, enabling convenient fabrication of cell culture platforms.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above in detail a specific part of the present invention, for those of ordinary skill in the art, this specific description is only a preferred embodiment, and it is clear that the scope of the present invention is not limited thereto. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (23)

히드록실기에 메타크릴레이트가 결합된 알지네이트를 포함하는 하이드로겔 조성물.
A hydrogel composition comprising alginate in which methacrylate is bonded to a hydroxyl group.
제1항에 있어서,
상기 알지네이트는 하기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 포함하는 하이드로겔 조성물;
[화학식 1]
Figure pat00005

여기서, X는 테트라알킬암모늄 또는 Na 이고, m은 정수 ≥ 1 이다.
According to claim 1,
The alginate is a hydrogel composition comprising a compound represented by the following [Formula 1];
[Formula 1]
Figure pat00005

Here, X is tetraalkylammonium or Na, and m is an integer ≥ 1.
제1항에 있어서,
상기 알지네이트는 하기 [화학식 2] 또는 [화학식 3]으로 표시되는 화합물을 포함하는 하이드로겔 조성물;
[화학식 2]
Figure pat00006

여기서, X는 테트라알킬암모늄 또는 Na 이고, n과 m은 정수 ≥ 1 이다,
[화학식 3]
Figure pat00007

여기서, X는 테트라알킬암모늄 또는 Na 이고, n과 m은 정수 ≥ 1 이고, R1은 CONH-(세포 결합 분자)이다.
According to claim 1,
The alginate is a hydrogel composition comprising a compound represented by the following [Formula 2] or [Formula 3];
[Formula 2]
Figure pat00006

where X is tetraalkylammonium or Na, and n and m are integers ≥ 1,
[Formula 3]
Figure pat00007

where X is tetraalkylammonium or Na, n and m are integers ≥ 1, and R 1 is CONH- (cell binding molecule).
제3항에 있어서,
상기 n과 m의 합계에 대한 m의 백분율은 1 ~ 50%인 하이드로겔 조성물.
4. The method of claim 3,
The percentage of m relative to the sum of n and m is 1 to 50% of the hydrogel composition.
제3항에 있어서,
상기 세포 결합 분자는 RGD(Arg-Gly-Asp), RGDS(Arg-Gly-Asp-Ser), RGDC(Arg-Gly-Asp-Cys), RGDV(Arg-Gly-Asp-Val), RGES(Arg-Gly-Glu-Ser), RGDSPASSKP(Arg-Gly-Asp-Ser-Pro-Ala-Ser-Ser-Lys-Pro), GRGDS(Gly-Arg-Gly-Asp-Ser), GRADSP(Gly-Arg-Ala-Asp-Ser-Pro), KGDS(Lys-Gly-Asp-Ser), GRGDSP(Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-Pro), GRGDTP(Gly-Arg-Gly-Asp-Thr-Pro), GRGES(Gly-Arg-Gly-Glu-Ser), GRGDSPC(Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-Pro-Cys), GRGESP(Gly-Arg-Gly-Glu-Ser-Pro), SDGR(Ser-Asp-Gly-Arg), YRGDS(Tyr-Arg-Gly-Asp-Ser), GQQHHLGGAKQAGDV (Gly-Gln-Gln-His-His-Leu-Gly-Gly-Ala-Lys-Gln-Ala-Gly-Asp-Val), GPR(Gly-Pro-Arg), GHK(Gly-His-Lys), YIGSR(Tyr-Ile-Gly-Ser-Arg), PDSGR(Pro-Asp-Ser-Gly-Arg), CDPGYIGSR(Cys-Asp-Pro-Gly-Tyr-Ile-Gly-Ser-Arg), LCFR(Leu-Cys-Phe-Arg), EIL(Glu-Ile-Leu), EILDV(Glu-Ile-Leu-Asp-Val),EILDVPST(Glu-Ile-Leu-Asp-Val-Pro-Ser-Thr), EILEVPST(Glu-Ile-Leu-Glu-Val-Pro-Ser-Thr), LDV(Leu-Asp-Val) 및 LDVPS(Leu-Asp-Val-Pro-Ser)로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 하이드로겔 조성물.
4. The method of claim 3,
The cell binding molecule is RGD (Arg-Gly-Asp), RGDS (Arg-Gly-Asp-Ser), RGDC (Arg-Gly-Asp-Cys), RGDV (Arg-Gly-Asp-Val), RGES (Arg) -Gly-Glu-Ser), RGDSPASSKP (Arg-Gly-Asp-Ser-Pro-Ala-Ser-Ser-Lys-Pro), GRGDS (Gly-Arg-Gly-Asp-Ser), GRADSP (Gly-Arg- Ala-Asp-Ser-Pro), KGDS (Lys-Gly-Asp-Ser), GRGDSP (Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-Pro), GRGDTP (Gly-Arg-Gly-Asp-Thr-Pro), GRGES (Gly-Arg-Gly-Glu-Ser), GRGDSPC (Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-Pro-Cys), GRGESP (Gly-Arg-Gly-Glu-Ser-Pro), SDGR (Ser-Asp) -Gly-Arg), YRGDS (Tyr-Arg-Gly-Asp-Ser), GQQHHLGGAKQAGDV (Gly-Gln-Gln-His-His-Leu-Gly-Gly-Ala-Lys-Gln-Ala-Gly-Asp-Val ), GPR (Gly-Pro-Arg), GHK (Gly-His-Lys), YIGSR (Tyr-Ile-Gly-Ser-Arg), PDSGR (Pro-Asp-Ser-Gly-Arg), CDPGYIGSR (Cys- Asp-Pro-Gly-Tyr-Ile-Gly-Ser-Arg), LCFR (Leu-Cys-Phe-Arg), EIL (Glu-Ile-Leu), EILDV (Glu-Ile-Leu-Asp-Val), EILDVPST (Glu-Ile-Leu-Asp-Val-Pro-Ser-Thr), EILEVPST (Glu-Ile-Leu-Glu-Val-Pro-Ser-Thr), LDV (Leu-Asp-Val) and LDVPS (Leu) -Asp-Val-Pro-Ser) at least one hydrogel composition selected from the group consisting of.
제3항에 있어서,
상기 세포 결합 분자는 젤라틴, 콜라겐, 피브로넥틴, 젤라틴, 라미닌, 비트로넥틴, 폴리카프로락톤(PCL), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리비닐알코올(PVA) 및 폴리비닐피롤리돈(PVP)로 이루어진 그룹으부터 선택된 하나 이상의 생체적합성 고분자인 하이드로겔 조성물.
4. The method of claim 3,
The cell-binding molecule is gelatin, collagen, fibronectin, gelatin, laminin, vitronectin, polycaprolactone (PCL), polyethylene oxide (PEO), polyvinyl alcohol (PVA) and polyvinylpyrrolidone (PVP) in the group consisting of One or more biocompatible polymers selected from the hydrogel composition.
제1항에 있어서,
상기 조성물은 아크릴 단량체 및 광개시제를 더 포함하는 하이드로겔 조성물.
According to claim 1,
The composition is a hydrogel composition further comprising an acrylic monomer and a photoinitiator.
제7항에 있어서,
상기 아크릴 단량체는 소듐아크릴레이트(sodium acrylate), 소듐메타크릴레이트(sodium methacrylate), 아크릴아마이드, C1-C15 포화 알킬 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 하이드록시기가 1 내지 3개 치환된 C1-C15 하이드록시알킬 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트; 및 N,N-디(C1-C15 포화 또는 불포화 알킬)아크릴아마이드로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 하이드로겔 조성물.
8. The method of claim 7,
The acrylic monomer is sodium acrylate, sodium methacrylate, acrylamide, C 1 -C 15 saturated alkyl acrylate or methacrylate, C 1 - C 15 hydroxyalkyl acrylate or methacrylate; And N,N-di (C 1 -C 15 saturated or unsaturated alkyl) at least one hydrogel composition selected from the group consisting of acrylamide.
제7항에 있어서,
상기 아크릴 단량체는 메타크릴레이트 젤라틴(methacrylate gelatin), 폴리에틸렌글리콜에틸메타아크릴레이트(polyethylene glycol ethyl methacrylate, PEGMA), 에틸렌글리콜에틸아크릴레이트 (polyethylene glycol ethyl acrylate, PEGA), 폴리에틸렌글리콜에틸디아크릴레이트 (polyethylene glycol ethyl diacrylate, PEGDA), 폴리에틸렌글리콜에틸디메타아크릴레이트 (polyethylene glycol ethyl dimethacrylate, PEGDMA)로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 하이드로겔 조성물.
8. The method of claim 7,
The acrylic monomer is methacrylate gelatin (methacrylate gelatin), polyethylene glycol ethyl methacrylate (polyethylene glycol ethyl methacrylate, PEGMA), ethylene glycol ethyl acrylate (polyethylene glycol ethyl acrylate, PEGA), polyethylene glycol ethyl diacrylate (polyethylene A hydrogel composition which is at least one selected from the group consisting of glycol ethyl diacrylate, PEGDA), and polyethylene glycol ethyl dimethacrylate (polyethylene glycol ethyl dimethacrylate, PEGDMA).
제7항에 있어서,
상기 광개시제는 수용성 광개시제로 2-hydroxy-4′-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone), 1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone, 2,2-Dimethoxy-1,2-diphenylethan-1-one, 2-benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-1-butanone, 2-methyl-4′-(methylthio)-2-morpholinopropiophenone, TPO-Na (sodium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate), TPO-Li (lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate), BAPO-ONa (sodium bis(mesitoyl)phosphinate), BAPO-OLi (lithium bis(mesitoyl)phosphinate)으로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 하나 이상인 하이드로겔 조성물.
8. The method of claim 7,
The photoinitiator is a water-soluble photoinitiator, 2-hydroxy-4′-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone), 1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone, 2,2-Dimethoxy-1,2-diphenylethan-1-one, 2-benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-1-butanone, 2-methyl-4′-(methylthio)-2-morpholinopropiophenone, TPO-Na (sodium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate) , TPO-Li (lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate), BAPO-ONa (sodium bis (mesitoyl) phosphinate), BAPO-OLi (lithium bis (mesitoyl) phosphinate) at least one hydrogel selected from the group consisting of composition.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 조성물로 제조된 하이드로겔.
A hydrogel prepared from the composition according to any one of claims 1 to 10.
제11항에 있어서,
메타크릴레이트와 결합된 우론산(uronic acid) 잔기의 수가 증가할수록 하이드로겔의 탄성 계수 또는 세포 증식 속도가 증가하는 하이드로겔.
12. The method of claim 11,
A hydrogel in which the elastic modulus or cell proliferation rate of the hydrogel increases as the number of uronic acid residues combined with methacrylate increases.
제11항에 있어서,
아크릴 단량체의 농도가 증가할수록 하이드로겔의 탄성 계수가 증가하는 하이드로겔.
12. The method of claim 11,
A hydrogel in which the elastic modulus of the hydrogel increases as the concentration of the acrylic monomer increases.
제11항에 있어서,
상기 하이드로겔은 세포 배양, 분화 또는 증식에 사용되는 하이드로겔.
12. The method of claim 11,
The hydrogel is a hydrogel used for cell culture, differentiation or proliferation.
1) 소듐 알지네이트(sodium alginate)의 양이온 교환을 통하여 테트라알킬암모늄 알지네이트를 생성하는 단계;및
2) 상기 알지네이트의 히드록실기에 메타크릴레이트를 결합하는 단계를 포함하는 하이드로겔 제조방법.
1) producing tetraalkylammonium alginate through cation exchange of sodium alginate; and
2) A method for producing a hydrogel comprising the step of bonding methacrylate to a hydroxyl group of the alginate.
제15항에 있어서,
상기 테트라알킬암모늄은 화학식 [NR1R2R3R4]+(이 때 R1, R2, R3 및 R4는 서로 동일하거나 다를 수 있고, 직쇄 C1-C6 알킬, 분지쇄 C1-C6 알킬, 치환 C6-C10 아릴, 비치환 C6-C10 아릴 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택됨)으로 표시되는 하이드로겔 제조방법.
16. The method of claim 15,
The tetraalkylammonium has the formula [NR 1 R 2 R 3 R 4 ] + (wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 may be the same or different from each other, straight-chain C 1 -C 6 alkyl, branched C 1 -C 6 alkyl, substituted C 6 -C 10 aryl, unsubstituted C 6 -C 10 aryl, and a method for producing a hydrogel represented by a combination thereof).
제15항에 있어서,
상기 2) 단계는 유기 용매 하에서 테트라알킬암모늄 알지네이트 및 글리시딜 메타크릴레이트의 고리-열림(ring-opening) 친핵성 첨가 반응을 통하여 수행되는 하이드로겔 제조방법.
16. The method of claim 15,
Step 2) is a method for producing a hydrogel that is carried out through a ring-opening nucleophilic addition reaction of tetraalkylammonium alginate and glycidyl methacrylate in an organic solvent.
제17항에 있어서,
상기 유기 용매는 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF), 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 및 헥사메틸포스포아미드(hexamethylphosphoramide, HMPA)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 하이드로겔 제조방법.
18. The method of claim 17,
The organic solvent is dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP) , And hexamethylphosphoramide (hexamethylphosphoramide, HMPA) at least one hydrogel manufacturing method selected from the group consisting of.
제15항에 있어서,
상기 2) 단계 이후에
3) 테트라알킬암모늄을 Na+로 양이온 교환하여 메타크릴릭 알지네이트를 합성하는 단계를 더 포함하는 하이드로겔 제조방법.
16. The method of claim 15,
After step 2) above
3) cation exchange of tetraalkylammonium with Na + to synthesize methacrylic alginate.
제15항에 있어서,
상기 1) 단계 이후에
1-1) 카르보디이미드 커플링을 통하여 알지네이트의 카르복실기에 세포 결합 분자를 결합하는 단계를 더 포함하는 하이드로겔 제조방법.
16. The method of claim 15,
After step 1) above
1-1) Hydrogel production method further comprising the step of binding a cell-binding molecule to the carboxyl group of alginate through carbodiimide coupling.
제19항에 있어서,
상기 3) 단계 이후에
4) 메타크릴릭 알지네이트, 아크릴 단량체 및 광개시제를 혼합하는 단계;및
5) UV를 조사하여 광가교시키는 단계를 더 포함하는 하이드로겔 제조방법.
20. The method of claim 19,
After step 3) above
4) mixing methacrylic alginate, acrylic monomer and photoinitiator; and
5) The hydrogel manufacturing method further comprising the step of photocrosslinking by irradiating UV.
제21항에 있어서,
상기 메타크릴릭 알지네이트는 아크릴 단량체 총 중량 대비 0.1 ~ 10 wt% 첨가되는 하이드로겔 제조방법.
22. The method of claim 21,
The methacrylic alginate is a hydrogel preparation method in which 0.1 to 10 wt% is added based on the total weight of the acrylic monomer.
제21항에 있어서,
상기 아크릴 단량체의 농도는 5 ~ 50%(w/v)인 하이드로겔 제조방법.
22. The method of claim 21,
The concentration of the acrylic monomer is 5 to 50% (w / v) hydrogel production method.
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