바이오패브리케이션을 위한 온도 독립적 · 광가교성 가수분해된 GelMA의 기계적 물성 조절 = Temperature-independent and photocrosslinkable hydrolyzed GelMA with tunable mechanics for biofabrication

국문 초록 (Abstract)

열감응성 및 광가교성 하이드로겔은 바이오 분야에 있어서 매우 유용한 소재로서 활용된다. 그러나 기존의 젤라틴 메타크릴로일 (GelMA)는 상온에서 겔화와 높은 점도를 나타내어 농도 의존적 조정 가능성과 낮은 임계 용액 온도 (LCST) 시스템과의 호환성이 제한되었다. 이러한 문제를 해결하기 위 해서 가수분해 GelMA (hGelMA)가 개발되었다. hGelMA는 효소 농도를 제 어하여 광가교성을 유지함과 동시에 저온 가교성을 극복하고, 농도 조정을 통해 광범위한 물성 조정이 가능하게 하였다. 생산된 hGelMA는 점도, 기계 적 물성 조정 가능, DLP 바이오 프린팅과의 호환성에 대해서 특성화되었다. 하이드록시부탤 메타크릴화 키토산 (HBC-MA)와 같은 LCST 유사 소재와 의 복합 잉크 소재로서 세포 호환성을 평가하고, 바이오 잉크에 대한 적합 성을 입증하였다. hGelMA는 점도가 크게 감소하고 광범위한 강성 범위에서 고해상도 DLP 프린팅이 가능하였으며, 우수한 세포 호환성을 유지하였다. 또한, 저온 가교성을 극복한 온도에 독립적인 거동은 LCST 거동을 보이는 다른 열감응성 하이드로겔과의 통합을 가능하게 하였으며, 이는 하이브리드 바이오잉크 시스템에 대한 가능성을 보여주었다. 이러한 발견은 hGelMA가 조직 공학 및 바이오 프린팅 응용 분야에서 실용적인 바이오 잉크로서 사용 가능한 재료임을 시사한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Thermally sensitive, light-crosslinkable hydrogels are central to biofabrication, yet standard gelatin methacryloyl (GelMA) thickens and gels below ~30 ℃, narrowing workable concentrations and complicating integration with lower-critical-solution-temperature (LCST) systems. We address these constraints by enzymatically degrading GelMA to obtain hydrolyzed GelMA (hGelMA) that suppresses thermal gelation while retaining photoreactivity. hGelMA exhibits markedly reduced viscosity and allows mechanical properties to be tuned simply by concentration, enabling reliable digital light processing (DLP) bioprinting across a broad stiffness window. We further demonstrate cytocompatibility and show that the temperature-indifferent behavior of hGelMA promotes seamless blending with thermoresponsive matrices, exemplified by hydroxybutyl-methacrylated chitosan, to build composite bioinks leveraging LCST behavior. Collectively, these results position hGelMA as a practical, adaptable platform material that widens printable composition space, simplifies process control, and supports cell-friendly fabrication for tissue engineering and bioprinting applications.

목차 (Table of Contents)

• 그림목차 ⅲ
• Abstract ⅳ
• 제1장 서론 1
• 제2장 재료 및 방법 4
• 제1절 재료 4
• 제2절 방법 4
• 2.1. GelMA 합성 4
• 2.2. HBC-MA 합성 5
• 2.3. hGelMA 바이오 잉크 제조 5
• 2.4. HBC-MA/hGelMA 혼합 바이오잉크 제조 5
• 2.5. 1H-NMR 분광법 6
• 2.6. SDS-PAGE 6
• 2.7. 광유변학적 분석 6
• 2.8. 겉보기 점도 및 상전이 온도의 유변학적 분석 7
• 2.9. 시차주사열량측정법(DSC) 7
• 2.10. 모델링 및 DLP 프린팅 7
• 2.11. 압축 계수 분석 8
• 2.12. 주사전자현미경(SEM) 8
• 2.13. 팽창 (Swelling ratio) 시험 8
• 2.14. 프린트 정밀도 검사 8
• 2.15. 피하 이식 9
• 2.16. 온도 반응성 수축 및 팽창 시험 9
• 2.17. 분해 시험 9
• 2.18. 3D 세포 내재화 10
• 2.19. Live/Dead 분석 10
• 2.20. Cell counting kit-8 (CCK-8) 11
• 제3장 결과 및 고찰 12
• 제1절 1H-NMR 분광법 및 치환율 평가 12
• 제2절 hGelMA의 분자량 및 상대점도 평가 14
• 제3절 hGelMA의 온도 의존성 및 광가교 여부 평가 15
• 제4절 hGelMA의 기계적 특성 평가 19
• 4.1. SEM 분석 19
• 4.2. hGelMA의 기계적 특성 22
• 4.3. 조정 가능한 물성 특성 확인 및 3D 바이오 프린팅 실검증 24
• 제5절 hGelMA의 단기 in vivo 실험 27
• 제6절 HBC-MA/hGelMA의 온도 의존성 및 광가교 여부 평가 29
• 제7절 HBC-MA/hGelMA의 세포 적합성 평가 33
• 제8절 HBC-MA/hGelMA의 분해능 평가 37
• 제4장 결론 40
• 참고문헌 41
• 국문초록 49