당뇨병성 상처 치료를 위한 글루코스 반응형 활성산소종(ROS) 제거 기능을 갖는 히알루론산 기반 하이드로겔에 관한 연구 = Hyaluronic Acid-Based Hydrogel with Glucose-Responsive ROS-Scavenging Activity for Diabetic Wound Healing

국문 초록 (Abstract)

만성 당뇨병성 상처는 고혈당으로 인해 과도하게 생성되는 활성산소종 (ROS)가 지속적으로 염증을 유발하고 조직 재생을 저해함에 따라 치유가 쉽게 지연된다. 이러한 문제를 해결하고자, 본 연구에서는 상처 환경의 고농도 글루코스 조건에서 선택적으로 항산화 활성이 증가하는 이중 가교 hyaluronic acid (HA) 기반 하이드로겔 드레싱을 개발하였다. 하이드로겔은 methacrylate 기를 갖는 hyaluronic acid-phenylboronic acid(HAMA-PBA) 고분자를 통해 광가교 기반의 기계적 안정성을 확보하고, hyaluronic acid-dopamine(HA-DA) 고분자에 포함된 catechol 기를 통해 항산화 기능을 부여하였다. HAMA-PBA와 HA-DA 전구체 용액을 혼합하여 광가교하면 methacrylate 기 기반의 1차 네트워크가 형성되고, 동시에 HA-DA의 catechol 기와 HAMA-PBA의 phenylboronic acid (PBA) 기 사이의 가역적인 boronate ester 결합이 형성되어 2차 네트워크가 구축되도록 설계하였다. 고농도 글루코스 조건에서는 글루코스가 PBA와 경쟁적으로 결합하여 기존의 boronate-catechol 결합이 선택적으로 끊어지고, 이 과정에서 방출된 HA-DA가 과도한 ROS를 소거하는 기전을 가진다. 제작된 HMPD 하이드로겔은 상처 드레싱에 적합한 기계적 특성과 우수한 생체적합성을 보였으며, 고농도 글루코스 조건에서 항산화 활성이 뚜렷하게 증가하는 글루코스 반응형 특성을 나타냈다. in vitro 세포 실험에서는 ROS 소거 능력과 keratinocyte의 이동 촉진 효과를 확인하였다. 만성 당뇨병성 상처 마우스 모델에서도 상처 수축과 재상피화가 대조군 대비 유의하게 향상되었다. 또한 조직 분석에서 잘 형성된 표피층과 정돈된 콜라겐 구조가 관찰되었으며, 이를 통해 전반적으로 상처 회복이 촉진되었음을 확인하였다. 종합하면, 본 연구에서 개발한 글루코스 반응형 HA 기반 하이드로겔은 산화 스트레스를 동적으로 조절하고 조직 재생을 유도할 수 있는 기능적 드레싱으로서, 만성 당뇨병성 상처 치료를 위한 유망한 치료 전략으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Chronic diabetic wounds exhibit impaired healing because hyperglycemia induces excessive production of reactive oxygen species (ROS), which maintains a prolonged inflammation state and disrupts tissue regeneration. In this study, we developed a smart dual-crosslinked hyaluronic acid (HA)-based hydrogel dressing with glucose-responsive ROS-scavenging properties. The hydrogel is composed of methacrylated hyaluronic acid–phenylboronic acid (HAMA-PBA), which provides mechanical stability after photo-crosslinking, and hyaluronic acid–dopamine (HA-DA), which introduces catechol groups with antioxidant activity. Precursor solutions of HAMA-PBA and HA-DA were mixed and photocrosslinked via methacrylate groups to form a primary covalent network, while reversible boronate ester bonds between catechol and PBA moieties generated a dynamic secondary network. This dual-network structure allows glucose-triggered cleavage of boronate–catechol linkages and release of HA-DA under hyperglycemic conditions. The resulting HMPD hydrogel showed mechanical properties suitable for wound dressing applications and exhibited good cytocompatibility. It displayed glucose-responsive antioxidant behavior, with increased ROS scavenging at elevated glucose levels, The HMPD hydrogel demonstrated strong ROS-scavenging activity and promoted keratinocyte migration in vitro. In a chronic diabetic wound model in mice, the HMPD hydrogel significantly enhanced wound closure and re-epithelialization compared with control treatment. These findings indicate that this glucose-responsive HA-based hydrogel is a promising strategy for treating chronic diabetic wounds by dynamically modulating oxidative stress and improving the local microenvironment for tissue repair.

목차 (Table of Contents)

• 초록 i
• 목차 iii
• 그림 목차 v
• 제 1 장 서론 １
• 1.1. 연구 배경 １
• 1.2. 연구 목적 ３
• 제 2 장 실험 재료 및 방법 ５
• 2.1. 실험 재료 ５
• 2.2. 고분자 합성 ６
• 2.2.1. HAMA-PBA의 합성 ６
• 2.2.2. HA-DA의 합성 ６
• 2.3. 고분자의 특성 분석 １０
• 2.4. 하이드로겔 제조 １１
• 2.5. 하이드로겔 특성 평가 １３
• 2.5.1. 형태 분석 １３
• 2.5.2. 팽윤율 １３
• 2.5.3. 기계적 및 레올로지 특성 １３
• 2.6. In vitro 세포독성 평가 １４
• 2.7. 글루코스 반응형 항산화 활성 평가 １５
• 2.8. In vitro 세포 효능 평가 １５
• 2.9. In vivo 상처 치유 평가 １７
• 2.10. 통계 분석 １８
• 제 3 장 연구 결과 １９
• 3.1. 고분자 특성 분석 １９
• 3.2. 하이드로겔 특성 분석 ２４
• 3.3. In vitro 생체적합성 및 글루코스 반응형 항산화 활성 ２８
• 3.4. In vitro 세포 효능 평가 ３１
• 3.5. In vivo 상처 치유 평가 ３４
• 제 4 장 고찰 ３８
• 제 5 장 결론 ４３
• 참 고 문 헌 ４４
• Abstract ５３