폴리감마글루탐산을 함유하는 생분해성 나노섬유의 제조 및 생의학적 응용

고영광,김원일,김철주,권오경,황진상,권오형,Ko, Young-Gwang,Kim, Won-Il,Kim, Cheol-Joo,Kwon, Oh-Kyoung,Hwang, Jin-Sang,Kwon, Oh-Hyeong 한국섬유공학회 2010 한국섬유공학회지 Vol.47 No.2

One of the serious complications that have not been solved yet in modern medicine is a postoperative tissue adhesion of internal organs. Tissue adhesions are associated with numerous postoperative complications, including pain, functional obstruction and difficult re-operative surgery. In this study, poly($\gamma$-glutamic acid)($\gamma$-PGA) based nanofiber sheets were prepared by using electrospinning technique to evaluate the ability of the prevention of postoperative tissue adhesion. The anti-adhesion membranes were prepared from $\gamma$-PGA and poly(D,L-lactic-co-glycolic acid)(PLGA) with different compositions by electrospinning. Also non-steroidal anti-inflammatory drug (ibuprofen) was incorporated during fabrication of nanofibers. Various electrospun nanofibers were characterized by SEM, FTIR, water contact angle measurement, biodegradability test, in vitro drug release profile, cell culture test, and in vivo animal study using Sprague Dawley rat model. The average diameter of the nanofibers electrospun from the various biodegradable polymer solutions ranged from 300 nm to 900 nm, approximately. From in vivo animal study, it was observed that ibuprofen-incorporated $\gamma$-PGA nanofiber sheet (crosslinked) was significantly effective in preventing post-surgical tissue adhesion and wound healing, probably due to the appropriate hydrophilicity preventing shrinkage of the sheet. On the other hand, PLGA nanofibrous mat was dramatically contracted in vivo due to its high hydrophobicity and resulted in insufficient coverage of wound.

인슐린을 함유한 키토산-폴리카프로락톤 복합 나노섬유 시트형 창상피복재의 특성평가

전가영(Ga Young Jun),고영광(Young-Gwang Ko),김동진(Dongjin Kim),권오경(Oh Kyoung Kwon),김원일(Won Il Kim),정호윤(Ho Yun Chung),권오형(Oh Hyeong Kwon) 한국고분자학회 2020 폴리머 Vol.44 No.4

창상피복용 구조체는 생체적합성과 물리적 강도가 보장되고 외부의 감염균으로부터 상처부를 보호하면서, 상피층과 진피층의 재생을 촉진할 수 있도록 설계되어야 한다. 본 연구에서는 키토산과 poly(ε-caprolactone)(PCL) 및 인슐린 혼합물의 전기방사를 통해 나노섬유 시트형 창상피복재를 제조하였다. 혼합비율에 따른 각 나노섬유 시트의 미세구조분석, 원소조성분석, 인장시험, 생분해성, in vitro 약물방출능, 항균능, 세포증식 거동, in vivo 동물실험을 통하여 물리화학적 특성분석 및 창상치유능을 평가하였다. 키토산의 비율이 증가할수록 시트의 변형률이 감소하였고, 생분해성, 약물방출능 및 항균능은 증가하는 경향을 보였다. 동물실험 및 조직분석결과에서 키토산-PCL-인슐린 나노섬유 시트는 다른 나노섬유 시트보다 촉진된 상처회복률을 보였으며 창상피복용 소재로의 활용이 기대된다. The construct for wound dressings should be designed to promote the regeneration of the epidermal and dermal layers while ensuring biocompatibility and physical strength with protecting the wound from external infectious bacteria. In this study, nanofibrous sheet type wound dressings were prepared by electrospinning of a mixture of chitosan, poly(ε- caprolactone) (PCL) and insulin. The nanofiber sheets according to the mixing ratio were analyzed for physicochemical properties through structural analysis, elemental composition, tensile test, biodegradability, drug release behavior, antibacterial activity, cell proliferation behavior, and wound healing ability via in vivo animal testing. As the content of chitosan increased, the elongation of the nanofiber sheets decreased, and the biodegradability, drug release ability, and antibacterial activity tended to increase. In animal experiments and histological analysis, the accelerated wound healing rate of the chitosan-PCL-insulin nanofibrous sheet was verified when compared to other nanofiber sheets, and thus it is expected to be used as a wound dressing material.

천연 항균물질을 함유한 창상치료용 폴리우레탄 폼 드레싱재의 제조 및 특성연구

김원일(Won Il Kim),고영광(Young-Gwang Ko),박미란(Mi Ran Park),정경혜(Kyung Hye Jung),권오형(Oh Hyeong Kwon) 한국고분자학회 2018 폴리머 Vol.42 No.5

폼 드레싱재는 창상부위의 삼출물을 지속적으로 흡수하며 습윤환경을 유지하므로, 세균증식의 취약점이 있다. 그러므로 습윤환경 폼 드레싱재의 개발에서 항균성 부여는 중요한 요소 중 하나이다. 본 연구에서는 천연 항균물질인 병풀의 유효성분(asiatic acid, madecassic acid, aciaticoside)을 활용하여 항균성 폼 드레싱재를 제조 후 창상치료효과를 검증하고자 하였다. 기존의 창상피복용 폴리우레탄 폼 드레싱재의 물성보다 개선된 흡수층을 제조하기 위해 발포혼합액과 항균성분의 배합비에 따른 기계적 물성, 기공형태, 흡수도 및 흡수속도를 분석 후 최적조건을 확립하였다. 병풀의 유효성분을 함유한 폼은 높은 항균능을 나타내었으며 동물모델 실험에서 우수한 창상회복률을 보여주었다. 병풀의 유효성분이 함유된 폴리우레탄 폼 드레싱재는 항균성 창상치료용 소재로서의 응용 가능성이 기대된다. The foam dressing material continuously absorbs the exudate of the wound area and maintains moisture environment, so that there is a weak point of the bacterial growth. Therefore, antimicrobial property is one of the important factors in the development of moisture environment foam dressing. The purpose of this study is to evaluate the effectiveness of wound dressing after manufacturing antimicrobial foam dressing materials containing asiatic acid, madecassic acid, and aciaticoside of the Centella asiatica. In order to fabricate superior absorbent layer compared to conventional polyurethane foam dressings, the optimum mechanical properties, pore morphology, absorbency and absorption rate were established on blending ratio of the foam mixture and the antimicrobial component. The foam containing the active ingredients of the Centella asiatica showed high antimicrobial activity and excellent wound recovery rate in animal model experiments. The polyurethane foam dressing material containing active ingredients of the Centella asiatica is expected to be used as an antimicrobial wound treatment.

효소촉매 가교반응을 이용한 스프레이형 젤라틴 하이드로젤 창상피복제의 개발

김귀재(Gwijae Kim),고영광(Young-Gwang Ko),이혜영(Hyeyoung Lee),정호윤(Ho Yun Chung),권오형(Oh Hyeong Kwon) 한국고분자학회 2021 폴리머 Vol.45 No.4

생체적합성, 창상치유능 및 피부밀착성을 가지는 동시에 광범위하고 굴곡진 창상부에 간편하고 위생적으로 적용할 수 있는 스프레이형 창상피복제를 개발하고자 효소촉매 가교반응을 이용하여 티라민으로 개질된 젤라틴(Gel-Tyr) 하이드로젤을 제조하였다. Gel-Tyr의 개질률은 ¹H NMR을 통해 산출하였고 젤라틴, horseradish peroxidase(HRP) 및 H₂O₂의 농도에 따른 하이드로젤의 젤화시간, 유변학적 특성, 팽윤도, 생분해도, in vitro 세포독성, 세포생존거동을 평가하였다. 신속한 젤화속도와 창상피복제로서의 최적성능 조건의 하이드로젤은 배합농도 Gel-Tyr 3 wt%, HRP 3.50 units/mL 및 H₂O₂ 0.2 μL/mL로 제조된 시료로 선정하였다. In vivo 전층창상모델 동물실험 및 조직학적 평가에서 Gel-Tyr 하이드로젤은 대조군보다 촉진된 창상회복속도와 진피재생능을 보여주었으며, 의료현장에서 편리하게 사용할 수 있는 스프레이형 창상피복제로의 활용이 기대된다. The gelatin hydrogel modified with tyramine (Gel-Tyr) was prepared an enzymatic crosslinking reaction to develop a sprayable wound dressing that is easy to use and hygienic on broad and complicate wound area with biocompatibility, wound healing ability, and comfortable wearing. The substitution rate of Gel-Tyr was calculated through ¹H NMR. And the gelation time according to the concentration of gelatin, horseradish peroxidase (HRP) and H₂O₂, rheological properties, swelling ratio, biodegradation behavior, in vitro cytotoxicity, cell viability was evaluated. The hydrogel with rapid gelation rate and optimum performance as a wound dressing was selected as a sample prepared with a compound concentration of Gel-Tyr 3 wt%, HRP 3.50 units/mL, and H₂O₂ 0.2 μL/mL. In the in vivo full-thickness wound model animal experiment and histological evaluation, the Gel-Tyr hydrogel showed an accelerated wound healing rate and dermal regeneration compared to the control group. It is expected to be used as a sprayable wound dressing in medical treatment, conveniently.

합성고무와 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 나트륨을 이용한 하이드로콜로이드형 창상치료재의 제조 및 평가

김원일(Won Il Kim),이승욱(Seung Wook Lee),박재진(Jae Jin Park),고영광(Young-Gwang Ko),박원호(Won Ho Park),조동환(Donghwan Cho),권오형(Oh Hyeong Kwon) 한국고분자학회 2016 폴리머 Vol.40 No.1

본 연구에서는 합성고무와 sodium carboxymethylcellulose(CMC)를 서로 다른 조성비로 혼합하여 하이드로콜 로이드형 창상치료재를 제조하였다. 얻어진 창상치료재는 CMC 함량이 높아질수록 신장률과 점착력은 감소하는 경향을 나타내는 반면에 흡수도는 높아지는 것을 확인할 수 있었다. 최적의 조성으로 판단된 40%의 CMC를 함유하는 하이드로콜로이드의 신장률, 점착력, 흡수도 및 투습도는 각각 400% 이상, 1.78 kgf/25 mm, 327% 및 547 g/㎡/day임을 확인하였다. 제조된 하이드로콜로이드의 세포배양실험 결과 세포적합성이 우수하였고, 동물실험 결과 대조군에 비하여 우수한 창상치유 효과를 보였으며, 피부자극성시험 결과 자극이 없는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 제조한 하이드로콜로이드는 의료용 창상치료재로서의 적용 가능성이 높음을 알 수 있었다. In this study, hydrocolloid wound dressing was fabricated from synthetic rubbers and sodium carboxymethylcellulose (CMC) with different composition ratios. Hydrocolloid wound dressing fabricated in this study showed increased absorptivity, decreased elongation at break and adhesive forces with increasing content of CMC. Hydrocolloid with 40% of CMC is determined as the optimum composition and its elongation at break, adhesive force, water absorptivity and moisture vapor transmission rate were more than 400%, 1.78 kgf/25 mm, 327% and 547 g/㎡/day, respectively. Fabricated hydrocolloid was found to have the best property on the in vitro cell culture test, and in vivo animal study showed excellent wound healing effect than control groups. Also there was no stimulation in the skin irritation test. Therefore, it is confirmed that hydrocolloid has the broad application possibility as wound healing materials.

전기방사한 폴리아믹산 나노섬유 매트의 등온 열이미드화에 의한 나노섬유상 폴리이미드 부직포의 제조

김병남(Byung Nam Kim),이승욱(Seung Wook Lee),고영광(Young-Gwang Ko),정경혜(Kyung Hye Jung),권오형(Oh Hyeong Kwon) 한국고분자학회 2017 폴리머 Vol.41 No.1

전기방사공정에서 고분자용액의 구성은 나노섬유의 방사성 및 직경을 제어하는 중요한 요소이다. 전압, 방사거리, 토출속도 및 폴리아믹산(PAA)-디메틸아세트아미드(DMAc)/아세톤 용액농도의 변화에 따른 섬유형태를 고려하여 고효율 필터미디어소재로써 최적의 방사조건을 확립하였으며 제조된 나노섬유의 평균직경은 약 440 ㎚임을 확인하였다. PAA 나노섬유 매트는 200 ℃의 오븐에서 각각 10, 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240분 동안 등온열처리하여 이미드화시켰으며, 열이미드화 정도 및 열중량 특성은 ATR-FTIR과 TGA 측정을 통하여 확인하였다. ATR-FTIR을 이용하여 분석해 본 결과, 최소 30분 이상 열처리하였을 때 이미드화가 진행되었으며 그 이상 열처리 시간이 증가하더라도 열이미드화의 현저한 변화는 없었다. 열처리한 폴리이미드 부직포를 200 ℃ 오븐에서 4주간 정치하였으나 중량감소는 보이지 않았다. 폴리아믹산 나노섬유의 최적화된 전기방사 및 등온열처리 이미드화 조건은 효율적인 내열성 폴리이미드 나노섬유 필터미디어 제조에 유용할 것으로 기대된다. Composition of polymer solutions on electrospinning process is an important factor to control spinnability and diameter of nanofibers. The optimum electrospinning conditions on fiber morphology as a high-efficiency filter media were established by adjusting applied voltage, distance, feed rate and concentration of poly(amic acid) (PAA)-dimethylacetamide (DMAc)/acetone solutions. The average diameter of PAA nanofiber was 440 ㎚. Isothermal heat treatment of the PAA nanofiber mats was carried out using an electric oven (at 200 ℃) for 10, 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, and 240 min, respectively. Imidization degree and the thermogravimetric property of PAA mats were confirmed by ATRFTIR and TGA measurement. Imidization of nanofiber mats occurred after 30 min of heat treatment. There was not significant variation of ATR-FTIR intensity after heat treatment longer than 30 min. Weight loss of the polyimide mats was negligible for 4 weeks incubation at 200 ℃. Optimized conditions of electrospinning and isothermal heat treatment of nanofibrous poly(amic acid) mats might useful for fabrication of efficient polyimide non-wovens as a heat-resistance filter media.