망막색소상피 세포 재생을 위한 젤란검/폴리바이닐알코올 점탄성 하이드로겔에 관한 연구 = A study on gellan gum/polyvinyl alcohol viscoelastic hydrogel for the regeneration of retinal pigment epithelial cell

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, we propose a gellan gum (GG)/polyvinyl alcohol (PVA) viscoelastic hydrogel for retinal pigment epithelium (RPE) cell delivery and regeneration. The GG/PVA viscoelastic hydrogel was prepared by divalent cation Ca2+ ion bonding using calcium chloride (CaCl2) as an ionic crosslinking agent. The prepared viscoelastic hydrogels were classified into three types according to the difference in molecular weight and we were evaluated through characterization and in vitro studies to compare whether they were suitable for retinal tissue engineering. The prepared GG/PVA viscoelastic hydrogels were classified into GG/PVA 31, GG/PVA 85, and GG/PVA 146. Stress relaxation characteristics of GG/PVA viscoelastic hydrogels according to the difference in PVA molecular weight. In addition, ARPE-19 accordingly Proliferation, spread, and growth of cells were confirmed. First, the prepared GG/PVA viscoelastic hydrogel was confirmed by FT-IR analysis to confirm the chemical properties of the structural change of the molecule. Physical and mechanical properties suitable for cells were confirmed by evaluating sol fraction, mass swelling ratio, weight loss, and mechanical properties. The pore size and porous structure of the GG/PVA viscoelastic hydrogel were observed with a scanning electron microscope (SEM). Viability and cytotoxicity of ARPE-19 cells in GG/PVA viscoelastic hydrogel were confirmed by MTT assay and live & dead staining. In addition, proliferation and differentiation of ARPE-19 cells in the hydrogel were confirmed through dsDNA quantitative analysis. As a result of the experiment, as the molecular weight of PVA decreased, it showed a low compressive modulus close to the retinal modulus, high swelling property, and the fastest stress relaxation. In addition, it was observed that ARPE-19 cells encapsulated in GG/PVA 31 rapidly proliferated and spread. Through these results, the GG/PVA 31 viscoelastic hydrogel was confirmed to be applicable as a cell carrier for RPE cell delivery and regeneration.

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 망막색소상피 (retinal pigment epithelium, RPE) 세포 전달 및 재생을 위한 젤란검 (gellan gum, GG)/폴리바이닐알코올 (polyvinyl alcohol, PVA) 점탄성 하이드로겔을 제안한다. GG/PVA 점탄성 하이드로겔은 이온가교제인 염화칼슘 (CaCl2)을 이용하여 2가 양이온 Ca2+이온결합으로 제조하였다. 제조된 점탄성 하이드로겔은 분자량의 차이에 따라 세가지로 구분되었으며 망막 조직공학에 적합한지 비교하기 위해 특성 평가와 생체적합성 시험을 평가하였다. 제조된 GG/PVA 점탄성 하이드로겔은 GG/PVA 31, GG/PVA 85, GG/PVA 146으로 구분되었다.중점적으로 PVA 분자량 차이에 따른 GG/PVA 점탄성 하이드로겔의 응력완화 특성과 이에 따른 ARPE-19 세포의 증식, 확산 및 성장을 확인하였다. 먼저 제조된 GG/PVA 점탄성 하이드로겔은 FT-IR 분석을 통해 화학적 특성을 확인하여 분자의 구조적 변화를 확인하였다. 졸 분율, 질량 팽윤비, 분해도, 기계적 특성을 평가하여 세포에 적합한 물리적 및 기계적 특성을 확인하였다. GG/PVA 점탄성 하이드로겔의 기공 크기와 다공성 구조는 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)으로 관찰하였다. GG/PVA 점탄성 하이드로겔에서 ARPE-19 세포의 생존력 및 세포 독성은 MTT assay와 live & dead 염색으로 확인하였다. 또한 하이드로겔에서 ARPE-19 세포의 증식 및 분화는 dsDNA 정량 분석을 통해 확인하였다. 실험 결과, PVA의 분자량이 감소할수록 망막의 모듈러스에 가까운 낮은 압축 모듈러스와 높은 팽윤성 그리고 가장 빠른 응력완화를 보였다. 또한, GG/PVA 31에 캡슐화된 ARPE-19 세포가 빠르게 증식하고 확산하는 것을 관찰하였다. 이러한 특성을 통해 GG/PVA 31 점탄성 하이드로겔은 RPE 세포 전달 및 재생을 위한 세포 담체로써의 응용 가능성을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1. 1. 조직공학 1
• 1. 1. 1. 조직공학이란 1
• 1. 1. 2. 망막조직공학 2
• 1. 2. 망막색소상피(RPE) 3
• 1. 2. 1. 개요 3
• 1. 2. 2. 연령관련 황반변성 (AMD) 4
• 1. 3. 하이드로겔 5
• 1. 3. 1. 하이드로겔의 정의 5
• 1. 3. 2. 하이드로겔의 특성 6
• 1. 4. 망막 조직공학 생체 재료 7
• 1. 4. 1. 폴리바이닐알코올 7
• 1. 4. 2. 젤란검 8
• 1. 5. 연구 목표 9
• 제 2 장 재료 및 실험 방법 11
• 2. 1. 시약 및 재료 11
• 2. 2. 하이드로겔 제조 11
• 2. 2. 1. 폴리바이닐알코올/젤란검 하이드로겔 제조 11
• 2. 3. 화학적 특성 분석 12
• 2. 3. 1. 푸리에 변환 적외선 분광 (FT-IR) 12
• 2. 4. 물리적 특성 분석 12
• 2. 4. 1. 하이드로겔 표면 형태 분석 12
• 2. 4. 2. 졸 분율 (%) 12
• 2. 4. 3. 질량 팽윤비 13
• 2. 4. 4. 분해도 13
• 2. 5. 기계적 특성 분석 14
• 2. 5. 1. 압축강도 시험 14
• 2. 5. 2. 응력완화 시험 14
• 2. 6. 생체적합성 시험 14
• 2. 6. 1. ARPE-19 배양 14
• 2. 6. 2. ARPE-19의 하이드로겔 내 캡슐화 15
• 2. 6. 3. 형태학적 분석 15
• 2. 6. 4. 세포 생존력 및 세포 독성 16
• 2. 6. 5. Live & Dead 염색 17
• 2. 6. 6. dsDNA 정량 분석 18
• 2. 6. 7. 통계 분석 18
• 제 3 장 결과 및 고찰 20
• 3. 1. 화학적 특성 분석 20
• 3. 1. 1. 푸리에 변환 적외선 분광 (FT-IR) 20
• 3. 2. 물리적 특성 분석 20
• 3. 2. 1. 하이드로겔 표면 형태 분석 21
• 3. 2. 2. 졸 분율 (%) 21
• 3. 2. 3. 질량 팽윤비 21
• 3. 2. 4. 분해도 22
• 3. 3. 기계적 특성 분석 23
• 3. 3. 1. 압축강도 시험 23
• 3. 3. 2. 응력완화 시험 23
• 3. 4. 생체적합성 시험 24
• 3. 4. 1. 형태학적 분석 24
• 3. 4. 2. 세포 생존력 및 세포 독성 24
• 3. 4. 3. Live & Dead 염색 25
• 3. 4. 4. dsDNA 정량 분석 25
• 제 4 장 결 론 27
• 제 5 장 본 연구의 응용과 향후 연구계획 28
• 제 6 장 참고문헌 29
• List of Publications 58
• List of Presentations 59
• List of Attended Projects 60
• 초록 61