Temperature-sensitive hyaluronic acid (HA) hydrogels were synthesized by photopolymerization of vinyl group modified HA in combination with acrylate group end-capped poly(ethylene glycol)-poly(propylene glycol)-poly(ethylene glycol) tri-block copolymer (Pluronic F127). The synthesized HA/Pluronic composite hydrogels gradually collapsed with increasing temperature over the range of 5-40℃, suggesting that the Pluronic component formed self associating micelles in the hydrogel structure. Upon prolonged incubation in a buffer medium, the micelles slowly degraded due to the hydrolytic scission of the ester linkage between the Pluronic and acrylate group. The mass erosion occurred much faster at 37℃ than at 13℃, indicating that at the higher temperature, the ester linkage between the Pluronic and acrylate group might be more exposed to an aqueous environment and thus be more readily hydrolyzed due to Pluronic micellization. Incorporation of recombinant human growth hormone in the hydrogel resulted in a sustained release profile which followed a mass erosion pattern.
본 연구에서는 하이루론산과 온도 민감성 고분자인 플루로닉을 변형시켜 광 개시 합성 방법으로 하이드로젤을 만들었다. 합성방법을 개략적으로 살피면, 우선 하이루론산의 카르복실기에 바이닐기를 가지고 있는 단분자인 N-(3-aminopropyl)methacrylamide를 접합시켰다. 가교제로서 아크릴산 단분자로 end-capping된 Pluronic F127이 사용되었다. 이렇게 합성된 merhacrylated HA와 di-acryloyl Pluronic을 서로 다른 몰 비로 섞어 녹인 후 UV를 조사하여 photopolymerization시켰다. 그 결과 형성된 HA/Pluronic hydrogel의 온도에 따른 swelling-deswelling behavior를 보기 위해, equilibrium swelling study와 oscillatory swelling study를 행하였다. Equilibrium swelling study에서는 5℃부터 42℃에 걸쳐 온도를 높이면서 각 온도에서 hydrogel을 equilibrium시키고 swelling ratio의 변화를 관찰하였다. 한편 oscillatory swelling study에서는 온도를 두 온도, 13℃와 37℃로 하루마다 번갈아 가면서 6일 간에 걸쳐 수행했다.
이 hydrogel은 화학적으로 가수분해되는 ester group이 HA와 pluronic을 연결하는 부분에 존재하므로 시간이 갈수록 degradation된다. 그 degradation되는 경향을 보기 위해 gel을 두 온도, 37℃와 13℃의 PBS(pH 7.4)에서 incubation시켰다. 각 period후에 gel의 dried weight를 재어 초기의 dried weight와의 비율로써 mass erosion percent를 계산하였다.
또한, hydrogel에서의 protein delivery양상을 보기 위해 model protein으로서 rhGH를 사용하였다. rhGH를 mixing solution에 incorporation시켜서 UV를 조사하여 gel을 만든 후, 37℃에서 rhGH release 양상을 관찰하였다.
합성된 HA/Pluronic hydrogel은 5℃에서 42℃에 걸쳐서 온도가 올라가는 동안 점차 collapse되는 양상을 보였다. 이는 hydrogel안의 pluronic component가 temperature-induced micellization의 특성을 가지기 때문에 gel이 temperature-dependent deswelling behavior를 나타내게 하는 것이다. 한편 온도를 13℃와 37℃로 번갈아서 incubation한 oscillatory swelling에서는 swelling ratio가 완벽하게 reversible하지 않고 시간이 갈수록 약간의 증가를 보였다. 이는 di-acryloyl pluronic의 양 끝에 있는 ester linkage의 점차적인 hydrolysis에 의해서 hydrogel이 화학적으로 degradation되기 때문이다. 실제로 gel을 13℃와 37℃에서 장기간에 걸쳐 incubation했을 때 gel의 mass erosion이 일어남을 관찰하였다. Mass erosion은 13℃ 보다 37℃에서 더 빨리 진행됐는데, 그 이유는 pluronic micellization이 일어나는 37℃ 에서 cleavable ester linkage가 aqueous environment에 더 노출될 것이고 그로 인해 더 쉽게 가수분해 될 것이라 사료된다.
hydrogel에 incorporate된 rhGH는 온도에 따라 상이한 release 방출 경향을 나타났을 뿐 아니라 controlled release되는 방출양상을 보였다.
