Thermally sensitive and biodegradable hydrogels based on Pluronic tri-block copolymers were prepared by a photo-polymerization method. Two terminal hydroxyl groups in Pluronic F-127 were acrylated to form a Pluronic macromer. Photo-crosslinked Pluronic hydrogels prepared by UV irradiation showed a gradually decreased swelling ratio with increasing temperature, and exhibited thermally responsive change in the swelling ratio when the temperature was cycled between 10℃ and 37℃. These Pluronic hydrogels degraded slowly due to the cleavage of ester linkage in the acrylated Pluronic terminal end. When lysozyme, a model protein drug, was loaded in the hydrogels, bi-phasic protein release profiles were attained: a burst-free and rapid controlled release profile was initially observed for a one week period and a much slower sustained release was followed thereafter. Released lysozyme from Pluronic hydrogel was almost identical to native one, indicating that UV irradiation wuth short time and low intensity did not significantly affect the conformation of lysozyme. The release rates could be controlled by varying the amount of Pluronic macromer for photo-polymerization. And, Poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) microspheres were physically entrapped within the Pluronic hydrogel in order to modulate local pH environment by acidic degradation by-products of PLGA microspheres. The PLGA microspheres were slowly degraded to create an acidic micro-environment, which facilitated the cleavage of an acid-labile ester-linkage in the biodegradable Pluronic hydrogel network. The presence of PLGA microspheres accelerated the degradation of the Pluronic hydrogel and enhanced protein release rate when Bovine serum albumin(BSA), a model protein drug, was loaded in the Pluronic hydrogel.
본 연구의 핵심은 자외선에 의한 광중합방법으로 온도 민감성 생분해성 플루로닉 하이드로젤을 합성하여 생리활성을 지닌 거대 약물분자들의 서방형 제어 방출거동을 보는 것이다. 이를 위해서 먼저 PEO-PPO-PEO로 구성된 플루로닉 공중합체의 양 말단을 acrylation을 시켜서, 중합반응이 가능한 macromer를 합성한다. 이렇게 합성된 macromer는 NMR과 IR 분석을 통해 72% 정도의 치환이 이루어졌음을 확인하였다.
이러한 macromer를 광개시제와 함께 15, 20, 25% (w/v) 수용액으로 만들고, 이를 상온에서 physical gelation후에 자외선을 조사하여 하이드로젤을 합성하였다. 이렇게 만들어진 플루로닉 하이드로젤은 온도가 증가함에 따라 PPO 그룹의 dehydration에 의해 swelling ratio가 점점 작아졌다. 그리고, 하이드로젤에 10℃ 와 37℃ 의 주기적인 온도변화를 가했을 때, 가역적으로 온도에 민감한 swelling ratio 그래프를 관찰할 수 있었다. 플루로닉 하이드로젤은 광중합에 의해 가교된 아크릴 그룹을 가진 플루로닉 양말단에 가수분해가 가능한 ester linkage를 가지고 있다. 따라서, incubation 시간에 따라 서서히 분해가 시작되는데, 플루로닉 macromer 함량이 낮은 15 % (w/v) 하이드로젤에서 가장 빠른 분해를 볼 수 있었다. 이것은 하이드로젤 내부로 물분자들이 보다 많이 함입하여 가수분해를 촉진시켰기 때문이다. 그리고, 하이드로젤로부터의 모델약물인 lysozyme의 방출거동을 보았을 때, bi-phasic 방출거동이 관찰되었다. 초기 일주일동안은 burst-free와 rapid controlled 방출양상을 보이다가 그 후로는 보다 느린 방출양상을 보였다. 약물의 방출속도는 광중합에 사용된 플루로닉 macromer의 함량에 의해 조절이 가능했는데, macromer 함량이 높을수록 하이드로젤의 가교밀도가 높기 때문에 내부에 있던 약물의 방출은 보다 느린 양상을 보였다.
Part I에서 플루로닉 하이드로젤은 incubation 동안에 느린 분해속도를 보였기 때문에 플루로닉 자체에 의해 체내에서 유발될 수도 있는 염증과 같은 부작용을 극복하기 위해서는 플루로닉 하이드로젤의 분해를 촉진시킬 수 있는 대책이 필요하다. 따라서, Part II에서는 이 같은 문제점을 해결하기 위해 생체적합성, 생분해성의 특징이 있는 PLGA 미립구를 이용하였다. 먼저, O/W 방법으로 PLGA 미립구를 만들고, 이것을 물리적으로 플루로닉 macromer 용액에 교반한 후에, 자외선에 의한 광중합으로 Part I에서처럼 하이드로젤을 만들었다. 그리고, 이 때 같이 함유된 PLGA 미립구는 가수분해에 의해 산성을 띠는 부산물을 만들기 때문에, 플루로닉 하이드로젤 내부에서는 물에 의한 가수분해와 PLGA 미립구의 산성을 띠는 부산물에 의한 acid-cleavage에 의해 하이드로젤의 분해를 촉진시켰음을 확인하였다. 그리고, 하이드로젤 내부에서의 heterogeneous 분해에 의한 하이드로젤의 물리적인 붕괴에 의해 내부의 모델약물인 Bovine serum albumin (BSA)의 방출이 더 촉진되었음을 역시 알 수 있었다.
