Basic fibroblast growth factor (bFGF) was released in a controlled manner from heparin immobilized porous poly(D,L-lactic-co-glycolic acid) (PLGA) microspheres to induce angiogenesis. Porous PLGA microspheres were prepared using an oil-in-water (O/W) single emulsion method using Pluronic F-127 as an extractable porogen. Primary amine groups were introduced onto the porous microspheres, and then heparin was surface immobilized via covalent conjugation. The amount of conjugated amine group was 1.93 ± 0.01 nmol/mg-microspheres, while the amount of heparin was 95.8 pmol/mg-microspheres. bFGF was loaded into the unmodified PLGA and heparin functionalized (PLGA-heparin) microspheres by a simple dipping method and their in vitro release behaviors were examined. PLGA-heparin microspheres released out bFGF in a more sustained manner with a smaller extent of initial burst than PLGA microspheres, indicating that surface immobilized heparin controlled the release rate of bFGF. Subcutaneous implantation of bFGF loaded PLGA-heparin microspheres in mice significantly induced the formation of new vascular microvessels.
신생혈관형성(Angiogenesis)은 주변 조직에 산소와 영양 공급의 면에서 허혈성 심장 질환 치료, 조직 재생 등에 매우 중요하다. 신생혈관형성을 유도하는 성장인자에는 여러 가지가 있으나, 대부분은 체내에 직접 투여시 즉시 분해되어 높은 농도를 주입하여야 하고, 국소 부위가 아닌 전신에서 효과가 나타나게 된다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 미립구에 성장인자를 봉입하여 국소 부위에 서서히 방출하는 약물전달시스템이 개발되고 있다.
본 연구에서는 신생혈관 형성을 유도하는 성장인자인 basic fibroblast growth factor (bFGF)을 헤파린 고정화 다공성 PLGA 미립구에 봉입하여 방출시켰다.(Figure1) Pluronic F-127을 공극원(porogen)으로 하여 oil-in-water (O/W) 단일 유화법(Figure2)을 사용하여 다공성 PLGA 미립구를 제조하였다.(Figure3) 다공성 미립구에 아민기를 도입한 후 헤파린을 공유결합에 의해 표면에 고정화하였다. 도입된 아민기의 양은 미립구 단위 질량(mg) 당 1.93 ± 0.01 nmol이었고, 헤파린의 양은 미립구 단위 질량(mg) 당 95.8 pmol이었다. 미립구 표면에 도입된 아민기와 고정화 헤파린을 형광 염색법에 의해 관찰한 결과 미립구 전체와 공극 내부까지 개질됨을 확인하였다(Figure 4).
헤파린 고정화 PLGA (PLGA-heparin) 미립구의 bFGF 국소적 서방형 방출 능력을 입증하기 위해 bFGF를 미립구에 봉입하여 in vitro에서 방출 경향을 관찰하였다. PLGA-heparin 미립구는 개질되지 않은 PLGA 미립구보다 bFGF를 서방형으로 방출하였고 초기 급방출(initial burst)이 감소하였으므로, 표면 고정화 헤파린이 bFGF의 방출 속도를 조절함을 알 수 있었다. 또, bFGF 봉입 PLGA-heparin 미립구를 쥐의 피하에 주입하여 혈관 분포를 관찰하였다. PLGA-heparin 미립구의 경우 PLGA 미립구보다 신생혈관형성이 크게 증가하는 결과가 나타나, 방출된 bFGF의 생리활성이 유지됨을 입증할 수 있었다.(Figure 6.7).
