| 초록 |
1.분석자 서문 셀룰로오스는 높은 생체적합성, 저렴한 비용 및 용이한 가용성으로 인하여 다양한 연구 분야에서 응용될 수 있다. 본 분석물에서는 생물의학 분야에서 셀룰로오스를 응용한 가장 최신의 자료들을 다루어보고자 한다. 따라서, 먼저 셀룰로오스 섬유의 화학적/구조적 구성, 셀룰로오스 기원/특성 및 셀룰로오스의 화학적 개질을 통한 특성 개선 등에 대하여 설명하고, 바이오의약에서 셀룰로오스를 이용한 잠재적 응용 분야에 대하여 논의하고자 한다. 이 분야에서 셀룰로오스는 나노 크기 입자, 즉 나노섬유 셀룰로오스(nanofiber cellulose, NFC) 또는 셀룰로오스 나노결정(cellulose nanocrystal, CNC) 형태를 주로 다루고자 한다. NFC는 화학적 및 기계적인 방법을 통해 셀룰로오스를 얻을 수 있고 CNC는 강산 가수분해를 통하여 얻어진다. 이 두 재료 모두 기계적 성질, 넓은 표면적 및 낮은 독성으로 인하여 바이오의약 분야의 소재로 적합하다. 또한 상처치유, 뼈연골 재생, 치과적 적용 및 암을 비롯한 다양한 인간 질병 분야에서 나노셀룰로오스가 잠재적으로 응용될 수 있는 방법들을 제시하고 실제 임상 사례들 역시 소개하고자 한다. 2. 목차 1. 서론 2. 셀룰로오스 섬유의 화학적 및 구조적 조성 3. 셀룰로오스의 원료 및 특징 4. 셀룰로오스의 분리 및 화학적 변형 4.1. Nanofibrillar Cellulose (NFC) 4.2. Cellulose Nanocrystal (CNC) 4.3. Microcrystalline Cellulose (MCC) 4.4. 나노셀룰로오스의 화학적 변성 5. 생물의학적 응용 5.1. 상처치유 5.2. 뼈재생 5.3. 연골 재생 5.4. 치과 응용 분야 5.5. 기타 응용 5.6. 임상시험 6. 결론 및 분석자 전망 나노셀룰로오스는 생체적합성, 생분해성, 저비용 및 용이한 가용성으로 인하여 다양한 분야에서 응용이 가능하다. 생물의학 분야에서 과학자들은 나노셀룰로오스의 강도를 이용하여 뼈재생과 같은 다양한 용도에 부합되는 재료를 생산하려 시도하고 있다. 특히, 나노셀룰로오스는 다양한 화학적 유도체뿐만 아니라 줄기세포의 탑재가 가능하기 때문에 약물 전달체뿐만 아니라 스케폴드로서도 상당한 잠재력이 있다. 또한 알긴산과 같은 무기물질과도 적절히 결합될 수 있기 때문에 lsquo;바이오잉크 rsquo;와 같은 연질 물질의 생산에도 매우 적합한 재료로 부각되고 있다. 나노셀룰로오스는 다양한 형태로 가공이 가능한데, 겔 형태의 나노셀룰로오스 기반 물질은 결장 점막에 적절하게 부착할 수 있고 물 침투에 대한 장벽을 생성하여 겔 영구성 및 약물 국소 투여를 가능하게 할 수 있다. 약물 전달 장치로서 나노셀룰로오스에 탑재할 수 있는 물질은 통상적으로 FDA에 승인된 약물뿐만 아니라 siRNA와 같은 새로운 형태의 약물도 탑재가 가능하다. 사실 siRNA를 이용하여 유전자 치료를 하려는 시도는 무수히 이루어져왔으나, siRNA가 생체 내로 도입되었을 때 그 생물학적 불안정성으로 인하여 제대로 된 약물 전달성을 기대하기가 어려웠다. 그러나 그림 6에 나타낸 바와 같이, 나노셀룰로오스계의 물질을 전달체로 이용할 경우 효과적인 세포 전달을 도울 수 있다. 다만, 나노셀룰로오스는 DNA와 동일하게 음전하를 띠기 때문에 자체적으로는 siRNA와 결합할 수 없다. 따라서 나노셀룰로오스에 양성 분자를 결합하여 사용하는 방법이 연구되고 있다. 현재 치과용 재료나 여드름 치료제 등에서는 임상시험이 진행되고 있어서 실제로 나노셀룰로오스가 임상에서 사용되는 날이 멀지 않았다. 우리나라에서도 LG가 미래산업을 이끌 차세대 핵심 소재로 나노셀룰로오스를 낙점하여 대나무에서 추출한 나노셀룰로오스를 투명한 형태로 가공해 폴더블 디스플레이 등 차세대 디바이스의 커버나 자동차 전장용 소재로 활용할 예정이다. 이렇듯 나노셀룰로오스의 응용 범위 및 미래성은 무척 밝지만 지금까지 나노셀룰로오스를 얻기 위하여 사용되는 방법은 많은 에너지와 시간을 필요로 하는 기계적 처리를 통하여 이루어지고 그 수율 역시 낮다는 점이 나노셀룰로오스의 상용화에 걸림돌이 되고 있다. 향후 기계적 처리법이 개선되어 전체적으로 생산 과정이 간단하고 에너지 비용은 적으면서 수율은 높은 방법이 개발될 경우 급속도로 그 응용 범위가 확산될 것으로 기대하고 있다. References 1. Halib N., Perrone F., Cemazar M., et al., Potential application of nanocellulose-containig materials in the biomedical field. Materials (Basel) 2017; 10: 977-1008. 2. Rowland S., Roberts E.J. The nature of accessible surfaces in the microstructure of cotton cellulose. J. Polym. Sci. Part A Polym. Chem. 1972;10:2447 ndash;2461. 3. El-Saied H., Basta A., Gobran R. Research progress in friendly environmental technology for the production of cellulose products (bacterial cellulose and its application) Polym.-Plast. Technol. Eng. 2004;43:797 ndash;820. 4. Food and Drug Administration . Guidance for Industry. FDA; Silver Spring, MD, USA: 2012. Pyrogens and endotoxins testing: Questions and answers 5. De Wulf P., Joris K., Vandamme E.J. Improved cellulose fromation by an Acetobacer xylinum mutant limited in (keto)gluconate synthesis. J. Chem. Technol. Biotechnol. 1996;67:376 ndash;380. 6. SirO I., Plackett D. Microfibrillated cellulose and new nanocomposite materials: A review. Cellulose. 2010;17:459 ndash;494. 7. Johari N., Ahmad I., Halib N. Comparison Study of Hydrogels Properties Synthesized with Micro- and Nano- Size Bacterial Cellulose Particles Extracted from Nata de coco. Chem. Biochem. Eng. Q. 2012;26:399 ndash;404. 8. Harper B.J., Clendaniel A., Sinche F., Way D., Hughes M., Schardt J., Simonsen J., Stefaniak A.B., Harper S.L. Impacts of chemical modification on the toxicity of diverse nanocellulose materials to developing zebrafish. Cellulose. 2016;23:1763 ndash;1775. 9. Heo D.N., Yang D.H., Lee J.B., Bae M.S., Kim J.H., Moon S.H., Chun H.J., Kim C.H., Lim H.N., Kwon I.K. Burn-wound healing effect of gelatin/polyurethane nanofiber scaffold containing silver-sulfadiazine. J. Biomed. Nanotechnol. 2013;9:511 ndash;515. 10. Mo Y., Guo R., Zhang Y., Xue W., Cheng B., Zhang Y. Controlled Dual Delivery of Angiogenin and Curcumin by Electrospun Nanofibers for Skin Regeneration. Tissue Eng. Part A. |
