| 초록 |
1.분석자 서문 하이드로젤은 물이 충분히 존재하는 환경에서 친수성 고분자 사슬로 형성된 3차원 네트워크의 일종으로 다양하게 조절이 가능한 물리적, 화학적 특성을 띠고 있다. 다양한 천연고분자 및 합성고분자들이 하이드로젤의 제조에 쓰이고 있으며, 각 고분자들은 하이드로젤로 형성될 때 물리적으로 얽힌 구조를 이루거나 또는 화학적 공유결합을 통한 가교로 안정화된 구조를 이룬다. 예를 들어, 하이드로젤은 자극-반응성 분자와 성장인자 간의 기능성을 향상시키는 화학적 그리고 생물학적 활성을 띠는 인식 부분의 결합을 통해 가교 방법을 더욱 조절할 수 있다. 하이드로젤 시스템의 다양성은 생물의학, 소프트 전자장치, 센서 및 액추에이터를 비롯한 다양한 분야에서 널리 응용되고 있다. 예를 들어, 적절한 강도와 생체활성 부분을 가지는 하이드로젤은 세포의 행동을 조절한다. 화학적으로 활성을 띠거나 선광 성질을 이용해 하이드로젤을 제조하였을 때, 하이드로젤은 그 성질들에 의해 물질을 감지하고 주문형 작동을 한다. 클릭화학, 젤화 메커니즘의 조합, 나노물질의 도핑과 같은 화학적 방법의 발전으로 인해 물리화학적 특성이 보다 잘 조절된 하이드로젤이 제조되고 있다. 더욱이 기존의 하이드로젤 매트릭스의 정적이고 균일한 미세구조 환경은 생물학적 조직의 계층의 복잡한 구조와 유사하다고 할 수 없다. 혁신적인 구성 전략들이 사전에 정해진 경로를 따라 모양을 전개할 수 있는 하이드로젤의 역동적으로 조절이 가능하게끔 할 뿐만 아니라, 공간적 불균질성을 제어할 수 있는 구성 전략들이 특정 위치의 세포의 행동을 결정할 수 있고, 조직의 결합 및 장치적 기능들을 결정하게끔 하는 방법들이 개발되고 있다. 2. 목차 1. 하이드로젤의 구조 (Hydrogel formation) 2. 강조의 조절 (Tuning the strength) 3. 손상과 치유(Break and heal) 4. 동적 조절(Dynamic modulation) 5. 하이드로젤의 형태 (Shaping the hydrogels) 6. 전망(Outlook) 7. 분석자 의견 이 리뷰논문에서 다루는 하이드로젤은 물리화학적 특성 중에서도 기계적 물성의 조절기술과 다양한 스케일을 가지는 구조체의 설계를 통해 생체 조직과 유사한 구조 및 구성을 지니게 하는 전략들에 대해 설명하고 있다. 하지만 이러한 우수한 강도를 지니거나 기계적 물성이 뛰어난 하이드로젤의 경우 실질적으로 세포가 하이드로젤 내로 확산 또는 이주하거나 침투되기 어렵다. 하이드로젤은 ECM 또는 주위세포와 상호작용할 수 있어야 하고, 그 구조가 요구되는 시간에 따라 적절히 생체분해 되어야하며, 여러 신호전달 물질들이 생체조직 또는 기관의 특성에 맞게 발현되어야 한다. 결과적으로 손상된 조직을 복구할 수 있게 유도가능한 지지체로 설계되어야 한다. 또한 약물전달시스템(DDS; Drug delivery system) 관점에서 보았을 때 세포의 신호전달에 관여하거나 질병부위의 상처수복과 동시에 친수성 약물을 방출하여 자가회복을 돕는 세포지지체로서의 하이드로젤 응용, 마지막으로 난용성 약물의 전달의 한계성을 극복하는 전략들도 함께 다루어져야 할 필요성이 있다. References 1. Zhang, Y.S., Khademhosseini A. Advances in engineering hydrogels. Science 356.6337 (2017): eaaf3627. 2. J. D. Hartgerink, E. Beniash, S. I. Stupp, Self-assembly and mineralization of peptide-amphiphile nanofibers. Science 294, 1684 ndash;1688 (2001). 3. Z. Yang, B. Xu, Supramolecular hydrogels based on biofunctional nanofibers of self-assembled small molecules. J. Mater. Chem. 17, 2385 ndash;2393 (2007). 4. M. A. Azagarsamy, K. S. Anseth, Bioorthogonal click chemistry: An indispensable tool to create multifaceted cell culture scaffolds. ACS Macro Lett. 2, 5 ndash;9 (2013). 5. J.-Y. Sun et al., Highly stretchable and tough hydrogels. Nature 489, 133 ndash;136 (2012). 6. J. Li, Z. Suo, J. J. Vlassak, Stiff, strong, and tough hydrogels with good chemical stability. J. Mater. Chem. B Mater. Biol. Med. 2, 6708 ndash;6713 (2014). 7. A. Paul et al., Injectable graphene xide/hydrogel-based angiogenic gene delivery system for vasculogenesis and cardiac repair. ACS Nano 8, 8050 ndash;8062 (2014). 8. M. Nakahata, Y. Takashima, H. Yamaguchi, A. Harada, Redoxresponsive self-healing materials formed from host-guest polymers. Nat. Commun. 2, 511 (2011). 9. R. G. Wylie et al., Spatially controlled simultaneous patterning of multiple growth factors in three-dimensional hydrogels. Nat. Mater. 10, 799 ndash;806 (2011). 10. C. A. DeForest, D. A. Tirrell, A photoreversible proteinpatterning approach for guiding stem cell fate in threedimensional gels. Nat. Mater. 14, 523 ndash;531 (2015). ※ 이 자료의 분석은 안국약품㈜ 중앙연구소의 엄민용님께서 수고해주셨습니다. |
