소개글
"바이오 실험"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. 바이오 실험 개요
1.2. 약물 전달 시스템의 중요성
1.3. HA-PLGA 나노입자 소개
2. 실험 방법
2.1. Drug release test 실험 방법
2.2. 약물 저장도 및 방출도 측정
2.3. UV-visible spectroscopy를 통한 측정
3. 실험 결과 및 분석
3.1. 약물 저장도 데이터 분석
3.2. 약물 방출 거동 분석
3.3. 누적 방출량 및 방출도 계산
4. 고찰
4.1. Localized Surface Plasmon Resonance 현상
4.2. 나노입자 안정화를 위한 PEG 사용
4.3. Trisodium citrate dihydrate 환원제의 역할
4.4. 기공 형성 메커니즘
5. 결론
5.1. 실험 결과 요약
5.2. HA-PLGA 나노입자의 활용 가능성
5.3. 향후 연구 방향
6. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. 바이오 실험 개요
생명과학 분야에서 나노기술을 활용한 약물 전달 시스템의 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 약물을 내부에 담지하고 외부로부터 보호할 수 있는 나노입자에 대한 관심이 높다. 이 중 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid))는 생분해성이 뛰어나 약물 전달 시스템에 널리 사용되는 합성고분자이다. 또한 천연고분자인 HA(hyaluronic acid)를 PLGA와 결합시킨 HA-PLGA 나노입자는 생체적합성과 친수성이 우수하여 약물의 방출 거동을 조절할 수 있는 효과적인 약물 전달체로 주목받고 있다. 본 바이오 실험에서는 HA-PLGA 나노입자를 합성하고 약물의 저장도와 방출 특성을 평가하고자 한다. 이를 통해 HA-PLGA 나노입자의 약물 전달 시스템으로서의 활용 가능성을 확인하고자 한다.약물 전달 시스템(Drug Delivery System)은 약물의 방출, 흡수를 제어하거나 체내의 특정 부위에 약물을 표적화하여 전달하는 것을 목적으로 한다. 이를 통해 약물의 부작용을 줄이면서도 효능을 극대화하여 필요한 양의 약물을 일정 시간 동안 효과적으로 유지할 수 있다. 특히 나노기술을 이용한 약물 전달 시스템은 약물을 나노입자 내부에 담지하여 외부 공격으로부터 보호하고 서서히 방출되도록 조절할 수 있다. 이러한 약물 전달 시스템은 치료 효과를 높이고 부작용을 최소화할 수 있어 의학 및 제약 분야에서 매우 중요한 연구 주제이다.
1.2. 약물 전달 시스템의 중요성
약물 전달 시스템의 중요성은 다음과 같다. 약물 전달 시스템은 약물의 방출, 흡수를 제어하거나 체내의 특정부위에 약물을 표적화하여 전달하기 위한 것으로, 약물의 부작용을 줄이면서 효능을 극대화시켜 필요한 양의 약물을 표적부위에 일정시간 동안 효과적으로 머무를 수 있도록 조절하기 위한 것이다. 특히 나노기술을 이용한 약물전달 시스템이 많이 개발되고 있는데, 나노입자의 경우 내부에 약물을 담지하고 외부에는 약물을 외부의 공격으로부터 보호할 수 있으며 약물을 천천히 방출할 수 있는 물질을 사용할 수 있다. 약물이 담지된 나노입자를 몸 속으로 주입하면 약물이 서서히 방출되면서 표적 세포에 약효를 발현하게 된다. 따라서 약물이 방출될 때에는 천천히 방출되어 지속적으로, 일정한 양이 방출되어야 하는 것이 중요하다. 체내에 약물이 너무 많이 존재하게 되면 독성을 나타내게 되지만 반대로 너무 적은 양이 존재하게 되면 치료효과가 나타나지 않기 때문에 치료효과가 나타나는 범위 내에 유지되는 농도로 방출되는 것이 중요하다. HA-PLGA 나노입자의 경우 PLGA가 분해되면서 약물이 방출되는 메커니즘을 가지고 있는데, PLGA의 분해속도는 PGA와 PLA의 비율을 통해 조절할 수 있다.
1.3. HA-PLGA 나노입자 소개
PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)는 생분해성 합성고분자이며, 조직공학에서는 특정 세포의 부착, 증식 및 분화를 위해 다공성 지지체로 널리 사용된다. PLGA는 poly(lactic acid)(PLA)와 poly(glycolic acid)(PGA)의 공중합체로, 물리적, 화학적, 생분해성 특징이 많은 고분자이다. 특히, 공중합체의 비율을 다양하게 함으로써 생체적합성과 분해 속도, 기계적 특징을 쉽게 조절할 수 있기 때문에 가장 널리 사용되는 생분해성 고분자 중 하나이다. 가수 분해가 되면 젖산과 글리콜릭산을 만들어내고 결국에는 이산화탄소와 물로서 체외로 배출되기 때문에 생분해성 합성고분자 중 많이 사용된다. 일반적으로 PLA의 비율이 PGA보다 낮은데, 이는 PLA의 분해 속도가 PGA보다 느리기 때문이다. 이 실험에서 사용된 PLGA는 PLA 75%, PGA 25%의 비율이며 분자량은 20,000 g/mol이다.
PLGA는 구조적인 특성에 따라 다양한 물리 화학적인 특성을 나타내는데, 높은 분자량을 가지는 PLGA는 기계적 강도가 뛰어나 뼈를 고정시키는 못이나 나사 등에 사용되기 적합하지만, 낮은 분자량을 가지는 PLGA는 amorphous하여 주로 약물 전달이나 조직공학 등의 분야에 사용된다.
HA(hyaluronic acid)는 천연 선형고분자로, 생분해성을 가지며 생체적합한 특성을 가지는 물질이다. 그러나 HA 자체는 분해가 잘 되기 때문에 화학적 변형을 통해 안정성을 높인 hydrogel을 형성하는 방법을 사용한다. HA에 존재하는 작용기인 카르복실기와 히드록실기의 화학적 변형에는 다양한 방법이 있지만, 가장 많이 사용되는 방법은 수용액 하에서 일어나는 화학적 변형이다.
PLGA는 비교적 소수성한 특징을 가지고 있지만, HA는 친수성한 천연고분자이다. 이와 유사한 특징을 가지는 물질로는 PEG-PLGA와 같은 물질이 있다. 친수성 물질과 소수성 물질이 함께 존재하는 이런 물질을 양친성 이중 블록공중합체라고 하며, 이들은 주로 약물 전달 분야에 사용된다.
2. 실험 방법
2.1. Drug release test 실험 방법
나노입자로부터 약물이 방출되는 거동을 측정하는 방법은 다양하다. 그 중 대표적인 방법이 바로 투석막을 이용한 방법이다.
투석백 확산법이라고 하는 이 방법은 특정 부피의 콜로이드 형태의 나노입자를 투석막에 넣고 밀봉하여 방출실험을 시행할 완충용액(PBS 등)에 집어넣는다. 인체의 온도와 같은 37도 정도로 계속 온도를 유지하면서 교반시켜준다. 특정한 시간에 투석백 밖으로 나온 약물의 양을 적당한 측정 방법으로 결정하여 약물 방출량을 측정한다.
이런 측정법의 단점은 방출양이 약물의 방출에 의해서만 결정되지 않고 방출된 약물과 나노입자가 혼합될 수 있으므로 분산 시스템의 여러 상 사이의 분배계수에 의해서도 영향을 받는다는 점이다. 하지만 정맥 주사를 통해 나노입자를 주입해서 약물을 방출할 경우, 체내 방출량을 예상하는데 유용하게 사용될 수 있다.
이 방법 외에도 원심 분리 등의 방법을 사용하여 방출된 약물과 나노입자를 분리한다.
UV-vis 영역의 빛을 입사시켜 물...
참고 자료
Jeong, Woo Yeup, et al. "Transdermal delivery of Minoxidil using HA-PLGA nanoparticles for the treatment in alopecia." Biomaterials research 23.1 (2019): 16
윤혜원, et al. "나노의학: 나노물질을 이용한 약물전달시스템과 나노입자의 표적화." Nucl Med Mol Imaging 42.5 (2008).
박태관, and 유혁상. "생분해성 고분자를 이용한 약물 전달용 나노 입자." Polymer Science and Technology 12.1 (2001): 46-52.
Jeong, Woo Yeup, et al. "Transdermal delivery of Minoxidil using HA-PLGA nanoparticles for the treatment in alopecia." Biomaterials research 23.1 (2019): 16
Wang, Zhenming; Wang, Zhefeng; Lu, William Weijia; Zhen, Wanxin; Yang, Dazhi; Peng, Songlin (2017-10-06). "Novel biomaterial strategies for controlled growth factor delivery for biomedical applications"
Misner, Thorne and Wheeler (1973)와 Weinberg (1971) Physical space textbook
S. Meier - Plasmonics: Fundamentals and Applications
Ying, Jackie (2001). Nanostructured Materials. New York: Academic Press. ISBN 0-12-744451-3. Retrieved 6 December 2016.
Brinker, C.J. & Scherer, G.W. (1990). Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing. Academic Press. ISBN 0-12-134970-5.
Hartley, G.S. (1936) Aqueous Solutions of Paraffin Chain Salts, A Study in Micelle Formation, Hermann et Cie, Paris
"Bubbles, Bubbles, Everywhere, But Not a Drop to Drink". The Lipid Chronicles. Archived from the original on 26 April 2012. Retrieved 1 August 2012.
McCrum, N. G.; Buckley, C. P.; Bucknall, C. B. (1997). Principles of polymer engineering. Oxford ; New York: Oxford University Press. p. 1. ISBN 0-19-856526-7.
http://goldbook.iupac.org/M03667.html; accessed 7 October 2012. Per the IUPAC Gold Book and PAC sources referenced therein, "In many cases, especially for synthetic polymers, a molecule can be regarded as having a high relative molecular mass if the addition or removal of one or a few of the units has a negligible effect on the molecular properties." However, they note that the "statement fails in the case of certain macromolecules for which the properties may be critically dependent on fine details of the molecular structure."
Feynman, R. (1964). "The Brownian Movement". The Feynman Lectures of Physics, Volume I. pp. 41-1.
Jeong, Woo Yeup, et al. "Transdermal delivery of Minoxidil using HA-PLGA nanoparticles for the treatment in alopecia." Biomaterials research 23.1 (2019): 16
Organic Chemistry/Solomons, T. W. Graham.
전하얀, et al. "여러 가지 천연고분자를 함유한 PLGA 하이브리드 지지체에서 토끼 골수줄기세포의 골분화 능력 평가." 폴리머 41.5 (2017): 867-873.
Danhier, Fabienne, et al. "PLGA-based nanoparticles: an overview of biomedical applications." Journal of controlled release 161.2 (2012): 505-522.
Park, Jung Kyu, et al. "Guided bone regeneration by poly (lactic-co-glycolic acid) grafted hyaluronic acid bi-layer films for periodontal barrier applications." Acta Biomaterialia 5.9 (2009): 3394-3403.
