유기바이오소재실험 예비레포트1. 실험목적조직공학, 의료용 생체재료 및 약물전달 고분자로 활용되고 있는 히알루론산은 천연 고분자 자체의 기계적 특성의 한계 때문에, 그 적용이 매우 제한적이다. 이에 히알루론산의 적용을 확대하기 위한 방법으로, 히알루론산을 화학적으로 개질하여 히알루론산 유도체를 합성하는 방법을 본 실험을 통해 알아보고자 한다.2. 이론- 히알루론산(Hyaluronic Acid)히알루론산(HA)은 생물을 구성하는 세포 기질과 다양한 조직의 중요한 구성 요소이다. 수분 보유력이 높고 점탄성이 높으며, 물리적 ? 생물학적 특성이 좋아 화학적으로 변형되어 좋은 약물 운반체가 되어 약물 전달에 있어 굉장히 중요한 물질이다. 구조는 β-1,3 글리코사이드 결합을 통해 N-아세틸글루코사민과 D-글루쿠론산에 의해 화학 구조가 연결되어 있는 선형 글리코사미노글리칸이며, 이당류 단위는 β-1,4 글리코사이드 결합을 통해 결합된다. HA 분자에 포함된 다량의 하이드록실기와 카르복실기는 수용액 내에서 다수의 분자내 및 분자간 수소 결합을 형성할 수 있으며, 이러한 수소 결합은 HA 분자 사슬에 일정한 강성을 부여하여 단일 나선 구조 또는 이중 나선 구조를 나타낸다. 히알루론산은 기원 및 제조 방법에 따라 분자량이 0.1 × 10^6 ∼ 10 × 10^6 dalton (Da)으로 매우 다양한데, 분자량에 따라 점성, 보습성 및 탄성이 좌우된다. 여기서 1달톤은 1.661×10^－24(＝아보가드로수의 역수)g에 해당한다.- 히알루론산 유도체의 제조순수한 히알루론산을 바이오 소재로 사용하는데 있어서, 생물학적 기능을 유지할 수 있다는 생체적합성의 장점 외에는 다양한 형태의 생체재료로 합성할 수 없다는 문제점과 함께, 생체재료에 적용하는데 있어서 기계적 특성을 충족하지 못한다는 한계를 가진다. 히알루론산의 화학적 개질을 유도하는 방법으로는 고분자의 반복단위 내에 존재하는 카복실기(-COOH)과 하이드록실기(-OH) 를 이용하는 것이 가장 일반적이다.히알루론산의 유도체를 만들어냄으로써 원하는 조직/장기 적용 분야에 적합한 물리?화학적 특성으로 알맞게 생체재료를 개발할 수 있고, 약물전달체로 활용하는 경우에는 생체 내에서 고분자의 생분해 시간을 연장할 수 있기 때문에 서방성 약물 시스템으로 활용하는 것이 가능하게 된다.1) 카복실기를 이용한 히알루론산 유도체 합성1-1) 에스테르화 반응히알루론산의 에스테르화 반응을 이용한 생체재료 개발은 다이메틸포름아마이드 용매에서 히알루론산의 테트라(n-부틸)암모늄 염과 알킬할라이드와의 반응 메커니즘으로 합성된다. 에스테르화 반응이 진행된 다음에 얻어진 생체재료는 불용성 수용액으로 형성되며, 사출 공정에 의해 막과 섬유로 생산되거나 동결건조를 통하여 스펀지 형태로 생산되며, 스프레이 건조, 추출 및 건조에 의하여 마이크로입자 제조가 가능하다. 제조된 샘플은 히알루론산의 에스테르화정도에 따라 건조시 기계적 특성은 우수하나, 수화된 샘플은 강도가 약해지는 특성이 보인다.1-2) Carbodiimide 반응히알루론산의 카복실기와 carbodiimide 화합물의 반응은 일반적으로 카복실기가 양성자화 되고 약간의 아민 염기가 친핵성 형태를 띠게 되어 공유결합체를 생성하는 pH 4.75 수용액 상에서 수행한다. Carbodiimide를 이용한 히알루론산과 일차 아민 사이의 결합에서는 아마이드 생성물이 거의 발생되지 않고, 재배열된 N-아실 우레아 화합물이 주로 형성된다. 반응이 진행됨에 따라 반응물에서의 pH가 증가하기 때문에, 4.75의 산성 pH를 유지하기 위하여 HCl 수용액을 지속적으로 첨가하여 반응을 조절해 준다.- 투석(Dialysis)의 원리반투막을 사용하여 콜로이드·고분자 용액을 싸고, 이것을 순수 내지는 다량의 용매에 담가두어 저분자나 이온으로 섞여 있는 불순물이 막 밖으로 확산하는 것을 이용하여 콜로이드·고분자 용액을 정제하는 조작을 말한다. 투석에 이용되는 반투막은 분자량 한계치(molecular-weight cutoff, MWCO)에 따라 보통 구분하는데 이 값보다 낮은 분자량의 물질은 투과되고 높은 분자량의 물질은 투과되지 않아서 분자량에 따라 물질을 분리할 수 있게 된다.
