PEGDA / 메타크릴화 콘드로이틴 황산 (MeCS) 하이드로겔

UV 광가교 복합 하이드로겔 스캐폴드: 메타크릴화 콘드로이틴 황산 (MeCS, 0–10% w/v)을 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트 (PEGDA, 20% w/v, MW 3400) 매트릭스에 공중합한 구조체. 외인성 휘틀로카이트 (WH) 나노입자를 매립하는 WH-MeCS-cryogel (paper_073)과 달리, 이 스캐폴드는 사전 탑재된 무기물을 포함하지 않으며 — CS의 황산기가 용액으로부터 Ca²⁺/PO₄³⁻를 포집하여 하이드로겔 표면에 hydroxyapatite를 in situ 핵형성한다 (sulfate-group-sequential-ion-recruitment 참조).

WH-MeCS-cryogel (paper_073)과의 구분: 두 스캐폴드 모두 MeCS/PEGDA 골격을 공유하지만, paper_088은 CS 이온 포집만에 의존하는 반면 (외인성 무기물 없음) paper_073은 WH 나노입자를 함께 탑재한다. 동계 스캐폴드이나 별개의 항목으로 유지한다.

합성 및 조성

• MeCS (0–10% w/v)를 PEGDA (20% w/v, MW 3400)에 UV / Irgacure 2959 광가교 (3.5 mW cm⁻², 5 min)로 공중합 (see Kim et al., ACS Appl. Mater. Interfaces (2017), Materials and Methods).
• MeCS 합성은 ¹H NMR로 확인됨 (비닐 양성자 피크: 6.207 및 5.768 ppm; 치환도 DS ~10–12% per disaccharide; see Kim et al., ACS Appl. Mater. Interfaces (2017), Fig. 1).

물리적 특성 (see Kim et al., ACS Appl. Mater. Interfaces (2017), Figs. 1–2)

• 제타 전위 적정 (pH 2–9): 10% MeCS는 −2.1 ~ −61.2 mV 범위를 나타내는 반면, PEGDA 단독은 +12.2 ~ −33.7 mV 범위를 나타냄 (Fig. 1e). 황산기로 인해 표면이 점진적으로 더 음전하를 띠게 된다.
• 팽윤비 Q: 0% MeCS 6.04 ± 0.04; 5% 7.0 ± 0.4; 10% 8.0 ± 0.4.
• 효소적 분해 (콘드로이티나제, 0.5 U mL⁻¹, 9 d): 10% MeCS 77.4 ± 1.9% 잔존 질량 대 0% PEGDA 95.8 ± 2.9% — CS 분율이 높아질수록 분해성 증가.
• 기공 구조 MeCS 농도와 무관하게 균일함 (~3000 µm² 기공 면적) (Fig. 2b–d).

역할

이 스캐폴드는 CS 매개 in situ hydroxyapatite 침전이 일어나는 기질이며 (sulfate-group-sequential-ion-recruitment); 사전 광화된 하이드로겔은 이후 인간 비갑개 유래 MSC의 골형성 분화를 지지한다 (osteoblast-proliferation-whitlockite, CS-hydrogel 행 참조). 본 스캐폴드는 scaffold로 분류되며 — 소비되거나 촉매 작용 없이 HAP 및 세포의 공간적 조립을 조직화하는 생체분자 템플릿이다.