화상 상처 치료 시 다양한 표면을 위한 생체모방 젤라틴 기반 끈적이는 하이드로겔

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 13735(2022) 이 기사 인용

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적절한 화상 상처 관리는 환자의 순응도를 고려하고 상처 봉합을 가속화할 수 있는 환경을 제공합니다. 끈적끈적한 하이드로겔은 상처 관리에 도움이 됩니다. 이는 제어된 약물 전달 및 다양한 표면 접착 기능을 갖춘 예방 감염 패치 역할을 할 수 있습니다. 가설 중심 조사에서는 폴리비닐 알코올과 전분이 하이드로겔 백본으로 기능하는 젤라틴 기반 하이드로겔(GbH)에서 생체 영감을 받은 폴리도파민 특성을 탐구합니다. GbH는 O-H 그룹이 풍부한 표면으로 유망한 물리적 특성을 나타냈습니다. GbH는 건조한 표면(유리, 플라스틱 및 알루미늄)과 젖은 표면(돼지고기 및 닭고기)에 끈적거렸습니다. GbH는 경피 제형에 대한 수학적 동역학을 입증했으며 테스트 모델에서 GbH의 시험관 내 및 생체 내 독성은 모델의 건강한 성장과 생체 적합성을 확인했습니다. 퀘르세틴이 함유된 GbH는 은 설파디아진 치료 그룹과 동등한 쥐 모델의 2도 화상 상처에 대해 4일차에 45-50%의 상처 수축을 보여주었습니다. 인장 강도, 생화학 물질, 결합 조직 마커 및 NF-κB에 대한 추정치는 피부의 정상적인 수준을 모방하기 위해 GbH 처리된 치유된 상처에서 21일에 복원되었습니다. 생체 영감을 받은 GbH는 쥐 모델에서 2도 화상 상처의 효율적인 상처 치유를 촉진하여 전임상 적용 가능성을 나타냅니다.

자연에서 영감을 얻으려는 인류의 탐구는 새롭고 기능성이 뛰어난 하이드로겔을 성공적으로 만들어냈습니다1. 슬러그 기반 보호 점액의 생체 모방은 알기네이트-폴리아크릴아미드 조합의 강인하고 표면 점착성 하이드로겔의 개발에 기여했습니다2,3. 도파민이 수중 접착의 주성분으로 작용하는 홍합과 같은 수생 동물에서 영감을 받아 표면 접착 하이드로겔 디자인에 효과적인 도파민 복합체가 최근 개발되었습니다4. 많은 생체모방 하이드로겔은 분자 구조부터 거시적 기하학까지 다양한 기능을 이해하기 위한 모델로 생물계를 사용하여 설계되었습니다5. 하이드로겔은 친수성 폴리머 사슬의 복잡한 3차원(3-D) 네트워크이며 친수성 특성을 고려할 때 상당한 양의 물을 포함합니다6,7. 특히 인체는 물을 주성분으로 하고 하이드로겔은 많은 양의 물을 함유할 수 있기 때문에 물에 노출되면 부풀어오르는 현상이 나타납니다. 따라서 조직 공학, 약물 전달, 자가 치유 재료, 바이오 센서 및 지혈 붕대와 같은 다양한 생물 의학 용도에 대한 탁월한 후보가 될 수 있습니다8,9.

우리 몸의 가장 크고 필수적인 기관인 피부는 외부 방어층입니다. 건조 천(흡수성 거즈 또는 면)과 같은 전통적인 상처 드레싱 재료는 의학적 이점이 거의 없고 통증을 수반하며 드레싱을 자주 조정해야 하므로 환자에게 지속적인 고통을 야기합니다. 하이드로겔은 상처 부위의 적절한 습도 수준을 유지하여 치유를 촉진하므로 유망합니다. 대부분의 상처 치료 연구에서는 하이드로겔이 천연 세포외 기질과 유사한 3D 구조를 갖고 있어 상처에 습한 환경을 보장하므로 상처 드레싱에 가장 적합한 후보로 간주합니다10,11. 상피 골절과 결합 시스템은 외부 위험으로부터 충분한 보호를 보장하는 인체의 능력을 뒷받침합니다12. 피부는 멍과 긁힘부터 화상까지 인체의 모든 기관 중에서 가장 취약한 곳인 것 같습니다. 통계적으로 화상 부상은 네 번째로 가장 빈번하게 발생하는 쇠약해지는 외상 형태입니다13. 화상 상처는 장기적인 치료가 필요하기 때문에 이상적인 화상 상처 드레싱은 짧은 기간에 회복을 촉진하고 통증을 완화할 것으로 예상됩니다.

지난 10년 동안 홍합에서 영감을 얻은 카테콜 화학은 과학의 흥미로운 부분이 되었으며, 특히 폴리아크릴아미드와 비스-아크릴아미드 구성이 카테콜이 갇힌 하이드로겔 시스템의 일반적인 매트릭스인 하이드로겔에서 더욱 그렇습니다. 연구에 따르면 폴리아크릴아미드와 비스아크릴아미드가 피부에 장기간 또는 자주 접촉하면 동물 모델에서 피부염과 암을 유발할 수 있는 것으로 나타났습니다16. 전임상 연구 결과에 따르면 동물 모델 연구에서 폴리아크릴아미드 및 비스아크릴아미드 조성물에 지속적으로 노출되면 생식 및 신경계가 손상되는 것으로 나타났습니다17. 시중에는 다양한 드레싱이 쉽게 구할 수 있지만 화상 부상을 치료하려면 혁신적인 상처 치료 솔루션을 확립해야 합니다. 현재 조사는 '폴리도파민이 하이드로겔 제제의 무독성 조성물에서 접착 특성을 나타낸다'는 가설에 근거하고 있습니다. 따라서 GbH 상처 드레싱이 개발되었으며 다양한 표면에서의 물리적, 생물학적 성능이 평가되었습니다. 마지막으로, 쥐 모델의 2도 부분 화상의 상처 치유에서 제제의 약물 확산 패턴을 이해하기 위해 상처 드레싱 하이드로겔 패치의 약물 방출 패턴 평가를 평가했습니다.

80% cell viability (Fig. 4b), which was further tested in various amounts replacing 100% of the growth medium with the biomaterial leachate medium (Fig. 4c). Even though various percentages (25, 50 and 100%) of the biomaterial leachate medium were replaced, there was no major negative impact of the GbH on the viability of 3T6 cells and it was comparable to the controls, namely PVA-starch hydrogel and the GbH base. The final MTT assay was carried out on the HaCat cell line (Fig. 4d) with two different methods, direct and indirect contact of the GbH (Fig. 4d.1). The cell viability remained unaffected, i.e., 100% in both test methods and the values observed were comparable to the growth controls (Fig. 4d)./p> 2000). The GbH-exposed rats survived the experimental protocol and were sacrificed, as the necropsy was not required (Table 8). Histopathological results (Fig. 4g–g.5) clearly show no sign of inflammation or abnormalities in the applied region of the GbH in the male and female groups./p>