Effect of PPF and/or HA addition on biological and mechanical properties of PEG hydrogel

Abstract

폴리에틸렌 글리콜 하이드로젤은 높은 생체적합성과 유연성을 가지고 있으며 생체 내에서 면역반응을 일으키지 않아 생체재료로 널리 쓰이고 있다. 하지만, 세포를 부착시키지 않는 성질 때문에, 조직공학에서의 스캐폴드 재료로의 응용에는 많은 한계를 가지고 있다. 많은 과학자들이 폴리에틸렌 글리콜 하이드로젤에 세포를 부착시키기 위하여 알지디와 같은 세포부착 펩타이드를 폴리에틸렌 글리콜에 붙이는 방법을 이용하는데, 알지디 펩타이드를 고분자에 합성하여 연결하는 방법은 다소 복잡한 화학 공정을 요구한다. 이 실험에서는, 폴리에틸렌 글리콜에 폴리프로필렌 퓨마레이트를 첨가하고, 또 단순하지만 효과적인 초음파 분산의 방법으로 수산화아파타이트를 골고루 분산시켜 폴리에틸렌 글리콜-폴리프로필렌 퓨마레이트 하이드로젤에 넣음으로써 생체활성도와 기계적인 강도를 증진시켰다. 전조골세포의 부착 실험과 증식실험을 통하여 폴리프로필렌 퓨마레이트와 수산화아파타이트가 폴리에틸렌 글리콜의 생체활성도를 크게 향상시켰음을 확인 할 수 있었다. 또, 유사체액에 담가 놓은 수산화아파타이트 복합체 하이드로젤의 점탄성 특성을 평가함으로써 폴리프로필렌 퓨마레이트의 첨가와 수산화아파타이트의 함량에 따라 하이드로젤의 탄성계수가 크게 증가하는 것을 보일 수 있었다. 이러한 결과를 통해 골조직 공학을 위한 폴리에틸렌 글리콜/폴리프로필렌 퓨마레이트-수산화아파타이트 복합재료의 가능성을 기대해 볼 수 있다.

Poly(ethylene glycol) (PEG) hydrogels have been widely used in biomedical applications due to their biocompatibility, non-immunogenicity and flexibility. However, the non-fouling property of PEG hydrogels was a major limitation to be used as a tissue engineering scaffold material. To induce good cell adhesion on PEG hydrogels, many scientists have attached a cell-adhesive peptide such as arginine-glycine-aspartic acid (RGD) to the PEG chains. However, tethering RGD peptide to PEG chains requires complicated chemical procedures. In this study, simpler yet effective methods were employed whereby poly(propylene fumarate) (PPF) was blended with PEG and ultrasonicated hydroxyapatite (HA) was embedded to PEG-PPF hydrogels to enhance their bioactivity and the mechanical strength. The in vitro cellular responses of the MC3T3-E1 pre-osteoblasts were examined observing attached cells and using a cell proliferation assay and these results demonstrated that PPF and HA rendered the bioactivity to PEG hydrogels synergistically. The viscoelastic behavior of HA composite hydrogels in a simulated body fluid (SBF) was examined, and the elastic moduli of HA composite hydrogels substantially increased with the addition of PPF and content of HA. These results confirmed the potential usefulness of PEG-PPF-HA composite hydrogel for bone tissue engineering.