액체-액체 상분리를 이용한 실크 피브로인 마이크로스피어 제조

Abstract

서로 다른 두 고분자 수용액이 혼합되어 액체-액체 상분리 (Liquid-liquid phase separation, LLPS)를 이루게되면 각각의 고분자가 농축상 (dense phase)과 희박상 (dilute phase)으로 공존하는 모습을 확인할 수 있다. 농축상의 고분자는 국소 농도가 증가하게 되어 코아세르베이트 (coacervate)를 형성한다. 이 때 농축상을 이루는 고분자의 농도, 분자량 등이 코아세르베이트의 직경 크기에 관여한다. 본 연구에서는 재생 실크 피브로인 (silk fibroin)과 폴리 비닐 알코올 (polyvinyl alcohol, PVA) 두 고분자를 혼합한 결과, 실크 피브로인은 코아세르베이트를 형성하였다. 실크 피브로인과 PVA의 농도를 다르게 하여 코아세르베이트를 형성하였고, 실크 피브로인의 농도 5%와 PVA 농도 6%로 혼합한 경우에 코아세르베이트가 가장 안정적으로 형성됨을 확인하였다. 이후 재생 실크 피브로인의 정련 시간을 변화시켜 분자량을 조절하고 코아세르베이트 크기변화를 분석한 결과 실크 피브로인 분자량이 증가할수록 코아세르베이트의 크기가 증가하였다. 코아세르베이트를 형성한 실크 피브로인을 마이크로스피어 (microsphere)로 제조하기 위하여 글루코노-델타-락톤 (glucono-δ-lactone, GDL)을 부가하여 점진적 pH 감소를 유도하였다. 용액의 pH가 낮아짐에 따라 실크 단백질의 랜덤 코일 구조 (random coil structure)에서 anti-parallel β-sheet 구조로 전이되는 것을 확인하였으며, 원심분리를 통하여 불용화된 실크 피브로인 마이크로스피어를 제조할 수 있었다. 제조된 실크 피브로인 마이크로스피어는 위장 조건에서 높은 팽윤도를 나타냈으며 모델 약물을 담지한 경우 24시간 이후 79.7% 이상의 약물이 방출되었다. 따라서 본 연구에서 새롭게 제안한 방식을 통해 제조된 실크 피브로인 마이크로스피어는 약물 전달체로서 응용 가능성을 보이고 있으며 실크 피브로인의 우수한 역학적 특성과 조직 적합성 등을 고려할 때 향후 의료용 소재로 활용이 기대된다.

When two macromolecules blend solution goes through a liquid-liquid phase separation (LLPS), coexisting two macromolecules will either form a dense-phase and dilute-phase. The local concentration of the molecule increases, and the micelle-like structure (coacervate) forms in an aqueous solution. In LLPS, phase separation depends strongly on the concentration and molecular weight of the macromolecules. As the dense-phase molecules concentration increase, the diameter of coacervate also increase. In this study, regenerated silk fibroin (SF) and poly(vinyl alcohol) (PVA) solutions were blended, and the LLPS could be observed. It was confirmed that SF formed the coacervate, and the most stable coacervate was formed when the SF concentration was 5% and the PVA concentration was 6%. Thereafter, the molecular weight was controlled by changing the degumming time of regenerated SF to find the change in coacervate size. Controlling each polymers concentration and molecular weight led to control the coacervates size and stabilization. To the SF coacervate, glucono-δ-lactone (GDL) was added to prepare SF microsphere. GDL gradually hydrolyzed into gluconic acid, which lowered the pH of the SF/PVA blend. The beta-sheet transition of SF occurs while maintaining the coacervate, and finally an insoluble SF microsphere have been made. In order to use SF microsphere as a drug carrier, Amido Black was successfully encapsulated. Over 79.7% of encapsulation efficiency was obtained after 24 hours. As a result, it confirms the SF microspheres prepared by the newly proposed method have the potential to be applied as a drug carrier.