Mussel-inspired adhesives for surface functionalization and stem cell microenvironment engineering

Abstract

도파민은 카테콜기와 아민기로 이루어진 작은 분자로서, 산화 환경에서 스스로 중합반응을 진행하면서 모든 종류의 물질 표면에 코팅된다는 특성이 잘 알려져 있다. 뿐만 아니라, 아민기 또는 티올기와 같은 친핵성 분자와 반응성을 띠기 때문에 코팅 후 표면에 2차 개질이 가능하다. 또한 도파민의 접착성은 도파민이 비접착성 고분자에 컨주게이션되었을 때도 유지되기 때문에, 다양한 기능성 고분자에 접착성을 부여하는 방법으로도 활발히 활용되고 있다. 본 연구에서는 이러한 도파민의 다재다능한 화학적 특성을 활용하여 다양한 표면의 기능화에 관한 연구를 하였고, 나아가 줄기세포의 미세환경을 조절하여 실질적 약물로서의 활용 가능성을 높이는데 적용하였다. 제 1 장 에서는 연구의 배경 및 목적을 간략히 기술하였다. 먼저 도파민의 물리, 화학적 특성 및 다양한 활용을 소개하였고, 줄기세포의 체외 배양시 미세환경 조절의 중요성을 기술하고, 이를 이용한 본 연구의 목적 및 의의를 기술하였다. 제 2 장 에서는 마이크로비드 표면을 폴리도파민으로 개질 후 다양한 물질의 흡착에 관한 연구를 수행하였다. 폴리도파민의 물질의 종류 및 모양에 상관없이 코팅되는 특성을 이용하여 ~50 ？m 크기의 실리카 비드를 코팅하였다. 폴리도파민은 다양한 금속과 배위결합을 통해 상호작용 하는 것으로 알려져있는데, 실제로Cu(II), Cr(VI), Hg(II), Cd(II), Pb(II) 이온을 수용액 상에서 다량 흡착하는 것을 확인하였다. 뿐만 아니라 의료용 방사성 동위원소인 177-루테튬에 대해서도 높은 흡착율을 보였으며, 유기분자인 4-Aminopyridine 를 아민기를 통해 상호작용하는 것을 확인하였다. 제 3 장 에서는 마이크로파를 이용하여 카테콜아민류의 코팅 속도를 높이는 연구를 기술하였다. 카테콜아민류의 실질적 활용을 위해서는 느린 코팅 속도를 극복해야 하는데, 본 연구에서는 카테콜아민 용액에 마이크로파를 조사할 경우, 별다른 산화제의 첨가 없이도 코팅 속도가 현저히 증가하여, 15분 안에 ~18 nm의 순수한 폴리도파민 코팅이 형성됨을 발견하였다. 메커니즘 분석 결과, 마이크로파에의한 라디칼 형성 및 가열 효과가 코팅 속도 증진에 크게 기여하는 것으로 나타났다. 제 4 장 에서는 홍합 모방 접근법을 치료용 세포 클러스터 형성 기술에 적용하였다. 세포 클러스터 형성은 실제로는 3차원인 체내 미세환경을 효율적으로 모방하기 때문에 다양한 세포의 기능성 및 생존률을 높이기 위해 적용되어 왔다. 세포클러스터를 효율적으로 만들기 위한 다양한 접근법들이 제시되었는데, 그 중에서도 행잉드랍 (Hanging-drop) 방법은 세포클러스터의 크기를 정확하게 조절 가능한 큰 장점을 갖는다. 본 연구에서는 초소수성 표면에 마이크로 크기의 친수성 폴리도파민 패턴을 도입하여 구형의 물방울을 초소수성 표면 위에 고정할 수 있는 스페로폼 (Spheroform) 이라는 플랫폼을 개발하였다...