Applications of adhesive biocompatible polymers inspired from mussel-adhesion

Abstract

카테콜 (catechol) 은 자연에서 발견되는 접착성 물질중 하나인데 홍합, 담쟁이덩굴 등 평생을 어딘가에 붙어서 사는 생명체의 접착물질에서 공통되게 발견되는 물질이다. 최근 전세계 다양한 그룹들이 카테콜의 접착 기작과 그를 활용한 다양한 응용에 대해 연구해 오고 있다. 일반적으로 화학적으로 합성된 접착제들은 생체에서 사용하기에는 독성이 크지만, 카테콜은 자연 모사 접착제 이기 때문에, 적은 독성 (cytotoxicity) 를 가지고 있고 이로 인해 의료, 의약 분야 등으로 초점을 맞춰 다양한 응용연구가 진행되고 있다. 카테콜은 그 구조의 특성상 다양한 화학 반응이 가능하여 여러종류의 표면에 접착가능하다. 산화금속 구조와의 수소결합, 금속과의 배위결합, 친핵성 (nucleophilic) 작용기 (-NH2, -SH, 등) 와의 공유결합등을 이루며 물리적 결합이 아닌 화학적 접창성능을 보여준다. 따라서 연구자들이 원하는 물질들끼리의 결합이나 콤플렉스 (complex) 를 이루고 싶을 때 광범위하게 사용할 수 있는 가능성을 지니고 있다. 이 연구에서는 이런 성질을 가지고 다양한 생체고분자들을 표면, 단백질 등에 결합시켜 보았고 나아가 고분자들끼리의 겔형태 (gelation) 에 관한 연구도 진행해 보았다. 챕터 1 에서는, 폴리에틸렌글리콜 (Polyethylene glycol) 고분자와 히알루론산 (Hylauronic acid) 을 카테콜로 개질하여 이를 단백질 특정 부분에 결합하는 연구에 관해 진행 하였다. 단백질 위치 특이적 결합은 생화학, 의료화학 분야에서 중요한 주제이다. 단백질 표면에 무작위적은 반응을 통한 개질은 단백질 고유 기능에 영향을 끼칠 수 있기 때문에 위치특이적인 결합을 통해 기능의 영향을 끼치지 않고 일관된 작용을 기대할 수 있게 된다. 이 연구에서, 카테콜을 사용하여 단백질 N-말단 아민에 위치 특이적 결합에 대한 연구를 진행 하였다. 폴리에틸렌글리콜-카테콜 접합체 와 히알루로란산-카테콜 접합체가 중성의 pH 조건 하에서 선택적 반응을 함을 확인하였고, 다양한 단백질 (lysozyme, basic-fibroblast growth factor, granulocyte-colony stimulating factor, erythropoietin) 에 결합을 시켰고 짧은 아미노산 배열 (Hinge-3, lam-inin-derived peptide) 에서도 위치 특이적 (N-말단) 반응을 함을 확인하였다. 카테콜의 이 위치특이적 반응은 단백질 개질의 새로운 방법으로, 앞으로 의약, 의료 분야에서 광범위하게 쓰일 수 있는 기술이 될 것이다. 챕터 2 에서는 단백질 구조에서 변형된 펩토이드 (peptoid) 고분자를 카테콜 아미노산 인 도파 (DOPA) 를 합성하여 단분자 수준의 방오효과 (Anti-fouling) 에 대해 연구하였다. 방오효과에 대한 연구는 의약, 산업 등 다양한 분야에서 연구하고 있는데 주로 폴리에틸렌글리콜 (polyethylene glycol) 을 중심으로 이뤄지고 있다. 이런 방오 효과는 주로 1 ng/cm2 의 정도의 범위에서 그 효과를 관찰하고 있다. (surface plasmon resonance spectroscopy, quartz crystal microbalance, optical waveguide lightmode spectroscopy) 이 논문에서는 단분자 이미지 테크닉 (single-molecule imaging technique) 을 통해 방오효과를 테스트 하였는데 펩토이드-카테콜 시스템을 사용하여 ~5 pg/cm2 의 수준의 방오효과를 관찰 할 수 있었다...