Thermogelling PCTC-PEG-PCTC Triblock Copolymer Aqueous Solution with Sol Stability

Abstract

온도, pH, 빛, 자기장 등에 대한 반응으로 변화를 나타내는 자극 민감성 고분자에 대한 광범위한 연구가 이루어져 왔다. 그 중에서도 온도 변화에 의한 고분자 수용액의 졸-젤 전이는 약물 전달과 조직 공학 분야에서 많은 관심을 끌어왔다. 온도 민감성 수화젤은 친수성, 소수성 분자를 함께 가지고 있어 특정 농도 이상의 수용액에서 저온에서는 미셀을 형성하고 용액 상태로 존재하나 온도 상승에 따라 수화젤을 형성하는 시스템이다. 이러한 시스템은 약물을 수용액 상태로 체내에 주입하여 원하는 부위에서 젤을 형성함으로써 이로부터 서서히 약물을 방출하므로 수술적 절차가 필요하지 않으며, 서방성 의약전달 시스템으로 응용할 수 있다. 전형적인 온도 민감성 수화젤 시스템으로서 poly(ethylene glycol)/poly(lactic acid-co-glycolic acid), chitosan/glycerol phosphate, polyphosphazene 등이 보고되었다. 특히 결정성 고분자인 poly(caprolactone)을 도입한 poly(caprolactone)-poly(ethylene glycol)-poly(caprolactone)의 경우 파우더 형상을 지니고 있고 빠른 시간에 녹일 수 있는 장점이 있었다. 그러나 이 고분자는 졸 상태로 존재할 경우 상온에서 30분 이내에 젤은 형성하여 사용하기에 불편함이 존재하였다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 보완하기 위하여 비결정성 고분자인 poly(trimethylene carbonate) 를 도입한 poly(caprolactone-co-trimethylene carbonate)-poly(ethylene glycol)-poly(caprolactone-co-trimethylene carbonate) (PCTC-PEG-PCTE)를 합성하였다. 1H-NMR, GPC, IR을 통해 분자량과 조성을 확인하였고, Falling Ball Method와 Rhoemeter측정으로 상전이 그래프를 그렸다. 이러한 졸-젤 상전이 메커니즘을 규명하기 위해 D2O상에서 온도별로 13C-NMR을 측정한 결과, PEG 블록의 탈수와 PCTC 블록의 분자 운동의 증가를 알 수 있었다. 그리고 DLS측정을 통해, 온도가 증가함에 따라 미셀이 뭉침이 일어나는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 PCTC-PEG-PCTC 수용액은 상온에 두었을 때 졸 상태의 안정성이 증가하였는데, 이는 poly(caprolactone)의 결정성이 감소하였기 때문이라는 것을 XRD 측정을 통해 확인하였다. 특히, PCTC-PEG-PCTE 수용액은 PCTC의 조성과 분자량 변화에 따라서 15oC에서 30oC사이에서 5 Pa 이하의 강도를 가진 소프트 젤을 형성한다. 소프트 젤은 21G 주사기를 통해 젤 상태로의 주사가 가능하다는 장점을 가지고 있다. PCTC-PEG-PCTC 수화젤은 PBS 용액에서는 분해되지 않으나 생체 내에서는 분해가 일어난다는 것을 관찰하였고, 인슐린을 모델 약으로 약물 방출 실험을 수행한 결과 4일동안 initial burst 없이 서서히 약물이 방출되는 것을 확인할 수 있었다.