Chondrocytes 3D-Culture in RGD-modified Crosslinked Hydrogel with Temperature-Controlled Modulus

Abstract

By taking advantages of thermosensitivity of PluronicR F127 and cytointeractability of RGD sequences, RGD-modified F127 dimethacrylate (FM-RGD) hydrogel were investigated as a three dimensional culture matrix for chondrocytes. Chondrocytes were encapsulated in the hydrogel by radical copolymerization of FM-RGD and FM in the presence of cells. Hydrogel modulus could be modulated by varying temperature from 10 oC to the culture temperature of 37 oC, where the hydrogel provided a compatible microenvironment for chondrocytes. Compared with the hydrogel prepared from F127 dimethacrylate (FM) without RGD, RGD-modified hydrogel showed the significant (p<0.01) improvement in cell proliferation, production of DNA, and viability while keeping their original spherical phenotype of chondrocytes.;본 연구에서는 생체재료를 만들기 위해, 온도민감성 고분자로 잘 알려진 PEG(A)와 PPG(B)의 Pluronic F127 ABA 삼중 블록 공중합체를 세포 부착 수용기로 알려진 Gly-Arg-Gly-Asp (RGD)와 함께 연결시켜, 새로운 생체적합성, 생분해성, 온도민감성으로 보이는 고분자 수용액으로서 RGD펩티드-4-메타-F127-4-메타-RGD펩티드를 합성하였으며 그 특성을 분석하였다. 이렇게 합성된 온도민감성 텔레킬릭 이온 펩티드 중합체는 양친매성 블록 공중합체로써 온도민감성 겔을 형성하였다. 또한 물 안에서 마이셀로 나노-회합을 할 수 있으며 RGD를 포함한 공중합체는 세포 표면 부착 수용기로서의 기능을 갖게 될 뿐만 아니라 온도에 따른 모듈러스의 차이도 관찰 할 수 있었다. 성공적인 합성 여부를 확인하기 위해서 1H-NMR, FT-IR, EA를 통해 분석하였으며 CMC, DLS, 등을 통하여 그 특성을 분석하는 연구를 수행하였다. 또한 성공적으로 합성된 중합체는 겔로써의 기능적 재료로 이용되기 위한 목적으로 화학적 가교를 하였고, 이는 APS, TEMED를 이용한 산화/환원 시스템으로써 중합체의 농도와 분자량, 그리고 산화/환원 시스템의 함량 조절에 따라 겔의 강도와 분해 기간을 변화시킬 수 있었다. 그 생체학적 안정성여부는 인간 연골세포를 이용한 3차원적 세포 배양을 하여 DNA 정량을 하였고, 살아있는 세포와 죽어있는 세포를 염색한 결과, RGD의 세포 부착 능력이 있음을 확인할 수 있었다. RGD가 부착되지 않은 중합체보다 RGD가 부착된 중합체가 세포 증식과 생존 능력에 더 우수함을 알 수 있었다.