Cell Therapy for Skin Wound Using Fibroblast Encapsulated Poly(ethylene glycol)-L-Polyalanine Thermogel

Abstract

As a new application of a thermogel, a poly(ethylene glycol)-b- -poly(L-alanine) (PEG-L-PA) gel encapsulating fibroblasts was investigated for wound healing. The fibroblasts were encapsulated by the temperature sensitive sol-to-gel transition of the polymer aqueous solution. Under the in vitro three-dimensional (3D) cell culture condition, the PEG-L-PA thermogel was comparable with MatrigelTM for cell proliferation and significantly better than MatrigelTM for collagen type I formation. After confirming the excellent 3D microenvironment of the PEG-L-PA thermogel for fibroblasts, in vivo wound healing was investigated by injecting the cell-suspended polymer aqueous solution on incisions of rat skin, where the gel encapsulating cells was formed in situ. Compared with the untreated system and the PEG-L-PA thermogel, the PEG-L-PA thermogel encapsulating cells not only accelerated the wound closure but also improved epitheialization and the formation of skin appendages such as keratinocyte layer (epidermis), hair follicles, and sebaceous glands. This paper proved the potential of thermogels for cell therapy as an injectable tissue engineering scaffold.;본 연구에서는 사람의 피부 진피세포를 넣은 폴리(에틸렌 글라이콜)-b-폴리(L-알라닌) (PEG-L-PA) 젤이 상처 치료를 위한 새로운 온도 민감성 젤로 사용되었다. PEG-L-PA 고분자 수용액은 온도에 민감하게 졸에서 젤로 변하는 과정에서 진피세포를 지지해줄 수 있는 3차원적인 매트릭스가 될 수 있다. PEG-L-PA 온도 민감성 젤과 비교군으로 매트리젤TM을 사용하여 3차원으로 세포를 키우는 생체 외 배양 세포 증식 실험 결과, PEG-L-PA에서 배양한 진피세포가 세포 증식에서 매트리젤TM만큼 좋은 결과를 보여주었고 콜라겐 타입 I 의 생성이 매트리젤TM보다 더 잘 된 것을 관찰할 수 있었다. PEG-L-PA 온도 민감성 젤이 진피세포의 3차원 배양에 적절하다는 것을 확인한 후, 외부에서 세포를 함유한 젤을 랫의 피부상처에 주입하여 상처 치료 과정을 관찰하는 동물실험이 진행되었다. 피부 상처에 Phosphate buffered saline만 처리한 군과 PEG-L-PA 온도 민감성 젤을 처리한 군에 비하여 진피세포를 함유한 PEG-L-PA 온도 민감성 젤을 처리한 군은 상처 닫힘이 가장 빠르게 진행됨을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라, 세포를 함유한 PEG-L-PA 온도 민감성 젤을 처리한 군은 다른 비교군보다 가장 빠르게 효과적으로 피부 진피층의 표피조직, 모낭, 피지샘과 같은 피부 구성물들을 재생시킨 것을 조직 연구에서 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구는 온도 민감성 젤이 조직공학적으로 세포를 3차원적 배양시킬 수 있는 스캐폴드로써, 피부 상처에 대해 세포 치료 기법이 가능함을 보여주고 있다.