Synthesis and Characterization of Thermosensitive mPEG-PTMC Diblock Copolymer Aqueous Solution

Abstract

In the search for a new thermogelling biomaterial, we are reporting poly(ethylene glycol)-poly(trimethylene carbonate) (PEG-PTMC) diblock copolymers. The PEG-PTMC (550-2750) diblock copolymer aqueous solutions (>25 wt. %) underwent sol-to-gel-to-syneresis (macroscopic phase separation between the polymer and water) transition as the temperature increased. The sol-to-gel transition temperature could be controlled in a range of 20 ~ 75 oC by varying polymer concentration in water, molecular weight and composition of the polymer. 13C-NMR spectra, a transmission electron microscopic image, and dynamic light scattering suggest that the micellar aggregation through the dehydration of PEG is involved in the sol-to-gel transition. The in-situ gel formation was confirmed by subcutaneous injection of the polymer aqueous solution (30 wt. %; 0.5 mL) into rats. Due to the diffusion of the polymer with a low molecular weight out of the gel, mass loss of 15 wt. % was observed over 20 days in in-vivo study. On the other hand, the polymer is so stable in phosphate buffer saline that any change in molecular weight, pH, and gel mass were not observed over the same period of time in in-vitro study.;본 연구는 일정한 농도 이상에서 온도를 증가시킴에 따라 수용액에서 수화젤로 전이가 일어나는 메톡시 폴리에틸렌글리콜/ 폴리트리메틸렌카보네이트(mPEG/PTMC) 블록 공중합체에 관한 것이다. 이런 특성을 지닌 고분자 수용액은 상온 또는 그 이하에서는 용액 또는 졸 상태로 존재하나, 체온 (37 oC) 근처에서는 수화젤로 전이가 일어나므로 이를 이용하여 의약전달 및 조직공학 재료로 유력시 되고 있다. 즉, 졸 상태에서 의약 또는 세포와 섞은 후에 피하 또는 근육 주사를 통하여 원하는 부위에 수화젤 (depot) 을 순간적으로 만들어서 약물이 서서히 방출하거나 세포가 자라서 조직이 재생될 수 있다. 이런 생분해성 재료는 수용액 상태로 체내에서 서서히 약물을 방출하므로 수술적 절차가 필요하지 않으며, 서방형 의약 전달 시스템으로 응용가능하다. 첫번째 장에서는 메톡시 폴리에틸렌글리콜 (mPEG) 에 폴리트리메틸렌카보네이트 (PTMC) 을 도입하여 공중합체를 합성하였다. 이 물질은 25wt.% 이상에서 온도가 증가함에 따라 졸-젤 의 전이를 보이는 고분자 이며 전이온도는 고분자의 분자량과 조성에 따라 조절 가능하다. 이 물질은 in-vitro에서 가수분해에 안정하며 질량감소 또한 관찰되지 않아 보관 안정성이 뛰어난 특성을 지닌다. 반면에 in-vivo 에서 20일동안 15 wt.%의 질량감소를 보였으며 분해시에 산을 방출하지 않아 의약품의 방출 시스템에 이용 될 수 있을 것으로 기대된다. 두번째 장에서는 mPEG-PTMC (550-2750) 의 수용액상태에서 구조변화를 cryo-transmission electron microscopy (cryo-TEM) 을 이용하여 자세히 연구하였다. 이 수용액은 농도변화와 온도변화에 민감하게 다른 형태로 전이되는 특성을 가진다. 낮은 농도에서는 저온에서 베시클 형태를 하며 온도가 올라감에 따라 마이셀로 전이가 일어난다. 또한 2.0 wt.% 이상의 농도에서는 저온에서 구 형태의 마이셀의 형태를 나타내며 온도가 올라감에 따라 worm-like 마이셀로의 전이가 일어남을 관찰할 수 있었다. 이 연구에서 이 고분자 수용액의 구조 변화뿐만 아닌 온도 감응의 메커니즘을 증명하였다.