Electro-responsive blended hydrogel-based platform for tumor therapy applications
종양 치료 연구를 위한 전기 반응성 혼합 하이드로젤 기반 플랫폼에 관한 연구
- 주제어 (키워드) electro-responsive hydrogel , blended hydrogel , electrical stimulation , drug release , tumor therapy
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 정봉근
- 발행년도 2024
- 학위수여년월 2024. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000077105
- UCI I804:11029-000000077105
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록
The proposed dissertation subjects to drug release electro-responsive blended hydrogel-based microfluidic systems and patches. These electro-responsive blended hydrogel-based platforms can be a very useful tool for tumor therapy applications. I mainly developed three hydrogel-based platforms as follows; First, I developed the electro-responsive hydrogel-based microfluidic actuator platform. The electro-responsive hydrogel converts electric energy into mechanical energy, allowing the release of the molecule. This electro-responsive microfluidic actuator platform can simulate microenvironments with HUVECs in the hydrogels and U87MG tumor cells. In addition, the nanoparticle release by electrical stimulation with electro-responsive hydrogel was achieved and specific targeting of brain tumor cells and PTT was confirmed. Therefore, this electro-responsive hydrogel-based actuator system can be used for the specific targeting and treatment of brain diseases. Second, I designed a GelMA-Collagen-AgNW conductive blended hydrogel for smart actuator. Rheological analysis suggested that the mechanical properties were improved compared to collagen and GelMA-Collagen hydrogels and biocompatibility was demonstrated with blood vessel networks of HUVECs encapsulated in the hydrogel. In addition, it is possible to release the molecules inside the hydrogel by the deformation of the hydrogel via electrical stimulation. Therefore, this conductive blended hydrogel could be used as a smart actuator to enable the control of the molecule or drug. Finally, I prepared an electro−responsive GelMA−Alginate−AgNW (Gel-Alg-AgNW) conductive blended hydrogel patch. GelMA was blended to improve mechanical properties and AgNWs were added to enhance electrical conductivity. I confirmed that Gel−Alg−AgNW conductive blended Hydrogel patches exhibited controlled doxorubicin (DOX) release and effective B16F10 melanoma cell death under electrical stimulation. Therefore, this electro−responsive conductive blended hydrogel patch could be useful for wearable skin patch applications.
more초록
본 학위 논문에서는 전기 반응성 혼합 하이드로젤을 기반으로 한 미세유체 시스템과 패치를 이용하여 약물 방출에 응용하였다. 이러한 전기 반응성 혼합 하이드로젤 기반 플랫폼은 종양 세포를 치료하는데 매우 유용한 도구가 될 수 있다. 본 저자는 학위과정을 통하여 아래와 같이 크게 세 종류의 전기반응성 하이드로젤 기반 플랫폼을 개발하였다. 첫번째로, 전기 반응성 하이드로젤 기반 미세 액추에이터 플랫폼을 개발했다. 전기 반응성 하이드로젤은 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하여 약물을 방출할 수 있다. 이 전기 반응성 하이드로젤 기반 미세 액추에이터 플랫폼은 하이드로젤 내 HUVEC 혈관 내피 세포와 U87MG 뇌종양 세포를 이용하여 미세 환경을 시뮬레이션하고, 전도성이 높은 은나노 와이어(AgNW)가 포함된 Collagen 하이드로젤을 이용하여 전기 자극에 의한 나노물질 방출 및 뇌종양 세포의 특정 표적화와 광열 치료를 이뤄낼 수 있다. 따라서 이 전기 반응성 하이드로젤 기반 미세 액추에이터 시스템은 뇌 질환의 특정 표적화 및 치료에 활용될 수 있다. 두번째로, 스마트 액추에이터를 위한 전도성 GelMA-Collagen-AgNW 혼합 하이드로젤을 개발하였다. 유변학적 분석을 통해 Collagen 및 GelMA- Collagen 하이드로젤에 비해 기계적 특성이 개선되었음을 확인하였고, 하이드로젤에 캡슐화된 HUVEC 혈관 내피 세포의 네트워크를 통해 생체적합성이 입증되었다. 또한, 전기 자극을 통한 하이드로젤의 변형에 의해 하이드로젤 내부의 분자를 방출할 수 있음을 확인하였다. 따라서 전도성 GelMA- Collagen-AgNW 혼합 하이드로젤은 분자나 약물을 제어할 수 있는 스마트 액추에이터로 활용될 수 있다. 마지막으로 전기 반응성 전도성 GelMA-Alginate-AgNW (Gel-Alg-AgNW) 혼합 하이드로젤 패치를 설계하였다. 혼합 하이드로젤 패치의 기계적 물성을 개선하기 위해 GelMA 를 혼합하고 전기 전도성을 높이기 위해 AgNW를 첨가하였다. 전도성 Gel-Alg-AgNW 혼합 하이드로젤 패치는 전기 자극에 따른 통제된 Doxorubicin (DOX)의 방출 및 B16F10 흑색종 세포의 효과적인 사멸을 확인했다. 따라서 이 전기 반응성 Gel-Alg-AgNW 혼합 하이드로젤 패치는 웨어러블 피부 패치 응용 분야에 유용할 수 있다.
more목차
Introduction 1
Chapter 1 Electro-responsive hydrogel-based microfluidic actuator platform for photothermal therapy 3
1.1 Introduction 3
1.2 Materials and Methods 6
1.3 Results and Discussion 12
1.4 Summary 19
Chapter 2 GelMA-Collagen-AgNW conductive blended hydrogel for smart actuator 29
2.1 Introduction 29
2.2 Materials and Methods 31
2.3 Results and Discussion 35
2.4 Summary 40
Chapter 3 Electro-responsive conductive blended hydrogel patch for chemotherapy 48
3.1 Introduction 48
3.2 Materials and Methods 50
3.3 Results and Discussion 56
3.4 Summary 61
Conclusion 69
References 70
