특성화 및 생물학적 응용과 함께 셀룰로오스 나노섬유/폴리(비닐알코올) 다공성 하이드로겔의 기능화를 위한 이집트 프로폴리스 추출물

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7739(2023) 이 기사 인용

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프로폴리스는 가장 흔한 천연 추출물 중 하나이며 천연 제품의 항산화 활성을 담당하는 페놀산과 플라보노이드 함량이 높아 생물의학 분야에서 상당한 관심을 받고 있습니다. 본 연구는 프로폴리스 추출물(PE)이 주변 환경에서 에탄올에 의해 생성되었음을 보고합니다. 이렇게 얻은 PE를 셀룰로오스나노섬유(CNF)/폴리비닐알코올(PVA)에 농도별로 첨가한 후 동결해동 및 동결건조 방법을 거쳐 다공성 생리활성 매트릭스를 개발했다. 주사전자현미경(SEM) 관찰 결과, 준비된 샘플은 10~100μm 범위의 기공 크기를 갖는 상호 연결된 다공성 구조를 가지고 있는 것으로 나타났습니다. PE의 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC) 결과에서는 헤스페레틴(183.7μg/mL), 클로로겐산(96.9μg/mL) 및 카페인산(90.2μg/mL)의 양이 가장 높은 약 18개의 폴리페놀 화합물이 나타났습니다. 항균 활성 결과는 PE 및 PE 기능화 하이드로겔 모두 Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Streptococcus mutans 및 Candida albicans에 대해 잠재적인 항균 효과를 나타냄을 나타냅니다. 시험관 내 테스트 세포 배양 실험에서는 PE 기능화된 하이드로겔의 세포가 세포의 생존력, 접착력 및 퍼짐이 가장 큰 것으로 나타났습니다. 종합적으로, 이러한 데이터는 생의학 응용을 위한 기능성 매트릭스로서 CNF/PVA 하이드로겔의 생물학적 특징을 향상시키는 프로폴리스의 생체 기능화의 흥미로운 효과를 강조합니다.

3차원(3D) 조직 유사 생체 적합 물질의 가장 두드러진 적용은 손상 후 조직 재생 또는 치유를 지시하는 것입니다. 이는 생화학적, 생물물리학적 단서, 때로는 기계적 자극을 사용하여 세포 기능을 향상시킴으로써 생리학적 미세 환경을 최적화하는 이러한 물질의 능력에 달려 있습니다. 실제로, 생리활성 물질은 세포 증식과 분화를 유발하고 치유 과정을 지연시킬 수 있는 염증 반응을 최소화하는 데 여러 가지 중요한 역할을 합니다3,4. 하이드로겔은 피부, 연골, 뼈, 혈관 등 다양한 조직의 치유에 적용할 수 있는 스마트 생체재료입니다5. 이는 기본 세포외 기질(ECM)과 유사한 최적의(3D) 구조를 제공하고 탄성 가교 네트워크를 통해 가스, 영양분 및 폐기물의 확산을 허용할 수 있습니다6. 지난 수십 년 동안 기능성 하이드로겔을 개발하기 위해 천연 또는 합성 기원의 다양한 고분자 재료가 사용되었습니다. 섬유 강화 하이드로겔은 겔 네트워크가 일반적으로 섬유 구조로 강화되어 기계적 성능을 향상시키고 팽창 거동을 제한하는 복합 하이드로겔의 한 종류입니다7,8,9.

셀룰로오스는 지구상에서 가장 풍부한 천연 유래 고분자로, 식물 세포벽과 일부 동물 세포의 주요 구성 요소입니다10. 이는 β(1→4) 에테르 결합(글리코시드 결합)으로 연결된 β-d-안히드로글루코피라노스 단위로 구성된 선형 호모다당류입니다. 형성된 셀룰로오스 사슬은 수소 결합으로 연결되어 비정질 영역과 결정 영역으로 구성된 원섬유를 형성합니다. CNF는 비정질 및 고도로 정렬된 도메인이 교대로 결합되어 구성되고 일반적으로 셀룰로오스 원섬유의 기계적 분해를 통해 얻어지는 특정 종류의 나노셀룰로오스를 의미합니다. 결과적으로 CNF는 높은 강도, 표면적 및 조정 가능한 표면 화학을 표시하여 폴리머, 나노 입자, 소분자 및 생물학적 재료와의 상호 작용을 제어할 수 있는 나노 크기의 생체 재료로 떠오르고 있습니다. 예를 들어, CNF는 알지네이트 및 폴리비닐 알코올 용액에 내장되어 인산칼슘의 현장 광물화를 촉진하는 안정적인 하이드로겔을 형성합니다. 또한, 카르복실기를 갖고 있는 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실(TEMPO)-산화된 CNF를 카르복실기의 아미드화를 통해 콩 단백질 가수분해물에 접목시켰다. 접목된 CNF는 두 번 시뮬레이션된 체액에서 수산화인회석 광물화를 도와 새로운 생체 ​​활성 물질을 형성했습니다.