To develop anti-adhesion agent using photo-reaction, visible light curable carrageenan derivatives (F-Cm-Carrageenan) was prepared by using K-Carrageenan which is natural polymer. Carrageenan is a natural polymer having properties such as bio-degradability and bio-compatibility. Riboflavin is a non-toxic, bio-compatible natural photo-initiator. Riboflavin induces photo-crosslinking in visible light-curing carrageenan derivatives. ¹H NMR (proton nuclear magnetic resonance) and GPC (gel permeation chromatography) analysis were conducted to confirm that F-Cm-Carrageenan was prepared. Photo-curing test was conducted to determine the degree of photo-curing with visible light irradiation time. To evaluate the applicability as an anti-adhesion agent, cytotoxicity test, anti-adhesion test and cell penetration test were conducted. Therefore, it is considered that the visible light curable carrageenan derivatives can be applied as a new type of anti-adhesion agent.

유착방지제를 개발하기 위해 천연고분자인 K-Carrageenan을 이용하여 가시광 경화형 carrageenan 유도체(FCm-Carrageenan)를 제조하였다. Carrageenan은 생분해성, 생체적합성 등과 같은 특성을 가진 천연고분자이다. Riboflavin은 무독성, 생체적합성을 가지는 천연 광개시제이다. Riboflavin은 가시광 경화형 carrageenan 유도체에 광경화를 유도한다. ¹H NMR(proton nuclear magnetic resonance), GPC(gel permeation chromatography) 분석을 통하여 F-Cm-Carrageenan이 제조된 것을 확인하였으며 가시광 조사시간에 따른 광경화 정도를 판단하기 위해서 광경화 실험을 진행하였다. 또한 유착방지제로 응용가능 여부를 판단하기 위해서 세포독성 실험, 유착방지 실험, 세포투과 실험을 진행하였다. 따라서 가시광 경화형 carrageenan 유도체는 새로운 형태의 유착방지제로서 응용될 수 있다고 사료된다.

Keywords: visible light curable carrageenan derivatives, riboflavin, photo-curing, anti-adhesion, anti-adhesion agent

유착은 수술 후 회복 과정에서 나타날 수 있는 대표적인 문제로 정상적으로 분리되어 있던 생체 조직들이 외과 수술등으로 인하여 주변 조직과 비정상적으로 접합되는 현상이다. 일반적으로 유착은 자가 치유과정에서 볼 수 있는 현상이며 유착은 육아(granulation tissue)나 반흔(scar)이 형성될때 서로 엉켜 붙거나 또는 상처부위에서 석출되는 다량의 섬유소가 엉겨서 유착을 발생시키기도 한다.¹ 유착이 발생하게되면 상처 부위에 조직 또는 기관이 제대로 된 기능을 수행할 수 없다. 이러한 문제로 인하여 수술 후에 여러 종류의 후유증이 발생될 수 있다.^1-4
수술 후에 후유증의 발생을 예방하기 위해서 유착방지는 중요하다. 그래서 유착 방지와 관련하여 다양한 방법이 시도(수술시 조직손상과 이물질에 의한 유착을 최소화하는 방법, 약물을 이용한 유착을 억제하는 방법, 물리적으로 유착을 차단하는 방법)가 되고 있지만 다양한 방법 중에서도 물리적으로 유착을 차단하는 유착방지제에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.¹ 물리적장벽을 이용한 유착방지제는 수술 과정에서 유착이 예상되는 부위에 물리적 장벽(barrier)을 형성시켜 수술 부위에 정상 조직 사이에서 유착이 일어나는 것을 막아주는 역할을 한다.^2,5,6 유착방지제는 기본적으로 무독성, 생체적합성, 생분해성을 가져야 하며 또한 치유 기간동안 체내에 존재하여 면역반응을 일으키지 않아야 한다.⁷
유착방지제 소재로 여러 고분자가 이용되고 있지만, 그 중에서도 유착방지제의 기본적인 특성을 가지는 천연고분자 소재를 활용한 유착방지제에 대한 연구가 많이 진행되어오고있다. 여러 종류의 천연고분자가 존재하지만 그 중에서 carrageenan은 갈조류에서 추출한 선형의 고분자 다당류(polysaccharide)이며 galactose와 ^3,6 anhydro-galactose의 반복적인 형태로 구성된 천연고분자이다.^8,9 각 단위체는 α-1,4-glycoside결합과 β-1,4-glycoside결합이 교대로 연결되어 있으며, ester sulfate기의 수와 위치에 따라 Kappa-, iota-, lambdacarrageenan이라 명명한다(Figure 1).^9-11 그래서 각 carrageenan종류마다 젤화되는 정도가 다르며 용도에 따라 다르게 이용된다.^8,10,12 Carrageenan은 생체적합성, 생분해성, 낮은 독성의 특성을 가지고 있다. 또한 carrageenan은 항 염증 성질(antiinflammatory property)을 가지고 있으며 일부의 in vitro 연구에서 포진(herpes)와 A형 간염 바이러스(hepatitis A virus)의 복제를 억제하는 항 바이러스 성질(anti-viral property)이 발견되었다.¹⁰ Carrageenan은 점도 형성, 안정제(stabilized agent)로서 식품 산업에 이용되고 있다.^9,10,12 또한 의료 산업에서 체액을 흡수하는 성질이 있기 때문에 상처 드레싱(wound dressing)에 활용되고 있다. Carrageenan은 식품 산업, 의료 산업 뿐만 아니라 화장품 산업과 같이 여러 산업에 응용되고 있다.^10,12
현재 물리적 장벽을 이용한 유착방지제는 형태적으로 필름(film), 직물(knit), 젤(gel), 용액(solution), 스프레이(sprayable hydrogel, spray) 등과 같은 여러 형태로 연구가 진행되고 있다.^3-5,7,13 각각의 형태는 장점과 단점이 존재한다. 필름과 직물형태는 유지력이 뛰어나다는 장점을 가지지만 장기 표면에 잘 부착되지 않으며, 정확한 목표 부위에 부착하기 힘들다는 단점을 가진다. 젤과 용액형태는 목표부위에 도포하기 쉬우나 유지하기 어렵다는 단점을 가진다. 현재 연구된 유착방지제에 대한 단점을 보완하기 위해 젤과 용액 형태의 장점인 목표부위에 도포하기 쉬우면서도 필름과 직물형태의 장점인 유지력을 높일 수 있는 새로운 형태의 유착방지제를 개발하는 것이다. 물질 소재의 유지 형태를 높이기 위해 물리적, 화학적, 생물학적 등 여러 형태의 반응을 하여 유지력을 높인다. 그러나 이러한 반응을 이용한 방식들은 물리적, 화학적 변형이 일어날 수 있으며, 잔여물질이 남아 잠정적인 문제점을 가질 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 광반응을 활용한 광경화형 소재에 대한 여러 연구가 진행되어오고 있다.
여러 연구에서 개발되고 있는 광경화형 소재들은 주로 자외선(ultraviolet rays; UV)에 의하여 경화되는 소재들이다. 그러나 자외선은 피부암, 유전자 변형, 면역체계 약화 등 여러 심각한 문제를 야기시킬 수 있다. 그러나 가시광은 자외선과 달리 여러 악영향을 미치지 않는다.^14-17 가시광 반응성 작용기인 퍼퓨릴기(furfuryl group)는 광개시제(photo-initiator) 존재하에서 가시광이 조사되면 photo-oxdiation crosslinking(POC) mechanism에 의해서 경화가 진행된다.^18,19
현재 여러 종류의 광개시제가 존재하지만 인공적으로 합성된 광개시제인 경우에는 적은 양이더라도 인체 내에서 잠정적인 문제를 야기시킬 수 있다. 일부 연구자들은 생체 소재(biomaterial)내에 잔류하고 있던 광개시제가 작은 독성물질로 작용할 가능성이 있다고 주장한다.^20-22 이러한 문제점을 해결하기 위해서 천연 광개시제인 riboflavin(vitamin B2)을 이용하였다.²³ Riboflavin은 식물과 많은 미생물 군집에 의해 생성된 수용성 비타민으로 식용으로 사용할 수 있으며 많은 식품산업에서 승인된 황색 염료이다. Riboflavin은 무독성, 생체적합성, 생분해성 등 여러 특성을 가지는 천연 광개시제이다. Riboflavin은 근자외선, 가시광선 영역에서 흡수 스펙트럼을나타내기 때문에 가시광선을 이용하여 광반응을 유도할 수 있어서 다양한 광반응을 유도하는 개시제로 이용되고 있다.²⁰
본 연구의 목적은 도포하기 쉬우며 가시광 경화반응을 이용하여 물리적 장벽의 유지력을 향상시켜 유착방지 효과를 높일 수 있는 유착방지제의 개발이다. 이를 위해 가시광 경화형 carrageenan 유도체를 제조하였고 가시광 경화형 carrageenan 유도체는 광개시제인 riboflavin 존재 하에서 가시광이 조사되면 광경화반응이 진행된다(Figure 2). 이 때 조직과 조직 사이에 장벽을 형성시켜 유착 방지 효과를 얻을 수 있다.
가시광 경화형 carrageenan 유도체는 수소 핵 자기공명법(proton nuclear magnetic resonance; ¹H NMR), 젤 투과 크로마토그래피(gel permeation chromatography; GPC)를 통해 제조되었음을 확인하였다. 가시광 경화형 carrageenan 유도체의 독성 유무를 판단하기 위해 세포독성 실험을 진행하였다. 가시광 경화형 carrageenan 유도체가 장벽 역할을 할 수 있는지 유무를 확인하기 위하여 유착방지 실험과 세포 투과실험을 하였다.