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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

이동신 (인천대학교, 인천대학교 일반대학원)

지도교수
박경민
발행연도
2020
저작권
인천대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수5

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

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암은 전세계 인류의 주요 사망 원인 중 하나로, 암의 치료를 위해 화학 요법, 방사선 요법 등의 다양한 임상 전략이 개발되고 발전하였지만 여전히 암 치료에 있어 높은 실패율을 보인다. 종양 미세 환경에 대한 불충분한 이해 또한 항암 치료와 신약 개발에 있어 심각한 어려움을 야기한다. 수십 년 동안 암세포의 진행 억제 또는 사멸을 유발하는 많은 화학요법 기반의 항암제들이 개발되었다. 그 중에서도, 게피니팁 등의 티로신키나아제 억제제는 높은 빈도로 EGFR의 비정상적인 활성화를 보이는 것으로 알려진 비소세포폐암 (NSCLS)를 치료하는 데에 효과를 보여 왔다. 비소세포폐암은 게피니팁에 의해 유발되는 EGFR 신호전달의 저해를 통해 효과적으로 치료될 수 있었으나, 치료 과정에서 돌연변이에 의한 수용체의 구조 변형 또는 EGFR의 신호전달을 대신할 수 있는 우회 경로를 통해 궁극적으로 항암제에 내성을 획득하게 된다. 따라서, 효과적인 암 치료 및 기초 연구를 위해서는 암세포가 항암제에 내성을 획득하는 메커니즘의 이해와 연구가 필요한 실정이다.
2D 배양, 동물 모델 등의 전임상 모델은 새로 개발되는 항암제의 임상 유효 성을 예측하고 기초적인 암 연구를 연구하는 데 이용되어 왔지만, 이러한 전임상 모델은 체내 종양 미세 환경을 모방하는 데 한계점을 지닌다. 하이드로 젤을 활용한 3차원 인공 종양 모델은 체내 종양 환경의 다양한 매개 변수를 모방할 수 있어, 기존 전임상 모델의 한계를 극복할 수 있는 새로운 플랫폼이라고 할 수 있다. 따라서, 하이드로젤을 기반으로 디자인된 3차원 종양 미세 환경을 이용하여 종양 미세 환경내 다양한 변수들이 암세포의 활동에 미치는 영향을 연구할 수 있다. 또한, 기능성 하이드로겔 물질의 공학적 응용을 통해 체내 종양 미세 환경의 특정한 특징들을 정확하게 재현함으로써 보다 진보한 암세포 연구 및 항암 효과의 예측을 할 수 있다. 그러나 체내 종양 미세 환경에 있어 중요한 요소들을 정확히 모방하기에 적절한 특성을 갖는 하이드로 겔 재료를 개발하는 것은 여전히 큰 과제로 남아 있다.
본 연구에서는 젤라틴과 폴리에틸렌 글리콜을 활용하여 새로운 유형의 상호침투 고분자 하이드로젤을 개발하고, 이를 활용하여 항암 물질의 스크리닝 및 폐암 세포의 내성 기전을 연구하기 위한 3차원 종양 미세 환경을 구현하고자 하였다. HRP를 이용한 산화적 가교 반응을 통해 하이드로젤을 제작하였으며, 젤 형성 과정에서 하이드로젤 구성 물질의 도입 정도를 조절하여 상전이 시간을 조절할 수 있었다. 특별히, 과산화수소의 농도를 조절하여 고분자 구성의 변화 없이도 IPN 하이드로젤의 기계적 특성을 조절할 수 있었으며, 단백질 분해 효소에 대한 구조적 안정성 또한 관찰할 수 있었다. 이러한 연구결과를 바탕으로 하이드로젤 내부에 폐암 세포인 HCC827과 HCC827GR을 캡슐화하여 3차원 폐암 미세 환경을 구현하였으며, 이를 활용해 상용화된 항암제인 티로신키나아제 억제제 게피티닙에 대한 폐암 세포의 약물 반응과 약물 내성을 유발하는 생물학적 기전을 연구할 수 있었다. 따라서, 이러한 결과들을 종합하였을 때 본 연구에서 개발한 IPN 하이드로 겔이 암세포의 기초 연구, 임상 결과를 개선하기 위해 항암 물질의 스크리닝 등 다양한 임상적 활용에 적용할 수 있는 종양 미세 환경을 조성하는 데 이용될 수 있을 것으로 판단한다.

핵심어: 고분자 하이드로젤, 인공 종양 미세환경, 폐암 세포, 약물 저항성

목차

Chapter 1. General Introduction
1.1 Cancer Treatment and Drug Resistance 1
1.1.1 Cancer Microenvironment 1
1.1.2 Drug Resistance of Lung Carcinoma 4
1.2 Engineered 3D Tumor Microenvironment as Pre-clinical Models 8
1.2.1 Tumor Models for Pre-clinical Researches 8
1.2.2 Hydrogels as An Engineered 3D Tumor Microenvironment 11
1.2.3 Current Strategies for Hydrogel-based Tumor Model 14
1.3 Research Motivation and Approaches 16
Chapter 2. Interpenetrating Polymer Network Hydrogels as An Engineered 3D Tumor Microenvironment for Drug Screening of Lung Carcinoma
2.1 Introduction 18
2.2 Objectives 20
2.3 Experimental Section 21
2.3.1 Materials 21
2.3.2 Synthesis and Characterization of Thiolated Gelatin (GtnSH)22
2.3.3 Synthesis and Characterization of PEG-TA2 23
2.3.4 Preparation of IPN Hydrogels 23
2.3.5 Measurement of Phase Transition Time 24
2.3.6 Rheological Analysis 24
2.3.7 In Vitro Proteolytic Degradation 24
2.3.8 3D Encapsulation of Human Fibrous Sarcoma (HT1080) 25
2.3.9 Cytocompatibility and Proliferation Assay 25
2.3.10 Drug Resistance Test Using 5-FU 26
2.3.11 3D Encapsulation of Human Lung Carcinoma 26
2.3.12 Drug Resistance Test Using Gefitinib and PHA-665752 26
2.3.13 Drug Resistance Test Using Mouse Xenograft Model 27
2.3.14 Immunostaining of p-Akt 27
2.3.15 Statistical Analysis 28
2.4 Results and Discussion 29
2.4.1 Synthesis and Characterization of GtnSH and PEG-TA2 29
2.4.2 Fabrication of IPN Hydrogels and Phase Transition Time 32
2.4.3 Controllable Elastic Modulus (G’) of Hydrogels 35
2.4.4 Long-term Stable Matrices Against Proteolytic Degradation 37
2.4.5 Engineered Tumor Model Using IPN Hydrogels 39
2.4.6 Engineered Lung Carcinoma Microenvironment with Adjusted Matrix Stiffness 42
2.4.7 Drug Screening of Human Lung Carcinoma 46
2.4.8 Exploring the Resistance Mechanisms of Lung Carcinoma 50
Chapter 3. Conclusion and Future Direction

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