셀룰로오스(Cellulose)는 가장 풍부한 천연고분자(Natural polymer) 중의 하나로서 β(1→4)-글루코시드결합(Glycosidic bond)에 의해 반복적으로 D-글루코스(Glucose)가 연결되어 구성되어 있으며, 고등식물의 세포벽에서 발견되는 주요 유기물이다. 이러한 고분자는 냄새가 없는 흰색의 섬유유사구조(Fiber-like structure)를 나타내며, 출처(Sources)에 상관없이 1.5 g/㎤ 이상의 밀도(Density)를 갖는다. 현재까지, 셀룰로오스와 이것의 유도체들은 혈액-적합성 물질(Blood-compatible materials), 약물 코팅물질(Drug coating material), 응혈제(Blood coagulant), 인공신장 피막(Artificial kidney membrane), 고정화 효소(Immobilized enzymes)로서 다양한 의료분야에 적용되고 있다. 셀룰로오스의 다양한 형태 중에서, 필름(Film) 형태는 투석기계(Dialysis machines)나 바이오센서(Biosensor)에 주로 적용되고 있으며, 생체흡착성겔(Bioadhesive gel) 형태는 뼈(Bone), 연골(Cartilage)과 뇌(brain)에서 조직공학(Bioengineering)을 비롯하여 연골조직(Cartilage tissue)의 형성에 적용되고 있다. 특히, 결정성(Crystalline) 미더덕껍질(Styela clava tunic, SCT) 셀룰로오스를 함유한 하이드로콜로이드막(Hydrocolloid membrane cellulose, HCM)와 산화재생셀룰로오스(Oxidized regenerated cellulose, ORC)는 새로운 소재개발의 일환으로서 피부 창상치료(Wound healing)에 광범위하게 적용되고 있다. 이러한 셀룰로오스는 생체 적용과정에서 발생할 수 있는 위험요소가 적고, 이를 제거하기 위한 특별한 처리가 필요하지 않은 고분자이기 때문에 다양한 종류의 상처치료를 위한 새로운 의료용 소재로 주목을 받고 있다. 그러나, 현재까지 피부창상 치료를 촉진하기 위한 목적으로 SCT에서 유래된 재생셀룰로오스 필름의 적용가능성이 연구된 바 없다. 따라서, 본 연구에서는 [Amim]Cl 이온성 액체를 사용하여 제조된 다양한 SCT 셀룰로오스 필름(SCT-cellulose film, SCTF)의 독성과 생분해성, 생체적합성, 치료효능을 정상생리적 조건과 당뇨병리적 조건의 창상에서 연구하고자 하였다.
먼저, SCTF의 생분해성과 생체적합성을 분석하기 위하여 SCTF0를 제조하였고, 이를 Sprague?Dawley (SD) 랫드의 피하에 90일간 이식하여 물리적, 생물학적 변화를 분석하였다. 필름의 물리적 변화를 분석한 결과, SCTF0는 98%의 α-셀룰로오스와 저농도의 β-셀룰로오스로 구성되었으며, 결정화도 (Crystallinity index, CrI)는 목재 펄프 셀룰로오스 필름(Wood pulp-cellulose films, WPF)(33.78%)보다 낮게 측정되었다(10.71%). 실험동물에 90일동안 이식한 후 SCTF0는 WPF에 비하여 무게 감소와 표면물결모양(Surface corrugation) 형성이 크게 증가하였지만, 표면 거칠기 (Surface roughness)는 SCTF0보다 WPF에서 증가하였다. 그러나, SCTF이식 랫드와 정상랫드 사이에 백혈구 수에서 유의적인 차이는 없었으며, 혈청 내 간과 신장독성을 나타내는 지표효소의 농도도 유의적인 차이가 없었다. 또한, SCTF이식 랫드의 조직에서는 과형성(Hyperplasia), 염증세포 침투(Inflammatory cell infiltration), 홍반(Redness), 부종(Edema) 등이 관찰되지 않았다.
둘째, SCTF의 피부창상에 대한 치료효능을 분석하기 위하여 일반 SCTF (SCTF1), 동결건조한 SCTF (SCTF2), sodium alginate를 첨가한 SCTF (SCTF3) 등 세 종류 필름을 제조하여 물리적 성질과 치료효능을 분석하였다. SCTF2는 비록 흡습도(Fluid uptake)가 중간 수준(Medium level)으로 유지되었지만, 우수한 층간구조(Interlayer structure), 높은 인장강도(Tensile strength) (1.64 MPa), 낮은 신도(Elongation) (28.59%), 낮은 투습도를 나타내었다. 수술적 창상피부를 갖는 SD랫드에서, SCTF2 처리그룹은 거즈(Gauze, GZ) 처리그룹에 비하여 3?6일과 12?14일에 창상면적(Wound area)와 창연스코어(Wound edge score)가 감소하였고, 조직학적 변화에서 유의적인 회복이 관찰되었다. 또한, 콜라겐(collagen-1)과 tumor growth factor (TGF)-β1 신호전달과정은 SCTF2처리에 의해 유의적으로 자극이 증가되었으며, 모든 SCTF 처리그룹에서 간과 신장에서 독성은 관찰되지 않았다.
마지막으로, 셀레늄(Selenium, Se)을 함유한 SCTF2 (SeSCTF2)의 당뇨성 창상에 대한 치유효과와 독성을 확인하기 위하여, streptozotocin (STZ)으로 당뇨를 유발시킨 SD 랫드의 창상에 SeSCTF2를 12일 간 적용 후 피부재생(Skin regerneration), 신생혈관 형성(Angiogenesis), 독성 등을 분석하였다. 그 결과, 비록 SeSCTF2 처리는 랫드의 글루코오스 농도와 독성에 유의적인 변화를 유발하지는 않았지만 창상의 외형은 GZ와 SCTF2처리그룹에 비하여 상대적으로 빠르게 회복되었다. 다른 모든 실험그룹에 비하여 SeSCTF2 처리그룹은 재상피화(Reepithelization), 상처수축(Wound contraction), 혈관 수의 증가 등 회복이 관찰되었다. 또한, SeSCTF2 처리그룹은 vascular endothelial growth factor (VEGF) 신호전달 지표단백질, angiopoietin-2/1 (Ang-2/1), insulin 수용체 신호전달 지표단백질, 산화적 스트레스(Oxidative stress) 지표단백질의 유의적인 회복을 나타내었다.
따라서, 이상의 결과들은 우수한 생분해성과 생체적합성을 가지는 SCTF는 신생혈관 형성, 결합조직 형성과 글루코오스 수용체 신호전달 조절 등을 통해 SD 랫드와 STZ-유발 당뇨 SD랫드의 창상 치료속도를 촉진함을 제시하고 있다. 또한, 이러한 연구결과는 SCTF가 창상드레싱(Wound dressing) 뿐만 아니라 수술용봉합사(Stitching fiber), 스캐폴드(Scaffold), 흡수성 지혈제(Absorbable hemostats), 인공신장막(Hemodialysis membrane)을 포함하는 다양한 의료적 적용에 대한 높은 잠재력을 갖고 있음을 제시하고 있다.