1,4-Butanediol Diglycidyl Ether와 Divinyl Sulfone으로 가교된 히알루론산 필러의 물리화학적 및 유변학적 특성 분석

Abstract

히알루론산 기반 더말 필러는 전 세계의 필러 시장을 지배하고 있다. 히알루론산 기반 필러는 히알루론산을 화학적 가교제를 통해 하이드로겔로 제조된다. 가장 대표적으로 사용되는 가교제는 BDDE와 DVS이며, 현재 대부분의 히알루론산 필러는 BDDE로 제조되고 있지만, DVS와 BDDE의 가교제로의 우월성은 엄격하게 비교되지 않았다. 우리는 가교제의 우월성을 평가하기 위해 BDDE 또는 DVS를 이용하여 동일한 가교제 농도로 히알루론산 하이드로겔을 제조했다. 제조된 하이드로겔은 필러화 하였으며. 제조된 하이드로겔들의 화학적 구조는 FTIR-ATR을 통해 분석하였고, 물리적 특성은 레오미터와 주입력 측정장치를 활용하여 유변학적 특성, 응집력 및 주입력을 분석하였다. 섬유아세포에서 각 필러들의 용출물들의 세포독성을 평가하고, 세포 외 효소분해 측정시험을 통해 히알루론산 분해효소에 대한 민감도를 평가하였다. 최종적으로, 유변학적 특성, 팽윤도, 주입력, 분해효소에 대한 민감도를 고찰하여, DVS와 BDDE의 가교제로서 우월성을 평가하였다. DVS가 BDDE보다 분자량이 적어 중량대비 같은 농도로 처리하였을 때 히알루론산과 가교되는 정도가 많아 높은 저장탄성계수를 나타냈다. 그러나, DVS는 첨가되는 양에 따라 유변학적 특성을 포함한 팽윤도, 응집력, 주입력 등이 지수적으로 증가하여 반응의 제어가 어려웠고, BDDE는 배수적으로 증가하여 보다 핸들링이 쉽고 예측이 가능하였다. 생체외 평가를 통해, BDDE와 DVS로 제조된 하이드로겔들은 세포독성이 나타나지 않았으며, 분해효소는 모두 유사하였다. 최종적으로 핸들링이 쉽고, 효율적인 가교가 나타나 물성제어가 용이한 BDDE가 DVS 보다 우월하다고 판단되었다. 본 연구 결과를 통해, 추후 신규 가교제 혹은 가교 공정을 개발하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Hyaluronic acid-based dermal fillers dominate the global filler market. These fillers are produced by forming hydrogels through chemical crosslinking, with BDDE and DVS being the most commonly used crosslinkers. Although BDDE is predominantly used in current manufacturing, the comparative superiority of BDDE and DVS as crosslinkers has not been rigorously evaluated. To assess the performance of these crosslinkers, we prepared hyaluronic acid-based hydrogels using either BDDE or DVS at identical weight percent concentrations and converted the hydrogels into fillers. We analyzed the chemical structure of the hydrogels using FTIR-ATR and evaluated their physical properties, including rheological properties, cohesiveness, and injection force, with a rheometer and an injection force measuring device. Additionally, we assessed the cytotoxicity of each filler's extracts on fibroblasts (L929) and evaluated their sensitivity to hyaluronidase through an in vitro enzymatic degradation test. Finally, we compared the rheological properties, swelling ratio, injection force, and sensitivity to decomposition enzymes to determine the superiority of DVS and BDDE as crosslinking agents. Due to its lower molecular weight, DVS crosslinked more extensively with hyaluronic acid at the same concentration per weight, resulting in a higher storage modulus. However, the swelling ratio, cohesiveness, and injection force increased exponentially with the amount of DVS added, complicating reaction control. In contrast, BDDE exhibited a more predictable, multiplicative increase, making it easier to handle and control. In vitro evaluations showed that fillers made with both BDDE and DVS had no cytotoxicity, and their response to decomposition enzymes was similar. Ultimately, BDDE was deemed superior to DVS due to its ease of handling, efficient crosslinking, and controllable properties. The findings from this study are expected to aid in the development of new crosslinking agents or processes in the future.