온도 민감성 Elastin-like Polypeptide 의 생체재료에의 응용 … · 2013-08-04 · Biomaterial Application of Thermally Responsive Elastin-like Polypeptide 정재연1·조종수2·현진호

Biomaterials Research (2008) 12(2) : 39-47

39

Biomaterials

Research

C The Korean Society for Biomaterials

온도 민감성 Elastin-like Polypeptide의 생체재료에의 응용

Biomaterial Application of Thermally Responsive Elastin-like Polypeptide

정재연1·조종수

2·현진호

3,*

Jaeyeon Jung1, Chong Su Cho2, and Jinho Hyun3,*

1서울대학교 농업생명과학대학 바이오시스템소재학부, 2

서울대학교 농생명공학부, 3서울대학교 농업생명과학연구원

1Department of Biosystems and Biomaterials Science and Engineering, Seoul National University, Seoul 151-921, Korea2Department of Agricultural Biotechnology, Seoul National University, Seoul 151-921, Korea3Research Institute for Agriculture and Life Sciences, Seoul National University, Seoul 151-921, Korea(Received January 17, 2008/Accepted March 12, 2008)

Elastin-like polypeptides (ELPs) are a unique class of genetically encoded biopolymers with tunable thermosensitivity.In this article, we review genetically-engineered recombinant methods for the synthesis of ELPs, and discuss biomaterialapplications of these polymers for drug delivery, protein purification, and biosensing.

Key words: Biosensing, Drug delivery, Elastin-like polypeptides (ELP), Stimuli-response, Tissue engineering

서 론

lastin-like polypeptide(ELP)는 포유류의 elastin에서 유래되

어 유전자 재조합법으로 합성된 폴리펩타이드이다. Val-Pro-

Gly-Xaa-Gly의 다섯개의 아미노산이 반복되는 pentapeptide 이

며, 이때 Xaa는 proline을 제외한 아미노산으로 이루어진다1).

ELP는 온도민감성의 성질을 가지고 있으며, lower critical

solution temperature (LCST)을 기준으로 높은 온도에서는 불

용성이며, 낮은 온도에서는 용해되는 성질을 가진다1). 이는 가

역적인 반응이며, ELP의 분자량과, Xaa에 어떤 아미노산이 위

치하느냐에 따라, 그리고 ELP 용액의 pH, 이온강도, 농도 등

의 요소에 따라 LCST는 변화한다.

ELP의 합성은 용액 및 고체상 화학 합성법에 의한 제조는

다수 보고된 바 있다2). 그러나 화학적 합성은 단백질계 고분자

에서 필수적으로 요구되는 생성물의 순도, 초기 합성 비용, 시

간, 그리고 주어진 고분자 조성의 이차적 합성 비용면에서 상

업화가 불가능 할 것으로 생각된다. 유전 공학의 발전은 화학

적 합성의 한계를 극복할 수 있는 계기를 제시해 주었으며 최

근에는 단백질계 고분자합성에 있어서 화학적 합성보다는 단백

질 재조합 방법이 선호되고 있다. 단백질계 고분자 합성 시 재

조합기술을 이용하면 100kDa의 고분자량 또는 그 이상 분자

량을 갖는 사슬길이가 정확하게 제어될 수 있고, 원하는 특성

을 가지는 구조의 고분자를 아미노산의 정확한 서열제어에 의

해 얻을 수 있다. 또한 높은 특이성, 세포 부착 또는 새로운

기능을 갖는 효소의 특별한 서열을 포함함으로써 고분자에 기

능을 부여 할 수 있다2).

ELP는 0~100oC에 이르기까지 광범위하게 LCST를 변화시

킬 수 있고, 응용분야에 맞게 다양하게 폴리펩타이드를 구성

할 수 있기 때문에, 현재 생물공학, 생물의학 부분에서 많은

응용이 되고 있다3). 또한 poly(N-isopropylacrylamide)

(poly(NIPAAm))과 같은 온도민감성의 합성고분자에 비해서 E.

coli에서 생합성되어 단분자량일 때는 in vivo 상에서의 생물학

적 반감기 등을 정확히 예측할 수 있기 때문에 약물 전달체

등으로도 이용할 수 있다4). 본 총설에서는 ELP의 생합성 방법

과 조직공학적 응용에 관한 결과를 정리하고, 다양한 응용 가

능성을 모색하고자 하였다.

ELP의 합성

ELP는 반복되는 서열구조를 가지기 때문에 RDL (recursive

directional ligation) 방법에 의해 다양한 길이와 서열의 ELP가

생합성 되어진다5). RDL은 monomer library를 얻은 후

library를 제한효소로 자른 후 ligation하여 ELP의 gene 서열의

길이를 배수로 증폭시키는 방법이다(Figure 1).

ELP library의 구축은 Figure 2과 같이 진행한다. 제작된

PCR template를 이용하여 ELP monomer를 포함한 ELP

*책임연락저자: [email protected]

E

Figure 1. RDL (Recursive Directional Ligation)5). A DNA segment isoligomerized in a series of single, uniform steps; each step grows theoligomer by one unit length of the monomer gene.

<Review>

40 정재연·조종수·현진호

Biomaterials Research 2008

monomer library를 얻고. 이 벡터를 제한 효소인 RE1과 RE2

를 이용하여 자른 후 RE1으로만 잘려진 ELP monomer 벡터

에 ligation하여 2 mer를 얻는다. 이 반복과정을 통해 여러

길이의 ELP gene를 확보한다. 각각의 ELP library는 DNA

sequencing를 통하여 확인한다3).

단백질의 효과적인 발현을 위해서 T7 promoter가 포함된

pET 벡터를 이용한다. DNA seqeunce가 확인된 ligation

된 벡터는 E. coli BLR(DE3)에 transfection 하여, ELP를 생

산한다3).

세포는 원심분리하여 배양액과 분리한 뒤, PBS에 다시 부유

시키고 ultrasonic disruption하여 세포 lysate를 얻는다. 다시

원심분리하여 상등액만 취한다. 상등액에 염화나트륨을 첨가하

거나 열을 가하면 ELP는 불용성이 되어 침전이 되고, 이때 원

심분리하여 얻은 침전물을 다시 온도를 낮추거나 염을 제거하

면 수용성 물질이 된다. 이런 방법을 여러번 반복하면 순수한

ELP를 얻을 수 있으며, 이를 “inverse transition cycling

method”라고 한다(Figure 3)6). 만들어진 ELP는 아미노산의 몰

흡광계수 (molar extinction coefficient)를 이용하여 UV 분광

계로 농도를 측정한다. LCST는 ELP 용액의 OD350를 1oC씩

변화시켜 측정한다(Figure 4)3).

약물전달체로의 응용

표적지향성 약물 전달체는 다음과 같은 요건들을 갖추어야

한다. 첫째, 세포 독성이 없어야 하며, 원하는 부분에 표적 지

향성을 가져야 한다. 둘째, 전달체(대부분 <500 Da MW)는

약물보다 커야하며 적절한 생물학적 반감기를 가져야 한다. 셋

째, 효율적으로 약물을 전달하기 위해서는 전달체의 구조를 조

Figure 2. The molecular biology steps of RDL for ELP libaray3). (A) A synthetic oligonucleotide encoding the monomer gene is ligated into a clon-ing vector. (B) The gene is designed to contain recognition sites for two different restriction endonucleases, RE1 and RE2. (C) An insert is pre-pared by digestion of the vector with both RE1 and RE2, and a linearized vector is produced by separately digesting another aliquot of the sameplasmid with only RE1. (D) The purified insert is ligated into the linearized vector, resulting in dimerization of the gene. (E) The oligomer assem-bled in any round of RDL can be used in future rounds of RDL as the insert and/or the vector.

Figure 3. Purification of ELPs (inverse transition cycling method)6).ELPs are aggregated by increasing the temperature of the cell lysate to~30oC and/or by adding NaCl to a concentration ~2 M. The aggre-gated protein is separated from solution by centrifugation at 35~45oCat 10,000~15,000 g for 15 min. The supernatant is decanted anddiscarded, and the pellet containing the fusion protein is resolubilizedby agitation in cold, low-ionic-strength buffer. The resolubilized pel-let was then centrifuged at 4oC to remove any remaining insolublematter.

온도 민감성 Elastin-like Polypeptide의 생체재료에의 응용 41

Vol. 12, No. 2

절할 수 있으며, 생체적합성과 생분해성이 있어야 한다7). ELP

는 분자량을 쉽게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 생체적합성을

가지고, 분해되더라도 비독성의 아미노산으로 분해되기 때문에

약물전달체로의 응용이 가능하다.

종양 조직은 특히나 enhanced permeability and retention

(EPR) 현상이 일어나기 때문에 약물의 전달이 더욱 쉽게 일어

난다8). ELP는 LCST를 중심으로 용해성이 변하기 때문에 조직

내에 ELP-약물 복합체를 처리하고, 약간의 열을 가해주면 가용

성 약물전달체로 이용할 수 있다. ELP1을 체온과 비슷한

37oC의 LCST로 구성하고 ELP2를 체온보다 높은 온도

(>>37oC)로 구성하고, 약 40oC 정도로 온도를 맞춰주면 두

ELP가 집합체를 구성하게 된다. 이를 종양 조직에 넣어주게 되

면 EPR 효과 때문에 Figure 5와 같이 쉽게 조직 내로 들어

가게 된다9).

동위원소로 표지하게 되면 in vivo상에서 어떤 경로에 의해

조직 내로 들어가는지, 그리고 생분해 거동이 어떻게 일어나는

지에 대한 연구를 할 수 있다. ELP에 14C로 표지하여 종양을

가진 쥐에 주사하여 살펴본 결과, ELP의 생물학적 반감기는

약 8.4시간이었으며, ELP에 열처리를 하지 않은 것보다 열처리

를 한 것이 조직 내에 축척되는 양이 약 2배가 되는 결과를

얻었다(Figure 6)10).

친수성 용액 상에서 고분자물질이 양친매성을 가지면 소수성

인 부분은 안쪽으로 모이고, 친수성은 바깥쪽을 향해 있는 미

셀을 형성하게 된다. 이런 core-shell 구조는 수 nm의 매우

작은 단위체를 형성하게 되므로 약물전달체로의 응용가능성이

있다. 또한 EPR 효과에 의해 종양내로 쉽게 전달되고, 친수성

Figure 4. Inverse phase transition of ELP3). Typical, temperature-dependent turbidity profile of ELPs.

Figure 5. Imges of ELP1 (green) and ELP2 (red) in a solid tumor before during and after heat treatment. (a) no heat, (b) 41.5oC, and (c) 37oC.Scale bar : 100 µm9).

Figure 6. (a) Pharmacokinetic analysis of 14C-labeled ELP in mice.therminal half-life is 8.4 h. (b) Tumor accumulation of ELP after 1 hhyperthermia10).



의 부분 때문에 새망내피계(reticuloendothelial system (RES))

에 의해 쉽게 제거 되지 않아 조직 내로 더욱 잘 전달될 수

있다11). ELP를 VPGEG-(IPGAG)4와 VPGFG-(IPGVG)4의 친수

성과 소수성 블록으로 만들어서 약 50 nm 크기의 미셀이 형

성되었다는 보고가 있다12). Figure 7은 ELP 미셀이 형성되는

모식도와 온도에 따른 미셀의 형성 정도 UV 분광계를 이용해

살펴본 것이다5). 만약 온도가 두 ELP의 LCST사이라면 미셀을

형성할 것 이다. 이와 같이 각 블록의 LCST과 블록의 구성비

를 잘 조절하면 특별한 조건에 맞는 약물전달체로 이용할 수

있으리라 생각된다.

ELP의 이온강도를 조절하면 양이온성, 음이온성 약물 모두

쉽게 방출 할 수 있게 된다. ELP의 경우 Xaa 부분에 lysine,

glutamic acid, aspartic acid와 같은 이온성의 아미노산으로

조합하면 매우 높은 LCST (>100oC)를 가지게 되며, 반대의

이온성을 가지는 물질과 결합하게 되면 LCST가 매우 낮아지게

된다13). 이런 특징을 이용하여 약물과 함께 ELP 캡슐이 되었

을 때는 불용성이었다가, 약물이 없어지면 자연스럽게 용해되

는 약물전달체로의 연구가 진행되고 있다.

단백질 분리

단백질이나 폴리펩타이드를 다양한 형태로 합성함에 따라 분

리방법에 대한 연구가 많이 진행되었다. Ni-His tag의 친화성

크로마토그래피가 가장 일반적으로 이용되는 방법이나, 이외에

도 다양한 리간드를 이용한 친화성 크로마토그래피법으로 분리

한다. 그러나 대량의 시료 처리는 어렵고, 많은 비용이 든다는

단점이 있다14).

ELP의 열적특성을 이용한 inverse transition cycling

method는 대용량의 시료를 빠르게 처리할 수 있고, ELP를 융

합 단백질로 이용 후 쉽게 분리 할 수 있다. ELP를 이용한

단백질 분리의 원리는 Figure 8에 나타내었다15). 얻고자 하는

물질에 ELP를 융합하고 LCST를 기준으로 온도를 조절해줌에

따라 ELP의 용해, 불용성 성질이 바뀌기 때문에, 이를 원심분

리를 통해서 쉽게 분리할 수 있다. 이 때 두 단백질 사이에

가수분해 되는 사이트나, 효소로 절단되는 사이트를 넣어주게

되면 쉽게 ELP와 단백질을 분리 할 수 있다.

또한 특정 리간드를 ELP와 융합함으로써, 상호작용하는 단백

질이나 특정한 물질만을 분리할 수 있다. 예를 들어 금속과 반

응하는 His-tag을 ELP에 융합하게 되면 수처리 공정의 일부로

Figure 7. Schematic of micelle formation for ELP2-ELP4 block copolymer as a temperature. If the temperature is between the LCST’s of the twoblocks, then a nanoparticles, possible a micelle, will form5).


Vol. 12, No. 2

중금속을 제거할 수 있고16), ELP에 protein A를 융합시키면

상호작용을 하는 IgG만 분리할 수 있게 된다(Figure 9). 이는

ELP의 열적거동과 물질간의 친화성을 이용한 방법으로써, 원하

는 물질 만을 분리 해낼 수 있다는 장점이 있다.

바이오센서로의 응용

바이오센서로써 이용하기 위해서는 민감성, 자극인식, 저장수

명, 처리량, 센서 재사용 등 다양한 요소를 고려해야 한다. 대

부분의 바이오센서는 기질 표면에 리셉터(단백질, DNA

aptamer 등)가 고정되어 있고, 흡착이나 화학적 결합에 의해서

원하는 물질을 얻어내는 형태를 하고 있다.

금 판위에 50 µm 간격의 poly(dimethylsiloxane) (PDMS)

스탬프를 이용하여 hexadecanthiol (HDT)의 소수성 패턴을 만

들고, 나머지 부분을 친수성의 mercaptoundecanoic acid

(MUA)로 처리해주면 두 가지 성질을 가진 표면을 제작할 수

있다. 이 때 ELP와 융합된 물질을 10oC에서 40oC까지 처리

해주면 LCST보다 높은 온도에서는 HDT의 소수성 표면에 결

합하게 되며 이를 ellipsometry 이미징를 이용하여 측정할 수

있다(Figure 10)18).

또한 LCST 이상의 온도에서 불용성의 성질로 응집되는 성질

을 이용하여, 표면에 ELP를 고정시켜 놓고, 다른 ELP에 형광

물질로 표지한 뒤, 온도를 높여주게 되면 ELP끼리 응집이 일

어나서 표면에 흡착된다. Figure 11은 ELP-thioredoxin을 융합

시킨 뒤, 형광 표지하여 관찰하고, 온도를 다시 낮춰주어 표면

으로부터 ELP가 다시 떨어지게 한 것이다19).

High-throughput sensing (HTS)는 바이오센서분야에서 장기

적인 목적중의 하나로, 다양한 패터닝 방법과 마이크로플루이

딕 기술에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. ELP 어레이는 마

이크로미터 단위에서부터 다양하게 구성할 수 있으며, dip-pen

nanolithography를 이용하면 나노미터 단위의 어레이도 제조할

수 있다. AFM tip을 mercaptohexadecanoic acid (MHA)에

담근 뒤, 금 판위에 찍고, 나머지 부분을 비선택적 흡착을 막

기 위해 11-mercaptoundecyltri(ethylene glycol)로 처리 한다.

MHA의 카복실기와 ELP의 아민기를 공유결합시키면 ELP 나노

어레이가 만들어진다(Figure 12)20).

그리고 ELP와 단백질의 융합체를 고정했을 때는 단백질과

특이적 반응을 하는 리간드를 다시 검출할 수 있어 나노 단위

의 검출 센서로 이용할 수 있을 것이다.

조직공학 응용을 위한 ELP 하이드로겔

ELP는 엘라스틴에서 유래된 폴리펩타이드이기 때문에 조직공

학에서 지지체로써의 응용이 가능하며, 이를 위해서는 화학적

혹은 물리적 가교처리를 하여 분해거동을 조절할 수 있어야 한

다7,21,22). ELP는 연골과 디스크 세포의 재생23), 혈관이나 도뇨

Figure 8. Schematic illustrating the inverse transition cycling method for purification of ELP fusion proteins15).

Figure 9. Schematic illustration of one-pot glyco-affinity precipitation purification17).



관 재생24), 줄기세포 매트릭스25) 뿐만 아니라 창상드레싱제로

의 응용도 가능하다.

Figure 13에서와 같이 ELP용액에서 온도를 높여준 뒤, 액체

를 제거하게 되면 코아세베이트가 형성되게 되는데, 가교처리

없이 연골세포와 함께 복합체를 만들 수 있다. 그러나 코아세

베이트 복합체는 Table 1에서 나타낸 바와 같이 인공 연골로

써 필요한 동적 전단 응력이 부족하고, 기계적 특성이 떨어지

기 때문에 실제적으로 응용하는 데는 한계가 있다23).

ELP 하이드로겔을 형성하기 위해서는 가교처리가 필수적이

다. ELP 코아세베이트 상태에서 감마선 조사를 해주거나,

lysine 잔기의 아민기를 이용하여 화학적 가교처리를 하는 방법

등이 있다. 이때 아민반응성 가교제를 이용하게 되는데,

glutaraldehyde, hexamethylene diisocyanate, bis(sulfosucci-

nimidyl) 등으로 가교처리한 예들이 있다26,27). 이렇게 처리를

해주면 강도가 10배 이상으로 증가한다고 보고되고 있고26), 이

는 지지체로의 이용 가능성을 보여주는 결과이다.

또한 Lim 등은 무기물인 β-[tris(hydroxymethyl)phosphino]

propionic acid (THPP)를 가교제로 사용하면 빠른 시간에 세

포의 생존에 영향을 주지 않고 연골조직 재생에 적합한 기계

적 물성을 갖는 가교된 ELP를 얻는다고 보고하였다28). 가교반

응 메카니즘은 Figure 14에 나타내었다. 그러나 화학적으로 가

교하는 방법은 가교제 때문에 독성을 지닐 수 있다는 보고가

있어서 LCST의 차이를 이용한 물리적 가교에 대한 연구도 진

행되고 있다29).

감마선 조사로 인한 물리적이나 시약을 사용한 화학적으로

ELP를 가교시키는 방법 외에도 Chilkoti 그룹에서는 tissue

Figure 10. Bright areas represent regions where the protein wasadsorbed on the hydrophobic regions (HDT) and dark areas representregions where no protein was adsorbed on the hydrophilic regions(MUA)18).

Figure 11. Confocal fluorescence images of a protein microarray19).(A) Image of ELP patterned substrate after it was sequentially incu-bated with cell lysate containing overexpressed Trx-ELP, followed byan anti-Trx mAb and finally with a Cy3-labeled secondary Ab. (B)After washing with cold PBS. (C) Histogram of normalized fluores-cence intensity for antibody binding to, and desorption from, patternsfabricated from crude cell lysate containing overexpressed Trx-ELP orcontrol lysate.


Vol. 12, No. 2

transglutaminase의 효소를 이용하여 ELP를 가교시켜 연골조직

재생에 응용하였다30). Figure 15의 A는 콜라겐 II형, B는 콜라

겐 I 형, C는 28간 ELP 하이드로겔을 주입한 결과, D는 음

성대조군으로 세포가 없는 경우를 면역염색한 것이다. C에 나

Figure 12. ELP nanoarray20). (a) Dip-pen lithography of mercapto-hexanoic acid (MHA). (b) Filled with 11-mercaptoundecyltri(ethyle-neglycol) (EG3-SH) and activation of MHA. (c) End-grafting of ELP. (d)Immobilization of Thioredoxin-ELP (Trx-ELP) fusion protein to an ELPpattern above the LCST. (e) Specific binding of anti-Trx mAb to Trx-ELPabove the LCST. (f) Release of fusion protein complex from ELP pat-tern below the LCST. (g) AFM Tapping Mode height image of a ELPnanoarray in PBS buffer at room temperature. (h) Enlarged view ofarea indicated in (g) and representative cross section, showing a typicalfeature height of 5 to 6 nm and a lateral feature size of about 200 nm.

Table 1. Complex shear moduli of polymer networks23).

Concentration G* (Pa)

ELP coacervate 324 mg/mL 80

alginate 2% 2310

poly(NIPAAm-co-Aac) cross-linked 90

hyaluronan 20 mg/mL 90

collagen 27 mg/mL 150

nucleus pulposus NA 11×103

atricular cartilage NA 440×103

Figure 14. Inter- and intramolecular cross-linking mechanism betweenLys residues of ELPs and THPP28).

Figure 15. Immunohistochemical staining was positive (red) for type IIcollagen (A) and negative for type I collagen (B) after 28 days of cul-ture, indicating deposition of hyaline cartilage-like extracellular matrixby the encapsulated cells. Negative controls show the absence ofstaining for sections with no primary antibody (C) and no cells (D).Scale bars: 100 µm30).

Figure 13. Schematic of cell seeding showing the process by whichchondrocytes are seeded in ELP coacervates23).



타낸 바와 같이 연골세포를 ELP 하이드로겔에 주입하여 28일

후에 면역염색을 한 결과 콜라겐 Ⅱ형이 풍부한 연골형의 세

포외 기질의 축적이 확인되었다.

Janorkar 등은 ELP 표면에 양이온을 갖는 폴리에틸렌이민

(PEI)과 음이온을 갖는 폴리아크릴산(PAA)을 결합시켰다31).

Figure 16에서와 같이 PAA표면에서의 간세포는 퍼진 상태

(spreading)의 형태를 PEI표면에서는 초기 2일에는 원형의 간세

포 형태를 나타내다가 6일이 지나면 간세포의 분화능력을 높

이는 간세포집합체를 나타내었다31).

최근에는 Betre 등에 의하여 사람에서 추출한 지방 유래 줄

기세포를 ELP 하이드로겔에 주입하면 외부에서 연골유도물질

을 첨가하지 않더라도 2주후에 연골특이적 유전자 발현을 증

가시키고 연골특이적 세포외기질인 콜라겐 Ⅱ형의 생성을 촉진

한다는 보고32)를 하여 ELP가 줄기세포 배양의 좋은 지지체가

될 수 있다는 가능성을 제시하였다.

결 론

ELP는 포유류의 엘라스틴에서 유래된 자극민감성 폴리펩타이

드로써, 생체적합성과 온도에 따른 열적 거동을 보이는 물질이

다. ELP는 유전자재조합 방법에 의해 단분자량 분산으로 생산

할 수 있고, 구조를 원하는 대로 바꿀 수 있기 때문에 약물전

달체, 단백질 분리, 바이오센서, 조직공학 등 다양한 생물공학

분야에서 이용 가능하다.

감사의 글

이 논문은 2006년도 정부(과학기술부)의 재원으로 한국과학

재단의 지원을 받아 수행된 연구임 (No. R01-2006-000-

10217-0).

참고문헌

1. D. W. Urry, “Free-energy transduction in polypeptides andproteins based on inverse temperature transitions,” Prog.Biophys. Mol. Biol., 57, 23-57 (1992).

2. D. W. Urry, T. L. Trapane, and K. U. Prasad, “Phase-structuretransitions of the elastin polypentapeptide-water system withinthe framework of composition-temperature studies,” Biopolymers,24, 2345-2356 (1985).

3. D. E. Meyer and A. Chilkoti, “Genetically encoded synthesis ofprotein-based polymers with precisely specified molecularweight and sequence by recursive directional ligation: examplesfrom the elastin-like polypeptide system,” Biomacromolecules, 3,357-367 (2003).

4. H. Ghandehari and J. Cappello, “Genetic engineering of protein-based polymers: potential in controlled drug delivery-com-mentary,” Pharm. Res., 15, 813-815 (1998).

5. A. Chilkoti, M. R. Dreher, and D. E. Meyer, “Design of thermallyresponsive, recombinant polypeptide carriers for targeted drugdelivery,” Adv. Drug Deliv. Rev., 54, 1093-1111 (2002).

6. D. T. McPherson, J. Xu, and D.W. Urry, “Product purification byreversible phase transition following escherichia coli expressionof genes encoding up to 251 repeats of the elastomericpentapeptide gvgvp,” Protein Expr. Purif., 7, 51-57 (1996).

7. R. Langer, “Drug delivery and targeting,” Nature, 392, 5-10(1998).

8. Y. Matsumura and H. Maeda, “A new concept for macromole-cular therapeutics in cancer-chemotherapy-mechanism oftumoritropic accumulation of proteins and the antitumor agentsmancs,” Cancer. Res., 46, 6387-6392 (1986).

9. M. R. Dreher, W. Liu, C. R. Michelich, M. W. Dewhirst, F. Yuan,and A. Chilkoti, “Tumor vascular permeability, accumulation,and penetration of macromolecular drug carriers,” J. Natl.Cancer Inst., 98, 335-344 (2006).

10. W. Liu, M. R. Dreher, D. Y. Furgeson, K. V. Peixoto, H. Yuan, M.R. Zalutsky, and A. Chilkoti, “Tumor accumulation, degradation,and pharmacokinetics of elastin-like polypeptides in nude mice,”J. Control. Release, 116, 170-178 (2006).

11. O. Ishida, K. Maruyama, K. Sasaki, and M. Iwatsuru, “Size-dependent extravasation and interstitial localization of poly-ethyleneglycol liposomes in solid tumor-bearing mice,” Int. J.

Figure 16. Hepatocytes cultured on TCPS, ELP, and ELP-PAA spread, while those cultured on ELP-PEI formed small cellular aggregates within 48 hand hepatic spheroids by 72 h31).


Vol. 12, No. 2

Pharm., 190, 49-56 (1999).12. T. A. T. Lee, A. Cooper, R. P. Apkarian, and V. P. Conticello,

“Thermo-reversible self-assembly of nanoparticles derived fromelastin-mimetic polypeptides,” Adv. Mater. 12, 1105-1110 (2000).

13. D. W. Urry, D. C. Gowda, T. M. Parker, C. H. Luan, M. C. Reid,C. M. Harris, A. Pattanaik, and R. D. Harris, “Hydrophobicityscale for proteins based on inverse temperature transitions,”Biopolymers 32, 1243-1250 (1992).

14. K. Terpe, “Overview of tag protein fusions: from molecular andbiochemical fundamentals to commercial systems,” Appl.Microbiol. Biot., 60, 523-533 (2003).

15. D. E. Meyer and A. Chilkoti, “Purification of recombinant pro-teins by fusion with thermally -responsive polypeptides,” Nat.Biotechnol., 17, 1112-1115 (1999).

16. H. Stiborova, J. Kostal, A. Mulchandani, and W. Chen, “One-step metal-affinity purification of histidine-tagged proteins bytemperature-triggered precipitation,” Biotechnol. Bioeng., 82,605-611 (2003).

17. X. L. Sun, “One-pot glyco-affinity precipitation purification forenhanced proteomics: The flexible alignment of solution-phasecapture/release and solid-phase separation,” J. Proteome Res., 4,2355-2359 (2005).

18. W. Frey, D. E. Meyer, and A. Chilkoti, “Thermodynamicallyreversible addressing of a stimuli responsive fusion protein ontoa patterned surface template,” Langmuir, 19, 1641-1653 (2003).

19. N. Nath and A. Chilkoti, “Fabrication of a reversible proteinarray directly from cell lysate using a stimuli-responsivepolypeptide,” Anal. Chem., 75, 709-715 (2003).

20. J. Hyun, W. K. Lee, N. Nath, A. Chilkoti, and S. Zauscher,“Capture and release of proteins on the nanoscale by stimuli-responsive elastin-like polypeptide “switches“,” J. Am. Chem.Soc., 126, 7330-7335 (2004).

21. M. M. P. Lutolf and J. J. A. Hubbell, “Synthetic biomaterials asinstructive extracellular microenvironments for morphogenesis intissue engineering,” Nat. Biotechnol., 23, 47-55 (2005).

22. J. Van Hest and D. A. Tirrell, “Protein-based materials, toward anew level of structural control,” Chem. Commun., 19, 1897-1904 (2001).

23. H. Betre, L. A. Setton, D. E. Meyer, and A. Chilkoti, “Charac-

terization of a genetically engineered elastin-like polypeptide forcartilaginous tissue repair,” Biomacromolecules, 3, 910-916(2002).

24. E. R. Welsh and D. A. Tirrell, “Engineering the extracellularmatrix: A novel approach To polymeric biomaterials. I. Controlof the physical properties of artificial protein matrices designedto support adhesion of vascular endothelial cells,” Biomacro-molecules, 1, 23-30 (2000).

25. L. Meinel, S. Hofmann, V. Karageorgiou, L. Zichnew, R. Langer,D. Kaplan, and G. Vunjak-Novakovic, “Engineering cartilage-liketissue using human mesenchymal stem cells and silk proteinscaffolds,” Biotechnol. Bioeng., 88, 379-391 (2004).

26 J. Lee, C. W. Macosko, and D. W. Urry, “Mechanical propertiesof cross-linked synthetic elastomeric polypentapeptides,” Macro-molecules, 34, 5968-5974 (2001).

27. J. Lee, C. W. Macosko, and D. W. Urry, “Swelling behavior ofgamma-irradiation cross-linked elastomeric polypentapeptide-based hydrogels,” Macromolecules, 34, 4114-4123 (2001).

28. D. W. Lim, D. L. Nettles, L. A. Setton, and Ashutosh Chilkoti,“Rapid Cross-Linking of Elastin-like Polypeptides with (Hydroxy-methyl)phosphines in Aqueous Solution,” Biomacromolecules, 8,1463-1470 (2007).

29. E. R. Wright, R. A. McMillan, A. Cooper, R. P. Apkarian, and V. P.Conticello, “Thermoplastic elastomer hydrogels via self-assemblyof an elastin-mimetic triblock polypeptide,” Adv. Funct. Mater.,12, 149-154 (2002).

30. M. K. McHale, L. A. Setton and A. Chilkoti, “Synthesis and invitro evaluation of enzymatically cross-linked elastin-like poly-peptide gels for cartilaginous tissue repair,” Tissue Eng, 11, 1768-1779 (2005).

31. A. V. Janorkar, P. Rajagopalan, M. L. Yarmush, and Z. Megeed,“The use of elastin-like polypeptide-polyelectrolyte complexes tocontrol hepatocyte morphology and function in vitro,” Bio-materials, 29, 625-632 (2008).

32. H. Betre, S. R. Ong, F. Guilak, A. Chilkoti, B. Fermor, and L. A.Setton, “Chondrocytic differentiation of human adipose-derivedadult stem cells in elastin-like polypeptide,” Biomaterials, 27, 91-99 (2006).

Documents

온도 민감성 Elastin-like Polypeptide 의 생체재료에의 응용 … · 2013-08-04 · Biomaterial Application of Thermally Responsive Elastin-like Polypeptide 정재연1·조종수2·현진호