The cell-instructed delivery system was designed to control the release behavior of cell by tuning the mechanical properties of the cell delivery carrier. First, alginate molecules were substituted with methacrylates and mixed with pure alginate molecules to prepare micro-gel crosslinked with Ca²⁺ ions. Then, the poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) was added to incorporate interpenetrating covalent cross-links in an ionically cross-linked alginate micro-gel. Controlling the degree of substitution of methacrylates and chemical cross-links tuned the alginate micro-gel with varying stiffness and toughness. This study discovered that the cells differentiated into neurons were hatching and released in the alginate micro-gel with W_T (work to fracture) of 213 J/m² and E (elastic modulus) of 7.5 kPa. Overall, the results of this study will be highly useful in designing cell-instructed delivery devices by systematically controlling the mechanical properties of the gel according to the cell traction force.

세포전달체의 기계적 물성을 조절하여 세포의 분화 정도에 따라 방출 제어가 가능한 세포주도형 전달시스템을 설계하였다. 먼저, 알지네이트 분자에 메타크릴레이트를 도입하고 순수 알지네이트 분자와 혼합하여, Ca²⁺ 이온으로 가교된 마이크로젤을 제조하였다. 또한 PEGDA를 첨가하여 이온가교와 함께 화학적 가교가 추가된 마이크로젤을 제조하였다. 메타크릴레이트의 접목도 및 화학적 가교 정도를 조절하여 다양한 강도와 인성을 갖는 마이크로젤을 제조할 수 있었다. 213 J/m²의 W_T(work to fracture)와 7.5 kPa의 E(elastic modulus)를 갖는 마이크로젤 시스템에서 신경세포로 분화가 진행된 세포가 젤을 깨고(hatching) 방출되는 것을 확인하였다. 본 연구에서 시도한 세포주도형 전달시스템은 세포견인력에 따라 젤의 기계적 물성을 체계적으로 제어한다면 다양한 세포에 적용 가능한 맞춤형 전달시스템으로 활용될 수 있으리라 기대된다.

Keywords: cell-instructed delivery, alginate micro-gel, work to fracture, elastic modulus, neuron cell.