Recently, active oxygen has been seriously induced due to severe exposure to life radiation and medical radiation, and many health functional foods using natural antioxidants have been released to suppress such active oxygen. However, the antioxidant activity of natural antioxidants is reduced due to low bioavailability. In this study, we have developed a chitosan-based microsphere carrier capable of increasing bioavailability of natural antioxidants, and analyzed the physicochemical characteristics of the microsphere carriers to evaluate their applicability as a natural antioxidant carrier. In order to solve the problem of reproducibility of chitosan having a broad molecular weight distribution, chitosan having a narrow molecular weight distribution and accurate molecular weight specification was prepared by using an ultrafiltration membrane. Chitosan microspheres using fractionated chitosan were prepared by spray dry method. The physicochemical properties of the fractionated chitosan and microspheres were analyzed by GPC, 1H NMR, FTIR and SEM. In addition, to evaluate the applicability of chitosan microspheres in vivo, their cytotoxicity was evaluated by MTT assay. These results suggest that chitosan microspheres can be applied in vivo, and natural antioxidant-encapsulated chitosan microsphere can be used to maximize antioxidant activity by increasing bioavailability.

최근 생활 방사선 및 의료 방사선의 심한 노출로 인해 활성산소가 심각하게 유발되고 있으며, 이러한 활성산소를 억제하기 위해 천연 항산화제를 이용한 건강 기능성 식품이 많이 출시되고 있다. 하지만, 천연 항산화제의 자체 사용 시 낮은 생체이용률로 인해 항산화 활성이 반감되는 문제점을 갖고 있다. 본 연구에서는 이러한 천연 항산화제의 생체이용률을 증가시킬 수 있는 키토산 기반의 마이크로스피어 담지체를 개발하고 물리화학적 특성을 분석하여 천연 항산화제 담지체로 응용가능성을 평가하고자 하였다. 기존의 넓은 분자량 분포를 갖는 키토산의 재현성 문제를 해결하기 위해 한외여과막을 이용하여 좁은 분자량 분포와 정확한 분자량 스펙을 갖는 키토산을 제조하였으며, 이를 spray dry 기법을 이용하여 키토산 마이크로스피어를 제조하였다. 분획된 키토산과 마이크로스피어의 물리화학적 특성은 GPC, 1H NMR, FTIR 및 SEM을 이용하여 분석하였고, 이러한 키토산 마이크로스피어의 생체 내에 적용 가능성을 평가하기 위해 세포독성 여부를 MTT assay를 이용하여 확인하였다. 이러한 결과를 통해 키토산 마이크로스피어는 생체 내에 적용이 가능하며, 추후 천연 항산화제를 담지하여 항산화제로 사용했을 시 생체이용률의 증가로 인해 항산화 활성을 극대화할 수 있을 것으로 사료된다.

Keywords: chitosan, ultrafiltration, microsphere, spray dry, natural antioxidant carrier

최근 활성산소는 생활방사선 및 의료방사선에 의해 심각하게 발생되고 있으며, 이는 다양한 질병과 피부노화를 촉진시키는 요소 중에 하나로써 현재 이러한 활성산소를 방어하기위해 항산화 물질이 함유된 기능성 식품이 많이 생산되고 있다. 활성산소란 산소원자를 포함해 짝지어지지 않은 전자로 반응성이 매우 큰 원자이다.^1,2 이는 공기 중에 존재하는 산소분자인 안정한 삼중항 산소(3O₂)가 방사선, 초음파, 화학반응, 신진대사 과정으로 인해 슈퍼옥사이드 라디칼(O^-₂·), 하이드록실 라디칼(HO·) 및 과산화수소(H₂O₂) 등 반응성이 큰 활성산소로 전환되며, 이는 각 기관, 세포 내 DNA 및 면역성에 치명적인 손상을 유발하여 인간의 수명단축에 큰 영향을 끼친다.^3-5 이러한 심각한 문제를 초래하는 활성산소를 예방하기 위해 다양한 합성 항산화제와 천연 항산화제를 사용하고 있지만, butylated hydroxyanisole(BHA), butylated hydroxytoluene(BHT)과 같은 합성 항산화제들의 경우에 과량 사용 시 독성 및 암을 유발할 수 있는 문제점을 갖고 있기 때문에 생체 내에 안전한 천연물질을 이용한 항산화제의 개발이 지속적으로 연구되고 있다.^6-8 천연물질인 과채류 및 식용버섯에 다량으로 존재하는 플라보노이드와 산성 페놀화합물들이 항산화성, 항알러지성, 항암성 등 다양한 생리활성 기능을 가지고 있는 것으로 알려져 있지만, 이를 자체 항산화제로 사용했을 시 낮은 생체 이용률로 인해 비효율적인 항산화 활성을 초래한다는 문제점을 갖고 있다.^9,10 본 연구에서는 이러한 천연 항산화 물질의 생체 이용률을 증가시킬 수 있는 키토산 기반의 마이크로스피어 담지체를 개발하여 그 물리 화학적 특성을 분석하고자 하였다.
키토산은 갑각류인 게나 새우의 껍질에 많이 존재하는 키틴을 탈아세틸화시켜 생성되는 생분해성 천연 다당류로써 β-(1,4)-glycosidic 결합으로 연결된 D-glucosamine과 N-acetyl D-glucosamine 두 단위체로 구성되어 있다.^11,12 키토산은 항암, 콜레스테롤 감소, 향균성, 면역 활성 등 우수한 생리활성을 갖는 것으로 알려져 있으며, 응용 분야로는 화장품, 수처리, 의약품, 식품, 바이오산업 등이 최근 의료용 분야에 많은 연구가 진행되고 있다.^13,14 또한 키토산은 생체적합하고, 낮은 독성, 우수한 세포부착 능력 및 장 내에 점막과 상호작용이 우수한 특성을 갖고 있으며, 수 많은 아민 그룹을 함유하고 있어 유전자 및 약물 전달시스템 분야에 많이 응용되고 있다.^15,16 이러한 특성을 갖는 키토산을 이용하여 천연 항산화물질을 담지할 수 있는 마이크로스피어 담지체를 개발하여 항산화제로 응용하였을 시 생체 내에 높은 안전성뿐만 아니라 장 내에 점막과 우수한 상호작용으로 인해 높은 생체이용률을 기대할 수 있어 항산화 효과를 극대화할 수 있을 것을 사료된다.
따라서 본 연구에서는 생활방사선 및 의료방사선으로부터 유발되는 활성산소를 효과적으로 제거하기 위해 천연 항산화 물질을 담지할 수 있는 키토산 마이크로스피어(CM)를 제조하고, 그 물리 화학적 특성을 규명하고자 하였다. 본 연구 결과를 통해 제조된 CM은 천연 항산화 물질을 담지할 수 있는 담지체로 사용이 가능함을 제시한다.