구(球)형 히알루론산 나노입자의 연골파괴 완화 효과
구(球)형 히알루론산 나노입자의 연골파괴 완화 효과
  • 신연진 기자
  • 승인 2021.08.03 17:32
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아주대학교 김욱, 양시영 교수
기사와 직접적 관련 없는 이미지 Ⓒgettyimagesbank 

최근 수명연장에 따른 고령화 사회 진입으로 세계적으로 관절염 환자 수는 지속해서 증가하는 추세로 2015년 미국 통계에 의하면, 65세 이상 노인에서 관절염의 전체 유병률은 33.6%로 전 인구대비 2,700만 정도라고 추정되고 있다.

이중 중등도 이상 관절염은 인구 100명당 0.9(여자 1.2, 남자 0.4)이고, 증상에 따른 60세 이상 노인의 관절염 유병률은 인구 100명당 12.1% (여자 18.7%, 남자 13.5%)이며, Framingham OA study 보고에 따르면 63세 이상 노인의 골관절염 유병률은 9.5%(여성1.4%, 남성 6.8%)라고 보고됐다.

이에 퇴행성 관절염 치료는 현재까지 수술 및 비스테로이드 제제 통한 항염 및 통증 완화에만 그치고 있으며 장기투여 시 소화기계 및 혈액응고 기전의 부작용이 발생할 수 있다.

현재 주입형 고분자량 히알루론산은 퇴행성 관절염 치료제 및 연골보호제로 사용되고 있으나 생체 내에서 불안정하고 효과 또한 개선될 필요가 있음. 따라서 부작용이 없고 생체 안정성이 뛰어나면서 효과적인 치료제 개발이 필요한 실정이다. 생체 친화성, 무독성 및 표적 특이적 결합력 등의 장점으로 인해 자가조립 히알루론산 나노입자는 약물전달체로 개발되어 약물의 표적 특이적 체내 전달을 위한 수단으로 활발히 사용됐다.

 

이에 김욱, 양시영 교수(아주대학교) 연구팀은 구()형 자가조립 히알루론산 나노입자의 연골보호 및 염증완화 효과를 생쥐모델에서 확인했다. 이는 퇴행성 관절염을 위한 연골보호제로 쓰이는 선()형 히알루론산의 생체안정성과 효과를 높일 실마리가 될 것으로 기대된다.

 

연구팀은 선형 히알루론산과 달리 압축된 구형의 자가조립 히알루론산 나노입자가 안정성이 더 높아 생체 내에서 오래 지속하며 염증완화 효과도 높일 수 있을 것이라 가정했다.

 

■ 자가조립 히알루론산 나노입자의 퇴행성 관절염 치료기전 ■
자가조립 히알루론산 나노입자를 생쥐의 연골에 주입 시 CD44와 결합하여 CD44의 활성을 감소시키며 이는 결과적으로 전사인자인 NF-κB활성을 억제함. 이를 통하여 연골파괴를 매개하는 이화인자의 발현 및 활성을 저해함으로써 연골파괴를 감소시킴 [그림설명 및 그림제공 : 아주대학교 김욱 교수, 아주대학교 강이중 박사]

연구팀은 생쥐 무릎에 주입된 자가조립 히알루론산 나노입자가 연골을 투과해 연골세포 막에 존재하는 CD44 수용체에 결합, 연골파괴를 막는 것을 다광자 및 공초점 현미경으로 확인했다나노입자에 다수의 CD44 결합부위가 있어 동시에 여러 CD44와 결합, 세포막에 CD44 뭉침현상(clustering)을 일으켜 CD44 활성을 효과적으로 억제한다는 것이다약물을 담지하지 않은 약물 전달체인 자가조립 히알루론산 나노입자 자체가 연골파괴를 매개하는 이화인자를 돕는 CD44 수용체를 억제한다는 설명이다.

 

 ■ 생쥐모델에서의 자가조립 히알루론산 나노입자의 퇴행성 관절염 치료효과  ■
A. 히알루론산 분해효소에 대한 저항성 평가 : 자가조립 히알루론산 나노입자는 고분자량 히알루론산보다 히알루론산 분해효소에 대한 저항성이 높음.
B. 동물모델을 이용한 자가조립 히알루론산 나노입자의 연골 투과능 평가 : 다광자 현미경 분석을 통하여 자가조립 히알루론산 나노입자의 연골투과능을 확인함.
C. 동물모델을 이용한 퇴행성 관절염 치료효과 평가 : 자가조립 히알루론산 나노입자를 연골에 4주에 한 번 주입해도 연골파괴를 억제시켰고, 동일 용량에서 고분자량 히알루론산보다 효과가 우수하였음 [그림설명 및 그림제공 : 아주대학교 김욱 교수, 아주대학교 강이중 박사]

또한, 연구팀은 CD44 수용체가 퇴행성 관절염 치료제 개발의 표적이 될 수 있음을 재확인했다. CD44 수용체가 만들어지지 않는 생쥐모델은 무릎관절에 인위적으로 퇴행성 관절염을 유도해도 CD44 수용체가 생성되는 대조군에 비해 연골파괴가 현저히 낮게 나타난 것이다.

CD44 수용체에 작용하는 퇴행성 관절염 치료제 후보물질로 자가조립 히알루론산 나노입자의 가능성을 제안한 이번 연구가 기존 선형 히알루론상의 낮은 생체 내 안정성과 분해산물로 인해 유발될 수 있는 염증반응 등을 극복할 실마리가 될 것으로 기대된다.

 

이번 연구성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업 및 바이오·의료기술개발사업 등의 지원으로 수행되었으며 국제학술지 바이오머트리얼스(Biomaterials)2021619일 발표되었다.

 

 


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