생분해성 젤, 연골 재생 가능성 입증

새로운 UBC 연구에 따르면 강성과 인성을 결합한 젤은 관절 부상을 위한 생분해성 임플란트를 만들기 위한 입찰에서 한 걸음 더 나아간 것입니다.

무릎과 고관절에서 발견되는 관절 연골을 모방하는 것은 어려운 일입니다. 이 연골은 원활한 관절 운동의 핵심이며 손상되면 통증을 유발하고 기능을 저하시키며 관절염을 유발할 수 있습니다. 한 가지 가능한 해결책은 골격이 생분해됨에 따라 연골이 스스로 재생되도록 돕는 단백질로 만든 인공 지지체를 이식하는 것입니다. 연골이 얼마나 잘 재생되는지는 스캐폴드가 연골의 생물학적 특성을 얼마나 잘 모방할 수 있는지와 관련이 있으며, 지금까지 연구원들은 겉보기에 양립할 수 없는 강성과 인성 특성을 결합하는 데 어려움을 겪었습니다.

이제 캐나다와 중국 과학자들의 새로운 연구가 오늘 발표되었습니다. 자연생분해성 젤에서 이러한 특성을 결합하는 방법을 설명합니다. UBC 화학과 교수인 Dr. Hongbin Li는 “연골은 까다롭습니다.”라고 말했습니다. “관절 연골 복구는 자연스럽게 말해서 자체적으로 복구되지 않기 때문에 중요한 의학적 과제를 나타냅니다.

생분해성 연골 임플란트는 실제 연골처럼 뻣뻣함과 강인함을 모두 갖춰야 한다는 점에서 섬세한 균형을 맞춰야 합니다. 기계적으로 무언가가 뻣뻣하면 구부러지거나 변형되지 않지만 일반적으로 부서지기 쉽다는 의미입니다. 구부리면 유리처럼 깨집니다. 단단한 것은 구부려도 부러지지 않지만 젤리처럼 관절에 사용하기에는 너무 부드럽거나 실제 연골보다 부드럽습니다. 그것은 세포가 필요로 하는 것과 제공되는 것 사이의 불일치를 만드는 단백질로 만들어진 현재의 임플란트의 경우라고 Li 박사는 말합니다. 이로 인해 연골이 제대로 복구되지 않습니다.

이 연구에서 Li 박사와 그의 팀은 젤의 네트워크를 구성하는 특정 단백질 사슬을 물리적으로 함께 엉킴으로써 인성을 희생하지 않고 단백질 젤을 강화하는 새로운 접근 방식을 개발했습니다. “이러한 얽힌 사슬은 움직일 수 있으며, 예를 들어 점프의 충격과 같은 에너지를 자전거의 충격 흡수 장치처럼 분산시킬 수 있습니다. 또한 우리는 이것을 단백질을 접고 펼치는 기존 방법과 결합했습니다. 에너지 소산”이라고 UBC 화학과에서 박사 과정 학생으로 연구를 수행한 제1저자 Dr. Linglan Fu는 말합니다.

생성된 젤은 매우 질기고 메스로 자르는 데 저항할 수 있으며 다른 단백질 하이드로젤보다 더 단단했습니다. 압축에 저항하는 능력은 그러한 젤에 의해 달성된 최고 중 하나였으며 실제 관절 연골과 유리하게 비교되었습니다. 그리고 젤은 실제 연골이 점프 후 하는 것처럼 압축 후 원래 모양을 빠르게 복구할 수 있었습니다.

겔을 이식한 토끼는 이식 후 12주 후에 관절 연골이 회복되는 현저한 징후를 보였고, 하이드로겔이 남아 있지 않았으며 동물의 면역 체계에 의한 이식 거부도 없었습니다. 연구자들은 기존 조직과 유사한 뼈 조직 성장을 관찰했고 젤 임플란트 그룹의 경우 기존 연골에 가까운 재생 조직을 관찰했습니다. 이는 대조군보다 훨씬 나은 결과입니다.

흥미롭게도 젤의 더 단단한 버전은 더 부드러운 버전보다 더 나은 결과를 나타냈는데, 아마도 더 높은 경도가 뼈 및 연골 조직과 더 잘 어울리고 효과적인 재생을 위해 신체에 물리적 신호를 제공하기 때문일 것입니다. 그러나 너무 뻣뻣한 것이 있을 수 있습니다. 가장 딱딱한 젤은 잘 작동하지 않았는데, 이는 체내에서 더 느리게 분해되기 때문일 가능성이 있다고 연구원들은 말했습니다. “이것은 이 연구 분야가 얼마나 복잡한지, 그리고 이러한 스캐폴드를 설계할 때 다양한 물리적 및 생화학적 단서와 요인을 고려해야 할 필요성을 보여줍니다.”라고 공동 저자인 Nanjing University의 교수이자 외과의사인 Qing Jiang 박사는 말합니다. .

추가 동물 실험이 필요하며 인간 실험을 위한 연구는 아직 시기상조입니다. 연구원의 다음 단계에는 이 테스트, 현재 젤 구성을 미세 조정하고 추가 생화학적 신호를 추가하여 세포 재생을 더욱 촉진하는 것이 포함됩니다. “생화학적 신호와 생체역학적 신호를 함께 최적화함으로써 우리는 미래에 이 새로운 스캐폴드가 더 나은 결과를 가져올 수 있는지 여부를 보게 될 것입니다.”라고 Li 박사는 말합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/06/230621121030.htm