케임브리지 과학자들은 관절염 통증을 끝낼 수 있는 젤을 개발했습니다.

관절염 악화를 "감지"하는 스마트 젤이 약물 투여와 만성 질환 치료에 혁신을 가져올 수 있습니다. 출처: Shutterstock

연구자들은 관절염이 악화되는 경우와 같이 신체 내에서 일어나는 작은 변화를 감지하고 필요한 곳에 필요한 시기에 약물을 정확하게 방출할 수 있는 소재를 개발했습니다.

이 부드러운 소재에는 체내 pH의 미세한 변화에 반응하여 방출되는 항염증제가 함유되어 있습니다. 관절염이 악화되면 관절에 염증이 생기고 주변 조직보다 산성도가 약간 높아집니다.

케임브리지 대학교 연구진이 개발한 이 소재는 이러한 자연적인 pH 변화에 반응하도록 설계되었습니다. 산성도가 증가함에 따라 소재는 더 부드럽고 젤리처럼 변하여 구조 내에 캡슐화될 수 있는 약물 분자의 방출을 촉진합니다.

연구팀은 이 물질이 좁은 pH 범위 내에서만 반응하도록 설계되었기 때문에 약물이 필요한 곳에 필요한 시기에 정확하게 방출되어 부작용을 줄일 수 있다고 밝혔습니다.

관절염 관절에 인공 연골로 사용될 경우, 이 접근법은 관절염의 지속적인 치료를 가능하게 하여 통증 완화 및 염증 억제 약물의 효능을 향상시킬 수 있습니다. 관절염은 영국에서 1천만 명 이상의 사람들에게 영향을 미치며, NHS(국민보건서비스)에 연간 약 102억 파운드의 비용을 부담시키고 있습니다. 전 세계적으로 6억 명 이상이 관절염에 시달리는 것으로 추산됩니다.

이 소재를 환자에게 적용하기 위해서는 광범위한 임상 시험이 필요하지만, 연구진은 이 접근법이 관절염 환자와 암을 포함한 다른 질환 환자의 치료 결과를 개선할 수 있을 것이라고 밝혔습니다. 연구 결과는 미국 화학회지(Journal of the American Chemical Society) 에 게재되었습니다.

케임브리지 연구팀이 개발한 소재는 폴리머 네트워크 내에 특수 설계되고 가역적인 가교 결합을 사용합니다. 이러한 결합은 산도 변화에 민감하게 반응하여 매우 뛰어난 기계적 특성을 보입니다.

이 소재는 케임브리지 대학교 유수프 하미드 화학과 오렌 셔먼 교수 연구팀에서 개발되었습니다. 이 연구팀의 전문 분야는 다양한 잠재적 응용 분야를 위한 이 독특한 소재의 설계 및 제작입니다.

"우리는 이 소재들이 연골과 유사한 특성을 가지고 있기 때문에 오랫동안 관절에 사용하는 데 관심을 가져왔습니다."라고 초분자 및 고분자 화학 교수이자 멜빌 고분자 합성 연구소 소장인 셔먼은 말했다. "하지만 이를 고도로 표적화된 약물 전달과 결합하는 것은 정말 흥미로운 전망입니다."

"이러한 물질들은 신체에 이상이 있을 때 이를 '감지'하여 필요한 부위에 바로 치료를 전달합니다."라고 제1저자인 스티븐 오닐 박사는 말했습니다. "이를 통해 약물 반복 투여의 필요성을 줄이는 동시에 환자의 삶의 질을 향상시킬 수 있습니다."

열이나 빛과 같은 외부 자극을 필요로 하는 많은 약물 전달 시스템과 달리, 이 시스템은 신체 자체의 화학 작용으로 작동합니다. 연구진은 이 시스템이 급성 관절염에 자동으로 반응하여 효과를 높이고 유해한 부작용을 줄이는 장기 지속형 표적 관절염 치료의 길을 열어줄 수 있다고 말합니다.

실험실 실험에서 연구진은 실제 약물의 작용을 모방하기 위해 이 물질에 형광 염료를 첨가했습니다. 그 결과, 관절염 관절의 전형적인 산성도에서 이 물질이 정상적이고 건강한 pH 수준에 비해 훨씬 더 많은 약물을 방출하는 것을 발견했습니다.

공동 저자인 제이드 맥쿤 박사는 "이 젤의 화학적 성질을 조절함으로써 염증 조직에서 발생하는 미묘한 산도 변화에 매우 민감하게 반응하도록 만들 수 있습니다."라고 말했습니다. "즉, 약물이 가장 필요한 시기에 가장 필요한 부위에 방출됩니다."

연구진은 이 접근법이 재료의 화학적 성질을 미세하게 조정함으로써 다양한 질병에 맞게 맞춤화될 수 있다고 말합니다. 오닐은 "이 접근법은 매우 유연하여 이론상 빠르게 작용하는 약물과 느리게 작용하는 약물을 모두 통합하여 며칠, 몇 주, 심지어 몇 달 동안 지속되는 단일 치료법을 개발할 수 있습니다."라고 말했습니다.

연구진의 다음 단계는 생체 시스템에서 소재를 시험하여 생리학적 환경에서의 성능과 안전성을 평가하는 것입니다. 연구팀은 이 연구가 성공적이라면, 만성 질환을 더욱 정밀하게 치료할 수 있는 차세대 반응형 생체재료 개발의 문을 열 수 있을 것이라고 밝혔습니다.

이 연구는 유럽연구위원회(European Research Council)와 영국 연구혁신(UKRI) 산하 공학물리과학연구위원회(EPSRC)의 지원을 받았습니다. 오렌 셔먼(Oren Scherman)은 케임브리지 대학교 지저스 칼리지(Jesus College)의 펠로우입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/09/250925025401.htm