히알루론산 나노입자가 연골파괴 완화에 효과적
히알루론산 나노입자가 연골파괴 완화에 효과적
  • 이웃집과학자
  • 승인 2021.06.29 12:00
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담고 있던 약물을 표적세포에 내려놓는 도구인 약물전달체가 그 자체로 퇴행성 관절염 치료를 위한 후보물질이 될 수 있다는 연구성과가 소개됐습니다. 

한국연구재단(이사장 노정혜)은 김욱, 양시영 교수(아주대학교) 연구팀이 구(球)형 자가조립 히알루론산 나노입자의 연골보호 및 염증완화 효과를 생쥐모델에서 확인했다고 밝혔는데요. 자가조립 히알루론산 나노입자란, 히알루론산에 소수성 물질을 결합시켜 수용액에서 소수성 결합에 의해 자가조립되어 형성되는 구형의 나노입자를 말합니다. 내부에 약물을 담아 전달하는 약물전달체로 널리 사용됩니다. 퇴행성 관절염을 위한 연골보호제로 쓰이는 선(線)형 히알루론산의 생체안정성과 효과를 높일 실마리가 될 것으로 기대하고 있습니다.

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

 

연구팀은 생쥐 무릎에 주입된 자가조립 히알루론산 나노입자가 연골을 투과해 연골세포 막에 존재하는 CD44* 수용체에 결합, 연골파괴를 막는 것을 다광자 및 공초점 현미경으로 확인했는데요. 나노입자에 다수의 CD44 결합부위가 있어 동시에 여러 CD44와 결합 , 세포막에 CD44 뭉침현상(clustering)을 일으켜 CD44 활성을 효과적으로 억제한다는 것입니다. 약물을 담지하지 않은 약물전달체인 자가조립 히알루론산 나노 입자 자체가 연골파괴를 매개하는 이화인자*를 돕는 CD44 수용체를 억제한다는 연구팀의 설명입니다. 

* CD44 수용체 : 퇴행성 관절염 환자에서 높은 농도로 발현되는 세포막 수용체. 연골파괴인자의 생성을 도와 연골파괴를 이끈다. 

* 이화인자 : 연골 파괴를 매개하는 생체 내 단백질 

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
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 재확인했는데요. CD44 수용체가 만들어지지 않는 생쥐모델은 무릎관절에 인위적 으로 퇴행성 관절염을 유도해도 CD44 수용체가 생성되는 대조군에 비해 연골파괴가 현저히 낮게 나타난 것입니다. 

 

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 기대됩니다. 이번 연구성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업 및 바이오·의료기술개발사업 등의 지원으로 수행되었으며 국제학술지 바이오머트리얼스(Biomaterials)에 2021년 6월 19일 발표되었습니다.

논문명 : Self-Assembled Hyaluronic Acid Nanoparticles for Osteoarthritis Treatment


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