골관절염의 접착성 하이드로겔: 설계부터 적용까지

Sep 07, 2023

군사 의학 연구 10권, 기사 번호: 4(2023) 이 기사 인용

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골관절염(OA)은 전 세계 인구의 7%, 전 세계 5억 명 이상의 사람들에게 영향을 미치는 가장 흔한 유형의 퇴행성 관절 질환입니다. 한 가지 연구 분야는 조직 공학의 기능성 지지체 또는 기능성 첨가제의 전달 수단으로 작동하는 OA 치료용 하이드로겔의 개발입니다. 두 접근 방식 모두 큰 과제를 해결합니다. 즉, 전달 시스템이나 임플란트의 안정적인 통합을 구축하는 것입니다. 접착성 하이드로겔은 이러한 문제에 대한 가능한 솔루션을 제공합니다. 그러나 OA 치료를 위해 접착성 하이드로겔을 사용하는 현재의 발전을 설명하는 연구는 거의 없습니다. 이 리뷰에서는 일반적으로 사용되는 하이드로겔의 접착 메커니즘 및 구성 요소를 요약합니다. 또한, OA가 다양한 생물학적 메커니즘을 포함하는 복잡한 질병임을 인식하여 생리활성 치료 전략도 제시됩니다. 화학과 생물학 분야를 모두 포함하는 학제간 방식으로 접착성 하이드로겔을 제시함으로써 이 리뷰는 OA 치료를 위한 새로운 생체 ​​접착 시스템을 설계하기 위한 포괄적인 통찰력을 제공하려고 시도할 것입니다.

골관절염(OA)은 전 세계 인구의 7%, 전 세계 5억 명 이상의 사람들에게 영향을 미치는 가장 흔한 유형의 퇴행성 관절 질환입니다[1,2,3]. 기대 수명의 증가로 인해 골관절염의 영향을 받는 사람들의 수가 계속 증가하고 있습니다[4]. 지난 30년 동안 골관절염에 걸린 사람의 수가 48% 증가했습니다. 이는 전 세계적으로 장애의 15번째 가장 중요한 원인이 되며 환자와 의료 시스템에 높은 비용을 부과합니다. 이 통계는 특히 여성, 일부 인종 및 민족 집단, 사회경제적 지위가 낮은 개인에게는 놀라운 일입니다[5]. 적당한 운동과 건강한 식습관에 대한 제안 외에도 현재의 임상 치료 절차는 경구 약물 투여, 관절내 주사, 수술까지 다양합니다. 관절내 주사는 주로 덱사메타손(DEX), 성장인자 또는 윤활제와 같은 기능성 성분의 국소 투여를 포함합니다[6,7,8]. 그러나 경구 약물 복용은 위장관 및 심혈관계에 전신 독성을 유발합니다[3]. 기능성 구성요소의 관절내 주사 역시 빠른 제거와 관절 운동으로 인해 다른 위치로의 이동 용이성으로 인해 효율성이 제한적이다[9, 10]. OA가 연골 결손을 유발하는 경우 환자는 미세골절, 세포이식, 조직이식 등의 수술을 받을 확률이 높아진다 [11, 12]. 그러나 이러한 수술 절차에는 제한된 수의 기증자, 낮은 연골 형성 효율성, 주변 연골 조직과의 열악한 통합 등의 문제가 수반됩니다 [13].

하이드로겔은 수분 함량이 높은 가교 폴리머 네트워크이며 연골 조직의 물리화학적 특성을 시뮬레이션하기 위해 제작될 수 있습니다[14]. 이러한 접근법은 연골 재생 연구를 위한 새로운 길을 제공합니다[15]. OA 치료를 위한 하이드로겔 기반 치료법에는 두 가지 최전선 추세가 있습니다[15, 16]. 첫 번째는 연골 조직 재생을 위해 하이드로겔 기반 조직 지지체 임플란트를 사용하는 것으로, 이는 조직 공학의 범위에 속합니다[17,18,19]. 두 번째는 손상된 연골에 기능성 첨가제를 전달하고 해당 부위에서 해당 활성 성분의 안정성을 장기간 유지하기 위한 하이드로겔 기반 시스템을 개발하는 것입니다. 두 전략 모두 서로 다른 메커니즘을 통해 조직 재생을 촉진하는 것을 목표로 합니다. 그러나 이러한 전달 시스템의 안정적인 통합 또는 부상 부위에 적절한 이식을 달성하는 것에는 상당한 과제가 있습니다[12]. 비계를 둘러싸고 있는 새로 형성된 연골은 적절한 결합이 없으면 안정성이 부족하여 숙주 조직과 통합될 수 없습니다. 이는 주기적 압축 및 전단 응력 하에서 활막 관절의 기능 실패를 초래할 수 있습니다[20, 21]. 더욱이, 이는 또한 숙주 임플란트와 연골 사이의 섬유화를 초래하여 신연골이 본래 연골과 통합되지 못하게 합니다[22]. 더욱이, 하이드로겔 시스템과 상처 사이의 경계면은 쉽게 분리됩니다. 결과적으로 기능성 첨가제는 현장에서 안정하게 유지되지 않아 효능이 저하됩니다.