골 형성 단백질의 지속적인 전달을 통한 골 형성 효과의 극대화

Abstract

질환이나 외상으로 인한 골 결손을 치료하기 위한 방법으로 많은 시도가 이루어져 왔다. 현재까지 알려진 방법들은 주로 자신의 신체나 타 부위에서 골을 채취하여 이식하는 자가 골 이식술과 동종이나 이종에서 채취된 골을 이식거부반응이 없도록 처리하여 이식하는 이종 골 이식술 및 인조 골 이식술 등이 발달되어 왔다. 하지만 이러한 방법들은 여러 가지 문제점을 갖고 있다. 자가 골의 사용은 골 형성 측면에서는 효과적이나 공급에 한계가 있고 채취 부위의 손상을 가져오며, 이종 골의 사용은 질병의 전염, 감염의 위험이 있으며, 인조 골의 사용은 제한된 골 유도 잠재력을 갖고 있다 이러한 문제점을 해결하기 위한 조직 공학적인 방법으로 골 형성 유도 단백질을 통한 골 형성 방법이 있다. 골 형성 유도 단백질은 식약청의 임상적용을 위한 용도로 허가를 받은 물질로서 현재 많은 종류의 골 결손 질환에서 임상 적용이 되고 있다. 그러나 많은 양을 투여해야만 하고 그 에 따른 비용 문제가 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 장기적인 골 형성 유도 단백질 전달을 위해 헤파린이 결합된 생분해성 고분자인 PLGA 나노 입자를 사용하였다. 골 형성 유도 단백질의 장기적인 전달을 통해 일시적인 투여와의 골 형성도 차이를 동물모델을 통해 알아보았다. 다양한 농도의 골 형성 유도 단백질을 투여하여 비교하였다. 대조군 에서는 일시적인 전달을 위해 피브린젤에 골 형성 유도 단백질을 각각 0, 0.5, 1, 3 μg 씩 사용하였고 실험군에서는 장기적인 전달물질인 헤파린이 결합된 PLGA 고분자에 역시 골 형성 단백질을 0, 0.5, 1, 3 μg 씩 결합하여 동물에 이식하였다. 소프트 X 선 결과 지속적인 전달을 한 그룹에서 훨씬 더 뛰어난 골 형성 밀도가 관찰되었으며, 조직학적인 검사 결과에서도 유사한 결과가 발견 되었다. 또한 최대 골 형성도 역시 피브린젤에 골 형성단백질을 3 μg 사용한 군보다도, 지속적인 전달을 통한 군에서 1 μg 을 사용한 군이 더욱 효과가 좋은 것으로 관찰되었다. 이 결과로 유추하여 볼 때 골 형성 단백질을 통한 골 재생에 있어서 지속적인 전달이 일시적인 전달보다 많은 양을 사용하지 않아도 그 최대 효과를 높일 수 있다는 것이 증명되었다.; Previous study, heparin-conjugated poly(L-lactide-co-glycolide) nanospheres (HCPNs) were suspended in fibrin gel to develop a long-term delivery system for bone morphogenetic protein-2 (BMP-2). The in vitro release of BMP-2 from group 1 was sustained for 4 weeks with no initial burst release. In contrast, 83% of BMP-2 loaded in group 2 was released only for the first 3 days. We hypothesized that a long-term delivery of BMP-2 would enhance the orthotopic bone formation compared to a short-term delivery at an equivalent dose. In this study, we investigated about HCNPs long-term delivery effects at various BMP-2 doses. Comparing with HCPNs groups and without HCPNs groups, there is a significantly difference between two groups. Long-term delivery using HCPNs groups induced much bone formation than short-term delivery group. Furthermore HCPNs with 1 μg BMP-2 group showed higher bone formation than fibrin gel with 3 μg BMP-2 group. These results showed that long-term delivery of BMP-2 enhances the bone formation of orthtopic animal model.