연골과 골 조직 재생을 위한 생분해성 생체재료

Abstract

노령화 및 스포츠 활동인구 증가로 인해 연골 및 골 관련 질환 환자는 급속 도로 증가 하고 있다. 하지만, 기존의 치료술은 여러 가지 제약으로 인하여 정 상적인 기능을 유지하는 연골 및 골 조직을 재생하지는 못하였다. 최근 연골 및 골 질환의 치료법으로 조직공학을 이용한 재생이 매우 효과적인 치료법으로 제 시되고 있다. 특히, 생체재료는 조직공학의 응용에 필수 적이다. 생체재료는 경 우에 따라 조직의 구조적 골격을 형성하게 하려는 역할 외에도 세포조절 인자들 을 분비하여 세포의 분화 및 증식을 유도하게 할 수 있다. 본 연구는 생체 재료 의 관점에서 연골 및 골 조직공학을 다양한 방법으로 접근 하였다. 생분해성 고 분자를 미립구 형태로 만들어 주사 가능하게 하였고, 연골 조직 재생을 극대화 하기 위해, 다공성 미립구를 제조하여, 연골세포와 함께 면역 결핍쥐에서 연골 재생정도를 확인하였다. 뿐만 아니라, 연골 재생을 극대화 하기 위한 방법으로 기존의 연골재생술 중 하나인 천공술에 히알루론산을 도입하여 유리연골에 가까 운 양질의 연골을 재생할 수 있었다. 기존에 조직공학에서 세포 지지체로 많이 사용되는 생분해성 부직포가 (PGA) 조직 재생에는 매우 효과적이나 기계적 물 성이 약하다는 단점에 착안하여, 물성이 약한 부직포에 물성이 강한 다른 생분 해성 고분자를 도포하여 기계적 물성을 향상 시켰다. 이렇게 처리된 부직포를 반월판 연골모양으로 제조한 뒤 토끼 모델에 연골 세포와 이식하여, 반월판 연 골이 재생됨을 확인하였다. 또한, 효과적인 골 조직 재생을 위해 주사 가능한 생분해성 미립구를 체액과 유사 성분 용액을 이용해 인해석으로 미립구 표면을 개질한 후, 골아세포와 함께 면역 결핍쥐에 이식하여 골 재생 정도를 확인 하였 다. 그리고, 줄기세포를 이용한 골 조직공학에서는 미분화된 상태의 줄기세포를 이용하여 골조직 재생을 극대화 시켰다. 이러한 조직공학적 연골 및 골 재생법 은 연골 및 골 관련 질환의 새로운 치료법으로 사용될 수 있을 것이다.; Musculoskeletal conditions are increasingly becoming one of the major health concerns because of an aging population and increased occurrence of sports-related injuries. To this day, orthopedic surgeons still rely on traditional method repair, such as autografts and allografts. However, this technique is not always practical because of insufficient supply of donor tissue, the risk of rejection, and disease transfer. Tissue engineering may be a way to overcome the limitations of existing therapies. It applies the principles of engineering, biology, and chemistry in solving the problems associated with partial- or whole-organ transplantation. In this study, we demonstrated tissue engineering techniques using various types of scaffold for regeneration of cartilage and bone. One approach was to use three-dimensional, porous, degradable, injectable, polymeric scaffolds, which provide support while allowing the ingrowth of new cartilage and bone as the scaffold degrades. These scaffolds may be useful for bone regeneration through minimally invasive surgical procedures in orthopedic applications. Another approach was to extract the appropriate cells and then transplant the cultured cells with three-dimensional scaffolds such as bone morphogenetic protein-2 loaded heparin-conjugated poly(lactic-co-glycolic acid) scaffold. Upon implantation, undifferentiated bone marrow-derived mesenchymal stem cells on bone morphogenetic protein-2-loaded heparin-conjugated poly(lactic-co-glycolic acid) scaffolds induce far more extensive bone formation than either undifferentiated bone marrow-derived mesenchymal stem cells or osteogenically differentiated bone marrow-derived mesenchymal stem cells on heparin-conjugated poly(lactic-co-glycolic acid) scaffolds. These bone morphogenetic protein-2-loaded heparin-conjugated poly(lactic-co-glycolic acid) scaffolds could prove invaluable for in vivo regeneration of bone from undifferentiated human bone marrow-derived mesenchymal stem cells.