시간에 따라 경화되는 ‘생체적 합성 주사 하이드로젤’ 개발

페닐보론산과 스퍼미딘 결합된 히알루론산 기반 하이드로젤 개발

인간 중간엽 줄기세포(hMSC)의 골 생성 분화와 뼈 재생을 촉진시키는 새로운 생체 주입형 하이드로젤이 개발됐다.

가톨릭대학교 가톨릭중앙의료원은 기초의학사업추진단 합성생물학사업단장 구희범 교수(교신저자, 가톨릭대학교 의과대학 의생명과학교실), 박지선 박사(공동 제1저자), 천서영 연구원(공동 제1저자)팀이 최근 생체적합성 주사가 가능한 하이드로젤을 개발했다고 밝혔다. 

일반적으로 하이드로젤은 환자의 빠른 회복을 위해 수술이 필요 없는 주사형 물질로 많이 선호되고 있지만, 주사기를 통해 주입하는 경우 하이드로젤이 생체 내에서 원하는 만큼 견고해지도록 만들기가 어려웠다. 

하지만 이번에 개발한 주사형 하이드로젤은 페닐보론산과 스퍼미딘이 결합된 히알루론산을 기반으로 한 것으로, 시간에 따라 경화되어 중간엽 줄기세포의 분화와 움직임을 조절, 골재생 분야에 응용 가능한 것을 확인했다.

생체 내로 주입된 이후 하이드로젤은 시간에 따라 가역적인 가교결합(사슬 모양의 고분자 사이를 화학 결합을 통해 연결시키는 화학반응)이 체내에서 더 많이 이뤄지며 안정화되고 더 단단한 특성을 갖게 된다. 

하이드로젤과 생체 내로 주입된 중간엽 줄기세포는 하이드로젤 특성에 의해 증식과 분화에 영향을 받게 되고, 뼈와 같은 단단한 조직의 세포치료에 대한 적절한 치료제로 사용될 수 있다. 

연구팀은 이번에 개발한 하이드로젤을 쥐 대퇴골 뼈 결함 모델에서 테스트한 결과 빠른 뼈 재생과 완전한 회복을 볼 수 있었다.

구희범 교수는 “이번 연구는 생체주입형 하이드로젤의 강도를 생체 내에서 더욱 증가시킬 수 있다는 것을 보여주는 연구로, 향후 다양한 줄기세포 치료 분야에 응용될 예정”이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구 결과는 가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단 및 중견연구, 범부처 재생의료사업 등의 지원을 받았으며, 최근 국제 학술지 《Advanced Science》(IF=15.1) inside back cover로 게재됐다.