연구 제목

주입 가능한 하이드로겔 복합체를 이용한 저용량 인간 재조합 골형성 단백질-2 (recombinant human bone morphogenetic protein-2; rhBMP-2)와 기질 혈관 분획 (stromal vascular fraction; SVF)의 시너지 효과를 통한 척추 유합 촉진: 전임상 연구

연구배경 및 목적

현재 사용되는 골 이식 재료는 생체 활성, 유합 및 안전성 측면에서 한계가 있다. 이를 개선하기 위해, 본 연구에서는 수산화인회석 (hydroxyapatite, HA) / β-삼인산칼슘 (β-tricalcium phosphate; β-TCP) 하이드로겔에 rhBMP-2와 SVF를 결합하여 골분화와 혈관생성을 촉진하는 새로운 치료 접근법을 제시하였다.

연구방법

HA/β-TCP를 기반으로 한 하이드로겔을 합성하고, 이를 다양한 실험군에 적용할 수 있도록 최적화하였다. 연구는 세포실험과 동물실험을 병행하여 진행하였다. 세포 실험에서는 하이드로겔 복합체가 골분화(osteodifferentiation) 및 혈관형성(angiogenesis)에 미치는 영향을 비교 평가하였으며, 이를 통해 복합체의 생체활성을 검증하였다. 이후, 랫트 (소동물)와 미니피그 (대동물)를 이용한 척추 유합 모델에서 골형성 및 염증반응 등을 확인하여 하이드로겔 복합체의 효과를 평가하였다.

연구 결과

세포 실험을 통해 골형성 및 혈관생성을 확인한 결과, rhBMP-2와 SVF를 포함하는 그룹에서 골분화 마커 (RunX2, OCN), 알칼리성 인산분해효소 (alkaline phosphatase; ALP) 및 혈관 신생 마커 (CD31, VEGF-A, Ang-1)의 발현이 증가한 것을 확인하였다. 동물 실험의 경우, 랫트 모델에서는 SVF 단독군과 비교하여 rhBMP-2와 SVF를 같이 처리한 그룹에서 가장 높은 골형성 및 융합률을 보였으며, 조직학적 분석을 통해서도 골형성이 증가한 것을 확인하였다. 미니피그 모델에서도 마찬가지로 rhBMP-2와 SVF를 같이 처리한 그룹에서 가장 높은 골형성 증가를 보여주었다. 두 모델 모두에서 염증반응이 감소하는 등 높은 생체 적합성을 확인하였다.

결론

저용량 rhBMP-2와 SVF를 포함한 HA/β-TCP 하이드로겔 복합체는 뛰어난 골 형성 및 척추 유합 효과 등의 임상적 효용성을 가진다.

Ref) Hye Yeong Lee, Seong Bae An, Sae Yeon Hwang, Gwang Yong Hwang, Hye-Lan Lee, Hyun Jung Park, Joongkyum Shin, Keung Nyun Kim, Sung Won Wee, Sol Lip Yoon, Yoon Ha. Synergistic enhancement of spinal fusion in preclinical models using low-dose rhBMP-2 and stromal vascular fraction in an injectable hydrogel composite. Materials Today Bio. 2024 Dec 6:30:101379. doi: 10.1016/j.mtbio.2024.101379