뼈 조직에서 히알루론산의 용도는 무엇인가요?

외상, 종양, 선천성 기형, 감염 및 기타 병리적 요인으로 인한 골조직 결함은 임상 정형외과에서 직면하는 문제 중 하나이며, [1]이 문제를 해결하기 위한 주요 방법이 골이식이다.골이식은 주로 자가골이식, 동종골이식 또는 동종성형골이식으로 나뉘지만 자가골이식은 자가골의 양이 부족하고, 감염되기 쉽고 환자에게 재충격을 주는 등 많은 문제에 직면한다.동종 뼈 이식은 비싸다.동종 뼈 이식은 비싸고 면역 거부 반응이 있다.뼈 회복재를 대신하는 조직공학 생체재료골은 생물성 회복재 [2]의 결함을 피할 수 있다.

이상적인 조직 스캐폴드는 몇 가지 특성을 가져야 합니다:좋은 생체 적합성;적절한 생분해성과 최종적인 소멸;세포 접착을 허용하고, 세포 성장을 촉진하고, 세포 분화를 유지하기 위한 물질의 양호한 세포-세포 인터페이스;3차원 다공성 구조와 세포 침윤 및 혈관 형성을 허용하기위한 좋은 다공성;그리고 어느 정도의 기계적 강도도 있어 제작이 용이하다 [3].히알루론산은 골생체재료연구에서 새로운 급선무이다.히알루론산은 점탄성, 가소성이 높고 수분흡수, 투과성이 우수하고 생체흡수성이 좋으며 비면역항원성입니다.변형된 히알루론산은 본래의 우수한 특성을 유지할 뿐만 아니라, 그 특성을 개선하여 [4] 인간 환경에 더 잘 적응하게 한다.그러므로,히알루론산은 이제 생명공학 골조직의 핫스팟이다재료다.

골관절염 치료에 히알루론산 적용 1

골관절염은 가장 흔한 무릎 부상 및 관절 질환 중 하나이며, 주사히알루론산 (sodium vitrate)골관절염의 일반적인 치료법이 되었다.문헌에 따르면, Manicourt 등 [5]은 관절 내 생리적 스트레스가 증가하면 히알루론산의 함량이 증가한다고 보고하였는데, 이는 히알루론산이 단백다당체 고분자의 중요한 성분으로서 스트레스에 완충효과가 있을 수 있음을 시사한다.활액중의 히알루론산은 단백질과 결합할 때 대량의 음전하를 띠며 수분흡수가 강하고 점도가 높다.프로테오글리칸 중합체는 활액의 윤활성과 점탄성을 증가시키고 윤활유와 관절 연골 사이에 높은 친화성을 제공합니다.히알루론산과 프로테오글리칸은 관절 표면에 단단히 달라붙어 윤활제 역할을 하므로 관절 움직임에 대한 저항력을 낮추고 과도한 기계적 마모로부터 관절 연골을 보호합니다.

가와사키 외 [6]히알루론산을 보고했습니다콜라겐젤에서 배양된 연골세포에 의한 콘드로이틴 황산의 합성을 증가시켰으며, 스토브등 [7]은 osteoarthritic 환자에서 히알루론산이 연골세포에 의한 프로테오글리칸 생성을 감소시키지만, IL-1에 의해 유도된 프로테오글리칸 감소를 억제하였으며, Kikuchi 등 [8]은 외인성의 히알루론산이 미역구슬에서 콘드로이틴 생성을 증가시킨다고 보고하였다.Kikuchi 등 8)은 외인성의 히알루론산이 새롭게 합성된 단단백질이 algal bead 매질 및 연골 조직에서 근세포에서 연골세포의 원위부 기질로 이동하게 한다고 보고하여 히알루론산이 단단백질의 분포 및 이동에 영향을 줄 수 있으며, 연골 외 기질에 대한 보호 효과가 있을 것으로 추정하였다.또한 히알루론산은 활성산소 세포 잔해물을 청소하는 물질로, 히알루론산으로 형성된 고분자 메쉬워크에 내장되어 관절 내에서 빠르게 대사함으로써 세포 잔해물 제거에 기여하고 연골 세포 대사 산물 제거에 도움을 준다.

연골 및 골결손 회복에 히알루론산과 생체인자의 결합 2

2.1조골세포 증식 촉진

연골 손상 후에는 자체 회복 능력에 한계가 있어 연골세포 이식을 이용하는 것이 현재 각광받는 분야다.연구에 따르면 insulin-like 성장factor-1이 연골 회복에 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다.히알루론산은 연골 행렬의 주요 성분 중 하나입니다.문헌에 따르면, insulin-like 성장factor-1은 관절연골세포에 조절효과가 있음이 확인된 최초의 성장인자이다.그러나 반감기가 짧고, 쉽게 분해되며, 내부요인에 의한 간섭을 받기 쉬워 [9-10] 그 영향에 한계가 있다.

히알루론산은 음전하를 띤다, 강한 친수성과 높은 접착력을 가지고 있으며, 연골세포와 강한 친화력을 가지고 있습니다.또한, 히알루론산은 관절 연골세포에 영양을 제공하고, 프로테오글리칸 중합체의 합성에 참여하며, 글리코프로테오글리칸을 통해 연골세포 표면의 building block으로 작용하고, 표피 관절의 증식을 촉진하며, 석회화되지 않은 연골의 두께를 유지하고, 퇴행성 변화를 보이는 관절 연골의 회복을 어느 정도 촉진하는 연골유도 기능을 가지고 있다 [11-12].인간 관절연골세포의 에서vitro 배양에서 히알루론산과 인슐린 유사 성장인자-1의 결합은 히알루론산 연골세포의 표현형의 안정성을 유지하고 세포의 증식을 촉진하여 정상적인 기능을 갖는 고밀도 자가 연골세포를 에서vitro에서 얻는 새로운 방법을 제공할 수 있다는 것이 문헌에 보고되었다,그리고 자가연골조직이식이나 연골조직공학 [13] 연구에 실험기반을 제공하기도 한다.

2.2 복합 동종 이식

분절성 골결손 수복용으로 일반적으로 사용되는 재료는 동종 동결건조골이지만, 동종 동결건조골의 유도활성이 약하고 골형성 능력이 낮아 수복과정에서 골전도를 위한 발판 역할만 한다.현대 분자생물학 기술의 발달로 골성장인자의 골형성 및 골유도 활동에 대한 이해가 깊어졌으며, 적합한 운반체와 결합된 골성장인자를 포함하는 골이식술이 골결손 치료의 새로운 트렌드로 대두되고 있다.와 융합된 기본적인 섬유아세포 성장인자의 이식이 문헌에서 보고되었다히알루론산 젤그리고 동결건조된 뼈를 골결손 부위에 합성하면 골결손 회복에 좋은 효과가 있다 [14-15].BFGF는 중간엽 세포, 연골세포 및 조골세포의 증식을 자극하고, 뼈 및 연골세포로의 중간엽 세포의 분화를 유도할 수 있으며;혈관 내피세포의 증식을 자극하고, 신생세포의 형성을 촉진한다 [16].

위의 기본적인 섬유 모세포 성장 인자의 생물학적 특성을 기반으로, 그것은 이었다히알루론산 (루 론acid)과 혼합한 것그리고 동결건조된 뼈는 각각의 장점을 이용하여 조골세포의 성장을 촉진시킨다.본 실험의 조직학적 부분은:초기 단계에서 염기성 섬유아세포, 히알루론산 및 설상화된 뼈를 포함하는 복합체의 골 결손 부위에서 많은 중엽세포를 볼 수 있었으며, 뼈 골절을 코드 형태로 연결하였고, 새로운 뼈 및 연골섬이 출현하면서 조골세포 및 연골세포로 분화되는 경향을 보였다;중반기에는 신생조직이 그 부위로 성장하고, 연골조직이 골화 과정에서 성숙하면서 섬들이 한 조각으로 합쳐져 땋은 뼈를 만들었다.히알루론산과 설화골군에서 염기성 섬유모세포, 히알루론산, 설화골복합체 군에 비해 새로운 뼈와 연골의 양이 현저히 낮았으며 [17] 분포도 고르지 않았다.

기본적인 섬유아세포 성장인자의 역할은 골 회복 초기에 중간엽세포의 증식을 자극하고, 후자는 연골깍지를 형성하며 성장인자와 다른 골유도인자로 작용하여 조골세포를 자극하여 조골세포나 연골세포로 분화하여 결손 회복 과정을 시작하는 것으로 문헌에서 보고되었다.신생세포의 성장과 함께 이식편에 공급되는 혈액공급이 재확립되어 내연골 골화를 촉진하고 이식편 교체 및 새로운 뼈의 성숙을 가속화하며 치유시간을 단축시킨다.히알루론산은 매트릭스로서 세포 성장을 위한 영양분과 3차원 공간을 제공할 수 있으며, 이는 뼈 조직의 회복에 도움이 된다 [18].

변형된 히알루론산 복합체를 생물학적 뼈 조직에 적용 3

루 론 산쉽게 분해되며 분해시간은 분자량과 밀접한 관련이 있다.따라서 생물체 내에서 히알루론산 분자의 분해시간을 연장시키기 위해서는 화학적 개질을 통해 천연 히알루론산 나트륨 분자의 분해시간보다 분자량이 훨씬 높은 유도체, 즉 교반된 히알루론산 나트륨 유도체를 준비해야 한다.교반 히알루론산 나트륨의 제조 원리는, 교반 작용기 (산화, 환원, 에스테르화, 알돌화 등)를 사용하여, 히알루론산 분자가 화학 반응을 일으키도록 하여, 히알루론산 분자 또는 히알루론산과 교반 작용기가 서로 교반되도록 하는 하나 이상의 화학 교반 작용기를 사용하는 것이다 [19].

교차 연결 반응은 다음을 길게합니다히알루론산 분자, 그들의 용해도 특성을 증가 또는 감소시키고, 그들의 기계적 강도 또는 몸에 의한 저하에 대한 저항을 향상시킵니다.따라서 히알루론산의 다양한 화학적 개량이 진행되어 골조직공학 연구에 적용되고 있다.Martinez-Sanz 등은 aminopropanetriol을 amidation에 의해 perylene-HA matrix를 형성하기 위한 교차 연결 물질로 사용하였으며,이 히알루론산 유도체는 에서vitro 시험에서 세포독성이 없고 조직적합성이 있는 것으로 입증되었다.이 화합물을 쥐의 두개골 표면에 주입하였을 때, 조직학적 검사 결과 8주 후 두개골 표면에 새로운 골 형성이 있었으며, 오스테오칼신 및 골수 혈관 생성의 발현도 높았는데, 이는 페릴레닉-히알루론산이 osteoblast-2의 운반체 역할을 할 수 있고, 골확장을 촉진할 수 있음을 의미한다.이 발견은 후속 연구를 통해 확인되었다 [18-19].

Bae 등 [20]은의 효과를 관찰하였다광선 처리된 히알루론산뼈의 재생에 심바스타틴과 함께.그 결과, 2-aminoethyl methacrylate-루 론산매트릭스의 점탄성이 히알루론산에 비해 현저히 개선되었으며, MC3T3-E1세포 증식의 증가를 촉진하는 simvastatin의 안정적이고 느린 방출을 조절할 수 있음을 알 수 있었다.MC3T3-E1세포는 증식 및 분화되어 새로운 골 형성을 유도하며, 즉 simvastatin과 결합된 photo-루 론acid는 조직화 된 뼈에 좋은 발판이 될 수 있을 것이다.

Lisignoli 등 [21]이 조사했다히알루론산의 osteogenesis그 에스테르화 (esterification)에서 유래한 히알루론산의 벤질 에스테르 (benzyl ester)는 골수 기질 세포와 결합하여 큰 골결손인 murine 모델에서 세포를 alkaline 섬유 아세 포성장factor를 보충하거나 보충한 mineralisati에medium으로 처리하였고, 그 결과 μ의 점도가 크게 증가함을 확인할 수 있었다.alkaline 섬유 아세 포성장요인보충제 투여 여부와 함께 minerine medium에서 세포를 배양하고, 40, 60, 80 및 200 d 후 결손 치유를 평가하였으며, 에서vivo 연구를 통해 벤질 히알루론산이 골 결손 회복에 적합한 매개체이며 골수 기질 세포 및 alkaline fibroblast 성장 인자와 결합할 때 골결손 치유를 현저히 가속화시킨다는 것이 입증되었다.4성장인자를 가진 히알루론산 복합체도 뼈 회복에 적합하다.

4 히알루론산 복합체가 뼈 조직의 성장 인자와 결합

히알루론산은 좋은 보균제입니다뼈repair의 성장 인자, 그러나 비계로서의 주요 단점은 낮은 세포 접착성인데 반해 integrins은 세포 밖 matrix.23에 대한 세포의 접착을 매개하는 세포 표면 수용체의 주요 계열이다Kisie 등 [24]은 히알루론산을 인테그린에 특정 리간드와 공동결합시켜 히알루론산-인테그린 매트릭스를 형성하고 큰 골결손에서 히알루론산-인테그린 복합체가 미치는 영향을 머린 모델에서 조사하였다.

대조군과 비교하여, the히알루론산-인테그린 하이드로겔세포 유착과 골 성장 인자 전달의 유의한 증가를 보여 재조합 인간 osteoblast-2의 골 형성 가능성을 더욱 향상시켰다.따라서, 루 론acid-integrin matrix는 성장인자 전달 매개체로 사용될 수 있으며, 임상적 적용 가능성이 있다.히알루론산 복합체 연구는 요즘 생체재료 연구의 열점인데, 이런 복합체는 자체 재료의 장점을 결합하고 자신의 단점을 보완하여 다른 재료와 비교할 수 없는 장점을 가지고 있지만, 이런 복합체의 조직적합성, 염증 및 분해성에 대한 심층적인 연구가 없어 향후 연구의 열점일 수 있다.

문제점 및 전망 5

히알루론산은 생체적합성이 우수한 생분해성 생체재료이며, 친수성은 세포의 흡착, 성장 및 분화에 중요한 역할을 한다.새로운 골조직의 성장을 지지하고 촉진하는 임시 골격으로 사용될 수 있으며, 일정 기간 동안 기계적 지지기능을 마친 후 점차 퇴화되어 새로운 골조직으로 대체될 것이다.히알루론산을 기반으로하고 인슐린유사인자 (insulin-like factor), 성장인자 (growth factor) 및 BMP-2와 복합된 하이드로겔이 연골세포, 조골세포 및 골수세포에 성장 환경을 제공할 수 있다는 것이 많은 실험 연구를 통해 입증되었으며, 이들의 3차원 구조, 양호한 수용성, 면역반응이 없고 양호한 분해성이 그 것이다히알루론산의 장점[28-29], 하지만 임상에 적용한다면 여전히 극복해야 할 어려움이 많다.히알루론산은 발견된지 80년이 넘었다.히알루론산은 80년 이상 발견되었고, 안과, 관절외과 및 기타 연구 분야에 사용되어 왔으며 [30-33], 이를 생체 조직의 생체 재료의 기초로 사용하기 위한 새로운 개발이다.최근 히알루론산을 스캐폴드로 이용한 생체재료에 대한 실험적 연구가 많이 이루어지고 있으며, 가까운 미래에 클리닉에서 실제로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

참조

[1]Silber JS,Anders에DG,Daffner SD, 외 기증부위 이환 후 앞쪽 엉 덩 크 레 스 트 뼈 수확 을 단일 수준 전방 경추 discectomy와 융합 [J]다., Spine,2003,28 쪽  :134- 139.

[2] 살가도 AJ, 쿠티뉴 작전, 레이스는 어.뼈 조직 공학:기술의 현황과 미래 동향.Macromol Biosci,2004,4:743-765.

[3] O' Brien FJ다.조직용 Biomaterials & scaffolds 공학 [J]다.자료투데이,2011,14(3):88-95.

[4]Bae MS,Yang DH,Lee JB 외, photo-cured 루 론acid-기반  겔   simvastatin포함하는   로   한   뼈   조직 [J] 비계 재생 합니다.Biomaterials,2011,32 (32):8161-  8171다.

[5] Manicourt    DH, 피 타    JC, Thonar     었다.   프로테오글리칸은 disscially로 추출되지 않습니다 에서 다른 구역 의 개 정상 연골 [J.연결 Tissue Res,1991,26:231-246.

[6] 가와사키 K, Ochi  M, Uchio  Y.루 론  산 향상 확산   그리고   chondrointinsulfate    합성   in    교양 콜라겐겔에 내장된 연골세포 [J.세포생리학,1997, 179:142-148 쪽.

[7] 스토브 J, 게라크 C, 허흐 K.hyaluronanproteoglycna의 효과 osteoarthritic chondrocytes in vitro[J]의 함량.jorthop Res-위키낱말사전 2004,20(3):551-555.

[8] 키쿠치 T, 야마다 후지 카와 H, K.효과 의 높은 분자 무게  hyaluronan   on    이   분포    그리고   운동 알긴산 비드에서 배양된 연골세포 주변의 proteoglycan의 [J.골관절염 연골,2001,9(4):351-356.

[9] 황장룡, 류상리, 송위동 등 인슐린과 같은 성장 요인 유형 1  그리고  hyaluronic  산 on  인간 배아 관절연골 (embryo articular cartilage 세포 표현 효과 [J]다.저널의 Sun Yat-sen University:Medical Sciences,2002,23 (6):419-422.

[10] Baldini A, Zaffe D,지 그래 G.Bone-defects 고 분자에 의한 치유  hyaluronic    산성:예비  결과는 [J]다.앤 Stomatol:Roma,2010,1 (1):2-7.

[11] Ossipov    DA, Piskounova    S, Varghese     작전, et    와히알루론산의 기능화 al c hemoselective 그룹 을 통해 한 disulfide-based 보호 전략 을 in  기계적으로 안정한 하이드로겔의 situ 형성 [J].2010년 Biomacromolecules, 11 (9):2247-2254.

[12]Martinez-Sanz E,Ossipov DA,Hilborn J, 외. 뼈저수지:주사 가능 hyaluronic  산 습니까 을 최소 한의  침습  뼈 확대다 [J다]Control Release,2011,152(2):232-240.

[13] 바르게스 OP, 썬 W, 힐본 J 등 시츄에이션 횡연계 가능 하이 분자   무게    hyaluronan-bisphosphonate    복합    을 지역화 된 배달 그리고 cell-specific :을 목표로 한 습니까 연결 prodrug [J] 접근 한다.Am Chem Soc,2009,131 :8781-8783.

[14] 이소홍, 팡 첸 Guangming, Jiangang, et 의 토끼 하악 결손을 복구하기 위해 al.Sodium hyaluronate 젤 합성 TGF-bet한1 실험적 연구 [J]이다.저널 의 임상  구강의학,2008,24(3):157-159.

[15] Kisiel  M, Martinomm, 벤 추라  M, et  개선 알다.   이 osteogenic 잠재적인 의 BMP-2  와  hyaluronic   산  습니까 수정  와   integrin-specific   fibronectin   조각 [J]다.2013년 생체, 34 (3):704-712다.

[16] 장준희, 천용경, 탕팅팅 등. 히알루론산 화합물 BMP-2 transfection 뼈 사이 골수 중간엽 줄기 세포는 토끼의 요골 등뼈를 치료한다 뼈 부상다 [J다]중국 저널 의Orthopaedics,2005,25(10):608-612.

[17] 진 R, 테세이라 LS, 데이크스트라 PJ 외. 효소적으로 가교 생체 모방 덱스트란-히알루론산을 기반으로 한 하이드로젤을 주입 가능 근육조직을 연골 조직 공학 [J]다.생체, 2010,31 (11):3103-3113.

[18] Ossipov DA, Piskounova S,Varghese OP,et 히알루로닉의 al. 기능화 산 와 chemoselective 그룹 을 통해 한 disulfide-based 보호 전략 을 in  기계적으로 안정한 하이드로겔의 situ 형성 [J].2010년 Biomacromolecules, 11 (9):2247-2254.

[19]Martinez-Sanz E,Ossipov DA,Hilborn J, 외. 뼈저수지:주사 가능 hyaluronic  acid  습니까 을 최소 한의 침습 뼈 확대다 [J다]J 컨트롤 릴리즈,2011,152(2):232-240.

[20] Martinez-Sanz E, Varghese 작전, Kisiel M, etal. 개선 osteogenic 잠재적인 의 BMP -2 와 히알루론산 하이드로겔 (hyaluronic acid hydrogel) 수정  와   integrin-specific   fibronectin   조각 [J]다.2013년 생체, 34 (3):704-712다.

[21]Bae MS,Yang DH,Lee JB 외, photo-cured hyaluronic acid-기반  겔   포함하는    simvastatin   로   한   뼈   조직 [J] 비계 재생 합니다.Biomaterials,2011,32 (32):8161-  8171다.

[22] 칼데론 L, Colline,  E, Velasco-Bayon  D, et  알다. 유형   Ⅱ collagen-hyaluronan  hydrogel-a   단계   향 해   한   scaffold    을 추간판 조직공학 [J.EUR Cell Mater,2010, 『 한국정치학회보 』 20:134-148.

[23] 리시뇰리 G, 피니 M, Giavaresi G, et 알다. 성형 증 의 큰 세그먼트 반경  결점  향상 된 에 의해 기본적인 fibroblast  growth  요인 활성화 뼈 골수 기질 세포 성장 onnon-woven 히알루론산 기반 폴리머 스캐폴드 [J.생체, 2002년, 23 (4):1043~1051.

[24] Kisiel  M, Martinomm, 벤 추라  M,et   개선 알다.   이 osteogenic 잠재적인 의 BMP -2 와 히알루론산 하이드로겔 (hyaluronic acid hydrogel) 수정  와   integrin-specific   fibronectin   조각 [J]다.2013년 생체, 34 (3):704-712다.

[25]Bae MS,Yang DH,Lee JB 외, photo-cure hyaluronic acid 기반  겔   포함하는    simvastatin    로   a    bone    조직 [J] 비계 재생 합니다.Biomaterials,2011,32 (32):8161-  8171다.

[26] 구엔, 울러 CF, 펠던 SE,et al.Peroxisome 증식기-활성화  수용체  감 마  ligands  억제  변환  growth  인자-베타 유발, 히알루로난 의존성,T 셀 접착 을 궤도 fibroblasts다 [J다]J Biol 화학,2011,286 (21):18856-18867.

[27] 류 LS, 톰슨에이, 하이다란 마, 외. 골전도성 콜라겐/히알루론산   행렬    을   bone     재생 [J]다.Biomaterials,1999,20(12):1097-1108.

[28] 류 XW, 후 J, 남자 C, et 알다. Insulin-like growth  요인 -1 중단 in  hyaluronan   개선  연골  그리고  측두하악관절의 골관절염에서 하연골 취소골 회복 (J.구강maxillofac Surg,2011,40(2):184-190.

[29] Docherty-Skogh AC, 버그만  K, Waern  MJ, et 알다. 히알루로난 기반 하이드로겔에 의해 전달되는 뼈 형태 단백질 2는 미니피그의 거대한 뼈 형성과 두개골 결손의 치유를 유도한다.Plast Reconstr Surg,2010,125 (5):1383-1392.

[30] Hintze V, 몰러 S, Schnabelrauch M,et al.의 수정 hyaluronan 영향을 상호 작용    with     인간    bone  골 형성 protein-4 (hBMP-4) [J].Biomacromolecules, 2009,10(12):3290-3297.

한난 [31]  FM, Athanasou   NA, 이집   J, et   알다. Oncogenic hypophosphataemic 골 연화 증:biomarker  역할  of  fibroblast  growth  factor  23,1, 25-디 하이드 록시 비타민  D3 그리고 림프 관 혈관 내피 히알루로난 수용체 1[J].Eur J 내분비놀, 2008,158 (2):265-271.

[32] 양  Fengquan, 태양 Qingyan다.3 중 치료 무릎 골관절 염다 [J다]중국현대의학,2013,20 (25):39-40.

조우 [33]  Yanhong다.나트륨의 영향 관찰 환자의 미세순환과 유착상태에 대한 히알루론산 근치기간 동안 자궁강수술로 [J.중국현대의학,2014,21 (33):46-48.