퇴행성 관절염은 연골에 생기는 염증성 질환으로서 다양한 요인에 의해 연골이 점차 파괴되어 생기는 질환이다. 현재까지 퇴행성 관절염 치료로는 수술적인 방법 이외에 별다른 치료법이 없으며, 따라서 퇴행성관절염 치료제에 대한 개발이 필요한 실정이다.

수명연장에 따른 고령화 사회 진입으로 세계적으로 관절염 환자 수는 지속적으로 증가하고 있는 추세이며, 2015년 미국 통계에 의하면, 65세 이상 노인에서 관절염의 전체 유병률은 33.6%로 전 인구대비 2,700만 정도라고 추정된다. 퇴행성 관절염 치료는 현재까지 수술 및 비스테로이드 제제 통한 항염 및 통증 완화에만 그치고 있으며 장기투여 시 소화기계 및 혈액응고 기전의 부작용이 발생할 수도 있다.

이러한 문제점을 해결할 수 있는 해결책이 의외의 곳에서 발견되어 화제다. 아주대학교 김욱, 양시영 교수 연구팀은 담고 있던 약물을 표적세포에 내려놓는 도구인 약물전달체가 그 자체로 퇴행성 관절염 치료를 위한 후보물질이 될 수 있다고 발표했다. 연구팀은 약물전달체로 널리 사용되는 구(球)형 자가조립 히알루론산 나노입자의 연골보호 및 염증완화 효과를 생쥐모델에서 확인했다고 밝혔다. 이번 연구결과는 퇴행성 관절염을 위한 연골보호제로 쓰이는 선(線)형 히알루론산의 생체안정성과 효과를 높일 실마리가 될 것으로 기대된다.

연구팀은 선형 히알루론산과 달리 압축된 구형의 자가조립 히알루론산 나노입자가 안정성이 더 높아 생체 내에서 오래 지속되며 염증완화 효과도 높일 수 있을 것이라 가정했다. 또한, 생쥐 무릎에 주입된 자가조립 히알루론산 나노입자가 연골을 투과해 연골세포 막에 존재해 연골파괴에 관여하는 CD44 수용체에 결합, 연골파괴를 막는 것을 다광자 및 공초점 현미경으로 확인했다.

나노입자에 다수의 CD44 결합부위가 있어 동시에 여러 CD44와 결합 , 세포막에 CD44 뭉침현상(clustering)을 일으켜 CD44 활성을 효과적으로 억제한다는 것이다. 약물을 담지(contain)하지 않은 약물전달체인 자가조립 히알루론산 나노 입자 자체가 연골파괴를 매개하는 단백질인 이화인자를 돕는 CD44 수용체를 억제한다는 설명이다.

또한 연구팀은 CD44 수용체가 퇴행성 관절염 치료제 개발의 표적이 될 수 있음을 재확인했다. CD44 수용체가 만들어지지 않는 생쥐모델은 무릎관절에 인위적 으로 퇴행성 관절염을 유도해도 CD44 수용체가 생성되는 대조군에 비해 연골파괴가 현저히 낮게 나타난 것이다.

CD44 수용체에 작용하는 퇴행성 관절염 치료제 후보물질로 자가조립 히알루론산 나노입자의 가능성을 제안한 이번 연구가 기존 선형 히알루론상의 낮은 생체 내 안정성과 분해산물로 인해 유발될 수 있는 염증반응 등을 극복할 실마리가 될 것으로 기대된다. 연구팀은 "표적 특이적 약물전달체로서의 기능을 융합하여 특정 약물을 탑재하여 관절에 주입하면 약물의 종류에 따라 관절염 치료 효과를 극대화시킬 수 있으며 동시에 두 가지 이상의 표적을 제어할 수도 있을 것"이라며 "자가조립 히알루론산 나노입자 기반 플랫폼 기술을 활용하여 보다 효과적인 관절염 제어기술 뿐만 아니라 다양한 염증질환에도 적용할 수 있을 것으로 판단된다"라고 밝혔다.

이번 연구성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업 및 바이오·의료기술개발사업 등의 지원으로 수행되었으며 국제학술지 바이오머트리얼스(Biomaterials)에 2021년 6월 19일 발표되었다.