토끼 두개골 결함에서 심바스타틴, 규산칼슘/석고, 젤라틴 및 뼈 재생의 조합

Jul 30, 2023

Scientific Reports 6권, 기사 번호: 23422(2016) 이 기사 인용

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본 연구는 심바스타틴이 규산칼슘/석고 및 젤라틴(CS-GEL)과 결합되었을 때 뼈 재생을 향상시키는지 여부를 확인하기 위해 수행되었습니다. 표면 형태는 전계 방출 주사 전자 현미경(FSEM)을 사용하여 결정되었습니다. 인산염 완충 식염수(PBS)에 담근 복합재의 중량 변화를 모니터링하여 시험관 내 분해를 평가했습니다. 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)를 사용하여 약물 방출을 평가했습니다. 복합재료의 생체적합성을 평가하기 위해 세포독성 테스트를 수행했습니다. 토끼 두개골에서 5mm 직경의 뼈 결함이 4개 발생했습니다. 3개 부위는 각각 CS-GEL, 0.5 mg 심바스타틴 로드 ​​CS-GEL(SIM-0.5) 및 1.0 mg 심바스타틴 로드 ​​CS-GEL(SIM-1.0)로 채워졌고 네 번째 부위는 대조군으로 비워 두었습니다. 수술 후 4주와 12주에 미세컴퓨터단층촬영(micro-CT)과 조직학적 분석을 실시하였다. 복합재료는 모두 3차원 구조를 나타냈으며 침지 4주 후에 거의 80%에 가까운 잔존율을 보였습니다. 약물 방출은 첫날 폭발적이었고 이후 방출 속도는 안정적으로 유지되었습니다. 복합재는 어떠한 세포독성도 유발하지 않았습니다. 생체 내 결과에서는 심바스타틴이 로딩된 CS-GEL 그룹에서 새로운 뼈 형성과 BMP-2, OC 및 I형 콜라겐의 발현이 개선되었음을 입증했습니다. 심바스타틴이 함유된 CS-GEL이 뼈 재생을 향상시킬 수 있다는 결론이 나왔습니다.

뼈 결함은 임상 상황에서 종종 나타납니다. 자가 이식, 동종 이식, 인공 뼈 대체물은 뼈 복구에 널리 사용되어 왔습니다. 자가 이식에는 제한된 원료 물질, 기증 부위에서 예측할 수 없는 재흡수 및 이환 위험과 같은 몇 가지 특정한 단점이 있습니다1. 자가 이식의 한 가지 대안인 동종이식은 적절하게 전처리되지 않으면 질병을 전파하고 면역 반응을 유도할 수 있습니다2.

다양한 인공 뼈 대체물도 실제로 널리 사용되고 있습니다. 여기에는 금속, 폴리락트산(PLA) 및 폴리우레탄(PU)과 같은 합성 폴리머, 수산화인회석(HA) 및 β-인산삼칼슘(β-TCP)3,4,5,6과 같은 세라믹이 포함됩니다. 수많은 뼈 대체물 중에서 석고라고 불리는 황산칼슘 이수화물(CaSO4∙2H2O)은 100년 넘게 뼈 결함을 복구하는 데 사용되어 왔습니다7. 석고는 황산칼슘 반수화물(CaSO4∙0.5H2O)의 수화에 의해 형성되며, 뼈 결함을 채운 후 현장 경화를 거칩니다. 상당한 생체 적합성으로 인해 석고는 이미 FDA의 뼈 이식 대체재로 임상 용도로 승인되었습니다8. 그러나 순수 석고의 낮은 생리활성으로 인해 초기 치유 단계에서 새로 형성된 뼈와 효과적인 화학적 결합을 형성하기가 어렵습니다9. 복합 생체재료가 순수 생체재료보다 더 적합할 수 있다고 보고되었습니다10. Wang의 연구에서 규산칼슘/석고는 모의 체액에서 인큐베이션한 후 시멘트 표면에 인회석 형성을 유도하는 것으로 나타났습니다. 이는 규산칼슘/석고 복합재가 우수한 생체 활성을 가짐을 의미합니다11. 이는 복합 생체재료를 형성하기 위해 규산칼슘을 첨가하면 순수 석고의 단점을 피할 수 있음을 보여줍니다.

젤라틴은 우수한 생체 적합성과 효율적인 지혈 특성을 가지고 있습니다. 또한 생체 내에서 완전히 생분해되며 물리화학적 특성을 적절하게 조절할 수 있습니다12,13. 젤라틴은 강력한 접착력과 가소성 특성으로 인해 규산칼슘/석고 복합재에서 적합한 매트릭스를 형성할 수 있습니다. 초기 연구에서는 생분해성 뼈 대체제로서 황산칼슘과 젤라틴 복합체가 새로운 뼈 성장을 촉진할 가능성이 있음을 보여주었습니다14.

규산칼슘/석고 및 젤라틴 복합체(CS-GEL)의 생리활성을 높이기 위해서는 성장인자와 뼈 재생을 돕는 약물이 복합체에 포함되어야 합니다. 콜레스테롤 저하제인 심바스타틴(Simvastatin)은 생체 내에서 뼈 형성과 골밀도에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났습니다15. 심바스타틴의 국소 적용은 난소 절제술을 받은 쥐의 골절 치유를 촉진하는 것으로 나타났습니다16. Mukozawaet al. 는 하이드로겔과 아텔로콜라겐 스폰지(ACS)를 함유한 심바스타틴이 토끼의 중요한 크기의 비강 결함의 뼈 성장을 향상시킨다는 것을 입증했습니다17. Sukulet al. 심바스타틴이 탑재된 젤라틴-나노섬유섬유 셀룰로오스-베타 인산삼칼슘 하이드로겔 지지체를 제조했으며, 이 지지체가 골형성을 향상시키기 위해 최적 농도의 심바스타틴을 방출할 수 있다고 보고했습니다. 또한 심바스타틴과 석고의 조합이 뼈 재생을 촉진할 수 있다는 보고도 있습니다19. 석고는 항생제, 성장 인자 및 약물의 국소 방출을 위한 운반체로서 잠재력이 있음이 입증되었습니다20,21,22.