골밀도 증가 하이드로젤 개발, 골다공증 예방 가능할까?

골다공증은 뼈에 구멍이 많아진다는 것을 의미한다. 뼈 조직 역시 일정 주기로 낡은 세포 흡수(파골 작용)와 새로운 세포 형성(조골 작용)이 반복된다. 이때 파골 작용이 조골 작용보다 과도하게 빨리 진행되면서 뼈 조직의 구조가 점점 약해지는 것이 골다공증의 원인이다. 스위스에서 개발된 주입형 하이드로젤이 골다공증 치료를 위한 방법 중 하나로 기대되고 있다.

골밀도 증가 하이드로젤 개발

스위스 로잔 연방 공과대학(EPFL) 연구팀은 자체적으로 설립한 스타트업 ‘플로우본(flowbone)’과 함께 뼈 밀도를 증가시킬 수 있도록 하는 주입형 하이드로젤을 개발했다. 히알루론산과 하이드록시아파타이트 나노입자를 사용해 만들었으며, 뼈를 구성하는 무기질(미네랄)을 모방하도록 설계했다. 

히알루론산은 자연적으로 존재하는 다당류로, 수분을 끌어들이고 보유하는 능력이 뛰어난 물질이다. 체내 조직의 수분을 유지하고 재생하는 데 중요한 역할을 하며, 피부 보습용품에도 흔히 사용된다. 관절 부분에서는 연골을 구성하는 성분 중 하나이자 윤활제 역할을 하기도 한다.

하이드록시아파타이트는 칼슘과 인산 등 성분이 일정 구조로 결합한 것이다. 치아나 뼈 표면의 반들반들한 법랑질이 바로 하이드록시아파타이트다.

기존 약물과 하이드로젤 함께 주사

연구팀은 하이드로젤의 치료 효과를 검증하기 위해 취리히 소재의 정형외과 슐트헤스 클리닉과 협력하고, 그 결과는 정형외과 분야 전문 학술지인 「본(Bone)」에 게재했다. 

발표된 연구 결과에 따르면, 슐트헤스 클리닉에서는 골다공증 진단 시 두 가지 치료 방법으로 접근한다. 한 가지는 파골 작용을 감소시키는 항분해작용 약물, 다른 하나는 조골 작용을 증가시키는 동화작용 약물이다. 둘 모두 전신에 영향을 미치는 약물이지만, 치료 효과가 나타나기까지 최대 1년까지 걸릴 수 있다는 것이 단점으로 꼽혔다. 

연구팀은 슐트헤스 클리닉과 협력해, 기존에 사용하던 약물과 하이드로젤 주사를 결합한 치료법을 제시했다. 하이드로젤을 병행 투여함으로써 약물이 효과를 발휘하기까지 발생할 수 있는 골절 위험을 막는다는 접근법이다. 

연구팀이 개발한 하이드로젤을 단독으로 주사할 경우, 해당 부위의 뼈 밀도를 2~3배 가량 증가시키는 효과를 보였다. 반면, 기존 골다공증 치료에 사용되는 전신 약물과 하이드로젤을 혼합해서 투여한 경우, 이보다 더 뛰어난 효과가 나타났다. 쥐 모델을 대상으로 실험한 결과, 짧게는 2주, 길게는 4주만에 다리 뼈 밀도가 약 4~5배 증가하는 효과를 보였다.

골다공증 예방할 수 있을까?

연구팀은 이 방법을 통해 빠른 골밀도 증가를 필요로 하는 환자에게 도움을 줄 수 있을 거라고 보고 있다. 예를 들어, 관절이 약해지거나 골절이 발생한 부위에 삽입한 임플란트를 지지해주기 위한 목적으로 하이드로젤 주사가 유용하다는 것을 입증하겠다는 것이다. 이런 증거들을 바탕으로 하여 골다공증으로 인한 골절을 예방할 수 있는 치료법을 개발하겠다는 것이 연구팀의 계획이다.

현재 EPFL과 플로우본이 개발한 하이드로젤은 인간 환자들을 대상으로 한 임상시험을 준비 중이다. 당국의 규제 승인을 받는대로 임상시험에 착수하겠다는 계획이다.