초록 ▼

□ 연구 목표 및 내용
◼ 최종 목표
골조직은 조직의 특성상 장기간의 회복 기간이 요구되는바, 회복기간 동안 연관된 타 조직(근육, 혈관 등)에 영향을 주지 않아야 하며, 높은 생체 안전성 및 친화성을 갖춘 약물 전달 시스템이 필요함. 본 과제는 골조직 표적지향적 복합 약물 전달체의 개발을 위해 피브로인 나노입자 기반의 골 특이적 서방형 재생약물 전달 시스템 개발하고 이의 유효성의 검증을 목표로함.

◼ 전체 내용
본 연구는 1단계(2021.09~2024.02) 개발 및 2단계(2024.03 ~ 2026.

□ 연구 목표 및 내용
◼ 최종 목표
골조직은 조직의 특성상 장기간의 회복 기간이 요구되는바, 회복기간 동안 연관된 타 조직(근육, 혈관 등)에 영향을 주지 않아야 하며, 높은 생체 안전성 및 친화성을 갖춘 약물 전달 시스템이 필요함. 본 과제는 골조직 표적지향적 복합 약물 전달체의 개발을 위해 피브로인 나노입자 기반의 골 특이적 서방형 재생약물 전달 시스템 개발하고 이의 유효성의 검증을 목표로함.

◼ 전체 내용
본 연구는 1단계(2021.09~2024.02) 개발 및 2단계(2024.03 ~ 2026.02)로 구분하여 각각 < 피브로인 나노입자 기반의 서방형 재생약물 전달 시스템의 개발 > 및 < 전달 시스템의 질환 모델 적용 및 검증 >으로 나누어 수행함.
1단계 연구개발은 피브로인 나노입자를 이용한 BMP-2의 제조 및 서방형 방출을 통한 골 형성능 검증을 목표로 아래의 연구를 수행함.
• BMP-2의 피브로인 나노입자 도입 조건 및 최적 도입 농도의 결정
• 피브로인 스캐폴드와 BMP-2 단백질의 형성 조건의 확인
• BMP-2단백질의 나노입자 도입과 분포의 분석
• BMP-2 탑재 피브로인 나노입자의 생리학적 조건에서 안정성 확인
• 탑재 효율과 약물 종류에 따른 생리적 약물 분출의 분석
• 조골전구세포 모델에서 약물 전달 특이성과 처리 조건의 최적화
• BMP-2의 세포 처리 이후 조골세포 분화 및 석회화능 분석
• 마우스 모델에서 BMP-2의 서방형 방출 및 체내 안정성 검증을 수행하고, 추가적으로 골조직 특이적 리간드 결합을 통한 피브로인 나노 입자의 골조직 분포 및 분포 기전 검증을 목표로 아래의 연구를 수행함.
• BMP-2 탑재 피브로인 나노입자 표면에 대한 Alendronate 및 D-Aspartic acid octapeptide의 화학적 접합 방법의 설정
• 세포 수준에서의 골조직 특이성 및 독성 검증 시행
• 마우스 모델에서 BMP-2의 골조직 분포 특이성 및 체내 안정성 검증
2단계 연구개발은 피브로인 나노입자를 이용한 골조직 특이적 서방형 약물 전달시스템의 질환모델 적용 및 골조직 재생능과 기전 검증을 목표로 아래의 연구개발을 수행함.
• 백서 두개골 결손모델에서 체내 안정성 및 골 형성능 검증
• 성견 치주염 모델에서 골 형성능 평가

◼ 1단계
❏ 연구 목표
피브로인 나노입자를 이용한 BMP-2의 제조 및 서방형 방출을 통한 골 형성능 검증
❏ 연구 내용
• BMP-2의 피브로인 나노입자 도입 조건 및 최적 도입 농도의 결정
• 피브로인 스캐폴드와 BMP-2 단백질의 형성 조건의 확인
• BMP-2단백질의 나노입자 도입과 분포의 분석
• BMP-2 탑재 피브로인 나노입자의 생리학적 조건에서 안정성 확인
• 탑재 효율과 약물 종류에 따른 생리적 약물 분출(release profile)의 분석
• MC3T3-E1 조골전구세포 모델에서 약물 전달 특이성과 처리 조건의 최적화
• BMP-2의 세포 처리 이후 조골세포 분화 및 석회화능 분석
• 마우스 모델에서 BMP-2의 서방형 방출 및 체내 안정성 검증
• BMP-2 탑재 피브로인 나노입자 표면에 대한 Alendronate 및 D-Aspartic acid octapeptide의 화학적 접합 방법의 설정
• 세포 수준에서의 골조직 특이성 및 독성 검증 시행
• 마우스 모델에서 BMP-2의 골조직 분포 특이성 및 체내 안정성 검증

◼ 2단계
❏ 연구 목표
피브로인 나노입자를 이용한 골조직 특이적 서방형 약물 전달시스템의 질환 모델 적용 및 골조직 재생능과 기전 검증
❏ 연구 내용
• (소동물)백서 두개골 결손모델에서 체내 안정성 및 골 형성능 검증
골 결손부는 Critical defect (>7mm)와 non-critical defect (<5mm) 기준으로 수행하여 골형성 유효성을 확인. 골결손부의 재생은 microCT, 조직학적 관찰법을 통한 2주 이내 단기 변화, 4주 이내 중기변화 및 8주 이내 장기 변화를 통해 검증.
• (대동물) 성견 치주염 모델에서 골 형성능 평가
치주염/치조골 결손 모델에서 하이드록시아파타이트 분말과 함께 약물전달체를 처리한 후 치주수술을 통해 다시 재결찰하고 재생효과의 추적관찰. 약물 주입 후 4, 8, 12주 후에 희생하여, 방사선학적, 조직학적 및 조직계 측학적 분석을 시행하여 (H&E 염색, 면역화학 조직염색, microCT 분석), 골조직 특이성 및 골재생능을 검증함.

□ 연구성과
1. 정성적 연구 성과
• 피브로인 나노입자를 이용한 BMP-2의 전달체의 확보 및 전달체 성능과 관련된 기반 자료의 확보
• BMP-2 탑재 피브로인 나노입자의 생리학적 조건에서 안정성 확인
• 탑재 효율과 약물 종류에 따른 생리적 약물 분출의 분석
• in vitro와 in vivo 모델의 BMP-2의 서방형 방출 및 체내 안정성 검증
• 피브로인 나노입자 표면에 대한 D-Aspartic acid octapeptide의 화학적 접합 방법의 설정 및 유효성 자료 확보
2. 정량적 연구 성과(1단계 연구기간(2021.09 ~ 2024. 02))
• SCI급 논문 2편
• 특허 출원 1건

□ 연구성과의 활용 계획 및 기대 효과
1) (실용화 가능성)골재생치료를 위한 조직 특이적 약물전달체를 통한 임상 미충족수요의 해결: BMP-2, 테리파라타이드 등은 허가 신약으로 약물전달체와 병용 적용은 신규 신약 개발보다 임상적 검증의 방향이 다르다는 장점을 가짐. 장기간 투약이 필요한 골재생치료제의 특징상 골조직 특이적 약물 분포는 약물의 전신 독성과 부작용을 감소시킬 수 있음. 골조직 특이적 약물 분포는 초기 약물 처리 농도를 감소 시킴으로서 경제적 효과를 증가시킴.
2) (과학적 난제 해결)골 조직 표적 지향적 약물 전달 시스템 확립: 생체친화성 물질(피브로인)을 이용한 골 조직 특이적 약물 전달 시스템 기술 개발은 인체의지지 및 대사기능을 제공하는 골조직에 대한 다양한 질환에 대해 치료제 적용을 가능하게 함. 또한 골 형성촉진 단백질 (Wnt3a, SOST 결합 단백질, emdogain 등)을 뼈-특이적으로 전달하는데 사용하는 것으로 확장될 수 있음.
3) (사회적 공헌)노화 관련 난치성 질환인 골절, 치조골 상실에 대한 신약 개발 가능성 제공: 급속한 초고령화사회에서 증가하는 골절 및 치조골 상실에 의한 삶의 질 저하에 대해 골조직 재생치료의 일환으로 사회 비용 감소 및 복지 증진의 이점이 되며, 경제적 효과가 클 것으로 사료됨.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 1) 의과 및 치과의 대표적인 골질환: 골절 및 만성 치주염에 의한 치조골 소실 ... 5
• 2) 골형성 촉진 치료제의 현황 ... 5
• 3) 미충족 의료수요: 골형성촉진제의 특이적 전달을 통한 안전하고 효과적인 골재생 치료 ... 5
• 4) 연구개발의 필요성: 골재생을 위한 골조직 표적 지향적 서방형 약물 전달 시스템의 개발 필요성 ... 5
• 2. 연구과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1) 연구개발과제의 최종 목표 ... 6
• 2) 연구개발과제의 단계별 목표 및 내용 ... 6
• 3. 연구과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 8
• 1) 연구수행 결과 ... 8
• 2) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 12
• 1) (과학적 성과) 난치성 근골격재생치료를 위한 선도적 약물전달체 개발 ... 12
• 2) (과학적 난제 해결)조직 재생 분야의 약물전달체 기능 분석에 NGS 분석 기법 적용 ... 12
• 3) (사회적 공헌)노화 관련 난치성 질환인 골절, 치조골 상실에 대한 신약 개발 가능성 제공 ... 12
• 5. 연구성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 1) (실용화 가능성)골재생치료를 위한 조직 특이적 약물전달체를 통한 임상미충족수요의 해결 ... 13
• 2) (과학적 난제 해결)골 조직 표적 지향적 약물 전달 시스템 확립 ... 13
• 3) (사회적 공헌)노화 관련 난치성 질환인 골절, 치조골 상실에 대한 신약 개발 가능성 제공 ... 13
• 6. 다음 단계 연구계획 ... 13
• 1) 연구 목표 및 내용 ... 13
• 2) 연구 추진전략 ... 14
• 3) 연구 추진일정 및 기대성과 ... 14
• 4) 다음 단계 연구비 사용계획 ... 14
• 5) 연구 성과의 활용방안 및 기대효과 ... 15
• 끝페이지 ... 25