관절 연골 결손은 전 세계적인 과제로, 상당한 장애를 초래한다. 큰 결손의 수복은 문제가 있는데, 이는 흔히 연골의 자가 치유 능력을 초과하며 골 구조를 손상시킬 수 있기 때문이다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 스캐폴드 매개 치료용 이온 전달 시스템을 개발하였다. 이 스캐폴드는 폴리(ε-카프로락톤)과 스트론튬(Sr)이 도핑된 생체활성 나노유리(Sr-doped bioactive nanoglasses; SrBGn)로 제작되어, SrBGn 통합으로 인해 3D 프린팅에서 기인한 거대공(macropores), 미세공(micropores), 그리고 나노 토폴로지(nanotopologies)를 갖는 독특한 계층적 구조를 형성한다. SrBGn이 내장된 스캐폴드(SrBGn-µCh)는 스트론튬(Sr), 실리콘(Si), 칼슘(Ca) 이온을 방출하며, 이는 연골세포의 활성화, 접착, 증식 및 성숙 관련 유전자 발현을 향상시킨다. 이러한 다중 이온 전달은 연골세포의 대사 활성 및 성숙에 유의미한 영향을 미친다. 특히, Sr 이온은 Notch 신호전달 경로를 통해 연골세포 조절에 관여할 수 있다. 또한 스캐폴드의 구조와 토폴로지적 단서는 연골세포 및 골수 유래 중간엽 줄기세포의 모집, 접착, 확장(spreading), 증식을 촉진한다. Si 및 Ca 이온은 골형성(osteogenic) 분화와 혈관 형성을 촉진하는 반면, Sr 이온은 M2 대식세포의 극성화를 강화한다. 본 연구 결과는 SrBGn-µCh 스캐폴드가 다중 이온을 전달하고 구조/토폴로지적 단서를 제공함으로써 골연골 결손 수복을 가속하며, 궁극적으로 숙주 세포의 기능과 결손 치유를 지지함을 보여준다. 이러한 스캐폴드는 골연골 수복 적용 분야에서 큰 잠재력을 지닌다.

켈로이드를 포함한 병적 피부 반흔은 효과적인 치료 옵션이 부족하여 중대한 임상적 과제를 야기한다. 매우 경직된 반흔 조직이라는 독특한 특징을 고려할 때, 기질 역학이 병적 진행을 어떻게 조절하는지 해명하는 것은 새로운 치료 전략을 마련하는 데 정보를 제공할 수 있다. 본 연구에서는 병적 피부 반흔인 켈로이드 유래 섬유아세포가 경직된 기질로 인해 독특한 전이(metamorphosis)를 보인다는 사실을 제시한다. 정상 섬유아세포와 비교할 때, 켈로이드 섬유아세포는 생화학적 자극보다 경직도에 대한 높은 감수성을 나타내며, 세포골격-핵 메커노센싱 분자를 활성화한다. 특히, 경직된 기질 위의 켈로이드 섬유아세포는 라미나 A/C 발현의 감소와 함께 핵연화(nuclear softening)를 보이고, 라미나 연관 염색질의 고정(anchoring)이 교란된다. 이러한 핵연화는 약화된 부착과 높은 수축성(contractility)과 결합하여, 켈로이드 섬유아세포의 구속(confining) 기질을 통한 침습적 이동을 촉진한다. 라미나 A/C 과발현 또는 액틴(actin) 교란을 통해 라미나 A/C 매개 핵연화를 억제하면, 켈로이드 섬유아세포의 이러한 침습성이 완화된다. 이러한 결과는 켈로이드 섬유아세포의 핵 역학이 반흔 병인에 중요함을 부각하며, 병적 반흔의 관리에 있어 라미나 A/C를 잠재적 치료 표적으로 제안한다.

보체 성분 3(C3)는 뇌의 정상 및 질병 상태에서 신경발생, 신경 이동, 시냅스 제거에 기여하지만, 장신경계(ENS)에서는 연구되지 않았다. C3 결핍으로 유발되는 변비에서 ENS의 조절 기전에 있어 C3의 역할을 규명하기 위해, 16주령의 C3 녹아웃(KO) 마우스 중결장(mid colon)에서 신경세포 및 간질세포(카할 간질세포, interstitial cells of Cajal; ICCs)의 표지자 변화, ENS의 흥분성 및 억제성 전달에 대한 표지자, 그리고 C3 수용체의 발현을 분석하였다. 야생형(WT) 마우스에 비해 C3 KO 마우스에서는 배변 지표의 감소, 조직학적 구조의 변화, 뮤신 분비 억제 등을 포함하는 현저한 변비 표현형이 관찰되었다. 신경세포 특이적 엔올라제(neuron specific enolase; NSE), 단백질 유전자 생성물 9.5(protein gene product 9.5; PGP9.5), 그리고 다외신경절 뉴런 및 ICCs에 대한 C-kit 표지자의 발현 수준은 C3 KO 마우스 중결장에서 WT 마우스보다 낮았다. 흥분성 전달 분석에서는 C3 KO 마우스 중결장에서 mAChR 하위 신호전달 경로가 활성화되어 있음에도 불구하고 5-하이드록시트립타민(5-hydroxytryptamine; 5-HT) 농도, 5-HT 수용체 발현, 아세틸콜린(acetylcholine; ACh) 농도, ACh 에스터레이스(ACh esterase; AChE) 활성, 무스카린성 ACh 수용체(muscarinic ACh receptors; mAChRs) 발현이 유사하게 억제되는 것으로 나타났다. 억제성 전달 분석에서는 C3 KO 마우스에서 질소산화물(nitric oxide; NO) 농도와 유도성 NOS(inducible nitric oxide synthase; iNOS) 발현이 증가한 반면, 동일 마우스에서 신경성 NOS(neuronal NOS; nNOS) 발현, 콜레시스토키닌(cholecystokinin; CCK), 그리고 가스트린(gastrin) 농도는 감소하였다. 또한 C3 결핍으로 유발된 변비 동안, WT 마우스에 비해 C3 KO 마우스 중결장에서는 C3a 수용체(C3a receptor; C3aR) 및 C3bR 발현 수준이 증가하였다. 종합하면, 이러한 결과는 ENS의 조절 이상이 C3 결핍으로 유발되는 변비에서 C3 KO 마우스의 중결장에 중요한 역할을 할 수 있음을 시사한다.

-3-하이드록시발레레이트) (PHBV)는 상처 드레싱으로 사용하기 위해 제조된다. 서로 다른 3HV 함량을 갖는 3종의 PHBV 폴리머를 사용하여 용액 주조 필름 또는 전기방사 전기방사 나노섬유 메쉬를 각각 제조한다. 3HV 함량이 증가할수록 결정성이 감소하고, 지지체는 보다 탄성이 높아진다. 나노섬유 메쉬는 필름보다 더 큰 탄성과 파단 시 연신율을 보인다. 시험관 내(in vitro)에서 사람 피부 진피 섬유아세포를 배양할 때, PHBV 메쉬는 세포 부착 및 증식이 더 우수하고, 근섬유아세포(myofibroblast)로의 분화는 더 적으며, 기질 수축은 더 적다. 전층 마우스 상처 모델에서 필름 또는 메쉬로 처리하면 딱지(scab) 형성, 탈수 또는 결핵성 흉터 결절(tubercular scar) 형성 없이 창백하고 얇은 조직이 재생된다. 메쉬로 처리된 상처의 표피는 2주 이내에 진피에서 작은 함입(invagination)을 형성하며, 이는 모낭 및 땀샘의 재생을 시사한다. 시험관 내 결과와 일치하게, 메쉬는 α-SMA 및 TGF-β1의 하향 조절(downregulation)을 통해 생체 내(in vivo)에서 근섬유아세포 분화를 감소시키고, TGF-β3의 상향 조절(upregulation)을 통해 이를 뒷받침한다. 메쉬로 처리된 재생 상처는 필름으로 처리된 경우보다 더 부드럽고 더 탄성이 높다. 이러한 결과는 전기방사된 나노섬유 PHBV 메쉬가 근섬유아세포 형성을 조절함으로써 과도한 흉터 형성을 완화하며, 상처 드레싱으로서의 활용 가능성을 보여준다.

관절 연골 결손은 전 세계적인 과제로, 상당한 장애를 초래한다. 큰 결손의 수복은 문제가 있는데, 이는 흔히 연골의 자가 치유 능력을 초과하며 골 구조를 손상시킬 수 있기 때문이다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 스캐폴드 매개 치료용 이온 전달 시스템을 개발하였다. 이 스캐폴드는 폴리(ε-카프로락톤)과 스트론튬(Sr)이 도핑된 생체활성 나노유리(Sr-doped bioactive nanoglasses; SrBGn)로 제작되어, SrBGn 통합으로 인해 3D 프린팅에서 기인한 거대공(macropores), 미세공(micropores), 그리고 나노 토폴로지(nanotopologies)를 갖는 독특한 계층적 구조를 형성한다. SrBGn이 내장된 스캐폴드(SrBGn-µCh)는 스트론튬(Sr), 실리콘(Si), 칼슘(Ca) 이온을 방출하며, 이는 연골세포의 활성화, 접착, 증식 및 성숙 관련 유전자 발현을 향상시킨다. 이러한 다중 이온 전달은 연골세포의 대사 활성 및 성숙에 유의미한 영향을 미친다. 특히, Sr 이온은 Notch 신호전달 경로를 통해 연골세포 조절에 관여할 수 있다. 또한 스캐폴드의 구조와 토폴로지적 단서는 연골세포 및 골수 유래 중간엽 줄기세포의 모집, 접착, 확장(spreading), 증식을 촉진한다. Si 및 Ca 이온은 골형성(osteogenic) 분화와 혈관 형성을 촉진하는 반면, Sr 이온은 M2 대식세포의 극성화를 강화한다. 본 연구 결과는 SrBGn-µCh 스캐폴드가 다중 이온을 전달하고 구조/토폴로지적 단서를 제공함으로써 골연골 결손 수복을 가속하며, 궁극적으로 숙주 세포의 기능과 결손 치유를 지지함을 보여준다. 이러한 스캐폴드는 골연골 수복 적용 분야에서 큰 잠재력을 지닌다.

켈로이드를 포함한 병적 피부 반흔은 효과적인 치료 옵션이 부족하여 중대한 임상적 과제를 야기한다. 매우 경직된 반흔 조직이라는 독특한 특징을 고려할 때, 기질 역학이 병적 진행을 어떻게 조절하는지 해명하는 것은 새로운 치료 전략을 마련하는 데 정보를 제공할 수 있다. 본 연구에서는 병적 피부 반흔인 켈로이드 유래 섬유아세포가 경직된 기질로 인해 독특한 전이(metamorphosis)를 보인다는 사실을 제시한다. 정상 섬유아세포와 비교할 때, 켈로이드 섬유아세포는 생화학적 자극보다 경직도에 대한 높은 감수성을 나타내며, 세포골격-핵 메커노센싱 분자를 활성화한다. 특히, 경직된 기질 위의 켈로이드 섬유아세포는 라미나 A/C 발현의 감소와 함께 핵연화(nuclear softening)를 보이고, 라미나 연관 염색질의 고정(anchoring)이 교란된다. 이러한 핵연화는 약화된 부착과 높은 수축성(contractility)과 결합하여, 켈로이드 섬유아세포의 구속(confining) 기질을 통한 침습적 이동을 촉진한다. 라미나 A/C 과발현 또는 액틴(actin) 교란을 통해 라미나 A/C 매개 핵연화를 억제하면, 켈로이드 섬유아세포의 이러한 침습성이 완화된다. 이러한 결과는 켈로이드 섬유아세포의 핵 역학이 반흔 병인에 중요함을 부각하며, 병적 반흔의 관리에 있어 라미나 A/C를 잠재적 치료 표적으로 제안한다.