서동환 서울부민병원 인공관절센터 박사와 송영석 단국대 고분자시스템공학부 교수팀은 무릎관절염 ‘연골주사’의 새로운 조성물인 폴리뉴클레오티드 및 교차결합 히알루론산(PN/BDDE-HA) 복합제의 물리적 특성을 세계 최초로 체계적으로 분석했다고 11일 밝혔다. 

무릎관절염 환자에게 널리 사용되는 기존 히알루론산 성분 연골주사는 관절의 마찰을 줄이고 통증을 완화하는 대표적인 치료법으로, 점성 높은 물질이 마찰을 줄여 충격을 흡수하도록 돕는다. 하지만 기존 히알루론산 제형은 체내에서 빠르게 분해돼 효과가 오래 지속되지 않는 한계가 있었다.

이를 개선하기 위해 화학적으로 결합된 교차결합 히알루론산이 개발되었지만, 점도는 향상된 반면 장기적 안정성과 점탄성(변형 시 점성과 탄성을 같이 보이는 성질) 회복 면에서는 여전히 개선의 여지가 있었다. 

이런 한계를 극복하기 위해 연구팀은 여러 연골주사제의 물성을 비교했다. 실제 무릎 관절의 평균 온도(31.4도)에서 단순 전단(각 물질의 점도 변화), 진동 전단(탄성과 점성의 균형) 평가, 3단계 틱소트로피(구조가 무너진 뒤 회복되는 속도) 측정 시험 등을 수행했다.

실험 결과, PN/BDDE-HA(Polynucleotide/1,4-Butanediol diglycidyl ether-crosslinked Hyaluronic Acid)는 기존 히알루론산 및 교차결합 히알루론산 보다 뛰어난 점도와 탄성, 구조적 안정성을 동시에 확보한 것으로 나타났다. 특히 반복되는 하중 환경에서도 형태 유지력이 높아 장시간 윤활 및 충격 흡수 기능을 지속할 수 있는 가능성이 입증됐다. 서동환 서울부민병원 인공관절센터 박사(왼쪽), 송영석 단국대 고분자시스템공학부 교수송영석 교수는 “이번 연구는 향후 임상 적용을 위한 기초 자료를 제공하는 한편 조성비와 물성 최적화를 통해 더 우수한 제형 개발로 이어질 것”이라고 강조했다.

서동환 박사는 “폴리뉴클레오티드와 교차결합 히알루론산의 혼용 또는 병용은 기존 주사요법의 단점을 보완하면서 장기 내구성, 항염효과, 조직 재생 가능성을 높일 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구는 국내 임상의학과 재료공학의 융합을 통해 탄생한 대표적 성과로, 무릎관절염 환자에게 보다 오랜 기간 지속적이고 효과적인 통증 완화 솔루션을 제공할 것으로 기대된다.

이번 연구결과는 ‘네이처’ 자매지인 ‘사이언티픽 리포츠(Scientific Reports, IF=3.9) 2025년 10월호에 게재됐다.