Photo-crosslinked hyaluronic acid may enhance bone regeneration: A radiographic and histomorphometric analysis = 광가교 히알루론산이 골결손부 모델에서 골재생에 미치는 영향: 방사선학적 및 조직학적 분석

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Hyaluronic acid (HA) supports osteogenesis, but rapid degradation limits its clinical utility. Photo-crosslinked HA (pXHA) improves stability and handling. This study assessed the physicochemical, biological, and bone regeneration potential of pXHA in a rabbit calvarial defect model. In vitro tests evaluated pXHA’s physical properties, focusing on complex viscosity, compressive strength, enzymatic degradation, cytotoxicity, and osteoblast proliferation.Sixteen rabbits received four 8-mm calvarial defects randomly assigned to: (1) untreated control, (2) pXHA, (3) bone graft with collagen membrane (BG/CM), and (4) pXHA with bone graft (pXHA/BG). All specimens were harvested at 6 and 12 weeks. Bone volume fraction (BV/TV) within the defect area was assessed using Micro-computed tomography (Micro-CT), and histomorphometric analysis was performed to quantify the proportions of newly formed bone(NB), residual bone graft (BG), and connective tissue (CT). Statistical analysis was conducted using the Kruskal–Wallis test and the Mann–Whitney U test. pXHA exhibited adequate complex viscosity (1929±65mPa·s), compressive strength (0.48±0.084MPa), and controlled enzymatic degradation. Also, pXHA showed 89.7% of cell viability, and significantly enhanced osteoblast proliferation.In vivo test showed that pXHA significantly increased BV/TV (p=0.0047) and achieved the highest new bone formation (NB%, 37.68±11.66%) at 12 weeks, with reduced connective tissue (CT%, 54.30±12.32%) compared to control. BG/CM and pXHA/BG showed greater BV/TV than control, with comparable NB% and BG% between them. Histology revealed mature trabecular bone and better defect bridging in pXHA/BG and BG/CM groups, while pXHA alone promoted substantial bone fill despite central fibrous tissue. This study suggests that photo-crosslinked hyaluronic acid (pXHA) may serve as a promising bioactive agent for bone regeneration in clinical bone defect sites.

국문 초록 (Abstract)

본 연구의 목적은 토끼 두개골 결손 모델에서 광가교 히알루론산(photo-crosslinked hyaluronic acid, pXHA)을 단독, 그리고 골이식재와 병용하여 적용하였을 때의 생체적합성 및 골재생 효과를 조직형태학적 그리고 방사선학적으로 평가하는 것이다. pXHA의 물리적 특성 (점도·압축강도)과 생물학적 특성(효소 분해 저항성· 세포독성 · 골모세포 증식)을 평가하였다. 16마리 토끼의 두개골에 직경 8 mm의 결손 4개를 형성하고, 무작위로 대조군, pXHA 단독군 (pXHA), 골이식재와 콜라겐 차폐막 병용군 (BG/CM), pXHA와 골이식재 병용군 (pXHA/BG)으로 배정하였다. 모든 시편은 6주와 12주 후에 희생하여 micro-CT를 통해 결손부의 골용적율(BV/TV)을 측정하고, 조직형태계측을 통해 신생골(new bone; NB), 잔존이식재(bone graft; BG), 결합조직(connective tissue; CT) 비율을 정량화하였다. 통계분석은 Kruskal-Wallis 및 Mann-Whitney U 검정을 이용하였다. 그 결과, pXHA는 적절한 기계적 안정성, 효소에 의한 안정된 분해 능력, 높은 세포 생존율과 골모세포 증식을 보였다.
방사선학적 분석에서 pXHA군은 12주 실험군에서 대조군과 비교하여 골용적율이 유의하게 증가하였으며, pXHA/BG군과 BG/CM군 또한 대조군보다 높은 골용적율을 보였다. 조직형태계측 결과에서, pXHA 단독군의 신생골 비율(NB%)은 유의하게 증가(21.8% → 37.7%, p = 0.021) 하였으며, 모든 군 중 가장 높은 값을 보였다. 광가교 히알루론산 (pXHA)는 단독 사용 시 골재생 초기단계에서 신생골 형성을 촉진하였고, 골이식재와 병용 시에도 기존 골유도재생술과 유사한 재생효과를 보였다. 이는 골 결손부 치료에서 pXHA가 새로운 생리활성 물질로 사용될 수 있음을 보여준다.

목차 (Table of Contents)

• I. Introduction 1 - 3
• II. Materials and Methods 4 - 11
• III. Results 12 - 18
• IV. Discussion 19 - 25
• V. Conclusion 26
• VI. Figures & Tables 27 - 36
• References 37 - 41
• Abstract in Korean 42-43