As osteoarthritis rises with aging, effective strategies for non-regenerative articular cartilage are essential. We developed hydrogels crosslinked with TGF-β 3 using the Schiff base reaction between oxidized gellan gum (OGG) and silk fibroin (SF). We confirmed the formation of crosslinks and the porous structure through physical and chemical property analysis. As the SF content increased, we observed a decrease in sol fraction, a decrease in swelling ratio, and an increase in compressive strength (8.2 kPa→23.5 kPa). Notably, the OGS0.5% hydrogel group effectively modulated the initial burst release of TGF-β 3 compared to the free solution state and sustained release for over 28 days, promoting the proliferation of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells and cartilage differentiation. The accumulation of GAG was 2.8 times higher, and there was increase in the expression of cartilage-specific genes like SOX9, COL2A1, and COMP. In conclusion, this hydrogel has the potential to be a promising injectable scaffold that can effectively induce cartilage regeneration.

고령화로 골관절염 유병률이 증가함에 따라 재생에 한계가 있는 관절연골을 재생시킬 수 있는 조직공학적 전략의 필요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 산화젤란검(OGG)과 실크피브로인(SF)을 쉬프 염기 반응으로 가교한 TGF-β 3 함유 하이드로젤을 개발하였다. 물리화학적 특성 분석을 통해 가교 형성과 다공성 구조를 확인하였으며 SF의 함량 증가에 따라 졸 분율 감소, 팽윤비 저하 및 압축강도의 향상(8.2→23.5 kPa)을 확인하였다. OGS0.5% 하이드로젤군은 TGF-β 3의 자유 용액 상태 대비 초기 burst release를 효과적으로 조절하고 초기 방출을 억제하고 28일 이상 방출을 유도하여 인간 골수 유래 중간엽줄기세포의 증식 및 연골분화를 촉진하였다. GAG 축적은 2.8배 증가하였고, SOX9, COL2A1, COMP 등 연골 특이적 유전자 발현의 증가를 확인하였다. 본 하이드로젤은 효과적인 연골 재생을 유도할 수 있는 주입가능형 지지체로써의 잠재력을 확인하였다.

Keywords: oxidized gellan gum, silk fibroin, schiff base reaction, TGF-β3, cartilage regeneration.