점탄 물질

점탄 물질 (ophthalmic viscosurgical devices; OVD) 은 안과 수술 시 각막 내피세포의 손상을 줄이기 위한 목적으로 흔히 사용되고 있는데, 백내장 수술 시 수정체핵 조각이나 초음파 에너지에 의해 발생되는 산화 스트레스로부터 각막 내피를 보호하는 효과가 있다. 이외에 전방 유지 등과 같이 안내 공간을 확보하여 안내 수술기구의 조작을 용이하게 하며, 출혈을 조절하고 술 중 안압을 일정하게 유지함으로써 수술 후 발생할 수 있는 낭포 황반 부종을 줄일 수 있다.

역사

히알루론산은 독일의 의학 박사이자 생화학자인 Karl Meyer에 의해 발견되었다. 콜롬비아 대학에서 연구를 이어가던 그는 1934년 조수인 John Palmer와 함께 소의 유리체에서 아미노당과 우론산 (uronic acid) 을 포함하고 있는 새로운 고분자량의 다당류를 분리하였다. 이 물질이 유리체에서 분리되었고 우론산의 특징을 보였으므로 hyaluronic acid 라고 명명하였다. 이후 20년간의 연구 끝에 N-아세틸글루코사민과 글루콘산의 이당류가 반복되는 긴 사슬 형태의 구조임을 규명하였다.

히알루론산이 처음 안과 영역에서 시도된 것은 망막 박리 환자에서 유리체를 대체하려는 목적이었다. 관절염에서 히알루론산의 효과를 연구하던 헝가리 태생의 스웨덴 카롤린스카 연구소 소속 Endre Alexander Balazs 는 스웨덴 망막 연구회에서 이러한 아이디어를 최초로 제안하였다.

분류

Arshinoff 는 점탄 물질을 다음과 같이 두 종류로 나누어 설명하였다.

응집성 (visco-cohesive)

분자량과 위양성이 크고 표면 장력이 큰 성질을 가지고 긴 분자 사슬의 형태이므로 응집성이 우수하고, 안구 내에서 공간을 유지하기에는 좋으나 섬유주로 빠져나가기 어렵다. 전방에 주입하기 용이하고, 주입된 후에도 형체가 잘 유지되어 홍채의 크기를 늘리거나 구조물을 유착 분리하기 용이하며, 동시에 분자의 길이가 대부분 길기 때문에 전방 밖으로 쉽게 제거된다. 하지만 눈 속에 일부가 남아 있으면 분자량이 크기 때문에 자연적으로 제거되는데 시간이 걸리고 안압이 올라갈 수 있다.

분산성 (visco-dispersive)

분자량과 위양성이 낮고 표면 장력이 작은 성질을 가지므로 점성이 낮아 표면에 잘 붙는 성질을 가진다. 따라서 내피 세포의 보호에 적합하지만, 위양성이 낮아서 좁은 관으로 주입하기가 쉽지 않다. 또한 전방 내에서 완전히 제거하기가 쉽지 않을 뿐만 아니라 인공 수정체가 삽입된 후에는 더욱 제거하기 힘들다. 하지만 분자량이 비교적 작은 편이므로 안구 내에서 자연 흡수는 비교적 잘 되는 편이다.

자가 적응형 (visco-adaptive)

새로운 범주의 점탄물질로 Healon 5™ 등이 있다. 2.3% HA로, 주변의 환경에 따라 점탄 물질의 성질이 바뀌는 특성을 보인다.2,3 점탄 물질 주변의 물 흐름에 따라 흐름이 높으면 점탄 물질의 성분들이 작은 조각으로 분해되어 분산성을 띠고, 흐름이 낮으면 높은 응집성을 띠도록 제작되었다. 따라서 수술 후 빠르고 완전한 제거가 가능하여 술 후 안압 상승의 위험도가 낮은 편으로 저점성의 다른 HA제제와 차이가 없다.4

viscousdispersive

1.6% HA 와 4% CDS를 섞어서 만든 DisCoVisc™은 상반된 응집성과 분산성을 동시에 가지게 한 것으로, 전방 내 공간을 잘 유지하고 각막 내피에 잘 도포되는 능력 은 Viscoat™와 유사하며，전방 내에서 제거되는 성질은 자가 적응형 OVD보다 더 좋은 것으로 보고되고 있다.5 실험실에서 수정체 유화술을 시행하고 남은 점탄 물질의 양을 공초점 현미경으로 즉정해 봤을 때 DisCoVisc™가 전방에 가장 많이 남아 내피 세포를 보호할 수 있는 것으로 보고되었다.6

종류

회사	제품	성분	분류	원천	분자량 (kD)	오스몰랄 농도	유사 가소성	접촉각	용량 (ml)
J&J	Healon	1% NaHA	응집	rooster combs	2,500~3,800	309	+++	60	0.85
	Healon GV	1.4% NaHA	응집		5,000	302	++++	×	0.85
	Healon 5	2.3% NaHA	적응		4,000	320	++++	60	0.6
알콘	Viscoat	3% NaHA, 4% CDS	분산	bacterial fermentation, shart fin cartilage	500; 25	360	++	52	0.75
	DisCoVisc	1.6% NaHA, 4% CDS	viscousdispersive		1,700	298	+++	66.5	1.0
	Provisc	1% NaHA	응집	bacterial fermentation	2,500	310	+++	60	0.85
	Duovisc	Viscoat+Provisc	×	×	×	×	×	×	0.35+0.4
	Cellugel	2% HPMC	분산	wood pulp	300	315	++	48	1.0
바슈롬	Amvisc	1.2% NaHA	응집	roster combs	2,000	320	+++	60	0.8
	Amvisc plus	1.6% NaHA	응집+분산	roster combs	2,000	340	+++	×	0.8
	Ocucoat	2% HPMC	분산	wood pulp	86	319	+	52	1.0
LG화학	Hyal 2000	1% NaHA	분산	세균 발효	4,000	306	+++	60	0.85
	Hyal plus	1.5% NaHA	분산		4,000	323	+++	60	0.55, 0.95

바랍직한 점탄 물질

• 주입이 편해야 한다.
• 수정체 유화술 중에 잘 유지될 수 있어야 한다.
• 눈에 양압이 걸리는 상황에서도 잘 유지될 수 있어 야한다.
• 제거가 쉽거나, 제거할 필요가 없어야 한다.
• 안구 내에서 다른 기구나 인공수정체의 이동을 방해하지 말아야 한다.
• 각막 내피를 보호해야 한다.
• 독성이 없어야 한다.
• 전방수의 흐름을 막지 말아야 한다.
• 투명해야 한다.

재질

Sodium Hyaluronate (NaHA)

인간의 신체 중에 전방수, 유리체 속에 다량으로 들어있는 물질로서, 기본 구조는 β-1,4-glucosidic bond가 반복적으로 이어져 하나의 긴 사슬로 구성된 이당류이다. 이 이당류가 생리 식염수에 녹으면 하나의 긴 random coil로 변하는 점액 다당류가 된다. 농도를 증가시키면 (>0.5mg/mL) 각 분자 사슬이 서로 중첩되어 농도가 증가되고, 사슬과 사슬 사이에 비공유 결합 반응이 일어나면서 탄성은 더욱 증가된다. 예를 들어 2mg/mL 의 농도에서는 점도가 100cSt 이지만, 10mg/mL 에서는 점도가 100,000cSt 가 된다. 즉 점도가 증가함에 따라 탄성도 증가한다. 안과 영역에서 상용되는 sodium hyaluronate acid fraction (NIF-NaHa) 은 큰 분자량 (2,000,000~5,000,000 dalton) 을 가지고, 단백질량이 0.5% 이하로 하나의 이당류 당 하나의 음전하를 가지며, 대표적으로 Amvisc plus 와 Healon GV 가 있다. 또한 단백질량이 아주 적기 때문에 비감염성, 비독성, 비알레르기성, 비염증성, 비세균성 상태인 매우 정제된 화합물이다. 유인원 유리체내 반감기는 72시간 정도이며, 방수 내 반감기는 점도에 따라 차이는 있지만 2~7일로 알려져 있다.

황산 콘드로이틴

황산 콘드로이틴 (chondroitin surface, CDS) 은 각막의 주요 구성 성분인 점액다당류 중 하나로, 구조는 히알루론산과 비슷하다, 분자량은 50,000D 정도로 전방 내에서 대사가 되지는 않고 24~30 시간 이내에 배출된다.

hydroxypropyl methylcellulose (HPMC)

동물 내에서는 발견되지 않고 면화나 나무와 같은 식물 섬유의 구성 물질로 존재한다. 화학적으로는 β-glycosidic bond에 의해 결합된 D-glucose molecule로 구성된 섬유소 (cellulose polymer) 이다. 메틸셀룰로스는 고도의 정제된 물질을 사용해야 하는데, 점탄 물질 속에서 여러 나무 섬유나 오염 물질이 발견되는 경우가 많기 때문이다. 전방 내에서는 대사되지 않고 약 3일 내에 배출된다. 친수성으로 눈에서 쉽게 세척이 된다. HPMC는 점탄 물질이 아닌 연고 제제로 앞방각경 사용 시 이용되고 있다.

부작용

• 안압 상승 : 수술 후 전방에서 충분히 제거하지 않았을 경우에는 수술 후 첫 6시간에서 24~72시간 사이에 안압이 상승할 수 있으며, 이 때 발생하는 녹내장을 Healon-block 녹내장이라 한다. 이는 대부분 일시적이고, 남겨 놓은 점탄 물질의 양, 점도, 분자량 등에 영향을 받으며, 섬유주에서 점탄 물질이 잘 배출되지 않아서 발생한다. 이를 방지가히 위해 백내장 수술 후 가능한 한 모든 점탄 물질을 제거하도록 하며, 아세타졸라미드, 전방 내 축동제, beta blocker, 4% pilocarpine 겔 같은 안압 하강제 등의 사용을 고려할 수 있다.
• 염증 반응 : 염증 반응을 유발할 수 있기 때문에 이런 경우에는 응집성이 높고, 분자량이 작은 점탄 물질을 사용하는 것이 좋다.
• 비감염성 안내염 : 점탄 물질의 면역 반응으로 발생하며, 특히 조직 공학적으로 만든 점탄 물질보다는 생체에서 추출한 점탄 물질이 더 많이 일으킨다. 점탄 물질이 처음 사용되었을 당시에는 25번 주사침을 반복 사용함으로서 주사침 내에 남아 있는 변성된 점탄 물질이 비감염성 안내염을 발생시킨다는 보고가 있었기 때문에 주사침은 일회용을 사용하는 것이 바람직하다.
• 석회화 띠 각막병증 : chondroitin sulfate 등이 들어 있는 점탄 물질을 사용했을 때 발생했다는 보고도 있다.

참고