KR101236638B1

KR101236638B1 - 약물 전달용 임플란트 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101236638B1
Application number: KR1020100103172A
Authority: KR
Inventors: 김현이; 정현도
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2013-02-22
Also published as: KR20120041630A

Abstract

본 발명은 금속 지지체의 기공 내에 치료 화합물 또는 치료제를 담지시키고 상기 치료 화합물 또는 치료제가 일정한 기간에 걸쳐 외부로 방출되도록 구성되는 약물 전달용 임플란트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명에 따른 약물 전달용 임플란트 제조 방법은, (a) 금속 지지체를 치료 화합물 또는 치료제를 포함하는 용액에 침지시키는 단계; 및 (b) 상기 치료 화합물이 기공 내에 담지된 상기 금속 지지체에 압력을 가하여 압축시키는 단계;를 포함한다.

Description

약물 전달용 임플란트 및 그 제조 방법{Implant for drug delivery and the method for manufacturing the same}

본 발명은 약물 전달용 임플란트 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 금속 지지체의 기공 내에 치료 화합물 또는 치료제를 담지시키고 상기 치료 화합물 또는 치료제가 일정한 기간에 걸쳐 외부로 방출될 수 있도록 구성되는 약물 전달용 임플란트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

의료용 임플란트, 인공 고관절, 골지지체 등(이하 '생체 이식용 임플란트')으로서, 티타늄, 스테인레스 스틸 합금, 코발트-크롬 합금과 같은 금속 재료, 알루미나, 지르코니아와 같은 생체 불활성 세라믹 재료 및 수산화아파타이트(Hydroxyapatite)와 같은 생체 활성 세라믹 재료가 널리 사용되고 있다.

이러한 생체 이식용 임플란트의 재료 중에서, 티타늄은 생체 적합성이 높고, 물성이 강하며, 높은 피로(fatigue) 저항성을 갖고 있으며, 특히 코발트-크롬 합금이나 스테인레스 스틸 합금과 비교할 때 약 절반 정도의 낮은 탄성계수를 가지고 있어 생체 이식용 임플란트의 재료로 많이 사용되고 있다.

한편, 생체 이식용 임플란트를 시술을 통하여 인체에 이식하는 경우에는, 생체 이식용 임플란트가 이식됨으로써 손상되는 부위가 회복되는 시간 및 생체 이식용 임플란트가 뼈 또는 조직과 안정적으로 결합하는 시간을 보다 단축시키고, 시술 후 발생할 수 있는 급성 염증을 방지하는 것이 중요한 기술 요소 중 하나이다.

이를 위해서, 최근에는 생체 이식용 임플란트를 표면처리하여 생체적합성을 향상시키거나, 항생제와 같은 약물이나 성장 인자나 인슐린과 같은 단백질을 생체 이식용 임플란트에 코팅하여 염증을 방지하고 뼈와의 결합 시간을 단축시키는 방안이 활발하게 연구되고 있다.

그러나, 생체 이식용 임플란트에 치료 약물 또는 단백질을 코팅하는 경우에는 1) 코팅할 수 있는 치료 약물 또는 단백질의 종류와 양이 극히 제한적이며, 2) 고가의 치료 약물을 코팅하는 경우에 약물이 초기에 급격하게 생체 내에 유입되고 시간이 경과함에 따라 지나치게 빨리 체외로 소실되어 비용적인 측면 및 치료적인 측면에서 매우 비효율적이며, 3) 생체 이식용 임플란트의 표면에 코팅된 치료 약물 또는 단백질의 방출 속도를 제어할 수 없어 치료 약물 또는 단백질의 성능을 효과적으로 발휘하지 못한다는 문제점이 있다.

한편, 약물 전달용 임플란트와 관련된 종래 기술로서, 공개 특허 제10-2008-0016780호(발명의 명칭 : 안내 약물 전달용 임플란트)가 있다. 상기 공개 특허는 염증성 질환 또는 퇴행성 질환의 치료를 위한 안내(intraocular) 약물 전달용 임플란트에 관한 것으로서, 상기 임플란트는 제1 단부와 반대편에 제2 단부를 가지며, 제1 단부에 제1 개구부와, 반대편의 제2 단부에 제2 개구부를 갖는 공동(cavity)을 획정(definition)하는 몸통부 및 저장 물질(depotmaterial)과 적어도 하나의 치료 화합물 또는 치료제를 유효량으로 포함하는 공동 내에 수용되는 고형 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그러나, 상기 공개 특허는 주요 몸통부가 고분자 화합물 또는 고분자 재료로 구성되는 것으로서, 관련된 종래 기술에서는 약물 전달용 임플란트가 고분자 화합물, 고분자 재료 또는 세라믹으로 구성된 기술들은 존재하지만, 본 발명은 금속 자체가 지지체로서 사용된다는 점에서 종래 기술과는 구성상의 차이가 있다.

본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 금속 지지체의 기공 내에 치료 화합물 또는 치료제를 담지시키고 상기 치료 화합물 또는 치료제가 일정한 기간에 걸쳐 유효량으로 외부로 방출될 수 있도록 구성되는 약물 전달용 임플란트를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은, 생체 적합성이 높은 생체 이식용 임플란트 내에 골 재생을 유도하는데 효과적인 치료 화합물을 담지시키고 일정 기간 동안 지속적으로 방출되도록 함으로써 생체 이식용 임플란트 이식 수술 후 회복을 촉진시킬 수 있는 약물 전달용 임플란트를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은, 상술된 약물 전달용 임플란트를 보다 효과적이고 용이한 방법으로 제조할 수 있는 약물 전달용 임플란트 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 약물 전달용 임플란트는, 금속 지지체; 및 상기 금속 지지체의 기공 내에 위치하는 치료 화합물 또는 치료제;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 약물 전달용 임플란트를 인체에 이식하는 경우, 상기 치료 화합물이 유효량으로 일정한 기간에 걸쳐 상기 약물 전달용 임플란트 주위로 방출되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 금속 지지체는 티타늄, 마그네슘, 철, 알루미늄, 구리 및 이의 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 금속 지지체는 생분해성 금속으로 구성되며, 일정 시간이 경과한 뒤에 인체 내에서 분해되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 치료 화합물은, 면역반응 변화인자, 항-증식제, 항-유사분열제, 항-혈소판제, 백금 배위 착화물, 호르몬, 항응혈제, 피브린분해제, 항-분비제, 항-유주제, 면역억제제, 혈관생성 약물, 안지오텐신 수용체 차단물질, 산화질소 공여체, 안티센스 올리고뉴클레오티드와 이들의 복합물, 세포 사이클 저해물질, 코르티코스테로이드, 지혈성 스테로이드, 구충제, 항-녹내장 약물, 항생제, 분화 조절물질, 항바이러스제, 항암제, 항-염증제, 성장 인자 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 성장 인자는 뼈형성유도단백질(Bone morphogenetic proteins, BMPs), 표피세포성장인자(Epidermal growth factor, EGF), 에리트로포이에틴(Erythropoietin, EPO), 섬유모세포성장인자(Fibroblast growth factor, FGF), 간세포성장인자(Hepatocyte growth factor, HGF), 인슐린유사성장인자(Insulin-like growth factor, IGF), 미오스타틴(Myostatin, GDF-8), 신경성장인자(Nerve growth factor, NGF), 뉴로트로핀(neurotrophins), 혈소판유래성장인자(Platelet-derived growth factor, PDGF), 트롬보포이에틴(Thrombopoietin, TPO), 전환성장인자(Transforming growth factor alpha, TGF-α), 전환성장인자(Transforming growth factor beta, TGF-β), 혈관내피성장인자(Vascular endothelial growth factor, VEGF), 태반성장인자(placental growth factor, PlGF), 아드레노메둘린 (Adrenomedullin, AM), 자가분비 운동인자(Autocrine motility factor), 과립구집락자극인자(Granulocyte-colony stimulating factor, G-CSF), 과립구대식구집락자극인자(Granulocyte-macrophage colony stimulating factor, GM-CSF), 성장분화인자(Growth differentiation factor-9, GDF9), IL-1, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6 및 IL-7 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 약물 전달용 임플란트 제조방법은, (a) 금속 지지체를 치료 화합물 또는 치료제를 포함하는 용액에 침지시키는 단계; 및 (b) 상기 치료 화합물 또는 치료제가 기공 내에 담지된 상기 금속 지지체에 압력을 가하여 압축시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계 사이에, (a') 상기 금속 지지체 내의 기공 내에 상기 치료 화합물 또는 치료제가 담지될 수 있도록 상기 금속 지지체의 주위를 진공으로 유지하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 치료 화합물은, 면역반응 변화인자, 항-증식제, 항-유사분열제, 항-혈소판제, 백금 배위 착화물, 호르몬, 항응혈제, 피브린분해제, 항-분비제, 항-유주제, 면역억제제, 혈관생성 약물, 안지오텐신 수용체 차단물질, 산화질소 공여체, 안티센스 올리고뉴클레오티드와 이들의 복합물, 세포 사이클 저해물질, 코르티코스테로이드, 지혈성 스테로이드, 구충제, 항-녹내장 약물, 항생제, 분화 조절물질, 항바이러스제, 항암제, 항-염증제 및 성장 인자 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 금속 지지체의 기공 내에 치료 화합물 또는 치료제를 담지시키고 상기 치료 화합물 또는 치료제가 일정한 기간에 걸쳐 외부로 방출되도록 유도함으로써, 원하는 치료 화합물 또는 치료제를 일정 기간 동안 지속적으로 방출할 수 있다는 효과가 발생한다.

또한, 치료 화합물을 표면에 코팅하던 종래 기술과는 달리 치료 화합물이 약물 전달용 임플란트 내부의 기공에 담지되기 때문에, 치료 화합물이 초기에 급격하게 소실되는 것이 아니라 지속적으로 방출되고 그로 인해 비용적인 측면에서도 우수하며 치료적인 측면에서도 매우 우수하다는 효과가 발생한다.

그로 인해, 본 발명을 생체 이식용 임플란트에 적용하고 골 재생을 유도하는데 효과적인 치료 화합물을 내부 기공에 담지하는 경우에는 뼈의 결합 또는 재생을 촉진하기 때문에, 임플란트 시술시 발생할 수 있는 골 재생 기능 악화의 문제를 해결할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 따르면, 치료 화합물을 금속 지지체의 기공 내에 코팅함으로써, 금속 지지체의 생체 적합성 및 생체활성도를 모두 향상시키는 효과가 발생한다.

더욱이, 사용되는 금속 지지체의 기공 크기 및 기공율을 적절하게 조절함으로써, 치료 화합물의 담지 성능 및 방출 성능을 보다 용이하게 제어할 수 있다는 효과가 발생한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 약물 전달용 임플란트 제조 방법을 개략적으로 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 약물 전달용 임플란트가 시간 경과에 따라 치료 화합물을 방출하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이며,
도 3은 금속 지지체를 초기 높이의 약 2/3로 압축하는 경우에 따른 기공의 모습을 주사 전자 현미경을 이용하여 찍은 사진과, 마이크로시티를 이용하여 그 단면을 촬영하고 이를 3차원 구조로 나타낸 도면이며,
도 4는 금속 지지체를 초기 높이의 약 1/3로 압축하는 경우에 따른 기공의 모습을 주사 전자 현미경을 이용하여 찍은 사진과, 마이크로시티를 이용하여 그 단면을 촬영하고 이를 3차원 구조로 나타낸 도면이며,
도 5는 형광 단백질을 포함하는 폴리머가 금속 지지체의 기공 내에 담지되기 전과 후의 모습을 주사 전자 현미경 및 레이저현미경을 이용하여 찍은 사진이며,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 약물 전달용 임플란트의 기공의 모습을 주사 전자 현미경을 이용하여 찍은 사진이며,
도 7은 제조예 1, 2 및 3에서 제조된 샘플 1, 2 및 3에 대한 시간에 따른 GFP 방출 결과를 도시한 그래프이며,
도 8은 도 7 그래프에 있어서 보다 정확한 결과를 위해 초기 하루 동안 방출된 GFP 양을 제외한 결과를 도시한 그래프이며,
도 9는 제조예 1, 2 및 3에서 제조된 샘플 1, 2 및 3의 기공 모습을 일정한 시간의 경과에 따라 레이저현미경을 이용하여 찍은 사진이다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

<실시예>

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 약물 전달용 임플란트 제조 방법을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 약물 전달용 임플란트가 시간 경과에 따라 치료 화합물을 방출하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 약물 전달용 임플란트 제조 방법은 (a) 금속 지지체를 치료 화합물 또는 치료제를 포함하는 용액에 침지시키는 단계; 및 (b) 상기 치료 화합물 또는 치료제가 기공 내에 담지된 상기 금속 지지체에 압력을 가하여 압축시키는 단계를 포함한다.

또한, 상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계 사이에, (a') 상기 금속 지지체 내의 기공 내에 상기 치료 화합물 또는 치료제가 담지될 수 있도록 상기 금속 지지체의 주위를 진공으로 유지하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

이하, 상기 단계들을 구체적으로 설명하기로 한다.

(a) 금속 지지체를 치료 화합물 또는 치료제를 포함하는 용액에 침지시키는 단계

상기 (a) 단계는 미리 준비된 금속 지지체를 치료 화합물 또는 치료제를 포함하는 용액에 침지시키는 단계로서, 이러한 침지 단계를 통하여 금속 지지체 내의 기공으로 치료 화합물 또는 치료제가 유입될 수 있게 된다.

금속 지지체의 종류는 특별히 제한되지 않으나, 티타늄, 마그네슘, 철, 알루미늄, 구리 및 이의 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 금속 지지체가 사용되는 것이 바람직하다. 특히 생체 이식용 임플란트의 재료로서 티타늄이 우수한 특성을 가지고 있기 때문에 티타늄 지지체가 사용되는 것이 보다 바람직하다.

한편, 금속 지지체가 마그네슘 및 마그네슘 합금과 같은 생분해성 금속으로 구성되는 경우에는, 금속 지지체 자체가 일정 시간 경과한 뒤에 생체 내에서 분해되도록 그 성질을 제어할 수 있기 때문에, 일정 시간 동안 치료 화합물을 생체 내로 방출함과 동시에 임플란트 자체가 분해되는 효과를 가질 수도 있다.

또한 금속 지지체로서 다공성 금속 지지체가 사용될 수 있음은 물론이다. 이 경우, 다공성 금속 지지체를 제조하는 방법은 종래의 공지된 다양한 방법을 사용할 수 있다.

이때, 다공성 금속 지지체의 기공률 및 기공 크기를 조절함으로써, 후술되는 바와 같이 금속 지지체의 기공 내에 담지된 치료 화합물의 담지 성능 및 방출 성능을 제어할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에서 사용되는 용어 "기공 내에 담지된다"는 의미는, 금속 지지체 내부에 존재하는 기공 및 틈새의 벽면, 또는 균열면 등과 같이 금속 지지체 내부에 존재하는 공간 내에 치료 화합물이 함침되거나 담지되는 것을 포함하는 의미임을 유의한다.

용액에 첨가되는 치료 화합물 또는 치료제의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 이러한 치료 화합물은, 면역반응 변화인자, 항-증식제, 항-유사분열제, 항-혈소판제, 백금 배위 착화물, 호르몬, 항응혈제, 피브린분해제, 항-분비제, 항-유주제, 면역억제제, 혈관생성 약물, 안지오텐신 수용체 차단물질, 산화질소 공여체, 안티센스 올리고뉴클레오티드와 이들의 복합물, 세포 사이클 저해물질, 코르티코스테로이드, 지혈성 스테로이드, 구충제, 항-녹내장 약물, 항생제, 분화 조절물질, 항바이러스제, 항암제, 항-염증제 및 성장 인자 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 성장 인자는 뼈형성유도단백질(Bone morphogenetic proteins, BMPs), 표피세포성장인자(Epidermal growth factor, EGF), 에리트로포이에틴(Erythropoietin, EPO), 섬유모세포성장인자(Fibroblast growth factor, FGF), 간세포성장인자(Hepatocyte growth factor, HGF), 인슐린유사성장인자(Insulin-like growth factor, IGF), 미오스타틴(Myostatin, GDF-8), 신경성장인자(Nerve growth factor, NGF), 뉴로트로핀(neurotrophins), 혈소판유래성장인자(Platelet-derived growth factor, PDGF), 트롬보포이에틴(Thrombopoietin, TPO), 전환성장인자(Transforming growth factor alpha, TGF-α), 전환성장인자(Transforming growth factor beta, TGF-β), 혈관내피성장인자(Vascular endothelial growth factor, VEGF), 태반성장인자(placental growth factor, PlGF), 아드레노메둘린 (Adrenomedullin, AM), 자가분비 운동인자(Autocrine motility factor), 과립구집락자극인자(Granulocyte-colony stimulating factor, G-CSF), 과립구대식구집락자극인자(Granulocyte-macrophage colony stimulating factor, GM-CSF), 성장분화인자(Growth differentiation factor-9, GDF9), IL-1, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6 및 IL-7 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱이, 본 발명에 따른 약물 전달용 임플란트가 생체 이식용 임플란트로 사용되는 경우, 치료 화합물은 항생제, 항-염증제, 뼈형성유도단백질 및 이의 혼합물 등으로 구성되는 것이 보다 바람직하다.

(a') 금속 지지체의 기공 내에 치료 화합물 또는 치료제가 담지될 수 있도록 금속 지지체의 주위를 진공으로 유지하는 단계

상기 (a') 단계는 금속 지지체 내의 기공 내에 치료 화합물 또는 치료제가 보다 효과적으로 유입되어 담지될 수 있도록 금속 지지체의 주위를 진공으로 유지하는 단계이다.

이러한 진공 유지 단계를 통하여 금속 지지체의 기공에 존재하던 공기가 외부로 빠져나오게 되고 공기가 존재하던 공간에 치료 화합물 또는 치료제가 보다 효과적으로 유입되어 담지될 수 있게 된다.

상기 단계에서 진공도는 특별히 제한되지 않으며, 금속 지지체의 종류 및 크기, 금속 지지체가 다공성 금속 지지체일 경우 기공의 크기 및 기공률, 그리고 치료 화합물의 종류 및 농도 등에 따라 적절한 진공도가 설정될 수 있음을 유의한다.

한편, 진공을 유지하는 장치 및 방법은 공지된 장치 및 방법을 사용하기 때문에 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

(b) 치료 화합물 또는 치료제가 기공 내에 담지된 금속 지지체에 압력을 가하여 압축시키는 단계

상기 (b) 단계는 치료 화합물 또는 치료제가 기공 내에 담지된 금속 지지체에 압력을 가하여 금속 지지체를 압축시키는 단계이다. 이러한 압축 단계를 통하여 금속 지지체가 소성 압축 변형을 거치게 되고 금속 지지체의 조직이 치밀하게 되어, 보다 효과적으로 치료 화합물이 기공에 담지되게 되며, 단위 부피당 포함하게 되는 치료 화합물의 양이 증가하게 된다.

이때 압축 강도는 금속 지지체의 종류 및 크기에 따라 적절하게 설정될 수 있으며, 바람직하게는 금속 지지체의 높이를 약 1/3 내지 2/3 정도로 축소시킬 수 있는 압축 강도가 바람직하다.

이러한 이유는 금속 지지체의 높이를 약 1/3보다 적게 압축시키는 경우에는 금속 지지체의 압축에 따른 효과(즉, (i) 단위 부피당 포함되는 치료 화합물의 양의 증가, (ii) 일정한 기간 동안 유효량으로 지속적으로 치료 화합물을 방출함)가 비교적 크게 나타나지 않게 되며, 금속 지지체의 높이를 약 2/3보다 더 압축시키는 경우에는 기공가 아주 작아지게 되어 치료 화합물의 방출이 원할하지 않을 가능성이 있기 때문이다.

다만, 압축 강도는 상술된 범위에 제한되는 것은 아니며, 약물 전달용 임플란트가 사용되는 목적 및 원하는 치료 화합물의 종류, 방출 지속 기간 등에 따라 적절하게 설정될 수 있음을 유의한다.

한편, 금속 지지체에 압축을 가하는 장치 및 방법은 공지된 장치 및 방법을 사용하기 때문에 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 약물 전달용 임플란트가 시간 경과(예를 들어, 초기, 1개월 내지 4개월)에 따라 치료 화합물을 방출하는 모습이 도시되어 있다.

약물 전달용 임플란트의 제조 초기에는 다량의 치료 화합물이 금속 지지체의 표면에 코팅 또는 담지되어 있고 더욱이 그 내부의 기공에도 다량의 치료 화합물이 담지되어 있음을 알 수 있다. 이러한 초기 상태에서는 금속 지지체의 표면층에서부터 치료 화합물이 방출되게 된다.

그 후, 일정 시간이 경과하게 됨에 따라 금속 지지체의 내부 외각층의 기공에 존재하는 치료 화합물이 방출되게 되며, 결국에는 금속 지지체의 내부 중심부 측의 기공에 존재하는 치료 화합물이 방출되게 된다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 약물 전달용 임플란트가 생체 이식용 임플란트에 적용되어 인체에 이식되는 경우에는, 치료 화합물이 유효량으로 일정한 기간에 걸쳐 지속적으로 약물 전달용 임플란트의 주위로 방출되게 됨을 알 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예의 약물 전달용 임플란트의 제조 방법에 따른 제조예 및 실험예를 설명하고 이에 대한 구체적인 검토를 하기로 한다.

<사전 실험예 1>

금속 지지체로서 기공률이 약 70%인 티타늄 지지체를 사용하였고, 이러한 티타늄 지지체를 초기 높이의 약 2/3로 압축하였다. 이를 주사 전자 현미경(SEM, scanning electron microscope)을 이용하여 사진을 찍어 도 3의 (a)에 도시하였다.

또한, 이러한 압축된 티타늄 지지체에 대하여 마이크로시티(micro-CT)를 이용하여 그 단면을 촬영하고 이를 3차원 구조로 나타내어 도 3의 (b), (c)에 도시하였고, 이때의 기공율(압축 방향에 대한 수직 방향, 수평 방향) 및 기공크기를 측정하여 표 1에 도시하였다.

<사전 실험예 2>

금속 지지체로서 기공률이 약 70%인 티타늄 지지체를 사용하였고, 이러한 티타늄 지지체를 초기 높이의 약 1/3로 압축하였다. 이를 주사 전자 현미경을 이용하여 사진을 찍어 도 4의 (a)에 도시하였다.

또한, 이러한 압축된 티타늄 지지체에 대하여 마이크로시티를 이용하여 그 단면을 촬영하고 이를 3차원 구조로 나타내어 도 4의 (b), (c)에 도시하였고, 이때의 기공율(압축 방향에 대한 수직 방향, 수평 방향) 및 기공크기를 측정하여 표 1에 도시하였다.

<사전 실험예 3>

금속 지지체로서 기공률이 약 70%인 티타늄 지지체를 사용하였고, 이러한 티타늄 지지체를 형광 단백질 GFP(green fluorescent protein) 및 키토산 폴리머가 용해된 아세트산 용액에 침지시켰다. 그리고 나서, 티타늄 지지체의 주변을 진공으로 유지하여 티타늄 지지체 내의 기공에 형광 단백질을 포함하는 키토산 폴리머가 담지되도록 하였다.

이때, 형광 단백질을 포함하는 폴리머가 티타늄 지지체의 기공 내에 담지되기 전의 모습을 주사 전자 현미경을 이용하여 사진을 찍어 도 5의 (a)에 도시하고, 형광 단백질의 발광 유무를 측정하기 위해 레이저현미경(CLSM, Confocal Laser Scanning Microscope)을 이용하여 사진을 찍어 도 5의 (b)에 도시하였다.

또한, 형광 단백질을 포함하는 폴리머가 티타늄 지지체의 기공 내에 담지된 후의 모습을 주사 전자 현미경을 이용하여 사진을 찍어 도 5의 (c)에 도시하고, 형광 단백질의 발광 유무를 측정하기 위해 레이저현미경을 이용하여 사진을 찍어 도 5의 (d)에 도시하였다.

<제조예 1>

금속 지지체로서 기공률이 약 65 내지 70%인 티타늄 지지체를 준비하였다. 또한, 키토산 폴리머가 용해된 아세트산(acetic acid) 용액에 초록색의 형광을 발하는 형광단백질인 GFP(green fluorescent protein)를 첨가하여 혼합 용액을 준비하였다. 그 후, 티타늄 지지체를 상기 혼합 용액에 침지시키고 약 20분 동안 진공을 유지하였다. 이때, 진공도는 약 70cmHg로 유지하였다. 그 후에, GFP가 기공 내에 담지된 티타늄 지지체를 1GPa의 압력을 가하여 초기 높이의 약 1/3 정도로 압축하여 약물 전달용 임플란트(이하, 샘플 1)를 제조하였다.

이러한 샘플 1에 대하여 확대 비율을 달리하여 주사 전자 현미경을 이용하여 찍은 사진을 도 6에 도시하였다.

<제조예 2>

금속 지지체로서 다공체가 아닌 일반적인 티타늄 금속 지지체를 준비하였다. 또한, 키토산 폴리머가 용해된 아세트산(acetic acid) 용액에 초록색의 형광을 발하는 형광단백질인 GFP(green fluorescent protein)를 첨가하여 혼합 용액을 준비하였다. 그 후, 일반적인 티타늄 금속 지지체를 상기 혼합 용액에 침지시키고 약 20분 동안 진공을 유지하였다. 이때, 진공도는 약 70cmHg로 유지하였다. 그 후에, 혼합 용액을 제거하여 약물 전달용 임플란트(이하, 샘플 2)를 제조하였다.

<제조예 3>

금속 지지체로서 기공률이 약 65 내지 70%인 티타늄 지지체를 준비하였다. 또한, 키토산 폴리머가 용해된 아세트산(acetic acid) 용액에 초록색의 형광을 발하는 형광단백질인 GFP(green fluorescent protein)를 첨가하여 혼합 용액을 준비하였다. 그 후, 티타늄 지지체를 상기 혼합 용액에 침지시키고 약 20분 동안 진공을 유지하였다. 이때, 진공도는 약 70cmHg로 유지하였다. 그 후에, 혼합 용액을 제거하여 약물 전달용 임플란트(이하, 샘플 3)를 제조하였다.

<실험예 1>

상기의 제조예 1, 2 및 3에서 각각 제조된 샘플 1, 2 및 3을 이용하여 시간에 경과에 따른 GFP 방출 실험을 진행하였다. 약 120일 동안 진행하였고, 샘플의 종류가 상이하다는 점을 제외하고는 모든 조건을 동일하게 유지하였다.

이러한 GFP 방출 실험 결과를 그래프로서 도 7 및 도 8에 도시하였다. 또한, 샘플 1, 2 및 3의 GFP의 발광 정도를 측정하기 위해 레이저현미경으로 제조 초기, 11일차, 24일차, 37일차 및 62일차 사진을 찍어 도 9에 도시하였다.

<결과에 대한 고찰>

도 3은 금속 지지체를 초기 높이의 약 2/3로 압축하는 경우에 따른 기공의 모습을 주사 전자 현미경을 이용하여 찍은 사진과, 마이크로시티를 이용하여 그 단면을 촬영하고 이를 3차원 구조로 나타낸 도면이다.

도 4는 금속 지지체를 초기 높이의 약 1/3로 압축하는 경우에 따른 기공의 모습을 주사 전자 현미경을 이용하여 찍은 사진과, 마이크로시티를 이용하여 그 단면을 촬영하고 이를 3차원 구조로 나타낸 도면이다.

표 1은 실험예 1 및 2에 따른 금속 지지체의 압축 후 기공율(압축 방향에 대한 수직 방향, 수평 방향) 및 기공 크기를 측정하여 나타낸 것이다.

	실험예 1의 경우 (2/3로 압축)	실험예 2의 경우 (1/3로 압축)
초기 기공율	70%	70%
압축후 총 기공율	47.3%	23.1%
압축후 기공율 (수직 방향)	48.9%	26.5%
압축후 기공율 (수평 방향)	47.0%	21.3%
압축후 기공 크기	100.6㎛	50.4㎛

도 3 및 도 4 및 표 1을 참조하면, 금속 지지체를 일축 방향으로만 압축하는 경우에는 기공가 한 방향으로만 압축되기 때문에 방향성이 있는 기공이 형성될 것이라는 일반적인 판단과는 달리, 기공 및 틈새들이 압축 방향에 수직한 방향 및 수평한 방향에 대하여 일정한 방향성 없이 압축되어 존재하고 있음을 알 수 있다.

이러한 이유는 실제로는 금속 지지체 내에 존재하는 기공벽이나 틈새들이 여러 방향으로 존재하고 있기 때문에 일축 방향으로만 압축되는 경우에도 랜덤하게 압축되어 기공 역시 한방향으로 눌리지 않고 자유롭게 형성되기 때문이다.

또한, 금속 지지체에 대하여 압축 정도를 증가시킴에 따라 기공율 및 기공 크기가 감소하게 됨을 알 수 있다. 즉, 금속 지지체를 초기 높이의 2/3으로 압축한 경우에는 총기공율이 47.3%로 감소되고, 기공 크기가 100.6㎛로 감소되었으며, 금속 지지체를 초기 높이의 1/3으로 압축한 경우에는 총기공율이 23.1%로 감소되고, 기공 크기가 50.4㎛로 감소됨을 알 수 있다.

이러한 사항들을 고려하면, 금속 지지체를 압축함으로써 기공율 및 기공 크기가 감소되지만, 치료 화합물이 실제적으로 담지되는 기공벽 또는 틈새면 등이 단위 부피당 증가하게 되므로 금속 지지체의 단위 부피당 보다 많은 치료 화합물을 담지할 수 있게 됨을 알 수 있다.

도 5는 형광 단백질 GFP을 포함하는 폴리머가 금속 지지체의 기공 내에 담지되기 전과 후의 모습을 주사 전자 현미경 및 레이저현미경을 이용하여 찍은 사진이다.

도 5의 (a), (b)를 참조하면, 기공 내에 폴리머와 유사한 물질을 없는 것으로 판단되며, 기공 내에서 약하게 형광을 띄는 부분은 불순물에 의한 것으로 판단된다.

도 5의 (c), (d)를 참조하면, 주사 전자 현미경 사진에서 2개의 원형의 부분에 폴리머와 유사한 물질이 위치하고 있는 것을 알 수 있으며, 이를 레이저현미경을 통하여 살펴본 결과 금속 지지체의 내부의 기공에 구석까지 형광을 띄는 부분이 매우 많이 보여지는 것을 알 수 있다.

이는 금속 지지체를 GFP 및 키토산 폴리머가 용해된 아세트산 용액에 침지시키고 진공을 유지함으로써, 금속 지지체 내의 기공에 존재하던 공기가 외부로 빠져나오게 되고 공기가 존재하던 공간에 GFP을 포함하는 폴리머가 효과적으로 유입되어 담지되었음을 나타낸다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 약물 전달용 임플란트의 기공의 모습을 주사 전자 현미경을 이용하여 찍은 사진이다.

도 6을 참조하면, 압축된 기공 사이로 폴리머 또는 GFP로 추정되는 물질들이 함유되어 있는 것으로 판단되며, 이를 해석하면 본 발명에 따른 제조 방법에 의하여 약물 전달용 임플란트를 제조하는 경우에는, 금속 지지체의 기공 내에 치료 화합물 등이 효과적으로 유입되고 담지될 수 있음을 알 수 있다.

도 7은 제조예 1, 2 및 3에서 제조된 샘플 1, 2 및 3에 대한 시간에 따른 GFP 방출 결과를 도시한 그래프이며, 도 8은 도 7 그래프에 있어서 보다 정확한 결과를 위해 초기 하루 동안 방출된 GFP 양을 제외한 결과를 도시한 그래프이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 샘플 2의 경우에는 초기에 GFP가 약 9㎍ 정도 방출되고 약 30일 정도까지는 약 4㎍의 GFP가 방출되며, 그 후에는 GFP가 거의 방출되지 않음을 알 수 있다.

샘플 3의 경우에는 초기에 GFP가 약 55㎍ 정도 방출되고, 초기로부터 1일 내지 2일 내에 약 13㎍의 GFP가 방출되며, 그 후에는 약 117일동안 약 11㎍의 GFP가 방출됨을 알 수 있다.

샘플 1의 경우에는 초기에 GFP가 약 40㎍ 정도 방출되고, 초기로부터 1일 내지 2일 내에 약 4㎍의 GFP가 방출되며, 그 후에는 약 117일동안 약 20㎍의 GFP가 방출됨을 알 수 있다.

이러한 그래프를 참조하면, 샘플 2와 같이 일반 티타늄 금속 지지체를 사용하는 경우에는 초기의 미량의 GFP만 방출될뿐 지속적으로 GFP가 방출되지 않음을 의미한다. 또한 샘플 3의 경우에서는, 초기에 다량의 GFP가 방출되고 그 후에는 시간이 경과하더라도 소량의 GFP만이 방출된다는 것을 의미한다. 그러나, 샘플 2와 같이, 본 발명과 같이 압축 단계까지 수행하는 경우에는 초기에도 다량이 아닌 적정량의 GFP가 방출될 뿐만 아니라 시간이 경과하는 경우에도 일정하고 지속적으로 GFP가 방출되고 있음을 의미한다.

즉, 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조된 약물 전달용 임플란트에 의하면, 금속 지지체의 기공에 담지된 치료 화합물이 너무 많거나 너무 적은 양이 아닌 유효량(즉, 약리(藥理) 작용을 일으킬 수 있는 약물의 분량)으로 일정한 기간에 걸쳐 약물 전달용 임플란트 주위로 방출될 수 있다고 판단된다.

도 9는 제조예 1, 2 및 3에서 제조된 샘플 1, 2 및 3의 기공 모습을 일정한 시간의 경과에 따라 레이저현미경을 이용하여 찍은 사진이다.

샘플 1에 대하여 살펴보면, 형광을 띄는 부분이 매우 많으며 시간이 경과함에도 불구하고 형광을 띄는 부분이 지속적으로 존재하는 것을 알 수 있다. 이는, 티타늄 지지체의 내부 기공에 다량의 GFP가 담지되어 있음을 알 수 있으며, 이러한 GFP의 담지량이 시간이 경과하는 경우에도 다량으로 존재하고 있어 지속적이고도 일정하게 외부로 방출될 수 있음을 의미한다.

샘플 2에 대하여 살펴보면, 형광을 띄는 부분이 초기에는 매우 많지만 시간이 얼마 지나지 않아 형광부분이 거의 없음을 알 수 있다. 이는, 일반적인 티타늄 지지체를 사용하는 경우에는 GFP가 티타늄 지지체의 내부 기공에 효과적으로 유입될 수 없고 그로 인해 GFP가 지지체 표면 상에만 어느 정도 존재하다가 빠르게 없어짐을 의미한다.

샘플 3에 대하여 살펴보면, 형광을 띄는 부분이 존재하긴 하지만 그 정도가 매우 약함을 알 수 있다. 이는, 다공성을 가지는 티타늄 지지체를 단순히 혼합 용액에 침지하는 것만으로는 기공 내부의 구석 구석까지 GFP를 담지할 수 없으므로 반드시 압축 단계를 거쳐야함을 의미한다.

즉, 티타늄 지지체의 기공 내부에 치료 화합물을 효과적으로 담지하기 위해서는 침지 단계 뿐만 아니라 압축 단계도 반드시 수행되어야 하며, 이러한 단계를 필수적으로 포함하는 본 발명의 제조 방법에 따르면, 치료 화합물이 너무 많거나 너무 적은 양이 아닌 유효량으로 일정한 기간에 걸쳐 약물 전달용 임플란트 주위로 방출될 수 있다고 판단된다.

이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.

Claims

약물 전달용 임플란트로서,
금속 지지체; 및
상기 금속 지지체의 기공 내에 위치하는 치료 화합물;을 포함하고,
상기 금속 지지체는 기공율이 65% 내지 70%인 금속재료를 초기 높이의 1/3 내지 2/3 로 압축시킨,
약물 전달용 임플란트.
제1항에 있어서,
상기 약물 전달용 임플란트를 인체에 이식하는 경우, 상기 치료 화합물이 유효량으로 일정한 기간에 걸쳐 상기 약물 전달용 임플란트 주위로 방출되는 것을 특징으로 하는,
약물 전달용 임플란트.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기의 금속재료는 티타늄, 마그네슘, 철, 알루미늄, 구리 및 이의 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는,
약물 전달용 임플란트.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기의 금속재료는 생분해성 금속으로 구성되며, 일정 시간이 경과한 뒤에 인체 내에서 분해되는 것을 특징으로 하는,
약물 전달용 임플란트.
제1항에 있어서,
상기 치료 화합물은, 면역반응 변화인자, 항-증식제, 항-유사분열제, 항-혈소판제, 백금 배위 착화물, 호르몬, 항응혈제, 피브린분해제, 항-분비제, 항-유주제, 면역억제제, 혈관생성 약물, 안지오텐신 수용체 차단물질, 산화질소 공여체, 안티센스 올리고뉴클레오티드와 이들의 복합물, 세포 사이클 저해물질, 코르티코스테로이드, 지혈성 스테로이드, 구충제, 항-녹내장 약물, 항생제, 분화 조절물질, 항바이러스제, 항암제, 항-염증제 및 성장 인자 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는,
약물 전달용 임플란트.
제5항에 있어서,
상기 성장인자는, 뼈형성유도단백질(Bone morphogenetic proteins, BMPs), 표피세포성장인자(Epidermal growth factor, EGF), 에리트로포이에틴(Erythropoietin, EPO), 섬유모세포성장인자(Fibroblast growth factor, FGF), 간세포성장인자(Hepatocyte growth factor, HGF), 인슐린유사성장인자(Insulin-like growth factor, IGF), 미오스타틴(Myostatin, GDF-8), 신경성장인자(Nerve growth factor, NGF), 뉴로트로핀(neurotrophins), 혈소판유래성장인자(Platelet-derived growth factor, PDGF), 트롬보포이에틴(Thrombopoietin, TPO), 전환성장인자(Transforming growth factor alpha, TGF-α), 전환성장인자(Transforming growth factor beta, TGF-β), 혈관내피성장인자(Vascular endothelial growth factor, VEGF), 태반성장인자(placental growth factor, PlGF), 아드레노메둘린 (Adrenomedullin, AM), 자가분비 운동인자(Autocrine motility factor), 과립구집락자극인자(Granulocyte-colony stimulating factor, G-CSF), 과립구대식구집락자극인자(Granulocyte-macrophage colony stimulating factor, GM-CSF), 성장분화인자(Growth differentiation factor-9, GDF9), IL-1, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6 및 IL-7 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
약물 전달용 임플란트.
(a) 기공율이 65% 내지 70%인 금속재료로 구성된 금속 지지체를 치료 화합물 또는 치료제를 포함하는 용액에 침지시키는 단계; 및
(b) 상기 치료 화합물 또는 치료제가 기공 내에 담지된 상기 금속 지지체에 압력을 가하여 초기높이의 1/3 내지 2/3 로 압축시키는 단계;를 포함하는,
약물 전달용 임플란트 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계 사이에,
(a') 상기 금속 지지체 내의 기공 내에 상기 치료 화합물 또는 치료제가 담지될 수 있도록 상기 금속 지지체의 주위를 진공으로 유지하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
약물 전달용 임플란트 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 치료 화합물은, 면역반응 변화인자, 항-증식제, 항-유사분열제, 항-혈소판제, 백금 배위 착화물, 호르몬, 항응혈제, 피브린분해제, 항-분비제, 항-유주제, 면역억제제, 혈관생성 약물, 안지오텐신 수용체 차단물질, 산화질소 공여체, 안티센스 올리고뉴클레오티드와 이들의 복합물, 세포 사이클 저해물질, 코르티코스테로이드, 지혈성 스테로이드, 구충제, 항-녹내장 약물, 항생제, 분화 조절물질, 항바이러스제, 항암제, 항-염증제 및 성장 인자 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는,
약물 전달용 임플란트 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 성장인자는, 뼈형성유도단백질(Bone morphogenetic proteins, BMPs), 표피세포성장인자(Epidermal growth factor, EGF), 에리트로포이에틴(Erythropoietin, EPO), 섬유모세포성장인자(Fibroblast growth factor, FGF), 간세포성장인자(Hepatocyte growth factor, HGF), 인슐린유사성장인자(Insulin-like growth factor, IGF), 미오스타틴(Myostatin, GDF-8), 신경성장인자(Nerve growth factor, NGF), 뉴로트로핀(neurotrophins), 혈소판유래성장인자(Platelet-derived growth factor, PDGF), 트롬보포이에틴(Thrombopoietin, TPO), 전환성장인자(Transforming growth factor alpha, TGF-α), 전환성장인자(Transforming growth factor beta, TGF-β), 혈관내피성장인자(Vascular endothelial growth factor, VEGF), 태반성장인자(placental growth factor, PlGF), 아드레노메둘린 (Adrenomedullin, AM), 자가분비 운동인자(Autocrine motility factor), 과립구집락자극인자(Granulocyte-colony stimulating factor, G-CSF), 과립구대식구집락자극인자(Granulocyte-macrophage colony stimulating factor, GM-CSF), 성장분화인자(Growth differentiation factor-9, GDF9), IL-1, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6 및 IL-7 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
약물 전달용 임플란트 제조방법.