KR101747697B1

KR101747697B1 - 골이식재의 제조 방법 및 그 제조 방법에 의해 제조되는 골이식재

Info

Publication number: KR101747697B1
Application number: KR1020150131668A
Authority: KR
Inventors: 류수착; 심기봉
Original assignee: 주식회사 덴티스
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2017-06-15
Also published as: KR20160093520A

Abstract

본 발명은 젤 또는 검 형태로 형성되어 골이식재의 시술 부위에 바로 이식할 있는 골이식재의 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 골 이식재의 제조 방법은 인산칼슘화합물을 포함하는 골이식용 재료의 분말을 증류수와 혼합하고 증류수와 혼합된 골이식용 재료의 분말을 습식 분쇄하여 골이식용 재료의 졸을 제조하고, 골이식용 재료의 졸을 50 ~ 90 ℃의 온도로 가열하고 메틸셀룰로오즈 또는 카르복시메틸셀룰로오즈의 분말을 혼합하며, 골이식용 재료의 졸 내의 수분이 증발될 수 있는 조건 하에서 상기 골이식용 재료의 졸과 상기 메틸셀룰로오즈 또는 카르복시메틸셀룰로오즈의 분말의 혼합물을 교반하여 분산시키고, 혼합물 내의 수분이 증발하지 않는 조건 하에서 교반하여 골이식재 재료의 젤을 형성한다.

Description

골이식재의 제조 방법 및 그 제조 방법에 의해 제조되는 골이식재{METHOD OF PRODUCING BONE GRAFTING MATERIALS AND A BONE GRAFTING MATERIALS PRODUCED THEREBY}

본 발명은 골 이식재에 관한 것으로서, 특히 무정형의 젤 또는 검 형태로 형성하여 환자의 시술 부위에 바로 이식할 수 있는 형태의 골 이식재 및 고형으로 형성하여 이식 시에 증류수 등을 첨가함으로써 젤 형태로 되는 골 이식재의 제조 방법 및 그 제조 방법에 의해 제조되는 골 이식재에 관한 것이다.

인간을 포함한 척추동물은 뼈의 재생 능력을 가지고 있지만, 질병이나 사고 또는 노화 등에 의해 뼈의 일부가 손실되어 수복되지 않는 경우에 손실된 뼈의 수복을 돕기 위하여 뼈가 손실된 부분에 채워져 손실된 뼈의 수복을 돕는 다양한 골이식재가 개발되어 이용되고 있다. 특히, 이러한 골이식재는 치아의 임플란트 시에 식립 부위의 골밀도가 낮거나 골이 비어있는 경우에도 이용된다.

골이식재는 환자 자신의 뼈, 다른 사람의 뼈 또는 다른 동물의 뼈를 이용하여 제조되거나 사람의 뼈와 유사한 성분을 갖는 합성 재료를 이용하여 제조된다.

환자 자신의 뼈를 이용하는 경우에는 감염의 우려나 면역 거부 반응이 없고 골유도와 골전도를 통한 골형성이 뛰어나다는 점에서 장점이 있지만, 환자 자신의뼈를 채취하기 위하여 2차 수술을 요할 뿐만 아니라 그러한 채취 과정에서 2차 감염의 우려도 있다.

타인의 뼈를 이용하는 경우에는 환자 자신의 뼈를 이용하는 경우와 같이 골형성이 뛰어나다는 장점은 있으나, 피채취자의 질병 이력에 따라 감염 등의 우려가 있다. 다른 동물의 뼈를 이용하는 경우에는 채취와 공급이 쉽다는 장점은 있으나, 면역 거부 반응의 방지를 위하여 추가적인 처리를 해야 하며 골형성이 느리다는 단점이 있다.

동물의 뼈와 달리, 합성을 통하여 만들어지는 골이식재로서는 합성 또는 자연 채취물로부터 얻는 수산화인회석(Hydroxyapetite)이나 베타트리칼슘인산(β-tricalcium phosphate)과 같이 뼈의 무기성분과 유사한 성분의 인산칼슘 화합물이 주로 이용되고 있다.

이러한 인산칼슘 화합물을 이용한 골이식재는 골유도나 골전도성이 높지 않아서 뼈의 수복이 느리지만, 재료의 입수 및 가공이 용이하고 저렴하며 성형성이 좋고 감염 등의 우려가 없기 때문에 최근 이러한 인산칼슘화합물을 주원료로 하는 다양한 합성 골이식재가 개발되어 이용되고 있다.

이러한 골이식재는 인산칼슘화합물을 주원료로 하는 골이식재 성분만을 포함하거나 골형성단백질(BMP, Bone Morphogenetic Protein) 등이 혼합 또는 코팅된 과립형 분말 형태로 만들어져 공급되고, 시술 시에는 골이식재가 투입되어야 하는 부위에 과립형의 골이식재를 채운 후에 점도를 부여하기 위해 생리식염수 또는 시술 받는 환자의 혈액을 채우게 된다. 이렇게 이식된 골이식재는 뼈가 수복되는 과정에서 수복 부위의 지지체로서의 역할을 하여 이식 부위에 혈관조직 및 뼈 모세포가 성장할 수 있게 해준다.

그러나, 과립형 분말 형태의 골이식재를 이용하는 전술한 시술 과정에서는, 도 1에 도시한 것과 같이, 골이식재 분말이 시술 부위로부터 이탈하여 손실이 일어나는 문제가 있을 뿐만 아니라, 골이식재가 이식 부위를 충분히 채우지 못하고 빈 공간을 남기는 문제도 발생한다. 특히, 이러한 골이식재는 과립의 크기가 200 ~ 1,500 ㎛로 크기 때문에 이식 후에 골 수복에 수개월 이상의 상당한 시간이 소요되는 문제점도 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 감안하여, 이식 과정에서 골이식재가 이식 부위의 외부로 이탈하는 일이 없고 이식 부위에 빈공간을 남기는 일이 없이 채워질 수 있으며 골이식재에 식염수나 환자의 혈액을 혼합하는 추가 시술의 과정이 필요 없도록 젤 또는 검 형태의 무정형으로 형성되어 골이식재의 시술 부위에 바로 이식할 있는 골이식재의 제조 방법을 제공하려는 것이다.

특히, 본 발명에서는 골이식재의 캐리어로서 우수한 기능을 보이지만 높은 점탄성으로 인하여 쉽게 분산이 되지 않는 메틸셀룰로오즈 또는 카르복시메틸셀룰로오즈를 캐리어로서 이용하되, 골이식재 재료와 이들 캐리어 재료를 혼합하여 젤 상태의 골 이식재를 형성하기에 충분한 분산이 이루어질 수 있는 제조 방법을 제공하려는 것이다.

또한, 본 발명은 고형으로 형성되어 이식 시술 시에 증류수 등을 첨가함으로써 젤 형태의 무정형으로 되어 시술 부위에 바로 이식할 수 있는 골 이식재의 제조 방법을 제공하려는 것이다.

본 발명에서는, 골이식재 재료로서 뼈의 무기 성분과 가장 유사하며 골형성기능이 우수한 수산화인회석(HA, Hydroxyapetite)를 주로 고려한다. 그러나, 본 발명에 따른 골이식재의 제조 방법 및 그러한 제조 방법에 의해 제조되는 골이식재의 재료는 수산화인회석에 한정되지 않고 트리칼슘인산(TCP, Tricalciumphosphate), 모노칼슘인산, 테트라칼슘인산, 디칼슘인산을 포함하여 골이식재로서 적합한 광의의 인산칼슘화합물을 포함하고, 그러한 인산칼슘화합물을 주원료로 한다.

본 명세서에 있어서 '주원료로 한다' 이라는 표현은 골이식재 재료에 뼈의 무기 성분을 대체하는 인산칼슘화합물 외에도 BMP와 같은 골형성을 촉진하는 물질이 포함될 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명의 제1 양태로서, 젤 형태의 골 이식재 제조 방법에서는, 인산칼슘화합물을 포함하는 골이식용 재료의 분말을 증류수와 혼합하고, 증류수와 골이식용 재료의 분말의 혼합물을 습식 분쇄하여, 200 내지 2000 ㎚의 입도를 갖는 분쇄된 골이식용 재료와 증류수의 혼합물로 이루어지는 골이식용 재료의 졸을 제조하고,

이렇게 제조된 골이식용 재료의 졸을 50 ~ 90 ℃의 온도로 가열하고, 골이식용 재료 40 중량부에 대해 1 ~ 4 중량부의 메틸셀룰로오즈 또는 카르복시메틸셀룰로오즈의 분말을 혼합하며,

골이식용 재료의 졸 내의 수분이 증발될 수 있는 조건 하에서 상기 골이식용 재료의 졸과 상기 메틸셀룰로오즈 또는 카르복시메틸셀룰로오즈의 분말의 혼합물을 50 ~ 90 ℃의 온도를 유지하면서 교반하여 상기 메틸셀룰로오즈 또는 카르복시메틸셀룰로오즈를 상기 골이식용 재료의 졸 내에 분산시키되, 상기 골이식재 재료 40 중량부에 대하여 증류수가 12 ~ 20 중량부가 되도록 수분을 증발시키고,

이어서, 상기 골이식용 재료의 졸과 상기 메틸셀룰로오즈 또는 카르복시메틸셀룰로오즈의 혼합물을 이 혼합물 내의 수분이 증발하지 않는 조건 하에서 교반하여 골이식재 재료의 젤을 형성한다.

본 명세서에서 '인산칼슘화합물을 포함하는 골이식용 재료'라는 용어는, 앞에서 '주원료로 하는'이라는 표현에 대한 정의와 마찬가지로, 골이식용 재료로서 뼈의 무기 성분을 대체하는 인산칼슘화합물 외에 BMP와 같이 골 형성을 촉진하는 물질 등이 첨가되는 것을 배제하지 않는다는 것을 의미한다.

한편, 골이식재의 입도가 작으면 골이식재 사이의 공간이 작아져서 골 수복 속도가 높아진다는 것이 일반적으로 알려져 있지만, 골 이식재의 입도가 낮으면 분말 형태로 형성되는 골 이식재가 비산하여 사용이 어렵기 때문에 종래의 골 이식재는 200 ~ 1,500 ㎛ 범위의 입도를 가지는 분말로서 제조되었기에 골 수복 속도가 충분하지 못하다는 문제가 있었다.

그러나, 본 발명에서는 골이식재가 매우 작은 입도를 가지지만 젤 또는 검 형태의 무정형으로 형성되므로 골이식재의 이식 시술 시에 골이식재가 비산할 우려가 없으므로, 골 수복에 유리한 수준으로 골이식재 재료의 입도를 낮출 수 있다.

골이식재 재료의 입도가 낮을수록 골 수복에는 유리하지만, 200 ㎚ 미만으로 골 이식재 재료를 분쇄하는 것은 비용 및 시간이 많이 소요되는 일이며, 입도가 2000 ㎚를 초과하는 경우에는 증류수와 혼합된 상태에서 골이식재가 충분히 분산되지 못하는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 골이식용 재료가 200 ~ 2000 ㎚ 의 입도를 가지도록 분쇄를 한다.

한편, 본 발명의 하나의 실시 양태로서, 상기 골이식용 재료의 졸 제조 단계에서는 상기 골이식용 재료의 분말에 대한 상기 증류수의 중량비가 1 ~ 4인 것이 바람직하다.

골 이식용 재료에 대한 증류수의 비율을 1 미만으로 혼합하여 습식 분쇄를 하는 경우에는 골 이식재 재료가 충분히 분쇄되지 않고 입도가 높아질 수 있으므로 바람직하지 않고, 골이식재 재료의 4배를 초과하는 중량의 증류수를 사용하는 경우에는 골 이식재 재료의 졸을 형성한 후의 분산 및 건조 단계에서 젤을 형성하기 위한 증류수의 비율을 맞추기 위한 건조 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다.

본 발명의 추가의 실시 양태로서, 상기 골이식용 재료의 졸 제조 단계에서는 경도가 높은 세라믹 볼을 사용하는 습식 마멸 분쇄에 의해 상기 골 이식용 재료의 분말을 분쇄하는 것이 바람직하다. 세라믹 볼로서는 지르코니아 볼, 알루미나 볼, 질화규소 볼과 같은 것이 이용될 수 있다.

한편, 본 발명에서는 골이식재 재료를 증류수와 혼합하고 분쇄하여 만들어진 골이식재 재료의 졸에 메틸셀룰로오즈 또는 카르복시메틸셀룰로오즈를 혼합하여 혼합물을 형성하고 이 혼합물을 교반하여 젤 상태의 골 이식재를 형성하는데, 이들 메틸셀룰로오즈 또는 카르복시메틸셀룰로오즈는 본 발명에 따른 골이식재가 젤 또는 검 형태로 형성되어 시술 시에 무정형으로 시술 부위에 이식될 수 있게 해주는 결합제로서 작용하도록 분쇄된 골이식용 재료의 졸과 혼합되고 교반에 의해 골이식재 재료의 졸에 분산된다.

메틸셀룰로오즈 및 카르복시메틸셀룰로오즈는 화장품, 제약학, 화학공업 등에서 화제 또는 현탁제로 사용되거나 음식에 점도조절제로서 사용되며 분말 형태로 시판되는 물질로서, 체액과의 친화성이 뛰어나며 무독성이고 채액으로서 배출될 수 있다.

본 발명에 있어서, 메틸셀룰로오즈 또는 카르복시메틸셀룰로오즈는 상기 골 이식재 재료의 졸과 혼합되는데, 골이식재 재료 40 중량부에 대해 1 ~ 4 중량부를 혼합한다.

이들 재료의 함량이 1 중량부 미만이면 골이식재 재료가 충분히 분산되지 않고 비산하게 되며, 4 중량부를 초과하면 본 발명에 따라 제조되는 골이식재 재료의 점도가 지나치게 높아져서 이식 부위의 주변으로 골이식재가 묻어나오는 단점이 있다.

이렇게 혼합된 혼합물은 메틸셀룰로오즈 또는 카르복시메틸셀룰로오즈가 분산되도록 교반하면서 동시에 건조가 이루어진다.

골이식재 재료의 졸을 50 ~ 90 ℃로 가열한 상태에서 메틸셀룰로오즈 또는 카르복시메틸셀룰로오즈의 분말이 혼합되고, 혼합물의 교반 및 건조 단계에서도 혼합물은 50 ~ 90 ℃의 온도 범위로 유지한다.

메틸셀룰로오즈는 약 50 ℃의 최저 용해 온도를 갖는데, 이 온도 아래에서는 쉽게 용해되고 이 온도 이상에서는 용매에서 용해되지 않고 분산되므로, 골이식재 재료의 졸 또는 혼합물은 50 ℃ 이상의 온도를 유지한다.

한편, 골이식재 재료의 졸 또는 혼합물의 온도가 90 ℃를 초과하는 경우에는 졸 또는 혼합물 내의 수분이 급격히 기화하므로, 젤을 형성하기 위한 적정의 재료 비율을 유지하도록 건조하는 것이 어렵게 된다.

한편, 분산 및 건조 단계에서는 40 중량부의 골 이식재 재료에 대한 증류수의 중량비가 12 ~ 20 중량부가 되도록 건조가 이루어지는데, 증류수가 12 중량부 미만으로 남게 되면 혼합물이 완전한 젤 형태로 되지 않고 그 일부가 분말 형태로 남을 수 있고, 증류수가 20 중량부를 초과하여 남게 되면 골이식재가 충분한 점성을 가지는 젤 형태로 되지 않는다.

분산 및 건조가 이루어진 혼합물은 2차의 교반 과정을 통하여 추가의 분산 및 냉각이 이루어지면서 최종적으로 젤 상태의 골 이식재를 형성한다. 이렇게 제조된 젤 상태의 골이식재는 주사기 등에 담겨 시술을 담당하는 의사가 골이식재를 환자의 시술 부위에 이식하는 단계에서 주사기에서 방출되어 바로 환자의 시술 부위에 이식될 수 있다.

본 발명의 하나의 실시 양태로서, 전술한 2차 교반 과정인 상기 골이식재 재료의 젤을 형성하는 단계에서는 페이스트 믹서를 이용하여 상기 혼합물을 600 ~ 1000 rpm의 자전 속도와 400 ~ 800 rpm의 공전 속도로 10 ~ 20분간 고속 교반한 후에 50 ~ 150 rpm의 자전 속도와 50 ~ 150 rpm의 공전 속도로 20 ~ 40분간 저속 교반하고 상온으로 냉각하는 것이 바람직하다.

고속 교반은 재료들이 잘 분산될 수 있게 해주는 과정이지만, 고속 교반에서 재료의 온도가 상승하기 때문에 이어지는 저속 교반을 통하여 추가의 분산이 이루어지면서 골 이식재의 냉각이 이루어지게 된다.

또한, 교반 속도와 시간이 충분하지 못하면 재료들의 분산이 충분히 이루어지지 않을 수 있고, 교반 속도와 시간을 전술한 범위보다 높이는 경우에는 높은 속도와 긴 시간에도 불구하고 분산 효과의 향상을 기대할 수 없다.

이와 같이, 본 발명에 따른 골 이식재의 제조 방법에 따르면, 뼈의 무기 성분과 동일 또는 유사한 인산칼슘화합물을 주성분으로 하는 골이식재를 증류수와 혼합하여 분쇄함으로써 졸 상태로 형성하고, 여기에 결합제로서 작용하는 메틸셀룰로오즈 및 카르복시메틸셀룰로오즈를 혼합, 1차 교반 및 건조, 2차 교반하여 젤 또는 검 형태의 무정형으로 형성함으로써, 시술 시에 추가의 조치 없이 바로 환자의 시술 부위에 이식할 수 있다.

따라서, 시술을 담당하는 의사의 숙련도에 따라 골이식재가 시술 부위에 충분히 이식되지 않고 빈공간을 남기거나 골이식재가 시술 부위 주변으로 비산되어 손실되는 일이 방지된다.

메틸셀룰로오즈와 카르복시메틸셀룰로오즈는 골이식재의 캐리어로서 매우 유용한 물질이지만, 물과 같은 용매에 잘 분산되지 않고 물에 녹으면서 높은 점탄성을 띄기 때문에 다량으로 물에 첨가되면 고르게 분산이 이루어지지 않고, 특히 수산화인회석 분말과 같은 입자의 분산이 매우 어렵다.

그러나, 전술한 본 발명의 방법에 따르면, 골 이식재 재료의 졸을 형성하고 이 졸의 온도가 조절되는 상태에서 메틸셀룰로오즈와 카르복시메틸셀룰로오즈를 혼합하여 교반함으로써, 재료들의 분산이 충분히 이루어지고 젤 형태의 골 이식재를 형성할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 다른 측면에서, 전술한 바와 같에 따라 젤 형태로 형성되는 골이식재는 동결 건조 단계를 통하여 고형으로 형성할 수 있고, 이렇게 고형으로 형성한 골이식재는 환자에게 이식하는 시술 단계에서 증류수 등이 첨가되어 다시 젤 형태로 환원되어 사용될 수 있다.

고형의 골 이식재를 형성하기 위한 본 발명의 골 이식재의 제조 방법은 젤 형태의 골 이식재를 형성하기 위한 전술한 방법에 비해 골 이식재 재료의 졸에 메틸셀룰로오즈 또는 카르복시메틸셀룰로오즈를 혼합할 때 증류수를 더 추가하고, 이어지는 교반 단계에서 수분을 건조하지 않고, 교반 단계에 이어지는 냉동 건조 단계에서 건조를 행한다는 점에 차이가 있다.

구체적으로, 고형의 골 이식재를 형성하기 위한 본 발명의 골 이식재 제조 방법은,

인산칼슘화합물을 포함하는 골이식용 재료의 분말을 증류수와 혼합하고 증류수와 혼합된 골이식용 재료의 분말을 습식 분쇄하여, 200 내지 2000 ㎚의 입도를 갖는 분쇄된 골이식용 재료와 증류수의 혼합물로 이루어지는 골이식용 재료의 졸을 제조하는 단계;

상기 골이식용 재료의 졸을 50 ~ 90 ℃의 온도로 가열하고, 골이식용 재료 40 중량부에 대해 3 ~ 4 중량부의 메틸셀룰로오즈 또는 카르복시메틸셀룰로오즈의 분말 및 40 ~ 120 중량부의 50 ~ 90 ℃의 증류수를 혼합하는 혼합 단계;

상기 골이식용 재료의 졸, 상기 메틸셀룰로오즈 또는 카르복시메틸셀룰로오즈의 분말 및 증류수의 혼합물을 교반하여 젤 상태의 골 이식재를 제조하는 단계; 및

상기 젤 상태의 골 이식재를 동결 건조하여 고형의 골 이식재를 제조하는 동결 건조 단계를 포함한다.

메틸셀룰로오즈 또는 카르복시메틸셀룰로오즈를 3 중량부 미만으로 혼합하면, 이후의 동결 건조 단계에서 고형으로 형성되는 골이식재의 결합력이 약화하여 부스러질 수 있으며, 4 중량부를 초과하면 결합력이 지나치게 높아져서 시술 단계에서 증류수를 혼합하여 다시 젤 형태로 환원할 때 증류수의 흡수가 충분히 이루어지지 않을 수 있다.

또한, 동결 건조 전에 첨가하는 증류수의 함량을 40 중량부 미만으로 하면, 고형의 골이식재의 결합력이 지나치게 커서 젤 형태로의 환원 시에 증류수의 흡수가 잘 이루어지지 않을 수 있으며, 증류수의 함량이 120 중량부를 초과하면, 동결 건조 단계에서 골이식재가 지나치게 부풀어서 골이식재 재료인 인산칼슘화합물과 결합제인 메틸셀룰로오즈 또는 카르복시메틸셀룰로오즈의 분리가 일어날 수 있다.

본 발명의 구체적인 양태로서, 이러한 동결 건조 단계는 젤 상태의 골 이식재를 -80 ℃ 이하의 온도에서 냉동하는 단계 및 냉동된 골 이식재를 -90 ℃ 이하의 온도 및 67 Pa 이하의 기압에서 동결 건조하는 단계를 포함할 수 있다.

이러한 동결 건조에 의해 형성되는 고형의 골 이식재에 증류수나 식염수 또는 피시술자의 혈액을 첨가함으로써 고형의 골 이식재가 젤 형태로 전환되어 피시술자의 시술 부위에 이식될 수 있다.

본 발명에서는 골이식재로서 적합한 인산칼슘 화합물을 모두 포함하지만, 특히 인체의 뼈의 성분과 유사하고 골 형성 능력이 우수한 수산화인회석을 주원료로 하는 것이 바람직하다.

도 1은 종래 기술에 따른 골이식재를 이식하는 과정에서 골이식재 분말이 손실되는 상태를 보여주는 사진이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 젤 형태로 형성한 골이식재가 주사기에 담긴 상태를 보여주는 사진이며,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 고형으로 형성한 골이식재를 보여주는 사진이고,
도 4는 도 3에 도시한 고형의 골이식재에 증류수가 첨가되어 다시 젤 형태로 환원된 상태를 보여주는 사진이다.

이하, 본 발명에 따른 골이식재의 제조 방법의 실시예들에 대해 설명한다.

실시예 1: 젤 형태의 골이식재의 제조

실시예 1에서는 골이식재의 주원료로서 수산화인회석과 결합제로서 메틸셀룰로오즈 및 증류수를 이용하여 무정형(putty type)의 젤 형태의 골이식재를 제조하였다.

수산화인회석은 시판되는 분말을 구입하여 유발로 분쇄한 후에, 45 ㎛와 150 ㎛의 체를 이용하여 45 ~ 150 ㎛ 내의 입자 크기를 갖는 수산화인회석 분말을 얻었다.

이렇게 얻은 수산화인회석 분말 200g을 200g의 증류수와 혼합한 후에 마멸 분쇄기(attrition mill)에 직경 1㎜의 지르코니아 볼 400g과 직경 2㎜의 지르코니아 볼 400g과 함께 넣어 4시간 동안 습식 분쇄를 행하여 수산화인회석의 졸을 제조하였다.

볼의 직경이 큰 것만을 사용하면 분쇄에 의해 생성되는 수산화인회석의 입도가 높아져서 바람직하지 않고, 특히 직경이 2㎜를 초과하는 볼의 사용은 입도의 측면에서 바람직하지 않다.

반면, 직경이 작은 볼만을 사용하거나 직경이 1㎜ 미만의 볼을 사용하는 경우에는 분쇄 시의 볼의 유동성이 떨어지므로, 직경 1 ~ 2㎜ 범위 내의 볼을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 지르코니아 볼은 수산화인회석 분말과 증류수의 혼합물의 약 2배가 되는 중량을 넣었는데, 이 중량비보다 적은 양의 볼을 이용하는 경우에 분쇄 효과가 저하하여 입도 분포가 높게 되고, 더 많은 양의 볼을 이용하는 경우에는 지르코니아 볼에 부착되는 수산화인회석 졸의 양이 증가하여 회수 효율이 저하하였다.

이렇게 제조된 수산화인회석의 졸을 입도분석기(Particle Size Analyzer)에서 분석한 결과, 수산화인회석 입자의 평균 입도가 443.5 ㎚인 것을 확인하였다. 또한, 입도분석기에서는 가라앉은 입자에 대한 입도 측정은 이루어지지 못했는데, 이는 수산화인회석이 졸 내에서 분산 상태를 잘 유지한다는 것을 의미한다.

전술한 단계에서 얻은 수산화인회석의 졸을 80 ℃로 가열하고 여기에 메틸셀룰로오즈 5g을 혼합하였다. 메틸셀룰로오즈는 2% 수용액 상태에서 400 cps 의 점도를 나타내는 것을 이용하였다.

다음으로, 혼합물의 온도를 약 80 ℃로 유지하면서 교반기로 교반하면서 혼합물 내의 재료들이 아래의 표 1에 기재한 범위가 되도록 건조가 이루어지도록 하였다.

샘플 번호	수산화인회석	메틸셀룰로오스	증류수
1	40	1	12
2	40	1	16
3	40	1	20

교반된 혼합물을 paste mixer를 사용하여 자전속도 800 RPM 및 공전 속도 600 RPM으로 15분간 고속 교반하고, 이어서 자전속도 100 RPM 및 공전속도 100 RPM으로 30분간 교반하면서 냉각하고, 교반 후에는 상온으로 자연 냉각하여 젤 상태의 골이식재 샘플을 얻었다. 이렇게 얻은 샘플은 도 2에 도시한 바와 같이 주사기에 담았다.

실시예 2: 동결건조된 고형의 골이식재의 제조

실시예 2에서는 골이식재의 주원료로서 수산화인회석과 결합제로서 메틸셀룰로오즈 및 증류수를 이용하여 무정형(putty type)의 젤 형태의 골이식재를 제조한 후에, 젤 형태의 골이식재를 동결 건조하여 고형의 골이식재를 제조하였다.

실시예 1과 동일한 조건으로 수산화인회석의 졸을 제조한 후에, 수산화인회석의 졸을 80 ℃로 가열하고, 여기에 실시예 1과 같은 메틸셀룰로오즈와 80 ℃의 증류수를 아래의 표 2이 비율이 되도록 첨가하였다.

샘플 번호	수산화인회석	메틸셀룰로오즈	증류수
4	40	4	40
5	40	4	80
6	40	4	120

이렇게 혼합된 혼합물은 실시예 1과 마찬가지로 paste mixer에서 교반하여 젤 상태의 골 이식재를 얻었다. 젤 형태로 형성한 골이식재는 20g씩 페트리 접시(petri dish)에 옮겨 -80 ℃ 이하의 온도에서 3시간을 두어 냉동하였다. 냉동된 샘플을 동결건조기에서 -90 ℃ 이하의 온도 및 500 mT 이하의 기압에서 36시간 동안 동결 건조하였다.

동결 건조한 시편의 사진이 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 도시한 바와 같이 이 동결 건조한 시편에 증류수를 추가함으로써, 도 4에 도시한 사진에서와 같이, 시편은 환자의 시술 부위에 바로 이식할 수 있는 젤 형태로 환원되었다.

실시예 3: pH 특성 평가

전술한 실시예 1과 2에 따라 제조된 골이식재의 샘플에 대하여 식품의약품안전처의 "치과용 골이식재의 물리/화학적 특성 평가 가이드라인"의 규정(ISO13779-3에 따름)에 따라 pH를 측정하였다.

이 측정에서 공시험액은 3차 증류수로 하였으며, 샘플들을 각각 4g씩 20mL의 3차 증류수에 넣고 36 ℃에서 72시간 동안 용출하였다. 완충액으로서 염화칼륨 1g을 1L의 증류수에 녹인 용액을 제조하여 시료 용출액 10 mL당 5 mL를 혼합하였다.

혼합 용액을 pH 측정기로 각각 3회 측정하여 평균을 낸 결과값을 표 3에 기재하였다.

평가 대상	pH
공시험액(3차 증류수)	6.60
메틸셀룰로오즈	6.74
수산화인회석	5.26
샘플 1	5.19
샘플 2	5.23
샘플 3	5.20
샘플 4	5.29
샘플 5	5.26
샘플 6	5.25

전술한 "치과용 골이식재의 물리/화학적 특성 평가 가이드라인"의 규정에 따르면, 샘플의 용출물과 공시험액의 pH의 차이는 1.5 이내이어야 하며, 본 발명의 실시예 1과 2에 따라 제조된 샘플들은 모두 이 기준을 만족한다는 것이 표 3에서 확인된다.

실시예 4: 세포 독성 평가

세포 독성에 대해서는 한국 표준 P-ISO 10993-12 "의료기기의 생물 안정성 평가 기준"에 따라 용출물을 준비하였고 동 표준 P-ISO 10993-5의 규정에 따라 용출물에 대한 독성 실험을 진행하였다.

독성 실험에서는 L-929를 세포주로서 사용하였으며, 배지는 DMEM(FBS 10%, PS 1%)를 사용하였고, 본 발명의 실시예에 따른 골이식재의 샘플로서는 샘플 5번에 대해 독성을 측정하였다.

용출물은 배지 20 mL당 샘플 5번 4g을 넣어 밀폐 용기 넣고 36 ℃에서 24시간 동안 용출하여 그 상층액을 사용하였다. 공시험액은 배지를 36 ℃에서 24시간 용출한 것을 사용하였다.

세포 독성은 1-100*(시료의 생존도/음성대조군의 생존도)%의 수식에 따라 계산하였다. 이러한 계산에 따른 세포 독성이 20% 이하이면 독성이 없는 것으로 판정한다.

용출물 및 공시험액 원액에 대해 CCK-8 키트를 이용하여 총 4회 중복 측정한 후 평균을 낸 세포 생존도 및 세포 독성은 이하의 표 4와 같다.

시료명	세포 생존도	세포 독성
음성대조군	3.6689	0%
샘플 5	3.6523	0.45%

위의 표와 같이, 샘플 5번에 대한 세포 독성은 기준치 이하로서 독성이 없는 것으로 판정하였다.

이상 본 발명의 실시예들에 따른 골이식재의 제조 방법 및 그 제조 방법에 따라 제조된 골이식재에 대한 평가의 결과를 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 첨부의 청구범위에 기재된 범위에서 다양한 수정과 변형이 가능하며, 그러한 수정과 변형은 본 발명의 권리범위에 속한다.

Claims

골이식재의 제조 방법으로서,
인산칼슘화합물을 포함하는 골이식용 재료의 분말을 증류수와 혼합하고 증류수와 혼합된 골이식용 재료의 분말을 습식 분쇄하여, 200 내지 2000 ㎚의 입도를 갖는 분쇄된 골이식용 재료와 증류수의 혼합물로 이루어지는 골이식용 재료의 졸을 제조하는 단계;
상기 골이식용 재료의 졸을 50 ~ 90 ℃의 온도로 가열하고, 골이식용 재료 40 중량부에 대해 1 ~ 4 중량부의 메틸셀룰로오즈 또는 카르복시메틸셀룰로오즈의 분말을 혼합하는 혼합 단계;
상기 골이식용 재료의 졸 내의 수분이 증발될 수 있는 조건 하에서 상기 골이식용 재료의 졸과 상기 메틸셀룰로오즈 또는 카르복시메틸셀룰로오즈의 분말의 혼합물을 50 ~ 90 ℃의 온도를 유지하면서 교반하여 상기 메틸셀룰로오즈 또는 카르복시메틸셀룰로오즈를 상기 골이식용 재료의 졸 내에 분산시키되, 상기 골이식재 재료 40 중량부에 대하여 증류수가 12 ~ 20 중량부가 되도록 수분을 증발시키는 것인 분산 및 건조 단계; 및
상기 골이식용 재료의 졸과 상기 메틸셀룰로오즈 또는 카르복시메틸셀룰로오즈의 혼합물을 이 혼합물 내의 수분이 증발하지 않는 조건 하에서 교반하여 골이식재 재료의 젤을 형성하는 단계
를 포함하는 골 이식재의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 골이식용 재료의 졸 제조 단계에서는 상기 골이식용 재료의 분말에 대한 상기 증류수의 중량비가 1 ~ 4 인 것인 골 이식재의 제조 방법
청구항 1에 있어서,
상기 골이식재 재료의 젤을 형성하는 단계에서는 페이스트 믹서를 이용하여 상기 혼합물을 600 ~ 1000 rpm의 자전 속도와 400 ~ 800 rpm의 공전 속도로 10 ~ 20분간 고속 교반한 후에 50 ~ 150 rpm의 자전 속도와 50 ~ 150 rpm의 공전 속도로 20 ~ 40분간 저속 교반하고 상온으로 냉각하는 것인 골 이식재의 제조 방법.
골이식재의 제조 방법으로서,
인산칼슘화합물을 포함하는 골이식용 재료의 분말을 증류수와 혼합하고 증류수와 혼합된 골이식용 재료의 분말을 습식 분쇄하여, 200 내지 2000 ㎚의 입도를 갖는 분쇄된 골이식용 재료와 증류수의 혼합물로 이루어지는 골이식용 재료의 졸을 제조하는 단계;
상기 골이식용 재료의 졸을 50 ~ 90 ℃의 온도로 가열하고, 골이식용 재료 40 중량부에 대해 3 ~ 4 중량부의 메틸셀룰로오즈 또는 카르복시메틸셀룰로오즈의 분말 및 40 ~ 120 중량부의 50 ~ 90 ℃의 증류수를 혼합하는 혼합 단계;
상기 골이식용 재료의 졸, 상기 메틸셀룰로오즈 또는 카르복시메틸셀룰로오즈의 분말 및 증류수의 혼합물을 교반하여 젤 상태의 골 이식재를 제조하는 단계; 및
상기 젤 상태의 골 이식재를 동결 건조하여 고형의 골 이식재를 제조하는 동결 건조 단계
를 포함하는 골 이식재의 제조 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 동결 건조 단계는,
젤 상태의 골 이식재를 -80 ℃ 이하의 온도에서 냉동하는 단계 및 냉동된 골 이식재를 -90 ℃ 이하의 온도 및 67 Pa 이하의 기압에서 동결 건조하는 단계를 포함하는 것인 골 이식재의 제조 방법.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
상기 골이식용 재료의 졸 제조 단계에서는 세라믹 볼을 사용하는 습식 마멸 분쇄에 의해 상기 골 이식용 재료의 분말을 분쇄하는 것인 골 이식재의 제조 방법.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
상기 골 이식용 재료는 수산화인회석을 포함하는 것인 골 이식재의 제조 방법.
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