KR20090101880A

KR20090101880A - 생체 이식성 유기-무기 복합재료 제조방법 및 그에 의해 제조된 주사제용 생체 이식성 유기-무기 복합재료

Info

Publication number: KR20090101880A
Application number: KR1020090086697A
Authority: KR
Inventors: 김희래; 박선영; 김소형
Original assignee: 주식회사 코드바이오; 박선영
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2009-09-29

Abstract

본 발명은 생체 이식성 유기-무기 복합재료 제조방법 및 그에 의해 제조된 주사제용 생체 이식성 유기-무기 복합재료에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 균일한 입자 크기를 갖는 구형 수산화아파타이트를 물에 분산시키는 단계 및 상기 수산화아파타이트 분산액에 히아루론산을 첨가하여 용해시키는 단계를 포함하여 이루어지는 생체 이식성 유기-무기 복합재료 제조방법 및 그에 의해 제조된, 균일한 입자 크기를 갖는 구형의 수산화아파타이트와 고점도의 천연 생체 고분자인 히아루론산(hyaluronic acid)을 포함하여 이루어지는 주사제용 생체 이식성 유기-무기 복합재료에 관한 것이다.

Description

생체 이식성 유기-무기 복합재료 제조방법 및 그에 의해 제조된 주사제용 생체 이식성 유기-무기 복합재료{METHOD FOR PREPARING BIO-IMPLANTABLE ORGANIC-INORGANIC MATERIAL COMPLEX AND INJECTABLE BIO-IMPLANTABLE ORGANIC-INORGANIC MATERIAL COMPLEX PREPARED BY THE SAME}

생체 조직의 대체용 인공 재료에는, 연조직의 대체 재료로서 고분자 재료, 경조직의 대체 재료로서 금속이나 세라믹 재료가 주로 활용되며, 유기-무기 복합재료의 경우, 그 형태 및 물성에 따라 연조직 및/또는 경조직의 대체 재료로서 폭넓게 활용이 가능하다. 연조직의 대체 재료로서 활용가능한 생체 고분자 재료로는 D,L-락트산-글리콜산 공중합체(poly(D,L-latic-co-glycolic acid), PLGA), 폴리락트산(poly lactic acid, PLA), 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methcrylate, PMMA), 콜라겐(collagen), 키토산(chitosan), 히아루론산(hyaluronic acid) 등을 들 수 있다. 한편 경조직의 대체 재료로서 활용가능한 무기 재료로는 생체용 세라믹스가 주로 사용되며, 그 중에서도 인산칼슘(calcium phosphate)계 세라믹스 재료가 특히 높은 생체 적합성을 보인다.

생체 고분자와 생체 세라믹스를 이용한 기존의 충전제들은, 필요부위의 외과적 시술을 동반하기 때문에 시술받는 환자에게 경제적 부담과 회복 장기화의 문제를 야기시켜 왔다. 또한 수술부위의 2차 감염에 의한 별도의 질병을 유발할 가능성이 높은 것이 사실이다. 예컨대 대한민국 특허출원 제2003-0087921호에서는 생체적합성이 뛰어난 수산화아파타이트에 은(Ag) 이온을 담지시켜 충전제로 사용하므로써 수술부위의 2차 감염을 어느 정도 방지하는 방법을 제시하였으나, 그렇다 하더라도 외과적 시술을 해야 한다는 문제점은 여전히 존재한다.

외과적 시술을 피하기 위해서는 생체 재료를 주사제 형태로 제조하여 필요 부위에 주입하는 방법이 있으나, 생체 고분자 자체를 주사제 형태로 제조하여 주입할 경우에는 체내 잔존시간이 짧아 수시로 충전해야 하는 번거로움이 있으며, 생체 고분자 단독으로는 경조직의 결손부분을 대체하기에 부족한 점이 있다. 또한, 생체 세라믹스 단독으로는 주사기를 쉽게 빠져나오지 못하는 어려움으로 인해 시술에 많은 제약이 따르며, 따라서 주사제 형태로 제조하여 활용하기에 많은 문제가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고점도의 히아루론산 용액에 골 분말을 혼합하고, 이를 고형화시키기 위해 알긴산 나트륨을 사용하는 방법이 대한민국 공개특허 제2003-0060439호에 개시되어 있으나, 이 방법을 사용하더라도 주사제 형태로 제조하기에 실질적으로 적합한 유기-무기 복합재료가 얻어지지 않을 뿐만 아니라, 그를 생체 내에 이식시 염증 반응을 일으킬 우려가 여전히 존재한다.

본 발명의 목적은, 생체 내 경조직의 결손부를 채우거나 연조직의 함몰 부위를 융기(隆起)시켜줄 때 외과적 수술이 필요 없이 치료가 가능하여, 의사는 시술이 용이하고, 환자는 수술에 대한 부담 및 고통이 감소하므로, 성형외과, 치과 그리고 정형외과 분야에 폭넓게 사용할 수 있도록, 균일한 입자 크기를 갖는 구형의 수산화아파타이트와 고점도의 천연 생체 고분자인 히아루론산(hyaluronic acid)을 포함하여 이루어지는 주사제용 생체 이식성 유기-무기 복합재료 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 구형 수산화아파타이트를 물에 분산시키는 단계; 및 상기 구형 수산화아파타이트 분산액에 히아루론산을 첨가하여 용해시키며 혼합하는 단계를 포함하여 이루어지는 생체 이식성 유기-무기 복합재료 제조방법이 제공된다.

본 발명에 따른 생체 이식성 유기-무기 복합재료 제조방법에 있어서, 상기 구형 수산화아파타이트는 바람직하게는 0.1㎛~100㎛, 보다 바람직하게는 1~10㎛의 평균 입자 크기를 갖는 것이 보다 용이한 시술을 가능하게 하는 주사제의 제조에 적합하다.

본 발명에 따른 생체 이식성 유기-무기 복합재료 제조방법에 있어서, 상기 구형의 수산화아파타이트는 상기 물에 바람직하게는 5~50중량%의 함량으로, 더욱 바람직하게는 15~40중량%의 함량으로, 보다 더 바람직하게는 18~25중량%의 함량으로 분산된다. 상기 함량이 5중량% 미만이면, 복합재료의 경조직 손실 보충 효과가 부족하고, 시술 후 복합재료가 시술 부위에서 떨어질 수도 있으며, 50중량%를 초과하면, 수산화아파타이트와 히아루론산의 결합이 잘 이루어지지 않고, 주사기로 시술시 높은 압력으로 인해 환자에게 고통을 줄 수도 있어서 주사제로 제조하기에 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 생체 이식성 유기-무기 복합재료 제조방법에 있어서, 상기 히아루론산은 상기 수산화아파타이트 분산액에 바람직하게는 0.1~5중량%의 농도로, 더욱 바람직하게는 0.5~1.5중량%의 농도로, 보다 더 바람직하게는 0.8~1.2중량%의 농도로 용해시킨다. 상기 농도가 0.1중량% 미만이면, 복합재료의 연조직 손실 보충 효과가 부족하고, 5중량%를 초과하면, 점도가 지나치게 증가하여 주사제로 제조하기에 바람직하지 않다.

본 발명의 제조방법의 일 구체에에 따르면, 첫번째 단계에서는, 0.1~100㎛, 바람직하게는 1~10㎛의 구형 수산화아파타이트 미립자를 정제수에 5~50중량%, 바람직하게는 15~40중량%, 보다 바람직하게는 18~25중량%의 함량으로 혼합하고, 충분하게 분산시킨다. 다음으로 두번째 단계에서는 상기 구형 수산화아파타이트가 분산된 분산액에 히아루론산을, 그 농도가 0.1~5중량%, 바람직하게는 0.5~1.5중량%, 보다 바람직하게는 0.8~1.2중량%로 되도록 정량하여 첨가한 후 용해시키며 혼합한다.

본 발명에 따라 상기와 같이 제조된 생체 이식성 유기-무기 복합재료는, 주사기에 충전시켜 생체 조직 결손 보충용 주사제로 제조될 수 있다. 이 복합 주사제는 인체 내의 결손 부위에 주입되어 이식될 경우, 시간의 경과에 따라 인체 내에서 분해, 흡수되며 새로운 조직으로 대체된다.

본 발명에서 사용되는 상기 히아루론산은, 조직 재생과 형태 형성(morphogenesis)에서 중요한 작용을 하는 세포외 기질로서 세포막의 골형성 유도 인자와 특이적 결합을 하는 생체 적합성이 높은 천연 고분자 재료이며, 미생물을 배양하여 그로부터 추출할 수도 있고, 닭의 벼슬과 같은 천연물에서 직접 추출할 수도 있다.

또한, 본 발명에서 사용되는 상기 수산화아파타이트는 인체 구성 물질인 뼈와 치아를 구성하는 무기질 성분으로서 높은 생체 적합성 및 안전성을 보인다. 또한 경조직과 직접 결합하여 신생골을 유입하고 성장시킬 뿐 아니라, 적용 조직의 세포들을 유입 및 고정시키는 역할을 하여, 새로운 자가 조직을 생성하는 특성을 가진다. 수산화아파타이트는 일반적으로 침상, 봉상, 플레이크 형태나 이들이 응집체로 많이 제조되어지고 있으나, 생체 내 이식 시 염증 반응을 일으킬 수 있으므로 구형의 수산화아파타이트를 사용하는 것이 적합하다.

본 발명에 따라 제조된 주사제용 생체 이식성 유기-무기 복합재료를 사용하면, 의사는 시술이 보다 용이해지고, 환자들은 보다 간편하고 저렴하게 손상된 조직을 보충할 수 있는 효과를 얻을 수 있어, 성형외과, 치과 그리고 정형외과 분야에서 폭넓게 활용될 수 있다.

도 1은, 실시예 1에서 제조되어 생체 이식성 유기-무기 복합재료에 포함된 수산화아파타이트의 미세구조를 나타낸 도면이다.

이하 실시예에 의해 본 발명을 상세히 설명하나, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

구형 수산화아파타이트의 제조

0.5M 시트르산 수용액 1리터를 제조하고, 여기에 인산일수소칼슘무수화물 20g을 첨가하여 용해시킨 후, 1M NaOH 수용액를 첨가하여 pH를 7.0으로 조절하고, 결과물을 0.2㎛ 필터로 여과하였다. 결과 여과액을 교반하면서 열을 가하여, 그 온도가 70~80℃가 되도록 한 후, 3시간 교반하였다. 교반 후 생성된 침전물을 원심 분리와 세척을 반복하여 침전물만을 수거한 후, 얻어진 침전물을 오토클레이브에서 멸균 처리하였다. 멸균 처리한 침전물 중의 수산화아파타이트 함량은 30중량% 이었다. 멸균 처리한 침전물을 건조기에서 건조하여 구형의 수산화아파타이트를 얻었다. 얻어진 구형의 수산화아파타이트를 주사전자현미경으로 촬영한 사진을 도 1에 나타내었다.

세포증식 저해시험

상기에서 제조한 구형 수산화아파타이트 미립자를 이용하여 세포증식 저해시험을 실시하였다. 배양 세포의 증식 저해시험은 식품의약품안전청고시 제2004-63호의 시험 방법으로 행하였다. 시험 세포로 NCTC colne 929(L-929, 섬유아세포)를 사용하였으며, 시험액으로는, 상기에서 제조한 구형 수산화아파타이트 미립자 4g에 살린(Saline) 20ml를 혼합하고, 37±2℃에서 72±2시간 동안 추출한 용출액을 필터하여 사용하였다. 배양 세포증식 저해시험 결과 세포증식 저해율은 13.78%가 나왔다. 이는 의료용구 기준규격인 29% 미만에 해당하는 값이었다.

유기-무기 복합재료의 제조

상기에서 얻어진 침전물 100g(수산화아파타이트 함량 30중량%)에 정제수 50g을 첨가하여, 구형 수산화아파타이트의 함량이 20중량%가 되도록 혼합하였다. 이 혼합물 150g에 히아루론산 1.5g을 정량하여 첨가하므로써, 히아루론산의 농도가 1%가 되도록 하였다. 상기의 히아루론산이 용해될 때까지 흔들어 혼합하고, 완전하게 용해된 것을 확인한 후에 주사기에 1ml씩 충전하여 유기-무기 복합재료 주사제를 제조하였다. 제조된 유기-무기 복합재료 주사제 중의 구형 수산화아파타이트 분산성과, 수산화아파타이트와 히아루론산과의 결합능력 및 생체 적합성을 평가하여 표 1에 나타내었다.

실시예 2

실시예 1과 같이 하여 제조된 평균 1~10㎛ 크기의 구형 수산화아파타이트 20g을 정제수 100g에 넣고 분산이 잘 되도록 충분하게 혼합하였다. 상기 혼합물에 히아루론산의 농도가 1%가 되도록 히아루론산을 1g 정량하여 넣고, 히아루론산이 완전히 용해될 때까지 흔들어 혼합하였다. 제조된 수산화아파타이트-히아루론산 복합재료를 5ml 용량의 주사기에 1ml씩 충전하여 유기-무기 복합재료 주사제를 제조하였다.

실시예 3

실시예 1과 같이 하여 제조된 평균 50~100㎛ 크기의 구형 수산화아파타이트 25g을 정제수 100g에 넣고 분산이 잘 되도록 충분하게 혼합하였다. 상기 혼합물에 히아루론산의 농도가 1.2%가 되도록 히아루론산을 1.2g 정량하여 넣고, 히아루론산이 완전히 용해될 때까지 흔들어 혼합하였다. 제조된 수산화아파타이트-히아루론산 복합재료를 5ml 용량의 주사기에 3ml씩 충전하여 유기-무기 복합재료 주사제를 제조하였다.

실시예 4

실시예 1과 같이 하여 제조된 평균 10~50㎛ 크기의 구형 수산화아파타이트 30g을 정제수 100g에 넣고 분산이 잘 되도록 충분하게 혼합하였다. 상기 혼합물에 히아루론산의 농도가 1%가 되도록 히아루론산을 1g 정량하여 넣고, 히아루론산이 완전히 용해될 때까지 흔들어 혼합하였다. 제조된 수산화아파타이트-히아루론산 복합재료를 5ml 용량의 주사기에 2ml씩 충전하여 유기-무기 복합재료 주사제를 제조하였다.

비교예 1~3

생체 고분자로서 각각 PLGA, 키토산 및 콜라겐을 사용하고, 생체 세라믹스로서 실시예 1에서 제조한 구형 수산화아파타이트 미립자를 사용하여 유기-무기 복합재료를 제조하였다. 제조된 유기-무기 복합재료 주사제 중의 구형 수산화아파타이트 분산성과, 수산화아파타이트와 각각의 생체 고분자와의 결합능력 및 생체 적합성을 평가하여 표 1에 나타내었다.

[표 1]

	생체 고분자	수산화아파타이트 분산성	유기재료-무기재료 결합능력	생체 적합성
실시예 1	히아루론산	우수	우수	적합
비교에 1	PLGA	불량(용매 적합성 없음)	보통	부적합
비교예 2	키토산	분산상태 붕괴	보통	부적합
비교예 3	콜라겐	분산상태 붕괴	보통	부적합

표 1에 있어서, 생체 고분자 중 PLGA는 물에 녹지 않기 때문에 유기 용매를 첨가해야 하는 문제점이 있었고, 키토산과 콜라겐의 경우, 산성 용매에 용해되므로 구형의 수산화아파타이트 입자의 붕괴를 초래하였다. 또한 수용성 콜라겐의 경우에는 이종 단백질로 면역 반응을 일으키기 쉬운 단점이 있으며, 저분자의 수용성 키토산의 경우도 점도가 낮기 때문에 유기-무기 복합재료에 캐리어(carrier)로 사용되기에는 부적합하였다. 결과적으로, 비교예 1~3은 모두 생체 재료로 사용되기에는 부적합하였다.

Claims

구형 수산화아파타이트를 물에 분산시키는 단계; 및 상기 구형 수산화아파타이트 분산액에 히아루론산을 첨가하여 완전히 용해시키며 혼합하는 단계를 포함하여 이루어지는 주사제용 생체 이식성 유기-무기 복합재료 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 구형 수산화아파타이트는 0.1㎛~100㎛의 평균 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 주사제용 생체 이식성 유기-무기 복합재료 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 구형의 수산화아파타이트는 상기 물에 5~50중량%의 함량으로 분산되는 것을 특징으로 하는 주사제용 생체 이식성 유기-무기 복합재료 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 히아루론산은 상기 수산화아파타이트 분산액에 0.1~5중량%의 농도로 용해되는 것을 특징으로 하는 주사제용 생체 이식성 유기-무기 복합재료 제조방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조되는 생체 이식성 유기-무기 복합재료를 포함하는 주사제.