KR20140129234A

KR20140129234A - 재흡수성 셀룰로오스 기재의 생체 재료 및 임플란트

Info

Publication number: KR20140129234A
Application number: KR1020147026348A
Authority: KR
Inventors: 보이치에흐 차야; 드미트로 디. 키릴리오우크
Original assignee: 신세스 게엠바하
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2014-11-06
Also published as: AU2013222371B2; EP2817036B1; CN104271166A; CN104271166B; CA2865106A1; WO2013126635A1; CA2865106C; US20130224278A1; JP2015510438A; JP6195851B2; AU2013222371A1; US9670289B2; US20150266978A1; EP2817036A1; US9090713B2; IN2014DN06940A; US20170260297A1

Abstract

본 발명은 조사된 셀룰로오스와 산화제의 전구체 반응성 혼합물로부터 형성된, 조사되고 산화된 셀룰로오스의 재흡수성 비발열성 다공성 몸체를 포함하여 조직 대체 또는 증강을 위한 임플란트를 개시하며, 여기서, 본 몸체는 이종성 3차원 피브릴 네트워크(fibrillar network)를 형성한다. 셀롤루오스의 몸체를 조사하여 조사된 셀룰로오스 몸체를 형성하는 단계 및 상기 조사된 셀룰로오스 몸체와 산화제를 반응시켜 산화된 셀룰로오스의 비발열성이고 다공성이고 재흡수성인 몸체를 형성하는 단계를 포함하는, 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법이 또한 개시된다.

Description

재흡수성 셀룰로오스 기재의 생체 재료 및 임플란트{RESORBABLE CELLULOSE BASED BIOMATERIAL AND IMPLANT}

관련 출원과의 상호 참조

본 출원은 2012년 2월 22일자로 출원된 미국 가출원 제61/601,653호의 우선권을 주장하며, 상기 미국 가출원의 개시 내용은 마치 그 전체 내용이 본 명세서에 기술된 것처럼 본 명세서에 참고로 포함된다.

본 발명은 의료용 임플란트(implant)로서 사용하기 위한, 재흡수성이고, 다공성이고 정합성(conformable)인 생체 재료(biomaterial) 및 이를 제공하기 위한 γ-조사된 셀룰로오스의 제어된 산화 방법에 관한 것이다. 이 임플란트는 조직 대체 또는 증강에서 사용하기 위한, 특히 연조직의 징후를 위한, 그리고 더욱 특히는 경막(dura mater)에서 사용하기 위한 시트 또는 패치로서 형성될 수 있다.

경막 수복 (경막 형성술)이 외상성, 신생물성 또는 염증성 파괴, 외과적 절제, 또는 선천성 부재에 따라 지시된다. 자연 경막의 일차 봉합(primary closure)이 가능하지 않을 때 경막 대체가 두개 수술에서 이용된다. 역사적으로, 금속 포일, 인간 조직, 동물 조직 (돼지 진피, 소 콜라겐 및 심막) 및 중합체 (PTFE, 폴리글락틴, 하이드록시에틸메타크릴레이트)를 비롯한 많은 재료가 사용되어 왔다. 동물 조직이 현재 입수가능한 재료 중 여전히 최상이며, 소 심막 및 소 콜라겐이 시장 지배 제품이다 (예를 들어, 듀라젠(Duragen)(등록상표), 듀라폼(Duraform)(등록상표)). 그러나, 동물 재료는 광우병을 야기할 수 있는 프라이온에 의한 감염의 가능성을 지닌다. 또한, 흔히 소 콜라겐은 경막의 완전한 치유 이전에, 2주 내에 재흡수된다. 추가로, 소 심막은 때로 글루타르알데하이드와 가교결합되며, 이는 자연 생물독성(biotoxicity)을 갖는다. 합성 재료는 취급 결함을 가지며, 적소에 적당히 봉합(suture)되지 않을 경우 뇌척수액(cerebrospinal fluid; CSF) 누출을 야기할 수 있다.

다양한 기원의 셀룰로오스는 다용도 생체 재료인 것으로 입증되었다. 단지 대략 모든 유형의 식물 및 선택된 수의 박테리아에 의해 합성될 경우, 이것은 매우 다양한 응용에서 사용되는 천연, 재생성, 생체적합성, 및 생분해성의 중합체이다.

그러나, 천연 셀룰로오스는 인체에서 재흡수될 수 없으며, 이는 그의 고도 결정성 구조를 분해시킬 수 있는 효소 기구(enzymatic machinery)의 결여로 인한 것인데, 상기 고도 결정성 구조는 구조간 수소 결합 및 구조내 수소 결합에 의해 안정화된다. 그러나, 셀룰로오스의 재흡수성은 메타과요오드산염, 차아염소산염, 중크롬산염, 또는 이산화질소를 비롯한 다양한 화학물질을 이용하여 산화를 통하여 성취될 수 있다 (문헌[Stilwell et al., Oxidized cellulose: Chemistry, Processing and Medical Applications, Handbook of Biodegradable Polymers: 1997, 291-306.] 참조). 산화된 식물성 셀룰로오스는 재흡수성 지혈제로서 성공적으로 사용되어 왔다 (1949년 이래로 존슨 앤드 존슨(Johnson and Johnson)의 서지셀(Surgicel)(등록상표) 및 더욱 최근에는 2006년 이래로 젤리타 메디칼(Gelita Medical)의 젤리타셀(Gelitacel)(등록상표)). 식물 기재의 산화 셀룰로오스로 이루어진 제품이 지혈제, 창상 드레싱 및 유착 방지 장벽으로서 일반적으로 사용된다 (미국 특허 제6,800,753호; 문헌[Stilwell et al., 1997]).

식물성 셀룰로오스는 이산화질소 가스 증기의 사용을 통하여 가장 효과적으로 산화된다. 그러나, 이산화질소 가스의 사용에 의한 독성 효과가 고려되어야 하며; 반면에 메타과요오드산나트륨은 최소의 부반응성으로 고도 결정성 셀룰로오스를 산화시킬 때 더욱 선택적인 것으로 입증되었다 (문헌[Nevell T., Oxidation, Methods in Carbohydrate Chemistry, New York: Academic Press 1963; 3: 164-185] 참조). 그의 산화 효과 및 사용 방법은 식물성 셀룰로오스에 대하여 광범위하게 연구되었다 (문헌[Stilwell et al., 1997]; 문헌[Kim et al., Periodate oxidation of crystalline cellulose, Biomacromolecules 2000; 1: 488-492]; 문헌[Calvini et al., FTIR and WAXS analysis of periodate oxycellulose : Evidence for a cluster mechanism of oxidation, Vibrational Spectroscopy 2006; 40: 177-183.]; 문헌[Singh et al., Biodegradation studies on periodate oxidized cellulose, Biomaterials 1982; 16-20]; 문헌[Devi et al., Biosoluble surgical material from 2,3- dialdehyde cellulose, Biomaterials 1986; 7: 193-196.]; 문헌[Laurence et al., Development of resorbable macroporous cellulosic material used as hemostatic in an osseous environment, J Biomed Mater Res 2005; 73A: 422-429]; 문헌[Roychowdhury and Kumar, Fabrication and evaluation of porous 2,3-dialdehyde cellulose membrane as a potential biodegradable tissue-engineering scaffold, J Biomed Mater Res 2006; 76A: 300-309.] 참조). 과요오드산염을 이용한 산화 기작은 글루코피라노스 고리 내의 C2-C3 결합의 절단 및 다이알데하이드 기의 형성에 의존한다. 이러한 다이알데하이드 셀룰로오스는 체내에서 관찰되는 생리학적 조건 하에서 2,4-다이하이드록시부티르산 및 글리콜산으로의 가수분해에 의해 분해되는 것으로 믿어진다 (문헌[Singh et al, 1982] 참조). 이들 분해 생성물 둘 모두는 생체적합성이고 생분해성인 것으로 공지되어 있으며, 신체에 의해 대사될 수 있다 (문헌[Devi et al., 1986]; 문헌[Singh et al., 1982]). 일단 분해 과정이 개시되면, 이것은 셀룰로오스 네트워크에 포함되는 글루칸 사슬을 따라서 계속된다 (문헌[Stilwell et al., 1997] 참조).

박테리아-유래된 셀룰로오스의 산화 방법이 미국 특허 제7,709,631호에 또한 기재되어 있다. 박테리아-유래된 셀룰로오스는 독특한 물리적 및 기계적 특성을 보유하며, 이는 그의 3차원 구조에서 생긴다. 그의 취급 특성, 생체적합성 및 안정성으로 인하여, 이것은 이미 몇몇 의료 장치에서 사용되고 있으며, 이는 예를 들어 미국 특허 제7,374,775호 및 미국 특허 제7,510,725호에 기재된 바와 같다. 아세토박터 자일리눔(Acetobacter xylinum) (글루콘아세토박터 자일리누스(Gluconacetobacter xylinus)로 재분류됨)에 의해 합성되는 미생물 셀룰로오스의 하나의 유형은 순수 셀룰로오스 나노섬유로 이루어진 고도 결정성 3차원 네트워크를 특징으로 한다. 오랫동안 미생물 셀룰로오스는 일시적인 창상 커버리지(coverage)를 위한, 만성 창상 및 화상의 치료를 위한 잠재적인 응용을 갖는 생체 재료로서 그리고 조직 성장, 합성 혈관을 위한 스캐폴드(scaffold)로서 인식되었으며, 이외에도 많은 다른 생물의학적 응용을 갖는 생체 재료로서 인식되었다 (문헌[Fontana et al., Acetobacter cellulose pellicle as a temporary skin substitute, Appl Biochem Biotechnol 1990; 24/25: 253-264]; 문헌[Alvarez et al, Effectiveness of a Biocellulose Wound Dressing for the Treatment of Chronic Venous Leg Ulcers: Results of a Single Center Random, Wounds 2004; 16: 224-233]; 문헌[Czaja et al., The future prospects of microbial cellulose in biomedical applications, Biomacromolecules 2007; 8(1): 1-12]; 문헌[Klemm et al., Cellulose: Fascinating Biopolymer and Sustainable Raw Material, Angew Chem, Int Ed 2005; 44: 3358-3393]; 문헌[Bodin et al., Bacterial cellulose as a potential meniscus implant, J Tissue Eng and Regen Med 2007; 1(5): 406-408]; 문헌[Svensson et al., Bacterial 셀룰로오스 as a potential scaffold for tissue engineering of cartilage, Biomaterials 2005; 26 (4): 419-431]).

셀룰로오스를 산화시키는 방법은 문헌에 널리 기재되어 있지만, 상기 방법은 흔히 의학적 응용에 대하여 가장 바람직한 특성을 갖는 균질하게 산화된 재료를 생성하지 않는다. 이것은 연조직 응용, 예를 들어 경막 수복 응용에 있어서 특히 그러한데, 여기서 재료는 재수화되고, 신체의 다양한 윤곽(contour)에 쉽게 정합되고, 용이한 취급을 허용하기에 적당한 강도를 갖지만, 또한 특정한 해부학적 부위의 치유와 양립가능한 시간 프레임(time frame)에 걸쳐 재흡수될 수 있을 필요가 있다. 그 결과, 이들 원하는 특성을 성취할 수 있는 산화된 셀룰로오스 생체 재료 및 이의 제조 방법에 대한 필요성이 있다.

이상적인 재료는 CSF 누출을 방지하고, 우수한 생체적합성을 갖고, 잠재적인 감염 위험이 없고, 우수한 수술중 취급성을 갖고, 경막과 유사한 기계적 특성을 갖고, 조직 재성장에 유익한 재흡수 프로파일을 갖고, 쉽게 입수가능하고 보관가능할 수 있어야 한다.

본 발명은 조사된 셀룰로오스와 산화제의 전구체 반응성 혼합물로부터 형성되는, 재흡수성 생체 재료로서 사용하기 위한 조사되고 산화된 셀룰로오스를 개시한다. 이의 반응 생성물은 비발열성인 재흡수성 생체 재료로서, 이는 다공성일 수 있다. 일 실시 형태에 따르면, 조사된 셀룰로오스는 미생물-유래된 셀룰로오스이며, 바람직한 실시 형태에서, 글루콘아세토박터 자일리누스로부터 유래된다. 개시된 재흡수성 생체 재료는 가변적인 범위의 산화도를 가질 수 있으며, 상기 산화도는 일 실시 형태에 따르면, 약 0% 내지 약 99%의 산화도의 범위, 예를 들어 약 20% 내지 약 70%의 범위일 수 있다.

추가로 본 발명은 일 실시 형태에 따르면, 조사된 셀룰로오스와 산화제를 반응시킴으로써 형성될 수 있는 조사되고 산화된 셀룰로오스의 다공성 몸체로부터 형성된, 조직 수복, 대체 또는 증강에서 사용하기 위한 의료용 임플란트를 개시한다. 임플란트를 형성하는 산화된 셀룰로오스 몸체는 혼란한, 이종성 3차원 피브릴 네트워크(fibrillar network)를 가지며, 상기 네트워크는 임플란트가 생체적합성 유체 (예를 들어, 물, 염수, 혈액, 뇌척수액 등)와 접촉 시에 제1 강성(탈수) 상태로부터 제2 수화 상태로 급속하게 변이되게 할 수 있다. 일 실시 형태에 따르면, 수화 상태의 임플란트는 해부학적 표면, 바람직하게는 연조직 표면, 그리고 더 바람직하게는 경막 조직 표면에 정합성인 표면을 가질 수 있다. 다른 실시 형태에 따르면, 임플란트의 표면은 이차적인 의료 장치에 정합성일 수 있다. 추가의 실시 형태에 따르면, 임플란트는 활성제용 스캐폴드 또는 담체(carrier)일 수 있다. 예를 들어, 활성제는 임플란트의 다공성 몸체 내에 함침되거나, 또는 임플란트의 표면 상에 코팅되거나, 또는 이들 둘 모두일 수 있다. 일 실시 형태에 따르면, 활성제는 실질적으로 이식 시점에 또는 그 근처에(즉, 수술중에) 임플란트 내에 함침되고/되거나 임플란트 상에 코팅될 수 있다. 대안적인 실시 형태에서, 활성제는 이식 시점 이전에(즉, 수술전에) 임플란트 내에 함침되고/되거나 임플란트 상에 코팅될 수 있다. 소정 실시 형태에서, 하나 초과의 활성제가 임플란트 내에 함침되고/되거나 임플란트 상에 코팅될 수 있으며, 추가로, 상기 하나 초과의 활성제는 상이한 시점에 임플란트 내에 함침되고/되거나 임플란트 상에 코팅될 수 있다. 예를 들어, 일부 활성제는 수술전에 임플란트와 조합될 수 있는 반면, 다른 활성제는 수술중에 조합될 수 있다.

본 발명은 다공성이고 재흡수성인 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법을 추가로 개시하며, 이는

(a) 셀룰로오스의 몸체를 조사하여 조사된 셀룰로오스의 몸체를 형성하는 단계, 및

(b) 상기 조사된 셀룰로오스의 몸체와 산화제를 반응시켜 산화된 셀룰로오스의 몸체를 형성하는 단계를 포함한다.

일 실시 형태에 따르면, 형성된 산화된 셀룰로오스의 몸체는 다공성이며, 비발열성이며, 재흡수성일 수 있다.

일 실시 형태에 따르면, 본 방법은 조사된 셀룰로오스의 몸체를 바람직하게는 상기 셀룰로오스 몸체의 기계적 압착(press)에 의해 부분적으로 탈수시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에 따르면, 본 방법은 산화된 셀룰로오스의 몸체를 바람직하게는 초임계 이산화탄소를 사용하여 임계점 건조시킴으로써 적어도 부분적으로 탈수시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 추가의 실시 형태에 따르면, 비발열성 몸체를 조사하는 단계는 방사선의 1회, 또는 대안적으로 1회 초과의 선량 또는 노출을 포함할 수 있다.

일반적으로 도면은 본 명세서에 논의된 다양한 실시 형태를 한정이 아니라 예로서 예시한다. 전술한 발명의 내용과, 본 출원의 바람직한 실시 형태의 하기 상세한 설명은 첨부된 도면과 함께 읽을 때 더 잘 이해될 것이다.
<도 1>
도 1은 산화된 셀룰로오스의 제안된 생체 내 분해를 도시한 그래프.
<도 2>
도 2는 본 발명에 따른 조사되고 산화된 셀룰로오스 임플란트 (수화 상태) 및 비교용의 비-조사되고 산화된 셀룰로오스 임플란트 (또한 수화 상태)의 나란히 놓인 평면 사진.
<도 3>
도 3은 본 발명에 따른 조사되고 산화된 셀룰로오스 및 비-조사되고 산화된 셀룰로오스 둘 모두의 산화도를 나타내는 그래프.
<도 4>
도 4는 본 발명에 따른 조사되고 산화된 셀룰로오스의 파열 강도, 셀룰로오스 함량 및 표면적을 나타내는 그래프.
<도 5>
도 5는 비-조사되고 산화된 셀룰로오스 샘플의 파열 강도, 셀룰로오스 함량 및 표면적을 나타내는 그래프.
<도 6a 내지 도 6c>
도 6a 내지 도 6c는 각각 천연 셀룰로오스, 비-조사되고 산화된 셀룰로오스, 및 본 발명에 따른 조사되고 산화된 셀룰로오스의 샘플의 SEM 영상.
<도 7a 내지 도 7c>
도 7a 내지 도 7c는 각각 천연 셀룰로오스, 비-조사되고 산화된 셀룰로오스, 및 본 발명에 따른 조사되고 산화된 셀룰로오스의 샘플의 XRD 영상.
<도 8>
도 8은 본 발명에 따른 조사되고 산화된 셀룰로오스의 일련의 시험관 내 분해 프로파일을 나타내는 그래프.
<도 9>
도 9는 비-조사되고 산화된 셀룰로오스 및 본 발명에 따른 조사되고 산화된 셀룰로오스의 시험관 내 분해 프로파일을 비교한 그래프.
<도 10>
도 10은 천연 셀룰로오스 샘플, 본 발명에 따른 조사되고 산화된 셀룰로오스 샘플 및 시험관 내 분해 시험 후 본 발명에 따른 조사되고 산화된 셀룰로오스의 잔존 샘플의 분자량 분포를 나타내는 그래프.
<도 11>
도 11은 상이한 수준의 방사선을 가한 4가지의 산화된 셀룰로오스 샘플의 평면 사진.
<도 12a 내지 도 12f>
도 12a 내지 도 12f는 생체 내 동물 연구 동안 다양한 시점에 촬영한 본 발명의 조사되고 산화된 셀룰로오스 샘플의 사진.
<도 13>
도 13은 종래 기술의 상업적 산화 셀룰로오스 샘플에 대하여 측정된, 생체 내 연구에서 사용한 본 발명에 따른 조사되고 산화된 셀룰로오스 샘플의 시험관 내 분해 프로파일을 나타내는 그래프.

본 명세서에서, 달리 지시되지 않는다면, 단수형("a" 또는 "an") 용어는 하나 또는 하나 초과를 포함하도록 사용되며, "또는"이라는 용어는 비배타적 "또는"을 말하도록 사용된다. 게다가, 본 명세서에서 이용되는, 그리고 달리 정의되지 않은 어구 또는 용어는 단지 설명을 위한 것으로서, 제한하기 위한 것이 아님을 이해해야 한다. 더욱이, 본 명세서에서 참조되는 모든 간행물, 특허 및 특허 문헌은 마치 개별적으로 참고로 포함되는 것처럼 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 본 명세서와, 참고로 본 명세서에 포함된 문헌 사이에서 상반되는 사용의 경우에, 포함된 참고 문헌에서의 사용은 본 명세서의 사용에 보충적인 것으로 간주되어야 하며; 양립할 수 없는 부조화의 경우, 본 명세서에서의 사용이 우선한다. 값들의 범위가 표현되는 경우, 다른 실시예는 하나의 특정 값으로부터 그리고/또는 다른 특정 값까지 포함한다. 이와 유사하게, 값이 선행사 "약"의 사용에 의해 근사치로서 표현되는 경우, 그 특정 값은 다른 실시 형태를 이룬다는 것이 이해될 것이다. 모든 범위들은 포괄적이며 조합가능하다. 또한, 범위로 기술된 값에 대한 언급은 그 범위 내의 각각의 그리고 모든 값을 포함한다. 명료함을 위해, 별개의 실시 형태들의 문맥에서 본 명세서에 기재된 본 발명의 소정 특징들이 단일 실시 형태에서 조합되어 또한 제공될 수 있음을 또한 인식하여야 한다. 역으로, 간결함을 위해 단일 실시 형태의 문맥에서 기재된 본 발명의 다양한 특징들이 또한 별개로 또는 임의의 하위조합으로 제공될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 명백하게 본 명세서에 달리 기술되어 있지 않다면, "셀룰로오스의 몸체" 및 이의 파생형(derivation) 및 변형(variation), 예를 들어 "셀룰로오스 몸체", "조사된 셀룰로오스의 몸체", "산화된 셀룰로오스의 몸체", "미생물 셀룰로오스의 몸체" 등은 임의의 유형의 형상 또는 공간적 배치의 셀룰로오스 물질을 설명하고자 하며, 셀룰로오스 물질을 임의의 특정 배향 또는 구성에 한정시키는 것으로 의도되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 셀룰로오스의 몸체의 비제한적 예에는 셀룰로오스 시트, 셀룰로오스 막, 셀룰로오스 펠리클(pellicle), 셀룰로오스 필름, 셀룰로오스 패치 및/또는 셀룰로오스 샘플이 포함될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "천연 셀룰로오스" 및 이의 파생형 및 변형은 순수한 상태(unadulterated state)인, 식물 및 미생물 기원의 형태 둘 모두의 셀룰로오스를 설명하고자 하는 것이다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 소정 실시 형태에서, "천연 셀룰로오스"는 임의의 형태의 산화 또는 조사를 가하지 않은 임의의 기원의 셀룰로오스를 말한다.

본 발명에 따르면, 조사된 셀룰로오스와 산화제의 전구체 반응성 혼합물로부터 형성된, 조사되고 산화된 셀룰로오스의 재흡수성 생체 재료가 개시된다. 이의 반응 생성물은 비발열성인 재흡수성 생체 재료로서, 이는 다공성일 수 있다. 셀룰로오스는 식물 공급원 또는 미생물 공급원 중 어느 하나로부터 유래될 수 있다. 일 실시 형태에 따르면, 조사된 셀룰로오스는 미생물-유래된 셀룰로오스이며, 바람직하게는 글루콘아세토박터 자일리누스로부터 유래된다.

본 발명에 따른 조사된 셀룰로오스와 반응하도록 임의의 적합한 산화제가 상기 반응성 혼합물 중에 사용될 수 있다. 적합한 산화제의 일부 예에는 메타과요오드산염, 차아염소산염, 중크롬산염, 과산화물, 과망간산염 또는 이산화질소가 포함될 수 있다. 바람직한 산화제는 메타과요오드산나트륨이다. 일 실시 형태에 따르면, 산화제는 약 0.01 M 내지 약 10.0 M, 바람직하게는 약 0.05 M 내지 약 1.0 M, 그리고 더 바람직하게는 약 0.1 M 내지 약 0.5 M의 농도 범위를 가질 수 있다.

셀룰로오스 몸체의 조사는 셀룰로오스 몸체의 섬유 네트워크 내에서 화학적, 구조적 및 형태적 변화를 제공함으로써 후속 산화 반응에서 변화를 초래할 수 있다. 예를 들어, 방사선 처리는, 특히, 양이온 선택투과성, 막 전도도를 증가시키고, 수소간 결합 변화를 야기할 수 있다. 글루코피라노스 사슬의 셀룰로오스의 화학 구조를 조사하면 셀룰로오스 결정도 및 평균 분자량이 감소되고 이용가능한 표면적이 증가될 수 있다. 임의의 특정 이론에 의해 구애됨이 없이, 조사를 이용한 처리에서 생길 수 있는 셀룰로오스 막의 화학적 및 물리적 변화는 이것이 화학적 처리; 즉 산화를 더욱 잘 따르게 하는 것으로 믿어진다. 또한 추가로, 산화 이전의 셀룰로오스 막의 조사는 생체적합성 유체가 더욱 용이하게 접근가능한 더욱 짧은 그리고 더욱 효율적으로 산화된 글루코피라노스 사슬을 갖는 다공성 생체 재료를 생성하는 것으로 믿어진다. 이와는 대조적으로, 비-조사되고 산화된 셀룰로오스는 평균적으로, 더욱 랜덤하게 흩어져 있는 다이알데하이드 기를 함유하는 더욱 긴 글루코피라노스 사슬을 갖고, 또한 계속하여 상대적으로 높은 결정성의 구조를 유지할 것으로 예상된다. 따라서 조사에 의해 형성된 더욱 짧은 글루코스 사슬은 상응하는 비-조사된 셀룰로오스 몸체의 산화에서 성취될 수 있는 것보다 더 큰 전체 산화 셀룰로오스 양을 갖는 셀룰로오스의 몸체를 생성할 수 있다. 더욱 높은 백분율의 산화된 글루코스 사슬은 조사되고 산화된 셀룰로오스 몸체의 더욱 신속하고 균질한 분해에 이르게 될 수 있다. 이전에 나타낸 바와 같이, 그리고 도 1에 도시된 바와 같이, 산화된 셀룰로오스의 생체 내 분해는 일차적으로는 2,4-다이하이드록시부티르산 및 글리콜산으로의 가수분해에 의해 일어난다는 가설이 세워진다. 90% 이하의 셀룰로오스 몸체 분해가 이러한 방식으로 일어날 수 있다. 일단 분해 과정이 개시되면, 이것은 셀룰로오스 몸체에 포함되는 글루코스 사슬을 따라 계속된다. 셀룰로오스 몸체의 나머지 10%를 차지할 수 있는 추가의 분해가 또한 일어나며, 여기서 다이알데하이드 기의 가수분해는 큰 글루코스 사슬을 더욱 작은 다당 또는 올리고당 단위로 파쇄하였으며, 상기 다당 또는 올리고당 단위는 식작용(phagocytosis)을 통하여 신체로부터 추가로 제거된다.

개시된 비발열성 재흡수성 생체 재료는 가변적인 범위의 산화도를 가질 수 있으며, 상기 산화도는 일 실시 형태에 따르면, 약 0% 내지 약 99%의 산화도의 범위, 예를 들어 약 20% 내지 약 70%의 범위일 수 있다. 조사되고 산화된 셀룰로오스의 산화도는 선택된 산화제, 산화제의 농도 범위, 반응 온도, 및 조사된 셀룰로오스와 산화제 사이의 반응 시간에 의존할 수 있다. 일 실시 형태에 따르면, 산화도는 약 15% 내지 약 80%의 범위이며, 다른 실시 형태에서, 약 20 내지 약 70%의 범위이다.

본 발명에 따르면, 조직 수복, 대체 및/또는 증강 절차, 특히 연조직 응용에서 사용하기에 충분한, 그리고 더욱 특히는 경막 대체 패치로서 사용하기에 충분한 기계적 강도, 해부학적 표면에의 정합성, 및 재흡수 프로파일을 갖는 임플란트가 개시된다. 본 임플란트는 조사된 셀룰로오스와 산화제를 반응시킴으로써 형성된 조사되고 산화된 셀룰로오스의 다공성 몸체를 포함한다. 셀룰로오스의 다공성 몸체는 비발열성이며, 생체적합성 유체 (예를 들어, 물, 염수, 혈액, CSF 등)와 접촉 시에 제1 강성(탈수) 상태로부터 제2 수화 상태로 변이될 수 있는 셀룰로오스의 이종성 3차원 피브릴 네트워크를 갖는다. 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 임플란트(10) (수화 상태) 및 비-조사되고 산화된 셀룰로오스 임플란트 (20) (수화 상태)의 평면도이다. 일 실시 형태에 따르면, 제2 수화 상태의 임플란트(10)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 반투명할 수 있으며, 셀룰로오스 패치의 형태일 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "반투명한"은 임플란트를 통하여 시계(field)는 조명되지만 물체는 반드시 뚜렷하게 보이지는 않을 수 있도록 수화 상태의 임플란트가 광을 확산된 방식으로 통과시키는 능력을 말한다.

임플란트의 다공성 특성은 임플란트된 때 조직 내방성장(ingrowth)을 허용할 뿐만 아니라 유체의 신속한 흡수(수화)도 가능케 한다. 일 실시 형태에 따르면, 수화 상태의 임플란트는 조작되어 원하는 해부학적 위치에 임플란트되기에 충분한 내구성 및 파열 강도 (하기에 더욱 상세하게 설명됨)를 가지며, 규칙적인 그리고 불규칙적인 윤곽의 해부학적 표면에 대하여 원하는 유착성 및 부착성을 나타낸다. 일 실시 형태에 따르면, 수화 상태의 임플란트의 표면은 해부학적 표면, 바람직하게는 연조직 표면, 그리고 더 바람직하게는 경막 조직 표면에 정합성이다 (하기에 더욱 상세하게 설명됨). 추가의 실시 형태에서, 본 임플란트는 봉합 또는 고정 장치의 도움 없이 해부학적 표면에 유착될 수 있으며; 즉 본 임플란트는 자기-유착성/자기-고정성일 수 있다. 그러나, 임플란트는, 그렇게 원할 경우, 봉합 또는 고정 장치의 도움으로 해부학적 표면에 고정될 수 있음을 알아야 한다.

소정의 의료 절차에서, 수복 장소에서 추가의 지지, 고정 및/또는 안정화를 제공하기 위하여 해부학적 위치에 추가의 의료 장치가 존재하는 것이 바람직하다. 이러한 이차 의료 장치가 요구되는 경우, 수화 상태의 임플란트 표면은 해부학적 표면, 이차 의료 장치 표면 및/또는 이들 둘 모두의 표면에 정합성일 수 있다. 적합한 이차 의료 장치의 예에는 뼈 나사, 뼈 판, 금속 및 중합체 메시(mesh)와, 금속 및 중합체 판 및 캡(cap), 예를 들어 두개 수술에서 사용되는 것들이 포함될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

일 실시 형태에 따르면, 임플란트를 형성하는 조사되고 산화된 셀룰로오스의 다공성 몸체는 생체적합성 유체와의 접촉 시에 제1 강성 (탈수) 상태로부터 제2 수화 상태로 변이되는 능력을 갖는다. 제2 수화 상태의 임플란트는 하기에 더욱 상세하게 기재된 바와 같이 해부학적 표면에 대하여 정합성을 갖는다. 소정 실시 형태에서, 상기 변이는 짧은 시간 내에 일어날 수 있다. 예를 들어, 일 실시 형태에 따르면, 임플란트는 약 10분 미만의 시간 내에 제1 강성 상태로부터 제2 수화 상태로 변이될 수 있다. 추가의 실시 형태에 따르면, 임플란트는 약 5분 미만의 시간 내에, 약 30초 미만의 시간 내에, 약 10초 미만의 시간 내에, 약 5초 미만의 시간 내에, 또는 약 2초 미만의 시간 내에 제1 강성 상태로부터 제2 수화 상태 (예를 들어, 완전히 수화됨)로 변이될 수 있다.

일부 실시 형태에 따르면, 임플란트를 형성하는 조사되고 산화된 셀룰로오스의 다공성 몸체는 제1 강성 상태의 임플란트의 건조 질량보다 더 많은 양 (질량 또는 부피 중 어느 하나로 측정함)의 제2 수화 상태의 생체적합성 유체를 또한 보유 및 유지할 수 있다. 임플란트가 제1 강성 상태로부터 제2 수화 상태로 변이하는 데 있어서 성취할 수 있는 수화의 양은 그의 수분 보유능(Water Holding Capacity; WHC) 값에 의해 측정될 수 있다. WHC 값은 하기에 더욱 상세하게 설명될 것이지만, 일반적으로, 제1 강성 상태의 임플란트의 건조 질량에 대하여 제2 수화 상태의 임플란트가 유지하는 생체적합성 유체의 질량의 측정치이다. WHC 값이 클수록, 임플란트가 생체적합성 유체를 흡수하는 능력이 커진다. 임의의 특정 이론에 구애됨이 없이, 임플란트가 그의 건조 중량 크기에 비하여 충분히 많은 양의 유체를 흡수하는 능력은 임플란트 표면이 규칙적인 그리고 불규칙적인 해부학적 표면 및 이차 의료 장치 표면 둘 모두에 정합되는 능력과 직접적인 상관을 가질 수 있다고 믿어진다. 일 실시 형태에 따르면, 산화제가 0.3 M 이상의 농도를 가질 경우, 임플란트는 약 7.0 이상의 WHC를 갖는다. 다른 실시 형태에 따르면, 임플란트의 WHC 값:그의 표면적 (제곱센티미터 단위로 측정됨)의 비는 약 2.7:1 이상이다.

본 임플란트는 임플란트하고자 하는 임상 징후에 맞추어 조정되도록 조작될 수 있는 가변적인 범위의 분해 프로파일을 갖는다. 예를 들어, 임플란트가 경막 대체 패치로서의 사용용으로 선택될 때, 임플란트를 형성하는 다공성 몸체는 천연 경막의 천연 조직 대체율에 실질적으로 매칭되는 분해 프로파일을 가질 수 있다. 생체 내 환경을 시뮬레이션(simulation)하는 조건 하에서 행해지는 시험관 내 분해 시험은 원하는 임상 징후에 대하여, 예를 들어 경막 대체 또는 지혈로서 임플란트의 분해 프로파일을 평가하도록 행해질 수 있다. 시험관 내 시험은 원하는 임의의 길이의 시간 동안, 예를 들어 1일, 1주, 4주, 2개월, 6개월, 1년 또는 다년간 행해질 수 있다. 일 실시 형태에 따르면, 다공성 몸체는 약 0 내지 약 90%의 범위의, 유사 체액(simulated body fluid; SBF) 조건 하에서의 1주 시험관내 분해 프로파일 (하기에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같음)을 갖는다. 다른 실시 형태에 따르면, 다공성 몸체는 산화제의 농도가 대략 0.1 M일 때, 약 0 내지 40%의 범위의 1주 시험관 내 분해 프로파일을 갖는다. 또 다른 실시 형태에 따르면, 다공성 몸체는 산화제의 농도가 대략 0.3 M일 때, 약 20 내지 90%의 범위의 1주 시험관 내 분해 프로파일을 갖는다. 또 다른 실시 형태에 따르면, 다공성 몸체는 다공성 몸체가 1시간 이상 동안 산화되었을 때, 약 0 내지 60%의 범위의 1주 시험관 내 분해 프로파일을 갖는다. 추가의 실시 형태에 따르면, 다공성 몸체는 다공성 몸체가 3시간 이상 동안 산화되었을 때, 약 15 내지 80%의 범위의 1주 시험관 내 분해 프로파일을 갖는다. 소정의 바람직한 실시 형태에서, 다공성 몸체는 4주에 걸쳐 측정할 경우, 약 80% 내지 약 100%의 시험관 내 분해율을 갖는다.

본 발명의 추가의 실시 형태에 따르면, 임플란트는 하나 이상의 활성제를 위한 스캐폴드 또는 담체일 수 있다. 활성제(들)는 임플란트를 형성하는 셀룰로오스의 다공성 몸체 내에 함침되고/되거나 임플란트의 표면 상에 코팅되고/되거나 이들 둘 모두일 수 있다. 일 실시 형태에 따르면, 활성제(들)는 실질적으로 이식 시점에 또는 그 근처에(즉, 수술중에) 임플란트 내에 함침되고/되거나 임플란트 상에 코팅될 수 있다. 대안적인 실시 형태에서, 활성제(들)는 이식 시점 이전에 (즉, 수술전에) 임플란트 내에 함침되고/되거나 임플란트 상에 코팅될 수 있다. 소정 실시 형태에서, 하나 초과의 활성제가 임플란트 내에 함침되고/되거나 임플란트 상에 코팅될 수 있으며, 추가로, 상기 하나 초과의 활성제는 상이한 시점에 임플란트 내에 함침되고/되거나 임플란트 상에 코팅될 수 있다. 예를 들어, 일부 활성제는 수술전에 임플란트와 조합될 수 있는 반면, 다른 활성제는 수술중에 조합될 수 있다. 임플란트에서 이용될 수 있는 활성제는 골수, 자가이식편, 골유도성 소분자, 골형성 재료, 줄기 세포, 골형성 단백질, 항균제, 인산칼슘계 세라믹, 및 이들의 혼합물 및 블렌드와 같이, 해부학적 위치에서의 치료에 적합한 임의의 조성물을 포함한다.

일 실시 형태에 따르면, 본 방법은 조사된 셀룰로오스의 몸체를 바람직하게는 상기 셀룰로오스 몸체의 기계적 압착에 의해 부분적으로 탈수시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에 따르면, 본 방법은 산화된 셀룰로오스의 몸체를 바람직하게는 초임계 이산화탄소를 사용하여 임계점 건조시킴으로써 적어도 부분적으로 탈수시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 추가의 실시 형태에 따르면, 본 방법은 비발열성 셀룰로오스 몸체, 조사된 셀룰로오스의 몸체 및/또는 산화된 셀룰로오스의 몸체를 하나 이상의 활성제와 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 방법에 따른 조사된 셀룰로오스 몸체와 반응함에 있어서 임의의 적합한 산화제가 사용될 수 있다. 적합한 산화제의 일부 예에는 메타과요오드산염, 차아염소산염, 중크롬산염, 과산화물, 과망간산염 또는 이산화질소가 포함될 수 있다. 바람직한 산화제는 메타과요오드산나트륨이다. 본 방법의 일 실시 형태에 따르면, 셀룰로오스와 메타과요오드산염은 1:1 내지 약 1:160의 셀룰로오스:메타과요오드산염의 몰비 범위로 반응하며, 다른 실시 형태에서, 셀룰로오스와 메타과요오드산염은 1:1 내지 약 1:120의 셀룰로오스:메타과요오드산염의 몰비 범위로 반응한다. 바람직한 실시 형태에서, 셀룰로오스와 메타과요오드산염은 약 1:120의 셀룰로오스:메타과요오드산염의 몰비로 반응한다. 산화제의 몰 농도 범위는 원할 경우 달라질 수 있다. 본 방법의 일 실시 형태에 따르면, 산화제는 반응물 중 약 0.05 M 내지 약 1.0 M의 농도 범위를 가지며, 다른 실시 형태에서, 산화제는 반응물 중 약 0.1 M 내지 약 0.4 M의 농도 범위를 갖는다. 이와 마찬가지로, 조사된 셀룰로오스 몸체와 산화제 사이의 반응 시간은 원할 경우 달라질 수 있다. 본 방법의 일 실시 형태에 따르면, 산화제와 셀룰로오스는 약 0.1시간 내지 약 72시간 동안 반응하며, 다른 실시 형태에서, 산화제와 셀룰로오스는 약 3시간 내지 약 12시간 동안 반응한다. 예를 들어, 40℃의 반응 온도 또는 그 근처에서, 산화제는 약 0.1 M, 약 5시간 내지 약 0.5 M, 약 12시간의 농도 및 시간 범위에서 셀룰로오스와 반응할 수 있다. 바람직하게는, 산화제는 약 5시간 동안 약 0.2 M 내지 약 0.4 M의 농도 범위로 존재할 수 있다.

본 발명의 방법에 따른 산화된 셀룰로오스의 몸체를 형성하도록, 조사된 셀룰로오스 몸체와 산화제를 반응시키면 다양한 산화도를 생성할 수 있다. 본 방법의 일 실시 형태에 따르면, 산화된 셀룰로오스의 몸체는 산화제와 셀룰로오스 사이의 1시간의 반응 후 약 25% 이상의 산화도를 갖는다. 다른 실시 형태에 따르면, 산화된 셀룰로오스의 몸체는 산화제와 셀룰로오스 사이의 2시간의 반응 후 약 40% 이상의 산화도를 갖는다. 그리고, 추가의 실시 형태에서, 산화된 셀룰로오스의 몸체는 산화제와 셀룰로오스 사이의 2시간의 반응 후 약 45% 이상의 산화도를 갖는다. 소정 실시 형태에서, 본 명세서에 기재된 방법의 실시 형태에 따라 형성된 산화된 셀룰로오스의 몸체는 약 20% 내지 약 70%의 범위의 산화도를 갖는다.

본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 제조 방법(들)이 하기 방식으로 이용될 수 있다.

셀룰로오스 몸체의 제조

본 발명의 재흡수성 생체 재료의 제조에 있어서, 글루콘아세토박터 자일리누스 (아세토박터 자일리눔) 세포는 약 4.1 내지 4.5의 초기 pH에서 약 30℃에서 액체 영양 배지를 포함하는 생물반응기에서 배양된다(인큐베이션된다). 셀룰로오스 생성은 예를 들어 탄소 공급원으로서 수크로스, 질소 공급원으로서 암모늄 염, 및 영양소 공급원으로서 옥수수 침지액을 이용하여 성취될 수 있다. 전형적으로, 증발을 감소시키는 뚜껑을 갖춘 얕은 생물반응기에서 발효 공정이 수행된다. 이러한 시스템은 균일한 셀룰로오스 막의 형성의 보장을 돕는 산소-제한 조건을 제공할 수 있다. 생물반응기의 치수는 합성되는 셀룰로오스의 원하는 형상, 크기, 두께 및 수율에 따라 달라질 수 있다.

전형적으로, 인큐베이션 단계 후 주 발효 공정은 약 8 내지 120시간, 바람직하게는 24 내지 72시간의 기간 동안 정상 조건(stationary condition) 하에서 실시되며, 상기 기간 동안 배양 배지 중 박테리아는 미생물을 포함하는 셀룰로오스 시트의 얇은 층을 합성 및 침착시키고, 그에 따라 셀룰로오스 막을 형성한다. 원하는 두께 및/또는 셀룰로오스 수율에 따라, 발효가 중지될 수 있으며, 이 시점에 상기 막이 생물반응기로부터 수확될 수 있다. 일 실시 형태에 따르면, 주 발효를 상대적으로 짧은 기간 후 중지시켜 균일한, 낮은 셀룰로오스 함량의 막 (펠리클)을 생성한다. 그 후, 펠리클 중에 함유된 여분의 배지는 표준 분리 기술, 예를 들어 압축 또는 원심분리에 의해 제거되며, 이는 부분적으로 탈수된 펠리클을 생성한다.

셀룰로오스 몸체의 정제

그 후, 부분적으로 탈수된 셀룰로오스 펠리클은 정제 프로세싱이 가해질 수 있으며, 상기 정제 프로세싱은 셀룰로오스가 비발열성으로 되게 한다. 일 실시 형태에 따르면, 정제 방법으로는 셀룰로오스 막의 화학적 정제법이 있다. 셀룰로오스는 일련의 가성 (예를 들어, 진한 수산화나트륨) 화학물질 세척 단계를 가하여서 셀룰로오스 막을 비발열성 물질로 전환시키고, 이어서 중성 pH가 성취될 때까지 여과수로 침지시키고/시키거나 헹군다. 대안적으로, 또는 이들 단계와 함께, 희석된 아세트산 중에 짧게 침지시키는 것이 잔존 수산화나트륨의 중화의 보장을 위하여 또한 행해질 수 있다. 다양한 노출 시간, 농도 및 온도와, 압착을 비롯한 기계적 기술을 이용한 정제 방법을 비정제 셀룰로오스 막에서 이용할 수 있다. 약 1 내지 약 12시간의 수산화나트륨 중에서의 프로세싱 시간이 이 공정의 최적화를 위하여 약 30℃ 내지 약 100℃의 온도 변화와 함께 연구되었다. 바람직하거나 또는 권고되는 온도 프로세싱은 70℃ 또는 그 근처에서 일어난다.

프로세싱 후 셀룰로오스 몸체에 남겨진 내독소의 양은 리물루스 아메보사이트 용해물(Limulus Amebocyte Lysate; LAL) 검사에 의해 측정될 수 있다. 본 명세서에 기재된 세정 공정은 비발열성 셀룰로오스 막 (<0.06 EU/ml)을 제공할 수 있으며, 이는 경막 대체재에 대한 FDA 요건을 충족시킨다. 일 실시 형태에 따르면, 셀룰로오스 막의 정제 후, 펠리클을 원하는 중량 및 두께로 기계적으로 압축할 수 있다.

셀룰로오스 몸체의 조사

본 발명에 따르면, 비발열성 셀룰로오스 막이 이온화 방사선에 의해 조사된다. 일 실시 형태에 따르면, 방사선은 γ-방사선이다. 셀룰로오스 막은 약 10 kGy 내지 약 100 kGy, 그리고 더 바람직하게는 약 20 kGy 내지 약 40 kGy의 범위의 투과 방사선을 흡수할 수 있다. 특정 실시 형태에서, 셀룰로오스 막은 약 20 kGy 내지 약 26.5 kGy의 범위의 투과 γ-방사선을 흡수할 수 있다. 본 발명의 일 실시 형태에서, 방사선은 1회 노출 또는 선량으로 제공된다. 대안적인 실시 형태에서, 방사선은 1회 초과의 노출을 통하여 제공될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 셀룰로오스 몸체는 본 발명에 따라 1회, 2회 또는 3회 조사될 수 있다. 또한, 1회 초과의 선량 또는 노출이 셀룰로오스 몸체에 가해질 경우, 다수의 선량 각각에 있어서 셀룰로오스 몸체에 의해 투과되고 흡수되는 방사선은 다양한 범위의 것일 수 있다. 당업자라면, 원할 경우 노출 횟수 및 방사선의 강도가 달라질 수 있음을 알아야 한다.

조사에 더하여, 셀룰로오스 막은 더욱 균일한 산화의 촉진 및 산화율의 증가를 위하여 전해질 용액 중에 사전 침지될 수 있다. 전해질은 황산염 또는 염화물 계열, 바람직하게는 NaCl로부터의 것일 수 있다. 전해질 농도는 약 0.001 M 내지 약 l.0 M, 바람직하게는 약 0.05 M 내지 약 0.1 M, 그리고 더 바람직하게는 약 0.2 M 내지 약 0.4 M의 범위일 수 있다. 사전 침지는 30분 내지 1개월, 바람직하게는 10시간 내지 24시간의 범위에서 지속될 수 있다.

조사된 셀룰로오스 몸체의 산화

조사 및 선택적 사전 침지 단계 후, 셀룰로오스 막을 그 후 적합한 산화제와 반응시키며, 상기 산화제는 예를 들어 크롬산, 차아염소산염, 중크롬산염, 이산화질소, 사산화질소 또는 메타과요오드산나트륨을 포함할 수 있다. 일 실시 형태에 따르면, 산화제는 메타과요오드산나트륨이다. 메타과요오드산염의 선택 시에, 반응은 바람직하게는 암소에서 행해짐이 주지되어야 한다. 일 실시 형태에 따르면, 산화제를 이용한 산화 반응은 약 30분 내지 72시간, 바람직하게는 약 2 내지 16시간, 그리고 더 바람직하게는 약 2 내지 6시간의 범위의 기간 동안 행해진다. 전형적으로 산화 반응은 18℃ 내지 60℃, 바람직하게는 30℃ 내지 50℃의 온도 범위에서, 그리고 더 바람직하게는 약 40℃에서 진행될 수 있다. 다른 실시 형태에 따르면, 산화제를 이용한 산화 반응은 약 1시간 이상의 기간 동안, 그리고 또 다른 실시 형태에서는 약 3시간 이상 동안 행해진다. 용기(들)는 진탕기에 두어지며, 20 내지 500 rpm, 바람직하게는 350 내지 450 rpm으로 교반된다. 셀룰로오스와 메타과요오드산염 사이의 몰비는 1:1 내지 1:160, 바람직하게는 1:1 내지 1:120의 범위로, 그리고 더 바람직하게는 약 1:120으로 유지될 수 있다. 산화 반응의 완료 시에, 산화된 셀룰로오스 막을 빙조에서 여과수에서 다수회 세척하여 여분의 메타과요오드산염을 제거할 수 있다. 대안적으로, 이것을 에틸렌 글리콜에서 세척하여 메타과요오드산염을 중화시키고 이어서 탈이온수(DI water)에서 다수회 헹굴 수 있다.

이전에 기재된 산화 공정에 대하여 추가로, 또는 대안적으로, 산화 이전에, 셀룰로오스 막을 슬러리를 형성할 때까지 분쇄하고, 그 후 셀룰로오스 섬유의 미세 현탁물로 균질화할 수 있다. 그 후, 균질화된 현탁물을 이전에 기재된 바와 같이 메타과요오드산나트륨으로 산화시킨다. 그 후, 산화된 셀룰로오스의 현탁물을 회수하고, 세척하여 여분의 메타과요오드산염을 제거한다. 그 후, 현탁물을 몰드(mold) 내에 넣고, 다시 안정한 산화된 셀룰로오스 막을 형성하도록 가교결합시킨다.

또 다른 대안적인 실시 형태에서, 셀룰로오스 막은 산화되기 이전에 임계점 건조를 겪을 수 있다. 임계점 건조는 계단식 공정으로서, 셀룰로오스 막 중 물은 물에 의해 용해되는 비-수성 용매, 예를 들어 에탄올과 교환된다. 그 후, 에탄올을 액체 이산화탄소로 대체한다. 이러한 건조 공정은 산화제의 셀룰로오스 막 내로의 침투를 향상시킬 수 있다. 건조된 막을 상기에 기재된 바와 같이 산화제와 반응시키고, 상기에 기재된 방식으로 회수 및 세척한다.

초임계 이산화탄소를 이용한 셀룰로오스 몸체의 건조

상기에 기재된 산화 공정들 중 임의의 것 후에, 초임계 이산화탄소를 이용한 임계점 건조에 의해 셀룰로오스 막을 추가로 건조시킬 수 있다. 이전에 상기에 설명된 바와 같이, 셀룰로오스 막 중 물은 비-수성 용매 (예를 들어, 에탄올)와 교환된다. 그 후, 용매를 임계점 건조로 칭해지는 공정을 통하여 액체 이산화탄소로 대체한다. 임계점 건조 동안, 셀룰로오스 막을 홀더(holder)에 로딩하고, 스테인리스강 메시 플레이트들 사이에 개재시키고, 그 후 가압 하에 초임계 이산화탄소를 포함하는 챔버 중에 침지시킨다. 홀더는 CO₂를 셀룰로오스 막을 통하여 순환시킬 수 있도록 설계된 반면, 메시 플레이트들은 상기 막을 안정화시켜 상기 막이 건조 공정 동안 흔들리는 것을 방지한다. 일단 유기 용매 전부가 제거되었으면 (이는 가장 전형적인 경우에 약 1 내지 6시간의 범위임), 액체 CO₂ 온도를 이산화탄소의 임계 온도보다 높은 온도로 증가시켜서 CO₂가 초임계 유체/가스를 형성하게 한다. 이러한 변이 동안 표면 장력이 존재하지 않는다는 사실로 인하여, 생성된 생성물은 건조된 막이며, 이는 그의 형상, 두께 및 3-D 나노구조를 유지한다. 건조된 생성물은 절단, 포장 및 살균을 겪는다.

실시예

본 명세서에서 달리 기술되지 않는다면, 하기 실시예에서 사용한 조사 셀룰로오스를 약 20 내지 26.5 kGy의 범위로 조사하였다.

본 명세서에서 달리 기술되지 않는다면, 실시예에서 사용한 천연 셀룰로오스는 이것이 조사 및/또는 산화를 겪기 이전에, 산화된 셀룰로오스 (조사된 것 및 비-조사된 것 둘 모두)와 유사한 셀룰로오스 함량 (g/㎠ 단위로 측정함)을 가졌다.

샘플의 산화율 (%)

셀룰로오스 막 중 산화된 셀룰로오스의 백분율을 존재하는 알데하이드 내용물의 양의 측정에 의해 결정하였다. 예를 들어, 산화된 샘플을 교반 비커에서 70℃에서 15 내지 25분 동안 10 ml의 0.05 M NaOH와 반응시켰다. 그 후, 상기 현탁물을 실온으로 냉각시키고, 10 ml의 0.05 M HCl을 첨가하여 NaOH를 중화시켰다. 과량의 산을 지시제로서 페놀프탈레인을 사용하여 0.01 M NaOH를 이용하여 적정하였다. 하기 식을 이용하여 셀룰로오스 샘플의 산화 백분율을 계산하였다:

산화율 (%) = [(M _{NaOH Tit} * V_{NaOH Tit}) * (MW _{산화된 셀룰로오스}/M _{산화된 셀룰로오스}) * 100]/2

도 3은 본 발명에 따른 조사되고 산화된 셀룰로오스 및 비-조사되고 산화된 셀룰로오스 둘 모두에 대하여 상기에 설명한 방법에 따라 계산한 산화도를 나타내는 그래프이다. 과요오드산나트륨을 0.3 M의 일정 농도로 그리고 40℃의 일정 온도에서 산화제로서 사용하였다. 산화 백분율을 0 내지 4시간의 시간에 걸쳐 샘플에서 측정하였다.

정합성 시험

탈수된 셀룰로오스 샘플을 SBF액 (pH=7.4) 중에서 재수화시키고, 두개 맥동(cranial pulsation) 모델 (신테스, 인크.(Synthes, Inc.))의 해부학적으로 올바른 표면 상의 불규칙한 곳에 정합되는 그의 능력을 시험함으로써 정합성을 시험하였다. 0.3 M 과요오드산염, 40℃, 3시간으로 산화된, 건조 산화 임플란트 샘플 (조사된 것 및 비-조사된 것 둘 모두)을 두개 맥동 모델의 습한 표면 상에 두고, SBF로 헹구었다. 정합성 샘플을 하기와 같이 정의하였다: 1) 예를 들어 30초 내, 20초 내, 10초 내, 그리고 바람직하게는 5초 내에 급속한 재수화 (제1 강성 상태로부터 제2 수화 상태로의 변이)를 나타냄; 2) 모델의 표면에의 완전한 부착; 및 3) 1분 이하의 시간 동안 유사 맥동 동안 표면에의 밀착.

사용한 두개 맥동 모델은 문헌[WD Losquadro et al., "Polylactide-co-glycolide Fiber-Reinforced Calcium Phosphate Bone Cement," Arch Facial Plast Surg, 11(2), Mar./April 2009, pp. 105-106]에 예시되고 기재되어 있다. 맥동 모델은 신테스, 인크.에 의해 설계되고 제조되었다. 상기 모델은 두개 결함을 시뮬레이션하는 다양한 직경의 개구를 갖는 6개의 해부학적으로 올바른 성인 스컬(skull)로 이루어졌다. 스컬은 고체 폼 폴리우레탄으로 만들어졌으며, 경막은 실리콘으로 만들어졌다. 각각의 스컬은 외부 환경으로부터 밀봉된 물을 포함하는 개별 물 펌프에 부착시켰으며, 상기 펌프로부터의 물은 유사 경막 물질의 내부로 강제로 들어가서 경막 맥동을 모방할 수 있었다.

수술 창상 환경을 시뮬레이션하기 위하여, 스컬 모델을 순환수 히터(heater)를 사용하여 일정한 37℃ 및 95% 내지 100%의 상대 습도에서 유지한 폐쇄식 수조에 수용하였다. 수조 내의 물은 모델 스컬의 기저부에 도달하였지만, 결함 영역을 씻지는 않았다. 폐쇄식 물 펌프는 약 1.7 mm 내지 2.0 mm의 경막 맥동 변위의 수술중 관찰을 시뮬레이션하도록 프로그래밍하였다.

파열 강도 시험

다양한 크기의 산화된 셀룰로오스 샘플을 미국 소재의 신테스가 제조하고 11.4 ㎏(25 lb)으로 보정한, 수동 파열 시험기를 이용하여 볼 파열 강도에 대하여 시험하였다. 파열 강도 측정에 이용한 시험 방법은 문헌[ASTM D2207-00 (Reapproved 2010), "Standard Test Method for Bursting Strength of Leather by the Ball Method."]에 기재된 절차를 기초로 하였다. 건조 샘플들을 SBF에서 5분 동안 재수화시키고, 그 후 1인치 직경의 중심 개구를 포함하는 스테인리스강 홀더 내에 개재시켰다. 이 시험 방법은 산화된 셀룰로오스 막에 구형 단부의 플런저(plunger)를 강제로 관통시키는 데 필요한 힘을 측정함으로써 샘플의 파열 강도를 측정하도록 설계하며; 즉, 힘을 디지털식으로 측정하면서 플런저를 사용하여 파괴될 때까지 샘플에 침투시킨다.

셀룰로오스 함량 측정

공지된 표면적을 갖는 샘플들을 오븐에서 55℃에서 하룻밤 공기 건조시켰다. 셀룰로오스 함량은 건조된 샘플의 중량을 그의 표면적으로 나눔으로써 측정하고, g/㎠ 단위로 표현하였다.

조사되고 산화된 셀룰로오스 샘플 및 비-조사되고 산화된 셀룰로오스 샘플의 셀룰로오스 함량, 표면적, 파열 강도 및 정합성을 비롯하여 상기 실험에 관련된 데이터를 각각 도 4 및 도 5에 그래프로 도시한다. 샘플들을 약 0 내지 5시간의 시간 범위에 걸쳐 40℃에서 0.3 M의 일정 농도의 메타과요오드산나트륨으로 산화시켰다. 시험한, 그리고 도 4에 도시한, 조사되고 산화된 샘플들은, 정합성에 대하여 이전에 설명한 바와 같이 표준에 따라 측정할 경우 모든 값에서 재수화 시에 정합성이었다. 이와는 대조적으로, 시험하고 도 5에 도시한 비-조사되고 산화된 샘플들은, 수직 파선의 좌측의 값 내에서만, 즉 2시간 미만의 산화 시간에서만 재수화 시에 정합성이었다.

SEM 관찰

천연 셀룰로오스, 비-조사되고 산화된 셀룰로오스 및 조사되고 산화된 셀룰로오스를 포함하는 셀룰로오스 막의 샘플들을 초임계 CO₂로 건조시키고, 그 후 금으로 코팅하였다. 산화를 0.3 M 과요오드산염, 40℃, 3시간으로 수행하였다. 20 ㎸에서 작동하는 히타치(Hitachi) 전계 방출형 주사 전자 현미경을 샘플들의 조사에 사용하였다. 도 6a 내지 도 6c는 각각 천연 셀룰로오스의 샘플, 비-조사되고 산화된 셀룰로오스, 및 조사되고 산화된 셀룰로오스의 샘플의 SEM 영상이다. SEM 영상은 도 6a에 나타낸 바와 같이, 천연 셀룰로오스가 셀룰로오스 사슬의, 피브릴, 3차원 배향 및 정렬 구조를 가짐을 나타낸다. 도 6b에 나타낸 바와 같이, 비-조사되고 산화된 셀룰로오스는 천연 셀룰로오스보다 더 조밀한(compact) 구조이며, 이때 더욱 큰 피브릴의 영역들이 함께 적층되어 있다. 도 6c에 나타낸 바와 같이, 조사되고 산화된 샘플은 일반적으로 이전의 셀룰로오스 샘플보다 덜 정렬되어 있어서, 더욱 혼란스러운 구조를 갖게 되는데, 여기서 상기 구조는 다른 셀룰로오스 샘플보다 일반적으로 더 작은 피브릴 및 일반적으로 더 큰 이질적 영역의 발생률(incidence)을 갖는다.

X-선 회절 (XRD) 시험

천연 샘플, 비-조사되고 산화된 샘플 및 조사되고 산화된 샘플을 포함하는 건조시킨 셀룰로오스 막 샘플을 XRD 샘플 컵 홀더 내에 넣고, XRD 매거진(magazine) 내에 넣고, 그 후 측정용 장치 내에 넣었다. 산화를 0.3 M 과요오드산염, 40℃, 3시간으로 수행하였다. X-선 회절 스펙트럼을 PANalytical XRD 시스템에 의해 생성한 Ni 여과 Cu-Kα 방사선을 사용하여 기록하였다. 스캔을 4 내지 90° 2θ 범위에 걸쳐 수행하였지만, 4 내지 40° 2θ 범위를 분석하였다. 데이터를 하이스코어 플러스(HighScore Plus) XRD 소프트웨어로 분석하였다. 도 7a 내지 도 7c는 각각 천연 샘플, 비-조사되고 산화된 샘플 및 조사되고 산화된 샘플의 XRD 분광 사진이다. XRD 디스플레이에서 알 수 있는 바와 같이, 천연 샘플 (도 7a)은 가장 많이 정렬된 결정 구조를 가지며, 비-조사된 셀룰로오스 샘플 (도 7b)이 이어지고, 조사된 샘플 (도 7c)은 가장 적게 정렬된 결정 구조를 나타낸다.

결정도 (%)를 하기 식을 이용하여 계산하였다:

CrI=100 × [(I₀₀₂ - I_Amorph) / I₀₀₂]

여기서, CrI는 결정도이며, I₀₀₂는 (002) 격자 회절 (22° 2θ)의 최대 강도이며, I_Amorph는 18° 2θ에서의 회절 강도이다. 하기 표 2는 측정한 셀룰로오스 샘플에 대한 측정된 결정성 지수를 나타낸다.

재수화/수분 보유능 측정

이 실험에 있어서, 조사된 그리고 비-조사된 셀룰로오스 몸체를 4 cm × 5 cm 샘플로 절단하였다. 이들 샘플을 40℃ 및 하기 조건에서 산화를 위하여 과요오드산염 용액을 가하였다:

조사된 셀룰로오스 샘플 및 비-조사된 셀룰로오스 샘플 둘 모두의 반응을 이중으로 행하였다. 각각의 반응을 완료한 후, 샘플을 이전에 본 명세서에 개시된 방법에 따라 세척 및 CO₂ 건조에 의해 시험용으로 준비하였다.

다음, 모든 샘플의 초기 중량 및 표면적을 수득하여 비-조사된 샘플들을 그의 조사된 상대에 대하여 측정하였다. 20 ml SBF를 이용하여 준비한 페트리 디시(petri dish)를 이용하여, 비-조사된 셀룰로오스 샘플을 상기 유체 내에 30초 동안 넣어 두고, 그 후, 칭량하였다. 그 후, 이 수화 단계를 조사된 샘플에 대하여 반복하였다. 30초간의 수화, 및 그 후 습윤 질량의 칭량을 준비한 모든 샘플에 대하여 반복하였다. 각각의 조건에 있어서의 수분 보유능(WHC)을 하기 식을 이용하여 계산하였다:

WHC = (습윤 질량 (g)) / (건조 질량 (g))

WHC의 평균을 취하여 비-조사된 셀룰로오스와 조사된 셀룰로오스 사이의 재수화 능력의 차이를 측정하였다. 각각의 샘플에 있어서 WHC와 표면적 (SA) 사이의 관계를 또한 측정하였다. 하기 표 3은 주어진 산화 파라미터에서 조사되고 산화된 셀룰로오스 및 비-조사되고 산화된 셀룰로오스에 대한 각각의 샘플의 개별 샘플 결과를 나타낸다. 표 4는 주어진 산화 파라미터에서 조사되고 산화된 샘플 및 비-조사되고 산화된 샘플 각각에 대한 평균 WHC 및 WHC/SA 값의 요약을 제공한다.

시험관 내 분해 프로파일

본 발명에 따라 제조한, 다양한 산화도를 갖는, 조사되고 산화된 셀룰로오스 및 비-조사되고 산화된 셀룰로오스의 샘플을 SBF에서의 인큐베이션에 의해 시험관 내에서 시험하였다. 분해 프로파일은 상기 셀룰로오스 샘플들이 2 내지 4주 이상의 기간에 걸쳐 기계적으로 안정하게 (막/필름의 형태로) 남아 있음을 나타냈다. 상기 초기 기간 후, 상기 샘플들은 불규칙적인 셀룰로오스계 물질로 붕해되고 이후의 1 내지 3개월에 걸쳐 분해되기 시작하였으며, 이는 그의 초기 건조 질량의 대략 0.1% 내지 5.0%를 남겼다.

실시간 연구 및 가속화된 연구 둘 모두를 행하였다. 건조되고 조사되고 산화된 셀룰로오스 (대략 1 × 1 cm의 정사각형)의 샘플을 20 ml의 SBF (pH=7.4)로 채워진 살균 50 ml 원심분리 코니칼 튜브(conical tube) 내에 두고, 37℃ 또는 55℃에서 1주 내지 6개월 (실시간)의 기간 동안 정적 상태로 유지하였다. 실시간 연구에 있어서, 각각의 튜브 내의 SBF는, 샘플을 원심분리하고, 오래된 SBF를 가만히 따르고, 이것을 신선한 것으로 교체함으로써 5일의 초기 일수 동안 매일 교환하고, 그 후 매주 교환하였다. 샘플들을 1, 2, 3, 4, 14, 28, 90 및 164일에 분석하였다. 각각의 시점에, 튜브들을 원심분리하여 잔류 펠렛을 수집하였다. 상청액을 가만히 따르고, 탈이온수를 첨가하여 잔류 SBF로부터 펠렛을 세척하였다. 튜브들을 잠시 교반시키고, 다시 원심분리하여 펠렛을 수집하였다. 탈이온수 세척 단계를 2회 반복하였다. 그 후, 펠렛을 오븐 내에서 60℃에서 일정 중량으로 건조시켰다. 분해율 (%)을 건조 펠렛 중량과 원래 샘플 중량 사이의 차이로서 계산하였다.

도 8은 상이한 과요오드산염 농도에서 산화된, 조사된 셀룰로오스의 분해 프로파일 (SBF; pH=7.4, 55℃, 7일)을 그래프로 나타낸다. 시험한 모든 조건에 있어서, 샘플의 건조 질량의 점진적인 손실이 연구 전체에 걸쳐 관찰되었다. 일단 SBF에서 인큐베이션되면, 샘플들은 고도의 반투명성을 갖는, 더욱 연성의, 겔-유사 구조로 된다. 사용한 산화 조건에 따라, 약 10 내지 95%의 분해 범위가 7일간의 인큐베이션 시간 후 수득될 수 있다. 그 결과는 분해율이 산화도와 관련됨을 나타내는데, 상기 산화도는 과요오드산염 농도, 반응 온도 및 반응 시간에 의해 제어될 수 있다. 원하는 분해율을 갖는, 정합성이며 기계적으로 안정한 생체 재료가 그러한 접근법을 사용하여 제조될 수 있다. 도 9는 다양한 기간 동안 (1 내지 4시간) 산화되고 조사된 셀룰로오스 샘플 및 비-조사된 셀룰로오스 샘플 둘 모두에 대한 시험관 내 분해의 결과 (건조 중량 손실)를 그래프로 나타낸다. 곡선은 3 내지 4시간 동안 산화된 샘플들 둘 모두의 유형에서 중량 손실이 있었음을 나타낸다. 약 3 시간 미만 동안 산화된 샘플에 대한 초기 중량 손실률은 비-조사된 셀룰로오스보다 조사된 셀룰로오스에 대해 더 크다.

시험관 내 분해에 사용되는 유형의 셀룰로오스의 샘플은, 광산란 검출을 구비한 GPC를 사용한 분자량 분포 분석을 위해 폴리머 솔루션즈 인코포레이티드 (Polymer Solutions Incorporated; PSI) (미국 버지니아주 블랙스버그 소재)로 제출하였다. 3가지 유형의 샘플을 제출하였다: 1) "천연 셀룰로오스 (습윤)로 확인된 천연 미생물 셀룰로오스의 샘플;" 2) "산화된 셀룰로오스 (습윤)"로 확인된, 조사되고 산화된 미생물 셀룰로오스의 샘플; 및 3) "임플란트 잔존 함량"으로서 확인된, 상기한 바와 같은 7일의 시험관 내 분해 과정을 겪은, 조사되고 산화된 미생물 셀룰로오스의 잔존 샘플.

이 실험에서 사용되는 바와 같이, 용어 "습윤"은 "천연 셀룰로오스" 샘플 및 "산화된 셀룰로오스" 샘플이 이전에 기재된 초임계 CO₂를 사용한 임계점 건조 단계를 겪지 않았음을 나타내는 데 사용된다. "산화된 샘플" 및 "임플란트 잔존 함량" 샘플 둘 모두는 0.3 M 과요오드산염, 40℃, 3시간으로 산화시켰다.

광산란 검출을 구비한 겔 투과 크로마토그래피 (GPC)를 사용하여 셀룰로오스 샘플의 분자량 분포를 분석하였다. 천연 셀룰로오스 (습윤)의 4 × 5 cm 조각의 대략 반 및 산화된 셀룰로오스 (습윤)의 2.2 × 3.0 cm 조각 전체를 개별적인 40 mL 유리 신틸레이션 바이알에 넣었다. 와트만 #1 여과지의 조각을 소형날 유형의 커피 밀(small blade-type coffee mill)에서 약5분 동안 분쇄하고, 대략 20 mg의 생성된 "플러프(fluff)"를 40 mL 신틸레이션 바이알에 칭량해 넣었다. 와트만 여과지는 용해 공정에 대한, 그리고 또한 DMAc에서의 셀룰로오스의 비굴절률 증분(specific refractive index increment) (dn/dc)을 평가하는 데 있어서의 사용에 대한 대조군으로서 포함시켰다. 10 mL의 순수한 물 및 일회용 교반 막대를 각각의 바이알에 첨가하였다. 각각의 바이알을 대략 5시간 동안 50℃에서 교반하였다. 천연 셀룰로오스 (습윤) 샘플 및 산화된 셀룰로오스 (습윤) 샘플은 붕해되지 않았다. 따라서, 습윤 셀룰로오스 조각을 60 내지 70 mL의 순수한 물과 함께 소형 식품 프로세서(small food processor)에 넣고 60 내지 90초 동안 프로세싱하여, 매우 작은 섬유질 입자의 슬러리를 얻었다. 그 후, 여분의 물이 제거될 때까지만 슬러리를 47 mm 0.2 μm 나일론 막으로 진공 여과하였다.

이어서, 습윤 셀룰로오스 샘플을, 10 μm 폴리프로필렌 메시 필터를 함유하는 와트만 벡타-스핀(Vecta-Spin) 원심분리 필터로 옮겼다. 물을 원심분리하여 제거하고 HPLC 등급 메탄올로 대체하고 하룻밤 침지하였다. 다음날 메탄올을 회전 제거하고, 추가로 3시간 동안 신선한 메탄올에 침지하고, 이어서 20분간 원심분리하였다. 그 후, 75분, 하룻밤, 및 30분의 침지 시간과 각각의 침지 후 20분의 원심분리를 갖는 3회 교환 동안 건조 N,N-다이메틸아세트아미드 (DMAc)로 용매 교환 공정을 반복하였다.

이어서, DMAc-습윤 샘플 및 와트만 여과지 대조군을 40 mL 신틸레이션 바이알로 옮겼다. 20 mg의 임플란트 잔존 함량 샘플을 또한 40 mL 신틸레이션 바이알에 칭량하여 넣었다. 이들 각각에, DMAc 중 8% 염화리튬의 용액 2 mL 및 교반 막대를 첨가하였다. 샘플을 3일 동안 실온에서 교반하였고, 그 후 4℃ 냉장고에 추가로 3일 동안 넣어 두었다. 천연 셀룰로오스 및 와트만 여과지 대조군은 완전히 용해되었다. 산화된 셀룰로오스 샘플은 수많은 겔-유사 입자를 갖는 혼탁한 용액을 형성하였다. 임플란트 잔존 함량 샘플은 대부분 용해되었으나, 원래의 샘플의 매우 작은 백분율은 용해되지 않았다.

천연 셀룰로오스 및 산화된 셀룰로오스 용액을 14 mL의 DMAc로 희석하였다. 와트만 셀룰로오스 대조군 및 임플란트 잔존 함량 샘플을 30 mL의 DMAc로 희석하였다. 희석된 용액을 추가로 1일간 대략 4℃에서 보관한 후에, 0.45 μm 기공 크기 PTFE 시린지 필터를 통해 GPC 오토샘플러 바이알 내로 여과하였다. 여과 후에, 하기 표 5에 열거된 파라미터 하에서 각각의 샘플 용액의 중복 GPC 주입을 수행하였고, 이중 각도 광산란(dual-angle light scattering)을 사용하여 분자량을 계산하였다.

각각의 샘플의 중복 주입에 대해 분자량 평균(Mn, Mw, Mz) 및 다분산도 (Mw/Mn)가 표 6에서 제공되어 있다. 모든 샘플의 분자량 분포 플롯을 비교하며 도 10에 그래프로 도시한다. 광산란 분자량 계산에 사용된, DMAc 중 셀룰로오스의 비굴절률 증분 (dn/dc) 값은 와트만 여과지 대조군의 중복 주입에 대한 RI 검출기 피크 면적으로부터 추산하였다. 박테리아 셀룰로오스 샘플은 와트만 여과지 (면 셀룰로오스)와 동일한 dn/dc 값을 갖는 것으로 생각되었다.

방사선량 및 시험관 내 분해

4개의 셀룰로오스 몸체를 다양한 방사선량에 노출시키고, 이어서 0.3 M 과요오드산염, 40℃, 3시간으로 산화시켰다. 산화를 겪은 후에, 샘플의 시험관 내 분해율 (7일)을 측정하였다.

셀룰로오스 몸체를 스테리제닉스(Sterigenics) (미국 노스캐롤라이나주 샬롯 소재)로 보내어 다양한 선량에서 방사선 노출을 겪게 하였다. 엑셀(ExCell)(등록상표) 시스템, 고정밀도, 저부피 조사기를 사용하여 샘플에 감마 방사선을 조사하였다. 각각의 방사선 노출은 약 20 kGy 내지 약 26.5 kGy의 범위로 샘플을 조사하도록 의도하였다. 각각의 처리에 대한 실제 선량 수준은 약 23 kGy인 것으로 측정되었다. 그 후에, 0.3 M 과요오드산염을 사용하여 40℃에서 3시간 동안 샘플을 산화시켰다. 도 11은 방사선 노출 및 후속 산화 후에 4개의 샘플의 평면도이다. 샘플 1(41)은 조사하지 않았다. 샘플 2(42)는 23 kGy의 선량에서 1회 처리에 노출시켰다. 샘플 3(43)은 각각 23 kGy의 선량에서, 2회 개별 처리에 노출시켰다. 샘플 4(44)는 각각 23 kGy의 선량에서, 3회 개별 처리에 노출시켰다. SBF 조건에서 55℃에서 1주일 동안 이전에 기재된 바와 같이, 시험관 내 분해에 대해 샘플을 측정하였다. 표 7은, 시험관 내 분해 시험의 시작 전, 샘플 중량, 표면적, 및 셀룰로오스 함량과 함께, SBF 조건에서 1주일 후 각각의 샘플에 대한 샘플 분해의 측정된 %를 나타낸다.

도 11에 나타난 바와 같이, 증가된 방사선이, 산화 후 샘플의 건조 중량 및 크기에 영향을 줄 수 있지만, 표 7에서 알 수 있는 바와 같이, 전반적인 분해의 상응하는 변화는 없었다. 임의의 특정 이론에 의해 구애됨이 없이, 방사선은 시험된 샘플에서 아마도 다음 2가지를 야기한 것으로 여겨진다: (1) 자유 라디칼의 형성으로 인해 사슬 절단이 일어나며, 이는 셀룰로오스의 평균 분자량을 감소시킴, 그리고 (2) 자유 라디칼이 셀룰로오스 구조의 가교결합을 촉진함. 그러므로, 사슬 절단이 아마도 지배적인 메커니즘이지만, 다양한 기하학적 형태의 작은 가교결합된 분자의 형성이 또한 아마도 일어나며, 이는 추가적인 분해가 일어나는 것을 방지할 수 있다.

또한, 임의의 특정 이론에 의해 구애됨이 없이, 증가된 방사선 노출로 인한 셀룰로오스 샘플의 분자량의 저하는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 산화된 셀룰로오스 샘플의 크기 증가를 가져올 수 있는 것으로 여겨진다. 추가로, 방사선의 결과로 일어나는 임의의 사슬 절단은 셀룰로오스 사슬의 길이를 감소시키며, 이는 산화 동안 샘플이 수축하는 것을 방지한다. 더 긴 사슬 길이를 갖는 비-조사된 셀룰로오스 샘플은 아마도 산화 절차에 의해 영향을 받는다.

시험관 내 연구

생체 내 연구는, 각각이 상이한 산화 프로파일을 갖는, 본 발명에 따른 4가지의 조사되고 산화된 셀룰로오스 임플란트 (TD 1- TD 4로 확인됨)의 생체 내 분해율 및 안전성/생체적합성을 평가하고, 이를 1) 구매가능한 가교결합된 소 힘줄 콜라겐 - CD 1로 확인됨 - , 및 2) 천연 미생물 셀룰로오스 - CD 2로 확인됨 - 와 비교하였다. 본 발명에 따른 4가지의 임플란트의 산화 프로파일은 하기와 같았다: 55% 산화 프로파일을 갖고, 0.4 M 과요오드산염, 40℃, 3시간에서 산화시킨 TD 1; 84% 산화 프로파일을 갖고, 0.4 M 과요오드산염, 40℃, 4시간에서 산화시킨 TD 2; 50% 산화 프로파일을 갖고, 0.3 M 과요오드산염, 40℃, 3시간에서 산화시킨 TD 3; 및 94% 산화 프로파일을 갖고, 0.3 M 과요오드산염, 40℃, 5시간에서 산화시킨 TD 4. 생체 내 연구에서 사용한 모든 TD 샘플은 본 명세서에 설명한 공정에 따라 산화시키기 전에 조사하였다.

17마리의 수컷 뉴질랜드 화이트(New Zealand White) 토끼 (연구 프로토콜당 16마리의 연구 동물 + 1마리의 여분의 동물)를 연구하였다. 16마리의 연구 동물을 각각 4마리의 동물의 4개의 군 중 하나에 할당하였다. 토끼 모델에서 피하 이식에 의해 임플란트들을 전부 임플란트하고, 이식 후 2, 4, 12 및 26주에 평가하였다. 각각의 동물은 각각의 6개의 물질 중 하나를 받아들였는데, 토끼의 등의 개별적인 피하 포켓들 (등쪽 중심선의 양측에 3개씩) 내로 이식하였다. 각각의 토끼에서 각각의 상이한 임플란트의 위치는 미리 결정된 이식 매트릭스에 따라 무작위화하였다. 천근막(superficial fascia)을 하부 조직(underlying tissue)으로부터 떨어져 뭉툭하게 절단하여, 시험 또는 대조군 장치 (천연 미생물 셀룰로오스 및 재흡수성 콜라겐)를 수용하기에 충분히 깊은 피하 포켓을 생성하였다. 각각의 시험 장치 또는 대조군 장치를 위치시킨 후에, 한 쌍의 소형 스킨 스테이플을 사용하여 상기 장치의 위치를 표시하고, 절개 부위에 가장 가까운 시험 또는 대조군 장치의 두 모서리에 위치시켰지만, 물질과 관련시키지는 않았다. 이식 후 임플란트 이동을 방지하기 위하여 한 쌍의 4-0 프롤렌(Prolene) 봉합사를 사용하여 임플란트를 하부 피하 조직에 고정하였다.

4마리의 토끼를 안락사시키고 각각의 상이한 4가지 시점에 제한된 부검을 실시하였다: 이식 수술 후 2주, 4주, 12주 또는 26주. 부검은, 제한된 조직 수집물 (임플란트 주변 조직에 의해 둘러싸인 임플란트의 작동 부위로부터의 수집물로 이루어짐)을 사용한, 이식 부위 및 임플란트 주변 조직의 총체적 관찰(gross observation)로 제한하였다. 각각의 측정 기간 (2주, 4주, 12주 또는 26주) 동안 각각의 부위에서의 임플란트의 분해를 기록하였으며 각각 표 8 내지 표 12에서 하기에 나타나있다.

대조군 임플란트는 어떠한 염증 징후도 나타내지 않았다. 2주 후에, 모든 시험 물질 임플란트 주위에서 약간의 총체적 염증(gross inflammation)이 나타났는데, TD4 주위에서의 양이 가장 적었다. 4주 후에는 모든 시험 물질 부위에서 염증이 다소 증가하였는데, TD4 주위에서 가장 많은 염증이 관찰되었다. 12주에는, 모든 부위에서의 염증이 2주에 관찰된 것과 유사하였는데, TD4 주위에서 가장 적은 양이 관찰되었다. 26주에는 어떠한 임플란트 주위에서도 염증이 관찰되지 않았다. 어떠한 시점에서도 감염은 관찰되지 않았다. 한 마리의 동물에서 TD2 임플란트 부위가 감염 가능성을 나타내었으나, 현미경으로 검사했을 때, 감염의 증거 또는 박테리아 콜로니의 증거가 없었다. 아마도 12주 후의 천연 미생물 셀룰로오스 임플란트 주위를 제외하고는, 어떠한 임플란트 주위에서도 섬유증은 총체적으로 거의 또는 전혀 관찰되지 않았다. 26주에, 가교결합된 소 힘줄 콜라겐 부위는 존재하지 않았기 때문에 그를 제외하고는, 모든 임플란트 주위에서 약간의 섬유증이 관찰되었다. 2주에 한 마리의 동물의 TD2 임플란트 부위 주위에서 작은 혈청종이 나타났다. 다른 부위들은 어떠한 시점에서도 혈청종을 포함하지 않았다.

한 마리의 동물이 TD2 임플란트 부위 근처의 혈종 분해 가능성의 증거를 가졌으며, 두 마리의 동물이 TD4 임플란트와 관련하여 혈종 분해 가능성의 증거를 가졌는데, 모두 2주 후였다. 이들은 아마도 외과 수술 자체로 인한 것이었다. 4주 후에, 작은 혈종이 한 마리의 토끼에서는 CD1 임플란트 부위에, 다른 한 마리의 동물에서는 TD2 부위에서, 한 마리의 동물에서는 TD3 부위에서, 그리고 또 다른 한 마리의 동물에서는 TD4 부위에 존재하였다. 모든 경우에, 이들은 아마도 유치 봉합사(stay suture)의 배치의 결과였다. 12주 또는 26주 중 어느 것에서도 혈종이 전혀 관찰되지 않았다.

총체적 혈관 형성 (만성 염증의 징후)이 또한 초기의 시점에는 드물게 관찰되었으나, 12주 및 26주 시점에는 증가하여 26주에 최대로 되는 경향이 있었다. 총체적 혈관 형성은 2주에 TD1 임플란트 주위에서 가장 현저하였으며 TD3 임플란트 주위에서 가장 덜 현저하였다. 총체적인 혈관 형성은 2주 및 4주에 대조군 임플란트 주위에서는 전혀 관찰되지 않았지만, 12주 후에는, 특히 천연 미생물 셀룰로오스 임플란트 주위에서, 명백하였다. 가교결합된 소 힘줄 콜라겐 및 모든 시험 물질 임플란트 부위는 또한 12주 후에 약간의 총체적 혈관 형성을 나타내었다. 26주에는 전혀 존재하지 않는 가교결합된 소 힘줄 콜라겐 부위를 제외하고는, 총체적 혈관 형성이 모든 부위에서 거의 동일하게 존재하였다.

시험 물질 TD1의 대표적인 부검 이미지가 도 12a 내지 도 12f에 나타나있다. 도 12a는 피하 포켓 내의 위치에 배치 직후 제1 강성 상태의 임플란트의 실시 형태를 나타낸다. 배치 후에, 임플란트는 주변 조직으로부터 물을 흡수하여 제2 수화 상태로 급속하게 변이되며, 후속적으로 정합되고, 도 12b에 나타낸 바와 같이 조직 표면에 부착된다. 수화 후에 임플란트는 반투명성을 나타내며 하부 조직과 거의 구별할 수 없음에 주목하여야 한다. 도 12c는 이식 2주 후의 임플란트를 나타내는데, 이때 임플란트는 분명하게 더 얇았다. 도 12d는 이식 4주 후의 임플란트를 나타내는데, 이때 임플란트는 하나의 상대적으로 큰 조각을 남기고 적당히 분해되었다. 도 12e는 이식 12주 후의 임플란트를 나타내는데, 이때 임플란트는 심하게 분해되었으며, 조직이 변색되었고, 남아있는 분해된 임플란트의 부분은 매우 확산되고 얇았다. 도 12f는 이식 26주 후의 임플란트를 나타내는데, 이때 임플란트는 심하게 분해되었으며; 남아있는 임플란트의 부분은 매우 확산되고 얇았다. 유치 봉합사가 보이며, 화살표는 확산된 작은 면적의 변색을 나타내는데, 이는 남아있는 TD1 임플란트 재료의 파편을 나타낼 수 있다.

천연 미생물 셀룰로오스 임플란트는 전체 연구 기간에 걸쳐 분해의 징후를 전혀 나타내지 않았다. 다른 한편, 2주에 약간의 분해를 나타낸, 가교결합된 소 힘줄 콜라겐은 4주에는 상당히 분해되었으며, 12주 및 26주에는 본질적으로 존재하지 않았다. 모든 시험 장치가 모든 시점에서 현저한 분해를 나타내었으나, 흥미롭게도, 초기에는 급속하게 분해되는 것으로 나타났지만, 계속해서 그만큼 급속하게 분해되지는 않았다. 생체 내 연구는, 2주에, TD1 및 TD3이 가장 급속한 분해를 나타낸 것으로 보였음을 나타내었다. 4주 후에, TD1, TD2 및 TD3의 분해는 유사하였지만, TD4는 더 적은 분해를 나타내었다. 12주에는, TD2, TD3 및 TD4의 분해가 유사하였지만, TD1은 어떠한 다른 시험 장치보다도 상당히 더 분해된 것으로 보였다. 26주에, 가교결합된 소 힘줄 콜라겐은 존재하지 않았고, 모든 시험 장치의 약간의 잔류물이 여전히 존재하였으며 (조직 변색의 형태로), 천연 미생물 셀룰로오스는 이식된 그대로 여전히 존재하였다.

가속화된 시험관 내 분해 연구 동안, 상기 생체 내 연구에서 이전에 시험한 샘플들 (TD1-TD4)에 대하여 유사한 거동이 관찰되었다. 존슨 앤드 존슨의 서지셀(등록상표)의 대조 샘플에 대한 TD1-TD4의 시험관 내 연구는 55℃에서 SBF (pH=7.4)에서의 처음 48시간의 인큐베이션에 걸쳐, 조사되고 산화된 셀룰로오스 샘플의 매우 빠른 초기 분해를 나타냈다. 도 13은 시험관 내 연구의 분해 결과를 그래프로 나타낸다. 이 연구는, TD1-TD4에 있어서, 이러한 빠른 분해가 72 내지 96시간에 안정화되어 평탄역을 달성함을 나타냈다.

생체 내 임플란트 부위로부터 수집한 조직 샘플들을 10% 중성 완충 포르말린 (NBF)에서 고정시키고, 임플란트 부위의 대략 중심부를 통하여 섹션들을 취하고, 파라핀 내에 매립시켰다. 헤마톡실린 및 에오신 (H & E) 염색 및 쉬프(Schiff) 염색 (PAS)을 수행하였다. PAS 염색을 이용하여 알데하이드 (산화된 셀룰로오스)의 존재를 평가하였다. 모든 슬라이드를 조사하고, 2개 위원회 공인된 수의학적 병리학자(two board certified veterinary pathologist)가 재검토하였다. 시험 및 대조 장치에 대한 조직 반응의 평가 - 혈관 형성, 섬유증 및 면역 반응의 정도에 대한 스코어링을 포함함 - 및 임플란트 부위에서의 조직의 자극의 정도에 대한 스코어링을 문헌[ISO 10993 (2007), part 6, annex E guidelines for evaluation of local biological effects after implantation]에 따라 실시하였다.

현미경 평가에 의하면, TD1 및 TD4는 12주까지 주목할 만한 재료 손실을 나타냄이 나타났으며, 이는 분해 면에서 가교결합된 소 힘줄 콜라겐과 비견되었다. TD2 및 TD3은 임플란트의 손실이 지연되었으며, 주목할 만한 손실은 26주 시점까지는 일어나지 않았다. 천연 미생물 셀룰로오스 임플란트는 전체 연구 기간에 걸쳐서 거의 없음 내지는 전혀 없음의 분해 징후를 나타냈다.

임플란트 재료에 대한 염증 반응은 외래체 반응과 일치하였는데, 이는 가변적인 수의 대식세포, 외래체 거대 세포 및 최소 내지 약간의 수 (1 내지 2의 스코어)의 호중구를 특징으로 한다. 호산구는 드물지 않았으며, 혈장 세포는 좀처럼 드물게 보였다. 일반적으로 섬유증은 좁은 밴드 내지 중간 정도로 두꺼운 밴드로 이루어졌는데, 이는, 천연 미생물 셀룰로오스를 제외하고는, 12주에 임플란트 주위의 섬유 피막 형성의 증가를 제시하였다. 총 자극도 스코어를 전체 염증 반응 (x 2), 혈관 분포, 및 섬유증 병상 스코어의 합계로부터 계산하였다. 총 자극도 스코어를 사용하여 자극 상태에 대한 하기 중증도 등급을 결정하였다:

- 비자극성 (0.0 내지 2.9)

- 약간 자극성 (3.0 내지 8.9)

- 중등도의 자극성 (9.0 내지 15.0)

- 중증도의 자극성 (>15.0)

평균 등급의 자극 스코어들은, 각각의 시험 장치로부터 CD1 또는 CD2 중 어느 하나에 대한 평균 자극도 스코어를 제함으로써 각 시점에서 각각의 시험 장치에 대하여 계산하고, 조직의 스코어링에 대한 문헌[ISO 10993, part 6, Annex E (informative) "Examples of evaluation of local biological effects after implantation"]에 기재된 지침을 기초로 하였다. 하기 표 12 및 13은 각각 대조 CD1 및 CD2 각각에 대한 샘플들의 평균 자극도 스코어를 나타낸다.

TD4에의 염증 반응 (대식세포 및 거대 세포의 수를 포함함)이 모든 시험 재료의 초기 시점에서 가장 중요하였다. 이들 발견은 매우 신속하게 흡수되는 재료와 일치한다. 12주 및 26주에, 대식세포 및 거대 세포는 다시 모든 시험 재료에 대하여 지배적이지만, 최고 스코어는 TD2에 근접하는 것으로, 그리고 더욱 적은 경우에, TD3에 근접하는 것으로 관찰되었다. 이러한 발견은 이들 재료가 TD4 재료보다 더 서서히 재흡수되고 있음을 나타낸다.

4가지의 시험 재료를 대조 임플란트 (천연 미생물 셀룰로오스 및 가교결합된 소 힘줄 콜라겐)와 비교하였으며, 이는 2, 12 또는 26주에 비자극도이거나 또는 약간의 자극도인 것으로 여겨졌다. 단지 4주 시점에서, TD1 및 TD4가 천연 미생물 셀룰로오스와 비교할 때 중등도의 자극도인 것으로 여겨졌다.

본 발명을 몇몇 실시 형태에 따라 기재하였지만, 예를 들어 첨부된 특허청구범위에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고서 다양한 변화, 치환 및 변경이 본 발명에서 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명의 범주는 본 명세서에 개시된 공정, 제조, 물질의 조성물, 방법 및 단계들의 특정 실시 형태들에 한정되는 것으로 의도되지 않음을 알아야 한다. 예를 들어, 달리 나타내지 않으면, 일 실시 형태에 따른 상기에 기재된 다양한 특징이 다른 실시 형태 내에 포함될 수 있다. 더욱이, 당업자가 본 발명의 개시 내용으로부터 쉽게 알게 되는 바와 같이, 본 명세서에 기재된 상응하는 실시 형태와 사실상 동일한 기능을 수행하거나 또는 사실상 동일한 결과를 성취하는, 현재 존재하거나 또는 이후에 개발될 공정, 제조, 물질의 조성물, 방법 또는 단계가 본 발명에 따라 이용될 수 있다.

당업자라면, 광범위한 범주의 첨부된 특허청구범위로부터 벗어나지 않고서 본 발명의 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있음을 알 것이다. 이들 중 일부는 상기에 논의되어 있으며, 다른 것은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims

생체 재료(biomaterial) 전구체 반응성 혼합물로서,
(a) 조사된(irradiated) 셀룰로오스, 및
(b) 산화제
의 반응성 혼합물을 포함하며;
상기 반응성 혼합물의 반응 생성물은 비발열성 재흡수성 생체 재료인, 생체 재료 전구체 반응성 혼합물.
제1항에 있어서, 상기 조사된 셀룰로오스는 미생물-유래된 셀룰로오스인, 생체 재료 전구체 반응성 혼합물.
제2항에 있어서, 상기 미생물-유래된 셀룰로오스는 글루콘아세토박터 자일리누스(Gluconacetobacter xylinus)로부터 유래된, 생체 재료 전구체 반응성 혼합물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응 생성물은 약 20% 내지 약 70%의 범위의 산화도를 갖는, 생체 재료 전구체 반응성 혼합물.
조직 대체 또는 증강용 임플란트(implant)로서,
조사된 셀룰로오스와 산화제의 반응에 의해 형성된, 조사되고 산화된 셀룰로오스의 다공성 몸체(porous body)를 포함하며, 상기 몸체는 이종성 3차원 피브릴 네트워크(fibrillar network)를 형성하는, 조직 대체 또는 증강용 임플란트.
제5항에 있어서, 상기 임플란트는 제1 강성 상태를 갖는, 조직 대체 또는 증강용 임플란트.
제6항에 있어서, 상기 임플란트는 제2 수화 상태를 가지며, 상기 임플란트는 생체적합성 유체에 의한 수화 시에 상기 제1 강성 상태로부터 상기 제2 수화 상태로 전이되는, 조직 대체 또는 증강용 임플란트.
제7항에 있어서, 상기 수화된 상태의 상기 임플란트의 표면은 해부학적 표면에 정합성(conformable)인, 조직 대체 또는 증강용 임플란트.
제8항에 있어서, 상기 해부학적 표면은 연조직의 표면인, 조직 대체 또는 증강용 임플란트.
제9항에 있어서, 상기 연조직은 경막 조직인, 조직 대체 또는 증강용 임플란트.
제7항에 있어서, 상기 수화 상태의 상기 임플란트의 표면은 이차적인 의료 장치의 표면에 정합성인, 조직 대체 또는 증강용 임플란트.
제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 몸체는 유사 체액(simulated body fluid; SBF) 조건 하에서 1주 후 약 0% 내지 90%의 범위의 시험관 내 분해 프로파일(in vitro degradation profile)을 갖는, 조직 대체 또는 증강용 임플란트.
제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 몸체는 SBF 조건 하에서 4주 후 약 20% 내지 80%의 범위의 시험관 내 분해 프로파일을 갖는, 조직 대체 또는 증강용 임플란트.
제5항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임플란트의 수분 보유능(water holding capacity; WHC)은 7.0 이상이며, 상기 산화제의 농도는 대략 0.3 M 이상인, 조직 대체 또는 증강용 임플란트.
제5항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임플란트는 소정 표면적 및 수분 보유능(WHC)을 가지며, 상기 WHC:표면적의 비는 2.7:1 이상인, 조직 대체 또는 증강용 임플란트.
제5항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임플란트는 활성제를 위한 스캐폴드(scaffold) 또는 담체(carrier)인, 조직 대체 또는 증강용 임플란트.
제16항에 있어서, 상기 활성제는 상기 다공성 몸체 내에 함침되는, 조직 대체 또는 증강용 임플란트.
제16항에 있어서, 상기 활성제는 상기 임플란트의 표면 상에 코팅되는, 조직 대체 또는 증강용 임플란트.
제16항에 있어서, 상기 활성제는 골수, 자가이식편(autograft), 골유도성(osteoinductive) 소분자들, 골형성(osteogenic) 재료, 줄기 세포들, 골형성 단백질(bone morphogenic protein)들, 항균제들, 인산칼슘계 세라믹 및 이들의 혼합물들 및 블렌드(blend)들로 이루어진 군으로부터 선택되는, 조직 대체 또는 증강용 임플란트.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임플란트는 상기 수화된 상태에서 실질적으로 반투명한, 조직 대체 또는 증강용 임플란트.
산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법으로서,
(a) 셀룰로오스의 몸체를 조사하여 조사된 셀룰로오스의 몸체를 형성하는 단계, 및
(b) 상기 조사된 셀룰로오스의 몸체와 산화제를 반응시켜 산화된 셀룰로오스의 몸체를 형성하는 단계를 포함하며;
상기 산화된 셀룰로오스의 몸체는 비발열성이고, 다공성이고, 재흡수성인, 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법.
제21항에 있어서, 상기 조사된 셀룰로오스의 몸체를 적어도 부분적으로 탈수시키는 단계를 추가로 포함하는, 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법.
제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 산화된 셀룰로오스의 몸체를 적어도 부분적으로 탈수시키는 단계를 추가로 포함하는, 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법.
제22항에 있어서, 상기 조사된 셀룰로오스의 몸체를 탈수시키는 상기 단계는 상기 셀룰로오스 몸체를 기계적으로 압착(press)함으로써 실시되는, 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법.
제23항에 있어서, 상기 산화된 셀룰로오스의 몸체를 탈수시키는 상기 단계는 초임계 이산화탄소를 이용하는 임계점 건조(critical point drying)에 의해 실시되는, 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법.
제21항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화제는 메타과요오드산염, 차아염소산염, 중크롬산염, 과산화물, 과망간산염 또는 이산화질소로 이루어진 군으로부터 선택되는, 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법.
제21항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화제는 메타과요오드산나트륨인, 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법.
제27항에 있어서, 상기 셀룰로오스 및 메타과요오드산염은 1:1 내지 약 1:160의 셀룰로오스:메타과요오드산염의 몰비 범위로 반응하는, 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법.
제28항에 있어서, 상기 셀룰로오스 및 메타과요오드산염은 1:1 내지 약 1:120의 셀룰로오스:메타과요오드산염의 몰비 범위로 반응하는, 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법.
제21항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화제는 상기 반응물 중 약 0.05 M 내지 약 0.5 M의 농도 범위를 갖는, 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법.
제21항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화제는 상기 반응물 중 약 0.2 M 내지 0.4 M의 농도 범위를 갖는, 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법.
제21항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화제 및 상기 셀룰로오스를 약 0.1시간 내지 약 24시간 동안 반응시키는, 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법.
제21항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화제 및 상기 셀룰로오스를 약 0.1시간 내지 약 6시간 동안 반응시키는, 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법.
제21항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화된 셀룰로오스의 몸체는 상기 산화제와 상기 조사된 셀룰로오스 사이의 1시간의 반응 후 약 25% 이상의 산화도를 갖는, 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법.
제21항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화된 셀룰로오스의 몸체는 상기 산화제와 상기 조사된 셀룰로오스 사이의 2시간의 반응 후 약 40% 이상의 산화도를 갖는, 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법.
제21항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화된 셀룰로오스의 몸체는 상기 산화제와 상기 조사된 셀룰로오스 사이의 반응 후 약 20% 내지 약 70%의 산화도를 갖는, 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법.
제21항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조사 단계는 약 10 kGy 내지 약 100 kGy의 범위의 조사를 포함하는, 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법.
제21항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조사 단계는 약 20 kGy 내지 약 40 kGy의 범위의 조사를 포함하는, 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법.
제21항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조사 단계는 γ-방사선의 투과를 포함하는, 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법.
제21항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 셀룰로오스의 몸체, 상기 조사된 셀룰로오스의 몸체 또는 상기 산화된 셀룰로오스의 몸체 중 어느 하나를 하나 이상의 활성제와 접촉시키는 단계를 추가로 포함하는, 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법.
제21항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조사 단계는 단지 1회 선량의 방사선을 포함하는, 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법.
제21항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조사 단계는 5회 이하의 선량의 방사선을 포함하는, 산화된 셀룰로오스의 몸체를 제조하는 방법.