KR20160098343A - 조직표면 및 재료의 부착 방법 및 이의 생물의학적 용도 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조직표면 및 재료의 부착 방법 및 이의 생물의학적 용도에 관한 것이다. 특히 본 발명은 나노입자 층을 제1 조직표면 및 제2 조직표면 중 적어도 하나 상에 흡착시키는 단계, 및 표면들을 표면들이 서로 부착되도록 하는데 충분한 시간동안 근접시키는 단계를 포함하는, 이를 필요로 하는 개체에서 제1 조직표면을 제2 조직표면에 부착하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 나노입자 층을 재료 및/또는 생물학적 조직의 표면상에 흡착시키는 단계, 및 재료 및 생물학적 조직을 재료 및 생물학적 조직이 서로 부착되도록 하는데 충분한 시간동안 근접시키는 단계를 포함하는, 이를 필요로 하는 개체에서 재료를 생물학적 조직에 부착하는 방법과 관련된다.

Description

조직표면 및 재료의 부착 방법 및 이의 생물의학적 용도{METHODS FOR ADHERING TISSUE SURFACES AND MATERIALS AND BIOMEDICAL USES THEREOF}

본 발명은 조직표면 및 재료의 부착 방법 및 이의 생물의학적 용도에 관한 것이다.

다수의 조직 접착제가, 국소적 상처 폐쇄, 수술용 봉합사 또는 스테이플(staple)의 보충 또는 대체, 합성 재료를 생물학적 조직에 부착, 및 약물 전달을 포함하는, 다양한 의료 시술 및 적용에서 사용되어 왔다. 상기 성분은 카테터 또는 바늘 주입에 적당한, 안정한 액체 단량체성 형태로부터 중합되어 고체 침전물을 형성하는 능력을 특징으로 한다.

가장 널리 사용되는 조직 접착제는 일반적으로 지혈 또는 내부 유체-정체 장치로서 사용하기에는 적합하지 않은데, 그 원인은 일반적으로 약한 독성 및 해당 분야에서 쉽게 제조되고 적용되기가 불가능하다는 점과 관련된다. 접착제의 좋은 예로 시아노아크릴레이트 계열의 국소적 피부 접착제, 예컨대 Dermabond™, Indermil™, Liquiband™ 등이 있다. 시아노아크릴레이트의 공기에 노출되었을 때 빠른 활성화적 특징은 시아노아크릴레이트-기초 제품을 활성 지혈 분야 드레싱(dressing)에 사용하기에 부적합하게 만들고, 젖은 표면에 결합할 수 없는 점은 내부 지혈 또는 유체-정체 용도로는 부적합하게 만든다.

내부 유체-정체(fluid stasis) 용도로 의도되는 현존 제품들은 또한 중대한 문제점을 가진다. BioGlue™ (Cryolife Inc.)는 강한 접착제 및 봉인제이나, 독성이 있고 고도의 신경독성 성분인 글루타르알데히드에 의해 가교된 알부민을 함유한다. 또 다른 봉인제로 폴리에틸렌 글리콜 (PEG)로 구성된 CoSeal (Baxter)이 있다. 이는 무독성이긴 하지만, 약한 접착제 강도만을 가져, 이의 적용이 크게 제한된다. 젤라틴은 다양한 상처 드레싱에 사용되어 왔다. 젤라틴 젤은 비교적 낮은 융점을 가지기 때문에, 이들은 체온에서 매우 불안정하다. 따라서, 단백질 사슬 사이에 가교를 구성함으로써 상기 젤을 안정화시키는 것이 반드시 필요하다. 실제로, 이는 보통 젤라틴을 글루타르알데히드 또는 포름알데히드로 처리함으로써 수득 된다. 따라서, 가교된 젤라틴은 출혈이 있는 상처에서 지혈을 유도하기에 유용한 건조 스펀지로서 제작될 수 있다. 이러한 스펀지의 통상 이용가능한 예에는 Spongostan (Ferrosan, Denmark), Gelfoam (Upjohn, USA), 및 Surgifoam (Ethicon. Somerville, NJ)가 포함된다. 상기 스펀지의 주요한 단점은 사용되는 가교제 (포름알데히드 또는 글루타르알데히드)가 세포에 독성이 있다는 점이다.

따라서, 전술된 단점 중 하나 이상을 극복하는 개선된 접착 방법을 제공하는 것이 매우 요망된다.

본 발명은 조직표면 및 재료의 부착 방법 및 이의 생물의학적 용도에 관한 것이다. 특히 본 발명은 청구항에 의해 정의된다.

봉합사는 연 결합 조직, 예컨대 간 또는 폐에 대해 외상성(traumatic)이다. 중합체 조직 접착제는 중합 또는 가교 반응의 복잡한 생체 내 통제가 필요하고, 독성이며, 신체의 젖은 상태에서 약하거나 또는 비효율적이다. 본원에서, 본 발명자들은 나노브릿지를 형성하는(nanobridging) Stober 실리카 또는 철 옥사이드 나노입자를 사용하는 수성 나노입자 용액에 의한 부착이, 래트 내 생체 내에서, 피부 및 간과 같이 상이한 조직 내의 깊은 상처에 대해 빠르고 강한 폐쇄 및 치유를 달성하는데 사용될 수 있다는 것을 입증한다. 나노입자는 또한, 심지어 간 절제 후 발생하는 것과 같은 혈류의 존재 하에서도 중합체 멤브레인을 조직에 고정하여, 1분 내에 영구적으로 지혈하는데 사용되었다. 게다가, 의료 장비 및 조직 엔지니어링 구조물은 박동하는 심장과 같은 기관에 대하여 안전하였다. 나노브릿지 보드(nanobridging bode)의 단순성(simplicity), 신속성(rapidity), 및 강건성(robustness) 은 임상 적용, 수술 및 재생 의학으로의 중개(translation)에 적합하다.

본 발명은 나노입자 층을 제1 조직표면(tissue surface) 및 제2 조직표면 중 적어도 하나 상에 흡착시키는 단계, 및 상기 표면들을 표면들이 서로 부착되도록 하는데 충분한 시간동안 근접시키는 단계를 포함하는, 이를 필요로 하는 개체 내에서 제1 조직표면을 제2 조직표면에 부착시키는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방법은 임의의 개체에 수행될 수 있다. 개체는 바람직하게는 포유류, 더욱 바람직하게는 영장류, 여전히 더욱 바람직하게는 인간이다. 개체는 남성 (수컷) 또는 여성 (암컷) 일 수 있고, 태내 (즉, 자궁 내), 신생아, 유아, 미성년, 청소년, 성인, 및 노인을 포함하는 임의의 연령일 수 있다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 피부 조직, 모발 조직, 손톱 조직, 각막 조직, 혀 조직, 구강 조직, 식도 조직, 항문 조직, 요도 조직, 질 조직, 요로 상피 조직, 침샘 조직, 젖샘 조직, 눈물샘 조직, 땀샘 조직, 전립선 조직, 요도구선 조직, 바르톨린선(Bartholin's gland) 조직, 자궁 조직, 호흡기 및 위장관 배상 세포 조직, 위점막 조직, 위샘 조직, 췌장 조직, 비장 조직, 폐 조직, 뇌하수체 조직, 갑상선 조직, 부갑상선 조직, 정소 조직, 난소 조직, 호흡샘 조직, 위장샘 조직, 부신 조직, 신장 조직, 간 조직, 지방 조직, 도관 세포 조직, 담낭 조직, 부고환(epidydimal) 조직, 수정관 조직, 혈관 조직, 림프샘 조직, 림프관 조직, 활액 조직, 장막 조직, 편평 조직, 달팽이관 조직, 맥락망막 조직, 상의 조직, 경막 조직, 연질-거미막 조직, 공막 조직, 망막 조직, 홍채 조직, 섬모 조직, 치아 조직, 귀 조직, 인대 조직, 힘줄 조직, 탄성 연골 조직, 섬유연골 조직, 유리질 연골 조직, 골수 조직, 추간판 조직, 치밀뼈 조직, 해면 뼈 조직, 골격근 조직, 심근 조직, 평활근 조직, 심장 판막 조직, 위심(pericardial) 조직, 흉막 조직, 복막 조직, 혈액 세포 조직, 뉴런 조직, 교질 조직, 감각 변환 세포 조직, 통증 민감성 조직, 자율 뉴런 조직, 말초 신경계 조직, 뇌 신경 조직, 눈 렌즈 조직, 생식 세포 조직, 흉선 조직, 태반 조직, 태막 조직, 탯줄 조직, 줄기세포 조직, 중배엽 조직, 외배엽 조직, 내배엽 조직, 자가 조직, 동종이식 조직 또는 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 조직표면에 적용된다.

본 발명은 또한 나노입자 층을 재료 및/또는 생물학적 조직의 표면상에 흡착시키는 단계, 및 재료 및 생물학적 조직을 재료 및 생물학적 조직이 서로 부착되도록 하는데 충분한 시간 동안 근접시키는 단계를 포함하는, 이를 필요로 하는 개체내에서 재료를 생물학적 조직에 부착시키는 방법에 관한 것이다.

본원에서 사용되는 바와 같은, 용어 "재료(material)"는 연구 목적, 진단 목적, 및 치료 목적을 포함하나 이에 제한되지 않는 임의의 목적을 위해, 조직에 부착시키는데 사용될 수 있는 임의의 재료를 나타낸다. 통상적으로 재료는 천연 재료 또는 인공 재료 (즉, 인간이 만든 재료) 이다. 재료는 다소(less or more) 고체이고, 다소 유연할 수 있고, 팽창하는 능력을 가질 수 있다.

일부 구현예에서, 재료는 인공 재료이다. 통상적으로 재료는 멤브레인, 스캐폴드 재료, 필름, 시트, 테이프, 패치, 메시(mesh) 또는 의료 장비(medical device)로 이루어지는 군에서 선택된다.

일부 구현예에서, 재료는 생체적합성 재료이다. 본원에서 사용되는, 용어 "생체적합성" 은 일반적으로 살아있는 조직에 손상, 독성 또는 면역 반응을 발생시키지 않는 속성 또는 특징을 갖는 것으로 정의된다. 따라서, 재료는, 개체 내 재료의 이식에 대하여 손상, 독성 또는 면역학적 반응, 예컨대 이물질 반응 또는 염증 반응 (특히 과도한 염증 반응)을 실질적으로 유발하지 않는다.

일부 구현예에서, 재료는 생체분해성이다. 본원에서 사용되는, 용어 "생체분해성"은 생체흡수성(bioabsorbable) 및 생체재흡수성(bioresorbable) 재료 모두를 포함하는 것으로 정의된다. 특히, "생체분해성"은, 재료가 신체 조건(예를 들어, 효소적 분해 또는 가수분해) 하에서 분해되거나 또는 구조적 온전성(integrity)을 잃거나 또는 신체 내의 생리학적 조건하에서 (물리적으로 또는 화학적으로) 파괴되어 분해 산물이 신체에 의해 배출가능하거나 흡수가능한 것을 의미한다.

본 발명에 따르면, 재료의 외부 표면은 본 발명의 나노입자를 흡착하는 역량을 가져야만 한다. 특히, 재료의 적어도 하나의 표면, 또는 이의 일부는 극성이다. 일부 구현예에서, 재료는 금속, 유리 또는 중합체로 만들어진다.

통상적으로 재료는 임의의 생체적합성 중합체로 제조될 수 있다. 생체적합성 중합체는 합성 또는 천연일 수 있다. 생체적합성 중합체는 생체분해성, 비-생체분해성 또는 생체분해성과 비-생체분해성의 조합일 수 있다.

단독으로 또는 합성 중합체와 함께 사용될 수 있는 대표적 천연 생체분해성 중합체에는 다당류, 예컨대 알지네이트(alginate), 덱스트란, 키틴, 히알루론산, 셀룰로오스, 콜라겐, 젤라틴, 푸칸, 글리코사미노글리칸(glycosaminoglycan), 및 이들의 화학적 유도체 (화학적 작용기 예를 들어, 알킬, 알킬렌의 치환 및/또는 부가, 히드록실화, 산화, 및 당업자에 의해 통상 행해지는 다른 개질); 및 단백질, 예컨대 알부민, 카제인, 제인(zein), 실크, 및 이들의 공중합체 및 블렌드가 비제한적으로 포함된다.

사용될 수 있는 합성적으로 개질된 천연 중합체에는 셀룰로오스 유도체, 예컨대 알킬 셀룰로오스, 히드록시알킬 셀룰로오스, 셀룰로오스 에테르, 셀룰로오스 에스테르, 니트로셀룰로오스, 및 키토산이 비제한적으로. 적합한 셀룰로오스 유도체의 예로 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 히드록시프로필 셀룰로오스, 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스, 히드록시부틸 메틸 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 프로피오네이트, 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프탈레이트, 카르복시메틸 셀룰로오스, 셀룰로오스 트리아세테이트, 및 셀룰로오스 술페이트 나트륨 염이 포함된다. 이들은 본원에서 총괄하여 "셀룰로오스" 로서 언급된다.

사용하기에 적합한 대표적 합성 생체분해성 중합체에는 락톤 단량체로부터 제조되는 폴리히드록시 산, 예컨대 글리콜라이드, 락타이드, 카프로락톤, ε-카프로락톤, 발레로락톤, 및 δ-발레로락톤, 뿐 아니라 플루로닉, 카르보네이트 (예를 들어, 트리메틸렌 카르보네이트, 테트라메틸렌 카르보네이트, 등); 디옥사논 (예를 들어, 1,4-디옥사논 및 p-디옥사논), 1 ,디옥세파논 (예를 들어, 1,4-디옥세판-2-온 및 1,5-디옥세판-2-온), 및 이의 조합이 포함되나 이에 제한되지 않는다. 이로부터 형성된 중합체는 폴리락타이드; 폴리(락트산); 폴리글리콜라이드; 폴리(글리콜산); 폴리(트리메틸렌 카르보네이트); 폴리(디옥사논); 폴리(히드록시부티르산); 폴리(히드록시발레르산); 폴리(락타이드-코-(s-카프로락톤-)); 폴리(글리콜라이드-코-(8-카프로락톤)); 폴리카르보네이트; 폴리(슈도 아미노산); 폴리(아미노산); 폴리(히드록시알카노에이트); 폴리알킬렌 옥살레이트; 폴리옥사에스테르; 폴리무수물; 폴리오르토 에스테르; 및 공중합체, 블록 공중합체, 단독중합체, 블렌드, 및 이의 조합을 포함한다.

적합한 비-생체흡수성 재료의 일부 비-제한적인 예에는 폴리올레핀, 예컨대 혼성 배열성(atactic), 동일 배열성(isotactic), 규칙배열성(syndiotactic)을 포함하는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 및 이들의 블렌드; 폴리에틸렌 글리콜; 폴리에틸렌 옥사이드; 초고분자량 폴리에틸렌; 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체; 폴리이소부틸렌 및 에틸렌-알파 올레핀 공중합체; 불소화 폴리올레핀, 예컨대 플루오로에틸렌, 플루오로프로필렌, 플루오로PEGS, 및 폴리테트라플루오로에틸렌; 폴리아미드, 예컨대 나일론 및 폴리카프로락탐; 폴리아민; 폴리이민; 폴리에스테르, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트; 지방족 폴리에스테르; 폴리에테르; 폴리에테르-에스테르, 예컨대 폴리부트에스테르; 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜; 1,4-부탄디올; 폴리우레탄; 아크릴 중합체 및 공중합체; 모드아크릴; 비닐 할라이드 중합체 및 공중합체, 예컨대 폴리비닐 클로라이드; 폴리비닐 알코올; 폴리비닐 에테르, 예컨대 폴리비닐 메틸 에테르; 폴리비닐리덴 할라이드, 예컨대 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 폴리비닐리덴 클로라이드; 폴리아크릴로니트릴; 폴리아릴에테르케톤; 폴리비닐 케톤; 폴리비닐 방향족, 예컨대 폴리스티렌; 폴리비닐 에스테르, 예컨대 폴리비닐 아세테이트; 비닐 단량체와 서로의 및 올레핀과의 공중합체, 예컨대 에틸렌-메틸 메타크릴레이트 공중합체, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체, ABS 수지, 및 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체; 알키드 수지; 폴리카르보네이트; 폴리옥시메틸렌; 폴리포스파진; 폴리이미드; 에폭시 수지; 아라미드, 레이온; 레이온-트리아세테이트; 스판덱스; 실리콘; 및 이의 조합이 포함된다.

일부 구현예에서, 재료는 조직 엔지니어링(tissue engineering)을 위한 생물의학적 보철(prostheses) 및 스캐폴드로서 사용되는 직포 또는 부직포 직물을 포함한다. 이들은 그 특성이 생체분해성이거나 생체분해성이 아닐 수 있고, 작은 공극 크기, 높은 다공성 및 높은 표면적을 갖도록 하는 전자스피닝(electrospinning)을 포함하는 수 많은 제조 방법에 의해 획득된다.

일부 구현예에서, 재료는 메시(mesh), 특히 수술용 메시이다. 본원에서 사용되는, 용어 "메시"는 비치는(openwork) 직물 또는 구조를 갖는 임의의 요소를 포함하도록 의도되고, 와이어(wire)-유사 분절(segment)의 상호연결된 네트워크, 제거되는 재료의 다수의 구멍 및/또는 부분을 갖는 재료의 시트, 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 본원에서 사용되는 바와 같은, 용어 "수술용 메시"는 수술 시술에서 사용하기에 적합한 메시, 예컨대, 예를 들어, 복부 벽에 봉합을 필요로 하지 않는 메시에 사용된다. 복부, 골반, 또는 흉부 조직의 약화된 영역을 강화시키기 위해, 또는 손상되거나 수술적으로 제거되지 않는 내부 구조 연 조직의 일부를 대체하기 위해 사용되는 수술용 메시는 또한, 항-접착 특성을 갖도록 제조될 수 있다. 수술용 메시 약물 용출 전달 장치(surgical mesh drug eluting delivery devices)는 본원에 기재된 바와 같은 의료 장비 및 내부 조직에 인접하여 위치하는 약물 용리 메시 랩(wrap) 이식물과 함께 제공되는 하나 이상의 치료제를 포함할 수 있다. 메시는 생체흡수성 접착 코팅 및 필름이 없이 제조된 다양한 단일 층, 다중층, 및 3-차원 배열 내에서 이용가능하다. 메시는 합성된 비-흡수가능 중합체 재료, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 및 폴리프로필렌으로 가장 빈번하게 구성되고, 치료제가 부착되거나, 내부에 혼입된, 또는 코팅된 운반체를 포함할 수 있다. 탈장 복구 및 복부 벽 재구성에 대해 통상적으로 4가지 상이한 재료 그룹이 이용된다: PP, PTFE, ePTFE 및 폴리에스테르 (POL) (Yilmaz Bilsel, Ilker Abci The search for ideal hernia repair; mesh materials and types International Journal of Surgery 10 (2012) 317e321). PP 는 교대하는(alternating) 메틸 잔기가 있는 탄소 원자의 소수성 중합체이다. 상기 재료는 유연하고, 강하고, 쉽게 절단되고, 주위 조직에 의해 쉽게 통합되고 감염에 저항성이다. 단일필라멘트 특성은 관다발(fibrovascular) 내성장(ingrowth), 감염 저항성 및 개선된 준수성(compliance)을 용이하게 하는 큰 공극을 제공한다. PP 는 메시 탈장 복구(mesh hernia repair)에서 가장 인기있는 재료로 남아있다. PTFE 는 높은 음전하를 갖는 화학적으로 비활성인 합성 플루오로중합체로, 따라서 물 및 오일이 이에 부착되지 않는다. 상기 재료는 인간 조직 내로 도입되지 않고 캡슐화된다. 열악한 조직 도입은 탈장 재발을 증가시키고 감염된 PTFE 메시가 외식(explant)되어야 한다. PTFE는 미세공극성(microporous)이어서 박테리아 통과는 가능하나, 대식세포 통과는 억제된다; 따라서 신체는 감염을 배제할 수 없다. 8 및 9 PTFE 가 개선되기 위해 확장되었고, 이것은 ePTFE 라고 불리는 개선된 강도를 가진 균일한, 섬유성 및 마이크로 공극 구조가 되게 된다. 비록 이것이 조직 내로 도입되지 않고 높은 혈청종 형성 발생률이 있음에도, ePTFE 는 비활성으로 남아있고, 염증 영향을 거의 유발하지 않아, 이것을 내장에 직접 둘 수 있게 한다. POL 은 테레프탈산의 탄소 중합체이고, 보철 메시로 직조되기에 적합한 강한 섬유로 제작될 수 있다. 이것은 친수성 재료이고 가수분해에 의해 분해된다. 상기 수술 적용을 위한 메시 구조는 신체 내의 국부적 치료 전달을 위한 약물 용출 전달 장치로서 담당한다. 운반체 및 또는 코팅을 수술용 메시 상에 직접적으로 부착시키는 것은 필름의 단점, 즉, 체액과 접촉하였을 때 찢김, 접힘 및 급속한 용해, 및 부착 또는 고정 수단의 결여가 없이 장치를 조작하는 것을 쉽게 만든다. 비-흡수가능 메시 구조는 일반적으로 생체-흡수성 또는 생체-분해성 중합체 필름보다 설치 동안 더 많은 취급 강도 및 방향적 배치 통제를 제공한다.

일부 구현예에서, 재료는 이식물(implant)이다. 이식물의 사용을 용이하게 하기 위해 정기적인 개선이 이루어지고 있다. 이것은 플러그 기법을 위한 상이한 기법에 채택되는 프리폼 또는 프리컷 이식물 (4D Dome®; Ultrapro Plug®, Perfix plug®); 정삭의 통과를 허용하는 상이한 프리-컷 보형물 (Lichtenstein 기법); 프리-복막 기법을 위해 서혜부의 해부적 윤곽을 추정하는 메시 (예, Swing Mesh 4A®, 3D Max®) 를 포함한다. 특히, 이식물은 그의 이식을 용이하게 하도록 디자인된다. 자가-접착제 커버로 공급되는 이식물 (예시: Swing Contact®, Adhesix®, Progrip®) 또는 열-유도 스테이플로 공급되는 이식물 (예시: Endorollfix®); 이동 가능성을 이론적으로 제한하는 3-차원 이식물 (예시: UHS®, Ultrapro®, 3D patch®, PHS®); 복강경 조작에 채택되는 이식물, 예를 들어, 투관침 내의 통과를 용이하게 하도록 미리-롤링된 이식물 (예시: Endoroll®), 또는 미리-삽입된 기점(cardinal point) 봉합이 있는 이식물 (예시: Parietex®) 이 적합할 수 있다.

일부 구현예에서, 재료는 생체보철(bioprosthesis)이다. 복부 벽 수술에 사용되는 생체보철은 동물 (돼지 (피부 또는 창자 점막) 또는 소 (심막) 기원 (망상 또는 아님)로부터의 이종 보철물) 또는 인간 (동종) 조직 유래이다. 이들은 숙주 조직에 의한 보철물의 통합 및 세포 콜로니화를 향상시키기 위해, 탈세포화 (decellularization), 멸균 및 바이러스 불활성화에 의해 제조된 유형 I, III 또는 IV 콜라겐 매트릭스 뿐 아니라 멸균된 무세포성 (acellular) 엘라스틴으로 구성된다. 시판 예에는 Tutopatch®, SIS®, Tissue Science® 공정, Surgiguard®, Strattice®, CollaMend®, Permacol®, Surgisis®, XenMatrix®, Veritas® (비-망상의 소 위심 생체보철), Protexa (돼지 피부), Alloderm®, Flex HD® Acellular Hydrated Dermis 및 AlloMax™ (이전의 Neoform™) (인간 피부 유래의 무세포성 콜라겐 매트릭스) 가 포함되나 이에 제한되는 것은 아니다.

일부 구현예에서, 재료는 정형외과 이식물(orthopaedic implant)이다. 통상적으로, 정형외과 이식물에는 보철 무릎, 엉덩이, 어깨, 손가락, 팔꿈치, 손목, 발목, 손가락 및 척추 요소가 포함되나 이에 제한되는 것은 아니다.

특히, 재료는 상처 피복 재료, 상처 보철 재료, 상처 치유 재료, 수술-후 접착-방지 재료 또는 지혈 상처 드레싱이다. 특히 재료는 개체에 치료적 이점을 제공할 것인 이식가능한 재료이다. 특히, 재료는 다중-층 구조이다.

일부 구현예에서, 재료는 멤브레인이다. 특히, 멤브레인의 두께는 적용에 따라 달라질 수 있으나, 통상적으로 약 0.5 mm 내지 약 8 mm 의 범위일 것이고, 가능한 범위는 약 2 mm 내지 약 5 mm 이고, 약 3 mm 의 두께가 하나의 가능성이다. 일부 구현예에서, 멤브레인은 임의의 재료로 제조될 수 있으나, 멤브레인은 통상적으로 콜라겐 섬유 멤브레인이다.

일부 구현예에서, 재료는 소장 점막하조직 (Small Intestine Submucosa: SIS) 재료이다. SIS 는 게다가 상처 치유 치료에 사용되는데, 특히 창상절제되고 세척된 개방 상처 위에 직접적으로 SIS 의 층을 적용한다. SIS 는 광범위한 해부학적 결함 및 외상성 손상을 복구하고, 지지하고 안정화하는데 사용되는 천연 무세포성 생체재료로서 기재되어 있다. SIS 재료는 인간 연 조직에 이식되었을 때 이의 숙주의 품질을 모델로 한 돼지 소장 점막하조직으로부터 유래되는 조직 조작된 콜라겐 매트릭스이다. 게다가, SIS 재료가 숙주 세포를 끌어들이고 조직 리모델링을 지지하는 3-차원 구조 및 생화학적 조성을 갖는 천연 스캐폴드-유사 매트릭스를 제공하는 것으로 교시된다.

일부 구현예에서, 재료는 스캐폴드(scaffold), 특히 히드로겔 스캐폴드이다. 본 발명의 방법은 게다가 조직 엔지니어링(tissue engineering)에 특히 적합하다. 조직 엔지니어링은 일반적으로 이식에 적합한 스캐폴드 상에 또는 내에 세포의 파종에 의한 조직 또는 기관 등가물의 창출로서 규정된다. 스캐폴드는 생체적합성이어야만 하고, 세포는 이들이 조직 또는 기관 등가물을 형성하게 하도록 스캐폴드 상에 부착되고 증식할 수 있어야만 한다. 상기 스캐폴드는 따라서 시험관 내 또는 생체 내의 세포 성장에 대한 기질로서 고려된다. 이상적인 생체적합성 스캐폴드의 속성은 세포 성장을 시험관 내 또는 생체 내로 지지하는 능력, 광범위한 세포 유형 또는 계통의 성장을 지지하는 능력, 요구되는 다양한 정도의 유연성 또는 강성을 부여하는 능력, 다양한 정도의 생분해성을 갖는 능력, 2 차 손상을 유발하지 않으면서 생체 내에서 의도되는 부위 내로 도입하는 능력, 및 원하는 작용 부위에 대한 약물 또는 생리활성 성분의 전달을 위한 비히클 또는 저장소로서 담당하는 능력을 포함한다. 히드로겔은 이들이 많은 조직의 세포외 매트릭스와 구조적으로 유사하고, 종종 비교적 온화한 조건 하에서 프로세싱될 수 있고, 최소한의 침습적 방식으로 전달될 수 있기 때문에 매력적인 스캐폴드 재료를 나타낸다. 따라서, 고도로 수화된 중합체 재료 (30 중량% 초과의 물 함량) 의 계열인 히드로겔은, 약물 및 성장 인자 전달, 조작 조직 대체물, 및 다양한 기타 적용을 위한 스캐폴드 재료로서 이용된다.

통상적으로 다양한 합성 및 천연 유래의 재료가 조직 엔지니어링 스캐폴드를 위한 히드로겔을 형성하는데 사용될 수 있다. 합성 재료는 폴리(에틸렌 옥사이드) (PEO), 폴리(비닐 알코올) (PVA), 폴리(아크릴산) (PAA), 폴리(프로필렌 푸마레이트-코-에틸렌 글리콜) (P(PF-co-EG)), 폴리펩티드, 폴리(히드록시에틸 메타크릴레이트) (PHEMA), 폴리(2-아크릴아미도-2-메틸프로판술폰산) (PAMPS), 폴리(아크릴아미드) (PAAm), 폴리(에틸렌옥사이드) (PEG), 폴리(N-이소프로필아크릴아미드) (PNIPAM), 시클로덱스트린-계 폴리록타산 겔 (CD-PR), 단백질-그래프트된 히드로겔, 펩티드-그래프트된 히드로겔, DNA-그래프트된 폴리아크릴아미드, 테트라-아민-말단 PEG (TAPEG), 테트라-NHS-글루타레이트-말단 PEG (TNPEG), 테트라히드록실-말단 PEG (THPEG), 폴리(디메틸아크릴아미드-코-아크릴아미드), 폴리(에틸렌 옥사이드-stat-프로필렌 옥사이드) (sPEGPPG), 폴리(메틸 메타크릴레이트) 및 폴리(메타크릴산) 3-블록 공중합체 및 이중 네트워크 (DN) 또는 반-상호침투 네트워크 (IPN) 예컨대 광중합된 PEG-디아크릴레이트 (PEG-DA), PEG 및 광가교가능 4-아지도벤조산-개질 키토산 (Az-C), 메타크릴레이트 (MA) 및 알데히드 (AD) 로 이관능화된 젤라틴 및 덱스트란의 IPN (Dex-MA-AD), 폴리(에틸렌 글리콜)/폴리(아크릴산) (PEG/PAAc), 폴리(에테르-우레탄)/폴리(메틸-메타크릴레이트) (PEU/PMMA), 아가로오스/폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트, 개질 히알루로난/폴리(N,N'-디메틸아크릴아미드) (PHA/PDMAAm), 해파리/폴리아크릴아미드 (JF/PAAm), 폴리(비닐 알코올) PVA/PEG, 폴리(에틸렌 글리콜) (PEG)/폴리디메틸실록산 (PDMS) (PEG/PDMS), 폴리(아크릴산)/폴리(비닐알코올), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티펜) (PEDOT)/PAMPS/PAAm, 폴리(에틸렌 옥사이드-프로필렌 옥사이드) (sPEOPO) 를 포함한다.

대표적인 자연 유래 중합체는 아가로오스, 알지네이트, 키토산, 콜라겐, 피브린, 젤라틴, 및 히알루론산 (HA), 덱스트란, 키토산, 카라기난을 포함한다. 특히 임의의 유형의 다당류가 사용될 수 있다. 예를 들어, 적합한 다당류에는 덱스트란, 아가, 알긴산, 히알루론산, 이눌린, 풀루란, 헤파린, 푸코이단, 스클레오글루칸, 커들란, 전분, 셀룰로오스 및 이의 혼합물이 포함되나 이에 제한되는 것은 아니다. 원하는 다당류를 제조하는데 사용될 수 있는 단당류에는 리보오스, 글루코오스, 만노오스, 갈락토오스, 프룩토오스, 소르보오스, 소르비톨, 만니톨, 이디톨, 둘시톨 및 이의 혼합물이 포함되나 이에 제한되는 것은 아니다. 많은 상기 화합물은 Sigma-Aldrich (St. Louis, Michigan, US) 와 같은 회사에서 시판된다. 다당류에 대한 바람직한 중량-평균 분자량은 약 10,000 Daltons 내지 약 2,000,000 Daltons, 더욱 바람직하게는 약 10,000 Daltons 내지 약 500,000 Daltons, 가장 바람직하게는 약 10,000 Daltons 내지 약 200,000 Daltons 이다.

일부 구현예에서, 다공성 재료 (예를 들어, 히드로겔) 는 WO2009047346A1 에 기재된 방법에 따라 또는 WO2009047347A1 에 기재된 방법에 따라 제조된다.

일부 구현예에서, 재료 (예를 들어, 히드로겔) 는 다공성이다. 통상적으로, 재료 (예를 들어, 히드로겔) 의 평균 공극 크기는 약 100 nm 내지 약 500 μm 이다. 공극 밀도는 약 4% 내지 약 25% 이다.

일부 구현예에서, 생물학적 활성제는 재료 (예를 들어, 히드로겔) 내에 도입될 수 있다. 적합한 활성제는 성장 인자, 예컨대 형질전환 성장 인자 (TGFs), 섬유모세포 성장 인자 (FGFs), 혈소판 유래 성장 인자 (PDGFs), 표피 성장 인자 (EGFs), 결합 조직 활성화된 펩티드 (CTAPs), 골형성 인자, 및 이러한 성장 인자의 생물학적 활성 유사체, 분절 및 유도체를 포함한다. 다기능성 조절 단백질인 형질전환 성장 인자 (TGF) 슈퍼유전자 계열의 일원이 특히 적합하다. TGF 슈퍼유전자 계열의 일원은 베타 형질전환 성장 인자 (예를 들어, TGF-β1, TGF-β2, TGF-β3); 뼈 형태형성 단백질 (예를 들어, BMP-1, BMP-2, BMP-3, BMP-4, BMP-5, BMP-6, BMP-7, BMP-8, BMP-9); 헤파린-결합 성장 인자 (예를 들어, 섬유모세포 성장 인자 (FGF), 표피 성장 인자 (EGF), 혈소판-유래 성장 인자 (PDGF), 인슐린-유사 성장 인자 (IGF)); 인히빈(Inhibins) (예를 들어, Inhibin A, Inhibin B); 성장 분화 인자 (예를 들어, GDF-1); 및 액티빈(Activins) (예를 들어, Activin A, Activin B, Activin AB) 을 포함한다.

상기 논의되는 생물학적 활성제 외에, 다수의 약제가 당업계에 공지되어 있고, 본 발명의 조성물에 사용하기에 적합하다. 용어 "약제" 에는 제한 없이, 의약; 비타민; 미네랑 보충물; 질환 또는 질병의 치료, 예방, 진단, 치유 또는 경감에 사용되는 성분; 또는 신체의 구조 또는 기능에 영향을 주는 성분; 또는 미리결정된 생리학적 환경에 둔 후 생물학적으로 활성이거나 또는 좀 더 활성이 되는 프로-드러그가 포함된다.

유용한 약제의 넓은 분류의 비-제한적인 예에는 하기 치료적 분류: 동화작용제, 제산제, 항-천식제, 항-콜레스테롤증제 및 항-지질제, 항-응고제, 항-경련제, 항-설사제, 항-구토제, 항-감염제, 항-염증제, 항-조울제, 항-구토제, 항-신생물제, 항-비만증제, 항-발열제 및 진통제, 항-경련제, 항-혈전제, 항-요독증제, 항-협심증제, 항히스타민, 항-기침제, 식욕 억제제, 생물학제, 뇌 확장제, 관상동맥 확장제, 충혈완화제, 이뇨제, 진단제, 조혈제, 거담제, 위장 진정제, 혈당상승제, 최면제, 혈당강하제, 이온 교환 수지, 완하제, 미네랄 보충제, 뮤코다당류분해제, 신경근 약물, 말초혈관확장제, 항정신약물, 진정제, 흥분제, 갑상선 및 항-갑상선제, 자궁 이완제, 비타민, 및 프로드러그가 포함된다.

더욱 구체적으로는, 유용한 약제의 비-제힌적인 예에는 하기 치료적 분류: 진통제, 예컨대 비스테로이드성 항-염증 약물, 오피에이트 작용제 및 살리실레이트; 항히스타민, 예컨대 H1-차단제 및 H2-차단제; 항-감염제, 예컨대 구충제, 회충제, 항생제, 아미노글리코시드 항생제, 항진균 항생제, 세팔로스포린 항생제, 마크롤라이드 항생제, 기타 베타-락탐 항생제, 페니실린 항생제, 퀴놀론 항생제, 술폰아미드 항생제, 테트라사이클린 항생제, 항마이코박테리아제, 항결핵 항마이코박테리아제, 항원충제, 항말라리아 항원충제, 항바이러스제, 항-레트로바이러스제, 옴살충제, 및 요로 항-감염제; 항신생물제, 예컨대 알킬화제, 질소 머스타드 알킬화제, 니트로소우레아 알킬화제, 항대사성물질, 퓨린 유사체 항대사성물질, 피리미딘 유사체 항대사성물질, 호르몬성 항신생물제, 천연 항신생물제, 항생체 천연 항신생물제, 및 빈카 알칼로이드 천연 항신생물제; 자율신경제, 예컨대 항콜린제, 항무스카린 항콜린제, 맥각 알칼로이드, 부교감신경흥분제, 콜린성 작용제 부교감신경흥분제, 콜린에스테라아제 억제제 부교감신경흥분제, 교감신경차단제, 알파-차단제 교감신경차단제, 베타-차단제 교감신경차단제, 교감신경흥분제, 아드레날린성 작용제 교감신경흥분제; 심혈관제제, 예컨대 항협심증제, 베타-차단제 항협심증제, 칼슘-채널 차단제 항협심증제, 니트레이트 항협심증제, 항부정맥제, 심장 글리코시드 항부정맥제, 계열 I 항부정맥제, 계열 II 항부정맥제, 계열 III 항부정맥제, 계열 IV 항부정맥제, 혈압강하제, 알파-차단제 혈압강하제, 안지오텐신-전환 효소 억제제 (ACE 억제제) 혈압강하제, 베타-차단제 혈압강하제, 칼슘-채널 차단제 혈압강하제, 중심-작용 아드레날린성 혈압강하제, 이뇨제 혈압강하제, 말초혈관확장제 혈압강하제, 항지혈제, 담즙산 금속이온봉쇄제 항지혈제, HMG-CoA 환원효소 억제제 항지혈제, 근육수축제, 심장 글리코시드 근육수축제, 및 혈전용해제; 피부과제제, 예컨대 항히스타민, 항-염증제, 코르티코스테로이드 항-염증제, 항소양제/국부 마취제, 국소 항-감염제, 항진균성 국소 항-감염제, 항바이러스성 국소 항-감염제, 및 국소 항종양제; 전해질 및 신장제제, 예컨대 산성화제, 알칼리화제, 이뇨제, 탄산 탈수소효소 억제제 이뇨제, 루프 이뇨제, 삼투 이뇨제, 칼륨-절약 이뇨제, 티아지드 이뇨제, 전해질 대체체, 및 요산배설제; 효소, 예컨대 췌장 효소 및 혈전용해 효소; 위장제제, 예컨대 항설사제, 항구토제, 위장 항-염증제, 살리실레이트 위장 항-염증제, 제산제 항-궤양제, 위산-펌프 억제제 항-궤양제, 위점막 항-궤양제, H2-차단제 항-궤양제, 담석파쇄제, 소화제, 구토제, 완하제 및 대변 연화제, 및 프로카이네틱제(prokinetic agents); 일반 마취제, 예컨대 흡입 마취제, 할로겐화된 흡입 마취제, 정맥 마취제, 바르비투레이트 정맥 마취제, 벤조디아제핀 정맥 마취제, 및 오피에이트 작용제 정맥 마취제; 혈액제제, 예컨대 항빈혈제, 조혈 항빈혈제, 응고제, 항응고제, 지혈 응고제, 혈소판 억제제 응고제, 혈전용해 효소 응고제, 및 혈장 부피 팽창제; 호르몬 및 호르몬 개질제, 예컨대 낙태제, 부신제, 코르티코스테로이드 부신제, 안드로겐, 항-안드로겐, 항당뇨병제, 술포닐우레아 항당뇨병제, 항혈당강하제, 경구 피임약, 프로게스틴 피임약, 에스트로겐, 가임제, 자궁수축제, 부갑상선제, 뇌하수체 호르몬, 프로게스틴, 항갑상선제, 갑상선 호르몬, 및 자궁수축억제제; 면역생물학제, 예컨대 면역글로불린, 면역억제제, 톡소이드, 및 백신; 국부 마취제, 예컨대 아미드 국부 마취제 및 에스테르 국부 마취제; 근골격제제, 예컨대 항-통풍 항-염증제, 코르티코스테로이드 항-염증제, 금 화합물 항-염증제, 면역-억제 항-염증제, 비스테로이드성 항-염증 약물 (NSAIDs), 살리실레이트 항-염증제, 골격근 이완제, 신경근 차단제 골격근 이완제, 및 역 신경근 차단제 골격근 이완제; 신경학제제, 예컨대 항경련제, 바르비투레이트 항경련제, 벤조디아제핀 항경련제, 항-편두통제, 항-파킨슨병제, 항-현기증제, 오피에이트 작용제, 및 오피에이트 길항제; 안과용제제, 예컨대 항-글루코마제, 베타-차단제 항-글루코마제, 동공축소 항-글루코마제, 동공확대제, 아드레날린성 작용제 동공확대제, 항무스카린 동공확대제, 안과용 마취제, 안과용 항-감염제, 안과용 아미노글리코시드 항-감염제, 안과용 마크롤라이드 항-감염제, 안과용 퀴놀론 항-감염제, 안과용 술폰아미드 항-감염제, 안과용 테트라사이클린 항-감염제, 안과용 항-염증제, 안과용 코르티코스테로이드 항-염증제, 및 안과용 비스테로이드성 항-염증 약물 (NSAIDs); 항정신약물제제, 예컨대 항우울제, 헤테로시클릭 항우울제, 모노아민 옥시다아제 억제제 (MAOIs), 선택적 세로토닌 재흡수 억제제 (SSRIs), 트리시클릭 항우울제, 항조울증제, 항정신병제, 페노티아진 항정신병제, 항불안제, 진정제, 및 최면제, 바르비투레이트 진정제 및 최면제, 벤조디아제핀 항불안제, 진정제, 및 최면제, 및 정신자극제; 호흡기제제, 예컨대 항기침제, 기관지확장제, 아드레날린성 작용제 기관지확장제, 항무스카린 기관지확장제, 거담제, 뮤코다당류분해제, 호흡기 항-염증제, 및 호흡기 코르티코스테로이드 항-염증제; 독성학제제, 예컨대 해독제, 중금속 길항제/킬레이트제, 성분 남용제, 저지 성분 남용제, 및 금단 성분 남용제; 미네랄; 및 비타민, 예컨대 비타민 A, 비타민 B, 비타민 C, 비타민 D, 비타민 E, 및 비타민 K 가 포함된다.

상기 분류로부터의 유용한 약제의 추가의 구체적인 예에는: (a) 항-신생물제, 예컨대 안드로겐 억제제, 항대사성물질, 세포독성제, 및 면역조절제; (b) 항-기침제, 예컨대 덱스트로메토르판, 덱스트로메토르판 히드로브로마이드, 노스카핀, 카르베타펜탄 시트레이트, 및 클로르페디아놀 히드로클로라이드; (c) 항히스타민 예컨대 클로르페니라민 말레에이트, 페닌다민 타르트레이트, 피릴라민 말레에이트, 독실아민 숙시네이트, 및 페닐톨록사민 시트레이트; (d) 충혈완화제, 예컨대 페닐에프린 히드로클로라이드, 페닐프로판올아민 히드로클로라이드, 슈도에페드린 히드로클로라이드, 및 에페드린; (e) 다양한 알칼로이드, 예컨대 코데인 포스페이트, 술페이트 및 모르핀; (f) 미네랄 보충제, 예컨대 칼륨 클로라이드, 아연 클로라이드, 칼슘 카르보네이트, 마그네슘 옥사이드, 및 기타 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 염; (g) 이온 교환 수지, 예컨대 콜레스트리라민; (h) 항-부정맥제, 예컨대 N-아세틸프로카인아미드; (i) 항발열제 및 진통제, 예컨대 아세트아미노펜, 아스피린 및 이부프로펜; (j) 식욕 억제제, 예컨대 페닐-프로판올아민 히드로클로라이드 또는 카페인; (k) 거담제, 예컨대 구아이페네신; (l) 제산제, 예컨대 알루미늄 히드록시드 및 마그네슘 히드록시드; (m) 생물학제, 예컨대 펩티드, 폴리펩티드, 단백질 및 아미노산, 호르몬, 인터페론 또는 사이토카인, 및 기타 생물활성 펩티드 화합물, 예컨대 돌연변이체 및 유사체를 포함하는 인터류킨 1-18, RNase, DNase, 황체형성 호르몬 방출 호르몬 (LHRH) 및 유사체, 성선자극 방출 호르몬 (GnRH), 형질전환 성장 인자-.베타. (TGF-베타), 섬유모세포 성장 인자 (FGF), 종양 괴사 인자-알파 & 베타 (TNF-알파 & 베타), 신경 성장 인자 (NGF), 성장 호르몬 방출 인자 (GHRF), 표피 성장 인자 (EGF), 섬유모세포 성장 인자 상동 인자 (FGFHF), 간세포 성장 인자 (HGF), 인슐린 성장 인자 (IGF), 침윤 억제 인자-2 (IIF-2), 뼈 형태형성 단백질 1-7 (BMP 1-7), 소마토스타틴, 티모신-알파-1, 감마-글로불린, 과산화물 디스무타아제 (SOD), 보체 인자, hGH, tPA, 칼시토닌, ANF, EPO 및 인슐린; 및 (n) 항-감염제, 예컨대 항진균제, 항-바이러스제, 방부제 및 항생제가 포함된다.

생물학적 활성 성분은 치료적으로 유효한 양으로 사용된다. 생물학적 활성 성분의 유효량은 사용되는 특정 재료에 따라 다를 것이지만, 약 1% 내지 약 65% 의생물학적 활성 성분의 양이 바람직할 수 있다. 더 적은 양이 특정 생물학적 활성 성분에 대한 치료의 효과적인 수준을 달성하는데 사용될 수 있다.

일부 구현예에서, 재료 (예를 들어, 히드로겔) 는 상당한 방사증감제를 포함한다. 방사증감제는 암세포를 방사선 요법의 영향에 좀 더 민감하게 만드는 약물이다. 본 발명에 따라 사용될 수 있을 금속 방사증감제의 비-제한적인 예는 금속, 바람직하게는 비활성 금속, 예컨대 백금, 금, 이리듐, 오스뮴, 팔라듐, 라듐, 아연, 크로뮴, 구리, 은, 코발트, 니켈 및 루테늄을 포함한다. 원자 번호가 클수록, 방사선과의 상호작용이 양호하다. 다른 유용한 금속은, 비록 이들의 작은 원자 번호 때문에 덜 바람직하기는 하지만, 철을 포함한다. 방사증감제의 다른 예에는 메토클로프라미드, 센사미드 또는 뉴센사미드 (Oxigene 에 의해 제조됨); 프로피로마이신 (Vion 에 의해 제조됨); RSR13 (Allos 에 의해 제조됨); Thymitaq (Agouron 에 의해 제조됨), 엑타니다졸 또는 로벤구안 (Nycome 에 의해 제조됨); 가돌리늄 텍사프린 (Pharmacyclics 에 의해 제조됨); BuDR/Broxine (NeoPharm 에 의해 제조됨); IPdR (Sparta 에 의해 제조됨); CR2412 (Cell Therapeutic 에 의해 제조됨); L1X (Terrapin 에 의해 제조됨); 등이 포함되나 이에 제한되지 않는다.

따라서, 상당한 방사증감제를 포함하는 재료 (예를 들어, 히드로겔) 는 방사선요법에 의한 암 치료에 특히 적합하다. 일단 재료 (예를 들어, 히드로겔) 가 암 조직에 부착되면, 방사선요법이 적용될 수 있다. 통상적으로, 암은 유방암, 전립선암, 림프종, 피부암, 췌장암, 대장암, 흑색종, 악성 흑색종, 난소암, 뇌암, 1차 뇌 암종, 머리-목 암, 신경교종, 교아종, 간암, 방광암, 비-소세포 폐암, 머리 또는 목 암종, 유방 암종, 난소 암종, 폐 암종, 소세포 폐 암종, 윌름즈 종양(Wilms' tumor), 자궁경부 암종, 정소 암종, 방광 암종, 췌장 암종, 위 암종, 대장 암종, 전립선 암종, 비뇨생식기 암종, 갑상선 암종, 식도 암종, 골수종, 다발성 골수종, 부신 암종, 신장 세포 암종, 자궁내막 암종, 부신 피질 암종, 악성 췌장 인슐린종, 악성 카르시노이드 암종, 융모암종, 균상식육종, 악성 고칼슘혈증, 자궁경부 과형성, 백혈병, 급성 림프성 백혈병, 만성 림프성 백혈병, 만성 과립구 백혈병, 급성 과립구 백혈병, 급성 골수성 백혈병, 만성 골수성 백혈병, 모발 세포 백혈병, 신경모세포종, 횡문근육종, 카포시(Kaposi's) 육종, 진성다혈구증, 필수 혈소판증가증, 호지킨(Hodgkin's) 질환, 비-호지킨 림프종, 연-조직 육종, 골형성 육종, 1차 마크로글로불린혈증, 및 망막모세포종으로 이루어지는 군으로부터 선택된다.

일부 구현예에서, 다공성 재료 (예를 들어, 히드로겔) 가 다수의 세포와 함께 로딩된다. 다공성의 차이는 또한 상이한 세포 유형의 재료 (예를 들어, 히드로겔)의 적합한 영역으로의 이동을 용이하게 할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 다공성의 차이는 발달/복구/재생하는 조직의 적합한 구조화에 필요한, 재료 (예를 들어, 히드로겔)를 포함하는 세포 유형 중의 적합한 세포-대-세포 연결의 발달을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 세포 과정 확장은 스캐폴드 재료의 가변된 다공성을 통해 좀 더 적당하게 수용될 수 있다. 따라서, 재료 (예를 들어, 히드로겔) 는 임의의 조직의 세포를 포함할 수 있다.

통상적으로, 세포는 재료 (예를 들어, 히드로겔) 상에 파종 된다. 대안적으로는, 재료 (예를 들어, 히드로겔) 는 재료 (예를 들어, 히드로겔)를 통한 세포의 침투를 가능하게 하는데 충분한 양의 시간동안 원하는 세포를 포함하는 배양 용액 내에 침지(submerged)된다. 특히, 재료 (예를 들어, 히드로겔)는 분화 유도 없이 장기간의 시간에 걸쳐 배양물 내의 파종된 세포의 생존능력 및 성장을 지지할 수 있다. 더욱 특히, 본 발명의 재료 (예를 들어, 히드로겔) 는 비자극된 세포 성장에 대한 환경을 제공할 수 있다 (성장 흥분제에 의한 활성화 없이)

일부 구현예에서, 세포는 다능성(pluripotent) 줄기세포 또는 선구자 세포(progenitor cells)이다. 다능성 줄기세포는 내배엽, 중배엽 및 외배엽으로 분화하는 잠재력을 갖는다. 본원에서 사용되는 바와 같은, "다능성"에는 배아 줄기세포 (ESCs), 개질된 성체 줄기 또는 체세포 (ASCs), 즉, 유도된 다능성 줄기세포 (iPSC), 및 매우 작은 배아-유사 줄기세포 (VSELs)를 비롯하여 모든 공급원으로부터의 다능성 줄기세포가 포함된다. 배아 다능성 줄기세포는 통상적으로 배아 발달의 배반포 단계로부터 발생하여, 아마도 태반에 대한 것을 제외하고는 모든 유형의 태아 및 성체 세포로 발달될 능력을 갖는다. 다능성 줄기세포는 다른 공급원, 예컨대 태반으로부터 또는 성체 줄기세포 (ASC) 또는 심지어 성체 체세포의 유전 조작으로부터 인공적으로 생성되어왔다 (즉, 유도된 다능성 줄기세포 (iPSC)). ASC 는 신체 전반에 걸쳐 조직 내에 위치하고, 손상된 또는 성숙한 세포를 대체하는 저장소로서 기능한다. ASC 는 일반적으로 이들의 분화가 이들이 기원하는 기관 시스템의 세포 계통(즉, "다분화능(multipotent)" 줄기세포)으로 제한되어 있지만, 최근의 연구는 성체 조직, 예컨대 골수가 "매우 작은 배아-유사 줄기세포" 또는 "VSEL"로서 불리는 휴면 다능성 줄기세포를 가지고 있을 수 있다는 것을 제안한다.

통상적으로, 다양한 동물 ESC 계통, 예컨대, NIH 승인된 세포주 WA09 인간 ESC 는 WiCell Research Institute, Madison, Wisconsin 에서 구입하여 획득할 수 있다. 본원에서 사용되는 인간 ESC 계통 Ceco-14 는 Cecolfes, Bogota, Colombia 로부터 구입하여 획득할 수 있다. 물론, 다른 배아 줄기세포 계통도 원한다면 사용될 수 있다.

통상적으로, 성체 줄기세포는 임의의 성체 기관, 탯줄 제대혈, 또는 태반을 비롯한 포유류 조직으로부터 단리(isolated)될 수 있다. 성체 줄기세포는 다분화능이지만, 이들은 통상의 기법을 사용하여 다능성 줄기세포 (iPSC.)를 제공하기 위해 조작될 수 있다.

일부 구현예에서, 줄기세포는, 예컨대 제한 없이 인간을 비롯한 설치류, 돼지, 고양이, 개 및 영장류와 같은 포유류로부터 유도될 수 있다.

일부 구현예에서, 본원에서 유용한 다능성 줄기세포는 생존할 수 없다(nonviable). 유리하게는, 생존할 수 없는 줄기세포는 기형종을 형성하지 않는다. 통상적으로, 줄기세포는 조사, 광선요법, 화학적 처리 및/또는 동결건조에 의해 생존할 수 없게 될 수 있다. 생존할 수 없는 다능성 줄기세포의 제조 방법의 선택은 특별히 제한되지는 않지만, 사용되는 방법이 줄기세포의 세포내 내용물을 유지하는데 효과적인 것이 바람직하다.

일부 구현예에서, 재료 (예를 들어, 히드로겔) 는 연골세포; 섬유연골세포; 골세포; 골아세포; 파골세포; 윤활막세포; 골수 세포: 중간엽 세포: 근육 세포: 기질 세포: 줄기세포; 배아 줄기세포; 지방 조직 유래의 전구 세포; 말초 혈액 선구자 세포: 성체 조직으로부터 단리된 줄기세포; 유전학적으로 형질전환된 세포: 연골세포와 다른 세포의 조합; 골세포와 다른 세포의 조합; 윤활막세포와 다른 세포의 조합: 골수 세포와 다른 세포의 조합; 중간엽 세포와 다른 세포의 조합: 기질 세포와 다른 세포의 조합: 줄기세포와 다른 세포의 조합: 배아 줄기세포와 다른 세포의 조합: 성체 조직으로부터 단리된 선구자 세포와 다른 세포의 조합: 말초 혈액 선구자 세포와 다른 세포의 조합: 성체 조직으로부터 단리된 줄기세포와 다른 세포의 조합: 및 유전학적으로 형질전환된 세포와 다른 세포의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 세포와 함께 파종된다.

일부 구현예에서 세포는 원하는 분자, 예컨대 예를 들어 헤파린 결합 성장 인자 (HBGF), 형질전환 성장 인자 알파 또는 베타 (TGF 베타), 알파 섬유모세포 성장 인자 (FGF), 표피 성장 인자 (TGF), 혈관 내피 성장 인자 (VEGF) 및 SDF-1 (이 중 일부는 또는 혈관신생 인자임) 을 발현하기 위해 유전적으로 조작될 수 있다. 또 다른 구현예에서 발현되는 인자에는 호르몬 예컨대 인슐린, 글루카곤 및 에스트로겐이 포함된다. 또 다른 구현예에서, 신경 성장 인자 (NGF) 또는 근육 형태발생 인자 (MMF), 또는 또 다른 구현예에서, TNF 알파/베타와 같은 인자가 발현된다.

일부 구현예에서, 본 발명에 따른 히드로겔은 예를 들어, Chaouat et al. (Chaouat M, Le Visage C, Autissier A, Chaubet F, Letourneur D. The evaluation of a small-diameter polysaccharide-based arterial graft in rats. Biomaterials. 2006 Nov;27(32):5546-53) 에 기재된 바와 같은 절충화된 동맥을 대체하기 위한 혈관 대체물을 제조하는데 적합하다. 이러한 대체물은 주형을 사용함으로써 본 발명의 방법에 따라 제조될 수 있다. 이러한 대체물은 이후 시험관 내 또는 생체 내 혈관을 재구축하기 위한 세포 집단을 포함할 수 있다. 또 다른 구현예에서 세포는 중간엽 줄기세포 (MSC), 내피 선구자 세포 (EPCs), 내피 세포, 섬유모세포 및 평활근 세포를 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.

일부 구현예에서, 본 발명의 재료 (예를 들어, 히드로겔) 는 연골 이식물을 제조하는데 적합하다. 이러한 방식으로, 본 발명의 스캐폴드는 연골세포, 골세포; 골아세포; 파골세포; 혈관 세포 또는 이의 혼합물과 함께 로딩된 후, 본 발명의 나노입자에 의해 복구되어질 연골에 고정될 수 있다.

재료 (예를 들어, 히드로겔) 의 이식 부위는 치료를 필요로 하는 질환/손상된 조직에 따라 다르다. 예를 들어, 관절 연골, 반월판, 및 뼈의 구조적인 결함을 치료하기 위해, 세포-파종된 복합 재료 (예를 들어, 히드로겔) 를 손상된 조직의 복구를 촉진하기 위해 결함 부위에 둔다.

중추 신경계(CNS) 손상의 경우, 재료 (예를 들어, 히드로겔) 는 성체 뉴런 줄기세포, 배아 줄기세포, 교질 세포 및 세르톨리 (Sertoli) 세포의 조합과 함께 파종될 수 있다. 바람직한 구현예에서, 복합 스캐폴드는 뉴런 줄기세포와 조합으로 형질전환된 세포주, 이종이식 또는 동종이계 공급원으로부터 유래된 세르톨리 세포와 함께 파종될 수 있다. 세르톨리 세포는 손상 부위에서의 줄기세포의 첨가 및 후속 이식 전 기간 동안 복합 스캐폴드와 함께 배양될 수 있다. 상기 접근법은 CNS 적용에 대한 세포 요법, 즉 줄기세포의 생존 후 이식의 주요한 장애물 중 하나를 회피할 수 있다. 다수의 세르톨리 세포를 매어두는 복합 스캐폴드는 줄기세포의 생존에 더욱 적합한 환경을 제공할 수 있다.

따라서, 재료 (예를 들어, 히드로겔) 는 인공 조직 또는 기관, 예컨대 인공 혈관, 인공 식도, 인공 신경, 인공 심장, 전립선 심장 판막, 인공 피부, 정형외과 이식물, 인공 근육, 인공 인대, 인공 호흡기 기관 등의 제작을 위한 원료로서 효과적으로 사용될 수 있다. 추가로, 재료 (예를 들어, 히드로겔) 는 다른 유형의 생체재료 상에 또는 내에 조직 또는 기관 유래의 기능적 세포와 함께 블렌딩 또는 도입함으로써 잡종 조직의 형태로 제조될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 세포 기능, 조직 재생 등을 유지하기 위한 다양한 생물의학적 적용을 가질 수 있다.

일부 구현예에서, 상기 기재된 바와 같은 재료 (예를 들어, 히드로겔) 는 상처의 치료에 적합할 수 있다. 상처 치유 재료 (예를 들어, 히드로겔) 는 따라서 상처 치유 속도를 증가시킬 것이다. 치유되어지는 상처는, 예를 들어, 찰과상, 절단, 자상, 절개, 파열, 궤양, 화상, 수술, 총알, 물림, 칼, 또는 근접 폭발 장치 유도된 상처 등을 포함하는 다양한 급성 또는 만성 내부 또는 외부 손상, 질환, 또는 질병의 결과일 수 있다. 상처 치유 재료 (예를 들어, 히드로겔) 는 따라서 상처 치유를 촉진하는데 치료학적으로 유효한 양으로 상처에 봉인(sealed)된다. 상처의 치료를 위한 재료 (예를 들어, 히드로겔) 는 하나 이상의 부가적인 성분 또는 작용제, 예컨대 항생제 또는 기타 항미생물 화합물 또는 작용제 및 상처 치유를 개선하기 위해 공지된 기타 작용제를 추가로 포함할 수 있다.

일부 구현예에서, 상기 기재된 바와 같은 재료 (예를 들어, 히드로겔) 는 연령, 질환, 또는 퇴화를 통해 손상된 심근을 재생시키거나 복구하는데 사용될 수 있다. 심장의 영향을 받은 영역은 예를 들어 심기능에 영향을 주는 심장의 영역을 포함할 수 있다. 단기간 및 또는 장기간 허혈은 근세포 사멸, 조직 경색, 및 수축 기능의 상실을 야기할 수 있다. 예를 들어, 치료되는 영역은 동면 심근으로서 가장 잘 특징화되는 허혈 그늘 또는 영역을 포함할 수 있다. 동면 심근은 심근의 특정 부분이 비정상적인 또는 수축 기능이 없는 것을 나타내나, 천장 (ceil) 은 가시적으로 남아있는 급성 또는 만성 허혈로 인한 상태이다. 따라서 재료 (예를 들어, 히드로겔) 는 예를 들어, 다수의 주요 증상: (i) 급성 심장 마비; (ii) 울혈성 심부전 환자에 대한 요법; (iii) 관상동맥 우회로 이식술을 받은 환자에 대해 추가 질환의 예방; (iv) 전도성 조직 재생; (v) 혈관 평활근 재생; (vi) 판막 재생; 및 (vii) 이식 및 또는 최종 요법에 대한 브릿지로서 이식된 좌심실 보조 장치로부터 환자를 이유함 (wean) 에 대해 심근 재생에서 사용될 수 있다. 심근은 통상 회복 잠재력이 없거나 또는 오로 제한된 회복 잠재력만을 갖는다. 본 발명의 방법에 따르면, 상기 기재된 바와 같은 재료(예를 들어, 히드로겔)는 손상된 심장 조직에 봉인되어(sealed) 개체에서 심근을 재생시킨다. 이와 관련하여, 방법은 상기 기재된 바와 같은 재료 (예를 들어, 히드로겔) 를 본 발명의 나노입자와 함께 심장의 손상된 또는 고령화된 영역에 부착시키는 것을 포함하는 심근의 재생 또는 복구를 제공한다. 본 방법은 따라서 박출률 (EF) 을 개선하는데 및/또는 경색 크기를 감소시키는데 특히 적합하다. 한 접근법에 의해, 상기 기재된 바와 같은 심장의 치료는 추가의 치료가 필요없는 바와 같이 심기능의 상당한 개선을 제공할 수 있다. 또 다른 접근법에 의해, 심장의 치료는 심장 이식을 포함하는 좀 더 근본적인 요법 전에 개체의 생존을 연장할 수 있다.

일부 구현예에서, 재료는 의료 장비(medical device)이다. 의료 장비는 많은 상이한 피하 및 근육하 위치를 포함하는 신체 내의 다양한 위치에 이식될 수 있다.

일부 구현예에서, 의료 장비에는 이식 시 신체의 기능을 감지 및/또는 영향을 주는 및/또는 신체에서 다양한 다른 기능을 실시하기 위해 사용되는 것들이 포함된다. 여기에는 속도 장비, 제세동기, 이식가능한 접근 시스템, 모니터, 신경자극장치를 포함하는 자극장치, 심실 보조 장치, 통증 펌프, 주입 펌프 및 기타 이식가능한 물품 또는 시스템 또는 이의 성분, 예를 들어, 에너지 및/또는 성분을 신체에 전달하고 및/또는 신체의 기능을 모니터링하는 것을 돕기 위해 사용되는 것들이 포함될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 대표적인 예에는 심혈관계 장치 (예를 들어, 이식가능한 정맥 카테터, 정맥 포트, 터널 정맥 카테터, 만성 주입 라인 또는 포트 (간동맥 주입 카테터 포함), 심박조율기 및 심박조율기 접속도선(lead); 신경학적/뇌신경외과적 장치 (예를 들어, 심실 복막 분로(shunt), 심실 심방 분로, 신경 자극장치, 추궁절체술 후 경막외 섬유증을 방지하기 위한 경막 패치 및 이식물, 연속 거미막하 주입을 위한 장치); 위장 장치 (예를 들어, 만성 유치(indwelling) 카테터, 급식 튜브, 포르토전신용(portosystemic) 분로, 복수용 분로, 약물 전달을 위한 복막 이식물, 복막 투석 카테터, 및 수술 접착을 방지하기 위한 현탁액 또는 고체 이식물); 비뇨생식기 장치 (예를 들어, 자궁내 장치 (IUDs) 및 자궁내막 과형성을 방지하기 위한 장치를 포함하는 자궁 이식물, 가역적 불임 장치를 포함한 나팔관 이식물, 나팔관 스텐트, 요실금을 위한 인공 괄약근 및 요도주위 이식물, 수뇨관 스텐트, 만성 유치 카테터, 방광 증대, 또는 정관문합술을 위한 랩 또는 부목, 중심 정맥 카테터; 보철 심장 판막, 안과 이식물 (예를 들어, 다항 이식물 및 혈관신생성 녹내장에 대한 기타 이식물, 익상편에 대한 약물 용출 콘텍트 렌즈, 실패한 누낭비강문합에 대한 부목, 각막 혈관신생성에 대한 약물 용출 콘텍트 렌즈, 당뇨병성 망막증에 대한 이식물, 고위험 각막 장기이식에 대한 약물 용출 콘텍트 렌즈); 달팽이관 이식물; 이비인후과 장치 (예를 들어, 소골 이식물, 경고막 (transtympanic) 배수에 대한 대안으로서의 중이염 또는 만성 이염에 대한 유스타키오관 부목 또는 스텐트); 치아 이식물, 성형외과 수술 이식물 (예를 들어, 유방 이식물 또는 턱 이식물), 카테터 커프(cuff) 및 정형외과 이식물 (예를 들어, 시멘트로 굳힌 정형외과 보철) 이 포함된다. 혈액 pH, 이온 농도, 대사물질 수준, 임상적 화학 분석, 산소 농도, 이산화탄소 농도, 압력, 및 글루코오스 수준과 같은 상태를 모니터링하기 위한 이식가능한 센서도 또한 포함된다. 혈중 글루코오스 수준은 예를 들어, 시각적 센서 및 전기화학적 센서를 사용하여 모니터링될 수 있다.

예를 들어, 심박조율기는 적합한 심장 속도 및 리듬을 유지하는데 사용될 수 있다. 통상적으로 심박조율기는 기절 (졸도), 울혈성 심부전, 비대성 심근증 또는 다른 상태를 치료하기 위해 사용된다. 상이한 유형의 심박조율기에는, 단일 챔버 심박조율기; 이중 챔버 심박조율기; 및 이심실 심박조율기가 포함되지만, 이에 제한되지 않는다.

신체의 하나 이상의 부분에 자극을 제공할 수 있는 다양한 장치가 본 발명에 따라 사용될 수 있고, 이와 관련하여, 상기 장치에 대한 표적화된 이식 위치는 적용에 따라 달라질 것이다. 신경자극, 근육 자극, 위 자극 및/또는 기타 자극은 접속도선 상의 전극을 통해 투여될 수 있으며, 표적 조직, 기관 또는 기타 신체 일부 또는 시스템 내에 또는 그 근처에 위치한다. 예로서, 이식가능한 의료 접속도선은 신경자극의 미주 신경에 대한 전달을 위해서 미주 신경 근처에 위치할 수 있다. 이식가능한 신경촉진장치는 자극, 예를 들어, 전기 신호를, 접속도선을 통해 척추 또는 뇌로 발송하여 통증 및 기타 신경학적 질환을 치료하는데 사용될 수 있다. 위장 상태, 심각한 만성 메스꺼움 및 구토뿐 아니라 비뇨기과 질환도 또한 당업자에 의해 이해되는 적합한 장치를 사용하여 치료될 수 있다. 등, 목 및 척추 통증을 포함하는 만성 통증도 공지된 장치를 사용하여 마찬가지로 치료될 수 있다. 간질 및 파킨슨 질환 및 기타 신경학적 장애와 연관된 미진을 포함하는 본태성 미진은 본 발명에 따라 치료될 수 있다. 약물 또는 기타 전달 시스템이 사용되는 경우, 이들은 통상적으로 성분의 분배를 위해 펌프 및 카테터를 포함한다.

용어 "나노입자" 는 크기가 1 nm 내지 1000 nm, 바람직하게는 2 내지 500 nm, 심지어 더욱 바람직하게는 5 내지 300 nm 인 입자를 의미한다. 대부분의 나노입자의 경우, 나노입자의 크기는 나노입자 내의 2개의 가장 멀리 떨어진 지점들 사이의 거리이다. 이방성 나노입자, 예컨대 튜브 위스커(whiskers) 또는 실린더의 경우, 직경의 크기는 나노입자가 내접하는 가장 작은 실린더의 직경이다. 나노입자 크기는 동적 광 산란 (Dynamic Light Scattering (DLS)), 작은 각도 X-선 산란 (Small Angle X-ray Scattering (SAXS)), 이동성 입자 주사 정립기 (Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS)), 주사 전자 현미경 (Scanning Electron Microscopy (SEM)), 투과 전자 현미경 (Transmission Electron Microscopy (TEM)) 과 같은 상이한 방법에 의해 측정될 수 있다 (Orts-Gil, G., K. Natte, et al. (2011), Journal of Nanoparticle Research 13(4): 1593-1604; Alexandridis, P. and B. Lindman (2000), Amphiphilic Block Copolymers: Self-Assembly and Applications, Elsevier Science; Hunter, R. J. and L. R. White (1987). Foundations of colloid science, Clarendon Press).

일부 구현예에서, 나노입자는 고체 나노입자 중에서 선택된다.

일부 구현예에서, 나노입자는 무기성, 유기성 또는 이들이 혼합될 수 있으며, 코팅되거나 또는 그래프트될 수 있다.

표면상에 흡착되는 나노입자는 상이한 화학적 특성, 상이한 크기, 및/또는 상이한 형상으로 제조될 수 있다.

나노입자는 구형, 바늘, 플레이크, 판상형, 튜브, 섬유, 큐브, 프리즘, 위스커 (whisker) 의 형태일 수 있으나, 불규칙한 형상을 가질 수 있다.

나노입자에는 제한 없이 나노섬유, 나노칩, 나노라텍스, 나노튜브, 확장형 나노입자가 포함된다.

광물 나노입자 중에서, 금속 옥사이드, 알루미나, 실리카, 카올린, 히드록시아파타이트, 칼슘 카르보네이트, 실리케이트, 예컨대 미카 석영, 제올라이트 또는 점토, 예컨대 헥토라이트, 라포나이트, 몬트모릴로나이트, 벤토나이트, 스멕타이트가 언급될 수 있다.

광물 입자는, 금속 입자를 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 금속 입자는 오로지 금속 합금 또는 알칼리 토금속, 전이 금속, 희토 금속으로부터 선택되는 금속, 및 이의 합금으로만 형성된 입자를 포함한다. 일부 구현예에서, 금속은 알루미늄, 구리, 카드뮴, 셀레늄, 은, 금, 인듐, 철, 백금, 니켈, 몰리브덴, 규소, 티타늄, 텅스텐, 안티몬, 팔라듐, 아연, 주석 및 이의 합금일 수 있다. 상기 금속 입자는 이들의 표면에 그래프트된 화학적 잔기를 갖는 또는 이들의 표면상에, 화합물의, 예컨대 유기황 화합물의 자가-어셈블리된 단층을 갖는 금속 유기 개질된 나노입자일 수 있다.

일부 구현예에서, 입자는 금속 옥사이드, 예컨대 철 옥사이드 (FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄), 세륨 옥사이드 (CeO), 알루미나 (Al₂O₃), 지르코늄 옥사이드 (ZrO₂), 티타늄 옥사이드 (TiO₂), 티타네이트 (BaTiO₃, Ba0.5Sr0.5TiO₃, SrTiO₃), 인듐 옥사이드 (In₂O₃), 주석 옥사이드 (SnO₂), 안티몬 옥사이드 (Sb₂O₃), 마그네슘 옥사이드 (MgO), 칼슘 옥사이드 (CaO), 망간 옥사이드 (Mn₃O₄, MnO₂), 몰리브덴 옥사이드 (MoO₃), 실리카 (SiO₂), 아연 옥사이드 (ZnO), 이트륨 옥사이드 (Y₂O₃), 비스무트 옥시클로라이드, 구리 옥사이드 (CuO, Cu₂O) 의 입자일 수 있다.

입자는 금속 카르바이드, 니트라이드, 보라이드, 술파이드 및 히드록시드일 수 있다.

이들은 또한 유기-금속 나노입자일 수 있고: 이들은 유기 재료에 의해 코팅된 또는 그래프트된, 금속 또는 금속 옥사이드, 카르바이드, 니트라이드, 보라이드, 술파이드 및 히드록시드 나노입자이다.

나노입자는 금속 무기염 중에서 선택될 수 있고: 무기염은 바륨 술페이트, 칼슘 카르보네이트, 칼슘 술페이트, 칼슘 포스페이트, 마그네슘 수소 카르보네이트 (당 잔기를 포함함)를 포함한다.

나노입자는 탄소수 8 내지 22의, 바람직하게는 탄소수 12 내지 18의 유기 카르복실산으로부터 유래되는 금속 비누, 예를 들어 아연 스테아레이트, 마그네슘 또는 리튬 스테아레이트, 아연 라우레이트, 마그네슘 미리스테이트 중에서 선택될 수 있다.

나노복합체 입자는 예를 들어 코어/쉘 금속/실리카 나노입자와 같이 본 발명의 범주 내에 포함된다.

입자는 또한 유기성일 수 있다.

입자가 유기성인 경우, 이것은 통상 유기 중합체이다. 유기 중합체는 폴리스티렌, 폴리(비닐 아세테이트), 폴리(메틸스티렌), 폴리(아크릴아미드), 폴리(아크릴로니트릴), 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(부틸 아크릴레이트), 폴리(아크릴산), 스티렌과 C1-C4알킬 (메트)아크릴레이트의 공중합체, 스티렌과 아크릴아미드의 공중합체, 스티렌과 아크릴로니트릴의 공중합체, 스티렌과 비닐 아세테이트의 공중합체, 아크릴아미드와 C1-C4 알킬 (메트)아크릴레이트와의 공중합체, 아크릴로니트릴 및 C1-C4 알킬 (메트)아크릴레이트로부터의 공중합체, 아크릴로니트릴과 아크릴아미드의 공중합체, 스티렌, 아크릴로니트릴 및 아크릴아미드로부터의 삼원중합체, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리(에틸 메타크릴레이트), 공중합체 스티렌/부타디엔, 스티렌/아크릴산, 스티렌/비닐피롤리돈 및 부타디엔/아크릴로니트릴, 또는 메톡시 폴리(에틸렌 글리콜)-폴리(락타이드) 공중합체 (MPEG-PLA) 를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 중합체 입자는 가교될 수 있거나 가교되지 않을 수 있다.

예를 들어, 유기 입자에는 나일론 (예를 들어, ATOCHEM 에서 판매됨), 폴리에틸렌 분말 (예를 들어, PLAST LABOR 에서 판매됨), 폴리-2-알라닌 분말, 폴리플루오린화 분말, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌 (예를 들어, DUPONT DE NEMOURS 에서 판매됨), 아크릴 공중합체 분말 (예를 들어, DOW CHEMICA 에서 판매됨), 폴리스티렌 분말 (예를 들어, PRESPERESE 에서 판매됨), 폴리에스테르 분말, 열가소성 재료 중의 확장된 마이크로구체 (예를 들어, EXPANCEL 에서 판매됨), 규소 수지의 마이크로볼 (예를 들어, TOSHIBA 에서 판매됨), 합성 친수성 중합체 분말, 예컨대 폴리아크릴레이트 (예를 들어, MATSUMOTO 에서 판매됨), 아크릴 폴리아미드 (예를 들어, ORIS 에서 판매됨), 불용성 폴리우레탄 (예를 들어, TOSHNU 에서 판매됨), 셀룰로오스의 다공성 마이크로구체, PTFE (폴리테트라플루오로에틸렌) 의 마이크로입자 또는 나노입자가 포함되나 이에 제한되지 않는다.

일부 구현예에서, 나노입자는 다당류, 즉, 2개 이상의 단당류 단위를 포함하는 분자로 만들어진다. 통상적으로 다당류는 덱스트란, 풀루란, 아가, 알긴산, 히알루론산, 이눌린, 헤파린, 푸코이단, 키토산 및 이의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 특정 구현예에서, 다당류는 풀루란/덱스트란의 혼합물이다. 통상적으로, 풀루란 대 덱스트란의 중량비는 75:25 w/w 이다. 또 다른 구현예에서, 나노입자는 실시예 4 에 기재된 바와 같이 히드록시아파타이트 - 풀루란/덱스트란 다당류로 만들어진다. 통상적으로, 다당류의 나노입자는 WO/2012/028620 에 따라 제조된다.

일부 구현예에서, 나노입자는 무기성이다. 심지어 더욱 바람직하게는, 이들은 점토, 실리케이트, 알루미나, 실리카, 카올린, 탄소 나노튜브 셀룰로오스 나노결정, 히드록시아파타이트, 자성 나노입자, 예컨대 철 옥사이드, 칼슘 카르보네이트, 코어-쉘 입자, 예컨대 철 옥사이드 코어/실리카 쉘 입자로부터 선택된다. 작은 분자 또는 중합체 사슬은 필요한 경우 현탁액 중에 나노입자를 안정화하기 위해 그래프트될 수 있다.

일부 구현예에서, 나노입자의 적어도 하나의 부분은 실리카 나노입자이다.

일부 구현예에서, 나노입자는 직접적으로 이미지화될 수 있는 대조제(constrast agent)로서 작용할 것이다. 구현예는 다양한 적용을 찾을 수 있다. 특히, 대조 나노입자는 재료를 태그할 수 있고 일단 개체 내에 이식되면, 이것은 생체 내에서 이미지화하는 것이 가능할 것이다. 특히 구현예는 구조적 또는 기능적 이미지화 시술을 위한, 예를 들어, 이미지화 지침과 함께 개체 내에 재료를 이식하기 위한, 이식 부위 내의 재료의 유지를 입증하거나 재료의 생분해성이 일어나는 것을 입증하도록 재료의 이식을 뒤따르게 하기 위한 가능성을 제공한다. 특히, 기능장애 또는 시간-제한 만기 때문에 재료가 대체될 경우, 담당의는 이식물을 분석하기 위해 이미지화시킨 다음 최고의 수술적 시술을 선택하는 기회를 가질 것이다. 따라서 나노입자는 이미지화 기법, 예컨대 초음파검사, 탄성초음파영상(elastography), 초음파 횡파 이미지화 (Supersonic Shear Wave Imaging), 자기 공명 이미지화 (Magnetic Resonance Imaging (MRI)), 양전자 방사 단층촬영 (Positron Emission Tomography (PET)), 단일 양자 방출 컴퓨터 단층촬영 (Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT)), 형광 분광학, 컴퓨터 단층촬영, X-선 방사능촬영, 또는 상기 기법의 임의의 조합에 의해 검출가능하다.

일부 구현예에서, 나노입자는 검출가능한 x-선 이미지화인 것으로 디자인된다. 특히, 나노입자는 WO 2006106513 에 기재된 바와 같은 x-선 이미지화를 위한 요오드를 함유하는 코어 및 코어-쉘 나노입자일 수 있다. 예를 들어, 상당한 요오드 함량을 갖는 중합체성 나노입자를 형성하기 위해 요오드-치환된 측면 기를 갖는 비닐 단량체를 중합하는 것이 가능하다.

일부 구현예에서, 나노입자는 자기 공명 이미지화 (Magnetic Resonance Imaging (MRI)) 에 의해 검출가능한 것으로 디자인된다. 핵 자기 공명 (Nuclear Magnetic Resonance (NMR)) 의 적용인 MRI는, 진단 임상 의약 및 생물의학적 연구에서 가장 강력한 비-침습 기법 중 하나로 발전해왔다. MRI 는 잠재적으로 유해한 이온화 방사능에 의존하지 않는다는 장점을 갖는다 (다른 고-품질 이미지화 방법에 비해). 따라서, 일부 구현예에서, 나노입자는 적어도 하나의 상자성(paramagnetic) 금속 이온을 포함한다. MRI에 의해 검출가능한 상자성 금속 이온의 예는 가돌리늄 III (Gd3+), 크로뮴 III (Cr3+), 디스프로슘 III (Dy3+), 철 III (Fe3+), 망간 II (Mn2+), 및 이테르븀 III (Yb3+)이다. 특정의 바람직한 구현예에서, 상자성 금속 이온은 가돌리늄 III (Gd3+)이다. 가돌리늄은 MRI에 대한 FDA-승인된 대조제이다.

일부 구현예에서, 나노입자는 초소형 초상자성(superparamagnetic) 철 옥사이드 (USPIO) 입자로 이루어진다. USPIO 입자는 현재 인간 병리학을 이미지화하기 위한 대조제로서 연구중이다 (C. Corot et al., Adv. Drug Deliv. Rev., 2006, 56: 1472-1504). 이들은 주변 물의 자기 공명 신호의 큰 방해를 제공하는 수천개의 철 원자를 함유하는 결정 철 옥사이드 코어로 구성된다. 양자점 (현재 극도로 민감한 형광 프로브로서 연구 중임)과 같은 다른 유형의 나노입자와 반대로, USPIO 입자는 매우 양호한 생체적합성을 나타낸다. USPIO 입자의 화학적 코팅은 생물학적 매질 중의 이들의 분산을 확보하기 위해 필요하다. 다당류, 예컨대 덱스트란 및 이의 카르복시메틸화 유도체가 현재 코팅으로서 사용된다. USPIO 입자는 당업계에 공지되어 있고 기재되어 있다 (예를 들어, J. Petersein et al., Magn. Reson. Imaging Clin. Am., 1996, 4: 53-60; B. Bonnemain, J. Drug Target, 1998, 6: 167-174; E.X. Wu et al., NMR Biomed., 2004, 17: 478-483; C. Corot et al., Adv. Drug Deliv. Rev., 2006, 58: 1471-1504; M. Di Marco et al., Int. J. Nanomedicine, 2007, 2: 609-622 참고). USPIO 입자는 예를 들어, Sinerem® 및 Combidex® 이라는 상표명으로, AMAG Pharmaceuticals, Inc.에서 시판된다.

일부 구현예에서, 나노입자는 형광 분광학에 의해 검출가능하도록 디자인된다. 본 발명의 실시에서 사용되는 형광 잔기의 호의적인 광학적 특성에는 고 분자 흡수 계수, 고 형광 양자 수율, 및 광안정성이 포함된다. 바람직한 형광 잔기는 가시광선(즉, 400 내지 700 nm) 또는 근적외선 (즉, 700 내지 950 nm)에서 흡수 및 방출 파장을 나타낸다. 특정 형광 잔기의 선별은 진단 방법에서 사용되는 조명 및 검출 시스템의 특징 및 특성에 의해 지배될 것이다. 생체 내 형광 이미지화는 전신의 살아있는 포유류에서 형광단으로부터의 형광 방출을 검출하기 위한 감지 카메라를 사용한다. 살아있는 조직에서의 광자 감쇠를 극복하기 위해, 근적외선 (NIR) 영역 내에 방출이 있는 형광단이 일반적으로 바람직하다 (J. Rao et al., Curr. Opin. Biotechnol., 2007, 18: 17-25). NIR 프로브의 목록은 형광 유기, 무기 및 생물학적 나노입자의 최근의 첨가로 계속 성장하고 있다. 생체 내 형광 이미지화를 위한 이미지화 전략 및 리포터 기법에서의 최근의 진보에는 프로브의 특이성 및 친화성을 개선하고, 향상된 민감성을 위해 표적 부위에서 신호를 조정 및 증폭시키기 위한 신규한 접근법이 포함된다. 추가로 출현중인 개발은 고-해상도, 다중방식 및 일생-기반 생체 내 형광 이미지화를 달성하는 것을 목표로 하고 있다. 광범위한 구조 및 특징을 가진 수 많은 형광 잔기가 본 발명의 실시에서 사용하기에 적합하다. 적합한 형광 표지에는, 양자점 (즉, 형광 무기 반도체 나노결정) 및 형광 염료, 예컨대 텍사스 레드(Texas red), 플루오레세인 이소티오시아네이트 (FITC), 파이코에리트린 (PE), 로다민, 플루오레세인, 카르보시아닌, Cy-3TM 및 Cy-5TM (즉, 3- 및 5-N,N'-디에틸테트라-메틸인도디카르보시아닌, 각각), Cy5.5, Cy7, DY-630, DY-635, DY-680, 및 Atto 565 염료, 메로시아닌, 스티릴 염료, 옥소놀 염료, BODIPY 염료 (즉, 보론 디파이로메텐 디플루오라이드 형광단), 및 상기 분자의 유사체, 유도체 또는 조합이 포함되나 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서 사용되는 나노입자는 조직 특성 또는 재료의 기능으로서 선택된다. 나노입자는 조직 또는 재료 표면에 흡착될 수 있어야만 한다. 적합한 나노입자 현탁액의 선택은 나노입자 친화성 (흡착) 을 조직 또는 재료로 시험함으로써 달성될 수 있다. 간략하게는, 첫번째 방법은 ATR 과 커플링된 푸리에(Fourier) 변환 적외선 분광법에 따른다. 약화된 총 반사율 (ATR) 은 샘플 표면을 시험되도록 하는 적외선 분광법과 함께 사용되는 샘플링 기법이다. 조직 또는 재료 표면상의 흡착된 나노입자 층의 검출 및 정량화가 달성될 수 있다. 제안되는 방법은 조직 샘플 또는 재료를 나노입자 용액 내로 침지(immerse)시키는 것 또는 나노입자 용액의 액적을 조직표면상에 침적(deposit)시키는 것으로 이루어지며, 이후 조직 샘플 또는 재료를 수 일동안 많은 부피의 물에 담그고 세척한다. 샘플은 ATR-FTIR 분석 전에 건조될 수 있다. 담금 후 지속되는 조직 또는 재료 표면상의 흡착된 나노입자 층의 존재는 접착제로서 사용하는 적합한 나노입자를 선택하게 한다. 따라서, 조직 또는 재료 표면에서의 나노입자의 부재는 시험 된 나노입자의 약한 접착제 특성을 함축한다. 대안적으로, 두 번째 방법은 Energy Dispersive X-선(EDX)과 조합으로의 주사 전자 현미경(SEM)에 따른다. 조직 샘플 또는 재료 제제는 ATR-FTIR 방법에 대해 상기 기재된 것과 일치한다. EDX 는 샘플의 원소 분석 또는 화학적 특징화에 사용되는 분석 기법이다. 표면의 첫번째 마이크로미터가 프로브된다. 최종적으로, 열 등온선 방법으로 (Hourdet, D. and L. Petit (2010). Macromolecular Symposia. C. S. Patrickios. Weinheim, Wiley-V C H Verlag Gmbh. 291-292: 144-158.) 당해 기술의 전문가는 또한 조직표면에 접착을 제공하는데 최고로 적합한 나노입자를 비교적으로 측정할 수 있고 또는, 예를 들어 실리카 표면 상의 음이온성 폴리아크릴산 (PAA) 거대분자에 대한 흡착 메카니즘을 최적화하기 위해 pH 를 조정하는 열 등온선을 실시할 수 있다 (Wisniewska, M. (2010) Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 101(2), 753?760. doi:10.1007/s10973-010-0888-4).

일부 구현예에서, 나노입자는 나노입자의 수성 현탁액 (또는 분산액)으로서 표면상에 적용된다. 나노입자의 수성 현탁액은 시판된다. 콜로이드성 실리카 Ludox® (Grace Davison 사제)의 수성 현탁액이 언급될 수 있다. 이들은 당업자에게 공지된 방법 Stober et al. 방법 (Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range, Journal of colloid and interface science (1968)) 을 사용함으로써 전술된 재료 중 어느 것에 대해서도 제조될 수 있다. 유리하게는, 본 발명에 따라 사용될 수 있는 나노입자의 수성 현탁액은 임의의 다른 접착제를 함유하지 않는다. 이것은 나노입자의 수성 현탁액이 접착제의 기능을 하도록 할 것인 농도로 접착제로서 공지된 화합물을 함유하지 않는 것을 의미한다. 공지된 접착제 중에서, 합성 접착제, 예컨대 단량체, 합성 중합체(중합체 나노입자 이외의 것), 특히 시아노아크릴레이트, 우레탄, 덴드리머(dendrimer); 또는 천연 접착제, 예컨대 피브린, 콜라겐, 젤라틴, 및 다당류가 언급될 수 있다.

일부 구현예에서, 나노입자의 수성 현탁액은 본질적으로 물에 현탁된 나노입자로 이루어진다. 이것은 기타 성분들이 현탁액 중에 존재할 수 있지만 이들이 현저한 방식으로 현탁액의 특성을 변형하지는 않는다는 것을 의미한다. 특히, 기타 성분들은 현탁액 중에 존재할 수 있지만, 이들은 현탁액의 접착제 특성 (예를 들어, 나노입자의 분산액 특성) 을 변형하지 않도록 선택되어야만 한다.

일부 구현예에서, 나노입자는 용매, 특히 유기 용매를 함유하는 현탁액으로서 표면상에 적용된다. 상기 용액은 현탁액 안정성을 개선하고 입자가 표면상에 흡착되는 것을 돕기에 적합할 수 있다. 그 이유는 용매가 증발 (및/또는 조직 또는 재료(예를 들어, 젤 또는 멤브레인 또는 필름)를 투과함) 할 때 이것이 표면상에 흡착된 나노입자를 남기기 때문이다. 젤 또는 조직의 양호한 용매에 반드시 필요한 것은 아닌 조-용매의 두 번째 역할이 묶여지고(chain) 따라서 이것은 표면층을 팽창(deswell)시키고 접착을 선호한다. 통상적으로 유기 용매에는 알코올, 디올 및 무극성 용매가 포함되나 이에 제한되지 않는다. 특정 구현예에서, 나노입자는 물과 유기 용매의 혼합물을 함유하는 용액으로 침적된다. 통상적으로 용액은 알코올 함유 용액 또는 물과 알코올의 혼합물을 함유하는 용액이다. 특히, 알코올/물 혼합물은 표면에 OH 기를 함유하는 입자를 분산시키는데 사용될 수 있고, 따라서 단단하게 교차-연결되고 분해가능한 유기 입자를 분산시키는데 유용할 수 있다.

일부 구현예에서, 나노입자는 분말로서 표면상에 적용된다. 통상적으로 표면 내의 과도한 분말은 박리에 의해 제거될 수 있다. 이것은 다른 성분이 분말 내에 존재할 수 있으나, 이들이 현저한 방식으로 분말의 특성을 변형시키지는 않는다는 것을 의미한다. 특히, 다른 성분이 분말 내에 존재할 수 있으나, 이들이 조성물의 접착제 특성을 상당히 변형시키지는 않는다.

통상적으로, 나노입자의 분산에 적합한 나노입자의 제제는 각각 수성 현탁액, 조성물의 건조 물질 중량에 대해 20% 이하, 또는 더욱더, 10중량% 이하의 다른 부착제, 바람직하게는, 5중량% 미만, 심지어 더욱 바람직하게는 2 % 미만, 더욱더 1% 미만, 심지어 더욱더, 0,5% 미만을 함유한다.

하지만, 나노입자와 구별되는 재료는 나노입자의 분산에 적합한 제제 내에 존재할 수 있고, 특히 무기 또는 유기 이온이 제제 내에 존재할 수 있다. 나노입자의 제제 내에 존재할 수 있는 성분 중에서: 무기 또는 유기 이온, 소형 유기 분자, 단백질, 생리학적 유체가 언급될 수 있다. 특히, 이러한 성분은 항 감염제(anti infectives), 항 박테리아제, 방부제, 항생제, PEG, 다양한 특성의 중합체일 수 있다. 일부 구현예에서, 나노입자 제제는 히드로겔에 대해 상기 기재되는 바와 같은 약제 또는 생물학적 활성제의 양을 포함한다.

본 발명에 따르면, 나노입자는 이들이 존재하는 조성물에서 부착제의 기능을 갖는다. 통상적으로, 상기 기재된 제제에서, 나노입자는 제제의 건조 물질의 중량의 10 내지 100 중량% 를 나타낸다. 통상적으로, 나노입자는 제제(예를 들어, 수성 현탁액)의 건조 물질의 중량의 20 내지 100 중량%, 더 더욱 바람직하게는, 30 내지 100%, 유리하게는 40 내지 100%, 더더욱 50 내지 100%, 심지어 더더욱 60 내지 100%, 바람직하게는 70 내지 100%, 심지어 더더욱 80 내지 100%, 더 더욱 바람직하게는 90 내지 100%를 나타낸다. 특정 구현예에 따르면, 나노입자는 제제 (예를 들어, 수성 현탁액) 의 건조 물질의 중량의 95 내지 100중량%, 심지어 더더욱 98 내지 100%, 더 더욱 바람직하게는 99 내지 100%를 나타낸다.

농도는 적용을 위해 적합한 점도를 수득하기 위해 조정된다. 일반적으로, 약 10 Pa.s 이하의 점도, 바람직하게는 더 낮은 점도 (10^-3 Pa.s) 의 현탁액이 사용된다. 비-구형 입자, 예컨대 CNT, 또는 CNC 유형의 입자인 경우, 그 농도는 점도가 상당히 낮아지도록 조정된다.

나노입자의 현탁액의 pH 는 1 내지 14 중의 임의의 값일 수 있고, 적용에 따라 조정된다. pH 는, 예를 들어 음이온성 폴리아크릴산 (PAA) 거대분자의 실리카 표면 상의 흡착을 최적화시키기 위해 (Wisniewska, M. (2010), Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 101(2), 753-760. doi:10.1007/s10973-010-0888-4) 그러나 또한 나노입자 조성물의 안정성을 유지하기 위해 조정될 수 있다. 고분자 전해질 또는 양쪽성 젤의 경우, 나노입자 조성물의 pH 는 겔의 전하와 상반되는 전하의 나노입자를 수득하기 위해 조정된다.

통상적으로, 본 발명의 나노입자 제제는 통상의 기법을 사용하여 적용된다. 코팅, 담금(dipping), 분무(spraying), 펼침(spreading) 및 용매 주입(solvent casting)이 가능한 접근법이다. 더욱 특히, 상기 적용은 수동 적용, 어플리케이터 적용, 도구 적용, 수동 분무 적용, 에어로졸 분무 적용, 주사기 적용, 무공기(airless) 팁 적용, 가스-보조 팁 적용, 경피 적용, 표면 적용, 국소 적용, 내부 적용, 외부 적용, 비경구 적용, 보호적 적용, 카테터 적용, 내시경 적용, 관절경 적용, 캡슐화 스캐폴드 적용, 스텐트 적용, 상처 드레싱 적용, 혈관 패치 적용, 혈관 그래프트 적용, 이미지-가이드 적용, 방사선 적용, 브러쉬 적용, 랩(wrap) 적용, 또는 드립 적용이다.

일부 구현예에서, 특히 피부 적용을 위해, 나노입자는 조직과 접촉하였을 때 (예를 들어, 온도, 물리적 압력, 삼투압…의 변화 때문에) 나노입자 (예를 들어, 분말 또는 용액의 형태로)를 방출하는 능력을 갖는 다수의 캡슐 (예를 들어, 나노캡슐)을 갖는, 패치, 드레싱, 엘라스토플라스트(elastoplast) 또는 밴드(band-aid)로 이루어지는 군으로부터 일반적으로 선택되는 수단으로 조직상에 침적될 수 있다. 이후 수단은 떼어낼 수 있고, 재료 또는 조직은 나노입자가 흡착되었던 조직에 근접할 수 있다.

조직표면 (또는 히드로겔) 의 표면에 침적된 나노입자의 양은 0.1 mg/㎡ 내지 10 g/㎡ 이다. 나노입자의 크기에 따라, 표면의 피복은 조정된다. 상기 값은 바람직하게는 작은 입자의 경우 1 mg/㎡, 및 바람직하게는 큰 입자의 경우 0.2 g/㎡ 이하일 수 있다. 큰 입자 (통상적으로 300 nm 정도)의 경우 피복은 4 g/㎡ 의 정도로 크다. 좀 더 작은 크기 (약 2 nm 의 직경)의 입자의 경우 비율 피복은 바람직하게는 10 mg/㎡ 정도이다. 특히, 최적의 접착은 나노입자 표면상에 밀도 있는 단층에 대해 수득 되는 것으로 여겨진다. 피복 밀도는 ATR-FTIR 에 의해 또는 SEM 에 의해 어셈블리 상에서 평가될 수 있다.

일부 구현예에서, 표면에 침적된 나노입자의 부피는 0.01 내지 5 ㎕/m㎡ 의 범위이다. 통상적으로, 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 1,9; 2; 2,1; 2,2; 2,3; 2,4; 2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 2,9; 3; 3,1; 3,2; 3,3; 3,4; 3,5; 3,6; 3,7; 3,8; 3,9; 4; 4,1; 4,2; 4,3; 4,4; 4,5; 4,6; 4,7; 4,8; 4,9; 또는 5㎕/m㎡ 의 부피가 표면에 침적된다.

일부 구현예에서, 나노입자는 부착될 2개의 표면 (즉, 2개의 조직표면, 조직표면 및 재료 표면) 내에 흡착된다. 하지만, 바람직한 구현예에서 오로지 하나의 표면이 나노입자와 함께 흡착된다. 예를 들어, 재료가 조직에 흡착될 경우, 조직표면상에서보다 재료 표면상에 나노입자를 흡착시키는 것이 바람직하다. 일부 구현예에서, 나노입자의 유일한 하나의 층을 가지는 것이 바람직할 수 있다.

일부 구현예에서, 근접화 단계(approximating step)는 수동 근접화, 기계적 근접화, 봉합 근접화, 스테이플 근접화, 합성 메시 근접화, 생물학적 메시 근접화, 가로 근접화, 세로 근접화, 말단-대-말단 근접화, 또는 중복 근접화이다.

일부 구현예에서, 2개의 조직표면은 5초 내지 2분, 바람직하게는 10초 내지 1분, 더욱 바람직하게는 20초 내지 50초의 범위의 시간 동안 근접화된다. 특히, 2 개의 조직표면은 20; 21; 22; 23; 24; 25; 26; 27; 28; 29; 30; 31; 32; 33; 34; 35; 36; 37; 38; 39; 40; 41; 42; 43; 44; 45; 46; 47; 48; 49; 50; 51; 52; 53; 54; 55; 56; 57; 58; 59; 60; 61; 62; 63; 64; 65; 66; 67; 68; 69; 70; 71; 72; 73; 74; 75; 76; 77; 78; 79; 80; 81; 82; 83; 84; 85; 86; 87; 88; 89; 90; 91; 92; 93; 94; 95; 96; 97; 98; 99; 100; 101; 102; 103; 104; 105; 106; 107; 108; 109; 110; 111; 112; 113; 114; 115; 116; 117; 118; 119; 120; 121; 122; 123; 124; 125; 126; 127; 128; 129; 130; 131; 132; 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 또는 300 초 동안 근접화 된다.

일부 구현예에서, 나노입자는 조직에 적용되기 바로 전에 재료의 표면상에 바로 흡수된다. 통상적으로, 조직상에 재료를 부착할 담당의는 재료의 표면에 나노입자를 흡수시킴으로써 상기 기재된 바와 같이 재료를 준비한다. 이후 담당의는 재료와 조직을 재료와 조직의 표면이 서로 부착되기에 충분한 시간 동안 근접화시킨다.

일부 구현예에서, 나노입자는 재료의 표면상에 미리 흡착된다. 따라서, 본 발명은 산업적 방식으로 제조될 수 있고 이후 적합한 방식으로 비축될 수 있는 즉시 사용(ready-to-use) 재료의 사용을 포함한다. 일단 임상의가 재료를 사용하려고 하면 임상의는 단지 재료를 방출시키고 이것을 조직에 어떠한 제제 없이 부착시키기만 하면 된다. 예를 들어, 재료를 조직에 적용하기 전에 재료를 수화시킬 필요는 없다. 재료, 예컨대 히드로겔은 따라서 조직에 직접 적용될 수 있고, 자동적으로 조직에 부착될 것이다. 예를 들어, 히드로겔은 이식 부위에 존재하는 생물학적 유체(예를 들어, 혈액, 림프, 삼출물…)와 접촉시 자연스럽게 팽창할 것이다.

따라서, 본 발명의 추가의 목적은 상당한 나노입자가 재료의 적어도 하나의 표면상에 흡착되는 상기 기재된 바와 같은 재료에 관한 것이다.

재료는 통상적으로 상기 기재된 바와 같이 제조된다. 예를 들어, 재료는 나노입자가 재료의 표면에 흡착되도록 하는 충분한 시간 동안 나노입자의 수성 현탁액 내에 침지(imerged)될 수 있다. 대안적으로는, 상당한 나노입자는 나노입자의 수성 현탁액에 미리 담그어 놓은 브러쉬로 재료의 표면상에 침적(deposited)된다. 나노입자의 수성 현탁액은 또한 재료의 표면상에 분무 될 수 있다. 이후 후속 의료적 용도를 위해 재료는 건조되고, 임의로 동결건조되고 (예를 들어, 히드로겔), 멸균되고, 포장되고 적합하게 비축될 수 있다. 일부 구현예에서, 나노입자 분말은 재료의 표면상에 분산되고 (예를 들어, 분무에 의해) 이후 과량은 세척된다. 이후 후속 의료적 용도를 위해 재료는 임의로 동결건조되고 (예를 들어, 히드로겔), 멸균되고, 포장되고 적합하게 비축된다.

따라서, 재료를 이를 필요로 하는 개체 내의 생물학적 조직에 부착시키기 위한 본 발명의 방법의 변형은 나노입자가 적어도 하나의 표면에서 미리 흡착되었던 재료를 제공하는 단계 및 재료와 생물학적 조직을 재료와 생물학적 조직이 서로 부착되기에 충분한 시간 동안 근접화시키는 단계를 포함한다.

본원에 예시되는 바와 같이 본 발명의 방법은 매우 다양한 의료적 적용을 발견할 수 있다. 특히 본 발명의 방법은 하기의 장점을 제공한다. 우선, 본 발명의 방법은 심지어 체액, 예컨대 혈액, 림프, 삼출물, 소변, 담즙, 장 내용물 등의 존재 하에서도 생체 내에서 직접 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 정상적으로 관류(perfused)되는 조직에 적용될 수 있거나, 또는 누출되는 조직(예를 들어, 혈액)에 적용할 수 있다. 특히 본 발명자는 놀랍게도 나노입자가 심지어 체액, 특히 혈액의 존재에 의해 그들의 일부가 흐르게 되는 경우에도 부착을 위해 충분한 방식으로 조직표면상에 흡착될 수 있다는 것을 입증한다. 두 번째로, 본 발명의 방법은 나노입자가 흡착되는 조직의 물리적, 화학적 및 생물학적 온전성을 유지하는 장점을 제공한다. 특히, 본 발명자에 의해 입증되는 바와 같이, 조직 확산, 예를 들어, 부착 조직 사이에 또는 재료 (예를 들어, 히드로겔) 와 조직 사이에 생물학적 분자, 세포 (예를 들어, 면역 세포) 또는 유체의 순환을 방지할, 물리적 장벽 (일반적으로 시아노아크릴레이트로 만들어진 풀로 관찰되는 바와 같은)이 창출되지 않는다. 특히, 조직의 물리적 특징, 특히 조직의 탄력성이 유지된다. 세 번째로, 본 발명의 방법은 설치하기가 매우 용이하며, 매우 상이한 조건 (온도, 체액의 존재, 움직이는 기관 또는 조직(예를 들어, 박동하는 심장) 등)에서도 매우 빠르게 수행될 수 있다. 본 발명의 방법에 의해 제공되는 접착은 영구적인 접착 또는 임시적인 접착일 수 있다. 예를 들어, 당업자는 본 발명의 방법이 수술 시술 동안 수행되어 수술의가 봉합사, 메시 도는 스테이플을 사용하여 지혈 어셈블리를 안정화시킬 때까지 혈관 누출을 급박한 방식으로 방지하도록 할 수 있다는 것을 상상할 수 있다.

따라서 일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 개체에서 제1 및 제2 조직 사이의 결함(defect)을 봉인(sealing)하기에 특히 적합하다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 예를 들어, 미생물 오염, 감염, 화학약품 또는 약물 노출, 염증, 또는 전이에 대한 방어막을 제공하기에 특히 적합하다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 제2 조직표면에 대한 제1 조직표면의 물리적인 방향을 안정화시키기에 특히 적합하다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 예를 들어, 봉합사, 스테이플, 기계적인 고정제, 또는 메시에 의해 달성되는 제1 및 제2 조직표면의 온전성(integrity)을 강화시키기에 특히 적합하다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 출혈 통제를 제공하는데 특히 적합하다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 예를 들어, 출혈을 통제하고, 감염 또는 악성 종양(malignancy)을 치료하거나, 또는 조직 재생을 촉진하는 약물을 비롯한 약물의 전달에 특히 적합하다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 비만 수술, 심장 수술, 흉부 수술, 대장 및 직장 수술, 피부과 수술, 일반 수술, 부인과 수술, 악안면 수술, 신경수술, 산부인과 수술, 종양학 수술, 안과학 수술, 구강 수술, 정형외과 수술, 이비인후과 수술, 소아과 수술, 성형외과 수술, 미용적 및 재건적 수술, 족부 수술, 척추 수술, 장기이식 수술, 외상 수술, 혈관 수술, 비뇨기과 수술, 치아 수술, 수의학 수술, 내시경 수술, 마취학, 중재적 방사선 시술, 응급 의학 시술, 전쟁터 시술, 깊은 또는 얕은 열상 복구, 심장학적 시술, 내과적 시술, 집중 치료 시술, 내분비적 시술, 소화기학적 시술, 혈액학적 시술, 간장학적 시술, 진단 방사선 시술, 감염 질환 시술, 신장학적 시술, 종양학 시술, 직장항문 시술, 폐 의학 시술, 류머티즘 시술, 소아과 시술, 물리 의학 또는 재활 의학 시술, 노인병 시술, 말기환자 치료 시술, 의학 유전학 시술, 태아 시술, 또는 이의 조합에 특히 적합하다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 경막 손상, 신경 문합, 내시경 시술, 두개골 기저부 복구, 추간판절제술 시술, 허리 추간판절제술 시술 후 섬유증 예방, 흉터 형성 예방 시술, 후두와 시술, 동맥류 복구, 동정맥 기형 복구, 뇌척수액 비루 예방 또는 복구 시술, 융합 시술, 약화된 척추체의 골절을 예방하기 위한 시술, 디스크 탈출증을 복구하기 위한 또는 디스크 탈출증의 진행을 예방하기 위한 시술, 척추 수술에서 성장 인자를 제공하기 위한 시술, 척추 수술에서 사강(dead space) 또는 혈청종을 예방하거나 관리하기 위한 시술, 내시경 신경수술 또는 척추 수술 시술, 또는 핵질 내 유입 간문맥을 복구하기 위한 시술에 특히 적합하다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 탈장 복구(hernia repair)에 특히 적합하다. 탈장은 기관, 창자 또는 지방 조직이 주변 근육 또는 결합 조직 내의 구멍 또는 약한 지점을 통해 밀려나올 때 일어난다. 탈장은 종종 복부 벽에서 일어난다. 종종 탈장은 특히 압박 또는 억누를 때 외부 팽창물로서 가시화될 수 있다. 가장 흔한 유형의 탈장은 내부 사타구니에서 일어나는 서혜부 탈장, 상부 허벅지/외부 사타구니에서 일어나는 대퇴부 탈장, 복부 내의 절개 또는 흉터를 통해 일어나는 절개성 탈장, 일반적인 복부/배쪽 벽에서 일어나는 배복성 탈장, 배꼽에서 일어나는 탯줄 탈장 및 상부 위/횡경막을 따라, 복부 내부에서 일어나는 식도열공(hiatal) 탈장이다. 대부분의 탈장은 압력 및 근육 또는 결합 조직의 개방 또는 약화의 조합에 의해 야기된다. 압력이 개방된 또는 약화된 지점을 통해 기관 또는 조직을 밀어낸다. 종종 근육 약화는 출생시에 존재하나, 더욱 종종 살면서 이후에 발생한다. 비만, 무거운 물건 들기, 설사 또는 변비, 또는 지속적인 기침 또는 재채기를 포함하는, 복강 내압의 증가를 야기하는 어느 것이든 탈장을 야기할 수 있다. 영양 부족, 흡연, 및 과로는 근육을 약화시킬 수 있고 탈장의 가능성에 기여할 수 있다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 복강경 시술, 혈종, 피하 플랩(flap), 유방절제술, 복강형성술(abdominopasty), 장 절제, 장 문합술, 갑상선절제술, 위장 우회 시술 후 문합 누출, 복막 접착 방지 시술, 화상 손상, 항문 직장 치루(fistula in ano), 췌장 누출, 축 절제 후 혈청종, 종양 제거 시술 후 병소 내 지지, 비장 손상, 맹장수술, 담낭절제술 (cholecstectomy), 펩신 또는 위궤양 복구 시술, 일반 수술 시술에서의 혈청종을 예방하기 위한 사강의 폐쇄, 경피 창치의 삽입 부위의 고정 및 봉인, 또는 결장조루술 또는 기타 기공 시술에 특히 적합하다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 경부(neck) 절개, 편도선절제술, 아데노이드절제술, 종양 제거 시술, 전두동 복구, 내시경 이비인후과 시술, 또는 비중격 수술에 특히 적합하다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 혈관 그래프트 시술, 문합 출혈 복구 시술, 일차 문합, 경피 혈관내 시술, 보철 혈관 그래프트 시술, 고동맥 복구, 경동맥 복구, 새로운 내피 내막을 창출하기 위한 보철 그래프트에 대한 내피 세포의 부착, 내시경 혈관 수술 시술, 또는 대동맥 재건에 특히 적합하다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 관절 대체, 회선건판 복구, 인대 복구, 힘줄 복구, 연골 복구, 연골 세포 및 스캐폴드의 복구 부위에 부착, 반월판 복구, 입술 복구, 파열 또는 외상 근육 조직의 복구, 힘줄 또는 근육 좌상의 치료, 인대 염좌 또는 남용 부상의 치료, 관절경 시술, 종양 제거, 관절 대체 교정, 외부 고정체의 삽입 및 제거, 분쇄된 골절 안정화 시술, 경피 이식물 시술 (박테리아의 유입을 막기 위한 핀 삽입 부위의 봉인), 뼈 자극제의 이식, 뼈 그래프트 시술, 스포츠 부상, 외상 시술, 뼈 종양 제거 시술, 치골결합 분리 복구, 갈비뼈 분리증 복구, 정형외과 시술에서의 혈청종의 예방을 위한 사강의 폐쇄, 융합 시술, 개방 골절 복구, 폐쇄 골절 복구, 성장판 장애 및 골단 분리증의 치료, 골 결손의 치료, 골다공증 또는 골연화증의 치료, 뼈 고정 시술, 뼈에 대한 외상 이식물의 고정, 내시경 정형외과 시술, 또는 내부 고정이 있는 및 없는 골절 부위에서의 뼈 파편의 봉쇄에 특히 적합하다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 양수천자, 양막의 조기 파열, 내시경 산부인과 시술, 또는 자궁경부 폐색 시술에 특히 적합하다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 나팔관 폐색, 피임약 시술, 요실금 시술, 방광 탈출증 복구, 직장탈수 복구, 골반 저 복구, 음문-질 재건 시술, 양막 그래프트 시술, 내시경 부인과 시술, 또는 시험관 수정으로의 배아 이식의 고정에 특히 적합하다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 췌장 섬 세포 이식, 간장기이식, 신장 장기이식, 췌장장기이식, 내시경 이식 시술, 또는 이의 조합에 특히 적합하다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 풍선 기관 폐색, 양막 폐쇄, 또는 태아경 시술에 특히 적합하다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 폐 폐엽절제술, 2-폐엽절제술, 슬리브(sleeve) 폐엽절제술, 기흉수술, 분절절제술, 폐 설상 절제, 공기 누출, 기관식도 누공 복구, 신생기관(neotracheal) 재건, 흉막 누출, 흉강경 또는 기관지경 시술, 내시경 흉부 수술 시술, 기관 또는 기관지 결함의 폐쇄, 또는 기관지흉막 누공의 복구에 특히 적합하다. 따라서 본 발명의 방법은 폐 수술에 특히 적합하다. 폐 수술의 유형에는 폐엽절제술, 폐 생검, 폐-조직 제거, 및 폐절제가 포함된다. 폐 수술과 연관된 위험에는 상처 감염; 수술-후 내 출혈; 공기 누출; 절제 부위에서의 통증 또는 무감각; 및 폐 감염 (폐렴)이 포함된다. 추가로, 공기 누출은 흉부 시술, 예컨대 폐 절제 및 박리술 후에 종종 관찰된다. 심각한 합병증, 예컨대 연장된 흉관 배수로부터 유래되는 기관지흉막 누공 및 감염, 연장된 회복 시간, 및 폐 수술과 관련된 수술후 이환율을 방지 또는 감소시키도록 공기-밀폐 봉인을 만드는 것이 중요하다. 본 발명의 방법은 따라서 폐 수술의 일부 문제성 양상의 예방에, 예컨대 기흉 및 폐 누출의 치료에 특히 유용하다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 안과 시술, 망막 시술, 망막 박리 시술, 각막 복구, 녹내장 시술, 녹내장 배수 장치 시술, 레이저 시술, 레이저 수술 후 조직 플랩 시술, 결막 복구, 익상편 복구, 백내장 수술, 습윤 또는 건조 시력 감퇴의 복구, 내시경 안과학 시술, 또는 공막 플랩 시술에 특히 적합하다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 구강 상처 폐색, 혀 손상, 볼 손상, 치아층 손상, 사랑니 제거, 근관 시술, 교량 재건 시술, 구내염, 잇몸 상처 또는 그래프트 시술, 구강 종양 또는 다른 병반의 제거, 내시경 구강 수술 시술, 또는 치주 플랩 수술에 특히 적합하다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 이마 성형(browplasty), 플랩 혈청종 복구, 심미적 수술, 안검하수 복구, 주름살절제, 근막피부 플랩, 신체 윤곽성형 수술, 유방, 얼굴 및 신체 재건 수술 후 혈청종, 코 성형술, 상처 또는 화상 부위에 대한 피부 그래프트, 상처 부위에 대한 근육 이식, 근육피부 플랩, 욕창 손상, 궤양성 상태, 당뇨병성 궤양, 신체 윤곽성형 시술, 지방흡입 시술, 피부 그래프트 기증 부위 복구, 내시경 성형외과 수술 시술, 또는 근육 이식 기증 부위 복구에 특히 적합하다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 관상동맥 문합 출혈, 심장 판막 배치 시술, 심실 패치의 배치, 재수술 심장 시술 동안 접착으로부터의 출혈 통제, 선천성 심장 결함 복구 후 출혈, 내시경 심장 수술 시술, 또는 심장폐 우회시술 동안 및 후 출혈에 특히 적합하다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 실금 복구, 요도하혈 복구, 요도하혈 복구 후 누공, 경피성 신장조루, 경피성 신절석술, 경피성 신장절제, 정관문합, 비뇨기 누공, 요관 재건, 할례, 전립선 수술, 수정관 수술, 요도의 문합, 기공 시술, 내시경 비뇨기과 시술, 또는 비뇨기과 외상에 특히 적합하다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 절단, 조직 누출, 조직 천공, 혈종, 출혈 통제 시술, 내강 조직의 복구, 조직 결함, 피부 병변, 국소 상처 폐쇄, 미생물 콜로니화 또는 감염 장벽 시술, 화상, 점막 병변, 심박조율기의 이식, 신경 자극제의 이식, 펌프의 이식, 뼈 자극제의 이식, 누공 복구, 피부 상처 폐쇄, 혈관 접근 시술, 경피성 장치 시술, 또는 골막 플랩에 특히 적합하다.

본 발명의 방법은 피부 열상의 치료에 특히 적합하다. 피부 열상은 사고, 외상, 또는 수술적 시술의 결과로서 생성되는 피부 내의 찢어짐이다. 열상은 종종 피부 내의 구멍을 막고, 출혈을 중지시키고, 감염을 예방하기 위한 치료를 필요로 한다. 따라서, 피부 내의 열상은 본 발명의 나노입자의 제제를 사용하여 치료될 수 있다.

본 발명의 방법은 간 열상의 치료에 특히 적합하다. 간의 열상은 외상으로부터 또는 수술적 시술의 결과로서 일어날 수 있다. 간은 고도로 혈관이 분포한 기관이고, 파열되거나 외상을 입었을 때 다량의 출혈이 일어난다.

본 발명의 방법은 위장 문합 시술에 특히 적합하다. 위장 문합은 2개의 내장 조각을 함께 연결하는 기법이다. 특히, 본 발명의 방법은 장 문합에서 사용하는 봉합사 또는 스테이플을 대체하여, 누출을 감소시키는 더욱 양호한 봉인을 제공하는데 사용될 수 있다. 적합한 봉인을 위한 조성물 및 시술 실패한 문합의 결과는 심각하며 종종 생명을 위협한다. 비록 실패는 열악한 수술 기법을 비롯하여 무수한 인자 (예를 들어, 올바르게 삽입되지 않은 봉합사; 너무 단단하게 묶인 매듭이 결국에는 허혈을 유발함; 또는 스테이플 건의 올바르지 않은 사용)에 의해 야기될 수 있지만, 본 발명의 방법은 실패한 위장 문합 시술의 요인 중 일부를 감소시키거나 제거해야만 한다.

본 발명의 방법은 전립선절제술 요도-방광 문합 시술에 특히 적합하다. 전립선절제술 요도-방광 문합은 전립선의 수술적 제거 후에 환자의 요관과 방광을 함께 연결하는 기법이다. 실패는 열악한 수술 기법을 비롯하여 무수한 인자 (예를 들어, 올바르게 삽입되지 않은 봉합; 너무 단단하게 묶여진 매듭이 결국에는 허혈을 유발함)에 의해 야기된다. 본 발명의 방법은 실패한 전립선절제술 요도-방광 문합 시술의 요인 중 일부를 감소시키거나 제거하는데 적합하다.

본 발명의 방법은 보철 치과학에 특히 적합하다. 대부분, 치주질환, 충치 또는 외상으로 인해 뽑아내거나 상실되는 치아의 대체는, 전체 의치, 부분적 의치, 교량 또는 이식물로 수행될 수 있다. 따라서 본 발명의 방법은 보철 기기에 대한 보유를 허용한다.

본 발명의 나노입자를 조직의 2개 면에 적용할 수 있고, 이후 상기 2개 조직을 함께 봉인(saled)할 수 있다. 시간이 흐르면, 새로운 조직이 영역 내로 성장하면서 나노입자의 층이 분해된다. 적용에는 다수의 미용적 및 조직 재건 수술이 포함된다. 나노입자의 제제는 시술이 연관 합병증, 예컨대 감염과 함께 혈청종의 형성을 야기할 수 있는 중요한 조직 면 분리를 수반하는 경우에, 예를 들어, 일반 수술 시술, 예컨대 유방절제술 및 종괴절제술, 및 성형외과 수술 시술, 예컨대 복강성형술, 주름살절제 또는 코성형술, 유방성형술 및 기타 미용적 또는 재건적 수술 또는 시술, 이마 리프팅 및 엉덩이 리프팅 뿐 아니라 피부 그래프트, 생검 폐쇄, 구개-파열 재건, 탈장 복구, 림프절 절제, 사타구니 복구, 제왕절개, 복강경 투관침 복구, 질 찢어짐 복구, 및 손 수술에 사용된다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 주사 부위 상처 봉인에 유용하다. 다양한 가능성 중에서, 주사가 제공된 다음, 나노입자를 주사 부위에 제공할 수 있고, 또는 대안적으로는 나노입자가 적용된 다음, 나노입자의 층을 통해 주사가 수행될 수 있다. 일부 구현예에서, 본 발명은 상기 상처가 눈에 있는 상기 언급된 방법에 관한 것이다. 일부 구현예에서, 본 발명은 상기 상처가 간에 있는 상기 언급된 방법에 관한 것이다. 일부 구현예에서, 본 발명은 상기 상처가 폐에 있는 상기 언급된 방법에 관한 것이다. 일부 구현예에서, 본 발명은 상기 상처가 심장에 있는 상기 언급된 방법에 관한 것이다. 일부 구현예에서, 본 발명은 상기 상처가 췌장에 있는 상기 언급된 방법에 관한 것이다. 일부 구현예에서, 본 발명은 상기 상처가 척수 경막에 있는 상기 언급된 방법에 관한 것이다. 일부 구현예에서, 본 발명은 상기 상처가 동맥 또는 정맥에 있는 상기 언급된 방법에 관한 것이다. 일부 구현예에서, 본 발명은 상기 상처가 연골에 있는 상기 언급된 방법에 관한 것이다. 일부 구현예에서, 본 발명은 상기 상처가 척추 디스크에 있는 상기 언급된 방법에 관한 것이다. 일부 구현예에서, 본 발명은 상기 상처가 부비동에 있는 상기 언급된 방법에 관한 것이다. 일부 구현예에서, 본 발명은 상기 상처가 귀 내 또는 귀 주위에 있는 상기 언급된 방법에 관한 것이다. 일부 구현예에서, 본 발명은 상기 상처가 조직 면으로서 분류되는 유형의 것인 상기 언급된 방법에 관한 것이다. 일부 구현예에서, 본 발명은 상기 상처가 유방절제술과 연관된 상기 언급된 방법에 관한 것이다. 일부 구현예에서, 본 발명은 상기 상처가 신경계의 척수 경막에 있는 상기 언급된 방법에 관한 것이다. 일부 구현예에서, 상기 상처가 심장 동맥 또는 심장 정맥에 있는 상기 언급된 방법에 관한 것이다.

본원에서 사용되는 바와 같은, 나노입자의 제제는 제제가 이것이 적용되는 적어도 하나의 생물학적 조직의 반응을 개선하는 경우 "치료" 이다. 일부 구현예에서, 개선된 반응은 전반적인 염증을 줄이는 것, 조직의 상처 부위/계면에서 특정 반응을 개선하는 것, 치유를 향상시키는 것, 또는 이의 조합이다. 본원에서 사용되는 바와 같은, 구절 "전반적인 염증을 줄이는 것"은 염증의 경중도를 반영하는 조직학적 점수의 개선을 말한다. 본원에서 사용되는 바와 같은, 구절 "조직의 상처 부위/계면에서 특정 반응을 개선하는 것" 은 장막 호중구의 경중도를 반영하는 조직학적 점수의 개선을 말한다. 본원에서 사용되는 바와 같은, 구절 "치유를 향상시키는 것" 은 장막 섬유증의 경중도를 반영하는 조직학적 점수의 개선을 말한다.

일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 예를 들어 외상 또는 질환에 의해 야기되고 조직 기능의 상실을 초래하는 조직 구조물(architecture)(3차원으로 정확하게 조직화된 복합적 세포 유형 및 매트릭스 성분을 포함함)의 손실의 치료에서 특히 유리한 적용을 제공한다. 조직 구조물의 이러한 손실은, 세포의 미세-환경 및 체내 조직의 미세-건축 모두를 모방하는 적합한 생화학적 및 물리화학적 인자 및 세포의 적합한 조합을 수득하도록 조작 및 재료 방법을 사용하는 것을 수반하는 생물학적 조직의 생성을 통해 치료될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 본 문맥에서, 조직 기능 또는 전체 기관을 복구, 유지 또는 개선시키는 생물학적 대체물을 제공하는 것을 목표로 하는 조직 엔지니어링이 개발되고 있다. 통상적으로, 살아있는 세포를 생체적합성, 및 결국에는 생체분해성, 스캐폴드 상에 파종하고, 생물반응기에서 배양하여 초기 세포 집단이 조직으로 팽창하도록 야기한다. 생물학적 세포외 매트릭스를 모방하는 적합한 스캐폴드를 사용하여, 발달하는 조직은 원하는 기관의 형태 및 기능 모두를 채용할 수 있고, 환자의 신체 내에 이식될 수 있다. 게다가, 바이오프린ㅌ티트(Bioprinting) 기술에 의한 3-차원 (3D) 생물학적 구조의 설립이 또한 가능하다 ("Application of laser printing to mammalian cells", J. A. Barron, B. R. Ringeisen, H. Kim, B. J. Spargo, et D. B. Chrisey, Thin Solid Films, vol. 453-454, April. 2004, 383-387; "Quantification of the activity of biomolecules in microarrays obtained by direct laser transfer", V. Dinca, A. Ranella, M. Farsari, D. Kafetzopoulos, M. Dinescu, A. Popescu, et C. Fotakis, Biomedical Microdevices, vol. 10, October. 2008, 719-25). 바이오프린트는 세포 및 세포 응집물을 포함하는 생물학적 재료의, 자동화된, 컴퓨터-보조의 층층간 (layer-by-layer) 침적, 이동 및 패턴화로 이루어진다("Organ printing: computer-aided jet-based 3D tissue engineering", V. Mironov, T. Boland, T. Trusk, G. Forgacs, and R. R. Markwald, Trends in Biotechnology, vol. 21, April. 2003, 157-161; "Biofabrication: a 21<st >century manufacturing paradigm", V. Mironov, T. Trusk, V. Kasyanov, S. Little, R. Swaja, et R. Markwald, Biofabrication, vol. 1, 2009, p. 022001; "Jet-based methods to print living cells", B. R. Ringeisen, C. M. Othon, J. A. Barron, D. Young, et B. J. Spargo, Biotechnology Journal, vol. 1, September. 2006, 930-48). 최근, 바이오프린트의 사용은 "재생 의학, 약동학 및 기본 세포 생물학 연구를 담당하는 생물학-조작 구조를 제조하기 위해, 규정된 2D 또는 3D 조직화로 살아있는 및 비-살아있는 재료를 패턴화 및 어셈블리하기 위한 컴퓨터-보조의 이동 프로세스의 사용" 으로 확대되었다(F. Guillemot, V. Mironov, M. Nakamura, Biofabrication, vol. 2, 2010). 이를 위해, 컴퓨터-보조의 디자인 주형에 따른 생물학적 어셈블리를 패턴화하기 위해 시판되는 잉크젯 프린터가 사용된다 ("Application of inkjet printing to tissue engineering", T. Boland, T. Xu, B. Damon, and X. Cui, Biotechnology Journal, vol. 1, 2006, 910-917) ("Biocompatible inkjet printing technique for designed seeding of individual living cells", Makoto Nakamura, Akiko Kobayashi, Fumio Takagi, Akihiko Watanabe, Yuko Hiruma, Katsuhiro Ohuchi, Yasuhiko Iwasaki, Mikio Horie, Ikuo Morita, Setsuo Takatani, Tissue Eng 2006; "Delivery of human fibroblast cells by piezoelectric drop-on-demand inkjet printing", Saunders R E, Gough J E, Derby B., Biomaterials 2008; 29: 193-203.). 압력-작동 기계적 압출기, 예컨대 바이오플로터(bioplotter) 가 또한 살아있는 세포 및 세포 응집물을 다루기 위해 개발되었다 ("Tissue Engineering by Self-Assembly of Cells Printed into Topologically Defined Structures", K. Jakab, C. Norotte, B. Damon, F. Marga, A. Neagu, C. L. Besch-Williford, A. Kachurin, K. H. Church, H. Park, V. Mironov, R. Markwald, G. Vunjak-Novakovic, and G. Forgacs, Tissue Engineering Part A, vol. 14, 2008, 413-421). 레이저 빔으로 복합 세포를 트랩핑(trappig) 하고 이들을 임의의 비-흡수 표면상에 꾸준한 스트림으로서 침적할 수 있는 기법인 레이저-가이드 직접 라이팅 (Laser-guided direct writing (LGDW)) 의 사용이 사용될 수 있다("Laser-guided direct writing for three-dimensional tissue engineering" Nahmias Y, Schwartz R E, Verfaillie C M, Odde D J, Biotechnol Bioeng 2005; 92: 129-36; "Micropatterning of living cells by laser-guided direct writing: application to fabrication of hepatic-endothelial sinusoid-like structures", Yaakov Nahmias, David J. Odde, Nat Protoc 2006).

따라서, 본 발명의 방법은 조직 및 재료의 다중층(multilayer)으로 만들어진 어셈블리를 구축하기에 특히 적합하다. 본 발명의 방법은 게다가 이들 사이의 조직 층을 부착시킴으로써 조직 및 재료의 층을 어셈블리하기에 또는 조직층을 적합한 재료(들) 에 부착시키기에 적합할 수 있다. 본 발명의 방법은 또한 어셈블리를 표적화된 조직에 부착하도록 함으로써 개체에서의 상기 어셈블리의 이식에 특히 적합하다.

본 발명은 본 발명의 하나의 방법을 수행하기 위한 키트에 관한 것이고, 상기 키트는 상당한 나노입자를 포함한다.

일부 구현예에서, 키트는 조직 및/또는 재료의 표면상에 나노입자를 분배하기 위한 수단 (예를 들어, 드립퍼, 스프레이, 진공, 파이펫 또는 봉인된 파이펫, 패치, 드레싱, 엘라스토플라스트 (elastoplast) 밴드(band-aid) 또는 브러쉬) 을 포함한다.

일부 구현예에서, 본 발명의 키트는 상기 기재된 재료를 포함한다. 통상적으로, 키트는 재료 및 상당한 나노입자 (예를 들어, 수성 현탁액의 형태로) 를 개별적으로 컨디셔닝하고 이의 최적화된 용도를 허용하기 위해 2가지 이상의 구획을 포함할 수 있다. 예를 들어 키트는 독립적인 구획 내에 패키지된 재료의 집합 및 적합한 분배 수단 (예를 들어, 드립퍼, 스프레이 또는 브러쉬) 과 함께 나노입자를 포함하는 플라스크를 포함할 수 있다. 대안적으로는, 이것은 하나의 재료 및 상기 재료를 조직표면에 부착시키기 위한 적합한 양의 나노입자를 포함할 수 있다.

일부 구현예에서, 본 발명의 키트는 그의 적어도 하나의 표면이 상당한 나노입자로 미리 흡착된 재료를 포함한다. 통상적으로, 재료는 미리 살균되고 포장되었다.

본 발명은 하기 도면 및 실시예에 의해 추가로 설명될 것이다. 하지만, 이러한 실시예 및 도면은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로는 어떠한 방식으로도 해석되어서는 안된다.

도 1. 나노입자의 제제 및 심장 약물 전달 시스템. A) 래트 심장 상에 부착된 생체분해성 다공성 다당류 3D-매트릭스. B) 수술 후 3일 후에 현미경 관찰. 3D-매트릭스는 여전히 심장 상에 부착되고 예상된 바와 같이 부분적으로 분해된 것으로 제시되었다. 척도 눈금: 6 mm.
도 2. 상처가 있는 간 복구. 1cm 가로 상처를 우엽 간 상에 만든 다음, 나노입자의 제제로 결합시켰다. 간 수술 후 3일 후에 현미경 관찰. 화살표는 얇은 수평 상처를 나타내었다. 손상 부위에 가시적인 접착 또는 염증이 관찰되지 않았다.
도 3. 복막 및 메시 또는 약물 전달 시스템. 가교된 PVA 시트 (A; 청색 화살표) 또는 3D-매트릭스 (B; 녹색 화살표)를 벽측-복막 상에 한 방울의 나노입자의 제제로 접착시켰다. C) PVA-시트는 겸자에 의해 제거될 수 없었다. 척도 눈금 : 6 mm.
도 4. 장에 대한 나노입자의 제제의 영향. 10cm 공장을 래트로부터 수확하고 (A), 플라스틱 튜브 상에 고정시키고 (B) 2개의 부분으로 절단하였다 (C). 이후 나노입자의 제제를 섹션 상에 적용하고 (D), 함께 결합시켰다 (D). 1분 후, 겸자를 사용하여 시스템을 용기로부터 제거하였다. (E) 에서 제시되는 바와 같이, 문합(anastomosis)을 나노입자의 제제에 의해 결합시켰다.
도 5. 피부 상처 복구에서의 나노입자의 제제. 메스로, 1cm 길이의 수평 절제를 등쪽 중앙의 좌측 면 및 우측 면 모두 상에 만들었다. 상처의 모서리가 나노입자의 제제로 부착되고 봉인되거나 (좌측면) 봉합(sutured)되었다 (Ethicon 4/0). 수술후 3일째에, 나노입자의 제제로는 상처 누출, 감염 또는 염증 반응이 관찰되지 않았다. 육안상의 피부 상처는 두 상처 폐쇄 처리에서 유사하다.
도 6. 장 소장에 대한 나노입자의 제제의 영향. 래트로부터 10cm 공장 조각을 수확하고 2부분으로 절단하였다. 첫 번째 부분을 개방하고 한 방울의 나노입자의 제제를 장의 마지막 2cm 상에 두었다. 이후 두 번째 장 샘플로부터 2cm를 나노입자의 제제에 적용하였다. 조직의 두 부분은 함께 붙었고 견인 시험 동안 분리되지 않는다.
도 7. 비장 복구에 대한 나노입자의 제제의 영향을 평가하기 위해, 래트 비장을 제거하고 수직으로 2부분으로 절단한 다음, 하나의 섹션을 나노입자의 제제로 코팅하였고, 2개의 모서리를 1분 동안 함께 붙였다. 도면에 제시되는 바와 같이, 2개의 모서리를 함께 부착시켰다.
도 8. 은 NP-풀 또는 Fe2O3 NP-풀 육안의 최종 결과를 보여준다.
도 9. 간 절제술. 오른쪽 간 엽을 노출시키고 (도 9A) 간엽의 2/3를 전체적으로 가로로 절단하였다 (도 9B 및 9C). 이후 섹션을 NP-풀-코팅된 PVA 멤브레인에 의해 피복하였다 (도 9D).
도 10 은 SIS 매트릭스의 2개의 층, 이후 3D-매트릭스, 및 SIS의 층으로 구성된 구축물(construction)을 보여준다.
도 11 은 겸자를 이용한 도 10의 구축물의 견인은 구조를 제거하지 않는다는 것을 보여준다.
도 12 는 메시 및 SIS® 멤브레인의 고정을 보여준다.
도 13 은 피부 상처 복구에서의 Fe203-나노입자의 제제를 보여준다.
도 14 는 입자가 제시되지 않은 봉합된-상처와 비교하여 Fe2O3-치료 부위에서 Fe2O3 입자가 관찰되었다는 것을 보여준다.
도 15 는 피부 상처 복구에서의 NP-풀 및 Dermabond® 처리의 비교를 보여준다.
도 16: SiO2NP 나노브릿지(nanobridging)에 의한, 봉합에 의한, 및 시아노아 크릴레이트 풀에 의한, 전체-두께 피부 손상의 복구의 비교. 메스를 이용해 래트의 등 표면에 수평 절제를 만들었다. SiO2NP 용액 방울을 브러쉬로 상처 모서리에 바르고, 2 개의 상처 모서리를 접촉시켜 약 1분 동안 가볍게 눌렀다. 1분 내에 영구적인 폐쇄가 달성되었다. 수술 후 3일째에, SiO2NP와의 나노브릿지 후 상처 누출, 감염 또는 염증 반응이 관찰되지 않았다. 다른 상처를 비-재흡수가능한 봉합사 (Ethicon 4/0) 및 2-옥틸 시아노아크릴레이트 (Dermabond®)로 폐쇄시켰다. 나노입자 및 봉합사에 의해 달성된 래트 피부 폐쇄 품질은 서로 필적가능 하였다. 시아노아크릴레이트 풀의 경우, 상처 모서리는 올바르게 결합되지 않았으며, 염증성 피부 반응이 풀의 경우 수술 시에 주목되었다. 척도 눈금 0.5cm.
도 17. Fe2O3NP 용액으로의 피부 상처 폐쇄. 래트의 등쪽 면에 전체-두께 피부 병반을 만들고, 4 ㎕ 의 Fe2O3NP 용액을 상처의 하나의 모서리 상에 담갔다. 2개의 상처 모서리를 접촉시켜 약 1분 동안 가볍게 눌렀다. 얇고 심미적인 흉터가 관찰되었다. 손상 7일 후에, 헤마토자일린 플록신(Hematoxylin Phloxin) 및 사프론(Saffron)으로 염색된 조직학적 섹션은 오로지 매우 얇은 선으로서의 (청색 화살표) 손상 부위를 입증하였다. 상기 영역의 확대 (삽화) 는 상처 폐쇄를 따라 정상 복구 과정 및 일부 입자 응집물을 밝혔다.
도 18. Ludox® TM50 실리카 나노입자로의 간 손상 복구. 래트 간 우엽에 6 mm 깊이 수평 절제를 수행하였고, 나노입자 용액을 파이펫을 이용하여 출혈중인 상처에 침적시킨 다음 상처의 모서리를 함께 붙였다. 약 1분 후, 지혈이 완료되었다. 손상 3일 후, 간 표면의 육안 검사는 손상 부위에서 얇은 섬유성 선(삽화, 청색 화살표)을 보여주었다. 상처의 조직학적 크로스 섹션 (헤마토자일린 플록신(Hematoxylin Phloxin) 및 사프론(Saffron) 염색)은, 간 표면으로부터 (청색 화살표) 상처를 따라 (백색 점선) 조직 복구의 형성을 보여주었다.

실시예 1. 실리카 입자 TM50 수성 분산액

pH 9 에서 52 wt% 의 농도 및 200-250의 SiO₂/Na₂0 비 및 약 15nm의 반경을 가진 실리카 Ludox® TM-50 물 용액을, Aldrich 에서 구입하고 받은 대로 사용하였다.

실시예2 . 실리카 입자 AL30 (분말 및 30% 수용액으로서 사용된 실리카)

실리카 AL30 입자를 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS, 99+%)의 가수분해 및 축합에 의해 합성한 후, Stober로부터 채택된 시술을 수행하였다 (Stober, W., Fink, A. & Bohn, E. Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range. J. Colloid Interface Sci. 26, 62-69 (1968)). 600mL의 무수 에탄올 및 36mL의 암모늄 히드록시드 용액 (수 중 35 wt.%)을 둥근 바닥 플라스크에 첨가하고 5분 동안 교반 하였다. 이후 18mL의 TEOS 를 빠르게 붓고, 산출된 용액을 밤새 실온에서 교반 하였다. 실리카 입자를 원심분리 (7600 rpm, 45분) 에 의해 회수하고, 무수 에탄올로 세척한 후 원심분리-분산의 4회 사이클을 수행하였다. 최종적으로 실리카 입자를 6시간 동안 80℃에서 공기 건조하였다. 동적 광 산란 (DLS) 및 투과 전자 현미경 (TEM) 을 사용하여 입자 특징분석을 수행하였다. 입자 유체역학 반경 (DLS) 은 80nm이었고, 다분산도 지수는 15%이었다. TEM 이미지 분석으로부터 측정된 반경은 50nm 였다.

DLS 측정을, 탈이온수 중의 희석된 분산액 (2.7 mg / 100 mL) 상에서 22 mW HeNe Laser 가 구비된 ALV/CGS-3 Compact Goniometer System으로 수행하였다. 검출각은 10° 단계로, 30°에서 150°까지 가변시켰다. Zeiss CEM 902 현미경에서 TEM 이미지를 수득하였다. 탄소 필름이 있는 400 메시 구리 격자 상에서 탈이온수 중의 1 wt.% 에 대해 관찰하였다.

실시예 3. Fe ₂ /O ₃ 나노입자

20-40nm 직경 및 30-60 ㎡/g 과 동일한 표면적의 Fe₂O₃ 자성 나노입자를 Alfa Aesar (철 III 옥사이드, 자성 NanoArc®) 에서 구입하고, Pinho et al. (ACS Nano, 2010, 4, 5339-5349)에 의한 문헌에서 이전에 보고된 약간 변형된 시술에 따라 시트르산으로 프로세싱하였다.

특히, 0.5067 g의 Fe₂O₃ 나노입자 5분 동안 초음파분쇄를 통해 8mL의 milli-Q 물에 분산시켰다. 분산액을 이어서 100mL의 0.02 M 시트르산이 미리 로딩된 유리 고정기-형상 교반기가 장착된 유리 반응기로 옮기고, 기계적 교반 하에 밤새 방치하였다. 플라스크(flas) 내에 입자의 수집 후, 이들을 자석을 사용하여 경사분리하고, milli-Q 물로 3회 세척하였다. 시트레이트화된 입자를 초음파분쇄를 통해 12 mL milli-Q 물에 재-분산시키고, 40 ㎕ 의 35 % w/w NH₄OH 수용액의 첨가를 통해 해교시켰다. pH 측정 종이를 사용하여 측정된 상청 용액의 pH는 7 내지 7.5 인 것으로 밝혀졌다.

실시예 4: 나노- 히드록시아파타이트 나노입자

나노-히드록시아파타이트 나노입자는 조직 엔지니어링, 제 자리 조직 재생 뿐 아니라 특허 WO/2012/028620 에 기재된 바와 같이 약물 전달, 뼈 재구성에 대해서는 PCT/EP2011/064924 및 JC Fricain et al., Biomaterials 2013 Volume 34, Issue 12, April 2013, Pages 2947-2959 에 의해 기재된 바와 같이 적합하다 (A nano-hydroxyapatite - Pullulan/dextran polysaccharide composite macroporous material for bone tissue engineering). 이들 나노입자는 NP-Glue 단독의 성분으로서, 또는 의료 장비/바이오재료/조직 엔지니어링 제품의 표면상에 직접 사용될 수 있다. 이들은 [Brook I et al., J Biomater Appl. 2012 Sep;27(3):291-8, 또는 Hao Y et al., J Nanosci Nanotechnol. 2012 Jan;12(1):207-12]에 보고된 바와 같이 마그네슘 또는 스트론튬과 같은 여러 원소로 화학적으로 개질되거나 도핑될 수 있다.

간략하게는, nHA 는 실온에서 습윤 화학 침전에 의해 합성된다. 50-나노미터 nHA 나노입자가 수득되었고, 투과 전자 현미경, 푸리에-변환 적외선 분광법 및 X-선 회절을 사용함으로써 특징분석하였다.

실시예 5: 간 상처 (LIVER INJURY)

외상적 상처 또는 수술은 광대한 출혈을 유발할 수 있다. 하지만, 통상의 지혈 방법은 효과가 제한되고, 주변 조직 손상을 야기할 수 있다. 시아노아크릴레이트의 경우, 부작용에는 이물질에 대한 전신적 염증 반응, 즉, 통증 및 발열, 국부 조직 괴사 및 이물질에 대한 염증 반응, 혈전-색전 합병증 및 패혈성 합병증이 포함된다. 게다가, 바늘의 정맥류 벽에 대한 부착 및 잔류 접착제에 의한 경화요법 카테터의 폐색이 보고되었다. 반대로, 피브린 봉인제(sealant)는 생체적합성 및 생체분해성이라는 장점을 갖는다. 피브린 혈전은 정상적인 상처-치유 과정 중 일부로서 재흡수된다. 이와 같이, 이들은 일반적으로 염증, 이물질 반응, 조직 괴사, 또는 광범위한 섬유증과 연관되지 않는다.

본 연구에서, 지혈 및 간 또는 비장 조직 재생에 있어서의 본 장치의 능력을 평가하기 위해 실시예 1 의 나노입자의 제제를 사용한다.

시술 및 동물 치료 모두는 의료 연구를 위한 프랑스 국립학회(French National Society for Medical Research)에 의해 정규화된 실험실 동물 관리 원칙(Principles of Laboratory Animal Care)을 준수했다. 수컷 Wistar 래트 (8 주) 를 나트륨 펜토바르비탈 용액으로 마취시켰다. 배쪽 중앙선 개복술 (5cm) 을 수행하였다. 간 우엽을 노출시키고, 메스를 이용하여 1cm 수평 상처를 수행하고, 나노입자의 제제를 섹션 상에 적용하였다. 2개의 모서리를 함께 1분 동안 붙인 다음, 개복술을 Vicryl 4/0을 이용해 2층으로 폐쇄하였다. 출혈 증후군을 검출하기 위해, 동물을 급성 수술후 동안 모니터링하였다. 수술후 3일에, 동물을 안락사시켰다. 간을 노출시키고, 사진을 찍고, 조직학적 연구를 위해 상처난 영역을 주변 조직과 함께 제거하였다.

결과: 수술후 3일에 염증 반응 또는 접착은 관찰되지 않았다. 얇은-흉터선에 의해 상처의 포상(emplacement)이 목적이었다.

실시예 6: 심장에 대한 3D 스캐폴드 고정

세포 요법의 성공은 표적 조직 내의 세포 전달을 확보하는 능력에 달려있다. 심장 또는 근육 허혈성 손상에서, 연구 작업은 세포 손실을 대체하는 것을 목표로 한다. 유전자, 성장 인자 및 세포-기반 요법이 개발되었다. 세포-요법에서, 세포를 전달하기 위한 전형적인 방식은 정맥, 관상동맥 내 또는 심장 내 주사이다. 모든 경우에서, 제한된 세포 그래프트가 관찰된다. 상기 제한을 극복하기 위해, 스캐폴드-전달 시스템이 개발되었다. 경색-영역에 대한 스캐폴드 고정은 기술적 도전이다. 재료 미끄러짐을 피하기 위해, 장치를 재료 조성물의 기능에서, 봉합 또는 풀 예컨대 시아노아크릴레이트를 이용하여 심장에 고정하였다.

스캐폴드를 심장에 고정하는 시아노아크릴레이트 풀의 세포독성을 극복하는 나노입자의 제제의 능력을 평가하기 위해, 실시예 1의 나노입자의 제제를 이용해 래트에서 박동하는 심장 위치에 3D-생체분해성 다당류 스캐폴드 (Le Visage et al., Tissue Engineering 2012, 18(1-2):35-44) 를 이식하였다. 이전 연구에서, 스캐폴드의 사용은 국부 세포 접목 및 생존을 촉진시켰으나, 작은 및 큰 동물 (돼지가 시험됨)에서는 적용이 주요한 제약이었다.

시술 및 동물 치료 모두는 의료 연구를 위한 프랑스 국립학회(French National Society for Medical Research)에 의해 정규화된 실험실 동물 관리 원칙(Principles of Laboratory Animal Care)을 준수했다. 상기 평가를 위해 8 주 Wistar 래트를 사용하였다. 마취, 기관 삽관 및 기계적 환기 후, 흉부를 개방하고, 심장을 개별화하였다. 6 mm 3D-다당류 스캐폴드를 나노입자의 제제와 함께 심장 위에 풀로 붙였다. 이후 흉부를 폐쇄하였다 (Ethicon 4/0). 3D-스캐폴드 고정을 3 일 후에 평가하였다.

3일 후, 육안적 평가는 염증을 입증하지 않았다. 3D-스캐폴드는 상에서 여전히 가시적이었고, 다당류 스캐폴드의 분해가 일어났다.

실시예 7: 조직 고정 나노입자의 제제

창자

문합성 누출(Anastomotic leakage)이 여전히 일반적인 수술에서의 주요한 합병증으로 남아있고, 상당한 이환율, 사망률을 산출할 수 있다. 장 문합 누출에 대한 위험 인자 (코르티코스테로이드, 수술 전후 수혈) 또는 기술적 수술적 인자 (봉합사, 스테이플러, 및 체강 내 장치의 빡빡한 매듭) 와 연관된 여러 명의 환자를, 위장 문합의 결과에 영향을 주기 위해 확인하였다. 상기 고려사항은 풀에 의한 문합의 강화를 초래한다. 조직 접착제는 봉합 재료의 감소를 제공하고, 따라서 장 문합의 치유를 개선할 수 있다. 여러 연구에서 이미 봉합사 또는 스테이플 없이도 장 상처 치유에서 염증 및 손상이 덜할 뿐 아니라 혈액 공급이 더욱 양호함을 보여주었다. 상이한 조직 접착제가 사용되었으나, 결과는 이들의 독성으로 인해 열악하였다.

실시예 1의 나노입자의 제제의 소장에 대한 영향을 평가하기 위해, 10cm 공장 조각을 래트로부터 수확하고, 2개의 동일한 부분으로 절단하였다. 첫 번째 부분 (5cm 길이)을 개방하였고, 한 방울의 나노입자의 제제를 장의 마지막 2cm 상에 두었다. 이후 두 번째 장 샘플로부터 2cm를 나노입자의 제제에 적용하였다. 조직의 두 부분은 함께 붙었고 견인 시험 동안 분리되지 않는다.

혈관

동일한 시술을 혈관에 수행하였다. 조직을 개방하였고, 한 방울의 실시예1 의 나노입자의 제제를 혈관 조각상에 두었다. 이후 또 다른 혈관 조각은 나노입자의 제제로 코팅하였다. 조직의 두 부분은 함께 붙었고 견인 시험 동안 분리되지 않는다.

비장 복구

비장 복구에 대한 실시예 1의 나노입자의 제제의 영향을 평가하기 위해, 래트 비장을 제거하고, 2부분으로 수직으로 절단한 다음, 하나의 섹션을 나노입자의 제제로 코팅하고, 2개의 모서리를 1분 동안 함께 붙였다. 도면에 제시되는 바와 같이, 2개의 모서리를 서로 풀로 붙였다.

실시예 8: 복막 상의 스캐폴드 고정.

개방 또는 복강경 접근법에 의한 복부 벽 복구는 일반 수술에서 수행되는 가장 흔한 수술 중 하나이다. 메시의 고정은 통상적으로 개방 또는 복강경 탈장 복구에서 재발 위험을 최소화하기 위해 수행된다. 스테이플로의 메시 고정은 만성 서혜부 통증의 원인인 것으로 연루되어 왔다 (0.7% 내지 62.9%). 이것은 복합 고정의 반응, 메시의 이동과 연관되어 있다. 상기 부작용을 극복하기 위해, 메시 고정을 위해 접착제의 사용이 증가하고 있다.

복막에 대한 실시예 1의 나노입자의 제제의 효과를 평가하기 위해, PVA 스캐폴드 또는 3D-다당류 매트릭스를 나노입자의 제제를 이용해 생체 외 체벽 복막 복부 벽 상에 고정시켰다. 1분 후에, 스캐폴드 및 3D 매트릭스는 겸자에 의해 제거되지 않았다.

실시예 9: 피부 상처 폐쇄

봉합 재료를 사용하는 상처 폐쇄는 수술 과정의 필수적인 부분이다. 봉합은 혈관을 결찰시키고 조직을 함께 묶기 위한, 상처 폐쇄에 널리 사용되는 천연 또는 합성 직물 바이오재료이다. 봉합은 섬유 말단 중 하나에 부착된 금속성 바늘을 가진 섬유 또는 섬유성 구조로 이루어지고, 이들은 2가지 광범위한 분류: 흡수성 및 비-흡수성으로 분류될 수 있다. 봉합 재료의 가장 중대한 요구조건은 물리적 및 기계적 특성, 취급 특성, 생체적합성 및 항균 속성이고 모든 상기 특성이 밀접하게 연관된다. 복합 재료의 선택은 또한 상처 치유 과정에 영향을 준다. 봉합에 심미적으로 필요한 하나의 부가적인 특징은 상처 예방이다. 흉터의 예방은 상처 치유 과정에 대한 주요한 도전이다.

바이오접착제 (천연 또는 합성 재료) 는 생물학적 유체의 유출을 방지하는 봉인을 만들기 위해 또는 해부학적 온전성을 강화하기 위해 연 조직 복구에서 사용될 수 있다. 상기 제품은 봉합 및 스테이플, 및 통상적이고 현실적인 상처 봉인제에 대한 매력적인 대안으로서 많은 수술의 및 일부 피부과 또는 성형외과 수술의에 의해 널리 사용된다.

시술 및 동물 치료 모두는 의료 연구를 위한 프랑스 국립학회(French National Society for Medical Research)에 의해 정규화된 실험실 동물 관리 원칙(Principles of Laboratory Animal Care)을 준수했다. 250 g 중량의 성체 Wistar 수컷 래트(Wi/Wi, Charles-Rivers, France)를 나트륨 펜토바르비탈 용액 (30 mg/kg, Centravet, France)의 복막 내 주사에 의해 마취시켰다. 등의 털을 밀고, 소독한 다음, 멸균 방식으로 천을 걸쳤다. 메스를 이용하여 등쪽 중앙선의 좌측면 및 우측면 둘 다에 1 cm 길이의 수평 절제를 만들었다. 상처 모서리를 실시예 1의 나노입자의 제제로 풀로 붙이고 봉인하거나(좌측 면) 또는 봉합하였다 (Ethicon 4/0).

상처를 수술 후 1, 3 및 4 일 후에 관찰하였다. 4일 후, 래트를 나트륨 펜토바르비탈(60 mg/kg)의 복막 내 주사에 의해 마취하고, 흉터 및 0.5 cm 의 주변 조직을 절제하고, 식염수로 부드럽게 린스하고, 4% 파라포름알데히드 용액으로 고정하고, 탈수시키고, 파라핀 내에 함침시켰다. 7-마이크론-두께 섹션을 수득하였고 (Leitz Wetzlar microtome, France), 헤말룬-에오신 (Hemalun-eosin)으로 염색하고, Q Capture Pro Software (Qimaging, Canada) 를 사용하여 사진을 찍었다.

수술 시술 동안, 나노입자의 제제는 상처에 쉽게 적용되었다. 팔로-업 (follow-up) 동안, 상처 유출, 감염 또는 염증 반응은 관찰되지 않았다.

실시예 10: 멤브레인 제제

NP-Glue 분말 (EXAMPLE 2) 및 Fe2O3 NP-풀 (EXAMPLE 3)을 젖은 PVA 멤브레인 상에 부었다. 과량의 분말을 부드러운 PVA/분말 멤브레인 교반에 의해 제거하였다. 도 8 은 NP-풀 또는 Fe2O3 NP-풀 육안 최종 결과를 보여준다.

실시예 11: 간 절제술

간 절제술은 간의 전이 또는 일차적 신생물의 관리에서 그 빈도가 증가하고 있다. 비록 상기 시술에 대한 사망률이 꾸준히 감소하고는 있지만, 관련 이환율은 높게 유지되고 있다. 이환율은 주로, 특히 황달 및 간경변 환자에서, 수술 시간 및 혈액 손실과 연관된다. 간 절제술 동안, 다양한 원천으로부터의 출혈의 통제는 수술의가 직면하는 가장 중요한 문제이다.

본 실험에서, 간절제술 후 출혈을 통제하기 위한, 제조된 NP-풀-코팅된 PVA 멤브레인 (실시예 9) 의 능력을 평가하였다. 시술 및 동물 치료 모두는 의료 연구를 위한 프랑스 국립학회(French National Society for Medical Research)에 의해 정규화된 실험실 동물 관리 원칙(Principles of Laboratory Animal Care)을 준수했다. 수컷 Wistar 래트 (8주) 를 나트륨 펜토바르비탈 용액으로 마취시켰다. 배쪽 중앙선 개복술 (5cm) 을 수행하였다. 간 우엽을 노출시키고 (도 9A), 간엽의 2/3 을 전체적으로 횡단 절단하였다 (도 9B 및 9C). 이후 섹션을 NP-풀-코팅된 PVA 멤브레인에 의해 피복하였다 (도 9D). 출혈을 평가하고 이후, 개복술을 Vicryl 4/0 을 이용해 2층으로 폐쇄하였다. 출혈 증후군을 검출하기 위해, 동물을 급성 수술후 동안 모니터링 하였다.

실시예 12: 다중층 제제

조직 구축물은 흉부 벽의 결함, 봉합 선 강화, 근육 플랩 강화, 탈장 복구, 성형외과 및 재건 수술 적용을 포함하는 연 조직 재건 시술을 포함하나 이에 제한되지 않는 약화가 존재하는 연 조직의 강화 및 복구를 위해, 및 봉합 또는 봉합 고정기에 의해 복구된 연 조직의 강화를 위해, 일반 수술 시술에서의 사용을 위해 지시된다.

이들은 또한, 바이오재료 분야에서 또는 조직 엔지니어링 및 재생 의학에서 자연적인 세포 미세환경을 모방하기 위해, 연구 3D 세포 배양에 사용된다. 일반적으로, 세포/약물 및 재료의 조합은 생물학적/생리학적 기능을 개선/대체하는데 필요하다. 하나의 기술적인 도전은 상기 구축물의 표적 기관 상에의 고정이다.

3D 시스템을 고정하는 NP-풀 (실시예 2) 의 능력을 평가하기 위해, SIS 매트릭스의 2개의 층, 이후 3D-매트릭스, 및 SIS의 층으로 구성된 구축물을 제작하였다. 이후 4개의 층을 NP-풀 (실시예 2) 로 함께 결합시키고, 고정 시스템으로서 NP-풀을 사용하여 피하 이식하였다.

구축물을 이후 생체 외 실험에 사용하였다. 상기 장치를 NP-풀 (실시예 2) 을 이용하여 복막 위에 풀로 붙였다. 도 11 에서 제시되는 바와 같이, 겸자를 이용한 견인은 상기 구조를 움직이지 않았다.

동일한 결과가 메시를 이용하여 관찰되었다. 본 실험을 위해, 메시를 NP-풀 (실시예 2) 을 이용하여 풀로 붙인 다음, 복막 위에 고정하였다 (도 12). 동일한 시술을 SIS® 멤브레인에 대해 사용하였다 (도 12).

실시예 13: 피부 상처 복구에서의 Fe ₂ 0 ₃ - 나노입자의 제제

메스를 이용하여 등쪽 중앙선의 좌측면 및 우측면 둘 다에 1cm 전체-두께 길이 수평 절제를 만들었다. 상처 모서리를 브러쉬를 이용해 풀로 붙이고, 실시예 3 의 Fe₂O₃-나노입자의 제제로 봉인하거나 (우측 면) 또는 봉합하였다 (Ethicon 4/0). 입자 침적 1분 후, 상처를 봉인하였다. 수술 후 3일에, 나노입자의 제제로는 상처 누출, 감염 또는 염증 반응이 관찰되지 않았다. 육안의 피부 상처는 두 상처 폐쇄 치료에서 유사하였고, Fe₂O₃ 입자는 7 Tesla 전신 MRI로 관찰되었다 (청색 화살표) (도 14). Fe₂O₃ 입자는 입자가 제시되지 않은 봉합된-상처와 비교하여 Fe₂O₃-처리 부위에서 관찰되었다 (도 15).

실시예 14: 피부 상처 복구에서의 NP-풀 및 DERMABOND ® 치료의 비교.

1cm 전체-두께 길이 수평 절제 후, 상처를 나노입자 (우측 면) 또는 성형외과 수술 크리니컬 (Dermabond®)을 사용하여 풀로 붙이고 봉인하였다. 수술 후 3일 차에, 클리니컬 풀에는 염증 반응이 관찰되었다. 반면, 나노입자의 제제로 치료된 상처는 거의 복구되었다.

실시예 15: 나노입자의 수용액에 의한 기관 복구, 지혈, 및 의료 장비의 생체 내 결합

실험 섹션 :

실리카 SiO₂NP 나노입자를 Stober et al. 방법을 사용하여 제조하였다.^{[ 17]} 특히 600mL의 무수 에탄올 및 36mL의 나트륨 히드록시드 용액 (물 중, 35 wt.%) 을 둥근 바닥 플라스크에 첨가하고, 5분 동안 교반하였다. 이후, 18mL 의 TEOS 를 빠르게 붓고, 산출 용액을 실온에서 밤새 교반하였다. 실리카 입자를 원심분리 (7600 rpm, 45분) 에 의해 회수하고, 무수 에탄올로 세척하고, 이어서 원심분리-분산의 4회 사이클을 수행하였다. 실리카 입자를 최종적으로 6시간 동안 80℃에서 공기 건조 시켰다. 동적 광 산란 (DLS) 및 투과 전자 현미경 (TEM) 을 사용하여 입자 특징분석을 수행하였다. 입자 유체역학적 반경 (DLS)은 80nm이었고 다분산 지수는 15% 였다. TEM 이미지 분석에 의해 측정된 반경은 약 50nm (Supporting Information, Fig. S4)이었다. 입자를 milli-Q 물에 30 wt% 로 분산시켰다. 약 15nm의 입자 반경을 가진, pH 9 에서의 52 wt% 의 실리카 입자의 농도의 실리카 Ludox® TM-50 물 용액을 Aldrich 에서 구입하였고 받은 대로 사용하였다.

철 옥사이드 Fe₂O₃NP 나노입자 용액은 20-40 nm 직경 및 30-60 ㎡/g의 표면적의, 시판되는 (NanoArc®, Alfa Aesar 에서 구입함) 자기 Fe₂O₃ 나노입자를 사용하여 제조하였다. 특히, 0.5067g의 Fe₂O₃ 나노입자를 5분 동안 초음파분쇄를 통해 8 mL 의 milli-Q 물에 분산시켰다. 이어서 분산액을 100mL의 0.02 M 시트르산이 미리 로딩되어 있는 유리 고정기-형상 교반기가 구비된 유리 반응기로 옮기고, 기계적 교반 하에 밤새 방치하였다. 플라스크 내에 입자의 수집 후, 이들을 자석을 사용하여 경사분리하고, milli-Q 물로 3 회 세척하였다. 시트레이트화된 입자를 초음파분쇄를 통해 12mL milli-Q 물에 재-분산시키고, 40㎕의 35% w/w NH₄OH 수용액의 첨가를 통해 해교(peptize)시켜, 42.2g/L 농도의 초기 Fe₂O₃ 입자를 수득하였다. pH 측정 종이를 사용하여 측정된 용액의 pH는 7 내지 7.5 인 것으로 밝혀졌다. Supporting Information 도 S5 는 Fe₂O₃NP 나노입자의 TEM 이미지를 보여준다.

결과 및 논의:

출혈의 중단 (지혈), 체액 누출의 방지, 상처 폐쇄, 및 기관 보수는 의료 및 수술 실시에서 매일 일어나는 과제이다.^{[ 1]} 봉합사 및 스테이플은 표준적이고 효과적인 도구이다. 여전히, 봉합사는 접근불능 신체 영역 또는 최소 침습 수술에서는 부담이 있을 수 있다. 불행히도, 봉합사는 조직 특히 연 조직, 예컨대 간^[2], 비장^[3], 신장^[4] 또는 폐^[5]에 대해서는 외상성이다. 지난 세기 동안 제자리 중합 또는 가교 반응에 의존하는 합성 또는 생물학적 조직 접착제가 상보적 기법으로서 출현했다.^{[ 1c, 6]} 그러나, 임상 실시에서 현재 이용가능한 조직 접착제는 독성, 불충분한 강도 및/또는 과도한 팽창과 같은 상당한 고유의 제약이 존재한다.^{[ 1c, 6c, 7]} 적용가능한 접착 강도를 가진 중합체 재료를 산출하는 생체모방 접근법 및 신규한 화학이 개발중이다.^{[6b, 6e, 8]} 실시에서, 중합체를 이용한 풀칠 또는 봉인은 복합적인 과정으로 남아있다: 이것은 생체 내 풀 적용 또는 생체 내 개시 및 화학적 중합 또는 가교 반응의 통제 전에 엄격한 저장 및 제조 조건 모두를 필요로 한다.

최근, 히드로겔의 접착에 대한 신규한 접근법이 제안되었다.^{[ 9]} 이것은 중합체 접착제 대신 수성 나노입자 용액의 사용에 의존한다. 상기 방법은 화학 반응을 필요로 하지 않는다: 나노입자 용액 방울을 겔 표면상에 펴바르고 겔 조각을 접촉시킨다. 겔 표면에 흡착된 나노입자가 조각 사이의 연결자로서 작용하여 접착을 확보한다. 접착 강도는 나노입자 상에 흡착된 젤의 거대분자에 의해 야기된다. 압력 하에, 흡착된 층은 재조직화되고, 에너지를 소멸시키고 계면 골절 증식을 방지할 수 있다. 상기 접근법은 합성 히드로겔에 제한되지 않으며, 실리카 나노입자 용액을 사용하여 2 조각의 송아지 간 슬라이스에 대해 생체 외에서 접착이 제시되었다.

입자 나노브릿지에 의한 접착 원리가 상처 봉쇄에 적용될 수 있을 것이라고 제안한다. 그럼에도 불구하고, 중합체 조직 접착제에 대한 수십년의 연구는 혈액의 존재 하에 그리고 임상적 실시에 필적하는 단시간 내에 충분한 접착을 어떻게 달성하는 지를 보여준다. 게다가, 접착제 연결은 폐쇄 후 조직 움직임 또는 체액 흐름과 같은 생체 내 조건의 제약을 견뎌내야만 한다. 여기서, 피부 및 간과 같은 2개의 매우 상이한 유형의 조직으로 래트 내에서 복구하기 위한 실리카 나노입자 수용액의 적용성을 생체 내에서 입증한다. 또한, 철 옥사이드 나노입자가 강하고 빠른 상처 폐쇄 및 복구를 달성하는데 사용될 수 있다는 것을 보여준다. 철 옥사이드 나노입자는 대사되어, 부가적인 요긴한 것(boon)으로서, 이들은 임상적인 제자리 관찰을 가능하게 하는 자기 공명 이미지화에서의 대비를 제공할 수 있다.^{[ 10]}

상처 폐쇄는 나노입자에 의해 접착되는 것으로서 이득이 될 수 있는 유일한 적용 영역이 아니다. 예를 들어, 간 절제는 간의 전이 또는 일차적 신생물의 관리에서 그 빈도가 증가하고 있다. 비록 상기 시술에 대한 사망률이 꾸준히 감소하고는 있지만, 주로, 특히 간경변 환자에서, 수술 시간 및 혈액 손실과 연관된 이환율은 높게 유지되고 있다. 간 절제술 동안, 출혈의 통제는 수술의가 직면하는 가장 중요한 문제이다.^{[ 2, 5a, 7c, 11]} 여기서 입자 나노브릿지가 래트 간 절제 후 빠르고 영구적인 지혈에 대한 수단을 제공할 수 있다는 것을 보여준다. 이를 위해, 중합체 합성 필름을 그 표면상에 나노입자를 흡착시킴으로써 나노입자에 의해 코팅하고 극심하게 출혈중인 간 섹션을 피복하기 위해 펴바른다. 강한 접착 및 영구적인 지혈이 수 분 내에 달성되었다.

유사하게는, 젖어있고 움직이는 환경에서 보철, 의료 및 조직 엔지니어링 장치를 기관에 부착시키기 위한 나노브릿지의 가능성을 예증하기 위해, 실리카 나노입자의 수용액을 사용하여 박동하는 래트 심장에 3D 조직-조작 스캐폴드를 영구적으로 묶어두었다.

조직표면상의 흡착을 최적화시키기 위해, 중합체 층에 의해 안정화된 나노입자를 사용하는 것을 회피하는 것이 유리하다. 게다가, 그래프트된 또는 흡착된 중합체는 세포내 (거대) 분자에 의해 효과적으로 반발되어, 조직표면 상의 입자의 흡착을 방지할 수 있다. 따라서 신체에서의 순환에 최적화된 나노입자는 회피되어 진다. 따라서 2가지 유형의 나노입자가 본 연구에서 사용되었다. 약 50nm의 반경을 가진 실리카 나노입자 (SiO₂NP) 를 Stober 방법에 의해 합성하였고, 30 wt% (pH=8.5) 의 농도로 탈이온수 중의 용액으로서, 또는 지시되는 경우, 분말로서 적용하였다. 철 옥사이드 Fe₂O₃ 나노입자 (Fe₂O₃NP) 를 Alfa Aeser 에서 구입하고, 시트르산에 의해 안정화시키고, 해교시키고, 42 g/L 의 milli-Q 물 중 수용액으로 사용하였다.

시술 및 동물 치료 모두는 의료 연구를 위한 프랑스 국립학회 (National Society for Medical Research (프랑스 농무부 허가 번호 006235))에 의해 발행된 실험실 동물 관리 원칙(Principles of Laboratory Animal Care)을 준수했다. 피부 상처의 경우, 폐쇄 장치의 선택은 본질적으로 상처의 깊이에 따라 다르다. 피상적 열상의 경우, 봉합, 접착제 테이프 및 시아노아크릴레이트 접착제 예컨대 2-옥틸-시아노아크릴레이트, N-부틸-2-시아노아크릴레이트-메타크릴옥시술폴란, N-부틸-2-시아노아크릴레이트)의 사용은 인간에서 선택되는 현행 방법이다.^{[ 1c]} 심층적 상처의 경우, 폐쇄 봉합은 임상적 금 표준이다 (도 16).^{[ 1a, 1b, 12]} 게다가, 시아노아크릴레이트 접착제는 이러한 상황에서 적합하게 사용될 수 없는데, 이들이 강한 연결부를 형성하고 살아있는 세포와 접촉시 국부 조직 반응 (독성 및/또는 염증) 을 유발하기 때문이다.

이들의 크기 덕에, 나노입자는 자연적인 상처 치유 과정에 실질적으로 영향을 주지 않으며, 강력한 거시적 장애물의 형성을 야기하지 않을 것이라고 예상했다. 따라서 Wistar 래트에서 전체 두께 피부 절제를 이웃시키고 봉합된 절제의 것과 산출되는 치유를 비교함으로써 복구하는 것을 목표로 하였다. 치유가 피부의 두께 및 국부 피부 상태의 긴장에 따라 의존적이기 때문에,^{[ 1a, 13]} 2 가지 상이한 부위: 얇은 복부 피부 및 두꺼운 등쪽 피부에서 절개성 상처 모델을 연구하고 비교를 비교하였다.

길이 1.5 cm 및 깊이 3 mm 의 등쪽 상처를 Stober 실리카 (SiO₂NP), 시판 실리카 현탁액 Ludox TM50, 또는 철 옥사이드 (Fe₂O₃NP) 나노입자 용액에 의해 나노브릿지를 형성시키고, 비-재흡수성 임상 실 (4/0, Ethicon) 및 시판 시아노아크릴레이트 풀 (Dermabond®, Histacryl®)에 의한 표준 봉합과 비교하였다. 나노입자 용액을 브러쉬 (n=6) 또는 마이크로피펫 (n=5)을 이용하여 상처의 한 모서리에 펴바르고, 2 개의 모서리를 손으로 함께 모으고 압착하여 접촉시켰다. 마이크로피펫을 사용함으로써, 펴바른 나노입자 용액의 부피를 다르게 할 수 있었다 (2 ㎕ 에서 15㎕). 상처 표면에서 생기는 과량의 용액은 압박붕대(compress)로 제거하였다. 상처 모서리를 1 분 미만 동안 손으로 접촉되게 유지하였고, 이 시간 후 상처는 폐쇄되었다. 모든 동물에 대해, 상처는 팔로-업 동안 재개방되지 않았다. 육안적 결과로는 병리학적 염증 또는 괴사에 대한 증거가 없었다 (도 16 및 17). 모든 시험된 나노입자의 경우, 흉터는 심미적이었고, 이 특징은 많은 영역의 피부 수술에 좋은 징조이다. 게다가, 나노브릿지는 최적의 배치를 수득하기 위해 상처 모서리를 쉽게 위치를 변경하고 조정하는 것을 가능하게 한다. 위치를 변경하는 것은 원칙적으로는 봉합에 대해서 가능하지만, 이것은 숙련된 전문가에 의한 봉합의 제거를 필요로 하고, 수술 시간을 증가시키며, 치유를 지연시키는 국부 외상을 부가한다.

브러쉬 또는 마이크로피펫에 의해 적용된 나노입자의 존재는 치유 과정의 첫번째 단계, 즉 출혈을 방지하고 세포 및 건조 조직을 제거하는 혈관 혈전 형성 및 염증을 변형시키지 않는다.^{[ 14]} 봉합에 대한 것처럼, 과립화 조직은 세포에 대한 이동 구조로서 담당하는 새로운 결합 매트릭스를 형성하였다. Fe₂O₃ 입자의 경우, 헤마토자일린-플록신-폰세(Hematoxyline-Phloxine-Ponceau) 염색은 소량의 응집체의 존재를 밝혀낸다 (도 17). 입자 응집을 통제하는 것이 중요하다. 게다가, 용액보다는 실리카 나노입자의 분말을 펴바르는 경우, 입자 응집물이 충분한 상처 폐쇄 및 치유를 제한한다.

소작, 봉합 또는 지혈 봉인제는 간, 비장 또는 신장과 같은 혈액에 의해 깊게 관통되는 연 조직 및 습윤 조직의 표면 열상을 치료할 수 있다.^{[ 2, 11a-d, 11g]} 그러나, 깊은 상처 폐쇄를 위한 상기 기법의 사용은 매우 도전적이다. 메스를 사용해 래트 간 우엽 상의 1.5 cm 길이 및 6 mm 깊이 수평 절제를 수행하였다. 복구를 위해, SiO₂ 또는 Fe₂O₃ 나노입자 용액을 파이펫으로 출혈 손상 부위에 침적시켰다. 상처의 2 개의 모서리를 손으로 함께 모으고 접촉시켜 유지하였다. 약 1 분 후, 지혈이 완료되었고, 상처는 밀폐된 채로 남아있었다. 대조 실험에서, 기계적 압력은 나노입자-용액의 부재 하에서는 어떠한 영구적인 지혈도 야기하지 않았다. 래트를 급성 수술후 동안 모니터링하였고, 출혈 증후군이 검출되지 않았다 (n=3). 수술후 3 일에, 간의 입체-육안 관찰은 얇은 흉터 조직을 보여주었다 (도 18). 조직학적 연구는 상처의 2 개의 모서리 사이에 얇은 과립화 조직의 존재를 밝혔다. 나노브릿지는 지혈, 담즙정체(biliostasis) 및 상처 폐쇄 뿐 아니라, 또한 간 기능이 나노입자 용액의 적용에 의해 영향을 받지 않았다는 것을 확실히 하였다. Alat 및 Asat 효소는 수술 전에 각각, 26 U/L 및 81 U/L, 및 SiO₂NP 에 의한 복구 후 3 일에 24 U/L 및 74 U/L 인 것으로 측정되었다. 총 빌리루빈은 정상 범위 (각각, 수술 전 및 수술후 3 일에, 1.4 μmol/L 및 1.5 μmol/L) 내에 있었다.

간절제술 후 지혈을 위해 출혈중인 간 섹션 상에 멤브레인을 단단하게 부착시키기 위해 나노입자를 이용하는 것을 제안한다. 이러한 접근법의 잠재성을 설명하기 위해, 실리카 나노입자로 표면 코팅된 폴리(비닐알코올) (PVA) 멤브레인을 사용하였다.^{[ 15]} PVA 필름은 포스페이트 완충 식염수 용액에서 팽창하였다. 팽창된 필름의 표면상에 SiO₂NP 분말을 펴바름으로써 코팅을 실현하였다. 미부착된 실리카 입자를 필름을 부드럽게 진탕시켜 제거하였다. Wistar 래트에서 배쪽 중앙선 개복술 (5cm) 을 수행하였다. 간 우엽을 노출시키고, 간엽의 2/3 을 전체적으로 횡단 절단하고, 코팅된 멤브레인을 출혈중인 섹션에 대해 수 초간 가볍게 가압하였다 (도 18). 즉시 지혈이 이뤄졌다. 15 분의 모니터링 후, 복부 벽을 Vicryl 4/0 을 이용해 폐쇄시키고, 래트를 급성 수술후 동안 출혈 증후군의 임의의 증거 없이 모니터링하였다. 도 18에서 제시되는 바와 같이, 수술 후 3 일에 손상 부위에서 병리학적 염증이나 출혈 중 어느 것도 관찰되지 않았다. 대조 실험에서, SiO₂ 코팅의 부재 하에서 PVA 멤브레인을 이용해서 지혈 봉인이 달성될 수 없었다.

출혈을 중단시키기 위한 간 조직 상에 고정된 멤브레인의 경우, 기관 움직임이 제한되었다. 많은 임상적 상황에서, 박동하는 심장과 같은 중요한 수축을 겪는 기관에 대해 멤브레인, 의료 장비 또는 조직 엔지니어링 구축물을 고정시키는 것이 중요하다.^{[8a, 16]} 접착제의 적용은 따라서 훨씬 더 부담이 되고, 가능한 경우; 봉합 또는 시아노아크릴레이트 풀이 이들의 독성 및 젖은 상태에 적용하기 어려움에도 불구하고 사용된다. 나노입자에 의해 초래되는 접착이 엄격한 생체 내 조건을 견뎌낼 수 있으며 장치 미끄러짐을 방지할 수 있는지를 확인하기 위해, 스캐폴드를 래트의 박동하는 심장 상에 고정하기 위한 나노브릿지의 능력을 평가하였다. 따라서 래트를 마취시키고, 기관 삽관 및 기계적 환기를 수행하였다. 흉부를 개방시키고, 한방울의 실리카 Ludox® TM50 을 브러쉬를 이용하여 심장의 표면상에 펴발랐다. 세포 요법에 최적화된, 다공성 다당류 생체분해성 히드로겔로 만들어진 직경 6mm 의 3D-스캐폴드^[16]를 나노입자에 의해 코팅된 표면과 접촉시키고, 심장 수축 및 습윤 환경에 저항하여 단단하게 고정시켜 유지하였다. 3 일 후, 흉부를 재-개방하고, 3D-스캐폴드는 심장 상에서 여전히 가시적이었다 (도 19). 육안적 평가는 임의의 염증 징후를 입증하지 않았고, 예상된 바와 같이 다당류 스캐폴드의 분해가 발생하기 시작했다.

요약하면, 나노입자의 수용액에 의한 빠르고 강력한 접착이 매우 상이한 임상적 상황에서 유리하게 사용될 수 있다는 것을 입증하였다. 피부 상처의 경우, 현저한 심미적 치유가 수득되었고, 복구 시술은 임의의 특정한 제제 또는 훈련을 필요로 하지 않는다. 본원에서 간의 경우 제시된 나노브릿지에 의한 출혈 통제 및 조직 복구는 비장, 신장, 심장, 및 폐 수술에서 사용될 수 있을 것이다. 단단한 봉인이 필요한 경우 나노브릿지는 문합 및 고전적 봉합 프로토콜을 보완할 수 있을 것이다. 봉합 의료 장비의 가능성은 복구 및 재생 의학에서 신규한 적용을 열 수 있다. 화학 견지에서, 본원에서 설명되는 원리는 실리카 및 철 옥사이드 나노입자에만 국한되는 것이 아니고, 이들은 크기, 형태 및 표면 화학의 많은 가능한 선택이 있다. 특히, 피부 감염 또는 약물 전달 시스템에 대해 은 나노입자와 같이 고유한 생물학적 효과를 갖는 나노입자는 유용한 옵션을 제공할 수 있을 것이다. 임상적 실시로의 변환은 주의깊은 안정성 및 독성 연구를 필요로 할 것이다. 나노브릿지에 의한 접착의 생물학적 메카니즘의 더 나은 이해가 차세대 조직 접착제의 디자인을 안내할 것이다.

참고문헌:

본 출원을 통틀어, 다양한 참고문헌이 본 발명이 속하는 당업계의 상황을 기술하고 있다. 이들 참고문헌의 설명은 본 명세서에 참조로서 인용된다.

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Claims (32)

1. 나노입자 층을 제1 조직표면(tissue surface) 및 제2 조직표면 중 적어도 하나 상에 흡착시키는 단계, 및 상기 표면들을 표면들이 서로 부착되도록 하는데 충분한 시간 동안 근접시키는 단계를 포함하는, 이를 필요로 하는 개체 내에서 제1 조직표면을 제2 조직표면에 부착시키는 방법.
2. 나노입자 층을 재료 및/또는 생물학적 조직의 표면상에 흡착시키는 단계, 및 재료 및 생물학적 조직을 재료 및 생물학적 조직이 서로 부착되도록 하는데 충분한 시간동안 근접시키는 단계를 포함하는, 이를 필요로 하는 개체 내에서 재료를 생물학적 조직에 부착시키는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   조직이 피부 조직, 모발 조직, 손톱 조직, 각막 조직, 혀 조직, 구강 조직, 식도 조직, 항문 조직, 요도 조직, 질 조직, 요로 상피 조직, 침샘 조직, 젖샘 조직, 눈물샘 조직, 땀샘 조직, 전립선 조직, 요도구선 조직, 바르톨린선(Bartholin's gland) 조직, 자궁 조직, 호흡기 및 위장관 배상 세포 조직, 위점막 조직, 위샘 조직, 췌장 조직, 비장 조직, 폐 조직, 뇌하수체 조직, 갑상선 조직, 부갑상선 조직, 정소 조직, 난소 조직, 호흡샘 조직, 위장샘 조직, 부신 조직, 신장 조직, 간 조직, 지방 조직, 도관 세포 조직, 담낭 조직, 부고환(epidydimal) 조직, 수정관 조직, 혈관 조직, 림프샘 조직, 림프관 조직, 활액 조직, 장막 조직, 편평 조직, 달팽이관 조직, 맥락망막 조직, 상의 조직, 경막 조직, 연질-거미막 조직, 공막 조직, 망막 조직, 홍채 조직, 섬모 조직, 치아 조직, 귀 조직, 인대 조직, 힘줄 조직, 탄성 연골 조직, 섬유연골 조직, 유리질 연골 조직, 골수 조직, 추간판 조직, 치밀뼈 조직, 해면 뼈 조직, 골격근 조직, 심근 조직, 평활근 조직, 심장 판막 조직, 위심 조직, 흉막 조직, 복막 조직, 혈액 세포 조직, 뉴런 조직, 교질 조직, 감각 변환 세포 조직, 통증 민감성 조직, 자율 뉴런 조직, 말초 신경계 조직, 뇌 신경 조직, 눈 렌즈 조직, 생식 세포 조직, 흉선 조직, 태반 조직, 태막 조직, 탯줄 조직, 줄기세포 조직, 중배엽 조직, 외배엽 조직, 내배엽 조직, 자가 조직, 동종이식 조직 또는 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법.
4. 제2항에 있어서,
   재료가 멤브레인(membrane), 스캐폴드(scaffold) 재료, 필름, 시트(sheet), 테이프, 패치, 메시(mesh) 또는 의료 장비(medical device)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법.
5. 제2항에 있어서,
   재료가 금속, 유리 또는 중합체로 만들어지는 방법.
6. 제2항에 있어서,
   재료가 히드로겔인 방법.
7. 제2항에 있어서,
   재료가 생물학적 활성제(biologically active agent), 약제(pharmaceutical agent) 또는 방사증감제(radiosensitizer)를 포함하는 방법.
8. 제2항에 있어서,
   재료가 다수의 세포와 함께 로딩되는 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   나노입자가 고체 나노입자 중에서 선택되는 방법.
10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노입자가 무기, 유기 또는 혼합된 것이고, 코팅되거나 그래프트되는 방법.
11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노입자가 금속 옥사이드, 알루미나, 실리카, 카올린, 히드록시아파타이트, 칼슘 카르보네이트, 미카 석영과 같은 실리케이트, 제올라이트, 또는 헥토라이트, 라포나이트, 몬트모릴로나이트, 벤토나이트, 스멕타이트와 같은 점토인 방법.
12. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노입자가 금속 입자인 방법.
13. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노입자가 철 옥사이드 (FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄), 세륨 옥사이드 (CeO), 알루미나 (Al₂O₃), 지르코늄 옥사이드 (ZrO₂), 티타늄 옥사이드 (TiO₂), 티타네이트 (BaTiO₃, Ba0.5Sr0.5TiO₃, SrTiO₃), 인듐 옥사이드 (In₂O₃), 주석 옥사이드 (SnO₂), 안티몬 옥사이드 (Sb₂O₃), 마그네슘 옥사이드 (MgO), 칼슘 옥사이드 (CaO), 망간 옥사이드 (Mn₃O₄, MnO₂), 몰리브덴 옥사이드 (MoO₃), 실리카 (SiO₂), 아연 옥사이드 (ZnO), 이트륨 옥사이드 (Y₂O₃), 비스무트 옥시클로라이드, 구리 옥사이드 (CuO, Cu₂O)와 같은 금속 옥사이드의 입자인 방법.
14. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노입자가 유기 중합체로 만들어지는 방법.
15. 제14항에 있어서,
    유기 중합체가 폴리스티렌, 폴리(비닐 아세테이트), 폴리(메틸스티렌), 폴리(아크릴아미드), 폴리(아크릴로니트릴), 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(부틸 아크릴레이트), 폴리(아크릴산), 스티렌과 C1-C4 알킬 (메트)아크릴레이트의 공중합체, 스티렌과 아크릴아미드의 공중합체, 스티렌과 아크릴로니트릴의 공중합체, 스티렌과 비닐 아세테이트의 공중합체, 아크릴아미드와 C1-C4 알킬 (메트)아크릴레이트의 공중합체, 아크릴로니트릴 및 C1-C4 알킬 (메트)아크릴레이트로부터의 공중합체, 아크릴로니트릴과 아크릴아미드의 공중합체, 스티렌, 아크릴로니트릴 및 아크릴아미드로부터의 삼원중합체, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리(에틸 메타크릴레이트), 공중합체 스티렌/부타디엔, 스티렌/아크릴산, 스티렌/비닐피롤리돈 및 부타디엔/아크릴로니트릴, 또는 메톡시 폴리(에틸렌 글리콜)-폴리(락타이드) 공중합체 (MPEG-PLA) 로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법.
16. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노입자가 다당류로 만들어지는 방법.
17. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노입자가 초음파검사, 탄성초음파영상(elastography), 초음파 횡파 이미지화 (Supersonic Shear Wave Imaging), 자기 공명 이미지화 (Magnetic Resonance Imaging (MRI)), 양전자 방사 단층촬영 (Positron Emission Tomography (PET)), 단일 양자 방출 컴퓨터 단층촬영 (Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT)), 형광 분광학, 컴퓨터 단층촬영, X-선 방사능촬영, 또는 상기 기법의 임의의 조합과 같은 이미지화 기법에 의해 검출가능한 방법.
18. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노입자가 나노입자의 수성 현탁액으로서 표면상에 적용되는 방법.
19. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노입자가 용매, 특히 알코올과 같은 유기 용매를 함유하는 현탁액으로서 표면상에 적용되는 방법.
20. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노입자가 분말로서 표면상에 적용되는 방법.
21. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노입자가 코팅, 담금(dipping), 분무(spraying), 펼침(spreading) 및 용매 주입(solvent casting)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 기법으로 표면상에 적용되는 방법.
22. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노입자가 조직과 접촉하였을 때 나노입자를 방출하는 능력을 가진 다수의 캡슐을 갖는, 패치, 드레싱, 엘라스토플라스트(elastoplast) 또는 밴드(band-aid)로 이루어지는 군으로부터 일반적으로 선택되는 수단으로 조직상에 침적(deposit)될 수 있는 방법.
23. 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노입자가 조직에 적용되기 직전에 재료의 표면상에 바로 흡수되는 방법.
24. 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노입자가 재료의 표면상에 미리 흡착되는 방법.
25. 제24항에 있어서,
    나노입자가 적어도 하나의 표면에서 미리 흡착된 재료를 제공하는 단계 및 재료와 생물학적 조직을 재료와 생물학적 조직이 서로 부착되기에 충분한 시간 동안 근접시키는 단계를 포함하는 방법.
26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    출혈의 통제를 제공하기 위한 방법.
27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    개체에서 제1 및 제2 조직 사이의 결함을 봉인하기 위한 방법.
28. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    예컨대, 봉합사, 스테이플, 기계적인 고정제, 또는 메시에 의해 달성되는 제1 및 제2 조직표면의 온전성(integrity)을 강화시키기 위한 방법.
29. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    예컨대, 출혈을 통제하고, 감염 또는 악성 종양(malignancy)을 치료하거나, 또는 조직 재생을 촉진시키는 약물을 포함하는 약물의 전달을 위한 방법.
30. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    비만 수술, 심장 수술, 흉부 수술, 대장 및 직장 수술, 피부과 수술, 일반 수술, 부인과 수술, 악안면 수술, 신경수술, 산부인과 수술, 종양학 수술, 안과학 수술, 구강 수술, 정형외과 수술, 이비인후과 수술, 소아과 수술, 성형외과 수술, 미용적 및 재건적 수술, 족부 수술, 척추 수술, 장기이식 수술, 외상 수술, 혈관 수술, 비뇨기과 수술, 치아 수술, 수의학 수술, 내시경 수술, 마취학, 중재적 방사선 시술, 응급 의학 시술, 전쟁터 시술, 깊은 또는 얕은 열상 복구, 심장학적 시술, 내과적 시술, 집중 치료 시술, 내분비적 시술, 소화기학적 시술, 혈액학적 시술, 간장학적 시술, 진단 방사선 시술, 감염 질환 시술, 신장학적 시술, 종양학 시술, 직장항문 시술, 폐 의학 시술, 류머티즘 시술, 소아과 시술, 물리 의학 또는 재활 의학 시술, 노인병 시술, 말기환자 치료 시술, 의학 유전학 시술, 태아 시술, 또는 이의 조합에서 사용하기 위한 방법.
31. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    조직 엔지니어링(tissue engineering)에 사용하기 위한 방법.
32. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    조직 및 재료의 다중층(multilayer)으로 만들어진 어셈블리를 구축하기 위한 방법.

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