KR20230031796A - Regenerating injury articular cartilage using electrical stimulation and the method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 관절 연골 재생 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세전류 자극을 이용하여 관절 연골 재생 촉진을 통한 골관절염으로 인해 손상된 관절 연골을 재생하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an articular cartilage regeneration apparatus, and more particularly, to an apparatus and method for regenerating articular cartilage damaged due to osteoarthritis by promoting articular cartilage regeneration using microcurrent stimulation.
퇴행성 관절염 또는 골관절염은 관절연골을 침범하는 가장 흔한 관절염으로 슬관절에 가장 많이 발생된다. 남성보다 여성에서 흔하면 65세 이상 노인의 만성장애 원인 중 가장 흔한 요인으로 특히 고령화가 압축적으로 급격히 진행되고 있는 상황에서 골관절염의 관리는 만성장애노인의 삶의 질을 유지하고 독립적인 생활을 위한 주요관건이다. Osteoarthritis, or degenerative arthritis, is the most common arthritis that affects articular cartilage and occurs most often in the knee joint. If it is more common in women than in men, it is the most common cause of chronic disability in the elderly over 65 years of age. In particular, in a situation where aging is compressively and rapidly progressing, management of osteoarthritis is an important factor for maintaining the quality of life of the elderly with chronic disabilities and for independent living. It's key.
관절염은 관절 주위에 염증과 연골의 부종, 연골 하골의 경화, 관절변형 등과 더불어 관절 기능장애를 가져온다. Arthritis causes inflammation around the joint, swelling of the cartilage, hardening of the subchondral bone, joint deformity, and joint dysfunction.
관절연골은 연골 세포와 세포외 기질 (extracellular matrix, ECM)로 이루어져 있으며, 세포외 기질은 type II collagen, proteoglycan과 glycosaminoglycan (GAG) 등으로 구성되어있다. 연골세포의 변화와 사멸로 인해 세포외기질 생산이 감소하고 세포외기질 분해효소에 의한 세포외기질의 분해가 촉진되면서 연골의 기본구조가 파괴되어 관절부하를 견디지 못하게 된다.Articular cartilage is composed of chondrocytes and extracellular matrix (ECM), and the extracellular matrix is composed of type II collagen, proteoglycan, and glycosaminoglycan (GAG). Due to the change and death of chondrocytes, the production of extracellular matrix decreases and the decomposition of extracellular matrix by extracellular matrix degrading enzymes is promoted, and the basic structure of cartilage is destroyed so that it cannot withstand joint load.
퇴행성 관절염을 앓고 있는 대부분의 노인들은 이를 질환으로 생각하기 보다는 고령화에 따른 현상으로 생각한다. 따라서 일시적인 치료를 반복하여 결과적으로는 경제적 의료비용의 과다지출로, 효과적이고 지속적인 치료가 이루어지지 못하는 것이 현실이다.Most elderly people suffering from degenerative arthritis think of it as a phenomenon due to aging rather than thinking of it as a disease. Therefore, the reality is that temporary treatment is repeated, resulting in overspending of economic medical expenses, and effective and continuous treatment is not achieved.
현재 관절염 치료방법에는 약물 치료방법, 주사요법, 물리치료, 수술, 관절 내 약물 주입 요법 등 다양한 방법이 있다. 관절염의 통증을 완화시키고 염증을 억제하기 위해 이와 같은 다양한 치료가 제시되고 있지만 피하조직이 위축되거나 피부가 탈색소화 되는 다양한 합병증 및 부작용으로 문제가 되고 있다.Currently, there are various methods of treating arthritis, such as drug treatment, injection therapy, physical therapy, surgery, and intra-articular drug injection therapy. Although various treatments such as these have been proposed to alleviate the pain of arthritis and suppress inflammation, they are problematic due to various complications and side effects such as atrophy of the subcutaneous tissue or depigmentation of the skin.
관절염 연골 염증 완화를 위한 기기의 종래기술로는 10-2005-7023754에서 연골 결함의 치료에 있어서 연골에 전기 및 전자기 신호를 무릎에 전달하는 장치가 개시되어 있다.As a prior art of a device for relieving arthritis cartilage inflammation, a device for transmitting electrical and electromagnetic signals to the knee in the treatment of cartilage defects is disclosed in 10-2005-7023754.
무릎에 적용된 2개 이상의 전극 또는 무릎 주변에 위치한 코일 또는 솔레노이드를 사용하여 필요한 전압 및 전류를 결정하는 방법 및 이러한 신호를 환자의 무릎에 전달하는 장치이다. A method for determining required voltage and current using two or more electrodes applied to the knee or a coil or solenoid located around the knee and a device for transmitting these signals to the patient's knee.
본 발명은 생체 전류와 비슷한 세기의 미세전류인 전기자극을 가하여 관절 연골을 재생시킬 수 있는 전기자극을 이용한 손상된 연골조직 재생 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an apparatus and method for regenerating damaged cartilage tissue using electrical stimulation capable of regenerating articular cartilage by applying electrical stimulation, which is a microcurrent of similar intensity to biocurrent.
그리고 본 발명은 미세전류를 손상된 연골조직에 가하여 적은 부작용과 통증 완화, 골절치유 및 관절가동범위 증가를 바탕으로 관절 연골 재생을 통해 연골 보호를 위한 용도로 사용할 수 있는 전기자극을 이용한 손상된 연골조직 재생 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention regenerates damaged cartilage tissue using electrical stimulation that can be used for cartilage protection through joint cartilage regeneration based on the application of microcurrent to damaged cartilage tissue to reduce side effects, pain relief, fracture healing, and increase in joint range of motion. Another object is to provide a device and method therefor.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 대퇴골과 정강뼈에 부착되도록 접착력이 있는 전도성 하이드로겔이 도포된 패치형태나 테이프 형태로 구성하여 피부에 부착되는 한 쌍의 패드, 및 설정된 동작시간 내에 설정된 미세전류와 설정된 주파수로 상기 패드가 동작하도록 제어신호를 출력하는 제어모듈, 상기 제어모듈로부터 전송되는 미세 전류의 설정 데이터에 따라 상기 패드가 동작하도록 미세 정전류의 파형으로 상기 패드로 출력하는 전류발생부, 및 상기 제어모듈로부터 전송되는 주파수의 설정 데이터에 따라 상기 패드가 구동하도록 주파수파형으로 상기 패드로 출력하는 주파수발생부를 포함하게 구성함으로써 달성될 수 있다.In order to solve these problems, the present invention consists of a pair of pads attached to the skin in the form of a patch or tape coated with adhesive conductive hydrogel to be attached to the femur and tibia, and a microcurrent set within a set operating time. and a control module outputting a control signal to operate the pad at a set frequency, a current generator outputting a micro constant current waveform to the pad so that the pad operates according to the setting data of the micro current transmitted from the control module, and This can be achieved by including a frequency generator that outputs a frequency waveform to the pad so that the pad is driven according to frequency setting data transmitted from the control module.
한편, 피부에 부착되는 한 쌍의 패드와 상기 패드를 동작시키도록 제어신호를 출력하는 제어모듈과 미세 전류의 설정 데이터에 따라 상기 패드가 동작하도록 미세 정전류의 파형으로 상기 패드로 출력하는 전류발생부와 상기 제어모듈로부터 전송되는 주파수의 설정 데이터에 따라 상기 패드가 구동하도록 주파수파형으로 상기 패드로 출력하는 주파수발생부를 이용한 전기자극을 이용한 손상된 연골조직 재생 방법은, 상기 제어모듈을 이용하여 미세전류, 주파수 또는 설정 시간 중 어느 하나 이상을 키입력부를 통하여 설정하는 단계, 및 상기 단계에서 설정된 미세전류, 주파수, 설정 시간에 따라 상기 제어모듈이 상기 패드를 통하여 전기자극을 가하도록 제어하는 단계를 포함하여 이루어지게 함으로써 달성될 수 있다.On the other hand, a pair of pads attached to the skin, a control module that outputs a control signal to operate the pads, and a current generator that outputs a micro constant current waveform to the pads so that the pads operate according to setting data of the microcurrent. And a method for regenerating damaged cartilage tissue using electrical stimulation using a frequency generator that outputs a frequency waveform to the pad so that the pad is driven according to the setting data of the frequency transmitted from the control module, using the control module, a microcurrent, Setting any one or more of a frequency or a set time through a key input unit, and controlling the control module to apply electrical stimulation through the pad according to the microcurrent, frequency, and set time set in the step. It can be achieved by making it happen.
또한, 제어모듈은 미세전류, 주파수 또는 설정 시간 중 어느 하나 이상을 설정할 수 있는 키입력부를 더 구비하고, 상기 미세전류는 10~100㎂ 범위에서 25㎂단위로 설정할 수 있도록 구성하고, 상기 주파수 설정은 1~60Hz 범위에서 10Hz 단위로 설정할 수 있도록 구성하고, 상기 설정 시간은 0.5H~1H 범위에서 10분 단위로 설정할 수 있도록 구성한다.In addition, the control module further includes a key input unit capable of setting any one or more of microcurrent, frequency, or setting time, and the microcurrent is configured to be set in units of 25 ㎂ in the range of 10 to 100 ㎂, and the frequency setting is configured to be set in units of 10Hz in the range of 1 to 60Hz, and the setting time is configured to be set in units of 10 minutes in the range of 0.5H to 1H.
그리고 미세전류는 25μA, 주파수는 10Hz, 그리고 설정시간은 30분으로 하여 환자의 상태에 따라 반복하여 자극을 가하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to repeatedly apply stimulation according to the condition of the patient with a microcurrent of 25 μA, a frequency of 10 Hz, and a setting time of 30 minutes.
본 발명의 전기자극을 이용한 손상된 관절 연골 재생 장치에 의하면, 생체 전류와 비슷한 세기의 미세전류를 사용함으로써 적은 부작용과 통증 완화, 골절치유 및 관절가동범위 증가를 바탕으로 연골 조직 재생을 통해 연골 보호를 할 수 있는 효과가 있다.According to the apparatus for regenerating damaged articular cartilage using electric stimulation of the present invention, by using a microcurrent with an intensity similar to that of a biocurrent, cartilage protection is achieved through cartilage tissue regeneration based on pain relief, fracture healing, and increased joint range of motion with fewer side effects. There are effects that can be done.
또한, 본 발명의 전기자극을 이용한 손상된 연골조직 재생 장치에 의하면, 미세전류 자극으로 연골조직 재생을 촉진시켜 관절염 연골 조직 완화 또는 개선하기 위한 용도로 유용하게 사용될 수 있다.In addition, according to the apparatus for regenerating damaged cartilage tissue using electric stimulation of the present invention, it can be usefully used for relieving or improving arthritic cartilage tissue by promoting cartilage tissue regeneration by microcurrent stimulation.
그리고 본 발명의 전기자극을 이용한 손상된 관절 연골 재생 장치에 의하면, 미세전류 자극을 이용하기 때문에 연골조직 재생을 촉진시켜 골관절염 치료에 효과가 있다.And according to the device for regenerating damaged articular cartilage using electric stimulation of the present invention, since it uses microcurrent stimulation, it is effective in treating osteoarthritis by promoting cartilage tissue regeneration.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 전기자극을 이용한 손상된 연골조직 재생 장치의 주요 구성도,
도 2는 SW1353 cell에서 미세전류 자극의 세포독성 평가 그래프,
도 3은 SW1353 cell에서 NO assay를 통한 산화질소 합성량 관찰 그래프,
도 4는 Western blotting 분석을 통한 염증 관련 단백질 발현량 관찰 도면,
도 5는 본 발명의 실험예2에 의한 CON 그룹과 OMC 그룹에서의 뼈 잔기둥 간의 평균 거리를 비교한 그래프,
그리고
도 6은 본 발명의 실험예2에 의한 CON 그룹과 OMC 그룹에서의 뼈 두께를 비교한 그래프이다.1 is a main configuration diagram of a damaged cartilage tissue regeneration apparatus using electrical stimulation according to an embodiment of the present invention;
2 is a graph of cytotoxicity evaluation of microcurrent stimulation in SW1353 cell;
Figure 3 is a graph of observation of the amount of nitric oxide synthesis through NO assay in SW1353 cell;
Figure 4 is an observation of inflammation-related protein expression through Western blotting analysis;
5 is a graph comparing average distances between bone pillars in the CON group and the OMC group according to Experimental Example 2 of the present invention;
and
6 is a graph comparing bone thickness in the CON group and the OMC group according to Experimental Example 2 of the present invention.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims are not limited to the usual or dictionary meanings, and the inventor can properly define the concept of the term in order to explain his or her invention in the best way. Based on this, it should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical spirit of the present invention.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated. In addition, terms such as “… unit”, “… unit”, “module”, and “device” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which is implemented as a combination of hardware and/or software. It can be.
명세서 전체에서 "및/또는"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및/또는 제3 항목"의 의미는 제1, 제2 또는 제3 항목뿐만 아니라 제1, 제2 또는 제3 항목들 중 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.Throughout the specification, the term "and/or" should be understood to include all possible combinations from one or more related items. For example, the meaning of “a first item, a second item and/or a third item” may be presented from two or more of the first, second or third item as well as the first, second or third item. A combination of all possible items.
명세서 전체에서 각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c, ...)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 한정하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.Throughout the specification, identification codes (e.g., a, b, c, ...) for each step are used for convenience of explanation, and the identification code does not limit the order of each step, and each step Unless the specific order is clearly stated in context, it may occur in a different order from the specified order. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
먼저, 본 발명에서 언급되는 미세전류는 약 1,000 마이크로암페어(μA) 미만의 미약한 전류를 말하는 것으로, 인간의 몸에 흐르는 약 40~60μA의 약한 생체 전류와 비슷한 미약한 전류량이다. 미세전류는 신체 자체의 생리적 전류 범위 정도이기 때문에 근수축이 일어나지 않으며, 감각적으로 편안하며 전기적인 불쾌감이 전혀 없고 안정성도 탁월하며 장시간 사용 시에도 인체에 부작용이 거의 없는 장점을 가지고 있다. 미세전류를 이용한 선행연구들은 미세전류의 다양한 효과에 대한 임상실험을 통해 미세전류 자극이 통증완화와 조직재생, 상처 및 골절치유를 촉진하고, 세균 성장억제, 관절가동범위 증가 및 교감신경완화에 의한 혈류량개선에 더 많은 치료효과에 대한 증거를 제시하고 있다. 이렇듯 미세전류자극을 이용하여 연골세포 및 연골조직 재생을 촉진시켜 골관절염 치료에 극대화된 효과를 가져올 수 있다. 전기공학이 발달함에 따라 통전법의 개발 및 생체내 동통억제 기전에 관한 새로운 이론적 근거에 의해 미세전류 자극이 통증에 효과적이라고 알려져 있다.First, the microcurrent referred to in the present invention refers to a weak current of less than about 1,000 microampere (μA), and is a weak current similar to the weak biocurrent of about 40 to 60 μA flowing in the human body. Since microcurrent is about the physiological current range of the body itself, muscle contraction does not occur, it is sensory comfortable, has no electrical discomfort, has excellent stability, and has the advantage of having almost no side effects on the human body even when used for a long time. Previous studies using microcurrent have shown that microcurrent stimulation promotes pain relief, tissue regeneration, wound and fracture healing through clinical experiments on various effects of microcurrent, inhibition of bacterial growth, increase in range of motion of joints, and relaxation of sympathetic nerves. There is evidence for more therapeutic effects in improving blood flow. As such, microcurrent stimulation can be used to promote regeneration of cartilage cells and cartilage tissue, thereby maximizing the effect of treating osteoarthritis. With the development of electrical engineering, it is known that microcurrent stimulation is effective for pain due to the development of energization methods and new theoretical grounds for pain suppression mechanisms in vivo.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 전기자극을 이용한 손상된 연골조직 재생 장치의 주요 구성도로서, 도시된 바와 같이 본원 발명의 연골조직 재생장치는 미세전류 자극으로 연골세포 및 연골조직 재생을 촉진시켜 골관절염 치료를 개선시킬 수 있는 장치이다.1 is a main configuration diagram of an apparatus for regenerating damaged cartilage tissue using electrical stimulation according to an embodiment of the present invention. As shown, the apparatus for regenerating cartilage tissue of the present invention promotes regeneration of cartilage cells and cartilage tissue by microcurrent stimulation. It is a device that can improve the treatment of osteoarthritis.
도면을 참고하면, 본원 발명의 연골조직 재생 장치(100)는 주파수 설정과 동작시간 설정이 가능한 제어모듈(110)과 제어모듈(110)과 전기적으로 연결되고 피부에 부착되어 미세 전류를 인가할 수 있는 한 쌍의 패드(120)를 포함하여 구성할 수 있다.Referring to the drawings, the cartilage
제어모듈(110)은 미세전류의 범위와 주파수 그리고 동작 시간을 설정할 수 있도록 구성한다.The
이를 위하여 제어모듈(110)은 키입력부(130)를 통하여 미세전류와 주파수 그리고 설정 시간 등을 설정할 수 있는키를 구비한다.To this end, the
구체적으로 키입력부(130)에는 미세전류의 범위를 25㎂단위로 10~100㎂범위까지 설정할 수 있는 키와 주파수를 1~60Hz 범위에서 10Hz 단위로 설정할 수 있는 키 그리고 1~2H 범위에서 30분 단위로 시간을 설정할 수 있는 키 등을 구비할 수 있다.Specifically, the
뿐만 아니라, 본 발명의 관절 연골 재생 장치의 전원을 온오프할 수 있는 키와 함께 자극 횟수를 반복하여 설정할 수 있는 키들도 구비할 수 있다.In addition, keys capable of turning on/off the power of the articular cartilage regeneration apparatus of the present invention and keys capable of repeatedly setting the number of stimulations may be provided.
표시부(140)는 제어모듈(110)의 제어에 의하여 설정 과정과 동작 과정이 표시되는 디스플레이로 구성한다.The
전원부(150)는 본 발명의 전기자극을 이용한 손상된 연골조직 재생 장치에 전원을 공급하기 위한 장치로 충전 배터리로 구성하거나 또는 직접 교류전원을 입력받아 필요한 직류전원을 공급하는 어댑터로 구성할 수 있다.The
한 쌍의 패드(120)는 본 발명의 연골조직 재생의 효과를 증진시킬 수 있도록 대퇴골과 정강뼈에 부착되도록 접착력이 있는 전도성 하이드로겔이 도포된 패치형태나 테이프 형태로 구성하여 피부에 부착되게 구성한다.The pair of
구체적으로 패드(120)는 한 쌍으로 구비되어 치료하고자 하는 병변의 좌우에 및/또는 상하에 부착하도록 한다.Specifically, the
이를 위하여 패드(120)는 접착력이 있는 전도성 하이드로겔이 도포된 패치형태나 테이프 형태로 구성하고, 하이드로겔에 접착성분이 있어 해당 면을 피부에 부착하여 사용하는 것이다.To this end, the
또한, 패드(120)는 피부에 부착할 수 있는 통상의 패치를 사용할 수 있음은 물론이다. also, Of course, the
제어모듈(110)은 전원이 인가되면 키입력부(130)를 통하여 병변의 크기와 증상에 따라 설정된 전류의 세기와 주파수, 그리고 작동 시간에 따라 패드(120)에 자극신호가 인가되게 동작한다.When power is applied, the
이를 위하여 제어모듈(110)에서 전송되는 설정된 미세전류의 데이터에 따라 관련 미세 전류가 패드(120)에 인가되게 동작하는 전류발생부(114)와 설정된 주파수의 데이터에 따라 관련 주파수가 패드(120)에 인가되게 동작하는 주파수발생부(112)를 구비한다.To this end, the
전류발생부(114)는 전원부(150)에서 인가되는 전원을 제어모듈(110)에서 전송되는 미세 전류의 설정 데이터에 따라 미세 정전류의 파형으로 패드(120)로 출력하도록 동작한다.The
즉 패드(120)는 전류발생부(114)에서 인가되는 미세 정전류의 파형에 의하여 자극 대상 피부 영역에 자극을 가하도록 동작한다.That is, the
미세 전류의 설정 데이터는 키입력부(130)를 통하여 생체 미세전류에 해당하는 10~100㎂ 범위에서 25㎂단위로 설정할 수 있도록 구성한다.The microcurrent setting data is configured to be set in units of 25μA in the range of 10 to 100μA corresponding to the biological microcurrent through the
주파수발생부(112)는 병변의 위치에 전기적 자극을 주기 위하여 저주파를 발생시키는 장치로서, 키입력부를 통하여 설정된 주파수로 패드(120)가 피부에 자극을 주도록 제어모듈(110)의 제어신호에 의해 구동된다.The
제어모듈(110)는 키입력부(130)를 통해 입력된 주파수에 따라 주파수발생부(112)를 제어하고, 주파수발생부(112)는 제어모듈(110)에 의해 전송된 주파수 데이터에 따라 신체부위에 적합한 저주파 파형을 발생한다.The
이러한 주파수 설정은 1~60Hz 범위에서 10Hz 단위로 설정할 수 있도록 구성한다.These frequency settings are configured to be set in units of 10 Hz in the range of 1 to 60 Hz.
한편, 제어모듈(110)은 사용자별로 병변의 중증도에 따라 동작시간, 전류, 주파수 또는 반복횟수 등(이하, 사용자별 설정데이터라 함)을 저장하고, 통신부(116)를 통하여 외부 단말기(200)로 사용자별 설정 데이터를 전송하여 관리하거나, 또는 단말기(200)에서 설정한 데이터를 전송하면 제어모듈(110)은 수신된 데이터를 근거로 전류발생부(114)와 주파수발생부(112)를 제어하여 설정된 시간내에서 설정된 주파수와 설정된 전류로 패드(120)가 작동되도록 제어한다.On the other hand, the
이를 위하여 통신부(116)에는 기기별 고유 ID를 보유하고 있다가 외부 단말기(200)와 데이터 송수신시 해당 고유 ID를 기반으로 데이터를 주고받을 수 있도록 하고, 단말기(200)에는 본 발명의 전기자극을 이용한 손상된 연골조직 재생 장치를 제어하거나 설정하기 위한 어플리케이션을 구비하고, 해당 어플리케이션을 구동하여 제어하고자 하는 기기의 고유 ID를 입력한 다음, 사용자별 설정데이터를 설정하여 본 발명의 연골조직 재생 장치로 전송하면, 해당 신호를 수신한 하나 이상의 연골조직 재생 장치는 수신한 데이터에서 고유 ID가 동일한 경우 수신된 사용자별 설정데이터에 패드를 제어하면 되는 것이다.To this end, the
이와는 별도로 제어모듈(110)은 사용자별 고유 ID(주민등록번호, 전화번호 등)를 입력할 수 있게 하여 사용자별 설정데이터를 저장하고 있다가 전원이 온되면, 제어모듈(110)은 표시부(140)에 사용자별 고유 ID에 해당하는 고유한 식별 명칭(예를 들면 성명) 등을 표시하여 추후 사용자가 재사용할 때 손쉽게 참조할 수 있게 한다.Separately, the
또한, 제어모듈(110)은 키입력부를 통하여 설정 시간을 1~2H 범위에서 30분 단위로 설정할 수 있도록 함과 동시에 반복횟수도 설정할 수 있도록 구성한다.In addition, the
본 발명은 상술한 바와 같이 사용자별로 병변의 중증도에 따라 설정시간, 설정 주파수 그리고 설정 미세 전류의 세기로 패드를 제어할 수 있게 한다.As described above, the present invention enables each user to control the pad with a set time, a set frequency, and a set microcurrent intensity according to the severity of the lesion.
다시 말하면, 병변의 크기와 증상에 따라 전류의 세기와 주파수, 그리고 작동 시간 등을 설정하여 자극을 가하도록 하는 것이다.In other words, the stimulation is applied by setting the strength, frequency, and operation time of the current according to the size and symptom of the lesion.
자극의 세기가 달라지는 이유는 사람마다 피부 임피던스 값이 다르기 때문에 목표하는 세기가 전달되기 위해서는 임피던스가 높으면 전류의 세기를 강하게 하고, 임피던스가 낮으면 전류의 세기가 약해질 수 있기 때문이다. 그래서 본 연구팀에서 임피던스 피드백 기반으로 만든 자극 장치를 통해 자극을 가하여 실험을 진행한 결과 다음과 같이 최적의 조건들을 설정하였다.The reason why the intensity of the stimulation varies is that each person has a different skin impedance value. In order to deliver the target intensity, the current intensity can be increased when the impedance is high, and the current intensity can be weakened when the impedance is low. Therefore, as a result of conducting experiments by applying stimulation through a stimulation device made based on impedance feedback, the research team set the optimal conditions as follows.
전류의 세기는 실제 효과를 낼 수 있는 미세전류 자극 조건으로 미세전류의 범위를 25㎂단위로 10~100㎂범위로 설정한다.The intensity of the current is a microcurrent stimulation condition that can produce actual effects, and the range of the microcurrent is set in the range of 10 to 100 ㎂ in units of 25 ㎂.
특히 피부의 저항 성분인 피부 임피던스(skin impedance)는 자극의 효과를 떨어뜨리는 주요한 원인이며, 이러한 피부 임피던스는 사람마다 다르고 동일 사용자라 하더라도 사용 당시의 피부 상태, 지속 시간 등에 따라 변하므로 동일한 자극을 가하더라도 사용자마다 효과가 달라질 수 있기 때문에 10~100㎂범위로 설정하는 것이다.In particular, skin impedance, a resistance component of the skin, is the main cause of reducing the effect of stimulation. This skin impedance varies from person to person and even for the same user, it changes depending on the skin condition at the time of use and duration, so the same stimulation can be applied. However, since the effect may vary for each user, it is set in the range of 10 to 100 ㎂.
또한, 미세한 전류 즉 ㎂단위의 작은 전류가 높은 세기의 전류보다 치료에 더욱 높은 효과가 있다는 것이 여러 학자에 의해 밝혀진바 있다.In addition, it has been revealed by several scholars that a fine current, that is, a small current in the unit of ㎂ has a higher treatment effect than a high-intensity current.
또한, 세포 단위에서 전류 자극이 500μA 이상일 경우 ATP 생성이 억제되기 때문에 최대 전류 자극은 100μA 미만으로 설정한다.In addition, since ATP production is suppressed when the current stimulation is 500 μA or more in the cell unit, the maximum current stimulation is set to less than 100 μA.
이러한 미세전류 자극은 사용자가 느끼지 못하는 크기의 자극이므로 사용자의 임의 선택 방법은 적절하지 않으므로 자극 장치 내부에서 자동적으로 조절되게 구성하는 것이다.Since this microcurrent stimulation is a stimulation of a size that the user cannot feel, the user's arbitrary selection method is not appropriate, so it is configured to be automatically adjusted inside the stimulation device.
주파수는 1~60Hz 범위하고 10Hz 단위로 설정할 수 있으나, 10Hz로 고정하여 사용하는 것이 바람직하다.The frequency ranges from 1 to 60 Hz and can be set in units of 10 Hz, but it is preferable to use it fixed at 10 Hz.
이렇게 주파수를 특정하는 이유는 전기자극이 심부(지방조직)까지 전달되기 위해서이다.The reason for specifying the frequency is to deliver electrical stimulation to the deep part (fat tissue).
사람과의 동물의 조직에 10Hz부터 20GHz까지 자극의 주파수를 변화하며 변화되는 전기 전도도와 유전율을 획득하고, 해당 범위 중 국제 비이온화 방사 보호 위원회(International Commission of Non-Ionizing Radiation Protection, ICNIRP)가 2010년 제시한 가이드라인에 따라 적용 시 세포나 연골조직이 예측할 수 없는 이상 반응이 일어나지 않는 범위에서 주파수의 크기와 노출 시간을 결정하였다.Changing the frequency of stimulation from 10 Hz to 20 GHz in human and animal tissues and obtaining the changing electrical conductivity and permittivity, of which the International Commission of Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) in 2010 According to the guidelines presented in 2008, the magnitude of frequency and exposure time were determined within the range where unpredictable adverse reactions to cells or cartilage tissue did not occur when applied.
이 중 선행 세포 실험 결과에서 연골조직에 자극해도 안전하면서도 지방 줄기 세포에 특정 영향을 미친 주파수 영역인 10Hz를 선정한 것이다.Among them, 10Hz, a frequency range that is safe to stimulate cartilage tissue and has a specific effect on adipose stem cells, was selected from the results of previous cell experiments.
설정 시간도 30분에서 1시간 사이로 10분 단위로 설정할 수 있게 한다.The setting time can also be set in 10-minute increments between 30 minutes and 1 hour.
자극의 효과를 충분히 하기 위해서 30분이상이 필요하며, 1시간 이내로 한 이유는 장시간의 전기자극이 피부에 부작용을 초래할 수 있기 때문이다.It takes more than 30 minutes to fully achieve the effect of stimulation, and the reason why it is less than 1 hour is that long-term electrical stimulation can cause side effects on the skin.
즉, 세포나 연골조직이 예측할 수 없는 이상 반응이 일어나지 않는 범위에서 주파수의 크기와 노출 시간을 결정한 것이다.That is, the size of the frequency and the exposure time are determined within a range in which unpredictable abnormal reactions do not occur in cells or cartilage tissue.
또한, 피부 임피던스에 따라 자극 세기가 변화되어야 하는데 이러한 피부 임피던스는 사람마다 다르고 동일 사용자라 하더라도 사용 당시의 피부 상태, 지속 시간 등에 따라 변하므로 동일한 자극을 가하더라도 사용자마다 효과가 달라질 수 있기 때문에 남녀노소 환자에 따라 달라져야 하므로 상술한 미세전류와 주파수 그리고 설정시간 등을 결정하였음을 밝혀둔다.In addition, the stimulation intensity should be changed according to the skin impedance. This skin impedance is different for each person and even for the same user, it changes according to the skin condition at the time of use, duration, etc. It should be noted that the above-mentioned microcurrent, frequency, setting time, etc. were determined because they should be different depending on the patient.
이하, 상술한 구성을 이용하여 본 발명의 일실시예에 의한 전기자극을 이용한 손상된 연골조직 재생 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method for regenerating damaged cartilage tissue using electrical stimulation according to an embodiment of the present invention using the above configuration will be described.
먼저, 이러한 재생방법을 구현하기 위해서는 피부에 부착되는 한 쌍의 패드와 상기 패드를 동작시키도록 제어신호를 출력하는 제어모듈과 미세 전류의 설정 데이터에 따라 상기 패드가 동작하도록 미세 정전류의 파형으로 상기 패드로 출력하는 전류발생부와 상기 제어모듈로부터 전송되는 주파수의 설정 데이터에 따라 상기 패드가 구동하도록 주파수파형으로 상기 패드로 출력하는 주파수발생부를 구비한다.First, in order to implement such a regeneration method, a pair of pads attached to the skin, a control module that outputs a control signal to operate the pads, and a waveform of a micro constant current to operate the pads according to setting data of the micro current. A current generator outputs to the pad and a frequency generator outputs a frequency waveform to the pad so that the pad drives according to frequency setting data transmitted from the control module.
또한, 제어모듈(110)이 미세전류, 주파수 또는 설정 시간 중 어느 하나 이상을 설정된 값으로 각 장치들을 제어할 수 있는 키입력부를 구비한 것으로 설명한다.In addition, it will be described that the
먼저, 미세전류, 주파수 또는 설정 시간 중 어느 하나 이상을 키입력부(130)를 통하여 설정한다.First, at least one of the microcurrent, frequency, and set time is set through the
이때 미세전류는 10~100㎂ 범위에서 25㎂단위로 설정하고, 상기 주파수 설정은 1~60Hz 범위에서 10Hz 단위로 설정하고, 설정 시간은 0.5H~1H 범위에서 10분 단위로 설정할 수 있도록 한다.At this time, the microcurrent is set in units of 25 μA in the range of 10 to 100 μA, the frequency setting is set in units of 10 Hz in the range of 1 to 60 Hz, and the setting time is set in units of 10 minutes in the range of 0.5H to 1H.
바람직하게는 미세전류는 25μA, 주파수는 10Hz, 그리고 설정시간은 30분으로 하여 환자의 상태에 따라 반복하여 자극을 가하도록 설정한다.Preferably, the microcurrent is set to 25 μA, the frequency is 10 Hz, and the setting time is set to 30 minutes to repeatedly apply stimulation according to the patient's condition.
상기 단계에서 설정된 미세전류, 주파수, 설정 시간에 따라 제어모듈(110)이 패드(120)를 통하여 전기자극을 가하도록 제어하는 단계를 수행한다.The step of controlling the
이때 제어모듈은 미세 전류의 설정 데이터에 따라 패드(120)가 동작하도록 전류발생부(114)를 통하여 미세 정전류의 파형으로 패드로 출력하도록 제어하고, 주파수도 설정 데이터에 따라 상기 패드가 구동하도록 주파수발생부(112)를 통하여 주파수파형으로 패드(120)로 출력하도록 제어한다.At this time, the control module controls the
이때도 피부 임피던스에 따라 자극 세기가 변화되어야 하는데 이러한 피부 임피던스는 사람마다 다르고 동일 사용자라 하더라도 사용 당시의 피부 상태, 지속 시간 등에 따라 변하므로 동일한 자극을 가하더라도 사용자마다 효과가 달라질 수 있기 때문에 남녀노소 환자에 따라 달라져야 하므로 상술한 미세전류와 주파수 그리고 설정시간 등을 결정하여야 한다.At this time, the stimulation intensity should be changed according to the skin impedance. This skin impedance is different for each person and even for the same user, it changes according to the skin condition at the time of use and duration, so even if the same stimulation is applied, the effect can be different for each user. Since it should be different depending on the patient, the above-mentioned microcurrent, frequency, and setting time should be determined.
이하, 본 발명의 연골조직 재생 장치(100)를 이용한 실험예에 대하여 설명한다.Hereinafter, an experimental example using the cartilage
이러한 실험예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 것이지, 본 발명의 권리범위를 이로 한정하려는 의도는 아님을 밝혀둔다.These experimental examples are intended to aid understanding of the present invention, but are not intended to limit the scope of the present invention thereto.
본 실험은 IL-1β로 염증이 유도된 SW1353 cell에서의 관절 연골 ECM 분해 인자 발현 정도 비교와 골관절염이 유발된 소동물에서의 골 형태학적 평가를 위한 것이다.The purpose of this experiment was to compare the expression level of articular cartilage ECM degrading factors in SW1353 cells inflamed with IL-1β and to evaluate bone morphology in small animals induced with osteoarthritis.
[실험예][Experimental Example]
실험예 1 : IL-1β로 유도된 연골세포 내 관절 연골 ECM 분해 인자 발현량 분석 Experimental Example 1: Analysis of the expression level of articular cartilage ECM degradation factors in IL-1β-induced chondrocytes
<실시예 1> SW1353 cell에서 IL-1β 유도 및 미세전류 자극<Example 1> IL-1β induction and microcurrent stimulation in SW1353 cells
연골세포인 SW1353 cell을 Fetal Bovine Serum (FBS; Gibco Brl, Grand Island, NY, USA) 10%, Penicillin Streptomycin (PS; Gibco Brl, Grand Island, NY, USA) 1% 및 L-Glutamine solution (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 1%를 첨가한 Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium/Nutrient Mixture F-12 Ham (DMEM; Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 배지를 사용하여 37 ℃, 5% CO₂ 환경에서 배양하였다. SW1353 연골세포 내 염증 유도를 위해 40 ng/mL 농도의 IL-1β를 함유한 배지에 30분 배양하였으며, 이후 30분 동안 미세전류 자극을 가하였다. Chondrocyte SW1353 cells were treated with Fetal Bovine Serum (FBS; Gibco Brl, Grand Island, NY, USA) 10%, Penicillin Streptomycin (PS; Gibco Brl, Grand Island, NY, USA) 1% and L-Glutamine solution (Sigma- Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) Dulbecco's Modified Eagle's Medium/Nutrient Mixture F-12 Ham (DMEM; Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) medium supplemented with 37 It was cultured in ℃, 5% CO₂ environment. To induce inflammation in SW1353 chondrocytes, they were cultured for 30 minutes in a medium containing 40 ng/mL of IL-1β, followed by microcurrent stimulation for 30 minutes.
<실시예 2> SW1353 cell에서 미세전류 자극의 세포독성 평가<Example 2> Cytotoxicity evaluation of microcurrent stimulation in SW1353 cell
미세전류 자극 세기에 따른 세포독성 평가를 위해 Ez-cytox cell viability assay kit를 이용하였다. 연골세포인 SW1353 cell에 각 25 μA, 50 μA, 100 μA, 200 μA의 세기로 전기자극을 30분 동안 인가하였다. 자극 후 각 well에 담긴 배지 양의 10% EZ-cytox assay solution을 처리하여 30분 동안 37℃, 5% CO 환경에서 배양하였다. Microplate reader(Epoch, BioTek Instruments, Winooski, VT, USA)를 이용하여 450 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 미세전류 자극을 가하지 않은 SW1353 cell을 대조군으로 하여 세포생존율(% of Control)을 산출하였다.Ez-cytox cell viability assay kit was used to evaluate cytotoxicity according to microcurrent stimulation intensity. Electrical stimulation was applied to SW1353 cells, which are chondrocytes, for 30 minutes at an intensity of 25 μA, 50 μA, 100 μA, and 200 μA, respectively. After stimulation, 10% of the amount of medium contained in each well was treated with EZ-cytox assay solution and incubated for 30 minutes at 37℃, 5% CO environment. Absorbance was measured at 450 nm using a microplate reader (Epoch, BioTek Instruments, Winooski, VT, USA), and cell viability (% of control) was calculated using SW1353 cells to which microcurrent stimulation was not applied as a control.
이러한 실험 결과가 도 2에 도시되어 있다.The results of these experiments are shown in FIG. 2 .
도 2는 실험예1의 실시예2에 의한 SW1353 cell에서 미세전류 자극의 세포독성 평가 그래프로, 세포생존율이 25㎂, 50㎂, 100㎂ 그리고 200㎂로 미세전류자극을 가한 순으로 전체적으로 생존율이 높아진 것을 알 수 있으나, 그 중에서도 미세한 차이지만 상대적으로 작은 미세전류를 가한 순으로 생존율이 높게 측정되었다. Figure 2 is a graph of cytotoxicity evaluation of microcurrent stimulation in SW1353 cell according to Example 2 of Experimental Example 1, cell viability is 25 ㎂, 50 ㎂, 100 ㎂ and 200 ㎂ microcurrent stimulation is applied in order of overall survival rate It can be seen that it is high, but among them, the survival rate was measured to be high in the order of applying a relatively small microcurrent although it is a subtle difference.
<실시예 3> NO assay를 통한 산화질소 합성량 관찰<Example 3> Observation of nitric oxide synthesis amount through NO assay
산화질소 측정을 위해 40 ng/mL 농도의 IL-1β가 유도된 SW1353 cell에서 각 25 μA, 50 μA, 100 μA, 200 μA의 세기로 전기자극을 30분 동안 인가하였다. 자극 이후 37℃, 5% CO 환경에서 24시간 배양한 후 NO 생성량을 측정하였다. 96well plate에 Griess reagent 100μl 10분간 상온에서 반응시킨 후 Microplate reader(Epoch, BioTek Instruments, Winooski, VT, USA)를 이용하여 540nm 파장으로 흡광도 측정을 진행하였다.To measure nitric oxide, electrical stimulation was applied for 30 minutes at 25 μA, 50 μA, 100 μA, and 200 μA in SW1353 cells induced with IL-1β at a concentration of 40 ng/mL. After stimulation, NO production was measured after culturing for 24 hours in a 37° C., 5% CO environment. After reacting at room temperature for 10 minutes with 100 μl of Griess reagent in a 96-well plate, absorbance was measured at a wavelength of 540 nm using a Microplate reader (Epoch, BioTek Instruments, Winooski, VT, USA).
미세전류 자극 세기는 25 μA, 50 μA, 100 μA, 200 μA를 이용하였다.Microcurrent stimulation intensities of 25 μA, 50 μA, 100 μA, and 200 μA were used.
이러한 실험결과가 도 3의 NO assay를 통한 산화질소 합성량 관찰 그래프로 예시되어 있다.These experimental results are illustrated in the graph of observation of the amount of nitric oxide synthesis through the NO assay in FIG. 3 .
도면을 참고하면, 자극을 가하지 않은 CON군과 전기자극군들의 값을 비교하였을 때 유의한 차이를 보이지 않은 자극 세기를 이후 실험에 적용하였다. 이에, 25 μA 및 50 μA 세기의 미세전류 자극이 세포독성이 없는 것으로 판단하였다.Referring to the figure, when the values of the CON group to which no stimulation was applied and the values of the electrical stimulation groups were compared, stimulation intensities that showed no significant difference were applied to subsequent experiments. Accordingly, it was determined that microcurrent stimulation of 25 μA and 50 μA was not cytotoxic.
또한, CON군과 IL-1β군을 비교하였을 때, CON군에 비해 IL-β군에서 NO 생성이 유의하게 증가하는 것을 확인할 수 있었으나, 25 μA 세기의 미세전류 자극군에서 NO 생성 저해 효과를 확인하여 이후 실험에 적용하였다.In addition, when the CON group and the IL-1β group were compared, it was confirmed that NO production was significantly increased in the IL-β group compared to the CON group, but the NO production inhibitory effect was confirmed in the 25 μA intensity microcurrent stimulation group. Then, it was applied to the experiment.
<실시예 3> Western blotting 분석을 통한 염증 관련 단백질 발현량 관찰<Example 3> Observation of inflammation-related protein expression level through Western blotting analysis
IL-1β 유도 유무에 따라 염증을 유도하지 않은 CON군, IL(Interleukin)-1β를 통해 염증을 유도한 OA(Osteoarthritis)군으로 설정하였다. 미세전류 자극 세기에 따른 영향을 비교하기 위해 OA25 으로 나누어 실험을 진행하였다.Depending on the presence or absence of IL-1β induction, the CON group in which inflammation was not induced and the OA (Osteoarthritis) group in which inflammation was induced through IL-1β were set. In order to compare the effect according to the microcurrent stimulation intensity, the experiment was conducted by dividing by OA25.
골관절염에서 연골 분해를 유도하는 염증 관련 단백질 발현량 관찰을 위해 Western blotting 분석을 시행하였다. 각 well에 Lysis buffer를 첨가하여 단백질을 분리한 후, 이후 Sonication 하여 세포를 파쇄한 후, Bovine Serum Albumin (BSA)을 표준으로 하여 BCA assay kit (Thermo, Rockford, IL, USA)를 이용한 단백질 정량을 진행하였다. 그 다음, SDS PAGE gel에 전기영동하여 분리한 후 PVDF membrane에 Transfer 하였다. 이후 멤브레인을 항체의 비특이적 결합을 방지하기 위해 blocking buffer (2% Skim milk와 0.1% Tween 20)을 함유한 Tris-Buffered Saline (TBS-t)에서 1시간 30분 동안 반응시켰다. 1차 항체는 4℃에서 overnight으로 반응시켰다. TBST로 5분씩 3번 세척한 후, 2차 항체를 상온에서 1시간 동안 반응시킨 후 TBST로 3번 세척하였다. PVDF membrane에 Amersham™ ECL™ Prime Western Blotting Detection Reagent를 처리하고, Image Quant LAS 500을 이용하여 현상하였다. 이후 Image J 프로그램을 이용하여 단백질의 발현량을 관찰하였다. Western blotting analysis was performed to observe the expression level of inflammation-related proteins that induce cartilage degradation in osteoarthritis. Lysis buffer was added to each well to separate proteins, followed by sonication to disrupt cells, and protein quantification using BCA assay kit (Thermo, Rockford, IL, USA) using Bovine Serum Albumin (BSA) as a standard. proceeded. Then, after separating by electrophoresis on SDS PAGE gel, it was transferred to PVDF membrane. Thereafter, the membrane was reacted for 1 hour and 30 minutes in Tris-Buffered Saline (TBS-t) containing blocking buffer (2% Skim milk and 0.1% Tween 20) to prevent non-specific binding of the antibody. The primary antibody was reacted overnight at 4°C. After washing with TBST three times for 5 minutes each, the secondary antibody was reacted for 1 hour at room temperature and washed three times with TBST. The PVDF membrane was treated with Amersham™ ECL™ Prime Western Blotting Detection Reagent and developed using Image Quant LAS 500. Then, the expression level of the protein was observed using the Image J program.
이러한 실험결과가 도 4에 예시되어 있다.These experimental results are illustrated in FIG. 4 .
도 4는 Western blotting 분석을 통한 염증 관련 단백질 발현량 관찰 도면으로, 관절 연골 ECM 분해 효소 관련 단백질인 MMP(Matrix Metalloproteinase)-1 단백질 발현량은 CON군에 비해 IL-1β군 및 IL-1β25군에서 유의하게 증가하였으나, 전기자극을 가한 IL-1β25군에서 발현량이 점차 낮아지는 양상을 보였다. MMP-3 단백질 및 MMP-13 단백질 또한 MMP-1 단백질 발현량 변화와 유사한 양상을 보였다. Figure 4 is a view of inflammation-related protein expression level observation through Western blotting analysis, the expression level of MMP (Matrix Metalloproteinase)-1 protein, which is an articular cartilage ECM degrading enzyme-related protein, was compared to the CON group in the IL-1β group and the IL-
실험예 2 : MIA 약물로 골관절염이 유도된 소동물에서의 연골하 골 형태학적 분석Experimental Example 2: Morphological analysis of subchondral bone in small animals with osteoarthritis induced by MIA drug
<실시예 1> 골관절염 유발 소동물 모델 및 미세전류자극<Example 1> Osteoarthritis-induced small animal model and microcurrent stimulation
생후 수컷 8주령 C57BL/6N 마우스를 7일간 적응 후에 대조군에는 10μl의 PBS를 피내 주사하였고 나머지 군에는 Monosodium iodoacetate(MIA) (0.75mg/10μl in PBS)를 오른쪽 슬관절 부위를 중심으로 제모하고 소독한 후 슬관절강내로 각 부위에 소독된 주사기를 이용하여 MIA 약물을 주입하여 관절염을 유도하였다. 7일동안 관절염 유발기간을 두고 8일째부터 모든 측정 및 자극을 시행하며, 실험군은 대조군(NOR, Normal), 관절염 유발군(CON, Control), 관절염 유발 및 미세 전류 자극군(OMC, Osteoarthritis+Micro-current)으로 나누었다. 미세전류 자극을 가하기 전날을 Day 0(실험시작일)으로 설정하였으며, 미세전류 자극을 가하기 위해 자극이 가해지는 전도성 금속 및 하이드로겔로 만들어진 테이프(4cmX0.5cm)를 마우스의 대퇴골과 정강뼈에 붙인 후 10Hz의 주파수와 25μA의 이상성 전류(Biphasic current)를 4주간, 주 5회(1일/1회), 30분간 가했다. After acclimatization of male 8-week-old male C57BL/6N mice for 7 days, 10μl of PBS was injected intradermally in the control group, and Monosodium iodoacetate (MIA) (0.75mg/10μl in PBS) was applied to the right knee joint area in the other groups, followed by disinfection. Arthritis was induced by injecting MIA drugs into the knee joint cavity using a sterilized syringe at each site. All measurements and stimulations were performed from the 8th day after the arthritis induction period for 7 days. -current). The day before microcurrent stimulation was set as Day 0 (experiment start date), and a tape (4cmX0.5cm) made of conductive metal and hydrogel to which stimulation is applied was attached to the femur and tibia of the mouse to apply microcurrent stimulation. A frequency of 10 Hz and a biphasic current of 25 μA were applied for 4 weeks, 5 times a week (once per day) for 30 minutes.
<실시예 2> 골관절염이 유발된 소동물에서의 골 형태학적 평가<Example 2> Evaluation of bone morphology in small animals induced with osteoarthritis
MIA 약물 주입 7일 후(Day 0), 자극 4주 후(4week)의 각각의 우측 연골하 골(Subchondral bone) 부위를 생체 내 미세 단층 시스템(In-vivo Micro CT, Skyscan1176, Brucker, Germany)를 사용하여 분석하였다. 섬유주 분리(Trabecular Separation, Tb.Sp)는 뼈 잔 기둥간의 평균 거리를 뜻하고, 치밀골의 두께(Trabecular thickness, Tb.Th)는 뼈 잔 기둥의 평균 두께를 뜻한다. 관절염이 유발됨에 따라 Tb.Sp는 간격이 넓어지고 Tb.Th의 경우에는 두께가 감소한다. 골 형태학적 평가 결과 관절염 유발군(CON)은 Tb.Sp의 값이 증가하였으며 Tb.Th의 값은 감소한 것으로 보아 염증 소견이 보이며, 미세전류 자극을 가한 OMC군은 상대적으로 염증이 완화되어 연골하골의 Tb.Sp의 값은 감소하였으며 Tb.Th의 값은 증가하였다.Each right subchondral bone area 7 days after MIA drug injection (Day 0) and 4 weeks after stimulation (4 weeks) was scanned using an in-vivo micro tomography system (In-vivo Micro CT, Skyscan1176, Brucker, Germany). analyzed using Trabecular Separation (Tb.Sp) means the average distance between small pillars, and trabecular thickness (Tb.Th) means the average thickness of small pillars. As arthritis is induced, the spacing of Tb.Sp widens and the thickness of Tb.Th decreases. As a result of bone morphological evaluation, the arthritis-induced group (CON) showed an increase in Tb.Sp value and a decrease in Tb.Th value, showing signs of inflammation. The value of Tb.Sp decreased and the value of Tb.Th increased.
이러한 실험결과가 도 5와 도 6에 예시되어 있다.These experimental results are illustrated in FIGS. 5 and 6 .
도 5는 CON 그룹과 OMC 그룹에서의 뼈 잔기둥 간의 평균 거리를 비교한 그래프이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 보면 CON 그룹과 OMC 그룹에서의 뼈 두께를 비교한 그래프이다.5 is a graph comparing average distances between bone pillars in the CON group and the OMC group, and FIG. 6 is a graph comparing bone thicknesses in the CON group and the OMC group according to an embodiment of the present invention.
도면을 참고하면, 25μA, 10Hz, 30분/회로 자극을 가한 결과로, 도 5는 뼈 잔기둥 간의 평균거리를 뜻하는 결과값으로, 관절염이 유발됨에 따라 뼈의 두께가 얇아지므로 뼈 잔기둥 간의 평균거리는 넓어짐을 알 수 있다. 따라서 도 5를 보면 CON 그룹에 비해서 OMC 그룹에서는 뼈 잔기둥 간의 평균 거리가 감소한 것으로 보아 미세전류 자극으로 NOR 그룹만큼은 아니지만, CON 그룹에 비해서 회복되었다는 것을 확인할 수 있다.Referring to the drawing, as a result of applying 25 μA, 10 Hz, 30 minutes/circuit stimulation, FIG. 5 is a result value indicating the average distance between bone pillars. It can be seen that the average distance widens. Therefore, looking at FIG. 5, it can be seen that the average distance between bone pillars decreased in the OMC group compared to the CON group, and it was recovered compared to the CON group, although not as much as the NOR group by microcurrent stimulation.
도 6을 참고하면, 관절염이 유발됨에 따라, 뼈는 점점 약해지는 데 이는 뼈의 두께가 얇아진다는 것을 의미하는데 도면을 참고하면, CON 그룹에서는 4주가 지난 후에 두께가 감소하였지만, OMC 그룹에서는 4주 후 뼈의 두께가 0주에 비해서 유의하게 증가한 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 6, as arthritis is induced, the bone gradually becomes weaker, which means that the thickness of the bone becomes thinner. Referring to the figure, the thickness decreased after 4 weeks in the CON group, but 4 weeks in the OMC group It can be seen that the postoperative bone thickness significantly increased compared to 0 weeks.
따라서 도 2와 도 3을 통하여 미세전류 자극을 가하였을 때, 가하지 않은 그룹보다 상대적으로 염증이 완화되어 연골하골이 회복된 것을 확인할 수 있다.Therefore, when the microcurrent stimulation was applied through FIGS. 2 and 3, it was confirmed that the inflammation was relatively alleviated compared to the non-applied group, and the subchondral bone was recovered.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the present invention has been described in detail with respect to the specific embodiments described above, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention, and it is natural that these changes and modifications fall within the scope of the appended claims.
100 : 관절 연골 재생 장치
110 : 제어모듈
112 : 주파수발생부
114 : 전류발생부
116 : 통신부
120 : 패드
130 : 키입력부
140 : 표시부
150 : 전원부100: articular cartilage regeneration device 110: control module
112: frequency generator 114: current generator
116: communication unit 120: pad
130: key input unit 140: display unit
150: power supply
Claims (12)
설정된 동작시간 내에 설정된 미세전류와 설정된 주파수로 상기 패드가 동작하도록 제어신호를 출력하는 제어모듈;
을 포함하는 전기자극을 이용한 손상된 관절 연골 재생 장치.
A pair of pads attached to the skin in the form of patches or tapes coated with adhesive conductive hydrogel to be attached to the femur and tibia; and
a control module outputting a control signal to operate the pad at a set microcurrent and a set frequency within a set operating time;
Damaged articular cartilage regeneration apparatus using electrical stimulation comprising a.
상기 제어모듈로부터 전송되는 미세 전류의 설정 데이터에 따라 상기 패드가 동작하도록 미세 정전류의 파형으로 상기 패드로 출력하는 전류발생부;및.
상기 제어모듈로부터 전송되는 주파수의 설정 데이터에 따라 상기 패드가 구동하도록 주파수파형으로 상기 패드로 출력하는 주파수발생부;
를 포함하는 전기자극을 이용한 손상된 관절 연골 재생 장치.
The method of claim 1,
a current generator outputting a micro constant current waveform to the pad so that the pad operates according to the setting data of the micro current transmitted from the control module;
a frequency generator outputting a frequency waveform to the pad so that the pad drives according to the frequency setting data transmitted from the control module;
Damaged articular cartilage regeneration apparatus using electrical stimulation comprising a.
상기 제어모듈은
미세전류, 주파수 또는 설정 시간 중 어느 하나 이상을 설정할 수 있는 키입력부를 더 구비하는 전기자극을 이용한 손상된 관절 연골 재생 장치.
The method of claim 1,
The control module
A device for regenerating damaged articular cartilage using electrical stimulation further comprising a key input unit capable of setting any one or more of microcurrent, frequency, or set time.
상기 미세전류는 10~100㎂ 범위에서 25㎂단위로 설정할 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 전기자극을 이용한 손상된 관절 연골 재생 장치.
The method of claim 3,
The microcurrent is damaged articular cartilage regeneration apparatus using electrical stimulation, characterized in that configured to be set in units of 25 ㎂ in the range of 10 ~ 100 ㎂.
상기 주파수 설정은
1~60Hz 범위에서 10Hz 단위로 설정할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기자극을 이용한 손상된 관절 연골 재생 장치..
The method of claim 3,
The frequency setting is
An apparatus for regenerating damaged articular cartilage using electrical stimulation, characterized in that it is configured to be set in units of 10 Hz in the range of 1 to 60 Hz.
상기 설정 시간은
0.5H~1H 범위에서 10분 단위로 설정할 수 있도록 구성된 전기자극을 이용한 손상된 관절 연골 재생 장치.
The method of claim 3,
The setting time is
A device for regenerating damaged articular cartilage using electrical stimulation configured to be set in 10-minute increments in the range of 0.5H to 1H.
미세전류는 25μA, 주파수는 10Hz, 그리고 설정시간은 30분으로 하여 환자의 상태에 따라 반복하여 자극을 가하는 전기자극을 이용한 손상된 관절 연골 재생 장치.
The method of claim 3,
A device for regenerating damaged articular cartilage using electrical stimulation that repeatedly applies stimulation according to the patient's condition with a microcurrent of 25 μA, a frequency of 10 Hz, and a setting time of 30 minutes.
상기 제어모듈을 이용하여 미세전류, 주파수 또는 설정 시간 중 어느 하나 이상을 키입력부를 통하여 설정하는 단계;및
상기 단계에서 설정된 미세전류, 주파수, 설정 시간에 따라 상기 제어모듈이 상기 패드를 통하여 전기자극을 가하도록 제어하는 단계;
를 포함하는 전기자극을 이용한 손상된 관절 연골 재생 방법.
A pair of pads attached to the skin, a control module that outputs a control signal to operate the pads, a current generator that outputs a micro constant current waveform to the pads so that the pads operate according to microcurrent setting data, and In the method for regenerating damaged cartilage tissue using electric stimulation using a frequency generator that outputs a frequency waveform to the pad so that the pad is driven according to setting data of a frequency transmitted from a control module,
Setting any one or more of microcurrent, frequency, or setting time through a key input unit using the control module; And
controlling the control module to apply electrical stimulation through the pad according to the microcurrent, frequency, and set time set in the step;
Damaged articular cartilage regeneration method using electrical stimulation comprising a.
상기 미세전류는 10~100㎂ 범위에서 25㎂단위로 설정하는 것을 특징으로 하는 전기자극을 이용한 손상된 관절 연골 재생 방법.
The method of claim 8,
The microcurrent is a method for regenerating damaged articular cartilage using electrical stimulation, characterized in that set in units of 25 ㎂ in the range of 10 ~ 100 ㎂.
상기 주파수 설정은
1~60Hz 범위에서 10Hz 단위로 설정하는 것을 특징으로 하는 전기자극을 이용한 손상된 관절 연골 재생 방법.
The method of claim 8,
The frequency setting is
A method for regenerating damaged articular cartilage using electrical stimulation, characterized in that it is set in units of 10 Hz in the range of 1 to 60 Hz.
상기 설정 시간은
0.5H~1H 범위에서 10분 단위로 설정하는 것을 특징으로 하는 전기자극을 이용한 손상된 관절 연골 재생 방법.
The method of claim 8,
The setting time is
A method for regenerating damaged articular cartilage using electrical stimulation, characterized in that it is set in units of 10 minutes in the range of 0.5H to 1H.
미세전류는 25μA, 주파수는 10Hz, 그리고 설정시간은 30분으로 하여 환자의 상태에 따라 반복하여 자극을 가하는 전기자극을 이용한 손상된 관절 연골 재생 방법.The method of claim 8,
A method for regenerating damaged articular cartilage using electrical stimulation that repeatedly applies stimulation according to the patient's condition with a microcurrent of 25 μA, a frequency of 10 Hz, and a setting time of 30 minutes.
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|---|---|---|---|
| KR20210113714 | 2021-08-27 | ||
| KR1020210113714 | 2021-08-27 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=85513153
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|---|---|---|---|
| KR1020220107048A KR20230031796A (en) | 2021-08-27 | 2022-08-25 | Regenerating injury articular cartilage using electrical stimulation and the method thereof |
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| Country | Link |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100852022B1 (en) | 2003-06-09 | 2008-08-13 | 더 트러스티스 오브 더 유니버시티 오브 펜실바니아 | Method and device for treating osteoarthritis, cartilage disease, defects and injuries in the human knee |
-
2022
- 2022-08-25 KR KR1020220107048A patent/KR20230031796A/en unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100852022B1 (en) | 2003-06-09 | 2008-08-13 | 더 트러스티스 오브 더 유니버시티 오브 펜실바니아 | Method and device for treating osteoarthritis, cartilage disease, defects and injuries in the human knee |
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