KR100393409B1 - 골수염 치료용 항생제 함유 해면 골편의 제조 방법 및 그방법에 따라 제조된 해면 골편 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 골수염 치료용 항생제 함유 해면 골편의 제조 방법은, 해면골편을 탈석회화하는 단계; 상기 탈석회화된 해면 골편을 항생제 함유 용액에 담금으로써 항생제를 해면 골편에 흡착시키는 단계; 상기 항생제가 흡착된 해면 골편을 동결 건조시키는 단계; 및 상기 동결 건조된 해면 골편을 생분해성 물질로 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명에 따른 골수염 치료용 항생제 함유 해면 골편은, 해면 골편을 탈석회화하는 단계; 상기 탈석회된 해면 골편을 항생제 함유 용액에 담금으로써 항생제를 해면 골편에 흡착시키는 단계; 상기 항생제가 흡착된 해면 골편을 동결 건조시키는 단계; 및 상기 동결 건조된 해면 골편을 생분해성 물질로 코팅하는 단계를 포함하는 제조 방법에 따라 제조된 것을 특징으로 한다.

골수염의 치료를 위하여 뻐의 감염부위를 제거하고 항생제가 흡착된 해면 골편을 이식하게 되는데, 본 발명에 따른 해면 골편을 이식하게 되면, 해면 골편으로부터의 적정 항생제 유리속도를 유지하게 되어 장시간 환부에 적절한 농도의 항생제를 공급할 수 있으므로 효과적으로 골수염을 치료할 수 있다.

Description

골수염 치료용 항생제 함유 해면 골편의 제조 방법 및 그 방법에 따라 제조된 해면 골편{Method for preparing cancellous bone grafts containing antibiotics for treatment of osteomyelitis and cancellous bone grafts prepared by the method}

본 발명은 항생제를 함유한 해면 골편의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 골수염을 치료하기 위한 항생제를 함유한 해면 골편을 제조하는 방법에 관한 것이다.

골수염은 황색 포도상구균(Staphylococcus aureus) 등에 의해 발생되는 감염성 질환이다. 골수염은 원인균이 다른 부위로부터 혈류를 타고 뼈조직으로 오거나, 주위 상처에서 직접 퍼져서 염증을 일으켜 골조직 및 골수를 파괴하고 혈액 공급을 막아서 뼈를 죽게 만드는 질환이다. 따라서 골수염의 치료를 위해서는 상처 부위를 제거한 후 항생제를 투여해야 한다. 항생제를 정맥내 투여할 수도 있지만, 이는 잠재적으로 독성일 뿐만 아니라, 장기간의 투여를 요하여 전신적 부작용이 크고, 실제로 환부에 도달하는 항생제의 양도 충분치 못한 것으로 알려져 있다. 따라서 항생제를 환부에 적용하기 위해서 정맥내 투여 이외의 방법이 요구되었다.

현재까지 항생제를 환부에 국소 전달하기 위한 다양한 수단들이 개발되어 왔다. 이 수단들은 크게 흡수 가능한 것과 흡수 불가능한 것으로 분류할 수 있다. 가장 일반적으로 사용되는 전달 수단으로는 탄소, 수소 및 메틸기로 이루어진 메틸메타크릴레이트의 중합체인 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate; PMMA)시멘트(cement)를 들 수 있는데, PMMA 시멘트를 이용하면 항생제의 국소 레벨을 현저히 증가시키는 효과를 나타낸다. PMMA 시멘트는 통상 수술실 내에서 액체 상태의 단일 분자와 고체 상태의 중합 전의 분말을 혼합하여 사용한다. 혼합시 약 130cal/g의 발열과 함께, 분자들이 중합 과정을 일으키며 굳는 성질을 이용하여, 수술시의 수술 기구와 뼈와의 고정이나, 뼈의 결손 부위를 일시적으로 메우는 경우 이용된다. 또한 PMMA 시멘트가 항생제를 함유하는 경우, 생체내 및 생체외 모두에서 일정 기간 동안 비교적 높은 농도의 항생제를 확산에 의해 외부로 서서히 유리시키는 성질로 인해 골수염 등의 감염 치료에 이용되기도 한다.

그러나 PMMA 시멘트는 흡수가 되지 않기 때문에, 그 목적을 다한 후에는 제거되어야 한다. 따라서 PMMA 시멘트를 제거하고 결손 부위를 메우기 위한 2차 수술이 요구되므로, 많은 비용 및 시간을 요하고, 2차 수술에 의한 위험도의 증가 등의 문제점이 있다. 더구나 만일 PMMA 시멘트가 완전히 제거되지 못하고 환부에 잔존하면, 그것이 외부 물질로 작용할 수 있는 위험이 있다. 또한 분말의 혼합시에 상기와 같이 발열 반응(약 66 내지 82℃)이 일어나므로, 항생제 중 가열로 인해 변성되지 않는 항생제만을 이용할 수 있다는 단점이 있다. 또한 액체 상태의 항생제가 이용될 수 없다는 한계가 있다.

흡수 가능한 항생제 전달 수단으로서 플라스터 오브 패리스(Plaster of Paris; POP)가 사용되어 왔다. POP는 흡수가 가능하므로 그 제거가 필요 없다. 그러나 POP는 항생제 처리 후 별도의 골 이식 절차를 행하여야 하는 단점이 있다.

상기와 같은 PMMA 시멘트 및 POP의 단점들을 극복하기 위해, 골 이식편(BG; Bone Graft) 또는 그 유도체가 항생제의 전달 수단으로 사용되기 시작했다. 특히 항생제가 흡착된 해면 골편을 항생제의 국소 전달 수단으로서 사용하여, 독성의 위험 없이 항생제의 높은 국소 레벨을 얻을 수 있었다.

그러나 상기 항생제 전달 수단은 항생제가 해면 골편의 표면에 단지 흡착되어 있는 것이기 때문에, 항생제의 유리 속도가 너무 빨라서, 불과 몇 일만에 대부분의 항생제가 유리되어 버리므로, 서서히 일어나는 확산에 의한 장기간의 항생제 작용을 요하는 골수염의 치료에는 별 효과가 없었다.

본 발명은 상기한 바와 같은, 종래 기술에 의한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 골수염의 치료를 위해 항생제의 투여와 별도로 2차 수술 또는 골 이식을 할 필요가 없는 방법을 제공하는 것으로서, 특히 항생제의 적정 유리 속도를 보장하도록 제조된 항생제 함유 해면 골편을 제공함으로써, 체내에 장기간 항생제의 적절한 농도를 유지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 골수염 치료용 항생제 함유 해면 골편의 제조 방법은, 해면 골편을 항생제 함유 용액에 담금으로써 항생제를 해면 골편에 흡착시키는 흡착 단계; 및 상기 항생제가 흡착된 해면 골편을 동결 건조시키는 동결 건조 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 의한 골수염 치료용 항생제 함유 해면 골편의 제조 방법은, 상기 흡착 단계 이전에, 해면 골편으로부터 칼슘을 제거하는 탈석회화 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 의한 골수염 치료용 항생제 함유 해면 골편의 제조 방법은, 상기 항생제가 흡착된 해면 골편을 동결 건조 하는 단계 이후에, 상기 동결 건조된 해면 골편을 생분해성 물질로 코팅시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 의한 골수염 치료용 항생제 함유 해면 골편의 제조 방법에 있어서, 상기 생분해성 물질은 혈액인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 골수염 치료용 항생제 함유 해면 골편은, 해면 골편을 항생제 함유 용액에 담금으로써 항생제를 해면 골편에 흡착시키는 흡착 단계; 및 상기 항생제가 흡착된 해면 골편을 동결 건조시키는 동결 건조 단계를 포함하는 제조 방법에 의해 제조된 것임을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 따른 골수염 치료용 항생제 함유 해면 골편은, 상기 흡착 단계 이전에, 해면 골편으로부터 칼슘을 제거하는 탈석회화 단계를 더 포함하는 제조 방법에 의해 제조된 것임을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 의한 골수염 치료용 항생제 함유 해면 골편은, 상기 항생제가 흡착된 해면 골편을 동결 건조 하는 단계 이후에, 상기 동결 건조된 해면 골편을 생분해성 물질로 코팅시키는 단계를 더 포함하는 제조 방법에 의해 제조된 것을특징으로 한다.

상기 본 발명에 의한 골수염 치료용 항생제 함유 해면 골편에 있어서, 상기 생분해성 물질은 혈액인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 해면 골편 제조방법의 과정을 구체적으로 살펴보면, 우선 치료하고자 하는 골수염의 원인이 되는 세균에 적합한 항생제 함유 용액에 해면 골편을 소정 시간 함침시켜 해면 골편에 항생제를 흡착시킨다. 해면 골편에 항생제를 흡착시키기 전에 해면 골편을 탈석회화 하는 것이 바람직하다. 탈석회화를 통해 해면 골편으로부터 칼슘을 제거함으로써 해면 골편의 다공성을 증가시켜 항생제를 함유할 수 있는 공간을 더 많이 확보할 수 있고 그에 따라 환부에 전달될 항생제의 량을 현저히 증가시킬 수 있기 때문이다. 신속한 칼슘 제거를 위하여 산 버퍼 뿐만 아니라 다양한 강산 및 약산이 사용될 수 있다. 하기의 실시예에서와 같이 염산(HCl)을 사용하여 해면 골편으로부터 칼슘을 제거하는 경우에는, 수산화인회석, 인산삼칼슘 및 탄산칼슘을 포함하는 뼈 내의 주요 무기 성분들은 염화 칼슘을 형성하면서 골편으로부터 제거된다.

본 발명에서는 항생제 용액에 함침된 해면 골편에 충분한 량의 항생제가 흡착되면 해면 골편을 항생제 용액에 담그어진 채로 동결 건조시킨다. 해면 골편을 동결 건조 시키는 방법으로는 종래의 일반적인 동결 건조 방법을 사용할 수 있다. 구체적으로는 항생제 용액으로부터 꺼낸 해면 골편을 약 영하 20℃ 이하의 온도로 동결 시킨 후 동결 건조기로 이동한다. 이동시 해면 골편의 온도는 계속 저온으로 유지되어야 한다.

하기의 설명될 본 발명의 실시예에서는, 상표명 LABCONCO으로 시판되고 있는 미국산 동결 건조기를 이용하였다. 동결 건조기의 작동온도를 약 영하 80℃로 설정한 후 해면 골편을 진공상태에 놓이도록 하여 고체 상태로 얼어 있는 수분을 바로 기체로 승화되도록 하였다. 위에서 예시한 동결 건조 온도 및 동결 건조기는 단지 예시에 불과할 뿐이며 반드시 상기한 사항에 한정되는 것은 아니다.

동결 건조된 해면 골편의 외부에 생분해성 물질을 코팅한다. 이는 해면 골편이 골수염 감염부위에 삽입되었을 때, 해면 골편에 흡착된 항생제의 유리 속도를 늦춤으로써 장기간 항생제가 골 속으로 투여될 수 있도록 한다. 생분해성 물질로는, 혈액, 젤라틴, 폴리-락트산, 폴리-글리콜산, 키토산, 콜라겐 또는 알긴산염 등을 들 수 있다. 그 중 젤라틴이 가장 흔하게 사용되지만, 본 발명의 경우 임상적으로 수술시 쉽게 적용할 수 있는 혈액을 이용하였다. 항생제가 흡착된 해면골을 신선 정맥혈에 담근 후 건조시켜 형성된 혈병 코팅으로 코팅하였다.

골수염의 치료를 위해, 염증이 발생한 뼈 조직을 제거한 후, 본 발명에 따라 제조된 해면 골편과 같은, 항생제가 흡착된 해면 골편을 그 제거된 부위에 이식한다. 이식된 해면 골편은 뼈가 제거된 공간을 채우고, 신생골이 자라나올 수 있도록 유도함과 동시에, 흡착된 항생제가 점차 유리되어 나옴으로써 염증을 치료하게 된다. 특히, 본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 해면 골편의 경우에는, 탈석회화, 동결 건조 및 생분해성 물질의 코팅 단계를 거쳐 제조되므로, 흡착된 항생제가 체내에서 유리되는 속도가 현저히 늦추어지게 된다. 따라서 만성 골수염 등, 항생제의 적정 농도를 장기간 투여해야 하는 골수염의 치료에 효과적이다.

다음에서는, 본 발명에 따른 구체적인 실험예를 설명한다.

실험예

<실험예1>

해면 골편의 준비

5 × 5 × 5mm 크기의 동결 건조된 해면 골편 24개를 각각 6개씩 4개의 군으로 무작위로 분류하였다. 이들 각각의 평균 무게는 80.47mg, 80.22mg, 77.63mg 및 78.40mg이었다(p>0.05).

해면 골편의 탈석회화

상기 4개의 군 중 제1군 및 제2군에 해당하는 12개의 해면 골편을 0.5N HCl 용액에 24시간 동안 침지시킨 다음, pH 7.4가 될 때 까지 인산 완충 식염수(Phosphate Buffered Saline; PBS)로 세척하였다. 그 후에 90% 에틸 알코올에 1시간, 100% 알코올에 30분간 담근 후 24시간 공기 중에서 건조시켜 탈석회화를 완성하였다. 탈석회화 후 각각의 무게는 제1군이 19.73mg이고 제2군이 18.75mg이었다(p>0.05).

항생제의 흡착

제1군 내지 제4군 모두를 각각 125mg/ml의 포화된 반코마이신 용액을 포함하는 48-웰 플레이트에 24시간동안 담그어 반코마이신을 해면 골편에 흡착시켰다.

해면 골편의 동결 건조

제1군 내지 제4군 모두의 해면 골편을 항생제 용액에 담근 채로 -20℃로 동결시킨 후, 그 온도를 계속 유지하면서 상표명이 LABCONCO인 동결 건조기로 이동시켰다. 건조기 속의 온도를 -80℃로 조정하고 진공 상태로 하여 약 20시간 동결 건조 하였다. 동결 건조 후에는 각 군에 속하는 해면 골편들의 무게를 측정하였다.

혈병 코팅

상기 해면 골편 중 제1군 및 제3군에 속하는 12개의 해면 골편만 신선한 정맥혈 내에 약 3시간동안 담그었다. 그 후 공기중에서 건조시켜 해면 골편 표면에 혈액이 응고되어 혈병 코팅이 형성되도록 하였다.

제1군 내지 제4군 각 군에 행해진 처리는 하기 표1에 비교되어 있다.

	제1군	제2군	제3군	제4군
탈석회화	○	○	×	×
항생제 흡착	○	○	○	○
동결 건조	○	○	○	○
혈병 코팅	○	×	○	×

상기 제1군 내지 제4군 각각의 항생제 유리 속도를 비교하기 위해, 각 골편을 1ml의 PBS를 포함하는 각 웰에 넣고, 37℃에 보관하였다. 기존의 PBS 용액은 24시간 간격으로 6주간 새로운 PBS 용액으로 교체하였고, 교체된 PBS 용액은 유리된 반코마이신 농도를 나중에 한꺼번에 측정하기 위해 일단 영하 20℃에서 동결 보관하였다.

6주가 지난 후, 상기 보관된 PBS 용액들의 반코마이신 농도를 측정하였다. 유리된 반코마이신의 농도는 TDX(Therapeutic Drug Monitoring System)를 이용한 형광 편광 면역학적 검정을 이용하여 측정하였다. 측정 가능한 반코마이신의 최저 농도는 0.6㎍/ml이었다. 제 1, 5, 7, 14, 21, 28, 35, 42일의 검체의 농도를 측정하였다. 통계적 분석으로는 Kruskal-Wallis 및 ANOVA를 이용하였다.

상기 측정 결과, 하기 표 2와 같은 결과를 얻었다.

	제1군	제2군	제3군	제4군
최초 평균 중량(mg)	80.47	80.22	77.63	78.40
탈석회화 후의 평균 중량(mg)	19.73	18.75	77.63	78.40
반코마이신 흡착후 평균 중량(mg)	37.31	36.73	89.70	85.12
흡착된 반코마이신의 평균 중량(mg)	18.18	17.78	12.07	6.72
유리된 반코마이신의 최저 농도(0.6㎍/ml) 도달일	42일 이후	21일째	28일째	14일째

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 종래의 해면 골의 경우 수일만에 항생제가 모두 유리되어 버리는 것과는 대조적으로, 본 발명에 의해 제조된 해면 골편의 경우 최소 14일, 최대 42일이 지날 때까지도 항생제가 여전히 유리되어 나오는 것으로 확인되었으므로, 항생제 흡착 후 동결 건조를 하고, 혈병 코팅을 행함으로써, 항생제의 유리 속도를 늦출 수 있다는 것을 알 수 있었다.

또한 각각 6개의 해면 골편을 포함하는 4개의 군 중 제1군 및 제2군만을 탈석회화 시킴으로써, 그 평균 중량이 약 4분의 1로 감소된 것을 알 수 있다. 흡착된 반코마이신의 평균 중량이, 탈석회화를 행한 제1군 및 제2군의 경우, 평균 17.98mg인데 비하여, 제3군 및 제4군의 경우에는 평균 9.39mg에 불과하였다. 따라서 탈석회화로 인해 항생제의 흡착량이 두배가량 증가한 것을 알 수 있었다.

각 골편을 24시간 간격으로 교체되는 PBS 용액에 담가 6주간 유리된 반코마이신의 농도를 측정한 결과, 탈석회화된 제1군 및 제2군에 비해, 탈석회화되지 않은 군인 제3군 및 제4군에 있어서, 그 유리양이 많은 것으로 나타났으므로, 탈석회화가 흡착된 항생제의 양을 늘린다는 사실이 증명되었다.

그리고 혈병 코팅을 행한 제1군 및 제3군의 경우, 다른 모든 조건이 각각 동일하지만 혈병 코팅을 행하지 않은 제2군 및 제4군에 비하여, 반코마이신의 유리 속도가 2배정도 더 느린 것을 알 수 있었다. 따라서 혈병 코팅이 항생제의 유리 속도를 늦추는 효과를 초래한다는 것이 증명되었다.

또한 반코마이신의 유리는 제4군에서 가장 빨라서, 14일째 이후로는 거의 검출되지 않은 반면, 제2군에서는 21일째, 제3군에서는 28일째까지 검출되었다. 특히 제1군에서 가장 오래동안 반코마이신이 검출되었는데, 42일째에 22.6㎍/ml가 검출되었다.

통계적으로 탈석회화군인 제1군 및 제2군과, 탈석회화되지 않은 군인 제3군 및 제4군과는 평균 검출 농도에 있어서 7, 14, 21일에 유의한 차이가 있었으며, 혈병 코팅한 군인 제1군 및 제3군과 혈병 코팅하지 않은 군인 제2군 및 제4군과의 차이는 1, 5, 14, 21, 28일에서 각각 유의한 차이를 보였다.

골수염의 치료를 위하여 뼈의 감염부위를 제거하고 항생제가 흡착된 해면 골편을 이식하게 되는데, 본 발명에 따른 해면 골편을 이식하게 되면, 항생제가 해면 골편으로부터의 적정 항생제 유리속도를 유지하게 되어 장시간 환부에 적절한 농도의 항생제를 공급할 수 있으므로 효과적으로 골수염을 치료할 수 있다.

Claims (5)

1. 해면 골편으로부터 칼슘을 제거하는 탈석회화 단계;

   해면 골편을 항생제 함유 용액에 담금으로써 항생제를 해면 골편에 흡착시키는 흡착 단계;

   상기 항생제가 흡착된 해면 골편을 동결 건조시키는 동결 건조 단계; 및;

   상기 동결 건조된 해면 골편을 생분해성 물질로 코팅시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 골수염 치료용 항생제 함유 해면 골편의 제조 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 생분해성 물질은 혈액인 것을 특징으로 하는 골수염 치료용 항생제 함유 해면 골편의 제조 방법.
5. 제 1 항 또는 제 4 항의 방법에 따라 제조된 골수염 치료용 항생제 함유 해면 골편.