KR100413114B1 - 키토산으로 표면 코팅된 조직 재생용 생분해성 고분자제제 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조직 재생용 생분해성 고분자 제제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상기 고분자 제제는 다공성 고분자 매트릭스의 가수분해 처리된 표면에 키토산이 표면 코팅되어 있으며, 이러한 고분자 제제는 다공성 고분자 매트릭스를 염기성 용액으로 가수분해시키고, 얻어진 고분자 매트릭스의 잔여하는 염기성 용액을 중화시킨 후 키토산으로 처리함으로써 얻어질 수 있다. 다공성 고분자 매트릭스의 표면이 키토산으로 코팅된 본 발명의 조직 재생용 생분해성 고분자 제제는 표면에 코팅된 키토산이 고분자의 가수분해 산물인 산을 중화시켜 주기 때문에 산의 의한 조직독성을 감소시켜 생체적합성을 높일 수 있으며, 코팅시 매트릭스를 가수분해하기 때문에 수분 흡수(water uptake)를 높일 수 있다.

Description

키토산으로 표면 코팅된 조직 재생용 생분해성 고분자 제제 및 그 제조방법{Chitosan coated biodegradable polymeric materials for tissue regeneration and their fabrication methods}

본 발명은 조직 재생용 생분해성 고분자 제제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 다공성 고분자 매트릭스의 가수분해 산물의 표면에 키토산이 코팅되어 있는 조직재생용 생분해성 고분자 제제 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

폴리(α-히드록시에스테르), 즉 폴리락트산, 폴리글리콜산 및 폴리락트산-글리콜산 공중합체는 생체재료 및 조직공학 기법을 이용한 조직 재생용 담체로서 제조되고 있다. 그러나 이들은 가수분해시 생성되는 락트산 및 글리콜산으로 인해 고분자 제제 주위의 pH가 감소하여 염증반응 및 조직독성을 유발할 가능성이 있다. 혈관조직의 부실 또는 대사능력이 낮아 산분해 산물을 제거할 능력이 적다면, 국소적으로 독성을 일으킬 가능성이 더 커진다.

이런 부작용을 줄이기 위하여 하이드록시애퍼타이트(HA) 및 염기성 염을 고분자 매트릭스에 도입하려는 시도가 J. Biomed. Material Res., 38(2), 105-14(1997) 및 Biomaterials 20(9), 859-77(1999) 등에 기재되어 있다. 하이드록시애퍼타이트(HA) 및 염기성 염의 염기성 분해산물은 고분자의 산분해산물을 중화시켜pH 감소로 인한 조직의 독성을 감소시켜 생체적합성을 증진할 수 있다. 그러나 이들 염기성 염은 고분자 매트릭스로부터 용출되어 나와 장기간 동안 산중화효과를 유지할 수 없다. 또한 이들은 조직재생에 유리한 작용을 하지 못한다.

이에 반해 키토산은 세포외기질(extracellular matrix)의 글리코스아미노글리칸(glycosaminoglycan)과 구조적으로 유사하여 높은 조직 적합성을 나타내며 조직재생에 유리하다. 그리고 구조내에 아민기를 가지고 있어서 산분해산물을 중화시킬 수 있어 산분해산물을 내는 고분자 물질과 결합시 산을 중화시켜 주기 때문에 산의 의한 조직독성을 감소시켜 생체적합성을 높일 수 있다.

이에 본 발명자들은 산분해산물을 내는 고분자 매트릭스의 산을 중화시키고 조직적합성을 높이기 위해 고분자 매트릭스의 표면에 키토산을 코팅시키는 연구를 진행한 결과, 고분자 매트릭스를 가수분해시킨 후, 이를 키토산의 아민기와 결합시키는 방법을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 다공성 고분자 매트릭스의 가수분해 처리된 표면에 키토산이 코팅되어 있는 조직재생용 생분해성 고분자 제제를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 조직 재생용 생분해성 고분자 제제를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 키토산이 코팅된 생분해성 고분자 매트릭스를 나타낸 시차주사 현미경 사진이다.

도 2는 생분해성 고분자 매트릭스의 시차주사 현미경 사진으로서,

도 2a는 키토산이 코팅되지 않은 생분해성 고분자 매트릭스의 시차주사 현미경 사진이며,

도 2b는 실시예 5에서의 수산화나트륨 용액의 농도와 가수분해 시간으로 가수분해된 생분해성 고분자 매트릭스의 시차주사 현미경 사진이며,

도 2c는 실시예 6에서의 수산화나트륨 용액의 농도와 가수분해 시간으로 가수분해된 생분해성 고분자 매트릭스의 시차주사 현미경 사진이며,

도 2d는 실시예 7에서의 수산화나트륨 용액의 농도와 가수분해 시간으로 가수분해된 생분해성 고분자 매트릭스의 시차주사 현미경 사진이다.

도 3은 생분해성 고분자 매트릭스에 골아세포를 7일간 분화시킨 결과의 시차주사 현미경 사진으로서,

도 3a는 키토산이 코팅되지 않은 생분해성 고분자 매트릭스에 골아세포를 7일간 분화시킨 결과의 시차주사 현미경 사진이며,

도 3b는 실시예 6에서 제조한 키토산이 코팅된 생분해성 고분자 매트릭스에 골아세포를 7일간 분화시킨 결과의 시차주사 현미경 사진이다.

본 발명에서 제시되는 조직 재생용 생분해성 고분자 제제는 다공성 고분자 매트릭스의 가수분해 처리된 표면에 키토산이 코팅되어 있는 고분자 제제이다. 이러한 생분해성 고분자 제제는, 다공성 고분자 매트릭스의 표면에 코팅된 키토산이 고분자의 가수분해 산물인 산을 중화시켜 주기 때문에, 산에 의한 조직 독성을 감소시켜 생체적합성을 높일 수 있으며, 코팅시 매트릭스를 가수분해하기 때문에 수분 흡수(water uptake)를 높일 수 있다.

다공성 고분자 매트릭스의 제조에 사용되는 고분자의 예로는 폴리(α-히드록시에스테르), 보다 구체적으로는 폴리폴리락트산, 폴리글린콜산 및 폴리락트산-글리콜산 공중합체를 들 수 있다.

상기한 본 발명의 조직 재생용 생분해성 고분자 제제는 다음의 단계를 포함하는 제조 방법에 의해 제조될 수 있다.

a) 다공성 고분자 매트릭스를 염기성 용액으로 처리하여 가수분해시키는 단계, 및

b) 가수분해시킨 매트릭스 내의 잔여하는 염기를 산용액으로 처리하여 중화시킨 후 키토산으로 처리하여 표면 코팅시키는 단계.

다공성 고분자 매트릭스를 염기성 용액으로 처리하여 가수분해시키면 고분자 물질 내에 존재하는 에스테르 결합이 끊어져 카르복실기와 수산화기를 내어 다공성 고분자 매트릭스는 음전하(negative charge)를 띄게 된다. 이 음전하는 키토산 내에 존재하는 아민기의 양전하와 이온결합을 형성하여 고분자 매트릭스 표면에 키토산을 코팅시킬 수 있게 된다. 가수분해에 사용될 수 있는 염기성 용액의 예로는 NaOH, KOH, LiOH, CaOH₂등의 수용액을 들 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은아니며 고분자 물질 내에 존재하는 에스테르 결합을 끊을 수 있는 것이면 특별히 제한되지 아니한다. 바람직하게는 수산화나트륨 수용액을 들 수 있다. 수산화나트륨 수용액의 농도는 0.1∼2N이 바람직하다. 0.1N 이하이면 가수분해가 아주 느리고, 2N 이상이면 가수분해가 너무 빨라 속도조절이 어렵게 된다. 가수분해에 소요되는 시간은 사용되는 염기성 용액의 종류, 농도 및 고분자 제제의 요구되는 물성에 따라 적절히 조절할 수 있으나, 통상 0.5 - 100분이며, 바람직하게는 0.5 - 30분이다.

염기성 용액에 의해 가수분해된 고분자 매트릭스는 산용액을 사용하여 중화시킬 수 있으며, 중화에 사용되는 산용액의 예로는 염산, 황산, 질산, 아세트산 등을 들 수 있으나, 반드시 이들에 한정되는 것은 아니다. 조직 재생에 특별히 영향을 미치지 아니하는 다양한 산용액이 사용될 수 있다. 염산 용액을 사용할 경우, 그 농도는 통상 0.5∼2N이 바람직하다.

본 발명의 제조방법에 있어서, 키토산으로 처리하는 단계는 키토산이 용해된 산용액에 의해 수행된다. 키토산의 용해에 사용되는 산용액의 예로는 0.5∼5v/v%의 락트산 용액, 가장 바람직하게는 1∼5w/v%의 락트산 용액을 들 수 있다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 기술할 것이나, 이들 실시예는 본 발명의 예시에 불과할 뿐 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 보호범위 내에서 다양한 변형 및 보완이 가능하다.

<실시예>

<실시예 1> 키토산으로 표면 코팅된 고분자 제제의 제조

분자량이 130,000 Da인 폴리락트산-글리콜산 공중합체 1g을 염화메틸렌 6mL에 용해시켰다. 이 용액에 수상으로 0.1M 인산염완충액(pH 7.4)을 첨가하고 계면활성제로 스판 80을 사용하여 유화시켰다. 이것을 액화질소에서 급속냉동 시킨 후 동결건조하여 매트릭스를 얻었다. 얻어진 매트릭스를 가로 1cm, 세로 1cm, 높이 1cm로 잘랐다. 이렇게 자른 매트릭스를 0.5N 수산화나트륨 용액 50mL에 2분간 담궈 가수분해 시킨 뒤, 1N 염산 용액에서 중화시켰다. 가수분해 시킨 고분자 매트릭스를 3% 키토산 용액(락트산 1%에 녹인 것)에 담궈 10분간 방치한 뒤, 동결건조하여 키토산이 코팅된 고분자 매트릭스를 얻었다. 제조된 키토산 코팅된 고분자 매트릭스의 시차주사 현미경 사진을도 1에 나타내었다.

<실시예 2 - 13>

하기의표 1및표 2에 기재된 고분자 물질로 매트릭스를 제조하고, 수산화나트륨 용액으로 하기의 가수분해 시간에 따라 가수분해 한 뒤 3% 키토산 용액으로 코팅하여 제조하였다.

<실시예 14>

폴리락트산-글리콜산 공중합체를 사용하여 고분자 매트릭스를 제조하고, 이를 0.5 N 수산화나트륨 수용액으로 가수분해하는 데 있어서 처리 시간을 달리하여 고분자 매트릭스의 변화를 관찰하였으며, 그 시차주사 현미경 사진을도 2에 나타내었다[도2a(처리전),도 2b(1분 경과 후 - 실시예 5에 해당),도 2c(2분 경과 후 - 실시예 6에 해당) 및도 2d(5분 경과 후 - 실시예 7에 해당)].도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 처리시간이 경과할수록 매트릭스가 미세공을 따라 가수분해 되어 미세공이 점점 커지는 것을 관찰할 수 있었다. 즉, 고분자 매트릭스를 수산화나트륨 용액으로 처리함에 있어서, 처리 시간이 증가함에 따라 가수분해의 정도가 증가함을 알 수 있으며, 이로써 고분자 물질의 내부에 있는 에스테르 결합이 끊어져 음전하를 내는 카르복실기와 수산화기가 생성되었음을 알 수 있다. 이들 카르복실기와 수산화기가 양전하를 띄는 키토산 용액과 결합을 형성하는 작용기가 된다.

<실시예 15>

키토산이 코팅된 본 발명의 생분해성 고분자 제제와 키토산이 코팅되지 않은 종래의 고분자 제제의 골아세포 분화 정도를 테스트하였으며, 그 결과를도 3에 나타내었다.도 3a는 키토산이 코팅되지 않은 생분해성 고분자 매트릭스에 골아세포를 7일간 분화시킨 결과의 시차주사 현미경 사진이며,도 3b는 실시예 6에서 제조한 키토산이 코팅된 생분해성 고분자 매트릭스에 골아세포를 7일간 분화시킨 결과의 시차주사 현미경 사진이다.

도 3a및3b에서 볼 수 있는 바와 같이, 키토산이 코팅되지 아니한 고분자 매트릭스의 경우 불안정한 세포 접착정도와 분화정도를 나타내었으며, 키토산이 코팅된 고분자 매트릭스의 경우 세포질의 방사선상으로의 확장 및 세포중심부의 편평화가 관찰되었고, 이 확장된 세포는 겹겹이 층을 이루어 돌기형의 세포 집합체를 형성함을 관찰할 수 있다. 따라서, 키토산이 코팅된 매트릭스가 코팅되지 않은 매트릭스에 비해 증가된 세포 부착과 생체적합성을 나타냄을 알 수 있다. 이것은 키토산이 세포 친화도를 증가시키는 코팅 재료로서 사용될 수 있다는 것을 말해준다.

본 발명은 조직 재생을 위한 생분해성 고분자 제제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 고분자 물질 내에 있는 에스테르 결합을 수산화나트륨을 이용하여 가수분해한 뒤 키토산을 코팅함으로써 고분자 물질의 수분 흡수를 높이고 고분자 물질의 분해시 생성되는 산분해물을 키토산이 중화함으로써 고분자 매트릭스의 생체적합성을 높이는 효과를 가져오게 된다.

Claims (12)

1. 분자내 에스테르 결합을 갖는 고분자를 사용하여 형성된 다공성 고분자 매트릭스의 가수분해 처리된 표면에 키토산이 코팅된 조직 재생용 생분해성 고분자 제제.
2. 제 1항에 있어서, 상기 다공성 고분자 매트릭스의 형성에 사용되는 고분자가 폴리락트산, 폴리글리콜산 및 폴리락트산-글리콜산 공중합체로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 고분자 제제.
3. a) 분자내 에스테르 결합을 갖는 고분자를 사용하여 형성된 다공성 고분자 매트릭스를 염기성 용액으로 가수분해시키는 단계, 및

   b) 가수분해 시킨 매트릭스 내의 잔여하는 염기를 산용액으로 중화시킨 후, 키토산으로 처리하는 단계를 포함하는 제1항에 따른 고분자 제제의 제조방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 다공성 고분자 매트릭스의 형성에 사용되는 고분자가 폴리락트산, 폴리글리콜산 및 폴리락트산-글리콜산 공중합체로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 고분자 제제.
5. 제 3항에 있어서, 상기 염기성 용액이 수산화나트륨 용액인 것을 특징으로 하는 제조방법.
6. 제 4항에 있어서, 상기 수산화나트륨 용액의 농도가 0.1∼2N인 것을 특징으로 하는 제조방법.
7. 제 3항에 있어서, 상기 수산화나트륨 용액의 처리시간이 0.5∼100분인 것을 특징으로 하는 제조방법.
8. 제 3항에 있어서, 상기 중화에 사용되는 산용액이 염산 수용액인 것을 특징으로 하는 제조방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 염산의 농도가 0.5∼2N인 것을 특징으로 하는 제조방법.
10. 제 3항에 있어서, 상기 키토산으로 처리하는 단계가 키토산이 용해된 락트산 용액을 적용함에 의해 성취되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 키토산이 용해된 락트산 용액의 농도가 0.5∼5v/v%인 것을 특징으로 하는 제조방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 키토산이 용해된 락트산 용액의 농도가 1∼5w/v%인 것을 특징으로 하는 제조방법.