KR100615485B1 - 오버런 공정을 이용한 다공성 지지체의 제조방법 - Google Patents
오버런 공정을 이용한 다공성 지지체의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 오버런 공정을 이용한 다공성 지지체의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 (1) 고분자 용액을 -20 내지 25℃에서 오버런(over-run)시켜 기체를 혼입시키는 단계; 및 (2) 상기 기체가 혼입된 용액을 동결건조시키는 단계를 포함하는 다공성 지지체의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 다공성 지지체의 제조방법에 따르면 인체에 유해한 화학약품의 잔유 위험이 없어 무독성의 생체적합성 다공성 지지체를 제조할 수 있고, 부가적인 세척공정 단계가 불필요하여 제조공정을 최소화할 수 있으며, 제조공정시의 여러 가지 인자들의 조절과 부가적인 가교반응과 염침출(particle-leaching)법 통해 원하는 적절한 다공도, 기계적 물성, 생분해 특성 등을 가진 3차원의 다공성 지지체의 제조가 가능하여 상처피복재료, 조직공학적 인공장기, 의료용 충진제, 또는 세포배양을 위한 지지체의 제조에 널리 활용될 수 있다.
다공성 지지체, 오버런(over-run), 염침출법(particle-leaching), 가교, 조직공학
Description
도 1a는 본 발명의 제조방법 중 오버런(over-run) 공정을 위한 장치의 단면도이다.
도 1b는 본 발명의 제조방법 중 오버런(over-run) 공정을 위한 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 오버런(over-run) 공정과 염침출(particle-leaching)법을 병행한 경우의 다공성 지지체의 그림이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2, 실시예 3, 비교예 2, 비교예 3에서 제조된 다공성 지지체의 주사식 전자현미경(SEM) 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 5 내지 실시예 8에서 오버런(over-run) 공정과 염침출(particle-leaching)법에 의해 제조된 다공성 지지체의 주사식 전자현미경(SEM) 사진이다.
도 5는 실시예 2에서 오버런(over-run) 공정을 통해 제조된 다공성 젤라틴 지지체, 실시예 8에서 오버런(over-run) 공정과 염침출(particle-leaching)법에 의해 제조된 다공성 젤라틴 지지체, 및 비교예 2에서 동결건조 방법에 의해 제조된 다공성 젤라틴 지지체의 기계적인 물성을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 2, 실시예 8, 비교예 2에서 제조한 지지체의 세포접착실험을 통해 hematoxylin-erosion(H&E) 염색과 Masson's trichrome 염색 후에 세포성장 형태를 보여주는 주사식 전자현미경(SEM) 사진이다.
본 발명은 조직공학용 다공성 지지체의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인체에 유해한 화학약품의 사용이나 화학반응 등을 거치지 않고, 고분자 용액에 물리적인 방법으로 기체를 주입하여 기포를 만드는 오버런(over-run) 공정을 통해 다공성 고분자 지지체를 제조하는 다공성 지지체의 제조방법에 관한 것이다.
최근 생명공학 분야 중에서도 손상된 생체조직의 일부를 실험실에서 제조하여 생체조직을 재건하는데 사용하려는 노력으로 인하여 조직공학(tissue engineering) 분야가 발달하였으며, 이러한 조직공학으로 정의되는 새로운 접근방법이 많은 관심을 불러일으키고 있다. 조직공학은 생명과학, 공학의 기본 개념과 기술을 통합 응용하여 생체조직의 구조와 기능 사이의 상관관계를 이해하고, 나아가서 생체조직의 대용품을 만들어 다시 체내에 이식함으로써 우리 몸의 기능을 유지, 향상 또는 복원하는 것을 목적으로 하는 응용학문이다.
높은 수준에 이른 의료공학 기술이 급속한 성장을 보이고 있음에도 불구하 고, 인체장기나 조직의 손상이 비교적 높은 빈도수로 발생하여, 심각한 사회문제로 대두되고 있다. 보건 의료분야에서 최선진국인 미국에서는 매년 10만 명의 환자들이 몸의 일부분인 장기 등을 필요로 하나, 단지 2만 건의 장기만이 기증되고 있으며, 이들 중 대기자 조건을 갖춘 약 3만 6천여 명이 대기자 명단에서 대기 중에 있으며, 대기자 중 지난 5년 동안 약 만 여명 정도가 목숨을 잃었다. 인체장기가 많이 필요함에도 기증자의 숫자는 점차 줄고 있어 수급에 심한 불균형이 초래되고 있으며, 장기이식 수술의 기술적인 어려움, 높은 비용 및 면역 억제제의 사용에 따른 부작용 등의 많은 문제점들이 남아있다.
이러한 장기 이식의 새로운 접근법으로서, 조직공학을 이용한 인공장기의 개발이나 조직의 재생에 대한 필요성이 크게 대두되게 되었다. 이러한 배경을 바탕으로 여러 가지 천연 또는 합성 고분자 물질에 필요한 세포만을 부착하여 체내에 이식함으로써 조직 또는 장기를 형성시키려는 많은 연구가 시도되고 있다. 이때 사용되는 이상적인 고분자 지지체의 경우, 이식후 혈액응고나 염증반응이 일어나지 않는 무독성의 생체 적합성을 갖는 물질로 이루어져야 하고, 세포의 성장을 충분히 지지할 수 있는 기계적인 물성을 가져야 하며, 지지체의 형태적인 면에서는 세포의 접착이 잘 일어날 뿐 아니라 세포와 세포 사이에 충분한 공간이 확보되어 체액의 확산에 의해 산소나 영양분의 공급이 잘 일어나고, 신생 혈관 형성도 원활히 이루어져서 성공적으로 세포가 성장, 분화할 수 있는 구조인 이른 바 다공성 지지체(porous scaffold) 형태를 취해야 한다.
이러한 3차원의 다공성 고분자 지지체를 제조하기 위한 대표적인 방법으로는 단결정 소금을 혼합하여 건조한 후 소금을 물에 용해시켜내는 염 침출법(solvent-casting and particle-leaching technique), CO2 가스를 이용하여 고분자를 팽창시키는 가스발포법(gas forming technique), 고분자 섬유를 부직포로 만들어 고분자 메쉬(mesh)로 제조하는 방법(fiber extrusion and fabric forming process), 고분자 용액에 함유되어 있는 용매를 비용매속에 담궈 다공성을 만드는 상분리법(thermally induced phase separation technique), 고분자 용액과 물을 혼합하여 유화 용액으로 제조한 후 액체 질소로 냉동시키고 동결건조하는 유화 동결 건조법(emulsion freeze drying method) 등이 있다.
그러나, 상술한 종래의 제조방법들은 대부분이 유독성 유기 용매나 기포제(forming agent), 여러 가지 첨가제 등을 사용하므로 이들이 지지체에 잔유물로 남았을 경우 인체에 유해한 영향을 끼칠 수 있으며, 균일한 기공의 크기와 다공성을 얻기 어렵고 기공간 열린 기공(open pore)구조가 잘 형성되지 않는 단점이 있다.
상기와 같은 기존의 다공성 지지체 제조방법의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 인체에 영향을 미치는 화학물질의 잔유 위험이 없는 무독성의 다공성 지지체의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 부가적인 세척공정 단계가 필요 없어 제조 공정을 최 소화하여 제조단가를 낮출 수 있는 다공성 지지체의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 세포의 접착과 분화, 성장을 촉진할 수 있도록 적절하고 균일한 기공의 크기와 다공성을 갖는 3차원의 다공성 지지체의 제조방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (1) 고분자 용액을 -20 내지 25℃에서 오버런(over-run)시켜 기체를 혼입시키는 단계; 및 (2) 상기 기체가 혼입된 용액을 동결건조시키는 단계를 포함하는 다공성 지지체의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명자들은 세포의 접착과 분화, 성장을 촉진할 수 있도록 적절하고 균일한 기공의 크기와 다공성을 갖는 3차원의 다공성 지지체를 제조하는 방법에 대하여 연구한 결과, 매끄럽고 부드러운 조직감을 갖는 아이스크림의 제조를 위해 저온에서 아이스크림 원액을 공기와 혼합하여 아이스크림 원액에 공기를 함입시키기 위해 사용되었던 오버런(over-run) 공정을 수정, 보완하여 인체에 유해한 화학물질의 사용이나 화학반응을 거치지 않고 다공성 고분자 지지체를 제조할 수 있다는 것을 발견하고, 이를 토대로 본 발명을 완성하게 되었다.
이하, 본 발명의 오버런 공정 이용한 다공성 지지체의 제조방법을 구체적으 로 설명한다.
매끄럽고 부드러운 조직감을 갖는 아이스크림을 제조하기 위해, 저온에서 아이스크림 원액을 공기와 혼합하여 아이스크림 원액에 공기를 함입시키기 위해 사용하는 것이 오버런(over-run) 공정이라 한다. 본 발명은 이러한 오버런(over-run) 공정을 응용하여 세포의 접착과 분화, 성장을 촉진할 수 있도록 적절하고 균일한 기공의 크기와 다공성을 갖는 3차원의 다공성 지지체를 제조한다.
(1) 고분자 용액을 오버런(over-run)시켜 기체를 혼입시키는 단계
도 1a, 도 1b는 본 발명의 제조방법 중 오버런(over-run) 공정을 위한 장치의 단면도이다.
도 1a, 도 1b를 참조하면, 고분자 용액을 -20 내지 25℃의 오버런 챔버(chamber)에 넣고, 기체를 5~20ml/min의 유속으로 30분 내지 3시간 동안 주입하면서 임펠러(impeller)를 사용해서 일정 속도로 교반한다. 이때, 고분자 용액의 농도, 교반속도, 기체의 주입 속도를 조절함으로써, 원하는 다공도를 가진 고분자 지지체의 제조가 가능하다. 여기서, 사용하는 기체는 질소가스인 것이 바람직하며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
인체에 유해한 유기용매의 사용이나 화학반응 등을 거치지 않고, 고분자 용액에 오버런(over-run) 공정을 통한 물리적인 방법으로 기포를 주입함으로써, 무독성의 생체적합성 다공성 고분자 지지체의 제조가 가능하다. 이때, 고분자 용액의 농도는 1 내지 30 중량%인 것이 바람직하다.
본 발명의 제조방법에 사용되는 고분자는 의료용 고분자로 사용될 수 있는 일반적인 천연 고분자 혹은 합성 고분자로 이루어진 분해성 고분자, 비분해성 고분자 등을 포괄적으로 포함한다. 바람직하게는 콜라겐(collagen), 젤라틴(gelatin), 키토산(chitosan), 알지네이트(Alginate), 히알루론산(hyaluronic acid), 덱스트란(dextran), 폴리락트산(poly(lactic acid)), 폴리글리콜산(poly(glycolic acid), PGA), 폴리(락트산-co-글리콜산)(poly(lactic-co-glycolic acid), PLGA), 폴리-ε-(카프로락톤)(poly(ε-carprolactone)), 폴리안하이드리드(poly(anhydrides)), 폴리오르토에스테르(polyorthoesters), 폴리비닐알콜(polyviniyalcohol), 폴리에틸렌글리콜(poly(ethyleneglycol)), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리-N-이소프로필아크릴아마이드(poly(N-isopropyl acrylamide), 폴리(에틸렌옥사이드)-폴리(프로필렌옥사이드)-폴리(에틸렌옥사이드) 공중합체(poly(ethyleneoxide)-poly(propyleneoxide)-poly(ethyleneoxide) copolymer, PluronicTM), 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 또한, 고분자의 분자량은 500 내지 2,000,000이 적당하며, 바람직하게는 10,000 내지 700,000이지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 다공성 지지체의 제조방법은 오버런(over-run) 공정뿐만 아니라 오버런(over-run) 공정과 염침출(particle-leaching)법을 병행할 수 있다. 도 2는 본 발명의 오버런(over-run) 공정과 염침출(particle-leaching)법을 병행한 경우의 다공성 지지체의 그림이다. 도 2에서 볼 수 있듯이, 오버런(over-run) 공정과 염침출(particle-leaching) 법을 병행하여 다공성 지지체를 제조하는 경우, 지지체의 기계적 물성, 생분해성 및 다공성 조절이 가능하고, 기공과 기공사이가 이어진 열린 기공(open pore) 구조를 가진 지지체의 제조가 가능하여 세포간의 상호작용과 체액의 확산에 의해 산소나 영양분의 공급이 잘 이루어질 수 있는 다공성 지지체를 얻을 수 있다. 이 경우, 고분자 용액에 염화나트륨(NaCl) 또는 수크로오스(sucrose) 결정을 혼합한 후, 오버런(over-run)시켜 기체를 혼입시킨다. 이때, 염화나트륨(NaCl) 또는 수크로오스(sucrose) 결정의 평균입자크기는 50 내지 1000 ㎛인 것이 바람직하다.
(2) 동결건조시키는 단계
상기 기체가 혼입된 용액을 틀(mold)에 넣고, 완전히 건조될 때까지 동결건조시킨다. 상기 오버런(over-run) 공정을 통해 주입된 기체를 동결건조함으로써 주입된 기체와 얼음 결정화(ice crystallization)에 의해 기공(pore)이 형성되게 되므로, 부가적인 세척공정 단계가 필요 없게 되어 제조공정을 최소화할 수 있다.
이때, 동결건조 온도와 속도를 조절함으로써 원하는 적절한 다공도를 가진 고분자 지지체의 제조가 가능하다.
오버런(over-run) 공정과 염침출(particle-leaching)법을 병행하는 경우, 염을 제거하기 위해 세척공정을 거치게 된다. 여기서, 폴리비닐알콜이나 젤라틴과 같은 수용성 고분자의 경우 동결건조된 고분자를 가교시킨 후 세척하며, 비수용성 고분자의 경우 가교과정 없이 세척하여 염 결정을 침출, 제거한다.
한편 본 발명의 다공성 지지체의 제조방법은 오버런(over-run) 공정뿐만 아니라 오버런(over-run) 공정과 가교를 병행함으로써 지지체의 기계적 물성, 생분해성 및 다공성 조절이 가능하다. 이 경우, 동결건조된 고분자를 가교시킨 후 세척하고, 다시 동결건조시켜 다공성 지지체를 제조한다.
상기 가교방법으로 가교제를 이용하는 화학적 방법 또는 물리적인 방법을 사용할 수 있다. 화학적 가교방법으로는 바람직하게 글루타르알데히드(glutaraldehyde), 카보디이미드(carbodiimide), N-히드록시숙신이미드(N-hydroxysuccinimide), 디페닐포스포릴아자이드 (diphenylphosphorylazide), 에틸렌글리콜디메타크릴레이드 (ethyleneglycoldimethacrylate), 에틸디메틸아미노프로필카보디이미드 (ethyldimethylaminopropylcarbodiimide) 및 헥사메틸렌디이소시아네이트 (hexamethylenediisocyanate)로 이루어진 군으로부터 선택된 가교제를 사용할 수 있으며, 물리적 가교방법으로는 바람직하게 감마선조사, 자외선조사 또는 열건조를 이용할 수 있다.
본 발명의 다공성 지지체의 제조방법에 따라 제조된 다공성 지지체 내에 형성된 다공체는 50 내지 1000 ㎛가 바람직하며, 다공도(porosity)는 70 내지 90% 인 것이 바람직하다. 적절한 다공도, 다공체와 상호 연결성이 우수한 공극 구조를 가진 다공성의 3차원 고분자 지지체는 세포의 점착에 필요한 표면적을 제공할 뿐만 아니라 세포외 기질의 재생을 위한 공간 확보, 그리고 체외 배양에서 원활한 산소와 영양소의 공급을 위한 효과적인 물질전달을 위하여 필요하다. 또한, 일정 수준의 기계적 강도를 유지하도록 일정 범위의 크기를 갖는 다공체가 골고루 분포하는 구조의 다공성 지지체가 바람직하며, 이러한 다공성 지지체의 다공도과 다공체의 크기는 조직 세포의 공극 내부로의 침투와 성장에 큰 영향을 미친다. 다공체가 50 ㎛ 미만인 경우는 세포사이의 충분한 공간 확보가 이루어지지 않아 세포외 기질의 확산이나 영양분의 공급, 세포의 지지체 내로의 침투 등을 원활하게 이루어지지 않게 되어 세포 성장을 억제시킬 수 있으며, 1000 ㎛ 초과인 경우 적절한 세포와 세포 사이의 상호작용이 이루어지지 않고, 세포가 지지체에서 쉽게 떨어져 나가게 되어 효과적인 세포의 성장을 얻기 힘들며, 지지체의 인장강도 등에 문제점이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
(실시예 1)
(폴리비닐알콜 (poly(vinyl alcohol)) 지지체의 제조)
폴리비닐알콜 (poly(vinyl alcohol))을 80℃의 초순수에 5 중량% 의 농도로 2시간 동안 녹였다. 이 폴리비닐알콜 용액을 -5℃의 오버런 챔버(chamber)에 넣고, 질소 가스를 20 ml/min의 유속으로 30분 동안 주입하면서 임펠러(impeller)를 사용해서 일정 속도로 교반하였다. 얻어진 기포를 포함한 용액을 페트리디쉬에 넣고, -75℃ 냉동고에서 24 시간 냉동시키고, 완전히 건조될 때까지 동결건조시켰다.
(실시예 2)
(젤라틴(gelatin) 지지체의 제조)
젤라틴을 80℃의 초순수에 5 중량%의 농도로 8시간 동안 녹였다. 이 젤라틴 용액을 20℃의 오버런 챔버(chamber)에 넣고, 질소 가스를 20 ml/min의 유속으로 1시간 동안 주입하면서 임펠러(impeller)를 사용해서 일정 속도로 교반하였다. 얻어진 기포를 포함한 용액을 페트리디쉬에 넣고 -75℃ 냉동고에서 24 시간 냉동시키고, 완전히 건조될 때까지 동결건조시켰다.
(실시예 3)
(젤라틴(gelatin) 지지체의 제조)
젤라틴 용액을 10 중량%로 한 것을 제외하고, 상기 실시예 2와 동일하게 실시하였다.
(실시예 4)
(콜라겐 (collagen) 지지체의 제조)
콜라겐을 0.5 M acetic acid 용액에 1.5 중량%의 농도로 8시간 동안 녹였다. 이 콜라겐 용액을 -5 ℃의 오버런 챔버(chamber)에 넣고, 질소 가스를 5 ml/min의 유속으로 1 시간 동안 주입하면서 임펠러(impeller)를 사용해서 일정 속도로 교반하였다. 얻어진 기포를 포함한 용액을 페트리디쉬에 넣고 -75℃ 냉동고에서 24 시간 냉동시키고, 완전히 건조될 때까지 동결건조시켰다.
(실시예 5)
(오버런(over-run)공정과 염침출(particle-leaching)법을 병행한 젤라틴 지지체의 제조)
젤라틴을 80℃의 초순수에 1 중량%의 농도로 8 시간 동안 녹였다. NaCl 결정을 젤라틴 용액에 첨가하고 균일하게 섞어주었다. 이 젤라틴 용액을 20 ℃의 오버런 챔버(chamber)에 붓고 질소 가스를 20 ml/min의 유속으로 1 시간 동안 주입하면서 임펠러(impeller)를 사용해서 일정 속도로 교반하였다. 얻어진 기포를 포함한 용액을 페트리디쉬에 넣고 -75℃ 냉동고에서 24 시간 냉동시키고, 완전히 건조될 때까지 동결건조시켰다.
(실시예 6)
(오버런(over-run)공정과 염침출(particle-leaching)법을 병행한 젤라틴 지 지체의 제조)
젤라틴 용액을 5중량%로 한 것을 제외하고, 상기 실시예 5와 동일하게 실시하였다.
(실시예 7)
(오버런(over-run)공정과 염침출(particle-leaching)법을 병행한 젤라틴 지지체의 제조)
NaCl 결정 대신 수크로오스(sucrose) 결정을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 5와 동일하게 실시하였다.
(실시예 8)
(오버런(over-run)공정과 염침출(particle-leaching)법을 병행한 젤라틴 지지체의 제조)
NaCl 결정 대신 수크로오스(sucrose) 결정을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 6과 동일하게 실시하였다.
(실시예 9)
(오버런(over-run) 공정에 의해 제조된 젤라틴 지지체의 가교)
상기 실시예 2에서 제조된 동결건조된 젤라틴을 젤라틴 무게의 30 중량%의 가교제 EDC/NHS (N-(3-dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide/N- hydroxysussinimide)가 포함된 아세톤:물 혼합용액 (부피비 9:1)에 담근 후, 실온에서 24 시간 동안 천천히 흔들었다(shaking). 가교된 지지체로부터 여분의 가교제를 제거하기 위해 초순수를 사용해서 세척하였다. 세척한 지지체를 -75℃ 에서 냉동 후 동결건조시켰다.
(실시예 10)
(오버런(over-run)과 염침출(particle-leaching)법에 의해 제조된 젤라틴 지지체의 가교)
상기 실시예 6에서 제조된 동결건조된 젤라틴을 젤라틴 무게의 30 중량%의 가교제 EDC/NHS (N-(3-dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide/N-hydroxysussinimide)가 포함된 아세톤:물 혼합용액 (부피비 9:1)에 담근 후, 실온에서 24 시간 동안 천천히 흔들었다(shaking). 가교된 지지체로부터 여분의 가교제를 제거하기 위해 초순수를 사용해서 세척하였다. 세척한 지지체를 -75℃ 에서 냉동 후 동결건조시켰다.
(비교예 1)
(동결 건조(freeze-drying) 공정을 통한 폴리비닐알콜 지지체의 제조)
폴리비닐알콜 (poly(vinyl alcohol))을 80℃의 초순수에 5 중량%의 농도로 2 시간 동안 녹인 후, 이 폴리비닐알콜 용액을 페트리디쉬에 넣고 -75℃ 냉동고에서 24 시간 냉동시키고, 완전히 건조될 때까지 동결건조시켰다.
(비교예 2)
(동결 건조(freeze-drying) 공정을 통한 젤라틴 지지체의 제조)
젤라틴을 80℃의 초순수에 5 중량%의 농도로 8 시간 동안 녹인 후, 이 젤라틴 용액을 페트리디쉬에 넣고 -75℃ 냉동고에서 24 시간 냉동시키고, 완전히 건조될 때까지 동결건조시켰다.
(비교예 3)
(동결 건조(freeze-drying) 공정을 통한 젤라틴 지지체의 제조)
젤라틴 용액을 10 중량%로 한 것을 제외하고, 상기 비교예 2와 동일하게 실시하였다.
(비교예 4)
(동결 건조(freeze-drying) 공정에 의해 제조된 젤라틴 지지체의 가교화 반응)
젤라틴을 80℃의 초순수에 5 중량%의 농도로 8 시간 동안 녹인 후, 이 젤라틴 용액을 페트리디쉬에 넣고 -75℃ 냉동고에서 24 시간 냉동시키고, 완전히 건조될 때까지 동결건조시켰다.
동결건조된 젤라틴을 젤라틴 무게의 30 중량%의 가교제 EDC/NHS (N-(3-dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide/N-hydroxysussinimide)가 포함된 아세 톤:물 혼합용액 (부피비 9:1)에 담근 후, 실온에서 24 시간 동안 천천히 흔들었다(shaking). 가교된 지지체로부터 여분의 가교제를 제거하기 위해 초순수를 사용해서 세척하였다. 세척한 지지체를 -75℃ 에서 냉동 후 동결건조시켰다.
(실험예)
(실험예 1)
(주사식 전자 현미경 관찰)
본 발명의 실시예 2, 실시예 3, 비교예 2, 비교예 3에서 제조된 다공성 지지체의 주사식 전자현미경(SEM - Scanning Electron Microscopy) 사진을 도 3에 나타내었으며, 본 발명의 실시예 5 내지 실시예 8에서 오버런(over-run) 공정과 염침출(particle-leaching)법에 의해 제조된 다공성 지지체의 주사식 전자현미경(SEM) 사진을 도 4에 나타내었다.
도 3과 도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 오버런(over-run) 공정에 의해 제조된 다공성 지지체의 경우 균일한 다공도를 가진 스폰지 타입의 지지체가 형성됨을 확인할 수 있었고, 오버런(over-run) 공정과 염침출(particle-leaching)법 병행에 의해 제조된 다공성 지지체의 경우 균일한 다공성뿐만 아니라 기공간이 이어진 열린 기공(open pore) 구조를 가진 지지체가 형성됨을 알 수 있었다.
(실험예 2)
(기계적 물성 측정)
상기 실시예 2에서 오버런(over-run) 공정에 의해 제조된 다공성 젤라틴 지지체와 실시예 8에서 오버런(over-run) 공정과 염침출(particle-leaching)법에 의해 제조된 다공성 젤라틴 지지체, 비교예 2에서 동결건조 방법에 의해 제조된 다공성 젤라틴 지지체를 4.0×1.5×0.3 cm3 의 시편으로 일정하게 자른 후, universal testing machine (UTM, INSTRON No. 4465, NY, USA)을 이용하여 지지체의 기계적인 물성을 측정하고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에서 나타낸 바와 같이, 동결건조 방법에 의해 제조된 비교예 2의 지지체 보다 오버런(over-run) 공정에 의해 제조된 실시예 2의 지지체의 기계적 물성이 더 우수함을 확인 할 수 있었고, 실시예 8에서 제조된 오버런(over-run) 공정과 염침출(particle-leaching)법에 의해 제조된 지지체의 경우 열린 기공(open pore)구조로 인해 오버런(over-run) 공정에 의해 제조된 실시예 2의 지지체 보다는 기계적인 강도가 다소 낮아지는 것을 확인하였다.
(실험예 3)
(In vitro 세포접착 실험)
상기 실시예 2, 실시예 8, 비교예 2에서 제조된 다공성 젤라틴 지지체를 일정크기 1.5×1.5×0.3 cm3로 자른 후, human fibroblast를 1×06의 농도로 seeding하였다. Cell media를 2일 마다 갈아주면서 배양하고, 7일 후 일반적인 조직 제작 방법으로 슬라이드 표본을 제작하였다.
제작된 슬라이드 표본은 hematoxylin-erosin(H&E) 염색과 Masson's trichrome 염색 후 주사식 전자현미경(SEM)으로 관찰하여 도 6에 나타내었다.
도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 동결건조 방법에 의해 제조된 비교예 2의 지지체에 비해, 오버런(over-run) 공정에 의해 제조된 실시예 2의 지지체, 오버런(over-run) 공정과 염침출(particle-leaching)법에 의해 제조된 실시예 8의 지지체에서 표면뿐만 아니라 지지체 전체적으로 고른 세포의 성장을 확인할 수 있었다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 다공성 지지체의 제조방법에 따르면 인체에 영향을 미치는 화학물질의 잔유 위험이 없어 무독성의 생체적합성 다공성 고분자 지지체를 제조할 수 있고, 부가적인 세척공정 단계가 불필요하여 제조공정을 최소화하여 제조단가를 낮출 수 있으며, 제조공정시의 여러 가지 인자들을 조절하거나 부가적인 가교반응과 염침출(particle-leaching)법 통해 원하는 적절한 다공도, 기계적 물성, 생분해 특성 등을 가진 3차원의 다공성 지지체의 제조가 가능하여 상처피복재료, 조직공학적 인공장기, 의료용 충진제, 또는 세포배양을 위한 지지체의 제조에 널리 활용될 수 있다.
Claims (10)
- (1) 고분자 용액을 -20 내지 25℃에서 오버런(over-run)시켜 기체를 혼입시키는 단계; 및(2) 상기 기체가 혼입된 용액을 동결건조시키는 단계를 포함하는 다공성 지지체의 제조방법.
- 제1항에서,(1) 수용성 고분자 용액에 염화나트륨(NaCl) 또는 수크로오스(sucrose) 결정을 혼합한 후, -20 내지 25℃에서 오버런(over-run)시켜 기체를 혼입시키는 단계;(2) 상기 기체가 혼입된 용액을 동결건조시키는 단계; 및(3) 상기 동결건조된 고분자를 가교시킨 후 세척하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 지지체의 제조방법.
- 제2항에서, 상기 가교는,글루타르알데히드(glutaraldehyde), 카보디이미드(carbodiimide), N-히드록시숙신이미드(N-hydroxysuccinimide), 디페닐포스포릴아자이드 (diphenylphosphorylazide), 에틸렌글리콜디메타크릴레이드 (ethyleneglycoldimethacrylate), 에틸디메틸아미노프로필카보디이미드 (ethyldimethylaminopropylcarbodiimide) 및 헥사메틸렌디이소시아네이트 (hexamethylenediisocyanate)로 이루어진 군으로부터 선택된 가교제를 사용하는 화 학적 가교인 것을 특징으로 하는 다공성 지지체의 제조방법.
- 제2항에서, 상기 가교는,감마선조사, 자외선조사 또는 열건조를 통한 물리적 가교인 것을 특징으로 하는 다공성 지지체의 제조방법.
- 제1항에서,(1) 비수용성 고분자 용액에 염화나트륨(NaCl) 또는 수크로오스(sucrose) 결정을 혼합한 후, -20 내지 25℃에서 오버런(over-run)시켜 기체를 혼입시키는 단계;(2) 상기 기체가 혼입된 용액을 동결건조시키는 단계; 및(3) 상기 동결건조된 고분자를 세척하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 지지체의 제조방법.
- 제1항에서,(3) 상기 동결건조된 고분자를 가교시킨 후 세척하고, 동결건조시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 지지체의 제조방법.
- 제6항에서, 상기 가교는,글루타르알데히드(glutaraldehyde), 카보디이미드(carbodiimide), N-히드록시숙신이미드(N-hydroxysuccinimide), 디페닐포스포릴아자이드 (diphenylphosphorylazide), 에틸렌글리콜디메타크릴레이드 (ethyleneglycoldimethacrylate), 에틸디메틸아미노프로필카보디이미드 (ethyldimethylaminopropylcarbodiimide) 및 헥사메틸렌디이소시아네이트 (hexamethylenediisocyanate)로 이루어진 군으로부터 선택된 가교제를 사용하는 화학적 가교인 것을 특징으로 하는 다공성 지지체의 제조방법.
- 제6항에서, 상기 가교는,감마선조사, 자외선조사 또는 열건조를 통한 물리적 가교인 것을 특징으로 하는 다공성 지지체의 제조방법.
- 제1항에서, 상기 고분자는,콜라겐(collagen), 젤라틴(gelatin), 키토산(chitosan), 알지네이트(Alginate), 히알루론산(hyaluronic acid), 덱스트란(dextran), 폴리락트산(poly(lactic acid)), 폴리글리콜산(poly(glycolic acid), PGA), 폴리(락트산-co-글리콜산)(poly(lactic-co-glycolic acid), PLGA), 폴리-ε-(카프로락톤)(poly(ε-carprolactone)), 폴리안하이드리드(poly(anhydrides)), 폴리오르토에스테르(polyorthoesters), 폴리비닐알콜(polyviniyalcohol), 폴리에틸렌글리콜(poly(ethyleneglycol)), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리-N-이소프로필아크릴아마이드(poly(N-isopropyl acrylamide), 폴리(에틸렌옥사이드)- 폴리(프로필렌옥사이드)-폴리(에틸렌옥사이드) 공중합체(poly(ethyleneoxide)-poly(propyleneoxide)-poly(ethyleneoxide) copolymer), 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 다공성 지지체의 제조방법.
- 제1항에서, 상기 다공성 지지체에 형성된 다공체는,50 내지 1,000 ㎛인 것을 특징으로 하는 다공성 지지체의 제조방법.
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