KR100621569B1 - Nano-microfibrous scaffold for enhanced tissue regeneration and method for preparing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 손상된 조직을 효과적으로 재생하기 위한 나노섬유와 마이크로 섬유로 이루어진 생체 모방형태의 다공성 복합지지체와 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biomimetic porous composite support composed of nanofibers and microfibers for effectively regenerating damaged tissue and a method of manufacturing the same.

본 발명의 다공성 복합지지체는 마이크로섬유를 기본골격으로 하고, 생리활성 고분자로부터 얻어진 나노섬유가 이차원 구조 또는 삼차원 구조의 네트워크 형태로 이루어진 것으로, 마이크로섬유를 사용함으로써 일정 형태와 강도를 갖아서 생체조직이 삼차원적으로 재생되도록 함과 동시에 나노섬유를 복합함으로써 공극률을 향상시켜 세포와 관계되는 표면적을 크게하며 세포가 잘 부착 및 증식되는 구조를 제공한다. 특히, 나노섬유는 생리 활성을 부여하는 고분자나 기존의 고분자에 생체적합성을 증가할 수 있는 고분자를 사용함으로써 조직 재생능을 높일 수 있는 특징이 있다.The porous composite support of the present invention is a micro-fiber as a basic skeleton, the nanofibers obtained from the physiologically active polymer is composed of a two-dimensional or three-dimensional network form, by using a microfiber has a certain shape and strength biological tissue By allowing nano-fibers to be regenerated in three dimensions, the porosity is improved to increase the surface area associated with cells and provide a structure in which cells adhere and proliferate well. In particular, nanofibers have a feature of increasing tissue regeneration ability by using a polymer that gives physiological activity or a polymer that can increase biocompatibility to existing polymers.

나노섬유, 조직재생, 복합체.Nanofibers, tissue regeneration, complexes.

Description

조직 재생을 유도하기 위한 생체 모방형태의 나노섬유와 마이크로 섬유의 복합지지체 및 그의 제조방법{NANO-MICROFIBROUS SCAFFOLD FOR ENHANCED TISSUE REGENERATION AND METHOD FOR PREPARING THE SAME} Bio-mimetic nanofiber and microfiber composite support for inducing tissue regeneration and its manufacturing method {NANO-MICROFIBROUS SCAFFOLD FOR ENHANCED TISSUE REGENERATION AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}             

도 1은 본 발명의 전기방사 장치의 개략도를 나타낸 그림이며, 1 is a view showing a schematic diagram of the electrospinning apparatus of the present invention,

도 2는 제조예 1에서 제조한 콜라겐 나노 섬유의 시차주사 현미경 사진(3500배)이며, Figure 2 is a differential scanning micrograph (3500 times) of the collagen nanofibers prepared in Preparation Example 1,

도 3은 제조예 3에 따라 키토산과 폴리락트산 혼합물로 제조된 나노섬유의 시차주사 현미경 사진(3500배)이며, 3 is a differential scanning micrograph (3500 times) of nanofibers prepared from a mixture of chitosan and polylactic acid according to Preparation Example 3,

도 4는 제조예 4에 따라 콜라겐과 폴리락트산 혼합물로 제조된 나노섬유의 시차주사 현미경 사진(2000배)이며, 4 is a differential scanning micrograph (2000 times) of nanofibers prepared from a collagen and polylactic acid mixture according to Preparation Example 4;

도 5는 실시예 1에 따라 제조된 나노섬유과 마이크로 섬유 복합지지체의 시차주사현미경 사진(750배)이며, Figure 5 is a differential scanning microscope picture (750 times) of the nanofiber and microfiber composite support prepared according to Example 1,

도 6은 본 발명의 콜라겐, 콜라겐 나노섬유, 폴리락트산 나노섬유 및 폴리락트산/콜라겐 나노섬유의 XRD 분석결과를 나타낸 그래프이며, Figure 6 is a graph showing the XRD analysis of the collagen, collagen nanofibers, polylactic acid nanofibers and polylactic acid / collagen nanofibers of the present invention,

도 7는 실시예 1에서 제조한 나노섬유와 마이크로섬유 복합지지체의 연골부착능을 나타내는 시차주사 현미경사진(500배)이다. Figure 7 is a differential scanning micrograph (500 times) showing the cartilage adhesion of the nanofibers and microfiber composite support prepared in Example 1.

* 도면 중 주요부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1 : 방사액 저장소, 2 : 노즐1: spinning liquid reservoir, 2: nozzle

3 : 전압전달코드, 4 : 컬렉터3: voltage transfer cord, 4: collector

5 : 전압발생장치, 6 : 마이크로 섬유5: voltage generator, 6: micro fiber

본 발명은 손상된 조직을 재생하기 위한 다공성 복합지지체 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a porous composite support for regenerating damaged tissue and a method of manufacturing the same.

조직재생은 인체내 기관이나 조직이 기능을 잃거나 유실시에 세포, 약물 지지체 등을 제공하여 효과적으로 조직을 재생하는 것으로, 이때, 조직 재생용 지지체는 임플란트 부위에서 물리적으로 안정하고 재생 효능을 조절할 수 있는 생리활성을 갖아야 하며, 또한 새로운 조직을 형성한 후에는 생체내에서 분해되어야 하고 이때, 분해산물이 독성을 갖지 않아야 한다.Tissue regeneration is effective to regenerate tissues by providing cells, drug supports, etc., when organs or tissues in the human body lose function or induction, and at this time, the support for tissue regeneration may be physically stable at the implant site and control regenerative efficacy. It must have bioavailability, and must be degraded in vivo after formation of new tissue, and the degradation product must not be toxic.

이러한 조직 재생용 지지체는 종래 일정한 강도와 형태를 갖는 고분자를 이용한 다공성 지지체가 제조되었으며, 이러한 고분자를 이용하여 스폰지 타입이나 섬유형 매트릭스 도는 젤타입의 세포배양지지체로 제조 및 이용되고 있다.The support for tissue regeneration has conventionally been prepared with a porous support using a polymer having a certain strength and form, and has been produced and used as a sponge or fibrous matrix or gel-type cell culture support using such a polymer.

이 중 섬유형 메트릭스의 지지체는 열린 공극을 갖고 있으며 공극의 크기가 커서 세포가 잘 부착 증식되는 구조를 갖는다. 그러나 현재 많이 사용되지 않는데 이는 지지체가 천연고분자로 이루어진 경우 수상에서 강도가 매우 약하여 붕해되거나 수축되어 형태를 유지하지 못하고 합성 고분자를 사용하더라도 섬유형태만으로는 일정 공간을 확보하기 어려워서 주로 삼차원 구조 보다는 막형태의 2 차원 구조로 형성되는 문제점을 가지고 있다. 참고로, 조직을 재생함에 있어 3 차원 구조는 세포의 활성과 재생능에 매우 중요한 구조이다.Of these, the support of the fibrous matrix has open pores and has a structure in which the pores are large and cells adhere well and proliferate. However, it is not used much at present. This is because when the support is made of natural polymer, the strength in the water phase is so weak that it does not maintain its shape due to disintegration or shrinkage, and even if a synthetic polymer is used, it is difficult to secure a certain space by the fiber form alone. It has a problem of being formed in a two-dimensional structure. For reference, in regenerating tissues, the three-dimensional structure is a very important structure for cell activity and regeneration ability.

또한, 이러한 지지체만으로는 약물을 봉입하여 조절 방출하거나 생리 활성을 갖는 천연 고분자들을 다 적용시키는 데는 한계가 있다.In addition, such a support alone has a limitation in encapsulating the drug to control and release all of the natural polymers having physiological activity.

한편, 생체내 세포외 기질(extracellular matrix)은 글리코스아미노글리칸과 같은 기본 물질과 콜라겐 나노섬유의 네트워크 구조를 유지하고 이 사이에 세포가 부착 증식하여 조직을 형성하게 된다. 본 발명에서는 이러한 세포외기질의 형태를 모방한 구조를 착안하여 구조적 유사성을 갖으며 동시에 조직 재생을 유도할 수 있는 인자를 포함하거나 생체 적합성을 높일 수 있는 넥트워크 구조를 형성하기 위하여 나노섬유와 마이크로 섬유를 포함하는 복합지지체를 제조하였다.On the other hand, the extracellular matrix in vivo maintains the network structure of the collagen nanofibers and basic substances such as glycosaminoglycans, and the cells attach and proliferate therebetween to form tissues. In the present invention, the structure that mimics the shape of the extracellular matrix is designed to have a network similarity, and at the same time, to form a network structure including a factor capable of inducing tissue regeneration or enhancing biocompatibility, to form a nanofiber and a microfiber. To prepare a composite support comprising a.

종래 재생 조직용 지지체의 제조방법은 스폰지 타입의 지지체를 제조하는 방법이 일반적인 것으로서, 입자침출법(particulate leaching), 유화동결 건조법(emulsion freeze-drying), 고압기체 팽창법(high pressure gas expansion) 및 상분리법(phase separation) 등이 이용되고 있다.Conventional methods for preparing scaffolds for regenerated tissues are generally methods of preparing scaffold-type scaffolds, including particulate leaching, emulsion freeze-drying, high pressure gas expansion, and Phase separation and the like are used.

입자침출법은 생분해성 고분자의 유기용매 용액에 녹지 않는 소금 등의 입자 를 혼합하여 주물을 제조한후에 용매를 제거하고 물로소금 입자를 용출 제거하는방법으로, 염 입자의 크기와혼합 비율을 조절함으로써 다양한 공극의 크기와 공극률을 갖는 다공성 구조를 얻을 수 있지만, 잔존하는 소금염이나 거친 형상에 의하여 세포가 손상되는 문제점이 있다(A. G. Mikos, G. Sarakinos, S. M. Leite, J. P. Vacant i, and R. Langer, Biomaterials (1993) 14, 5, 323-330; A. G. Mikos, A. J . Thorsen, L. A. Czerwonka, Y. Bao, R, Langer, D. N. Winslow, and J. P. Vacan ti, Polymer (1994) 35, 5, 1068-1077).Particle leaching is a method of mixing a particle such as salt that is insoluble in an organic solvent solution of a biodegradable polymer to remove the solvent, and then eluting and removing the salt particles with water. A porous structure having pore size and porosity can be obtained, but there is a problem that cells are damaged by remaining salt salts or rough shapes (AG Mikos, G. Sarakinos, SM Leite, JP Vacant i, and R. Langer, Biomaterials (1993) 14, 5, 323-330; AG Mikos, A. J. Thorsen, LA Czerwonka, Y. Bao, R, Langer, DN Winslow, and JP Vacan ti, Polymer (1994) 35, 5, 1068- 1077).

또한, 유화동결 건조법은 고분자의 유기용매 용액/ 물의 유화액을 동결건조하여 유기용매와 물을 제거하는 방법이고, 고압기체 팽창법은 유기용매를 사용하지 않고 생분해성 고분자를 주형에 넣어 압력을 가해 펠렛을 만들고 적당한 온도에서 고압의 탄산가스를 생분해성 고분자에 주입한 후 서서히 압력을 낮추어서 매트릭스 내의 탄산 가스가 방출되어 공극을 형성하는 방법이다. 그러나 상기 방법들은열린구조를 갖는 공극(open cellular pores)을 만들기 어려운 한계를 가지고 있다(참조: K. Whang, C. H. Thomas, K. E. Healy, G. Nuber, Polymer(1995) 36, 4, 837-842; D. J. Mooney, D. F. Baldwin, N. P. Suh, J. P. Vacanti, R. Langer, Biomat erials (1996) 17, 1417-1422).In addition, the emulsion freeze drying method is a method of removing the organic solvent and water by freeze-drying the organic solvent solution / water emulsion of the polymer, and the high pressure gas expansion method is to put the biodegradable polymer in the mold without using the organic solvent to apply a pressure pellet After injecting a high-pressure carbon dioxide gas into the biodegradable polymer at an appropriate temperature, the pressure is gradually lowered to release the carbon dioxide gas in the matrix to form pores. However, these methods have limitations in making open cellular pores difficult (see K. Whang, CH Thomas, KE Healy, G. Nuber, Polymer (1995) 36, 4, 837-842; DJ Mooney, DF Baldwin, NP Suh, JP Vacanti, R. Langer, Biomat erials (1996) 17, 1417-1422).

최근에는 고분자의 유기용매 용액에 승화성 물질 또는 용해도가 다른 용매를 추가하고 승화 또는 온도 변화에 따른 용액의 상분리에 의하여 다공성 지지체를 제조하는 상분리법을 이용하고 있으나, 이것도 공극의 크기가 너무 작아 세포의 배양이 어려운 문제점을 갖고 있다(참조: H. Lo, M. S. Ponticiello, K. W. Leong, Tissue Eng.(1995) 1, 15-28; H. Lo, S. Kadiyala, S. E. Guggino, K. W. Leong, J. Biomed. Mater. Res.(1996) 30, 475-484; Ch. Sc hugens, V. Maguet, Ch. Grandfils, R. Jerome, Ph. Teyssie, J. Biomed. Mater. Res.(1996) 30, 449-461).Recently, a phase separation method is used in which a porous support is prepared by adding a sublimable substance or a solvent having different solubility to the organic solvent solution of a polymer and phase separation of the solution according to sublimation or temperature change. Culture is difficult (see H. Lo, MS Ponticiello, KW Leong, Tissue Eng. (1995) 1, 15-28; H. Lo, S. Kadiyala, SE Guggino, KW Leong, J. Biomed). Mater.Res . (1996) 30, 475-484; Ch. Sc hugens, V. Maguet, Ch. Grandfils, R. Jerome, Ph. Teyssie, J. Biomed.Mate.Res . (1996) 30, 449- 461).

이상의 방법들은 세포의 점착과 분화를 유도할 수 있는 삼차원적 고분자 지지체를 제조하기 위한 것들이나, 아직까지 생체 분해성 고분자로 삼차원 조직재생용 지지체를 만드는 방법에는 많은 문제점들이 남아있다The above methods are for producing a three-dimensional polymer support that can induce cell adhesion and differentiation, but there are still many problems in the method for making a three-dimensional tissue regeneration support from biodegradable polymers.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 구조적인 안정성을 갖으며 동시에 조직 재생을 유도할 수 있을 뿐만 아니라 생체 적합성을 높일 수 있는 네트워크 구조인 다공성 복합지지체 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to solve the above problems, to provide a porous composite support and a method of manufacturing a network structure that has a structural stability and at the same time can induce tissue regeneration as well as increase the biocompatibility. .

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 마이크로섬유와 나노섬유로 이루어진 다공성 복합지지체 및 그의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a porous composite support made of microfibers and nanofibers and a method of manufacturing the same.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 마이크로섬유와 나노섬유로 이루어진 다공성 복합지지체를 제공한다. 구체적으로, 마이크로섬유를 기본골격으로 하고, 생리활성 고분자로부터 얻어진 나노섬유가 이차원 구조 또는 삼차원 구조의 네트워크 형태로 이루어진 다공성 복합지지체를 제공한다.The present invention provides a porous composite support made of microfibers and nanofibers. Specifically, a microfiber as a backbone, and nanofibers obtained from a physiologically active polymer provides a porous composite support having a two-dimensional or three-dimensional network form.

도 5는 본 발명의 다공성 복합지지체의 일예를 나타낸 것으로, 굵고 검게 나타난 섬유가 마이크로섬유이다. 마이크로섬유는 직경이 30∼50 ㎛로서, 다공성 복합지지체의 기본골격을 갖는 지지체이다. 이러한 지지체로서의 특성으로 본 발명의 다공성 복합지지체에 일정 형태와 강도를 나타내어 조직이 삼차원적으로 재생되도록 한다. Figure 5 shows an example of the porous composite support of the present invention, the coarse and black fibers are microfibers. Microfibers have a diameter of 30 to 50 µm and are supports having a basic skeleton of a porous composite support. Such a support exhibits a certain form and strength to the porous composite support of the present invention to allow tissue to be three-dimensionally regenerated.

본 발명에서 마이크로섬유는 합성고분자 및 천연고분자의 혼합물로서, 상기 합성고분자은 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리(D,L-락트산-co-글리콜산)(poly(D,L-lactide-co-glycolide; PLGA) 등의 폴리 에스테르와 폴리(카프로락톤), 폴리(발레로락톤), 폴리(하이드록시부티레이트) 및 폴리(하이드록시 발러레이트이며, 상기 천연고분자는 콜라겐 젤라틴, 히알루론산, 키틴 및 키토산으로 이루어지는 군으로부터 얻어진 것을 사용하며, 바람직하게는 폴리(D,L-락트산-채-글리콜산)으로부터 얻어진 것을 사용한다. 그러나, 본 발명에서 마이크로섬유는 조직재생용으로 사용할 수 있는 것이면 모두 사용할 수 있으며, 이에 대해 한정하지 않는다. 또한, 상기 마이크로섬유는 합성고분자와 천연고분자를 2:1∼1:2로 혼합하여 얻어진 것을 사용하며, 바람직하게는 1:1로 혼합하여 얻어진 것을 사용한다.In the present invention, the microfiber is a mixture of synthetic polymer and natural polymer, and the synthetic polymer is polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA), poly (D, L-lactic acid-co-glycolic acid) (poly (D, L polyesters such as -lactide-co-glycolide (PLGA) and poly (caprolactone), poly (valerolactone), poly (hydroxybutyrate) and poly (hydroxy valerate), and the natural polymer is collagen gelatin, hyaluronic acid Uses are obtained from the group consisting of lonic acid, chitin and chitosan, preferably those obtained from poly (D, L-lactic acid- vegetable-glycolic acid) However, in the present invention, the microfibers can be used for tissue regeneration. The microfiber may be a compound obtained by mixing synthetic polymer and natural polymer in a ratio of 2: 1 to 1: 2, preferably 1: 1. What was obtained by mixing is used.

또한, 도 5에서 보는 바와 같이 얇고 하얗게 나타난 섬유가 나노섬유이다. 나노섬유는 직경이 0.2 ㎛이하로서, 마이크로섬유의 기본골격 위에 이차원 구조 또는 삼차원 구조의 네트워크 형태로 이루어진다. 이러한 나노섬유는 공극률을 높혀 세포와 관계하는 표면적을 크게 하며 세포가 잘 부착하고 증식되는 구조를 제공한다. 특히, 생리활성을 부여하는 고분자나 기존의 고분자에 생체적으로 합성을 증가할 수 있는 고분자를 사용하여 제조하므로써 조직 재생능을 향상시킬 수 있다.Also, as shown in FIG. 5, the thin and white fibers are nanofibers. Nanofibers have a diameter of 0.2 μm or less, and have a two-dimensional or three-dimensional network form on the basic skeleton of the microfibers. These nanofibers increase the porosity to increase the surface area associated with the cells and provide a structure in which cells adhere well and proliferate. In particular, it is possible to improve the tissue regeneration ability by manufacturing using a polymer that gives a biological activity or a polymer that can increase the synthesis in vivo to the existing polymer.

본 발명에서 나노섬유는 천연고분자 및 합성고분자로부터 얻는데, 상기 천연고분자는 생체 친화성이 우수한 것으로 키토산 또는 콜라겐을 사용하며, 구체적으로 산용해성 제1형 콜라겐이나 수평균분자량 8만∼15만의 키토산을 사용한다. 합성고분자는 구조내에서 결정성을 갖고 있어 나노섬유 제조시 37℃ 수용액 상의 생체조건하에서 안정한 형태를 유지할 수 있는 것으로, 폴리락트산, 폴리락트산-글리콘산 공중합체 및 폴리글리코산으로 이루어진 그룹 중 선택된 것을 사용하며, 바람직하게는 수평균분자량 10만∼35만의 폴리락트산을 사용한다. 이때, 상기 천연고분자 및 합성고분자 중 하나를 선택하여 단독으로 사용할 수 있으며, 또한 천연고분자와 합성고분자를 혼합하여 사용할 수 있다. 이는 구조내에서 결정성을 갖고 있어 나노섬유 제조시 생체조건하에서 안정한 형태를 유지할 수 있을 뿐만 아니라 생체 친화성을 나타내는 효과를 나타내기 위한 것으로, 이러한 효과를 고려하여 천연고분자 및 합성고분자의 혼합비는 중량비로 0.25:1∼0.5:1가 바람직하다.In the present invention, the nanofibers are obtained from natural polymers and synthetic polymers, and the natural polymers use chitosan or collagen as having excellent biocompatibility, and specifically, an acid-soluble type 1 collagen or a number average molecular weight of 80,000 to 150,000 chitosan. use. Synthetic polymers have crystallinity in the structure to maintain a stable form in the aqueous phase of 37 ℃ aqueous solution when manufacturing nanofibers, selected from the group consisting of polylactic acid, polylactic acid-glyconic acid copolymer and polyglycolic acid And polylactic acid having a number average molecular weight of 100,000 to 350,000 is preferably used. In this case, one of the natural polymer and the synthetic polymer may be selected and used alone, or a mixture of the natural polymer and the synthetic polymer may be used. This is because it has crystallinity in the structure, not only to maintain a stable form in vivo conditions when producing nanofibers, but also to show the effect of showing biocompatibility, in consideration of these effects, the mixing ratio of natural polymer and synthetic polymer is weight ratio. 0.25: 1-0.5: 1 are preferable.

상기 기술한 바와 같이, 본 발명의 다공성 복합지지체는 마이크로섬유와 나노섬유를 복합하여 사용함으로써, 일정 형태와 강도를 유지하는 동시에 조직 재생능을 향상시킬 수 있는 것으로, 이를 고려하여 나노섬유의 양을 복합지지체에 대하여 10∼20 중량%로 조절하며, 마이크로섬유의 양을 복합지지체에 대하여 80∼90중 량%로 조절한다. 상기 나노섬유의 양이 범위 미만인 경우 조직 재생능이 떨어져 충분한 효과를 얻을 수 없으며, 상기 범위를 초과한 경우 일정 형태 및 강도 유지에 어려움이 있어 지지체로서의 특성이 떨어지게 되는 단점이 있다.As described above, the porous composite support of the present invention can improve the tissue reproducibility while maintaining a certain form and strength by using a combination of microfibers and nanofibers, considering the amount of nanofibers The amount of the microfibers is adjusted to 80 to 90% by weight based on the composite support. When the amount of the nanofibers is less than the range, the tissue regeneration ability is insufficient to obtain a sufficient effect, when the amount exceeds the range is difficult to maintain a certain form and strength, there is a disadvantage in that the characteristics as a support falls.

또한, 본 발명은 상기 다공성 복합지지체에 추가로 조직재생을 유도할 수 있는 약물이나 성장인자를 포함한다.In addition, the present invention includes a drug or growth factor that can induce tissue regeneration in addition to the porous composite support.

상기 조직재생을 유도할 수 있는 약물의 일예는 DHEA 등이며, 성장인자는 혈소판유래 성장인자, 인슐린유사 성장인자, 상피성장인자 및 변환성성장인자로 이루어진 그룹 중 선택된 것이다. 그러나, 본 발명에서 약물이나 성장인자는 조직재생을 유도할 수 있는 것이면 모두 사용할 수 있으며, 이에 대해 한정하지 않는다. 이러한 약물이나 성장인자는 나노섬유에 위치하여 조직재생을 극대화시킬 수 있는 것으로, 나노섬유에 대하여 100∼5000 ng을 사용한다.An example of a drug capable of inducing tissue regeneration is DHEA and the like, and the growth factor is selected from the group consisting of platelet-derived growth factor, insulin-like growth factor, epidermal growth factor, and transforming growth factor. However, in the present invention, any drug or growth factor can be used as long as it can induce tissue regeneration, without being limited thereto. These drugs or growth factors can be located in the nanofibers to maximize tissue regeneration, using 100 to 5000 ng for the nanofibers.

또한, 본 발명은 다공성 복합지지체의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing a porous composite support.

구체적으로, 마이크로섬유를 제조하는 단계(단계 1),Specifically, preparing a microfiber (step 1),

천연고분자와 합성고분자를 단독 또는 혼합하여 유기용매에 용해시켜 방사액을 제조하는 단계(단계 2),Preparing a spinning solution by dissolving the natural polymer and the synthetic polymer alone or in an organic solvent (step 2),

상기 방사액을 전기방사기 저장소에 충전시킨 후 전기방사기를 이용하여 나노섬유를 제조하는 단계(단계 3), 및After filling the spinning solution in the electrospinner reservoir to prepare a nanofiber using an electrospinner (step 3), and

상기 단계 1에서 제조된 마이크로 섬유 위에 상기 단계 3의 나노섬유를 방사 하여 다공성 복합지지체를 제조하는 단계(단계 4)를 포함하는 것으로 이루어진 다공성 복합지지체의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a porous composite support comprising a step (step 4) of producing a porous composite support by spinning the nanofibers of the step 3 on the microfiber prepared in step 1.

추가로, 상기 단계 2의 방사액 제조시 천연고분자와 합성고분자를 단독 또는 혼합하여 유기용매에 용해시키고, 추가로 약물을 용해시켜 방사액을 제조하는 것을 포함한다.In addition, in the preparation of the spinning solution of step 2, natural polymers and synthetic polymers may be dissolved alone or in a mixed organic solvent, and the drug may be further dissolved to prepare a spinning solution.

단계 1에서는 마이크로 섬유를 제조한다. 구체적으로, 합성고분자 및 천연고분자를 용매에 각각 용해시킨 후 유화제를 이용하여 이들의 혼합 용액을 제조한다. 이 후 상기 혼합 용액을 용액방사하여 마이크로섬유를 제조한 후 이를 압축가교하여 마이크로섬유를 완성한다.Step 1 prepares microfibers. Specifically, synthetic polymers and natural polymers are dissolved in a solvent, respectively, and their mixed solution is prepared using an emulsifier. Thereafter, the mixed solution is solution spun to prepare microfibers, and then compressed and cross-linked to complete the microfibers.

먼저, 합성고분자 및 천연고분자를 용매에 각각 용해시키는데, 이때 합성고분자는 유기용매에 용해시키며, 천연고분자는 산용매에 용해시킨다. First, synthetic polymers and natural polymers are dissolved in a solvent, where synthetic polymers are dissolved in an organic solvent, and natural polymers are dissolved in an acid solvent.

상기 합성고분자를 용해시키는 유기용매는 아세톤, 클로로포름, 염화메틸렌 중에서 선택하며, 바람직하게는 염화메틸렌을 사용한다. 그러나 이에 국한하지 않고 상황에 따라 적절히 유기용매를 선택하여 사용할 수 있다. 또한, 상기 합성고분자는 합성고분자 용액에 대하여 10∼20 중량%를 사용한다.The organic solvent for dissolving the synthetic polymer is selected from acetone, chloroform and methylene chloride, and methylene chloride is preferably used. However, the present invention is not limited thereto, and an organic solvent may be appropriately selected according to circumstances. In addition, the synthetic polymer is used 10 to 20% by weight based on the synthetic polymer solution.

상기 키토산을 용해시키는 산용매는 초산, 락트산, 염산 중에서 선택하며, 바람직하게는 초산을 사용한다. 그러나 이에 국한하지 않고 상황에 따라 적절히 산용매를 선택하여 사용할 수 있다. 또한, 상기 천연고분자는 천연고분자 용액에 대하여 4∼8 중량%를 사용한다.The acid solvent for dissolving the chitosan is selected from acetic acid, lactic acid and hydrochloric acid, and preferably acetic acid is used. However, the present invention is not limited thereto, and an acid solvent may be appropriately selected depending on the situation. In addition, the natural polymer is used 4 to 8% by weight based on the natural polymer solution.

이를 각각의 용액을 혼합하기 위해 유화제를 사용하며, 바람직하게는 트윈 80을 사용한다. 이때, 혼합 용액의 혼합비는 합성고분자:천연고분자=0.5:1∼2:1이 바람직하며, 원하는 성질에 따라 적절히 조절할 수 있다.It uses an emulsifier to mix the respective solutions, preferably Tween 80. At this time, the mixing ratio of the mixed solution is preferably synthetic polymer: natural polymer = 0.5: 1 to 2: 1, it can be appropriately adjusted according to the desired properties.

이후, 에틸렌글리콜과 메탄올을 1:1로 혼합한 용액에 염화나트륨 용액을 녹여 응고조를 제조한다. 상기에서 제조된 혼합 용액에 알칼리 메탄올 용액을 응고조로 사용하여 용액방사한 후, 중성이 될 때까지 세척하고 건조하여 마이크로섬유를 제조한다. 이때 응고조의 비율은 25% 에틸렌글리콜, 70% 메탄올, 5중량% 염화나트륨일 때가 가장 바람직하다. 본 발명의 천연고분자는 산용액에 용해되며 알칼리 용액에서 응고되며, 본 발명의 합성고분자는 염화메틸렌에 잘 용해되며, 메탄올에서는 응고되는데, 이러한 용매의 성질을 이용하면 바람직한 응고조를 제조할 수 있다.Thereafter, a sodium chloride solution is dissolved in a solution of 1: 1 mixing ethylene glycol and methanol to prepare a coagulation bath. Alkaline methanol solution is used as a coagulation bath in the mixed solution prepared above, followed by solution spinning, followed by washing and drying until neutral to prepare microfibers. The ratio of the coagulation bath is most preferably 25% ethylene glycol, 70% methanol, 5% by weight sodium chloride. The natural polymer of the present invention is dissolved in an acid solution and coagulated in an alkaline solution, the synthetic polymer of the present invention is well dissolved in methylene chloride and coagulated in methanol, and the properties of such a solvent can be used to prepare a desired coagulation bath. .

알칼리성 메탄올 응고액은 수산화나트륨, 수산화칼륨 중에서 선택된 강염기를 포함하는 에틸렌글리콜과 메탄올의 혼합용액이며, 이때 염기는 4∼20%, 메탄올은 30∼60%가 바람직하다.The alkaline methanol coagulant is a mixed solution of ethylene glycol and methanol containing a strong base selected from sodium hydroxide and potassium hydroxide, wherein the base is 4-20%, and the methanol is preferably 30-60%.

마지막으로, 연골 결손부위의 형태와 크기에 적합한 모양의 성형틀에 상기에서 제조한 마이크로섬유를 충전 및 압축하고 체내와 같은 수상에서 1 시간이상 평형화시킨 후 동결 건조하여 염화메틸렌 등의 고분자를 녹일 수 있는 증기에서 2∼8시간 가교하여 적용부위에 적합한 지지체를 제조한다. 이때 압력은 5000kg∼2ton 이 바람직하며, 1∼2ton 이 더욱 바람직하다.Finally, the microfibers prepared above can be filled and compressed into a mold suitable for the shape and size of cartilage defects, equilibrated in an aqueous phase such as the body for at least 1 hour, and then freeze-dried to dissolve polymers such as methylene chloride. Crosslinking is carried out for 2-8 hours in the presence of steam to produce a support suitable for the application site. The pressure is preferably 5000kg ~ 2ton, more preferably 1 ~ 2ton.

단계 2에서는 천연고분자와 합성고분자가 용해된 방사액을 제조하며, 추가로 약물을 함께 용해시켜 방사액을 제조한다.In step 2, a spinning solution in which natural polymer and synthetic polymer are dissolved is prepared, and the spinning solution is further prepared by dissolving the drug together.

상기 천연고분자 및 합성고분자는 나노섬유를 제조하기 위한 원료로서, 천연고분자는 생체 친화성이 우수한 것으로 키토산 및 콜라겐으로 이루어진 그룹 중 선택된 것을 사용하며, 바람직하게는 제1형 콜라겐이나 수평균분자량 8만∼15만의 키토산을 사용한다.The natural polymer and the synthetic polymer are raw materials for producing nanofibers, and the natural polymer is one selected from the group consisting of chitosan and collagen with excellent biocompatibility. Preferably, the type 1 collagen or the number average molecular weight is 80,000. Use chitosan of ˜150,000.

또한 합성고분자는 구조내에서 결정성을 갖고 있어 나노섬유 제조시 37℃ 수용액 상의 생체조건하에서 안정한 형태를 유지할 수 있는 것으로 폴리락트산, 폴리락트산-글리콘산 공중합체 및 폴리글리코산으로 이루어진 그룹 중 선택된 합성고분자를 사용하며, 바람직하게는 수평균분자량 10만∼35만의 폴리락트산을 사용한다. 이때, 상기 천연고분자 및 합성고분자 중 하나를 선택하여 단독으로 사용할 수 있으며, 또한 천연고분자와 합성고분자를 혼합하여 사용할 수 있다. 이는 구조내에서 결정성을 갖고 있어 나노섬유 제조시 37℃ 수용액 상의 생체조건하에서 안정한 형태를 유지할 수 있을 뿐만 아니라 생체 친화성을 나타내는 특징을 나타내기 위함이다.In addition, the synthetic polymer has a crystallinity in the structure to maintain a stable form in vivo in the aqueous phase of 37 ℃ aqueous nanofibers are selected from the group consisting of polylactic acid, polylactic acid-glyconic acid copolymer and polyglycolic acid Synthetic polymers are used, and polylactic acid having a number average molecular weight of 100,000 to 350,000 is preferably used. In this case, one of the natural polymer and the synthetic polymer may be selected and used alone, or a mixture of the natural polymer and the synthetic polymer may be used. This is because it has a crystallinity in the structure to maintain a stable form in vivo conditions at 37 ℃ aqueous solution when manufacturing nanofibers, as well as to show the characteristics showing biocompatibility.

상기 고분자의 사용량은 방사액에 대하여 각각 천연고분자 5∼10중량%, 합성고분자 10∼20중량%이다.The amount of the polymer used is 5 to 10% by weight of natural polymer and 10 to 20% by weight of synthetic polymer, respectively, based on the spinning solution.

단계 1에서 사용되는 용매는 합성고분자 및 천연고분자를 용이하게 용해할 수 있는 것으로, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판올, 염화메틸렌 및 아세톤으로 이루어진 그룹 중 선택된 하나 또는 그 이상의 혼합액이며, 바람직하게는 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판올과 염화메틸렌이 부피비로 1:1∼5:1의 비율로 혼 합된 용매를 사용한다.The solvent used in step 1 is one that can easily dissolve synthetic and natural polymers, selected from the group consisting of 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropanol, methylene chloride and acetone, or The above liquid mixture is preferably a solvent in which 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropanol and methylene chloride are mixed in a ratio of 1: 1 to 5: 1 by volume.

또한, 단계 1은 추가로 혈소판유래 성장인자, 인슐린유사 성장인자, 상피성장인자 및 변환성장인자로 이루어진 그룹 중에서 선택된 약물을 방사액에 용해시키며, 첨가되는 양은 고분자에 대하여 100∼5000 ng이 바람직하다. 상기 약물은 다공성 복합지지체에 포함되어 조직재생을 극대화시키기 위해 첨가하는 것으로, 첨가 방법은 스판 80 등과 같은 계면활성제를 사용하여 방사액에 유화시켜 유중수형 에멀젼을 제조한다.In addition, step 1 further dissolves a drug selected from the group consisting of platelet-derived growth factor, insulin-like growth factor, epidermal growth factor and transforming growth factor in the spinning solution, and the amount added is preferably 100 to 5000 ng based on the polymer. . The drug is included in the porous composite support to be added to maximize tissue regeneration. The addition method is emulsified in the spinning solution using a surfactant such as Span 80 to prepare a water-in-oil emulsion.

단계 3에서는 상기 방사액을 전기방사기를 이용하여 나노섬유를 제조한다.In step 3 to prepare a nanofiber using the spinning solution electrospinning machine.

전기 방사기를 이용한 방사절차는 도 1을 참고로 하여 하기에 기술하였다. 전압 발생장치(5)에서 일정 전류를 흘려서 노즐(2)과 컬렉터(4) 사이에 전기장을 형성시킨다. 방사액 저장소(1)에 충전된 고분자 용액을 이 전기장의 힘과 중력에 의하여 컬렉터(4)에 방사한다. 노즐(2)과 컬렉터(4) 사이의 전기장의 거리와 전압 방사액 저장소(1)의 노즐 크기등을 조절하여 방사 조건을 변화시킬 수 있다. 이때, 방사액의 농도와 방사거리에 따라서 제조되는 형태를 조절할 수 있는데, 본 단계에서는 전기방사기의 조건을 최적으로 조절하여 나노섬유를 제조한다. 상기 전기방사기의 조건은 방사거리 10∼20 ㎝이며, 전압 15∼25 V가 바람직하다. 본 발명에서 전기 방사기는 Chungpa EMT사(한국)에서 제조한 DH High Voltage Generator(모델명 : CPS-40K03VIT)를 사용할 수 있다.The spinning procedure using the electrospinner is described below with reference to FIG. 1. A constant current flows in the voltage generator 5 to form an electric field between the nozzle 2 and the collector 4. The polymer solution filled in the spinning liquid reservoir 1 is spun onto the collector 4 by the force and gravity of this electric field. The radiation conditions can be varied by adjusting the distance of the electric field between the nozzle 2 and the collector 4 and the nozzle size of the voltage emissive reservoir 1. At this time, it is possible to adjust the shape to be produced according to the concentration and the spinning distance of the spinning solution, in this step to produce nanofibers by optimally adjusting the conditions of the electrospinning machine. The condition of the electrospinner is a radiation distance of 10 to 20 cm, and a voltage of 15 to 25 V is preferable. In the present invention, the electrospinning apparatus may use a DH High Voltage Generator (model name: CPS-40K03VIT) manufactured by Chungpa EMT (Korea).

마지막으로 단계 4에서는 제조된 마이크로섬유 위에 상기 단계 3의 나노섬유를 방사하여 다공성 복합지지체는 제조한다. 구체적으로 얇게 잘펴놓은 상태의 마이크로섬유 매트릭스 위에 나노섬유를 방사하여 적당한 두께로 포개어 적층압축한 후 결손부위에 맞게 성형하여 다공성 복합지지체를 제조한다.Finally, in step 4, the porous composite support is manufactured by spinning the nanofibers of step 3 on the prepared microfibers. Specifically, the nanofibers are spun into a moderately thick microfiber matrix in a thinly laid state, stacked and compressed in a suitable thickness, and then molded to fit the defects to produce a porous composite support.

본 발명의 다공성 복합지지체는 인체내 기관이나 조직이 기능을 읽거나 유실시에 효과적으로 조직을 재생하기 위한 것으로, 세포부착에 유용한 다공성 복합지지체이다. 이러한 다공성 복합지지체는 연골세포 또는 뼈세포 등 다양하게 적용할 수 있으며, 바람직하게는 연골세포에 적용할 수 있다.The porous composite support of the present invention is for effectively regenerating tissue when the organs or tissues in the human body read or perform a function, and is a porous composite support useful for attaching cells. The porous composite support may be applied to a variety of chondrocytes or bone cells, and preferably applied to chondrocytes.

이하 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

<제조예 1> 콜라겐 나노섬유 제조 Preparation Example 1 Collagen Nanofiber Preparation

어린 소의 가죽(calf skin)에서 얻은 산용해성 제1형 콜라겐 1g을 각각 5%, 8%, 10%의 농도로 1,1,1,3,3,3,-헥사플루오로프로판올(1,1,1,3,3,3 hexafluoropropanol)용액에 용해시켜 방사액을 제조하였다. 상기 방사액 전기 방사법을 이용하여 나노 섬유를 제조하였다(도 1 참조).1 g of acid-soluble collagen 1 obtained from calf skin of young cows at concentrations of 5%, 8% and 10%, respectively, 1,1,1,3,3,3, -hexafluoropropanol (1,1 , 1,3,3,3 hexafluoropropanol) solution to prepare a spinning solution. Nanofibers were prepared using the spinning solution electrospinning method (see FIG. 1 ).

전기 방사기는 Chungpa EMT사(한국)에서 제조한 DH High Voltage Generator(모델명 : CPS-40K03VIT)를 사용하였다.The electrospinning machine used DH High Voltage Generator (Model: CPS-40K03VIT) manufactured by Chungpa EMT (Korea).

전기 방사의 자세한 방법은 하기와 같이 첨부된 도 1과 함께 기술하였다.The detailed method of electrospinning was described in conjunction with FIG. 1 attached as follows.

상기에서 제조된 각각 농도를 갖는 콜라겐 용액(방사액)을 방사액 저장소(1)에 충전하였다. 상기 방사액 저장소(1)는 10 ㎖ 피펫을 사용하였으며 상기 피펫의 입구를 불로 달구어 지름 0.5mm로 조절하여 노즐(2)로 사용하였다. 방사시 방사액의 방출 속도를 0.5 ㎖/min으로 조절하였으며, 전압을 15∼25 V 사이로 조절하고, 전기장의 거리를 10∼20 ㎝로 조절하였으며, 상기 조건하에 방사액을 방사하여 컬렉터(4)에 콜라겐 나노 섬유를 제조하였다.The collagen solution (spinning liquid) having each concentration prepared above was filled into the spinning liquid reservoir 1. The spinning solution reservoir (1) was used as a 10 ml pipette and the inlet of the pipette was heated with a fire and adjusted to a diameter of 0.5 mm to serve as a nozzle (2). The rate of emission of the spinning liquid was adjusted to 0.5 ml / min during spinning, the voltage was adjusted between 15 and 25 V, and the distance of the electric field was adjusted to 10 to 20 cm. Collagen nanofibers were prepared.

이때, 얻은 콜라겐 나노섬유는 2 ㎛ 이하의 두께를 갖음을 확인하였다.At this time, it was confirmed that the obtained collagen nanofibers had a thickness of 2 μm or less.

도 2는 이 중 20 V 전압, 20 ㎝ 전기장 거리의 조건하에서 8% 콜라겐 방상액으로 얻은 콜라겐 나노섬유의 시차현미경 사진(3500배)을 나타낸 것이다. FIG. 2 shows a differential micrograph (3500 times) of collagen nanofibers obtained with 8% collagen staph solution under conditions of 20 V voltage and 20 cm electric field distance.

<제조예 2> 키토산 나노섬유 제조Preparation Example 2 Preparation of Chitosan Nanofibers

수평균분자량 8만∼15만의 키토산을 0.5∼2% 농도로 유기 용매에 녹여 방사액을 제조하였다. 이때 사용한 유기 용매는 1,1,1,3,3,3,-헥사플루오로프로판올(1,1,1,3,3,3 hexafluoropropanol)과 염화메틸의 혼합용액을 사용하였으며, 염화메틸의 양은 혼합용액에 대하여 5∼40 중량%이었다.A spinning solution was prepared by dissolving chitosan having a number average molecular weight of 80,000 to 150,000 in an organic solvent at a concentration of 0.5 to 2%. The organic solvent used was a mixed solution of 1,1,1,3,3,3, -hexafluoropropanol (1,1,1,3,3,3 hexafluoropropanol) and methyl chloride. It was 5-40 weight% with respect to the mixed solution.

각각의 농도의 키토산 방사액을 상기 제조예와 동일한 방법으로 방사하여 키토산 나노섬유를 제조하였다.Chitosan spinning solution of each concentration was spun in the same manner as in Preparation Example to prepare chitosan nanofibers.

<제조예 3> 콜라겐과 폴리에스터의 혼합물로 이루어진 나노섬유 제조 Preparation Example 3 Preparation of Nanofibers Composed of Mixture of Collagen and Polyester

산용해성 제1형 콜라겐 320 mg과 수평균분자량 10만의 폴리락트산 640 mg을 5 ml의 1,1,1,3,3,3,-헥사플루오로프로판올에 용해시켜 방사액을 제조하였다.A spinning solution was prepared by dissolving 320 mg of acid-soluble collagen type 1 and 640 mg of polylactic acid having a number average molecular weight of 100,000 in 5 ml of 1,1,1,3,3,3, -hexafluoropropanol.

상기 방사액을 도 1에서 보는 바와 같이, 방사 장치의 방사액 저장소(1)에 충전하고 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 방사하여 나노섬유를 제조하였다.As shown in FIG. 1, the spinning solution was filled in the spinning solution reservoir 1 of the spinning apparatus and spun in the same manner as in Preparation Example 1 to prepare nanofibers.

전기장 거리 15 cm, 전압 20 V로 방사한 경우, 가장 바람직한 형태의 나노섬유를 제조할 수 있었으며, 이렇게 얻어진 나노섬유를 시차현미경을 통하여 관찰하였다. 결과는 도 3에 나타내었다.In the case of spinning at an electric field distance of 15 cm and a voltage of 20 V, the most preferable type of nanofibers could be produced, and the nanofibers thus obtained were observed through a differential microscope. The results are shown in FIG.

콜라겐은 자체의 결정성이 없는 구조로, 이를 나노섬유로 제조하는 경우 체내와 같은 조건인 37℃의 수용액에서 쉽게 수축되어 섬유끼리 뭉치거나 나노 형태를 잃어버리게 된다. 그러나, 콜라겐에 결정성을 갖는 폴리락트산을 첨가함으로써 제조된 나노섬유가 수용액에서 본래의 형태를 유지하며 안정한 상태를 유지할 수 있었다.Collagen is a structure that does not have its own crystallinity, and when it is made of nanofibers, it is easily contracted in an aqueous solution at 37 ° C., which is the same condition as the body, and the fibers are aggregated together or lose nano form. However, nanofibers prepared by adding polylactic acid having crystallinity to collagen were able to maintain a stable state while maintaining the original form in the aqueous solution.

<제조예 4> 키토산과 폴리에스터의 혼합물로 이루어진 나노섬유 제조Preparation Example 4 Preparation of Nanofibers Composed of a Mixture of Chitosan and Polyester

상기 제조예 2에서 사용한 키토산 100 mg과 수평균분자량 10만의 폴리락트산 300 mg을 1,1,1,3,3,3,-헥사플루오로프로판올과 염화메칠이 2:1(w/w)으로 이루어진 혼합용액 10 ml에 용해시켜 방사액을 제조하였다.100 mg of chitosan used in Preparation Example 2 and 300 mg of polylactic acid having a number average molecular weight of 100,000 were 1,1,1,3,3,3, -hexafluoropropanol and methyl chloride 2: 1 (w / w). It was dissolved in 10 ml of the mixed solution prepared to prepare a spinning solution.

상기 방사액을 도 1에서 보는 바와 같이, 방사 장치의 방사액 저장소(1)에 충전하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 방사하여 나노섬유를 제조하였다.As shown in FIG. 1, the spinning solution was filled in the spinning solution reservoir 1 of the spinning apparatus and spun in the same manner as in Example 1 to prepare nanofibers.

전기장 거리 15 cm, 전압 25 V로 방사한 경우, 가장 바람직한 형태의 나노섬 유를 제조할 수 있었으며, 이렇게 얻어진 나노섬유를 시차현미경을 통하여 관찰하였다. 결과는 도 4에 나타내었다.In the case of spinning at an electric field distance of 15 cm and a voltage of 25 V, nanofibers of the most preferred form could be prepared, and the nanofibers thus obtained were observed through a differential microscope. The results are shown in FIG.

폴리에스터는 생분해성이고 안정한 형태를 유지할 수 있는 것으로, 미국 식품의약품안전국에 의해 허가를 받아서 생체재료로 널리 사용되고 있으나, 분해산물에 의하여 국소적으로 산의 농도가 높아져서 조직 독성이 생기는 문제를 갖고 있다. 이에, 폴리락트산에 생체 친화성을 갖는 키토산을 첨가함으로써, 제조된 나노섬유가 생체 친화성을 향상시킬 수 있었다.Polyester is a biodegradable and stable form, and is widely used as a biomaterial under the approval of the US Food and Drug Administration. However, it has a problem of tissue toxicity due to the high concentration of acid due to degradation products. . Thus, by adding chitosan having biocompatibility to polylactic acid, the produced nanofibers could improve biocompatibility.

<실시예 1> 나노섬유와 마이크로섬유 복합 지지체의 제조 1Example 1 Preparation of Nanofiber and Microfiber Composite Supports 1

(단계 1)마이크로섬유의 제조(Step 1) Preparation of the microfiber

먼저, 폴리락트산-글리콜산 공중합체를 아세톤에 용해시키고, 키토산은 5 % 초산에 용해시켰다. 상기 용해된 용액을 각각 혼합한 후, 유화제 트윈 80을 이용하여 두 용액을 혼합하였다. 이때, 혼합된 용액의 혼합비는 중량비로 폴리에스테르:키토산=0.5:1의 비율이었다.First, the polylactic acid-glycolic acid copolymer was dissolved in acetone and chitosan was dissolved in 5% acetic acid. After each of the dissolved solutions were mixed, the two solutions were mixed using an emulsifier Tween 80. At this time, the mixing ratio of the mixed solution was a ratio of polyester: chitosan = 0.5: 1 by weight.

이후 에틸렌글리콜과 메탄올을 1:1로 혼합한 용액에 염화나트륨 용액을 녹여 응고조를 제조하였다. 상기에서 혼합된 용액에 알칼리-axksdhf 용액을 응고조로 사용하여 용액방사한 후 중성이 될 때까지 세척한 후 건조시켜 마이크로 섬유를 제조하였다. 이때, 응고조의 비율은 25 중량% 에틸렌글리콜, 70 중량% 메탄올, 5 중량% 염화나트륨이다.Thereafter, a sodium chloride solution was dissolved in a solution of 1: 1 mixing ethylene glycol and methanol to prepare a coagulation bath. The solution was spun using an alkali-axksdhf solution as a coagulation bath in the mixed solution, washed until neutral, and dried to prepare a microfiber. At this time, the ratio of the coagulation bath is 25% by weight ethylene glycol, 70% by weight methanol, 5% by weight sodium chloride.

이후, 연골 결손부위의 형태와 크기에 적합한 모양의 성형틀에 상기 제조된 마이크로섬유를 충전하였다. 이를 압축하고 체내와 동일한 수상에서 1 시간 동안 평형화시킨 후 동결 건조하여 염화메틸렌 증기에서 4 시간 동안 가교하여 적용부위에 적합한 지지체를 제조하였다. 이때, 압력은 2 톤이었다.Thereafter, the prepared microfibers were filled in a mold having a shape suitable for the shape and size of the cartilage defect. It was compressed, equilibrated for 1 hour in the same water phase as the body, lyophilized and crosslinked for 4 hours in methylene chloride vapor to prepare a support suitable for the application site. At this time, the pressure was 2 tons.

(단계 2) 방사액 제조(Step 2) spinning solution preparation

(단계 3) 나노섬유의 제조(Step 3) Preparation of Nanofibers

상기 단계 2 및 단계 3은 제조예 3에 기재된 바와 같다.Steps 2 and 3 are as described in Preparation Example 3.

(단계 4)(Step 4)

얇게 잘펴놓은 상태의 마이크로섬유 매트릭스 위에 도 1에 나타낸 전기방사장치를 이용하여 나노섬유를 방사하여 적당한 두께로 포개어 적층압축한 후 결손부위에 맞게 성형하여 다공성 복합지지체를 제조하였다. 이때 전기장 거리 ㎝, 전압 20 V의 조건하에서 수행하였다.On the microfiber matrix in a thinly laid state, the nanofibers were radiated using an electrospinning device shown in FIG. At this time, it was carried out under the conditions of the electric field distance cm, voltage 20V.

도 5는 제조된 나노섬유와 마이크로섬유 복합 지지체의 시차주사 현미경 사진을 나타낸 것이다. 도 5에서 보는 바와 같이, 나노섬유가 마이크로 섬유 사이에 잘 혼합된 형태를 유지하며 네트워크를 이루고 있다. 이는 생리 활성을 가진 나노섬유의 혼합으로 조직 재생을 유도하고 표면적의 증가로 세포의 부착 증식을 도울 수 있음을 알 수 있다.Figure 5 shows a differential scanning micrograph of the prepared nanofiber and microfiber composite support. As shown in FIG. 5, the nanofibers form a network while maintaining a well mixed form between the microfibers. It can be seen that it is possible to induce tissue regeneration by the mixing of physiologically active nanofibers and to increase the adhesion of cells by increasing the surface area.

<실시예 2> 나노섬유와 마이크로섬유 복합 지지체의 제조 2Example 2 Preparation of Nanofiber and Microfiber Composite Supports 2

상기 제조예 3에서 제조된 방사액에 추가로 인슐린유사 성장인자 300 ng을 스판 80을 사용하여 유화시켜 방사액을 제조한 것을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 복합 지지체를 제조하였다.A composite support was prepared in the same manner as in Example 1, except that 300 ng of insulin-like growth factor was emulsified using Span 80 to prepare the spinning solution in the spinning solution prepared in Preparation Example 3. .

이렇게 방사되는 나노섬유에 조직 재생을 유도할 수 있는 약물이나 성장인자를 함유하는 나노섬유를 제조함으로써 재생을 극대화할 수 있다.The nanofibers containing the drug or growth factor that can induce tissue regeneration in the nanofibers thus radiated can be maximized.

<실험예 1> XRD 분석에 의한 안정성 분석Experimental Example 1 Stability Analysis by XRD Analysis

콜라겐, 폴리락트산과 그 혼합물의 재료 자체의 성질과 나노섬유 제조시의 결정성 감소에 의한 안정성 변화를 예측하기 위하여, 콜라겐, 제조예 1의 콜라겐 나노섬유, 본 발명의 제조방법에 의한 폴리락트산 나노섬유 및 제조예 3의 폴리락트산/콜라겐 나노섬유에 대한 XRD(X-ray Diffractometer(XRD 3000PTS); Rich. Seifert & Co.) 분석을 수행하였다. 그 결과를 도 6에 나타내었다.Collagen, collagen nanofibers of Preparation Example 1, polylactic acid nano by the manufacturing method of the present invention, in order to predict the change of stability of the material itself of the collagen, polylactic acid and mixtures thereof and the decrease of crystallinity in the production of nanofibers XRD (X-ray Diffractometer (XRD 3000PTS); Rich. Seifert & Co.) analysis was performed on the fibers and the polylactic acid / collagen nanofibers of Preparation Example 3. The results are shown in FIG.

도 6에서 보는 바와 같이, 콜라겐의 경우, 나노섬유로 제조시 안정성이 더욱 떨어져서 실재 수용액 속에서 급격히 수축하여 나노 섬유들이 뭉치거나 형태를 잃고 유실되는 경향을 나타낸다. 이에, 2θ가 17°전후에 결정성을 갖는 폴리 락트산과 혼합을 하여 나노 섬유를 제조하여 결정성을 부여하여 수용액 내에서 안정성의 증가하고 일정한 형태를 유지하는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 6, in the case of collagen, the stability of the nanofibers is further reduced, leading to rapid shrinkage in the actual aqueous solution, which results in agglomeration or loss of shape. Thus, it can be seen that 2θ is mixed with polylactic acid having crystallinity around 17 ° to prepare nanofibers to give crystallinity, thereby increasing stability in aqueous solution and maintaining a constant form.

실제로, 나노섬유로 부직포를 제조하여 건조시의 공극률과 37℃ 수용액상에서 공극률의 변화를 측정하여 보면 콜라겐만으로 만든 나노섬유는 50% 이상 공극률이 감소하는데 비해 콜라겐에 폴리락트산을 혼합하여 제조한 나노 섬유는 10% 정도의 공극률 감소를 보였다. In fact, non-woven fabrics made of nanofibers were used to measure the change in porosity at drying and porosity in 37 ℃ aqueous solution, the nanofibers made by mixing polylactic acid with collagen compared to the reduction of porosity by more than 50% Showed a porosity reduction of about 10%.

<실험예 2> 지지체의 연골세포 부착 실험 Experimental Example 2 Chondrocyte Attachment Experiment of Support

상기 실시예 1에서 제조된 복합 지지체를 70% 에탄올로 소독한 후 계대 배양한 연골 세포를 동적 배양(dynamic culture)을 한 후 시차주사 현미경으로 부착된 세포의 상태를 관찰하였다.After disintegrating the composite scaffold prepared in Example 1 with 70% ethanol, the cultured cartilage cells passaged after dynamic culture were observed to observe the state of cells attached by differential scanning microscope.

세포가 부착되지 않은 세포를 제거하고 0.1M 인산완충 생리식염수(PBS pH 7.4)에 25(w/w)%의 글루타르알데히드를 희석하여 얻어진 2.5% 글루타르알데히드 용액으로 4∼20 분간 사전 고정하였다. 사전 고정 후 0.1M 인산완충 생리식염수로 세척하고 다시 0.1M 인산완충 생리식염수에 사산화 오스뮴을 용해하여 얻어진 1% 사산화 오스뮴 용액으로 0∼20분간 사후 고정하였다. 사후 고정후 에탄올로 물을 완전히 제거하고 동결건조후 시료를 그-파라듐 코팅하여 시차주사 현미경으로 관찰하였다. 그 결과를 도 7에서 나타내었다.The cells to which no cells were attached were removed and pre-fixed with 2.5% glutaraldehyde solution obtained by diluting 25 (w / w)% glutaraldehyde in 0.1M phosphate buffered saline (PBS pH 7.4). . After preliminary fixation, the cells were washed with 0.1M phosphate buffered saline and then fixed with 0% for 20 minutes with a 1% osmium tetraoxide solution obtained by dissolving osmium tetrachloride in 0.1M phosphate buffered saline. After post-fixation, water was completely removed with ethanol, and after lyophilization, the samples were coated with G-Paradium and observed with a differential scanning microscope. The results are shown in FIG.

도 7에서 보는 바와 같이, 마이크로 섬유에 의해서 1일 뒤에도 일정한 형태로 강도를 유지하고 있었다. 또한 조직을 확대하여 지지체에 세포가 붙어있는 양상을 관찰한 결과 마이크로 섬유에도 일부의 연골 세포가 붙어있으나 많은 수의 세포나 나노섬유에 밀집되어 부착된 모습을 관찰할 수 있었다. 이는 나노섬유를 혼합함으로서 세포가 붙을 수 있는 공간을 제공하고 세포 활성을 갖는 나노섬유로 인하여 조직 재생을 유도한다는 것을 알 수 있었다. As shown in Figure 7, the strength was maintained in a constant form by the microfiber after one day. In addition, when the tissues were enlarged and the cells were attached to the scaffold, some cartilage cells were attached to the microfibers, but they were closely attached to a large number of cells or nanofibers. It was found that mixing the nanofibers provides a space to which cells can attach and induces tissue regeneration due to the nanofibers having cellular activity.

상술한 바와 같이, 본 발명의 조직재생용 복합지지체는 마이크로섬유 및 나노섬유가 네트워크로 이루어져 있어 일정 강도를 유지하여 생체내에서 안정한 형태를 유지할 수 있으며 그와 동시에 생체 모방 형태로 생리활성을 갖아서 조직 재생을 효과적으로 유도할 수 있다. 특히, 복합지지체를 구성하는 나노섬유는 공극률을 크게 하여 세포의 부착과 증식을 극대화할 수 있다. 또한, 자체의 생리활성을 갖는 콜라겐을 사용하거나 산을 중화시킬 수 있는 키토산을 사용하여 생체 적합성을 높이는 효과를 갖는다. As described above, the composite support for tissue regeneration of the present invention consists of a network of microfibers and nanofibers to maintain a stable strength in vivo by maintaining a certain strength and at the same time having a physiological activity in biomimetic form Can effectively induce tissue regeneration. In particular, the nanofibers constituting the composite support can maximize the adhesion and proliferation of cells by increasing the porosity. In addition, it has an effect of enhancing biocompatibility by using collagen having its own physiological activity or by using chitosan which can neutralize an acid.

Claims (13)

폴리락트산, 폴리글리콜산 및 폴리(D,L-락트산-co-글리콜산)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 폴리에스테르; 폴리(카프로락톤); 폴리(발레로락톤); 폴리(하이드록시부티레이트) 및 폴리(하이드록시 발러레이트)로 이루어진 군으로부터 선택되는 합성고분자와 콜라겐, 젤라틴, 히알루론산, 키틴 및 키토산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 천연고분자의 혼합으로 이루어진 마이크로섬유를 기본골격으로 하고, 키토산 및 콜라겐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 천연고분자와 폴리락트산, 폴리락트산-글리콘산 공중합체 및 폴리글리코산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 합성고분자의 단독 또는 혼합으로 이루어진 나노섬유가 이차원 구조 또는 삼차원 구조의 네크워크 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 다공성 복합지지체.Polyesters selected from the group consisting of polylactic acid, polyglycolic acid and poly (D, L-lactic acid-co-glycolic acid); Poly (caprolactone); Poly (valerolactone); Basic skeleton is a microfiber composed of a mixture of synthetic polymer selected from the group consisting of poly (hydroxybutyrate) and poly (hydroxy valerate) and natural polymer selected from the group consisting of collagen, gelatin, hyaluronic acid, chitin and chitosan The two-dimensional structure or nanofibers composed of a single polymer or a mixture of natural polymers selected from the group consisting of chitosan and collagen and synthetic polymers selected from the group consisting of polylactic acid, polylactic acid-glyconic acid copolymer and polyglycolic acid Porous composite support, characterized in that consisting of a three-dimensional network form. 제 1항에 있어서, 상기 다공성 복합지지체가 추가로 혈소판유래 성장인자, 인슐린유사 성장인자, 상피성장인자 및 변환성성장인자로 이루어진 그룹 중 선택된 약물을 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 복합지지체.The porous composite support of claim 1, wherein the porous composite support further comprises a drug selected from the group consisting of platelet-derived growth factors, insulin-like growth factors, epidermal growth factors, and transforming growth factors. 제 1항에 있어서, 상기 나노섬유가 복합지지체에 대하여 10∼20 중량% 포함되며, 상기 마이크로섬유가 복합지지체에 대하여 80∼90 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 다공성 복합지지체.The porous composite support of claim 1, wherein the nanofibers are contained in an amount of 10 to 20% by weight based on the composite support, and the microfibers are contained in an amount of 80 to 90% by weight based on the composite support. 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 나노섬유를 구성하는 합성고분자와 천연고분자의 혼합비가 중량비로 0.25:1∼0.5:1 인 것을 특징으로 하는 다공성 복합지지체.The porous composite support according to claim 1, wherein the mixing ratio of the synthetic polymer and the natural polymer constituting the nanofibers is 0.25: 1 to 0.5: 1 by weight. 다공성 복합지지체의 제조에 있어서,In the preparation of the porous composite support, 폴리락트산, 폴리글리콜산 및 폴리(D,L-락트산-co-글리콜산)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 폴리에스테르; 폴리(카프로락톤); 폴리(발레로락톤); 폴리(하이드록시부티레이트) 및 폴리(하이드록시 발러레이트)로 이루어진 군으로부터 선택되는 합성고분자와 콜라겐, 젤라틴, 히알루론산, 키틴 및 키토산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 천연고분자의 혼합으로 이루어진 마이크로 섬유를 제조하는 단계(단계 1),Polyesters selected from the group consisting of polylactic acid, polyglycolic acid and poly (D, L-lactic acid-co-glycolic acid); Poly (caprolactone); Poly (valerolactone); To prepare microfibers comprising a mixture of synthetic polymers selected from the group consisting of poly (hydroxybutyrate) and poly (hydroxy valerate) and natural polymers selected from the group consisting of collagen, gelatin, hyaluronic acid, chitin and chitosan Step (step 1), 키토산 및 콜라겐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 천연고분자와 폴리락트산, 폴리락트산-글리콘산 공중합체 및 폴리글리코산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 합성 고분자의 혼합물을 유기용매에 용해시켜 방사액을 제조하는 단계(단계 2),Preparing a spinning solution by dissolving a mixture of a natural polymer selected from the group consisting of chitosan and collagen and a synthetic polymer selected from the group consisting of polylactic acid, polylactic acid-glyconic acid copolymer and polyglycolic acid in an organic solvent ( Step 2), 상기 방사액을 전기방사기 저장소에 충전시킨 후 전기방사기를 이용하여 나노섬유를 제조하는 단계(단계 3), 및After filling the spinning solution in the electrospinner reservoir to prepare a nanofiber using an electrospinner (step 3), and 상기 단계 1에서 제조된 마이크로 섬유 위에 상기 단계 3의 나노섬유를 전기방사하여 다공성 복합지지체를 제조하는 단계(단계 4)를 포함하는 것으로 이루어진 다공성 복합지지체의 제조방법.Method for producing a porous composite support comprising the step (step 4) of producing a porous composite support by electrospinning the nanofiber of the step 3 on the microfiber prepared in step 1. 제 7항에 있어서, 상기 단계 1에서 혈소판유래 성장인자, 인슐린유사 성장인자, 상피성장인자 및 변환성성장인자로 이루어진 그룹 중 선택된 약물을 추가로 용해시키는 것을 특징으로 하는 다공성 복합지지체의 제조방법.8. The method of claim 7, wherein in step 1, a drug selected from the group consisting of platelet-derived growth factor, insulin-like growth factor, epidermal growth factor and transforming growth factor is further dissolved. 제 7항에 있어서, 상기 단계 1의 용매가 1,1,1,3,3,3,-헥사플루오로프로판올, 염화메틸 및 아세톤으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 다공성 복합지지체의 제조방법.The preparation of the porous composite support according to claim 7, wherein the solvent of step 1 is at least one selected from the group consisting of 1,1,1,3,3,3, -hexafluoropropanol, methyl chloride and acetone. Way. 제 7항에 있어서, 상기 전기방사를 전압 15∼25 V, 방사거리 10∼20 ㎝ 조건하에서 수행하는 것을 특징으로 하는 다공성 복합지지체의 제조방법.8. The method of claim 7, wherein the electrospinning is performed under a voltage of 15 to 25 V and a spinning distance of 10 to 20 cm. 세포부착에 유용한 제1항의 다공성 복합지지체.The porous composite support of claim 1 useful for attaching cells. 제 11항에 있어서, 상기 세포가 연골세포인 것을 특징으로 하는 다공성 복합지지체.12. The porous composite support of claim 11, wherein the cells are chondrocytes. 제 1항에 있어서, 상기 마이크로섬유의 직경이 30~50㎛ 이고, 상기 나노섬유의 직경이 0 초과 0.2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 다공성 복합지지체.The porous composite support according to claim 1, wherein the diameter of the microfibers is 30 to 50 µm and the diameter of the nanofibers is more than 0 and 0.2 µm or less.
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