KR101178204B1 - Porous microsphere and manufacturing method thereof - Google Patents

Porous microsphere and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR101178204B1
KR101178204B1 KR1020090056511A KR20090056511A KR101178204B1 KR 101178204 B1 KR101178204 B1 KR 101178204B1 KR 1020090056511 A KR1020090056511 A KR 1020090056511A KR 20090056511 A KR20090056511 A KR 20090056511A KR 101178204 B1 KR101178204 B1 KR 101178204B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
microspheres
porous
calcium
bone
microsphere
Prior art date
Application number
KR1020090056511A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20100138128A (en
Inventor
김해원
홍석정
Original Assignee
단국대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 단국대학교 산학협력단 filed Critical 단국대학교 산학협력단
Priority to KR1020090056511A priority Critical patent/KR101178204B1/en
Publication of KR20100138128A publication Critical patent/KR20100138128A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101178204B1 publication Critical patent/KR101178204B1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/02Inorganic materials
    • A61L27/10Ceramics or glasses
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/02Inorganic materials
    • A61L27/12Phosphorus-containing materials, e.g. apatite
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/56Porous materials, e.g. foams or sponges
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2300/00Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/80Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a special chemical form
    • A61L2300/802Additives, excipients, e.g. cyclodextrins, fatty acids, surfactants
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/02Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants

Abstract

본 발명은 다공성 마이크로스피어 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생체활성 세라믹을 포함하는 구형의 몸체의 표면 및 내부에 미세 기공이 형성되고, 상기 미세 기공이 상호 연결된 열린 기공 구조를 갖는 다공성 마이크로스피어 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a porous microsphere and a method of manufacturing the same, and more particularly, porous pores are formed on the surface and inside of a spherical body including a bioactive ceramic, and the porous pores having an open pore structure in which the micropores are interconnected. It relates to a microsphere and a method of manufacturing the same.

상기 다공성 마이크로스피어는 서로 잘 연결된 열린 기공구조를 가져 체내 이식시 세포의 부착과 증식이 활발하게 일어나므로 골 및 치주조직의 재생을 효과적으로 도모할 수 있다.The porous microspheres have an open pore structure that is well connected to each other, so that cell attachment and proliferation occur actively during transplantation, thereby effectively regenerating bone and periodontal tissue.

마이크로스피어, 생체활성 세라믹, 골조직, 골전도 Microspheres, Bioactive Ceramics, Bone Tissue, Bone Conduction

Description

다공성 마이크로스피어 및 이의 제조방법{POROUS MICROSPHERE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}POROUS MICROSPHERE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF

본 발명은 골조직 재생을 위한 다공성 마이크로스피어 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 잘 연결된 열린 기공 구조를 가져 골세포가 부착되어 골전도 및 골재생을 할 수 있도록 넓은 표면적과 공간을 제공하는 다공성 마이크로스피어 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a porous microsphere for bone tissue regeneration and a method of manufacturing the same, and more particularly, to have a large surface area and space to allow bone cells to be attached to bone conduction and bone regeneration having an open pore structure that is well connected to each other. It relates to a porous microsphere and a preparation method thereof.

일반적으로 척추동물의 뼈 조직이 외상, 종양, 기형 등에 의해 손상되는 경우 심한 통증과 함께 일상 활동에 제한을 받게 된다. 이에 손상된 부위에 골을 채워서 신생골을 생성시키는 치료법이 시행된다. In general, when bone tissue of a vertebrate is damaged by trauma, tumors, malformations, etc., severe pain and daily activities are limited. The treatment is performed to fill the damaged area with bone to generate new bone.

현재까지 알려진 치료방법으로 자신의 골을 이식하는 자가골 이식술, 다른 사람의 뼈를 이식하는 동종골 이식술, 동물의 뼈를 처리하여 이식하는 이종골 이식술 등이 있다.Treatments known to date include autologous bone grafts for transplanting their own bones, allogeneic bone grafts for transplanting bones of others, and xenograft grafts for treating and transplanting animal bones.

상기 자가골 이식술은 환자의 정상부위에서 이미 생성되어 있는 뼈조직을 손상된 조직 부위에 이식하는 방법으로, 일부 환자에게서 성공을 거두었다. 그러나 정상 조직을 희생하는 셈이 되므로, 이러한 공여부에 새로운 통증이 생길 수 있는 등의 취약점이 있으며, 수술 후 통증, 골절, 출혈, 반흔을 비롯하여 재활이 더디게 이루어지는 등의 합병증이 발생할 수 있는 단점이 있다. 동종골 이식술은 면역 반응, 간염 등의 질환이 전염될 수 있는 위험이 있다. 한편 이종골 이식술은 면역 반응과 광우병 등의 위험이 있는 단점이 있다. 이에 생체 적합성이 우수한 골이식재로서의 생체 인공재료의 개발이 요구되고 있다. The autologous bone graft is a method of transplanting bone tissue, which has already been produced in the normal part of a patient, into a damaged tissue area, and has been successful in some patients. However, since it is a sacrifice of normal tissue, there are vulnerabilities such as new pain in the donor, and complications such as pain, fracture, bleeding, scars, and slow rehabilitation after surgery may occur. . Allogeneic bone grafts present a risk of transmission of diseases such as immune response and hepatitis. On the other hand, xenograft transplantation has the disadvantage of risk of immune response and mad cow disease. Accordingly, there is a demand for development of a bio-artificial material as a bone graft material having excellent biocompatibility.

인공 골이식재의 대표적인 물질로, 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite), 인산삼칼슘(tricalcium phosphate) 등의 인산칼슘계 세라믹, 생체활성유리 등이 널리 사용되고 있다. 이중 인산칼슘계 세라믹은 생체 적합성이 우수할 뿐만 아니라 안전성이 우수하여 골 이식재로 활발이 연구되고 있다. As a representative material of artificial bone graft material, calcium phosphate-based ceramics such as hydroxyapatite, tricalcium phosphate, and bioactive glass are widely used. Dual calcium phosphate-based ceramics are not only excellent in biocompatibility but also excellent in safety, and are being actively researched as bone graft materials.

한편, 마이크로스피어(microsphere)는 종래에는 방사선 진단약에 사용되었고, 최근에는 약물운반체로 널리 주목받고 있다. 이러한 마이크로스피어는 일반적으로 약물이 고분자 매트릭스에 용해 상태 또는 미결정 상태로 분산하고 있는 1 내지 2000㎛의 미립자계를 가리킨다. On the other hand, the microsphere (microsphere) has been conventionally used in radiodiagnostic drugs, and recently, has attracted wide attention as a drug carrier. Such microspheres generally refer to a particulate system of 1 to 2000 μm in which the drug is dispersed in a dissolved or microcrystalline state in the polymer matrix.

마이크로스피어와 같은 마이크로입자는 약물, 단백질, 세포의 전달, 약물의 지연방출, 표적부위로의 송달, 유동성을 비롯한 물리적 특성의 개선 등의 다양한 목적으로 개발되고 있다(S. Freiberg, X.X. Zhu, Int. J. Pharm. 282, 1 (2004)). 피막소재로 사용되는 고분자, 무기물 및 이들의 혼합물은 상술한 용도를 위해 개발되었고, 시험관내(in vitro) 가능성 및 임상 성과를 보여주었다(K.J. Pekarek, J.S. Jacob, E. Mathiowitz, Nature 367, 258 (1994); M. Borden, M. Attawia, Y. Khan, C.T. Laurencin, Biomaterials 23, 551 (2002); H.J. Gu, H.H. Lee, H.W. Kim, Tissue Eng. 13, 965 (2007); Q.Q. Qiu, P. Ducheyne, P.S. Ayyaswamy, J. Biomed. Mater. Res. 52, 66 (2000); A.M. Rokstad, S. Holtan, B. Strand, B. Steinkjer, L. Ryan, B.Kulseng, G. Skjak-Braek, T. Espevik, Cell Transplant. 11, 313 (2002); D. Kato, M. Takeuchi, T. Sakurai, S. Furukawa, H. Mizokami, M. Sakata, C. Hirayama, M. Kunitake, Biomaterials 24, 4253 (2003); H. Maeda, T. Kasuga, Acta Biomater. 2, 403 (2006); H.W. Kim, B.H. Yoon, H.E. Kim, J. Mater. Sci. Mater. Med. 16, 1105 (2005); Q.Q. Qiu, P. Ducheyne, P.S. Ayyaswamy, Biomaterials 20, 989 (1999)). 유전자, 세포 또는 조직 수준에서 치료 효과를 이끌어내기 위하여 생체 활성 고분자를 유지하고 방출하는데 있어 마이크로 입자가 효과적임이 많은 시험관내(in vitro) 및 생체내(in vivo) 연구 결과 밝혀졌다. Microparticles, such as microspheres, are being developed for a variety of purposes, including delivery of drugs, proteins, cells, delayed release of drugs, delivery to target sites, and improvement of physical properties, including fluidity (S. Freiberg, XX Zhu, Int). J. Pharm. 282 , 1 (2004). Polymers, inorganic materials and mixtures thereof used as coating materials have been developed for the above-mentioned uses, and in vitro in vitro ) and feasibility and clinical performance (KJ Pekarek, JS Jacob, E. Mathiowitz, Nature 367 , 258 (1994); M. Borden, M. Attawia, Y. Khan, CT Laurencin, Biomaterials 23 , 551 (2002) HJ Gu, HH Lee, HW Kim, Tissue Eng. 13 , 965 (2007); QQ Qiu, P. Ducheyne, PS Ayyaswamy, J. Biomed. Mater.Res. 52 , 66 (2000); AM Rokstad, S. Holtan, B. Strand, B. Steinkjer, L. Ryan, B. Kulseng, G. Skjak-Braek, T. Espevik, Cell Transplant. 11 , 313 (2002); D. Kato, M. Takeuchi, T. Sakurai, S. Furukawa, H. Mizokami, M. Sakata, C. Hirayama, M. Kunitake, Biomaterials 24 , 4253 (2003); H. Maeda, T. Kasuga, Acta Biomater. 2 , 403 (2006); HW Kim, BH Yoon, HE Kim, J. Mater. Sci. Mater. Med. 16 , 1105 (2005); QQ Qiu, P. Ducheyne, PS Ayyaswamy, Biomaterials 20 , 989 (1999)). Many in vitro to be a micro-particle effective in maintaining a bioactive polymer and release in order to elicit a therapeutic effect in a gene, cell or tissue level (in vitro) and in vivo (in in vivo ).

상술한 하이드록시아파타이트로 제조된 작은 사이즈(수십 내지 수백 마이크로미터)의 과립은 치주낭 및 치조 뼈에 있는 결점을 채우고 증강하기 위하여 제조되었다(W. Paul, C.P. Sharma, J. Biomater. Appl. 17, 253 (2003); K.A. Al Ruhaimi, Int. J. Oral. Maxillofac Implants. 16, 105 (2001); P.C. Hobar, M. Pantaloni, H.S. Byrd, Clin. Plast. Surg. 27, 557 (2000); J.M. Schmitt, D.C. Buck, S.P. Joh, S.E. Lynch, J.O. Hollinger, J. Periodontol. 68, 1043 (1997)). 이러한 하이드록시아파타이트 과립은 자연적인 뼈의 무기물과 유사한 화학적 조성 때문에 많은 실험적인 모델에서 우수한 뼈 형성 능력이 보고된 바 있다. 생체내(in vivo) 치료효과와 조직 공학을 위한 생체외(ex vivo) 세포분화를 포함하는 특정한 생물학적 반응을 유도하기 위해, 단백질, 항생제 및 성장 인자와 같은 적절한 생체활성 신호가 하이드록시아파타이트 과립 및 스캐폴드와 함께 도입되었다(B.G. Santoni, G.E. Pluhar, T. Motta, D.L. Wheeler, Biomed. Mater. Eng. 17, 277 (2007); H.W. Kim, J.C. Knowles, H.E. Kim, J. Mater. Sci. Mater. Med. 16, 189 (2005); I. Ono, T. Yamashita, H.Y. Jin, Y. Ito, H. Hamada, Y. Akasaka, M. Nakasu, T. Ogawa, K. Jimbow, Biomaterials 25, 4709 (2004); H.W. Kim, H.E. Kim, J.C. Knowles, Biomaterials 25, 1279 (2004)).Small sizes (tens of tens to hundreds of micrometers) of granules prepared with the hydroxyapatite described above were prepared to fill and enhance defects in the periodontal pocket and alveolar bone (W. Paul, CP Sharma, J. Biomater. Appl. 17 , 253 (2003); KA Al Ruhaimi, Int. J. Oral. Maxillofac Implants. 16 , 105 (2001); PC Hobar, M. Pantaloni, HS Byrd, Clin.Plast.Surg. 27 , 557 (2000); JM Schmitt , DC Buck, SP Joh, SE Lynch, JO Hollinger, J. Periodontol. 68 , 1043 (1997)). These hydroxyapatite granules have been reported to have excellent bone formation ability in many experimental models because of the chemical composition similar to that of natural bone minerals. In vivo (in vivo) in vitro for therapy and tissue engineering (ex vivo) to induce specific biological responses including cell differentiation, an appropriate signal, such as a bioactive protein, antibiotics and growth factors have been introduced with hydroxyapatite granules and scaffold (BG Santoni, GE Pluhar, T. Motta, DL Wheeler, Biomed. Mater. Eng. 17 , 277 (2007); HW Kim, JC Knowles, HE Kim, J. Mater.Sci.Mate.Med. 16 , 189 (2005); I. Ono, T. Yamashita, HY Jin, Y. Ito, H. Hamada, Y. Akasaka, M. Nakasu, T. Ogawa, K. Jimbow, Biomaterials 25 , 4709 (2004); HW Kim, HE Kim, JC Knowles, Biomaterials 25 , 1279 (2004 )).

다공성 블록과 비교하여, 마이크로스피어를 포함하는 과립형 하이드록시아파타이트는 복잡한 형상의 결손부위를 충진하기 위한 필러로서 뿐만 아니라 주입가능한 캐리어로 이용될 수 있다(M. Borden, M. Attawia, Y. Khan, C.T. Laurencin, Biomaterials 23, 551 (2002); H.J. Gu, H.H. Lee, H.W. Kim, Tissue Eng. 13, 965 (2007)). 이러한 마이크로스피어는 결손 조직에 직접 이식되었을 때 골원성 또는 줄기 세포의 소집 또는 생체외(ex vivo)에서 설계된 후 특성 세포의 전달에 있어서 유용한 벡터로 인지되고 있다(M. Borden, M. Attawia, Y. Khan, C.T. Laurencin, Biomaterials 23, 551 (2002); H.J. Gu, H.H. Lee, H.W. Kim, Tissue Eng. 13, 965 (2007); Q.Q. Qiu, P. Ducheyne, P.S. Ayyaswamy, J. Biomed. Mater. Res. 52, 66 (2000); A.M. Rokstad, S. Holtan, B. Strand, B. Steinkjer, L. Ryan, B. Kulseng, G. Skjak-Braek, T. Espevik, Cell Transplant. 11, 313 (2002); D. Kato, M. Takeuchi, T. Sakurai, S. Furukawa, H. Mizokami, M. Sakata, C. Hirayama, M. Kunitake, Biomaterials 24, 4253 (2003)). 고분자 마이크로입자를 사용한 세포의 배양 및 전달에 관한 최근 연구는 구형의 물질이 세포의 성장 및 군집에 효과적임을 보여준 바 있다(A.M. Rokstad, S. Holtan, B. Strand, B. Steinkjer, L. Ryan, B. Kulseng, G. Skjak-Braek, T. Espevik, Cell Transplant. 11, 313 (2002); D. Kato, M. Takeuchi, T. Sakurai, S. Furukawa, H. Mizokami, M. Sakata, C. Hirayama, M. Kunitake, Biomaterials 24, 4253 (2003)). 더욱이, 콜라겐-아파타이트 마이크로스피어가 쥐-유래 줄기세포의 성장 및 뼈-관련 유전자의 발현을 돕는데 있어 마이크로스피어의 잠재력을 보여준 바 있다(H.J. Gu, H.H. Lee, H.W. Kim, Tissue Eng. 13, 965 (2007)). 그러나, 대부분의 연구가 생체세라믹 입자의 약물 전달 또는 스피어 형성과 관련된 제어에 집중된 반면, 하이드록시아파타이트 마이크로스피어, 특히 세포 전달 및 조직 공학 매트릭스로서의 유용성에 대한 연구가 많이 이루어지지 않은 실정이다(Q.Q. Qiu, P. Ducheyne, P.S. Ayyaswamy, Biomaterials 20, 989 (1999); M.P. Ferraz, A.Y. Mateus, J.C. Sousa, F.J. Monteiro, J. Biomed. Mater. Res. A 81, 994 (2007); S.P. Victor, T.S. Kumar, J. Mater. Sci. Mater. Med. 19, 283 (2008)).Compared to porous blocks, granular hydroxyapatite containing microspheres can be used as filler for filling missing defects of complex shape as well as injectable carriers (M. Borden, M. Attawia, Y. Khan). , CT Laurencin, Biomaterials 23 , 551 (2002); HJ Gu, HH Lee, HW Kim, Tissue Eng. 13 , 965 (2007)). Such microspheres can be used for the recruitment or ex vivo of osteogenic or stem cells when explanted directly into defective tissue. Designed in vivo , it is recognized as a useful vector for the delivery of characteristic cells (M. Borden, M. Attawia, Y. Khan, CT Laurencin, Biomaterials 23 , 551 (2002); HJ Gu, HH Lee, HW Kim, Tissue Eng. 13 , 965 (2007); QQ Qiu, P. Ducheyne, PS Ayyaswamy, J. Biomed.Mate.Res. 52 , 66 (2000); AM Rokstad, S. Holtan, B. Strand, B. Steinkjer, L. Ryan, B. Kulseng, G. Skjak-Braek, T. Espevik, Cell Transplant. 11 , 313 (2002); D. Kato, M. Takeuchi, T. Sakurai, S. Furukawa, H. Mizokami, M. Sakata, C. Hirayama, M. Kunitake, Biomaterials 24 , 4253 (2003)). Recent studies on cell culture and delivery using polymeric microparticles have shown that spherical materials are effective for cell growth and population (AM Rokstad, S. Holtan, B. Strand, B. Steinkjer, L. Ryan, B. Kulseng, G. Skjak-Braek, T. Espevik, Cell Transplant. 11 , 313 (2002); D. Kato, M. Takeuchi, T. Sakurai, S. Furukawa, H. Mizokami, M. Sakata, C. Hirayama, M. Kunitake, Biomaterials 24 , 4253 (2003)). Moreover, collagen-apatite microspheres have shown the potential of microspheres to help the growth of mouse-derived stem cells and the expression of bone-related genes (HJ Gu, HH Lee, HW Kim, Tissue Eng. 13 , 965 ( 2007)). However, while most of the research has focused on the control of drug delivery or sphere formation of bioceramic particles, there has not been much research on their usefulness as hydroxyapatite microspheres, especially cell delivery and tissue engineering matrices (QQ Qiu , P. Ducheyne, PS Ayyaswamy, Biomaterials 20 , 989 (1999); MP Ferraz, AY Mateus, JC Sousa, FJ Monteiro, J. Biomed. Mater.Res.A 81 , 994 (2007); SP Victor, TS Kumar, J. Mater. Sci. Mater. Med. 19 , 283 (2008)).

인산칼슘계 세라믹의 조직공학 매트릭스에 관한 연구의 일예로 대한민국 특허등록 제10-0498759호는 인산칼슘계 화합물을 산성 수용액에 용해시키고, 상기 수용액에 염기를 첨가하여 중성 또는 알칼리성으로 조절하고, 온도를 상승시켜, 하이드록시아파타이트를 재석출하는 하이드록시아파타이트 과립의 제조방법 제안하고 있다.As an example of a study on the tissue engineering matrix of calcium phosphate-based ceramics, Korean Patent Registration No. 10-0498759 discloses dissolving a calcium phosphate-based compound in an acidic aqueous solution, adding a base to the aqueous solution to adjust neutral or alkaline, and adjusting the temperature. The manufacturing method of the hydroxyapatite granule which raises and reprecipitates hydroxyapatite is proposed.

또한 대한민국 특허등록 제10-0498759호는 인산삼칼슘 전구체, 기공 전구체, 젤라틴 용액 및 분산매를 이용하여 구형의 다공성 β-인산삼칼슘 구형 과립을 제조하는 방법을 개시하고 있다. In addition, Korean Patent Registration No. 10-0498759 discloses a method for producing spherical porous β-tricalcium phosphate spherical granules using tricalcium phosphate precursor, pore precursor, gelatin solution and dispersion medium.

그러나 상기 언급한 방법에 따라 제조된 인산칼슘계 과립의 경우 모두 닫힌 구조로서, 골전도 및 골재생을 할 수 있는 넓은 표면적과 공간을 제공할 수 없는 근본적인 문제점을 가지고 있어, 골이식재 또는 골세포지지체로서 골형성을 촉진하기에 어려운 한계가 있다.However, the calcium phosphate-based granules manufactured according to the above-mentioned method are all closed structures, and have a fundamental problem in that they cannot provide a large surface area and space for bone conduction and bone regeneration. As it is difficult to promote bone formation there is a limit.

상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 서로 잘 연결된 열린 기공 구조를 가져 골세포가 부착되어 골전도 및 골재생을 할 수 있도록 넓은 표면적과 공간을 제공할 수 있는 골재생을 위한 다공성 마이크로스피어 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다. In order to solve the above problems, an object of the present invention has an open pore structure that is well connected to each other, a porous micro for bone regeneration that can provide a large surface area and space for bone conduction and bone regeneration attached to bone cells It is to provide a sphere and a manufacturing method thereof.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 In order to achieve the above object,

생체활성 세라믹을 포함하는 구형의 몸체의 표면 및 내부에 미세 기공이 형성되고, 상기 미세 기공이 상호 연결된 열린 기공 구조를 갖는 다공성 마이크로스피어를 제공한다.Provided is a porous microsphere having fine pores formed on the surface and inside of a spherical body including a bioactive ceramic, the micropores having an open pore structure interconnected.

또한 본 발명은Also,

S1) 생체활성 세라믹; 유기용매; 분산제; 기공형성제; 및 결합제를 포함하는 세라믹 슬러리를 제조하는 단계;S1) bioactive ceramics; Organic solvents; Dispersing agent; Pore formers; And preparing a ceramic slurry comprising a binder;

S2) 친수성 용매 및 계면활성제를 포함하는 수상을 제조하는 단계;S2) preparing an aqueous phase comprising a hydrophilic solvent and a surfactant;

S3) 상기 S2)에서 제조된 수상에 상기 S1)에서 제조된 세라믹 슬러리를 적하하는 단계;S3) dropping the ceramic slurry prepared in S1) to the aqueous phase prepared in S2);

S4) 상기 수상 중에 생성된 마이크로스피어를 수득하는 단계; S4) obtaining microspheres produced in the water phase;

S5) 기공형성제를 승화시켜 마이크로스피어 몸체 및 내부에 기공을 형성하는 단계; 및S5) subliming the pore former to form pores in the microsphere body and inside; And

S6) 상기 S5)에서 수득한 기공이 형성된 마이크로스피어를 열처리하는 단계 S6) heat-treating the microspheres with pores obtained in S5)

를 포함하는 다공성 마이크로스피어의 제조방법을 제공한다. It provides a method for producing a porous microsphere comprising a.

본 발명에 따른 다공성 마이크로스피어는 외부와 연결된 열린 기공를 가지고, 이러한 기공은 서로 잘 연결되어 골세포가 부착되어 골전도 및 골재생을 할 수 있는 넓은 표면적과 공간을 제공한다. 따라서 본 발명에 따른 다공성 마이크로스피어는 골이식재 또는 골세포 지지체로 유용하게 사용될 수 있다. Porous microspheres according to the present invention has open pores connected to the outside, these pores are well connected to each other to provide a large surface area and space that can be attached to bone cells and bone conduction and bone regeneration. Therefore, the porous microsphere according to the present invention can be usefully used as a bone graft material or bone cell support.

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

본 발명의 다공성 마이크로스피어는 생체활성 세라믹을 포함하는 구형의 몸체의 표면 및 내부에 미세 기공이 형성되고, 상기 미세 기공이 상호 연결된 열린 기공 구조를 갖는다. The porous microsphere of the present invention has micropores formed on the surface and inside of the spherical body including the bioactive ceramic, and has an open pore structure in which the micropores are interconnected.

이때 마이크로스피어의 재질은 생체활성 세라믹을 포함한다. 생체활성 세라믹은 뼈의 무기성분과 같이 체내에서 흡수 또는 잔류하며 뼈의 생성을 전도(conduct)할 수 있는 무기재료로서, 조직세포의 유착과 증식이 잘 일어나고 분화된 세포의 기능이 보전되며 체내 이식 후에도 주위 조직과 잘 융화되어 염증 반응을 유발하지 않는 생체적합성을 갖는 것이라면 어떠한 것이든 사용이 가능하다. 대표적으로 인산칼슘계 세라믹, 칼슘실리케이트계 세라믹, 생체활성유리 또는 이들의 혼합물 등이 가능하다. 일예로, 하이드록시아파타이트(Ca10(PO4)6OH2), 옥시 아 파타이트(Ca10(PO4)6O), 인산일칼슘(Ca(H2PO4)2), 인산이칼슘(CaHPO4?2H2O), 인산삼칼슘(Ca3(PO4)2), 인산사칼슘(Ca4(PO4)2O), 칼슘메타 포스페이트(Ca(PO3)2) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 인산칼슘계 세라믹; 트리칼슘 실리케이트(Ca3SiO5), 칼슘 오르소실리케이트(Ca2SiO4), 칼슘 디실리케이트(CaSi2O5), 트리칼슘 디실리케이트(Ca3Si2O7), 월라스토나이트(CaSiO3) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 칼슘실리케이트계 세라믹;실리카(SiO2), 산화나트륨(Na2O), 산화칼슘(CaO), 오산화인(P2O5) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 생체활성유리; 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다.At this time, the material of the microsphere includes a bioactive ceramic. Bioactive ceramic is an inorganic material that absorbs or remains in the body and conducts bone formation, like bone minerals. The adhesion and proliferation of tissue cells occur well, and the function of differentiated cells is preserved. It can be used as long as it has a biocompatibility that is compatible with surrounding tissues and does not cause an inflammatory response. Typically, calcium phosphate-based ceramics, calcium silicate-based ceramics, bioactive glass or mixtures thereof may be used. For example, hydroxyapatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 OH 2 ), oxyapatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 O), monocalcium phosphate (Ca (H 2 PO 4 ) 2 ), dicalcium phosphate (CaHPO 4 -2H 2 O), tricalcium phosphate (Ca 3 (PO 4 ) 2 ), tetracalcium phosphate (Ca 4 (PO 4 ) 2 O), calcium metaphosphate (Ca (PO 3 ) 2 ) and their Calcium phosphate ceramics selected from the group consisting of mixtures; Tricalcium silicate (Ca 3 SiO 5 ), calcium orthosilicate (Ca 2 SiO 4 ), calcium disilicate (CaSi 2 O 5 ), tricalcium disilicate (Ca 3 Si 2 O 7 ), wollastonite (CaSiO 3) Calcium silicate-based ceramics selected from the group consisting of; silica (SiO 2 ), sodium oxide (Na 2 O), calcium oxide (CaO), phosphorus pentoxide (P 2 O 5 ) and mixtures thereof Bioactive glass selected from the group; Or mixtures thereof.

이때 마이크로스피어는 기계적 물성 및 조직공학적 용도를 고려하여 평균입경이 바람직하게는 220 내지 260 ㎛, 더욱 바람직하게는 230 내지 250 ㎛이고, 미세기공의 직경이 20 내지 50 ㎛이다. In this case, the microspheres have an average particle diameter of preferably 220 to 260 μm, more preferably 230 to 250 μm, and micropore diameters of 20 to 50 μm in consideration of mechanical properties and tissue engineering uses.

본 발명의 다공성 마이크로스피어는 미세 기공이 상호 연결된 열린 기공구조를 가지고 있어 골조직이 마이크로스피어 내로 성장되어 들어올 수 있다. 이에 따라, 골세포가 부착되어 골전도 및 골재생을 할 수 있는 넓은 표면적과 공간이 제공된다. Porous microspheres of the present invention has an open pore structure in which micropores are interconnected to allow bone tissue to be grown into the microspheres. Accordingly, a large surface area and space for attaching bone cells to conduct bone conduction and bone regeneration are provided.

도 1은 본 발명에 따른 골조직 재생을 위한 다공성 마이크로스피어의 제조단계를 보여주는 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a step of manufacturing a porous microsphere for bone tissue regeneration according to the present invention.

도 1을 참조하면, 전술한 바의 골조직 재생을 위한 다공성 마이크로스피어는Referring to Figure 1, the porous microspheres for bone tissue regeneration as described above

S1) 생체활성 세라믹; 유기용매; 분산제; 기공형성제; 및 결합제를 포함하는 세라믹 슬러리를 제조하는 단계;S1) bioactive ceramics; Organic solvents; Dispersing agent; Pore formers; And preparing a ceramic slurry comprising a binder;

S2) 친수성 용매 및 계면활성제를 포함하는 수상을 제조하는 단계;S2) preparing an aqueous phase comprising a hydrophilic solvent and a surfactant;

S3) 상기 S2)에서 제조된 수상에 상기 S1)에서 제조된 세라믹 슬러리를 적하하는 단계;S3) dropping the ceramic slurry prepared in S1) to the aqueous phase prepared in S2);

S4) 상기 수상 중에 생성된 마이크로스피어를 수득하는 단계; S4) obtaining microspheres produced in the water phase;

S5) 기공형성제를 승화시켜 마이크로스피어 몸체 및 내부에 기공을 형성하는 단계; 및S5) subliming the pore former to form pores in the microsphere body and inside; And

S6) 상기 S5)에서 수득한 기공이 형성된 마이크로스피어를 열처리하는 단계 S6) heat-treating the microspheres with pores obtained in S5)

를 거쳐 제조한다. It is prepared through.

먼저, 단계 S1)에서 생체활성; 유기용매; 분산제및 결합제를 포함하는 세라믹 슬러리를 제조한다. First, bioactivity in step S1); Organic solvents; A ceramic slurry is prepared comprising the dispersant and the binder.

본 발명에서 사용될 수 있는 생체활성 세라믹은 전술한 바의 내용으로 대체한다. 이때 생체활성 세라믹의 함량은 다공성 마이크로스피어가 용이하게 형성될 수 있도록 세라믹 슬러리 중 5 내지 50 중량%인 것이 바람직하다. Bioactive ceramics that can be used in the present invention are replaced by the foregoing. In this case, the content of the bioactive ceramic is preferably 5 to 50% by weight of the ceramic slurry so that the porous microspheres can be easily formed.

상기 유기 용매는 생체활성 세라믹, 기공형성제, 분산제 및 결합제를 균일하게 용해시킬 수 있는 것이면 본 발명에서 특별히 제한되지 않는다. 바람직한 유기 용매로 소수성 및 휘발성이 강한 것을 사용할 수 있다. 일예로 디클로로메탄, 클로로포름, 디메틸포름아미드, 에틸 아세테이트, 에탄올, 메탄올, 아세톤, 아세토니 트릴, 테트라하이드로퓨란, 아세트산, 디메틸설폭사이드 및 이들의 혼합용매가 가능하다. 이때 유기 용매의 함량은 세라믹 슬러리 중 10 내지 93 중량%인 것이 바람직하다. The organic solvent is not particularly limited in the present invention as long as it can uniformly dissolve the bioactive ceramic, the pore-forming agent, the dispersing agent and the binder. As preferred organic solvents, those having high hydrophobicity and high volatility can be used. For example, dichloromethane, chloroform, dimethylformamide, ethyl acetate, ethanol, methanol, acetone, acetonitrile, tetrahydrofuran, acetic acid, dimethyl sulfoxide and mixed solvents thereof are possible. At this time, the content of the organic solvent is preferably 10 to 93% by weight in the ceramic slurry.

상기 결합제는 생체활성 세라믹 분말의 결합을 위해 첨가되는 것으로, 바람직하게는 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐부티럴 및 이들의 혼합물을 사용한다. 이때 결합제의 함량은 세라믹 슬러리 중 0.1 내지 10 중량%인 것이 바람직하다. The binder is added for the binding of the bioactive ceramic powder, and preferably polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl butyral and mixtures thereof. In this case, the content of the binder is preferably 0.1 to 10% by weight in the ceramic slurry.

본 발명의 기공형성제는 최종 제조되는 다공성 마이크로스피어에 열린 기공 구조를 부여하기 위해 첨가되는 것으로, 대기 조건에서 승화에 의해 제거될 수 있는 것으면 특별히 한정하지 않는다. 바람직하게는 20 내지 60 ℃의 융점을 가진 것을 사용한다. 대표적으로 캄펜, 캠포르, 나프탈렌, 멘톨, 티몰, 쿠마린, 바닐린, 살리실아미드, 2-아미노피리딘, t-부탄올, 트리클로로- t-부탄올, 이미다졸, 디메틸설폰, 우레아, 2-아미도피리딘이 가능하다. 바람직하기로는 캄펜을 사용한다. 이때 기공형성제의 함량은 세라믹 슬러리 중 1 내지 70 중량%인 것이 바람직하다. The pore-forming agent of the present invention is added to impart an open pore structure to the finally prepared porous microsphere, and is not particularly limited as long as it can be removed by sublimation under atmospheric conditions. Preferably, those having a melting point of 20 to 60 ° C are used. Typically camphor, camphor, naphthalene, menthol, thymol, coumarin, vanillin, salicyamide, 2-aminopyridine, t -butanol, trichloro- t -butanol, imidazole, dimethylsulfone, urea, 2-amidopyridine This is possible. Preferably, camphor is used. At this time, the content of the pore-forming agent is preferably 1 to 70% by weight in the ceramic slurry.

생체활성 세라믹 분말의 응집을 억제하고 고르게 분산시켜 균일한 특성을 갖는 세라믹 슬러리를 제조하기 위해 분산제를 첨가한다. 상기 분산제는 생체활성 세라믹 분말이 균일하게 분산될 수 있는 것이라면, 특별하게 한정하지 않는다. 그러나, 생체활성 세라믹 분말의 우수한 분산효과를 주는 올리고머 폴리에스터(oligomeric polyester)가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 올리고머 폴 리에스터로서 KD4(Hypermer; UniQuema)를 사용할 수 있다. 이때 분산제의 함량은 세라믹 슬러리 중 0.1 내지 10 중량%인 것이 바람직하다. A dispersant is added to suppress and evenly disperse the aggregation of the bioactive ceramic powder to produce a ceramic slurry having uniform properties. The dispersant is not particularly limited as long as the bioactive ceramic powder can be uniformly dispersed. However, oligomeric polyesters that give excellent dispersion of bioactive ceramic powders are preferred, and KD4 (Hypermer; UniQuema) may be more preferably used as the oligomeric polyester. At this time, the content of the dispersant is preferably 0.1 to 10% by weight in the ceramic slurry.

다음으로, 단계 S2)에서는 친수성 용매 및 계면활성제를 포함하는 수상을 제조한다. Next, in step S2), an aqueous phase containing a hydrophilic solvent and a surfactant is prepared.

상기 친수성 용매는 바람직하게는 증류수를 사용한다.The hydrophilic solvent is preferably used distilled water.

본 발명의 수상은 슬러리 방울과 친수성 용매 사이의 계면을 조정하기 위해 계면활성제를 포함할 수 있다. 상기 계면활성제는 HLB(hydrophilic-lipophilic balance) 값이 10 이상인 것이면 어떠한 것이든 사용할 수 있다. 일예로 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐부티럴, 폴리비닐메틸에테르, 폴리비닐에테르 및 이들의 혼합물 등이 가능하다. 계면활성제의 사용량은 제조되는 다공성 마이크로스피어의 입경을 고려하여 수상 중 0.1 내지 10 중량%가 바람직하다.The aqueous phase of the present invention may include a surfactant to adjust the interface between the slurry droplet and the hydrophilic solvent. The surfactant may be used as long as HLB (hydrophilic-lipophilic balance) value is 10 or more. For example, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl butyral, polyvinyl methyl ether, polyvinyl ether and mixtures thereof may be used. The amount of the surfactant is preferably 0.1 to 10% by weight in the water phase in consideration of the particle size of the porous microspheres to be produced.

이어서, 단계 S3)에서는 상기 S2)에서 제조된 수상에 상기 S1)에서 제조된 세라믹 슬러리를 적하한다. Subsequently, in step S3), the ceramic slurry prepared in S1) is added dropwise to the aqueous phase prepared in S2).

수상에 세라믹 슬러리를 한 방울씩 떨어뜨리게 되면 생체활성 세라믹이 결합하여 구형의 입자가 형성된다. 이어, 고상화(soldificiation)가 진행되고, 구형의 입자는 안정적인 형상을 유지하게 된다. 이때 휘발성이 강한 유기 용매는 교반에 의해 휘발한다. Dropping the ceramic slurry into the water phase dropwise causes the bioactive ceramics to combine to form spherical particles. Subsequently, solidification proceeds, and the spherical particles maintain a stable shape. At this time, the highly volatile organic solvent is volatilized by stirring.

슬러리 적하시 균일한 구조를 갖는 다공성 마이크로스피어의 제조를 위해 100 내지 2,000 rpm의 교반속도로 10 분 내지 24 시간 충분히 교반하여 제조한다. 만약 교반 속도가 너무 빨라 지면 입자의 형성이 어렵고, 깨지는 문제점이 있으며, 이와 반대로 교반 속도가 너무 느리면 입자들의 초기 형성시 응집에 의한 마이크로스피어의 입경이 커지는 문제점이 있기 때문이다. 교반시간은 유기용매가 충분히 증발하고 마이크로스피어가 고상화하는데 필요한 시간으로서 마이크로스피어의 재질, 교반속도, 유기용매의 종류에 따라 상기 범위 내에 변경될 수 있다. The slurry is prepared by stirring sufficiently for 10 minutes to 24 hours at a stirring speed of 100 to 2,000 rpm to prepare a porous microsphere having a uniform structure. If the stirring speed is too fast, the formation of particles is difficult, there is a problem that is broken, on the contrary, if the stirring speed is too slow, there is a problem that the particle size of the microspheres due to agglomeration during the initial formation of the particles increases. The stirring time is a time required for the organic solvent to evaporate sufficiently and the microspheres to be solidified may be changed within the above ranges according to the material, the stirring speed, and the type of the organic solvent of the microspheres.

다음으로 단계 S4)에서는 상기 수상 중에 생성된 마이크로스피어를 수득한다. Next, in step S4), microspheres generated in the water phase are obtained.

유기용매 증발 후 고상화가 완전히 이루어져 경화된 마이크로스피어를 수득한다. 이때 여과공정, 세척공정, 건조공정 등의 통상적으로 알려진 방법이 수행된다. Solidification is complete after evaporation of the organic solvent to give a cured microsphere. At this time, commonly known methods such as filtration, washing, drying and the like are performed.

이어서, 단계 S5)에서는 기공형성제를 승화시켜 마이크로스피어 몸체 및 내부에 기공을 형성한다. Subsequently, in step S5), the pore-forming agent is sublimed to form pores in the microsphere body and the inside.

본 발명에서 사용되는 기공형성제는 제조공정에서 사용되는 용액의 융점 이상의 온도로 가열하지 않아도 대기 조건에서 승화에 의해 쉽게 제거된다. 이러한 기공형성제에 승화에 의해 마이크로스피어는 미세 기공이 서로 연결된 열린 기공 구조를 갖는다. The pore-forming agent used in the present invention is easily removed by sublimation at atmospheric conditions without heating to a temperature above the melting point of the solution used in the manufacturing process. The microspheres have an open pore structure in which micropores are connected to each other by sublimation to such a pore-forming agent.

이러한 기공 형성 단계는 대기조건 상온에서 10분 내지 100 시간 동안 수행 한다. 이때 기공 형성 시간이 상기 범위 미만이면 충분한 기공을 형성할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하더라도 더 이상의 효과가 없어 비경제적이다. The pore forming step is performed for 10 minutes to 100 hours at ambient temperature. At this time, when the pore forming time is less than the above range, sufficient pores cannot be formed. On the contrary, even if the pore-forming time exceeds the above range, there is no further effect, which is uneconomical.

마지막으로 단계 S6)에서는 기공이 형성된 마이크로스피어를 열처리한다. Finally, in step S6), the microspheres with pores are heat-treated.

이러한 열처리 단계를 통해 표면에 잔류하고 있는 결합제, 계면활성제, 미반응 물질 등이 제거되며, 생체활성 세라믹 등이 치밀화되어 결정화됨으로써 안정적 구조를 갖게 된다. Through such a heat treatment step, binders, surfactants, and unreacted substances remaining on the surface are removed, and the bioactive ceramics are densified and crystallized to have a stable structure.

이때 열처리는 600 내지 1500 ℃에서 10 분 내지 5 시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. At this time, the heat treatment is preferably performed for 10 minutes to 5 hours at 600 to 1500 ℃.

이러한 열처리 단계는 0.1 내지 5 ℃/min의 승온 속도로 수행하는 것이 바람직하다. This heat treatment step is preferably carried out at a temperature increase rate of 0.1 to 5 ℃ / min.

이때 열처리 온도 및 시간이 상기 범위 미만이면 생체활성 세라믹의 충분한 결정화가 이루어지지 않고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하여 수행하면 마이크로스피어의 직경 및 이에 형성된 기공의 크기가 감소되므로 상기 범위내에서 적절히 수행되어야 한다.In this case, if the heat treatment temperature and time is less than the above range, sufficient crystallization of the bioactive ceramic is not performed. On the contrary, if the heat treatment temperature is exceeded, the diameter of the microsphere and the size of the pores formed therein are reduced. do.

상술한 열처리를 거치면서 결합제, 미반응 물질 등의 소멸에 의한 중량 감소와 생체활성 세라믹 분말이 소결되어 다공성 마이크로스피어의 크기가 감소하게 된다. Through the above heat treatment, the weight decrease and the bioactive ceramic powder are sintered by the disappearance of the binder, the unreacted material, etc., thereby reducing the size of the porous microspheres.

선택적으로, 상기 S5)에서 수득한 기공이 형성된 마이크로스피어를 생체유사 용액에 침지하는 단계를 더욱 수행할 수 있다. 이러한 침지단계를 수행하는 경우 고형물에 칼슘 포스페이트 침전이 형성되어, 최종 열처리 후 하이드록시아파타이트 결정을 얻을 수 있게 된다. 특히, 생체활성 세라믹으로 칼슘실리케이트계 세라믹을 사용하는 경우 생체유사용액 침지하여 열처리하게 되면, 하이드록시아파타이트-월라스토나이트 이중 결정 구조를 갖는 다공성 마이크로스피어를 얻을 수 있게 된다. 이때 침지단계는 상온에서 1 내지 1000 시간 동안 수행한다. 만약 침지시간이 상기 범위 미만이면, 마이크로스피어 표면에 칼슘 포스페이트 침전 형성이 미미하고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 용액 내에서 칼슘 이온과 결정을 형성하여 침전물이 형성되어 고형물 표면에 침전이 형성되지 못하는 문제점이 있다. Optionally, the step of immersing the microspheres formed with pores obtained in S5) in a bio-like solution may be further performed. When this immersion step is performed, calcium phosphate precipitates are formed in the solids, thereby obtaining hydroxyapatite crystals after the final heat treatment. In particular, when calcium silicate-based ceramics are used as the bioactive ceramics, when the bio-oil solution is immersed and heat-treated, a porous microsphere having a hydroxyapatite-wollastonite double crystal structure can be obtained. At this time, the immersion step is performed for 1 to 1000 hours at room temperature. If the immersion time is less than the above range, the formation of calcium phosphate precipitate on the microsphere surface is insignificant, on the contrary, if it exceeds the above range, calcium ions and crystals are formed in the solution to form a precipitate and the precipitate cannot be formed on the solid surface. There is a problem.

상기 생체유사용액은 반응 시약급의 NaCl, NaHCO3, Na2SO4, KCl, K2HPO4, MgCl2?6H2O, 및 CaCl2?2H2O를 탈이온 증류수에 용해시킴으로써 제조할 수 있다. 가장 바람직하기로 2.5 mM Ca2+, 142 mM Na+, 1.5 mM Mg2+, 5.0 mM K+, 125.0 mM Cl-,7.0 mM HCO3 -, 1.0 mM HPO4 2- 및 0.5 mM SO4 2- 를 포함하는 pH 7.4의 생체유사용액(SBF)을 사용한다. The body Similar solutions can be prepared by dissolving a reagent-grade of NaCl, NaHCO 3, Na 2 SO 4, KCl, K 2 HPO 4, MgCl 2? 6H 2 O, and CaCl 2? 2H 2 O in de-ionized distilled water have. Most preferably 2.5 mM Ca 2+ , 142 mM Na + , 1.5 mM Mg 2+ , 5.0 mM K + , 125.0 mM Cl , 7.0 mM HCO 3 , 1.0 mM HPO 4 2- and 0.5 mM SO 4 2- Use a bio-use solution of pH 7.4 containing (SBF).

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. However, the following examples are provided only for the purpose of easier understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the examples.

실시예 1: 하이드록시아파타이트 다공성 마이크로스피어 제조Example 1: Preparation of hydroxyapatite porous microspheres

1.1 하이드록시아파타이트 분말의 제조1.1 Preparation of hydroxyapatite powder

전구체인 Ca(NO3)2?4H2O와 (NH4)2HPO4 수용액으로 하는 습식반응에 의해 하이드록시아파타이트 분말을 제조하였다. 각각의 화합물은 증류수에 용해하였고, 화학양론적으로 Ca/P의 몰비가 1.67이 되도록 혼합하였다. 반응은 37 ℃에서 24시간 공기중에서 진행되었고, pH는 Tris-HCl 버퍼를 사용하여 9.0으로 조정하였다. 반응후 침전을 여과하고, 세척한 후 건조하였다. 건조된 분말은 700 ℃에서 3시간 동안 하소(calcine)하여 하이드록시아파타이트 분말을 얻었다. Ca (NO 3 ) 2 ˜4H 2 O and (NH 4 ) 2 HPO 4 as precursors The hydroxyapatite powder was manufactured by the wet reaction made into aqueous solution. Each compound was dissolved in distilled water and mixed stoichiometrically so that the molar ratio of Ca / P was 1.67. The reaction proceeded in air at 37 ° C. for 24 hours and the pH was adjusted to 9.0 using Tris-HCl buffer. After the reaction, the precipitate was filtered, washed and dried. The dried powder was calcined (calcine) at 700 ° C. for 3 hours to obtain hydroxyapatite powder.

1.2 세라믹 슬러리의 제조1.2 Preparation of Ceramic Slurry

수득한 하이드록시아파타이트 분말과 캄펜(C10H16, 시그마-알드리치)을 1:8의 중량비로 혼합한 뒤 50 ℃에서 볼밀링하였고, 여기에 0.75 중량%로 계면활성제 KD4를 첨가하여 슬러리 혼합물을 제조하였다. 디클로로메탄에 10 중량% 폴리비닐부티럴이 용해된 용액을 10 부피%로 슬러리 혼합물에 첨가하였다. 이와 같이 제조된 혼합물을 24시간 동안 볼밀링하여 균질화하여 슬러리를 제조하였다. The obtained hydroxyapatite powder and camphor (C 10 H 16 , Sigma-Aldrich) were mixed at a weight ratio of 1: 8, and then ball milled at 50 ° C., to which a slurry mixture was added by adding 0.75 wt% of surfactant KD4. Prepared. A 10 wt% solution of 10 wt% polyvinyl butyral in dichloromethane was added to the slurry mixture. The slurry thus prepared was homogenized by ball milling for 24 hours to prepare a slurry.

1.3 다공성 마이크로스피어의 제조1.3 Preparation of Porous Microspheres

제조된 슬러리를 2% PVA 함유 증류수가 담긴 수상에 750 rpm으로 교반하면서 한 방울씩 떨어뜨렸다. 슬러리를 30 분 동안 고화한 후 여과하고 얼음으로 냉각한 증류수로 세척하였다. 세척된 마이크로스피어는 -20 ℃에서 10 분 동안 보관한 후 알루미나 도가니에 모아둔 다음 대기조건에서 하룻밤 동안 건조하여 캄펜을 승화시켰다. 이때 승화 시간에 따른 마이크로스피어의 중량변화를 측정하였다. 수득한 마이크로스피어를 승온 속도 2 ℃/분으로 1400 ℃까지 가열하여 3시간 동안 열처리하였고, 노 안에서 공기 중 냉각하였다. The prepared slurry was dropped drop by drop while stirring at 750 rpm in an aqueous phase containing 2% PVA. The slurry was solidified for 30 minutes, filtered and washed with distilled water cooled with ice. The washed microspheres were stored at −20 ° C. for 10 minutes, collected in an alumina crucible, and dried overnight at atmospheric conditions to sublimate camphor. At this time, the weight change of the microsphere with the sublimation time was measured. The resulting microspheres were heated to 1400 ° C. at a rate of temperature increase of 2 ° C./min, heat treated for 3 hours, and cooled in air in a furnace.

실시예 2: 아파타이트-월라스토나이트 다공성 마이크로스피어의 제조Example 2: Preparation of Apatite-Wollastonite Porous Microspheres

2.1 칼슘 실리케이트 분말의 제조2.1 Preparation of Calcium Silicate Powder

생체활성 세라믹 마이크로스피어를 위한 전구체로서 칼슘 실리케이트 분말을 제조하였다. Calcium silicate powder was prepared as precursor for bioactive ceramic microspheres.

구체적으로, 촉매로 수산화나트륨을 사용하여 Ca(NO3)2?4H2O와 테트라에틸 오르소실리케이트(TEOS)를 1:1의 몰분율로 하여 에탄올과 함께 혼합하였다. 혼합된 용액을 교반한 다음 용액을 겔 상태로 될 때까지 40 ℃에 그대로 둔 뒤, 70 ℃에서 건조하였다. 건조된 분말을 분쇄한 다음 500 ℃에서 시간 동안 하소(calcine)하여 칼슘 실리케이트 분말을 얻었다. Specifically, Ca (NO 3 ) 2 to 4H 2 O and tetraethyl orthosilicate (TEOS) were mixed with ethanol at a molar fraction of 1: 1 using sodium hydroxide as a catalyst. The mixed solution was stirred and then left at 40 ° C. until the solution became gel, and then dried at 70 ° C. The dried powder was pulverized and then calcined at 500 ° C. for a time to obtain calcium silicate powder.

2.2 세라믹 슬러리의 제조2.2 Preparation of Ceramic Slurry

하이드록시아파타이트 분말 대신 칼슘 실리케이트 분말을 사용한 것을 제외하고는 상기 1.2와 동일하게 수행하여 세라믹 슬러리를 제조하였다. A ceramic slurry was prepared in the same manner as in 1.2 except that the calcium silicate powder was used instead of the hydroxyapatite powder.

2.3 다공성 마이크로스피어의 제조2.3 Preparation of Porous Microspheres

제조된 슬러리를 2% PVA 함유 증류수가 담긴 수상에 750 rpm으로 교반하면서 한 방울씩 떨어뜨렸다. 슬러리를 30 분 동안 고화한 후 여과하고 얼음으로 냉각한 증류수로 세척하였다. 세척된 마이크로스피어는 -20 ℃에서 10 분 동안 보관한 후 알루미나 도가니에 모아둔 다음 대기조건에서 하룻밤 동안 건조하여 캄펜을 승화시켰다. 이후, 생체유사용액인 SBF 용액(2.5 mM Ca2+, 142 mM Na+, 1.5 mM Mg2+, 5.0 mM K+, 147.8 mM Cl-,4.2 mM HCO3 -, 1.0 mM HPO4 2- 및 0.5 mM SO4 2- )에 상온에서 24 시간 동안 침지한 다음 마이크로스피어를 승온 속도 2 ℃/분으로 1400 ℃까지 가열하여 3시간 동안 열처리하였고, 노 안에서 공기 중 냉각하였다. The prepared slurry was dropped drop by drop while stirring at 750 rpm in an aqueous phase containing 2% PVA. The slurry was solidified for 30 minutes, filtered and washed with distilled water cooled with ice. The washed microspheres were stored at −20 ° C. for 10 minutes, collected in an alumina crucible, and dried overnight at atmospheric conditions to sublimate camphor. Subsequently, bioavailable SBF solution (2.5 mM Ca 2+ , 142 mM Na + , 1.5 mM Mg 2+ , 5.0 mM K + , 147.8 mM Cl , 4.2 mM HCO 3 , 1.0 mM HPO 4 2- and 0.5 After soaking in mM SO 4 2- ) at room temperature for 24 hours, the microspheres were heated to 1400 ° C. at an elevated rate of 2 ° C./min for heat treatment for 3 hours, and cooled in air in a furnace.

실험예 1: 주사전자현미경 분석Experimental Example 1: Scanning Electron Microscope Analysis

상기 실시예 2에서 제조된 다공성 마이크로스피어의 표면 형상 및 미세 구조를 알아보기 위해 Pt 코팅후 다공성 마이크로스피어를 주사전자현미경(Scanning electron microscopy)으로 분석하였고, 얻어진 결과를 도 2 (A) 및 (B)에 나타내었다.In order to determine the surface shape and microstructure of the porous microspheres prepared in Example 2, the porous microspheres after Pt coating were analyzed by scanning electron microscopy, and the obtained results are illustrated in FIGS. 2A and 2B. ).

도 2의 (A)는 실시예 2에서 제조된 다공성 마이크로스피어의 표면을 300배, (B)는 1500배 확대한 주사전자현미경 사진이다. 2 (A) is a scanning electron micrograph of 300 times the surface of the porous microsphere prepared in Example 2, (B) is enlarged 1500 times.

도 2를 참조하면, 20 내지 50 ㎛ 직경의 미세 기공이 마이크로스피어 전체에 거쳐 잘 형성되고, 형성된 미세 기공은 열리 구조를 가짐을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 2, it can be seen that micropores having a diameter of 20 to 50 μm are well formed through the entire microspheres, and the formed micropores have an open structure.

실험예 2: 다공성 마이크로스피어의 평균 입경 분석Experimental Example 2: Analysis of Average Particle Size of Porous Microspheres

상기 실시예 2에서 제조한 다공성 마이크로스피어의 사이즈 분포를 알아보기 위해 입경을 분석하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다. To determine the size distribution of the porous microspheres prepared in Example 2 Hazard particle size was analyzed and the results are shown in FIG. 3.

도 3을 참조하면, 다공성 마이크로스피어는 수십 내지 수백 ㎛ 입경을 갖는 크기로, 평균 입경이 241 ㎛임을 알 수 있다. 이러한 평균 입경은 세포 전달 및 조직 공학적 적용에 적절한 크기로 판단된다. Referring to Figure 3, the porous microsphere is a size having a particle size of several tens to several hundred micrometers, it can be seen that the average particle diameter is 241 ㎛. These average particle diameters are judged to be appropriate sizes for cell delivery and tissue engineering applications.

실험예 3: 중량 변화 분석Experimental Example 3: Analysis of Weight Change

본 발명의 제조방법에서 기공 형성제로 사용된 캄펜의 승화에 따른 마이크로스피어의 중량변화를 측정하고, 이를 도 4에 나타내었다. The weight change of the microspheres according to the sublimation of camphor used as a pore-forming agent in the production method of the present invention was measured, which is shown in FIG.

도 4는 실시예 2에서 승화 시간에 따른 다공성 마이크로스피어의 중량변화를 그래프로 나타낸 것이다.4 is a graph showing the weight change of the porous microspheres with the sublimation time in Example 2.

도 4를 참조하면, 캄펜의 승화는 빠르게 진행되어 거의 6 시간 이내에 완료됨을 알 수 있다. Referring to FIG. 4, it can be seen that the sublimation of camphor proceeds rapidly and is completed within almost 6 hours.

실험예 4: XRD 분석Experimental Example 4: XRD Analysis

본 발명의 제조방법이 출발물질인 인산칼슘계 세라믹의 결정화에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 실시예 1에서 출발물질로 사용한 하이드록시아파타이트 분말과 실시예 1에서 제조된 다공성 마이크로스피어를 X-선 회절분석기(X-Ray Diffraction, XRD)를 이용하여 측정하였으며, 얻어진 결과를 도 5에 나타내었다.X-ray diffraction of the hydroxyapatite powder used as the starting material in Example 1 and the porous microspheres prepared in Example 1 to determine the effect of the method of the present invention on the crystallization of the starting material calcium phosphate ceramic Measured using an analyzer (X-Ray Diffraction, XRD), the results obtained are shown in FIG.

도 5의 (A)는 실시예 1의 하이드록시아파타이트 다공성 마이크로스피어의 X-Ray 회절 분석 스펙트럼, (B)는 열처리 온도에 따른 실시예 2의 아파타이트-월라 스토나이트 다공성 마이크로스피어의 X-Ray 회절 분석 스펙트럼이다.  5 (A) is an X-ray diffraction spectrum of the hydroxyapatite porous microsphere of Example 1, (B) is an X-ray diffraction of the apatite-walla stonite porous microsphere of Example 2 according to the heat treatment temperature Analysis spectrum.

도 5의 (A)를 참조하면, 출발물질인 하이드록시아파타이트 분말(1)과 달리 다공성 마이크로스피어의 경우(2), 특징적인 하이드록시아파타이트 결정의 피크가 관찰되어, 본 발명의 제조방법을 통해 출발물질인 하이드록시아파타이트가 결정화 되었음을 확인할 수 있다. Referring to Figure 5 (A), unlike the starting material hydroxyapatite powder (1) in the case of porous microspheres (2), the peak of the characteristic hydroxyapatite crystals are observed, through the production method of the present invention It can be confirmed that the starting material hydroxyapatite is crystallized.

도 5의 (B)를 참조하면, 다공성 마이크로스피어의 치밀화와 관련된 기계적 강도 수준을 제공하기 위해 1200 ℃ 이상의 온도에서 열처리가 필요하며, 최초의 출발 물질인 칼슘 실리케이트가 생체유사용액 침치 및 열처리에 의해 하이드록시아파타이트(A)와 월라스토나이트(wollastonite, W)의 결정구조로 바뀌었음을 알 수 있다. 이러한 아파타이트-월라스토나이트 이중상은 A-W 유리 세라믹에서 일반적으로 관찰되는 주요한 결정상이다. 더욱이, in vitroin vivo에서 표면에 골 미네랄과 유사한 상을 형성하는 것이 골 활성이 있다고 보고되었으며(Yamamuro T, World Scientific; 1993. p. 89.103; Nakamura T, J Biomed Mater Res 1985;19:685.9), 이와 같이 표면에 골 미네랄과 유사한 상이 형성된 골이식재를 사용하는 경우 골형성(osteogenic) 반응을 조절하고, 경조직에 직접 결합할 수 있는 결과를 얻을 수 있다.Referring to FIG. 5B, heat treatment is required at a temperature of 1200 ° C. or higher to provide a mechanical strength level associated with the densification of porous microspheres. It can be seen that the crystal structure of hydroxyapatite (A) and wollastonite (W) has been changed. This apatite-wallaston double phase is the major crystalline phase commonly observed in AW glass ceramics. Furthermore, in vitro and in vivo Formation of bone mineral-like phases on the surface has been reported to have bone activity (Yamamuro T, World Scientific ; 1993. p. 89.103; Nakamura T, J Biomed Mater Res 1985 ; 19: 685.9). Using a bone graft material with a similar phase can control the osteogenic response and directly bind to hard tissue.

실험예 5: Experimental Example 5: in vitroin vitro 생체 활성 확인 실험 Bioactivity confirmation experiment

in vitro 활성을 확인하기 위해, 생체유사용액인 SBF 용액(2.5 mM Ca2+, 142 mM Na+, 1.5 mM Mg2+, 5.0 mM K+, 147.8 mM Cl-,4.2 mM HCO3 -, 1.0 mM HPO4 2- 및 0.5 mM SO4 2- )에 상기 실시예 2에서 제조한 다공성 마이크로스피어를 인큐베이트하였다(Kokubo T. Biomaterials 1991;12:155.63)To verify the in vitro activity, in vivo similar to the solution in SBF solution (2.5 mM Ca 2+, 142 mM Na +, 1.5 mM Mg 2+, 5.0 mM K +, 147.8 mM Cl -, 4.2 mM HCO 3 -, 1.0 mM The porous microspheres prepared in Example 2 were incubated in HPO 4 2- and 0.5 mM SO 4 2- ) (Kokubo T. Biomaterials 1991 ; 12: 155.63).

구체적으로, 폴리에틸렌튜브에 다공성 마이크로스피어 100 mg을 넣고, 10 ml의 SBF 용액에 침지하여 37 ℃에서 120 rpm으로 교반하면서 인큐베이트하였다. 인큐베이트 후, 증류수와 에탄올로 세척하고 오븐에서 건조한 다음 중량 변화를 측정하였다. 다공성 마이크로스피어의 표면 물성은 주사전자현미경 사진으로 관찰하여 마이크로스피어 표면에 유도된 침전을 확인하고, 에너지 분산 스펙트로스코피(EDS)로 침적물의 원소를 분석하였다. Specifically, 100 mg of porous microspheres were put in a polyethylene tube, immersed in 10 ml of SBF solution, and incubated with stirring at 120 rpm at 37 ° C. After incubation, washed with distilled water and ethanol, dried in an oven and the weight change was measured. Surface properties of the porous microspheres were observed by scanning electron microscopy to confirm the precipitation induced on the surface of the microspheres, and the elements of the deposits were analyzed by energy dispersive spectroscopy (EDS).

도 6의 (A)는 실시예 2에서 제조된 다공성 마이크로스피어를 SBF 용액에 1일, (B)와 (C)는 7일 동안 인큐베이트한 후 표면을 관찰한 주사전자현미경 사진이다. 6 (A) is a scanning electron micrograph of the surface of the porous microsphere prepared in Example 2 in SBF solution for 1 day, (B) and (C) after 7 days incubated.

도 6의 (A)를 참조하면, 1일 침전 후 다공성 마이크로스피어의 표면 대부분에 작은 침전물이 형성된 것을 알 수 있고, (B)를 참조하면, 1일 침전 후 형성되었던 나노결정들이 더욱 켜졌음을 알 수 있으며, 현미경 상으로는 기공 크기와 마이크로스피어의 형성에 큰 변화는 없는 것으로 관찰되었다. Referring to (A) of FIG. 6, it can be seen that a small precipitate is formed on most of the surfaces of the porous microspheres after 1 day precipitation. Referring to (B), the nanocrystals formed after 1 day precipitation are more turned on. Under the microscope, no significant change in pore size and microsphere formation was observed.

도 7의 (A)와 (B)는 에너진 분산 스펙트럼을 나타낸 그래프, (C)는 인큐베이션 시간에 따른 중량변화를 나타낸 그래프이다. 7 (A) and (B) are graphs showing the energy dispersion spectrum, and (C) is a graph showing the weight change according to the incubation time.

도 7을 참조하면, SBF 용액에 침적하기 전의 경우(A)와 비교하여, 7일 인큐 베이션 후 인(P)이 존재하고, 규소(Si)에 비해 칼슘(Ca)의 강도가 더 높다는 것은칼슘 포스페이트가 침전되었음을 의미한다. Ca/P의 비율은 1.53 이하고 측정되었고, 이는 화학양론적으로 하이드록시아파타이트(1.67)과 유사하지만 작은 값으로, 칼슘이 부족한 하이드록시아파타이트가 형성되었음을 나타낸다. Referring to FIG. 7, the phosphorus (P) is present after 7 days of incubation, and the strength of calcium (Ca) is higher than that of silicon (Si), as compared with the case before the deposition (S) in the SBF solution. It means that phosphate precipitated out. The Ca / P ratio was measured to be less than 1.53, which is similar to hydroxyapatite (1.67) but stoichiometrically, indicating that hydroxyapatite lacking calcium was formed.

또한, 도 7의 (C)를 참조하면, 침적 시간이 증가할 수록 마이크로스피어의 중량이 증가하였고, 이는 칼슘 포스페이트가 침전되었음을 알 수 있다. 비록 마이크로스피어로부터 이온이 용해(칼슘, 실리콘)되지만 칼슘 포스페이트의 침전이 우세하여 마이크로스피어의 중량이 증가한 것으로 보인다. In addition, referring to FIG. 7C, as the deposition time increases, the weight of the microspheres increases, indicating that calcium phosphate is precipitated. Although the ions dissolve (calcium, silicon) from the microspheres, the precipitation of calcium phosphate predominates and the microspheres appear to have increased in weight.

실험예 6: 전조골세포 배양 실험Experimental Example 6: Progenitor Bone Cell Culture Experiment

상기 실시예 2에서 제조한 다공성 마이크로스피어의 생체활성도를 알아보기 위해 전조골세포(preosteoblast)인 쥐-유래 MC3T3-E1 세포를 배양하여 마이크로스피어 표면 및 내부에서 자란 세포의 형상을 관찰하였으며, MTS (CellTiter 96 AQueous One solution cell proliferation assay : promega) 분석을 이용하여 세포 증식률을 측정하였다.In order to determine the bioactivity of the porous microsphere prepared in Example 2, mouse-derived MC3T3-E1 cells, which are preosteoblasts, were cultured to observe the shape of the cells grown on the surface and the inside of the microspheres. Cell proliferation was measured using CellTiter 96 AQueous One solution cell proliferation assay (promega) assay.

세포를 시딩하기 전에 마이크로스피어를 무혈청 배지로 두 번 세척하였고, 10 mg씩 96-웰 플레이트의 각 웰에 넣었다. 이후 70 ㎕ 세포 부유액(cell suspension, 세포농도 6×104 cells/mL(저밀도), 5×105 cells/mL(고밀도))을 각각의 웰에 씨딩하였다. 95% CO2 인큐베이터에서 6시간 동안 배양한 후, 골 분화(osteoblastic differentiation)를 유도하기 위해 125 ㎕ 배지당 50 ㎍/ml 아스크로브산 나트륨, 10 mM β-글리세롤 포스페이트 및 10 nM 덱사메타손을 첨가하였다. 6 시간 배양 후 150 ㎕ 배지를 각각의 웰에 추가하였고, 그 다음 3, 7, 10일 동안 배양하였다. Microspheres were washed twice with serum free medium before seeding the cells and placed in each well of 10 mg 96-well plates. Thereafter, 70 μl cell suspension (cell suspension, cell concentration 6 × 10 4 cells / mL (low density), 5 × 10 5 cells / mL (high density)) was seeded into each well. After 6 hours of incubation in a 95% CO 2 incubator, 50 μg / ml sodium ascorbate, 10 mM β-glycerol phosphate and 10 nM dexamethasone were added per 125 μl medium to induce osteoblastic differentiation. . After 6 h incubation, 150 μl medium was added to each well and then incubated for 3, 7, 10 days.

마이크로스피어 표면 및 내부에서 자란 세포 형상은 시료를 글루타르알데히드로 고정하고, 에탄올(50%, 70%, 90%, 95% 및 100%)로 탈수화한 다음 헥사메틸 디실라잔으로 처리하고 Pt로 코팅하여 주사전자현미경(Scanning electron microscopy)으로 분석하였고, 얻어진 결과를 도 8의 (A) 내지 (C)에 나타내었다. Cell morphology grown on the surface and inside the microspheres was fixed with glutaraldehyde, dehydrated with ethanol (50%, 70%, 90%, 95% and 100%) and then treated with hexamethyl disilazane and Pt It was coated with and analyzed by scanning electron microscopy (Scanning electron microscopy), the results obtained are shown in Figure 8 (A) to (C).

세포 증식률은 MTS ((3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-5(3-carboxymethonyphenol)-2-(4-sulfophenyl)-2H-tetrazolium)) 분석에 의해 정량되었고, 그 결과를 도 9에 나타내었다. Cell proliferation was quantified by MTS ((3- (4,5-dimethylthiazol-2-yl) -5 (3-carboxymethonyphenol) -2- (4-sulfophenyl) -2H-tetrazolium)) assay and the results are shown. 9 is shown.

각각의 배양기간(1, 5, 및 15일) 별로, 배지를 분리하여, CellTitero 96 AQueous One 용액 반응제(Promega, Madison)를 각각의 샘플에 첨가하고, 37 ℃에서 2시간 동안 반응시켰다. 490 nm 흡광도는 Elisa Plate Reader로 측정하였다. 각 조건에 대한 5개의 시료로 분석하였고, 실험결과는 평균± SD로 나타내었다. For each incubation period (1, 5, and 15 days), the medium was separated, and CellTitero 96 AQueous One Solution Reagent (Promega, Madison) was added to each sample and reacted at 37 ° C. for 2 hours. 490 nm absorbance was measured by Elisa Plate Reader. Five samples were analyzed for each condition, and the experimental results were expressed as mean ± SD.

도 8의 (A)는 실시예 2에서 제조된 다공성 마이크로스피어를 이용하여 골형성세포인 MC3T3-E1을 5일(고밀도), (B)는 15일(고밀도) (C)는 15일(저밀도) 동안 배양한 후 표면을 확대한 주사전자현미경 사진이다. Figure 8 (A) using the porous microspheres prepared in Example 2 MC3T3-E1 osteogenic cells 5 days (high density), (B) 15 days (high density) (C) 15 days (low density) Scanning electron micrograph showing the surface enlarged after culturing.

도 8의 (A)를 참조하면, 고밀도로 세포가 시딩된 경우, 마이크로스피어 표면에 세포가 잘 부착하여 5일 동안 표면의 빈 공간을 서로 가교함을 알 수 있었다. 도 8의 (B)를 참조하면, 배양시간이 길어져 15일 동안 배양된 경우 세포는 더욱 활성화되어 다공성 마이크로스피어의 표면을 거의 덮었다. 도 8의 (C)를 참조하면, 세포가 저밀도로 시딩된 경우, 표면에 세포가 잘 부착하였고, 배양시간이 지나갈수록 세포가 증가하였으나, 15일 기간 배양되었음에도 마이크로스피어 표면 전체를 덮지는 못하였다. Referring to FIG. 8A, when the cells were seeded at a high density, the cells adhered well to the microsphere surface, and thus, the empty spaces of the surfaces were crosslinked with each other for 5 days. Referring to FIG. 8B, when the incubation time was extended and cultured for 15 days, the cells were more activated to almost cover the surface of the porous microspheres. Referring to FIG. 8C, when cells were seeded at a low density, the cells adhered well to the surface, and the cells increased as the incubation time passed, but did not cover the entire microsphere surface even after being cultured for 15 days. .

도 9는 본 발명의 실시예 2에서 제조한 다공성 마이크로스피어 표면에서 골형성 세포의 증식률을 MTS 방법으로 분석한 결과를 나타낸 그래프이다. 9 is a graph showing the results of analyzing the proliferation rate of osteoblasts on the surface of the porous microsphere prepared in Example 2 of the present invention by the MTS method.

도 9를 참조하면, 배양 시간이 길어짐에 따라 세포의 양이 지속적으로 증가하였음을 보여주고, 이는 본 발명의 마이크로스피어가 세포가 부착하여 증식하기에 바람직한 지지체라는 것을 의미한다. 또한, 배양시간에 따라, 세포 증식율은 유의한 차이(P<0.05)를 보였다. 첫날 세포 접착단계에서의 초기 차는 그 이후부터의 세포 증식기간동안 줄곧 유지되는 것으로 확인되었다. 세포 성장속도에 근거해보면, 적은 농도로 접종하는 경우, 마이크로스피어 전체 면적을 커버하기 위하여 보다 더 긴 배양시간이 필요할 수 있다. 이러한 결과로 미루어 볼 때, 마이크로스피어를 세포 전달 수단과 조직 공학 매트릭스로 사용할 경우, 초기 세포 접종 농도는 조심스럽게 조절해야한다. 3차원 기재에서의 세포의 밀도와 합류 시간은 골생성 분화의 조절 및 세부 외부 매트릭스의 특성 조절을 위한 적정 조건을 찾는데 굉장히 중요하다. 예비 세포 배양 연구에 근거하면, 초기 접합과 세포성장을 위한 적정 스캐폴드 조건을 제공하면, 다공성 생물활성 마이크로스피어는 골아세포에 대하여 양호한 반응을 보였다. Referring to Figure 9, it shows that the amount of cells continuously increased as the incubation time is longer, which means that the microsphere of the present invention is a preferred support for the cells to attach and proliferate. In addition, according to the culture time, the cell proliferation rate showed a significant difference (P <0.05). Initial differences in cell adhesion at day 1 were found to persist throughout subsequent cell proliferation. Based on the rate of cell growth, when inoculated at low concentrations, longer incubation times may be required to cover the entire microsphere. In view of these results, when microspheres are used as cell delivery means and tissue engineering matrices, the initial cell inoculation concentration must be carefully controlled. Cell density and confluence time on three-dimensional substrates are very important in finding appropriate conditions for controlling osteogenic differentiation and for controlling the properties of detailed external matrices. Based on preliminary cell culture studies, porous bioactive microspheres showed good response to osteoblasts, provided adequate scaffold conditions for initial conjugation and cell growth.

본 발명에 따른 다공성 마이크로스피어는 세포친화성 및 골전도성이 우수하여 골 및 치주 조직의 재생을 위한 조직공학용 지지체로 이용되어 치과 및 정형외과 분야에 효과적으로 적용될 수 있다. Porous microspheres according to the present invention is excellent in cell affinity and bone conductivity, and can be effectively used in the field of dental and orthopedic surgery as a support for tissue engineering for regeneration of bone and periodontal tissue.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로스피어의 제조단계를 보여주는 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a manufacturing step of a microsphere according to the present invention.

도 2의 (A)는 실시예 2에서 제조된 다공성 마이크로스피어의 표면을 300배, (B)는 1500배 확대한 주사전자현미경 사진이다. 2 (A) is a scanning electron micrograph of 300 times the surface of the porous microsphere prepared in Example 2, (B) is enlarged 1500 times.

도 3은 본 발명의 실시예 2에서 제조된 다공성 마이크로스피어의 사이즈 분포도를 나타낸 것이다. Figure 3 shows the size distribution of the porous microspheres prepared in Example 2 of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예 2에서 승화 시간에 따른 다공성 마이크로스피어의 중량변화를 그래프로 나타낸 것이다.4 is a graph showing the weight change of the porous microspheres with sublimation time in Example 2 of the present invention.

도 5의 (A)는 실시예 1의 하이드록시아파타이트 다공성 마이크로스피어의 X-Ray 회절 분석 스펙트럼, (B)는 열처리 온도에 따른 실시예 2의 아파타이트-월라스토나이트 다공성 마이크로스피어의 X-Ray 회절 분석 스펙트럼이다.  Figure 5 (A) X-Ray diffraction analysis spectrum of the hydroxyapatite porous microspheres of Example 1, (B) X-Ray diffraction of the apatite- wollastonite porous microspheres of Example 2 according to the heat treatment temperature Analysis spectrum.

도 6의 (A)는 실시예 2에서 제조된 다공성 마이크로스피어를 SBF 용액에 1일, (B)와 (C)는 7일 동안 인큐베이트한 후 표면을 관찰한 주사전자현미경 사진이다. 6 (A) is a scanning electron micrograph of the surface of the porous microsphere prepared in Example 2 in SBF solution for 1 day, (B) and (C) after 7 days incubated.

도 7의 (A)와 (B)는 에너진 분산 스펙트럼을 나타낸 그래프, (C)는 인큐베이션 시간에 따른 중량변화를 나타낸 그래프이다. 7 (A) and (B) are graphs showing the energy dispersion spectrum, and (C) is a graph showing the weight change according to the incubation time.

도 8의 (A)는 실시예 2에서 제조된 다공성 마이크로스피어를 이용하여 골형성세포인 MC3T3-E1을 5일(고밀도), (B)는 15일(고밀도) (C)는 15일(저밀도) 동안 배양한 후 표면을 확대한 주사전자현미경 사진이다. Figure 8 (A) using the porous microspheres prepared in Example 2 MC3T3-E1 osteogenic cells 5 days (high density), (B) 15 days (high density) (C) 15 days (low density) Scanning electron micrograph showing the surface enlarged after culturing.

도 9는 본 발명의 실시예 2에서 제조한 다공성 마이크로스피어 표면에서 골 형성 세포의 증식률을 MTS 방법으로 분석한 결과를 나타낸 그래프이다. 9 is a graph showing the results of analyzing the proliferation rate of bone forming cells on the surface of the porous microsphere prepared in Example 2 of the present invention by the MTS method.

Claims (13)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete S1) 생체활성 세라믹; 유기용매; 분산제; 대기 조건에서 승화에 의해 제거될 수 있는 기공형성제; 및 결합제를 포함하는 세라믹 슬러리를 제조하는 단계;S1) bioactive ceramics; Organic solvents; Dispersing agent; Pore formers that can be removed by sublimation at atmospheric conditions; And preparing a ceramic slurry comprising a binder; S2) 친수성 용매 및 계면활성제를 포함하는 수상을 제조하는 단계;S2) preparing an aqueous phase comprising a hydrophilic solvent and a surfactant; S3) 상기 S2)에서 제조된 수상에 상기 S1)에서 제조된 세라믹 슬러리를 적하하는 단계;S3) dropping the ceramic slurry prepared in S1) to the aqueous phase prepared in S2); S4) 상기 수상 중에 생성된 마이크로스피어를 수득하는 단계; S4) obtaining microspheres produced in the water phase; S5) 기공형성제를 승화시켜 마이크로스피어 몸체 및 내부에 기공을 형성하는 단계; 및S5) subliming the pore former to form pores in the microsphere body and inside; And S6) 상기 S5)에서 수득한 기공이 형성된 마이크로스피어를 열처리하는 단계 S6) heat-treating the microspheres with pores obtained in S5) 를 포함하는 다공성 마이크로스피어의 제조방법.Method for producing a porous microsphere comprising a. 제5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 S5)에서 수득한 기공이 형성된 마이크로스피어를 생체유사용액에 침지하는 단계를 더욱 수행하는 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 5, further comprising the step of immersing the microspheres formed with pores obtained in the bio-use solution. 제5항에 있어서, 상기 생체활성 세라믹은 The method of claim 5, wherein the bioactive ceramic is 하이드록시아파타이트, 옥시 아파타이트, 인산일칼슘, 인산이칼슘, 인산삼칼슘, 인산사칼슘, 칼슘메타 포스페이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 인산칼슘계 세라믹; 트리칼슘 실리케이트, 칼슘 오르소실리케이트, 칼슘 디실리 케이트, 트리칼슘 디실리케이트, 월라스토나이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 칼슘실리케이트계 세라믹; 실리카, 산화나트륨, 산화칼슘, 오산화인 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 생체활성유리; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 제조방법.Calcium phosphate ceramics selected from the group consisting of hydroxyapatite, oxyapatite, monocalcium phosphate, dicalcium phosphate, tricalcium phosphate, tetracalcium phosphate, calcium metaphosphate and mixtures thereof; Calcium silicate-based ceramics selected from the group consisting of tricalcium silicate, calcium orthosilicate, calcium disilicate, tricalcium disilicate, wollastonite and mixtures thereof; Bioactive glass selected from the group consisting of silica, sodium oxide, calcium oxide, phosphorus pentoxide and mixtures thereof; And a mixture selected from the group consisting of these. 제5항에 있어서, 상기 유기용매는The method of claim 5, wherein the organic solvent 디클로로메탄, 클로로포름, 디메틸포름아미드, 에틸 아세테이트, 에탄올, 메탄올, 아세톤, 아세토니트릴, 테트라하이드로퓨란, 아세트산, 디메틸설폭사이드 및 이들의 혼합용매로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 제조방법.Dichloromethane, chloroform, dimethylformamide, ethyl acetate, ethanol, methanol, acetone, acetonitrile, tetrahydrofuran, acetic acid, dimethyl sulfoxide, and a mixed solvent thereof. 제5항에 있어서, 상기 분산제는The method of claim 5, wherein the dispersing agent 올리고머폴리에스터(oligomeric polyester)인 것을 특징으로 하는 제조방법.Method for producing an oligomeric polyester (oligomeric polyester). 제5항에 있어서, 상기 기공형성제는 The method of claim 5, wherein the pore-forming agent 캄펜, 캠포르, 나프탈렌, 멘톨, 티몰, 쿠마린, 바닐린, 살리실아미드, 2-아미노피리딘, t-부탄올, 트리클로로- t-부탄올, 이미다졸, 디메틸설폰, 우레아, 2-아미도피리딘로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 제조방법.Campen, camphor, naphthalene, menthol, thymol, coumarin, vanillin, salicyamide, 2-aminopyridine, t -butanol, trichloro- t -butanol, imidazole, dimethylsulfone, urea, 2-amidopyridine Production method characterized in that the one selected from the group. 제5항에 있어서, 상기 결합제는The method of claim 5, wherein the binder 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐부티럴 및 이들의 혼합물로 이 루어진 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 제조방법.A method of producing a polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl butyral and mixtures thereof. 제5항에 있어서, 상기 계면활성제는The method of claim 5, wherein the surfactant 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올, 폴리비닐메틸에테르, 폴리비닐에테르, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 제조방법.The polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyvinyl methyl ether, polyvinyl ether, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone and the production method characterized in that one selected from the group consisting of. 제5항에 있어서, 상기 열처리는The method of claim 5, wherein the heat treatment 600 내지 1500 ℃에서 10 분 내지 5 시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 제조방법.Method for producing a 10 minutes to 5 hours at 600 to 1500 ℃.
KR1020090056511A 2009-06-24 2009-06-24 Porous microsphere and manufacturing method thereof KR101178204B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090056511A KR101178204B1 (en) 2009-06-24 2009-06-24 Porous microsphere and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090056511A KR101178204B1 (en) 2009-06-24 2009-06-24 Porous microsphere and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100138128A KR20100138128A (en) 2010-12-31
KR101178204B1 true KR101178204B1 (en) 2012-08-30

Family

ID=43511641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090056511A KR101178204B1 (en) 2009-06-24 2009-06-24 Porous microsphere and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101178204B1 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101278099B1 (en) * 2012-01-31 2013-06-24 고려대학교 산학협력단 Method for producing porous bioceramic granules and porous bioceramic granules manufactured thereby
WO2015167045A1 (en) * 2014-04-30 2015-11-05 이정태 Nano-scaffold containing functional factor and method for producing same
KR101712508B1 (en) * 2016-06-28 2017-03-07 성균관대학교산학협력단 Porous scaffold for synthetic bone graft comprising nano sized pores and method for manufacturing porous scaffold for synthetic bone graft
WO2018190687A1 (en) * 2017-04-14 2018-10-18 한국기계연구원 Method for manufacturing spherical ceramic granules
KR101892731B1 (en) * 2017-08-07 2018-08-29 한국기계연구원 Spherical ceramic granules and manufacturing method thereof
KR102227720B1 (en) * 2017-04-14 2021-03-16 한국재료연구원 Organic and inorganic mixture granules and manufacturing method thereof
KR102289197B1 (en) * 2018-07-12 2021-08-13 순천향대학교 산학협력단 Brushite cement containing microspheres derived from bio-glass and method for producing the same

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3635316B2 (en) * 1996-11-25 2005-04-06 株式会社アドバンス Method for producing spherical ceramic porous body

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3635316B2 (en) * 1996-11-25 2005-04-06 株式会社アドバンス Method for producing spherical ceramic porous body

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100138128A (en) 2010-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101178204B1 (en) Porous microsphere and manufacturing method thereof
Ni et al. β‐CaSiO3/β‐Ca3 (PO4) 2 composite materials for hard tissue repair: In vitro studies
US6730324B2 (en) Biofunctional hydroxyapatite coatings and microspheres for in-situ drug encapsulation
US9969971B2 (en) Calcium-containing structures and methods of making and using the same
Hornez et al. Biological and physico-chemical assessment of hydroxyapatite (HA) with different porosity
Bakhsheshi-Rad et al. A new multifunctional monticellite-ciprofloxacin scaffold: preparation, bioactivity, biocompatibility, and antibacterial properties
Liao et al. Gadolinium-doped mesoporous calcium silicate/chitosan scaffolds enhanced bone regeneration ability
Xue et al. Mesoporous calcium silicate for controlled release of bovine serum albumin protein
Chen et al. Magnetic hydroxyapatite coatings with oriented nanorod arrays: hydrothermal synthesis, structure and biocompatibility
Paris et al. Fabrication of a nanoparticle-containing 3D porous bone scaffold with proangiogenic and antibacterial properties
Fu et al. Evaluation of bone regeneration in implants composed of hollow HA microspheres loaded with transforming growth factor β1 in a rat calvarial defect model
KR101105285B1 (en) Porous microsphere and manufacturing method thereof
WO2019153794A1 (en) Hollow porous spherical particle artificial bone, preparation method therefor and use thereof
Obada et al. Fabrication of novel kaolin-reinforced hydroxyapatite scaffolds with robust compressive strengths for bone regeneration
Kim et al. In situ formation of biphasic calcium phosphates and their biological performance in vivo
Badr-Mohammadi et al. Mechanical properties and in vitro cellular behavior of zinc-containing nano-bioactive glass doped biphasic calcium phosphate bone substitutes
US4786555A (en) Support particles coated with or particles of precursors for or of biologically active glass
CN103638556A (en) Surface nano-scale modified calcium phosphate bioactive ceramic as well as preparation method and application thereof
Hong et al. Preparation of porous bioactive ceramic microspheres and in vitro osteoblastic culturing for tissue engineering application
Cuozzo et al. Zinc alginate–hydroxyapatite composite microspheres for bone repair
US20130211543A1 (en) Tissue scaffold with controlled drug release
He et al. Modification of honeycomb bioceramic scaffolds for bone regeneration under the condition of excessive bone resorption
Chen et al. Preparation and biological effects of apatite nanosheet-constructed porous ceramics
Cao et al. 3D plotting in the preparation of newberyite, struvite, and brushite porous scaffolds: using magnesium oxide as a starting material
Saboori et al. Sol-gel preparation, characterisation and in vitro bioactivity of Mg containing bioactive glass

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150629

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160704

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170703

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180802

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190702

Year of fee payment: 8