KR101260507B1 - 뼈재생활성을 가진 생분해성 조각골 이식 주머니 - Google Patents

Abstract

본 발명은 후측방유합술을 비롯한 각종 수술에서 골 유합시 사용되는 골편의 이동을 방지할 수 있는 조각골 이식 주머니에 관한 것으로,
체액과 영양분이 이동할 수 있는 다수의 공극이 형성되면서, 다수의 골편을 감싸 골편의 이동을 제한하고 서로 밀착시키는 섬유망으로 이루어진 것을 특징으로 하여 골편의 이동을 막아 골편이동으로 인한 부작용을 방지하고, 상기 섬유망의 재료로서 생분해성 섬유를 사용함에 따라 생체적합성 문제를 없앤 조각골 이식 주머니를 제공한다.

Description

뼈재생활성을 가진 생분해성 조각골 이식 주머니{Bone-regenerative, Biodegradable Pocket for Bone Chip Graft}

본 발명은 뼈 재생활성을 가진 생분해성 조각골 이식 주머니에 관한 것으로, 보다 상세하게는 후측방유합술을 비롯하여 각종 수술에서 골 유합시 사용되는 골편이 이동하는 것을 방지하여 이로 인한 부작용 등을 방지하고, 조각골의 뼈융합 효율 및 생체적합성을 높이기 위해서, 이식 주머니 자체가 뼈재생활성을 가지는 것은 물론, 생분해성을 가지도록 한 뼈재생활성을 가진 생분해성 조각골 이식 주머니에 관한 것이다.

보편적 척추 고정방법은 도 4에 도시된 바와 같이 금속 나사못(screw)(100)을 척추경(pedicle)을 통해 척추체(vertebral body)에 고정하고, 금속 나사못 사이를 막대(rod)(200)로 연결하는 척추경 나사못 고정술(pedicle screw fixation)이다.

그러나 척추경 나사못 고정술 만 단독으로 시행하는 경우 시간이 지나면서 나사못 또는 막대에 피로골절(fatigue fracture)이 발생하는 경우가 많다. 따라서 6개월 이상의 장기간 고정을 필요로 하면, 척추경 나사못 고정술 외에 가로돌기와 관절돌기의 피질을 벗겨내고 그 위로 골편(bone particle)(300)을 이식하는 후측방 유합술(posterolateral fusion)이 함께 시행되어야만 한다.

이때 상기 후측방 유합술에 사용되는 골편으로는 통상 장골(ilium)에서 채취하거나, 수술 중 얻어지는 골편(local bone 또는 laminectomy bone)이나 여러 가지 골 대체제(bone substitutes)를 이용하게 된다.

이와 같은 골편은 후측방 유합술에 의해 이식된 후, 골편(300) 내부에 형성되어 있는 미세구멍(310)을 통해 골원세포(osteoprogenitor cell)가 스며들어 골을 형성하게끔 유도하는 작용(osteoconduction)을 하며, 자가골의 경우에는 골편 자체에도 골원세포가 존재하여 골이 스스로 형성되는 작용(osteoinduction)도 한다.

한편, 상기 다양한 방법으로 얻어지는 골편 중에서도 수술 중 얻어지는 골편을 이용하는 방법이 골편을 얻기 위하여 환자에게 또 다른 절개부위를 만들지 않아도 되고, 골편채취로 인한 통증, 감염, 골반 골절 등의 합병증을 예방할 수 있어 많이 이용되고 있다.

다만, 수술부위에서 얻어지는 골편들은 수술 기구인 펀치(punch)로 얻어지기 때문에 그 크기가 5mm이하의 작은 조각으로 이루어진다. 이러한 작은 골편조각들은 쉽게 이동할 수 있기 때문에 이식된 후 신경구멍(neural foramen)속으로 들어가 신경근을 압박하여 수술 후 방사통(iatrogenic radicular pain)을 유발하거나 원하지 않는 부위에 골을 형성하는 이소골형성(heterotophic ossification)이 나타나는 문제점이 있었다.

또한, 골편의 이식수술 후, 많은 시간을 앉거나 서 있게 되면 중력의 영향으로 이식된 골편이 아래로 내려오는 경향을 보이는데, 이때 조각난 골편일수록 그 확률이 높아진다. 따라서 유합이 충분히 이루어지지 않아 향후 수술결과에 안 좋은 영향을 미칠 수 있다는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로,

골편이 이식된 후 신경구멍 등으로의 이동을 막아 부작용을 방지하고, 충분한 유합이 이루질 수 있도록 한 조각골 이식 주머니를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 골 유합 시에 생체적합성을 개선하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 체액과 영양분의 이동이 원활하도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 섬유망의 공극을 유지하면서 유연성을 갖을 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 섬유망 또는 골편의 골유합을 촉진하기 위해서 뼈 재생 활성을 가지도록 하는데 있다.

본원발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여,

체액과 영양분이 이동할 수 있는 다수의 공극이 형성되면서, 다수의 골편을 감싸 골편의 이동을 제한하고 서로 밀착시키는 섬유망으로 이루어진 것을 특징으로 하는 조각골 이식 주머니를 제공한다.

또한, 상기 섬유망은 생분해성을 갖는 의료용 섬유재료에서 선택되는 하나가 사용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 체내 분해성 섬유재료는 poly(glycolic acid) (PGA), poly(L-lactic acid) (PLLA), poly(D-lactic acid) (PDLA), poly(D,L-lactic acid) (PDLLA), poly(1,4-dioxane-2-one) (PDO), polycaprolactone (PCL), poly(trimethyelen carbonate) (PTMC)에서 선택되는 하나 또는 이들의 공중합체로 이루어진 합성섬유를 사용하거나, poly(β-hydroxy butyrate) (PHB), 키틴 및 키토산에서 선택되는 하나의 천연섬유가 사용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 섬유망의 공극 크기가 0.3mm~8mm인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 섬유망의 섬유 직경은 0.5~500um인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 섬유망에 골유합을 촉진시키는 BMP-2(bone morphogenetic protein-2:BMP-2, 뼈형성 단백질), BMP-7(골형성 단백질), VEGF(혈관내피세포 성장인자), bFGF(염기성 섬유아세포 성장인자), PDGF(혈소판유래 성장인자)에서 선택되는 하나 혹은 둘 이상의 성장인자가 포함된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 성장인자는 섬유망을 성장인자의 용액에 담그는 방법이나, 그 용액을 섬유망 표면에 스프레이 방법으로 코팅하는 방법을 통해 섬유망에 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 성장인자는, 섬유망을 가수분해, 오존 처리, 플라스마 처리에서 선택되는 하나의 화학적인 방법으로 처리하여 카르복실기, 하이드록실기, 아민기에서 선택되는 하나 이상의 관능기를 도입하고, 이들 관능기를 이용하여 성장인자를 화학적으로 반응 결합시킴으로써 섬유망에 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 성장인자는 섬유망에 헤파린을 물리적으로 코팅 또는 화학적으로 결합한 후에 성장인자를 결합시킨 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 골편에 골유합을 촉진시키는 BMP-2, BMP-7, VEGF, bFGF, PDGF에서 선택되는 하나 혹은 둘 이상의 성장인자를 포함시키기 위하여, 골편을 성장인자가 용해된 용액에 담그거나 또는 성장인자를 의료용 접착제와 혼합하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 조각골 이식 주머니는 골편이 이동되지 않도록 섬유망으로 감싸지기 때문에 이식 후 골편의 분산을 막아 골편의 유합속도 및 유합성공율을 높일 수 있고, 골편이동으로 인한 부작용을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 섬유망이 체내 분해가능한 섬유재료로 구성되어 체내에서 분해가 가능함에 따라 골유합 후 잔존물질로 인한 생체적합성 문제를 일으키지 않는 효과를 갖는다.

또한, 섬유망의 공극 크기를 한정함으로써 체액과 영양분의 이동이 원활하게 일어나 뼈생성이 효과적으로 이루어지는 효과를 갖는다.

또한, 섬유망을 구성하는 섬유의 직경을 한정함으로써 섬유망이 적당한 강도와 유연성을 갖고 있어 골 유합이 원활하게 이루어지는 효과를 갖는다.

또한, 섬유망 또는 골편에 성장인자가 포함되고 효율적으로 서방출됨에 따라 골유합을 촉진시켜 뼈 재생활성이 향상되고 뼈생성이 신속히 이루어지는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조각골 이식 주머니의 섬유망을 보인 도면.
도 2는 도 1의 섬유망이 골편을 감싼 상태를 보인 도면.
도 3은 도 2의 조각골 이식 주머니가 이식된 사용상태를 보인 도면.
도 4는 종래 골편이 이식된 상태를 보인 도면.

이하에서는 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 도시된 실시예에 따라 구체적으로 설명하기는 하나, 본 발명이 도면에 도시된 실시예 만으로 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조각골 이식 주머니의 섬유망을 보인 도면이고, 도 2는 도 1의 섬유망이 골편을 감싼 상태를 보인 도면이며, 도 3은 도 2의 조각골 이식 주머니가 이식된 사용상태를 보인 도면이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 조각골 이식 주머니(1)는 골편을 감싸는 섬유망으로 이루어지는 것으로, 골편(20)이 섬유망(10)에 의해 감싸지기 때문에 이식 후 골편이 이동되는 것을 방지할 수 있다.

여기서 골편(20)은 골을 생성하여 골유합이 잘 이루어지도록 하기 위하여 사용되는 것으로, 상기 골편(20)으로는 수술 중 얻어지는 작은 조각의 골편(20)이 바람직하게 사용될 수 있다.

본 발명의 요부인 상기 섬유망(10)은 체액과 영양분이 이동할 수 있는 다수의 공극(11)이 형성되면서 다수의 골편(20)을 감싸 골편의 이동을 제한하고 서로 밀착시키는 것으로, 골편(20)이 내부에 삽입될 수 있도록 주머니 형태를 갖도록 형성한다.

이때 섬유망(10)은 도 1에 도시된 바와 같이 상, 하부가 개방된 상태로 구비되어 있다가, 골편(20)이 삽입된 후 도 2에 도시된 바와 같이 상, 하부가 폐쇄되도록 할 수도 있다.

이러한 상기 섬유망(10)은 이식고자 하는 작은 골편들을 모아주어 골편 간의 간격을 최소화하고, 이를 통해 골편의 이동을 막아 이식 후 골편이 분산되는 것을 방지하고, 이에 따라 수술 후 골편의 유합속도 및 유합성공율을 높일 수 있는 것이다.

이때 상기 섬유망(10)은 생분해성을 가지는 의료용 섬유재료를 사용하는 것이 골편의 이식후 생체적합성 문제를 없앨 수 있어 바람직하다.

즉, 생분해성을 가지는 의료용 섬유재료를 사용하는 것이 조각골 이식 주머니의 이식 후에 골편이 유합되고 난 뒤, 체내에서 분해, 소멸되는 것이 잔존물질로 인한 장기적인 부작용을 줄여 생체적합성 문제를 일으키지 않으므로 더욱 바람직하게 사용될 수 있다.

상기 생분해성을 가지는 의료용 섬유재료로는 poly(glycolic acid) (PGA), poly(L-lactic acid) (PLLA), poly(D-lactic acid) (PDLA), poly(D,L-lactic acid) (PDLLA), poly(1,4-dioxane-2-one) (PDO), polycaprolactone (PCL), poly(trimethyelen carbonate) (PTMC) 등 에서 선택되는 하나 또는 이들의 공중합체로 이루어진 합성섬유를 사용하거나, poly(β-hydroxy butyrate) (PHB), 키틴 및 키토산 등에서 선택되는 하나의 천연섬유가 사용될 수 있다.

특히 poly-L-lactide(PLLA)는 이미 인체 무해성이 검증되어 있고, 질량분해(mass degradation)는 18~24개월, 체내강도 유지기간(Strength retention)은 6~12개월로 알려져 있어 골유합 기간 동안 충분히 골편의 집합을 유지할 수 있어 더욱 바람직하다.

한편, 상기 생분해성을 가지는 의료용 섬유재료는 구조에 따라 강도가 다르고 체내 강도 유지기간(Strength retention time)과 체내 분해시간(biodegradation time 또는 bioabsoption time)이 다르므로 필요한 초기 강도와 골 유합이 충분하게 일어날 수 있는 기간을 감안하여 선택하여야 하는데, 통상적으로 골 유합에 필요한 기간이 2개월~1년이므로 분해가 빠른 PGA보다는 분해가 보다 느린 PDO 또는 PLA가 섬유망의 섬유재료로서 더욱 바람직하게 사용될 수 있다.

아울러 본 발명은 체액과 영양분의 이동이 원활하게 일어날 수 있도록 하기 위하여 섬유망(10)의 공극(11) 크기가 0.3mm~8mm인 것이 바람직하며, 특히 상기 섬유망(10)의 공극(11) 크기가 1~5mm의 크기를 가지는 것이 더욱 바람직하다.

만약 상기 섬유망(10)의 공극(11)이 상기 범위보다 크면 골편이 섬유망(10) 내에 머무르지 못하고 빠져나가 결국 신경구멍으로 유입되어 신경근을 압박하는 등의 문제를 일으킬 수 있고, 상기 공극(11)이 상기 범위보다 작으면 체액과 영양분의 이동이 제한되어 골유합이 원활하게 이루어질 수 없다.

따라서 상기와 같이 공극(11) 크기를 한정하면 골편이 섬유망을 이탈하는 것을 최대한 방지하면서 체액과 영양분의 이동은 활발히 이루어질 수 있고, 이를 통해 뼈생성이 효과적으로 이루어질 수 있다.

또한, 섬유망의 공극 크기를 한정함으로써 항생제, 항암제등의 약재를 넣어 골수염 및 골수암의 부위에 삽입하여 약재의 방출이 국소적으로 일어나게 하고, 제거를 위한 이차적 시술의 필요성을 제거할 수 있다.

이때 본 발명에서는 상기한 공극(11)을 유지하고 적당한 강도와 취급이 편리한 유연성을 갖도록 하기 위하여 상기 섬유망의 섬유 직경은 0.5~500um인 것이 바람직하다. 특히 상기 섬유직경은 50~300um인 것이 강도, 유연성이 우수할 수 있는 최적의 조건이 형성되기 때문에 더욱 바람직하다.

만약 섬유직경이 범위보다 작으면, 섬유망(10)이 유연하게 형성되어 취급이 용이하기는 하나, 강도가 약하여 이식시 지지력이 약하여 골편이 아래로 내려올 수 있고, 섬유직경이 범위보다 큰 경우 강도는 우수하나 유연성이 낮아 취급이 용이하지 않을 수 있다.

상기와 같은 섬유직경이 한정됨에 따라 이식된 골편의 골 유합이 더욱 원활하게 이루어질 수 있다.

아울러 상기 섬유망에는 단순히 골편들을 원하는 위치에 전달하고 유지하는 것이 아니라 골유합을 촉진시켜 뼈재생활성을 갖도록 하기 위하여 골유합을 촉진시키는 BMP-2, BMP-7, VEGF, bFGF, PDGF 등에서 선택되는 하나 혹은 둘 이상의 성장인자가 포함될 수 있다.

이와 같이 상기 성장인자가 섬유망에 포함되도록 하는 방법으로는 성장인자를 제조된 섬유망 표면에 물리적으로 코팅하거나 또는 화학적으로 결합시키는 방법을 사용할 수 있다.

또한, 섬유망 표면에 성장인자를 물리적으로 코팅하는 방법은 성장인자의 용액 또는 성장인자를 다른 고분자와 함께 녹인 용액에 담그거나 스프레이 코팅하는 방법을 사용할 수 있다.

아울러 섬유망 표면에 성장인자를 화학적으로 결합시키는 방법은 섬유를 가수분해, 오존 처리, 플라스마 처리 등의 화학적인 방법으로 처리하여 카르복실기, 하이드록실기, 아민기 등의 관능기(functional group)를 도입하고 이들 관능기를 이용하여 성장인자를 화학적으로 반응 결합시키는 방법을 사용할 수 있다.

또한, 헤파린과 성장인자의 결합력을 이용하여 성장인자를 서방출 (slow release)하기 위하여, 섬유망에 우선 헤파린을 물리적으로 코팅 또는 화학적으로 결합한 후에 성장인자를 결합시켜서, 성장인자들을 효율적으로 포함하고, 생체활성이 유지된 상태로 서방출이 가능하도록 하게 하는 방법을 사용할 수도 있다.

한편, 골편의 골유합을 촉진시키기 위한 방안으로 골편에 직접 상기한 성장인자, 즉, BMP-2, BMP-7, VEGF, bFGF, PDGF 등에서 선택되는 하나 혹은 둘 이상의 성장인자가 포함될 수 있다.

상기 성장인자들이 골편에 포함되는 경우에는 성장인자가 용해된 액체에 골편을 담그는 방법이나, 성장인자가 포함된 의료용 접착제(예, 피브린 글루 등)와 골편을 혼합하는 방법을 통해 성장인자를 골편에 포함시킬 수 있고, 이렇게 성장인자가 포함된 골편(20)을 섬유망(10)에 투입하여 골유합 형성에 도움을 주도록 할 수 있다.

상기와 같이 섬유망 또는 골편에 성장인자가 포함됨에 따라 골유합이 촉진되어 뼈재생활성이 더욱 향상되는 효과가 있다.

1: 조각골 이식 주머니
10: 섬유망
11: 공극
20: 골편

Claims (10)

1. 체액과 영양분이 이동할 수 있는 다수의 공극이 형성되면서, 다수의 골편을 감싸 골편의 이동을 제한하고 서로 밀착시키는 섬유망으로 이루어지고,
   상기 섬유망은 생분해성을 갖는 의료용 섬유재료로서 poly(glycolic acid) (PGA), poly(L-lactic acid) (PLLA), poly(D-lactic acid) (PDLA), poly(D,L-lactic acid) (PDLLA), poly(1,4-dioxane-2-one) (PDO), polycaprolactone (PCL), poly(trimethyelen carbonate) (PTMC)에서 선택되는 하나 또는 이들의 공중합체로 이루어진 합성섬유를 사용하거나, poly(β-hydroxy butyrate) (PHB), 키틴 및 키토산에서 선택되는 하나의 천연섬유가 사용되는 것을 특징으로 하는 조각골 이식 주머니.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 섬유망의 공극 크기가 0.3mm~8mm인 것을 특징으로 하는 조각골 이식주머니.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 섬유망의 섬유 직경은 0.5~500um인 것을 특징으로 하는 조각골 이식주머니.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 섬유망에 골유합을 촉진시키는 BMP-2, BMP-7, VEGF, bFGF, PDGF에서 선택되는 하나 혹은 둘 이상의 성장인자가 포함된 것을 특징으로 하는 조각골 이식 주머니.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 성장인자는 섬유망을 성장인자의 용액에 담그는 방법이나, 그 용액을 섬유망 표면에 스프레이 방법으로 코팅하는 방법을 통해 섬유망에 포함되는 것을 특징으로 하는 조각골 이식 주머니.
8. 청구항 6 항에 있어서,
   상기 성장인자는, 섬유망을 가수분해, 오존 처리, 플라스마 처리에서 선택되는 어느 하나의 화학적인 방법으로 처리하여 카르복실기, 하이드록실기, 아민기에서 선택되는 하나 이상의 관능기를 도입하고, 이들 관능기를 이용하여 성장인자를 화학적으로 반응 결합시킴으로써 섬유망에 포함되는 것을 특징으로 하는 조각골 이식 주머니.
9. 청구항 6에 있어서,
   상기 성장인자는 섬유망에 헤파린을 물리적으로 코팅 또는 화학적으로 결합한 후에 성장인자를 결합시킨 것을 특징으로 하는 조각골 이식 주머니.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 골편에 골유합을 촉진시키는 BMP-2, BMP-7, VEGF, bFGF, PDGF에서 선택되는 하나 혹은 둘 이상의 성장인자를 포함시키기 위하여,
    골편을 성장인자가 용해된 용액에 담그거나 또는 성장인자를 의료용 접착제와 혼합하는 것을 특징으로 하는 조각골 이식 주머니.

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