KR101400712B1 - 삼차원 인공 지지체용 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생체세라믹 재료를 주요성분으로 함으로써, 우수한 생체적합성, 생체친화성 및 생체활성을 가지며, 인공 지지체 형성 시 시린지(syringe)에서 용이하게 토출될 수 있는 삼차원 인공 지지체용 조성물에 관한 것으로, 25~35중량%의 생체세라믹 미립자; 액상으로 제공되는 42~58중량%의 분산제; 파우더로 제공되는 3.6~4.5중량%의 점성제; 및 젤 형태로 제공되는 13.4~18.5중량%의 응집제;를 포함하여 이루어진다.

Description

삼차원 인공 지지체용 조성물{THREE-DIMENSIONAL SCAFFOLD COMPOSITION}
본 발명은 삼차원 인공 지지체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생체세라믹(bio-ceramic) 재료를 주요성분으로 함으로써, 우수한 생체적합성, 생체친화성 및 생체활성을 가지며, 인공 지지체 형성 시 시린지(syringe)에서 용이하게 토출될 수 있는 삼차원 인공 지지체용 조성물에 관한 것이다
조직 공학(Tissue Engineering)은 손상된 인체의 다양한 조직과 기관의 기능을 복원하기 위해 다양한 접근 방식으로 연구를 진행하고 있으며, 최근의 조직 공학 분야에서는 새로운 시도로서 세포의 증착, 증식 및 분화를 도울 수 있는 생체 적합성 인공 지지체(Scaffold) 개발과 관련된 연구가 진행되고 있다.
인공 지지체는 세포의 원활한 증착, 증식 및 분화를 유도할 수 있도록 적절한 세포외기질(Extra Cellular matrix; ECM) 구조를 가져야함과 아울러 주위의 조직과 유사한 지지대로서 생체 적합성 또는 생체 분해성 재료로 제작되어야 하며, 또한 인공 지지체는 세포의 이동, 신진대사 촉진 및 영양분 공급을 위한 혈관 침투를 위해 적절한 크기로 서로 연결된 다공성 구조로 가지면서 조직 재생 기간 동안 그 형태를 유지할 수 있는 일정 이상의 강도가 유지되어야 한다.
전술한 인공 지지체의 재료로는 PLA(Poly-lactic Acid), 또는 PGA(Poly-glycolic Acid), 또는 PLGA(Ploy-lacti-co-glycolic Acid)가 사용되는데, 이러한 재료를 이용한 인공 지지체는 염발포법, 상분리법, 염침출법, 유화 동결 건조법 등의 방법을 이용해 제작된다. 그러나 이러한 방법으로 제작된 인공 지지체들은 제조 공정이 복잡할 뿐만 아니라 다양한 3차원 형태의 정밀한 구조로 제작할 수 없고, 공극의 크기(Pore Size) 및 공극률(Porosity)을 사용자가 원하는 형태로 제어하기 어려운 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 최근에는 내외부 공극들의 연결성을 높이고, 충분한 강도를 가지는 3차원 인공 지지체를 제작하는 MSTL 기술이 사용되고 있다. MSTL(Micro-stereolithography) 기술은 쾌속 조형 기술로서 3차원으로 제어된 형상을 수십 마이크로의 정밀도로 3차원 인공 지지체를 제작할 수 있게 하고 있으나, MSTL 기술에 사용되는 많은 재료는 생체에 부적합하여 직접 사용할 수 없을 뿐만 아니라 인공 지지체 형성 시 시린지(syringe)에 충진된 인공 지지체 재료가 시린지에서 용이하게 토출되지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 생체세라믹(bio-ceramic) 재료를 주요성분으로 함으로써, 우수한 생체적합성, 및 생체친화성을 가지는 삼차원 인공 지지체용 조성물을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명은 인공 지지체 형성 시 시린지(syringe)에서 용이하게 토출될 수 있는 삼차원 인공 지지체용 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 삼차원 인공 지지체용 조성물은, 25~35중량%의 생체세라믹 미립자; 액상으로 제공되는 42~58중량%의 분산제; 파우더로 제공되는 3.6~4.5중량%의 점성제; 및 젤 형태로 제공되는 13.4~18.5중량%의 응집제;를 포함하여 이루어질 수 있다.
구체적으로 생체세라믹 미립자는, 인산칼슘계 세라믹, 또는 하이드록시 아파타이트, 또는 2상 인산칼슘 중 선택된 어느 하나로 구성될 수 있다.
구체적으로 생체세라믹 미립자는, 인산칼슘계 세라믹, 또는 하이드록시 아파타이트, 또는 2상 인산칼슘 중 선택된 둘 이상을 혼합하여 구성될 수 있다.
더 구체적으로 인산칼슘계 세라믹은, α-트리칼슘포스페이트, 또는 β-트리칼슘포스페이트 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
더 구체적으로 생체세라믹 미립자는 100㎚의 입도를 가질 수 있다.
구체적으로 분산제는 암모늄 폴리메타크릴레이트로 구성될 수 있다.
구체적으로 점성제는 하이드록시프로필 메틸셀룰로스로 구성될 수 있다.
구체적으로 응집제로는 폴리에틸렌이민으로 구성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 삼차원 인공 지지체용 조성물은, 미립자 형태로 제공되는 생체세라믹을 주성분으로 하기 때문에 우수한 생체적합성, 및 생체친화성을 기대할 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 삼차원 인공 지지체용 조성물은 생체세라믹 미립자에 생체세라믹 미립자를 분산시켜 안정화하는 분산제, 생체세라믹 미립자 간의 점착성과 점도를 증가시키고 물성과 촉감을 향상시키는 점성제, 그리고 생체세라믹 미립자들을 응집시키는 응집제를 첨가함으로써, 인공 지지체 형성 시 인공 지지체용 조성물이 시린지에 충진된 후 용이하게 시린지에서 토출될 수 있는 이점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 생체적합성, 및 생체친화성을 가지면서 인공 지지체 형성 시 시린지(syringe)에서 용이하게 토출될 수 있는 삼차원 인공 지지체용 조성물을 개발한 것이다.
본 발명에 따른 삼차원 인공 지지체용 조성물은 미립자 형태로 제공되는 생체세라믹(bio-ceramic)을 포함한다. 또한 본 발명은 생체세라믹 미립자를 분산시켜 안정화하는 분산제(dispersant), 생체세라믹 미립자 간의 점착성과 점도를 증가시키고 물성과 촉감을 향상시키는 점성제, 그리고 생체세라믹 미립자들을 응집시키는 응집제를 포함한다.
하기의 표. 1은 본 발명에 따른 삼차원 인공 지지체용 조성물의 성분비를 나타낸 것이다.
첨가재료 생체세라믹 분산제 점성제 응집제
혼합비율 25~35 42~58 3.6~4.5 13.4~18.5
표. 1 삼차원 인공 지지체용 조성물의 성분비(중량%)
본 발명에 따른 삼차원 인공 지지체용 조성물은 25~35중량%의 생체세라믹 미립자에 액상으로 제공되는 42~58중량%의 분산제, 파우더로 제공되는 3.6~4.5중량%의 점성제, 및 젤(gel) 형태로 제공되는 13.4~18.5중량%의 응집제를 첨가하여 균일하게 혼합함으로써 슬러리 형태로 제조된다. 누구나 알 수 있듯이, 생체 세라믹 미립자는 제조되는 인공 지지체의 기계적 강도를 부여하며, 분산제는 생체 세라믹 미립자를 분산시켜 재료가 안정적이고 골고루 응집될 수 있게 한다. 그리고 점성제는 생체 세라믹 미립자들이 서로 끈끈하게 결합되도록 하여 제조되는 인공 지지체 형상이 잘 유지하도록 도와주며, 응집제는 인공 지지체 슬러리가 용이하게 노즐을 통해 분사될 수 있도록 인공 지지체 슬러리를 젤 타입으로 만들어 준다.
먼저, 생체세라믹은 뼈를 구성하는 주요 무기질과 동일한 구조를 가지는 인산칼슘계 세라믹(Hydroxiapatite), 또는 하이드록시 아파타이트(hydroxyapatite; HA), 또는 2상 인산칼슘(biphasic calcium phosphate; BCP) 중 선택된 어느 하나, 또는 둘 이상을 혼합하여 구성된다.
바람직하게는 인산칼슘계 세라믹(Hydroxiapatite)은 α-트리칼슘포스페이트(tricalcium phosphate; α-TCP), 또는 β-트리칼슘포스페이트(tricalcium phosphate; β-TCP) 중 어느 하나로 구성된다.
즉 선택된 생체세라믹은 통상의 볼 밀((ball mill)을 사용하여 습식 분쇄한 후, 건조시켜 대략 100㎚ 정도의 입도를 가지는 미립자로 제공된다. 이때 생체세라믹 분쇄 작업 시 철분 등이 혼입되지 않도록 지르코니아(Zirconia) 또는 폴리에틸렌(Ployethylene) 재질을 가지는 볼(ball) 모양의 분쇄매체를 사용한다.
한편, 생체세라믹 미립자는 전체 조성물의 중량을 기준으로 25~35중량%의 비율을 가진다. 여기서 생체세라믹 미립자의 조성 비율이 25중량% 미만 일 때에는 제조되는 인공 지지체의 강도가 약해 조직 재생 기간 동안 형태를 유지할 수 없다. 그리고 생체세라믹 미림자의 조성 비율이 35중량% 초과 일 때에는 요구되는 인공 지지체의 강도를 얻을 수 있지만 과도한 분말 함량으로 인하여 인공 지지체 형성 시 인공 지지체용 조성물이 시린지(syringe)에 충진된 후, 원활하게 토출되지 못하게 된다. 즉 시린지 노즐이 막혀 작업이 중단된다.
분산제(dispersant)는 용액의 형태로 제공되는 암모늄 폴리메타크릴레이트(Ammonium polymethacrylate water)로 구성된다. 분산제는 전체 조성물의 중량을 기준으로 42~58중량%의 비율을 가진다. 이때 분산제의 조성 비율이 42중량% 미만 일 때에는 생체세라믹 파우더를 안정화시키기 어려울 뿐만 아니라 제조되는 인공 지지체용 조성물이 빡빡하게 되며, 분산제의 조성 비율이 58중량% 초과 일 때에는 제조되는 인공 지지체용 조성물이 물러지기 때문에 인공 지지체 형성 시 시린지를 통해 인공 지지체용 조성물이 토출됨과 동시에 토출되는 형상을 유지하지 못하고 무너지게 된다.
상기에는 분산제로서, 용액의 형태의 암모늄 폴리메타크릴레이트(Ammonium polymethacrylate water)로 한정하여 기재하였지만, 분산제를 암모늄 폴리메타크릴레이트(Ammonium polymethacrylate water)로만 한정하는 것이 아님을 누구나 알 수 있을 것이다.
점성제는 파우더 형태로 제공되는 하이드록시프로필 메틸셀룰로스(HydroxyProrylMethylCellulose; HPMC)로 구성된다. 점성제는 전체 조성물의 중량을 기준으로 3.6~4.5중량%의 비율로 제공되는데, 점성제의 조성 비율이 3.6중량% 미만 일 때에는 요구하는 점성을 유지하기 곤란하며, 점성제의 조성 비율이 4.5중량% 초과 일 때에는 과도한 분말 함량으로 인하여 인공 지지체 형성 시 인공 지지체용 조성물이 시린지(syringe)에 충진된 후, 원활하게 토출되지 못하게 된다.
한편, 응집제로는 젤(gel) 형태로 제공되는 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine; PEI)으로 구성된다. 응집제는 전체 조성물의 중량을 기준으로 13.4~18.5중량%의 비율을 가진다. 여기서 응집제가 13.4중량% 미만 일 때에는 제조되는 인공 지지체의 응집력이 떨어지게 되기 때문에 인공 지지체 형성 시 시린지를 통해 인공 지지체용 조성물이 토출됨과 동시에 토출되는 형상을 유지하지 못하고 무너지게 되며, 응집제가 18.5중량% 초과 일 때에는 인공 지지체용 조성물의 점력이 높아 인공 지지체 형성 시 시린지에서 토출되지 못해 인공 지지체 형성이 어렵게 된다.
상기에는 응집제로서, 젤 형태의 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine; PEI)로 한정하여 기재하였지만, 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine; PEI)과 같은 기능을 수행하는 응집제라면 다른 응집제를 사용하여도 상관없다.
전술한 바와 같이 생체세라믹 미립자, 분산제, 점성제 및 응집제로 구성되는 본 발명에 따른 삼차원 인공 지지체용 조성물은 생체세라믹 미립자에 분산제를 첨가하여 균일하게 혼합한 후, 점성제 및 응집제를 차례로 첨가하여 균일하게 혼합함으로써 슬러리 형태로 제공되거나, 또는 생체세라믹 미립자에 분산제, 점성제 및 응집제를 순서에 관계없이 첨가한 후 균일하게 혼합함으로써 슬러리 형태로 제공된다.
이와 같이 형성된 본 발명에 따른 삼차원 인공 지지체용 조성물은, 미립자 형태로 제공되는 생체세라믹을 주성분으로 하기 때문에 우수한 생체적합성, 및 생체친화성을 기대할 수 있다,
또한 본 발명에 따른 삼차원 인공 지지체용 조성물은 생체세라믹 미립자에 생체세라믹 미립자를 분산시켜 안정화하는 분산제, 생체세라믹 미립자 간의 점착성과 점도를 증가시키고 물성과 촉감을 향상시키는 점성제, 그리고 생체세라믹 미립자들을 응집시키는 응집제를 첨가함으로써, 인공 지지체 형성 시 인공 지지체용 조성물이 시린지에 충진된 후, 시린지에서 용이하게 토출되기 때문에 인공 지지체용 조성물에 의해 시린지의 노줄이 막혀 인공 지지체 형성 작업이 중단되는 것을 방지한다.
상기와 같은 삼차원 인공 지지체용 조성물은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

Claims (8)

  1. 25~35중량%의 생체세라믹 미립자;
    액상으로 제공되는 42~58중량%의 분산제;
    파우더로 제공되는 3.6~4.5중량%의 점성제; 및
    젤 형태로 제공되는 13.4~18.5중량%의 응집제;를 포함하며,
    상기 생체세라믹 미립자는, 인산칼슘계 세라믹, 또는 하이드록시 아파타이트, 또는 2상 인산칼슘 중 선택된 어느 하나로 구성되거나, 또는 인산칼슘계 세라믹, 또는 하이드록시 아파타이트, 또는 2상 인산칼슘 중 선택된 둘 이상을 혼합하여 구성되며,
    상기 분산제는 암모늄 폴리메타크릴레이트로 구성되고,
    상기 점성제는 하이드록시프로필 메틸셀룰로스로 구성되며,
    상기 응집제로는 폴리에틸렌이민으로 구성되는 삼차원 인공 지지체용 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 인산칼슘계 세라믹은, α-트리칼슘포스페이트, 또는 β-트리칼슘포스페이트 중 어느 하나로 구성되는 삼차원 인공 지지체용 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 생체세라믹 미립자는 100㎚의 입도를 가지는 삼차원 인공 지지체용 조성물.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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