KR101432207B1

KR101432207B1 - 카페인산 페네틸 에스테르 함유 항균 골 시멘트 조성물 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101432207B1
Application number: KR1020130059650A
Authority: KR
Inventors: 장정호; 이혜선; 황창규; 최영묵
Original assignee: 한국세라믹기술원
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-27
Publication date: 2014-08-21
Also published as: WO2014185600A1

Abstract

본 발명은 골 시멘트 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 프로폴리스의 활동성분으로 항균력이 있다고 알려져 있는 카페인산 페네틸 에스테르(caffeic acid phenethyl ester, CAPE)를 항균 성분 및 중합금지제로서 함유하는 것을 특징으로 하는 카페인산 페네틸 에스테르 함유 골 시멘트 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 카페인산 페네틸 에스테르 함유 항균 골 시멘트 조성물은 인체 내에 투여 시 발생할 수 있는 복귀돌연변이, 소핵시험 등의 안정성 문제가 확인된 항균, 항염 효과가 있는 천연 프로폴리스의 활동 성분인 카페인산 페네틸 에스테르를 함유함으로써 별도의 항생제를 사용하지 않고도 수술시 발생되는 이차감염의 요인인 균류 발생을 방지할 수 있으며, 또한, 카페인산 페네틸 에스테르가 중합금지제 기능을 하기 때문에 부작용이 문제가 되고 있는 중합금지제를 별도로 사용하지 않고도 흐름성이 좋고 적절한 세팅 시간을 가져 사용에 적합한 골 시멘트 조성물을 제공할 수 있다.

Description

카페인산 페네틸 에스테르 함유 항균 골 시멘트 조성물 및 이의 제조방법{BONE FILLING COMPOSITION COMPRISING CAFFEIC ACID PHENETHYL ESTER, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 골 시멘트 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 프로폴리스의 활동성분으로 항균력이 있다고 알려져 있는 카페인산 페네틸 에스테르(caffeic acid phenethyl ester, CAPE)를 항균 성분 및 중합금지제로서 함유하는 것을 특징으로 하는 카페인산 페네틸 에스테르 함유 골 시멘트 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

종래, 골충진 조성물, 즉, 골 시멘트 조성물은 뼈의 결손부의 보전제, 또는 인공 고관절 등의 금속제 인공 관절을 주위의 뼈와 고정시키는 접착제 등으로서 전세계에서 널리 사용되고 있다. 척추 및 뼈의 파손 등으로 인하여 인공물을 체내에 삽입, 시술하는 방법이 사용되고 있을 뿐만 아니라 각종 관절부위, 척추 및 뼈의 손상으로 인하여 슬관절이나 고관절의 전치환술 및 재수술이 널리 시술되고 있는데, 이러한 수술시 골결손을 충진하는 역할을 위해 체내에 시술되는 인공물의 위치를 고정시키는데 골 시멘트가 사용되고 있다.

이러한 골 시멘트 조성물은, 통상, 분말 부분과 액체 부분으로 나누어져 있고, 수술중 등의 적용하기 직전에 혼련함으로써 단량체의 중합 반응을 개시시키고, 그 혼련물을 방치하는 것 등에 의해 점도가 어느 정도 높은 상태가 된 시점에서 핸들링 작업에 의해 적용 대상 부위에 적용되는 것 등으로 사용되고 있다.

골 시멘트와 관련된 종래의 기술을 살펴보면, "골시멘트 조성물 및 이의 제조방법"(한국 공개특허공보 제10-2013-0028405호, 특허문헌 1)에는 β-3 인산칼슘(β-tricalcium phosphate, β-TCP), 제1인산암모늄(NH₄H₂PO₄), 제2 인산암모늄((NH₄)₂HPO₄) 및 물을 포함하는 골시멘트 조성물을 제공하며, 출발분말로 β-3 인산칼슘 분말을 준비하는 단계(단계 1); 제1인산암모늄, 제2인산암모늄 및 물을 혼합 및 교반하여 경화액을 제조하는 단계(단계 2); 상기 단계 2에서 제조된 경화액을 상기 단계 1에서 준비된 β-3인산칼슘 분말에 도입하고 교반하는 단계(단계3)를 포함하는 구성이 공개되어 있다. 상기 기술은 경화 시간을 연장하여 3차원 조형 공정 등에 사용할 수 있도록 하였다. 그런데, 이러한 골 시멘트는 시술 후 방사선을 이용한 촬영시 형상이나 위치의 확인이 어려운 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해소할 수 있는 기술로, "골 증강용 골 시멘트 시스템"(한국 공개특허공보 제10-2013-0028056호, 특허문헌 2)에는 고체성분으로 고체 성분 중 약 38 내지 약 42 중량% 범위의 조영제; 고체 성분 중 약 0.3 내지 약 0.5 중량% 범위의 중합 개시제; 고체 성분 중 약 14 내지 약 16 중량% 범위의, 히드록시아파타이트를 포함하는 뼈 대체 물질; 및 고체 성분 중 약 43 내지 약 46 중량% 범위의, 폴리(메틸아크릴레이트-코-메틸메타크릴레이트), 폴리(메트)아크릴레이트, 폴리메틸(메트)아크릴레이트, 폴리(메틸메타크릴레이트) 및/또는 폴리(메틸메타크릴레이트-코-스티렌) 중합체, 블렌드, 혼합물 또는 공중합체 중 하나 이상을 포함하는 고체 중합체로 이루어지며, 이산화 지르코늄, 황산 바륨 및/또는 이산화티타늄 및 이들의 혼합물과 블렌드를 포함시켜 조영제를 구성하는 예가 공개되어 있다.

여기서 조영제 사용의 실시예로 분말 성분중 30 ~ 60 중량%의 범위에서 사용하는 예가 공개되어 있다. 특히, 황산 바륨의 경우 골 시멘트의 기계적 강도를 향상시켜주는 역할도 더불어 하므로 시술 후의 우수한 강도를 제공해주게 되는 장점을 갖는다.

한편, 골 시멘트 주입 부위에서의 염증 치료 등을 목적으로 하는 기술이 "섬유-강화 및/또는 증가된 유동성을 가지는 골 시멘트조성물"(한국 등록특허 공보 제10-1226811호, 특허문헌 3)에 공개된 바 있다.

상기 기술은 평균 입자 직경이 10 ∼ 60 ㎛ 인 (메트)아크릴레이트계 폴리머 대경 입자와, 평균 입자 직경이 0.1 ∼ 2.0 ㎛인 (메트)아크릴레이트계폴리머 소경 입자와, (메트)아크릴레이트계 모노머와, 중합 개시제를 함유하고, 상기 (메트)아크릴레이트계 폴리머 소경 입자의 함유 비율이, 당해 (메트)아크릴레이트계 폴리머 소경 입자와 (메트)아크릴레이트계 폴리머 대경 입자의 합계량에 대하여 5 ∼ 30 질량%인 것을 특징으로 하며, 골 시멘트의 유동성을 제공하기 위해 칼슘-염 함유 성분과, 글리콜라이드 반복 유닛, 불연속 섬유를 가지며, 여기에 선택적으로 항생 물질을 첨가하는 내용이 공개되어 있다.

상기와 같은 특허문헌 3은 임의의 항생 물질들을 폭넓게 사용함을 특징으로 한다. 그러나, 항생 물질의 종류에 따라서는 골 시멘트의 유동성을 제공하기 위한 성분과 어울리지 못해 유동성을 떨어뜨리거나, 중합 시간을 과도하게 저하시키거나, 골 시멘트의 물리적 성질을 저하시킬 수 있다.

현대인들은 남녀노소 구분 없이 오염된 환경과 각종 유해물질들이 첨가된 음식물들로 인해 질병으로 부터 우리의 몸을 건강하게 유지시켜주는 면역력이 떨어져 비염, 아토피, 축농증, 암, 위장병 등 각종 질병에 시달리고 있으며 많은 사람들이 면역증강에 좋다고 하는 프로폴리스를 이용하려고 하고 있다.

현대인이 자주 복용하는 항생제의 경우 일부 세균에만 효과가 있으며, 오히려 인체의 자연성을 약화시켜 면역력을 더욱 떨어뜨리고 많은 부작용과 내성이 생기는 문제가 있다. 그런데, 벌집으로부터 추출한 프로폴리스는 항생제의 이러한 한계를 극복하여 거의 모든 균(바이러스, 세균, 곰팡이)을 직접 살균할 뿐 아니라, 자연 성분이므로 내성이 없고 부작용도 없으며 오히려 인체의 면역력을 강화하는 것으로 알려져 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 항균 골 시멘트 조성물에 있어서 종래 항생제 사용으로 인한 부작용을 줄일 수 있는 천연 성분을 포함하여 항균 기능을 가지면서도, 별도의 중합금지제 사용 없이 흐름성이 좋고 적절한 세팅 시간을 가져 사용에 적합한 골 시멘트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 액상 부분과 분말 부분으로 이루어진 항균 골 시멘트 조성물에 있어서, 상기 액상 부분은 메틸메타크릴레이트, 디메틸-파라-톨루이딘 및 항균 성분 및 중합금지제로서 카페인산 페네틸 에스테르(Caffeic acid phenethyl ester)를 포함하고, 상기 분말 부분은 폴리메틸메타크릴레이트, 지르코니아, 및 과산화벤조일을 포함하는 것을 특징으로 하는 카페인산 페네틸 에스테르 함유 항균 골 시멘트 조성물을 제공한다.

본 발명에 의한 항균 골충진 조성물에 있어서, 상기 액상 부분은 상기 카페인산 페네틸 에스테르 1 중량부를 기준으로, 상기 메틸메타크릴레이트는 170 내지 171 중량부, 상기 디메틸-파라-톨루이딘은 5 내지 6 중량부의 비율로 포함하고,

상기 분말 부분은 상기 카페인산 페네틸 에스테르 1 중량부를 기준으로 상기 폴리메틸메타크릴레이트는 260 내지 270 중량부, 상기 지르코니아는 115 내지 120 중량부, 상기 과산화벤조일은 10 내지 13 중량부의 비율을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 의한 항균 골 시멘트 조성물을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에서는 천연 항생 물질인 카페인산 페네틸 에스테르를 액상 부분에 포함시켜 분말 부분과 혼합시킨 결과 하이드로퀴논과 같은 별도의 중합금지제 투입 없이 중합을 억제하면서도 항균 효과가 있음을 알게 되었다.

본 발명에 있어서, 항균 성분 및 중합금지제로서 첨가되는 상기 카페인산 페네틸 에스테르는 프로폴리스의 활동성분 중 하나로, 항균 효과를 가지는 비타민 P 라고 알려져 있는 후라보노이드 계열 성분의 일종이며, 주로 프로폴리스 내에서 항균과 항염의 작용을 하는 것으로 알려져 있다. 상기 카페인산 페네틸 에스테르의 분자식은 C₁₇H₁₆O₄이며 화학적 구조는 아래 화학식 1과 같다.

[화학식 1]

상기 카페인산 페네틸 에스테르는 인체 내에서 항세균, 항진균, 항바이러스 효과를 갖는다. 또한, 상기 카페인산 페네틸 에스테르는 염증을 일으키는 작용을 하는 효소의 분비를 차단함으로 염증발생을 억제한다. 특히, 수용성이므로 그 사용범위가 다양하고 과다 섭취하더라도 무독한 것이 특징이다.

인체가 산성 체질이 되어 노폐물이 체내에 축적되면 노폐물이 세포 주변에 쌓이고 세포가 이 산성 찌꺼기에 의해 녹기 시작하고, 세포막과 노폐물의 연소 결과 류코 트리엔(LT), 프로스타글라딘(PG) 같은 세포독이 생성되어 발열, 통증 등의 염증 반응을 일으킨다. 상기 과정에서 세포독 성분, 즉 염증을 일으키는 류코 트리엔(LT), 프로스타글라딘(PG)를 만들기 위해서는 리폭시게나제와 사이클로옥시게나제 같은 효소가 필요하다.

프로폴리스의 활동 성분인 카페인산 페네틸 에스테르는 바로 이러한 류코 트리엔(LT), 프로스타글라딘(PG)을 생성시키는 두 효소인 리폭시게나제와 사이클로옥시게나제를 동시에 억제하기 때문에 항염증 활성을 나타내며, 일반 진통 소염제보다 더욱 강력하게 작용하게 된다.

본 발명에 의한 카페인산 페네틸 에스테르 함유 항균 골 시멘트 조성물은 메틸메타크릴레이트, 디메틸-파라-톨루이딘 및 카페인산 페네틸 에스테르(Caffeic acid phenethyl ester)를 포함하는 액상 부분과, 폴리메틸메타크릴레이트, 지르코니아, 및 과산화벤조일을 포함하는 분말 부분으로 구성되며, 환자에게 시술시 상기 액상 부분과 분말 부분을 혼합하여 사용한다.

본 발명에 의한 카페인산 페네틸 에스테르 함유 항균 골 시멘트 조성물은 분말 부분과 액상 부분을 혼합하게 되면 분말 부분에 있는 중합개시제와 액상 부분의 아크릴레이트계 단량체가 반응하여 상기 아크릴레이트계 단량체의 고분자 중합 반응이 수행되며, 상기 중합촉진제가 상온에서 중합이 더 잘 일어날 수 있도록 반응을 촉진하는 작용을 한다.

본 발명에 의한 카페인산 페네틸 에스테르 함유 항균 골 시멘트 조성물에 있어서, 상기 카페인산 페네틸 에스테르는 액상 부분에 포함되며, 상기 액상 부분은 상기 카페인산 페네틸 에스테르 1 중량부를 기준으로, 상기 메틸메타크릴레이트는 170 내지 171 중량부, 상기 디메틸-파라-톨루이딘은 5 내지 6 중량부의 비율로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 카페인산 페네틸 에스테르의 비율이 상기 범위보다 높게 첨가되면 상기 카페인산 페네틸 에스테르의 중합금지제로서의 기능이 강화되어 중합 시간이 너무 증가하여 골 시멘트 조성물로 사용하기 어렵게 되고, 상기 카페인산 페네틸 에스테르의 비율이 상기 범위보다 낮게 첨가되면 상기 카페인산 페네틸 에스테르를 첨가하더라도 항균 효능을 나타내지 못하는 문제점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 카페인산 페네틸 에스테르 함유 항균 골 시멘트 조성물에 있어서, 상기 분말 부분은 상기 카페인산 페네틸 에스테르 1 중량부를 기준으로 상기 폴리메틸메타크릴레이트는 260 내지 270 중량부, 상기 지르코니아는 115 내지 120 중량부, 상기 과산화벤조일은 10 내지 13 중량부의 비율을 포함하는아크릴레이트계 폴리머를 70 내지 90 중량부의 비율로 포함하는 것이 본 발명에 의한 카페인산 페네틸 에스테르 함유 항균 골 시멘트 조성물로 제조된 골 충진 부분의 강도가 가장 높아 바람직하다.

[ 아크릴레이트계 폴리머 ]

본 발명의 카페인산 페네틸 에스테르 함유 항균 골 시멘트 조성물의 필수 성분인 아크릴레이트계 폴리머는 PMMA 폴리머(폴리메틸 메타아크릴레이트), 폴리메틸아크릴레이트, 폴리스타일렌, 및 이들의 공중합체로 구성된 그룹에서 선택되는 것이 바람직하고, 상기 아크릴레이트계 폴리머가 액상 부분에 예비 용해되기 때문에 상기 아크릴레이트계 폴리머는 10 내지 100 μm의 비드 형태가 바람직하다.

[( 메트 ) 아크릴레이트계 단량체]

본 발명의 카페인산 페네틸 에스테르 함유 항균 골 시멘트 조성물의 액상 부분의 필수 성분인 아크릴레이트계 단량체는 골 시멘트의 기재 형성용 성분을 구성하는 것으로 상기 중합성 단량체인 아크릴레이트계 단량체가 중합함으로써 당해 골시멘트 조성물이 경화되고, 그 결과, 경화체가 얻어지게 된다.

본 발명의 아크릴레이트계 단량체로는, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 이소부틸(메타)아크릴레이트, 헥실(메타)아크릴레이트, 옥틸(메타)아크릴레이트, 도데실(메타)아크릴레이트, N-이소프로필(메타)아크릴아미드, 히드록시에틸메타 아크릴레이트 및 아크릴로니트릴 중에서 선택된 1종 이상이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 아크릴레이트계 단량체는 상기 카페인산 페네틸 에스테르 1 중량부를 기준으로 170 내지 171 중량부의 비율을 포함되는 것이 바람직하다.

[중합 개시제 ]

본 발명의 카페인산 페네틸 에스테르 함유 항균 골 시멘트 조성물의 필수 성분인 중합 개시제로는, 예를 들어 과산화벤조일, 과산화 tert-부틸, 과산화라우로일, 아조비스이소부티로니트릴 등을 사용할 수 있다. 이들 중에서는, 상기 액상 부분에 포함되는 아크릴레이트계 단량체의 중합 반응이 빠르게 개시되고, 또한 그 반응을 지속시키기 쉽다는 점에서, 과산화벤조일을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 카페인산 페네틸 에스테르 함유 항균 골 시멘트 조성물에 있어서, 상기 분말 부분에는 상기 중합 개시제인 과산화벤조일이 상기 카페인산 페네틸 에스테르 1 중량부를 기준으로 10 내지 13 중량부의 비율을 포함되는 것이 바람직하다. 중합 개시제의 함유 비율이 과소한 경우에는, 아크릴레이트계 단량체의 중합 반응이 진행되기 어려워질 우려가 있으며, 중합 개시제의 함유 비율이 과대한 경우에는, 아크릴레이트계 단량체가 중합함으로써 형성되는 폴리머에 중합 개시제가 잔존하는 문제점이 있다.

본 발명에 있어서 중합개시제로 첨가되는 과산화벤조일은 분말 부분에 첨가되며, 수술 직전 액상 부분과 분말 부분이 혼련될 때 액상 부분의 메틸메타크릴레이트계 단량체와 혼합되어 중합 반응의 개시가 이루어질 수 있도록 해준다.

[ 필러 및 조형제 ]

필러로는 이산화티탄, 인산칼슘 (하이드록시아파타이트, 인산 3 칼슘), 황산바륨, 산화규소(실리카), 산화알루미늄(알루미나), 산화지르코늄(지르코니아) 등의 무기물로 이루어지고, 이들 무기물을 단독 또는 2 종 이상을 적절히 선택하여 조합하여 이루어지는 것을 사용하는 것이 가능하며, 이들 중에서는, X 선 조영 효과를 갖는 산화지르코늄(지르코니아)이 종래 조형제로 사용되었던 황산바륨에 비해 방사선 불투과성을 높여주므로 바람직하다. 방사선 불투과성을 높이는 것은 체내에 시술된 이후 엑스레이 등의 촬영시 그 위치 및 형상을 파악할 수 있도록 하기 위함이다.

본 발명에 있어서, 필러 및 조형제로서 산화지르코늄(지르코니아)는 상기 카페인산 페네틸 에스테르 1 중량부를 기준으로 115 내지 120 중량부의 비율을 포함되는 것이 바람직하다.

[중합 촉진제]

또한, 본 발명의 본 발명의 카페인산 페네틸 에스테르 함유 항균 골 시멘트 조성물에는, 상기 메틸메타크릴레이트 단량체의 중합 반응을 보다 더 빠르게 진행시킬 목적에서, 중합 개시제와 함께 중합 촉진제가 함유되어 있는 것이 바람직하다.

중합 촉진제로는, 예를 들어 디메틸-p-톨루딘, 2,4,6-트리스(디메틸아미노메틸)페놀 등을 사용할 수 있다. 이들 중에서는, 아크릴레이트계 단량체의 중합 반응이 빠르게 진행되는 점에서, 디메틸-p-톨루딘을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 디메틸-p-톨루딘은 상기 카페인산 페네틸 에스테르 1 중량부를 기준으로 5 내지 6 중량부의 비율을 포함되는 것이 바람직하다. 중합 촉진제의 함유 비율이 과소한 경우에는, 아크릴레이트계 단량체의 중합 반응이 진행되기 어려워질 우려가 있다. 한편, 중합 촉진제의 함유 비율이 과대한 경우에는, 아크릴레이트계 단량체가 중합함으로써 형성되는 경화체에 중합 촉진제가 잔류하여 부작용을 일으키기 쉬워진다.

본 발명에 의한 카페인산 페네틸 에스테르 함유 항균 골 시멘트 조성물은 인체 내에 투여 시 발생할 수 있는 복귀돌연변이, 소핵시험 등의 안정성 문제가 확인된 항균, 항염 효과가 있는 천연 프로폴리스의 활동 성분인 카페인산 페네틸 에스테르를 함유함으로써 별도의 항생제를 사용하지 않고도 수술시 발생되는 이차감염의 요인인 균류 발생을 방지할 수 있으며, 또한, 카페인산 페네틸 에스테르가 중합금지제 기능을 하기 때문에 중합금지제를 사용하지 않고도 흐름성이 좋고 적절한 세팅 시간을 가져 사용에 적합한 골 시멘트 조성물을 제공할 수 있다. .

도 1은 본 발명의 항균 골 시멘트 조성물을 생체 이식시 나타나는 특성을 살펴보기 위해 토끼의 대퇴부에 이식한 부분을 나타낸다.
도 2 는 본 발명의 실시예 및 비교예의 항균 골 시멘트 조성물을 토끼 대퇴부에 이식하고 12주후 대퇴부에 대한 조직학적 검사 결과를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예의 항균 골 시멘트 조성물에 대한 피내 안전성을 시험하기 위한 주사 위치를 나타낸다.

이하에서는 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이하의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 1> 항균 골 시멘트 조성물의 제조 및 혼합

먼저 분말 부분을 구성하는 PMMA 240g, 지르코니아 107.46g, 과산화벤조일 10.75g을 칭량하고, 각 성분이 충분히 혼합될 수 있도록 관으로 된 믹서기에서 3시간 동안 교반하였다. 이 후 분말을 20g씩 나누어 포장하였다. 포장된 분말을 감마선(γ-ray)으로 멸균하였다.

액상 부분은 MMA 155.47g, 디메틸-파라-톨루이딘(Dimethyl-p-toluidine, "DMPT") 4.81g(리퀴드 총 중량 대비 3 중량%), 카페인산 페네틸 에스테르(CAPE) 0.91g(20mM)을 혼합하여 준비하였다.

상기 MMA, DMPT, 하이드로퀴니논(Hydroquinone, "HQ"), 항균특성을 가진 프로폴리스 활동성분인 카페인산 페네틸 에스테르의 원료를 각 %로 칭량하고, 불순물이 포함되지 않도록 항균 필터링(0.2μm)을 거친 후 8.5g씩 포장하고, 포장된 액상 부분을 에틸렌옥사이드(Ethylene oxide, EO)가스로 멸균하였다.

이와 같이 제조된 카페인산 페네틸 에스테르 함유 항균 골 시멘트 조성물의 분말 부분과 액상 부분을 상온(23±2℃) 분위기에서 혼합하였다. 준비된 분말 부분 중 20g을 개량하여 준비하고, 액상 부분 중 9g을 개량하여 준비하여 혼합하여 중합 반응 시간을 측정하였다. 중합 반응 시간은 12분 10초가 측정되어 중합이 원할히 이루어지며, 적정한 시간을 갖는 것을 알 수 있었다.

압축 시험 결과 압축강도가 123 MPa로 측정되었으며, ISO 5833의 압축강도 기준이 70MPa인 점을 볼 때, 본 발명에 의한 실시예 1은 강도 기준을 충족하는 것으로 판단된다.

< 비교예 1>

중합금지제로서 하이드로퀴논을 액상 부분에 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 하여 항균 골시멘트를 제조하였다.

비교예 1의 항균 골 시멘트 조성물의 액상 부분과 분말 부분을 혼합하여 중합 반응 시간을 측정한 결과 중합 반응시간은 20분 이상으로 측정되었으며, 중합 반응이 잘 이루어지지 않았다. 또한, 압측 시험 결과 압축 강도가 60 MPa 로 측정되어 비교예 1의 경우 본 발명의 실시예 조성물에 비해 압축 강도가 현저히 낮다는 것을 알 수 있다.

< 실험예 1> 무균 실험

상기 실시예 1에서 멸균 제조된 분말 부분과 액상 부분에 대해서 한국화학융합시험연구원에서 무균 실험을 실시하였다.

대한약전 무균시험법에서 제시하는 방법에 따라 배지의 적합성과 밸리데이션 시험을 통하여 검증하였다. 구체적으로 무균 시험은 제조된 분말 부분과 액상 부분을 멸균 증류수로 완전히 담가 5분간 초음파로 세척한 후 여과 장치를 통해 여과하여 그 여과지를 대두카제인소화배지와 액상 티오글리콜산 배지에 담가 배양하는 방법으로 진행하였다.

대두카제인소화배지와 액상 티오글리콜산 배지에 대해서 아래 표 1에서와 같은 시험 균주로 시험하였을 경우에는 세균은 3일 이내, 진균은 5일 이내에 배양되어 배지 기능에 대해 평가되었으나, 표 2에서 보는 바와 같이 상기 실시예 1에서 제조된 분말 부분과 액상 부분에 대한 여과지를 담가 배양한 경우 14일간 미생물이 증식되지 않아 무균성이 확인되었다.

< 실험예 2> 동물 이식 실험 - 조직학적 평가

본 발명의 실시예에서 제조된 카페인산 페네틸 에스테르 함유 항균 골 시멘트 조성물을 토끼에 골이식하고, 이후 나타나는 생체조직의 국부적 영향을 평가하였다.

본 실험은“식품의약품안전청 고시 제 2011-58호 의료기기의 생물학적 안전에 관한 공통기준규격”에 준하여 실시하였고, 동물보호법 법률 제 10995호 (2011-08-04, 전부개정)를 근거한 한국화학융합시험연구원의 실험동물의 사용과 관리에 관한 규정 (실험동물윤리위원회, 2010-12-10)을 준수하여 수행되었다.

상기 실시예 1과 비교예 1에서 제조된 조성물의 분말 부분과 액상 부분을 혼합하여 경화시킨 후, 시편으로 가공하여 토끼의 대퇴골에 이식하였다.

시험동물은 체중 3 kg 이상의 건강한 New Zealand White계 토끼 4마리를 이용하여, 이식 전날 제모를 실시한 후, 시험 동물 각 1마리에 대하여 도 1에서와 같이 우측의 대퇴골에 약 1 cm의 간격으로 3 부위에 비교예에서 제조된 시편을 이식하고, 좌측의 대퇴골에 실시예에서 제조된 시편을 동일한 방법으로 3 부위에 이식하였다.

치과용 드릴 (AEU-7000MG Implant/Surgery system)을 이용하여 대퇴골에 천공 후 시편을 이식하였고, 봉합사로 근육과 피부를 각각 봉합하였다.

< 실험예 2-1> 이식 후 체중 변화 측정

이식 전, 이식 후 4주, 8주 및 시험 종료 시에 개체별 체중을 측정하였으며, 아래 표 1에서 보는 바와 같이 4마리 모두 정상적인 체중 증가를 보였다.

< 실험예 2-2 > 이식 부위 평가

< 실험예 2-2-1> 육안적 평가

시험 종료 후, 이식부위에 대해 육안적 평가를 실시하였고, 이식 12주 후에 부검시 확대경을 이용하여 각각의 이식부위를 관찰한 결과, 시험 물질에 기인한 특이한 육안적 소견은 관찰되지 않았다. 부검 시 적출된 시험시료 10개와 대조시료 10개가 확인되었으며, 변성되지 않은 상태였다.

< 실험예 2-2-2> 조직학적 평가

이식 12주 후에 조직학적 평가를 위해 대퇴골을 적출하였다. 이식 부위를 인접 조직과 함께 채취하여 10% 중성완충포르말린용액(Neutral buffer formalin)에 충분히 고정시킨 후 탈회 (Rapidcal™, BBC Biochemical)를 3일간 실시하였다. 조직표본을 Hematoxylin & Eosin 염색을 통해 준비하여 조직병리학적 검사를 실시하였다.

도 2에 이식 12주 후 실험 동물 1 의 이식 부위의 조직병리학 검사 결과를 나타내었다. 실시예와 비교예의 시편이 이식된 부위는 개체에 따라 약간의 차이는 있었지만 대조검체 및 시험검체와 접한 치밀골은 대체로 정상적으로 재생되고 있는 것으로 판단되었다.

< 실험예 3> 피내 반응성 조사

본 발명의 실시예에서 제조된 항균 골 시멘트 조성물의 피내 반응성을 "식품의약품안전청 고시 제2011-58호 의료기기의 생물학적 안전에 관한 공통기준규격"에 준하여 실시하였다.

상기 실시예1에서 제조된 분말 부분과 액상 부분을 혼합하여 경화시킨 다음 물로 세정하고, 상온에서 24시간 방치하여 시료 4 g 당 20 mL 의 비율로 70℃ 에서 24시간 동안 멸균생리식염수와 면실유로 용출시켰다.

2마리의 New Zealand White계 토끼에 멸균생리식염수 용출물과 면실유 용출물을 0.2 mL 씩 피내주사한 다음 주사 직후와 주사후 24시간, 48시간 및 72시간째 국소반응성을 평가하였다. 대조군으로서는 멸균생리식염수와 면실유를 사용하고 도 3에 나타난 부위에 주사하였다. 주사 직후와 주사 후 24, 48 및 72 시간째에 국소자극성을 관찰한 결과 주사 부위에 홍반, 부종 및 가피 등이 관찰되지 않아 본 발명에 의한 항균 시멘트 조성물이 피내 반응을 유발하지 않는 물질로 평가되었다.

< 실험예 4> 급성 독성 실험

본 발명의 실시예에서 제조된 항균 골 시멘트 조성물에 대한 급성 독성을 조사하기 위하여 아래 표와 같은 ICR 계 마우스에 상기 실험예 3에서 제조된 용출물을 50 mL/Kg B.W 로 1회 정맥 및 복강 투여한 후 72시간후 일반 증상 및 체중 변화를 평가하였으며, 평가 결과 용출물 투여와 관련된 일반 증상 및 사망예가 관찰되지 않아 적합한 것으로 판단되었다.

< 실험예 5> 미생물 복귀 돌연변이 시험

본 발명의 실시예에서 제조된 항균 골 시멘트 조성물에 대한 미생물 복귀 돌연변이 시험을 위해 극성 용매로서 멸균생리식염수, 비극성 용매로서 DMSO 를 선택하고, 시험 균주로는 아래 균주를 사용하였다.

상기 실시예 1에서 제조된 액상 부분과 분말 부분을 혼합하여 경화시킨 후 물로 세정하고 상온에서 24시간 방치한 후 4 g 당 20 mL 의 비율로 멸균생리식염수와 DMSO 를 각각 넣고 70℃ 에서 24시간동안 용출하였다. 용출한 원액을 50%, 25%, 12.5% 및 6.25% 로 단계 희석하여 총 5 단계 농도로 시험액으로 사용하였다. 시험액 및 S9 mix 에서 미생물에 의한 오염은 관찰되지 않았다.

또한, 시험액을 처리한 모든 균주에서 음성대조군과 비교하여 보았을 때 복귀돌연변이 콜로니 수의 증가는 나타나지 않았으며, 생육 저해도 관찰할 수 없었다. 양성 대조군에서는 각각의 균주에 대해 음성대조군의 복귀돌연변이 콜로니 수보다 현격히 증가되는 것이 관찰되어 시험은 적절히 실시되었다고 할 수 있으며, 시험 물질의 용출액은 모든 균주에서 복귀돌연변이를 유발하지 않는 것으로 판단되었다.

Claims

액상 부분과 분말 부분으로 이루어진 항균 골 시멘트 조성물에 있어서,
상기 액상 부분은 메틸메타크릴레이트, 디메틸-파라-톨루이딘 및 항균 성분 및 중합금지제로서 카페인산 페네틸 에스테르(Caffeic acid phenethyl ester)를 포함하고,
상기 분말 부분은 폴리메틸메타크릴레이트, 지르코니아, 및 과산화벤조일을 포함하는 것을 특징으로 하는, 카페인산 페네틸 에스테르 함유 항균 골 시멘트 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 액상 부분은 상기 카페인산 페네틸 에스테르 1 중량부를 기준으로, 상기 메틸메타크릴레이트는 170 내지 171 중량부, 상기 디메틸-파라-톨루이딘은 5 내지 6 중량부의 비율로 포함하고,
상기 분말 부분은 상기 카페인산 페네틸 에스테르 1 중량부를 기준으로 상기 폴리메틸메타크릴레이트는 260 내지 270 중량부, 상기 지르코니아는 115 내지 120 중량부, 상기 과산화벤조일은 10 내지 13 중량부의 비율을 포함하는 것을 특징으로 하는, 카페인산 페네틸 에스테르 함유 항균 골 시멘트 조성물.