KR101496153B1 - 약물 담지 골형성 이식재 및 골 형성방법 - Google Patents

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약물 담지 골형성 이식재 및 골 형성방법이 개시된다. 개시된 약물 담지 골형성 이식재는 골형성을 위한 약물을 담지할 수 있는 담지체, 상기 담지체에 담지된 제1 성장인자, 상기 담지체에 담지된 나노입자, 및 상기 나노입자에 담지된 제2 성장인자를 포함한다.

Description

약물 담지 골형성 이식재 및 골 형성방법{Drug loaded bone grafting substitute and method of forming bone}
골형성을 위한 약물이 담지된 골형성 이식재 및 골 형성방법이 개시된다. 보다 상세하게는, 약물을 담지할 수 있는 담지체, 상기 담지체에 담지된 제1 성장인자, 상기 담지체에 담지된 나노입자 및 상기 나노입자에 담지된 제2 성장인자를 포함하는 약물 담지 골형성 이식재 및 골 형성방법이 개시된다.
일반적인 치과용 골형성 이식재로는 환자의 구강내·외에서 채취된 자가골형성 이식재, 타인의 골에서 유래된 동종골형성 이식재, 다른 종에서 기원한 이종골형성 이식재 및 합성물질을 이용하여 인공적으로 합성한 합성골형성 이식재가 있다.
자가골형성 이식재는 골전도능(osteoconductivity), 골유도능(osteoinductivity) 및 골형성능(osteogenesis)이 모두 우수한 반면에 환부 외의 지역에서 골 조직을 구하기 위해 추가 수술을 실시해야 한다는 점에서 현실적인 적용에 큰 제한이 따른다.
동종골은 사체로부터 채취된 골 조직으로서, 비교적 양호한 골전도능과 골유도능을 갖는 반면에, 기증자가 있어야 하고, 기증자의 골 상태가 일정하지 않아 제품화하기에는 어려움이 있다.
이에 비해 소 또는 돼지 등으로부터 채취된 이종골 및 세라믹 소결체 등을 핵심으로 하여 합성한 합성골은 생체 적합성이 양호하고 양산 적용이 용이하다는 장점이 있으나, 골전도능만을 이용하여 골재생을 하기 때문에 골재생에 소요되는 시간이 길고, 결정성이 높아 체내 분해성이 낮기 때문에 골재생이 완료된 이후에도 재생골과 함께 혼합된 상태로 체내에 잔류하는 문제점이 있다. 이와 같이 골재생 후의 골의 상태가 100% 자가골이 아니라, 골형성 이식재와 재생골이 혼합된 상태로 존재하는 경우, 골형성 이식재와 재생골간의 골융합능이 부족하여 외부 충격시 골형성 이식재와 재생골 사이의 계면에서 균열이 시작되어 골절이 발생할 수 있다.
최근에는 생명공학 기술의 발달로 인해 골유도 재생 촉진 기능이 결합된 신개념의 골형성 이식재가 개발되어 향후의 골형성 이식재 시장을 주도할 것으로 예상된다. 가장 대표적인 제품이 미국 Genetic Institute가 개발하여, Wyeth와 Medtronic사를 통해 출시한 「INFUSE」인데, 이는 콜라겐 스캐폴드를 BMP-2에 적셔 BMP-2를 콜라겐 스캐폴드에 담지한 것으로, 치과 영역에서 상악동 확장(sinus augmentation) 및 국부 치조 융선 확장(localized alveolar ridge augmentation)의 두 가지 용도로 2007년에 FDA에 의해 승인되었다. 「INFUSE」는 이종골 및 세라믹 골형성 이식재와 같은 합성골을 배제하고 콜라겐 스캐폴드를 기반으로 구성됨으로써 골전도능이 극대화되었으며, BMP-2를 담지하여 골유도능을 강화함으로써 100% 자가골로 구성된 재생골을 양적으로 빠르게 확보하고자 한 것이다.
「INFUSE」와 유사한 개념의 국내 제품으로서 현재 임상시험이 진행되고 있는 KBB사의 「Rafugen」은 콜라겐 대신 탈염 골기질(DBM: demineralized bone matrix)을 골전도 스캐폴드로 사용하는 것을 특징으로 한다. 「Rafugen」은 주사형 겔 타입으로 제작되어 시술이 간편하고, BMP-2와 같은 약물의 방출량이 지연되어 적은 양으로 골재생 효과를 극대화하고자 한 것이다.
그러나, 상기와 같은 신개념의 골형성 이식재에 대한 최근 평가 결과, 공통적인 지적 사항은 충분한 골량은 확보되지만 재생골의 골질이 정상골에 비해 취약하다는 것이다. 많은 연구자들이 최근까지도 서방형 약물전달 시스템(controlled released type drug delivery system)을 해결책이라 생각하여 다양한 서방형 약물전달 시스템을 개발하여 골재생 결과를 보고하고 있으나, 아직까지 유도 재생에 있어서의 고질적인 문제를 근본적으로 해결하지 못하고 있다.
본 발명의 일 구현예는 골형성을 위한 약물을 담지할 수 있는 담지체, 상기 담지체에 담지된 제1 성장인자, 상기 담지체에 담지된 나노입자 및 상기 나노입자에 담지된 제2 성장인자를 포함하는 약물 담지 골형성 이식재를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 약물 담지 골형성 이식재를 사용하는 골 형성방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면은,
골형성을 위한 약물을 담지할 수 있는 담지체;
상기 담지체에 담지된 제1 성장인자;
상기 담지체에 담지된 나노입자; 및
상기 나노입자에 담지된 제2 성장인자를 포함하는 약물 담지 골형성 이식재를 제공한다.
상기 담지체는 콜라겐, 젤라틴, 피브린, 히알루론산, 알기네이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 제1 성장인자는 BMP-1, BMP-2, BMP-3, BMP-4, BMP-5, BMP-6 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 제2 성장인자는 BMP-7을 포함할 수 있다.
상기 나노입자는 하이드로겔 나노입자를 포함할 수 있다.
상기 하이드로겔 나노입자는 중합성 화합물의 경화물을 포함하고, 상기 중합성 화합물은 (메트)아크릴레이트 말단기를 포함할 수 있다.
상기 중합성 화합물은 에틸렌글리콜 메틸 에테르 (메트)아크릴레이트, 에틸렌글리콜 페닐 에테르 (메트)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜 에틸 에테르 (메트)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 메틸 에테르 메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 에틸 에테르 메타크릴레이트(수평균분자량: 200~500), 폴리에틸렌글리콜 메틸 에테르 (메트)아크릴레이트(수평균분자량: 400~6,000), 에틸렌글리콜 디시클로펜틸 에테르 (메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 페닐 에테르 (메트)아크릴레이트(수평균분자량: 200~500), 디에틸렌글리콜 2-에틸헥실 에테르 (메트)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜 4-노닐페닐 에테르 (메트)아크릴레이트(수평균분자량: 200~500), 폴리프로필렌글리콜 메틸 에테르 (메트)아크릴레이트(수평균분자량: 200~500), 2-에톡시에틸 (메트)아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트(수평균분자량: 1,000~15,000) 및 이들 중 1 이상의 중합체로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 약물 담지 골형성 이식재는 상기 담지체 100중량부, 상기 제1 성장인자 0.02~0.2중량부, 상기 나노입자 0.5~15중량부 및 상기 제2 성장인자 0.02~0.2중량부를 포함할 수 있다.
상기 약물 담지 골형성 이식재가 생체 조직(living tissue)에 이식될 경우, 상기 제2 성장인자의 방출속도가 상기 제1 성장인자의 방출속도 보다 느릴 수 있다.
상기 골형성 이식재는 서로 적층된 제1 이식부와 제2 이식부를 포함하고, 상기 제1 이식부에는 상기 제1 성장인자가 담지되고, 상기 제2 이식부에는 상기 나노입자가 담지될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은,
생체 조직내에 약물 담지 골형성 이식재를 이식하는 단계; 및
상기 생체 조직내에 상기 약물 담지 골형성 이식재를 통해 2종 이상의 성장인자를 시간차로 방출하는 단계를 포함하는 골 형성방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 약물 담지 골형성 이식재는 2종 이상의 성장인자를 생체 조직내에 시간차로 방출(lag time releasing)함으로써, 골량과 골질(특히, 압축강도)이 우수한 재생골을 획득할 수 있다.
도 1은 제조예 3에서 제조된 나노입자의 입도분포를 나타낸 그래프이다.
도 2는 BMP-2 담지 콜라겐 스폰지 및 BMP-7 담지 콜라겐 스폰지로부터 시간에 따른 BMP-2의 방출률과 BMP-7의 방출률을 각각 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 1~3에서 제조된 골형성 이식재를 사용하여 골재생능을 평가한 결과를 보여주는 마이크로 CT 사진들이다.
도 4는 만능시험기를 이용하여 동물실험 후 적출된 골 시편의 압축강도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 참고예 1의 골 시편의 압축강도 평가 그래프다.
도 6은 실시예 1, 비교예 3 및 참고예 1의 골 시편의 압축강도를 각각 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 약물 담지 골형성 이식재를 상세히 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 약물 담지 골형성 이식재(drug loaded bone grafting substitute)는 담지체(carrier), 제1 성장인자(first growth factor), 나노입자(nanoparticle) 및 제2 성장인자(second growth factor)를 포함한다. 본 명세서에서, 「약물」이란 성장인자를 의미한다. 또한 본 명세서에서, 「담지체」란 약물과 나노입자를 담지할 수 있는 지지체(scaffold)를 의미하고, 「약물 담지 골형성 이식재」란 담지체 및 이에 담지된 나노입자와 약물(즉, 담지체 + 나노입자 + 약물)을 통칭하는 용어이다. 또한 본 명세서에서, 「성장인자」란 세포성장(cellular growth), 증식(proliferation) 및 세포분화(cellular differentiation)를 촉진할 수 있는 자연 발생 물질로서, 일반적으로 단백질 또는 스테로이드 호르몬을 의미한다.
상기 약물 담지 골형성 이식재는 치과질환; 외상 또는 질병에 의한 퇴화; 또는 기타 조직의 손실로 인해 뼈 조직에 결손부가 생긴 경우, 상기 결손부를 보충하기 위해 특정 생체 조직(living tissue)내에 이식되어 2종 이상의 성장인자를 상기 생체 조직내에 시간차로 방출함으로써 신생골(또는 재생골)의 형성을 촉진하는 역할을 수행한다.
상기 담지체는 콜라겐, 젤라틴, 피브린, 히알루론산, 알기네이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 제1 성장인자는 매개체 없이 상기 담지체에 직접 담지되어 상기 약물 담지 골형성 이식재가 생체 조직내에 이식된 후 상기 생체 조직내에 조기(즉, 이식 후 2주 이내)에 방출됨으로써 골 형성을 촉진하는 역할을 수행한다. 즉, 상기 제1 성장인자는 초기(즉, 이식후 2주 이내)의 골 형성을 촉진하는 역할을 수행한다.
상기 제1 성장인자는 BMP-1, BMP-2, BMP-3, BMP-4, BMP-5, BMP-6 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 제2 성장인자는 상기 나노입자를 매개로 하여 상기 담지체에 담지됨으로써, 상기 약물 담지 골형성 이식재가 생체 조직내에 이식된 후 상기 생체 조직내에 상기 제1 성장인자 보다 늦게(즉, 이식 후 2~4주 동안) 방출됨으로써 골 형성을 촉진하는 역할을 수행한다. 즉, 상기 제2 성장인자는 상기 나노입자에 담지된 후 상기 나노입자가 상기 담지체에 담지됨으로써 상기 담지체에 간접적으로 담지된다. 이에 따라, 상기 제2 성장인자는 중기 이후(즉, 이식후 2~4주)의 골 형성을 촉진하는 역할을 수행한다.
상기 제2 성장인자는 BMP-7을 포함할 수 있다. 본 명세서에서, 「BMP」란 골형성 단백질(bone morphogenetic protein)을 의미한다.
상기 나노입자는 상기 제2 성장인자를 담지한 상태에서 상기 담지체에 담지되어 상기 약물 담지 골형성 이식재가 생체 조직내에 이식된 후 상기 생체 조직내로의 상기 제2 성장인자의 방출 속도를 지연시키는 역할을 수행한다. 구체적으로, 상기 제1 성장인자는 상기 담지체로부터 분리되는 1가지 과정을 거쳐 방출되지만, 상기 제2 성장인자는 상기 나노입자로부터 분리된 후 다시 상기 담지체로부터 분리되는 2가지 과정을 거쳐 방출되기 때문에 방출속도가 지연되게 된다.
따라서, 상기 약물 담지 골형성 이식재가 생체 조직(living tissue)에 이식될 경우, 상기 제2 성장인자의 방출속도가 상기 제1 성장인자의 방출속도 보다 느리다.
상기 나노입자는 다공성 입자일 수 있으며, 상기 제2 성장인자는 상기 나노입자의 표면 및/또는 공극내에 담지될 수 있다.
상기 나노입자는 10~500nm의 평균입경을 가질 수 있다. 상기 나노입자의 평균입경이 상기 범위이내이면, 단위입자 당 약물을 담지하기 위한 충분한 부피를 제공하고 생체내에서 약물의 방출 속도를 적당히 지연시킬 수 있다.
상기 나노입자는 하이드로겔 나노입자를 포함할 수 있다.
상기 하이드로겔 나노입자는 중합성 화합물의 경화물을 포함할 수 있다.
상기 중합성 화합물은 친수성을 가질 수 있다.
상기 중합성 화합물의 경화물은 상기 중합성 화합물을 친수성 용매에 임계 마이셀 농도(CMC: critical micelle concentration) 이상의 농도로 용해시켜 중합성 화합물 용액을 형성한 후, 상기 용액에 친수성 광개시제를 첨가하고 가시광선을 조사함으로써 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 중합성 화합물은 상기 친수성 용매내에서 마이셀의 상태로 경화되어 나노입자를 형성하게 된다.
상기 친수성 용매는 물, 알코올 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 친수성 광개시제는 2-히드록시-1-(4-(히드록시에톡시)페닐)-2-메틸-1-프로파논, 메틸벤조인 메틸 에테르, 아크리딘 오렌지, 에틸 에오신, 에오신 Y, 에오신 B, 에리트로신, 플루오레세인, 메틸렌그린, 메틸렌블루, 리보플라빈, 티오닌, 잔틴 염료, 2-히드록시 티오잔톤, 시아닌 염료-보레이트 염 복합체(cyanine dye-borate salt complex: 3-butyl-2-[5-(1,3-dihydro-3,3-dimethyl-1-propyl-2H-indolylidene)-penta-1,3-dienyl]-1,1-dimethyl-1H-benzo[e]indolium triphenyl butyl borate), 2,4-트리클로로메틸-(4'-메톡시페닐)-6-트리아진, 2,4-트리클로로메틸-(4'-메톡시스티릴)-6-트리아진, 2,4-트리클로로메틸-(피플로닐)-6-트리아진, 2,4-트리클로로메틸-(3',4'-디메톡시페닐)-6-트리아진, 3-{4-[2,4-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진-6-일]페닐티오} 프로판산, 2,2'-비스(2-클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐 비이미다졸, 2,2'-비스(2,3-디클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐비이미다졸, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 1-(4-이소프로필페닐)-2-하이드록시-2-메틸프로판-1-온, 4-(2-히드록시에톡시)-페닐 (2-히드록시)프로필 케톤, 1-히드록시시클로헥실 페닐 케톤, 벤조인메틸 에테르, 벤조인에틸 에테르, 벤조인이소부틸 에테르, 벤조인부틸 에테르, 2,2-디메톡시-2-페닐 아세토페논, 2-메틸-(4-메틸티오페닐)-2-몰폴리노-1-프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-몰폴리노페닐)-부탄-1-온, 벤조페논, 4,4'-비스(디메틸아미노)벤조페논, 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논, 2,4,6-트리메틸아미노벤조페논, 메틸-o-벤조일벤조에이트, 3,3-디메틸-4-메톡시벤조페논, 3,3',4,4'-테트라(t-부틸퍼옥시카르보닐)벤조페논, 9-플로레논, 2-클로로-9-플로레논, 2-메틸-9-플로레논, 티옥산톤, 2,4-디에틸 티옥산톤, 2-클로로 티옥산톤, 1-클로로-4-프로필옥시 티옥산톤, 이소프로필 티옥산톤, 디이소프로필 티옥산톤, 크산톤, 2-메틸크산톤, 안트라퀴논, 2-메틸 안트라퀴논, 2-에틸 안트라퀴논, t-부틸 안트라퀴논, 2,6-디클로로-9,10-안트라퀴논, 9-페닐아크리딘, 1,7-비스(9-아크리디닐)헵탄, 1,5-비스(9-아크리디닐)펜탄, 1,3-비스(9-아크리디닐)프로판, 벤질, 1,7,7-트리메틸-비스클로[2,2,1]헵탄-2,3-디온, 9,10-펜안트렌퀴논, 2,4,6-트리메틸벤조일 디페닐포스핀 옥사이드, 비스(2,6-디메톡시벤조일)-2,4,4-트리메틸펜틸 포스핀 옥사이드, 비스(2,6-디클로로벤조일) 프로필 포스핀 옥사이드, 메틸 4-(디메틸아미노)벤조에이트, 에틸-4-(디메틸아미노)벤조에이트, 2-n-부톡시에틸 4-(디메틸아미노)벤조에이트, 2,5-비스(4-디에틸아미노벤잘)시클로펜타논, 2,6-비스(4-디에틸아미노벤잘)시클로헥사논, 2,6-비스(4-디에틸아미노벤잘)-4-메틸-시클로헥사논, 3,3'-카르보닐비닐-7-(디에틸아미노)쿠마린, 3-(2-벤조티아졸일)-7-(디에틸아미노)쿠마린, 3-벤조일-7-(디에틸아미노)쿠마린, 3-벤조일-7-메톡시-쿠마린, 10,10'-카르보닐비스[1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H,11H-Cl]-벤조피라노[6,7,8-ij]-퀴놀리진-11-온, 4-디에틸아미노 칼콘, 4-아지드벤잘아세토페논, 2-벤조일메틸렌, 3-메틸-β-나프토티아졸린 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 중합성 화합물은 (메트)아크릴레이트 말단기를 포함할 수 있다.
상기 중합성 화합물은 에틸렌글리콜 메틸 에테르 (메트)아크릴레이트, 에틸렌글리콜 페닐 에테르 (메트)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜 에틸 에테르 (메트)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 메틸 에테르 메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 에틸 에테르 메타크릴레이트(수평균분자량: 200~500), 폴리에틸렌글리콜 메틸 에테르 (메트)아크릴레이트(수평균분자량: 400~6,000), 에틸렌글리콜 디시클로펜틸 에테르 (메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 페닐 에테르 (메트)아크릴레이트(수평균분자량: 200~500), 디에틸렌글리콜 2-에틸헥실 에테르 (메트)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜 4-노닐페닐 에테르 (메트)아크릴레이트(수평균분자량: 200~500), 폴리프로필렌글리콜 메틸 에테르 (메트)아크릴레이트(수평균분자량: 200~500), 2-에톡시에틸 (메트)아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트(수평균분자량: 1,000~15,000) 및 이들 중 1 이상의 중합체로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 약물 담지 골형성 이식재는 상기 담지체 100중량부, 상기 제1 성장인자 0.02~0.2중량부, 상기 나노입자 0.5~15중량부 및 상기 제2 성장인자 0.02~0.2중량부를 포함할 수 있다.
상기 제1 성장인자의 함량이 상기 담지체 100중량부에 대하여 상기 범위이내이면, 상기 제1 성장인자의 초기 방출량이 적당하여 골 형성을 촉진할 수 있으며, 상기 제1 성장인자의 총 방출량이 적당하여 일정 시간 경과 후에 생체내 잔류하지 않거나 미량만이 잔류하여 제2 성장인자의 방출을 저해하지 않을 수 있다.
상기 나노입자의 함량이 상기 담지체 100중량부에 대하여 상기 범위이내이면, 유효성 있는 농도 수준의 약물 담지가 가능하고, 상기 담지체의 양이 과다할 경우 발생하는 약물이 담지되지 않은 나노입자의 존재로 인한 약물 방출의 저해를 미연에 방지할 수 있다.
상기 제2 성장인자의 함량이 상기 담지체 100중량부에 대하여 상기 범위이내이면, 상기 제2 성장인자의 방출량이 적당하여 골 형성을 촉진할 수 있으며, 상기 제2 성장인자의 총 방출량이 적당하여 정상골과 유사한 골형성을 달성할 수 있다.
상기 약물 담지 골형성 이식재는 서로 적층된 제1 이식부와 제2 이식부를 포함하고, 상기 제1 이식부에는 상기 제1 성장인자가 담지되어 있고, 상기 제2 이식부에는 상기 나노입자가 담지되어 있을 수 있다. 본 명세서에서, 「이식부」란 약물 담지 골형성 이식재의 일 부분으로서, 상기 약물 담지 골형성 이식재의 타부분과 물리적으로 분리되어 있거나, 상기 타부분과의 물질 전달이 차단 또는 억제된 부분을 의미한다.
상기 제1 이식부에 포함된 담지체와 상기 제2 이식부에 포함된 담지체는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 약물 담지 골형성 이식재는 서로 적층된 3개 이상의 이식부를 포함하고 상기 각 이식부에는 1종 상의 성장인자가 담지되어 있을 수 있다.
상기 약물 담지 골형성 이식재의 제조시 2개 이상의 이식부를 적층하는 방법으로는 접착제를 이용하는 건식 적층법과 습식 적층법; 및 접착제를 이용하지 않는 압착법 등이 있다.
상기 약물 담지 골형성 이식재는 치조골용 골형성 이식재일 수 있다.
상기과 같은 구성을 갖는 약물 담지 골형성 이식재는 골 형성시 발현 시기가 서로 다른 2종 이상의 성장인자(예를 들어, 골형성 단백질)를 골 결손부내에 시간차로 방출함으로써, 상기 골 결손부 주변의 생체 조직에서의 각 BMP 발현 패턴과 유사한 경향으로 각 성장인자(즉, BMP)의 방출속도를 제어하여 결손부 주변 환경과 유사한 골재생 유도 환경을 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 약물 담지 골형성 이식재는 골량과 골질(특히, 압축강도)이 우수한 재생골을 획득할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 골 형성방법을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 골 형성방법은 생체 조직내에 약물 담지 골 형성 이식재를 이식하는 단계, 및 상기 생체 조직내에 상기 약물 담지 골 형성 이식재를 통해 2종 이상의 성장인자를 시간차로 방출하는 단계를 포함한다. 여기서의 약물 담지 골 형성 이식재는 전술한 약물 담지 골형성 이식재와 동일한 것일 수도 있고, 상이한 것일 수 있다.
이하, 실시예들을 들어 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이러한 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
실시예
제조예 1: BMP -2가 담지된 약물 담지 골형성 이식재의 제조
BMP-2를 탈이온수에 용해시켜 85중량%의 BMP-2 수용액을 제조하였다. 이후, 상기 BMP-2 수용액에 담지체(콜라겐 스폰지: Geistlich, Bio-Gide)를 적신 다음, 그 결과물을 -50℃의 온도 및 5mmHg의 압력에서 동결 건조하여 BMP-2가 담지된 약물 담지 골형성 이식재(담지체 100중량부당 BMP-2 0.1중량부가 담지됨)를 얻었다.
제조예 2: BMP -7이 담지된 약물 담지 골형성 이식재의 제조
BMP-7을 탈이온수에 용해시켜 85중량%의 BMP-7 수용액을 제조하였다. 이후, 상기 BMP-7 수용액에 담지체(콜라겐 스폰지: Geistlich, Bio-Gide)를 적신 다음, 그 결과물을 -50℃의 온도 및 5mmHg의 압력에서 동결 건조하여 BMP-7이 담지된 약물 담지 골형성 이식재(담지체 100중량부당 BMP-7 0.1중량부가 담지됨)를 얻었다.
제조예 3: 하이드로겔 나노입자( HNP )의 제조
중합성 화합물(sigma Aldrich, 폴리에틸렌글리콜 메틸 에테르 메타크릴레이트(수평균분자량: 1,500))를 탈이온수에 한계 마이셀 농도(CMC) 이상의 농도인 70중량%의 농도로 용해시켜 중합성 화합물 수용액을 얻었다. 이후, 상기 중합성 화합물 수용액에 광개시제인 에오신 Y를 극미량 첨가한 다음, 상기 결과물에 광조사기(ivoclar vivadent, bluephase 20i)를 이용하여 430~520nm의 파장 범위를 갖는 가시광선을 500mW/cm2의 출력으로 1분 동안 조사하였다. 상기 가시광선 조사후, 그 결과물을 동적 광산란 장치(Wyatt, Viscotek)로 분석하여, 그 결과를 얻어진 하이드로겔 나노입자의 입도분포를 도 1에 나타내었다. 도 1에서 세로축은 나노입자의 분율(입자의 갯수 기준)을 의미한다. 도 1을 참조하면, 104nm의 평균입경을 갖는 하이드로겔 나노입자가 합성되었음을 확인할 수 있다.
제조예 4: BMP -7이 담지된 하이드로겔 나노입자( BMP -7/ HNP )의 제조
BMP-7을 탈이온수에 용해시켜 85중량%의 BMP-7 수용액을 제조하였다. 이후, 상기 BMP-7 수용액에 상기 제조예 3에서 제조된 하이드로겔 나노입자를 투입하여 하이드로겔 나노입자 현탁액을 얻었다. 이어서, 상기 하이드로겔 나노입자 현탁액을 10nm의 메쉬 크기를 갖는 필터로 여과하여 BMP-7이 담지된 하이드로겔 나노입자를 농축하였다. 결과로서, BMP-7이 담지된 하이드로겔 나노입자의 현탁액(상기 현탁액은 하이드로겔 나노입자 100중량부당 BMP-7 2중량부를 포함함)을 얻었다.
제조예 5: 하이드로겔 나노입자가 담지된 약물 담지 골형성 이식재의 제조
상기 제조예 4에서 얻어진 「BMP-7이 담지된 하이드로겔 나노입자의 현탁액」에 담지체(콜라겐 스폰지: Geistlich, Bio-Gide)를 적신 다음, 그 결과물을 -50℃의 온도 및 5mmHg의 압력에서 동결 건조하여 하이드로겔 나노입자가 담지된 약물 담지 골형성 이식재(담지체 100중량부당 하이드로겔 나노입자 5중량부 및 BMP-7 0.1중량부가 담지됨)를 얻었다.
실험예 1: BMP -2의 방출 실험
상기 제조예 1에서 제조된 「BMP-2가 담지된 약물 담지 골형성 이식재」를 PBS(phosphate buffered saline)에 담근 후, 교반하에 매일 1회씩 시료를 채취하여, 상기 시료를 효소결합 면역흡수 분석장치(ELISA: Bio-Rad, iMarkTM Microplate)로 분석하고, 하기 수학식 1에 따라 BMP-2의 방출률을 계산하여 그 결과를 도 2에 그래프로 나타내었다. 이 경우, 동일한 실험을 3회 실시한 다음 평균값들을 연결하여 그래프로 나타내었다.
[수학식 1]
BMP의 방출률(%) = (BMP의 방출량)/(BMP의 총 담지량) * 100
도 2를 참조하면, BMP-2는 상기 제조예 1에서 제조된 「BMP-2가 담지된 약물 담지 골형성 이식재」를 PBS에 담근 후, 2주 이내에 거의 대부분 방출된 것으로 나타났다.
실험예 2: BMP -7의 방출 실험
상기 제조예 1에서 제조된 「BMP-2가 담지된 약물 담지 골형성 이식재」 대신에 상기 제조예 5에서 제조된 「하이드로겔 나노입자가 담지된 약물 담지 골형성 이식재」를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 BMP-7의 방출실험을 실시하고 상기 수학식 1에 따라 BMP-7의 방출률을 계산하여, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 이 경우, 동일한 실험을 3회 실시한 다음 평균값들을 연결하여 그래프로 나타내었다.
도 2를 참조하면, BMP-7은 상기 제조예 5에서 제조된 「하이드로겔 나노입자가 담지된 약물 담지 골형성 이식재」를 PBS에 담근 후, 초기 방출량은 현저히 낮은 반면, 2~4주 동안의 방출량은 높게 유지되는 나타났다.
도 2에 도시된 BMP-2와 BMP-7의 방출 패턴은 골결손시 생체 조직내에서 발현되는 BMP-2 및 BMP-7의 발현 패턴과 유사한 것으로서, 이러한 결과로부터 본 발명자들은 일정한 시간차를 두고 원하는 시점에 각각의 BMP를 방출할 수 있는 기술을 확보하였음을 확인할 수 있다.
실시예 1 및 비교예 1~3: 약물 담지 골형성 이식재의 제조
하기 표 1과 같이 제1 이식부와 제2 이식부를 상기 제조예 1, 제조예 2 및 제조예 5와 같은 방법으로 제조한 다음, 상기 2개의 이식부를 압착에 의해 적층하여 약물 담지 골형성 이식재를 얻었다.
실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3
제1 이식부 제조예 1의 방법으로 제조 제조예 2의 방법으로 제조 제조예 1의 방법으로 제조 제조예 1의 방법으로 제조
제2 이식부 제조예 5의 방법으로 제조 제조예 2의 방법으로 제조 제조예 1의 방법으로 제조 제조예 2의 방법으로 제조
평가예
평가예 1: 약물 담지 골형성 이식재의 골형성 능력 평가
먼저, 토끼 두개골에 자연 치유에 의한 골재생이 불가능한 결손부를 형성하였다. 이후, 상기 실시예 1 및 비교예 1~3에서 제조된 약물 담지 골형성 이식재를 토끼 두개골의 결손부에 각각 이식한 후 절개된 표피를 봉합하였다. 6주 경과 후, 상기 각각의 토끼 두개골의 결손부를 마이크로 CT(computed tomopology)로 촬영하여, 그 결과로 얻어진 사진들을 도 3에 나타내었다. 도 3의 (a), (b), (c) 및 (d)는 각각 비교예 1, 비교예 2, 비교예 3 및 실시예 1에서 제조된 약물 담지 골형성 이식재의 평가 결과를 나타낸 사진들이다. 이 경우, 각 실시예 및 비교예에 대하여 동일한 평가를 2회씩 실시한 다음, 도 3의 (a), (b), (c) 및 (d)의 각각에 2개씩의 마이크로 CT 사진들을 나타내었다.
도 3의 (a) 및 (b)를 참조하면, BMP-7 또는 BMP-2만이 단독으로 담지체에 담지된 비교예 1~2의 약물 담지 골형성 이식재는 골형성 능력이 미미하고, 재생골의 골질도 초기 무층골(woven bone)의 형태여서 성숙도가 매우 낮은 재생골을 형성하는 것으로 나타났다.
도 3의 (c)를 참조하면, BMP-2와 BMP-7이 모두 담지체에 담지된 비교예 3의 약물 담지 골형성 이식재는 비교예 1~2의 약물 담지 골형성 이식재에 비해 골량과 골질이 상대적으로 우수한 재생골을 형성한 것으로 나타났다.
도 3의 (d)를 참조하면, BMP-2는 담지체에 직접 담지되고 BMP-7은 하이드로겔 나노입자를 매개로 하여 담지체에 담지된 실시예 1의 약물 담지 골형성 이식재는 비교예 3의 약물 담지 골형성 이식재에 비해 골량과 골질이 더 우수한 재생골을 형성한 것으로 나타났다.
평가예 2: 재생골의 압축강도 평가
상기 평가예 1에서 형성된 재생골들 중 실시예 1 및 비교예 3의 약물 담지 골형성 이식재를 이용하여 형성한 재생골의 압축강도 및 참고예 1의 정상골의 압축강도를 하기와 같은 방법으로 평가하여, 그 결과를 하기 표 2 및 도 6에 나타내었다. 또한, 상기 각 재생골의 압축강도 달성률을 하기 수학식 2에 따라 계산하여, 그 결과를 하기 표 2 및 도 6에 나타내었다.
[수학식 2]
압축강도 달성률(%) = (재생골의 압축강도)/(정상골의 압축강도) * 100
(골 시편 제조)
상기 각 재생골 및 정상골의 시편을 직경 4mm의 관상 드릴(trephine drill)을 이용하여 제조하였다.
(압축강도 평가)
도 4와 같이 만능시험기(INSTRON, 3365)를 이용하여 상기 각 시편(흰색 부분)의 압축강도를 측정하였다. 본 명세서에서, 「압축강도」란 도 5와 같은 압축강도 평가 그래프에서 기울기가 급격하게 변화하는 지점(즉, 파손점)에 대응하는 부하를 의미한다.
도 5는 참고예 1의 재생골의 압축강도 평가 그래프를 나타내며, 이로부터 참고예 1의 재생골의 압축강도는 247N임을 알 수 있다.
실시예 1 비교예 3 참고예 1
압축강도(N) 207 135 247
압축강도 달성률(%) 83.8 54.6 -
상기 표 2 및 도 6을 참조하면, 실시예 1의 약물 담지 골형성 이식재는 비교예 3의 약물 담지 골형성 이식재에 비해 압축강도가 우수하고, 정상골에 가까운 압축강도를 갖는 재생골을 형성한 것으로 나타났다.
본 발명은 도면 및 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 담지체;
    상기 담지체에 담지된 제1 성장인자;
    상기 담지체에 담지된 나노입자; 및
    상기 나노입자에 담지된 제2 성장인자를 포함하고,
    상기 제1 성장인자는 BMP-1, BMP-2, BMP-3, BMP-4, BMP-5, BMP-6 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 제2 성장인자는 BMP-7을 포함하며,
    상기 담지체 100중량부에 대하여, 상기 제1 성장인자 0.02~0.2중량부, 상기 나노입자 0.5~15중량부 및 상기 제2 성장인자 0.02~0.2중량부를 포함하고,
    상기 약물 담지 골형성 이식재가 생체 조직(living tissue)에 이식될 경우, 상기 제2 성장인자의 방출속도가 상기 제1 성장인자의 방출속도 보다 느린 약물 담지 골형성 이식재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 담지체는 콜라겐, 젤라틴, 피브린, 히알루론산, 알기네이트 또는 이들의 조합을 포함하는 약물 담지 골형성 이식재.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나노입자는 하이드로겔 나노입자를 포함하는 약물 담지 골형성 이식재.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하이드로겔 나노입자는 중합성 화합물의 경화물을 포함하고, 상기 중합성 화합물은 (메트)아크릴레이트 말단기를 포함하는 약물 담지 골형성 이식재.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 중합성 화합물은 에틸렌글리콜 메틸 에테르 (메트)아크릴레이트, 에틸렌글리콜 페닐 에테르 (메트)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜 에틸 에테르 (메트)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 메틸 에테르 메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 에틸 에테르 메타크릴레이트(수평균분자량: 200~500), 폴리에틸렌글리콜 메틸 에테르 (메트)아크릴레이트(수평균분자량: 400~6,000), 에틸렌글리콜 디시클로펜틸 에테르 (메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 페닐 에테르 (메트)아크릴레이트(수평균분자량: 200~500), 디에틸렌글리콜 2-에틸헥실 에테르 (메트)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜 4-노닐페닐 에테르 (메트)아크릴레이트(수평균분자량: 200~500), 폴리프로필렌글리콜 메틸 에테르 (메트)아크릴레이트(수평균분자량: 200~500), 2-에톡시에틸 (메트)아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트(수평균분자량: 1,000~15,000) 및 이들 중 1 이상의 중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 약물 담지 골형성 이식재.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 약물 담지 골형성 이식재는 서로 적층된 제1 이식부와 제2 이식부를 포함하고, 상기 제1 이식부에는 상기 제1 성장인자가 담지되어 있고, 상기 제2 이식부에는 상기 나노입자가 담지되어 있는 약물 담지 골형성 이식재.
  10. 삭제
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