KR101540752B1 - 접착성 복합 코아세르베이트 및 그 제조 방법 및 사용 방법 - Google Patents

접착성 복합 코아세르베이트 및 그 제조 방법 및 사용 방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서에서는 접착성 복합 코아세르베이트의 합성이 개시된다. 상기 접착성 복합 코아세르베이트는 하나 이상의 폴리양이온, 하나 이상의 폴리음이온, 및 하나 이상의 다가 양이온의 혼합물로 구성된다. 접착성 복합 코아세르베이트 내의 폴리양이온과 폴리음이온은 경화시 공유 결합에 의해 서로 가교결합된다. 접착성 복합 코아세르베이트는 수계 응용에 효과적인 종래의 생체접착제와 비교할 때 여러 바람직한 특징을 갖는다. 본 명세서에 개시된 접착성 복합 코아세르베이트는 기재에 적용될 때 수중에서 우수한 계면 장력을 나타낸다(즉, 접착성 복합 코아세르베이트는 비드를 형성(bead up)하기보다는 계면 전체에 걸쳐 펼쳐진다). 추가적으로, 분자간 가교결합하는 복합 코아세르베이트의 능력은 접착성 복합 코아세르베이트의 응집 강도를 증가시킨다. 접착성 복합 코아세르베이트는 생체접착제 및 약물 전달 장치로서 다수의 생물학적 응용을 갖는다. 특히, 본 명세서에 개시된 접착성 복합 코아세르베이트는, 예를 들어 생리학적 조건과 같이, 물이 존재하는 수중(underwater) 응용 및 상황에 특히 유용하다.

Description

접착성 복합 코아세르베이트 및 그 제조 방법 및 사용 방법{ADHESIVE COMPLEX COACERVATES AND METHODS OF MAKING AND USING THEREOF}
관련 출원과의 상호 참조
본 출원은 2008년 1월 24일자로 출원된 미국 가출원 일련번호 제61/023,173호의 우선권을 주장한다. 이 출원은 그의 모든 교시 내용에 대하여 전체적으로 본 명세서에 참조로 포함된다.
배경기술
오늘날 사회에서 골절은 심각한 건강 문제이다. 골절 그 자체에 더하여, 다수의 추가의 건강 위험이 골절과 관련되어 있다. 예를 들어, 관절내 골절은 관절 표면으로 확대되고 연골 표면을 부서뜨리는 골 손상이다. 연골 표면의 골절은 흔히 외상후 관절염을 약화시키게 된다. 외상후 관절염의 발증에서 주요한 결정적 인자는 손상시에 부여되는 에너지의 양, 외상후 관절염에 대한 환자의 유전적 소인(또는 그 결여), 및 정복(reduction)의 정확도 및 유지인 것으로 여겨진다. 이들 3가지 예후 인자 중, 정형외과 의료인에 의해 제어가능한 유일한 인자는 정복의 달성 및 유지이다. 관절 표면(연골) 및 골간단(metaphysis)(연골 바로 아래의 뼈 부분)의 분쇄 손상은 정복된(정렬된) 위치로 유지하기가 특히 어렵다. 이는 이 부위 내의 뼈의 질 및 유형과 관계가 있다. 그것은 또한 티타늄 또는 스테인리스 강 삽입물에 의한 고정의 제한과 관계가 있다.
현재, 스테인리스 강 및 티타늄 삽입물은 고정의 1차적 방법이지만, 그들의 크기 및 그들을 위치시키는 데 필요한 천공이 뼈 및 연골의 보다 작은 조각들의 정확한 도수조작 및 정복을 자주 방해한다. 다양한 뼈 접착제가 기계적 고정의 대체품으로서 시험되어 왔다. 이들은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 피브린 기재 글루(glue), 인산칼슘(CP) 시멘트, 및 CP 레진 복합재의 4가지 범주 내에 속한다. 보철물의 고정에 사용되는 PMMA 시멘트는 잘 알려진 결점들이 있는데, 가장 심각한 것 중 하나는 발열 응고 반응(exothermic setting reaction)으로부터 발생된 열이 인접한 뼈 조직을 죽일 수 있다는 것이다. 또한, 뼈에의 불량한 접합은 무균성 이완(aseptic loosening)을 초래하는데, 이는 PMMA 시멘트된 보철물 실패의 주요 원인이다.
혈액 응고 단백질 피브리노겐을 기재로 한 피브린 글루는 1970년대 이래 뼈 이식편을 고정시키고 연골을 복원하는 데 시험되어 왔지만, 아직 널리 사용되고 있지 않다. 피브린 글루의 결점 중 하나는 그들이 혼주 공혈자 혈액(pooled human donor blood)으로부터 제조된다는 것이다. 그 때문에, 피브린 글루는 감염 전파의 위험을 가지며, 잠재적으로 공급이 제한될 수 있을 것이다.
CP 시멘트는 하나 이상의 형태의 CP, 예를 들어 인산사칼슘, 인산이칼슘 무수물, 및 인산 β-삼칼슘의 분말이다. 분말이 물과 혼합될 때, 그것은 페이스트를 형성하는데, 이 페이스트는 하이드록시아파타이트를 포함한 하나 이상의 형태의 CP 결정의 얽힘을 통해 응고되고 경화된다. CP 시멘트의 이점은 등온 응고, 입증된 생체적합성, 골전도성을 포함하며, 그들은 치유 동안 하이드록시아파타이트 형성을 위한 Ca 및 PO4의 저장소로서의 역할을 한다. 이들의 주된 불리한 점은 CP 시멘트가 깨지기 쉬우며, 낮은 기계적 강도를 가지며, 따라서 작은 관절편(articular segment)의 안정한 정복에 이상적이지 않다는 것이다. CP 시멘트는 뼈 공극 충전제(bone void filler)로서 대개 사용된다. CP 시멘트의 불량한 기계적 특성은 CP 입자와 중합체의 복합 시멘트로 이어져 왔다. 미립자 상(phase) 및 중합체 상의 부피 분율을 변화시킴으로써, 글루의 모듈러스 및 강도가 천연 뼈의 모듈러스 및 강도로 조정될 수 있으며, 이 또한 우리에게 열려 있는 방안이다.
골절과 관련된 전체적인 건강 영향 및 현재의 고정 방법의 불완전한 상태를 고려하면, 새로운 고정 방법이 필요하다.
개요
본 명세서에서는 접착성 복합 코아세르베이트의 합성이 개시된다. 상기 접착성 복합 코아세르베이트는 하나 이상의 폴리양이온, 하나 이상의 폴리음이온, 및 하나 이상의 다가 양이온의 혼합물로 구성된다. 폴리양이온과 폴리음이온은 경화시 공유 결합에 의해 서로 가교결합된다. 접착성 복합 코아세르베이트는 수계 응용에 효과적인 종래의 접착제와 비교할 때 여러 바람직한 특징을 갖는다. 본 명세서에 개시된 접착성 복합 코아세르베이트는 기재에 적용될 때 수중에서 낮은 계면 장력을 나타낸다(즉, 접착성 복합 코아세르베이트는 비드를 형성(bead up)하기보다는 계면 전체에 걸쳐 펼쳐진다). 추가적으로, 분자간 가교결합하는 복합 코아세르베이트의 능력은 접착성 복합 코아세르베이트의 응집 강도를 증가시킨다. 접착성 복합 코아세르베이트는 생체접착제 및 약물 전달 장치로서 다수의 생물학적 응용을 갖는다. 특히, 본 명세서에 개시된 접착성 복합 코아세르베이트는, 예를 들어 생리학적 조건과 같이, 물이 존재하는 수중(underwater) 응용 및 상황에 특히 유용하다.
본 발명의 이점은 하기의 설명에서 일부 기재되고 하기의 기술로부터 일부 명백해지거나, 또는 후술되는 태양들의 실시에 의해 알 수 있다. 후술되는 이점은 첨부되는 특허청구범위에 특히 지적된 요소 및 조합에 의해 실현되거나 획득될 것이다. 상기의 개요 및 하기의 상세한 설명은 단지 예시적이고 설명적이며 제한적이지 않음이 이해되어야 한다.
본 명세서에 포함되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 후술되는 여러 태양들을 예시한다.
도 1은 pH 의존적 코아세르베이트 구조 및 접착제 메커니즘의 모델을 나타낸다. (A) 폴리아민(적색)과 쌍을 이룬 낮은 전하 밀도를 가진 폴리포스페이트(흑색)가 나노미터 규모의 복합체를 형성한다. 복합체는 순(net) 양전하를 갖는다. (B) 연장된 높은 전하 밀도의 폴리포스페이트가 더 치밀한 더 낮은 전하 밀도의 폴리아민과, 2가 양이온이 존재할 경우, 2가 양이온(녹색 기호)에 의해 접속된 네트워크를 형성한다. 공중합체 상의 순 전하는 음이다. (C) O2 또는 첨가된 산화제에 의한 3,4-디하이드록시페놀(D)의 산화는 퀴논(Q)과 1차 아민 측쇄 사이에 가교결합을 개시한다. 코아세르베이트는 정전기 상호작용, 3,4-디하이드록시페놀 측쇄, 및 기질 단백질에의 퀴논 매개된 공유 결합을 통해 하이드록시아파타이트 표면에 접착될 수 있다.
도 2 내지 도 7은 본 발명에서 폴리양이온 및 폴리음이온으로서뿐만 아니라 본 발명에 유용한 합성 폴리양이온 및 폴리음이온으로서 사용될 수 있는, 피. 칼리포르니카(P.californica)에 의해 생성되는 여러 단백질 서열을 나타낸다.
도 8은 DOPA 가교결합의 상이한 메커니즘을 나타낸다.
도 9는 골절을 복원하기 위해서(A), 작은 뼈 손상을 복원하기 위해서(B), 또는 뼈 조직에 합성 스캐폴드(scaffold)를 접합시키기 위해서(C), 본 명세서에 개시된 복합 코아세르베이트의 작은 “스폿 웰드(spot weld)”를 적용하기 위한 이중 시린지 시스템을 나타낸다.
도 10은 모방체 공중합체(mimetic copolymer)의 구조 및 UV/VIS 특성화를 나타낸다. (A) Pc3 유사체 (1)는 88.4 몰%의 포스페이트, 9.7 몰%의 도파미드, 및 0.1 몰%의 FITC 측쇄를 함유하였다. Pc1 유사체 (2)는 8.1 몰%의 아민 측쇄를 함유하였다. 나머지는 두 경우 모두 아크릴아미드 하위단위였다. (B) 3,4-디하이드록시페놀의 카테콜 형태의 280nm특성에서의 단일 피크가 1의 스펙트럼에 존재하였다. NaIO4에 의한 산화 후, 퀴논 형태에 상응하는 395nm에서의 피크가 3,4-디하이드록시페놀 함유 중합체의 예측된 산화환원 거동과 일치하여 나타났다.
도 11은 혼합된 폴리전해질의 pH 의존적 복합 코아세르베이션을 나타낸다. (A) 낮은 pH에서, 등량의 아민 및 포스페이트 측쇄를 갖는 1 및 2의 50 mg/ml 혼합물은 안정한 콜로이드성 PEC를 형성하였다. pH가 증가함에 따라, 중합체가 농밀한 액체 복합 코아세르베이트 상으로 축합되었다. pH 10에서, 공중합체는 용액으로 되었으며, 산화적으로 가교결합되어 투명한 하이드로젤로 되었다. (B) 공중합체 측쇄 밀도로부터 pH의 함수로서의 공중합체 측쇄의 순 전하를 계산하였다. (C) PEC의 직경(원)이 pH 범위 2 내지 4에 비하여 거의 3배나 증가하였다. pH 4 초과에서, 복합체는 플록화되었으며, 그의 사이즈는 측정할 수 없었다. 제타 전위(사각형)는 계산된 순 전하와 일치하여 거의 pH 3.6에서 0이었다.
도 12는 접착성 복합 코아세르베이트의 액체 특성을 나타낸다. 1 및 2의 용액은 등량의 아민 및 포스페이트 측쇄를 함유하였다(pH 7.4).
도 13은 폴리전해질 및 2가 양이온의 상 다이어그램을 나타낸다. 아민 대 포스페이트 측쇄의 비 및 포스페이트 측쇄 대 2가 양이온의 비를 고정된 pH 8.2에서 변화시켰다. 용액의 상태를 그레이 스케일로 나타내었다. 코아세르베이트 상의 질량(mg)은 암회색 사각형으로 표시되어 있다. 별표로 표시된 조성물은 접합 강도를 시험하기 위해서 사용되었다.
도 14는 코아세르베이트 접합된 뼈의 접합 강도, 전단 모듈러스, 및 치수 안정성을 나타낸다. (A) 파괴(failure)에서의 접합 강도가 약 50%로 증가되었으며, 포스페이트 측쇄에 대한 2가 양이온 비가 0 내지 0.4로 되었을 때, 강성이 두 배로 되었다. 시편은 시판되는 시아노아크릴레이트 접착제로 습식 접합된 시편을 참조(reference)로 사용하였다. (모든 조건에 대하여 n=6). (B) 4개월 동안 PBS(pH 7.2) 중에 완전히 잠기게 둔 접착된 뼈 시편의 접합은 현저하게 팽윤되지 않았다.
도 15는 산화(pH 7.2) 전후의 도파민 공중합체의 UV-가시광 스펙트럼을 나타낸다. 산화 전에 존재하던 카테콜 피크가 퀴논 형태로 변환되었다. 상좌: p(DMA[8]-Aam[92]). 하좌: p(AEMA[30]-DMA[8]). 우: 도파민 공중합체의 산화적 가교결합에 의한 하이드로젤 형성. (A) p(DMA[8]-Aam[92]). (B) p(EGMP[92]-DMA[8]). (C) p(AEMA[30]-Aam[70])와 혼합된 p(DMA[8]-Aam[92]). (D) p(AEMA[30]-Aam[70])과 혼합된 p(EGMP[92]-DMA[8]). 대괄호 안의 숫자는 측쇄의 몰%를 나타낸다. 화살표는 방향 스펙트럼이 시간의 경과에 따라 변하고 있음을 나타낸다.
도 16은 폴리(EGMP[92]-DMA[8]) 중에서의 도파민 산화의 pH 의존성을 나타낸다. 화살표는 방향 스펙트럼이 시간에 따라 변함을 나타낸다. 상: pH 5.0, 시간 경과 삽도. 하: pH 6.0.
도 17은 (A) 사람 포피 섬유아세포(human foreskin fibroblast), (B) 사람 기관 섬유아세포, 및 (C) 래트 1차 성상세포와 접착제(적색의 자동 형광의 넓은 영역, 백색의 별표)의 직접 접촉을 나타낸다. 세포 형태, 피브로넥틴 분비, 및 운동성(motility)은 글루의 부재 하에서 성장하는 세포들과 구분이 안 된다. 녹색 = 중간 필라멘트 단백질. 적색 = 분비된 피브로넥틴. 청색: DAPI 염색된 핵.
도 18은 멀티-골편 래트 두개골 결함 모델을 나타낸다. (A) 결함의 발생. (B) 뼈 덮개(bone cap)의 골편형성(fragmentation). (C) 결함이 있는 골편의 치환. (D) 뼈 글루의 적용. (E) 내지 (F): 글루의 경화(암화(darkening)). E 및 F에서 골편들이 단단히 고정된다.
도 19는 접착성 복합 코아세르베이트의 형성에 관하여 pH 및 정규화된 순 전하의 효과를 나타낸다.
본 화합물, 조성물, 용품, 장치, 및/또는 방법을 개시하고 기재하기 전에, 후술되는 태양들이 구체적인 화합물, 합성 방법, 또는 용도로 한정되지 않으며, 이들 자체는 물론 다양할 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 본 명세서에 사용되는 용어는 단지 특정 태양들을 설명하기 위한 목적이며, 제한하고자 함이 아님을 이해해야 한다.
본 명세서 및 후술되는 특허청구범위에서는, 하기의 의미를 갖는 것으로 정의되는 다수의 용어를 참조할 것이다.
본 명세서 및 첨부되는 특허청구범위에 사용될 때, 단수형("a", "an" 및 "the")은 해당 문맥이 명백히 달리 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함함을 주지해야 한다. 따라서, 예를 들어, "약제학적 담체"의 언급은 그러한 담체들의 둘 이상의 혼합물을 포함한다.
"선택적" 또는 "선택적으로"는 이어서 기재되는 사건 또는 상황이 일어나거나 일어나지 않을 수 있으며, 상기 기재가 사건 또는 상황이 일어나는 경우 및 그것이 일어나지 않는 경우를 포함함을 의미한다. 예를 들어, 어구 "선택적으로 치환된 저급 알킬"은 저급 알킬 기가 치환될 수 있거나 치환되지 않을 수 있으며, 상기 기재가 비치환된 저급 알킬 및 치환이 있는 저급 알킬 둘 모두를 포함함을 의미한다.
범위는 본 명세서에서 “약” 하나의 특정 값부터 및/또는 “약” 다른 특정 값까지로 표현될 수 있다. 그러한 범위가 표현될 때, 다른 태양은 한 특정 값부터 및/또는 나머지 한 다른 특정 값까지를 포함한다. 유사하게, 값이 그 앞에 오는 “약”의 사용에 의해 근사치로 표현될 때, 특정 값이 다른 태양을 형성함을 이해할 것이다. 범위들 각각의 종점은 나머지 다른 한 종점과 관련하여 및 나머지 다른 한 종점과 독립적으로 이들 둘 모두에 대하여 유의함을 추가로 이해할 것이다.
조성물 또는 용품 내의 특정 원소 또는 성분의 중량부에 대한 본 명세서 및 최종 특허청구범위에서의 언급은 조성물 또는 용품 내의 당해 원소 또는 성분과 다른 원소들 또는 성분들 사이의 중량 관계를 나타내는 것으로, 이를 위해 중량부가 표현된다. 따라서, 2 중량부의 성분 X 및 5 중량부의 성분 Y를 함유하는 화합물에서, 성분 X 및 성분 Y는 2:5의 중량비로 존재하며, 추가의 성분들이 당해 화합물 중에 함유되어 있는지의 여부에 관계없이 그러한 비로 존재한다.
성분의 중량 퍼센트는 달리 구체적으로 반대로 기재되지 않는 한, 성분이 포함되는 제형 또는 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
본 출원 전체에 걸쳐 사용되는 R1, R2, R3, R4, R5, X, m 및 n과 같은 변수는 달리 반대로 기재되지 않는 한, 앞서 정의된 것과 동일한 변수이다.
본 명세서에 사용될 때, 용어 “알킬 기”는 1 내지 25개의 탄소 원자의 분지형 또는 비분지형 포화 탄화수소 기, 예를 들어 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, t-부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 데실, 테트라데실, 헥사데실, 에이코실, 테트라코실 등이다. 보다 긴 사슬의 알킬 기의 예에는 올레에이트 기 또는 팔미테이트 기가 포함되지만 이로 한정되지 않는다. “저급 알킬” 기는 1 내지 6개의 탄소 원자를 함유하는 알킬 기이다.
본 명세서에 기재된 임의의 화합물은 약제학적으로 허용되는 염일 수 있다. 일 태양에서, 약제학적으로 허용되는 염은 유리 산을 적절한 양의 약제학적으로 허용되는 염기로 처리함으로써 제조된다. 대표적인 약제학적으로 허용되는 염기는 수산화암모늄, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 수산화제1철, 수산화아연, 수산화구리, 수산화알루미늄, 수산화제2철, 이소프로필아민, 트리메틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 트리프로필아민, 에탄올아민, 2-디메틸아미노에탄올, 2-디에틸아미노에탄올, 리신, 아르기닌, 히스티딘 등이다. 일 태양에서, 상기 반응은 약 0℃ 내지 약 100℃의 온도에서, 예를 들어 실온에서, 단독으로 또는 불활성, 수혼화성 유기 용매와 조합하여 수중에서 수행된다. 소정 태양에서 적절한 경우에는, 본 명세서에 기재된 화합물 대 사용되는 염기의 몰비는 임의의 특정 염에 요구되는 비를 제공하도록 선택된다. 예를 들어, 유리 산 출발 물질의 암모늄 염을 제조하는 경우, 출발 물질은 약 1당량의 약제학적으로 허용되는 염기로 처리되어 중성 염을 생성할 수 있다.
다른 태양에서, 화합물이 염기성 기를 갖는 경우, 그것은, 예를 들어 HCl, HBr, 또는 H2SO4와 같은 산에 의해 양성자화되어 양이온성 염을 생성할 수 있다. 일 태양에서, 화합물과 산 또는 염기의 반응은 0℃ 내지 약 100℃의 온도에서, 예를 들어 실온에서, 단독으로 또는 불활성, 수혼화성 유기 용매와 조합하여 수중에서 수행된다. 소정 태양에서 적절한 경우에는, 본 명세서에 기재된 화합물 대 사용되는 염기의 몰비는 임의의 특정 염에 요구되는 비를 제공하도록 선택된다. 예를 들어, 유리 산 출발 물질의 암모늄 염을 제조하는 경우, 출발 물질은 약 1당량의 약제학적으로 허용되는 염기로 처리되어 중성 염을 생성할 수 있다.
접착성 복합 코아세르베이트 및 그 응용이 본 명세서에 개시된다. 일반적으로, 상기 복합체는 원하는 pH에서 안정한 수성 복합체를 생성하도록 균형 잡힌 비율의 양이온 및 음이온의 혼합물이다. 접착성 복합 코아세르베이트는 적어도 하나의 폴리양이온, 적어도 하나의 폴리음이온, 및 적어도 하나의 다가 양이온을 포함하며, 적어도 하나의 폴리양이온 또는 폴리음이온은 합성 화합물이며, 폴리양이온 및/또는 폴리음이온은 복합 코아세르베이트의 경화시 서로 가교결합된다. 코아세르베이트의 각 성분 및 그들의 제조 방법이 후술된다.
접착성 복합 코아세르베이트는 개개의 중합체 성분들이 상 전체에 걸쳐 확산되는 동적 구조를 가진 회합성 액체이다. 복합 코아세르베이트는 유동학적으로, 점탄성 중합체 용액이라기보다는 점성 입자 분산액처럼 거동한다. 상기에 기재된 바와 같이, 접착성 복합 코아세르베이트는 수중에서 기재에 적용되거나 습윤된 기재에 적용될 때 수중에서 낮은 계면장력을 나타낸다. 바꿔 말하면, 복합 코아세르베이트는 비드 형성되기보다는 계면에 평탄하게 펼쳐진다. 추가적으로, 분자간 가교결합시, 접착성 복합 코아세르베이트는 강한 불용성 응집성 물질을 형성한다.
대조적으로, 본 명세서에 기재된 접착성 복합 코아세르베이트에 대한 전구체일 수 있는 폴리전해질 복합체(PEC)는 작은 콜로이드성 입자이다. 예를 들어, 도 11A를 참조하면, pH 3.1 및 pH 4.2에서의 PEC의 용액은 직경이 약 300nm인 콜로이드성 입자의 유백색 용액으로 존재한다. pH를 7.2 및 pH 8.1로 상승시, PEC는 축합된 중합체의 액상(코아세르베이트 상) 및 희석 평형 상으로 축합된다. 이 태양에서, PEC는 본 명세서에 기재된 접착성 복합 코아세르베이트로 변환될 수 있다.
폴리전해질 복합체와 접착성 복합 코아세르베이트 사이의 상 거동의 차이에 대한 예시적인 모델이 도 1에 제시되어 있다. 낮은 pH에서, 반대로 하전된 폴리전해질은 정전기적으로 회합되어, 현탁액을 안정화시키는 순 양의 표면 전하(net positive surface charge)를 가진 나노복합체로 되어 PEC(1)를 생성한다. pH를 증가시킴에 따라, 복합체의 순 전하가 양에서 음으로 변화되지만, 거의 순 중성에 가깝게 유지된다. PEC는 풀린(loose) 침전물 상을 형성할 수 있으며, 이 침전물 상은 pH를 추가로 상승시킴으로써 복합 코아세르베이트(2)로 변환될 수 있다(도 1). 따라서, 소정 태양에서, 복합 코아세르베이트로의 PEC의 변환은 pH 및/또는 다가 양이온의 농도를 조정함으로써 “유발될(triggered)” 수 있다. 예를 들어, PEC는 pH 4이하에서 생성될 수 있으며, PEC를 복합 코아세르베이트로 변환시키기 위해서 PEC의 pH는 7.0 이상, 7.0 내지 9.0, 또는 8.0 내지 9.0까지 상승될 수 있다. 이어지는, 폴리양이온과 폴리음이온 사이의 가교결합(예를 들어, 도 1C에 나타낸 바와 같은 산화 및 공유 가교결합)은 본 명세서에 기재된 접착성 복합 코아세르베이트의 형성을 가져온다.
폴리양이온 및 폴리음이온은 경화시 2개의 중합체 사이에 가교결합을 허용하는 기를 함유하여 새로운 공유 결합 및 본 명세서에 기재된 접착성 복합 코아세르베이트를 생성한다. 공유결합의 메커니즘은 가교결합성 기의 선택에 따라 다를 수 있다. 일 태양에서, 가교결합성 기는 친전자성 및 친핵성일 수 있다. 예를 들어, 폴리음이온은 하나 이상의 친전자성 기를 가질 수 있고, 폴리양이온은 친전자성 기와 반응하여 새로운 공유 결합을 생성할 수 있는 하나 이상의 친핵성 기를 가질 수 있다. 친전자성 기의 예에는 안하이드라이드 기, 에스테르, 케톤, 락탐(예를 들어, 말레이미드 및 석신이미드), 락톤, 에폭사이드 기, 이소시아네이트 기, 및 알데히드가 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 친핵성 기의 예는 하기에 제시되어 있다.
일 태양에서, 가교결합성 기는 산화제의 존재 하에서 산화를 겪을 수 있는 하이드록실 치환된 방향족 기를 포함한다. 일 태양에서, 하이드록실 치환된 방향족 기는 디하이드록시페놀 또는 할로겐화 디하이드록시페놀 기, 예를 들어 DOPA 및 카테콜(3,4-디하이드록시페놀)이다. 예를 들어, DOPA의 경우, 그것은 도파퀴논으로 산화될 수 있다. 도파퀴논은 이웃한 DOPA 기 또는 다른 친핵성 기와 반응할 수 있는 친전자성 기이다. 이로 한정되지 않지만 과산화물, 페리오데이트, 또는 전이 금속 산화제(예를 들어, NaIO4또는 Fe+3화합물)를 포함하는 산소 또는 다른 첨가제와 같은 산화제의 존재 하에서, 하이드록실 치환된 방향족 기는 산화될 수 있다. 다른 태양에서, 가교결합은 아지도 기를 통한 광 활성화 가교결합을 통해 폴리양이온과 폴리음이온 사이에서 일어날 수 있다. 다시 한번, 이러한 유형의 가교결합 동안 새로운 공유 결합이 형성된다.
산화형 가교결합제의 안정성은 다양할 수 있다. 예를 들어, 산화가능한 가교결합제를 함유하는 본 명세서에 기재된 포스포노 함유 폴리음이온은 용액 중에서 안정하며, 그들 자체끼리 가교결합되지 않는다. 이는 폴리양이온 상에 존재하는 친핵성 기가 산화형 가교결합제와 반응하는 것을 허용한다. 이는 본 발명의 바람직한 특징이며, 이는 분자간 결합의 형성, 및 최종적으로 강한 접착제의 형성을 허용한다. 유용한 친핵성 기의 예에는 하이드록실, 티올, 및 질소 함유 기, 예를 들어 치환 또는 비치환된 아미노 기 및 이미다졸 기가 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 예를 들어, 리신, 히스티딘, 및/또는 시스테인의 잔기가 폴리양이온 내로 혼입될 수 있으며, 친핵성 기를 도입할 수 있다. 이것의 예가 도 8에 나타나 있다. DOPA 잔기(1)가 산화되어 도파퀴논 잔기(2)를 형성할 수 있다. 도파퀴논은 반응성 중간체이며, 다른 중합체 또는 동일한 중합체 상의 DOPA 잔기와 가교결합(즉, 반응)하여 di-DOPA 기를 생성할 수 있다. 대안적으로, 도파퀴논 잔기는 미하엘 타입 부가를 통해, 예를 들어 아미노, 하이드록실, 또는 티올 기와 같은 친핵성 물질과 반응하여 새로운 공유 결합을 형성할 수 있다. 도 8을 참조하면, 리실 기, 시스테이닐 기, 및 히스티딜 기는 도파퀴논 잔기와 반응하여 새로운 공유 결합을 생성한다. DOPA가 적합한 가교결합성 기이지만, 예를 들어 티로신과 같은 다른 기가 본 발명에 사용될 수 있다. 본 명세서에 기재된 접착성 복합 코아세르베이트의 사용에 관하여 가교결합의 중요성은 하기에 논의될 것이다.
다른 태양에서, 폴리양이온 및/또는 폴리음이온 상에 존재하는 가교결합제는 전이 금속 이온과 배위 착물을 형성할 수 있다. 예를 들어, 전이 금속 이온이 폴리양이온 및 폴리음이온의 혼합물에 첨가될 수 있으며, 이때 중합체 둘 모두는 전이 금속 이온과 배위할 수 있는 가교결합제를 함유한다. 배위 및 해리의 속도는 가교결합제, 전이 금속 이온, 및 pH의 선택에 의해 제어될 수 있다. 따라서, 상기에 기재된 공유 가교결합에 더하여, 정전기 결합, 이온 결합, 또는 다른 비공유 결합을 통해 가교결합이 일어날 수 있다. 예를 들어, 철, 구리, 바나듐, 아연, 및 니켈과 같은 전이 금속 이온이 본 발명에 사용될 수 있다.
폴리양이온 및 폴리음이온은 일반적으로 특정 pH에서 복수의 하전가능한(chargeable) 기를 가진 중합체 골격으로 구성된다. 이들 기는 중합체 골격에 펜던트되고/되거나 중합체 골격 내에 혼입될 수 있다. 폴리양이온은 양이온성 기 또는 pH를 조정함으로써 양이온성 기로 용이하게 변환될 수 있는 기를 갖는 임의의 생체적합성 중합체이다. 일 태양에서, 폴리양이온은 폴리아미노 화합물이다. 아미노 기는 분지형일 수 있거나 중합체 골격의 일부일 수 있다. 아미노 기는 선택된 pH에서 양성자화되어 양이온성 암모늄 기를 생성할 수 있는 1차, 2차, 또는 3차 아미노 기일 수 있다. 예를 들어, 아미노 기는 폴리양이온에 부착된 리신, 히스티딘, 또는 이미다졸의 잔기로부터 유도될 수 있다. 임의의 음이온성 상대이온이 양이온성 중합체와 결합되어 사용될 수 있다. 상대이온은 조성물의 필수 성분들과 물리적으로 및 화학적으로 양립가능해야 하며, 달리 부당하게 제품 성능, 안정성 또는 미적 특질을 손상시키지 않아야 한다. 그러한 상대이온의 비제한적인 예에는 할라이드(예를 들어, 클로라이드, 플루오라이드, 브로마이드, 요오다이드), 설페이트 및 메틸설페이트가 포함된다.
폴리양이온은 합성 중합체이거나 또는 천연적으로 발생할(즉, 유기체로부터 생성될) 수 있다. 일 태양에서, 폴리양이온이 천연적으로 발생하는 경우, 폴리양이온은 피. 칼리포르니카로부터 생성되는 양으로 하전된 단백질이다. 도 2 내지 도 6은 피. 칼리포르니카에 의해 생성되는 여러 시멘트 단백질의 단백질 서열을 나타낸다(문헌[Zhao et al.“Cement Proteins of the tube building polychaete Phragmatopoma californica” J. Biol. Chem.(2005) 280: 42938-42944]). 표 1은 각 단백질의 아미노산 몰%를 제공한다. 도 2 내지 도 5를 참조하면, Pc1, Pc2, 및 Pc4 내지 Pc8은 폴리양이온이며, 여기서 그 중합체는 중성 pH에서 양이온성이다. 원하는 용액 특성을 달성하기 위해서 단백질에 존재하는 아미노 산의 유형 및 개수는 변화될 수 있다. 예를 들어, 표 1을 참조하면, Pc1은 리신으로 강화되며(13.5 몰%), 한편 Pc4 및 Pc5는 히스티딘으로 강화된다(각각 12.6 및 11.3 몰%).
폴리양이온이 합성 중합체인 경우에, 다양한 상이한 중합체들이 사용될 수 있지만, 이러한 중합체는 세포 및 조직에 대해 생체적합성이고 비독성인 것이 바람직하다. 일 태양에서, 폴리양이온은 하나 이상의 펜던트 아미노 기를 갖는 폴리아크릴레이트를 포함한다. 예를 들어, 그 골격은 이로 한정되지 않지만, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드 등을 포함하는 아크릴레이트 단량체의 중합으로부터 유도되는 단독중합체 또는 공중합체일 수 있다. 일 태양에서, 폴리양이온의 골격은 폴리아크릴아미드이다. 다른 태양에서, 폴리양이온은 블록 공중합체이며, 여기서 당해 공중합체의 단편 또는 부분은 당해 공중합체를 생성하는 데 사용되는 단량체의 선택에 따라 양이온성 기를 갖는다.
일 태양에서, 폴리양이온은 폴리아미노 화합물이다. 다른 태양에서, 폴리아미노 화합물은 10 내지 90 몰%의 3차 아미노 기를 갖는다. 또 다른 태양에서, 폴리양이온 중합체는 하기 화학식 I, 또는 그 약제학적으로 허용되는 염의 적어도 하나의 단편을 가지며,
[화학식 I]
Figure 112010054020129-pct00001
여기서, R1, R2, 및 R3은 독립적으로 수소 또는 알킬 기이고, X는 산소 또는 NR5이며, 여기서, R5는 수소 또는 알킬 기이고, m은 1 내지 10이다. 다른 태양에서, R1, R2, 및 R3은 메틸이고, m은 2이다. 화학식 I을 참조하면, 중합체 골격은 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드, 또는 메타크릴아미드의 잔기인 -CH2-C(R1)-C(O)X-로 구성된다. 화학식 I의 나머지 부분 (CH2)m-NR2R3은 펜던트 아미노 기이다. 도 3(구조 C 및 구조 D) 및 도 6(4 및 7)은 화학식 I의 단편을 갖는 폴리양이온의 예를 나타내며, 여기서 중합체 골격은 아크릴아미드 및 메타크릴레이트 잔기로 구성된다. 일 태양에서, 폴리양이온은 양이온성 3차 아민 단량체(2-디메틸아미노-에틸 메타크릴레이트)와 아크릴아미드의 자유 라디칼 중합 생성물이며, 여기서 분자량은 10 내지 20 kd이고, 3차 단량체 농도는 15 내지 30 몰%이다. 도 4(구조 E 및 구조 F) 및 도 6(5)은 본 발명에 유용한 폴리양이온의 예를 제공하는데, 여기서 이미다졸 기는 중합체 골격에 직접적으로 부착되거나(구조 F), 또는 링커를 거쳐 중합체 골격에 간접적으로 부착된다(메틸렌 링커를 거친 구조 E).
폴리양이온과 유사하게, 폴리음이온은 합성 중합체이거나 또는 천연적으로 발생할 수 있다. 일 태양에서, 폴리음이온이 천연적으로 발생하는 경우, 폴리음이온은 피. 칼리포르니카로부터 생성되는 음으로 하전된 단백질이다. 도 2 및 도 7은 피. 칼리포르니카에 의해 생성되는 2가지 단백질(Pc3a 및 Pc3b)의 서열을 나타낸다(문헌[Zhao et al.“Cement Proteins of the tube building polychaete Phragmatopoma californica” J. Biol. Chem.(2005) 280: 42938-42944]). 표 1을 참조하면, Pc3a 및 Pc3b는 폴리포스포세린으로 본질적으로 구성되며, 이는 중성 pH에서 음이온성이다.
폴리음이온이 합성 중합체일 때, 그것은 일반적으로 음이온성 기 또는 pH를 조정함으로써 음이온성 기로 용이하게 변환될 수 있는 기를 갖는 임의의 생체적합성 중합체이다. 음이온성 기로 변환될 수 있는 기의 예에는 카르복실레이트, 설포네이트, 포스포네이트, 보로네이트, 설페이트, 보레이트, 또는 포스페이트가 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 상기에 논의된 고려사항이 만족된다면, 임의의 양이온성 상대이온이 음이온성 중합체와 결합되어 사용될 수 있다.
일 태양에서, 폴리음이온은 폴리포스페이트이다. 다른 태양에서, 폴리음이온은 10 내지 90 몰%의 포스페이트 기를 갖는 폴리포스페이트 화합물이다. 또 다른 태양에서, 폴리음이온은 하나 이상의 펜던트 포스페이트 기를 갖는 폴리아크릴레이트를 포함한다. 예를 들어, 그 골격은 이로 한정되지 않지만, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드 등을 포함하는 아크릴레이트 단량체의 중합으로부터 유도되는 단독중합체 또는 공중합체일 수 있다. 일 태양에서, 폴리음이온의 골격은 폴리아크릴아미드이다. 다른 태양에서, 폴리음이온은 블록 공중합체이며, 여기서 공중합체의 단편 또는 부분은 공중합체를 생성하는 데 사용되는 단량체의 선택에 따라 음이온성 기를 갖는다. 또 다른 태양에서, 폴리음이온은 헤파린 설페이트, 히알루론산, 키토산, 및 당업계에서 전형적으로 사용되는 다른 생체적합성이고 생분해성인 중합체일 수 있다.
일 태양에서, 폴리음이온은 폴리포스페이트이다. 다른 태양에서, 폴리음이온은 하기 화학식 II, 또는 그 약제학적으로 허용되는 염을 갖는 적어도 하나의 단편을 갖는 중합체이며,
[화학식 II]
Figure 112010054020129-pct00002
여기서, R4는 수소 또는 알킬 기이고, n은 1 내지 10이다. 다른 태양에서, R4는 메틸이고, n은 2이다. 화학식 I과 유사하게, 화학식 II의 중합체 골격은 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트의 잔기로 구성된다. 화학식 II의 나머지 부분은 펜던트 포스페이트 기이다. 도 7(구조 B)은 화학식 II의 단편을 갖는 본 발명에 유용한 폴리음이온의 예를 나타내며, 여기서 중합체 골격은 아크릴아미드 및 메타크릴레이트 잔기로 구성된다. 일 태양에서, 폴리음이온은 에틸렌 글리콜 메타크릴레이트 포스페이트와 아크릴아미드의 중합 생성물이며, 여기서 분자량은 10,000 내지 50,000, 바람직하게는 30,000이고, 45 내지 90 몰%의 양의 포스페이트 기를 갖는다.
상기에 기재된 바와 같이, 폴리양이온 및 폴리음이온은 가교결합성 기를 함유한다. 예를 들어, 폴리음이온은 산화를 겪을 수 있는 하나 이상의 기를 포함하고, 폴리양이온은 산화형 가교결합제와 반응하여 새로운 공유 결합을 생성할 수 있는 하나 이상의 친핵성 물질을 포함할 수 있다. 도 6의 중합체(3) 및 중합체(7)은 각각 폴리음이온 및 폴리양이온 내로 혼입되는 DOPA 잔기의 예를 제공한다. 각각의 이들 중합체에서, 펜던트 DOPA 잔기를 함유하는 아크릴레이트가 적절한 단량체와 중합되어 펜던트 DOPA 잔기를 갖는 폴리음이온(3) 및 폴리양이온(7)을 생성한다.
폴리양이온은 천연적으로 발생하는 화합물(예를 들어, 피. 칼리포르니카로부터의 단백질)일 수 있고, 폴리음이온은 합성 화합물임이 고려된다. 다른 태양에서, 폴리양이온은 합성 화합물일 수 있고, 폴리음이온은 천연적으로 발생하는 화합물(예를 들어, 피. 칼리포르니카로부터의 단백질)이다. 또 다른 태양에서, 폴리음이온 및 폴리양이온 둘 모두는 합성 화합물이다.
접착성 복합 코아세르베이트는 또한 하나 이상의 다가 양이온(즉, +2 이상의 전하를 갖는 양이온)을 함유한다. 일 태양에서, 다가 양이온은 하나 이상의 알칼리 토금속으로 구성된 2가 양이온일 수 있다. 예를 들어, 2가 양이온은 Ca+2 및 Mg+2의 혼합물일 수 있다. 다른 태양에서, +2 이상의 전하를 가진 전이 금속 이온이 다가 양이온으로서 사용될 수 있다. pH에 더하여, 다가 양이온의 농도는 코아세르베이트 형성의 속도 및 정도를 결정할 수 있다. 이론에 의해 구애되고자 함이 없이, 유체에서 입자들 사이의 약한 응집력은 과잉의 음의 표면 전하를 가교하는 다가 양이온에 의해 매개될 수 있다. 본 발명에 사용되는 다가 양이온의 양은 변화할 수 있다. 일 태양에서, 이 양은 폴리음이온 및 폴리양이온에 존재하는 음이온성 기 및 양이온성 기의 개수를 기준으로 한다. 실시예에서, 접착성 복합 코아세르베이트 및 다른 물리적 상태를 생성하는 데 관하여 다가 양이온의 양의 선택이 다루어진다.
접착성 복합 코아세르베이트는 다수의 상이한 방법들로 합성될 수 있다. 일 태양에서, 폴리양이온, 폴리음이온, 및 적어도 하나의 다가 양이온은 서로 혼합되어 접착성 복합 코아세르베이트를 생성할 수 있다. 적당량의 다가 양이온을 폴리음이온 및 폴리양이온의 혼합물에 첨가함으로써, 접착성 복합 코아세르베이트가 생성될 수 있다. 다른 태양에서, 접착성 복합 코아세르베이트는
(a) 적어도 하나의 폴리양이온, 적어도 하나의 폴리음이온, 및 적어도 하나의 다가 양이온을 혼합하는 공정을 포함하며, 여기서 적어도 하나의 폴리양이온 또는 폴리음이온은 합성 화합물이고, 폴리양이온 및/또는 폴리음이온은 서로 가교결합할 수 있는 적어도 하나의 기를 포함하는, 폴리전해질 복합체를 제조하는 단계; 및
(b) 폴리전해질 복합체의 pH, 적어도 하나의 다가 양이온의 농도, 또는 그 조합을 조정하여 접착성 복합 코아세르베이트를 생성하는 단계
를 포함하는 방법에 의해 생성될 수 있다.
이 태양에서, 폴리전해질 복합체는 접착성 복합 코아세르베이트로 변환된다. 동일계 내에서 접착성 복합 코아세르베이트를 생성하는 방법은 후술된다.
본 명세서에 기재된 접착성 복합 코아세르베이트는 생물학적 시멘트 및 전달 장치로서의 그의 용도에 관하여 다수의 이득을 갖는다. 예를 들어, 상기 코아세르베이트는 낮은 초기 점도, 1보다 큰 비중, 및 중량 기준으로 대개 물일 경우, 수성 환경에서의 낮은 계면 장력을 가지며, 이들 모두는 습윤 표면에 접착되는 그의 능력에 기여한다. 접착성 복합 코아세르베이트의 결합 메커니즘(즉, 가교결합)에 관한 추가의 이점은 응고 동안 낮은 열 생성 포함하는데, 이는 살아있는 조직에 대한 손상을 방지한다. 동일계 내 발열 중합에 의한 열 발생을 피하기 위해서, 성분들은 사전중합될 수 있다. 이는 대부분 상기에 기재된 바와 같은 매우 온화한 조건 하에서 분자간 가교결합하는 접착성 복합 코아세르베이트의 능력에 의한 것이다.
본 명세서에 기재된 접착성 복합 코아세르베이트는 다수의 상이한 생물학적 기재에 적용될 수 있다. 이러한 기재는 시험관내에서 또는 생체내에서 접촉될 수 있다. 접착성 복합 코아세르베이트 내에서의 가교결합의 속도는, 예를 들어 pH 및 산화제 또는 가교결합을 촉진시키는 다른 제제의 존재 하에서 제어될 수 있다. 접착성 복합 코아세르베이트를 기재에 적용하기 위한 한 가지 접근법을 도 9에서 찾아볼 수 있다. 도 9에 도시된 기술은 본 명세서에서 “스폿 웰딩(spot welding)”으로 지칭되는데, 여기서는 접착성 복합 코아세르베이트가 기재의 구별되는 특정한 영역들에 적용된다. 일 태양에서, 접착성 복합 코아세르베이트는 동일계 내에서 생성될 수 있다. 도 9A를 참조하면, 시린지를 사용하여, 낮은 pH(예를 들어, 5)의, 폴리양이온 및 폴리음이온으로 구성된 사전형성된 안정한 PEC 용액(1)이 더 높은 pH(예를 들어, 10)의, 산화제로 구성된 경화 용액(2)와 함께 기재에 동시에 적용된다. 혼합시, 경화 용액은 기재의 표면 상에 중합체들을 가교결합시킴으로써 접착성 복합 코아세르베이트를 동시에 생성한다.
다른 태양에서, 도 9B를 참조하면, 폴리음이온(3) 및 폴리양이온(4)의 용액이 기재에 동시에 적용된다. 접착성 복합 코아세르베이트를 생성하기 위해서 용액들 중 하나는 나머지 다른 하나보다 더 높은 pH를 갖는다. 도 9B를 참조하면, 폴리음이온(3)은 폴리양이온 용액(4)보다 더 낮은 pH에 있지만, 또한, 폴리음이온이 폴리양이온보다 더 높은 pH 를 갖는 용액 중에 있을 수 있음이 고려된다. 더 높은 pH를 가진 용액은 가교결합을 촉진시키기 위해서 산화제를 포함할 수 있다.
도 9C는 스폿 웰딩의 다른 태양을 도시한다. 이 태양에서, 기재는 특정 pH의 폴리양이온으로 프라이밍된다. 다음에, 동일계 내에서 접착성 복합 코아세르베이트를 생성하기 위해서, 더 높은 pH의 폴리음이온의 용액이 폴리양이온에 적용된다. 또한, 기재가 먼저 폴리음이온, 이어서 폴리양이온으로 프라이밍될 수 있음이 고려된다. 이어서, 가교결합을 촉진시키기 위해서 산화제가 복합 코아세르베이트 상에 별도로 적용되어 접착성 복합 코아세르베이트를 생성할 수 있다. 대안적으로, 기재가 프라이밍된 후에 적용되는 용액은 산화제를 함유할 수 있어, 접착성 복합 코아세르베이트가 형성되고, 이어서 동일계 내에서 가교결합되게 한다.
본 명세서에 기재된 접착성 복합 코아세르베이트는 다수의 상이한 골절 및 골파괴를 복원하는 데 사용될 수 있다. 상기 코아세르베이트는 여러 메커니즘을 통해 뼈(및 다른 광물질)에 접착된다(도 1C 참조). 뼈의 하이드록시아파타이트 광물질 상(phase) (Ca5(PO4)3(OH))의 표면은 양전하 및 음전하 둘 모두의 배열로 되어 있다. 폴리음이온 상에 존재하는 음의 기(예를 들어, 포스페이트 기)는 양의 표면 전하와 직접적으로 상호작용할 수 있거나, 또는 그것은 폴리양이온 및/또는 다가 양이온 상의 양이온성 기를 통해 음의 표면 전하에 가교될 수 있다. 마찬가지로, 폴리양이온과 음의 표면 전하의 직접 상호작용이 접착에 기여할 것이다. 추가로, 폴리양이온 및/또는 폴리음이온이 카테콜 부분을 함유할 때, 그들은 습윤이 용이한 하이드록시아파타이트에의 코아세르베이트의 접착을 촉진시킬 수 있다. 다른 접착 메커니즘은 하이드록시아파타이트에의 비산화형 가교결합제(예를 들어, DOPA 또는 다른 카테콜)의 직접 결합을 포함한다. 대안적으로, 산화형 가교결합제는 뼈 기질 단백질의 친핵성 측쇄에 결합할 수 있다.
그러한 골파괴의 예에는 완전 골절, 불완전 골절, 선상 골절, 횡골절, 경사 골절, 압박 골절, 나선상 골절, 분쇄 골절, 압축(compacted) 골절, 또는 개방 골절이 포함된다. 일 태양에서, 골절은 관절내 골절 또는 두개안면 골절이다. 관절내 골절과 같은 골절들은 연골 표면으로 확대되고 연골 표면을 부서뜨리는 뼈 손상이다. 접착성 복합 코아세르베이트는 그러한 골절의 정복을 유지하는 데 도움이 되고, 덜 침습적인 수술을 허용하고, 수술실에 있는 시간을 감소시키고, 비용을 저감시키고, 외상후 관절염의 위험을 감소시킴으로써 보다 우수한 결과를 제공할 수 있다.
다른 태양에서, 본 명세서에 기재된 접착성 복합 코아세르베이트는 고도로 분쇄된 골절의 작은 골편들을 접합하는 데 사용될 수 있다. 이 태양에서, 골절된 뼈의 작은 조각들이 현존하는 뼈에 접착될 수 있다. 기계적 고정구를 사용하여 작은 골편들을 천공함으로써 작은 골편들의 정복을 유지하기란 특히 어렵다. 골절들이 더 작고 더 많을수록 이러한 문제는 더 커진다. 일 태양에서, 접착성 복합 코아세르베이트 또는 그 전구체는 골절을 고정시키기 위해서 균열 전체를 채우기보다는, 상기에 기재된 스폿 웰드를 생성하기 위해서 소용량으로 주사될 수 있다. 작은 생체적합성 스폿 웰드는 주위 조직의 치유 방해를 최소화할 것이며, 반드시 생분해성이어야 할 필요는 없을 것이다. 이러한 점에서, 그것은 영구적으로 삽입된 하드웨어와 유사할 것이다.
다른 태양에서, 접착성 복합 코아세르베이트는 스캐폴드를 뼈 및, 예를 들어 연골, 인대, 건, 연조직, 기관, 및 이들 물질의 합성 유도체와 같은 다른 조직에 고정시키는 데 사용될 수 있다. 본 명세서에 기재된 복합체 및 스폿 웰딩 기술을 사용할 경우, 스캐폴드의 개발이 고려된다. 본 명세서에 개시된 접착성 복합 코아세르베이트로 구성된 작은 접착성 택(tack)은 스캐폴드 안으로 또는 밖으로의 세포의 이동 또는 작은 분자의 수송을 방해하지 않을 것이다. 소정 태양에서 스캐폴드는 뼈 및 조직의 성장 또는 복원을 촉진시키는 하나 이상의 약물을 함유할 수 있다. 예를 들어, 스캐폴드는 약물로 코팅될 수 있거나, 또는 대안으로, 약물이 스캐폴드 내로 혼입될 수 있어 약물이 시간의 경과에 따라 스캐폴드로부터 용출하게 한다.
본 명세서에 기재된 접착성 복합 코아세르베이트 및 방법은 다수의 치과 응용을 갖는다. 예를 들어, 접착성 복합 코아세르베이트는 치아의 파괴 또는 균열을 복원하기 위해서, 크라운을 고정시키는 데, 또는 삽입물 및 의치를 시팅(seating)하는 데 사용될 수 있다. 본 명세서에 기재된 스폿 웰드 기술을 사용하여, 접착성 복합 코아세르베이트 또는 그 전구체가 구강 내의 특정 지점(예를 들어, 턱, 치아의 섹션)에 적용되고, 이어서 삽입물을 기재에 부착시킬 수 있다.
다른 태양에서, 접착성 복합 코아세르베이트는 금속 기재를 뼈에 접착시킬 수 있다. 예를 들어, 산화티타늄, 스테인리스 강, 또는 다른 금속으로 제조된 삽입물이 골절된 뼈를 복원하는 데 일반적으로 사용된다. 접착성 복합 코아세르베이트 또는 그 전구체는 기재를 뼈에 접착하기 전에 금속 기재, 뼈, 또는 둘 모두에 적용될 수 있다. 소정 태양에서, 폴리양이온 또는 폴리음이온 상에 존재하는 가교결합성 기는 산화티타늄과 강한 결합을 형성할 수 있다. 예를 들어, DOPA는 습윤 산화티타늄 표면에 강하게 결합될 수 있음이 밝혀져 있다(문헌[Lee et al., PNAS 103:12999(2006)]). 따라서, 골편의 접합에 더하여, 본 명세서에 기재된 접착성 복합 코아세르베이트는 뼈에의 금속 기재의 접합을 촉진시킬 수 있으며, 이는 뼈의 복원 및 회복을 촉진시킬 수 있다.
또한, 본 명세서에 기재된 접착성 복합 코아세르베이트는 하나 이상의 생물활성제를 캡슐화할 수 있음이 고려된다. 생물활성제는 복합체가 뼈에 적용될 때, 뼈 성장 및 복원을 촉진시킬 임의의 약물일 수 있다. 방출 속도는 복합체를 제조하는 데 사용되는 물질뿐만 아니라, 생물활성제가 염일 경우에는 생물활성제의 전하의 선택에 의해 제어될 수 있다.
실시예
하기의 실시예는 당업자에게 본 명세서에 기재되고 청구된 화합물, 조성물, 및 방법이 제조되고 평가되는 방법의 완전한 개시 및 설명을 제공하도록 기재되며, 하기의 실시예는 순수하게 예시적이고자 하며, 발명자들이 그들의 발명으로 간주하는 것의 범주를 제한하고자 하지 않는다. 수치(예를 들어, 양, 온도 등)에 대하여 정확도를 확보하기 위한 노력이 있었지만, 약간의 오차 및 편차는 감안해야 한다. 달리 지시되지 않는 한, 부는 중량부이며, 온도는 ℃로 주어지거나 주위 온도이며, 압력은 대기압이거나 대기압에 가깝다. 반응 조건, 예를 들어 성분 농도, 원하는 용매, 용매 혼합물, 온도, 압력 및 기재된 공정으로부터 획득되는 생성물 순도 및 수율을 최적화하는 데 사용될 수 있는 다른 반응 범위 및 조건에 대하여 다수의 변화 및 조합이 있다. 그러한 공정 조건을 최적화하는 데 단지 합리적이고 일상적인 실험만이 필요할 것이다.
모방체 공중합체 합성 및 특성화.
Pc3 유사체. 공개된 절차를 약간 변형시켜 도파 유사체 단량체(도파민 메타크릴아미드, DMA)를 제조하였다. (문헌[Lee BP, Huang K, Nunalee FN, Shull KR, Messersmith PB. Synthesis of 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA) containing monomers and their co-polymerization with PEG-diacrylate to form hydrogels. J Biomater Sci Polym Ed 2004;15(4):449-464]). 간단히 말해, 보레이트-도파민 복합체를 메타크릴로일 클로라이드와 pH 9 초과에서 반응시켰다. 산성화에 의해 보레이트-카테콜 결합을 붕괴시킨 후, 생성물을 에틸 아세테이트로 세척하고, 헥산으로부터 재결정화하였으며, 1H NMR(400MHz, DMSO-TMS)에 의해 확인하였다: d8.8-8.58 (2H, (OH)2-Ar-), 7.92(1H, -C(=O)-NH-), 6.64-6.57(2H, C6HH 2(OH)2-), 6.42(1H, C6H2 H(OH)2-), 5.61(1H, -C(=O)-C(-CH3)=CHH), 5.30(1H, -C(=O)-C(-CH3)=CHH), 3.21(2H, C6H3(OH)2-CH2-CH 2(NH)-C(=O)-), 2.55(2H, C6H3(OH)2-CH 2-CH2(NH)-C(=O)-), 1.84(3H, -C(=O)-C(-CH 3)=CH2).
중합 전에, 모노아크릴옥시에틸 포스페이트(MAEP, 폴리사이언시스(Polysciences))를 MeOH에 희석시키고, 헥산으로 추출하여 디엔을 제거하였다. MeOH 중 90몰%의 MAEP, 8몰%의 DMA, 2몰%의 아크릴아미드(Aam, 폴리사이언시스), 및 0.1몰%의 FITC-메타크릴아미드를 최종 단량체 농도 5중량%에서 혼합함으로써 공중합체 1을 제조하였다. 아조비스이소부티로니트릴(AIBN)을 사용하여 자유 라디칼 중합을 개시하였으며, 이 중합은 밀봉된 앰풀 내에서 24시간 동안 60℃에서 진행되었다. 유사한 절차를 사용하여 도 2 내지 도 7에 나타낸 중합체 3 내지 7을 제조하였다. 세파덱스(Sephadex) LH-20 컬럼(시그마-알드리치(Sigma-Aldrich)) 상에서 MeOH 중에서 사이즈 배제 크로마토그래피(SEC)에 의해 공중합체 1(도 10)을 회수하고, 회전 증발에 의해 농축시키고, 탈이온수(DI water) 중에 용해시키고 동결 건조시켰다.
소각 광산란 검출기(브룩해븐(Brookhaven) BI-MWA) 및 굴절률 모니터(브룩해븐 BI-DNDC)에 접속된 PLgel 컬럼(폴리머 랩스(Polymer Labs)) 상에서 DMF 중에서 SEC에 의해 1의 MW 및 다분산 지수(PDI)를 측정하였다. 컬럼은 폴리스티렌 표준물질로 교정하였다. 1의 MW는 245kda이었으며, PDI는 1.9이었다. UV/VIS 분광법(e280=2600M-1cm-1)에 의해 도파민 측쇄 농도 및 반응도를 확인하였다. 자동 적정장치(브린크만 타이트란도(Brinkmann Titrando) 808)를 사용하여 0.005M NaOH로 적정하여 포스페이트 측쇄 농도를 측정하였다. 1의 UV/vis 스펙트럼은 도파민의 카테콜 형태의 280nm 특성에서 단일 흡수 피크를 포함하였다(도 10B). pH 5.0에서 NaIO4대 1 의 1:1 몰비의 첨가는 도파 카테콜을, 기대한 바대로 거의 395nm에서 흡수 피크를 갖는 도파퀴논으로 산화시켰다. 도파퀴논 피크는 pH 5 미만에서 수 시간 동안 안정하였다.
Pc1 유사체. Pc1의 리신 측쇄를 N-(3-아미노프로필) 메타크릴아미드 하이드로클로라이드(APMA, 폴리사이언시스)로 모방체화하였다. 탈이온수 중에 10몰%의 APMA 및 90몰%의 Aam를 용해시키고 N2로 탈기하고, 2몰%의 과황산암모늄(폴리사이언시스)으로 중합을 개시함으로써 공중합체 2(도 10)를 합성하였다. 중합은 밀봉된 앰풀 내에서 24시간 동안 50℃에서 진행되었다. 3일 동안 물에 대하여 투석시켜 중합체를 회수하고, 이어서 동결 건조시켰다. 1H NMR (400MHz, DMSO-TMS)에 의해 d 13.45 (3H, -CH3)와 d 51.04 (1H, RC(=O)CHR2)의 비로부터 1차 아민 측쇄 몰%를 측정하였다. 수퍼로스(Superose) 6 컬럼(파르마시아(Pharmacia)) 상에서 PBS(20mM PO4, 300mMNaCl, pH7.2)중에서 SEC에 의해 2의 MW 및 PDI를 측정하였다. 컬럼은 폴리-2-하이드록시프로필 메타크릴레이트 표준물질로 교정하였다. 2의 MW는 165kd이었으며, PDI는 2.4이었다.
코아세르베이트 형성 및 특성화. 2의 5중량% 수성 용액을, 목표 아민/포스페이트 비에 도달할 때까지, 1의 5중량% 수성 용액에 교반하면서 적가하였다. 총 공중합체 농도는 50mg/ml였다. 30분 동안 혼합 후, NaOH(6M)로 pH를 조정하였다. 폴리전해질 복합체(PEC) 형성을 촉진시키는 pH(4 미만)의 조성물을 탈이온수에 1mg/ml로 희석시키고, 제타-사이저(Zeta-Sizer) 3000HS(말버른 인스트루먼츠(Malvern Instruments)) 상에서 PEC의 제타 전위 및 크기 분포를 측정하였다. 더 높은 pH에서, 코아세르베이트화된 조성물을 2분 동안 25℃에서 초소형 원심분리기(microfuge)(에펜도르프(Eppendorf)) 내에서 2500rpm에서 원심분리하여 코아세르베이트 상을 수집하였다. 두 가지 상 모두의 부피를 측정하였다. 코아세르베이트 상을 동결 건조시키고, 중량을 측정하여 그 질량 및 농도를 결정하였다.
pH 범위 3 내지 10에 걸친 포스페이트 대 아민 측쇄(합계 농도 50mg/ml)의 1:1 몰비로 혼합된 1 및 2의 상(phase) 거동이 도 11A에 나타나 있다. 총 이온성 측쇄 농도로 정규화된 계산된 순 공중합체 전하가 도 11B에 나타나 있다. 환원제인 아스코르베이트를 도파에 1:5 몰비로 첨가하여 O2에 의한 도파의 산화 및 이어서, 상승된 pH에서의 가교결합을 지연시켰다. 낮은 pH에서, 폴리전해질은 콜로이드성 폴리전해질 복합체(PEC)의 안정한 유백색 용액을 형성하였다. 동적 광산란에 의해 측정된, pH 2.1에서의 PEC의 평균 직경은 좁은 분산도를 갖고서 360nm이었으며, pH 4.0에서 1080nm까지 증가되었다(도 11C). pH 3.6에서 양에서 음으로의 제타 전위의 교차는 계산된 복합체의 pH 의존적 순 전하와 잘 들어맞았다(도 11B). pH 4 초과에서는 복합체가 플록화되었기 때문에 입자 크기를 정확하게 측정할 수 없었다. 포스페이트 측쇄의 탈양성자화로 인해 순 전하가 증가되었기 때문에, 공중합체는 농밀한 제2 상으로 축합되었다. pH 5.1에서, 분리된 상은 풀린 저밀도 침전물의 특징을 가졌다. pH 7.2 및 pH 8.3에서, 농밀한 상은 응집성 액체 복합 코아세르베이트의 특징을 가졌다(도 12). 공중합체를 코아세르베이트화 상에서 각각 148 및 153mg/ml로 약 3배 농축시켰다. pH 9.5에서, 폴리전해질 혼합물은 농밀한 비액체 이온성 젤을 형성하였다. pH 10에서, 공중합체는 용액으로 되었으며, 도파퀴논 및 아민 측쇄를 통해 자발적으로 가교결합되어 투명한 하이드로젤로 되었다.
킬레이트제(chelator) EDTA에 의한 2가 양이온의 추출은 피. 칼리포르니카 관의 압축 강도에 있어서 50% 감소, 점착성에 있어서 10배 감소, 및 글루 다공성 구조의 붕괴를 가져왔다. 아민 대 포스페이트 측쇄의 비가 1:1 내지 0:1이고, 2가 양이온 대 포스페이트 측쇄의 비가 0:1 내지 1:1인 1 및 2를 혼합하여 코아세르베이트 상 다이어그램을 생성함으로써 모방체 폴리전해질의 상거동에 대한 2가 양이온의 효과를 조사하였다(도 13). pH를 해수의 pH인 8.2로 고정시키고, 2가 양이온을, 원소 분석에 의해 측정된 천연 글루에서의 Mg2+/Ca2+근사비인, Mg2+및 Ca2+의 4:1 혼합물로서 첨가하였다. 코아세르베이트의 최고 질량(암회색 사각형)은 더 높은 아민 대 포스페이트 측쇄의 비 및 더 낮은 2가 양이온 대 포스페이트 측쇄의 비를 가진 혼합물에서 발생되었다. 더 낮은 폴리아민 비를 가진 혼합물은 투명하였는데(투명한 사각형), 심지어는 더 높은 2가 양이온/포스페이트 측쇄의 비에서도 그러하였다. 더 높은 아민/포스페이트의 비 및 2가 양이온/포스페이트의 비에서, 용액은 탁하였는데(밝은 회색 사각형), 약간의 침전물을 가졌지만, PEC를 함유하는 용액(중간 회색 사각형)보다는 훨씬 덜 탁하였다.
기계적 접합 시험. 뼈 시험 시편(약 1cm3)을 근처의 수퍼로부터 획득된 소의 대퇴골의 피질골로부터 띠톱을 사용하여 절단하고, 320 그리트 샌드페이퍼로 샌딩하고, -20℃에서 저장하였다. 도파 측쇄에 대하여 1:2 몰비로 NaIO4를 2개의 습윤 뼈 시편 각각의 한쪽 면에 평탄하게 적용하였다. 시험 코아세르베이트 용액 40ml(1cm2의 뼈 계면들 사이의 공간을 완전히 채우기에 충분한 부피)를 피펫으로 적용하였으며, 뼈 시편을 함께 가압하여 소량의 과잉의 접착제를 압착하여 짜내고, 클램핑하고, PBS(20mM PO4, 150mM NaCl, pH7.4)로 적셔진 거즈에 즉시 감쌌다. 적용된 코아세르베이트는 도파에 대하여 1:5 몰비로 아스코르베이트를 함유하여 조기 가교결합을 방지하였다. 적셔진 스폰지가 들어 있어 100% 습도를 유지하는 밀봉된 용기 내에서 적어도 24시간 동안 37℃에서 접합된 시편을 항온처리하였다. 참조 시편을 정확히 동일한 방법으로 40ml의 록타이트(Loctite) 401 수퍼글루로 접합시켰다. 시판되는 비의료 등급 시아노아크릴레이트를 사용하였는데, 그 이유는 비교를 위해 이용가능한 경조직 의료용 접착제가 없기 때문이다. 1kg 로드 셀(load cell)을 사용하여 주문제작한 재료 시험 시스템 상에서 기계적 시험을 수행하였다. 기기를 제어하고, 랩뷰(LabView)(내셔널 인스트루먼츠(National Instruments))를 사용하여 데이터를 획득하였다. 접합된 쌍 중 하나의 뼈를 뼈 계면으로부터 1mm 측방으로 클램핑하였다. 뼈 계면에 대하여 1mm 측방에 위치된 무딘 날(dull blade)에 대하여 0.02mm/s의 크로스-헤드 속력으로 두 번째 뼈를 가압하였다. 건조를 방지하기 위해서 감싼 습윤 시편을 푼 후 곧바로 실온에서 접합 강도 시험을 수행하였다. 시험 후, 파괴 모드에 대하여 접합을 조사하였다. 접합된 면적의 측정은, 종이 상에 뼈 접촉 표면의 윤곽을 트레이싱하고, 트레이스를 잘라내고, 잘려나간 종이의 중량으로부터 그 면적을 측정함으로써 행하였다. 적어도 6개의 시편을 각각의 조건에 대하여 시험하였다.
도 13에서 별표로 표시된 3가지 코아세르베이트 조성물로 습윤시키면서 접합시킨 소의 피질골 시편을 사용하여 파괴시 전단 모듈러스 및 전단 강도를 측정하였다. 3가지 조성물에 있어서 코아세르베이트 밀도는 2가 양이온 비를(각각 120, 125, 및 130mg/ml로) 증가시킴에 따라 증가하였다. 완전히 수화된 시편의 모듈러스 및 접합 강도 둘 모두 2가 양이온 농도를 증가시킴에 따라 증가하여, 시판되는 시아노아크릴레이트 접착제로 접합된 습윤 뼈의 강도의 37%에 도달하였다(도 14A). 시아노아크릴레이트 접착제를 참조점으로서 사용하였는데, 그 이유는 비교를 위한 임상용 뼈 접착제가 없기 때문이다. 모방체 접착제의 강도는 또한 350kPa로 추정되는 천연 피. 칼리포르니카 글루 및 계절에 따라 320 내지 750kPa의 범위로 추정되는 무셀 비스살(mussel byssal) 글루의 강도의 약 1/3이다. 거의 모든 경우에, 접합은 응집적으로 실패하여 둘 모두의 뼈 계면 상에 접착제를 남겼는데, 이는 조성물이 하이드록시아파타이트와 강한 계면 결합을 형성하였음을 시사하였다. 접합은 치수적으로 안정하였으며, PBS(pH 7.2) 중에 완전히 감긴 후 수 개월 동안 현저하게 수축되지도 팽윤되지도 않았다(도 14B). 경화 동안 그리고 물에 장기간 노출하는 동안의 치수 안정성은 유용한 뼈 접착제에 있어서 중요한 필요 조건이다.
도파민 매개된 공중합체 가교결합. 3의 용액에 1:1 몰비로의 NaIO4의 첨가는 DOPA(280nm)를 도파퀴논(392nm)으로 즉시 그리고 정량적으로 산화시켰다. 수 분 내에, 반응성 퀴논이 공유 diDOPA 가교결합을 형성하였기 때문에, 퀴닌 피크가 넓은 일반적 흡수로 붕괴되었다(도 15, 상좌). 퀴논과 1차 아민 사이의 가교결합(도 15, 하좌)은 diDOPA 가교결합보다 더 넓은 일반적 흡수로 이어졌다. 따라서, 도파민 산화 및 가교결합 화학은 도파인 공중합체에서 기대된 바대로 거동하였다. 도파민 공중합체는 산화적 가교결합 결과로서 하이드로젤을 빠르게 형성하였다(도 15, A&C). 산화형 포스포도파민 3은 저절로는 젤상태로 되지 않았지만 (도 15B), 4와 혼합될 때, 그것은 빠르게 젤 상태로 되었다(도 15D). PO4공중합체들 사이의 분자간 diDOPA 가교결합은 억제되었지만 분자간 DOPA-아민 가교결합은 그렇지 않았다. 이는 합성 접착제를 제형화하고 전달하는 데 유용할 수 있는 가교결합 제어 메커니즘을 제공한다.
pH 유발 DOPA 매개된 가교결합. pH 의존성 및 DOPA 산화의 속도를 탐구하기 위해서, UV-Vis 분광법에 의해 도파민 공중합체의 가교결합을 평가하였다. p(EGMP[92]-DMA[8])(3)에 대한 결과가 도 16에 나타나 있다. NaIO4의 화학양론량의 첨가 후, 점증하는 시간에서 UV-vis 스펙트럼을 획득하였다. pH 5.0(상)에서는, 도파퀴논 흡광도(398nm) 는 약 15분 내에 최대였으며, 수 시간 동안 안정하게 유지하였다 (삽도). pH 6.0에서는, 398nm에서의 흡광도가 1분 미만에 피크로 되었으며, 310 및 525nm에서 피크를 갖는 넓은 흡광도로 진전되었다. 넓은 흡광도는 젤이 형성되지 않기 때문에 도파퀴논 가교결합으로 인한 것은 아니다(도 16). 비교를 위하여, 6을 낮은 pH에서 산화시키고 가교결합시켰지만, 상당히 더 느린 속도에서였다(도시되지 않음).
이들 결과는 도파민이 낮은 pH에서 안정하고, diDOPA 가교결합이 포스포도파민 공중합체 중에서 더 높은 pH에서 억제되었음을 보여준다. 폴리아민의 존재 하에서, 공유 가교결합은 분자간 아민-도파민 결합으로 이어졌다. 이는, 그것이 제어된 전달 및 합성 접착제의 응고로의 방침을 제시하기 때문에 중요한 관찰이다.
시험관내 식물독성. 각각 40중량%인 3 및 4의 용액을 낮은 pH에서 혼합하여 폴리전해질 복합체를 형성하였다. 이 용액을 살균 유리 커버슬립에 적용하기 직전에 NaIO4로 부분적으로 산화시키고, NaOH로 염기성화시켰다. 접착제 처리된 커버슬립을 배양 플레이트 웰의 바닥에 두고, 혈청 함유 배지 중의 사람 포피 섬유아세포, 사람 기관 섬유아세포, 및 래트 1차 성상 세포를 30K 세포/웰로 해서 분리된 웰들에 첨가하였다(도 17). 24시간 후, 세포를 4% 파라-포름알데히드로 고정시키고, 이어서 세포 형태를 가시화하기 위해서 중간 필라멘트 단백질인 비멘틴에 대해서(녹색, A 내지 B), ECM 분비를 평가하기 위해서 세포주위 피브로넥틴에 대해서(적색, B), 1차 성상세포 형상을 가시화하기 위해서 교섬유성 단백질에 대해서(녹색, C), 그리고 핵을 가시화하기 위해서 DAPI에 대해서(청색, C) 면역염색하였다. 접착제의 과립상 소적(granular glob)은 등적색으로 자동 형광을 발하였다(A 내지 C).
대표적인 화상들(도 17)에서, 모든 세포 타입은 접착제 없이 유리 상에서 성장하는 세포와 구분이 안 되는 형태를 가졌다. 이들 세포는 정상적인 운동성을 가졌으며, 여러 경우에, 접착제와 직접 접촉시킨 확장된 공정들도 가졌다. 어떠한 독성도 나타나지 않았다.
래트 두개관 결함 모델. 골편형성된 결함의 생성 및 접착성 복합 코아세르베이트에 의한 복원이 도 18A 내지 도 18F에 나타나 있다. 수컷 스프라그 돌리 래트(256 내지 290g)(하를란(Harlan))를 케타민(65mg/kg), 자일라진(7.5mg/kg), 및 아세프로마진(0.5mg/kg)의 혼합물로 마취시켰다. 완전한 마취 심도에서, 안연고를 사용하여 눈을 덮고, 머리를 면도하고, 두피를 이소프로판올 및 부타디엔으로 소독하였다. 정위틀(stereotactic frame) 내의 수술 준비가 된 래트에 대하여, 약 5000RPM에서 작동하는 압축 공기-구동 드릴을 정위 미세 치상 조작기(stereotactic fine toothed manipulator)를 사용하여 내렸다. 살균 식염수 또는 PBS를 개수술 부위에 연속적으로 적용하면서, 주문제작된 테레핀 도구를 600마이크로미터(이 실험에 사용된 연령의 래트들의 두피 두께로서 사전에 측정됨) 내렸다. 그 결과는 두개골을 통과한 둥근, 정확한 구멍이었으며, 이때 하부 경질막 또는 혈관구조에 대하여 관찰가능한 영향은 거의 없었다(도 18A 내지 도 18B). 뼈 플러그(plug)를 미세 곡선형 포셉을 사용하여 회수하고, 지혈 집게(hemostat) 및 미세 뼈 집게(rongeur)를 사용하여 골편들로 부수었다(도 18B). 골편들을 결함 모델에 되돌려 놓고(도 18C), 5μl의 시험 접착제(골절의 적용하기 직전에 혼합된 3 및 4)를 마이크로피펫터를 사용하여 적용하였다(도 18D). 낮은 점도의 접착제 용액(전달 직전에 경화성 용액과 혼합된 사전형성된 PECS)이 순조롭게 그리고 깨끗하게 골절들 내로 들어갔다. 5분 내에, 포셉으로 날카롭게 두드려도 변위되지 않을 정도로 절편들이 충분히 고정되었다. 접착제는 그것이 경화됨에 따라 암적갈색으로 계속해서 변해갔다(도 18E 내지 도 18F).
본 출원 전체에 걸쳐, 각종 간행물이 참조되어 있다. 이들 간행물의 개시 내용은 전체적으로, 본 명세서에 개시된 화합물, 조성물 및 방법을 충분히 설명하기 위해서 본 명세서에 의해 전체적으로 본 출원에 참조로 포함된다.
본 명세서에 개시된 화합물, 조성물 및 방법에 대하여 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있다. 본 명세서에 개시된 화합물, 조성물 및 방법의 다른 태양은 본 명세서 및 본 명세서에 개시된 화합물, 조성물 및 방법의 실시를 고려하면 명백할 것이다. 본 명세서 및 실시예는 예시로서 간주되고자 한다.
Figure 112010054020129-pct00003

Claims (56)

  1. 적어도 하나의 폴리양이온, 적어도 하나의 폴리음이온, 및 적어도 하나의 다가 양이온을 포함하며, 상기 폴리양이온 및 상기 폴리음이온은 각각 합성 화합물이고, 상기 폴리양이온 및 상기 폴리음이온은 각각 서로 가교결합할 수 있는 적어도 하나의 기를 포함함으로써 가교결합시 공유결합을 형성하는 접착성 복합 코아세르베이트.
  2. 제1항에 있어서, 폴리양이온은 폴리아미노 화합물을 포함하는 코아세르베이트.
  3. 제1항에 있어서, 폴리양이온은 하나 이상의 펜던트 아미노 기를 포함하는 폴리아크릴레이트를 포함하는 코아세르베이트.
  4. 제1항에 있어서, 폴리양이온은 하나 이상의 펜던트 이미다졸 기를 포함하는 폴리아크릴레이트를 포함하는 코아세르베이트.
  5. 제1항에 있어서, 폴리양이온은 하기 화학식 I, 또는 그 약제학적으로 허용되는 염을 포함하는 적어도 하나의 단편을 포함하는 중합체를 포함하며,
    [화학식 I]
    Figure 112013102883471-pct00004

    여기서, R1, R2, 및 R3은 독립적으로 수소 또는 알킬 기이고, X는 산소 또는 NR5이며, 여기서, R5는 수소 또는 알킬 기이고, m은 1 내지 10인,
    코아세르베이트.
  6. 제5항에 있어서, R1, R2, 및 R3은 메틸이고, X는 NH이고, m은 2인 코아세르베이트.
  7. 삭제
  8. 제2항에 있어서, 폴리아미노 화합물은 10 내지 90 몰%의 1차, 2차, 또는 3차 아미노 기를 포함하는 코아세르베이트.
  9. 제1항에 있어서, 폴리음이온은 하나 이상의 설페이트, 설포네이트, 카르복실레이트, 보레이트, 보로네이트, 포스포네이트, 또는 포스페이트 기를 포함하는 코아세르베이트.
  10. 제1항에 있어서, 폴리음이온은 폴리포스페이트 화합물을 포함하는 코아세르베이트.
  11. 제1항에 있어서, 폴리음이온은 하나 이상의 펜던트 포스페이트 기를 포함하는 폴리아크릴레이트를 포함하는 코아세르베이트.
  12. 제1항에 있어서, 폴리음이온은 하기 화학식 II, 또는 그 약제학적으로 허용되는 염을 포함하는 적어도 하나의 단편을 포함하는 중합체를 포함하며,
    [화학식 II]
    Figure 112010054020129-pct00005

    여기서, R4는 수소 또는 알킬 기이고, n은 1 내지 10인,
    코아세르베이트.
  13. 제12항에 있어서, R4는 메틸이고, n은 2인 코아세르베이트.
  14. 제11항에 있어서, 폴리포스페이트 화합물은 10 내지 90 몰%의 포스페이트 기를 포함하는 코아세르베이트.
  15. 제1항에 있어서, 폴리음이온은 폴리포스포세린을 포함하는 코아세르베이트.
  16. 삭제
  17. 제1항에 있어서, 다가 양이온은 하나 이상의 전이 금속 이온 또는 희토류 금속을 포함하는 코아세르베이트.
  18. 제1항에 있어서, 다가 양이온은 하나 이상의 2가 양이온을 포함하는 코아세르베이트.
  19. 제1항에 있어서, 다가 양이온은 Ca+2 및 Mg+2를 포함하는 코아세르베이트.
  20. 제1항에 있어서, 조성물은 생체적합성이고 생분해성인 코아세르베이트.
  21. 제1항에 있어서, 조성물은 복합체 내에 캡슐화되는 하나 이상의 생물활성제를 추가로 포함하는 코아세르베이트.
  22. 제1항에 있어서, 서로 가교결합할 수 있는 기들은 동일하거나 상이한 코아세르베이트.
  23. 제1항에 있어서, 폴리양이온 상의 가교결합성 기는 친핵성 기를 포함하고, 폴리음이온 상의 가교결합성 기는 친전자성 기를 포함하는 코아세르베이트.
  24. 제1항에 있어서, 폴리양이온 및 폴리음이온 상의 가교결합성 기는 산화를 겪을 수 있는 하이드록실 방향족 화합물을 포함하는 코아세르베이트.
  25. 제1항에 있어서, 폴리음이온 상의 가교결합성 기는 DOPA 잔기 또는 카테콜 잔기를 포함하고, 폴리양이온은 상기 가교결합성 기와 반응할 수 있는 친핵성 기를 포함하여 공유 결합을 형성하는 코아세르베이트.
  26. (a) 적어도 하나의 폴리양이온, 적어도 하나의 폴리음이온, 및 적어도 하나의 다가 양이온을 혼합하는 공정을 포함하며, 상기 폴리양이온 및 상기 폴리음이온은 모두 합성 화합물이고, 상기 폴리양이온 및 상기 폴리음이온은 각각 서로 가교결합할 수 있는 적어도 하나의 기를 포함함으로써 가교결합시 공유결합을 형성하는, 폴리전해질 복합체를 제조하는 단계; 및
    (b) 상기 폴리전해질 복합체의 pH, 적어도 하나의 2가 양이온의 농도, 또는 그 조합을 조정하여 접착성 복합 코아세르베이트를 생성하는 단계
    를 포함하는 방법에 의해 생성되는 접착성 복합 코아세르베이트.
  27. 제26항에 있어서, 코아세르베이트는 동일계 내에서 생성되는 코아세르베이트.
  28. 제26항에 있어서, 단계 (a)는 pH 4 미만에서 수행되고, 단계 (b)는 pH를 상승시키는 공정을 포함하는 코아세르베이트.
  29. 제26항에 있어서, 단계 (b)는 폴리전해질 복합체의 pH를 7.0 이상의 pH로 상승시키는 공정을 포함하는 코아세르베이트.
  30. 제26항에 있어서, 폴리양이온과 폴리음이온 사이의 가교결합을 촉진시키기 위해서, 단계 (b) 후에, 복합 코아세르베이트를 산화제와 접촉시키는 단계를 추가로 포함하는 코아세르베이트.
  31. 제30항에 있어서, 산화제는 O2, NaIO4, 과산화물, 또는 전이 금속 산화제를 포함하는 코아세르베이트.
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. (1) 제1 pH를 갖는 제26항의 폴리전해질 복합체 및 (2) 제2 pH를 갖는 산화제를 포함하는 용액을 기재(substrate)에 동시에 적용시키는 단계를 포함하며, 여기서 제2 pH는 제1 pH보다 큰, 접착성 복합 코아세르베이트를 기재에 적용하는 방법.
  35. (1) 제1 pH를 갖는 폴리양이온을 포함하는 제1 용액 및 (2) 제2 pH를 갖는 폴리음이온을 포함하는 제2 용액을 기재에 동시에 적용하는 단계를 포함하며, 여기서 (i) 상기 제1 pH가 7 미만일 때, 상기 제2 pH는 7 초과이고; (ii) 상기 제1 pH가 7 초과일 때, 상기 제2 pH는 7 미만이고; (iii) 상기 폴리양이온 및 폴리음이온은 각각 합성 화합물이고; (iv) 상기 폴리양이온 및 폴리음이온은 각각 서로 가교결합할 수 있는 적어도 하나의 기를 포함함으로써 가교결합시 공유결합을 형성하고; (v) 상기 제1 용액 및/또는 제2 용액이 적어도 하나의 다가 양이온을 포함하고; 및 (vi) 상기 제1 용액 및/또는 제2 용액이 산화제를 포함하고, 상기 제1 용액 및 제2 용액의 혼합시, 폴리음이온 및 폴리양이온이 서로 가교결합하여 접착성 복합 코아세르베이트를 생성하는, 접착성 복합 코아세르베이트를 기재에 적용하는 방법.
  36. (1) 폴리양이온을 포함하는 제1 용액을 기재에 적용하는 단계, 이어서 (2) 폴리음이온 및 산화제를 포함하는 제2 용액을 적용하는 단계를 포함하며, 여기서 (i) 상기 폴리양이온 및 폴리음이온은 각각 합성 화합물이고; (ii) 상기 폴리양이온 및 폴리음이온은 각각 서로 가교결합할 수 있는 적어도 하나의 기를 포함함으로써 가교결합시 공유결합을 형성하고; (iii) 상기 제1 용액 및/또는 상기 제2 용액은 적어도 하나의 다가 양이온을 포함하고; 상기 제2 용액의 pH는 상기 제1 용액의 pH보다 크고, 상기 폴리음이온 및 폴리양이온은 서로 가교결합하여 접착성 복합 코아세르베이트를 생성하는, 접착성 복합 코아세르베이트를 기재에 적용하는 방법.
  37. (1) 폴리음이온을 포함하는 제1 용액을 기재에 적용하는 단계, 이어서 (2) 폴리양이온 및 산화제를 포함하는 제2 용액을 적용하는 단계를 포함하며, 여기서 (i) 상기 폴리양이온 및 폴리음이온은 합성 화합물이고; (ii) 상기 폴리양이온 및 폴리음이온은 각각 서로 가교결합할 수 있는 적어도 하나의 기를 포함함으로써 가교결합시 공유결합을 형성하고; (iii) 상기 제1 용액 및/또는 상기 제2 용액은 적어도 하나의 다가 양이온을 포함하고; 상기 제2 용액의 pH는 상기 제1 용액의 pH보다 크고, 상기 폴리음이온 및 폴리양이온은 서로 가교결합하여 접착성 복합 코아세르베이트를 생성하는, 접착제를 기재에 적용하는 방법.
  38. 삭제
  39. 제1항 내지 제6항, 제8항 내지 제15항, 및 제17항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코아세르베이트는 골절된 뼈와 접촉됨으로써 대상의 골절을 복원시키기 위한 대상의 골절 복원용임을 특징으로 하는 코아세르베이트.
  40. 삭제
  41. 삭제
  42. 제39항에 있어서, 상기 골절은 완전 골절, 불완전 골절, 선상 골절, 횡골절, 경사 골절, 압박 골절, 나선상 골절, 분쇄 골절, 압축(compacted) 골절, 또는 개방 골절을 포함하는 코아세르베이트.
  43. 제39항에 있어서, 상기 골절은 관절내 골절을 포함하는 코아세르베이트.
  44. 제39항에 있어서, 상기 골절은 두개안면 골절을 포함하는 코아세르베이트.
  45. 제39항에 있어서, 상기 골절의 복원은 뼈의 골절된 조각을 현존하는 뼈에 접착시키는 것을 포함하는 코아세르베이트.
  46. 제39항에 있어서, 상기 조성물은 60초 내에 응고(set)되는 코아세르베이트.
  47. 제1항 내지 제6항, 제8항 내지 제15항, 및 제17항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코아세르베이트는 뼈와 접촉되고, 상기 코팅된 뼈에 금속 기재를 적용시킴으로써 뼈와 금속 기재를 접착시키기 위한 것임을 특징으로 하는 코아세르베이트.
  48. 제1항 내지 제6항, 제8항 내지 제15항, 및 제17항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코아세르베이트는 뼈와 접촉되고, 상기 코팅된 뼈에 뼈-조직 스캐폴드(bone-tissue scaffold)를 적용시킴으로써 뼈-조직 스캐폴드를 대상의 뼈와 접착시키기 위한 것임을 특징으로 하는 코아세르베이트.
  49. 제48항에 있어서, 상기 조직은 연골, 인대, 건, 연조직, 기관, 또는 그 합성 유도체를 포함하는 코아세르베이트.
  50. 제48항에 있어서, 상기 스캐폴드는 뼈 및 조직의 성장 또는 복원을 촉진시키는 하나 이상의 약물을 포함하는 코아세르베이트.
  51. 제1항 내지 제6항, 제8항 내지 제15항, 및 제17항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코아세르베이트는 균열에 적용됨으로써 치아에서 균열을 복원하기 위한 것임을 특징으로 하는 코아세르베이트.
  52. 제1항 내지 제6항, 제8항 내지 제15항, 및 제17항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코아세르베이트는 구강 기재에 적용되고, 치아 삽입물을 상기 코팅된 구강 기재에 부착시킴으로써 치아 삽입물을 고정시키기 위한 것임을 특징으로 하는 코아세르베이트.
  53. 제52항에 있어서, 상기 치아 삽입물은 크라운 또는 의치를 포함하는 코아세르베이트.
  54. 제1항 내지 제6항, 제8항 내지 제15항, 및 제17항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코아세르베이트는 대상에게 하나 이상의 생물활성제를 전달하기 위한 것임을 특징으로 하는 코아세르베이트.
  55. 삭제
  56. 삭제
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