KR101616345B1 - Complex scaffold comprising nanofiber with nanoparticle to drug-delivery for artificial skin and filler, and method for preparing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생분해성 나노섬유 및 이에 부착된 약물 전달용 양이온성 나노입자를 포함하는 인공피부 및 충전제용 복합지지체, 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 복합지지체는 세포 부착능력이 높고 세포독성이 낮으며, 전달하는 약물을 서서히 방출하기 때문에 인공피부 및 충전제로서 유용하게 사용될 수 있다. The present invention relates to a composite support for artificial skin and filler comprising biodegradable nanofibers and cationic nanoparticles for drug delivery adhered thereto, and a method for producing the composite support. The composite support of the present invention has high cell adhesion ability, low cytotoxicity, and gradually releases a drug to be delivered, and thus can be usefully used as artificial skin and filler.

Description

나노섬유 및 나노입자를 포함하는 인공피부 및 충전제용 복합지지체, 및 이의 제조방법 {Complex scaffold comprising nanofiber with nanoparticle to drug-delivery for artificial skin and filler, and method for preparing the same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a composite support for artificial skin and filler containing nanofibers and nanoparticles, and a method for preparing the composite support,

본 발명은 생분해성 나노섬유 및 이에 부착된 약리물질 전달용 양이온성 나노입자를 포함하는 인공피부 및 충전제용 복합지지체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a composite support for artificial skin and filler containing biodegradable nanofibers and cationic nanoparticles for transferring a pharmacological substance attached thereto, and a method for producing the composite support.

인체 내 기관이나 조직이 손상될 경우에 세포, 약물 지지체 등을 제공하여 효과적으로 조직을 재생하여야 하는데, 조직 재생용 지지체는 첫째, 임플란트 부위에서 물리적으로 안정해야 하고, 둘째, 재생 효능을 조절할 수 있는 생리 활성을 나타내어야 하며, 셋째, 새로운 조직을 형성한 후에는 생체 내에서 분해되어야 하고 넷째, 분해산물이 독성을 갖지 않아야 한다. 이와 같은 조직 재생용 지지체는 종래 일정한 강도와 형태를 갖는 고분자를 이용한 스폰지 타입, 매트릭스 형태의 나노 섬유 또는 젤 타입의 세포 배양 지지체로 제조되며, 이러한 조직 재생용 지지체(scaffold)는 특정 깊이 또는 높이를 갖는 3차원 형상의 조직을 만들기 위해 중요한 역할을 한다. 이러한 조직 재생의 뼈대로서 기능하는 지지체(scaffold)를 이식하고 자기치유능력(self-healing power)을 이용하여 생체 내에서 조직을 재생하는 기술은 재생의료 또는 조직 공학이라고 불린다. 조직 공학의 일례로 관절 연골을 재생하는 방법을 들 수 있으며, 상기 관절 연골 재생 방법은 연골 세포를 지지체로 하는 인공 보철물을 형성한 후 이 인공 보철물을 손상 부위에 이식함으로써, 손상 관절 부위에서 연골 세포가 재생되도록 하는 것이다. In the case of damage to organs or tissues in the human body, it is necessary to regenerate tissues effectively by providing cells, drug scaffolds and the like. The scaffold for tissue regeneration must firstly be physically stable at the implant site, and secondly, And third, after formation of new tissue, it should be decomposed in vivo. Fourth, degradation products should not be toxic. Such a tissue regeneration support is conventionally made of a sponge-type, matrix-type nanofiber or gel-type cell culture support using a polymer having a certain strength and shape, and the tissue regeneration scaffold has a specific depth or height It plays an important role in creating a three-dimensional shaped structure. The technique of transplanting a scaffold that serves as a framework for tissue regeneration and regenerating tissue in vivo using self-healing power is called regenerative medicine or tissue engineering. As an example of tissue engineering, there is a method of regenerating articular cartilage. In the articular cartilage regeneration method, an artificial prosthesis made of cartilage cells as a support is formed, and the artificial prosthesis is implanted in a damaged area. Is reproduced.

 전기방사는 세포외 지지체와 같은 섬유상 매트의 제조에 대한 방법 중 가장 간단한 방법 중 하나이다. 전기방사는 마이크로미터에서 나노미터로의 기공 직경의 감소를 가능케한 이래로 생체고분자에 대한 새로운 방향을 제시하였으며, 이로 인해 부피 또는 질량비에 대한 표면적의 증가 및 고분자의 기계적 특성을 현저하게 증가시켰다. 전기방사법의 장점은 나노미터에서 마이크로미터 단계의 매우 가는 섬유의 제조가 가능하며 넓은 표면적, 다양한 분야로의 활용 가능성, 우수한 기계적 특성 및 제조의 용이성으로 인해 다양한 조직공학 분야에서 시도되고 있다. 전기방사 지지체의 경우 충분한 기계적 특성을 가진다면 세포의 성장이 용이하다. Electrospinning is one of the simplest methods of manufacturing fibrous mates such as extracellular supports. Since electrospinning allowed a reduction in pore diameter from micrometers to nanometers, it presented a new direction for biopolymers, thereby increasing the surface area to volume or mass ratio and significantly increasing the mechanical properties of the polymer. The advantages of electrospinning are the ability to fabricate very thin fibers in the nanometer to micrometer range and are being attempted in a variety of tissue engineering applications due to their wide surface area, versatility, excellent mechanical properties and ease of manufacture. In the case of an electrospinning support, the cells are easy to grow if they have sufficient mechanical properties.

한편, 키토산은 글루코사민(glucosamine)의 피라노오스(pyranose) 단위체가 β-1,4 결합된 것으로서, 글루코사민 잔기가 5,000 개 이상 결합된 분자량이 100 만 이상이고 다가의 양이온을 가진 다당류(polysaccharide) 계열의 생체고분자물질로 게 껍질이나 새우와 같은 갑각류 및 오징어를 포함하는 수산계로부터 추출할 수 있으며, 그 분자 구조로 볼 때 다당류의 일종인 셀룰로오스와 유사한 구조로서, 생체 친화성이 우수하여 면역 반응시 거부 반응이 일어나지 않기 때문에 의약 산업에 응용되고 있고, 최근 미국의 FDA에서 식품으로서 인증을 받은 후, 키토산은 21세기의 중요한 생물산업 및 생체의료용 물질로 응용되고 있다.On the other hand, chitosan is a β-1,4-linked pyranose unit of glucosamine. It is composed of polysaccharide series with more than 5,000 glucosamine residues and a molecular weight of more than 1 million and a multivalent cation Is a biopolymer material that can be extracted from aquatic systems including crustaceans such as crab shells and squid and squid. In terms of its molecular structure, it is similar in structure to cellulose, which is a type of polysaccharide, and has excellent biocompatibility, Chitosan has been applied to the biotech industry and biomedical materials of the 21st century after being approved as a food in the US FDA.

현재 약리물질을 전달하기 위해서는 약물을 습포에 적셔 사용하거나 약리물질 자체를 상처부위에 투여하는 형식이 있으나 그러한 방법으로는 지속적인 약물 전달을 할 수 없으며 습윤상태로 인한 보관의 용이성도 떨어진다는 단점이 있다.In order to deliver the pharmacological substance, there is a method in which the drug is wetted to the feces or the pharmacological substance itself is administered to the wound site. However, such a method has the disadvantage that the drug can not be continuously delivered and the ease of storage due to the wet state is also low .

이에 본 발명자들은 약리물질을 양이온성 나노입자에 담지하고, 양이온성 나노입자를 생분해성 나노섬유에 결합하여 복합지지체를 제조하였으며, 제조된 복합지지체는 세포부착능력이 높고 세포독성이 낮으며, 전달하는 약리물질을 서서히 방출함으로써 인공피부 및 충전제로서 유용하게 이용할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, the present inventors prepared a composite support by supporting a pharmacological substance on cationic nanoparticles and binding the cationic nanoparticles to biodegradable nanofibers. The composite support thus prepared has high cell adhesion ability, low cytotoxicity, The inventors of the present invention have completed the present invention by confirming that they can be usefully used as artificial skin and filler.

특허출원번호 10-2013-0056586 '두께 조절 및 공극 크기 조절이 가능한 나노섬유 지지체의 제조방법, 이에 의하여 제조된 나노섬유 지지체 및 이에 사용되는 나노섬유 지지체의 제조장치'Patent Application No. 10-2013-0056586 'A method for manufacturing a nanofiber support capable of controlling the thickness and the pore size, a nanofiber support fabricated thereby, and a device for manufacturing a nanofiber support used therein, 특허출원번호 10-2013-0015021 '나노섬유형 생체고분자/생체활성 유리 복합 지지체의 제조방법 및 그에 의해 제조된 나노섬유형 생체고분자/생체활성 유리 복합지지체'Patent Application No. 10-2013-0015021 " Method for producing nanofiber-type biopolymer / bioactive glass composite support and nanofiber-type bio-polymer / bioactive glass composite support " 특허출원번호 10-2005-0087072 '나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체 및 그 제조 방법'Patent Application No. 10-2005-0087072 " Nanofiber-type cell culture support &

본 발명의 목적은 생분해성 나노섬유 및 이에 부착된 약물 전달용 양이온성 나노입자를 포함하는 인공피부 및 충전제용 복합지지체를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a composite support for artificial skin and filler containing biodegradable nanofibers and cationic nanoparticles for drug delivery adhered thereto.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 복합지지체의 제조방법을 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a method for producing the composite support.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 생분해성 나노섬유 및 이에 부착된 약물 전달용 양이온성 나노입자를 포함하는 인공피부 및 충전제용 복합지지체를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a composite support for artificial skin and filler comprising biodegradable nanofibers and cationic nanoparticles for drug delivery adhered thereto.

또한, 본 발명은 상기 복합지지체의 제조방법을 제공한다. The present invention also provides a method for producing the composite support.

본 발명의 생분해성 나노섬유 및 이에 부착된 약물 전달용 양이온성 나노입자를 포함하는 복합지지체는, 세포 부착능력이 높고 세포독성이 낮으며, 전달하는 약리물질을 서서히 방출하기 때문에 인공피부 및 충전제로서 유용하게 사용될 수 있다. The composite support comprising the biodegradable nanofibers of the present invention and the cationic nanoparticles for drug delivery adhered thereto has a high cell adhesion ability and low cytotoxicity and gradually releases the pharmacological substance to be delivered, Can be usefully used.

도 1은 키토산(CS) 나노입자의 SEM 이미지를 나타낸 도이다.
도 2는 나노섬유와 복합지지체의 SEM 이미지를 나타낸 도이다.
도 3은 키토산 나노입자의 세포독성을 MTT 어세이로 나타낸 도이다.
도 4는 후코이단-키토산 나노입자에 의한 세포활성 변화를 MTT 어세이를 통해 나타낸 도이다.
도 5는 나노입자가 세포로 침투하는 것을 형광사진을 통해 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 나노입자-나노섬유 복합지지체의 부착능력 및 세포활성을 MTT 어세이를 통해 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 나노입자-나노섬유 복합지지체에 부착된 세포의 SEM 이미지를 나타낸 도이다.
1 is a SEM image of chitosan (CS) nanoparticles.
2 is an SEM image of a nanofiber and a composite support.
FIG. 3 is a chart showing the cytotoxicity of chitosan nanoparticles as an MTT assay. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing the change in cell activity by fucoidan-chitosan nanoparticles through an MTT assay. FIG.
5 is a fluorescence photograph showing that nanoparticles penetrate into cells.
FIG. 6 is a view showing the adhesion ability and cell activity of the nanoparticle-nanofiber composite support of the present invention through MTT assay.
7 is an SEM image of cells attached to the nanoparticle-nanofiber composite support of the present invention.

본 발명은, According to the present invention,

1) 양이온성 고분자를 유기산 수용액에 용해시켜 양이온성 고분자 용액을 제조한 후, 여기에 초음파처리와 함께 겔화제를 첨가하여 양이온성 나노입자를 제조하는 단계;1) dissolving the cationic polymer in an aqueous solution of an organic acid to prepare a cationic polymer solution, adding a gelling agent to the cationic polymer solution to prepare a cationic nanoparticle;

2) 생분해성 고분자를 유기용매에 용해시켜 생분해성 나노섬유를 제조하는 단계; 및 2) dissolving the biodegradable polymer in an organic solvent to prepare a biodegradable nanofiber; And

3) 상기 2)단계에서 제조된 생분해성 나노섬유에 1)단계에서 제조된 양이온성 나노입자를 투입하여 흡착시켜 나노입자-나노섬유 복합지지체를 제조하는 단계를 포함하는, 인공피부 및 충전제용 복합지지체의 제조방법을 제공한다. 3) adding the cationic nanoparticles prepared in step 1) to the biodegradable nanofibers prepared in step 2) and adsorbing the biodegradable nanoparticles to prepare nanoparticle-nanofiber composite support; A method for producing a support is provided.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 복합지지체는 생분해성 나노섬유에 양이온성 나노입자를 투입하여 흡착시켜 제조된 것을 특징으로 한다.The composite support according to the present invention is characterized in that cationic nanoparticles are added to biodegradable nanofibers and adsorbed thereon.

본 발명에 따른 복합지지체의 제조방법을 단계별로 상세히 설명하면 다음과 같다. The process for producing the composite support according to the present invention will be described in detail as follows.

상기 1)단계는 양이온성 나노입자를 제조하는 단계로, 양이온성 고분자를 유기산 수용액에 넣어 양이온성 고분자 용액을 준비한다. 이 용액에 초음파처리와 함께 겔화제를 첨가하여 양이온성 나노입자를 생성한다. 이 때 양이온성 고분자 용액과 겔화제는 1~10:1의 부피비로 혼합되는 것이 바람직하다.The step 1) is a step of preparing cationic nanoparticles. The cationic polymer is put into an aqueous solution of an organic acid to prepare a cationic polymer solution. To this solution is added a gelling agent with ultrasonic treatment to produce cationic nanoparticles. In this case, the cationic polymer solution and the gelling agent are preferably mixed in a volume ratio of 1 to 10: 1.

상기 양이온성 고분자는 키토산 또는 폴리-L-리신 등이 바람직하며, 보다 바람직하게는 키토산을 이용한다. 키토산은 글루코사민(glucosamine)의 피라노오스(pyranose)단위체가 β-1,4 결합된 것이며 특별히 한정되지 않는다. The cationic polymer is preferably chitosan or poly-L-lysine, more preferably chitosan. Chitosan is not specifically limited and is a pyranose unit of glucosamine which is? -1,4-linked.

상기 유기산 수용액은 젖산(lactic acid), 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid), 포름산(formic acid), 아스코르브산(ascorbic acid) 및 주석산(tartaric acid) 등이 바람직하며, 보다 바람직하게는 아세트산이다.The aqueous organic acid solution is preferably lactic acid, acetic acid, propionic acid, formic acid, ascorbic acid and tartaric acid, more preferably acetic acid to be.

상기 양이온성 고분자 수용액에서의 양이온성 고분자의 농도는 특정 범위로 한정되지 않으나, 바람직하게는 0.01%(W/V) 이상으로 하며, 최대로 양이온성 고분자 수용액 제조시에 사용하는 각 유기산에 대한 양이온성 고분자의 용해도 범위까지 용해되도록 한다. 양이온성 고분자 수용액의 농도는 수용액 제조시에 사용하는 유기산의 농도에 따라 달라지는데, 예를 들어 초산 수용액의 농도가 증가하면 양이온성 고분자의 용해도도 증가한다. 따라서, 양이온성 고분자 수용액에서의 양이온성 고분자의 최대 농도는 사용된 유기산에 대한 양이온성 고분자의 용해도 범위까지이다.The concentration of the cationic polymer in the aqueous solution of the cationic polymer is not limited to a specific range, but is preferably 0.01% (W / V) or more, and the cation for each organic acid used in preparing the aqueous solution of the cationic polymer To dissolve to the solubility range of the polymer. The concentration of the cationic polymer aqueous solution depends on the concentration of the organic acid used in preparing the aqueous solution. For example, when the concentration of the aqueous acetic acid solution is increased, the solubility of the cationic polymer is also increased. Therefore, the maximum concentration of the cationic polymer in the aqueous solution of the cationic polymer is up to the solubility of the cationic polymer with respect to the organic acid used.

상기 겔화제(gelling agent)는 트리폴리포스페이트(TPP; tripolyphosphate)가 바람직하나 이에 한정되지 않는다. 트리폴리포스페이트는 나트륨 염(sodium salt)의 형태로 존재하는 화합물이며, 종래부터 해산식품(sea food), 육류식품, 가금류식품 및 애완동물용 식품의 식품보존료 등의 다양한 용도로 사용되어 왔고, 미국식품의약국(United States Food and Drug Administration)은 트리폴리포스페이트를 인체에 안전한 화합물로 인정하고 있다. 상기 트리폴리포스페이트 수용액이 첨가된 양이온성 고분자 수용액을 잘 혼합되도록 교반한다. 교반 시 조건은 특별하게 한정되지 않으나 본 발명의 구체적인 일 실시예에 의하면, 37℃, 300 rpm에서 30분간 교반한다. 원심분리는 통상적인 원심분기기를 이용하여 행하며 15,000 rpm에서 30분 정도 원심분리를 행한다. 원심분리한 후에 상등액을 제거한 후 동결건조함으로써 양이온성 나노입자의 분말을 제조한다.The gelling agent is preferably tripolyphosphate (TPP), but is not limited thereto. Tripolyphosphate is a compound present in the form of sodium salt and has been conventionally used for a variety of purposes such as sea food, meat food, poultry food, and food preservative for pet food, The United States Food and Drug Administration recognizes tripolyphosphate as a safe human compound. The cationic polymer aqueous solution to which the tripolyphosphate aqueous solution is added is stirred to be well mixed. Conditions for stirring are not particularly limited, but according to one specific embodiment of the present invention, the mixture is stirred at 37 DEG C and 300 rpm for 30 minutes. Centrifugation is carried out using a conventional centrifugal separator and centrifugation is carried out at 15,000 rpm for 30 minutes. After centrifugation, the supernatant is removed and lyophilized to prepare a powder of cationic nanoparticles.

상기 양이온성 나노입자는, 1 ㎛ 미만의 평균 입자 크기를 나타내고, 바람직하게는 0.1 내지 800nm 이며, 더욱 바람직하게는 30 내지 50 nm의 평균 입자 크기를 갖는다. 양이온성 나노입자의 평균 크기는 양이온성 나노입자들의 군의 평균 직경이며 이는 본 기술 분야의 숙련자에게 공지된 표준 절차들에 의해 측정될 수 있다. 한편, 양이온성 나노입자들의 전하 크기는 0 mV 에서 + 60 mV 까지 다양할 수 있다. The cationic nanoparticles exhibit an average particle size of less than 1 mu m, preferably from 0.1 to 800 nm, more preferably from 30 to 50 nm. The average size of the cationic nanoparticles is the average diameter of the group of cationic nanoparticles, which can be measured by standard procedures known to those skilled in the art. On the other hand, the charge size of cationic nanoparticles can range from 0 mV to + 60 mV.

상기 양이온성 나노입자는 담지하고 있는 약물을 서서히 방출할 수 있으므로 지속적인 약물 전달효과를 기대할 수 있으며, 또한 세포질을 통해 세포 안으로 침투할 수 있으므로 세포 내에서 지속적인 약물전달을 기대할 수 있다.
Since the cationic nanoparticles can gradually release the drug, the drug can be expected to have a sustained drug delivery effect and can penetrate into the cell through the cytoplasm. Therefore, continuous drug delivery can be expected in the cell.

상기 2)단계는 생분해성 나노섬유를 제조하는 단계로, 생분해성 고분자를 유기용매에 용해시키고 전기방사하여 생분해성 나노섬유를 제조한다.The step 2) is a step of preparing a biodegradable nanofiber. The biodegradable polymer is dissolved in an organic solvent and electrospun to produce a biodegradable nanofiber.

상기 생분해성 나노섬유는 3차원 세포배양이 가능한 다공성 지지체로서, 생분해성 나노섬유가 교차되서 망상구조를 이루는 것을 의미한다. 상기 생분해성 고분자는 바람직하게 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리(D,L-락트산-co-글리콜산)(poly(D,L-lactide-co-glycolide); PLGA), 디올/이애시드계 지방족 폴리에스테르, 폴리에스테르-아미드/폴리에스테르-우레탄, 폴리(발레로락톤), 폴리(하이드록시 부티레이트), 폴리(하이드록시 발레레이트), 폴리안하이드리드, 폴리오르토에스터(polyorthoesters), 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리우레탄, 폴리아크릴산 및 폴리-N-이소프로필아크릴아미드이며, 더욱 바람직하게는 폴리카프로락톤(PCL)이다. The biodegradable nanofiber is a porous support capable of three-dimensional cell culture, which means that the biodegradable nanofibers intersect to form a network structure. The biodegradable polymer is preferably selected from the group consisting of polycaprolactone (PCL), polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA), poly (D, L-lactic acid-co-glycolic acid) amide / polyester-urethane, poly (valerolactone), poly (hydroxybutyrate), poly (hydroxyvalerate), polyanhydride Polyorthoesters, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyurethane, polyacrylic acid and poly-N-isopropylacrylamide, and more preferably polycaprolactone (PCL).

본 발명에서의 나노섬유는 아스펙트 비율(직경에 대한 길이의 비율)이 높은 구조적 특성으로 인하여 비표면적이 높아, 즉 나노섬유 내에서 세포가 접촉할 수 있는 면적이 넓어 세포 배양에 용이할 뿐만 아니라, 본 발명의 나노섬유는 선형의 나노섬유가 교차되어 있어 나노섬유 내의 구멍이 매끄럽게 연결되어 있고, 이를 통해 세포 배양에 필요한 영양분, 산소 등이 상하좌우로 공급되기에 용이한 구조를 가진다. 세포 지지체에 있어, 교차되어 망상구조를 이루는 선형 나노섬유의 직경은 제조되는 지지체의 비표면적, 세포와의 접촉용이성, 생성되는 구멍의 크기 등을 종합적으로 고려하면 직경이 50 내지 2,000 ㎚인 것이 더욱 바람직하다.The nanofiber of the present invention has a high specific surface area due to its high aspect ratio (ratio of length to diameter), that is, it has a large contact area with the cells in the nanofiber, , The nanofibers of the present invention have linear nanofibers crossed with each other to smoothly connect the pores in the nanofibers. Thus, nutrients and oxygen necessary for cell culture can be easily supplied to the upper, lower, left, and right sides. Considering the specific surface area of the support to be produced, the ease of contact with cells, the size of the pores to be produced, and the like, the diameters of the linear nanofibers constituting the crossed network structure in the cell support are preferably 50 to 2,000 nm desirable.

상기 유기용매는 THF(tetrahydrofuran), DMF(dimethylformamide), DMSO(dimethylsulfoxide), 클로로포름, 디클로로메탄, 헥산, 디에틸에테르, 아세토니트릴 등을 포함하나 이제 한정되지 않는다. 본 발명에서는 THF 및 DMF의 혼합용매가 바람직하고, 이 때 혼합비율은 5~10:1~5의 부피비가 바람직하며, 7:3의 부피비가 더욱 바람직하다. The organic solvent includes but is not limited to THF (tetrahydrofuran), DMF (dimethylformamide), DMSO (dimethylsulfoxide), chloroform, dichloromethane, hexane, diethyl ether, acetonitrile and the like. In the present invention, a mixed solvent of THF and DMF is preferable. In this case, the mixing ratio is preferably 5 to 10: 1 to 5, and more preferably 7: 3.

상기 나노섬유를 제조할 시 드로잉(drawing), 템플레이트 합성(template synthesis), 상분리(phaseseparation), 자기 조합(self assembly), 전기방사(electrospinning) 등을 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 전기방사 방법을 이용하여 수행한다. 전기방사는 나노섬유를 연속적이고 대량으로 생산할 수 있는 방법으로 바늘(모세관 튜브, 또는 노즐)을 통해 밀리미터 직경의 액체 분사물(jet)을 방출시켜 나노섬유로 된 부직포를 생산하는 공정이다. 상기 전기방사는 공정 조건을 조절하여 수nm∼수천nm 크기의 다양한 직경을 가지는 나노섬유를 제조할 수 있으며, 부피 대비 표면적비가 높을 뿐만 아니라 제조된 막의 공극률이 매우 높은 장점이 있다. 이러한 전기방사의 구체적인 공정조건은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 적절히 채택될 수 있다. 상기 바늘의 내경이 0.3∼0.7 mm 이고, 바늘과 수집기 사이의 전압을 10∼25 kV으로 작용하여 전기방사를 수행이 가능하며, 바람직하게는 18∼24 게이지의 바늘을 사용한다.
The nanofibers may be prepared by drawing, template synthesis, phaseseparation, self assembly, electrospinning, or the like. In the present invention, . Electrospinning is a process by which nanofibers can be produced continuously and in large quantities, producing liquid nonwoven fabrics made of nanofibers by ejecting millimeter-diameter liquid jets through needles (capillary tubes or nozzles). The electrospinning can produce nanofibers having various diameters ranging from several nanometers to several thousands nanometers by controlling process conditions, and has a high volume-to-surface area ratio as well as a very high porosity of the prepared membrane. The specific process conditions of such electrospinning are not particularly limited in the present invention, and can be appropriately adopted by a person having ordinary skill in the art. The inner diameter of the needle is 0.3 to 0.7 mm and the voltage between the needle and the collector is 10 to 25 kV to perform electrospinning. Preferably, a needle of 18 to 24 gauge is used.

상기 3)단계는 나노입자-나노섬유 복합체를 제조하는 단계로, 상기 1)단계에서 회수된 양이온성 나노입자를 상기 2)단계에서 제조된 생분해성 나노섬유에 투입하여 흡착시켜 제조한다.
The step 3) is a step of preparing the nanoparticle-nanofiber composite, and the cationic nanoparticles recovered in the step 1) are introduced into the biodegradable nanofibers prepared in the step 2) and adsorbed.

상기 방법으로 제조된 생분해성 나노섬유 및 이에 부착된 약물 전달용 양이온성 나노입자를 포함하는 복합지지체는, 세포의 부착능력 및 세포 활성이 우수하기 때문에, 근육, 피부, 힘줄, 연골, 인대, 뼈, 기관, 경막, 혈관 등의 3차원 작용성 조직의 충전제로서 이용될 수 있다. 이러한 방법으로 제조된 세포 지지체는, 근육 또는 힘줄의 수축과 관련된 기계적 응력을 견디면서, 근육 또는 힘줄에 부착되어서 세포의 성장을 촉진시킬 수 있다.
The composite support comprising the biodegradable nanofibers produced by the above method and the cationic nanoparticles for drug delivery attached thereto is excellent in adhesion ability and cell activity of the cells and thus can be used for the treatment of muscular, skin, tendon, cartilage, ligament, bone , Organs, epidermis, blood vessels, and the like. The cell scaffolds prepared in this manner can adhere to muscles or tendons to promote cell growth while enduring mechanical stresses associated with muscle or tendon contraction.

상기한 바와 같이, 본 발명의 생분해성 나노섬유 및 이에 부착된 약물 전달용 양이온성 나노입자를 포함하는 복합지지체는, 세포 부착능력이 높고 세포독성이 낮으며, 전달하는 약리물질을 서서히 방출하기 때문에 인공피부 및 충전제로서 유용하게 사용될 수 있다.
As described above, the composite support comprising the biodegradable nanofibers of the present invention and the cationic nanoparticles for drug delivery adhered thereto has a high cell adhesion ability, low cytotoxicity, and gradually releases a pharmacological substance to be delivered Artificial skin and fillers.

이하, 본 발명의 실시예에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다. 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on the embodiments of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that the embodiments are only for describing the present invention in more detail and that the scope of the invention is not limited by these embodiments in accordance with the gist of the present invention.

실시예 1. 나노입자-나노섬유 복합 지지체의 제조 Example 1. Preparation of nanoparticle-nanofiber composite support

1. 키토산 나노입자 형성1. Formation of chitosan nanoparticles

키토산을 1.75% 아세트산 용액에 용해시켜 2~5 mg/ml의 키토산 용액을 준비하였다. 이 키토산 용액을 40W의 출력으로 초음파처리(sonication) 하는 중에 1mg/ml의 농도로 증류수에 용해시킨 TPP(tripolyphosphate) 용액을 2ml/hr 의 속도로 첨가하였다(후코이단(Fucoidan)을 포함시킬 경우, 후코이단 및 TPP가 각각 0.66 mg/ml씩 들어간 용액을 이용). 키토산 용액의 부피 : TPP 용액의 부피가 5:1이 될 때까지 첨가한 후, 1시간~1시간 30분 동안 반응시키고 3,000 xg의 원심분리를 통해 회수하였다. 회수한 나노입자를 에탄올에 다시 풀어서 동결건조를 통해 회수하였으며, 이를 SEM(Scanning electron microscopy)으로 확인하였다. 이의 결과를 도 1에 나타내었다. Chitosan was dissolved in 1.75% acetic acid solution to prepare a chitosan solution of 2 to 5 mg / ml. The chitosan solution was sonicated at an output of 40 W. TPP (tripolyphosphate) solution dissolved in distilled water at a concentration of 1 mg / ml was added at a rate of 2 ml / hr (when Fucoidan was included, And TPP of 0.66 mg / ml, respectively). Volume of chitosan solution: added until the volume of the TPP solution became 5: 1, then reacted for 1 hour to 1 hour 30 minutes and recovered by centrifugation at 3,000 xg. The recovered nanoparticles were re-dissolved in ethanol and recovered by lyophilization, which was confirmed by scanning electron microscopy (SEM). The results are shown in Fig.

도 1에 나타낸 바와 같이, 평균 40 nm 정도의 균일한 구형을 띄는 나노입자의 SEM 이미지를 확인하였다.
As shown in Fig. 1, an SEM image of uniformly spherical nanoparticles having an average size of about 40 nm was confirmed.

2. 나노섬유의 제조2. Fabrication of nanofibers

나노섬유는 전기방사 방법을 이용해서 제조하였고, 용매는 THF(tetrahydrofuran)과 DMF(dimethylformamide)를 7:3의 부피비로 혼합시켜 사용하였다. 상기 혼합용매에 15% (w/v)의 PCL(polycaprolactone)을 용해시킨 후 18G 바늘(needle)을 통해 1ml/hr의 속도로 분사시켰으며, 분사되는 동안 바늘과 집전체(collector) 사이에 15 cm의 거리를 두고 15 kV의 전압을 걸어서 나노섬유 형태로 제조하였다.
Nanofibers were prepared by electrospinning and THF (tetrahydrofuran) and DMF (dimethylformamide) were mixed at a volume ratio of 7: 3. 15% (w / v) polycaprolactone (PCL) was dissolved in the mixed solvent and injected at a rate of 1 ml / hr through an 18G needle. During the injection, 15 cm and a voltage of 15 kV was applied to fabricate nanofibers.

3. 나노입자-나노섬유 복합 지지체(complex electrospun scaffold)의 제조3. Fabrication of nanoparticle-nanofiber composite support (complex electrospun scaffold)

10 ml 키토산 용액으로부터 생성된 나노입자를 회수한 뒤, 10ml의 에탄올에 다시 풀어서 500ul씩 24웰 크기의 나노섬유 샘플에 투입하였다. 나노입자를 투입한 후 24웰 플레이트를 4℃에서 밤사이에 보관하여 흡착시켰으며, 이를 SEM으로 확인하였다. 이의 결과를 도 2에 나타내었다. The nanoparticles produced from the 10-ml chitosan solution were collected and re-dissolved in 10 ml ethanol and added to the 24-well nanofiber samples in 500 ul increments. After the nanoparticles were added, the 24-well plate was stored at 4 ° C overnight to be adsorbed, which was confirmed by SEM. The results are shown in Fig.

도 2에 나타낸 바와 같이, 나노섬유과 그 나노섬유에 나노입자를 부착시킨 복합지지체의 형태를 SEM 이미지로 확인하였다.
As shown in FIG. 2, the morphology of the nanofibers and the composite support in which the nanoparticles were attached to the nanofibers was confirmed by SEM image.

실험예 1. 키토산 나노입자의 세포독성Experimental Example 1. Cytotoxicity of chitosan nanoparticles

키토산 나노입자가 세포에 미치는 영향을 알아보기 위해 세포독성 실험을 수행하였다. 10 ml 키토산 용액에서부터 생성된 나노입자를 원심분리 및 동결건조로 회수한 뒤, 10 ml PBS에 분산시키고 그 용액을 배지에 0 ug/ml, 100 ug/ml, 200 ug/ml, 300 ug/ml의 농도가 되도록 배지와 섞은 후 96웰 플레이트에 부착시킨 세포에 처리하였다. 나노입자를 처리한 후 1, 3, 5일의 시점에서 MTT 어세이를 통해 세포독성을 확인하였다. 이의 결과를 도 3에 나타내었다. To investigate the effects of chitosan nanoparticles on cells, cytotoxicity experiments were performed. The nanoparticles from 10 ml chitosan solution were collected by centrifugation and lyophilization, dispersed in 10 ml PBS, and the solution was added to the medium at 0, 100, 200, 300, ug / ml , And then the cells were adhered to a 96-well plate. After 1, 3, and 5 days of treatment with nanoparticles, cytotoxicity was confirmed by MTT assay. The results are shown in Fig.

도 3에 나타낸 바와 같이, 키토산 나노입자를 첨가할 경우 대조군과 비교하여 유의한 MTT 값의 변화가 관찰되지 않음을 확인하였다. 이는 키토산 나노입자가 세포의 활성 및 성장에 큰 영향을 주지 않는 다는 것을 보여주며 이를 통해 순수하게 약물의 효과만 세포에 영향을 주는 유용물질 전달체로서의 가능성을 확인하였다.
As shown in FIG. 3, when the chitosan nanoparticles were added, no significant change in the MTT value was observed compared with the control group. This indicates that chitosan nanoparticles do not have a significant effect on cell activity and growth, confirming the possibility that the chitosan nanoparticle is a beneficial substance carrier that affects cells only by the effect of pure drug.

실험예 2. 나노입자의 약물 방출Experimental Example 2. Drug Release of Nanoparticles

키토산 나노입자에 담지되어있는 물질의 방출 여부를 알아보기 위해 후코이단(fucoidan)을 키토산 나노입자에 담지하여 1x103 세포/웰의 접종농도를 갖는 섬유아세포(fibroblast)에 처리하였고, 후코이단을 처리하지 않은 대조군 및 후코이단을 배지에 녹여 한번에 처리한 경우와 비교하였다. 이를 확인하기 위하여 나노입자를 처리한 시점에서 1, 3, 5일에 세포활성변화를 MTT 어세이를 수행하였다. 이의 결과를 도 4에 나타내었다. To investigate the release of the substance carried on chitosan nanoparticles, fucoidan was loaded on chitosan nanoparticles and treated with fibroblasts at an inoculation concentration of 1 × 10 3 cells / well, and fucoidan-free The control and fucoidan were dissolved in the medium and compared with those treated once. To confirm this, MTT assays were performed at 1, 3, and 5 days after treatment with nanoparticles. The results are shown in Fig.

도 4에 나타낸 바와 같이, 후코이단을 담지한 키토산 나노입자의 경우는 대조군 및 후코이단을 배지에 녹여 한번에 처리한 경우의 중간 형태의 세포활성을 갖게 됨을 확인할 수 있었다. 또한 세포의 농도 및 MTT가 세포에 의해 변환된 보라색 포마잔(formazan)을 비교할 경우, 나노입자를 이용하였을 때 대조군과 비슷한 모습을 띄나 포마잔이 더 적음을 확인하였다.
As shown in FIG. 4, in the case of fucoidan-carrying chitosan nanoparticles, it was confirmed that the control and fucoidan were dissolved in a medium and had an intermediate form of cell activity when they were treated at once. In addition, when the cell concentration and the purple formazan transformed by the cell with MTT were compared, the use of nanoparticles was similar to that of the control group, but it was confirmed that there were fewer formazan groups.

실험예 3. 나노입자의 침투 확인Experimental Example 3. Confirmation of penetration of nanoparticles

나노입자가 세포내로 침투하는 정도를 확인하기 위하여, FITC로 표지된 키토산을 제조하였다. 즉, 키토산을 0.1M 아세트산에 용해시켜 만든 0.25% 키토산(CS; chitosan) 용액과, 키토산 용액 농도의 최소 1.5배의 농도가 되도록 과량의 FITC(fluorescein isothiocyanate)를 용해시킨 메탄올 용액을 동일한 부피로 혼합하여 키토산을 FITC로 표지하였다. 그 후 상온에서 1시간 동안 반응시켜 중화시킨 후 48시간 동안 투석을 수행하여 잔여 색소 및 용매를 제거하고 동결건조를 통해 FITC로 표지된 키토산 나노입자를 회수하였다. FITC가 표지된 키토산으로 구성한 나노입자를 부착시킨 섬유아세포에 처리하고 그 후 5일 째, 나노입자를 확인하기 위해 형광현미경을 이용해 FITC의 형광을 확인하였다. 이의 결과를 도 5에 나타내었다. To confirm the degree of penetration of nanoparticles into cells, FITC labeled chitosan was prepared. That is, a 0.25% chitosan (CS) solution prepared by dissolving chitosan in 0.1 M acetic acid and a methanol solution dissolving an excess amount of FITC (fluorescein isothiocyanate) so as to have a concentration of 1.5 times the chitosan solution concentration were mixed in the same volume And chitosan was labeled with FITC. Thereafter, the reaction was allowed to proceed at room temperature for 1 hour to neutralize, followed by dialyzing for 48 hours to remove residual pigment and solvent, and recovered FITC-labeled chitosan nanoparticles through lyophilization. FITC-labeled nanoparticles of chitosan-coated fibroblasts were treated and then on day 5, the fluorescence of FITC was confirmed by fluorescence microscopy to identify the nanoparticles. The results are shown in Fig.

도 5에 나타낸 바와 같이, 형광사진에서 나노입자가 다수의 세척과정 후에도 세포부분에 남아있는 것을 확인할 수 있어, 나노입자가 세포질을 통해 세포 안으로 들어감을 확인하였다.
As shown in FIG. 5, in the fluorescence photograph, it was confirmed that the nanoparticles remained in the cell portion even after a number of washing processes, and it was confirmed that the nanoparticles enter the cell through the cytoplasm.

실험예 4. 나노입자-나노섬유 복합지지체의 세포내 역할Experimental Example 4. Intracellular role of nanoparticle-nanofiber composite support

복합지지체에서의 세포의 부착능력 및 세포활성을 확인하기 위하여 PCL(polycaprolactone), PCL+CS(chitosan), 일반세포배양 플레이트(TCPS; tissue culture polystyrene)에서 MTT 어세이를 수행하였다. 부착능력을 확인하기 위해 3x103 세포/웰의 농도로 복합지지체 위에 세포를 접종하여 2시간, 24 시간에서 MTT 어세이를 진행하였으며, 세포활성 변화를 확인하기 위해 세포를 1x103 세포/웰의 농도로 복합지지체에 접종하여 1,3,5일 째 MTT 어세이를 통해 그 변화를 확인하였다. 이의 결과를 도 6에 나타내었다. MTT assays were performed on PCL (polycaprolactone), PCL + CS (chitosan), and TCPS (tissue culture polystyrene) to confirm cell adhesion and cell activity in the composite support. MTT assays were performed at 2 hours and 24 hours by inoculating the cells on a composite support at a concentration of 3x10 3 cells / well in order to confirm the adhesion ability. Cells were cultured at a concentration of 1 × 10 3 cells / well , And the changes were confirmed by MTT assay on days 1, 3 and 5. The results are shown in Fig.

도 6에서 나타낸 바와 같이, 부착능력과 관련하여 키토산 나노입자의 유무에 따른 세포의 부착 정도는 크지 않았으며, 일반 세포배양 플레이트(TCPS)보다는 부착 정도가 큰 것을 확인하였다. 세포활성 관련하여 PCL+CS에서 좀더 낮은 값을 나타내는 것을 확인하였다.
As shown in FIG. 6, the degree of adhesion of cells with or without chitosan nanoparticles was not large in relation to the adhesion ability, and it was confirmed that the degree of adhesion was higher than that of a general cell culture plate (TCPS). And a lower value in PCL + CS for cell activity.

또한, 상기 나노입자-나노섬유 복합지지체에 부착된 세포를 SEM으로 관찰하였으며, 이의 결과를 도 7에 나타내었다. In addition, the cells attached to the nanoparticle-nanofiber composite support were observed by SEM, and the results are shown in FIG.

도 7에 나타낸 바와 같이, 세포가 부착되어 있는 모습은 나노입자가 부착된 경우(도 7A) 및 나노입자가 부착되지 않은 대조군(도 7C)의 경우 큰 차이가 없음을 알 수 있었다. 또한, 배양 5일 후 나노섬유에 부착되어 있던 나노입자가 배지 내로 퍼져나가 나노섬유에 남아있는 양이 줄어든 것을 확인하였다(도 7B). As shown in FIG. 7, it was found that there was no significant difference in the case where the cells were adhered in the case where the nanoparticles were attached (FIG. 7A) and the case where the nanoparticles were not adhered (FIG. 7C). In addition, it was confirmed that the nanoparticles attached to the nanofibers 5 days after the culture spread into the medium and the amount remaining in the nanofibers was reduced (FIG. 7B).

Claims (11)

1) 키토산 또는 폴리-L-리신을 유기산 수용액에 용해시켜 양이온성 고분자 용액을 제조한 후, 여기에 초음파처리와 함께 트리폴리포스페이트(tripolyphophate, TPP)를 첨가 및 교반하여 양이온성 나노입자를 제조하는 단계;
2) 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리(D,L-락트산-co-글리콜산)(poly(D,L-lactide-co-glycolide); PLGA), 디올/이애시드계 지방족 폴리에스테르, 폴리에스테르-아미드/폴리에스테르-우레탄, 폴리(발레로락톤), 폴리(하이드록시 부티레이트), 폴리(하이드록시 발레레이트), 폴리안하이드리드, 폴리오르토에스터(polyorthoesters), 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리우레탄, 폴리아크릴산 및 폴리-N-이소프로필아크릴아미드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 생분해성 고분자를 유기용매에 용해 및 전기방사(electrospinning)하여 생분해성 나노섬유를 제조하는 단계; 및
3) 상기 2)단계에서 제조된 생분해성 나노섬유에 1)단계에서 제조된 양이온성 나노입자를 투입하여 흡착시켜 나노입자-나노섬유 복합지지체를 제조하는 단계를 포함하는, 인공피부 및 충전제용 복합지지체의 제조방법.
1) preparing a cationic polymer solution by dissolving chitosan or poly-L-lysine in an aqueous organic acid solution, adding tripolyphophate (TPP) to the cationic polymer solution together with ultrasonic waves, and stirring the cationic polymer solution to prepare cationic nanoparticles ;
2) Poly (caprolactone) (PCL), polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA), poly (D, L-lactide-co- glycolide) ), Diol / isocyanate aliphatic polyesters, polyester-amide / polyester-urethanes, poly (valerolactone), poly (hydroxybutyrate), poly (hydroxyvalerate), polyanhydride, polyortho One or more biodegradable polymers selected from the group consisting of polyorthoesters, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyurethane, polyacrylic acid and poly-N-isopropylacrylamide are dissolved in an organic solvent and electrospun Preparing biodegradable nanofibers; And
3) adding the cationic nanoparticles prepared in step 1) to the biodegradable nanofibers prepared in step 2) and adsorbing the biodegradable nanoparticles to prepare nanoparticle-nanofiber composite support; / RTI >
삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 1)단계에서 유기산 수용액은 젖산, 아세트산, 프로피온산, 포름산, 아스코르브산, 및 주석산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 인공피부 및 충전제용 복합지지체의 제조방법. The method according to claim 1, wherein in step 1), the organic acid aqueous solution is at least one selected from the group consisting of lactic acid, acetic acid, propionic acid, formic acid, ascorbic acid, and tartaric acid. . 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 1)단계에서 양이온성 고분자 용액과 트리폴리포스페이트는 1~10:1의 부피비로 혼합되는 것을 특징으로 하는, 인공피부 및 충전제용 복합지지체의 제조방법. The method of claim 1, wherein the cationic polymer solution and tripolyphosphate are mixed in a volume ratio of 1 to 10: 1 in the step 1). 청구항 1에 있어서, 상기 1)단계에서 제조된 양이온성 나노 입자는 입자의 크기가 0.1~800nm인 것을 특징으로 하는, 인공피부 및 충전제용 복합지지체.[2] The composite support for artificial skin and filler according to claim 1, wherein the cationic nanoparticles produced in step 1) have a particle size of 0.1 to 800 nm. 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 2)단계에서 유기용매는 THF(tetrahydrofuran), DMF(dimethylformamide), DMSO(dimethylsulfoxide), 클로로포름, 디클로로메탄, 헥산, 디에틸에테르, 및 아세토니트릴로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 인공피부 및 충전제용 복합지지체의 제조방법.[4] The method of claim 1, wherein the organic solvent in step 2) is one or more selected from the group consisting of THF (tetrahydrofuran), DMF (dimethylformamide), DMSO, chloroform, dichloromethane, hexane, diethyl ether, and acetonitrile By weight based on the total weight of the composite support for artificial skin and filler. 청구항 8에 있어서, 상기 유기용매는 THF과 DMF를 1~10:1의 부피비로 혼합한 혼합용매인 것을 특징으로 하는, 인공피부 및 충전제용 복합지지체의 제조방법.[Claim 9] The method according to claim 8, wherein the organic solvent is a mixed solvent of THF and DMF at a volume ratio of 1: 10: 1. 삭제delete 청구항 1의 방법으로 제조된, 생분해성 나노섬유 및 이에 부착된 약물 전달용 양이온성 나노입자를 포함하는 인공피부 및 충전제용 복합지지체.
A composite support for artificial skin and filler, comprising the biodegradable nanofiber and the cationic nanoparticles for drug delivery attached thereto, prepared by the method of claim 1.
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