KR101625457B1

KR101625457B1 - 생체적합성 및 항균성이 우수한 하이브리드 본칩, 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101625457B1
Application number: KR1020140065696A
Authority: KR
Inventors: 장정호; 이혜선
Original assignee: 한국세라믹기술원
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2016-05-30
Also published as: KR20150137591A

Abstract

본 발명은 생체적합성 및 항균성이 우수한 하이브리드 본칩 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 카페인산페네틸에스테르(caffeic acid phenethyl ester, CAPE)를 함유하는 것을 특징으로 하는 생체적합성 및 항균성이 우수한 하이브리드 본칩, 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

생체적합성 및 항균성이 우수한 하이브리드 본칩, 및 이의 제조방법 {HYBRID BONE CHIP WITH IMPROVED BIOCOMPATIBILITY AND ANTIMICROBIAL EFFICACY, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

인공뼈란 선천적 기형이나 외상, 질병 등으로 인하여 발생한 뼈의 결손을 보전하기 위하여 사람이나 동물의 뼈, 세라믹 또는 다른 합성 화합물을 이용하여 인위적으로 만든 뼈를 의미한다. 최근 노령인구가 증가함에 따라 노인성 뼈 골절 환자가 증가하여 인공뼈 시장은 매년 20% 이상 확대되고 있다. 이에 따라, 인체에 무해하면서 인공뼈 소재로 적합한 고재를 찾기 위한 세계적인 관심이 증대되고 있다.

현재 전 세계적으로 인공뼈 시장은 5조원 규모로 추정되며, 국내에서도 1,500억 규모의 시장이 형성되어 있는 것으로 알려져 있다. 주로 정형외과, 신경외과 및 치과 등의 환자에게 적용되는 인공뼈 중에서도 본 칩(Bone Chip)은 실제 뼈의 부분으로 존재하기 때문에, 강도가 뼈와 유사하여야 하며 적용 부위에 따른 적절한 점성과 안정성 및 접착력이 영구적이어야 한다. 또한, 면역이나 염증 반응을 수반하지 않으며 높은 뼈 전도성으로 골생성을 유도할 수 있어야 한다.

하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite, HA)는 상기 조건들을 만족하고 생체 적합성을 갖는 재료로서 널리 사용되고 있으며, 각종 질병에 대한 우려, 면역 거부반응 등의 부작용과 윤리적 문제가 없는 소재이다. 또한, 하이드록시아파타이트로 제조된 본칩의 경우 골이식을 필요로 하는 대부분의 외과적 수술에 사용이 가능하며 골종양의 소파술 후 골결손 부위의 충전 등 다양한 외과계 수술에서 사용되고 있다.

그러나, 종래 하이드록시아파타이트 본칩은 골유도성 물질과 골전도성 물질을 혼합하여 사용하기 때문에, 골고루 혼합되지 않는 경우 불완전한 골형성의 문제가 발생하였으며, 또한 물리적 혼합 후 이식 시 감염의 문제가 존재하였다. 골형성 촉진인자를 합성하여 골형성을 개선하였으나, 압력이 가해지면서 촉진인자가 이탈하여 원치 않는 부위에 골이 생성되는 단점이 있었다.

한편, 항균물질은 미생물의 생장을 억제하는 대표적인 물질로 크게 천연과 합성으로 나뉜다. 합성항균제는 대표적으로 젠타마이신과 반코마이신이 있으며 현재 항생제로서 많은 분야에 전반적으로 사용되고 있다. 하지만 이런 합성항균제는 고농도 투여로 인하여 경구투여되는 약물과의 중복성 및 항생제 내성균주에 대한 우려 등의 단점이 있어, 사용시 주의가 요구된다.

본 발명자들은 종래 문제점을 해결하기 위하여 천연항균물질로서 카페인산페네틸에스테르를 이용하여 생체적합성 및 항균성이 우수한 하이브리드 본칩 및 이의 제조방법을 완성하기에 이르렀다.

상기 카페인산페네틸에스테르(caffeic acid phenethyl ester, CAPE)는 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 카페인산페네틸에스테르의 분자식은 C₁₇H₁₆O₄이며 화학적 구조는 아래 화학식 1과 같다.

[화학식 1]

상기 카페인산페네틸에스테르는 인체 내에서 항세균, 항진균, 항바이러스 효과를 갖는다. 또한, 상기 카페인산페네틸에스테르는 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 카페인산페네틸에스테르는 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 발명의 일 측면에 따르면, 골전도성 물질, 골유도성 물질 및 카페인산페네틸에스테르를 포함하는 생체적합성 및 항균성이 우수한 하이브리드 본칩이 개시된다.

본 발명에 따른 하이브리드 본칩에 있어서, 상기 골전도성 물질과 골유도성 물질은 1:1의 비율로 함유될 수 있다.

본 발명에 따른 하이브리드 본칩에 있어서, 상기 골전도성 물질은 하이드록시아파타이트(HA), 세라믹을 포함한 무기물 α-, β-삼인산칼슘(β-TCP, β-tri-calcium phosphate), 불소화 아파타이트, 인산삼칼슘 (Ca₃(PO₄)₂), 인산일칼슘(Ca₂P₂O₇) 및 육인산사칼슘으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다. 바람직하기는, 상기 골전도성 물질은 하이드록시아파타이트 및 β-삼인산칼슘(β-TCP )을 3:2의 중량비로 포함할 수도 있다.

본 발명에 따른 하이브리드 본칩에 있어서, 상기 골유도성 물질은 알기네이트, 히알루론산, 콜라겐, 겔라틴, 셀룰로오스 메틸 셀룰로오스, 키토산, 폴리락트산 (poly(lactic acid)), 폴리글리콜산(poly(glycolic acid), PGA), 폴리(락트산-co-글리콜산)(poly(lactic-co-glycolic acid), PLGA), 폴리-(카프로락톤) (poly-carprolactone), 폴리안하이드리드(poly(anhydrides)), 폴리오르토에스테르 (polyorthoesters), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리에틸렌글리콜 (poly(ethyleneglycol)), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리-N-이소프로필아크릴아마이드 (poly(N-isopropyl acrylamide), 폴리(에틸렌옥사이드)-폴리(프로필렌옥사이드)-폴리(에틸렌옥사이드) 공중합체 (poly(ethyleneoxide)-poly(propyleneoxide)-poly(ethyleneoxide)copolymer) 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직하기는, 상기 골유도성 물질은 키토산일 수도 있다.

본 발명에 따른 하이브리드 본칩에 있어서, 상기 카페인산페네틸에스테르는 50mM 내지 200 mM 의 농도로 첨가될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, (a) 골전도성 물질을 준비하는 단계; (b) 골유도성 물질을 준비하는 단계; (c) 상기 골전도성 물질과 골유도성 물질을 1:1의 중량비로 혼합하여 하이브리드 본칩을 제조하는 단계; 및 (d) 상기 하이브리드 본칩에 카페인산페네틸에스테르를 50 mM 내지 200 mM의 양으로 첨가하는 단계를 포함하는 항균성이 우수한 하이브리드 본칩의 제조방법이 개시된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 하이브리드 본칩의 생체의료용 또는 산업용으로서의 용도가 개시된다.

본 발명에 따른 하이브리드 본칩은 상기 인공뼈, 인공관절, 뼈시멘트, 턱뼈 및 안면부위의 소형뼈, 심장 밸브 및 혈관, 임플란트, 지대주, 충진재, 도재, 브라켓, 코어, 포스트 등 각종 경조직 재생을 위한 지지체, 조인트, 뼈고정 디바이스 또는 척추 고정 디바이스로 사용될 수 있다.

본 발명에 따라 제조된 하이브리드 본칩은 생체적합성 및 항균성이 우수할 뿐만 아니라 생체내에서 카페인산페네틸에스테르의 방출 제어성이 증가되면서 골조직 공학용 복합물로서의 유용성이 뛰어나다.

도 1은 실시예 1에 따른 재결정 본칩의 FT-IR 분석 결과를 나타낸다.
도 2는 실시예 2에 따른 재결정 본칩의 SEM 이미지를 나타낸다.
도 3은 실험예 1에 따른 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 하이브리드 본칩의 SEM 이미지를 나타낸다.
도 4는 실험예 2에 따른 CAPE 함유 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 하이브리드 본칩의 CAPE 방출량을 나타내는 그래프이다.
도 5은 실험예 3(1)에 따른 CAPE 함유 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 하이브리드 본칩의 항균성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 실험예 3(2)에 따른 CAPE 함유 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 하이브리드 본칩의 항균성을 나타내는 그래프이다.

본 명세서에 달리 정의되어 있지 않은 한, 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 당업계에 통상의 기술자가 통상적으로 이해하는 바와 같은 의미를 가진다. 본 명세서에 포함되는 용어를 포함하는 다양한 과학적 사전이 잘 알려져 있고, 당업계에서 이용 가능하다. 비록 본 명세서에 설명된 것과 유사 또는 등가인 임의의 방법 및 물질이 본원의 실행 또는 시험에 사용되는 것으로 발견되나, 몇몇 방법 및 물질이 설명되어 있다. 당업자가 사용하는 맥락에 따라, 다양하게 사용될 수 있기 때문에, 특정 방법학, 프로토콜 및 시약으로 본 발명을 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 단수형은 문맥이 명확하게 달리 지시하지 않으면 복수의 대상을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 달리 언급되지 않는 한, "또는"은 "및/또는"을 의미한다. 더욱이, 용어 "포함하는" 뿐만 아니라, 다른 형태, 예를 들어, "가지는", "이루어지는" 및 "구성되는"는 제한적이지 않다.

수치 범위는 상기 범위에 정의된 수치를 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 최대의 수치 제한은 낮은 수치 제한이 명확히 쓰여져 있는 것처럼 모든 더 낮은 수치 제한을 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 최소의 수치 제한은 더 높은 수치 제한이 명확히 쓰여져 있는 것처럼 모든 더 높은 수치 제한을 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 수치 제한은 더 좁은 수치 제한이 명확히 쓰여져 있는 것처럼, 더 넓은 수치 범위 내의 더 좋은 모든 수치 범위를 포함할 것이다.

본 명세서에 제공된 제목은 다양한 면 또는 전체적으로 명세서의 참조로서, 하기의 구현예를 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 골전도물질, 골유도물질 및 카페인산페네틸에스테르를 포함하는 생체적합성 및 항균성이 우수한 하이브리드 본칩이 제공된다.

본 명세서에서 사용된 용어 "생체적합성"은 생체 내에 투여된 후 장기 부작용을 일으키지 않는 물질을 의미한다.

본 명세서에서 사용된 용어 "항균성"은 미생물의 성장을 억제할 수 있는 능력을 의미한다.

본 명세서에서 사용된 용어 "골전도성(osteoconductive)"은 비-뼈 유도성 물질이 뼈 성장 템플릿 또는 물질로 기능하는 능력을 의미한다

본 명세서에서 사용된 용어 "골유도성(osteoinductive)"은 새로운 뼈 형성을 자극할 수 있는 가능성을 가진 세포를 숙주로부터 보강할 수 있는 능력을 의미한다.

본 발명에 따르면 상기 골전도성 물질은 하이드록시아파타이트(HA), 세라믹을 포함한 무기물 α-, β-삼인산칼슘(β-TCP, β-tri-calcium phosphate), 불소화 아파타이트, 인산삼칼슘 (Ca₃(PO₄)₂), 인산일칼슘(Ca₂P₂O₇) 및 육인산사칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 골전도성 물질은 하이드록시아파타이트 및 β-삼인산칼슘(β-TCP )을 3:2의 중량비로 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 상기 골유도성 물질은 알기네이트, 히알루론산, 콜라겐, 겔라틴, 셀룰로오스 메틸 셀룰로오스, 키토산, 폴리락트산 (poly(lactic acid)), 폴리글리콜산(poly(glycolic acid), PGA), 폴리(락트산-co-글리콜산)(poly(lactic-co-glycolic acid), PLGA), 폴리-(카프로락톤) (poly-carprolactone), 폴리안하이드리드(poly(anhydrides)), 폴리오르토에스테르 (polyorthoesters), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리에틸렌글리콜 (poly(ethyleneglycol)), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리-N-이소프로필아크릴아마이드 (poly(N-isopropyl acrylamide), 폴리(에틸렌옥사이드)-폴리(프로필렌옥사이드)-폴리(에틸렌옥사이드) 공중합체 (poly(ethyleneoxide)-poly(propyleneoxide)-poly(ethyleneoxide)copolymer) 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 골유도성 물질은 키토산일 수 있다.

본 발명에 따르면 상기 골전도성 물질 및 골유도성 물질은 1:1의 비율로 함유될 수 있다. 상기 골전도성 물질과 골유도성 물질이 1:1의 비율로 함유되는 경우, 가장 우수하고 일정한 표면을 갖는 하이브리드 본칩이 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면 상기 카페인산페네틸에스테르는 50 mM 내지 200 mM 의 농도로 첨가될 수 있다. 상기 카페인산페네틸에스테르의 함량이 50 Mm 이하인 경우 카페인산페네틸에스테르의 첨가에 의한 항균 효능을 발휘하기 어렵고, 상기 카페인산페네틸에스테르의 함량이 200 mM 이상인 경우 하이브리드 본칩에 중합이 어려울 수도 있다.

본 발명에 따르면 상기 하이브리드 본칩 내의 카페인산페네틸에스테르는 생체 내에서 80시간 이상, 90 시간 이상 또는 100 시간 동안 방출될 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, (a) 골전도성 물질을 준비하는 단계; (b) 골유도성 물질을 준비하는 단계; (c) 상기 골전도성 물질과 골유도성 물질을 1:1의 중량비로 혼합하여 하이브리드 본칩을 제조하는 단계; 및 (d) 상기 하이브리드 본칩에 카페인산페네틸에스테르를 50 mM 내지 200 mM의 양으로 첨가하는 단계를 포함하는 생체적합성 및 항균성이 우수한 하이브리드 본칩의 제조방법이 제공된다.

본 발명에 따르면 상기 단계 (a)에서 골전도성 물질은 HA(하이드록시아파타이트) 및 β-TCP(β-삼인산칼슘)를 3:2의 중량비로 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면 상기 HA는 실리콘이 치환된 것일 수도 있다.

본 발명에 따르면 상기 단계 (b)에서 골유도성 물질은 키토산일 수도 있다.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 본 발명에 따른 생체적합성 및 항균성이 우수한 하이브리드 본칩의 생체의료용 또는 산업용으로서의 용도가 제공된다.

본 명세서에서 사용된 용어 "생체의료용" 이란 생체에 이식하여 사용가능한 용도로서, 생체안정성(biostability)과 생체적합성(biocompatibility) 요건을 만족하는 어떠한 생체이식 가능한 용도도 모두 포함하는 의미이다. 예를 들면, 본 발명에 따른 하이브리드 본칩은 인공뼈, 인공관절, 뼈시멘트, 턱뼈 및 안면부위의 소형뼈, 심장 밸브 및 혈관, 임플란트, 지대주, 충진재, 도재, 브라켓, 코어, 포스트 등 각종 경조직 재생을 위한 지지체, 조인트, 뼈고정 디바이스 또는 척추 고정 디바이스로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 따른 하이브리드 본칩은 약물전달제, 혈관조영제, 미세전자기계 시스템(MEMS), 항균성 충전재 및 하이브리드 복합체로도 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에서 사용된 용어 "산업용" 이란 생체이식가능한 생체의료용뿐만 아니라 인체에 직접적으로 삽입되지 않는 기기 및 용구에 사용가능한 용도를 의미한다. 예를 들면, 본 발명에 따른 하이브리드 본칩은 필터재료, 광촉매의 재료, 섬유, 부직포, 시멘트, 도료, 접착제, 보강제, 골재, 중금속 흡착제, 화장품, 치약 또는 의류용 섬유로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 상기 생체의료용 또는 산업용 재료의 형태는 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들면, 블록, 필름, 필라멘트, 섬유, 멤브레인, 메쉬, 직포, 부직포, 니트, 과립, 입자, 플레이트, 볼트, 너트 또는 못을 포함할 수 있으며, 상기 형태의 두 가지 이상의 복합된 형태로도 사용될 수 있다.

이하, 발명의 이해를 돕기 위해 다양한 실시예를 제시한다. 하기 실시예는 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 발명의 보호범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예

실시예 1. 하이드록시아파타이트 본칩 : 키토산을 1:1 중량비로 포함하는 하이브리드 본칩의 제조

산호로부터 유래하여 실리콘 이온이 치환된 HA (하이드록시아파타이트) 및 β-TCP(β-삼인산칼슘)가 6:4의 비율로 혼합된 하이드록시아파타이트 본칩을 사용하였다. 상기 본칩 2 g을 메탄올에 녹인 10 mM 16-Phosphonohexadecanoic acid(16-PA) 50 mL를 이용하여 상온에서 2시간 반응시키고, 세척 및 건조함으로써, 재결정화하였다. 본칩의 재결정으로의 성분 변화 및 표면 변화를 확인하기 위하여 FT-IR 및 SEM 분석을 수행하고, 그 결과를 각각 도 1 및 2에 나타내었다.

도 1로부터 알 수 있듯이, C-H 결합을 통해 본칩의 재결정이 잘 이루어졌음이 확인되었다. 또한, 도 2로부터 알 수 있듯이, 본칩의 재결정으로 인한 표면 변화가 없음이 확인되었다.

상기 제조된 본칩을 1-[3-(Dimethylamino)propyl]-3-ethyl Carbodiimide methiodic (EDC-methiodic)을 이용하여 1M HCl 50 mL에 용해시킨 키토산과 1:1의 중량비로 상온에서 24시간 교반하여 하이브리드 본칩을 완성하였다.

실시예 2. 하이드록시아파타이트 본칩 : 키토산을 1:3 중량비로 포함하는 하이브리드 본칩의 제조

하이드록시아파타이트 본칩과 키토산의 중량비를 1:3으로 한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 하이브리드 본칩을 완성하였다.

실시예 3. 하이드록시아파타이트 본칩 : 키토산을 1:3 중량비로 포함하는 하이브리드 본칩의 제조

하이드록시아파타이트 본칩과 키토산의 중량비를 3:1로 한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 하이브리드 본칩을 완성하였다.

실험예 1: 본칩과 키토산의 중량비에 따른 표면의 변화를 확인

본칩과 키토산의 중량비에 따른 표면의 변화를 확인하기 위하여 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 하이브리드 본칩의 SEM 분석을 수행하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3으로부터 알 수 있듯이, 실시예 2에 따라 본칩과 키토산의 중량비가 1:3으로 배합된 경우 골전도 물질의 확인이 불가능하였으며, 실시예 3에 따라 본칩과 키토산의 중량비가 3:1로 배합된 된 경우 표면에 본칩이 있음이 확인되었다. 실시예 1에 따라 본칩과 키토산의 중량비가 1:1로 배합된 경우 가장 우수한 표면이 형성되었다.

실험예 2: 카페인산페네틸에스테르 함유 하이브리드 본칩의 방출 거동 확인

(1) 항균성 하이브리드 본칩의 제조

100 mM CAPE(Sigma-Aldrich사)를 메탄올에 용해시킨 후, 상기 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 하이브리드 본칩 1g과 24시간 동안 교반하고, 이를 건조한 후 세척하여 항균성 하이브리드 본칩을 제조하였다.

(2) 항균성 하이브리드 본칩의 생체내 카피엔산에스테르 방출 거동 확인

CAPE함유 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 하이브리드 본칩 0.1 g을 나누어 담고 0.01M의 PBS 용액을 피펫을 이용하여 5mL씩 넣었다. 각 시료를 쉐이커(shaker)에 투입하고, 약 100 시간 동안 5mL씩 피펫을 이용하여 6시간 단위로 추출하였다. 이후 5mL의 PBS 용액을 투입하고 쉐이커에 넣었으며, 이때 온도는 체나의 온도와 비슷한 36.5℃로 맞추어 CAPE의 방출양을 0 내지 100 시간 동안 측정하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5로부터 알 수 있듯이, 실시예 3에 따라 본칩과 키토산의 중량비가 3:1로 배합된 된 경우 CAPE의 방출속도가 가장 빨랐으며 약 80시간 이내에 방출이 완료되었다. 또한, 실시예 2에 따라 본칩과 키토산의 중량비가 1:3으로 배합된 경우 초기 방출 속도는 본칩과 키토산의 중량비가 1:1로 배합된 경우와 유사하였으나, 약 80시간 이내에 방출이 완료되었다. 한편, 실시예 1에 따라 본칩과 키토산의 중량비가 1:1로 배합된 경우 약 100시간 동안 CAPE가 천천히 방출되고 있음이 확인되었다. 즉, 실시예 1에 따라 본칩과 키토산의 중량비가 1:1로 배합된 경우, 체내에서 약 4일 정도 항균력을 유지할 수 있을 것으로 예상되며, 이를 통해 시술 시와 시술 후 체내에서 발생할 수 있는 균으로 인한 감염의 피해를 줄일 수 있을 것이다.

실험예 3: 카페인산페네틸에스테르 함유 하이브리드 본칩의 항균성 확인

상기 실험예 2에 따른 CAPE 함유 실시예 1 내지 3에 따른 하이브리드 본칩의 항균성을 확인하기 위하여 Shake flask 및 Agar diffusion Plate을 이용하였다.

(1) Shake flask

Shake flask법은 쉐이커 내에서 세포를 성장시키고 JASCO V-550 UV-Vis Spectrometer(Wavelength Range: 200~900nm; Bandwidth Selectable: 0.5nm; Scanning Speed: 400nm/min; Data Pitch: 1nm)로 측정하여 균주의 성장을 확인하는 방법이다. 공시균주로서 황색포도상구균(Staphylococcus aureus, ATCC 6538)을 37.1℃에서 24시간 배양한 후 상기 균주의 변화를 측정하였다. 그 결과를 도6에 나타내었다.

도 6으로부터 알 수 있듯이, CAPE를 함유하는 하이브리드 본칩이 CAPE를 함유하지 않는 하이브리드 본칩에 비해 약 30배 이상의 항균성을 가지는 것으로 확인되었다. 특히, 실시예 1에 따라 본칩과 키토산의 중량비가 1:1로 배합된 경우, 가장 우수한 항균성을 나타내었다.

(2) Agar diffusion Plate

Agar diffusion Plate 법은 평판배지확산법(고시번호 KS K ISO 20645 - 한천확산법)이라고도 하며, 시험세균과 함께 배지를 접시에 부어 식힌 뒤 검사하려는 항균제를 묻힌 여과지를 놓고 배양하는 방법이다. 본 시험에서는 항균제를 묻힌 여과지 대신 CAPE 함유 실시예 1 내지 3에 따른 하이브리드 본칩 조각을 이용하고 항균성을 확인하였다. 그 결과를 도 7에 나타내었다.

도 7로부터 알 수 있듯이, 실시예 1에 따라 본칩과 키토산의 중량비가 1:1로 배합된 경우, 가장 넓은 항균 범위를 나타내었다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

골전도성 물질로서 3:2 중량비의 하이드록시아파타이트 및 β-삼인산칼슘(β-TCP ), 골유도성 물질로서 키토산, 및 카페인산페네틸에스테르를 포함하고,
상기 골전도성 물질과 골유도성 물질의 중량비는 1:1이고,
상기 카페인산페네틸에스테르는 하이브리드 본칩을 기준으로50 mM 내지 200 mM 의 농도로 첨가되고,
상기 하이브리드 본칩 내의 카페인산페네틸에스테르는 생체 내에서 100시간 동안 방출되는 것을 특징으로 하는 것인, 생체적합성 및 항균성이 우수한 인공뼈용 하이브리드 본칩.
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제1항에 있어서,
상기 하이브리드 본칩은 블록, 필름, 필라멘트, 섬유, 멤브레인, 메쉬, 직포, 부직포, 니트, 과립, 입자, 플레이트, 볼트, 너트, 못 또는 이들의 복합된 형태를 갖는 것인, 생체적합성 및 항균성이 우수한 인공뼈용 하이브리드 본칩.
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제1항에 따른 생체적합성 및 항균성이 우수한 인공뼈용 하이브리드 본칩의 제조 방법으로, 상기 방법은:
(a) HA(하이드록시아파타이트) 및 β-TCP(β-삼인산칼슘)를 3:2의 중량비로 포함하는 골전도성 물질을 준비하는 단계;
(b) 골유도성 물질을 준비하는 단계;
(c) 상기 골전도성 물질과 골유도성 물질을 1:1의 중량비로 혼합하여 하이브리드 본칩을 제조하는 단계; 및
(D) 상기 하이브리드 본칩에 카페인산페네틸에스테르를 하이브리드 본칩을 기준으로 50 mM 내지 200 mM 의 양으로 첨가하는 단계를 포함하는 생체적합성 및 항균성이 우수한 인공뼈용 하이브리드 본칩의 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 HA는 실리콘이 치환된 것임을 특징으로 하는 것인, 생체적합성 및 항균성이 우수한 인공뼈용 하이브리드 본칩의 제조방법.
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