KR101665172B1 - 생체활성유리 나노입자를 포함하는 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생체활성유리 나노입자(BGnp)가 부가된 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드, 상기 스캐폴드의 제조방법 및 상기 스캐폴드를 포함하는 골 회복 또는 재생 촉진용 약학 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드를 사용하면, 골의 석회화를 유도하는 골 세포가 포함되지 않더라도 생체내에서 석회화를 유도할 수 있으므로, 손상된 골의 회복 또는 재생에 널리 활용될 수 있을 것이다.

Description

생체활성유리 나노입자를 포함하는 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드{Nanofibrous macroporous scaffold comprising bioactive glass nanoparticles}

본 발명은 생체활성유리 나노입자를 포함하는 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드에 관한 것으로, 보다 구체적으로 본 발명은 생체활성유리 나노입자(BGnp)가 부가된 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드, 상기 스캐폴드의 제조방법 및 상기 스캐폴드를 포함하는 골 회복 또는 재생 촉진용 약학 조성물에 관한 것이다.

골-연골 계면(interface)을 포함하는 복잡한 조직의 재생은 정형외과 및 악안면 수술에 있어서 중대한 도전이 되어왔으며, 고무적인 결과들이 보고 되었음에도 불구하고, 계면을 조작하는 것과 관련된 연구는 많이 이루어지지 않았다. 이것은 계면 구조(interfacial structure)를 구성하는 조직 구성성분 및 세포가 아주 복잡하기 때문이다. 골연골 조직은 골과 연골 사이의 영구적인 계면 구조이다. 골연골 조직은 석회화되지 않은 유리질 연골과 연골하골 사이의 석회화된 연골의 얇은 층으로서 정의된다. 물리적인 특성에서의 점진적인 전이는 계면에서 스트레스 농도를 낮출 수 있으며, 손상을 예방한다. 이러한 기계적인 고려사항면에서, 계면은 높은 농도의 칼슘 염과 수직으로 움직이는 콜라겐 소섬유를 함유하는 독특한 생화학적 조성을 갖는다.

이와 같은 골과 연골 사이의 계면 결함 영역에 도입될 수 있으며 복잡한 조직 구조를 기능적으로 조화시킬 수 있는 적절한 생체재료의 개발이 필요하다. 달리 말하면, 개별의 조직 구조를 모방하고/하거나 각각의 세포 유형의 기능을 자극하도록 고안된 생체기능적 또는 다중기능적인 구조화된 생체재료가 필요하다. 골연골 영역에서 사용하기 위한 이상성(biphasic) 스캐폴드는 골 및 연골을 동시에 재생하도록 고안되며, 다수의 그룹이 골연골 결합 회복을 위한 이상성 스캐폴드를 제안하였다. 예를 들어, Schaefer 등은 폴리글리콜릭산 망상 조직 및 폴리락틱-코글리콜릭산/폴리-에틸렌 글리콜 폼을 기반으로 한 이상성 스캐폴드를 개발하였다. 또한, 연골 상을 위하여 히알루론산 및 아텔로칼라겐을 조합하고 골성 상을 위하여 하이드록시아파타이트 및 베타-삼칼슘 포스페이트를 조합하는 이상성 스캐폴드가 골연골 결함 회복을 위하여 효과적인 것으로 증명되었다.

한편, 동물 조직으로부터 분리된 연골세포, 조골세포 및 중간엽 줄기 세포(MSC)를 고안된 생체재료와 조합하여 사용하면 골-연골 복합 조직의 재생력을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, Mahmoudifar 등은 태아 연골세포 또는 태아 조골세포 중 하나를 분리된 폴리글리콜릭산과 함께 씨딩하여 골연골 복합 구조체를 생성하였으며, Gao 등은 히알루론산에 기반한 스펀지 및 다공성 세라믹 내로 MSC-유래된 연골세포 및 MSC-유래된 조골세포를 각각 씨딩함으로써 골연골 이식물을 생성하였다.

한편, 고분자 나노섬유 중합체는 혈관, 피부, 연골, 힘줄, 인대, 골 및 신경을 포함하는 조직의 회복 및 재생에서 굉장히 매력적인 것으로 밝혀졌다. 조골세포 및 연골세포를 포함하는 일련의 세포가 또한 중합체 또는 복합체로 만들어진 나노섬유 매트릭스 상에서 성공적으로 배양되었다. 나노섬유의 흥미로운 형태학적 양상은 주로 천연적인 세포외 매트릭스(ECM)를 모방하며, 세포 부착 및 스프레딩 과정에 우호적이다. 적절한 생화학적 지시에 의하여, 세포는 나노섬유형 스캐폴드 상에서 조직 특이적 분화가 유도된다. 특히, 단순하며 용이한 방식인 전기방사가 다양한 조성 및 섬유 기하학(지름 및 정렬)을 갖는 나노섬유의 가공처리시 유리하다.

이러한 나노섬유 스캐폴드를 개발하기 위하여 다양한 연구가 수행되었는데, Ma 등은 몇몇 종류의 용매 이후 일련의 동결건조 공정을 이용하여 나노섬유의 폴리(락틱산)(PLA)를 얻을 수 있는 상 분리 방법을 사용할 수 있음을 보고하였고(Ma et al., J. Biomed. Nanotechnol., 2005, 54; Ma et al., Biomaterials, 2007, 335), 특허공개 제2012-0036218호에는 반대 상으로서 캠핀을 이용하여 나노섬유상 구조의 생체 고분자를 제조하는 방법과, 반대 상으로서 캠핀을 이용하고 일반적인 스캐폴딩 방법을 적용함으로써 나노섬유상 구조를 가지는 3D 스캐폴드를 제조하는 방법이 개시되어 있고, 특허공개 제2012-0036217호에는 합성 생체고분자에 젤라틴-아파타이트를 혼합하여 얻은 혼합물을 전기방사함으로써 젤라틴-아파타이트-생체고분자로 구성된 복합체 골 조직 재생용 나노섬유를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이들 나노섬유형 스캐폴드가 생체내에서 어떠한 효과를 나타내는지에 대한 검증을 이루어지지 않아, 상기 나노섬유형 스캐폴드의 구체적인 활용성에 대한 연구는 이루어지지 않았다.

이러한 배경하에서, 본 발명자들은 나노섬유형 스캐폴드의 구체적인 활용성을 규명하기 위하여 예의 연구노력한 결과, 상기 나노섬유형 스캐폴드에 생체활성유리 나노입자(BGnp)를 부가하여 제조된 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드는 생체내와 유사한 조건에서 표면에 아파타이트가 형성되어, 골 회복 또는 재생 촉진효과를 나타낼 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 하나의 목적은 생체활성유리 나노입자(BGnp)가 부가된 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 스캐폴드의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 스캐폴드를 포함하는 골 회복 또는 재생 촉진용 약학 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 본 발명자들은 나노섬유형 스캐폴드의 구체적인 활용성을 규명하기 위하여 다양한 연구를 수행한 결과, 캠펜과 고분자를 사용하여 제조되는 나노섬유형 스캐폴드의 내부에 목적하는 세포를 이식하여 배양하고, 상기 배양된 세포를 포함하는 스캐폴드를 생체내에 이식하면, 이식된 부위에서의 조직회복 또는 재생효과를 나타낼 수 있을 것으로 예상하였다. 이에, 상기 이식된 조직의 회복 또는 재생활성을 보다 향상시킬 수 있는 방법을 개발하기 위하여 다양한 연구를 수행하던 중, 생체활성유리 나노입자(Bioactive glass nanoparticles, BGnp)에 주목하게 되었다. 상기 BGnp는 실리콘, 칼슘, 인 등의 무기성분으로 구성된 유리나노입자임에도 불구하고 생물학적으로 활성을 나타내므로, 이러한 BGnp가 상기 나노섬유형 스캐폴드에 특정한 기능성을 부여할 수 있을 것으로 예상하고, 상기 BGnp가 부가된 나노섬유형 스캐폴드를 제작하였으며, 이의 특성을 분석한 결과, 형태적으로는 내부에 매크로기공을 형성하고, 나노섬유형 골격으로 구성된다는 점에서 종래의 나노섬유형 스캐폴드와 별다른 차이를 보이지 않았으나, PBS에 침지할 경우에는 부가된 BGnp로 인하여 가수분해 활성도가 증가하고, 동물의 체액과 유사한 인공체액(simulated body fluid, SBF)에서는 부가된 BGnp로 인하여 표면에 아파타이트가 형성되는 새로운 특성을 나타냄을 확인하였다.

특히, 상기 스캐폴드에 석회화를 유도하는 골세포가 전혀 포함되어 있지 않은 상태에서도 스캐폴드의 표면에 아파타이트를 형성하는 특성을 나타내므로, 상기 BGnp를 포함하는 매크로기공 나노섬유형 스캐폴드는 골의 회복 또는 재생에 사용될 수 있는 약학 조성물의 유효성분으로서 사용될 수 있음을 알 수 있었다.

상술한 목적을 달성하기 위한 일 실시양태로서, 본 발명은 고분자 물질과 생체활성유리 나노입자(BGnp)로 구성된 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드를 제공한다.

본 발명의 용어 "고분자 물질"은 본 발명의 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드의 골격을 형성하는 생체친화성 고분자 물질을 의미한다.

본 발명에 있어서, 상기 고분자 물질은 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드를 제조할 수 있는 한 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 폴리하이드록시부티레이트(PHB), 폴리하이드록시발레르에이트(PHV),

폴리락트산, 폴리글리콜리드, 폴리카프로락톤, 폴리프로필렌퓨머레이트, 폴리다이옥세논 또는 이들의 공중합체를 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서는 폴리락트산을 사용하였다.

본 발명의 용어 "생체활성유리 나노입자(BGnp)"란, 실리콘, 칼슘, 인 등의 무기성분으로 구성된 나노입자를 의미하는데, 상기 BGnp는 PEG 용액에 칼슘을 포함하는 화합물과 실리콘을 포함하는 화합물을 가하여 반응시킴으로써, PEG, 칼슘 및 실리콘이 응결된 응집체를 수득하고, 상기 응집체를 소결시켜서, PEG를 제거함으로써 제조할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 BGnp는 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드에 골화 특성을 부여하는 역할을 수행하는 부가물로서 사용될 수 있는데, 상기 BGnp의 조성은 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 실리콘과 칼슘을 75 내지 95:25 내지 5(몰비)의 비율로 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 80 내지 90:20 내지 10(몰비)의 비율로 포함할 수 있으며, 가장 바람직하게는 85:15(몰비)로 포함할 수 있다. 또한, 상기 BGnp는 약 90 내지 100 nm 크기(평균 89 ±15 nm)를 갖고, 내부에는 0.48 ㎤/g 의 평균부피 및 3.8 nm의 평균직경을 갖는 공극이 형성되며, 890㎡/g의 평균 비표면적(specific surface area)을 나타내는 구형입자가 될 수 있다. 상기 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드에 포함되는 BGnp의 함량은 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드를 구성하는 고분자 물질의 중량에 대하여 1 내지 40중량%가 될 수 있고, 보다 바람직하게는 10 내지 30중량%가 될 수 있으며, 가장 바람직하게는 10 내지 20중량%가 될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 칼슘을 포함하는 화합물로서 Ca(NO₃)₂·4H₂O를 사용하고, 실리콘을 포함하는 화합물로서 TEOS(tetraethyl orthosilicate)를 사용하여 BGnp를 제조하고, 상기 제조된 BGnp, 폴리락트산 및 캠펜을 이용하여 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드를 제작하였다(실시예 3-1 및 3-3). 이어, 상기 제작된 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드의 특성을 분석한 결과, 모든 스캐폴드는 내부에 매크로기공이 형성되었고, 나노섬유형 골격을 포함한다는 공통적인 특징을 나타내었고(도 5의 a 내지 i), BGnp를 포함하지 않는 PLA 스캐폴드와 BGnp를 포함하는 PLA-BGnp 스캐폴드는 각각 상이한 적외선 스펙트럼 흡광도 영역을 나타냄을 확인하였으며(도 6a), BGnp를 포함하지 않는 PLA 스캐폴드 보다는 BGnp를 포함하는 PLA-BGnp 스캐폴드가 다소 공극률이 감소하였고(도 6b), BGnp를 포함하는 PLA-BGnp 스캐폴드를 PBS에 침지할 경우, 침지시간과 BGnp의 함량이 증가할 수록 가수분해 활성이 증가하였으며(도 6c), BGnp를 포함하는 PLA-BGnp 스캐폴드를 SBF(simulated body fluid)에 침지할 경우, 침지시간과 BGnp의 함량이 증가할 수록 스캐폴드 표면에 아파타이트의 형성수준이 증가하여 중량이 증가함을 확인하였다(도 7, 8a 및 8b).

따라서, 본 발명의 BGnp를 포함하는 PLA-BGnp 스캐폴드는 석회화를 유도하는 골세포가 전혀 포함되어 있지 않은 상태에서도 스캐폴드의 표면에 아파타이트를 형성하는 특성을 나타내므로, 골의 회복 또는 재생에 사용될 수 있는 약학 조성물의 유효성분으로서 사용될 수 있음을 알 수 있었다.

상술한 목적을 달성하기 위한 다른 실시양태로서, 본 발명은 상기 BGnp가 부가된 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드를 제조하는 방법을 제공한다.

구체적으로, 본 발명의 BGnp가 부가된 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드의 제조방법은 (a) 고분자 용액, 캠펜(camphene) 용액 및 생체활성유리 나노입자(BGnp)를 혼합하여 혼합물을 수득하는 단계; (b) 상기 혼합물을 동결시켜서 동결물을 수득하는 단계; 및 (c) 상기 동결물을 동결건조시키고, 잔류하는 스캐폴드를 회수하는 단계를 포함하며, 이의 대략적인 공정은 도 1에 도시하였다.

이때, 사용된 고분자 및 상기 BGnp의 함량은 상술한 바와 동일하다.

또한, 상기 고분자 용액 및 캠펜용액의 제조시 사용되는 용매로는 상기 고분자와 캠펜을 동시에 용해시킬 수 있는 한 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 클로로포름, 1,4-다이옥산, 디클로로메텐, 아세톤, 트리플루오로에탄올, 헥사플루오로프로판올 등을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 클로로포름과 1,4-다이옥산의 혼합용매를 사용할 수 있으며, 가장 바람직하게는 클로로포름과 1,4-다이옥산을 1:4(v/v)의 비율로 포함하는 혼합용매를 사용할 수 있다.

다음으로, 상기 고분자와 캠펜의 혼합비는 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 1:1 내지 1:12(w/w)가 될 수 있고, 보다 바람직하게는 1:1 내지 1:6(w/w)이 될 수 있으며, 가장 바람직하게는 1:2 내지 1:4(w/w)이 될 수 있다.

다음으로, 상기 동결온도는 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 -10 내지 -30 ℃에서 수행할 수 있고, 보다 바람직하게는 -15 내지 -25 ℃에서 수행할 수 있으며, 가장 바람직하게는 -20 ℃에서 수행할 수 있다.

끝으로, 상기 동결건조 온도는 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 -50 내지 -70 ℃에서 수행할 수 있고, 보다 바람직하게는 -55 내지 -65 ℃에서 수행할 수 있으며, 가장 바람직하게는 -60 ℃에서 수행할 수 있다.

본 발명에서는 반대 상(counter phase)으로서 캠핀을 이용한 단순한 방법을 사용하여 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드를 제조하였다. 첨가된 캠핀은 쉽게 고화되어 고분자와 혼합된 상을 형성하고, 이의 이후 승화를 통해 기공이 생성되고 결국 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드를 형성하게 된다. 이러한 본 발명의 제조방법을 통해, 지금까지 주로 전기방사 공정을 이용하여 수행되었던, 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드를 단순하고 새로운 대량 생산 방법으로 용이하게 수행할 수 있다.

한편, 조직 공학에서 전기방사 공정을 사용할 때 주요 단점은 3D 구조를 얻는데 어려움이 있다는 것이다. 그러나, 본원에 개시된 접근법은 이러한 문제점을 극복할 수 있다. 즉, 일반적인 스캐폴딩 방법을 적용함으로써 상기 나노섬유상 구조를 3D 스캐폴드 표면 상에 구현시킬 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 실시예에서는 상기 나노섬유상 구조를 3D 다공성 스캐폴드의 표면 상에 부가할 수 있는 가능성에 대해 확인하였다. 이를 달성하기 위하여, 본 발명에서는 전형적인 스캐폴딩 공정 중 하나인 염-침출법을 사용하였다.

이때, 염-침출법은 상기 (a) 단계를 수행한 다음, 상기 PLA-캠펜 용액에 수용성 염 입자를 부가하는 단계; 및 상기 (c) 단계에서 회수된 PLA 스캐폴드에 물을 가하여 수용성 염 입자를 제거하는 단계를 추가로 포함하여 수행될 수 있는데, 이때, 사용되는 수용성 염 입자는 200 내지 500㎛의 크기를 갖는 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에서는 상기 수용성 염 입자로서 NaCl 입자를 사용하였다. 상기 사용된 수용성 입자는 그의 크기와 동일한 공극을 상기 나노섬유형 스캐폴드의 내부에 형성시킬 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 또 다른 실시양태로서, 본 발명은 상기 BGnp가 부가된 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드를 유효성분으로 포함하는, 골 회복 또는 재생 촉진용 약학 조성물을 제공한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 BGnp를 포함하는 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드는 생체내에서 석회화를 유도하는 골세포가 전혀 포함되어 있지 않은 상태에서도 스캐폴드의 표면에 아파타이트를 형성하는 특성을 나타내므로, 골의 회복 또는 재생에 사용될 수 있는 약학 조성물의 유효성분으로서 사용될 수 있음을 알 수 있었다.

본 발명의 약학 조성물은 약학적 조성물의 제조에 통상적으로 사용하는 적절한 담체, 부형제 또는 희석제를 추가로 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 약학 조성물은, 각각 통상의 방법에 따라 이식제 및 외용제의 형태로 제형화하여 사용될 수 있다. 본 발명에서, 상기 이식제 또는 외용제의 형태로 제형화될 때, 사용되는 담체, 부형제 및 희석제로는 락토즈, 덱스트로즈, 수크로스, 솔비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨, 말티톨, 전분, 아카시아 고무, 알지네이트, 젤라틴, 칼슘 포스페이트, 칼슘 실리케이트, 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 미정질 셀룰로스, 폴리비닐 피롤리돈, 물, 메틸히드록시벤조에이트, 프로필히드록시벤조에이트, 탈크, 마그네슘 스테아레이트 및 광물유를 들 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 약학 조성물에 포함된 상기 제제의 함량은 특별히 이에 제한되지 않으나, 최종 조성물 총중량을 기준으로 10 내지 90 중량%, 보다 바람직하게는 30 내지 85 중량%의 함량으로 포함할 수 있다.

상기 본 발명의 약학 조성물은 약학적으로 유효한 양으로 투여될 수 있는데, 본 발명의 용어 "약제학적으로 유효한 양"이란 의학적 치료 또는 예방에 적용 가능한 합리적인 수혜/위험 비율로 질환을 치료 또는 예방하기에 충분한 양을 의미하며, 유효 용량 수준은 질환의 중증도, 약물의 활성, 환자의 연령, 체중, 건강, 성별, 환자의 약물에 대한 민감도, 사용된 본 발명 조성물의 투여 시간, 투여 경로 및 배출 비율 치료기간, 사용된 본 발명의 조성물과 배합 또는 동시 사용되는 약물을 포함한 요소 및 기타 의학 분야에 잘 알려진 요소에 따라 결정될 수 있다. 본 발명의 약학 조성물은 개별 치료제로 투여하거나 다른 치료제와 병용하여 투여될 수 있고 종래의 치료제와는 순차적 또는 동시에 투여될 수 있다. 그리고 단일 또는 다중 투여될 수 있다. 상기 요소를 모두 고려하여 부작용 없이 최소한의 양으로 최대 효과를 얻을 수 있는 양을 투여하는 것이 중요하다.

본 발명의 약학조성물의 투여량은 사용목적, 질환의 중독도, 환자의 연령, 체중, 성별, 기왕력, 또는 유효성분으로서 사용되는 물질의 종류 등을 고려하여 당업자가 결정할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 약학 조성물을 사람을 포함하는 포유동물의 환부에 손상부위를 회복시킬 수 있는 수준으로 이식되거나 또는 투여될 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 다른 실시양태로서, 본 발명은 상기 약학 조성물을 약제학적으로 유효한 양으로 골 손상이 발생된 개체에 이식 또는 투여하는 단계를 포함하는 골 손상을 회복 또는 재생하는 방법을 제공한다.

본 발명의 용어 "개체"란, 상기 골 손상이 발생된 인간을 포함한 모든 동물을 의미한다. 본 발명의 조성물을 개체에 투여함으로써, 골 손상을 회복 또는 재생시킬 수 있다.

본 발명의 용어 "완화"란, 본 발명에 따른 조성물의 투여로 골 손상이 호전되거나 이롭게 되는 모든 행위를 말한다.

본 발명의 용어 "투여"란, 어떠한 적절한 방법으로 대상에게 본 발명의 약학 조성물을 도입하는 것을 말하며, 투여 경로는 목적 조직에 도달할 수 있는 한 이식 또는 주사방법 등의 다양한 경로를 통하여 투여될 수 있다.

본 발명의 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드를 사용하면, 골의 석회화를 유도하는 골 세포가 포함되지 않더라도 생체내에서 석회화를 유도할 수 있으므로, 손상된 골의 회복 또는 재생에 널리 활용될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 스캐폴드의 제조방법의 제조공정의 흐름을 개략적으로 나타낸 개략도이다.
도 2는 PLA 및 캠펜을 이용하여 제조된 스캐폴드의 구조적 특성을 나타내는 SEM 사진이다.
도 3은 PLA, 캠펜 및 염입자를 이용하여 제조된 스캐폴드의 구조적 특성을 나타내는 SEM 사진이다.
도 4는 PLA-BGnp 스캐폴드의 제조에 사용되는 BGnp의 형태를 분석한 결과를 나타내는 사진이다.
도 5는 PLA, 캠펜 및 BGnp를 이용하여 제조된 스캐폴드의 구조적 특성을 나타내는 SEM 사진이다.
도 6a는 PLA, 캠펜 및 BGnp를 이용하여 제조된 스캐폴드(PLA, 10BGnp, 20BGnp 및 30BGnp)의 적외선 스펙트럼 분석결과를 나타내는 그래프이다.
도 6b는 캠펜의 사용여부 및 BGnp의 함량에 따른, PLA-BGnp 스캐폴드의 공극률을 수준변화를 나타내는 그래프이다.
도 6c는 PBS의 침지시간 경과에 따른, 각 스캐폴드의 중량감소율을 비교한 결과를 나타내는 그래프로서, (■)는 PLA 스캐폴드를 나타내고, (●)는 10BGnp 스캐폴드를 나타내며, (▲)는 20BGnp 스캐폴드를 나타내고, (▼)는 30BGnp 스캐폴드를 나타낸다.
도 7은 SBF(simulated body fluid)에 침지된 스캐폴드에 형성된 아파타이트의 수준을 나타내는 SEM 사진이다.
도 8a는 SBF(simulated body fluid)의 침지시간 경과에 따른, 각 스캐폴드의 중량증가분을 비교한 결과를 나타내는 그래프로서, (■)는 PLA 스캐폴드를 나타내고, (●)는 10BGnp 스캐폴드를 나타내며, (▲)는 20BGnp 스캐폴드를 나타내고, (▼)는 30BGnp 스캐폴드를 나타낸다.
도 8b는 SBF의 침지시간의 경과에 따라 측정된 아파타이트에 포함된 칼슘과 인의 함량을 나타내는 그래프로서, (●)는 칼슘의 함량을 나타내고, (■)는 인의 함량을 나타낸다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 폴리락트산 ( PLA ) 및 캠펜을 이용한 스캐폴드의 제조 및 특성분석

실시예 1-1: PLA 및 캠펜을 이용한 스캐폴드의 제조

먼저, 클로로포름과 1,4-다이옥산을 1:4(v/v)로 혼합하여 스캐폴드 제조용 조용매를 수득하였다. 상기 조용매에 폴리락트산(poly lactic acid, PLA)을 가하여 용해시켜서, 3중량%의 농도를 갖는 PLA 용액을 수득하였다. 상기 PLA 용액에 서로 다른 함량의 캠펜(camphene)을 가하여 용해시켜서 각각의 PLA-캠펜용액을 수득하였다. 이때, 상기 각각의 PLA-캠펜용액은 PLA 중량에 대하여 각각 0, 2 또는 4의 상대중량비의 캠펜을 포함하도록 하였다.

상기 수득한 각각의 PLA-캠펜용액을 플라스틱 재질의 형상주형틀에 가하고, 이를 -20℃에서 하룻밤 동안 냉동시켜서, 고체상의 PLA-캠펜용액을 수득하였다. 상기 수득한 고체상의 PLA-캠펜용액을 동결건조시켜서, 상기 PLA-캠펜용액에 포함된 조용매와 캠펜을 승화시킨 다음, PLA로 구성된 잔사를 회수하여, 각각의 PLA 스캐폴드를 제조하였다.

실시예 1-2: PLA 및 캠펜을 이용하여 제조된 스캐폴드의 구조적 특성분석

상기 실시예 1-1에서 제조된 각각의 PLA 스캐폴드를 SEM(TESCAN, MIRA II LMH)에 적용하여, 그의 형태를 분석하였다(도 2의 a 내지 f).

도 2는 PLA 및 캠펜을 이용하여 제조된 스캐폴드의 구조적 특성을 나타내는 SEM 사진이다.

먼저, 도 2의 a는 상대중량비가 0인 캠펜을 이용하여 제조된 PLA 스캐폴드의 표면형상을 나타내는 SEM 사진이고, 도 2의 b는 도 2의 a의 5배 확대사진이다.

도 2의 a에서 보듯이, 캠펜을 사용하지 않은 경우에는 매크로기공이 스캐폴드 내에서 형성되고, 도 2의 b에서 보듯이, 스캐폴드를 구성하는 골격의 표면은 매우 조밀하고 편평함을 확인하였다.

다음으로, 도 2의 c는 상대중량비가 2인 캠펜을 이용하여 제조된 PLA 스캐폴드의 표면형상을 나타내는 SEM 사진이고, 도 2의 d는 도 2의 c의 5배 확대사진이다.

도 2의 c에서 보듯이, 상대중량비 2의 캠펜을 사용할 경우에도 매크로기공이 스캐폴드 내에서 형성되고, 도 2의 d에서 보듯이, 스캐폴드를 구성하는 골격이 부분적인 나노섬유구조를 형성함을 확인하였다.

끝으로, 도 2의 e는 상대중량비가 4인 캠펜을 이용하여 제조된 PLA 스캐폴드의 표면형상을 나타내는 SEM 사진이고, 도 2의 f는 도 2의 e의 5배 확대사진이다.

도 2의 e에서 보듯이, 상대중량비 4의 캠펜을 사용할 경우에도 매크로기공이 스캐폴드 내에서 형성되고, 도 2의 f에서 보듯이, 스캐폴드를 구성하는 골격이 대부분 나노섬유구조를 형성함을 확인하였다.

상기 도 2의 a 내지 f에서 보듯이, 상기 제조된 각각의 스캐폴드는 캠펜의 사용여부와 무관하게 그의 내부에 매크로기공(직경 20 내지 50㎛)이 형성되고, 상기 형성된 매크로기공은 서로 연결되어 있음을 확인하였다.

그러나, 캠펜의 사용량이 증가함에 따라 나노섬유구조의 비율이 증가하였다. 구체적으로, 캠펜의 사용량이 적을 때에는 스캐폴드를 구성하는 골격이 나노섬유구조를 형성하지 않았으나, 캠펜의 사용량이 증가함에 따라 상기 골격이 나노섬유구조를 형성하는 비율이 증가함을 알 수 있었다.

실시예 2: PLA , 캠펜 및 염입자를 이용한 스캐폴드의 제조 및 특성분석

실시예 2-1: PLA , 캠펜 및 염입자를 이용한 스캐폴드의 제조

상기 실시예 1-1과 동일한 방법을 사용하여, PLA 중량에 대하여 각각 0 또는 4의 상대중량비의 캠펜을 포함하도록 제조된 각각의 PLA-캠펜용액을 수득하였다. 이어, 200-500 ㎛의 크기를 갖는 NaCl 입자가 담겨진 플라스틱 재질의 형상주형틀에 상기 수득한 각각의 PLA-캠펜용액을 가하고, 이를 -20℃에서 하룻밤 동안 냉동시켜서, 고체상의 PLA-캠펜-NaCl 용액을 수득하였다. 상기 수득한 고체상의 PLA-캠펜-NaCl 용액을 동결건조시켜서, 상기 PLA-캠펜-NaCl 용액에 포함된 조용매와 캠펜을 승화시킨 다음, PLA과 NaCl로 구성된 잔사를 수득하였으며, 상기 잔사에 증류수를 가하여 상기 잔사로부터 NaCl을 제거함으로써, PLA로 구성된 잔사를 수득하였으며, 상기 잔사를 건조시킴으로써, 각각의 PLA 스캐폴드를 제조하였다.

실시예 2-2: PLA , 캠펜 및 염입자를 이용하여 제조된 스캐폴드의 구조적 특성분석

상기 실시예 2-1에서 제조된 각각의 PLA 스캐폴드를 SEM에 적용하여, 그의 형태를 분석하였다(도 3의 a 내지 f).

도 3은 PLA, 캠펜 및 염입자를 이용하여 제조된 스캐폴드의 구조적 특성을 나타내는 SEM 사진이다.

먼저, 도 3의 a는 상대중량비가 0인 캠펜과 NaCl 입자를 이용하여 제조된 PLA 스캐폴드의 표면형상을 나타내는 SEM 사진이고, 도 3의 b는 도 3의 a의 5배 확대사진이다.

도 3의 a에서 보듯이 NaCl 입자로 인하여 매크로기공이 형성되었으나, 도 3의 b에서 보듯이 캠펜을 사용하지 않아 스캐폴드를 구성하는 골격의 표면은 매우 조밀하고 편평함을 확인하였다.

다음으로, 도 3의 c는 상대중량비가 4인 캠펜과 NaCl 입자를 이용하여 제조된 PLA 스캐폴드의 표면형상을 나타내는 SEM 사진이고, 도 3의 d는 도 3의 c의 5배 확대사진이다.

도 3의 c에서 보듯이 NaCl 입자로 인하여 매크로기공이 형성되었고, 도 3의 d에서 보듯이 캠펜으로 인하여 스캐폴드를 구성하는 골격이 대부분 나노섬유구조를 형성함을 확인하였다.

끝으로, 도 3의 e는 상대중량비가 4인 캠펜만을 이용하여 제조된 PLA 스캐폴드의 표면형상을 나타내는 SEM 사진이고, 도 3의 f는 도 3의 e의 3배 확대사진이다.

도 3의 e에서 보듯이 NaCl 입자를 사용하지 않아서 상대적으로 적은 크기의 공극이 형성되었고, 도 3의 f에서 보듯이 캠펜으로 인하여 스캐폴드를 구성하는 골격이 대부분 나노섬유구조를 형성함을 확인하였다.

상기 도 3의 a 내지 f에서 보듯이, 스캐폴드의 제조시 NaCl 입자의 사용여부에 따라 매크로기공의 형성여부가 결정되고, 이처럼 NaCl 입자를 사용하더라도 나노섬유구조의 형성여부는 캠펜의 사용여부에 따라 변화됨을 확인하였다.

조직공학적 용도의 측면에서 볼 때, 스캐폴드에 형성되는 공극의 내부에 목적하는 세포가 결합되어 증식하게 되므로, 가급적 공극의 크기가 큰 것이 바람직하다. 만일, 공극의 크기가 작으면, 이에 포함된 세포의 증식수준이 제한되므로, 스캐폴드로서의 효율이 저하된다는 단점이 있다. 이러한 점에서, 스캐폴드의 제조시에 상대적으로 거대한 크기를 갖는 염입자를 사용하면. 염입자의 크기에 맞추어 공극이 형성되므로, 스캐폴드로서의 효율이 증진된 매크로기공이 형성된 스캐폴드를 제조할 수 있다는 장점이 있다

실시예 3: PLA , 캠펜 및 생체활성유리 나노입자 (BGnp)를 이용한 스캐폴드의 제조 밑 특성분석

실시예 3-1: BGnp 의 제조

5 g의 폴리에틸렌글리콜(PEG, MW: 10,000)를 메탄올에 가한다음, NH₄OH를 추가하여 pH 12.5로 적정하고, 상기 용액을 교반하여, PEG 용액을 수득하였다. 상기 수득한 PEG 용액에

0.179 g의 Ca(NO₃)₂·4H₂O를 가하여 용해시킨 다음, 초음파를 가하면서 메탄올에 희석된 0.895 g의 TEOS(tetraethyl orthosilicate)를 가하고 24시간 동안 반응시켰다. 이때, 상기 초음파는 220 W의 초음파를 10초동안 처리하고 10초동안 처리하지 않는 방식을 반복하여 20분 동안 수행하였다.

상기 반응이 종료된 후, 상기 반응물을 5,000 rpm으로 원심분리하여 흰색 침전물을 수득하고, 상기 수득한 침전물을 물과 에탄올로 세척하고 건조시킨 다음, 700℃에서 5시간 동안 소결시켜서, 생체활성유리 나노입자(Bioactive glass nanoparticles, BGnp)를 제조하였다. 상기 BGnp의 조성을 분석한 결과, SiO₂와 CaO가 85:15(몰비)로 포함되어 있음을 확인하였다.

실시예 3-2: BGnp 의 구조적 특성분석

상기 실시예 3-1에서 제조된 BGnp를 SEM과 TEM에 적용하여 그의 형태를 분석하였다(도 3의 a 및 b).

도 4는 PLA-BGnp 스캐폴드의 제조에 사용되는 BGnp의 형태를 분석한 결과를 나타내는 사진으로서, 도 4의 a는 SEM 분석결과를 나타내고, 도 4의 b는 TEM 분석결과를 나타낸다.

상기 도 4에서 보듯이, 상기 제조된 BGnp는 약 90 내지 100 nm 크기(평균 89 ±15 nm)를 갖고, 내부에는 중간크기의 공극이 형성되어 있는 구형입자의 형태를 나타내는데, 비표면적(specific surface area)이 890㎡/g이며, 공극부피는 평균 0.48 ㎤/g 이고, 및 공극의 평균크기는 3.8 nm임을 확인하였다.

따라서, 상기 BGnp는 실리카 기반 나노입자의 전형적인 형태를 나타냄을 알 수 있었다.

실시예 3-3: PLA , 캠펜 및 BGnp 를 이용한 스캐폴드의 제조

상기 실시예 1-1과 동일한 방법을 사용하여, PLA 중량에 대하여 4의 상대중량비의 캠펜을 포함하도록 제조된 PLA-캠펜용액을 수득하였다. 한편, 상기 실시예 3-1에서 제조된 BGnp를 조용매에 가하여 현탁액을 수득하고, 상기 현탁액을 상기 수득한 PLA-캠펜 용액과 혼합하여, BGnp가 각각 10중량%, 20중량% 또는 30중량%로 포함된 각각의 PLA-캠펜-BGnp 용액을 수득하였다. 상기 수득한 각각의 PLA-캠펜-BGnp 용액을 플라스틱 재질의 형상주형틀에 가하고, 이를 -20℃에서 하룻밤 동안 냉동시켜서, 고체상의 PLA-캠펜-BGnp 용액을 수득하였다. 상기 수득한 고체상의 PLA-캠펜-BGnp 용액을 동결건조시켜서, 상기 PLA-캠펜-BGnp 용액에 포함된 조용매와 캠펜을 승화시킨 다음, PLA와 BGnp로 구성된 잔사를 회수하여, 각각의 PLA-BGnp 스캐폴드(10BGnp: 10중량%의 BGnp를 포함하는 PLA-BGnp 스캐폴드, 20BGnp: 20중량%의 BGnp를 포함하는 PLA-BGnp 스캐폴드 및 30BGnp: 30중량%의 BGnp를 포함하는 PLA-BGnp 스캐폴드)를 제조하였다. 이때, 양성대조군으로는 BGnp를 포함하지 않고 제조된 PLA 스캐폴드(PLA)를 사용하였고; 비교군으로는 캠펜을 사용하지 않고 BGnp를 포함하지 않도록 제조된 스캐폴드와 캠펜을 사용하지 않고 20중량%의 BGnp를 포함하도록 제조된 스캐폴드를 사용하였다.

실시예 3-4: PLA , 캠펜 및 BGnp 를 이용하여 제조된 스캐폴드의 구조적 특성분석

상기 실시예 3-3에서 제조된 각각의 PLA 스캐폴드를 SEM에 적용하여, 그의 형태를 분석하였다(도 5의 a 내지 i).

도 5는 PLA, 캠펜 및 BGnp를 이용하여 제조된 스캐폴드의 구조적 특성을 나타내는 SEM 사진이다.

먼저, 도 5의 a는 10중량%의 BGnp를 포함하는 PLA-BGnp 스캐폴드의 표면형상을 나타내는 SEM 사진이고, 도 5의 d는 도 5의 a의 10배 확대사진이며, 도 5의 g는 도 5의 d의 5배 확대사진이다.

다음으로,도 5의 b는 20중량%의 BGnp를 포함하는 PLA-BGnp 스캐폴드의 표면형상을 나타내는 SEM 사진이고, 도 5의 e는 도 5의 b의 10배 확대사진이며, 도 5의 h는 도 5의 e의 5배 확대사진이다.

끝으로, 도 5의 c는 30중량%의 BGnp를 포함하는 PLA-BGnp 스캐폴드의 표면형상을 나타내는 SEM 사진이고, 도 5의 f는 도 5의 c의 10배 확대사진이며, 도 5의 i는 도 5의 f의 5배 확대사진이다.

상기 도 5의 a 내지 i에서 보듯이, 모든 스캐폴드는 내부에 매크로기공이 형성되었고, 나노섬유형 골격을 포함한다는 공통적인 특징을 나타내었다. 그러나, 10중량%의 BGnp를 포함하는 스캐폴드(도 5의 a,d 및 g)와 20중량%의 BGnp를 포함하는 스캐폴드(도 5의 b,e 및 h)는 스캐폴드에 포함된 BGnp가 고르게 분산되어 있는 반면, 30중량%의 BGnp를 포함하는 스캐폴드(도 5의 c,f 및 i)는 상기 BGnp가 고루게 분산되지 않아, 상기 BGnp로 구성된 약 100nm의 응집체(도 5의 i의 화살표 및 부분확대사진 부분)가 부분적으로 형성됨을 확인하였다.

따라서, PLA, 캠펜 및 BGnp를 이용하여 스캐폴드를 제조할 경우, BGnp의 함량은 20중량% 이하로 유지함이 바람직함을 알 수 있었다.

실시예 3-5: PLA , 캠펜 및 BGnp 를 이용하여 제조된 스캐폴드의 적외선 스펙트럼 분석

상기 실시예 3-3에서 제조된 각 스캐폴드(PLA, 10BGnp, 20BGnp 및 30BGnp)를 대상으로 적외선 스펙트럼의 흡광도를 측정하고 비교하였다. 이때, 적외선 스펙트럼은 2000-400/cm의 적외선 분석기(Varian 640-IR Fourier transform infra-red (FT-IR) spectrometer, Varian, Australia)를 사용하여 4/cm의 해상도로 측정하였다(도 6a).

도 6a는 PLA, 캠펜 및 BGnp를 이용하여 제조된 스캐폴드(PLA, 10BGnp, 20BGnp 및 30BGnp)의 적외선 스펙트럼 분석결과를 나타내는 그래프이다. 도 6a에서 보듯이, PLA 스캐폴드와 PLA-BGnp 스캐폴드는 각각 상이한 적외선 스펙트럼 흡광도 영역을 나타냄을 확인하였다.

실시예 3-6: PLA , 캠펜 및 BGnp 를 이용하여 제조된 스캐폴드의 공극률 분석

스캐폴드의 공극률은 수은함침 기공률 측정장비(Micromeritics, USA)를 이용한 머큐리 인트루젼 방법(mercury intrusion method)을 통해 측정하였다(도 6b).

도 6b는 캠펜의 사용여부 및 BGnp의 함량에 따른, PLA-BGnp 스캐폴드의 공극률을 수준변화를 나타내는 그래프이다.

도 6b에서 보듯이, 캠펜을 이용하지 않고 제조된 PLA-BGnp 스캐폴드는 90% 이하의 공극률을 나타낸 반면, 캠펜을 이용하여 제조된 PLA-BGnp 스캐폴드는 90% 이상의 공극률을 나타냄을 확인하였다. 또한, 상기 스캐폴드에 포함된 BGnp의 함량이 증가할 수록 PLA-BGnp 스캐폴드의 공극률이 감소되는 경향을 나타내었는데, 이는 스캐폴드에 포함된 BGnp가 공극의 일부를 차지하기 때문에 나타나는 것으로 분석되었다.

실시예 3-7: PLA , 캠펜 및 BGnp 를 이용하여 제조된 스캐폴드의 가수분해특성 분석

상기 실시예 3-3에서 제조된 각각의 PLA 스캐폴드를 PBS에 침지하여 각 스캐폴드의 가수분해특성을 비교하였다.

구체적으로, 상기 실시예 3-3에서 제조된 각각의 PLA 스캐폴드(PLA, 10BGnp, 20BGnp 및 30BGnp)를 37℃의 PBS에 28일 동안 침지하고, 0일, 7일, 14일 및 28일에 각 스캐폴드의 일부를 분취하였으며, 상기 분취된 각 시료를 증류수와 에탄올로 세척하고, 이를 건조시킨후, 각각의 중량을 측정한 다음, 측정값을 하기 식에 적용하여 이들 시료의 중량감소율을 산출하였다(도 6c).

중량감소율(Weight loss %) = [(Wi - Wp)/Wi X 100

상기 식에서, Wi는 0일에서 측정된 중량을 나타내고, Wp는 7, 14 또는 28일에 측정된 중량을 나타낸다.

도 6c는 PBS의 침지시간 경과에 따른, 각 스캐폴드의 중량감소율을 비교한 결과를 나타내는 그래프로서, (■)는 PLA 스캐폴드를 나타내고, (●)는 10BGnp 스캐폴드를 나타내며, (▲)는 20BGnp 스캐폴드를 나타내고, (▼)는 30BGnp 스캐폴드를 나타낸다.

도 6c에서 보듯이, 모든 스캐폴드는 PBS 내에서 시간이 경과함에 따라 중량이 감소되었으며, 28일 동안 전체적으로 40 내지 50%의 중량이 감소되었고, 상기 스캐폴드에 포함된 BGnp의 함량이 증가할 수록 PLA-BGnp 스캐폴드의 중량감소율이 증가하는 경향을 나타냄을 확인하였는데, 이는, BGnp의 이온방출이 스캐폴드의 분해를 촉진하기 때문에, 발생하는 것으로 분석되었다.

실시예 3-8: PLA , 캠펜 및 BGnp 를 이용하여 제조된 스캐폴드의 아파타이트 형성능 분석

상기 실시예 3-3에서 제조된 각각의 PLA 스캐폴드를 SBF(simulated body fluid)에 침지하여 각 스캐폴드의 아파타이트 형성능을 비교하였다.

구체적으로, 이온제거증류수에 NaCl, NaHCO₃, KCl, K₂HPO₄·3H₂O, MgCl₂·6H₂O, CaCl₂, 및 Na₂SO₄를 용해시키고, Tris-HCl(pH 7.4)을 가하여 사람의 체액과 유사한 이온조성과 농도를 갖는 SBF를 제조하였다. 이어, 상기 제조된 37℃의 SBF에 상기 실시예 3-3에서 제조된 각각의 PLA 스캐폴드(PLA, 10BGnp, 20BGnp 및 30BGnp)를 28일 동안 침지하고, 1일, 3일 및 7일에 각 스캐폴드의 일부를 분취하였으며, 상기 분취된 각 시료를 증류수와 에탄올로 세척하고, 이를 건조시킨후, 각 시료를 SEM에 적용하여, 그의 형태를 분석하였다(도 7의 a 내지 d).

도 7은 SBF(simulated body fluid)에 침지된 스캐폴드에 형성된 아파타이트의 수준을 나타내는 SEM 사진으로서, 도 7의 a는 10중량%의 BGnp를 포함하는 PLA-BGnp 스캐폴드를 37℃의 SBF에 1, 3 또는 7일동안 침지한 후의 표면형상을 나타내는 SEM 사진이고, 도 7의 b는 20중량%의 BGnp를 포함하는 PLA-BGnp 스캐폴드를 37℃의 SBF에 1, 3 또는 7일동안 침지한 후의 표면형상을 나타내는 SEM 사진이며, 도 7의 c는 30중량%의 BGnp를 포함하는 PLA-BGnp 스캐폴드를 37℃의 SBF에 1, 3 또는 7일동안 침지한 후의 표면형상을 나타내는 SEM 사진이고, 도 7의 d는 BGnp를 포함하지 않는 PLA 스캐폴드를 37℃의 SBF에 1, 3 또는 7일동안 침지한 후의 표면형상을 나타내는 SEM 사진이다.

상기 도 7에서 보듯이, BGnp를 포함하는 PLA-BGnp 스캐폴드에서는 표면에 아파타이트가 형성되었고, 침지시간이 증가할 수록 형성된 아파타이트의 입자크기가 증가하였으나, BGnp를 포함하지 않는 PLA 스캐폴드에서는 표면에 아파타이트가 형성되지 않음을 확인하였다.

따라서, 본 발명의 PLA-BGnp 스캐폴드를 생체내에 이식하면, 표면에 아파타이트가 형성되어 석회화가 진행될 수 있음을 알 수 있었다.

실시예 3-9: PLA , 캠펜 및 BGnp 를 이용하여 제조된 스캐폴드의 중량증가능 분석

상기 실시예 3-8에서 확인된 상기 아파타이트의 형성으로 인하여 증가된 중량증가율을 비교하였다. 구체적으로, 침지후 0일, 1일, 3일, 7일, 14일, 21일 및 28일에 각 스캐폴드의 일부를 분취하였으며, 상기 분취된 각 시료를 증류수와 에탄올로 세척하고, 이를 건조시킨후, 각각의 중량을 측정한 다음, 측정값을 이용하여 이들 시료의 중량증가분을 산출하였다(도 8a).

도 8a는 SBF(simulated body fluid)의 침지시간 경과에 따른, 각 스캐폴드의 중량증가분을 비교한 결과를 나타내는 그래프로서, (■)는 PLA 스캐폴드를 나타내고, (●)는 10BGnp 스캐폴드를 나타내며, (▲)는 20BGnp 스캐폴드를 나타내고, (▼)는 30BGnp 스캐폴드를 나타낸다.

도 8a에서 보듯이, 모든 스캐폴드는 SBF 내에서 시간이 경과함에 따라 중량이 증가되었으며, 28일 동안 전체적으로 약 0.3 내지 0.6mg의 중량이 증가되었고, 상기 스캐폴드에 포함된 BGnp의 함량이 증가할 수록 각 스캐폴드의 중량증가분이 증가하는 경향을 나타냄을 확인하였다. 또한, BGnp를 포함하지 않는 스캐폴드를 28일 동안 침지한 후에 얻어진 중량증가분은 30BGnp 스캐폴드를 7일 동안 침지한 후에 얻어진 중량증가분에 미치지 못하는 수준임을 확인하였다.

실시예 3-10: PLA , 캠펜 및 BGnp 를 이용하여 제조된 스캐폴드의 중량증가에 대한 칼슘과 인의 효과

상기 실시예 3-8에서 확인된 스캐폴드 중에서, 10Bnp 스캐폴드의 표면에 형성된 아파타이트에 포함된 칼슘과 인의 함량을 SEM에 첨부된 EDS(energy dispersive spectroscopy)를 사용하여 측정하고, 이를 비교하였다(도 8b).

도 8b는 SBF의 침지시간의 경과에 따라 측정된 아파타이트에 포함된 칼슘과 인의 함량을 나타내는 그래프로서, (●)는 칼슘의 함량을 나타내고, (■)는 인의 함량을 나타낸다.

도 8b에서 보듯이, 아파타이트의 형성수준이 증가함에 따라, 칼슘과 인의 함량이 증가하였으므로, 상기 아파타이트는 칼슘과 인으로 구성된 것이며, 이는 생체내의 골과 유사한 성분으로 구성된 것임을 알 수 있었다.

Claims (14)

1. 고분자 물질과 생체활성유리 나노입자(BGnp)로 구성되고,
   상기 BGnp는 실리콘과 칼슘을 75 내지 95 : 25 내지 5(몰비)의 비율로 포함하고, 90 내지 100 nm 크기를 갖으며, 내부에는 0.48 ㎤/g 의 평균부피 및 3.8 nm의 평균직경을 갖는 공극이 형성되고, 890㎡/g의 평균 비표면적(specific surface area)을 나타내는 구형입자인 것인, 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 고분자 물질은 폴리하이드록시부티레이트(PHB), 폴리하이드록시발레르에이트(PHV), 폴리락트산, 폴리글리콜리드, 폴리카프로락톤, 폴리프로필렌퓨머레이트, 폴리다이옥세논, 이들의 공중합체 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 물질인 것인 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 BGnp의 함량은 고분자 물질의 중량에 대하여 10 내지 30중량%인 것인 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드.
   
5. (a) 고분자 용액, 캠펜(camphene) 용액 및 생체활성유리 나노입자(BGnp)를 혼합하여 혼합물을 수득하는 단계;
   (b) 상기 혼합물을 동결시켜서 동결물을 수득하는 단계; 및
   (c) 상기 동결물을 동결건조시키고, 잔류하는 스캐폴드를 회수하는 단계를 포함하는, 제1항에 따른 생체활성유리 나노입자(BGnp)가 부가된 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드의 제조방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 고분자는 폴리하이드록시부티레이트(PHB), 폴리하이드록시발레르에이트(PHV), 폴리락트산, 폴리글리콜리드, 폴리카프로락톤, 폴리프로필렌퓨머레이트, 폴리다이옥세논, 이들의 공중합체 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 물질인 것인 방법.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 고분자 용액 및 캠펜 용액의 제조시 사용되는 용매는 클로로포름, 1,4-다이옥산, 디클로로메텐, 아세톤, 트리플루오로에탄올, 헥사플루오로프로판올 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 용매인 것인 방법.
   
8. 제5항에 있어서,
   상기 고분자와 캠펜의 혼합비는 1:1 내지 1:12(w/w)인 것인 방법.
   
9. 제5항에 있어서,
   상기 동결온도는 -10 내지 -30 ℃에서 수행하는 것인 방법.
   
10. 제5항에 있어서,
    상기 동결건조는 -50 내지 -70 ℃에서 수행하는 것인 방법.
    
11. 제5항에 있어서,
    (a) 단계를 수행한 다음, 상기 (a) 단계에서 수득된 혼합물에 수용성 염 입자를 부가하는 단계; 및 상기 (c) 단계에서 회수된 스캐폴드에 물을 가하여 수용성 염 입자를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 수용성 염 입자는 200 내지 500㎛의 크기를 갖는 것인 방법.
    
13. 제11항에 있어서,
    상기 수용성 염 입자는 NaCl 입자인 것인 방법.
    
14. 제5항 내지 제13항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되어, 생체활성유리 나노입자(Bioactive glass nanoparticles, BGnp)를 포함하는 매크로기공을 지닌 나노섬유형 스캐폴드를 유효성분으로 포함하는, 골 회복 또는 재생 촉진용 약학 조성물.
    

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