KR101685295B1 - Multiple-drug loaded scaffold and use thereof - Google Patents

Multiple-drug loaded scaffold and use thereof Download PDF

Info

Publication number
KR101685295B1
KR101685295B1 KR1020150094805A KR20150094805A KR101685295B1 KR 101685295 B1 KR101685295 B1 KR 101685295B1 KR 1020150094805 A KR1020150094805 A KR 1020150094805A KR 20150094805 A KR20150094805 A KR 20150094805A KR 101685295 B1 KR101685295 B1 KR 101685295B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
drug
scaffold
core
fgf
shell
Prior art date
Application number
KR1020150094805A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김해원
강민실
Original Assignee
단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 filed Critical 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단
Priority to KR1020150094805A priority Critical patent/KR101685295B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101685295B1 publication Critical patent/KR101685295B1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/54Biologically active materials, e.g. therapeutic substances
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K38/00Medicinal preparations containing peptides
    • A61K38/16Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • A61K38/17Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
    • A61K38/18Growth factors; Growth regulators
    • A61K38/1825Fibroblast growth factor [FGF]
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/40Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
    • A61L27/42Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having an inorganic matrix
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/02Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Gastroenterology & Hepatology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)

Abstract

본 발명은 약물을 함유하는 생중합체 코어를 포함하는, 코어-쉘 (Core-Shell) 섬유 구조를 가지는 스캐폴드, 이의 제조 방법, 및 FGF2 및 FGF18을 탑재한 상기 스캐폴드를 포함하는 골 재생용 약학 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 코어-쉘 (Core-Shell) 섬유 구조를 가지는 스캐폴드는 2 이상의 약물을 함유할 수 있으며, 상기 두 약물의 방출 속도가 달라 다양한 목적으로 활용될 수 있다. 특히, FGF2 및 FGF18을 탑재하는 경우 FGF2가 세포 증식을 향상시키고 FGF18이 골 분화를 유도하여 골 재생용 약학 조성물로 우수한 효과가 있다.
The present invention relates to a scaffold having a core-shell fiber structure comprising a drug-containing biopolymer core, a process for its preparation, and a pharmacological agent for bone regeneration comprising the scaffold carrying FGF2 and FGF18 ≪ / RTI >
The scaffold having the core-shell fiber structure of the present invention may contain two or more drugs, and the release rates of the two drugs may be varied and utilized for various purposes. In particular, when FGF2 and FGF18 are loaded, FGF2 improves cell proliferation and FGF18 induces bone differentiation, and thus has excellent effect as a pharmaceutical composition for bone regeneration.

Description

다중 약물 탑재 스캐폴드 및 이의 용도{Multiple-drug loaded scaffold and use thereof}Multiple drug loaded scaffolds and uses thereof < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 다중 약물을 함유하는 생중합체 코어를 포함하는, 코어-쉘 (Core-Shell) 섬유 구조를 가지는 스캐폴드, 이의 제조 방법, 및 상기 스캐폴드를 포함하는 골 재생용 약학 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a scaffold having a core-shell fiber structure comprising a biopolymer core containing multiple drugs, a process for producing the same, and a pharmaceutical composition for bone regeneration comprising the scaffold.

골 손상에 대한 치료 목적으로 개발된 골 재생용 스캐폴드는 생체 내로 이식된 세포가 자신의 위치를 찾아가고 생체 내에서 받아들여질 수 있는 물리적, 생화학적 환경을 제공함으로써 줄기세포/전구세포의 기능을 유도하는데 직접적인 역할을 한다 (Ko IK etc., Exp Mol Med, 2013;45:e57). Bone regeneration scaffolds developed for therapeutic purposes for bone injuries can be used to regulate the function of stem cells / progenitor cells in vivo by providing the physical and biochemical environment in which the transplanted cells can locate themselves and be accepted in vivo (Exp I Mol et al., Exp Mol Med, 2013; 45: e57).

세포 이식용도 이외에도, 외래 생활성 물질을 스캐폴드와 함께 전달하는 것 또한 효과적인 치료 방법이 될 수 있는데, 즉 약물, 단백질 또는 유전자와 같은 치료 효과를 가지는 분자를 탑재하고 전달할 수 있는 치료용 스캐폴드는 골과 같은 조직을 재생하기 위한 플랫폼으로 이용될 수 있으며, 탑재된 분자로 인해 스캐폴드를 단독으로 이식하는 경우에 비하여 더욱 향상된 효과를 기대할 수 있다. 상기 치료 물질을 스캐폴드에 효과적으로 탑재시킬 수 있는 다양한 기술들이 개발되었는데, 예를 들어 표면 고정, 친화성 유발 테더링, 스캐폴드 내에 직접 혼합 그리고 나노/마이크로캡슐화 등이 보고되었다. In addition to cell transplantation, delivery of exogenous bioactive materials with the scaffold can also be an effective treatment method, i.e., a therapeutic scaffold for loading and delivering molecules with therapeutic effects such as drugs, proteins or genes Can be used as a platform for regenerating tissues such as bone, and because of the mounted molecules, a further enhanced effect can be expected as compared with the case where a scaffold alone is implanted. Various techniques have been developed to effectively incorporate the therapeutic material into the scaffold, such as surface fixation, affinity-induced tethering, direct mixing in a scaffold, and nano / microencapsulation.

전기방사 섬유 (electrospun fiber)는 피부, 근육, 신경, 연골 및 골과 같은 조직을 치료하고 재생하기 위한 스캐폴드 플랫폼으로서 우수한 효과를 가진다 (Cirillo V etc., Biomaterials, 2014; 35:8970-82). 수백에서 수 마이크로미터까지 조절할 수 있는 섬유 형태는 천연 조직의 세포 외 기질을 상당히 유사하게 모방하여 제조할 수 있고, 따라서 이식하고자하는 세포의 부착 및 성장에 효과적일 수 있다. 또한, 전기방사 기술은 섬유를 다양한 형태, 구조 및 조성으로 만들 수 있다. 특히, 약물 전달 목적으로, 코어-쉘 (core-shell) 구조를 가지는 섬유는 코어 내부에 상당히 많은 양의 치료 분자를 생물학적 활성을 유지시키면서 캡슐화 할 수 있으며, 캡슐화된 약물을 방출시키는 것은 쉘 조성 및 두께를 변형하여 조절할 수 있다. 그러나 2 이상의 약물을 순차적으로 전달하여 방출할 수 있는 전기방사 섬유에 대하여는 현재까지 보고된 바 없다.Electrospun fibers have an excellent effect as a scaffold platform for treating and regenerating tissues such as skin, muscles, nerves, cartilage and bone (Cirillo V et al., Biomaterials, 2014; 35: 8970-82) . Fibrous forms that can be controlled from hundreds to micrometers can be produced by mimicking the extracellular matrix of natural tissue in a fairly similar manner and thus may be effective in the attachment and growth of cells to be transplanted. Electrospinning techniques can also make fibers of various shapes, structures, and compositions. In particular, for drug delivery purposes, a fiber having a core-shell structure can encapsulate a considerably large amount of therapeutic molecule within the core while maintaining biological activity, and releasing the encapsulated drug can result in shell composition and / It can be adjusted by modifying the thickness. However, no electrospun fibers capable of sequentially delivering and releasing two or more drugs have been reported to date.

본 발명에서는, 골 재생을 위한 약물 전달용 스캐폴드를 개발하기 위해 예의 노력한 결과, 약물을 함유하는 생중합체 코어를 포함하는, 코어-쉘 섬유 구조를 가지는 스캐폴드를 개발하였다. 나아가, 본 발명자들은 상기 스캐폴드를 이용하여 순차적으로 두 종류의 치료 분자를 전달하는 방법을 개발하였다. 즉, 한 분자는 상대적으로 빠르게 방출되고, 다른 분자는 상대적으로 지속적으로 방출될 수 있으며, 이러한 순차적인 치료 분자의 전달 방식은 여러 분자들의 시간에 따른 활성을 필요로 하는 조직 치료 및 재생 목적으로 사용될 수 있다.In the present invention, as a result of intensive efforts to develop a drug delivery scaffold for bone regeneration, a scaffold having a core-shell fiber structure including a biopolymer core containing a drug has been developed. Furthermore, the present inventors have developed a method for sequentially delivering two types of therapeutic molecules using the scaffold. That is, one molecule can be released relatively fast and the other molecule can be released relatively continuously. Such sequential therapeutic molecule delivery method can be used for tissue treatment and regeneration, which requires the activity of several molecules over time .

본 발명의 하나의 목적은 제1약물을 탑재한 생활성유리 나노입자 및 제2약물을 함유하는, 생중합체 코어를 포함하는, 코어-쉘 (Core-Shell) 섬유 구조를 가지는 스캐폴드를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a scaffold having a core-shell fiber structure comprising a biopolymer core containing a vitriol nanoparticle bearing a first drug and a second drug .

본 발명의 다른 하나의 목적은 상기 스캐폴드를 포함하는, 골 재생용 약학 조성물을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a pharmaceutical composition for bone regeneration comprising the scaffold.

본 발명의 또 다른 하나의 목적은 (a) 산화칼슘 전구체 및 실리카 전구체를 혼합하여 생활성유리 나노입자를 제조하는 단계; (b) 상기 생활성유리 나노입자와 제1약물을 혼합하여 제1약물을 탑재한 생활성유리 나노입자를 제조하는 단계; (c) 주사기-유사 장치 외부 주입부에 쉘 (Shell) 성분을 주입하고, 내부 주입부에 상기 제1약물을 탑재한 생활성유리 나노입자 및 제2약물을 함유하는, 생중합체 코어 (Core) 성분을 주입하여 코어-쉘 (Core-Shell) 섬유를 제조하는 단계; 및 (d) 상기 제조된 섬유를 회수하고 건조시키는 단계를 포함하는, 스캐폴드의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for preparing vitreous silica nanoparticles, which comprises: (a) preparing a vitreous silica nanoparticle by mixing a calcium oxide precursor and a silica precursor; (b) mixing the vitrified glass nanoparticles and the first drug to prepare vitrified vitreous nanoparticles loaded with the first drug; (c) a biocompatible core component containing a living drug-containing nanoparticle and a second drug, wherein a shell component is injected into a syringe-like device external injection section and the first drug is loaded in an internal injection section, To produce core-shell fibers; And (d) recovering and drying the fiber produced.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하나의 양태로서 제1약물을 탑재한 생활성유리 나노입자 및 제2약물을 함유하는, 생중합체 코어를 포함하는, 코어-쉘 (Core-Shell) 섬유 구조를 가지는 스캐폴드를 제공한다.In accordance with one aspect of the present invention, there is provided a core-shell fiber structure comprising a biopolymer core containing a vitriol nanoparticle loaded with a first drug and a second drug, Lt; / RTI >

상기 스캐폴드는 코어-쉘 (Core-Shell) 섬유 구조를 가지며, 상기 코어에 (i) 제1약물을 탑재한 생활성유리 나노입자, 및 (ii) 제2약물을 함유하는 구조를 가진다. 즉, 상기 스캐폴드는 제1약물을 코어에 위치한 생활성유리 나노입자에 탑재하고, 제2약물을 코어에 직접 탑재함으로써 상기 제1약물 및 제2약물의 방출 속도를 달리하여 전달할 수 있다. 또한 상기 스캐폴드는 생활성유리 나노입자 및 생중합체 코어를 포함하므로 생적합성이 우수하여 표적 질환 치료 용도로 사용될 수 있으며, 상기 표적 질환은 사용되는 약물에 따라 제한 없이 적용 가능하다. 이하, 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.The scaffold has a core-shell fiber structure, and the core has a structure containing (i) a vitriol-containing nanoparticle carrying a first drug, and (ii) a second drug. That is, the scaffold can transfer the first drug and the second drug at different release rates by mounting the first drug on the vitreous silica nanoparticles positioned in the core and mounting the second drug directly on the core. Also, since the scaffold includes vitrified nanoparticles and a biopolymer core, the scaffold is excellent in biocompatibility and can be used for a target disease treatment, and the target disease can be applied without limitation according to a drug to be used. Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail.

본 발명에서 용어 “생활성유리”는 생물 활성의 특징을 보이는 임의의 유리로서, 원래는 점착성이 아니나 체액 또는 트리스히드록시메틸아미노메탄 완충액과 같은 적절한 환경에 노출되었을 때 경성 및 연성 조직 모두에 점착성 결합을 형성하는 능력이 있는 무정형 고체 물질이다. 상기 생활성유리는 Hench에 의해 발견되었으며, Bioglass?로 명명되었고, 이는 1980년 중반부터 Perioglas? 및 Novabone? 상품명으로 분말 구조의 재생 골로서 임상적으로 사용되었다. 생활성유리는 체액과 접촉시 표면에서 HCA(hydroxycarbonated apatite) 층이 형성되기 때문에 골에 결합된다. HCA는 조성이 골 미네랄과 유사하며, 골과 강한 결합을 형성한다. 생활성유리는 인체 내에서 안전하게 용해되고, 유전자 수준에서 골 세포를 자극하는 역할을 하는 임계적 농도의 실리콘 및 칼슘 이온을 방출하며, 심지어 매우 적은 활성 세포가 존재할 때 새로운 골 재생을 일으킨다.The term " vitreous silica " in the present invention refers to any glass which is characteristic of biological activity, and which is not tacky in nature, but which is tacky to both hard and soft tissues when exposed to an appropriate environment such as body fluids or trishydroxymethylaminomethane buffer Lt; RTI ID = 0.0 > solid < / RTI > The vitreous glass was discovered by Hench, Bioglass ? , Which has been used by Perioglas ? And Novabone ? It was used clinically as a regenerated bone with powder structure. Living vitreous is bound to bone because HCA (hydroxycarbonated apatite) layer is formed on the surface when contacted with body fluids. HCA is similar in composition to bone mineral and forms strong bonds with bone. Lifelong glaucoma dissolves safely in the human body, emits critical concentrations of silicon and calcium ions that play a role in stimulating osteocytes at the genetic level, and causes new bone regeneration even when very few active cells are present.

생활성유리는 용해로 유래된 것 및 졸-겔로 유래된 것의 두 가지 종류가 있다. 본 발명에서는, 특히 실리카를 기초로 한 졸-겔로 유래된 생활성유리를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.There are two kinds of vitreous glass, one derived from dissolution and the other derived from sol-gel. In the present invention, vitreous silica derived from a sol-gel, particularly based on silica, may be used, but is not limited thereto.

일반적으로 생활성유리는 SiO2 및 CaO를 주성분으로 하고, Na2O, P2O5 또는 이의 조합을 추가로 포함할 수 있다. 특히, 상기 생활성유리 나노입자는 Ca : Si의 몰 비율이 1 : 4 내지 1 : 9 인 것일 수 있으며, 나노입자의 지름이 100 내지 140 nm인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In general, the vitreous silica is mainly composed of SiO 2 and CaO, and may further include Na 2 O, P 2 O 5, or a combination thereof. Particularly, the vitreous silica nanoparticles may have a Ca: Si molar ratio of 1: 4 to 1: 9, and the nanoparticles may have a diameter of 100 to 140 nm, but the present invention is not limited thereto.

생활성유리 나노입자에는 제1약물을 탑재하며, 상기 약물이 탑재된 생활성유리 나노입자는 본 발명의 스캐폴드의 코어에 포함될 수 있어, 생활성유리의 본래 성질인 재생 물질로서의 역할과 함께 약물 전달체로 작용할 수 있다.The vitreous nanoparticles are loaded with the first drug, and the vitreous silica nanoparticles loaded with the drug can be incorporated into the core of the scaffold of the present invention. The vitreous nanoparticle acts as a drug substance .

본 발명에서 생활성유리 나노입자는 메조다공성 생활성유리 나노입자(mesoporous bioactive glass nanosphere, MBN)와 같은 의미로 혼용하여 사용되었다. 상기 다공성은 상기 나노입자가 다 수의 기공을 가지고 있는 것을 의미하며, 특히 메조다공성은 상기 나노입자가 가지는 기공이 직경 2 nm 이상 50 nm 미만의 것을 의미하는 것이다. 즉, 본 발명에서 생활성유리 나노입자는 구체적으로는 메조다공성을 가지는 것일 수 있으나, 생활성유리 나노입자가 약물 전달체로 작용할 수 있는 한 상기 기공의 수 또는 크기에 특별히 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the vitreous silica nanoparticles are used in the same meaning as mesoporous bioactive glass nanospheres (MBN). The porosity means that the nanoparticles have a number of pores. Particularly, mesoporosity means that the pores of the nanoparticles have a diameter of 2 nm or more and less than 50 nm. That is, in the present invention, the vitreous silica nanoparticles may have mesoporosity, but the number and size of the pores are not particularly limited as long as the vitreous silica nanoparticles can act as a drug delivery system.

본 발명에서 용어 “스캐폴드 (scaffold)”는 생체 내에서 손상된 장기나 조직의 일부를 대체하며 이들의 기능을 보완 또는 대신하는 물질을 의미하며, 본 발명에서는 이에 더하여 2 이상의 약물을 수용하고 원하는 부위로 전달할 수 있는 물질일 수 있고, 특히 상기 스캐폴드는 그 기능과 역할을 충분히 수행할 때까지 생체 내에서 유지된 후 완전히 분해되어 없어질 수 있는 생분해성 고분자 소재일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The term " scaffold " in the present invention refers to a substance that replaces or partially replaces damaged organs or tissues in vivo, and in the present invention, The scaffold may be a biodegradable polymer material that is maintained in vivo until fully functioning and can be completely decomposed and removed, but is not limited thereto .

본 발명에서 용어 “코어 (Core)”는 여러가지 종류의 조성을 가진 스캐폴드에서 주로 중심부에 위치하는 구조를 의미하고, 용어 “쉘 (Shell)”은 코어로 구분되는 입자의 표면부에서 코어의 표면 전부 또는 일부를 감싸는 구조를 의미한다. 즉, 본 발명의 스캐폴드는 섬유 구조를 가지면서, 상기 섬유가 코어와 쉘의 구조로 구별될 수 있는 구조적 특징을 갖는다. The term " core " in the present invention means a structure mainly located at a central portion in a scaffold having various kinds of compositions, and the term " Shell " means a structure in which, Or a structure that surrounds a portion. That is, the scaffold of the present invention has a fiber structure, and has a structural characteristic that the fiber can be distinguished into a structure of a core and a shell.

상기 구조를 통해 코어는 (i) 제1약물을 탑재한 생활성유리 나노입자, 및 (ii) 제2약물을 함께 함유할 수 있으며, 특히 생중합체 성분으로 제조되어 생체 내에서 생적합성을 가지므로 안전하게 이용될 수 있다. 상기 쉘은 이러한 코어를 감싸 코어 내부의 다량의 치료 분자를 생물학적 활성을 유지시키면서 캡슐화할 수 있게 하며, 쉘의 조성 및 두께를 변형하여 약물 방출 패턴을 조절할 수 있다.Through this structure, the core can contain (i) vitrified nanoparticles loaded with the first drug, and (ii) the second drug, and is biocompatible in vivo, Can be used. The shell encapsulates the core to encapsulate a large amount of therapeutic molecules in the core while maintaining the biological activity, and can adjust the drug release pattern by modifying the composition and thickness of the shell.

상기 코어-쉘 (Core-Shell) 섬유 구조는 이에 제한되는 것은 아니나, 내부에 중공 구조(hollow structure)를 가지는 것일 수 있다.The core-shell fiber structure may include, but is not limited to, a hollow structure.

본 발명에서 사용된 용어 “중공 구조 (hollow structure)”는 내부가 비어 있는 형태로서, 통상적인 중공형, 내부에 코어를 형성하는 래틀형의 중공형, 또는 다공형의 중공형을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.As used herein, the term " hollow structure " is intended to mean an empty hollow body, which may include a conventional hollow body, a raster-like hollow body forming a core therein, or a porous body, , But is not limited thereto.

상기 생중합체 코어 (Core)는 수용액에 용해될 수 있는 생체고분자 계통으로 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide, PEO), 폴리에틸렌글리콜 (polyethylene glycol, PEG), 콜라젠, 젤라틴, 키토산, 히알루론산, 덱스트란 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 구체적으로는 폴리에틸렌옥사이드일 수 있고, 더욱 구체적으로는 분자량이 50,000 내지 70,000인 폴리에틸렌옥사이드일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The core of the biopolymer may be a biopolymer system that can be dissolved in an aqueous solution, such as polyethylene oxide (PEO), polyethylene glycol (PEG), collagen, gelatin, chitosan, hyaluronic acid, dextran, And specifically may be polyethylene oxide. More specifically, it may be polyethylene oxide having a molecular weight of 50,000 to 70,000, but is not limited thereto.

상기 생중합체 코어는 제1약물을 탑재한 생활성유리 나노입자 및/또는 제2약물을 추가로 포함할 수 있고, 1 이상의 약물을 추가로 더 포함할 수 있다.The biopolymer core may further comprise vitrified nanoparticles and / or a second drug loaded with the first drug, and may further comprise at least one drug.

상기 섬유 스캐폴드의 쉘 (shell)은 유기용매에 용해될 수 있는 생체고분자 계통으로 폴리카프로락톤 (polycaprolactone, PCL), 폴리락티드산 (polylactic acid, PLA), 폴리글리콜리드산 (polyglycolic acid, PGA), 폴리디옥사논 (polydioxanone, PDO), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 구체적으로는 폴리카프로락톤일 수 있고, 더욱 구체적으로는 분자량이 70,000 내지 90,000인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The shell of the fiber scaffold is a biopolymer system that can be dissolved in an organic solvent and includes polycaprolactone (PCL), polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA) ), Polydioxanone (PDO), or a combination thereof. Specifically, it may be polycaprolactone, and more specifically, it may have a molecular weight of 70,000 to 90,000, but is not limited thereto no.

상기 생활성유리 나노입자는 생중합체 코어 대비 1 내지 10 중량%로 포함된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The vitrified glass nanoparticles may be contained in an amount of 1 to 10 wt% based on the biopolymer core, but are not limited thereto.

본 발명에서 용어 “약물”은, 질환 또는 기능이상을 치료하거나 달리 개체의 건강에 영향을 끼치기 위해 피험자에게 투여되는 소분자, 화학 물질, 핵산, 핵산 유도체, 펩타이드, 펩타이드 유도체, 천연 발생 단백질, 비-천연 발생 단백질, 당단백질 및 스테로이드를 지칭할 수 있다. 약물의 비제한적 예는 폴리펩타이드, 예를 들어, 효소, 호르몬, 사이토킨, 항체 또는 항체 단편, 항체 유도체, 대사 기능에 영향을 끼치는 약물, 유기 화합물, 예를 들어, 진통제, 해열제, 소염제, 항생제, 항바이러스 화합물, 항진균 화합물, 심혈관 약물, 신장 기능에 영향을 끼치는 약물, 전해질 대사물, 중추 신경계에 작용하는 약물, 화학요법 화합물, 수용체 작용제 및 수용체 길항제를 포함한다. 또한 상기 약물은, 예를 들어, 세포외 분자, 예를 들어, 혈청 알부민, 면역글로불린, 아포지단백질 또는 트랜스페린과 같은 혈장 단백질 또는 적혈구 또는 림프구의 표면에서 발견되는 단백질을 포함하고 이로 제한되지 않는 혈청 인자들을 포함한다. 따라서, 예시적인 약물은 소분자, 화학물질, 핵산, 핵산 유도체, 펩타이드, 펩타이드 유도체, 천연 발생 단백질, 비-천연 발생 단백질, 펩타이드-핵산 (PNA), 스테이플식 펩타이드, 포스포로디아미데이트 모폴리노, 안티센스 약물, RNA-기반 사일런싱 약물, 압타머, 당단백질, 효소, 호르몬, 사이토킨, 인터페론, 성장 인자, 혈액 응고 인자, 항체, 항체 단편, 항체 유도체, 독소-접합된 항체, 대사 효능제, 진통제, 해열제, 소염제, 항생제, 항미생물제, 항바이러스제, 항진균제, 근골격 약물, 심혈관 약물, 신장 약물, 폐 약물, 소화 질환 약물, 혈액 약물, 비뇨기 약물, 대사 약물, 간 약물, 신경 약물, 항당뇨 약물, 항암 약물, 위 병태 치료 약물, 결장 병태 치료 약물, 피부 병태 치료 약물 및 림프 병태 치료 약물을 포함한다. The term " drug " in the present invention refers to a small molecule, chemical substance, nucleic acid, nucleic acid derivative, peptide, peptide derivative, naturally occurring protein, non-naturally occurring substance, Naturally occurring proteins, glycoproteins and steroids. Non-limiting examples of drugs include but are not limited to polypeptides such as enzymes, hormones, cytokines, antibodies or antibody fragments, antibody derivatives, drugs affecting metabolic function, organic compounds such as analgesics, antipyretics, anti- An antiviral compound, an antifungal compound, a cardiovascular drug, a drug affecting renal function, an electrolyte metabolite, a drug acting on the central nervous system, a chemotherapeutic compound, a receptor agonist and a receptor antagonist. The drug may also be a serum factor, including, but not limited to, extracellular molecules such as plasma proteins such as serum albumin, immunoglobulins, apogee proteins or transferrin, or proteins found on the surface of red blood cells or lymphocytes . Thus, exemplary drugs include but are not limited to small molecules, chemicals, nucleic acids, nucleic acid derivatives, peptides, peptide derivatives, naturally occurring proteins, non-naturally occurring proteins, peptide-nucleic acid (PNA), staple peptide, Antisense drugs, RNA-based silencing agents, platamers, glycoproteins, enzymes, hormones, cytokines, interferons, growth factors, blood coagulation factors, antibodies, antibody fragments, antibody derivatives, toxin- Antineoplastic agents, antimicrobial agents, antiviral agents, antifungal agents, musculoskeletal drugs, cardiovascular drugs, kidney drugs, pulmonary drugs, digestive diseases drugs, blood drugs, urinary drugs, metabolism drugs, liver drugs, nerve drugs, antidiabetic drugs , Anticancer drugs, gastric condition treatment drugs, colonic condition treatment drugs, skin condition treatment drugs and lymphatic condition treatment drugs.

본 발명에서 “제1약물” 및/또는 “제2약물”은 상기 약물들 중 본 발명의 스캐폴드에 탑재될 수 있는 것이라면 어느 것이라도 적용 가능하며, 단일 약물 뿐만 아니라 약물의 조합도 적용될 수 있다. 적용되는 제1약물 또는 제2약물에 따라 본 발명의 스캐폴드는 다양한 질환의 치료 용도 또는 조직 재생 용도로 제한 없이 이용될 수 있으며, 이러한 약물의 선택 및 조합은 당업자가 적절히 선택할 수 있는 것이다.In the present invention, " first drug " and / or " second drug " are applicable to any of the above-mentioned drugs that can be loaded on the scaffold of the present invention. . Depending on the first drug or second drug to be applied, the scaffold of the present invention may be used without limitation in therapeutic or regenerative uses for a variety of diseases, and the selection and combination of such drugs may be appropriately selected by those skilled in the art.

나아가, 본 발명의 스캐폴드는 상기 제1약물 및 상기 제2약물이 스캐폴드로부터 순차적으로 방출되는 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명에서 용어 “순차적으로 방출”은 하나의 약물이 완전히 방출되고 뒤 이어 다른 약물이 방출되는 것을 포함하며, 또한 하나의 약물은 초기에 주로 방출되고 다른 약물은 이보다는 천천히 지속적으로 방출되는 것일 수 있다. 특히, 생중합체 코어에 직접 탑재된 제2약물이 초기에 비교적 빠른 속도로 방출되고 생활성유리 나노입자에 탑재되어 함유된 제1약물이 상기 제2약물에 비해 비교적 느린 속도로 방출되는 것일 수 있다. 따라서 본 발명의 스캐폴드는 약물전달 목적으로도 우수한 효과를 보이나, 이에 더하여 2 이상의 약물을 순차적으로 전달하는데 사용될 수 있으므로, 기존의 약물 전달 시스템보다 발전된 형태의 약물 전달 시스템을 제공할 수 있으며, 이에 따라 질환 치료 또는 조직 재생 용도로 다양한 방식으로 적용이 가능하다.Furthermore, the scaffold of the present invention may be characterized in that the first drug and the second drug are sequentially released from the scaffold. The term " sequential release " in the present invention encompasses the complete release of one drug followed by the release of another drug, and one drug is primarily released early and the other drug slowly and continuously released have. In particular, the second drug directly loaded on the biopolymer core may be initially released at a comparatively high rate and the first drug loaded on the vitreous silica nanoparticles may be released at a relatively slow rate compared to the second drug. Therefore, the scaffold of the present invention exhibits an excellent effect for the purpose of drug delivery. In addition, the scaffold of the present invention can be used for sequentially delivering two or more drugs, so that it is possible to provide a drug delivery system more advanced than the existing drug delivery system. It can be applied in various ways for disease treatment or tissue regeneration.

또한, 이에 제한되는 것은 아니나, 구체적으로 수용액에 용해될 수 있는 수용성 약물이나 성장인자 등의 단백질일 수 있고, 더욱 구체적인 예로는 상기 제1약물은 FGF-18 (fibroblast growth factor 18)이고, 상기 제2약물은 FGF-2 (fibroblast growth factor 2)일 수 있다. The first drug may be FGF-18 (fibroblast growth factor 18), and the first drug may be FGF-18 (fibroblast growth factor 18). In addition, the first drug may be a water soluble drug or a growth factor capable of dissolving in an aqueous solution, 2 drug may be FGF-2 (fibroblast growth factor 2).

본 발명에서 FGF-18 및 FGF-2는 대응하는 단백질의 적어도 하나의 생물학적 활성을 보유하는 단백질을 의미하며, FGF-18 및 FGF-2는 성숙 형태로 천연이거나, 그의 절단 (truncated) 형태일 수 있고 동일한 효과를 보이는 한 그 형태에 제한되지 않는다. 특히, FGF-2에 의해 골아세포의 증식이 향상될 수 있고, FGF-18에 의해 골 세포 분화가 촉진될 수 있다.In the present invention, FGF-18 and FGF-2 refer to a protein having at least one biological activity of the corresponding protein, and FGF-18 and FGF-2 may be natural in a mature form, or in a truncated form thereof And is not limited to that form as long as it exhibits the same effect. In particular, the proliferation of osteoblasts can be enhanced by FGF-2, and osteoclast differentiation can be promoted by FGF-18.

본 발명의 구체적인 일실시예에서는, FGF-2를 초기에 전달하고, FGF-18을 이보다 늦게 전달할 수 있는 골 재생을 위한 효과적인 약물 전달 시스템을 확립하고자 하였다. FGF-2는 조직 재생에 중요한 역할을 하는 섬유아세포 및 혈관내피세포의 증식을 촉진하는 것으로 알려져 있다. 반면에 FGF-18은 BMP2 (bone morphogenetic protein 2)를 상향조절함으로써 골 생성을 촉진하는 것으로 알려져 있다. 따라서, FGF-2 및 FGF-18을 순차적으로 전달/방출하는 것이 골 치료 및 재생에 있어서 효과적일 수 있다. 즉, FGF-2가 초기에 방출되어 골 재생에 필요한 세포들의 증식을 촉진시키고, FGF-18에 의해 증식된 세포들의 분화를 촉진하여 골 재생 효과를 기대할 수 있다.In one specific embodiment of the present invention, an effective drug delivery system for bone regeneration capable of initially delivering FGF-2 and delivering FGF-18 later than this was established. FGF-2 is known to promote proliferation of fibroblasts and vascular endothelial cells, which play an important role in tissue regeneration. On the other hand, FGF-18 is known to promote bone formation by upregulating bone morphogenetic protein 2 (BMP2). Therefore, sequential delivery / release of FGF-2 and FGF-18 may be effective in bone therapy and regeneration. That is, FGF-2 is released early to promote the proliferation of cells necessary for bone regeneration, and to promote the differentiation of cells proliferated by FGF-18, thereby achieving a bone regeneration effect.

구체적으로 상기 약물들의 순차적 전달을 위하여, 먼저 FGF-18을 메조다공성 생활성유리 나노입자 (mesoporous bioactive glass nanosphere, MBN)에 탑재시키고, 그 다음 FGF-2가 직접 탑재된 코어 내에 상기 FGF-18이 탑재된 MBN을 혼합시켰다. 상기 MBN은 화학 약물, 단백질 및 유전자와 같은 치료 분자들을 탑재시키고 전달하는데 우수한 효과를 가진다. 나아가, MBN은 나노입자가 높은 표면 생활성을 가져 미네랄화가 우수하기 때문에, 골 또는 치아와 같이 단단한 조직을 재생하는데 매우 효과적인 나노물질 플랫폼이 될 수 있다. 또한, 상기 나노입자에서 Ca 및 Si 이온을 방출할 수 있어서 전구세포 및 줄기세포의 골 분화를 촉진시킬 수 있다. Specifically, for sequential delivery of the drugs, FGF-18 was first loaded on mesoporous bioactive glass nanospheres (MBN), and then the FGF-18 was loaded into the core directly loaded with FGF-2 Gt; MBN < / RTI > The MBN has an excellent effect in loading and transferring therapeutic molecules such as chemicals, proteins and genes. Furthermore, MBN can be a highly effective nanomaterials platform for regenerating hard tissue, such as bone or teeth, because nanoparticles have high surface bioactivity and excellent mineralization. In addition, Ca and Si ions can be released from the nanoparticles, thereby promoting bone differentiation of progenitor cells and stem cells.

도 1은 본 발명의 하나의 모식도로서, FGF-18이 탑재된 MBN이 FGF-2가 탑재된 코어-쉘 전기방사 섬유 내에 혼합된 신규한 골 재생용 스캐폴드를 나타낸다. FGF-2는 초기에 방출되어 세포 분열 및 혈관 신생을 촉진하고, FGF-18은 느리고 지속적으로 방출되어 골 생성을 유도한다. 본 발명에서는, 골 재생용 스캐폴드를 제조하고 이들의 형태, 기계적 특성, 생체 외 분해 및 골 생활성과 같은 물리-화학적 특성을 조사하였다. 상기 성장 인자의 방출 패턴은 수 개월의 장기간 동안 모델 단백질을 이용하여 관찰하였다. 섬유 스캐폴드로부터 FGF-2/FGF-18 전달의 치료 효율은 래트 중간엽줄기세포의 성장 (도 22) 및 골 분화 (도 23 내지 도 25)와 같은 생체 외 반응과 래트 두개관 결함에서 생체 내 골 형성 (도 26 내지 도 29)을 통해 확인한 결과, FGF-2 및 FGF-18을 탑재한 본 발명의 스캐폴드가 골 재생에 우수한 효과가 있음을 알 수 있었다.Fig. 1 is a schematic view of one embodiment of the present invention. Fig. 1 shows a novel scaffold for bone regeneration in which MBN on which FGF-18 is mounted is mixed in core-shell electrospun fiber loaded with FGF-2. FGF-2 is released early to promote cell division and angiogenesis, and FGF-18 is released slowly and continuously to induce bone formation. In the present invention, scaffolds for bone regeneration were prepared and their physico-chemical properties such as morphology, mechanical properties, in vitro degradation and bone viability were examined. The pattern of release of the growth factor was observed using a model protein for a prolonged period of several months. The therapeutic efficacy of FGF-2 / FGF-18 transfer from fibrous scaffolds was evaluated in vivo by in vitro reactions such as growth of rat mesenchymal stem cells (Figure 22) and bone differentiation (Figures 23-25) Through the bone formation (FIG. 26 to FIG. 29), it was found that the scaffold of the present invention loaded with FGF-2 and FGF-18 had an excellent effect on bone regeneration.

나아가 본 발명의 스캐폴드의 생중합체 코어는 제1약물 및 제2약물 이외의 1 이상의 약물을 추가로 함유할 수 있으며, 이는 약물을 탑재하고자 하는 목적에 따라 당업자에 의해 적절하게 선택, 변형될 수 있는 것으로, 본 발명의 스캐폴드는 탑재되는 약물의 종류 및 조합에 따라 매우 다양한 목적으로 활용될 수 있다.Further, the biopolymer core of the scaffold of the present invention may further contain one or more drugs other than the first drug and the second drug, which may be appropriately selected and modified by those skilled in the art depending on the purpose of loading the drug The scaffold of the present invention can be utilized for a wide variety of purposes depending on the type and combination of drugs to be loaded.

본 발명은 또 하나의 양태로서, (a) 산화칼슘 전구체 및 실리카 전구체를 혼합하여 생활성유리 나노입자를 제조하는 단계; (b) 상기 생활성유리 나노입자와 제1약물을 혼합하여 제1약물을 탑재한 생활성유리 나노입자를 제조하는 단계; (c) 주사기-유사 장치 외부 주입부에 쉘 (Shell) 성분을 주입하고, 내부 주입부에 상기 제1약물을 탑재한 생활성유리 나노입자 및 제2약물을 함유하는, 생중합체 코어 (Core) 성분을 주입하여 코어-쉘 (Core-Shell) 섬유를 제조하는 단계; 및 (d) 상기 제조된 섬유를 회수하고 건조시키는 단계를 포함하는, 스캐폴드의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for producing vitreous glass nanoparticles, comprising: (a) mixing a calcium oxide precursor and a silica precursor to produce vitrified glass nanoparticles; (b) mixing the vitrified glass nanoparticles and the first drug to prepare vitrified vitreous nanoparticles loaded with the first drug; (c) a biocompatible core component containing a living drug-containing nanoparticle and a second drug, wherein a shell component is injected into a syringe-like device external injection section and the first drug is loaded in an internal injection section, To produce core-shell fibers; And (d) recovering and drying the prepared fibers.

약물, 생활성유리 나노입자, 및 코어-쉘 (Core-Shell) 섬유 구조를 가지는 스캐폴드에 대하여는 상기 설명한 바와 같다. 이하, 스캐폴드 제조방법의 각 단계를 상세히 설명한다.Drug, life glass nanoparticles, and a scaffold having a core-shell fiber structure are as described above. Hereinafter, each step of the scaffold manufacturing method will be described in detail.

단계 (a)는 제1약물을 탑재할 수 있는 생활성유리 나노입자를 제조하는 단계로, 상기 산화칼슘 전구체는 테트라하이드레이트 칼슘 나이트레이트 (Ca(NO3)24H2O), 칼슘 클로라이드 (CaCl2), 칼슘 설페이트 (CaSO4), 칼슘 메톡시에톡사이드 (calcium methoxyethoxide), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 상기 실리카 전구체는 테트라에틸 오쏘실리케이트 (tetraethyl orthosilicate), TEOS (tetraethyl orthosilicate), TMOS (trimethoxy orthosilicate), GPTMS ((3-glycidoxypropyl)methyl diethoxysilane), MPS (3-mercaptopropyl trimethoxysilane), GOTMS (γ-glycidyloxypropyl trimethoxysilane), APTMOS (aminophenyl trimethoxysilane), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Wherein the calcium oxide precursor is selected from the group consisting of tetrahydrate calcium nitrate (Ca (NO 3 ) 2 4H 2 O), calcium chloride (CaCl 2 ), calcium sulfate (CaSO 4) ethoxide (calcium methoxyethoxide), or may comprise a combination thereof, wherein the silica precursor is tetraethyl ortho silicate (tetraethyl orthosilicate), TEOS (tetraethyl orthosilicate), calcium methoxy, TMOS trimethoxy orthosilicate, GPTMS (3-glycidoxypropyl) methyl diethoxysilane, 3-mercaptopropyl trimethoxysilane, GOTMS, aminophenyl trimethoxysilane, or combinations thereof. It is not.

본 발명의 생활성유리 나노입자는 구체적으로는 1) PEG 또는 CTAB를 용해시켜 템플레이트 용액을 제조하고, pH를 9 내지 13으로 조절하는 단계; 2) 상기 템플레이트 용액에 산화칼슘 전구체를 첨가하여 산화칼슘-템플레이트 혼합용액을 제조하는 단계; 및 3) 상기 산화칼슘-템플레이트 혼합용액에 실리카 전구체 용액을 첨가하면서 초음파 처리하고 교반하여 반응 생성물을 제조하는 단계; 4) 상기 반응 생성물을 원심분리한 후 세척하고 건조 및 소성하여 생활성유리 나노입자를 제조하는 단계를 포함하는 제조 방법으로 제조된 것일 수 있으나, 이는 본 발명의 실시를 위한 예시적인 것으로 이에 제한되는 것은 아니다.Specifically, the lifesaving glass nanoparticles of the present invention include: 1) dissolving PEG or CTAB to prepare a template solution and adjusting the pH to 9 to 13; 2) preparing a calcium oxide-template mixed solution by adding a calcium oxide precursor to the template solution; And 3) adding a silica precursor solution to the calcium oxide-template mixed solution and sonicating and stirring to prepare a reaction product; 4) a step of centrifuging the reaction product, followed by washing, followed by drying and firing, to prepare the vitreous silica nanoparticles. However, the present invention is not limited thereto. no.

상기 단계 1은, 메조기공을 갖는 나노입자를 제조하기 위하여 자기조립화 고분자 템플레이트 용액을 제조하고, pH를 9 내지 13으로 조절하여 염기성 분위기를 형성하는 단계이다. 본 발명의 자기조립화 고분자 템플레이트는 PEG 또는 CTAB일 수 있으며, 상기 템플레이트 용액은 무수 메탄올 용액에 상기 고분자 템플레이트를 용해시켜 제조할 수 있다. 또한, 상기 pH는 NH4OH, NaOH, KOH 또는 Tris로 조절하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In step 1, a self-assembled polymer template solution is prepared to prepare nanoparticles having mesopores, and the pH is adjusted to 9 to 13 to form a basic atmosphere. The self-assembled polymer template of the present invention may be PEG or CTAB, and the template solution may be prepared by dissolving the polymer template in an anhydrous methanol solution. Also, the pH may be adjusted with NH4OH, NaOH, KOH or Tris, but is not limited thereto.

상기 단계 2는, 템플레이트 물질에 산화칼슘을 형성시키기 위하여, 상기 템플레이트 용액에 산화칼슘 전구체를 첨가하고 교반하여 산화칼슘-템플레이트 혼합용액을 제조하는 단계이다. 상기 산화칼슘 전구체는 질산칼슘, 염화칼슘, 아세트산칼슘 또는 칼슘 메톡시에톡사이드일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. Step 2 is a step of adding a calcium oxide precursor to the template solution and stirring to form calcium oxide-template mixed solution to form calcium oxide in the template material. The calcium oxide precursor may be calcium nitrate, calcium chloride, calcium acetate, or calcium methoxyethoxide, but is not limited thereto.

상기 단계 3은, 템플레이트 물질에 목적하는 무기물을 형성시키기 위하여, 상기 산화칼슘-템플레이트 혼합용액에 실리카 전구체 용액을 첨가하면서 초음파 처리하고 교반하여 반응 생성물을 제조하는 단계이다. 상기 실리카 전구체 용액은 실리카 전구체를 무수 메탄올, 에탄올, 프로판올 또는 이소프로파놀의 알코올 용액에 용해시킨 것일 수 있고, 상기 실리카 전구체는 구체적으로 TEOS (tetraethyl orthosilicate), TMOS (trimethoxy orthosilicate), GPTMS ((3-glycidoxypropyl)methyl diethoxysilane), MPS (3-mercaptopropyl trimethoxysilane), GOTMS (γ-glycidyloxypropyl trimethoxysilane) 또는 APTMOS (aminophenyl trimethoxysilane)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 초음파 처리는 출력 전력 200 W 내지 240 W, 10 s on/ 10 s off 사이클로 15 분 내지 25 분 동안 수행하는 것일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.In the step 3, a silica precursor solution is added to the calcium oxide-template mixed solution to form a desired inorganic material in the template material, and the mixture is ultrasonicated and stirred to prepare a reaction product. The silica precursor solution may be prepared by dissolving a silica precursor in an alcohol solution of anhydrous methanol, ethanol, propanol, or isopropanol. The silica precursor may be tetraethyl orthosilicate (TEOS), trimethoxy orthosilicate (TMOS) glycidoxypropyl methyl diethoxysilane, 3-mercaptopropyl trimethoxysilane, GOTMS or aminophenyl trimethoxysilane (APTMOS). Also, the ultrasonic treatment may be performed for 15 minutes to 25 minutes at an output power of 200 W to 240 W, 10 s on / 10 s off cycle, but is not limited thereto.

상기 단계 4는, 반응 생성물에서 템플레이트를 제거하여 생활성유리 나노입자를 수득하기 위하여, 상기 반응 생성물을 4500 rpm 내지 5500 rpm으로 원심분리한 후 세척하고 건조 및 소성하는 단계이다. 상기 세척 후에 탈이온수로 수 회 그리고 무수 에탄올로 수 회 재분산시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 건조는 65 ℃ 내지 75 ℃ 온도범위에서 10시간 내지 14시간 동안 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 소성은 대기 하에서 550 ℃ 내지 650 ℃ 온도범위로 5 시간 내지 7 시간 동안 수행하는 것일 수 있다.Step 4 is a step of centrifuging the reaction product at 4500 rpm to 5500 rpm, washing, drying and calcining the reaction product to remove the template from the reaction product to obtain lifesaving glass nanoparticles. And then redispersing it several times with deionized water and several times with anhydrous ethanol after the washing. The drying may be performed at a temperature ranging from 65 ° C to 75 ° C for 10 hours to 14 hours, but is not limited thereto. Further, the firing may be carried out at 550 to 650 占 폚 for 5 to 7 hours under the atmosphere.

본 발명의 구체적인 일실시예에서는 공용매로 물, 에탄올 및 2-에톡시에탄올, 계면활성제로 CTAB (hexadecyltrimethylammonium bromide)를 이용하고, 칼슘 나이트레이트 및 테트라에틸 오쏘실리케이트를 사용하여 생활성유리 나노입자를 제조하였다. 상기 생활성유리 나노입자는 단분산 크기 (monodispersed size)의 구형 나노입자로 메조다공성을 가지고 있는 것을 확인하였다 (도 2).In one specific embodiment of the present invention, water, ethanol and 2-ethoxyethanol are used as co-solvents, hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) is used as a surfactant, calcium nitrate and tetraethylorthosilicate are used to manufacture vitrified glass nanoparticles Respectively. The lifesaving glass nanoparticles were monodispersed spherical nanoparticles having mesoporosity (FIG. 2).

단계 (b)는 상기 단계 (a)에서 제조된 생활성유리 나노입자와 제1약물을 혼합하는 단계로, 이에 제한되는 것은 아니나, PBS와 같은 적절한 용매에 제1약물을 용해시키고 용해된 용액에 생활성유리 나노입자를 분산시킨 뒤 25 내지 45 ℃, 구체적으로는 30 내지 40 ℃에서 1 내지 15 시간, 구체적으로는 3 내지 9시간 인큐베이션하는 것일 수 있다. 상기 과정을 통해 제1약물이 생활성유리 나노입자에 탑재될 수 있다.The step (b) is a step of mixing the vitrified nanoparticles prepared in step (a) and the first drug, but it is not limited thereto. It is possible to dissolve the first drug in a suitable solvent such as PBS, Followed by incubation at 25 to 45 ° C, specifically at 30 to 40 ° C for 1 to 15 hours, more specifically, 3 to 9 hours after dispersing the spherical glass nanoparticles. Through the above process, the first drug can be loaded on the vitreous glass nanoparticles.

본 발명의 구체적인 일실시예에서는 상기 제1약물로서 사이토크롬 C (cyt C)를 모델 단백질로 사용하여 농도별 (0 내지 0.3 mg/ml)로 생활성유리 나노입자에 탑재하였다. 그 결과 cyt C 농도가 증가됨에 따라 탑재량이 증가하였고, 최대 탑재량은 0.4 mg cyt C 농도에서 약 0.13 mg으로, cyt C에 대한 생활성유리 나노입자의 탑재 수용량은 약 13 %로 확인되었고 (도 16), 탑재 후 TEM 사진으로 생활성유리 나노입자의 메조기공에 cyt C가 탑재된 것을 확인하였다 (도 17). 또한 약물이 탑재된 생활성유리 나노입자에서 메조기공의 부피가 상당히 감소하였으며 (도 18), FTIR을 통해 탑재된 cyt C의 밴드를 확인하였다 (도 19).In one specific embodiment of the present invention, cytochrome c (C) as the first drug was used as a model protein and mounted on the vitreous silica nanoparticles at a concentration (0 to 0.3 mg / ml). As a result, the loading amount was increased with increasing cyt C concentration, the maximum loading amount was about 0.13 mg at a concentration of 0.4 mg cytoc, and the loading capacity of the vitrified nanoparticle to cyt C was about 13% (Fig. 16) , And it was confirmed that cyt C was mounted on the mesopores of the vitreous silica nanoparticles by TEM photograph after mounting (Fig. 17). In addition, the volume of mesopores in the drug-loaded vitreous nanoparticles was significantly reduced (Fig. 18), and the band of cyt C loaded via FTIR was confirmed (Fig. 19).

상기 실시예는 모델 단백질로서 사이토크롬 C를 사용한 것으로 본 발명의 생활성유리 나노입자에 약물이 탑재될 수 있는지 여부를 확인하기 위한 하나의 예시에 불구하므로, 탑재되는 단백질의 농도, 수용량 등의 특성은 단백질의 종류에 따라 달라질 수 있으며 상기 실시예에 제한되는 것은 아니다.The above example uses cytochrome C as a model protein, and it is not an example for confirming whether a drug can be loaded on the vitreous silica nanoparticle of the present invention. Therefore, the characteristics such as the concentration of the loaded protein, But the present invention is not limited to the above-described embodiments.

단계 (c)는 코어-쉘 (Core-Shell) 섬유 구조를 가지는 스캐폴드를 제조하는 단계로, 상기 코어-쉘 (Core-Shell) 섬유를 제조하는 단계는 동축 전기방사 (coaxial electrospinning)를 수행하여 제조되는 것일 수 있으나, 코어-쉘 구조를 가지는 섬유를 제조할 수 있는 방법이라면 어떠한 것이라도 무방하다.The step (c) is a step of producing a scaffold having a core-shell fiber structure, and the step of producing the core-shell fiber is a coaxial electrospinning However, any method can be used as long as it is capable of producing a fiber having a core-shell structure.

본 발명에서 용어 “주사기-유사 장치”는 주사기와 같이 바늘 및 실린더를 포함하며, 특히 두 가지 성분을 독립적으로 주입할 수 있는 외부 주입부 및 내부 주입부로 구성될 수 있다. 외부 주입부에는 스캐폴드의 쉘 (Shell) 성분이, 내부 주입부에는 스캐폴드의 코어 (Core) 성분이 주입될 수 있다. 상기 코어 성분은 제1약물이 탑재된 생활성유리 나노입자, 및 제2약물을 포함할 수 있고, 구체적으로 상기 제1약물은 FGF18이고 제2약물은 FGF2일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The term " syringe-like device " in the present invention includes a needle and a cylinder, such as a syringe, and in particular, an external injection unit and an internal injection unit capable of independently injecting two components. A shell component of the scaffold may be injected into the external injection portion and a core component of the scaffold may be injected into the internal injection portion. The core component may comprise a vitriol-bearing nanoparticle loaded with a first drug, and a second drug. Specifically, the first drug may be FGF18 and the second drug may be FGF2.

동축 전기방사를 수행하여 코어-쉘 (Core-Shell) 섬유를 제조하는 경우, 쉘 및 코어 부분에 대한 피드 속도 (feed rate)는 각각 3.0 내지 5.0 ㎖/h 및 0.3 내지 0.7 ㎖/h일 수 있다.When performing coaxial electrospinning to produce core-shell fibers, the feed rates for the shell and core portions may be 3.0 to 5.0 ml / h and 0.3 to 0.7 ml / h, respectively .

마지막으로, 단계 (d)는 상기 제조된 섬유를 콜렉터에서 회수하고, 진공상태에서 건조시키는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Finally, step (d) may be, but is not limited to, recovering the fabricated fibers in a collector and drying in a vacuum.

본 발명의 구체적인 일실시예에서는 쉘 성분으로 폴리카프로락톤을 사용하고, 코어 성분으로 폴리에틸렌옥사이드를 이용하였으며, 상기 코어에는 FGF-18을 탑재한 생활성유리 나노입자, 및 FGF-2를 함유하도록 스캐폴드를 제조하였다. 상기 스캐폴드의 물리적 특성 (도 3 내지 도 10)을 확인하고, 특히 생활성유리의 함량이 높을 수록 생체 내에서 분해가 잘 되는 것을 확인하였으며 (도 11), 생체 외 및 생체 내에서 골 재생에 대한 우수한 효과를 보이는 것을 확인하였다 (도 22 내지 도 29).In one specific embodiment of the present invention, polycaprolactone is used as a shell component, polyethylene oxide is used as a core component, life-like glass nanoparticles having FGF-18 loaded on the core, and scaffolds . (Fig. 3 to Fig. 10), and it was confirmed that the higher the content of vitreous silica, the better the degradation in vivo (Fig. 11) (Fig. 22 to Fig. 29).

본 발명은 또 하나의 양태로서, 제1약물을 탑재한 생활성유리 나노입자 및 제2약물을 함유하는, 생중합체 코어를 포함하는, 코어-쉘 (Core-Shell) 섬유구조를 가지는 스캐폴드를 포함하는 골 재생용 약학 조성물을 제공한다. 특히, 상기 제1약물은 FGF18이고 제2약물은 FGF2일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In another aspect, the present invention includes a scaffold having a Core-Shell fiber structure, including a biopolymer core containing a vitriol nanoparticle bearing a first drug and a second drug And a pharmaceutical composition for bone regeneration. In particular, the first drug may be FGF18 and the second drug may be FGF2, but is not limited thereto.

약물, 생활성유리 나노입자, 및 코어-쉘 (Core-Shell) 섬유 구조를 가지는 스캐폴드에 대하여는 상기 설명한 바와 같다.Drug, life glass nanoparticles, and a scaffold having a core-shell fiber structure are as described above.

본 발명에서 용어, “골 재생”은 손상된 골 조직을 골 세포가 증식하거나 또는 골아세포가 골 세포로 분화하는 등의 과정을 거쳐 골 손상을 치료, 완화, 개선시키는 모든 현상을 의미할 수 있으며, 본 발명에서는 특히 제1약물과 제2약물이 순차적으로 방출되어 이러한 효과가 나타나는 것일 수 있다. 이에 제한되지는 않으나, 특히 상기 골 재생은 FGF-2를 통해 골 세포가 증식이 향상되는 것 및/또는 FGF-18을 통해 골 분화가 촉진되는 것에 의한 것일 수 있다.In the present invention, the term " bone regeneration " may mean any phenomenon that treats, alleviates, or alleviates bone damage through proliferation of damaged bone tissue or differentiation of osteoblast into osteocyte, In the present invention, in particular, the first drug and the second drug may be sequentially released to exhibit such an effect. In particular, the bone regeneration may be due to the enhancement of osteoblast proliferation through FGF-2 and / or the promotion of bone differentiation through FGF-18.

본 발명의 약학 조성물은 단일제제로도 사용할 수 있고, 공인된 골 재생 효과를 가진다고 알려진 약물을 추가로 포함하여 복합제제로 제조하여 사용할 수 있으며, 약제학적으로 허용되는 담체 또는 부형제를 이용하여 제제화함으로써 단위 용량 형태로 제조되거나 다용량 용기 내에 내입시켜 제조될 수 있다.The pharmaceutical composition of the present invention can be used as a single preparation and can be used as a combined preparation containing a drug known to have a recognized bone regeneration effect and can be formulated by using a pharmaceutically acceptable carrier or excipient, ≪ / RTI > or by intrusion into a multi-dose container.

본 발명에서 사용되는 용어, "약제학적으로 허용 가능한 담체"란 생물체를 자극하지 않으면서, 주입되는 화합물의 생물학적 활성 및 특성을 저해하지 않는 담체 또는 희석제를 의미할 수 있다. 본 발명에 사용 가능한 상기 담체의 종류는 특별히 제한되지 아니하며 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용되고 약학적으로 허용되는 담체라면 어느 것이든 사용할 수 있다. 상기 담체의 비제한적인 예로는, 식염수, 멸균수, 링거액, 완충 식염수, 알부민 주사 용액, 덱스트로즈 용액, 말토 덱스트린 용액, 글리세롤, 에탄올 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용되거나 2 종 이상을 혼합하여 사용될 수 있다. 상기 담체는 비자연적 담체 (non-naturally occuring carrier)를 포함할 수 있다. 또한, 필요한 경우 항산화제, 완충액 및/또는 정균제 등 다른 통상의 첨가제를 첨가하여 사용할 수 있으며, 희석제, 분산제, 계면활성제, 결합제, 윤활제 등을 부가적으로 첨가하여 수용액, 현탁액, 유탁액 등과 같은 주사용 제형, 환약, 캡슐, 과립 또는 정제 등으로 제제화하여 사용할 수 있다.As used herein, the term "pharmaceutically acceptable carrier" may refer to a carrier or diluent that does not interfere with the biological activity and properties of the compound being injected, without stimulating the organism. The type of the carrier that can be used in the present invention is not particularly limited, and any carrier conventionally used in the art and pharmaceutically acceptable may be used. Non-limiting examples of the carrier include saline, sterilized water, Ringer's solution, buffered saline, albumin injection solution, dextrose solution, maltodextrin solution, glycerol, ethanol and the like. These may be used alone or in combination of two or more. The carrier may comprise a non-naturally occuring carrier. In addition, if necessary, other conventional additives such as an antioxidant, a buffer and / or a bacteriostatic agent can be added and used. A diluent, a dispersant, a surfactant, a binder, a lubricant, Pills, capsules, granules or tablets, and the like.

또한, 본 발명의 약학 조성물은 약제학적으로 유효한 양의 약물을 포함할 수 있으며, 특히 상기 약물은 FGF2, FGF18 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서 용어, "약제학적으로 유효한 양"은 의학적 치료에 적용 가능한 합리적인 수혜/위험 비율로 질환을 치료하기에 충분한 양을 의미하며, 일반적으로 0.001 내지 1000mg/kg의 양, 구체적으로는 0.05 내지 200mg/kg, 보다 구체적으로는 0.1 내지 100mg/kg의 양을 일일 1회 내지 수회로 나누어 투여할 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 목적상, 특정 환자에 대한 구체적인 치료적 유효량은 달성하고자 하는 반응의 종류와 정도, 경우에 따라 다른 제제가 사용되는지의 여부를 비롯한 구체적 조성물, 환자의 연령, 체중, 일반 건강 상태, 성별 및 식이, 투여 시간, 투여 경로 및 조성물의 분비율, 치료기간, 구체적 조성물과 함께 사용되거나 동시 사용되는 약물을 비롯한 다양한 인자와 의약 분야에 잘 알려진 유사 인자에 따라 다르게 적용할 수 있다.In addition, the pharmaceutical composition of the present invention may contain a pharmaceutically effective amount of a drug, and in particular, the drug may be FGF2, FGF18 or a combination thereof, but is not limited thereto. The term "pharmaceutically effective amount" as used herein means an amount sufficient to treat a disease at a reasonable benefit / risk ratio applicable to medical treatment and is generally in the range of 0.001 to 1000 mg / kg, 200 mg / kg, more specifically 0.1 to 100 mg / kg, may be administered once a day to several times a day. For purposes of the present invention, however, the specific therapeutically effective amount for a particular patient will depend upon the nature and extent of the reaction to be achieved, the particular composition, including whether or not other agents are used, the age, Including but not limited to weight, general health status, sex and diet, time of administration, route of administration and fraction of the composition, duration of treatment, drugs used or co-used with the specific composition, and other factors well known in the medical arts can do.

본 발명의 약학 조성물은 개별 치료제로 투여하거나 다른 치료제와 병용하여 투여될 수 있고 종래의 치료제와는 순차적 또는 동시에 투여할 수 있다. 그리고 단일 또는 다중 투여될 수 있다. 상기 요소를 모두 고려하여 부작용을 유발하지 않으면서 최소한의 양으로 최대 효과를 얻을 수 있는 양을 투여하는 것이 중요하며, 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다.The pharmaceutical composition of the present invention may be administered as an individual therapeutic agent or in combination with other therapeutic agents, and may be administered sequentially or simultaneously with conventional therapeutic agents. And can be administered singly or multiply. It is important to take into account all of the above factors and to administer an amount that can achieve the maximum effect in a minimal amount without causing side effects, and can be readily determined by those skilled in the art.

본 발명에서 사용된 용어, "투여"는 어떠한 적절한 방법으로 환자에게 본 발명의 약학 조성물을 도입하는 것을 의미하며, 본 발명의 조성물의 투여 경로는 목적 조직에 도달할 수 있는 한 경구 또는 비경구의 다양한 경로를 통하여 투여될 수 있다.The term "administering" as used herein means introducing the pharmaceutical composition of the present invention to a patient by any suitable method, and the route of administration of the composition of the present invention is not limited to a variety of oral or parenteral routes Lt; / RTI >

본 발명에 따른 약학 조성물의 투여 방식은 특별히 제한되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 방식에 따를 수 있다. 상기 투여 방식의 비제한적인 예로, 조성물을 경구 투여 또는 비경구 투여 방식으로 투여할 수 있다. 본 발명에 따른 약학 조성물은 목적하는 투여 방식에 따라 다양한 제형으로 제작될 수 있다.The mode of administration of the pharmaceutical composition according to the present invention is not particularly limited and may be conventionally used in the art. As a non-limiting example of such a mode of administration, the compositions may be administered orally or parenterally. The pharmaceutical composition according to the present invention can be manufactured into various formulations according to the intended administration mode.

본 발명의 조성물의 투여빈도는 특별히 이에 제한되지 않으나, 1일 1회 투여하거나 또는 용량을 분할하여 수회 투여할 수 있다.The frequency of administration of the composition of the present invention is not particularly limited, but it may be administered once a day or divided into several doses.

본 발명의 코어-쉘 (Core-Shell) 섬유 구조를 가지는 스캐폴드는 2 이상의 약물을 함유할 수 있으며, 상기 두 약물의 방출 속도가 달라 다양한 목적으로 활용될 수 있다. 특히, FGF2 및 FGF18을 탑재하는 경우 FGF2가 세포 증식을 향상시키고 FGF18이 골 분화를 유도하여 골 재생용 약학 조성물로 우수한 효과가 있다.The scaffold having the core-shell fiber structure of the present invention may contain two or more drugs, and the release rates of the two drugs may be varied and utilized for various purposes. In particular, when FGF2 and FGF18 are loaded, FGF2 improves cell proliferation and FGF18 induces bone differentiation, and thus has excellent effect as a pharmaceutical composition for bone regeneration.

도 1은 FGF-18 (fibroblast growth factor-18)이 탑재된 MBN (mesoporous bioactive glass nanosphere)을 FGF-2 (fibroblast gorwth factor-2)가 탑재된 코어-쉘 섬유 스캐폴드에 혼합한 신규 치료용 골 스캐폴드의 구조를 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2는 고도의 메조다공성 구조를 가지는 MBN의 저배율 및 고배율 사진이다.
도 3은 다양한 농도 (0, 1, 3 및 5 %)의 MBN을 함유하는 코어-쉘 섬유 스캐폴드의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 4는 중공 내부 구조를 보여주는 SEM 크로스-섹션 사진이다.
도 5는 조성과 관련된 화학 결합을 보여주는 코어-쉘 섬유 스캐폴드의 FTIR 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 MBN 농도에 따른 잔존 섬유량을 나타낸 그래프이다.
도 7은 다양한 농도의 MBN을 함유하는 코어-쉘 섬유 스캐폴드의 통상적인 응력 변형 곡선을 나타낸 것이다.
도 8은 다양한 농도의 MBN을 함유하는 코어-쉘 섬유 스캐폴드의 장력을 나타낸 것이다.
도 9는 다양한 농도의 MBN을 함유하는 코어-쉘 섬유 스캐폴드의 탄성률을 나타낸 것이다.
도 10은 다양한 농도의 MBN을 함유하는 코어-쉘 섬유 스캐폴드의 신장률을 나타낸 것이다.
도 11은 MBN이 0 % 또는 5 % 함유된 코어-쉘 섬유 스캐폴드의 PBS에서 가수 분해를 확인한 것이다.
도 12는 SEM으로 PBS에서 14일째에 코어-쉘 섬유 스캐폴드의 형태를 확인한 것이다.
도 13은 코어-쉘 섬유 스캐폴드를 SBF에서 14일 동안 침지시켰을 때의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 14는 코어-쉘 섬유 스캐폴드를 SBF에서 14일 동안 침지시켰을 때의 FTIR 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 15는 코어-쉘 섬유 스캐폴드를 SBF에서 14일 동안 침지시켰을 때의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 16은 초기 농도에 따른 모델 단백질 cyt C의 MBN 탑재량을 나타낸 것이다. 다양한 농도의 cyt C를 1 mg MBN에 탑재하기 위해 사용하였고 탑재량을 기록하였다.
도 17은 cyt C가 탑재된 MBN의 TEM 사진이다.
도 18은 cyt C가 탑재된 MBN의 BET N2 흡수/방출 곡선이다.
도 19는 cyt C가 탑재된 MBN의 IR 스펙트럼이다. cyt C가 탑재되기 전의 MBN을 대조군으로 사용하였다.
도 20은 코어-쉘 섬유 스캐폴드로부터 cyt C의 방출을 나타낸 것이다. Cyt C는 다음의 두 가지 방식으로 탑재하였다: MBN에 탑재 (“with MBN”) 또는 코어에 직접 탑재 (“w/o MBN”).
도 21은 코어-쉘 섬유 스캐폴드로부터 cyt C의 방출을 나타낸 것이다. Cyt C는 다음의 두 가지 방식으로 탑재하였다: MBN에 탑재 (“with MBN”) 또는 코어에 직접 탑재 (“w/o MBN”).
도 22는 CCK 분석으로 14일까지 측정한 FGF-2/FGF-18을 탑재한 코어-쉘 섬유 스캐폴드의 MSC 증식에 대한 효과를 나타낸 것이다. *p<0.05, **p<0.01, n = 3. 비교 그룹으로, 아무것도 없는 배양 용기, 또는 FGF-2 또는 FGF-18을 첨가한 용기에서 배양한 세포를 평가하였다.
도 23은 FGF-2/FGF-18을 탑재한 코어-쉘 섬유 스캐폴드의 MSC 골 분화 효과를 분화 14일까지 ALP 활성으로 확인한 것이다. *p<0.05, *p<0.01, n = 3. 비교 그룹으로, 아무것도 없는 배양 용기, 또는 FGF-2 또는 FGF-18을 첨가한 용기에서 배양한 세포를 평가하였다.
도 24는 ALP, OPN 및 Col1을 포함하는 골 분화 관련 유전자의 mRNA 수준을 정량적 RT-PCR로 분석한 것이다. *p<0.05, n = 3.
도 25는 ARS 방법으로 세포 미네랄화를 평가한 것이다.
도 26은 래트 두개관 결손 부위에 스캐폴드를 이식하고 6주 후, μCT 사진이다.
도 27은 래트 두개관 결손 부위에 스캐폴드를 이식하고 6주 후, 골 부피를 나타낸 것이다. *p<0.05, n = 3.
도 28은 래트 두개관 결손 부위에 스캐폴드를 이식하고 6주 후, 골 표면 밀도를 나타낸 것이다. *p<0.05, n = 3.
도 29는 6 주에 회수한 표본의 조직학적 사진으로, 좌측은 H&E 염색 사진, 우측은 MT 염색 사진을 나타낸다. (a) 대조군. (b) 스캐폴드 단독 처리. (c) FGF-2/FGF-18을 탑재한 스캐폴드 처리. 화살표는 결손 부위 경계를 나타낸다. OB, 기존 골; NB, 신생 골; 스케일바는 500 ㎛임; 확대 사진에서는 100 ㎛
FIG. 1 shows a schematic view of a new therapeutic bone (hereinafter referred to as &quot; bone marrow bone &quot;) in which a mesoporous bioactive glass nanosphere (MBN) loaded with fibroblast growth factor-18 (FGF-18) is mixed with a core- shell fiber scaffold equipped with fibroblast gorwth factor- Fig. 3 schematically shows the structure of a scaffold. Fig.
2 is a low magnification and high magnification photograph of MBN having a high mesoporous structure.
Figure 3 shows an SEM photograph of a core-shell fiber scaffold containing MBN at various concentrations (0, 1, 3 and 5%).
Figure 4 is a SEM cross-section photograph showing the hollow interior structure.
Figure 5 shows the FTIR analysis results of a core-shell fiber scaffold showing chemical bonds associated with the composition.
6 is a graph showing the amount of residual fiber according to MBN concentration.
Figure 7 shows the typical stress strain curves of core-shell fiber scaffolds containing various concentrations of MBN.
Figure 8 shows the tensile strength of a core-shell fiber scaffold containing various concentrations of MBN.
Figure 9 shows the modulus of a core-shell fiber scaffold containing various concentrations of MBN.
Figure 10 shows the elongation of a core-shell fiber scaffold containing various concentrations of MBN.
Figure 11 shows hydrolysis in PBS of a core-shell fiber scaffold containing 0% or 5% MBN.
Figure 12 shows the morphology of the core-shell fiber scaffold at 14 days in PBS with SEM.
Figure 13 shows the XRD pattern when the core-shell fiber scaffold was immersed in SBF for 14 days.
14 shows the FTIR spectrum when the core-shell fiber scaffold was immersed in SBF for 14 days.
15 is a SEM photograph of a core-shell fiber scaffold immersed in SBF for 14 days.
16 shows the MBN loading of the model protein cyt C according to the initial concentration. Various concentrations of cyt C were used to mount 1 mg MBN and the loading was recorded.
17 is a TEM photograph of MBN on which cyt C is mounted.
Figure 18 is a BET N 2 absorption / release curve of MBN loaded with cyt C.
19 is an IR spectrum of MBN loaded with cyt C; MBN before cyt C was loaded was used as a control.
Figure 20 shows the release of cyt C from the core-shell fiber scaffold. Cyt C was implemented in two ways: mounted on MBN ("with MBN") or directly mounted on core ("w / o MBN").
Figure 21 shows the release of cyt C from the core-shell fiber scaffold. Cyt C was implemented in two ways: mounted on MBN ("with MBN") or directly mounted on core ("w / o MBN").
Figure 22 shows the effect of FGF-2 / FGF-18 loaded core-shell fiber scaffolds on MSC proliferation measured by CCK analysis up to 14 days. * p &lt; 0.05, ** p &lt; 0.01, n = 3. As a comparison group, cells cultured in a culture vessel without any additives or in a container containing FGF-2 or FGF-18 were evaluated.
FIG. 23 shows the effect of MSC bone morphogenesis on FGF-2 / FGF-18 loaded core-shell fibrous scaffolds by ALP activity until 14 days of differentiation. * p &lt; 0.05, * p &lt; 0.01, n = 3. As a comparison group, cells cultured in a culture vessel without any additives or in a container containing FGF-2 or FGF-18 were evaluated.
24 is an analysis of mRNA levels of bone morphogenetic genes including ALP, OPN and Col1 by quantitative RT-PCR. * p &lt; 0.05, n = 3.
Figure 25 is an evaluation of cell mineralization by the ARS method.
Fig. 26 is a μCT photograph after 6 weeks of transplanting the scaffold into both open defect sites in the rat.
FIG. 27 shows the bone volume after 6 weeks of transplanting the scaffold into the two open defect regions of the rat. * p &lt; 0.05, n = 3.
FIG. 28 shows the bone surface density after 6 weeks of transplanting the scaffold into the two open defect sites in the rat. * p &lt; 0.05, n = 3.
FIG. 29 is a histological photograph of a specimen collected at 6 weeks, showing a H & E staining image on the left side and a MT staining image on the right side. (a) Control group. (b) Scaffolding alone. (c) Scaffold treatment with FGF-2 / FGF-18. The arrow indicates the defect site boundary. OB, existing bone; NB, new bone; The scale bar is 500 m; In the enlarged image, 100 ㎛

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 등을 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail to facilitate understanding of the present invention. However, the embodiments according to the present invention can be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments. Embodiments of the invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

본 발명에서는 메조다공성 생활성유리 나노입자와 전기방사를 이용하여 제조한 코어-쉘 섬유 스캐폴드를 혼합하여 골 재생용 스캐폴드를 제조하고, 이의 특성을 분석하였다. 특히, 상기 스캐폴드에 약물을 탑재하여 골 재생 효과를 가지는지 여부를 확인하였다.In the present invention, a bone scaffold for bone regeneration was prepared by mixing mesoporous vitreous living glass nanoparticles and core-shell fiber scaffolds prepared by electrospinning, and their characteristics were analyzed. Particularly, it was confirmed whether or not a drug was loaded on the scaffold to have a bone regeneration effect.

실시예Example 1.  One. 메조다공성Mesoporous 생활성유리Life Sunglia 나노입자 및 코어-쉘 중공 구조 (core-shell hollow structure)를 가지는 섬유  Nanoparticles and fibers having a core-shell hollow structure 스캐폴드의Scaffold 제조 Produce

(1) 메조다공성 생활성유리 나노입자의 제조(1) Preparation of mesoporous vitreous silica nanoparticles

MBN (mesoporous bioactive glass nanosphere)은 공용매로 물, 에탄올 및 2-에톡시에탄올과, 계면활성제로 CTAB (hexadecyltrimethylammonium bromide)를 이용한 기본 용액으로 상온에서 제조하였다. MBN (mesoporous bioactive glass nanosphere) was prepared as a base solution using water, ethanol and 2 - ethoxyethanol as a co - solvent and hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) as a surfactant at room temperature.

구체적으로, 먼저 150 ㎖ H2O, 2 ㎖ 암모니아 용액, 10 ㎖ 2-에톡시에탄올, 20 ㎖ 에탄올 및 테트라하이드레이트 칼슘 나이트레이트 (Ca(NO3)2·4H2O)로 이루어진 유제 시스템 (emulsion system)에 1 g CTAB를 용해시켰다. 상기 혼합물을 상온에서 30분 교반한 뒤, 테트라에틸 오쏘실리케이트 (tetraethyl orthosilicate)를 혼합물에 빠르게 떨어뜨렸다. Ca : Si의 몰 비율은 15 : 85로 하였다. 그 다음 혼합물을 상온에서 4 시간 동안 교반시켰다. 백색 침전물을 얻고, 여과한 뒤, 증류수로 세척하고 60 ℃, 공기 중에서 24시간 동안 건조시켰다. 그 다음, 잔존하는 CTAB를 제거하기 위해 상기 혼합물에 40 ㎖ 탈염수에 20 mg 암모늄 나이트레이트를 혼합한 용액을 60 ℃에서 밤새 처리하였다. 상기 용액을 원심분리하고 에탄올 및 탈염수로 세척한 뒤, 진공상태에서 밤새 건조시켜 MBN을 수득하였다.Specifically, an emulsion system consisting of 150 ml of H 2 O, 2 ml of ammonia solution, 10 ml of 2-ethoxyethanol, 20 ml of ethanol and tetrahydrate calcium nitrate (Ca (NO 3 ) 2 .4H 2 O) system) was lysed with 1 g CTAB. After the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes, tetraethyl orthosilicate was rapidly dropped into the mixture. The molar ratio of Ca: Si was set to 15: 85. The mixture was then stirred at room temperature for 4 hours. A white precipitate was obtained, filtered off, washed with distilled water and dried at 60 &lt; 0 &gt; C for 24 hours in air. Then, to the mixture, 40 mg of demineralized water and 20 mg of ammonium nitrate in a mixed solution was treated at 60 캜 overnight to remove remaining CTAB. The solution was centrifuged, washed with ethanol and demineralized water, and dried overnight under vacuum to obtain MBN.

(2) 코어-쉘 중공구조를 가지는 섬유 스캐폴드의 제조(2) Preparation of fiber scaffold having core-shell hollow structure

코어-쉘 중공구조 섬유 스캐폴드는 쉘 (shell) 성분으로 폴리카프로락톤 (PCL; Mw = 80,000; Sigma-Aldrich)과 코어 (core) 성분으로 폴리에틸렌옥사이드 (PEO; Mw = 60,000; Sigma-Aldrich)를 이용하여 제조하였다. MBN은 다양한 농도 (PEO 대비 1, 3 및 5 중량%)로 PEO에 첨가하였다. (PEO; Mw = 60,000; Sigma-Aldrich) as a core component and polycaprolactone (PCL; Mw = 80,000) as a shell component were used as core shell hollow fiber structure scaffolds. . MBN was added to PEO at various concentrations (1, 3, and 5 wt% relative to PEO).

PCL은 클로로포름과 디메틸 포름아마이드가 4 : 1 비율로 혼합된 용매를 사용하여 10 %로 용해시켰고, PEO에는 증류수를 용매로 사용하여 4 %로 용해시켰다. 외부 바늘과 내부 바늘이 같은 축으로 놓여져 있는 주사기-유사 장치를 사용하여 쉘로서 PCL, 그리고 코어로서 PEO (+MBN)를 제조하기 위해 동축 전기방사 (coaxial electrospinning)를 수행하였다. 쉘 및 코어 부분에 대한 피드 속도 (feed rate)는 각각 4.0 및 0.5 ㎖/h로 하였다. 저속 회전 금속 콜렉터에 고전압 전원 (Gamma High Voltage Research, Ormond Beach)을 적용한 상태에서 주사기에 탑재된 각 용액을 스피너렛 니들 (spinneret needle)을 통해 주사하였다. 니들과 콜렉터 사이의 거리는 15 cm로 하였고, 2 시간 경과 후 섬유를 회수하였다. 그 다음 상기 섬유 덩어리를 진공상태에서 밤새 건조시켰다. 특히, 섬유 내에 단백질 및 성장 인자를 탑재하기 위해, PBS (phosphate-buffered saline)에 100 ㎍/ml 농도로 용해시킨 용액을 전기방사에 적합한 PEO 용액과 혼합하였다. PCL was dissolved at 10% in a mixed solvent of chloroform and dimethylformamide in a 4: 1 ratio, and PEO was dissolved at 4% using distilled water as a solvent. Coaxial electrospinning was performed to produce PCL as the shell and PEO (+ MBN) as the core using a syringe-like device with the outer needle and the inner needle positioned in the same axis. The feed rates for the shell and core portions were 4.0 and 0.5 ml / h, respectively. Each solution loaded on the syringe was injected through a spinneret needle with a high voltage power supply (Gamma High Voltage Research, Ormond Beach) applied to the slow rotating metal collector. The distance between the needles and the collector was 15 cm and the fibers were recovered after 2 hours. The fiber agglomerates were then dried overnight under vacuum. Specifically, in order to mount proteins and growth factors in the fiber, a solution dissolved in PBS (phosphate-buffered saline) at a concentration of 100 μg / ml was mixed with a PEO solution suitable for electrospinning.

실시예Example 2.  2. 메조다공성Mesoporous 생활성유리Life Sunglia 나노입자를 포함하는 코어-쉘 중공 구조 (core-shell hollow structure)를 가지는 섬유  A fiber having a core-shell hollow structure comprising nanoparticles 스캐폴드의Scaffold 특성 분석 Character analysis

(1) 분석 장치 및 방법(1) Analytical Apparatus and Method

제조된 생활성유리 나노입자 및 코어-쉘 섬유 스캐폴드의 특성을 분석하기 위하여 하기와 같은 장치 및 방법들이 사용되었다.The following apparatus and methods were used to analyze the characteristics of the prepared vitreous core nanoparticles and core-shell fiber scaffolds.

전계방출 주사전자현미경 (SEM; Tescan, Mira II LMH) 및 고분해능 투과전자현미경 (TEM; JEM-3010, JEOL, 300kV로 작동)으로 표본의 형태 및 나노구조를 조사하였다. The morphology and nanostructure of the specimens were investigated by field emission scanning electron microscopy (SEM; Mira II LMH) and high resolution transmission electron microscopy (TEM: JEM-3010, JEOL, operating at 300 kV).

GladiATR 다이아몬드 크리스탈 액세서리 (PIKE Technologies)가 장착된 Varian 640-IR 분광기를 이용하여 4000에서 400 cm-1까지 4 cm-1 해상도에서 ATR-FTIR (attenuated total reflectance-Fourier transfrom infrared spectroscopy)로 화학 결합 구조를 조사하였다. Using ATR-FTIR (attenuated total reflectance-Fourier transfrom infrared spectroscopy) at 4 cm -1 resolution from 4000 to 400 cm -1 using a Varian 640-IR spectrometer equipped with GladiATR diamond crystal accessory (PIKE Technologies) Respectively.

열 중량 측정 분석 (thermogravimetric analysis, TGA; TGA N-1500, Scinco, 가열속도 10℃/min으로 작동)으로 표본의 열 거동을 조사하였다. The thermal behavior of the specimens was investigated by thermogravimetric analysis (TGA; TGA N-1500, Scinco, operating at a heating rate of 10 ° C / min).

자동화 표면적 및 기공 크기 분석기 (Quadrasorb SI, Quantachrom Instruments)를 이용하여 N2 흡수-방출 측정에 따라 메조기공 구조를 분석하였다. BET (Brunauer-Emmett-Teller) 방법에 따라 특정 표면적을 확인하고, NLDFT (non-local density functional theory) 방법을 이용하여 기공 크기 분포를 확인하였다. Mesoporous structures were analyzed by N 2 absorption-emission measurements using an automated surface area and pore size analyzer (Quadrasorb SI, Quantachrom Instruments). The specific surface area was determined according to the BET (Brunauer-Emmett-Teller) method and the pore size distribution was confirmed using the non-local density functional theory (NLDFT) method.

표면의 전기적 특성은 ζ-포텐셜 측정기 (Zetasizer Nano ZS, Malvern Instruments)로 조사하였고, 200 V/cm의 적용 필드 강도 (applied field strength)로 pH 7, 25 ℃ 물에서 ζ-포텐셜을 측정하였다. 상기 장치는 자동적으로 전기영동 이동도 (electrophoretic mobility, U)를 계산하며, 상기 ζ-포텐셜은 하기 Helmholtz-Smoluchowsky 공식에 따라 얻었다:The electrical properties of the surface were measured with a ζ-potential meter (Zetasizer Nano ZS, Malvern Instruments) and the ζ-potential was measured at pH 7, 25 ° C water with an applied field strength of 200 V / cm. The apparatus automatically calculates electrophoretic mobility (U), which is obtained according to the Helmholtz-Smoluchowsky formula: &lt; RTI ID = 0.0 &gt;

ζ = Uγ/ε, 여기서 γ는 분산 중점도 (dispersing medium viscosity)이고 ε은 유전율임.ζ = Uγ / ε, where γ is the dispersing medium viscosity and ε is the permittivity.

(2) MBN의 특성 확인(2) Characterization of MBN

코어-쉘 나노복합체 섬유의 나노 성분으로 사용된 MBN을 TEM으로 조사하였다 (도 2). 그 결과, 단분산 크기 (monodispersed size)의 구형 나노 입자가 잘 발달해 있었으며, 고배율 사진에서는 전체적으로 메조다공성을 기지는 것을 확인할 수 있다. 상기 MBN의 특성을 표 1에 정리하였다. The MBN used as the nano component of the core-shell nanocomposite fiber was examined by TEM (FIG. 2). As a result, monodispersed spherical nanoparticles were well developed, and high-magnification photographs showed mesoporosity as a whole. The characteristics of the MBN are summarized in Table 1.

TEMTEM 105 ± 7 nm105 ± 7 nm Particle sizeParticle size Laser scattering   Laser scattering 118.4 ± 5.5 nm118.4 ± 5.5 nm Pore size   Pore size 6.97 nm6.97 nm Surface area   Surface area 527.2 m2/g527.2 m 2 / g Pore volume   Pore volume 0.497 cc/g0.497 cc / g Zeta-potential   Zeta-potential -10.2 ± 2.8 mV-10.2 ± 2.8 mV

나노입자의 크기는 평균 약 119 nm이고, 표면은 고도의 메조다공성을 보이며 표면적이 527.2 m2/g이고, 기공 부피는 0.497 cm3/g 이었다. 메조기공의 크기는 6.97 nm이고 나노입자는 ζ-포텐셜이 -10.2 mV로 음전하를 띄었다. 코어 물질인 PEO에 대하여 5 중량%까지 다양한 농도에서 코어-쉘 전기방사 스캐폴드의 코어 부분에 MBN이 혼합되었다. The size of the nanoparticles was about 119 nm on average, the surface had a high mesoporosity, the surface area was 527.2 m 2 / g, and the pore volume was 0.497 cm 3 / g. The size of the mesopores was 6.97 nm and the nanoparticles were negatively charged with a ζ-potential of -10.2 mV. MBN was mixed in the core portion of the core-shell electrospinning scaffold at various concentrations up to 5 wt.% For the PEO core material.

전기방사 섬유의 SEM 사진에서는 모든 조성에서 섬유 구조가 성공적으로 형성된 것을 확인할 수 있었고 (도 3), 전기방사 과정에서, 내부의 PEO 부분은 외부의 PCL 부분의 벽에 응축되어, 내부 코어에 중공 (hollow) 구조를 만든 것을 확인하였다. 섬유 (5% MBN)의 SEM 크로스-섹션 사진은 내부의 중공 코어 구조를 보여준다 (도 4). 다양한 농도의 MBN을 함유하는 스캐폴드의 XRD 패턴은 MBN의 비정질 (amorphous) 패턴과 함께 통상적인 PCL 피크를 보여준다 (도 5). 온도에 따른 무게 감소 양상을 보여주는 TGA 분석에서는 초기에 첨가된 MBN과 유사한 정도로 나노복합체 성분이 잔존하는 것을 확인할 수 있었다 (5, 3 및 1 % MBN에 대하여 각각 5.014, 2.877 및 1.071 중량%; 도 6).In the SEM photograph of the electrospun fiber, it was confirmed that the fiber structure was successfully formed in all the compositions (Fig. 3). In the electrospinning process, the inner PEO portion condensed on the wall of the outer PCL portion, hollow structure. The SEM cross-section photograph of the fibers (5% MBN) shows the hollow core structure inside (FIG. 4). The XRD pattern of the scaffold containing MBN at various concentrations shows typical PCL peaks with an amorphous pattern of MBN (Figure 5). In the TGA analysis showing the temperature-dependent weight loss pattern, it was confirmed that the nanocomposite component remained similar to that of the initially added MBN (5.014, 2.877 and 1.071 wt% for 5, 3 and 1% MBN, respectively ).

결과적으로, 전기방사 과정을 통해 제조된 섬유 스캐폴드는 코어-쉘 구조를 가지며, 특히 내부 코어에 중공 구조를 가지는 것을 확인하였고, 상기 섬유 스캐폴드에 MBN이 잘 혼합된 것을 알 수 있다.As a result, it has been confirmed that the fiber scaffold prepared through the electrospinning process has a core-shell structure, in particular, a hollow structure in the inner core, and MBN is well mixed in the fiber scaffold.

(3) 물리적 특성 시험(3) Physical property test

Instron (Instron 3344)을 이용하여 10 mm/min의 하중속도 (cross-head speed)에서 다양한 조성의 전기방사 섬유 스캐폴드의 물리적 특성을 평가하였다. 시험을 위해 약 150 내지 200 ㎛의 두께, 30 mm × 4 mm의 넓이 × 길이를 가지는 얇은 막을 제조하였다. 10 mm의 표점 거리 (gauge length)로 각 표본에 인장하중을 적용하였다. 상기 시험에서 응력 변형 곡선 (stress-strain curve)를 기록하였고, 각 그룹의 SEM 사진에서 관찰된 다섯 표본의 평균 값으로 두께 값을 기록하였다. 장력, 탄성률 및 신장률을 포함하는 기계적 특성을 응력 변형 측정으로부터 계산하였다. 각 조성에 대하여 4개의 검체를 시험하였다.Physical properties of electrospun fiber scaffolds of various compositions were evaluated using an Instron (Instron 3344) at a cross-head speed of 10 mm / min. For the test, a thin film having a thickness of about 150 to 200 mu m and a width x length of 30 mm x 4 mm was prepared. Tensile loads were applied to each specimen with a gauge length of 10 mm. The stress-strain curves were recorded in the test and the thickness values were recorded as the mean values of the five specimens observed in the SEM photographs of each group. The mechanical properties including tensile, elastic modulus and elongation were calculated from stress strain measurements. Four specimens were tested for each composition.

먼저, 탑재에 따른 스트레스 변화를 보기 위해, 표본의 통상적인 응력 변형 곡선을 확인하였다 (도 7). 상기 응력 변형 곡선으로, 기계적 파라미터 (인장강도, 탄성률 및 신장률을 포함)를 분석하였는데, 끊어지기 전 최대 힘으로 측정되는 인장강도는 MBN 함량이 5 %까지 증가됨에 따라 증가하였다: 0 % MBN 1.8 Mpa, 1 % MBN 4 MPa, 3 % MBN 5.9 MPa 및 5 % MBN 9.1 MPa (도 8). 그 다음 섬유 탄성계수는 응력 변형 곡선의 초기 기울기로 측정하였는데 (도 9), 탄성계수 또한 MBN의 첨가에 따라 현저히 증가하였다: 0 % MBN 4.5 MPa, 3 % MBN 13 MPa, 5 % MBN 18.7 MPa. 또한, 신장률을 평가하였는데 (도 10), 0 % MBN에서 신장률은 620 % 였으나, MBN 함량이 증가함에 따라 신장률이 감소하였고 구체적으로 1, 3 및 5 % MBN에 대하여 각각 347, 150 및 145 %로 나타났다.First, in order to see the stress change due to the mounting, a typical strain curve of the specimen was confirmed (Fig. 7). Mechanical parameters (including tensile strength, elastic modulus and elongation) were analyzed with the strain curves, the tensile strength measured at maximum force before breaking increased with increasing MBN content up to 5%: 0% MBN 1.8 MPa , 1% MBN 4 MPa, 3% MBN 5.9 MPa and 5% MBN 9.1 MPa (FIG. 8). The modulus of elasticity of the fiber was then measured as the initial slope of the stress-strain curve (Fig. 9). The modulus of elasticity also increased significantly with addition of MBN: 0% MBN 4.5 MPa, 3% MBN 13 MPa, 5% MBN 18.7 MPa. 10), elongation at 0% MBN was 620%, but elongation was decreased with increasing MBN content, specifically at 347, 150 and 145% for 1, 3 and 5% MBN, respectively appear.

결론적으로 MBN 함량이 증가함에 따라 인장강도 및 탄성계수는 증가하였고 신장률은 감소하는 것을 알 수 있었다.As a result, the tensile strength and elastic modulus increased and the elongation decreased with increasing MBN content.

(4) 분해 시험(4) Disassembly test

37 ℃ PBS (pH 7.4)에서 제조된 섬유 스캐폴드의 생체 외 분해가능성을 시험하였다. 각 표본의 무게를 정확하게 측정하고, 최대 60 일까지 10 ㎖ PBS에 침지시켰다. 상기 용액은 이틀에 한 번씩 교체하였고, 미리 정해놓은 침지시간에 표본을 회수하고 탈염수로 헹구었다. 침지 전 후로 건조 중량을 측정하여 분해 백분율을 계산하였다. 상기 측정치를 침지 전 표본의 건조 중량으로 표준화하였다. 각 그룹의 표본 3개를 평가하고, 평균값 및 표준편차를 기록하였다. 분해 시험 후, SEM으로 섬유 형태를 관찰하였다. 또한, 분해되는 동안 표본의 기계적 특성 변화를 조사하였다.The in vitro degradability of the fibrous scaffold prepared in 37 ° C PBS (pH 7.4) was tested. Each specimen was weighed accurately and immersed in 10 ml PBS for up to 60 days. The solution was replaced every other day, and the specimen was recovered at the predetermined immersion time and rinsed with demineralized water. The dry weight was measured before and after immersion to calculate the percent decomposition. The measurements were normalized to the dry weight of the sample before immersion. Three samples of each group were evaluated, and mean values and standard deviations were recorded. After the decomposition test, the fiber morphology was observed by SEM. Also, changes in the mechanical properties of the specimens during degradation were investigated.

섬유 스캐폴드의 가수분해 정도는 37 ℃, PBS에서 30일까지 관찰하였고, 5 % 및 0 % MBN을 대표적으로 비교하였다. 그 결과 7 일 (최초 기록 시점) 후부터 30 일까지 점차적으로 표본이 분해되는 것을 확인할 수 있었다 (도 11). 5 % MBN은 0 % MBN보다 높은 분해율을 보여주었는데, 5 % MBN은 약 15 % 분해, 0 % MBN은 5 % 분해되었다. The degree of hydrolysis of the fiber scaffold was observed at 37 ° C in PBS for 30 days, and 5% and 0% MBN were compared for representative. As a result, it was confirmed that the specimen was gradually decomposed from 7 days (initial recording time) to 30 days (Fig. 11). 5% MBN showed higher degradation rate than 0% MBN, 5% MBN degraded about 15% and 0% MBN degraded 5%.

다음으로 14일 동안 분해 후 표본의 통상적인 형태를 SEM으로 확인하였고 (도 12), 여기서도 역시 0 % MBN보다 5 % MBN이 더 많이 분해된 것을 확인할 수 있었다. Next, the usual morphology of the sample after decomposition for 14 days was confirmed by SEM (FIG. 12), and it was also confirmed that 5% MBN was further decomposed than 0% MBN.

결론적으로 상기 섬유 스캐폴드는 PBS 내에서 시간에 따라 분해되며, 특히 MBN의 함량이 높을 수록 분해가 잘 되는 것을 알 수 있었다.In conclusion, the fibrous scaffolds were degraded with time in PBS, and the higher the content of MBN, the better the decomposition was.

(5) SBF에서 아파타이트 (apatite) 형성 능력 시험(5) Apatite formation ability test in SBF

37 ℃, pH 7.4 SBF (simulated body fluid)에서 섬유 스캐폴드의 생체 외 아파타이트 형성을 조사하였다. SBF는 인체 혈장과 유사한 이온 조성 (142.0 mM Na+, 5.0 mM K+, 1.5 mM Mg2 +, 2.5 mM Ca2 +, 147.8 mM Cl-, 4.2 mM HCO3 -, 1.0 mM HPO4 2 -, 0.5 mM SO4 2-)을 가진다. SBF에 각 표본을 침지시킨 후, 인산 칼슘 미네랄 형성을 관찰하였고, 표본을 각 시점에 회수하고 완전히 세척한 뒤, SEM으로 형태 변화를 관찰하였다. 또한 XRD (X-ray diffraction) 및 FTIR로 상 변화 및 화학 결합 구조 변화를 조사하였다. The in vitro apatite formation of the fibrous scaffold at 37 ° C, pH 7.4 simulated body fluid (SBF) was investigated. SBF is similar ionic composition to human plasma (142.0 mM Na +, 5.0 mM K +, 1.5 mM Mg 2 +, 2.5 mM Ca 2 +, 147.8 mM Cl -, 4.2 mM HCO 3 -, 1.0 mM HPO 4 2 -, 0.5 has mM SO 4 2-). After each sample was immersed in SBF, the formation of calcium phosphate mineral was observed. The sample was collected at each time point and washed thoroughly, and morphological changes were observed by SEM. XRD (X-ray diffraction) and FTIR were used to investigate the phase change and chemical bond structure.

섬유 스캐폴드의 생체 외 골 생활성은 SBF에서 아파타이트 (apatite) 미네랄화의 평균으로 분석하였다. SBF에 14일간 침지시킨 후, 표본을 XRD 및 FTIR로 확인하였다. 5 % MBN의 XRD 패턴은 2θ ~ 32°에서 넓은 피크가 발달된 것으로 확인되었는데, 이는 약하게 결정화된 아파타이트의 특징이다. 그러나 0 % MBN에서는 상기 피크는 검출되지 않았다 (도 13). 나아가, 5 % MBN에서 FTIR 밴드는 아파타이트에서 인산염과 관련된 화학 결합 (645 및 1200 cm- 1)이 상당한 수준으로 나타난 반면, 0 % MBN에서는 이러한 밴드가 거의 나타나지 않았다 (도 14). SEM 사진으로 확인한 결과 5 % MBN에서 섬유 표면을 거의 완전히 덮고 있는 아파타이트 나노결정이 잘 형성되었으나, 0 % MBN에서는 이러한 형태가 관찰되지 않았다 (도 15). The in vitro bioactivity of fibrous scaffolds was analyzed as the mean of apatite mineralization in SBF. After immersing in SBF for 14 days, samples were identified by XRD and FTIR. The XRD pattern of 5% MBN was found to have a broad peak at 2θ ~ 32 °, a characteristic of weakly crystallized apatite. However, the peak was not detected at 0% MBN (FIG. 13). Furthermore, the FTIR band at 5% MBN showed a significant level of phosphate-related chemical bonds (645 and 1200 cm - 1 ) in apatite, while this band was almost absent at 0% MBN (FIG. 14). SEM photographs showed that apatite nanocrystals almost completely covering the fiber surface were formed well in 5% MBN, but this morphology was not observed in 0% MBN (FIG. 15).

결론적으로 섬유 스캐폴드에 MBN이 포함된 경우 SBF에서 아파타이트 나노 결정이 잘 형성되어 생체 외 골 활성이 우수한 것을 알 수 있었다.In conclusion, MBN was included in the fibrous scaffolds, indicating that apatite nanocrystals were well formed in SBF, and that the in vitro bone activity was excellent.

실시예Example 3. 단백질 탑재 및 전달 특성 확인 3. Identification of protein loading and transfer characteristics

사이토크롬 C (cyt C; Sigma-Aldrich, Cat No. 12222)를 모델 단백질로 사용하여 목적 단백질 탑재 특성을 확인하고자 하였다. 먼저 cyt C를 MBN에 탑재하기 위해 PBS에 다양한 농도로 용해된 cyt C 용액 (0 내지 0.3 mg/ml)에 1mg의 MBN을 완전히 분산시키고, 37 ℃에서 6시간 동안 인큐베이션하였다. 약물 탑재량을 정량화하기 위해, UV-vis 분광계 (Libra S22, Biochrom, UK)를 이용하여 상층액에 cyt C 흡광도를 측정한 뒤, 10,000 rpm에서 5분 동안 원심분리하고 PBS로 한번 세척하였다. 그 다음 데이터를 표준 곡선으로부터 결정된 대응하는 탑재량으로 전환하였다. cyt C가 탑재된 MBN/섬유 스캐폴드를 제조하기 위해 전기방사용 용액에 cyt C가 탑재된 MBN을 첨가하였다. 비교 그룹으로, MBN으로 탑재 없이 섬유 스캐폴드의 코어 부분에 cyt C를 직접 첨가하였다. 탑재 시험으로 계산한 결과, 코어 용액에 첨가된 cyt C의 양은 MBN에 탑재된 cyt C의 양과 동일하였다. 상기 두 종류의 cyt C가 탑재된 스캐폴드에 대하여, 37 ℃에서 5ml PBS에 100 mg 스캐폴드를 침지시켰다. 각기 다른 시점에 (~65일), UV-vis 분광계를 이용하여 방출된 cyt C의 양을 확인하였다. PBS는 각 시험 시점에 새로 교체하였다. cyt C 탑재량은 흡착 등온선, 즉 용액에 초기 첨가된 약물 농도에 대하여 MBN 내에 탑재된 cyt C의 양을 표시한 것으로 나타난다. cyt C 탑재량은 다음의 물질 균형식 (mass balance equation)에 따라 표시하였다:Cytokine C (Sigma-Aldrich, Cat No. 12222) was used as a model protein to identify the target protein loading characteristics. First, 1 mg of MBN was completely dispersed in cytC solution (0 to 0.3 mg / ml) dissolved in PBS at various concentrations to mount cyt C in MBN, and incubated at 37 ° C for 6 hours. To quantify the drug loading, the cytochemical absorbance was measured in the supernatant using a UV-vis spectrometer (Libra S22, Biochrom, UK), centrifuged at 10,000 rpm for 5 minutes and washed once with PBS. The data were then converted to corresponding payloads determined from the standard curve. To prepare MBN / fiber scaffold with cyt C, cytN C-loaded MBN was added to the electrorheological solution. As a comparative group, cyt C was directly added to the core portion of the fiber scaffold without loading with MBN. As a result of loading test, the amount of cyt C added to the core solution was the same as the amount of cyt C loaded on MBN. 100 mg scaffolds were immersed in 5 ml of PBS at 37 占 폚 on scaffolds on which the two types of cytocytes were mounted. At different times (~65 days), the amount of cytC released was determined using a UV-vis spectrometer. PBS was replaced at each test. The cyt C loading appears to indicate the amount of cyt C loaded in the MBN for the adsorption isotherm, the drug concentration initially added to the solution. The cyt C loading was expressed according to the following mass balance equation:

qe = (C0 - Ce) × (V/W), 여기서 qe는 mBGn 1 mg 당 흡수된 약물 (mg)의 양이고, C0 및 Ce는 각각 cyt C의 초기 및 평형 농도 (mg/ml)이며, V는 용액의 부피 (ml)이고 W는 사용된 MBN의 무게 (mg)이다. q e = (C 0 - C e) × (V / W), where q e is the amount of drug (mg) uptake mBGn 1 mg, the initial and the equilibrium concentration of C 0 and C e are each cyt C ( mg / ml), V is the volume of the solution (ml) and W is the weight of the MBN used (mg).

qe vs Ce 곡선을 표시한 뒤, 곡선 맞춤을 위해 변형된 Langmuir 등온선 모델을 사용하였으며, 이는 다음과 같다:q e vs C e After plotting the curves, a modified Langmuir isotherm model was used for curve fitting, as follows:

qe = qmKCe/(1 + KCe), 여기서 qm은 탑재된 최대량이고 K는 결정될 수 있는 미확인 파라미터 (속도 상수)이다. q e = q m KC e / (1 + KC e ), where q m is the maximum quantity loaded and K is the unknown parameter (rate constant) that can be determined.

그 결과, cyt C 농도가 증가됨에 따라, 탑재량이 증가하였고, 최대 탑재량은 0.4 mg cyt C 농도에서 약 0.13 mg으로, cyt C에 대한 MBN의 탑재 수용량은 대략 13 %로 확인되었다 (도 16). 상기 데이터는 점선으로 표시된 Langmuir 등온선에 잘 부합하였다. cyt C의 최대 탑재 후 표본의 TEM 사진에서는, 탑재하지 않은 MBN의 TEM 사진과는 달리 널리 퍼져있는 메조기공 구조에 무언가가 차있는 것을 보여준다 (도 17). BET N2 흡수/방출 곡선에서는 탑재하지 않은 MBN과 비교하여 cyt C를 탑재한 MBN에서 흡수된 메조기공의 부피가 상당히 감소한 것을 확인하였다 (도 18). cyt C를 탑재한 MBN의 FTIR 스펙트럼에서는 cyt C 관련 밴드가 잘 나타났다 (도 19). cyt C를 탑재한 MBN의 특성을 하기 표 2에 나타냈는데, 탑재하지 않은 MBN과 비교하여 기공 크기 (3.77nm), 기공 부피 (0.357 cm3/g) 및 표면적 (204.9 m2/g)이 감소하였고, 또한 ξ-포텐셜 (-1.32 mV)이 감소한 것을 확인하였다 (표 1과 비교). As a result, the loading amount was increased as the cyt C concentration was increased, and the maximum loading amount was about 0.13 mg at 0.4 mg cyt C and the loading capacity of MBN for cyt C was about 13% (FIG. 16). The data fit well to the Langmuir isotherm, shown in dashed lines. The TEM photograph of the maximum post-mount sample of cyt C shows that there is something in the meso-pore structure that is widespread, unlike the TEM photograph of the MBN that is not loaded (Fig. 17). In the BET N 2 absorption / release curve, it was confirmed that the volume of the mesopores absorbed in the MBN loaded with cyt C was significantly reduced as compared with the MBN not loaded (Fig. 18). In the FTIR spectrum of the MBN loaded with cyt C, the cyt C-related band appeared well (Fig. 19). The characteristics of MBN loaded with cyt C are shown in Table 2 below. The pore size (3.77 nm), pore volume (0.357 cm 3 / g) and surface area (204.9 m 2 / g) (-1.32 mV) decreased (compare with Table 1).

TEMTEM 111 ± 7 nm111 ± 7 nm Particle sizeParticle size Laser scattering   Laser scattering 149.6 ± 6.8 nm149.6 ± 6.8 nm Pore size   Pore size 3.77 nm3.77 nm Surface area   Surface area 204.9 m2/g204.9 m 2 / g Pore volume   Pore volume 0.357 cc/g0.357 cc / g Zeta-potential   Zeta-potential -1.32 ± 3.97 mV-1.32 ± 3.97 mV

다음으로, cyt C를 MBN에 탑재한 뒤, 섬유 스캐폴드를 제조하고, cyt C의 방출 양상을 조사하였다. cyt C를 탑재하였을 때 ("with MBN" 그룹) 방출 특성에 대한 효과를 조사하기 위해, 전기방사 과정에서 코어 내부에 cyt C를 직접 혼합하여 대조군 ("w/o MBN")을 제조하였다. 각기 다른 섬유 스캐폴드에서 방출되는 cyt C의 양을 65일까지 장기간에 걸쳐 기록하였다 (도 20). "w/o MBN" 그룹에서는, cyt C는 초기 (3일)에 빠른 속도 (~7 %)로 방출되었고, 10일까지는 속도가 떨어졌으며, 20일까지 다시 빠르게 방출되었다. 이와 같은 방출 패턴은 시험 기간 전체적으로 반복되었다 (화살표는 각 단계에서 속도 변화 시점을 나타낸다). "with MBN" 그룹의 cyt C 방출 패턴은 "w/o MBN" 그룹과 매우 유사하였다. 하지만, 빠른 구간에서 기록된 양이 훨씬 적었으며, 느린 구간에서 감소율 (기울기)도 "w/o MBN" 그룹과 비교하여 "with MBN" 그룹에서 더 낮게 나타났다. 상기 cyt C 방출 데이터를 cyt C의 특정 방출량 (5, 10, 15 및 20 %)에서의 시점으로 다시 나타내었다 (도 21). "with MBN" 그룹은 "w/o MBN" 그룹에 비하여 방출하는데 더 오래 걸렸으며, 두 그룹의 기간 차이는 방출양이 증가되면서 더욱 커졌다. 따라서, 두 성장인자인 FGF-2와 FGF-18을 코어-쉘 섬유 (FGF-2)와 MBN (FGF-18)에 혼합하면, 먼저 FGF-2가 방출되고 FGF-18이 나중에 방출되는 순차적인 전달이 가능할 수 있을 것이라고 예상할 수 있다.Next, cyt C was loaded on MBN, fiber scaffolds were prepared, and cytochemical release of cyt C was investigated. To investigate the effect of cyt C on the release characteristics ("with MBN" group), a control ("w / o MBN") was prepared by directly mixing cyt C in the core during electrospinning. The amount of cyt C released from different fiber scaffolds was recorded over a long period of time up to 65 days (Figure 20). In the "w / o MBN" group, cyt C was released at a rapid rate (~ 7%) at the beginning (3 days), slowed down to 10 days, and rapidly released again until 20 days. Such an emission pattern was repeated throughout the test period (arrows indicate the point of time of the speed change at each step). The cyt C emission pattern of the "with MBN" group was very similar to the "w / o MBN" group. However, the recorded amount in the fast section was much smaller and the decreasing rate (slope) in the slow section was also lower in the "with MBN" group compared to the "w / o MBN" group. The cyt C release data was re-expressed as the time point at the specific release (5, 10, 15 and 20%) of cyt C (FIG. 21). The "with MBN" group took longer to emit than the "w / o MBN" group, and the time difference between the two groups increased as the emissivity increased. Thus, mixing of two growth factors, FGF-2 and FGF-18, with core-shell fibers (FGF-2) and MBN (FGF-18) results in the sequential release of FGF- It can be expected that delivery will be possible.

실시예Example 4. 성장인자 전달 효과 확인 4. Confirm growth factor transfer effect

(1) 래트 골수 MSC의 분리 및 배양(1) Isolation and culture of rat bone marrow MSC

수컷 성체 Sprague-Dawley 래트 (180 내지 200 g)의 몸쪽 및 말단 넓다리뼈와 정강뼈를 자르고 디스파아제 II 및 타입 II 콜레게나아제 용액을 함유한 α-MEM (α-minimal essential medium)으로 골수 조직을 분리하였다. 상기 조직을 원심분리하고 일반 배양 배지 (10% FBS, 1% 페니실린/스트렙토마이신 함유 α-MEM)에 재현탁시킨 뒤, 배양 접시를 5% CO2, 37 ℃ 인큐베이터에 두어 배양하였다. 배지는 3일에 한 번씩 교체하였고, 교체하는 과정에서 비부착 조혈 세포를 제거하였으며, 세포는 3 계대 후 실험에 사용하였다. 세포 반응을 촉진시키기 위해 시험 과정에서 50 ㎍/ml 소듐 아스코베이트 (sodium ascorbate), 10 mM β-글리세롤 포스페이트 및 10 nM 덱사메타손을 포함하는 골 생성 유도 인자를 사용하였다.The male and female adult Sprague-Dawley rats (180 to 200 g) were cut into the body side and the distal wide bone and bone marrow, and α-MEM (α-minimal essential medium) containing Dysparease II and Type II cholerase . The tissues were centrifuged and resuspended in a general culture medium (α-MEM containing 10% FBS, 1% penicillin / streptomycin) and cultured in a 5% CO 2 incubator at 37 ° C. The medium was replaced once every 3 days, and the non-adherent hematopoietic cells were removed during the exchange, and the cells were used for the experiment after passage 3. Bone production inducers including 50 ug / ml sodium ascorbate, 10 mM [beta] -glycerol phosphate and 10 nM dexamethasone were used in the test procedure to promote cellular responses.

세포 실험을 위한 시험군으로 전체적으로, 아무것도 없는 배양용기, FGF-2 첨가 배양용기, FGF-18 첨가 배양용기, 섬유 스캐폴드 및 FGF-2/FGF-18을 탑재한 섬유 스캐폴드의 다섯 개의 그룹을 사용하였다. FGF-2/FGF-18을 탑재한 섬유 스캐폴드에 대한 MSC의 반응은 성장인자를 탑재하지 않은 스캐폴드와 비교하였다. 또한, 스캐폴드 없는 배양용기를 대조군으로 사용하였다. FGF-2 또는 FGF-18의 양은 섬유 스캐폴드의 FGF-2 및 FGF-18 방출 시험에서 기록된 것과 동일한 양을 사용하였다. As a test group for the cell experiment, five groups of five culture groups, namely, a culture container without any additives, an FGF-2 addition culture container, an FGF-18 addition culture container, a fibrous scaffold and a fibrous scaffold carrying FGF-2 / FGF- Respectively. MSC responses to FGF-2 / FGF-18 loaded fibrous scaffolds were compared to scaffolds without growth factors. In addition, a scaffold-free culture container was used as a control. The amounts of FGF-2 or FGF-18 were used in the same amounts as recorded in the FGF-2 and FGF-18 release tests of the fiber scaffolds.

(2) 성장인자 (FGF-2 및 FGF-18) 탑재에 의한 세포 증식 평가(2) Evaluation of cell proliferation by mounting growth factors (FGF-2 and FGF-18)

상기 cyt C 탑재 결과를 기반으로, 두 가지 성장인자, FGF-2와 FGF-18을 섬유 스캐폴드 내에 탑재하였다. 초기에는 FGF-2를 처리하여 세포 증식을 촉진하고, FGF-18은 후기에 골 생성을 향상시키는 수단으로 이용하고자 하였다. 이러한 목적을 달성하기 위해, FGF-2는 빠른 전달을 위하여 중공 섬유의 코어 부분으로 직접 탑재하였고, FGF-18은 더욱 지속적인 전달을 위하여 MBN에 탑재하였다. 각 성장인자의 탑재 농도는 cyt C 방출 프로파일 사전 실험을 기반으로 하였다. 전기방사로 제조한 FGF-2/FGF-18이 탑재된 섬유 스캐폴드는 세포 및 생체 내 실험에 사용되었다.Based on the cyt C loading results, two growth factors, FGF-2 and FGF-18, were loaded into the fiber scaffold. Initially, FGF-2 was treated to promote cell proliferation, and FGF-18 was used as a means to improve bone formation in the later stages. To achieve this goal, FGF-2 was directly loaded into the core of the hollow fiber for rapid delivery, and FGF-18 was loaded onto the MBN for more sustained delivery. The loading concentration of each growth factor was based on the cyt C release profile preliminary experiment. FGF-2 / FGF-18-loaded fibrous scaffolds prepared by electrospinning were used for cell and in vivo experiments.

먼저, 스캐폴드로 FGF-2/FGF-18을 전달하는 것의 생물학적 효과를 확인하기 위해 먼저 MSC 증식을 평가하였다. FGF-2/FGF-18을 탑재하거나 탑재하지 않은 스캐폴드에서 MSC를 14일까지 배양하면서 CCK 분석으로 MSC의 증식을 확인하였다. 그 결과, 각 배양 기간에서 FGF-2/FGF-18을 탑재한 스캐폴드에서 세포 증식이 현저하게 증가한 것을 확인하였다 (도 22 좌측). 배양 용기에서 MSC를 배양한 경우, 특히 FGF-2를 첨가한 경우에 세포 증식이 증가하는 것을 알 수 있는데 (도 22 우측), 이러한 양상에 비추어 볼 때, 상기 스캐폴드에서 FGF-2는 방출되고 FGF-18은 방출되지 않은 것으로 파악된다.First, MSC proliferation was first assessed to determine the biological effects of delivering FGF-2 / FGF-18 as a scaffold. MSC proliferation was confirmed by CCK analysis while MSC was cultured on a scaffold with or without FGF-2 / FGF-18 for 14 days. As a result, it was confirmed that the cell proliferation significantly increased in the scaffold carrying FGF-2 / FGF-18 in each incubation period (left side in FIG. 22). It can be seen that when MSC was cultured in a culture vessel, the cell proliferation was increased particularly when FGF-2 was added (Fig. 22, right). In view of this aspect, FGF-2 was released from the scaffold FGF-18 is not released.

(3) ALP 활성 확인(3) Confirmation of ALP activity

다음으로, 초기 골 분화 마커인 ALP의 활성을 확인하여 세포의 골 분화를 평가하였다. 배양 후, 트립신 처리로 세포를 모으고, 용해 완충액으로 세포를 용해시켰다. 그 다음 효소 반응을 위해, 제조사의 지침에 따라 ALP 반응 용액 (Sigma-Aldrich)을 표본에 첨가하였다. DC 단백질 분석 키트 (BioRad)로 측정한 전체 단백질 함량에 따라 첨가되는 표본의 양을 정하였고, p-나이트로페놀 생성은 405 nm 흡광도에서 측정하였다. 각 조건에 대하여 세 번씩 반복하여 실험을 수행하였다. Next, the activity of ALP, an early bone differentiation marker, was confirmed, and bone differentiation of cells was evaluated. After culturing, the cells were collected by trypsinization and the cells were lysed with a lysis buffer. For the next enzyme reaction, an ALP reaction solution (Sigma-Aldrich) was added to the sample according to the manufacturer's instructions. The amount of sample to be added was determined according to the total protein content measured with a DC protein analysis kit (BioRad), and p-nitrophenol production was measured at 405 nm absorbance. The experiment was repeated three times for each condition.

그 결과, FGF-2/FGF-18을 탑재하거나 탑재하지 않은 스캐폴드를 비교하였을 때 전 구간에서 FGF-2/FGF-18을 탑재한 그룹에 상당히 높은 ALP 수준을 보이는 것을 확인하였다 (도 23 좌측). 배양용기에서 수행한 대조 실험에서 또한 FGF-18이 ALP 활성을 증가시키는데 효과적이라는 것을 보여주며, 반면 FGF-2는 약간의 효과를 보일 뿐이었다 (도 23 우측). As a result, when comparing the scaffolds with or without FGF-2 / FGF-18, it was confirmed that the FGF-2 / FGF-18-loaded group exhibits a significantly higher ALP level in all the groups ). Control experiments performed in culture vessels also showed that FGF-18 was effective in increasing ALP activity, while FGF-2 only had some effect (Figure 23 right).

(4) 골 관련 유전자 발현 확인(4) Confirmation of bone related gene expression

RT-PCR을 이용하여 OPN (osteopontin), Col1 (collagen type 1) 및 ALP (alkaline phosphatase)를 포함하는 골-관련 유전자의 발현을 정량적으로 확인하였다. 제조사의 지침에 따라 RNeasy Mini Kit (Qiagen)을 이용하여 각 표본에서 전체 RNA를 분리하였다. 그 다음, Superscript kit (Invitrogen)를 이용하여 랜덤 헥사머를 프라이머로 RNA를 역전사시켰다. 그 다음, Sensimix plus SYBR Mater Mix (Quantace)를 이용하여 PCR 증폭을 수행하였다. 하우스킵핑 유전자 GAPDH로 각 유전자의 증폭된 PCR 산물을 표준화하여 분석하기 위해 비교 CT 방법 (comparative CT method)을 사용하였다. PCR은 제조사의 지침에 따라 95 ℃ 10분의 활성화 단계로 시작하여, 변성 (95 ℃ 15초), 어닐링 (58 ℃ 30초), 및 연장 (72 ℃, 15초)을 40 사이클 수행하였다. 사용된 프라이머는 하기 표 3과 같다:Expression of bone-associated genes including OPN (osteopontin), Col1 (collagen type 1) and ALP (alkaline phosphatase) was quantitatively confirmed by RT-PCR. Total RNA was isolated from each sample using the RNeasy Mini Kit (Qiagen) according to the manufacturer's instructions. Next, the RNA was reverse-transcribed using a Superscript kit (Invitrogen) with a random hexamer as a primer. Then, PCR amplification was performed using Sensimix plus SYBR Mater Mix (Quantace). The comparative CT method was used to standardize and analyze the amplified PCR products of each gene with the how skipping gene GAPDH. PCR was carried out for 40 cycles of denaturation (95 ° C for 15 seconds), annealing (58 ° C for 30 seconds), and extension (72 ° C, 15 seconds), starting with an activation step of 95 ° C for 10 minutes according to the manufacturer's instructions. The primers used are shown in Table 3 below:

유전자gene 서열order 서열번호SEQ ID NO: GAPDH(forward)GAPDH (forward) 5'-GGCAAGTTCAACGGCACAGT-3'5'-GGCAAGTTCAACGGCACAGT-3 ' 서열번호 1SEQ ID NO: 1 GAPDH(reverse)GAPDH (reverse) 5'-CGCTCCTGGAAGATGGTGAT-3'5'-CGCTCCTGGAAGATGGTGAT-3 ' 서열번호 2SEQ ID NO: 2 ALP(forward)ALP (forward) 5'-ACTGGTACTCGGACAATGAG-3'5'-ACTGGTACTCGGACAATGAG-3 ' 서열번호 3SEQ ID NO: 3 ALP(reverse)ALP (reverse) 5'-ATCGATGTCCTTGATGTTGT-3'5'-ATCGATGTCCTTGATGTTGT-3 ' 서열번호 4SEQ ID NO: 4 OPN(forward)OPN (forward) 5'-CCAAGCAACTCCAATGAAAGC-3'5'-CCAAGCAACTCCAATGAAAGC-3 ' 서열번호 5SEQ ID NO: 5 OPN(reverse)OPN (reverse) 5'-TCCTCGCTCTCTGCATGGT-35'-TCCTCGCTCTCTGCATGGT-3 서열번호 6SEQ ID NO: 6 Col1(forward)Col1 (forward) 5'-CGTGACCAAAAACCAAAAGT-35'-CGTGACCAAAAACCAAAAGT-3 서열번호 7SEQ ID NO: 7 Col1(reverse)Col1 (reverse) 5'-GGGGTGGAGGAAAGGAACAGA-3'5'-GGGGTGGAGGAAAGGAACAGA-3 ' 서열번호 8SEQ ID NO: 8

그 결과, FGF-2/FGF-18이 없는 스캐폴드와 비교하여, FGF-2/FGF-18을 탑재한 스캐폴드에서는 유전자 발현 수준이 상당히 증가하였고, 특히 6일째에 ALP 및 OPN유전자의 발현이 증가하는 것을 확인하였다 (도 24).As a result, the level of gene expression was significantly increased in scaffolds containing FGF-2 / FGF-18 compared to scaffolds lacking FGF-2 / FGF-18. Especially, expression of ALP and OPN genes on day 6 (Fig. 24).

(5) 세포 미네랄화 확인(5) Confirmation of cell mineralization

세포 미네랄화는 Alizarin Red S (ARS) 염색으로 확인하였다. 세포를 PBS로 세척하고 4 % 포름알데하이드로 10 분 동안 고정시켰다. 세척 후, 각 표본을 2 % (w/v) ARS 용액 (Sigma Aldrich, pH 4.1 내지 4.3)을 함유한 증류수에 상온에서 10 분간 인큐베이션시켰다. 그 다음 염색 용액을 제거하고 증류수로 표본을 세척하였다. 염색된 표본은 디지털 카메라 (EOS 1000D, Canon)로 사진을 찍어 확인하였다. Cellular mineralization was confirmed by Alizarin Red S (ARS) staining. Cells were washed with PBS and fixed with 4% formaldehyde for 10 minutes. After washing, each sample was incubated at room temperature for 10 minutes in distilled water containing 2% (w / v) ARS solution (Sigma Aldrich, pH 4.1-4.3). The staining solution was then removed and the specimens were washed with distilled water. Dyed specimens were identified by taking pictures with a digital camera (EOS 1000D, Canon).

나아가, 미네랄화를 정량화하기 위해, 표본을 10 % (w/v) 세틸피리디늄 클로라이드 (cetylpyridinium chloride)를 함유한 10 mM 소듐 포스페이트 용액 (pH 7)에서 1시간 동안 인큐베이션 한 뒤, 반응 산물을 용출시키고 마이크로플레이트 리더를 이용하여 595 nm에서 흡광도를 측정하였다. 상기 실험은 세 번씩 반복 수행하였다.Further, to quantify the mineralization, the specimens were incubated in a 10 mM sodium phosphate solution (pH 7) containing 10% (w / v) cetylpyridinium chloride for 1 hour and then the reaction product was eluted And the absorbance was measured at 595 nm using a microplate reader. The experiment was repeated three times.

ARS 염색 사진은 그룹 간 명백한 차이를 보여주는데, 즉 성장인자가 없는 스캐폴드에 비하여 FGF-2/FGF-18을 탑재한 스캐폴드에서 더욱 진한 붉은색으로 염색된 것을 확인할 수 있었다 (도 25 좌측). 용출된 산물의 정량 분석으로 그룹 간 통계적으로 상당한 차이를 확인하였다 (도 25 우측).ARS staining images showed a clear difference between the groups, that is, the scaffolds loaded with FGF-2 / FGF-18 had a darker red color than the scaffolds without growth factors (Fig. 25, left). A quantitative analysis of the eluted products confirmed statistically significant differences between the groups (Fig. 25 right).

상기 결과들을 종합하면, 본 발명의 FGF-2/FGF-18을 탑재한 스캐폴드는 이식 초기에는 FGF-2를 방출하여 세포의 증식을 촉진하고, FGF-18은 상대적으로 천천히 방출되어 골 분화를 촉진한다는 것을 알 수 있다.In summary, the inventive FGF-2 / FGF-18-loaded scaffolds release FGF-2 at the early stage of transplantation to promote cell proliferation, and FGF-18 is released relatively slowly, .

실시예Example 5. 생체 내 골 형성 능력 확인 5. Verification of bone formation ability in vivo

(1) 래트 두개관 결손 모델에 이식(1) Transplantation in two open-defect models in rats

래트 두개관 결손 모델에서 섬유 스캐폴드의 생체 내 골 형성 능력을 평가하였다. 먼저, 습도 및 온도가 조절되는 환경에서 12 시간 명/암 조건으로 10 주령 수컷 Sprague-Dawley 래트를 사육하였고, 사료 및 물은 임의로 제공하였다. 마취는 케타민 (80 mg/kg) 및 자일라진 (10 mg/kg)을 혼합하여 근육내 주사하여 수행하였다. 그 다음 두개관 중앙에 선형으로 피부를 절개하고 골막을 들어올렸다. 그 다음 염류 용액을 지속적으로 뿌리면서 수술용 칼로 각 두정골 중앙에 5 mm 직경의 골 결손을 만들었다. 상기 결손 부위에 FGF-2/FGF-18을 탑재하거나 탑재하지 않은 스캐폴드를 무작위로 이식하였다. 그 다음 흡수 가능한 물질로 피하 조직을 덮고, 비흡수성 물질로 절개된 부위를 봉합하였다.In vivo bone formation capacity of fibrous scaffolds was evaluated in a two-open defect model in rats. First, 10-week-old male Sprague-Dawley rats were raised in a humidified and temperature controlled environment under 12 h light / dark conditions, and feed and water were randomly provided. Anesthesia was performed intramuscularly by mixing ketamine (80 mg / kg) and xylazine (10 mg / kg). Then, the skin was cut linearly in the center of the two openings and the periosteum was lifted. Then, the saline solution was continuously sprayed and a 5 mm diameter bone defect was made in the center of each bone by a surgical knife. Scaffolds with or without FGF-2 / FGF-18 were randomly transplanted into the defect. The subcutaneous tissue was then covered with an absorbable material and the incision site was sealed with the non-absorbable material.

(2) 골 형성 분석(2) Analysis of bone formation

이식 후, 상기 래트를 각각 케이지에서 사육하면서 실험 기간 동안 감염, 염증 등의 부작용이 발생하는지를 관찰하였다. 이식 6주 후, 두개관을 수득하기 위해 상기 래트를 희생시킨 뒤, 피부를 절개하고, 수술 부위 및 그 주변 조직을 포함하는 조직을 회수하였다. 상기 조직을 상온에서 24시간 동안 10 % 완충 중화 포르말린으로 고정하고 μCT (microcomputed tomography) 분석 및 조직 분석을 수행하였다. After the transplantation, the rats were each raised in a cage and observed for side effects such as infection and inflammation during the experiment. Six weeks after transplantation, the rats were sacrificed to obtain both openings, the skin was incised, and tissues including the surgical site and surrounding tissue were recovered. The tissues were fixed with 10% buffered neutralized formalin for 24 hours at room temperature and subjected to microcomputed tomography (&quot; CT &quot;) analysis and tissue analysis.

고정 후, 새로운 골 형성을 분석하기 위해 μCT 사진을 찍었다. 구체적으로, 회수한 표본을 μCT 스캐너 (Skyscan 1176; Skyscan, Aartselaar)를 이용하여 12.56 ㎛ 카메라 픽셀 크기로 스캔하였고, 1 mm 알루미늄 필터, 0.5° 회전 스텝 및 180° 회전 각으로 하고 평균 3 프레임을 적용하였다. 신생 골로 완전히 덮여있는 단일 결손 부위 중앙에 ROI (cylindrical region of interest)를 위치시켰다. 신생 골 부피의 백분율 (%)과 각 ROI 내에 새롭게 형성된 골의 표면 밀도 (1 mm-1)를 CTAn 소프트웨어 (Skyscan)를 사용하여 전체 골 함량 (해면골 및 피질골 포함)에 대한 역치를 지정함으로써 측정하였다. After fixation, μCT pictures were taken to analyze new bone formation. Specifically, the recovered specimen was scanned with a 12.56 μm camera pixel size using a μCT scanner (Skyscan 1176; Skyscan, Aartselaar), with a 1 mm aluminum filter, 0.5 ° rotation step and 180 ° rotation angle, Respectively. The cylindrical region of interest (ROI) was located at the center of the single defect completely covered with the new bone. Percentage (%) of new bone volume and surface density (1 mm -1 ) of newly formed bone in each ROI were determined by using CTAn software (Skyscan) to specify thresholds for total bone content (including cancellous bone and cortical bone) .

μCT 촬영 후, 조직학적 분석을 위해 표본을 제조하였다. 고정된 표본을 RapidCalTM 용액 (BBC Chemical Co., Stanwood, WA)으로 탈석회화시키고, 에탄올 용액의 농도를 점차적으로 늘려가며 (70 % 내지 100 %) 탈수시킨 뒤, 파라핀으로 포매시켰다. 원형 결손 부위의 중앙을 5 ㎛ 두께로 자르고 대표적인 조직으로 정의하였다. 통상적인 방식으로 슬라이드를 H&E (hematoxylin & eosin)으로 염색하고 광학 현미경 (IX71, Olympus, Tokyo)을 사용하여 조사하였다.Following μCT imaging, specimens were prepared for histological analysis. The fixed sample was decalcified with RapidCal ( TM) solution (BBC Chemical Co., Stanwood, WA), dehydrated gradually (70% to 100%) and then embedded with paraffin. The center of the circular defect was cut into 5 ㎛ thick and defined as representative tissue. Slides were stained with H & E (hematoxylin & eosin) in a conventional manner and examined using an optical microscope (IX71, Olympus, Tokyo).

섬유 스캐폴드 (FGF-2/FGF-18을 탑재하거나 탑재하지 않음)를 래트 두개관 결손 부위에 6 주 동안 이식한 뒤 골 형성 능력을 평가하였는데, 표본의 3D 사진의 μCT 분석은 대비하여 나타내었고, 불투명한 부분은 단단한 조직 형성을 나타낸다 (도 26). 대조군에서는 가장자리에 미미한 수준의 골을 제외하고는 결손 부위에 단단한 조직이 거의 형성되지 않은 반면에, 두 스캐폴드 그룹은 결손 부위쪽으로 단단한 조직이 형성되었으며, 일부는 중심 부에도 조직이 형성된 것을 볼 수 있었다. 스캐폴드 군을 비교하면 FGF-2/FGF-18을 탑재하였을 때 내부로 자라는 단단한 조직이 상당히 증가한 것을 볼 수 있다. The fibrous scaffolds (with or without FGF-2 / FGF-18) were transplanted for 6 weeks in the open defect areas of the rats and the osteogenic potential was assessed. , And the opaque portion indicates hard tissue formation (Figure 26). In the control group, hard tissues were hardly formed in the defect area except for a small level of bone at the edge, whereas the two scaffold groups formed a hard tissue toward the defect site, and some tissues were formed at the center there was. Comparing the scaffold groups, it can be seen that when FGF-2 / FGF-18 was loaded, the hard tissue growing inside increased considerably.

상기 μCT 사진을 정량화하여 골 부피 및 골 표면 밀도를 포함한 골 지표를 분석하였다 (도 27 및 28). 스캐폴드에서 골 부피는 현저히 증가했으며, 특히 성장인자가 탑재된 스캐폴드에서 가장 높았다: 대조군 13 %, 스캐폴드 단독 22 % 이상, FGF-2/FGF-18 스캐폴드 35 % 이상. 골 표면 밀도 역시 동일한 양상을 보였다. The μCT photographs were quantified to analyze bone indices including bone volume and bone surface density (FIGS. 27 and 28). Bone volume was significantly increased in the scaffold, especially in the growth factor-loaded scaffolds: control group 13%, scaffold alone 22%, FGF-2 / FGF-18 scaffold 35% or more. Bone surface density was also the same.

6 주에 회수한 표본을 H&E 및 MT (Masson's trichrome) 염색한 후 조직학적 사진을 찍었다 (도 29). 그 결과 모든 그룹에서 염증은 거의 관찰되지 않았다. 저배율 사진에서, 대조군은 결손 부위쪽으로 골이 거의 자라나오지 않았으나 (도 29a), 두 스캐폴드 (도 29b 및 29c)에서는 모두 원래 골과 유사한 형태의 신생 골이 형성되었으며, 특히 FGF-2/FGF-18을 탑재한 스캐폴드에서 골이 더 잘 형성된 것을 확인할 수 있었다 (도 29b 및 29c). 이러한 경향은 MT 염색 사진에서 더욱 대조적으로 관찰되었는데, 고배율 사진에서도 FGF-2/FGF-18을 탑재한 스캐폴드에서 신생 골 영역을 관찰할 수 있으며, 다 수의 골 형성 세포 및 여러 혈관과 함께 석회화된 골 기질에 둘러싸인 골세포를 볼 수 있었다. 신생 골은 미성숙 무층골 (woven bone) 구조를 보이고, 성숙한 층판 (lamellar) 구조는 보이지 않았다.The specimens collected at 6 weeks were stained with H & E and MT (Masson's trichrome), and histological photographs were taken (FIG. 29). As a result, inflammation was scarcely observed in all groups. In the low magnification photographs, the control group showed almost no bone formation toward the defect site (FIG. 29A). In both scaffolds (FIGS. 29B and 29C) (Fig. 29 (b) and 29 (c)). This tendency was further observed in MT staining photographs. In high-magnification photographs, new bone area can be observed in a scaffold carrying FGF-2 / FGF-18, and calcification with multiple osteogenic cells and various blood vessels And bone cells surrounded by the bone matrix. The new bone showed an immature woven bone structure and a mature lamellar structure was not seen.

결론적으로 본 발명의 FGF-2/FGF-18을 탑재한 섬유 스캐폴드는 골 결손 모델에 이식하였을 경우, 염증을 거의 유발하지 않으면서 생체 내에서 골 재생에 뛰어난 효과가 있음을 확인하였다.In conclusion, the fibrous scaffold carrying the FGF-2 / FGF-18 of the present invention showed excellent effect on bone regeneration in vivo without inducing inflammation when transplanted into the bone defect model.

이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 다른 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.From the above description, it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. In this regard, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention should be construed as being included in the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.

<110> Dankook University Cheonan Campus Industry Academic Cooperation Foundation <120> Multiple-drug loaded scaffold and use thereof <130> KPA150109-KR <160> 8 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GAPDH-F <400> 1 ggcaagttca acggcacagt 20 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GAPDH-R <400> 2 cgctcctgga agatggtgat 20 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ALP-F <400> 3 actggtactc ggacaatgag 20 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ALP-R <400> 4 atcgatgtcc ttgatgttgt 20 <210> 5 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OPN-F <400> 5 ccaagcaact ccaatgaaag c 21 <210> 6 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OPN-R <400> 6 tcctcgctct ctgcatggt 19 <210> 7 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Col1-F <400> 7 cgtgaccaaa aaccaaaagt 20 <210> 8 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Col1-R <400> 8 ggggtggagg aaaggaacag a 21 <110> Dankook University Cheonan Campus Industry Academic Cooperation Foundation <120> Multiple-drug loaded scaffolds and use thereof <130> KPA150109-KR <160> 8 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GAPDH-F <400> 1 ggcaagttca acggcacagt 20 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GAPDH-R <400> 2 cgctcctgga agatggtgat 20 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ALP-F <400> 3 actggtactc ggacaatgag 20 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ALP-R <400> 4 atcgatgtcc ttgatgttgt 20 <210> 5 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OPN-F <400> 5 ccaagcaact ccaatgaaag c 21 <210> 6 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OPN-R <400> 6 tcctcgctct ctgcatggt 19 <210> 7 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Col1-F <400> 7 cgtgaccaaa aaccaaaagt 20 <210> 8 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Col1-R <400> 8 ggggtggagg aaaggaacag a 21

Claims (23)

제1약물로 FGF-18을 탑재한 생활성유리 나노입자 및 제2약물로 FGF-2을 함유하는, 생중합체 코어를 포함하는, 코어-쉘 (Core-Shell) 섬유 구조를 가지는 스캐폴드로서,
상기 생중합체 코어의 성분으로서 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide, PEO)을 포함하고,
상기 스캐폴드의 쉘 (shell)의 성분으로서 폴리카프로락톤 (polycaprolactone, PCL)을 포함하며,
상기 제1약물 및 상기 제2약물을 순차적으로 방출하는 것을 특징으로 하는, 스캐폴드.
A scaffold having a Core-Shell fiber structure comprising a biopolymer core containing a vitriol nanoparticle loaded with FGF-18 as a first drug and FGF-2 as a second drug,
And polyethylene oxide (PEO) as a component of the biopolymer core,
And polycaprolactone (PCL) as a component of the shell of the scaffold,
And sequentially discharges the first drug and the second drug.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 생활성유리 나노입자는 Ca : Si의 몰 비율이 1 : 4 내지 1 : 9 인 것인, 스캐폴드.
The scaffold of claim 1, wherein the vitreous silica nanoparticles have a Ca: Si molar ratio of 1: 4 to 1: 9.
제1항에 있어서, 상기 생활성유리 나노입자는 지름이 100 내지 140 nm인 것인, 스캐폴드.
The scaffold of claim 1, wherein the vitreous silica nanoparticles have a diameter of 100 to 140 nm.
제1항에 있어서, 상기 코어-쉘 (Core-Shell) 섬유 구조는 내부에 중공 구조(hollow structure)를 가지는 것인, 스캐폴드.
The scaffold of claim 1, wherein the core-shell fiber structure has a hollow structure therein.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 생활성유리 나노입자는 생중합체 코어 대비 1 내지 10 중량%로 포함된 것인, 스캐폴드.
The scaffold of claim 1, wherein the vitrified glass nanoparticles are comprised between 1 and 10 weight percent of the biopolymer core.
제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌옥사이드는 분자량이 50,000 내지 70,000인 것인, 스캐폴드.
The scaffold of claim 1, wherein the polyethylene oxide has a molecular weight of from 50,000 to 70,000.
제1항에 있어서, 상기 폴리카프로락톤은 분자량이 70,000 내지 90,000인 것인, 스캐폴드.
The scaffold of claim 1, wherein the polycaprolactone has a molecular weight of from 70,000 to 90,000.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 생중합체 코어는 1 이상의 약물을 추가로 함유하는 것인, 스캐폴드.
The scaffold of claim 1, wherein the biopolymer core further comprises at least one drug.
제1항, 제3항 내지 제5항, 제8항 내지 제10항, 및 제12항 중 어느 한 항의 스캐폴드를 포함하는, 골 재생용 약학 조성물.
A pharmaceutical composition for bone regeneration comprising the scaffold of any one of claims 1, 3 to 5, 8 to 10, and 12.
(a) 산화칼슘 전구체 및 실리카 전구체를 혼합하여 생활성유리 나노입자를 제조하는 단계;
(b) 상기 생활성유리 나노입자와 제1약물로 FGF-18을 혼합하여 제1약물을 탑재한 생활성유리 나노입자를 제조하는 단계;
(c) 주사기-유사 장치 외부 주입부에 쉘 (Shell) 성분을 주입하고, 내부 주입부에 상기 제1약물을 탑재한 생활성유리 나노입자 및 제2약물로 FGF-2을 함유하는, 생중합체 코어 (Core) 성분을 주입하여 코어-쉘 (core-shell) 섬유를 제조하는 단계; 및
(d) 상기 제조된 섬유를 회수하고 건조시키는 단계를 포함하는, 스캐폴드의 제조방법으로서,
상기 생중합체 코어 성분은 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide, PEO)을 포함하고,
상기 스캐폴드의 쉘 (shell) 성분은 폴리카프로락톤 (polycaprolactone, PCL)을 포함하며,
상기 제1약물 및 상기 제2약물을 순차적으로 방출하는 것을 특징으로 하는, 방법.
(a) mixing the calcium oxide precursor and the silica precursor to produce vitrified glass nanoparticles;
(b) mixing the vitrified glass nanoparticles with FGF-18 as a first drug to prepare a vitreous glass nanoparticle loaded with a first drug;
(c) injecting a shell component into a syringe-like device external injection section, and injecting the biomolecule core with bioactive glass nanoparticles loaded with the first drug into an internal injection section and FGF-2 as a second drug Forming core-shell fibers by injecting a Core component; And
(d) recovering and drying the prepared fibers, the method comprising the steps of:
Wherein the biopolymer core component comprises polyethylene oxide (PEO)
The shell component of the scaffold comprises polycaprolactone (PCL)
Wherein the first drug and the second drug are sequentially released.
제14항에 있어서, 상기 산화칼슘 전구체는 테트라하이드레이트 칼슘 나이트레이트 (Ca(NO3)24H2O), 칼슘 클로라이드 (CaCl2), 칼슘 설페이트 (CaSO4), 및 칼슘 메톡시에톡사이드 (calcium methoxyethoxide)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상 인 것인, 제조방법.
The method of claim 14, wherein the calcium oxide precursor is selected from the group consisting of tetrahydrate calcium nitrate (Ca (NO 3 ) 2 4H 2 O), calcium chloride (CaCl 2 ), calcium sulfate (CaSO 4 ), and calcium methoxyethoxide calcium methoxyethoxide). &lt; / RTI &gt;
제14항에 있어서, 상기 실리카 전구체는 테트라에틸 오쏘실리케이트 (tetraethyl orthosilicate), TEOS (tetraethyl orthosilicate), TMOS (trimethoxy orthosilicate), GPTMS ((3-glycidoxypropyl)methyl diethoxysilane), MPS (3-mercaptopropyl trimethoxysilane), GOTMS (γ-glycidyloxypropyl trimethoxysilane), 및 APTMOS (aminophenyl trimethoxysilane)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인 것인, 제조방법.
15. The method of claim 14, wherein the silica precursor is selected from the group consisting of tetraethyl orthosilicate, tetraethyl orthosilicate (TEOS), trimethoxy orthosilicate (TMOS), 3-glycidoxypropyl methyl diethoxysilane, 3-mercaptopropyl trimethoxysilane (MPS) GOTMS (? -Glycidyloxypropyl trimethoxysilane), and APTMOS (aminophenyl trimethoxysilane).
제14항에 있어서, 상기 생활성유리 나노입자의 Ca : Si의 몰 비율이 1 : 4 내지 1 : 9인 것인, 제조방법.
15. The production method according to claim 14, wherein a molar ratio of Ca: Si of the vitrified glass nanoparticles is 1: 4 to 1: 9.
제14항에 있어서, 상기 생중합체 코어 성분은 증류수에 용해시켜 주입하는 것이고, 상기 쉘 성분은 클로로포름과 디메틸 포름아마이드의 혼합용액에 용해시켜 주입하는 것인, 제조방법.
15. The production method according to claim 14, wherein the biopolymer core component is dissolved in distilled water and injected, and the shell component is dissolved in a mixed solution of chloroform and dimethylformamide to be injected.
삭제delete 삭제delete 제14항에 있어서, 상기 생중합체 코어는 1 이상의 약물을 추가로 포함하는 것인, 제조방법.
15. The method of claim 14, wherein the biopolymer core further comprises at least one drug.
제14항에 있어서, 상기 코어-쉘 (core-shell) 섬유를 제조하는 단계는 동축 전기방사 (coaxial electrospinning)를 수행하여 제조되는 것인, 제조방법.
15. The method of claim 14, wherein the step of fabricating the core-shell fibers is performed by performing coaxial electrospinning.
제22항에 있어서, 상기 동축 전기방사의 쉘 및 코어 부분에 대한 피드 속도 (feed rate)는 각각 3.0 내지 5.0 ㎖/h 및 0.3 내지 0.7 ㎖/h인 것인, 제조방법.23. The method of claim 22, wherein the feed rates for the shell and core portions of the coaxial electrospinning are 3.0 to 5.0 ml / h and 0.3 to 0.7 ml / h, respectively.
KR1020150094805A 2015-07-02 2015-07-02 Multiple-drug loaded scaffold and use thereof KR101685295B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150094805A KR101685295B1 (en) 2015-07-02 2015-07-02 Multiple-drug loaded scaffold and use thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150094805A KR101685295B1 (en) 2015-07-02 2015-07-02 Multiple-drug loaded scaffold and use thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101685295B1 true KR101685295B1 (en) 2016-12-12

Family

ID=57574221

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150094805A KR101685295B1 (en) 2015-07-02 2015-07-02 Multiple-drug loaded scaffold and use thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101685295B1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110975007A (en) * 2019-12-09 2020-04-10 宁夏医科大学 A bFGF-loaded guided tissue regeneration membrane with a core-shell structure and a preparation method thereof
CN113318280A (en) * 2021-04-09 2021-08-31 南通大学 Bone regeneration superfine fiber membrane and preparation method thereof
KR20220081320A (en) * 2018-11-07 2022-06-15 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 Nanocements based on bioactive glass nanoparticles

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110094553A (en) * 2010-02-17 2011-08-24 연세대학교 산학협력단 Core-shell type nanofiber support and method for preparing same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110094553A (en) * 2010-02-17 2011-08-24 연세대학교 산학협력단 Core-shell type nanofiber support and method for preparing same

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
El-Fiqi, A & Kim, H. W., RSC Adv.(2014) Vol.4, pp.4444-4452*
El-Fiqi, A &amp; Kim, H. W., RSC Adv.(2014) Vol.4, pp.4444-4452* *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220081320A (en) * 2018-11-07 2022-06-15 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 Nanocements based on bioactive glass nanoparticles
KR102553738B1 (en) 2018-11-07 2023-07-11 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 Nanocements based on bioactive glass nanoparticles
CN110975007A (en) * 2019-12-09 2020-04-10 宁夏医科大学 A bFGF-loaded guided tissue regeneration membrane with a core-shell structure and a preparation method thereof
CN113318280A (en) * 2021-04-09 2021-08-31 南通大学 Bone regeneration superfine fiber membrane and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zheng et al. Porous bioactive glass micro-and nanospheres with controlled morphology: Developments, properties and emerging biomedical applications
Kang et al. Therapeutic-designed electrospun bone scaffolds: mesoporous bioactive nanocarriers in hollow fiber composites to sequentially deliver dual growth factors
CN1103320C (en) Delivery system for the controlled release of biologically active agents, pharmaceutical products containing it and uses thereof
US8734831B2 (en) Method for manufacturing a porous ceramic scaffold having an organic/inorganic hybrid coating layer containing a bioactive factor
Erol‐Taygun et al. Bioactıve glass‐polymer nanocomposites for bone tıssue regeneration applicatıons: a revıew
Seong et al. Porous calcium phosphate–collagen composite microspheres for effective growth factor delivery and bone tissue regeneration
Roohaniesfahani et al. Modulatory effect of simultaneously released magnesium, strontium, and silicon ions on injectable silk hydrogels for bone regeneration
Pang et al. Chemically and physically cross-linked polyvinyl alcohol-borosilicate gel hybrid scaffolds for bone regeneration
Kim et al. Therapeutic foam scaffolds incorporating biopolymer-shelled mesoporous nanospheres with growth factors
EP3684343B1 (en) Improved supraparticles
CN107823718A (en) A kind of mesopore bioactive glass of multistage containing rubidium and its preparation method and application
Liu et al. Hierarchically porous calcium–silicon nanosphere-enabled co-delivery of microRNA-210 and simvastatin for bone regeneration
KR102553738B1 (en) Nanocements based on bioactive glass nanoparticles
KR20160073811A (en) fibrous scaffolds containing bioactive glass nanosphere, preparation method and use thereof
Wang et al. Local delivery of BMP-2 from poly (lactic-co-glycolic acid) microspheres incorporated into porous nanofibrous scaffold for bone tissue regeneration
KR101685295B1 (en) Multiple-drug loaded scaffold and use thereof
Cai et al. MBG scaffolds containing chitosan microspheres for binary delivery of IL-8 and BMP-2 for bone regeneration
Farmani et al. Preparation and in vitro osteogenic evaluation of biomimetic hybrid nanocomposite scaffolds based on gelatin/plasma rich in growth factors (PRGF) and lithium-doped 45s5 bioactive glass nanoparticles
CN104958277B (en) Decellularized valve with controllable release of vascular endothelial growth factor, method of making and application thereof
KR101243956B1 (en) The coated scaffold for regeneration of hard tissue with components of bone matrix containing mesoporous bioactive glass by co-precipitation and the method thereof
Kim et al. Osteogenic evaluation of calcium phosphate scaffold with drug-loaded poly (lactic-co-glycolic acid) microspheres in beagle dogs
KR102422432B1 (en) silicate-shell hydrogel fiber scaffold and preparation method thereof
Zhou et al. Gold capped mesoporous bioactive glass guides bone regeneration via BMSCs recruitment and drug adaptive release
Xue et al. Calcium phosphate silicate microspheres with soybean lecithin as a sustained-release bone morphogenetic protein-delivery system for bone tissue regeneration
KR101629563B1 (en) Therapeutic foam scaffolds incorporating biopolymer-shelled mesoporous nanospheres with growth factors

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20150702

PA0201 Request for examination
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20160921

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20161123

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20161205

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20161205

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191007

Year of fee payment: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20191007

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20201005

Start annual number: 5

End annual number: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20210927

Start annual number: 6

End annual number: 6

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20221004

Start annual number: 7

End annual number: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20241007

Start annual number: 9

End annual number: 9