KR101709608B1

KR101709608B1 - 용융 방사에 의한 히알루론산염 파이버의 제조방법 및 이로부터 제조된 히알루론산염 파이버

Info

Publication number: KR101709608B1
Application number: KR1020150125088A
Authority: KR
Inventors: 권동건; 박승현
Original assignee: (주)진우바이오
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2015-09-03
Publication date: 2017-03-09
Also published as: US10994048B2; EP3346032A1; JP2018527486A; CN108350610A; CN108350610B; WO2017039335A1; EP3346032B1; EP3346032A4; US20180243471A1; JP6563141B2

Abstract

본 발명은 히알루론산염 파이버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수술용 봉합사, 성형 필러, 리프팅용 실, 조직 공학용 세포지지체(Scaffold) 등으로 활용 가능한 히알루론산염 파이버 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
상기 용융 방사에 의한 히알루론산염 파이버의 제조방법은 (a) 분자량이 500~3,000kDa인 히알루론산염의 수분 함량을 5~20%로 조절하는 단계; (b) 수분 함량이 조절된 히알루론산염을 용융방사 장치에 넣고, 150~200℃로 가열 후, 고압방사하여 히알루론산염 파이버를 제조하는 단계; 및 (c) 히알루론산염 파이버를 에탄올 수용액에 침지시켜 표면을 경화시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 히알루론산염 파이버는 히알루론산염을 주성분으로 제조되어, 안전성(Safety) 및 생체 적합성이 뛰어날 뿐만 아니라, 통상의 액상 하이드로겔 제품과 달리 미생물 오염이 없고, 관리 및 사용이 쉬워서 다양한 형태의 조직 수복용 제제로 이용할 수 있다. 또한, 본 발명의 히알루론산염 파이버는 고체 형태의 제품이라 히알루론산염 농도 대비 체적 볼륨이 매우 작아 체내 투입 시 환자의 고통과 불편을 최소화시켜 치료 효과를 극대화 할 수 있는 장점이 있다.

Description

용융 방사에 의한 히알루론산염 파이버의 제조방법 및 이로부터 제조된 히알루론산염 파이버 {Preparation Method of Hyaluronate Fiber by Melt-Spinning and Hyaluronate Fiber Prepared Thereof}

본 발명은 히알루론산염 파이버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수술용 봉합사, 성형 필러, 리프팅용 실, 조직 공학용 세포지지체(Scaffold) 등으로 활용 가능한 히알루론산염 파이버 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

히알루론산(hyaluronic acid, HA)은 분자량이 500,000 내지 13,000,000Da에 이르는 무색의 고점도 다당류로서, 반복단위인 D-글루쿠론산과 N-아세틸 글루코즈아민이 (1-3)과 (1-4)로 번갈아 결합되어 있다.

HA은 여러 가지 인체 생리 활성에 관여하며, 분자량에 따라 다양한 생리활성을 가지는 것으로 알려져 있다. 특히 고분자의 히알루론산은 인체 충진제 (space-filler)로 사용되고, 혈관생성 억제(anti-angiogenic), 면역 억제 (Immunosuppressive) 등의 기능을 가지는 것으로 알려져 있다.

따라서 현재 2.0MDa 이상의 HA을 사용하여 고점성의 하이드로겔 형태로 하여 관절 주사제와 성형 필러 및 내, 외과 수술용 유착 방지제로 많이 활용되고 있다. 그러나 대부분의 제품은 고점성 수용액 또는 하이드로겔의 액상 형태이어서 활용성, 보관성 및 가공성 측면에서 제한이 있다. 특히, 액상 형태로 활용 시 HA 자체의 안정성(Stability)이 떨어져 제품의 보관과 유통에 주의가 요구되며, 실제 제품 내의 HA 함유량은 1~5% 정도의 낮은 농도로, 환자 인체 내 투입 시 고농도 고용량 투입이 불가 할뿐만 아니라, 높은 체적 볼륨으로 인한 투입 압력으로 인해 환자에게 큰 고통이 수반되게 된다.

또한, HA를 액상 형태로 체내 투입 시, 체내에 존재하는 여러 분해 효소 등에 의하여 급속히 분해되어 분자량이 낮아짐으로써 체내 지속성 또한 낮아져 치료 부위에 대한 효과가 떨어지는 단점이 있다.

따라서, HA의 안정성, 활용성 등을 향상시키기 위하여, 한국공개특허 제2014-0100469호 및 일본 공개특허 제2011-31034호에서는 안전성이 입증된 분해성 고분자를 주원료로 하여 HA를 일부 소량, 10% 이내로 블렌딩 (Blending) 또는 코팅시킨 봉합사를 개시하였으나, HA의 함량이 낮은 문제점이 있었다.

HA 단독으로 파이버(fiber)를 제조하면 HA 함량을 늘릴 수 있겠지만, 일반적으로 HA 고분자 다당체 내의 강한 수소 결합에 기인한 용융 불가로 인하여 HA 자체만으로 파이버를 제조하는 방법은 아직까지 알려지지 않았다.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 노력한 결과, 비 용융성의 히알루론산염을 전 처리로 수분 함량을 조절한 후, 용융 방사시킬 경우 수술용 봉합사, 성형 필러, 조직 공학용 세포지지체 (Scaffold) 등으로 활용 가능한 히알루론산나트륨 파이버(fiber)를 제조할 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 생체 적합성과 피부 탄력능 및 수분 보유력이 뛰어난 히알루론산염을 주성분으로 하는 히알루론산염 파이버 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 안전성 및 생체 적합성이 우수한 히알루론산염 파이버로 제조된 수술용 봉합사, 성형 필러, 리프팅용 실 및 조직 공학용 세포지지체(Scaffold)를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 분자량이 500~3,000kDa인 히알루론산염의 수분 함량을 5~20%로 조절하는 단계; (b) 수분 함량이 조절된 히알루론산염을 용융방사 장치에 넣고, 150~200℃로 가열 후, 고압방사하여 히알루론산염 파이버를 제조하는 단계; 및 (c) 히알루론산염 파이버를 에탄올 수용액에 침지시켜 표면을 경화시키는 단계를 포함하는 용융 방사에 의한 히알루론산염 파이버의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 히알루론산염의 pH는 6~8인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 표면을 경화시키는 단계는 에탄올 수용액에서 1회 침지 또는 에탄올 수용액의 에탄올 농도를 순차적으로 증가시키면서 2~5회 침지시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 에탄올 수용액의 농도는 30~99부피%인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조된 히알루론산염 파이버를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 히알루론산염 파이버를 포함하는 수술용 봉합사, 성형 필러, 리프팅용 실 및 조직 공학용 세포 지지체(Scaffold)를 제공한다.

본 발명의 히알루론산염 파이버는 히알루론산염을 주성분으로 제조되어, 안전성(Safety) 및 생체 적합성이 뛰어날 뿐만 아니라, 통상의 액상 하이드로겔 제품과 달리 미생물 오염이 없고, 관리 및 사용이 쉬워서 다양한 형태의 조직 수복용 제제로 이용할 수 있다.

또한, 본 발명의 히알루론산염 파이버는 고체 형태의 제품이라 히알루론산염 농도 대비 체적 볼륨이 매우 작아 체내 투입 시 환자의 고통과 불편을 최소화시켜 치료 효과를 극대화 할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에서 사용한 용융방사 장치(Spinning Apparatus)의 설명도이다.
도 2는 고분자의 히알루론산염의 수분 함량 조정 전과 수분 함량 10%로 조정한 후 측정한 DSC 결과이다.

본 발명에서는 강한 수소 결합으로 인하여 용융이 안되는 히알루론산염을 습윤 처리시킬 경우 용융 방사가 가능하여 고함량의 히알루론산염을 포함하는 히알루론산염 파이버를 제조할 수 있다는 것과 표면 강화 단계를 통하여 히알루론산염 파이버의 물성을 조절할 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 일 실시예에서는 수분 함량이 조절된 히알루론산나트륨의 용융에 기인한 흡열 피크를 열분석기 (Differential Scanning Calorimeter) (DSC) 측정을 통해 확인하고, 측정 결과를 참조하여 히알루론산나트륨 내의 수분 함량을 5~20%로 조절 후, 150~200℃에서 용융 방사하여 히알루론산나트륨 파이버(Fiber)를 제조하였다. 그리고, 물성을 향상시키기 위하여 히알루론산나트륨 파이버를 50%, 70% 및 95% 에탄올 수용액에 순차적으로 침지시켜 표면을 경화시켜 히알루론산염 파이버(Fiber)를 제조하였다.

그 결과, 제조된 히알루론산나트륨 파이버(Fiber)는 식염수에 장시간 침지하여도 물성과 형태 유지가 가능하다는 것을 확인하였다.

따라서, 본 발명은 일 관점에서, (a) 분자량이 500~3,000kDa인 히알루론산염의 수분 함량을 5~20%로 조절하는 단계; (b) 수분 함량이 조절된 히알루론산염을 용융방사 장치에 넣고, 150~200℃로 가열 후, 고압방사하여 히알루론산염 파이버를 제조하는 단계; 및 (c) 히알루론산염 파이버를 에탄올 수용액에 침지시켜 표면을 경화시키는 단계를 포함하는 용융 방사에 의한 히알루론산염 파이버의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 있어서, 히알루론산염은 히알루론산에 염이 결합되어 있는 것으로서, 히알루론산나트륨, 히알루론산칼슘, 히알루론산칼륨 등을 예시할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 히알루론산염의 수분 함량 조절은 히알루론산염의 수분을 조절할 수 있는 것이라면 그 방법에 제한없이 수행이 가능하다. 예를 들어, 항온 항습기를 이용하여 히알루론산염의 수분을 조절할 수 있다.

히알루론산염 내의 수분 함량이 5% 미만인 경우 고온 고압 하에서 용융 방사에 의한 방사(Spinning)시 용융의 곤란으로 인하여 방사(Spinning)에 어려움이 있고, 히알루론산염 내의 수분 함량이 20%를 초과할 경우 방사(Spinning) 후 파이버(fiber) 내 높은 수분 함유량으로 인해 경화 과정 후에도 Fiber의 형태 유지가 곤란한 문제점이 있다.

본 발명에서는 수분 함량이 5~20%로 조절된 히알루론산염을 용융방사 장치(도 1 참조)의 용융 저장부(melt reservior)에 넣고, 150~200℃로 가열 후, 고압방사 시켜 히알루론산염 파이버를 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 히알루론산염 파이버는 히알루론산염 단독으로 제조가 가능하지만, 활용 분야에 따라 당 업계에서 통상적으로 이용되는 담체 또는 부형제 성분들을 추가로 포함할 수 있고, 그 종류 및 함량 범위가 특별히 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 주요 용도인 조직 수복용 제제로 활용 시 보다 강화된 물성과 기능성 확보를 위하여 약리학적으로 허용되는 생체 적합성 제제인 셀룰로오스계 소재와 분해성이 우수한 고분자인 폴리에틸렌, 폴리다이옥산, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐에테르, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리락틱산 등을 히알루론산과 혼합하여 방사(Spinning)하여 제조할 수 있다.

히알루론산염을 용융 방사하고, 건조시켜 제조한 히알루론산염 파이버를 그대로 사용할 경우 히알루론산 자체의 수분 민감성으로 인하여 보관과 물성 유지가 어려운 안정성(Stability) 문제가 있다.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 제조된 히알루론산염 파이버를 에탄올 수용액에 침지시켜 표면을 경화시키는 것을 특징으로 한다.

히알루론산나트륨 파이버 표면의 경화는 90~99부피%의 에탄올 수용액에서 1회 침지(침지 시간 1초 내외)시키거나 에탄올 수용액의 에탄올 농도를 순차적으로 증가시키면서 2~5회 침지시키는 것 (침지 시간 1초 내외)을 특징으로 한다.

표면 경화를 위하여 사용되는 에탄올 수용액의 농도는 30~99부피%를 이용할 수 있고, 50~95부피%인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 표면 경화된 히알루론산나트륨 파이버를 글루타르알데히드(glutaraldehyde), 에피클로로히드린(epychlorohydrin) 등의 가교 합성 화학물질의 수용액이나 키토산(chitosan), 폴리라이신(polylysine) 등의 수용화시 양이온성을 띄는 천연 고분자 물질의 수용액에 침지시켜 표면을 가교시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다. 이렇게 표면이 일부 가교된 히알루론산나트륨 파이버는 분해 저항성 및 기계적 물성이 향상될 수 있다.

본 발명은 다른 관점에서 상기 방법으로 제조된 히알루론산염 파이버에 관한 것이다.

본 발명에 따라 제조된 히알루론산염 파이버는 히알루론산염 100% 순도로 제조가 가능하며, 표면이 단단하게 경화 또는 가교되어 있어 기존의 액상 히알루론산염 조직 수복용 제품과 달리 미생물 오염이 없고, 관리 및 사용이 쉬워서 다양한 형태의 조직 수복용 제제로 이용될 수 있다.

따라서, 본 발명은 또 다른 관점에서 상기 히알루론산염 파이버를 포함하는 수술용 봉합사, 성형 필러, 리프팅용 실 및 조직 공학용 세포 지지체(Scaffold)에 관한 것이다.

[실시예]

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시 예 1: 습윤 처리를 통한 HA Paste 제조

분자량 1.2MDa인 히알루론산나트륨 (Hi-Aqua^TM, (주)진우바이오)을 항온항습기를 사용하여 습윤 처리하였다. 즉, 상대 습도 60%의 조건 하에서 히알루론산나트륨 10g 기준으로 1~3시간 방치하여 히알루론산나트륨 내의 수분 함량을 5~30%로 조정하였다. 참고로, 습윤 처리 전 HA내의 수분 함량은 2% 정도였다.

실험 예 1: 열 분석기 (DSC) 측정

열 분석기(DSC6100, Seiko, Japan)를 이용하여 30~250℃ 온도범위, 10℃/min의 승온속도 조건에서 습윤 처리 전의 히알루론산나트륨과 실시예 1에서 습윤 처리한 히알루론산나트륨의 흡열 피크를 측정하였다. DSC 측정 결과, 습윤 처리가 안 된 히알루론산나트륨 분말의 경우 용융에 기인한 흡열 피크가 전혀 감지되지 않은 반면, 수분 함량이 5% 이상으로 조정된 히알루론산나트륨의 경우 온도 구간 도시 150~200℃ 부근에서 용융에 기인한 흡열 피크가 강하게 감지됨을 확인 할 수 있었다. 따라서, 상기 온도 구간에서 히알루론산나트륨의 용융 방사가 가능함을 알 수 있었다.

실시 예 2: 용융 방사에 의한 HA Fiber 제조

실시 예 1에서 습윤 처리한 히알루론산나트륨을 용융방사 장치(Melt Spinning Apparatus)의 용융 저장부에 넣고, 이를 150~200℃에서 질소압 처리하여 방사(spinning)시킨 다음, 상온에서 일반 건조하여 히알루론산나트륨 파이버(HA Fiber)를 제조하였다.

실시 예 3: 용융 방사 및 표면경화에 의한 HA Fiber 제조

실시 예 2와 동일한 방법으로 방사(spinning)시켜 제조한 HA Fiber를 50% 에탄올, 70% 에탄올, 최종 95% 에탄올에 차례로 침지시켜 표면을 경화 후 상온에서 일반 건조하여 히알루론산나트륨 파이버(HA Fiber)를 제조하였다.

실시 예 4: 용융 방사 및 표면경화에 의한 HA Fiber 제조

실시 예 2와 동일한 방법으로 방사(spinning)시켜 제조한 HA Fiber를 95% 에탄올에 바로 침지시켜 표면을 경화 후 상온에서 일반 건조하여 히알루론산나트륨 파이버(HA Fiber)를 제조하였다.

실시 예 5: 용융 방사 및 표면경화에 의한 HA Fiber 제조

실시 예 2와 동일한 방법으로 방사(spinning)시켜 제조한 HA Fiber를 50% 에탄올에 바로 침지시켜 표면을 경화 후 상온에서 일반 건조하여 히알루론산나트륨 파이버(HA Fiber)를 제조하였다.

실험 예 2: 수분 팽윤도 (Swelling Ratio) 측정

실시 예 2~5에서 얻은 히알루론산나트륨 파이버(HA Fiber)를 37℃, 식염수에 침지시켜 시간에 따른 팽윤 속도를 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

참고로, 팽윤 속도는 다음의 식으로 구하였다.

팽윤 속도(%) = (일정 시간 경과 후 HA Fiber 무게/초기 Fiber 무게) X 100

	팽윤도 (%)
	1hr	2hr	3hr	5hr	12hr	24hr
실시예 2	138	-	-	-	-	-
실시예 3	111	118	123	128	135	148
실시예 4	108	115	119	123	130	141
실시예 5	125	138	143	-	-	-

표 1에 나타난 바와 같이, 표면 경화가 이루어지지 않은 실시예 2의 히알루론산나트륨 파이버(HA Fiber)는 식염수 침지 2시간 경과 시 파이버(Fiber) 형태 유지 불가하여 팽윤도 측정이 불가하였다.

30%, 50% 및 95% 에탄올 수용액으로 표면 경화된 실시예 3의 히알루론산나트륨 파이버(HA Fiber)는 식염수 침지 24시간 경과 후에도 팽윤도가 148% 정도로서 경화 과정에 의해 표면이 단단하게 경화되어 파이버(Fiber) 형태 유지가 가능함을 확인하였다.

또한, 95% 에탄올 수용액으로 표면 경화된 실시예 4의 히알루론산나트륨 파이버(HA Fiber)는 식염수 침지 24시간 경과 후에도 파이버(Fiber) 형태가 유지되지만, 50% 에탄올 수용액으로 표면 경화된 실시예 5의 히알루론산나트륨 파이버(HA Fiber)는 식염수 침지 5시간 경과 시 파이버(Fiber) 형태 유지가 불가능함을 알 수 있었다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims

다음 단계를 포함하는 용융 방사에 의한 히알루론산염 파이버의 제조방법:
(a) 중량평균분자량이 500~3,000kDa인 히알루론산염의 수분 함량을 5~20%로 조절하는 단계;
(b) 수분 함량이 조절된 히알루론산염을 용융방사 장치에 넣고, 150~200℃로 가열 후, 고압방사하여 히알루론산염 파이버를 제조하는 단계; 및
(c) 히알루론산염 파이버를 에탄올 수용액에 침지시켜 표면을 경화시키는 단계.
제1항에 있어서, 상기 히알루론산염의 pH는 6~8인 것을 특징으로 하는 히알루론산염 파이버의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 표면을 경화시키는 단계는 에탄올 수용액에서 1회 침지 또는 에탄올 수용액의 에탄올 농도를 순차적으로 증가시키면서 2~5회 침지시키는 것을 특징으로 하는 히알루론산염 파이버의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 에탄올 수용액의 농도는 30~99부피%인 것을 특징으로 하는 히알루론산염 파이버의 제조방법.
제1항 내지 제4항중 어느 한 항의 방법으로 제조되고, 중량평균분자량 500~3,000kDa인 히알루론산염이 100% 순도로 함유된 것을 특징으로 하는 히알루론산염 파이버.
제5항의 히알루론산염 파이버를 포함하는 수술용 봉합사.
제5항의 히알루론산염 파이버를 포함하는 성형 필러.
제5항의 히알루론산염 파이버를 포함하는 리프팅용 실.
제5항의 히알루론산염 파이버를 포함하는 조직 공학용 세포 지지체 (Scaffold).