KR101754342B1 - 3차원적 연골배양부재 및 이를 포함하는 연골배양장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연골배양부재 및 이를 포함하는 연골배양 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 연골 배양부재는 연골의 양측면에 위치하는 연골막 중 어느 하나의 연골막에 접하도록 구비되고, PVA(polyvinyl alcohol), PVAc(polyvinyle acetate) 중 적어도 어느 하나의 재질의 다공질 하이드로겔로 구비되는 성장 지지체;를 포함한다.
본 발명에 따르면 연골막과 연골 사이 또는 채취된 후 잔존하는 연골막에 인접하도록 삽입되어 퇴행성 관절질환 등의 치료에 응용할 수 있는 연골, 특히 귀연골을 배양할 수 있는 부재 및 장치를 제공하고, 인체 내에서 줄기세포가 연골조직으로 성장할 수 있는 환경을 제공한다.

Description

3차원적 연골배양부재 및 이를 포함하는 연골배양장치{Member of 3-dimensional cartilage-culture and apparatus of cartilage-culture having the same}
본 발명은 연골배양부재 및 이를 포함하는 연골배양 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자가 연골 이식 등을 위하여 체내에서 연골을 인위적으로 배양시키는데 기여하는 장치에 관한 것이다.
연골(cartilage)이란 연골세포와 그것을 둘러싸고 있는 다량의 기질로 이루어진 조직으로서, 칼슘을 주성분으로 한 뼈인 경골(또는 골조직)과 대응되는 개념이다. 연골의 작용에는 관절의 골단을 덮는 관절연골에서 볼 수 있는 것처럼 골단의 마찰을 방지하는 이외에 기관, 귓바퀴와 같이 탄력을 유지하거나, 늑연골,치골결합 연골과 같이 압력에 대한 저항력을 주는 것 등을 들 수 있다. 연골은 무신경, 무혈관, 무임파성이며, 한번 손상되면 원래대로 복구되지 않는다. 예를 들어 무릎, 고관절 및 턱관절과 같은 관절 내의 연골의 경우 충격의 흡수나 퇴행성 관절염 등에 따른 마모에 의하여 손상될 수 있으며, 이러한 경우 손상된 연골은 자연적으로 복구되지 않는다.
따라서 연골이 마모되거나 손상되는 경우 인공 연골부재나 체내에서 채취한 연골이나 인공적으로 배양한 연골을 이용하여 마모 또는 손상된 연골을 대체하여야 한다.
다만, 실험실 수준에서 인공적으로 연골을 배양하는 경우 인위적인 성장인자만이 해당 연골의 배양에 이용되며, 그나마 이용되는 성장인자 또한 제한적인 실정이며, 이러한 환경에서 성장하는 연골의 경우 조직이 치밀하지 못하고 실제 인체에 적용되기에는 질적인 면에서 부적합한 경우가 대부분이며, 3차원적인 배양이 매우 어려웠다.
그 예로서 연골세포를 분리하여 체외에서 배양하여 연골치환술을 시행한 경우 기존의 양호한 상태의 연골에 비하여 조직이 약하여 제 기능을 기대하기 어려운 수준이었으며, 줄기세포를 배양하여 체외에서 연골지지체 등을 이용하여 연골로 변환시킨 경우에도 실제 적용 사례에서는 조직이 치밀하지 못하여 뭉개지는 현상이 있었다. 즉, 종래의 실험실 수준에서의 연골 배양 방법의 경우 높은 비용에 비하여 효율이 매우 낮은 문제가 있었다.
본 발명은 퇴행성 관절질환 등의 치료에 응용할 수 있는 자가 세포이식을 통하여 안정성을 유지할 수 있도록 지속적인 귀연골 또는 늑연골의 채취가 가능한 연골배양용 부재 및 이를 포함하는 연골 배양장치를 제공한다.
또한 본 발명은 연골형성유도물질(예를 들면 PRP, 혈액, 줄기세포 배양액, 줄기세포)의 투입이 용이한 연골배양부재 및 이를 포함하는 연골 배양장치를 제공한다.
또한 본 발명은 줄기세포가 연골조직으로 성장할 수 있도록 지속적인 연골성장인자를 통한 자극이 가능한 연골배양부재 및 이를 포함하는 연골 배양장치를 제공한다.
인체 내 삽입되는 연골 배양용 지지체로서, 본 발명에 따른 연골 배양부재는 연골에 접하는 연골막의 일면에 접하도록 구비되고, PVA(polyvinyl alcohol), PVAc(polyvinyle acetate) 중 적어도 어느 하나의 재질의 다공질 하이드로겔로 구비되는 성장 지지체;를 포함한다.
또한 상기 성장 지지체는 연골과 연골막 사이 또는 연골 채취 후 잔존하는 연골막에 인접하도록 삽입될 수 있다.
또한 상기 성장 지지체는 혈액, 혈소판 풍부 혈장(PRP, platelet-rich plasma) 및 줄기세포 배양액 중 적어도 어느 하나를 함유할 수 있다.
또한 상기 성장 지지체는 줄기세포를 더 함유할 수 있다. 이 때 상기 줄기세포는 연골조직으로 분화가능한 분화유도체(전구체)로 활성화된 상태로 주입될 수 있다.
또한 상기 성장 지지체 내에 공급캡슐을 구비하고, 상기 공급캡슐은 내측에 일정 공간부가 형성되는 체액 용해성의 쉘부재를 구비하며, 상기 쉘부재는 내측에 혈액, 혈소판 풍부혈장, 줄기세포 및 줄기세포 배양액 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한 상기 공급캡슐은 상기 쉘부재의 두께가 상이한 복수개의 타입으로 구비될 수 있다.
또한 상기 쉘부재는 캣것(Cat gut), 폴리디옥사논(Polydioxanone, PDS), 폴리글락틴(Polyglactin, Vicryl), 폴리글루타믹애시드(Polyglutamic Acid, PGA), 폴리락틱애시드(Polylactic acid, PLA), Poly(Lactic-co-Glycolic)Acid(PLGA) 중 적어도 어느 하나의 흡수성 재질로 형성될 수 있다.
또한 상기 쉘부재는 폴리아마이드(Polyamide, Nylon), 폴리프로필렌(polypropylene, Prolene), 폴리페닐에테르(Polypehyl ether, PPE), 폴리에스테르(Polyester), 폴리에틸렌(Polyetylene) 중 적어도 어느 하나의 비흡수성 재질로 형성될 수 있다.
다른 한편, 본 발명에 따른 연골배양 장치는 상술한 성장 지지체; 상기 성장 지지체의 양면에 구비되는 제1 플레이트 및 제2 플레이트; 및 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트의 간격을 연결하여 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트 간의 간격을 유지시키는 간격 유지부;를 포함할 수 있다.
또한 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 관통된 형상의 절개부가 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
또한 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 열가소성 수지로 형성될 수 있다.
또한 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 절단 가능한 합성수지 재질로 형성될 수 있다.
또한 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 중 어느 하나에 인접하도록 구비되며, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 사이의 공간측에 유체를 공급하는 공급부를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 공급부는 혈액, 혈소판 풍부 혈장(PRP, platelet-rich plasma), 줄기세포 및 줄기세포 배양액 중 적어도 어느 하나를 공급할 수 있다.
또한 상기 다공질을 형성하는 각 포어(pore)들은 100nm 내지 1200nm의 평균직경을 가질 수 있다.
또한 상기 포어들은 제2형 콜라겐, GAGs(Glycosaminoglycans), 칼슘 알지네이트(calcium alginate) 중 적어도 어느 하나를 함유할 수 있다.
또한 상기 포어들은 내면에 제2형 콜라겐, GAGs(Glycosaminoglycans), 칼슘 알지네이트(calcium alginate) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 코팅층이 형성될 수 있다.
한편, 폴리비닐알콜의 동결 융해법을 이용한 물리적 가교 과정에 있어서, 본 발명에 따른 연골 배양장치 제조 방법은 상기 물리적 가교 과정 중, 기포 생성제를 투입하는 단계; 및 상기 기포 생성제에 초음파를 조사하여 미세 기포로 변환시키는 단계;를 포함하고, 상기 물리적 가교 과정 이후 상기 기포 생성제를 추출하는 단계;를 포함한다.
다른 한편, PVA 하이드로겔 다공질 성장지지체를 혈액, 혈소판 풍부 플라스마(PRP, platelet-rich plasma), 우태아혈청(FBS), 줄기세포 배양액, 줄기세포, 제2형 콜라겐, GAGs(Glycosaminoglycans) 및 칼슘 알지네이트(calcium alginate) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 수용액에 침지하는 단계; 및 상기 침지된 PVA 하이드로겔 다공질 성장지지체를 건조시키는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 연골막과 연골 사이 또는 채취된 후 잔존하는 연골막에 인접하도록 삽입되어 퇴행성 관절질환 등의 치료에 응용할 수 있는 연골, 특히 귀연골또는 늑연골을 배양할 수 있는 부재 및 장치를 제공한다.
또한 본 발명에 따르면 별도의 공급부 또는 공급캡슐을 통하여 연골형성을 유도하는 물질 예를 들면, PRP, 혈액, 줄기세포 배양액 및 줄기세포 등의 투입을 지속적으로 할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 인체 내에 삽입하여 인체 내에서 줄기세포가 연골조직으로 성장할 수 있는 환경을 제공한다.
또한 본 발명에 따르면 연골 형성을 유도하는 물질들을 함유하며, 연골 배양 시에 연골의 지지 역할을 할 수 있는 성장 지지체를 제공함으로써 치밀한 구조를 갖는 연골을 배양할 수 있는 환경을 제공한다.
도 1은 인체의 귀 연골 채취가 가능한 부분을 개략적으로 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연골배양부재를 나타내는 사시도이다.
도 3 및 도 4는 각각 도 2에 따른 연골배양부재의 모습을 나타내는 평면도 및 정면도이다.
도 5 내지 도 7은 연골배양용 장치의 삽입 위치 및 연골배양 과정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 연골배양부재를 포함하는 연골배양장치를 나타내는 사시도이다.
도 9 및 도 10은 각각 도 8에 따른 연골배양장치의 모습을 나타내는 평면도 및 정면도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 프레임 구조를 나타내는 사시도이다.
도 12 및 도 13은 각각 도 11에 따른 프레임 구조를 나타내는 평면도 및 정면도이다.
도 14는 다른 실시예에 따른 연골배양장치의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 15는 도 14에 따른 연골배양장치를 나타내는 평면도이다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 연골 배양부재를 나타내는 절개 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다. 한편, 도면상에서 표시되는 각 구성은 설명의 편의를 위하여 그 두께나 치수가 과장될 수 있으며, 실제로 해당 치수나 구성간의 비율로 구성되어야 함을 의미하지는 않는다.
도 1을 참조하여 일반적인 귀 연골의 채취 과정을 설명한다. 도 1은 인체의 귀 연골 채취가 가능한 부분을 개략적으로 나타내는 개략도이다.
자가조직은 말 그대로 환자 자신의 신체에서 채취한 조직을 말하며, 콧등이나 코끝을 높이기 위해서 삽입물을 사용하여야 할 때 사용할 수 있는 가장 안전하고 좋은 재료이다. 자기 자신의 조직이므로 이물질에 의한 거부반응과 같은 부작용의 염려가 전혀 없으며, 염증이 잘 발생하지 않고, 발생한다고 하여도 쉽게 치유가 가능한 장점이 있다. 하지만, 자가조직을 채취하기 위하여 수술 부위 이외의 다른 부위에도 절개를 하여야 한다는 점과 채취할 수 있는 자가조직의 양에 한계가 있다는 단점이 있다.
코성형 수술에서 주로 사용하는 자가조직에는 귀연골, 비중격연골, 늑연골 등이 있다. 이중 귀연골은 코 끝에 있는 비익연골과 조직학적으로 동일한 탄성연골로 되어 있으며, 모양이 굴곡진 모양을 하고 있어서 코끝의 모양을 보강해 주기에 적합한 재료이다. 도 1에 도시된 바와 같이 인체의 귀(E) 부분에는 연골을 채취할 수 있는 일정 영역(CR)이 존재한다. 연골은 해당 영역(CR)의 앞쪽 또는 뒤쪽으로부터 굴곡된 형상의 귀 연골을 채취할 수 있다. 귀 연골의 형상 및 크기는 개인마다 다소 차이가 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이 귀연골은 크기 및 양에 한계가 있기 때문에 한번 채취하고난 이후에는 다시 채취하기가 어렵다는 문제가 있다. 본 발명에 따른 연골배양장치는 연골이 채취된 이후 인체 내에 삽입되어 연골을 다시 배양시키기 위한 부재 및 이를 포함하는 장치에 관한 것이다. 이하 본 발명에 따른 연골배양부재 및 장치를 통하여 배양된 귀 연골은 코성형술 이외에도 퇴행성 관절질환 등의 치료에도 이용될 수 있다. 이하 각 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연골배양부재를 나나태는 사시도이고, 도 3 및 도 4는 각각 도 2에 따른 연골배양부재의 모습을 나타내는 평면도 및 정면도이다.
연골배양부재(200)는 연골의 배양 시 연골의 성장 지지체로서 기능하며, 상술한 연골 채취 영역의 모양에 대응하는 플레이트 형상으로 형성된다. 연골배양부재(200)로는 다공성의 생체적합성 합성수지가 이용될 수 있으며, 바람직하게는 폴리비닐알콜(PVA) 또는 폴리비닐아세테이트(PVAc)를 이용할 수 있다.
폴리비닐 알코올(Polyvinyl alcohol, 이하 PVA)은 폴리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate, 이하 PVAc)의 가수분해를 통해 얻어지는 친수성 고분자 합성수지이다. PVA의 가교결합은 화학적인 방법과 물리적인 방법을 통해 이루어진다. 화학적 가교결합은 PVA의 hydroxyl group과 aldehyde계 용액에 산성 상태의 가교제가 결합하여 겔(gel)을 형성한다. 물리적 가교결합의 대표적인 방법으로는 동결 융해법(freeze-thawing)이 있다. 동결융해법으로 제조된 하이드로겔은 독성이 거의 없고, 불순물 또한 포함하지 않으며 약 80 내지 90%의 수분을 함유하고 있다. 또한 가교제를 사용하지 않기 때문에 매력적인 생체의료용 하이드로겔로 사용이 가능하다.
한편, 이와 같은 가교 결합 과정에서 기공생성제를 첨가하여 기공을 형성한 후 가교 결합이 완료된 이 후 기공생성제를 추출함으로써 다공성 재질로 형성할 수 있다. 이 과정에서 가교 결합이 완료되기 전 초음파를 조사하는 단계를 더 추가할 수 있다.
기공생성제에 의하여 형성된 포어의 경우 1500nm 미터 이상의 평균직경을 갖는다. 이 때 형성된 포어에 초음파를 조사함으로써 더욱 미세한 포어가 되도록 할 수 있다. 이후 기공생성제가 추출되면 PVA 하이드로겔에 형성된 포어들은 미세한 크기를 갖게 된다.
이 때 기포 생성제로는 프레온, 수소화염화플루오린화탄소(HCFC), 사이클로펜테인(cyclopentane) 등이 이용될 수 있다.
본 실시예에서와 같은 PVA로 제조된 성장 지지체는 일정한 형태를 유지하고 있으므로 인체 내에서 흡수 유실될 염려가 적으며 생체적합성이 높아 생체 조직을 괴사시킬 우려가 없다.
또한 연골배양부재(200)는 줄기세포 및/또는 연골배양 유도/촉진 물질들을 함유하여, 연골의 배양에 유리한 환경을 조성하게 되며, 연골이 성장하는 시기에는 연골의 성장을 지지하는 지지체로서 기능한다.
연골배양 유도/촉진 물질에는 혈액, 혈소판 풍부 플라스마(PRP, platelet-rich plasma), 우태아혈청(FBS) 등이 이에 해당할 수 있으며, 필요에 따라 줄기세포 배양액 및 추가적인 줄기세포가 더 포함될 수도 있다.
혈소판 풍부 플라스마에는 단백질, 폴리펩타이드 및 호르몬 등이 포함되어 있으며, 이에는 다양한 창상치유 성장인자들(various wound healing growth factor)이 포함되어 있다. 구체적으로 PDGF는 세포증식 촉진능력을 가지고 있는 폴리펩타이드군 중 하나로서 섬유아세포와 신경교의 성장을 촉진한다. TGF-β와 같은　혈소판 유리물질은 상피세포의 성장을 억제하고 세포분화를 촉진할 수 있다. 조직으로부터 추출할　수 있고 배양 중인 세포에서 배지로 유리되기도 하는 성장인자로는 fibroblast growth　factor(FGF), epidermal growth factor (EGF), endothelial growth factors(ECGF), insulin-like　growth factors(IGF-1, IGF-2) 등이 있다.
호르몬들은 각각의 세포에 다양한 효과를 나타낸다.　인슐린은 당과 아미노산의 세포 내로의 섭취를 촉진하여 세포증식 촉진을 나타낼 수 있고,　IGF-1수용체의 활성도에 의해서 그 효과를 나타낼 수도 있다. IGF-1과 IGF-2와 같은 성장인자는 인슐린 수용체에 결합할 뿐 만 아니라 인슐린이 결합할 수 있는 그들 자신의 독특한 수용체를　가지고 있어서　IGF-2는 세포의 당 섭취를 촉진시킨다. 성장 호르몬은 특히 태아 혈청에　존재하는데 이는 somatomedins(IGF)와 연계해서 세포증식 촉진을 할 수 있다.
이와 같이 연골배양부재(200) 내에 함유되는 연골배양 유도/촉진 물질들은 연골 배양부재 내에서 연골이 배양되는 것을 유도 및 촉진한다.
한편, 성장지지체에는 이와 같은 연골배양 유도/촉진 물질들 이외에도, 연골세포를 직접 구성할 물질들을 더 포함하는 것도 가능하다. 예를 들어 초자연골의 경우 많은 양의 구조적인 요소와 무정형의 요소로 이루어져 있는데, 구조적 요소로는 콜라겐 섬유, 특히 제2형 콜라겐이 대표적이다. 물이 많이 포함된 프로테오글리칸이 형성한 젤과 같은 형태의 기재는 콜라겐섬유에 까워져 있는 형태로 존재한다. 프로테오글리칸은 양이온들과 결합하여 기질 내에서 물과 전해질의 운반에 중요한 역할을 한다고 여겨지고 있고, 영양분, 대사산물 및 조절인자들이 혈관으로부터 연골세포로 확산될 수 있도록 해준다.
이와 같이 연골을 형성하는 데에는 구조적인 요소, 즉 백본(backborn)과 같이 지지체의 역할을 하는 PVA로 형성된 성장지지체를 보조할 수 있는 성분이나, 연골 형성을 구성하는 물질들을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 이러한 물질들로 제2형 콜라겐, GAGs(Glycosaminoglycans), 칼슘 알지네이트(calcium alginate) 등의 물질들을 더 포함할 수 있다.
이들 물질은 성장지지체의 내부 포어(pore)들의 평균 직경이 100nm 내지 1200nm 범위에 형성되지 못하고 이 보다 더 큰 경우 상술한 포어들의 내측에 코팅층을 형성하여 각 포어들의 평균직경이 100nm 내지 1200nm의 범위에서 형성되도록 할 수 있다.
예를 들면, 포어가 형성된 PVA 하이드로겔 타입의 성장지지체를 앞서 설명한 연골배양 유도/촉진 물질들 및/또는 제2형 콜라겐, GAGs 및 칼슘 알지네이트 등의 물질들의 수용액에 일정 시간 이상 침지한 후 이를 건조시킴으로써 위와 같이 포어 내부에 이러한 물질이 함유되도록 하거나, 포어의 내면에 이러한 물질들의 코팅층이 형성되도록 할 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하여 연골배양부재의 삽입 과정을 설명한다. 도 5 내지 도 7은 연골배양부재의 삽입 위치 및 연골배양 과정을 설명하기 위한 개략도이다.
귀연골은 가운데 연골(EC)을 중심으로 양쪽에서 연골막(EP)이 싸고 있는 형태로 존재하며, 연골이 성장하거나 두꺼워지는 것은 연골막(EP)에 인접한 연골세포와 연골(EC)에 인접한 연골막(EP)의 분화에 의해 성장하고 두꺼워진다.
레슬링선수나 유도선수처럼 귀연골이 심하게 접힐 경우, 연골을 싸고 있는 연골막과 연골이 분리되고 그사이에 피가 고여서 혈종을 만들게 되어 사이가 뜨게된다. 혈종은 서서히 흡수가 이루어지나 그 기간 동안 연골과 연골막에서 연골이 어느 정도 자라게 된다. 혈종이 많이 고일 경우에는 흡수가 더 천천히 이루어지게 되며 연골은 더 많이 형성된다. 이러한 현상이 반복될 경우 연골은 점점 더 자라서 차곡차곡 쌓여 결국은 빈대떡 또는 양배추 귀(wrestler’s ear or cauliflower's ear deformity)가 된다.
본 발명에 따른 연골배양장치를 이용하기 위한 전 단계로서, 연골(EC)을 채취하는 경우 연골(EC) 양측의 연골막(EP) 중 어느 하나를 잔존시킨다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 연골(EC)과 한 측면의 연골막(EP)을 포함하는 부분(TOR)만을 채취한다. 다만, 연골의 채취는 본 발명의 성립을 위한 필수적인 조건은 아니다. 즉, 연골배양장치는 연골막(EP)과 연골(EC)의 사이를 단순히 벌린 상태에서 삽입이 가능하며, 이 경우에도 이하에 설명하는 일련의 과정들은 동일하게 수행될 수 있다.
이후 도 10에 도시된 바와 같이 해당 영역(TOR)에 본 발명에 따른 연골배양부재(200)를 삽입하고 일정한 간격을 유지한 상태에서 혈액, 혈소판 풍부 플라스마(PRP, platelet-rich plasma), 우태아혈청(FBS), 줄기세포 배양액 및 줄기세포 등의 연골배양 유도/촉진 물질들을 주입하여 연골의 배양에 유리한 환경을 조성하고, 필요에 따라 줄기 세포를 주입하여 연골조직으로 직접적으로 분화할 수 있도록 할 수 있다. 연골은 혈관이 없어 혈관이 있는 연골막으로부터 확산에 의하여 영양을 공급받게 되나, 이와 같이 연골 배양 유도/촉진 물질을 투입하는 경우에는 충분한 영양을 공급함으로써 연골의 성장 속도를 증가시킬 수 있다.
줄기 세포는 인체의 귀 내에서 연골조직으로 분화될 가능성이 높으나, 이를 보다 명확하게 하기 위하여 연골조직으로 분화가능한 분화유도체(전구체)로 활성화된 상태로 주입되는 것도 가능하다.
연골은 성장 지지체(200)를 지지체로 하여 보다 빠르게 성장할 수 있다. 연골은 성장 지지체(200)의 포어를 제외한 부분부터 성장하게 되며, 이 후 각 포어들을 채우는 방식으로 성장하게 된다. 따라서 포어의 사이즈는 연골 배양의 시기와 치밀성을 조절하기 위한 인자로서 이용이 가능하다. 예를 들어 포어 사이즈가 작은 경우에는 초기 연골이 빠르게 성장하여 포어 사이즈가 큰 경우에 비하여 일정 시간 동안 성장한 연골 조직이 치밀하게 형성된다. 반면에 포어 사이즈가 큰 경우 포어 내에까지 연골이 성장한 이후에는 포어 사이즈가 작은 경우에 비하여 최종적인 연골 조직이 더 치밀하게 형성된다. 이와 같이 포어 사이즈는 연골의 성장 속도와 최종 연골의 치밀도와 관련된 인자로서 이용이 가능하다. 따라서 초기 성장 속도 및 연골의 치밀도를 고려하면, 포어 사이즈는 100nm 내지 1200nm의 범위에서 형성되는 것이 바람직하다. 따라서 본 실시예에 따른 성장 지지체(200)를 이용하여 체내에서 성장된 연골은 인위적으로 체외에서 배양된 연골에 비하여 치밀한 조직을 갖게 된다.
도 8 내지 도 13을 참조하여 일 실시예에 따른 연골배양장치를 설명한다. 도 8은 일 실시예에 따른 연골배양부재를 포함하는 연골배양장치를 나타내는 사시도이고, 도 9 및 도 10은 각각 도 8에 따른 연골배양장치의 모습을 나타내는 평면도 및 정면도이다. 또한 도 11은 일 실시예에 따른 프레임 구조를 나타내는 사시도이고, 도 12 및 도 13은 각각 도 11에 따른 프레임 구조를 나타내는 평면도 및 정면도이다.
본 실시예에 따른 연골배양장치(100)는 연골배양부재(200)를 커버하는 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(111)를 포함한다. 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(111)는 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이 사이에 연골배양부재(200)를 구비하며 일정한 간격을 유지함으로써 생성중인 연골조직이 외부의 힘에 의하여 파손되는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(111)는 앞서 설명한 연골배양부재의 형상에 대응되는 형상의 플레이트로 형성된다. 또한 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(111)에는 다수의 절개 패턴(S)을 형성하여 격자형상으로 형성할 수 있다.
간격 유지부(120)는 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(111) 간의 간격을 유지할 수 있도록 지지하는 역할을 한다.
도 14 및 도 15를 참조하여 다른 실시예에 따른 연골배양장치를 설명한다. 도 14는 다른 실시예에 따른 연골배양장치의 모습을 나타내는 사시도이고, 도 15는 도 14에 따른 연골배양장치를 나타내는 평면도이다.
본 실시예에 따른 연골배양 장치(100b)는 공급부(300)를 포함한다. 공급부(300)는 내측에 연골배양을 유도 또는 촉진할 수 있는 물질을 포함하였다가 지속적으로 제1 플레이트(110) 및 제2 플레이트(111) 사이의 공간으로 해당 연골배양 유도/촉진 물질을 공급한다.
연골배양 유도/촉진 물질은 앞서 설명한 바와 같이 혈액, 혈소판 풍부 플라스마(PRP, platelet-rich plasma), 우태아혈청(FBS) 등이 이에 해당할 수 있으며, 필요에 따라 줄기세포 배양액 및 줄기세포가 더 포함될 수도 있다.
도 16을 참조하여 또 다른 실시예에 따른 연골배양부재를 설명한다. 도 16은 또 다른 실시예에 따른 연골배양부재의 모습을 나타내는 부분 절개 사시도이다.
도 16에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 연골배양부재는 내측에 공급캡슐(290a, 290b)들을 포함할 수 있다.
공급캡슐(290a, 290b)들은 내부에 일정한 공간(292)을 형성하는 쉘부재(291)을 포함한다. 쉘부재(291) 내측의 공간부(291)에는 앞서 설명한 혈액, 혈소판 풍부 플라스마(PRP, platelet-rich plasma), 우태아혈청(FBS), 줄기세포 배양액 및 줄기세포 등의 연골배양 유도/촉진 물질을 구비한다.
쉘부재(291)는 체내 흡수 또는 생체적합성을 고려하여 캣것(Cat gut), 폴리디옥사논(Polydioxanone, PDS), 폴리글락틴(Polyglactin, Vicryl), 폴리글루타믹애시드(Polyglutamic Acid, PGA), 폴리락틱애시드(Polylactic acid, PLA), Poly(Lactic-co-Glycolic)Acid(PLGA)의 흡수성 재질과 폴리아마이드(Polyamide, Nylon), 폴리프로필렌(polypropylene, Prolene), 폴리페닐에테르(Polypehyl ether, PPE), 폴리에스테르(Polyester), 폴리에틸렌(Polyetylene)의 비흡수성 재질 등으로 형성될 수 있다. 다만, 비흡수성의 재질의 경우에도 수개월 또는 수년 이후에는 분해되어 체내에 서서히 흡수되므로 별도의 제거 과정이 필요가 없다.
이와 같이 쉘부재(291)는 일정한 시간이 지난 후에는 체내에서 녹아 흡수되며, 이 경우 내부에 포함되어 있던 연골배양 유도/촉진 물질을 노출시키게 된다. 체내에 노출된 연골배양 유도/촉진 물질은 연골의 배양을 촉진시키는 데에 기여한다.
한편, 쉘부재(291)는 두께 및 재질에 따라 체내에서 녹는 시기를 결정할 수 있다. 예를 들어 두께가 두꺼운 경우에는 상대적으로 두께가 얇은 쉘부재(291)에 비하여 더 늦게 녹게 되며, 마찬가지로 비흡수성의 쉘부재(291)는 흡수성의 쉘부재(291)에 비하여 더 늦게 녹게 된다. 이와 같이 두께 및 재질을 혼용함으로써 공급캡슐 내에 포함되어 있는 연골배양 유도/촉진 물질이 체내에 순차적으로 공급되도록 조절할 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양하게 구현될 수 있다.
100: 연골 배양장치
110: 제1 플레이트
111: 제2 플레이트
120: 간격 유지부
200: 연골배양부재
290: 공급캡슐

Claims (20)

  1. 인체 내 삽입되는 연골 배양용 지지장치로서,
    연골에 접하는 연골막의 일면에 접하도록 구비되고, PVA(polyvinyl alcohol), PVAc(polyvinyle acetate) 중 적어도 어느 하나의 재질의 다공질 하이드로겔로 구비되며, 연골 채취 영역의 모양에 대응하는 플레이트 형상으로 형성되는 성장 지지체;
    상기 성장 지지체의 양면에 구비되는 제1 플레이트 및 제2 플레이트; 및
    상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트의 간격을 연결하여 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트 간의 간격을 유지시키는 간격 유지부;를 포함하는 연골 배양장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 성장 지지체는 연골과 연골막 사이 또는 연골 채취 후 잔존하는 연골막에 인접하도록 삽입되는 연골 배양장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 성장 지지체는 혈액, 혈소판 풍부 혈장(PRP, platelet-rich plasma) 및 줄기세포 배양액 중 적어도 어느 하나를 함유하는 연골 배양장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 성장 지지체는 줄기세포를 더 함유하는 연골 배양장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 줄기세포는 연골조직으로 분화가능한 분화유도체(전구체)로 활성화된 상태로 주입되는 연골 배양장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 성장 지지체 내에 공급캡슐을 구비하고,
    상기 공급캡슐은 내측에 일정 공간부가 형성되는 체액 용해성의 쉘부재를 구비하며,
    상기 쉘부재는 내측에 혈액, 혈소판 풍부혈장, 줄기세포 및 줄기세포 배양액 중 적어도 어느 하나를 포함하는 연골 배양장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 공급캡슐은 상기 쉘부재의 두께가 상이한 복수개의 타입으로 구비되는 연골 배양장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 쉘부재는 캣것(Cat gut), 폴리디옥사논(Polydioxanone, PDS), 폴리글락틴(Polyglactin, Vicryl), 폴리글루타믹애시드(Polyglutamic Acid, PGA), 폴리락틱애시드(Polylactic acid, PLA), Poly(Lactic-co-Glycolic)Acid(PLGA) 중 적어도 어느 하나의 흡수성 재질로 형성되는 연골 배양장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 쉘부재는 폴리아마이드(Polyamide, Nylon), 폴리프로필렌(polypropylene, Prolene), 폴리페닐에테르(Polypehyl ether, PPE), 폴리에스테르(Polyester), 폴리에틸렌(Polyetylene) 중 적어도 어느 하나의 비흡수성 재질로 형성되는 연골 배양장치.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 관통된 형상의 절개부가 적어도 하나 이상 형성되는 연골 배양장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 열가소성 수지로 형성되는 연골 배양장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 절단 가능한 합성수지 재질로 형성되는 연골 배양장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 중 어느 하나에 인접하도록 구비되며, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 사이의 공간측에 유체를 공급하는 공급부를 더 포함하는 연골 배양장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 공급부는 혈액, 혈소판 풍부 혈장(PRP, platelet-rich plasma), 줄기세포 및 줄기세포 배양액 중 적어도 어느 하나를 공급하는 연골 배양장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 다공질을 형성하는 각 포어(pore)들은 100nm 내지 1200nm의 평균직경을 갖는 연골 배양장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 포어들은 제2형 콜라겐, GAGs(Glycosaminoglycans), 칼슘 알지네이트(calcium alginate) 중 적어도 어느 하나를 함유하는 연골 배양장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 포어들은 내면에 제2형 콜라겐, GAGs(Glycosaminoglycans), 칼슘 알지네이트(calcium alginate) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 코팅층이 형성되는 연골 배양장치.
  19. 삭제
  20. 삭제
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