KR101772861B1 - 고분자 재생막 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상층부에는 평균 기공크기가 작은 막 층을 가지고 있고, 내부 및 하층부는 낙엽적층형의 구조를 지닌 낙엽적층형 골유도재생막과 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 독성 유기물질을 사용하지 않아 인체에 무해하고, 간단한 방법으로 낙엽적층형의 구조를 지닌 골유도재생막을 제조할 수 있다. 또한 본 발명에 따르면 낙엽적층형 골유도재생막은 어떠한 첨가제 및 표면개질법을 사용하지 않고도 낙엽적층형의 구조만으로 생리활성인자의 서방형 방출이 가능하기 때문에 골재생에 매우 효과적이다.

Description

고분자 재생막 및 이의 제조방법{Polymer regeneration membrane, and method for preparing thereof}

본 발명은 선택적 투과성을 가지는 고분자 재생막과 이의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 독특한 내부구조를 가져 생리활성물질을 서방형으로 방출할 수 있고, 상피조직과 섬유결합조직의 침투를 억제시킬 수 있는 고분자 재생막과 이의 제조방법에 관한 것이다.

현대 사회에서는 교통사고를 포함한 안전사고 및 스포츠 활동에 의한 골절, 암 조직 제거, 미용 목적에 의한 성형 등의 다양한 이유로 골 손상이 일어날 빈도수가 높다. 골 손상은 인간의 삶의 질을 떨어뜨리는 이유 중 하나이다.

골 손상이 발생한 경우, 결손부에는 골 조직보다 상피조직, 섬유결합조직이 먼저 채워져 골 조직의 재생을 방해하게 된다. 이러한 골 조직 재생을 방해하는 상피조직과 결합조직을 물리적으로 차폐시키고, 골 조직 재생에 유용한 세포 및 물질만을 결손부에 접근시켜 원하는 골 조직으로 재생을 유도하는 치료술을 골유도재생술(guided bone regeneration (GBR))이라 하며, 이때 사용되는 차폐막을 골유도 재생막(GBR membrane)이라 한다.

1980년대 Nyman과 Gottlow 등이 조직유도재생의 개념을 정립하였고, 이에 근거하여 Dahlin이 골유도재생막을 사용하여 골 재생이 가능함을 보고하면서 골유도재생술의 개념이 구체적으로 정립되기 시작했으며, 골유도재생술은 골 결손부에 골유도재생막을 덮는 손쉬운 치료방법이므로 이에 알맞은 골유도재생막을 개발하기 위해 수많은 연구자들이 노력을 기울이고 있다.

골유도재생막으로 사용되는 재료는 크게 콜라겐(collagen), 알긴산(alginate) 등의 천연 고분자와 테프론(polytetrafluoro ethylene, PTFE), 폴리글리콜산(poly(glycolic acid), PGA) 등의 합성 고분자가 있다. 천연 고분자의 경우 체내에서 쉽게 흡수되어 사라지기 때문에 골유도재생막의 역할을 수행하기 어려우며, 합성고분자인 테프론은 생체적합성이 우수하여 골 재생에 긍정적인 연구 결과들이 발표되고 있으나, 체내에서 분해되지 않기 때문에 제거를 위해 2차 수술이 필요하다는 단점이 있다.

위와 같은 단점을 극복하기 위해 최근에는 생분해성 합성고분자를 이용한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 골유도재생막은 그 기능을 적절히 수행하기 위해 아래와 같은 조건을 충족해야 한다. 1)생체적합성을 가져아 하며, 2)상피조직 및 섬유결합조직의 침투를 막기 위해 적절한 차폐성을 지녀야 하지만, 3)영양소와 산소의 투과가 쉽게 이루어져야 하며, 4)골 결손부위에서 골 조직이 재생할 수 있는 공간을 유지할 수 있을 정도의 기계적 물성을 지녀야 하고, 5)막의 가장자리로부터 섬유결합조직의 침투를 방지하기 위해 주변 골 조직과 잘 점착할 수 있어야 하고, 6)주변 정상조직의 손상 방지 및 시술 용이성 부여를 위해 유연한 특성을 지녀야 하고, 7)골 재생 후 2차 수술을 통해 제거할 필요가 없는 생분해성을 지녀야 한다.

최근 생분해성 고분자에 관한 지속적인 연구에 힘입어 생분해성 고분자를 기초로 한 Guidor, Vicryl Periodontal Mesh, Biomesh 등의 제품이 출시되고 있지만, 합성고분자의 딱딱한(brittle) 성질로 인한 시술의 어려움과 뼈조직과의 낮은 점착성(막이 들떠서 섬유결합조직이 침투 가능) 등 골유도재생막으로의 가장 기본적인 요구사항도 충족시키지 못하고 있는 실정이며, 이로 인해 생분해성 고분자의 골 재생 후 재수술이 필요없는 장점에도 불구하고 그 사용이 매우 제한적이었다.

더욱이 골 재생에 필수적인 영양액과 산소의 투과는 가능하지만 섬유결합조직의 침투를 억제할 수 있는 성질을 동시에 지니는 선택적 투과막과 생체활성인자를 탑재하여 골 조직의 재생을 증진시킬 수 있는 골유도재생막의 제조는 거의 전무한 실정이다.

한편, 상기 문제들을 해결하기 위하여, 골 재생에 필수적인 영양액과 산소의 투과는 용이한 반면에 골재생의 방해물인 섬유결합조직의 침투는 다공의 크기에 의해 억제시킬 수 있는 선택적 투과성과 표면의 다공구조에 의해 골 조직과의 우수한 점착성을 가져 골 재생에 매우 효과적인 다공성 골유도재생막으로서, 평균 기공 크기 1 ~ 3,000 ㎚인 상부층과, 평균 기공크기 5 ~ 500 ㎛인 하부층을 포함하는 비대칭 구조를 가지는 기술이 제시되었다. (특허문헌 0001 참조)

상기 특허에서는 해당 고분자가 용해될 정도로 가온시켜(약 90℃) 고분자 용액을 제조한 다음, 상온(25~37℃)의 틀에 상기 고분자 용액을 캐스팅한 다음, 상기 캐스팅된 막을 상온의 비용매인 물에 첨가하여 제조되는 과정을 거친다.

즉, 고분자 용액을 제조하는 온도로부터 고분자 막의 캐스팅 및 비용매에 침전시키는 과정까지의 온도가 서서히 떨어지기 때문에, 상기 고분자는 용액 내에서 그 용해도를 잘 유지하게 된다. 따라서, 상기 캐스팅된 막을 비용매인 물에 넣는 순간 용매와 비용매 간의 상전이로 빠르게 침전된 고분자막은 균일한 다공성 구조를 가지게 된다.

그러나, 상기 특허에 따른 골재생유도막은 하부층에 균일한 다공성을 가짐으로 인해 생리활성물질이 하부층의 다수의 기공들을 통하여 방출되는데, 상기 생리활성물질의 방출은 균일한 기공들로 인해 원하는 정도의 서방형 방출을 유도하는 데는 다소 한계가 있는 문제가 있다.

한국특허 출원 제 10-2008-0124710호

따라서, 본 발명자는 상기 특허에서 제조된 다공성 골유도재생막의 구조를 개선함으로써 생리활성물질의 서방형 방출을 모색할 수 있는 새로운 구조의 고분자 재생막에 대한 연구를 진행하였다.

즉, 동일한 재료를 이용하여 다양한 실험 조건을 변경함으로써 그 제조 조건을 최적화하여 상기 특허에 비해 개선된 구조를 가지는 고분자 재생막을 제조할 수 있게 되었다.

이에 본 발명의 목적은 생리활성인자를 서방형 방출을 극대화시킬 수 있는 개선된 구조를 가지는 고분자 재생막을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 특징을 가지는 고분자 재생막의 제조방법을 제공하는 데도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 재생막은 평균 기공 크기 1 ~ 5000nm인 상층부, 및 낙엽적층형 내부 구조를 가지는 하층부를 포함하는 구조를 가지는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고분자는 폴리카프로락톤, 폴리디옥사논, 폴리락틱산, 폴리글리콜산, 폴리락틱산-글리콜산공중합체, 폴리하이드로시부티레이트와 폴리하이드록시부티릭산-하이드록시발러릭산공중합체 및 폴리포스포에스터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 생분해성 고분자일 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 고분자는 폴리카프로락톤, 폴리디옥사논, 폴리락틱산, 폴리글리콜산, 폴리락틱산-글리콜산공중합체, 폴리하이드로시부티레이트와 폴리하이드록시부티릭산-하이드록시발러릭산공중합체 및 폴리포스포에스터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 생분해성 고분자, 및

폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드-폴리락틱산 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드-글리콜산 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드-폴리락틱글리콜산 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드-폴리카프로락톤 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드-폴리다이옥산온 공중합체 및 이들의 공중합체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 친수성 고분자의 혼합물일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 친수성 고분자는 상기 생분해성 고분자 100중량부에 대하여 0.1 내지 5중량부로 포함되는 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 추가의 다른 실시예에 따르면, 상기 고분자 재생막의 상층부 및 하층부에는 생리활성인자가 탑재될 수 있으며, 상기 탑재된 생리활성인자는 상기 고분자 재생막으로부터 서방형 방출되는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 따른 고분자 재생막의 제조방법은 고분자 용액을 제조하는 단계; 상기 고분자 용액을 캐스팅하여 고분자 막을 제조하는 단계; 및 상기 고분자막을 비용매에 침지시켜 침전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 고분자 용액의 농도는 1 내지 50중량%인 것일 수 있다.

상기 고분자 용액 제조시 사용되는 사용되는 용매는 테트라글리콜, 1-메틸-2-피롤리디논, 트리아세틴, 및 벤질 알콜로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비용매는 물과 C₁~C₅의 저급 알코올을 30:70~70:30의 중량비로 혼합된 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비용매의 온도는 10~20℃로 유지되는 것이 바람직하다.

본 발명은 생체적합성을 가지는 고분자를 이용하여 독성 유기용매를 사용하지 않고 단순한 공정으로 낙엽적층형의 내부구조 가지는 골유도재생막을 제조함으로서, 골유도재생막의 기능을 적절히 수행할 뿐만 아니라 낙엽적층형 구조로 인해 어떠한 첨가제 및 표면 개질법을 사용하지 않고도 생리활성인자를 서방형으로 방출이 가능하기 때문에 새로운 개념의 골유도재생막으로서 매우 유용하게 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명 실시예 1에 따른 골유도재생막의 주사전자현미경 사진이며,
도 2는 실시예 2에 따른 골유도재생막의 주사전자현미경 사진이며,
도 3은 실시예 3에 따른 골유도재생막의 주사전자현미경 사진이며,
도 4는 특허문헌 1(비교예 1)에 따라 제조된 골유도재생막의 주사전자현미경 사진이며,
도 5는 비교예 2에 따라 제조된 골유도재생막의 주사전자현미경사진이고,
도 6은 비교예 3에 따라 제조된 골유도재생막의 주사전자현미경사진이고,
도 7는 비교예 7에 따른 OSTEOGUIDE^™의 주사전자현미경 사진이고,
도 8은 본 발명에 따른 골유도재생막 제조과정을 나타낸 모식도이고,
도 9은 실시예 1에 따른 골유도재생막과 비교예 7에 따른 OSTEOGUIDE^™의 기계적 물성을 비교한 그래프이고,
도 10은 실시예1(A), 실시예 4~6(B~D), 비교예 4~5(E~F)에 따른 골유도재생막의 주사전자현미경 사진이며,
도 11은 실시예 7, 비교예 6, 및 비교예 8에 따라 탑재된 생리활성인자의 누적 방출거동 그래프이다.

이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 발명은 독특한 구조를 가짐으로써 다양한 생체 조직의 재생에 효과적인 고분자 재생막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 고분자 재생막의 구조를 나타낸 다음 도 1을 참조하면, 평균 기공 크기 1 ~ 5000nm인 상층부, 및 낙엽적층형 내부 구조를 가지는 하층부를 포함하는 구조를 가지는 데 특징이 있다. 즉, 본 발명에 따른 고분자 재생막의 단면 사진을 참조하면, 기공 크기가 상대적으로 작은 상층부(단면 사진의 윗부분)와 다수의 낙엽들이 적층된 것과 같은 내부 구조(아랫면 사진)를 가지는 하층부로 이루어져 있다.

본 발명의 상기 '생체 조직'은 골, 백악질, 치주인대 등을 포함하는 의미이며, 본 발명에 따른 고분자 재생막은 이러한 생체 조직의 재생에 사용될 수 있음을 포함하는 의미이다.

본 발명의 명세서 전반에 사용된 '낙엽적층형 내부 구조'의 의미는 본 발명에 따른 고분자 재생막의 하층부의 단면 사진을 분석한 결과, 그 형태가 다수의 낙엽들이 적층되어 쌓여있는 형태를 가지는 것을 포함하는 것이다.(도 1의 아랫면 SEM 사진 참조)

본 발명에 따른 고분자 재료는 중량평균분자량 1,000 ~ 1,000,000 g/mol인 폴리에스터계의 고분자로서, 폴리카프로락톤 [poly(ε-caprolactone)], 폴리디옥사논 (polydioxanone), 폴리락틱산 [poly(lactic acid)], 폴리글리콜산 [poly(glycolicacid)], 폴리락틱산-글리콜산공중합체 [poly(lactic acid-co-glycolic acid)], 폴리하이드로시부티레이트 ([poly(β-hydroxybutyrate)]와폴리하이드록시부티릭산-하이드록시발러릭산공중합체 (polyhydroxybutyric acid-cohydroxyvalericacid), 폴리(γ-에틸글루타메이트) [poly(γ-ethyl glutamate)], 폴리안하이드라이드공중합체 (polyanhydrides), 폴리에틸렌옥사이드-폴리락틱산공중합체 (polyethylene oxide-polylactic acid), 폴리에틸렌옥사이드-폴리락틱글리콜산공중합체 (polyethyleneoxidepolylactic-co-glycolic acid) 공중합체, 및 폴리에틸렌옥사이드-폴리카프로락톤공중합체 (polyethylene oxide-polycaprolactone)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 생분해성 고분자를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에서는 상기 생분해성 고분자 중에서 폴리카프로락톤이 가장 바람직하게 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 고분자 재생막의 역할과 생리활성인자의 도입 용이성을 향상시키기 위해 상기 생분해성 고분자 외에 친수성 고분자를 더 포함할 수 있다.

이러한 상기 친수성 고분자는 중량평균분자량 1,000 ~ 1,000,000 g/mol인 에틸렌 옥사이드(ethylen oxide, -CH₂CH₂O) 혹은 하이드록시(hydroxy,-OH) 작용기를 다량 포함하는 고분자로, 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 공중합체(polyethylene oxide-polypropyleneoxide, PEO-PPO), 폴리에틸렌옥사이드-폴리락틱산 공중합체(polyethylene oxide-co-polylactic acid, PEO-PLA), 폴리에틸렌옥사이드-폴리락틱글리콜산 공중합체(polyethylene oxide-poly(lactic-co-glycolic acid), PEO-PLGA), 폴리에틸렌옥사이드-폴리카프로락톤 공중합체(polyethylene oxide-polycaprolactone, PEO-PCL) 및 이들의 공중합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 친수성을 가지고 있는 것이면 이에 한정되지 않고 다른 재료들을 사용해도 무방하다.

상기 친수성 고분자는 상기 생분해성 고분자 100중량부에 대하여 0.1 ~ 5 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 상기 친수성 고분자가 0.1 중량부 미만으로 사용되면 제조된 골유도재생막이 친수성을 나타내지 못하고, 5 중량부를 초과하는 경우 낙엽적층형의 내부구조가 형성되지 않는 문제가 있다.

또한, 본 발명의 추가의 다른 실시예에 따르면, 상기 고분자 재생막의 상층부 및 하층부에는 생리활성인자가 탑재될 수 있으며, 상기 탑재된 생리활성인자는 상기 고분자 재생막으로부터 서방형 방출되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 생리활성인자는 사이토카인, 호르몬, 인슐린, 및 항체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 펩타이드/단백질;

섬유아세포 성장 인자(fibroblast growth factors, FGFs), 혈관 내피 성장 인자(vascular endothelial growth factor, VEGF), 신경 성장 인자(nerve growth factor, NGF), 뇌-유래 신경영향 인자(brain-derived neurotrophic factor, BDNF), 형질전환 성장 인자(Transforming growth factors, TGFs), 뼈 형태형성 단백질(Bone morphogenetic proteins, BMPs), 표피성장인자(Epidermal growth factor, EGF), 인슐린-유사 성장 인자(Insulin-like growth factor, IGF), 혈소판-유래 성장 인자(Platelet-derived growth factor, PDGF) 중에서 선택되는 1종 이상의 성장인자;

유전자; 및

백신 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.

본 발명에서는 상기 열거된 다양한 생리활성인자는 상기 고분자 재생막의 상층부 및 하층부에 탑재되며, 상기 탑재된 생리활성인자는 상기 고분자 재생막으로부터 서방형 방출된다.

이는 고분자 재생막의 상층부와 하층부에 탑재된 생리활성인자가 상기 고분자 재생막 내부의 복잡한 낙엽적층형 구조를 빠져 나오면서, 낙엽적층형 구조에 생리활성인자가 흡착과 탈착을 반복함으로써 그 방출 속도가 최대한 늦어지도록 한 것이다.

이러한 본 발명에 따른 생리활성인자의 서방형 방출 특성은 종래 균일한 다공성 구조를 가지는 고분자 막에서 나타나는 방출 특성과는 상이한 것으로, 본 발명의 고분자 재생막이 가지는 독특한 구조로 인한 것으로 볼 수 있다.

생리활성인자를 고분자 재생막에 탑재시키는 방법은, 일정한 농도로 제조된 생리활성인자 수용액과 12mm x 12mm 크기로 자른 고분자 재생막을 주사기에 넣고 음압과 양압을 번갈아 걸게 되면 고분자 재생막 내로 상기 생리활성인자를 함유한 수용액의 침투 및 고분자 재생막 포면에 흡착으로 인해 상기 고분자 재생막의 표면과 내부로 도입된다.

이하에서, 본 발명의 실시예에 따른 고분자 재생막의 제조방법을 설명한다.

본 발명에서는 종래 특허문헌 0001의 고분자 구조를 보다 개선된 구조를 가짐으로써 생리활성물질의 서방형 방출을 유도할 수 있도록 그 제조방법을 최적화시킨 것이다.

구체적으로는 다음 도 8에 나타낸 바와 같이, 고분자 용액을 제조하는 단계, 고분자 용액을 캐스팅(casting)하여 고분자 막을 제조하는 단계, 캐스팅 된 고분자 막을 비용매에 침지시켜 침전시키는 단계를 걸쳐 제조한다.

먼저, 고분자 재료를 용매에 용해시켜 고분자 용액을 제조한다. 고분자 용액 제조시에는 테트라글리콜(tetraglycol), 1-메틸-2-피롤리디논(1-methyl-2-pyrrolidinone (NMP)), 트리아세틴(triacetin) 및 벤질알콜(benzylalcohol)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 용매를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 고분자 재료는 1종 이상의 생분해성 고분자를 단독으로 사용하거나, 또는 친수성 고분자를 혼합 사용할 수 있다. 상기 친수성 고분자는 상기 생분해성 고분자 100중량부에 대하여 0.1 ~ 10 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

상기 용매에 고분자를 용해시키는 경우 상기 고분자 용액의 농도는 1 내지 50중량%, 바람직하기로는 10 내지 20중량%인 것이 고분자 재생막 제조에 바람직하며, 상기 고분자 용액이 1중량% 미만이면 고분자의 침전이 형성되지 않거나 물성이 약해지는 문제가 있으며, 50중량%를 초과하는 경우에는 용액의 점도가 높아 용해시키거나 취급이 용이하지 않다.

상기 고분자 용액의 제조는 사용되는 고분자에 따라 상온 내지 100℃의 온도를 유지하는 조건에서 적절히 변경하여 수행할 수 있다.

상기와 같이 생체적합성 고분자 용액을 제조한 다음 도 8과 같이 유리 기판의 4면에 원하는 크기로 테이핑 처리하여 일정한 두께의 틀을 만들고, 그 위에 상기 고분자 용액을 도포시켜 고분자 막을 제조한다. 상기 도포 시에는 일반적인 캐스팅 방법을 이용하는 것이 제조과정에 편리하나, 이에 한정되지 않는다. 상기 생성된 고분자막의 두께는 상기 캐스팅 시 사용된 틀의 두께에 따라 조절할 수 있으며, 400 내지 600㎛ 정도가 바람직하다.

다음으로 상기 캐스팅된 고분자막을 비용매에 침지시켜 고분자 용액을 침전시키는 단계이다.

본 발명에서는 특별히 캐스팅된 고분자막을 비용매에 침지시킬 때, 사용되는 비용매의 조성, 및 비용매의 온도를 변경하여 본 발명에 따른 고분자 재생막의 구조를 가지도록 하였다.

즉, 이때 사용되는 비용매는 물과 C₁~C₅의 저급 알코올을 30:70~70:30의 중량비로 혼합시켜 사용하는 것이 바람직하다.

상기 C₁~C₅의 저급 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올, t-부틸 알콜, 및 펜탄올로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것이다. 본 발명에 따른 비용매로서 C₁~C₅의 저급 알코올보다 탄소수가 많은 알코올(예를 들어, 고급 알코올)의 경우, 분자량이 높아져 점도가 높아질 수 있어 바람직하지 못하다.

또한, 본 발명에서는 비용매로서 물과 C₁~C₅의 저급 알코올을 혼합 사용하는 것이 바람직한데, 물이나 알코올을 단독으로 비용매로 사용하는 경우 고분자 용액 제조시 사용된 용매와 상전이가 너무 빨라 균일한 형태의 다공성 구조가 형성될 뿐 본 발명과 같은 낙엽적층형 구조를 얻을 수 없는 문제가 있다. 이는 물과 저급 알코올을 혼합 사용하는 경우, 고분자 용액의 침전 속도가 느려지기 때문에 본 발명과 같은 낙엽적층형 내부 구조를 얻을 수 있게 된다.

또한, 물과 C₁~C₅의 저급 알코올은 30:70~70:30의 중량비로 혼합시켜 사용할 수 있으며, 본 발명과 같은 낙엽적층형 구조를 얻는 데는 50:50의 중량비로 혼합시켜 사용하는 것이 바람직하며, 상기 범위를 벗어나는 경우 본 발명과 같은 낙엽적층형 구조를 얻을 수 없기 때문에 최적의 비용매 혼합 조건이 필수적이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비용매의 온도는 10~20℃, 바람직하기로는 15~18℃로 유지시키는 것이 필요하다. 이 경우, 고분자 용액 상태에서의 온도, 및 캐스팅시킬 때의 온도와의 차이가 상대적으로 크기 때문에 비용매에 상기 캐스팅 막을 넣는 순간 고분자의 용해도가 떨어져 캐스팅막 자체에서 고분자가 침전이 이루어질 뿐만 아니라, 비용매에서 침전이 동시에 이루어지기 때문에 침전된 고분자 막에서는 상층부에서는 1~5000nm의 기공을 가지는 구조가 형성됨과 동시에, 하층부에는 낙엽적층형 구조가 형성되는 것으로 보여진다.

상기 캐스팅된 막을 비용매에 침전시키는 시간은 1분 내지 12시간 동안 수행될 수 있다.

상기와 같이 비용매에 침지시킨 후 비용매를 이용해 세척을 한 다음 동결 건조 과정을 거치면 최종적으로 고분자 재생막을 얻을 수 있다. 세척 방법은 특별히 한정되지 않는다.

이렇게 제조된 고분자 재생막은 그 단면 구조가 상부층은 평균 기공 크기가 작은 막 층이 형성이 되고, 상부층 아래는 낙엽적층형의 구조를 형성하게 되는데, 다음 도 1를 참조한 자세한 구조는, 상부층은 크기는 작지만 기공이 존재함으로서 영양소 및 산소 투과의 공간을 마련하면서, 섬유결합조직의 침투는 방지할 수 있다. 또한, 하부층은 낙엽적층형 구조로 다양한 조직으로서의 시술과 점착이 용이한 효과를 가진다.

또한, 하부층의 낙엽적층형 구조로 인해 상기 고분자 재생막에 탑재된 생리활성인자가 서방형 방출거동을 나타내는 특징을 가진다. 즉, 본 발명에서는 생리활성인자의 탑재와 서방형 방출을 위해 고분자 재생막에 어떠한 첨가제나 표면개질법을 사용하지 않고, 낙엽적층형의 구조만으로 생리활성인자를 탑재한 후, 서방형 방출이 가능하다. 이는 고분자 재생막에 탑재된 생리활성인자가 상기 고분자 재생막 내부의 낙엽적층형의 구조를 통과하면서 흡착과 탈착을 반복함으로서 나타나는 특징이다.

생리활성인자를 고분자 재생막에 탑재시키는 방법은, 일정한 농도로 제조된 생리활성인자 수용액과 고분자 재생막을 주사기에 넣고 음압과 양압을 번갈아 걸게 되면 고분자 재생막 내로 상기 생리활성인자를 함유한 수용액의 침투 및 고분자 재생막 포면에 흡착으로 인해 상기 고분자 재생막의 표면과 내부로 도입된다.

이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 상세하게 설명하겠는 바, 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 이하의 실시예에서는 특정 화합물을 이용하여 예시하였으나, 이들의 균등물을 사용한 경우에 있어서도 동등 유사한 정도의 효과를 발휘할 수 있음은 당업자에게 자명한다.

실시예 1~3, 비교예 1~3: 골유도 재생막의 제조

생체적합성·생분해성을 나타내는 폴리카프로락톤을 테트라글리콜 용매에 15중량%로 90℃에서 15분간 용해시켜 폴리카프로락톤(PCL) 각 고분자 용액을 제조하였다.

상기 제조한 고분자 용액을 37℃에서 보관 중인 일정 틀(50mm x 50mm; 두께 400㎛)에 캐스팅 한 후 상기 고분자 용액을 포함한 틀을 다음 표 1과 같은 비용매 조성과 비용매의 온도 조건을 달리하면서 침지시켰다.

최소 1시간 동안 침지시킨 후, 매 시간마다 과량의 초순수를 교환하여 6시간 동안 세척하여 잔여 용매를 제거하였다. 세척이 끝난 후 동결건조하여 시트 형태의 골유도재생막을 얻었다.

시료	비용매 조성(중량비)		비용매 온도(℃)
	물	알코올
실시예1	50	50	17
실시예2	70	30	15
실시예3	30	70	12
비교예1	100	-	상온 (26)
비교예2	-	100	상온 (26)
비교예3	50	50	상온 (26)

실시예 4~6, 비교예 4~5: 골유도 재생막의 제조

고분자 재료로서 상기 실시예 1~3에서 사용된 생체적합성·생분해성을 나타내는 폴리카프로락톤 100중량부에 대하여 생체적합성·친수성을 나타내는 PEO-PPO 공중합체인 Pluronic F127을 1, 3, 5, 10, 20 중량비(각각 실시예 4, 5, 6, 비교예 4, 5)로 섞어 이를 테트라글리콜에 15중량%로 90℃에서 15분간 용해시켜 PCL/F127 용액을 제조하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 과정으로 골유도 재생막을 제조하였다.

실시예 4~6 비용매 조성 및 온도 조건은 각각 상기 실시예 1의 조건과 동일하게 유지하도록 하였다.

실시예 7, 비교예 6: 골유도 재생막에 생리활성인자 탑재

상기 실시예 1, 비교예 1에서 각각 제조된 골유도재생막을 12mm x 12mm 크기로 자른 후 3장을 20㎖ 주사기에 넣고 1㎍/㎖ 농도의 골형성단백질 (bone morphogenetic protein (BMP-2))수용액을 첨가하였다. 주사기에 양압과 음압을 번갈아 가하면서 골유도재생막의 내부로 BMP-2 수용액이 완전히 침투하게 하였다. 그 다음 3시간동안 4℃에서 냉장 보관하여 BMP-2가 골유도재생막에 흡착되도록 유도하였고, 3시간 뒤 주사기에 남은 과량의 BMP-2 수용액을 제거하고 동결건조하여 최종적으로 BMP-2가 탑재된 골유도재생막을 얻어내었다.

비교예 7: Genoss 사의 OSTEOGUIDE ^™ 와 비교

시중에 판매중인 골유도재생막 중에서 본 발명과 같이 폴리카프로락톤으로 제조한 골유도 재생막인 Genoss사의 OSTEOGUIDE^™를 구입하여 표면 및 단면 구조를 주사전자현미경으로 관찰하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다.

다음 도 7의 SEM 사진에서와 같이, 시판 중인 골유도재생막은 표면(윗면)과 단면, 및 아랫면 전체에 걸쳐 20~40㎛ 이상의 많은 기공들이 형성되어 있는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명과 같은 재료인 폴리카프로락톤을 이용하여 제조되었으나, 상기 비교예 7에 따른 골유도 재생막은 상부층 다공 구조와 하부층 낙엽적층형 구조를 가지는 구조와는 상이한 것을 확인할 수 있으며, 이러한 구조적 차이는 골유도재생막 제조시 온도 및 비용매 조성 등의 차이로 볼 수 있다.

비교예 8: OSTEOGUIDE ^™ 에 생리활성물질 탑재

OSTEOGUIDE에 생리활성인자의 탑재는 상기 실시예 7과 동일한 과정으로 수행하였다.

실험예 1: 골유도재생막의 구조 확인

상기 실시예 1~3, 및 비교예 1~3에 따른 골유도 재생막의 표면을 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)으로 관찰하였으며, 그 결과를 각각 다음 도 1~6에 나타내었다.

또한, 친수성 고분자를 포함하지 않은 실시예 1(도 10의 A)의 골유도재생막과 친수성 고분자를 포함하여 제조된 상기 실시예 4~6(도 10의 B~D), 및 비교예 4~5(도 10의 E~F)에 따른 골유도재생막의 주사전자현미경 사진을 다음 도 10에 나타내었다.

다음 도 1 내지 3을 참조하면, 상기 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3 방법으로 제조한 골유도재생막의 경우, 상층부는 평균 크기가 작은 기공이 있는 것을 확인하였다. 하층부의 구조에 있어서, 상기 실시예 1의 경우 낙엽적층형의 완벽한 구조가 생성되었고, 상기 실시예 2와 실시예 3의 경우에는 하층부가 눌린 현상이 있지만, 구조적으로는 모두 낙엽적층형의 구조가 생성이 되었다.

비교예 1의 방법으로 제조한 다음 도 4의 경우, 상층부는 평균 크기가 작은 기공이 있지만, 하층부는 낙엽적층형의 구조가 아닌 평균 기공크기가 큰 구조가 생성이 되었다.

비교예 2의 방법으로 제조한 다음 도 5의 경우 생성된 기공의 크기가 2mm 이상이고, 하층부도 낙엽적층형의 구조는 생성되지 않았음을 확인할 수 있다.

상기 비교예 3의 방법으로 제조한 다음 도 6의 경우, 비용매의 조성비가 본 발명의 범위에 속하더라도 비용매의 온도 조건이 본 발명의 범위를 벗어나는 경우 골유도재생막의 바닥면이 떨어지는 등 물성이 약하여 골유도재생막으로 사용할 수 없을 뿐만 아니라, 하층부에 낙엽적층형 구조도 생성되지 않았음을 확인할 수 있다.

이러한 결과로부터, 본 발명과 같이 상층부에 일정 크기의 기공을 가지며, 하층부에 낙엽적층형 내부 구조를 가지는 골유도재생막의 제조를 위해서는 비용매의 조성 및 온도가 매우 민감하게 조절해야 함을 확인할 수 있다.

또한, 친수성 고분자 함유에 따른 골유도재생막의 구조를 확인한 다음 도 10을 참조하면, 친수성 고분자를 포함하더라도 본 발명에 따른 실시예 4~6의 골유도재생막(각각 B 내지 D)은 친수성 고분자를 포함하지 않는 실시예 1의 골유도재생막(A)과 같이 상층부는 평균 크기가 작은 기공이 형성되고, 하층부는 낙엽적층형 내부 구조를 가짐을 확인하였다.

그러나, 친수성 고분자를 과량으로 포함하는 비교예 4와 비교예 5에 따른 골유도재생막은 본 발명의 하층부와는 전혀 상이한 다공성 구조가 형성됨을 알 수 있다.

따라서, 본 발명과 같은 낙엽적층형 내부 구조를 가지는 하층부를 포함하는 골유도재생막의 제조를 위해서는 적절한 범위의 친수성 고분자를 포함해야 함을 알 수 있다.

실험예 2: 골유도재생막의 기계적 물성 측정

상기 실시예 1, 및 비교예 7에 따른 골유도재생막의 기계적 물성을 비교 분석하였다. 기계적 물성의 측정은 시편 규격을 ISO 37-3으로 한 인장 강도(tensile strength)과 봉합사 인장 강도(suture pullout strength)를 건조된 상태와 젖어있는 상태를 Universal Testing Machine (UTM, AG-X, SHIMADZU, Japan)를 사용하여 측정을 하였다.

측정된 결과는 다음 도 9에 나타내었는데, 상기 실시예 1의 방법으로 제조한 골유도재생막의 인장 강도는 현재 시판중인 Genoss사의 OSTEOGUIDE^™보다 기계적 물성이 뛰어났고, 봉합사 인장 강도는 큰 차이가 없기 때문에 상기 실시예 1의 방법으로 제조한 골유도재생막이 임상에서 사용이 가능한 물성을 가지고 있음을 확인할 수 있었다.

실험예 3: 골유도재생막의 친수성 실험

상기 실시예 1(친수성 고분자를 포함하지 않은 시료), 및 실시예 4~6에서 제작한 골유도 재생막을 12mm x 12mm의 크기로 자른 후 그 위에 20㎕ 부피의 물방울을 떨어뜨려 그 물방울이 상기 골유도 재생막에 완전히 흡수되는 시간(wetting time)을 측정을 하여 다음 표 2에 나타내었다.

시료	젖음 시간(wetting time), sec
실시예 1	No wetting
실시예 4	234
실시예 5	30
실시예 6	4

상기 표 2를 참조하면, 상기 실시예 1처럼 친수성 고분자를 첨가하지 않은 상태로 제조한 골유도재생막은 물을 흡수하지 못하였지만, 실시예 4~6처럼 친수성 고분자의 비중이 높을수록 물을 흡수하는 시간이 빠른 것을 확인할 수 있다.

본 발명에 따른 골유도재생막의 조건으로는 상피조직 및 섬유결합조직의 침입은 막고 영양소 및 산소는 투과시켜야 한다. 따라서, 본 발명에서와 같이 생분해성 고분자에 친수성 고분자를 첨가함으로써 골유도재생막의 젖음 속도가 빨라지므로, 친수성 고분자의 비중이 높을수록 영양소 및 산소의 투과가 용이 할 것으로 판단되었다.

실험예 4: 생리활성인자의 방출거동 측정

상기 실시예 7과 비교예 6에 따른 생리활성인자(BMP-2)가 탑재된 골유도재생막, 및 비교예 8에 따른 OSTEOGUIDE^™를 1% 소혈청알부민(bovine serum albumin, BSA)이 첨가된 인산 완충 식염수(phosphate buffer saline, PBS)에 넣은 뒤 매일 채취하여 샌드위치 효소면역반응측정법(sandwich Enzyme-Link Immunospecific Assay, sandwich ELISA)으로 방출된 BMP-2의 양을 측정하였으며, 누적된 방출량을 도 11(실시예 7과 비교예 8은 A, 비교예 6은 B)에 나타내었다.

다음 도 11을 참조하면, 본 발명 실시예 7에 따라 제조된 골유도재생막(PCL membrane)의 경우 생리활성인자가 40일에 걸쳐 서방형으로 방출되고 있음을 알 수 있다.

또한, 시판되고 있는 비교예 8의 생리활성인자가 탑재된 OSTEOGUIDE^™의 경우, 생리활성인자가 초기에 대부분 방출되고 나머지가 5일 동안에 걸쳐 방출되고 있음을 확인할 수 있다.

또한, 비교예 6에 따라 제조된 골유도재생막(Asymmetrically PCL membrane)의 경우 생리활성인자가 7일 사이에 대부분이 방출이 된다는 것을 알 수 있다.

이러한 차이는 본 발명에 따른 골유도재생막은 하층부와 내부에 낙엽적층형의 구조를 가지고 있고, 생리활성물질은 상기 골유도재생막의 표면과 내부까지 모두 탑재되기 때문에, 상기 골유도재생막의 내부에 탑재된 생리활성인자가 다수의 낙엽적층형구조를 통과하면서 탈착/흡착을 반복하면서 방출되기 때문에 생리활성인자의 방출이 서방형으로 이루어지는 것을 확인할 수 있다.

그러나, 비교예 6에 따른 골유도 재생막의 경우, 평균 기공 크기가 상이한 2층 이상의 층을 포함하는 비대칭 구조의 다공성 골유도재생막에 생리활성물질을 비대칭 구조의 그 내부에까지 도입시킨다 하더라도, 그 내부가 평균 기공 크기(average pore size)가 상대적으로 큰 5 내지 500 ㎛인 기둥형태(column shape)의 구조이기 때문에 상기 생리활성물질이 빠르게 탈착되어 초기에 빠르게 방출되는 것을 알 수 있다.

또한 비교예 8의 경우, 본 발명에 따라 제조된 골유도재생막에 비해 내부 구조가 단조롭고, 균일하고, 평균 크기가 큰 다공을 가지고 있기 때문에 표면과 내부에 흡착된 생리활성물질의 빠른 탈착으로 방출되는 것을 알 수 있다.

Claims (10)

1. 평균 기공 크기 1 ~ 5000nm인 상층부, 및
   낙엽적층형 내부 구조를 가지는 하층부를 포함하는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 고분자 재생막.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 고분자는 폴리카프로락톤, 폴리디옥사논, 폴리락틱산, 폴리글리콜산, 폴리락틱산-글리콜산공중합체, 폴리하이드로시부티레이트와 폴리하이드록시부티릭산-하이드록시발러릭산공중합체 및 폴리포스포에스터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 생분해성 고분자인 것인 고분자 재생막.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 고분자는 폴리카프로락톤, 폴리디옥사논, 폴리락틱산, 폴리글리콜산, 폴리락틱산-글리콜산공중합체, 폴리하이드로시부티레이트와 폴리하이드록시부티릭산-하이드록시발러릭산공중합체 및 폴리포스포에스터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 생분해성 고분자, 및
   폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드-폴리락틱산 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드-글리콜산 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드-폴리락틱글리콜산 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드-폴리카프로락톤 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드-폴리다이옥산온 공중합체 및 이들의 공중합체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 친수성 고분자의 혼합물인 것인 고분자 재생막.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 친수성 고분자는 상기 생분해성 고분자 100중량부에 대하여 0.1 내지 5중량부로 포함되는 것인 고분자 재생막.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 고분자 재생막의 상층부 및 하층부에는 생리활성인자가 탑재되며, 상기 고분자 재생막에 탑재된 생리활성인자는 상기 고분자 재생막으로부터 서방형 방출되는 것을 특징으로 하는 고분자 재생막.
   
6. 고분자 용액을 제조하는 단계;
   상기 고분자 용액을 캐스팅하여 고분자 막을 제조하는 단계; 및
   상기 고분자막을 10~20℃로 유지되며, 물과 C₁~C₅의 저급 알코올을 30:70~70:30의 중량비로 혼합시킨 비용매에 침지시켜 침전시키는 단계를 포함하는
   제1항에 따른 평균 기공 크기 1 ~ 5000nm인 상층부, 및
   낙엽적층형 내부 구조를 가지는 하층부를 포함하는 구조의 고분자 재생막의 제조방법.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 고분자 용액의 농도는 1 내지 50중량%인 것인 고분자 재생막의 제조방법.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 고분자 용액 제조시 사용되는 사용되는 용매는 테트라글리콜, 1-메틸-2-피롤리디논, 트리아세틴, 및 벤질 알콜로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 고분자 재생막의 제조방법.
   
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