KR101821662B1 - 열가역적 하이드로젤을 포함하는 의료용 수경화형 수복재료 조성물 및 이를 이용한 인공 생체 재료의 적용방법 - Google Patents

열가역적 하이드로젤을 포함하는 의료용 수경화형 수복재료 조성물 및 이를 이용한 인공 생체 재료의 적용방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열가역적 하이드로젤을 포함하는 의료용 수경화형 수복재료 조성물 및 이를 이용한 인공 생체 재료의 적용방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상온에서는 액체 상태를 띠고 생체 온도(체온)에서는 젤 형태를 띠는 열가역적 하이드로젤을 MTA 수경화를 위한 수분 제공 물질로 활용하는 기술에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 수경화 타입이 긴 경화시간이 요구된다는 단점을 보완하여 체내에서의 즉각적인 형태부여와 경화가 이루어질 수 있도록 할 수 있으며, 경화 과정에서 구강 환경에 의해 씻겨져 나가는 것을 방지할 수 있고, 크리미한 성질을 부여하여 작업성을 용이하게 할 수 있다는 효과가 있다.

Description

열가역적 하이드로젤을 포함하는 의료용 수경화형 수복재료 조성물 및 이를 이용한 인공 생체 재료의 적용방법{WATER-SETTABLE COMPOSITION FOR MEDICAL RESTORATION USING THERMOREVERSIBLE HYDROGEL AND APPLICATION METHOD USING ATIFICIAL BIOMATERIAL MANUFACTURED BY THE SAME}
본 발명은 열가역적 하이드로젤을 포함하는 의료용 수경화형 수복재료 조성물 및 이를 이용한 인공 생체 재료의 적용방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상온에서는 액체 상태를 띠고 생체 온도(체온)에서는 젤 형태를 띠는 열가역적 하이드로젤을 MTA 수경화를 위한 수분 제공 물질로 활용하는 기술에 관한 것이다.
규산칼슘(calcium silicate)는 각종 의료분야, 특히 치과 분야에서 무기물 삼산화물 집합체(Mineral trioxide aggregate, MTA)라는 제품으로 사용되어 왔다. MTA는 1993년 미국 JOE 저널에서 처음 소개된 신경치료 등 자연 치아를 되살리기 위한 치료에 있어 획기적인 바이오세라믹 재료로서, 기존 재료의 한계를 극복할 수 있는 재료로 각광받아 왔다.
MTA는 CaO, SiO2, Bi2O3 등을 주성분으로 하며 뛰어난 진통효과, 높은 생체친화성, 뛰어난 밀폐성, 치주조직(백악질 및 치조골) 재생 유도능, 염증을 일으키는 세균에 대한 항균성 등을 지니고 있으며, 통상 물이 있어야 경화되는 수경화 타입으로 사용되어 수분이 많은 구강이나 혈액이 있는 곳에서도 사용 가능하다.
MTA는 분말과 증류수 액으로 구성되어 임상에서 즉시 혼합하여 사용하도록 공급되어 왔다. 기존의 MTA는 포틀랜드 시멘트(Portland cement) 약 80%와 산화비스무트(bismuth oxide) 약 20%로 구성되며, 수경화를 하는 장점을 갖고 있어 출혈이 있느 부위에서도 경화가 가능함에 따라 치과용으로서 다양한 임상에 적용되어 왔다.
MTA는 수경화를 하는 과정에서 칼슘이온을 다량 방출하고 주변 환경을 알칼리화하는 특성을 갖는다. 칼슘이온이 방출되면 주변 조직의 세포분화를 유도하여 경조직 형성에 도움을 주며, 알칼리 환경은 미생물이 자라지 못하는 환경을 만들어 감염으로부터 예방을 할 수 있게 된다.
이러한 수경화 타입의 기존 제품은 위와 같은 장점에도 불구하고 약 180분의 긴 경화시간을 요구함에 따라, 일회성으로 임상 치료가 끝나지 않고 두 번 또는 그 이상 병원을 내원해야 하는 불편함이 있었다. 또한 긴 경화시간으로 인해 경화 과정에서 다양한 체내 환경, 특히 체액이 많은 구강 환경에서 씻겨질(wash-out) 가능성이 상존하며, 단순히 증류수 등의 액체를 수경화를 위한 수분 제공 물질로 사용함에 따른 불량한 작업성이 문제되었다.
한국 공개특허공보 제2010-0037979호('미리 혼합된 시멘트 페이스트 및 시멘트 특성 물질 제조방법', 2010. 04. 12. 공개)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 수경화 시간을 최소화하고 경화 과정에서 씻겨질 가능성을 줄이며 작업성을 제고할 수 있도록 수복재료의 수경화를 위한 수분 제공 물질로 열가역적 하이드로젤을 사용하는 의료용 조성물을 제공하는데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따라 의료용 수경화형 수복재료 조성물에 있어서, 상기 조성물은 무기 충진재 파우더와 상기 무기 충진재 파우더의 수경화를 유도하기 위한 수경화제를 포함하며, 상기 무기 충진재 파우더는 규산칼슘 파우더를 포함하고, 상기 수경화제는 체온 조건 하에서는 겔(gel)의 형태를 띠고 상온 조건 하에서는 액체 형태를 띠는 열가역적 하이드로젤(thermoreversible hydrogel)을 유효성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 수경화형 수복재료 조성물을 제공한다.
상기 열가역적 하이드로젤은 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리프로필렌글리콜(PPG) 및 폴리에틸렌글리콜과 폴리프로필렌글리콜의 블록 공중합체로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 열가역적 하이드로젤은 폴리에틸렌글리콜과 폴리프로필렌 글리콜의 3블록 공중합체일 수 있으며, 바람직하게는 PEG-PPG-PEG 3블록 공중합체일 수 있다.
또, 상기 열가역적 하이드로젤은 하기 화학식 1의 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112015110014388-pat00001
(상기 화학식 1에서 x, y 및 z는 각각 1 이상의 정수이다.)
상기 수경화제는 상기 열가역적 하이드로젤과 증류수의 혼합물일 수 있으며, 바람직하게는 상기 수경화제는 상기 열가역적 하이드로젤이 증류수에 5~40wt%의 농도로 혼합된 혼합물일 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 열가역적 하이드로젤이 증류수에 20~30wt%의 농도로 혼합된 혼합물일 수 있다.
또한, 상기 열가역적 하이드로젤은 10~20℃의 범위 내의 상전이 온도를 갖는 물질일 수 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따라 의료용 수경화형 수복재료 조성물을 이용한 수경화된 시멘트 형태의 인공 생체 재료의 적용방법에 있어서, 체온 조건 하에서는 겔(gel)의 형태를 띠고 상온 조건 하에서는 액체 형태를 띠는 열가역적 하이드로젤(thermoreversible hydrogel)을 증류수와 혼합하여 수경화제를 제조하는 단계; 규산칼슘 파우더를 포함하는 무기 충진재 파우더와 상기 수경화제를 배합하는 단계; 및 수경화된 시멘트 형태의 인공 생체 재료의 직간접 수복, 충전 또는 이식이 필요한 체내 수요처에 배합된 수복재료 조성물을 적용하는 단계;를 포함하는 인공 생체 재료의 적용방법을 제공한다.
이때, 무기 충진재 파우더와 수경화제를 배합하는 단계에서, 상기 무기 충진재 파우더와 수경화제는 질량(g) 대 부피(ml)를 기준으로 3:1의 비율로 배합될 수 있다.
또한, 수복재료 조성물을 적용하는 단계는, 치아의 상아질 구멍(dentin hole)을 메우는 치수 복조 과정이거나, 치아의 근관을 충전하는 과정이거나, 인공 골 재료로서 체내에 이식하는 과정일 수 있다.
상기 열가역적 하이드로젤은 PEG-PPG-PEG 3블록 공중합체일 수 있으며, 바람직하게는 하기 화학식 1의 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112015110014388-pat00002
(상기 화학식 1에서 x, y 및 z는 각각 1 이상의 정수이다.)
상기 수경화제는 상기 열가역적 하이드로젤과 증류수의 혼합물로서, 상기 열가역적 하이드로젤이 증류수에 20~30wt%의 농도로 혼합된 혼합물일 수 있으며, 10~20℃의 범위 내의 상전이 온도를 갖는 물질일 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 열가역적 하이드로젤을 포함하는 의료용 수경화형 수복재료 조성물 및 이를 이용한 인공 생체 재료의 적용방법은 수경화 타입의 칼슘이온 방출이나 알칼리 환경 조성과 같은 장점은 그대로 유지하면서도 체내에서의 즉각적인 형태부여를 통해 경화시간을 최소화할 수 있고, 경화 과정에서 수복재료가 체액 등에 의해 씻겨지는 것을 방지할 수 있으며, 크리미한 성질을 부여하여 작업성을 높일 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1-5(H5, H10, H20, H30, H40)의 하이드로젤에 대한 상온에서의 상태를 나타내는 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1-5(H5, H10, H20, H30, H40)의 상전이 온도를 시차주사열량측정법(Differential scanning calorimetry, DSC)로 측정한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1-5의 상전이 온도를 플로팅한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1-5(H5, H10, H20, H30, H40) 및 비교예(MDW)의 흐름 특성을 상온 조건(12±2℃)과 체온 조건(37±2℃)에서 측정한 그래프(A)와 사진(B)이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1-5(H5, H10, H20, H30, H40) 및 비교예(MDW)의 피막 특성을 측정한 그래프(상부)와 사진(하부)이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1-5(H5, H10, H20, H30, H40) 및 비교예(MDW)의 용해도(g) 값을 측정한 그래프이다.
도 7는 본 발명의 실시예 1-5(H5, H10, H20, H30, H40) 및 비교예(MDW)의 시간 경과에 따른 칼슘이온의 방출 정도를 측정한 그래프이다.
도 8는 본 발명의 실시예 1-5(H5, H10, H20, H30, H40) 및 비교예(MDW)의 시간 경과에 따른 pH 변화를 측정한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예 1-5(H5, H10, H20, H30, H40) 및 비교예(MDW)의 압축 강도(MPa)를 측정한 그래프이다.
도 10는 본 발명의 실시예 1-5(H5, H10, H20, H30, H40) 및 비교예(MDW)에 대한 생활성 성질(Bioactive property) 측정 실험의 결과 사진이다.
도 11는 본 발명의 실시예 1-5(H5, H10, H20, H30, H40)에 대한 세포 독성(Cytotoxicity) 실험의 일환으로서 하이드로젤의 독성 실험 결과 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예 1-5(H5, H10, H20, H30, H40) 및 비교예(MDW)에 대한 세포 독성(Cytotoxicity) 실험의 일환으로서 실험군 독성 실험 결과 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시예 3 및 4(H20, H30), 비교예(MDW)와 더불어 골 분화가 일어나지 않는 대조군(Blank control, BC)와 골 분화를 일으키는 대조군(Osteogenic media control, OC)에 대한 세포 분화를 측정하기 위한 알칼리 포스파타아제 활성 테스트(Alkaline phosphatase activity, ALP test)의 결과 그래프와 사진이다.
도 14은 본 발명의 실시예 3 및 4(H20, H30), 비교예(MDW)와 더불어 골 분화가 일어나지 않는 대조군(Blank control, BC)와 골 분화를 일으키는 대조군(Osteogenic media control, OC)에 대한 세포 분화를 측정하기 위한 알리자린 레드S 염색 테스트(Alizarin red-S staining, ARS-S)의 결과 그래프와 사진이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
"제 1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
먼저, 본 발명은 바람직한 실시예에 따라 의료용 수경화형 수복재료 조성물에 있어서, 상기 조성물은 무기 충진재 파우더와 상기 무기 충진재 파우더의 수경화를 유도하기 위한 수경화제를 포함하며, 상기 무기 충진재 파우더는 규산칼슘 파우더를 포함하고, 상기 수경화제는 체온 조건 하에서는 겔(gel)의 형태를 띠고 상온 조건 하에서는 액체 형태를 띠는 열가역적 하이드로젤(thermoreversible hydrogel)을 유효성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 수경화형 수복재료 조성물을 제공한다.
'의료용'이라 함은 치과에서 사용되는 근관 치료용 치수 복조 재료 등의 용도 뿐만 아니라 정형외과의 골 시멘트, 인공 골 대체 재료, 임플란트 재료 등의 인공 생체 재료 등을 제한하지 않고 모두 포괄하는 의미이다.
본 발명의 수복재료 조성물은 기본적으로 물리적인 필러 역할을 하는 무기 충진재 파우더와 수경화를 유도하기 위한 수분을 공급하는 수경화제를 주요 구성으로 한다. 무기 충진재 파우더는 규산칼슘 파우더를 포함하며, 수경화제는 체온 조건 하에서는 겔 형태를 띠지만 상온 조건에서는 액체 형태를 띠는 열가역적 하이드로젤을 유효성분으로 포함한다.
상변이 온도와 관련하여 위와 같은 기능을 발휘하기 위해서 열가역적 하이드로젤은 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리프로필렌글리콜(PPG) 및 폴리에틸렌글리콜과 폴리프로필렌글리콜의 블록 공중합체로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 폴리에틸렌글리콜과 폴리프로필렌 글리콜의 3블록 공중합체인 것이 바람직하며, PEG-PPG-PEG 3블록 공중합체인 것이 더욱 바람직하다.
구체적으로 최적의 상변이 조건, 작업성 조건, 워시 아웃 방지 조건 등과 더불어 수경화 본연의 칼슘이온 방출 및 알칼리 환경 조성 기능을 발휘하기 위하여 열가열적 하이드로젤은 하기 화학식 1의 화합물인 것이 가장 바람직하다.
[화학식 1]
Figure 112015110014388-pat00003
(상기 화학식 1에서 x, y 및 z는 각각 1 이상의 정수이다.)
또한, 수경화제는 위 언급한 바와 같은 열가역적 하이드로젤과 증류수가 배합된 형태로 사용하는 것이 바람직하며, 통상적으로 위와 같은 열가역적 하이드로젤 100% 원재료는 분말 형태로 취급되기 때문이다.
특히, 분말 원재료와 증류수의 배합비율은 5~40wt%의 농도인 것이 하이드로젤의 기능발휘나 크리미한 성질 부여를 통한 작업성 향상 측면에서 바람직하며, 특히 치과를 비롯한 의료용으로 적용하기 위해선 20~30wt%의 농도로 배합하는 것이 더욱 바람직하고, 이는 후술할 다양한 실험예를 통해 뒷받침될 수 있다.
열가역적 하이드로젤을 포함하는 수경화제는 본 발명 본연의 기능을 발휘하기 위해서는 생체 온도 범위에서는 경화되어 젤 형태를 띠면서도 상온에서는 액체 형태를 띠도록 해야하기 때문에, 10~20℃의 상전이 온도를 갖는 물질인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 바람직한 실시예에 따라 의료용 수경화형 수복재료 조성물을 이용한 수경화된 시멘트 형태의 인공 생체 재료의 적용방법에 있어서, 체온 조건 하에서는 겔(gel)의 형태를 띠고 상온 조건 하에서는 액체 형태를 띠는 열가역적 하이드로젤(thermoreversible hydrogel)을 증류수와 혼합하여 수경화제를 제조하는 단계; 규산칼슘 파우더를 포함하는 무기 충진재 파우더와 상기 수경화제를 배합하는 단계; 및 수경화된 시멘트 형태의 인공 생체 재료의 직간접 수복, 충전 또는 이식이 필요한 체내 수요처에 배합된 수복재료 조성물을 적용하는 단계;를 포함하는 인공 생체 재료의 적용방법을 제공한다.
위 언급한 '인공 생체 재료'는 치과에서 사용되는 근관 치료용 수복재료 등 뿐만 아니라 정형외과의 골 시멘트, 인공 골 대체 재료, 임플란트 재료 등의 인공 생체 재료 등을 제한하지 않고 모두 포괄하는 의미이며, '인공 생체 재료의 적용방법'이라 함은 무기 충진재 파우더와 수경화제를 배합하고 이를 생체 내 인공 생체 재료의 수요처에 적용하는 과정을 통해 수행되는 것으로서 의사 등 의료 전문가의 임상적 판단이 요구되는 수술, 치료, 진단과 관련된 방법에 해당되지 않음은 물론이다.
먼저, 무기 충진재 파우더와 수경화제는 충진재 파우더 질량(g) 대 수경화제 부피(ml)를 기준으로 3:1의 비율로 배합되는 것이 본 발명 본연의 효과 발휘 측면에서 바람직하다.
다음으로, 수복재료 조성물을 생체 내 수요처에 적용하는 단계는 치아의 상아질 구멍(dentin hole)을 메우는 치수 복조 과정이거나, 치아의 근관을 충전하는 과정이거나, 인공 골 재료로서 체내에 이식하는 과정 등을 포함할 수 있다.
이하 본 발명의 열가역적 하이드로젤을 포함하는 의료용 수경화형 수복재료 조성물 및 이를 이용한 인공 생체 재료의 적용방법에 대한 실시예를 살펴본다. 그러나 이는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 본 발명에 따른 다양한 실시예들과 비교예 간의 각종 비교실험 결과를 소개한다.
본 발명에 따른 실시예(실시예 1-5, 혹은 순서대로 H5, H10, H20, H30, H40으로 표기함)는 무기 충진재 파우더의 준비 과정과 하이드로젤을 포함하는 수경화제의 제조 과정으로 나뉘어 만들어진다.
무기 충진재 파우더는 백색 포틀랜드 시멘트(union white portland cement) 분말을 사용하며 통상적으로 사용되는 의료용 MTA 제품으로서 80%의 포틀랜드 시멘트 성분과 20%의 비스무트 산화물(bismuth oxide) 성분으로 구성된다.
다음으로, 하이드로젤을 포함하는 수경화제는 하기 화학식 1(화학명 폴리에틸렌-폴리프로필렌 글리콜, polyethylene-polypropylene glycol)의 물질을 증류수와 혼합하여 제작하며, 배합 비율을 5%(실시예1, H5), 10%(실시예2, H10), 20%(실시예3, H20), 30%(실시예4, H30) 및 40%(실시예5, H40)으로 달리하여 각각의 실험군을 제작한다.
[화학식 1]
Figure 112015110014388-pat00004
(상기 화학식 1에서 x, y 및 z는 각각 1 이상의 정수이다.)
한편, 대조군으로 사용된 비교예(MDW)는 통상의 의료용 MTA와 증류수만을 배합하여 사용하였으며, 위 실시예 1-5 및 비교예 모두 무기 충진재 파우더와 수경화제의 배합비는 앞서 언급한 바와 같이 질량 대 부피 비를 기준으로 3:1의 비율로 배합한다.
제조된 실험군(실시예 1-5 및 비교예)의 성분 비교는 아래 표 1과 같다.
구분 하이드로젤
함량비(wt%)		 수경화제
첨가량(ml)		 증류수
첨가량(ml)		 무기 충진재 파우더 첨가량(g)
실시예1(H5) 5 0.3 -

0.9
실시예2(H10) 10 0.3 -
실시예3(H20) 20 0.3 -
실시예4(H30) 30 0.3 -
실시예5(H40) 40 0.3 -
비교예(MDW) - - 0.3
[ 실험예 1] 하이드로젤의 성질 : 상온 조건
도 1은 본 발명의 실시예 1-5(H5, H10, H20, H30, H40)의 하이드로젤에 대한 상온에서의 상태를 나타내는 사진이다.
도 1을 참고할 때, 실시예 1-4의 경우는 상온에서 대체로 액체 상태를 띠는 것으로 확인되었으며, 하이드로젤의 함량비가 40wt%에 육박하는 실시예 5의 경우 약간 경화된 젤의 형태를 띠는 것으로 확인되었다.
[ 실험예 2] 하이드로겔의 성질 : 상변이 온도 측정(시차주사열량측정법)
도 2는 본 발명의 실시예 1-5(H5, H10, H20, H30, H40)의 상전이 온도를 시차주사열량측정법(Differential scanning calorimetry, DSC)로 측정한 그래프이고, 도 3은 본 발명의 실시예 1-5의 상전이 온도를 플로팅한 그래프이다.
도 2를 참고할 때, 하이드로겔의 농도가 높을수록 낮은 상전이 온도를 갖는 것으로 확인되었으며, 실시예 1-4에서 상온에 가까운 상전이 온도를 갖는 것을 알 수 있었다.
도 3은 도 2의 시차주사열량측정법에 따른 각 실시예의 상전이 온도를 하이드로겔의 농도에 따라 플로팅한 그래프로서, 상전이 온도와 하드로젤의 농도 간에 상관관계가 있음을 보여주고 있다.
[ 실험예 3] 흐름성 측정
도 4는 본 발명의 실시예 1-5(H5, H10, H20, H30, H40) 및 비교예(MDW)의 흐름 특성을 상온 조건(12±2℃)과 체온 조건(37±2℃)에서 측정한 그래프(A)와 사진(B)이다.
도 4를 참고할 때, 진료실 내 조작 가능한 온도(12±2℃)와, 사람의 체온(37±2℃)의 각기 다른 두 온도 조건하에서 실시예 3과 4(H20과 H30)에서 통계적으로 유의한 흐름 특성을 보였다.
한편, 비교예(MDW)와 실시예 1, 2(H5, H10)에서는 두 온도 모두에서 잘 흐르는 특성을 보였으며, 실시예 5(H40)에서는 두 온도에서 모두 잘 흐르지 않는 성질을 보였다.
[ 실험예 4] 피막도 측정
도 5는 본 발명의 실시예 1-5(H5, H10, H20, H30, H40) 및 비교예(MDW)의 피막 특성을 측정한 그래프(상부)와 사진(하부)이다.
도 5를 참고할 때, 실시예 3과 4(H20과 H30)가 통계적으로 유의한 피막도를 보였다. 구체적으로, 피막도 실험은 상온(25℃ 전후)에서 진행하였는데, 실시예 3과 4의 경우 하이드로젤이 함유됨에 따라 기존에 젖은 모래와 같았던 조작성이 부드러운 크림과 같은 질감으로 변형되었으며, 이런 성질은 분말 입자 상호간 윤활성이 향상되어 고르게 잘 펴진 것으로 볼 수 있으며, 이러한 성질은 낮은 값의 피막도(film thickness)를 띠는 것으로부터 뒷받침될 수 있다.
결과적으로 본 발명은 임상적인 관점에서 볼 때 낮은 피막도를 지님으로써 체내에 주입이 용이한 성질을 갖고 있다고 볼 수 있다.
[ 실험예 5] 용해도 측정
도 6은 본 발명의 실시예 1-5(H5, H10, H20, H30, H40) 및 비교예(MDW)의 용해도(g) 값을 측정한 그래프이다.
본 실험예는 Root canal sealer 규격(ISO 6876: 2008)에 따라 최초 시편 질량의 3% 이내의 질량 손실을 일으켜야 한다는 것을 기준으로 실험을 진행하였다. 도 6을 참고할 때, 각 실험군에서의 무게 손실이 3%가 되는 기준선이 밝은 회색의 그래프이다. 각 실험군에 대한 기준과 실험결과(밝은 회색과 어두운 회색의 그래프 값)를 볼 때, 실시예 4(H30)와 실시예 5(H40)에서 큰 용해도를 보였다.
[ 실험예 6] 칼슘이온 방출량 측정
도 7는 본 발명의 실시예 1-5(H5, H10, H20, H30, H40) 및 비교예(MDW)의 시간 경과에 따른 칼슘이온의 방출 정도를 측정한 그래프이다.
도 7을 참고할 때, 실시예 3(H20)과 실시예 4(H30)가 상대적으로 칼슘이온 방출량이 높은 것으며, 기간 전체를 포괄하여도 그 상태를 꾸준하게 유지하는 것을 확인할 수 있었다.
[ 실험예 7] pH 변화 측정
도 8는 본 발명의 실시예 1-5(H5, H10, H20, H30, H40) 및 비교예(MDW)의 시간 경과에 따른 pH 변화를 측정한 그래프이다.
도 8을 참고할 때 본 발명의 하이드로젤이 아닌 일반 증류수를 배합한 비교예(MDW)와 비교하여 본 발명의 실시예 1-5가 높은 pH를 장기간 유지하여 알칼리 환경 조성을 효과적으로 수행할 수 있다는 점을 확인하였다.
[ 실험예 8] 압축강도 측정
도 9는 본 발명의 실시예 1-5(H5, H10, H20, H30, H40) 및 비교예(MDW)의 압축 강도(MPa)를 측정한 그래프이다.
도 9를 참고할 때 실시예 1-3(H5, H10, H20)에서는 대조군인 비교예(MDW)와 동등한 수준의 압축강도를 지니고 있는 것으로 확인되었다. 실시예 4(H30)의 경우 압축강도가 비교적 낮은 것으로 평가되었으나, 골 지지체가 아닌 주입형 골 이식재나 치아 수복/복조용으로 적용한다면 큰 문제가 없을 수준의 압축강도를 보였다.
[ 실험예 9] 생활성 성질 시험
도 10는 본 발명의 실시예 1-5(H5, H10, H20, H30, H40) 및 비교예(MDW)에 대한 생활성 성질(Bioactive property) 측정 실험의 결과 사진이다.
SEM으로 각 실시예와 비교예의 표면에 생긴 결정을 확인한 결과, 판상형(platelet)과 바늘모양(needle-like)의 결정을 확인할 수 있었다. 이는 히드록시아파타이트(hydroxyapatite)와 유사한 모양임을 의미한다.
또한 XRD 분석 결과, 비교예를 포함한 모든 실험군에서 히드록시아파타이트와 칼슘-리치 표면(calcium-rich surface)을 보였으며, EDS 분석 결과, 각 실험군의 표면에 생긴 결정의 Ca/P 값이 이상적인 히드록시아파타이트 결정(Ca/P=1.67)에 대한 값 또는 체내(Ca/P=1.5~1.7)의 값 범위 내에 들어가는 것을 확인할 수 있었다.
[ 실험예 10] 세포 독성 실험 : 하이드로겔의 독성 실험
도 11는 본 발명의 실시예 1-5(H5, H10, H20, H30, H40)에 대한 세포 독성(Cytotoxicity) 실험의 일환으로서 하이드로젤의 독성 실험 결과 그래프이다.
도 11을 참고할 때, 모든 하이드로겔 실험군에 대해서 80% 이상의 세포 생존능(cell viability)를 보이는 것을 확인할 수 있었다.
[ 실험예 11] 세포 독성 실험 : 실험군의 독성 실험
도 12는 본 발명의 실시예 1-5(H5, H10, H20, H30, H40) 및 비교예(MDW)에 대한 세포 독성(Cytotoxicity) 실험의 일환으로서 실험군 독성 실험 결과 그래프이다.
세포 분화 실험을 위해 인간 중간엽 줄기세포 라인(Human mesenchymal stem cell line, hMSC)에 물질을 적용하였다. 100% 용출액(100% ext.)을 적용한 결과(옅은 회색 그래프), 비교예를 포함한 모든 실험군에서 세포 독성을 보였다(20% 이하의 세포 생존능). 그러나 50% 용출액(50% ext.)을 적용하였을 때는 모든 실험군에 대해 100% 이상의 세포 생존능을 보였다.
[ 실험예 12] 세포 분화 실험 : ALP activity 테스트와 ARS-S 테스트
도 13은 본 발명의 실시예 3 및 4(H20, H30), 비교예(MDW)와 더불어 골 분화가 일어나지 않는 대조군(Blank control, BC)와 골 분화를 일으키는 대조군(Osteogenic media control, OC)에 대한 세포 분화를 측정하기 위한 알칼리 포스파타아제 활성 테스트(Alkaline phosphatase activity, ALP test)의 결과 그래프와 사진이고, 도 14은 본 발명의 실시예 3 및 4(H20, H30), 비교예(MDW)와 더불어 골 분화가 일어나지 않는 대조군(Blank control, BC)와 골 분화를 일으키는 대조군(Osteogenic media control, OC)에 대한 세포 분화를 측정하기 위한 알리자린 레드S 염색 테스트(Alizarin red-S staining, ARS-S)의 결과 그래프와 사진이다.
BC(Blank control) 실험군은 골 분화가 일어나지 않는 대조군으로 자극을 받지 않은 세포군에서 세포가 시약에 반응을 하지 않는다는 것을 확인할 수 있었다. 조성은 basic DMEM-Glutamax 배지 + 10% fetal bovine serum + 1% Antibiotics이다.
OC(Osteogenic media control) 실험군은 골 분화를 일으키는 대조군으로 세포가 골 분화 배지에서 자라면 분화를 일으키는 성질을 갖는 것을 확인하였다. 그 조성으로는 basic DMEM-Glutamax 배지 + 10% fetal bovine serum + 1% Antibiotics + 50 ㎕/ml L-ascrobic acid + 10 mM beta-glycerol phosphate 이다.
모든 실험군에 대한 실험은 OC 환경에서 진행되었고 모든 실험 결과는 BC로 표준화(normalized)하여 골 분화 배지에서 자란 것은 변 배 분화하였고, 실험군이 추가로 들어있는 군에서는 몇 배 더 크게 분화하였다고 비교하였다.
구체적은 실험 과정은 다음과 같다.
세포를 플레이트에 분주한 이후 24시간 후에 플레이트 바닥에 세포가 부착한 것을 확인하고 기본 용액을 실험 용액으로 교환해 준다. 우선, 실험군은 물성에서 우수한 실시예 3(H20)과 실시예 4(H30)를 선정하였다. 각 실험군은 기존에 제작된 방법대로 제작하여 경화 시킨다. 경화가 된 실험군은 UV 빛에서 30분간 소독을 한다. ISO 10993-12에 따라 3 cm2/ml에 따라 시편면적을 계산하여 배지에 침적한다. 그리고 37℃ shaking incubator에서 24시간 용출한다.
세포 부착 후, 일반 배지인 상층액을 제거한 후, 각각의 희석된 BC, OC, H20, H30 그리고 기존의 물과 혼합한 MDW 용출액으로 교환해준다. BC를 제외한 나머지 실험군은 OC로 희석한다. 세포 용출액은 2-3일에 한 번씩 새로운 용액으로 교환하여 준다.
7일 후 ALP activity 와 ALP staining test를 진행, 14일 후 Alizarin red staining을 진행하였다. ALP kit를 이용하여 세포질 내의 ALP 효소를 각 군의 단백질로 정량하여 상대적인 값을 표현하여 ALP activity를 측정하였다. 또 다른 플레이트에서는 ALP staining kit를 이용하여 세포를 고정한 후 염색을 진행하였다.
14일 후 ARS를 진행하였다. 세포를 고정하여 2% 필터 된 alizarin red 염색약으로 염색을 하였다. 사진 촬영을 한 후, 동일한 염색된 플레이트에 10% Cethylpyridium chloride solution을 넣고 30분간 염색된 미네랄을 모두 녹인 후 560 nm에서 흡광도를 측정한다.
결론적으로, 상술한 바와 같은 본 발명의 열가역적 하이드로젤을 포함하는 의료용 수경화형 수복재료 조성물 및 이를 이용한 인공 생체 재료의 적용방법은 수경화 타입의 칼슘이온 방출이나 알칼리 환경 조성과 같은 장점은 그대로 유지하면서도 체내에서의 즉각적인 형태부여를 통해 경화시간을 최소화할 수 있고, 경화 과정에서 수복재료가 체액 등에 의해 씻겨지는 것을 방지할 수 있으며, 크리미한 성질을 부여하여 작업성을 높일 수 있다는 효과가 있다.
특히, MTA와 같은 무기 충진재 파우더를 혼합하기 위해서 20~30wt%의 농도로 하이드로젤이 함유된 수경화제를 채택하는 것이 치과용을 비롯한 의료용에 생체 재료로서 적용하기에 가장 적합한 것으로 확인되었으며, 그 외의 농도에 대해서도 단순히 증류수를 혼합하여 사용한 비교예와 비교하여 동등하거나 우수한 성질을 보였다. 또한, 본 발명의 조성물은 치과 이외에도 골 시멘트나 골 대체 재료 등의 생체 의료 기기 분야에 대해 폭넓게 응용 가능할 것으로 기대된다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

Claims (16)

  1. 의료용 수경화형 수복재료 조성물에 있어서,
    상기 조성물은 무기 충진재 파우더와 상기 무기 충진재 파우더의 수경화를 유도하기 위한 수경화제를 포함하며,
    상기 무기 충진재 파우더는 규산칼슘 파우더를 포함하고,
    상기 수경화제는 체온 조건 하에서는 겔(gel)의 형태를 띠고 상온 조건 하에서는 액체 형태를 띠는 열가역적 하이드로젤(thermoreversible hydrogel)과 증류수의 혼합물로서, 상기 열가역적 하이드로젤이 상기 증류수에 20~30wt%의 농도로 혼합된 것을 특징으로 하는 의료용 수경화형 수복재료 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열가역적 하이드로젤은 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리프로필렌글리콜(PPG) 및 폴리에틸렌글리콜과 폴리프로필렌글리콜의 블록 공중합체로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 의료용 수경화형 수복재료 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 열가역적 하이드로젤은 폴리에틸렌글리콜과 폴리프로필렌 글리콜의 3블록 공중합체인 것을 특징으로 하는 의료용 수경화형 수복재료 조성물.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 열가역적 하이드로젤은 PEG-PPG-PEG 3블록 공중합체인 것을 특징으로 하는 의료용 수경화형 수복재료 조성물.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 열가역적 하이드로젤은 하기 화학식 1의 화합물인 것을 특징으로 하는 의료용 수경화형 수복재료 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112015110014388-pat00005

    (상기 화학식 1에서 x, y 및 z는 각각 1 이상의 정수이다.)
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 열가역적 하이드로젤은 10~20℃의 범위 내의 상전이 온도를 갖는 물질인 것을 특징으로 하는 의료용 수경화형 수복재료 조성물.
  10. 의료용 수경화형 수복재료 조성물을 이용한 수경화된 시멘트 형태의 인공 생체 재료의 적용방법에 있어서,
    체온 조건 하에서는 겔(gel)의 형태를 띠고 상온 조건 하에서는 액체 형태를 띠는 열가역적 하이드로젤(thermoreversible hydrogel)과 증류수를 혼합하여 수경화제를 제조하는 단계;
    규산칼슘 파우더를 포함하는 무기 충진재 파우더와 상기 수경화제를 배합하는 단계; 및
    수경화된 시멘트 형태의 인공 생체 재료의 직간접 수복, 충전 또는 이식이 필요한 체내 수요처에 배합된 수복재료 조성물을 적용하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 수경화제는 상기 열가역적 하이드로젤과 증류수의 혼합물로서, 상기 열가역적 하이드로젤이 증류수에 20~30wt%의 농도로 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 하는 인공 생체 재료의 적용방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    무기 충진재 파우더와 수경화제를 배합하는 단계에서,
    상기 무기 충진재 파우더와 수경화제는 질량(g) 대 부피(ml)를 기준으로 3:1의 비율로 배합되는 것을 특징으로 하는 인공 생체 재료의 적용방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    수복재료 조성물을 적용하는 단계는,
    치아의 상아질 구멍(dentin hole)을 메우는 치수 복조 과정이거나, 치아의 근관을 충전하는 과정이거나, 인공 골 재료로서 체내에 이식하는 과정인 것을 특징으로 하는 인공 생체 재료의 적용방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 열가역적 하이드로젤은 PEG-PPG-PEG 3블록 공중합체인 것을 특징으로 하는 인공 생체 재료의 적용방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 열가역적 하이드로젤은 하기 화학식 1의 화합물인 것을 특징으로 하는 인공 생체 재료의 적용방법.
    [화학식 1]
    Figure 112015110014388-pat00006

    (상기 화학식 1에서 x, y 및 z는 각각 1 이상의 정수이다.)
  15. 삭제
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 열가역적 하이드로젤은 10~20℃의 범위 내의 상전이 온도를 갖는 물질인 것을 특징으로 하는 인공 생체 재료의 적용방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014196335A (ja) * 2007-06-06 2014-10-16 インノテーレ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング 水硬性セメントをベースとするインプラント材料ならびにその使用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006507361A (ja) 2002-10-24 2006-03-02 ペントロン クリニカル テクノロジーズ リミテッド ライアビリティ カンパニー 歯科充填材
JP2010518093A (ja) 2007-02-09 2010-05-27 デンツプライ インターナショナル インコーポレーテッド 水系材料を用いた歯髄及び充填される根管の処置方法
JP2014196335A (ja) * 2007-06-06 2014-10-16 インノテーレ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング 水硬性セメントをベースとするインプラント材料ならびにその使用

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