KR101823054B1

KR101823054B1 - 폴리갈산 중합체를 포함하는 생체접착제용 첨가제 조성물

Info

Publication number: KR101823054B1
Application number: KR1020170095054A
Authority: KR
Inventors: 최용복; 박순정; 신재민; 김종수
Original assignee: 주식회사 메디코젬
Priority date: 2017-07-27
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2018-01-30

Abstract

본 발명은 독성이 낮고 피착제와의 결합력과 유연성을 용이하게 조절할 수 있으며, 미생물이나 바이러스의 생육을 억제하는 효능이 있어 감염의 우려가 낮으므로 상처 치료에 효과적으로 사용할 수 있는 생체접착제 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 갈로아미드 곁가지를 반복단위로 갖는 하기 화학식 1로 표시되는 폴리갈산 중합체와 그 제조방법 및 상기 폴리갈산 중합체와 시아노아크릴레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체접착제 조성물에 관한 것이다.
[화학식 1]

이때, n=2~1000인 정수이고, m은 1 내지 7인 정수이다.

Description

폴리갈산 중합체를 포함하는 생체접착제용 첨가제 조성물{Additive Composition for Bioadhesive Comprising Polygallic Acid Polymer}

본 발명은 독성이 낮고 피착제와의 결합력과 유연성을 용이하게 조절할 수 있으며, 미생물이나 바이러스의 생육을 억제하는 효능이 있어 감염의 우려가 낮으므로 상처 치료에 효과적으로 사용할 수 있는 생체접착제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

상처는 외부의 압력에 의하여 조직의 연속성이 파괴되거나, 일부 영역에 결손이 생기는 상태이다. 상처를 입는 경우 통증, 출혈, 기능장애, 염증의 증상을 나타낼 수 있으며, 생체는 이에 반응하여 원래의 상태를 빨리 회복하려고 한다. 따라서 상처의 크기가 미미한 경우에는 별도의 처치가 없다고 하더라도 자체 치유가 가능하지만, 환부가 큰 경우에는 절개된 부분을 봉합하는 것이 필요하다. 종래에는 봉합사를 이용한 봉합이 주를 이루었으나, 봉합사가 비분해성인지 생분해성인지와 무관하게 봉합 후 드레싱과 이의 관리가 필요하다. 더 큰 문제점은 봉합사가 지나간 부위가 그대로 흉터로 남기 때문에, 얼굴과 같이 노출이 많은 부위는 흉터를 없애기 위한 2차 수술이 필요하게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 최근에는 인공조직, 피부, 혈관 또는 뼈와 같은 생체조직 상호 간을 직접 결합시키는 생체접착제가 봉합사를 대체하여 사용되고 있다. 생체접착제는 생체 내에서 사용되기 때문에 생체적합성이 확인되어야 하며, 생분해성이 우수하여야 하고, 체액이나 혈액에 의해 젖은 상태에서 빠르고 높은 접착력을 나타내어야 한다. 생체접착제의 예로는 시아노아크릴레이트계 접착제와 피브린 글루, 젤라틴 글루 및 우레탄계 접착제를 들 수 있다. 피브린 글루는 조직적합성이 우수하고, 흡수성 또한 적합하여 생물학적 장점을 가지나 접착력이 약하고 감염의 위험이 따른다. 젤라틴 글루는 젤라틴과 레조시놀을 포르말린으로 가교시킨 것으로 조직 접착성이 우수하지만, 가교제로 사용한 포르말린이 생체 내의 단백질과 반응하여 독성을 나타낸다. 폴리우레탄은 탄성 접착제로 경화물이 유연성을 나타내며 서서히 생분해하는 특징이 있으나, 합성 원료인 방향족 디이소시아네이트가 생체 독성이 있다는 문제가 지적되었다.

시아노아크릴레이트는 수분 유래의 OH^-기에 의한 친핵성 공격에 의해 고분자 중합이 이루어지며, 그 속도가 매우 빠르기 때문에 순간접착제와 같은 산업용 접착제로 이용되어 왔다. 시아노아크릴레이트 유도체 중 독성이 거의 없는 것으로 알려진 유도체를 사용하여 생체접착제로 사용하려는 시도들이 있어 왔으며, Dermabond(Octyl 2-cyanoacrylate), Histoacryl(N-Butyl 2-cyanoacrylate)과 같은 상품들이 시판되었다. 이러한 제품들은 단일 물질로 짧은 시간에 실온에서 별도의 개시제 없이 수분에 의해서 경화되고, 외관이 투명하여 심미성이 우수하며, 접착강도도 크다는 장점이 있다. 그러나 Histroacryl은 중합체의 물성이 매우 단단하여 피부와 같은 유연한 조직에는 물리적 성질의 차이로 인한 거부감으로 인해 적용이 어려우며, 충격강도가 약해 종종 실금이 가거나 백화되는 문제가 있었다. Dermabond는 경화물이 비교적 부드럽지만 결합강도가 약하고, 분해가 느리다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 등록특허 10-1328860호, 등록특허 10-1329448호, 등록특허 10-1364819호 등 시아노아크릴레이트 유도체의 결합강도를 증가시키고, 물성을 개선하기 위한 시도들이 있었으나 가시적인 성과를 거두지 못하고 있는 실정이다.

한편, 상처 봉합 부위는 세균 번식이 쉬운 환경으로, 세균이 침범하면 2차 감염으로 이어지기 쉽다. 감염된 상처는 치료가 오래 걸릴 뿐 아니라 국소적인 통증이나, 발열과 같은 가벼운 증상에서부터 부종과 궤양, 조직 괴사와 같은 문제를 야기하며 심각한 경우에는 패혈증을 일으키기도 한다. 따라서 상처 부위나 정도에 따라 세심한 관리가 필요하며, 주기적인 소독뿐 아니라 예방적인 차원에서 항생제를 사용하기도 한다. 생체접착제 자체에 미생물이나 바이러스의 생육을 억제하는 효능이 부여되어 있다면 세균의 침입 시에도 증식을 억제하여 감염을 방지할 수 있으므로, 소독의 빈도를 줄일 수 있으며 별도의 항생제 처방을 필요로 하지 않아 상처 봉합과정에서 보다 효율적인 처치가 가능할 것이다.

등록특허 10-1328860호 등록특허 10-1329448호 등록특허 10-1364819호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 결합 강도가 우수하고, 세균의 증식 억제 효능을 갖는 생체접착제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 생체접착제용 조성물로 우수한 특성을 갖는 새로운 화합물과 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 갈로아미드 곁가지를 반복단위로 갖는 하기 화학식 1로 표시되는 폴리갈산 중합체에 관한 것이다.

[화학식 1]

이때, n=2~1000인 정수이고, m은 1 내지 7인 정수이다.

본 발명의 갈로아미드 곁가지를 반복단위로 갖는 폴리갈산 중합체는 갈산의 유도체인 갈로아미드에 이중결합이 도입된 고분자 모노머를 중합하여 중합체 내에 갈로아미드 곁가지를 반복단위로 갖도록 한 것이다. 갈산은 넛트류, 차류를 포함한 다양한 식물의 뿌리, 줄기, 잎, 열매 등에 유리상태로 널리 분포한다. 갈산이나 갈산의 에스테르는 미생물이나 바이러스의 생육을 억제하고, 미백효과, 항산화, 항암 및 항당뇨 효과가 탁월한 것으로 알려져 있다. 또한 갈산은 멍게 혈액 속에 풍부하게 존재하는 작용기로서 다양한 미네랄과 강하게 결합하여 멍게의 상처를 치유하는 것으로 알려져 있다. 갈로아미드 곁가지를 갖는 폴리갈산 중합체는 갈산과 마찬가지로 항균 특성을 나타내며, 생체적합성이 높아 독성 역시 낮으면서도 상처 조직에서 철분과 같은 미네랄과의 결합을 유도하는 것에 의해 결합강도가 더욱 우수한 생체접착제 조성물을 제공할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.

상기 폴리갈산 중합체는 하기 반응식에 따라 (A) 화학식 2의 갈산과 화학식 3의 아미노 알켄의 반응에 의해 화학식 4의 모노머를 제조하는 단계; 및

(B) 화학식 4의 모노머를 중합하여 화학식 1의 폴리갈산 중합체를 제조하는 단계;를 포함하여 제조할 수 있다.

[반응식]

이때, n=2~1000인 정수이고, m은 1 내지 7인 정수이다.

이하, 각 단계를 보다 상세하게 설명한다.

(A) 단계

상기 (A) 단계는 화학식 2의 갈산과 화학식 3의 아미노 알켄을 축합반응시켜 화학식 4의 갈로아미드 유도체를 제조하는 것이다. 화학식 4의 화합물은 말단에 알켄기가 도입됨에 따라 폴리갈산 중합체로의 중합이 가능하게 된다.

본 단계의 반응은 통상의 카르복실산과 아민의 축합반응에 의한 아미드 제조 방법을 사용하여 진행될 수 있으며, 이때 화학식 2의 화합물과 화학식 3의 화합물을 1:1~1:10의 몰비로 혼합하여 반응시키는 것이 바람직하다.

(B) 단계

상기 (B) 단계는 (A) 단계에서 생성된 화학식 4의 화합물을 중합하여 폴리갈산 중합체를 제조하는 단계이다. 본 단계의 중합은 라디칼 개시 중합, 광중합 또는 산 촉매에 의한 중합 반응에 의해 이루어질 수 있다.

라디칼 중합 반응을 위해서는 라디칼 개시제를 추가한 후 상온 또는 가열 조건에서 반응시킬 수 있다. 라디칼 개시제에 의한 알켄 화합물의 반응은 종래기술에 의해 널리 알려져 있는 것으로, 라디칼 개시제로서는 벤조일 페록사이드(benzoyl peroxide), 아세틸 페록사이드(acetyl peroxide), 디아우일 페록사이드(dilauryl peroxide), 디-tert-부틸 페록사이드(di-tert-butyl peroxide), 쿠밀 하이드로페록사이드(cumyl hydroperoxide), 하이드로겐 페록사이드(hydrogen peroxide), 포타슘 퍼설페이트(potassium persulfate), 암모늄 퍼설페이트(ammonium persulfate) 또는 아조비스이소부티로니트릴(azobisisobutyronitrile; AIBN) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 당연하다.

광중합은 광증감제를 추가한 후, 광조사하는 것에 의해 이루어질 수 있으며, 광증감제로는 캄포퀴논(Camphorquinon; CQ), 2-(디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트(2-(Dimethylamino)ethyl methacrylate; DEMA), 에틸 4-디메틸아미노벤조에이트(ethyl 4-dimethylaminobenzoate; E4), 디페닐아이오도니움 헥사플루오로포스페이트(diphenyliodonium hexafluorophosphate; DPIHP)를 예로 들 수 있으며, 마찬가지로 이에 한정되는 것은 아니다.

산 촉매에 의한 중합은 염산, 황산, 질산, 초산, 포름산 또는 p-톨루엔설폰산과 같은 산을 촉매량으로 투여하여 반응하는 것에 의해 이루어질 수 있으며, 마찬가지로 산의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 중합체는 중합 반응 시 점도의 조절에 의해 n 값(즉, 분자량)을 용이하게 조절할 수 있으며, 바람직하게는 점도가 10~100 mPa·s가 될 때까지 진행하는 것이 바람직하다. 상기 점도 범위인 경우 n=2~10000인 폴리갈산 중합체를 제조하는 것이 가능하다.

또한 본 발명은 상기 화학식 1의 폴리갈산 중합체와 시아노아크릴레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체접착제 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 조성물은 피부, 혈관, 기관, 뼈와 같은 생체조직 간의 결합 뿐 아니라, 상기 생체조직과 인공조직 사이의 접착에 사용될 수 있다. 본 발명의 명세서에서 "시아노아크릴레이트"는 시아노기를 포함하는 아크릴레이트 화합물을 통칭하는 것으로 C1~C8인 알킬 2-시아노아크릴레이트, 알릴 2-시아노아크릴레이트, 메톡시 2-시아노아크릴레이트 및 에톡시 2-시아노아크릴레이트로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.

상기와 같은 시아노아크릴레이트와 폴리갈산 중합체를 포함하는 본 발명의 생체접착제는 시아노아크릴레이트의 순간 접착 특성으로 인하여 빠른 접착 특성을 나타낸다. 이에 더하여 폴리갈산 중합체의 항균 특성으로 인하여 미생물이나 바이러스에 의한 감염을 예방할 수 있으며, 결합강도와 유연성이 증가하여 종래 생체접착제의 문제를 해소할 수 있다.

본 발명의 생체잡착제에서 상기 폴리갈산 중합체와 시아노아크릴레이트의 중량비는 100:1~2,000인 것이 바람직하다. 폴리갈산 중합체와 시아노아크릴레이트의 중량비는 접착을 요하는 부위, 접착 조직의 종류, 접착부의 크기 또는 범위를 고려하여 상기 범위 내에서 적절하게 조절될 수 있다. 시아노아크릴레이트의 중량비가 증가할수록 초기 접착강도가 높으며, 폴리갈산 중합체의 중량비가 증가할수록 항균 특성과 유연성이 증가한다. 예를 들어, 접착부위가 치아와 같이 초기 빠른 접착이 필요하며, 유연성이나 항균 특성이 상대적으로 적게 필요한 경우에는 시아노아크릴레이트의 중량비가 높은 범위를 사용할 수 있다. 반대로 빠른 접착 특성은 상대적으로 덜 중요하나, 감염의 우려가 높고, 유연성과 높은 결합강도를 요하는 부위에는 폴리갈산 중합체의 비율을 높이는 것이 좋다.

이상과 같이 본 발명의 화합물은 결합강도가 높아 창상의 봉합에 적합하며, 화합물 자체가 항균 특성을 갖기 때문에 봉합 부분의 감염을 억제하여 생체접착제로서 유용하게 사용될 수 있다.

또한 본 발명의 화합물은 갈산으로부터 간단한 방법에 의해 제조가 가능하기 때문에 경제적인 생체접착제 조성물을 제공하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명에 의한 생체접착제의 결합강도를 보여주는 그래프.

이하 첨부된 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이러한 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

[실시예]

제조예 1

둥근 플라스크에 갈산과 1-아미노-2-프로펜(1-amino-propene)을 1:5의 몰비율로 추가하고, 상온에서 5시간 반응시켜 2-프로펜-1-아민의 갈산염으로 전환시켰다. 전환된 염은 온도를 100 ℃로 올려서 수분을 증발 제거하고 과량의 2-프로펜-1-아민 또한 감압증류를 통해 제거하여 N-(2-프로펜일)갈로아미드를 합성하였다.

상기 반응에 의해 생성된 N-(2-프로펜일)갈로아미드의 반응액에 염산 100㎕를 혼합한 후, 벤조일퍼옥사이드(benzoylperoxide)를 전체 무게의 0.3중량%로 가하여 용해시키고 70℃에서 반응시켰다. 점도증가를 실시간으로 관찰하면서 점도가 60 mPa·s가 되면 가열을 멈추고 점도가 있는 투명한 용액을 회수한 후, 밀봉하여 4℃ 이하에서 보관하며 사용하였다.

제조예 2

1-아미노-2-프로펜 대신 1-아미노-4-펜텐(1-amino-4-pentene)을 1:8의 몰비율로 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법에 의해 N-(4-펜텐일)갈로아미드를 합성하였다.

N-(4-펜텐일)갈로아미드의 반응액에 염산 100㎕를 혼합한 후 70℃에서 반응시켰다. 점도증가를 실시간으로 관찰하면서 점도가 60 mPa·s가 되면 가열을 멈추고 점도가 있는 투명한 용액을 회수한 후, 밀봉하여 4℃ 이하에서 보관하며 사용하였다.

제조예 3

1-아미노-2-프로펜 대신 1-아미노-8-노넨(1-amino-8-nonene)을 1:5의 몰비율로 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법에 의해 N-(8-노넨일)갈로아미드를 합성하였다.

상기 반응액에 벤조일퍼옥사이드(benzoylperoxide)를 전체 무게의 0.3중량%로 가하여 용해시킨 후 빛을 조사하고, 최종 점도가 20 mPa·s이 되었을 때 광조사를 멈추고 점도가 있는 투명한 용액을 회수한 후, 밀봉하여 4℃ 이하에서 보관하며 사용하였다.

실시예 : 생체접착제 조성물의 제조

제조예 1~제조예 3에서 제조한 폴리갈산 중합체와 시아노아크릴레이트를 하기 표 1의 중량비에 따라 배합하여 생체접착제 조성물을 제조하였다.

실험예 1 : 결합강도 측정

10×10㎜ 크기의 돼지가죽에 실시예 1 내지 실시예 11에서 제조한 생체접착제 또는 Dermabond를 도포한 후, 도포 층 위에 다른 돼지가죽을 덮어 24시간 동안 자연 건조하였다. 기계적 강도 측정기(Instron model 4467, Canton, USA)를 사용하여 1 ㎜/분의 속도로 당겨주면서 접착된 돼지가죽이 떨어지기 직전의 강도로 결합강도를 측정하고 그 결과를 도 1에 도시하였다.

도 1에서 확인할 수 있듯이, 제조예의 생체접착제는 시아노아크릴레이트의 혼합비가 증가함에 따라 결합강도가 증가하였으며, 제조예 1의 화합물의 경우 시아노아크릴레이트와의 혼합비가 1:1 중량비를 넘어서는 경우 Dermabond에 비해 우수한 결합강도를 나타내었다.

실험예 2 : 세포독성 평가

섬유아세포(Fibroblast)를 24-웰 플레이트에 10⁴ cells/웰의 농도로 분주하고, 각 웰에 제조예 1 내지 제조예 3에서 제조한 생체접착제 또는 Dermabond 30 ㎕를 가하였다. 무혈청배지를 1.5 ㎖씩 가한 후, 37℃, CO2 조건에서 24시간 배양한 후, MTT assay에 의한 590 ㎚의 흡광도로 세포생존율을 측정하여 세포독성을 평가하였다.

하기 표 2는 그 결과를 나타낸 것으로, 제조예의 생체접착제들은 모두 세포독성이 낮아 안전하게 사용할 수 있음을 확인할 수 있었다.

실험예 3 : 항균 효과 측정

상기 제조예 1~제조예 3에서 제조한 생체접착제 또는 Dermabond의 항균효과를 MIC(minimum inhibitory concentration) 시험과 MBC(minimum bactericidal concentration) 시험에 의해 4종의 개별 균주에 대해 측정하였다. 균주로는 대장균(ATCC 11229), 스타필로코쿠스 아우레우스(S. aureus ATCC 6538), 칸디다 알비칸스(C. albicans ATCC10231), 아스퍼질러스 나이저(A. niger ATCC 9642)를 사용하였으며, 비교를 위하여 Dermabond의 항균효과를 함께 측정하였다.

MIC 시험을 위하여 24 멀티 웰 플레이트에 상기 생체접착제를 2배 연속 희석법에 따라 희석하여 분주하였다. 각 웰에 10⁵CFU/㎖의 농도로 미생물을 접종하여 30℃에서 48시간 배양한 후 미생물의 생장여부를 탁도를 기준으로 육안판정하였다. 배지는 디프코사의 트립틱소이브로스(TrypticSoyBroth,DifcoCo.)를 사용하였다.

MBC 시험은 MIC 실험을 실시한 각 웰의 시료를 고체 배지에 도말하여 초기 농도의 99.9% 사멸율을 보이는 농도를 MBC로 결정하였다.

하기 표 3과 표 4는 각각 MIC와 MBC 시험 결과를 나타낸 것으로, Dermabond는 유의적인 항균효과를 나타내지 않는 것에 비해 제조예 1~3의 생체접착제는 항균효과가 매우 우수하였다.

Claims

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하기 화학식 1로 표시되는 폴리갈산 중합체를 유효성분으로 하며,
시아노아크릴레이트 생체접착제에 첨가되어 항균성과 유연성을 부여하는 것을 특징으로 하는 생체접착제용 첨가제 조성물.
[화학식 1]

이때, n=2~1000인 정수이고, m은 1 내지 7인 정수이다.
제 4 항에 있어서,
상기 시아노아크릴레이트는 C1~C8인 알킬 2-시아노아크릴레이트, 알릴 2-시아노아크릴레이트, 메톡시 2-시아노아크릴레이트 및 에톡시 2-시아노아크릴레이트로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 생체접착제용 첨가제 조성물.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 폴리갈산 중합체와 시아노아크릴레이트의 중량비는 100:1 ~ 100:2,000인 것을 특징으로 하는 생체접착제용 첨가제 조성물.