KR101902194B1 - Injectable Curcumin/Gellan Gum Hydrogels for Cartilage Regeneration - Google Patents

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Abstract

본 발명은 커큐민이 함유된 젤란검 하이드로겔 조성물과 이를 이용한 연골 재생 및 골관절염 치료용 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연골 재생과 골관절염 치료를 위해 필러나 치료용으로 인체의 관절 부위에 직접 주입하여 사용 가능하고 조직공학적으로 생체 적합한 커큐민이 함유된 젤란검 하이드로겔 조성물의 구성에 관한 것이며, 이러한 조성물을 이용한 연골 재생과 골관절염 치료 및 예방용 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a gellan gum hydrogel composition containing curcumin and a composition for treating cartilage regeneration and osteoarthritis using the same, and more particularly, to a composition for treating cartilage regeneration and osteoarthritis, The present invention relates to a composition of a gellan gum hydrogel composition which is usable and biologically compatible with curcumin which is usable and tissue engineering, and relates to a composition for treating cartilage regeneration and osteoarthritis using such a composition.

Description

커큐민이 함유된 젤란검 하이드로겔 조성물과 이를 이용한 연골 재생 및 골관절염 치료용 조성물{Injectable Curcumin/Gellan Gum Hydrogels for Cartilage Regeneration}Technical Field [0001] The present invention relates to a gellan gum hydrogel composition containing curcumin and a composition for treating cartilage regeneration and osteoarthritis using the same. [0002] Injectable Curcumin / Gellan Gum Hydrogels for Cartilage Regeneration [

본 발명은 커큐민이 함유된 젤란검 하이드로겔 조성물과 이를 이용한 연골 재생 및 골관절염 치료용 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연골 재생과 골관절염 치료를 위해 필러나 치료용으로 인체의 관절 부위에 직접 주입하여 사용 가능하고 조직공학적으로 생체 적합한 커큐민이 함유된 젤란검 하이드로겔 조성물의 구성에 관한 것이며, 이러한 조성물을 이용한 연골 재생과 골관절염 치료 및 예방용 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a gellan gum hydrogel composition containing curcumin and a composition for treating cartilage regeneration and osteoarthritis using the same, and more particularly, to a composition for treating cartilage regeneration and osteoarthritis, The present invention relates to a composition of a gellan gum hydrogel composition which is usable and biologically compatible with curcumin which is usable and tissue engineering, and relates to a composition for treating cartilage regeneration and osteoarthritis using such a composition.

다양한 원인으로 인해 관절 연골이 손상된 경우, 자연 치유가 되지 않고 관절염으로 이행하기 때문에 정형외과적 연구가 필요하다. 즉, 연골 손상 면적이 1∼4 ㎟ 로 초기 치료가 가능한 경우 약물치료, 물리치료 및 통증 조절 등의 치료가 이루어지나, 20 ㎟ 이상 손상된 경우에는, 자력에 의한 재생은 거의 불가능하기 때문에 수술적 치료를 통한 연골재생법이 필요하다. 또한, 수술적 치료법으로는 세척술 및 변연 절제술, 미세천공술, 자가 골연골 이식술 등의 수술적 치료가 있다. [한국등록특허 제10-1351333호 (강길선 외) 2014.01.06.] If articular cartilage is damaged due to various causes, orthopedic research is needed because it does not heal naturally but shifts to arthritis. In other words, if the cartilage damage area is 1 ~ 4 ㎟, initial therapy is possible, but medication, physical therapy and pain control are performed. If the damage is more than 20 ㎟, And the cartilage regeneration method is needed. Surgical treatments include laparotomy and marginal resection, micro-perforation, and autologous osteochondral graft. [Korean Registered Patent No. 10-1351333 (Kang Gil Sun) et al.

세척술은 수액의 온도에 따라 연골세포 손상이 일어날 수 있으며, 변연절제술은 제거되는 연골 외에 추가적인 연골 괴사가 발생한다는 단점이 있다. 미세천공술은 심한 연골 손상의 경우에는 피해야 할 치료법으로, 치유조직이 섬유연골로 종결되어 완벽한 재생이 되지 않고 마모된다. 특히, 자가 골연골 이식술은 이식을 위한 연골 세포를 확보하기 위해, 최소 2번의 수술이 필요하다는 단점을 갖는다. Chondrocytes may be damaged by the temperature of the fluid, and the marginal resection may cause additional cartilage necrosis outside the cartilage to be removed. Micro-perforation is a treatment that should be avoided in the case of severe cartilage damage. The healing tissue is terminated with fibrocartilage and is worn without perfect regeneration. In particular, autologous osteochondral grafting has the disadvantage of requiring at least two operations to secure the chondrocytes for transplantation.

따라서, 이러한 수술법들의 단점을 개선하는 연골 재생에 대한 조직공학적 방법의 필요성이 제기되어 왔다.Therefore, there is a need for a tissue engineering method for cartilage regeneration which improves the disadvantages of these surgical methods.

조직공학적 생체재료인 젤란검(Gellan Gum)은 엘로데아속 수초로부터 분리된 Pseudomonas elodea 를 사용하여 순수 배양 발효하여 얻은 고분자 다당류로 글루코산, 람노오스, 포도당이 1:1:2로 구성되어 있다. 젤란검 하이드로겔은 무색투명하고, 산과 열에 우수하며, pH와 이온첨가 등을 통해 물성을 조절할 수 있는 물리적 특성을 가지며, 높은 생체적합성을 보인다. 특히 젤란검의 구성성분인 글루코산은 실제 연골의 글리코사민글리칸과 유사한 환경조성을 하는 것으로 알려져 있어서, 연골 재생 연구에 적합하다.(Lucilia P. da Silva, Mariana T. Cerqueira, Rui A. Sousa, Rui L. Reis, Vitor M. Correlo, Alexandra P. Marques, Engineering cell-adhesive gellan gum spongy-like hydrogels for regenerative medicine purposes, Acta Biomaterialia, 10, 4787-4797 (2014)) Gellan Gum, a tissue engineering biomaterial, is a polymeric polysaccharide obtained by pure culture fermentation using Pseudomonas elodea isolated from Eelodia spp ., And is composed of 1: 1: 2 gluconic acid, rhamnose and glucose. Gellan gum hydrogel is colorless and transparent, has excellent acid and heat, has physical properties that can control physical properties through pH and ion addition, and shows high biocompatibility. In particular, glucan, a component of gellan gum, is known to produce an environment similar to that of the actual cartilage glycosaminoglycan, making it suitable for cartilage regeneration studies (Lucilia P. da Silva, Mariana T. Cerqueira, Rui A. Sousa, Rui L. Reis, Vitor M. Correlo, Alexandra P. Marques, Engineering cell-adhesive gellan gum spongy-like hydrogels for regenerative medicine purposes, Acta Biomaterialia , 10, 4787-4797 (2014)

또한, 커큐민(Curcumin)은 생강과 CurcumalongaLinn (Zingiberaceae) 뿌리에서 추출된 폴리페놀 성분의 향신료로써, 항산화, 항염증 효과가 있다고 보고되고 있다. In addition, curcumin is a spice of ginger and polyphenol extracted from Curcumalonga Linn (Zingiberaceae) roots and has been reported to have antioxidant and anti-inflammatory effects.

커큐민의 이용과 관련하여, 종래에 한국공개특허 제2016-0014707호에서는 관절 건강을 위한 조성물로 관절의 강직성이나 연골 열화 조절 및 기능 개선을 위해 커큐민 등을 사용하는 기술이 제안되어 있고, 일본공개특허 제2016-524614호 및 제2016-520609호 등에서는 연골 파괴 방지 및 치료를 위한 조성에 올레우루페인과 하이드록시티로솔을 사용하고 커큐민을 혼합 사용하는 기술이 제안되어 있다.With respect to the use of curcumin, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2016-0014707 has proposed a technique using curcumin or the like as a composition for joint health to control the rigidity of joints, the deterioration of cartilage and the function thereof, 2016-524614 and 2016-520609 propose a technique of using olefuran and hydrocortisol and using curcumin in combination for the purpose of preventing and treating cartilage destruction.

그러나 이러한 연골 조직에 적용되는 성분들에 관한 기술은 오직 경구 투여나 건강식품으로의 적용을 통한 미미한 개선을 위한 적용 예에 불과하고, 연골 손상에 대한 적극적인 치료적 효과를 기대하기 어려운 문제가 있다.However, the description of the components applied to such cartilage tissue is merely an application example for only minor improvement through oral administration or application to health food, and it is difficult to expect an active therapeutic effect on cartilage damage.

이와 같이, 상기 언급한 조직공학적 생체재료를 이용한 주입형 하이드로겔은 그 필요성에도 불구하고, 이에 관한 연구가 전무한 실정이다.Thus, despite the necessity of the above-mentioned injection-type hydrogel using the tissue engineering biomaterial, there has been no research on this.

상기와 같은 종래 기술에서 해결하지 못한 문제를 개선하기 위해, 본 발명은 수술부위를 최소화할 수 있는 비침습적인 조직공학적 방법을 통해, 연골 재생 및 골관절염 치료를 위한 방법을 개발하는 것은 해결과제로 한다. 본 발명자들은 상기와 같은 과제해결을 위하여 오랫동안 연구한 결과, 연골치료를 위한 커큐민이 배합된 젤란검 하이드로겔 주입식 관절염 치료제를 개발하여 연골 재생을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다. In order to solve the problem that has not been solved by the conventional art, it is a problem to develop a method for cartilage regeneration and osteoarthritis treatment through a noninvasive tissue engineering method capable of minimizing a surgical site . The present inventors have long studied to solve the above problems, and as a result, they have developed cartilage-containing gellan gum hydrogel-injected arthritis therapeutic agent for cartilage treatment, and confirmed cartilage regeneration.

따라서 본 발명의 목적은 연골 결함과 관절염 치료를 위해 항염증, 항산화, 연골재생 효과가 있는 커큐민이 배합된 주입식 연골 치료용 젤란검 하이드로겔 조성물을 제공하는데 있다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a gellan gum hydrogel composition for injecting cartilage therapy in which curcumin is combined with anti-inflammatory, antioxidant and cartilage regenerating effects for treating cartilage defects and arthritis.

또한, 본 발명의 다른 목적은 인체의 관절부위에 직접 주입하여 적용할 수 있는 커큐민을 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물을 이용한 연골재생과 골관절염 치료 및 예방을 위한 조성물을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a composition for treating and preventing osteoarthritis and cartilage regeneration using a gellan gum hydrogel composition containing curcumin which can be directly applied to a joint region of a human body.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 커큐민을 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물을 이용한 연골재생용 필러를 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a filler for cartilage regeneration using a gellan gum hydrogel composition containing curcumin.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 커큐민을 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물을 이용한 연골재생과 골관절염 치료 및 예방을 위한 조성물이 함유된 의료용 키트를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a medical kit containing a composition for treating and preventing osteoarthritis and osteoarthritis using gellan gum hydrogel composition containing curcumin.

상기와 같은 본 발명의 과제해결을 위하여 본 발명은 젤란검 하이드겔을 주성분으로 하고 여기에 보조성분으로 커큐민이 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 커큐민을 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a gellan gum hydrogel composition comprising curcumin, wherein gellan gum hydrogel is a main component and curcumin is contained as an auxiliary component.

또한, 본 발명은 커큐민 용액을 제조하는 단계; 젤란검 수용액을 제조하고 가열하는 단계; 가열된 젤란검 수용액을 식힌 다음 여기에 상기 커큐민 용액을 가하고 혼합하는 단계를 포함하는 커큐민을 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물의 제조방법을 제공한다.The present invention also relates to a method for producing a curcumin solution, Preparing and heating an aqueous solution of gellan gum; Cooling the heated gellan gum aqueous solution, and then adding and mixing the curcumin solution. The present invention also provides a method for producing a gellan gum hydrogel composition comprising curcumin.

또한, 본 발명은 상기 조성의 커큐민을 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물에 약제학적으로 허용 가능한 부형제를 포함하는 연골재생과 골관절염 치료 및 예방을 위한 조성물을 제공한다.The present invention also provides a composition for the treatment and prevention of cartilage regeneration and osteoarthritis, which comprises a pharmaceutically acceptable excipient in a gellan gum hydrogel composition containing curcumin of the above composition.

또한, 본 발명은 인체 주입용 주사기에 커큐민을 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물이 충전되어 있는 연골재생과 골관절염 치료 및 예방을 위한 의료용 키트를 제공한다.In addition, the present invention provides a medical kit for cartilage regeneration and treatment and prevention of osteoarthritis in which a gel injector for injecting human body is filled with a gellan gum hydrogel composition containing curcumin.

본 발명은 상기와 같은 새로운 생체 적합성 하이드로겔 조성물을 구성하여 인체의 관절부위에 직접 주입하는 경우 해당 부위의 연골 송상에 대하여 재생 효과를 발현함은 물론 골관절염의 발생을 억제하고 치료할 수 있어서 연골 재생 및 골관절염 치료 및 예방에 탁월한 효과가 있다.When a new biocompatible hydrogel composition as described above is directly injected into a joint region of a human body, the present invention not only manifests a regeneration effect on the cartilage of the region, but also can suppress and treat osteoarthritis, There is an excellent effect in the treatment and prevention of osteoarthritis.

특히, 본 발명의 하이드로겔 조성물은 조직공학적으로 매우 유용하여 연골 수술에 따른 부작용을 크게 경감시키고 수술 시간을 크게 단축할 수 있는 놀라운 효과가 있다.Particularly, the hydrogel composition of the present invention is very useful as a tissue engineering method, so that there is a remarkable effect that the side effects due to cartilage surgery can be greatly reduced and the operation time can be greatly shortened.

또한, 본 발명은 연골 부위의 수술과정에서 필러로 사용하여 수술부위의 조직공학적 특성을 개선하고 수술 후 신속한 치료가 가능하도록 하는 우수한 효과가 있다.In addition, the present invention has an excellent effect of improving the tissue engineering characteristics of a surgical site by using it as a filler in a surgical procedure of a cartilage site, and enabling prompt treatment after surgery.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 제조방법에 따라 젤란검 하이드로겔에 커큐민이 각 함량별 (0 wt.%, 5 wt.%, 10 wt.%, 20 wt.%) 로 첨가된 지지체 사진이다.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 커큐민-젤란검 하이드로겔 지지체에 파종된 토끼 연골세포의 증식률을 확인한 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 커큐민-젤란검 하이드로겔 지지체를 동결건조 한 후 그 지지체 표면과 그 위에 파종된 토끼 연골세포를 파종 후 각각 1주, 3주 뒤에 SEM을 통해 확인한 사진이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 커큐민-젤란검 하이드로겔 지지체의 압축강도를 측정한 그래프이다
도 5는 본 발명에 따라 커큐민-젤란검의 비율별로 제조된 각각의 하이드로겔 지지체에 파종된 토끼 연골세포의 연골 관련 마커 유전자 발현도를 전기영동을 통해 확인한 밴드 사진이다.
Figure 1 is a photograph of a suppository containing curcumin added to gellan gum hydrogel according to the preparation method of Example 1 of the present invention (0 wt.%, 5 wt.%, 10 wt.%, 20 wt.%) to be.
FIG. 2 is a graph showing the proliferation rate of rabbit chondrocytes sown on a curcumin-gellan gum hydrogel support prepared according to the present invention.
FIG. 3 is a photograph of the supernatant of curcumin-gellan gum hydrogel support prepared according to the present invention after lyophilization, and showing the surface of the supporter and the rabbit chondrocytes sown thereon by SEM after 1 week and 3 weeks after sowing, respectively.
4 is a graph showing the compressive strength of a curcumin-gellan gum hydrogel support prepared according to the present invention
FIG. 5 is a photomicrograph showing electrophoresis of cartilage-related marker gene expression in rabbit cartilage cells seeded on each hydrogel support prepared according to the present invention at the ratio of curcumin-gellan gum.

이하, 본 발명을 하나의 구현예로서 더욱 구체적으로 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to an embodiment.

본 발명은 기존의 연골치료 수술법과는 달리, 추가적 수술과 부작용을 최소화하는 방법의 치료법을 개발하고자 노력한 결과로서 산출된 발명으로서, 본질적으로는 연골 세포의 증식과 기능유지에 효과적인 조직공학적 생체 적합재료를 이용하여, 연골 손상부분을 효과적으로 재생시킬 수 있는 주입 가능한 하이드로겔을 제공한다.The present invention is based on the result of an attempt to develop a treatment method of minimizing additional surgery and side effects unlike the conventional cartilage treatment method, which is essentially a tissue-engineered biomaterial suitable for proliferation and function maintenance of cartilage cells Is used to provide an injectable hydrogel capable of effectively regenerating cartilage damaged portions.

이러한 본 발명에 따른 조직공학적인 생체 적합성 하이드로겔은 젤란검에 고분자인 커큐민이 함유된 구성으로 제조되며, 관절 부위의 연골 부위에 대한 연골 재생과 관절염 치료 효과는 물론 연골 증식 기능을 부여하고 필러로서의 기능도 할 수 있으므로 연골재생과 골관절염 치료 및 예방에 우수한 효과를 발현한다.The tissue engineering biocompatible hydrogel according to the present invention is made of gellan gum containing curcum, which is a polymer, and provides cartilage regeneration and arthritis treatment effect on the cartilage area of the joint region as well as cartilage proliferation function, It can also function as an effective agent for cartilage regeneration and osteoarthritis treatment and prevention.

본 발명은 바람직한 조성으로서, 근본적으로는 젤란검을 주성분으로 하고 여기에 커큐민이 보조성분으로 혼합된 구성으로 이루어질 수 있다.The present invention can be basically composed of gellan gum as a main component and curcumin as an auxiliary component as a preferable composition.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 주성분으로 사용되는 젤란검 하이드로겔은 높은 탄성률과 제조시 조절 가능한 강성을 가지고 있다. 젤란검 하이드로겔은 온도가 특정온도 이하로 내려가면 2차 코일 헬릭스 구조를 이루어 겔화 된다. 젤란검은 낮은 독성률과 다루기 쉽기 때문에, 커큐민과 혼합하여 하이드로겔을 제조하면, 외과적 수술을 하지 않고 주입식 치료제로 사용할 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the gellan gum hydrogel used as a main component in the present invention has a high elastic modulus and a rigidity that can be controlled during production. The gellan gum hydrogel has a secondary coiled helix structure that gels when the temperature falls below a certain temperature. Since gellan is low in toxicity and easy to handle, hydrogels can be mixed with curcumin to be used as an injectable therapy without surgery.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 커큐민 (Curcumin)은 안정된 분자구조로 인해, 높은 항염증 효과를 가지며, 류마티스 관절염에 탁월한 효능이 있다고 알려져 있을 뿐만 아니라, 노화에 의한 만성질환에 긍정적인 영향을 미친다고 알려져 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, Curcumin is known to have a high antiinflammatory effect due to its stable molecular structure, has excellent efficacy in rheumatoid arthritis, and has a positive effect on chronic diseases caused by aging .

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 젤란검과 커큐민은 바람직하게는 99-70중량% 대 1-30중량%의 비율로 함유될 수 있다. 더욱 바람직하게는 젤란검과 커큐민이 95-80중량% : 5-20중량로 함유될 수 있으며, 가장 바람직하게는 90-80중량% : 10-20중량%로 함유된 경우이다.According to a preferred embodiment of the present invention, the gellan gum and curcumin may be contained in a proportion of preferably 99-70% by weight to 1-30% by weight. More preferably, gellan gum and curcumin may be contained in an amount of 95 to 80% by weight: 5 to 20% by weight, and most preferably 90 to 80% by weight: 10 to 20% by weight.

본 발명에 따르면 이러한 커큐민이 함유된 젤란검 하이드로겔 조성물에는 첨가제로서 예컨대 성장인자인 TGF-β1, BMPs 등이 첨가될 수 있다.According to the present invention, for example, TGF-β1, BMPs, etc., which are growth factors, can be added as an additive to the gellan gum hydrogel composition containing curcumin.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 커큐민이 함유된 젤란검 하이드로겔을 제조하기 위해서는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the curcumin-containing gellan gum hydrogel can be prepared by the following method.

우선 커큐민과 젤란검을 각각 용액 상으로 준비하여 사용한다.First, curcumin and gellan gum are each prepared in solution.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 커큐민 용액을 제조하는 단계에서는 커큐민이 지용성 물질이므로 이를 바람직하게는 알코올에 용해시켜서 용액상으로 제조할 수 있다. 이때 사용 가능한 알코올은 탄소수 1-4의 저급알콜이 사용될 수 있으며 가장 바람직하게는 에탄올이 사용될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, in the step of preparing the curcumin solution, since curcumin is a lipid-soluble substance, it can be dissolved in an alcohol to prepare a solution. At this time, lower alcohols having 1 to 4 carbon atoms can be used as alcohol, and ethanol is most preferably used.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 젤란검 수용액을 제조하고 가열하는 단계를 거친다. 바람직하게는 젤란검 파우더를 80-100℃의 온도로 가열한 증류수에 넣고 교반 하에 10-40분 가열하여 젤란검 수용액을 제조할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, an aqueous gellan gum solution is prepared and heated. Preferably, the gellan gum powder is placed in distilled water heated to a temperature of 80-100 ° C and heated for 10-40 minutes under stirring to prepare an aqueous solution of gellan gum.

본 발명에 따르면, 상기 가열된 젤란검 수용액을 식힌 다음 여기에 상기 커큐민 용액을 가하고 혼합하는 단계를 거친다.According to the present invention, the heated gellan gum solution is cooled, and then the curcumin solution is added thereto and mixed.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 이 과정에서 젤란검 수용액은 예컨대 가열상태에서 40-70℃로 식히면 젤란검 하이드로겔이 생성되고, 이렇게 식힌 다음에 생성된 젤란검 하이드겔에 상기 준비한 커큐민 용액을 첨가하여 혼합할 수 있다. 바람직하게는 이대 생성된 젤란검 하이드로겔의 농도는 0.7-2%로 제조될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, when the gellan gum aqueous solution is cooled, for example, at 40-70 ° C in a heated state, gellan gum hydrogel is produced. After cooling, the prepared gellan gum hydrogel is mixed with the prepared curcumin solution Can be added and mixed. Preferably, the concentration of the resulting gellan gum hydrogel can be made 0.7-2%.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면 상기 젤란검 수용액과 커큐민 용액의 혼합은 혼합된 후의 혼합비율이 바람직하는 젤란검 99-70중량%와 커큐민 1-30중량%의 범위가 되도록 혼합시킨다.According to a preferred embodiment of the present invention, the gellan gum aqueous solution and the curcumin solution are mixed so that the mixing ratio after mixing is preferably in the range of 99-70% by weight of gellan gum and 1-30% by weight of curcumin.

본 발명에 따르면 상기와 같은 공정을 거치게 되면 본 발명에서 목적하는 커큐민이 함유된 젤란검 하이드로겔을 제조할 수 있다.According to the present invention, gellan gum hydrogel containing curcumin can be prepared according to the present invention.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면 이러한 하이드로겔 조성물은 인체에 적합한 조직공학적 특성을 가지면서 생체 적합성을 가진다.According to a preferred embodiment of the present invention, such a hydrogel composition has biocompatibility with tissue engineering properties suitable for the human body.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 새로운 하이드로겔 조성물에는 첨가제로서, 예컨대 성장인자인 TGF-β1, BMPs 등 중에서 하나 이상의 성분을 천제 하이드로겔 조성물에 중에 0-5 중량%의 함량으로 첨가할 수 있다. 이러한 첨가제를 사용하는 경우 연골재생 회복속도의 개선을 기대할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, in the new hydrogel composition of the present invention, one or more components such as TGF-β1 and BMPs, which are growth factors, for example, are added as additives in an amount of 0-5 wt% can do. When these additives are used, an improvement in the recovery rate of cartilage regeneration can be expected.

한편, 본 발명에 따르면 상기와 같은 커큐민이 함유된 하이드로겔 조성물은 연골재생 및 골관절염 치료 및 예방용 조성물로 사용될 수 있다.Meanwhile, according to the present invention, the hydrogel composition containing curcumin as described above can be used as a composition for treating and preventing osteoarthritis and cartilage regeneration.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 이러한 치료 및 예방용 조성물로 사용하는 경우 첨가제로서 약학적으로 허용 가능한 부형제가 사용될 수 있다. 이러한 부형제의 예로서는 콜라겐, 알지네이트, 탈미네랄화된 골분, 젤란검, 실크, 히알루론산, PLGA 중에서 선택된 하나 이상이 적합한 약제학성 특성과 제형화의 특성 부여를 위해 사용될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, when used as a composition for such treatment and prevention, pharmaceutically acceptable excipients may be used as additives. Examples of such excipients include collagen, alginate, demineralized bone meal, gellan gum, silk, hyaluronic acid, and PLGA. One or more of these excipients may be used to impart proper pharmacological properties and characterize the formulation.

또한, 본 발명은 상기와 같은 커큐민이 함유된 하이드로겔 조성물은 연골부위의 재생과 치료 목적의 필러로도 적용 가능하므로 본 발명은 이러한 용도의 적용도 포함한다. 이러한 필러는 마모, 파열, 퇴행성관절염으로 손상된 연골의 치료의 용도로 사용될 수 있다.In addition, since the hydrogel composition containing curcumin as described above can be applied as a filler for regeneration and treatment of a cartilage region, the present invention also includes the application of such a use. Such fillers can be used for the treatment of cartilage damaged by abrasion, rupture or degenerative arthritis.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기와 같은 본 발명의 연골재생 및 골관절염 치료 및 예방용 조성물은 예컨대 일회용 주사기에 충전된 키트 형태로 제조될 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the composition for treating and preventing cartilage regeneration and osteoarthritis of the present invention may be manufactured in the form of a kit packed in a disposable syringe, for example.

여기서 사용되는 키트는 고압증기멸균방법, 방사선 멸균 등으로 진공 포장하여 위생상태가 유지되도록 할 수 있으며, 키트당 조성물의 충전 량은 0.1~ 1ml 등의 일회용 충전단위로 구성할 수 있다.The kit used herein may be packed in a vacuum state by a high pressure steam sterilization method, a radiation sterilization method, or the like to maintain a hygienic state. The amount of the composition per kit may be 0.1 to 1 ml.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 연골재생 및 골관절염 치료 및 예방용 조성물은 인체에 직접 주입하여 사용할 수 있으며, 이 경우 예컨대 상기와 같은 키트를 바람직하게 사용할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the composition for treating and preventing cartilage regeneration and osteoarthritis can be directly injected into a human body. In this case, for example, the kit as described above can be preferably used.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 연골재생 및 골관절염 치료 및 예방용 조성물은 연골이나 관절 부위에 주사기로 직접 주입하여 투여할 수 있으며, 해당 부위가 비정상적인 환자나 수술 정 후에 또는 수술 과정에서 수술 직후에 바람직하게 주입하여 사용할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the composition for treating and preventing cartilage regeneration and osteoarthritis can be injected directly into a cartilage or a joint region with a syringe, and the site can be administered after an abnormal patient, And can be preferably used by injection.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 연골재생 및 골관절염 치료 및 예방용 조성물은 일반 환자의 경우 성인기준으로 0.1~ 1ml의 투여량으로 직접 주사 주입하여 투여할 수 있다. 수술 후 환자의 경우에는 성인기준으로 0.1~ 1ml의 투여량으로 주입하여 투여할 수 있다. 이러한 투여량은 환자의 상태에 따라 조절할 수 있으며, 최대 1ml, 최소 0.1ml의 투여량으로 주입하는 것이 필요하고, 연골손상 정도나 재생 정도에 따라 1주 또는 1개월 단위로 반복하여 투여가 가능하다.According to a preferred embodiment of the present invention, the composition for treating and preventing cartilage regeneration and osteoarthritis can be administered by injection by direct injection at a dose of 0.1 to 1 ml on an adult basis. In the case of postoperative patients, doses of 0.1 to 1 ml may be administered on an adult basis. These doses can be adjusted according to the condition of the patient, and it is necessary to inject them at a dose of max. 1 ml and a minimum of 0.1 ml, and it is possible to administer them repeatedly for 1 week or 1 month depending on degree of cartilage damage or degree of regeneration .

본 발명에 따르면 상기와 같은 본 발명에 따른 커큐민이 함유된 젤란검 하이드로겔을 사용하는 경우 기존의 연골치료 수술법에서 문제가 되었던 수술 후 부작용이나 치료 지연 등 여러 가지 문제점을 일거에 해소할 수 있으며, 특히 추가적 수술과 부작용을 최소화하는 방법으로 적용이 가능하고, 또한 연골 세포의 증식과 기능유지에 효과적인 조직공학적 생체재료이므로 연골 손상부분을 효과적으로 재생시킬 수 있는 것이다.According to the present invention, when the gellan gum hydrogel containing the curcumin according to the present invention is used, it is possible to solve various problems such as postoperative side effects and delay in treatment, which were problems in the conventional cartilage treatment method, In particular, it can be applied as a method of minimizing additional surgery and side effects, and it is a tissue engineering biomaterial that is effective for the proliferation and function maintenance of cartilage cells, thereby effectively regenerating cartilage damaged parts.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 커큐민을 포함하는 젤란검 하이드로겔은 기존의 다른 하이드로겔의 제조 방법보다 간단하고, 겔 형태를 유지할 수 있고, 보관이 용이하다. 또한, 세포의 성장이 완결된 후에는 자연적으로 생분해되어 몸에 흡수되기 때문에 다른 재료보다 생체 적합한 장점을 가진다.As described above, the gellan gum hydrogel containing curcumin according to the present invention is simpler than the conventional method for producing hydrogels, can maintain the gel shape, and is easy to store. In addition, after cell growth has been completed, it is naturally biodegraded and absorbed into the body, so it has a biocompatible advantage over other materials.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하겠는 바, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples. However, the following Examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

실시예Example 1:  One: 커큐민Curcumin -- 젤란검Gellan gum 하이드로겔의Hydrogel 제조 Produce

지용성 물질인 커큐민의 용해는 EtOH를 이용한다. 0.7 % 젤란검 (Sigma) (0.7g)을 90℃로 가열된 증류수(100ml)에 넣고 교반시키며 20분간 가열한다. 젤란검 파우더가 완전히 녹으면 0.03 % 염화칼슘(0.03g)을 넣고 10분간 용해시킨다. 커큐민 수용액은 200 μL EtOH에 용해시켜 준비한다. 젤란검 수용액을 60℃ 까지 온도가 낮아진 젤란검 수용액에 0 wt.%, 5 wt.%, 10 wt.%, 20 wt.% 의 함량으로 커큐민 수용액을 넣는다. 젤란검 수용액과 커큐민 수용액을 섞은 후 페트리 디쉬에 붓고 상온에서 굳힌다. 굳은 겔을 바이옥시 펀지를 이용해 지름 8 mm, 두께 4 mm 로 자른다. The dissolution of the lipophilic substance curcumin is carried out using EtOH. 0.7% gellan gum (Sigma) (0.7 g) was added to distilled water (100 ml) heated to 90 ° C and stirred for 20 minutes. When the gellan gum powder is completely dissolved, add 0.03% calcium chloride (0.03 g) and dissolve for 10 minutes. The curcumin aqueous solution is prepared by dissolving in 200 μL EtOH. The aqueous solution of gellan gum is immersed in an aqueous solution of gellan gum whose temperature is lowered to 60 ° C in an amount of 0 wt.%, 5 wt.%, 10 wt.%, 20 wt.%. After mixing the gellan gum aqueous solution and the curcumin aqueous solution, pour into the Petri dish and harden at room temperature. Cut the hard gel to 8 mm in diameter and 4 mm in thickness using a bioxifon.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 제조방법에 따라 젤란검 하이드로겔에 커큐민이 각 함량별 (0 wt.%, 5 wt.%, 10 wt.%, 20 wt.%) 로 첨가된 지지체 사진이다. Figure 1 is a photograph of a suppository containing curcumin added to gellan gum hydrogel according to the preparation method of Example 1 of the present invention (0 wt.%, 5 wt.%, 10 wt.%, 20 wt.%) to be.

실시예Example 2: 무릎 연골세포의 채취 및 배양 2: Collection and culture of knee cartilage cells

무릎 연골세포는 6주령 White New Zealand 토끼에서 채취한 무릎연골에서 분리하였다. 무릎연골을 채취한 후, 1 ㎟ 이하의 크기로 잘게 썰고, PBS에 넣은 후 12000 rpm에서 3분간 centrifuge 시킨다. 잘게 썬 연골을 10 mg/ml collagenase A (Roche Diagnostics GmbH), 1 mg/ml hyaluronidase (Roche Diagnostics GmbH), 0.7 mg/ml DNase (Roche Diagnostics GmbH)을 섞은 용액에 넣어 37 ℃, 5 % CO2에서 3시간 분해시킨다. The knee cartilage cells were isolated from the knee cartilage collected from 6 - week - old White New Zealand rabbits. Knee cartilage is harvested, chopped to less than 1 mm2, placed in PBS, and centrifuged at 12000 rpm for 3 minutes. Finely Sun cartilage 10 mg / ml collagenase A (Roche Diagnostics GmbH), 1 mg / ml hyaluronidase (Roche Diagnostics GmbH), 0.7 mg / ml DNase (Roche Diagnostics GmbH) to put in a mixed solution of 37 ℃, in 5% CO 2 Disassemble for 3 hours.

분해시킨 용액을 다시 재 centrifuge 시킨 후, 셀컬쳐 디쉬에서 10 % fetal bovine serum (Hyclone technologies)과 1 % penicillin/ascorbic acid 가 포함된 D-MEM F12 media에서 배양하였다. The dissociated solution was centrifuged again and cultured in D-MEM F12 media containing 10% fetal bovine serum (Hyclone technologies) and 1% penicillin / ascorbic acid in a cell culture dish.

실험예Experimental Example 1 : 세포의 증식률 평가 1: Evaluation of cell proliferation rate

하이드로겔 지지체(10wt%)에서 세포의 증식률을 알아보고자 MTT (디메틸치아졸-2-일-2,5-디페닐테트라졸리움 브로마이드) 분석법을 시행한 결과, 시간이 지날수록 세포가 증식률이 높아짐을 확인할 수 있었다.As a result of MTT (dimethylthiazol-2-yl-2,5-diphenyltetrazolium bromide) assay, cell proliferation rate was found to increase with time in the hydrogel support (10 wt% I could confirm.

도 2는 본 발명에 따라 제조된 커큐민-젤란검 하이드로겔 지지체에 파종된 토끼 연골세포의 증식률을 확인한 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing the proliferation rate of rabbit chondrocytes sown on a curcumin-gellan gum hydrogel support prepared according to the present invention.

실험예Experimental Example 2 : 세포의  2: cell 모폴로지Morphology 확인 Confirm

제작된 하이드로겔 지지체(10wt%)를 동결건조 시킨후 SEM을 이용해 지지체 표면 다공을 관찰하였다. 토끼 무릎 연골세포를 채취한후 지지체에서 1주, 3주간 배양하고 2.5 % 글루타 알데하이드를 이용해 고정한 후, 연골세포의 모폴로지를 확인하였다. 10 wt.% 커큐민이 함유된 젤란검 하이드로겔에서 세포의 증식이 가장 많이 일어난 것을 확인할 수 있었으며, 세포외 기질 또한 형성이 많이 되었다. The prepared hydrogel support (10 wt%) was lyophilized and the surface porosity of the support was observed by SEM. After rabbit knee cartilage cells were harvested, they were cultured in supporters for 1 week and 3 weeks, fixed with 2.5% glutaraldehyde, and morphology of chondrocytes was confirmed. Cell proliferation was the highest in gellan gum hydrogel containing 10 wt.% Curcumin, and extracellular matrix was also formed.

도 3은 본 발명에 따라 제조된 커큐민-젤란검 하이드로겔 지지체를 동결건조 한 후 그 지지체 표면과 그 위에 파종된 토끼 연골세포를 파종 후 각각 1주, 3주 뒤에 SEM을 통해 확인한 사진이다.FIG. 3 is a photograph of the supernatant of curcumin-gellan gum hydrogel support prepared according to the present invention after lyophilization, and showing the surface of the supporter and the rabbit chondrocytes sown thereon by SEM after 1 week and 3 weeks respectively after sowing.

실험예Experimental Example 3 : 지지체의 압축강도 분석 3: Analysis of the compressive strength of the support

지지체의 물성평가를 위해 제작된 지지체에 1N의 힘, 10mm/sec의 속도로 지지체 표면에 힘을 가해 압축강도를 측정하였다. 압축강도는 커큐민이 들어갈수록 압축강도는 증가한 것을 확인하였다.To evaluate the physical properties of the support, compressive strength was measured by applying a force of 1 N to the support at a speed of 10 mm / sec. The compressive strength increased with the addition of curcumin.

도 4는 본 발명에 따라 제조된 커큐민/젤란검 하이드로겔 지지체의 압축강도를 측정한 그래프이다4 is a graph showing the compressive strength of a curcumin / gellan gum hydrogel support prepared according to the present invention

실험예Experimental Example 4 : 유전자 발현 분석 4: Analysis of gene expression

젤란검 하이드로겔과 커큐민이 배합된 하이드로겔의 유전자 표현형이 비교되었을 때, 큰 차이를 보이지 않았고 모두 발현이 잘 된 것을 확인하였다. 어그리칸과 제 II형 콜라겐과 같은 ECM-연관 유전자 발현결과에 따르면, 커큐민이 배합된 젤란검 하이드로겔은 바람직한 ECM의 합성을 향상시키는 더 적합한 미세환경을 제공할 수 있을 것으로 사료된다. When the gene phenotypes of the hydrogels containing gellan gum hydrogels and curcumin were compared, there was no significant difference and all of them were expressed well. ECM-associated gene expression results, such as Aggren and type II collagen, suggest that curcumin-incorporated gellan gum hydrogels may provide a more suitable microenvironment that enhances the synthesis of the desired ECM.

도 5는 본 발명에 따라 커큐민-젤란검의 비율별로 제조된 각각의 하이드로겔 지지체에 파종된 토끼 연골세포의 연골 관련 마커 유전자 발현도를 전기영동을 통해 확인한 밴드 사진이다.FIG. 5 is a photomicrograph showing electrophoresis of cartilage-related marker gene expression in rabbit cartilage cells seeded on each hydrogel support prepared according to the present invention at the ratio of curcumin-gellan gum.

Claims (8)

젤란검 수용액으로 이루어진 젤란검 하이드로겔로서 그 하이드로겔 중의 젤란검 농도가 0.7-2중량%인 젤란검 하이드로겔과 에탄올에 용해된 커큐민 용액이 혼합된 하이드로겔 조성물로 이루어지되, 상기 조성물 내에 젤란검과 커큐민이 99-70중량% 대 1-30중량%의 비율로 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 커큐민을 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물.
A gellan gum hydrogel comprising a gellan gum aqueous solution, wherein the hydrogel composition comprises a gellan gum hydrogel having a gellan gum concentration of 0.7-2 wt% in the hydrogel and a curcumin solution dissolved in ethanol, And curcumin in a proportion of 99-70% by weight to 1-30% by weight, based on the total weight of the gel.
삭제delete 커큐민을 에탄올에 용해시켜서 커큐민 용액을 제조하는 단계;
젤란검 파우더를 80-100℃ 온도로 가열한 증류수에 넣어 10-40분 가열하여 젤란검 수용액을 제조하는 단계;
가열된 젤란검 수용액을 40-70℃로 식혀서 젤란검 하이드로겔을 제조하되 그 하이드로겔에 함유된 젤란검의 농도가 0.7-2중량%가 되도록 젤란검 하이드로겔을 제조한 다음, 여기에 상기 커큐민 용액을 가하여 젤란검 하이드로겔과 커큐민 용액을 혼합하되 혼합 후 젤란검과 커큐민의 혼합비율이 젤란검 99-70중량%와 커큐민 1-30중량%의 범위가 되도록 혼합하는 단계
를 포함하는 커큐민을 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물의 제조방법.
Dissolving curcumin in ethanol to prepare a curcumin solution;
Adding gellan gum powder into distilled water heated to 80-100 ° C and heating for 10-40 minutes to prepare an aqueous solution of gellan gum;
The heated gellan gum aqueous solution was cooled to 40-70 ° C to prepare a gellan gum hydrogel, a gellan gum hydrogel was prepared so that the concentration of gellan gum contained in the hydrogel was 0.7-2 wt% The mixture is mixed with the gellan gum hydrogel and the curcumin solution so that the mixing ratio of gellan gum and curcumin is in the range of 99-70% by weight of gellan gum and 1-30% by weight of curcumin
≪ / RTI > wherein the composition comprises curcumin.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 상기 청구항 1에 따른 커큐민을 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물에 약제학적으로 허용 가능한 부형제를 포함하는 연골재생과 골관절염 치료 및 예방을 위한 조성물.
A composition for treating and preventing cartilage regeneration and osteoarthritis, comprising a pharmaceutically acceptable excipient in a gellan gum hydrogel composition comprising curcumin according to claim 1.
인체 주입용 주사기에 상기 청구항 1에 따른 커큐민을 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물이 충전되어 있는 연골재생과 골관절염 치료 및 예방을 위한 의료용 키트.A medical kit for cartilage regeneration and treatment and prevention of osteoarthritis in which a gel injecting syringe is filled with a gellan gum hydrogel composition containing curcumin according to claim 1.
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