KR101929661B1

KR101929661B1 - 다공성의 생분해성 미세입자 및 수용성 천연고분자를 포함하는 성형 필러용 주사제 조성물

Info

Publication number: KR101929661B1
Application number: KR1020170057641A
Authority: KR
Inventors: 송석진; 오별님
Original assignee: 송석진
Priority date: 2016-05-09
Filing date: 2017-05-08
Publication date: 2018-12-17
Also published as: WO2017196051A1; KR20170126416A

Abstract

본 발명은 다공성의 생분해성 미세입자 및 수용성 천연고분자를 포함하는 성형 필러용 주사제 조성물에 관한 것으로, 본 발명에 따른 성형 필러용 주사제 조성물은 1)다공성의 생분해성 미세입자의 함량, 2)히알루론산의 가교율, 3)가교 히알루론산 및 정제수의 혼합 농도를 최적 조건으로 조합함에 따라서, 조직수복력 및 콜라겐 함량이 현저히 향상되는 효과가 있다.

Description

다공성의 생분해성 미세입자 및 수용성 천연고분자를 포함하는 성형 필러용 주사제 조성물 {Injectable composition for filler comprising porous biodegradable microspheres and water soluble natural polymers}

본 발명은 다공성의 생분해성 미세입자 및 수용성 천연고분자를 포함하는 성형 필러용 주사제 조성물에 관한 것이다.

조직 공학(tissue engineering)이란 노령인구 증가에 의한 생체재료 수요 증가 및 과학의 발달로 등장한 새로운 분야로서 생명과학, 의학 및 공학의 기본개념과 기술을 바탕으로 손상된 조직을 대체하거나 재생시키기 위해 생체조직의 대용품을 만들어 이식함으로써 생체 기능의 유지, 향상 또는 복원을 가능하게 하는 것이 목표이다.

조직 공학은 생체적합성 생체재료 소재 개발, 세포배양 지지체 개발, 줄기세포 배양 등 다양한 분야의 기술 들이 상호 유기적으로 발전하고 있으며, 생체적합성 생체재료를 이용하여 개발중인 지지체는 스펀지 형태, 겔 상태, 필름 형태 등으로 진행 되고 있으나 산업화를 위한 대량공정 개발의 한계 등으로 극히 일부만 산업화로 진행 중인 실정이다.

생체적합성 생체재료 소재로서 다공성 생분해성 고분자 지지체(Scaffold)는 조직수복을 위한 주형으로 널리 사용되고 있다. 생분해성 고분자 지지체의 재료로는 폴리글리콜산(PGA), 폴리락트산(PLA), 폴리락트산-글리콜산 공중합체(PLGA), 폴리-ε-카프로락톤(PCL), 폴리아미노산, 폴리안하이드라이드, 폴리오르쏘에스테르 및 이들의 공중합체 등이 알려져 있다. 그러나, 현재까지는 PGA, PLA, PLGA 등만이 미국 식품의약청(FDA)으로부터 인체에 사용가능한 생분해성 고분자로 승인되어 인체 조직의 체내 재생을 위한 다공성 고분자 지지체의 재료로 사용되고 있다.

일반적으로, 고분자는 조직공학 분야에서 매우 유용한 재료로서 합성이 손쉽게 가능하고, 여러 가지 크기나 모양으로 제작이 가능하며, 화학적, 물리적 성질을 사용 용도에 맞게 조절할 수 있다. 이론적으로는 비독성 분해산물을 방출하는 어떠한 생분해성 고분자들이 조직공학에 사용될 수 있으며, 이러한 용도의 고분자들 중 폴리에스터 계통의 고분자들이 담체(matrix 혹은 scaffold) 제작에 적합한 것으로 알려져 있다. 현재 조직공학에서 가장 많이 사용되는 합성 고분자는 폴리글리콜산(PGA)과 폴리락트산(PLA) 그리고 이들의 공중합체인 폴리락트-글리콜산(PLGA)이다. 이러한 합성고분자의 장점은 가공성이 우수하고 생분해기간을 조절할 수 있다는 장점이 있다. 하지만, 합성고분자는 세포와의 친화력이 떨어지는 단점을 가져 이를 개선하기 위하여 생분해성 고분자를 이용하여 다공성 지지체를 제조하기 위한 방법이 개발되고 있다.

지지체의 충분한 세포 접착밀도, 세포증식 및 분화를 위한 영양 및 산소공급의 촉진시키기 위해 공극간 연결이 우수한 다공성 생분해성 고분자 지지체를 제조하는 방법은 다양하며, 그 중에서 공극형성입자 침출법(porogen leaching)이 가장 널리 이용되고 있다. 공극형성입자는 염, 발포성염, 탄수화물, 탄화수소 왁스등 다양한 입자가 활용되며, 고분자/용매/공극형성입자 혼합물에서 공극형성입자를 선택적으로 녹여 내거나 발포시켜 공극을 형성시키는 방법이다. 그 외 유화/동결건조, 상분리법, 임계 액체상의 팽창, 3차원 잉크제트 프린팅 등의 방법도 이용되고 있다.(A. G. Mikos, G. Sarakinos, S. M. Leite, J. P. Vacanti, R. Langer, Biomaterials, 14(1993) 323-330; Z. Ma, C. Gao, Y. Gong, J. Biomed. Mater. Res. 67B (2003) 610-617; A. Park, B. Wu, L.G. Griffith, J. Biomater. Sci. Polym. Ed. 9 (1998) 89-110).

다공성 고분자 지지체는 세포의 접착과 분화를 유도하여 조직 재생에 유용하게 사용할 수 있으나 이런 지지체는 외과적 수술을 통해 체내에 이식되기 때문에 환자에 신체적, 경제적 부담이 된다. 따라서, 환자의 불편을 최소화하고 시술자의 편의성을 높이기 위해 생분해성 고분자 지지체를 주사형으로 주입하는 방법이 개발되고 있다.

다공성 고분자 지지체를 주사형으로 주입하기 위해서는 담체가 필요로하며, 이러한 담체로 수용성 천연고분자인 셀룰로오스, 키토산, 덱스트란, 히알루론산, 펙틴, 알긴산, 아가, 잔탄, 베타-사이클로덱스트린, 아밀로즈, 이들의 염, 이들의 유도체 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있고, 바람직하게는 히알루론산을 사용할 수 있다. 여기서, 생체 주입 가능하면서 독성이 없고 매트릭스 역할을 해낼 수 있는 수용성 천연고분자라면 아무런 제약 없이 사용할 수 있다.

본 발명은 가교 히알루론산을 사용한 주사용 조성물에 관한 것으로, 히알루론산(hyaluronic acid)이란 인체의 연조직, 특이 피부나 관절에 많이 존재하는 고분자 물질로써 인체내에서 많은 생물학적인 기능을 하고 있는 생체적합성 소재이다. 하지만, 히알루론산은 인체내에서 효소(enzyme)에 의한 분해속도가 무척 빨라서 일정기간 동안 지속시키며, 인체 조직에서의 이용률을 높인 고분자를 만들기 위해 가교(cross-linking) 기술을 적용한 히알루론산을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명은 종래에 성형필러용 주사제로 사용되어온 소재들의 복합 조성물에 대한 것으로서, 조직 수복효과를 극대화 시킨 조성물의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

등록특허공보 10-0801194호 등록특허공보 10-1105292호 등록특허공보 10-1481441호 등록특허공보 10-1239037호 공개특허공보 10-2010-0046038호

본 발명의 목적은 성형 필러용 주사제 조성물을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여,

본 발명은 다공성의 생분해성 미세입자; 수용성 천연고분자; 및 정제수;를 포함하는 성형 필러용 주사제 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 성형 필러용 주사제 조성물은 1)다공성의 생분해성 미세입자의 함량, 2)히알루론산의 가교율, 3)가교 히알루론산 및 정제수의 혼합 농도를 최적 조건으로 조합함에 따라서, 조직수복력 및 콜라겐 함량이 현저히 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다공성의 생분해성 미세입자의 제조방법 개략도이다.
도 2는 실시예 1 에서 제조한 미세입자의 크기 및 형태를 전자현미경으로 확인한 이미지이다(스케일바 30㎛).

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

성형필러용 주사제 조성물

상기 다공성의 생분해성 미세입자의 원료는 폴리글리콜산(PGA), 폴리락트산(PLA), 폴리락트산-글리콜산 공중합체(PLGA), 폴리-ε-카프로락톤(PCL), 폴리아미노산, 폴리안하이드라이드, 폴리오르쏘에스테르 등일 수 있다.

상기 다공성의 생분해성 미세입자는 하기의 제조방법을 통해 제조될 수 있다.

생체적합성 고분자를 유기용매에 녹여 모액을 준비하는 단계(단계 1);

계면활성제를 수성 용매에 녹여 연속상 분산액을 준비하는 단계(단계 2);

다공성 투과막으로 공간이 분리되는 용기의 일부에는 상기 단계 1의 모액을 충전하고, 다른 일부에는 상기 단계 2의 연속상 분산액을 충전하는 단계(단계 3);

상기 연속상 분산액을 교반하면서, 모액에 불활성 가스 주입을 통해 압력을 가하여, 다공성 투과막의 기공을 통해 모액을 다공성 미세입자 형태로 연속상 분산액에 분산하는 단계(단계 4); 및

연속상 분산액으로 넘어온 유기용매를 증발시키고, 얻어진 다공성의 생분해성 미세입자를 세척하는 단계(단계 5).

상기 수용성 천연고분자는 셀룰로오스, 키토산, 덱스트란, 히알루론산, 펙틴, 알긴산, 아가, 잔탄, 베타-사이클로덱스트린, 아밀로즈, 이들의 염, 이들의 유도체 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있고, 바람직하게는 히알루론산을 사용할 수 있다. 여기서, 생체 주입가능하면서 독성이 없고 매트릭스 역할을 해낼 수 있는 수용성 천연고분자라면 아무런 제약 없이 사용할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 수용성 천연고분자는 3-5%(특히 바람직하게는 5%)의 가교율을 갖는 히알루론산을 사용하는 것이, 조직수복력 및 콜라겐 함량 향상에 유리하다. 여기서, 상기 용어 '가교율'은 수용성 천연고분자 및 가교제의 총함량에서 '가교제의 중량%'를 의미한다.

상기 수용성 천연고분자와 정제수의 혼합물에서 수용성 천연고분자의 농도는 2-3 중량%인 것이, 조직수복력 및 콜라겐 함량 향상에 유리하다.

상기 조성물 총 중량에서 상기 다공성의 생분해성 미세입자의 함량은 10-30 중량%(바람직하게는 20-30 중량%)인 것이, 조직수복력 및 콜라겐 함량 향상에 유리하다.

본 발명에 따른 조직수복을 위한 성형 필러용 주사제 조성물은 다공성의 생분해성 미세입자와 수용성 천연고분자를 혼합하고 물을 넣어 현탁 또는 겔화 시키는 방법으로 제조하거나, 또는 수용성 천연고분자 분말에 물을 넣어 용해한 후 다공성의 생분해성 미세입자를 넣어 혼합하여 제조할 수도 있다.

이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 1> 조직수복용 다공성 미세입자의 제조

본 발명에 따른 조직수복용 다공성 미세입자를 제조하기 위한 방법의 개략도를 도 1에 나타내었다.

단계 1: 모액의 준비

평균분자량이 110,000인 폴리락트산(PLA)을 메틸렌 클로라이드(Methylene Chloride, MC) 용액에 녹여서 고분자 용액을 제조하였다.

단계 2: 연속상 분산액의 준비

계면활성제(PVA, poly(vinyl alcohol))를 물에 녹여 분산액을 제조하였다.

단계 3: 용기에 모액 및 연속상 분산액을 충전

다공성 투과막으로 공간이 분리되는 용기의 일부에는 상기 단계 1의 모액을 충전하고, 다른 일부에는 상기 단계 2의 연속상 분산액을 충전하였다(도 1 참조).

단계 4: 다공성 미세입자를 형성

상기 연속상 분산액을 교반하면서, 모액에 질소 가스 주입을 통해 압력을 가하여, 다공성 투과막의 기공을 통해 모액을 다공성 미세입자 형태로 연속상 분산액에 분산하였다.

단계 5: 유기용매 제거 및 세척

연속상 분산액으로 넘어온 유기용매를 증발시키고, 얻어진 다공성 미세입자를 증류수로 세척 및 여과한 다음, 건조하였다.

< 실시예 2> 수용성 천연고분자인 가교 히알루론산의 제조

단계 1: 히알루론산 용액 제조

평균 분자량이 1500 KDa인 히알루론산(HA)를 수산화나트륨 용액에 녹여 히알루론산 용액을 제조하였다.

단계 2: 가교 반응

히알루론산 용액에 가교제(BDDE : 1,4-Butanediol Diglycidyl Ether)를 첨가하여 40℃에서 가교 시켰다.

단계 3: 정제

가교된 히알루론산에 PBS 완충용액을 넣어 잔여 가교제를 제거하며 중화하였다.

상기 제조방법으로 제조된 가교 히알루론산은 가교제의 양에 따라 가교율을 결정할 수 있다.

또한, 상기 제조방법으로 가교된 히알루론산에 물을 첨가하여 원하는 농도의 가교 히알루론산 겔을 제조할 수 있다.

< 실시예 3-50> 성형 필러용 주사제 조성물의 제조

본 발명에 따른 조직수복을 위한 성형 필러용 주사제 조성물의 함량을 하기 표 1에 정리하여 나타내었다.

구체적으로, 조성물 총 중량 중에서 실시예 1에서 제조한 미세입자의 중량%, 실시예 2에서 제조한 수용성 천연고분자인 히알루론산 겔의 가교율(%), 그리고 물과 히알루론산으로 이루어진 히알루론산 겔에서 히알루론산의 농도(%)를 나타내었다. 실시예 3을 예를 들면, 조성물 총 중량에서 미세입자 10 중량%, 가교율 3%의 히알루론산 겔 90 중량%로 구성되고, 상기 가교율 3%의 히알루론산 겔은 물 99 중량% 및 히알루론산 1 중량%로 이루어진다. 단, 여기서 가교제의 함량은 미미하므로 제외하였다.

실시예	미세입자 (%)	히알루론산 겔		실시예	미세입자 (%)	히알루론산 겔
실시예	미세입자 (%)	가교율 (%)	농도 (%)	실시예	미세입자 (%)	가교율 (%)	농도 (%)
3	10	3	1	27	10	7	1
4	20	3	1	28	20	7	1
5	30	3	1	29	30	7	1
6	50	3	1	30	50	7	1
7	10	3	2	31	10	7	2
8	20	3	2	32	20	7	2
9	30	3	2	33	30	7	2
10	50	3	2	34	50	7	2
11	10	3	3	35	10	7	3
12	20	3	3	36	20	7	3
13	30	3	3	37	30	7	3
14	50	3	3	38	50	7	3
15	10	5	1	39	10	10	1
16	20	5	1	40	20	10	1
17	30	5	1	41	30	10	1
18	50	5	1	42	50	10	1
19	10	5	2	43	10	10	2
20	20	5	2	44	20	10	2
21	30	5	2	45	30	10	2
22	50	5	2	46	50	10	2
23	10	5	3	47	10	10	3
24	20	5	3	48	20	10	3
25	30	5	3	49	30	10	3
26	50	5	3	50	50	10	3

< 실험예 1> 다공성 미세입자의 형태 및 크기 평가

상기 실시예 1에서 제조한 미세입자의 특성을 확인하기 위하여 제조된 폴리락트산(PLA) 미세입자를 대상으로 형태 및 크기를 평가하였다.

구체적으로, 미세입자의 형태는 전자현미경(S-4300SE(Hitachi)) 사진을 촬영하여 측정하였다(도 2 참조).

도 2 에 나타난 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 미세입자의 형태는 체내에 투여하기 적합한 크기였으며, 입자의 크기가 균일하게 제조되어 조직수복용 세포 전달체로 더욱 유용하게 이용될 수 있음을 알 수 있었다.

<실험예 2> 가교 히알루론산의 물성 평가

상기 실시예 2에서 제조한 가교 및 비가교 히알루론산의 특성을 확인하기 위하여, 제조된 조성물에 물을 넣어 농도를 조절한 히알루론산 겔의 압출력 및 점도를 평가하였다.

구체적으로, 조성물의 압출력은 압출력기(BFG-500N(Mecmesin))를 사용하여 측정하였다(표 2 참조).

가교율 (%)	농도 (%)	압출력 (N)
0	2	1
3	2	5
5	2	11
7	2	18
10	2	22
15	2	29
20	2	33
30	2	42

표 2에 나타난 바와 같이, 히알루론산의 가교율에 따라 압출력이 증가하였고, 다공성의 생분해성 고분자와 혼합하여 주사제로서 체내에 무리 없이 주사하기 적합한 가교율 0~10%의 히알루론산을 겔을 사용하여 실시예 3-50의 조직수복용 조성물을 제조하였다.

< 실험예 3> 성형필러용 주사제 조성물의 물성 평가

상기 실시예 3-50에서 제조한 조성물을 프리필드 시린지에 넣고 압출이 용이한지 평가하였다.(표 3 참조).

실시예	압출 테스트	실시예	압출 테스트	실시예	압출 테스트	실시예	압출 테스트
3	○	15	○	27	○	39	○
4	○	16	○	28	○	40	○
5	○	17	○	29	○	41	○
6	○	18	○	30	○	42	○
7	○	19	○	31	○	43	○
8	○	20	○	32	○	44	○
9	○	21	○	33	X	45	X
10	○	22	○	34	X	46	X
11	○	23	○	35	○	47	○
12	○	24	○	36	○	48	○
13	○	25	○	37	X	49	X
14	○	26	○	38	X	50	X

표 3 에 나타난 바와 같이, 히알루론산의 가교율, 농도 및 다공성의 생분해성 고분자의 함량이 높은 실시예 조성물은 성형필러 주사제로서 적합하지 않았다.

< 실험예 4> 성형필러용 주사제 조성물의 조직수복력 평가

상기 실시예 3-50 중 실험예 3에서 주사제로 적합한 40개의 조성물의 조직수복 효과를 확인하기 위해 SD rat에 조성물을 주입하고 0, 8, 16, 24 주 후 조직수복력 및 콜라겐 함량을 평가하였다.

구체적으로, 마우스에 주입가능한 주사제 용량을 예비실험을 통해 0.5mL로 설정하여, 피내에 주입하였다. 주입 직후 조성물을 주입된 조직을 사진 촬영하여 부피를 측정하고, 희생한 후 면역조직화학적검사를 통해 콜라겐 발현을 확인하였다. 주입 8, 16, 24주 후에도 동일하게 조직의 부피와 콜라겐 발현을 확인하였다(표 4 참조).

실시예	조직수복력(%)				콜라겐함량(score 0-10)
실시예	0주	8주	16주	24주	0주	8주	16주	24주
3	100	38	11	10	0	0	1	1
4	100	38	42	43	0	5	7	7
5	100	44	41	42	0	6	6	7
6	100	45	12	11	0	1	3	2
7	100	42	18	11	0	0	1	1
8	100	41	49	48	0	5	7	6
9	100	48	51	51	0	6	7	7
10	100	45	21	21	0	1	3	3
11	100	47	18	11	0	0	1	1
12	100	46	52	51	0	6	5	7
13	100	42	55	54	0	6	7	7
14	100	48	23	24	0	1	3	3
15	100	45	40	39	0	0	1	1
16	100	66	65	64	0	4	7	5
17	100	68	69	71	0	5	7	6
18	100	57	56	48	0	1	4	3
19	100	49	44	40	0	0	1	1
20	100	67	77	76	0	4	6	7
21	100	68	75	76	0	5	7	7
22	100	54	52	49	0	1	4	4
23	100	55	44	38	0	0	1	1
24	100	64	71	72	0	3	5	7
25	100	68	69	74	0	4	5	8
26	100	54	53	49	0	1	4	5
27	100	64	58	45	0	0	0	0
28	100	66	55	43	0	0	1	2
29	100	67	54	45	0	0	1	2
30	100	65	58	44	0	0	1	1
31	100	68	58	50	0	0	0	0
32	100	67	58	49	0	0	0	1
35	100	69	54	51	0	0	0	0
36	100	68	56	51	0	0	0	1
39	100	68	58	50	0	0	0	0
40	100	67	58	49	0	0	0	1
41	100	68	55	51	0	0	0	1
42	100	69	58	51	0	0	0	1
43	100	69	59	49	0	0	0	0
44	100	70	61	51	0	0	0	1
47	100	75	67	54	0	0	0	1
48	100	76	65	52	0	0	0	1
쥬비덤 (HA필러)	100	48	10	8	0	1	1	1
스컬트라 (PLA 필러)	100	21	10	15	0	3	5	3

표 4 에 나타난 바와 같이, 예상과 달리 조직수복용 미세입자의 양이나 히알루론산의 가교율에 비례하여 조직수복력 및 콜라겐 생성률이 증가하지 않았다. 다공성의 생분해성 미세입자의 양이 50% 이상인 경우 조직내에 염증 반응이 관찰되어, 고분자 입자를 일정 수준 이상으로 주입시 조직수복력을 낮추는 것 뿐아니라 염증반응을 일으키는 것을 알 수 있었다. 또한, 히알루론산은 가교율이 증가할수록 조직수복기간은 증가하는 경향성을 나타내었지만, 가교율 일정수준 이상으로 높은 히알루론산 겔은 미세입자에 의한 조직재생력을 낮추는 것을 알 수 있었고, 히알루론산 겔의 농도의 증가에 따라 조직수복 기간이 증가하다가 일정수준 이상으로 높아지면 조직재생력을 낮추는 결과를 보였다.

이에, 본 발명에서는 총 조성물 중에서 다공성의 생분해성 미세입자를 10-30 중량%(바람직하게는 20-30 중량%), 및 3-5% 가교시킨 히알루론산을 물과 혼합하여 2-3 중량% 농도로 준비한 히알루론산 겔 잔량을 혼합한 조성물은 시간이 경과할수록 생분해성 고분자 또는 가교 히알루론산 단독 성분의 제품(스컬트라, 쥬비덤) 대비 우수한 조직수복력과 유지기간을 나타내는 효과가 있다.

Claims

다공성의 생분해성 미세입자 20-30 중량부; 및
가교 히알루론산 수용액 70-80 중량부;를 포함하고,
상기 가교 히알루론산 수용액은 가교 히알루론산 2-3 중량% 및 정제수 잔량으로 이루어지고,
상기 가교 히알루론산은 1,4-부탄디올디글리시딜에테르 5 중량% 및 히알루론산 잔량으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
성형 필러용 주사제 조성물.
제1항에 있어서,
상기 다공성의 생분해성 미세입자의 원료는 폴리글리콜산(PGA), 폴리락트산(PLA), 폴리락트산-글리콜산 공중합체(PLGA), 폴리-ε-카프로락톤(PCL), 폴리아미노산, 폴리안하이드라이드 및 폴리오르쏘에스테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 조성물.
제2항에 있어서,
상기 다공성의 생분해성 미세입자의 원료는 폴리락트산(PLA)인 것을 특징으로 하는 조성물.
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