KR101989019B1

KR101989019B1 - 이종 결정상을 갖는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101989019B1
Application number: KR1020160152669A
Authority: KR
Inventors: 윤희숙; 라자나렌
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2016-11-16
Filing date: 2016-11-16
Publication date: 2019-06-14
Also published as: KR20180055960A

Abstract

본 발명은 이종 결정상을 갖는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 이종 결정상을 갖는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체는 코어는 아파타이트계로 쉘은 부르타이트계로 구성되어 있어, 지지체로서의 기계적 물성을 가질 뿐만 아니라 생분해성 또한 가지고 있어 경조직 재생에 필요한 기능이 현저히 상승된 효과를 갖는다.
또한, 제조방법에 있어 상온에서 수행될 수 있다는 장점을 갖는다.

Description

이종 결정상을 갖는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체 및 이의 제조방법{A core-shell structured scaffold for hard tissue regeneration with two crystalline phase and preparing method thereof}

본 발명은 이종 결정상을 갖는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

조직공학은 생명과학과 공학의 원리를 활용하여 조직의 기능을 복원, 유지, 혹은 향상시키는 생물학적 제품을 개발하려는 분야로 조직공학을 이루는 주요 3 요소인 세포, 지지체 및 생체활성분자중 지지체는 구성재료의 선택과 구조제어 기술이 매우 중요하다.

즉 지지체는 자가복구기능을 통해 손실한 조직을 재생 시키기 위하여 조직과 조직을 이어주는 다리역할을 하며, 이를 위하여 조직재생이 원활히 이루어지도록 세포친화성이 뛰어나야 한다. 또한 조직의 재생속도에 맞추어 분해되어 없어지는 생분해성과 재생되는 동안 형태를 유지시켜줄 기계적강도를 가져야 하며, 생체안전성이 뛰어나야 한다.

일반적으로, 지지체 재료로써 고분자가 많이 이용되고 있으나, 경조직 재생에 있어서 고분자는 지지체에 요구되는 적절한 기계적 강도를 얻기 어렵고 생분해성이나 생체활성 및 골 친화성에 있어서도 해결해야 할 문제점이 다수 지적되고 있다. 한편, 뼈조직은 질량의 약 70%가 하이드록시카보네이트 아파타이트계의 무기질, 즉 세라믹으로 구성되어 있다. 세라믹은 생체활성이나 골 친화성에 있어서 고분자에 비하여 우수한 특성을 나타내고 있어 생체 뼈 구조를 모방한 생체세라믹 지지체 개발 또한 다수 연구가 진행되고 있다. 특히 생체세라믹 중 인산칼슘은 뼈의 광물상(mineral phase)과의 화학적 유사성으로 인하여 대표적인 뼈조직 재생유도용 재료로 가장 많이 연구되고 있다(특허문헌 1).

한편, 인산칼슘계 물질은 시멘트화 반응에 따라 크게 PH 4.2 이상에서 수화반응을 일으키는 아파타이트계와 PH 4.2 이하에서 산-염기 반응을 일으키는 부르사이트계로 구분된다. 특히, α-TCP(α-Tricalcium phosphate)는 반응 후 아파타이트계로 상전이를 일으키고, β-TCP(β-Tricalcium phosphate)는 반응 후 부르타이트계로 상전이를 일으킨다. 상전이 후의 인산칼슘시멘트의 기계적 물성은 아파타이트계가 우수하며 생분해성은 부르사이트계가 높은 편이다.

본 발명자는 지지체로서 요구되는 기계적 물성을 확보함과 동시에 시간이 경과함에 따라 생분해가 유도되어 골 재생 효율을 극대화할 수 있는 경조직 재생용 지지체를 개발하기 위하여 노력하던 중, α-TCP를 포함하는 성형체를 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)을 포함하는 경화액에 침지하고 반응시킬 경우, 코어(Core)에는 칼슘결핍 하이드록시아파타이트(calcium deficient hydroxyapatite, CDHA), 쉘(Shell)에는 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트(dicalcium phosphate dihydrate, DCPD)가 형성된 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체를 제조한 후,

본 발명에 따른 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체가 지지체로서 요구되는 기계적 물성이 확보됨과 동시에 시간이 경과함에 따라 생분해가 유도되어 골 재생 효율을 극대화할 수 있음을 실험을 통해 입증하고 본 발명을 완성하였다.

대한민국 등록특허공보 제10-1627184호

본 발명의 목적은 이종 결정상을 갖는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 이종 결정상을 갖는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여,

본 발명은 칼슘결핍 하이드록시아파타이트(calcium deficient hydroxyapatite, CDHA)를 포함하는 코어(Core); 및

상기 코어 표면에 구비되어 상기 코어를 둘러싸는 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트(dicalcium phosphate dihydrate, DCPD)를 포함하는 쉘(Shell);을 포함하는, 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체를 제공한다.

또한,α-TCP(α-Tricalcium phosphate)를 포함하는 페이스트를 준비하는 단계(단계 1);

상기 단계 1에서 준비한 페이스트를 성형하여 성형체를 얻는 단계(단계 2); 및

상기 단계 2에서 얻은 성형체를, MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)을 포함하는 경화액에 침지하여 시멘트 반응을 유도하는 단계(단계 3);를 포함하는 상기 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 이종 결정상을 갖는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체는 코어는 아파타이트계로 쉘은 부르타이트계로 구성되어 있어, 지지체로서의 기계적 물성을 가질 뿐만 아니라 생분해성 또한 가지고 있어 경조직 재생에 필요한 기능이 현저히 상승된 효과를 갖는다. 또한, 제조방법에 있어 상온에서 수행될 수 있다는 장점을 갖는다.

도 1은 2종의 결정상을 갖는 코어-쉘 구조를 나타내는 것이다.
도 2는 α-TCP를 MCPM(0.05M)에 침지시킨 후 시간에 따른 상 변화를 관찰한 결과이다.
도 3은 α-TCP를 MCPM에 침지시켰을 때 시간에 따른 반응식을 도식화한 것이다.
도 4는 α-TCP를 MCPM(0.1M)에 침지시킨 후 시간에 따른 상 변화를 관찰한 결과이다.
도 5는 실시예 1에서 제조된 지지체를 이루는 기둥의 단면을 SEM(scanning electron microscope) 및 EDX(Energy-dispersive X-ray spectroscopy)를 통해 관찰 및 분석한 결과이다.
도 6은 비교예 1에서 제조한 지지체와 실시예 1에서 제조한 지지체의 형상을 비교한 결과이다.
도 7은 비교예 1에서 제조한 지지체와 실시예 1 및 2에서 제조한 지지체의 성분 및 구조를 비교한 결과이다.
도 8은 MCPM 농도에 따른 지지체의 구조를 비교한 결과이다.
도 9는 PBS용액을 사용한 지지체와 MCPM용액(0.05M)을 사용한 지지체의 기계적 물성을 비교한 결과이다.
도 10은 PBS용액을 사용한 지지체와 MCPM용액을 사용한 지지체의 생분해성 비교한 결과이다.
도 11은 2종 결정상의 코어-쉘 구조 형성 제법의 유의성 평가를 위해 실시예 1과, 비교예 2 및 비교예 3의 구조를 분석한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

여기서, 상기 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트(DCPD)는, 상기 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체가 생체 내에 적용될 때 조직 재생을 유도하기에 적절한 생분해성을 확보할 수 있는 정도로 포함되는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로, 상기 DCPD는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체 100 부피%에 대하여 1 내지 20 부피%일 수 있고, 더욱 바람직하게는 2 내지 15 부피%일 수 있고, 더욱더 바람직하게는 3 내지 10 부피%일 수 있고, 가장 바람직하게는 4 내지 6 부피%일 수 있다.

여기서, 상기 DCPD의 부피%가 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체 100 부피%에 대하여 1 부피% 미만일 경우 본 발명에 따른 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체가 생체 내에 적용될 때 생분해가 발생하지 않아 조직 재생이 용이하게 유도되지 못하는 문제가 있고, 상기 DCPD의 부피%가 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체 100 부피%에 대하여 20 부피% 초과일 경우 빠른 생분해성으로 인해 지지체간의 분리가 발생하며 기계적 물성이 현저히 저하되는 문제가 있다.

또한, 상기 DCPD의 부피%는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체를 제조할 때 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)의 농도를 조절함으로써 제어할 수 있다.

나아가, 상기 칼슘결핍 하이드록시아파타이트(CDHA)는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체 100 부피%에 대하여 상기 DCPD의 부피%를 제외한 잔부로서 존재한다.

또한, 상기 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체는

α-TCP(α-Tricalcium phosphate)성형체를 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)에 침지하여 경화를 통해 제조될 수 있다.

상기 칼슘결핍 하이드록시아파타이트(calcium deficient hydroxyapatite, CDHA)는, 상기 α-TCP(α-Tricalcium phosphate)의 수화반응을 통해 형성될 수 있으며, 상기 칼슘 포스페이트 디하이드레이트(dicalcium phosphate dihydrate, DCPD)는 α-TCP(α-Tricalcium phosphate) 성형체 표면과 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)의 반응을 통해 제조될 수 있다.

나아가, 본 발명은 α-TCP(α-Tricalcium phosphate)를 포함하는 페이스트를 준비하는 단계(단계 1);

상기 제조방법은 10℃ 내지 50℃ 온도범위에서 수행될 수 있으며, 바람직하게는 15℃ 내지 45℃ 온도범위에서 수행될 수 있고, 더욱 바람직하게는 30℃ 내지 40℃ 온도범위에서 수행될 수 있고, 가장 바람직하게는 37℃에서 수행될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 상기 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법을 단계별로 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 상기 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법에 있어서, 상기 단계 1은 α-TCP(α-Tricalcium phosphate)를 포함하는 페이스트를 준비하는 단계이다.

여기서, 상기 페이스트는 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스(hydroxypropyl methyl cellulose), 젤라틴, 콜라겐, 알지네이트 및 키토산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 점증제와, 알코올 수용액을 더 포함할 수 있다.

상기 알코올 수용액은 C_1-10의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬알코올 수용액, 바람직하게는 C_1-5의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬알코올 수용액, 더욱 바람직하게는 메탄올, 에탄올, 프로판올 및 부탄올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 알코올 수용액일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 상기 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법에 있어서, 상기 단계 2는 상기 단계 1에서 준비한 페이스트를 성형하여 성형체를 얻는단계이다.

여기서, 상기 단계 1에서 준비한 페이스트를 다양한 방법을 사용하여 성형할 수 있다.

구체적으로, 상기 단계 1에서 준비한 페이스트를 3D프린팅 기술을 통하여 3차원 성형체로 얻을수 있다.

즉, 상기 3D프린팅 기술은 디지털화된 3차원 제품 디자인을 2차원 단면으로 연속적으로 재구성한 후, 원료소재를 한 층씩 인쇄하여 제품을 제조하는 기술로써, 상기의 성형체를 코어-쉘 구조로 디지털 설계한 후, 이를 3D 프린팅 장치에 적용함으로써 제조할 수 있다.

또한, 상기 단계 1에서 준비한 페이스트를 적층조형법(Layer Manufacturing Process)을 사용하여 상기 성형체를 얻을 수 있다.

상기 적층조형법은 다양한 크기의 노즐을 사용하여 지지체의 기둥두께를 조절할 수 있으며, 컴퓨터 프로그램을 통해 다양한 형상(기둥간견, 기공크기,기공형상,지지체의 형상등)으로 성형될 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 상기 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법에 있어서, 상기 단계 3은, 상기 단계 2에서 얻은 성형체를 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)을 포함하는 경화액에 침지하여 시멘트 반응을 유도하는 단계이다.

여기서, 상기 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)을 포함하는 경화액의 pH 값은 1.5 내지 4.0 범위 내에서 수행할 수 있다. 여기서, pH 값이 1.5 미만일 경우에는 강한 산성 조건으로 인한 부산물이 형성될 수 있고, 4.0보다 높은 경우 성형체와 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)을 포함하는 경화액과의 반응이 용이하게 유도되지 않는 문제점이 있다.

또한, 상기 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)을 포함하는 경화액의 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)농도는 0.01 내지 0.5 M 범위에서 수행될 수 있다. 여기서, 상기 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)의 농도가 0.01M 미만일 경우, 성형체 표면의 α-TCP에서 칼슘 포스페이트 디하이드레이트(dicalcium phosphate dihydrate, DCPD)로의 상변화가 충분히 유도되지 못하여 최종적으로 제조되는 지지체의 생분해성을 확보할 수 없는 문제가 있고, 0.5 M 범위를 초과할 경우 과도한 양의 DCPD가 형성되어 최종적으로 제조되는 지지체의 기계적 물성을 확보할 수 없다.

나아가, 상기 단계 3의 침지는 0.5 내지 24시간 동안 수행할 수 있으며, 상기 침지 시간은 성형체의 코어-쉘 구조 크기 및 반응성을 고려하여 적절히 조절될 수 있다.

또한, 상기 단계 3에서 성형체 표면은 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)과 반응하여 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트(dicalcium phosphate dihydrate, DCPD)로 상 변화하는 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)의 소모로 인해 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트(dicalcium phosphate dihydrate, DCPD)로의 상 변화가 완료되면,

성형체 내부는 물(H₂O)과 수화반응하여 칼슘결핍 하이드록시아파타이트(calcium deficient hydroxyapatite, CDHA)로 상 변화하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다.

단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명의 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 실험예에 의해 제한되는 것은 아니다.

< 실시예 1> α-TCP를 사용한 2종상의 코어-쉘 구조의 제조 1

단계 1: α-TCP(α-Tricalcium phosphate) 분말을 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스(hydroxypropyl methyl cellulose)를 1wt% 포함한 30% 에탄올 수용액에 분액비 1:0.5 - 1:0.67로 조절하여 혼합하고, 대표적인 3D프린터인 PED(paste extruding deposition)시스템을 이용하여 압출 패이스트를 준비하였다.

단계 2: 상기 단계 1에서 제조한 페이스트를 압출용기에 넣고 3D 프린터를 이용하여 3차원 형상의 지지체를 제작한 후 이를 37°에서 24시간동안 건조시켰다.

단계 3: 0.05M의 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate) 수용액을 경화액으로 사용하여 해당용액에 상기 단계 2에서 제조된 지지체를 0.5 내지 24시간 침지시켜 경화반응을 유도하였다.

단계 4: 상기 단계 3에서 제조된 지지체를 증류수로 여러번 세척한 수 이를 건조하여 지지체를 제조하였다.

< 실시예 2> α-TCP를 사용한 2종상의 코어-쉘 구조의 제조 2

0.1M의 MCPM 수용액을 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 같은 방법으로 지지체를 제조하였다.

< 비교예 1>

상기 실시예 1의 단계 3에서 경화액으로 MCPM의 용액을 사용하는 대신 일반적으로 α-TCP의 시멘트 반응에 사용되는 PBS(Phosphate buffer saline)을 사용하여 지지체를 제조하였다.

< 비교예 2>

실시예 1과 같이 3차원 형상의 지지체를 제조하지 않고,

α-TCP 분말에 MCPM 분말을 직접 혼합한 후 물에 침지하여 경화시켰다.

< 비교예 3>

실시예 1과 같이 3차원 형상의 지지체를 제조하지 않고,

α-TCP 분말과 MCPM 분말을 혼합하여 펠렛(pellet)을 제조한 후 물에 침지하여 경화시켰다.

< 실험예 1> α-TCP 지지체 침지 후 경화액의 pH값 변화 평가

상기 실시예 1 및 2에 따른 제조과정에서 최초 MCPM을 포함하는 경화액의 pH 값과 α-TCP 지지체를 침지시켜 경화를 유도한 후 경화액의 pH 값을 측정하여 α-TCP에서 DCPD로의 상변화가 산-염기 반응에 해당하는지 확인하였다.

그 결과, 최초 측정된 0.05M의 MCPM용액과 0.1M의 MCPM용액의 pH 값은 각각 2.5, 2.6이였으며, 이 용액에 α-TCP 지지체를 침지시키면 0.05M의 MCPM용액의 pH는 2.5에서 4로, 0.1M의 MCPM용액의 pH는 2.6에서 3.5로 3시간에 걸쳐 서서히 상승하였으며 이후에는 큰 변화를 보이지 않았다.

이 결과를 통해 지지체를 침지시킨 직후부터 산-염기반응에 의하여 시멘트반응이 일어나며 3시간 이후에는 MCPM이 모두 소모되므로 큰 변화가 없는 것임을 확인하였다.

< 실험예 2> α-TCP 지지체 침지 후 시멘트반응에 의한 상변화 평가 1

상기 실시예 1에 따른 제조과정(0.05M의 MCPM용액 사용)에서 시멘트반응에 따른 결정상의 변화를 검증하기 위하여 XRD(X-선회절 분석법, X-ray Diffraction Spectroscopy)를 사용하여 이를 관찰하였다.

건조된 분말의 상 조성은 36 kV의 조작된 전압에서 분말 회절분석법(Cu Kα1 radiation) 인 XRD(DMAX-2200, Rigaku)로 관찰하였다. 측정은 5-55 °의 2θ 각도 범위에서 이루어졌다.

그 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2에 나타난 바와 같이, 30분 침지후 DCPD(dicalcium phosphate dehydrate)형성을 나타내는 피크가 11.62°를 포함하여 강하게 검출되었으며, 3시간 이후부터는 큰 변화가 확인되지 않았다. 즉, 침지 직후에서 3시간까지는 일반적이지 않은 α-TCP상에서 DCPD로의 상변화가 일어남을 확인하였다.

또한, 3시간 이후부터는 CDHA(Calcium deficient hydroxyapatite)생성을 나타내는 피크가 32°를 중심으로 형성되기 시작하여 16시간까지 지속되었고, 시간에 따라 α-TCP상을 나타내는 피크는 약해져 사라지는 것을 확인하였다.

이로부터, 도 3에 나타낸 바와 같이 해당 반응에서 α-TCP 지지체 침지 후 DCPD가 형성되고, 그 이후에는 CDHA상으로 상전이하여 16시간 후 반응이 완료되는 것을 알 수 있다.

< 실험예 3> α-TCP 지지체 침지 후 시멘트반응에 의한 상변화 평가 2

실시예 1의 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체를 대상으로 실험을 수행하는 대신, 실시예 2의 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체를 대상으로 실험을 수행하는 것을 제외하고, 상기 실험예 2와 동일한 과정을 통해 상변화를 평가하였다. 그 결과를 도 4에 나타내었다.

도 4에 나타난 바와 같이, 지지체의 침지 후 DCPD(dicalcium phosphate dehydrate)형성을 나타내는 피크가 강하게 검출되었다.

다만, 0.05M의 MCPM의 용액으로 경화시킨 실시예 1과 비교하여 CDHA가 형성되는 시작 시간이 5시간 이후로 늦어졌으며, 시간의 경과에 따라 DCPD의 피크가 샤프해지는 경향을 보였다.

< 실험예 4> 지지체 기둥의 단면관찰 및 분석

상기 실시예 1에서 제조한 지지체를 이루는 기둥의 단면을 SEM(scanning electron microscope) 및 EDX(Energy-dispersive X-ray spectroscopy)를 통해 관찰 및 분석하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5에 나타난 바와 같이, 외부는 판상형의 결정으로 이루어져 있었고, 내부는 작은 결정으로 이루어져 있는 것을 확인하였다. 또한, 각 부분의 EDX결과, 내부는 Ca/P=1.5-1.67로 CDHA 혹은 HA로 구성되어 있고 외부는 Ca/P=1.0으로 DCPD로 구성되어 있음을 확인하였다.

< 실험예 5> PBS로 경화시킨 지지체와 MCPM으로 경화시킨 지지체의 구조 비교

PBS로 경화시킨 지지체에 해당하는 비교예 1과, MCPM으로 경화시킨 지지체에 해당하는 실시예 1 및 2의 형상을 아래와 같은 실험을 통해 비교하였다.

보다 구체적으로, 건조된 분말의 상조성은 36 kV의 조작된 전압에서 분말 회절분석법(Cu Kα1 radiation) 인 XRD(DMAX-2200, Rigaku)로 관찰하였다. 측정은 5-55 °의 2θ 각도 범위에서 이루어 졌다. 구조적 특성은 1-5의 kV의 가속 전압에서 field emission scanning electron microscopy (FE-SEM; JEOL-5800)를 사용하여 관찰하였다. 그 결과를 도 6 및 도 7에 나타내었다.

도 6 및 도 7에 나타난 바와 같이, PBS 용액을 사용하여 침지시킨 경우에 내부와 외부가 모두 CDHA로 형성되어 있음을 확인할 수 있고, MCPM 용액을 사용하여 침지시킨 경우에 내부는 CDHA로, 외부는 특이하게 DCPD로 구성되는 것으로 나타났다.

< 실험예 6> MCPM 농도에 따른 지지체의 구조비교

상기 실시예 1(0.05M의 MCPM용액사용) 및 실시예 2(0.1M의 MCPM용액사용)의 제조방법에 따른 지지체의 구조를 SEM을 통해 관찰하였다. 그 결과를 도 8에 나타내었다.

도 8에 나타난 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2는 전체적으로 내부 외부가 2종의 상을 갖은 코어-쉘 구조인 것에는 큰 차이가 없었다.

다만, 0.1M의 MCPM용액을 사용한 실시예 2의 지지체와 비교하여 0.05M의 MCPM의 용액에서 반응시킨 실시예 1의 지지체 표면이 더 큰 크기의 DCPD로 구성되고 그 구성밀도는 더 낮은 것으로 나타났다.

< 실험예 7> PBS로 경화시킨 지지체와 MCPM으로 경화시킨 지지체의 기계적 물성 비교

PBS로 경화시킨 지지체와 MCPM으로 경화시킨 지지체의 기계적 물성을 비교하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.

압축률과 강도는 1mm / min의 cross-head rate (RB Model 302 ML^TM,R&B,Korea) 에서 2kN load cell 축성 시험기를 사용하여 측정 하였다.(n=5).

그 결과를 도 9에 나타내었다.

도 9에 나타난 바와 같이, 이종의 인산칼슘결정상을 갖는 코어-쉘 구조 지지체는 PBS에서 반응시킨 CDHA상보다 기계적 물성이 떨어졌으나, 지지체로 사용하기에 충분한 높은 기계적 물성(압축강도~15 MPa)을 나타내었다.

< 실험예 8> PBS로 경화시킨 지지체와 MCPM으로 경화시킨 지지체의 생분해성 비교

PBS로 경화시킨 지지체와 MCPM으로 경화시킨 지지체의 생분해성을 비교하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.

37 ℃, PBS (PH 7.4) 조건에서 균일한 크기의 지지체를 사용하여 실험을 수행하였다. 5일간격으로 지지체 샘플들을 수집하고, DI water에서 세척한 다음 상온에서 2일 동안 건조하였다. 모든 구간에서 PBS는 새로운 용액으로 대체되었다.

그 결과를 도 10에 나타내었다.

도 10에 나타난 바와 같이, PBS용액을 사용하여 CDHA로 구성된 지지체(비교예1)는 25일 생분해성 평가기간 동안 지지체의 무게변화가 전혀 관측되지 않는 반면, MCPM수용액에서 경화하여 CDHA/DCPD 코어-쉘 구조로 형성된 지지체(실시예 1 및 실시예 2)는 생분해가 용이하게 유도되는 것을 확인하였으며, 0.05M MCPM을 사용한 지지체(실시예1)는 약 10%, 0.1M MCPM을 사용한 지지체(실시예2)는 약 15%의 질량감소가 확인되었다.

< 실험예 9> 2종 결정상의 코어-쉘 구조 형성 제법의 유의성 평가

본 발명에 따른 실시예 1, 비교예 2 및 비교예 3에서 제조되는 지지체의 구조를 아래 실험과정을 통해 비교분석하였다.

그 결과를 도 11에 나타내었다.

도 11에 나타난 바와 같이, 실시예 1은 코어는 CDHA, 쉘은 DCPD로 구성되는 반면; 비교예 2는 DCPA(Dicalcium phosphate anhydrous)와 DCPD가 단순 혼합된 구조로 구성되고, 비교예 3은 DCPA로 이루어진 구조를 형성하였다.

이로부터, 본 발명에 따른 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체는 α-TCP 구조체를 먼저 제작한 후 이를 MCPM을 포함하는 경화액에 침지시켜 경화시킬 경우에만 용이하게 제조되는 것으로 나타났다.

Claims

칼슘결핍 하이드록시아파타이트(calcium deficient hydroxyapatite, CDHA)를 포함하는 코어(Core); 및
상기 코어 표면에 구비되어 상기 코어를 둘러싸는 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트(dicalcium phosphate dihydrate, DCPD)를 포함하는 쉘(Shell);을 포함하는, 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체.
제1항에 있어서,
상기 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체는,
α-TCP(α-Tricalcium phosphate) 성형체를 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)에 침지하여 경화를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체.
제2항에 있어서,
상기 칼슘결핍 하이드록시아파타이트(calcium deficient hydroxyapatite, CDHA)는, 상기 α-TCP(α-Tricalcium phosphate) 성형체의 수화반응을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체.
제2항에 있어서,
상기 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트(dicalcium phosphate dihydrate, DCPD)는 α-TCP(α-Tricalcium phosphate) 성형체 표면과 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)의 반응을 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체.
α-TCP(α-Tricalcium phosphate)를 포함하는 페이스트를 준비하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 준비한 페이스트를 성형하여 성형체를 얻는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 얻은 성형체를, MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)을 포함하는 경화액에 침지하여 시멘트 반응을 유도하는 단계(단계 3);를 포함하는 제1항의 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 페이스트는 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스(hydroxypropyl methyl cellulose), 젤라틴, 콜라겐, 알지네이트 및 키토산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 점증제; 및
메탄올, 에탄올, 프로판올 및 부탄올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 알코올 수용액을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)을 포함하는 경화액의 pH 값은 1.5 내지 4.0 범위인 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)을 포함하는 경화액의 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)농도는 0.01 내지 0.5 M인 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 단계 3의 침지는 0.5 내지 24시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 단계 3에서 성형체 표면은 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)과 반응하여 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트(dicalcium phosphate dihydrate, DCPD)로 상 변화하는 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)의 소모로 인해 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트(dicalcium phosphate dihydrate, DCPD)로의 상 변화가 완료되면,
성형체 내부는 물(H₂O)과 수화반응하여 칼슘결핍 하이드록시아파타이트(calcium deficient hydroxyapatite, CDHA)로 상 변화하는 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 제조방법은 10℃ 내지 50℃ 온도범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법.