KR102110860B1 - 다공질 복합체, 골 재생 재료, 및 다공질 복합체의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

종래보다도 압축 강도가 우수한 OCP와 콜라겐을 포함하는 다공질 복합체, 그것을 포함하는 골 재생 재료, 및 다공질 복합체의 제조 방법을 제공한다. 제8 인산칼슘과 콜라겐을 포함하고, 수은 포로시미터로의 측정에 의한 기공 직경이 5 내지 40㎛이고, 200㎛ 이하인 기공 전체에 있어서의 71 내지 200㎛인 기공의 비율이 8% 이하인 것을 특징으로 하는 다공질 복합체.

Description

다공질 복합체, 골 재생 재료, 및 다공질 복합체의 제조 방법 {POROUS COMPOSITE BODY, BONE REGENERATION MATERIAL, AND METHOD FOR PRODUCING POROUS COMPOSITE BODY}

본 발명은 다공질 복합체, 골 재생 재료, 및 다공질 복합체의 제조 방법에 관한 것이다.

종래부터 사용되고 있는 골 재생 재료로서는 히드록시아파타이트(HA) 등의 인산칼슘이 알려져 있다(예를 들어 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2010-273847호 공보, 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2003-260124호 공보, 특허문헌 4: 일본 특허 공개 제2009-132601호 공보, 특허문헌 5: 일본 특허 공개 제2005-279078호 공보 참조).

근년, HA의 전구 물질인 제8 인산칼슘(Octacalcium phosphate, 이하, 「OCP」라 함)은, HA나 β-제3 인산칼슘(β-TCP) 등의 다른 인산칼슘에 비하여 골 재생의 촉진 작용이 높고 생체 내에서의 흡수성도 높은 것이 알려지게 되었다(예를 들어 특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2006-167445호 공보 참조). 이와 같이 OCP는 인산칼슘 중에서도 골 재생 재료로서 특히 우수한 특성을 갖고 있다.

그러나 OCP는 무기물이기 때문에 형상 부여성이 부족하다. 이 때문에 OCP 단독으로는 광범위한 골 결손부의 재생 등으로의 적용은 어렵다. 그래서 OCP와 콜라겐의 복합체를 골 재생 재료로서 사용하는 것이 제안되고 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).

일본 특허 공개 제2006-167445호 공보 일본 특허 공개 제2010-273847호 공보 일본 특허 공개 제2003-260124호 공보 일본 특허 공개 제2009-132601호 공보 일본 특허 공개 제2005-279078호 공보

골 재생 재료는 일반적으로 부정형의 골 결손에 적용된다. 골 재생 재료에는 골 재생 촉진능은 물론, 체내 등으로의 적용시에 있어서의 양호한 조작성이 요구된다. 그러나 골 재생 재료에 사용되는 OCP와 콜라겐의 복합체는, 골 재생을 위한 골아세포의 지지체로서 기능하기 위하여 다공질체일 필요가 있다. 이러한 다공질 복합체는 일반적으로 압축 강도가 낮아 취급 시에 파손 등이 발생하기 쉽기 때문에, 조작성이 나쁘다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 종래보다도 압축 강도가 우수한 OCP와 콜라겐을 포함하는 다공질 복합체, 그것을 포함하는 골 재생 재료, 및 다공질 복합체의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

다공질 복합체를 포함하는 골 재생 재료는, 다공질체 구조에 의하여 다공질 내부로 골아세포가 진입하여, 신생 골의 형성을 촉진하는 내부 골 형성을 실현하고 있다. 골아세포가 진입하기 위해서는 일정한 구멍 직경이 필요하며, 일반적으로 큰 구멍 직경을 가질수록 다공질 내부로 골아세포가 진입하기 쉬워진다. 한편, 발명자들은, 구멍 직경이 커지면 다공질 복합체 자체의 강도가 약해지는 것을 알아내었다. 그래서 발명자들이 예의 검토한 결과, 다공질 복합체가 일정한 구멍 직경을 가짐으로써 내부로 골아세포가 진입하기 쉬워, 골 재생의 지지체로서 유효하게 기능함과 함께, 적당한 강도를 가져 임상 수술 등의 시에 취급하기 쉬워, 조작성이 우수한 다공질 복합체를 알아내었다. 본 발명은 이하로 대표되는 발명을 제공한다.

(1) 제8 인산칼슘과 콜라겐을 포함하고, 수은 포로시미터로의 측정에 의한 기공 직경이 5 내지 40㎛이고, 200㎛ 이하인 기공 전체에 있어서의 71 내지 200㎛인 기공의 비율이 8% 이하인 것을 특징으로 하는 다공질 복합체.

(2) (1)에 기재된 다공질 복합체를 포함하는 골 재생 재료.

(3) 제8 인산칼슘과 콜라겐을 포함하는 다공질 복합체의 제조 방법이며,

제8 인산칼슘과 콜라겐을 포함하는 겔, 졸 또는 액체를 액체 냉매에 침지하고 동결하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다공질 복합체의 제조 방법.

(4) (3)에 기재된 제조 방법에 의하여 얻어지는, 제8 인산칼슘과 콜라겐을 포함하는 다공질 복합체.

본 발명에 의하면, 종래보다도 압축 강도가 우수한 OCP와 콜라겐을 포함하는 다공질 복합체, 그것을 포함하는 골 재생 재료, 및 다공질 복합체의 제조 방법을 제공할 수 있다. 본 발명의 다공질 복합체는, 소정의 기공 직경을 가짐으로써 골아세포가 내부로 진입하여 골 재생을 촉진한다. 또한 적당한 압축 강도를 가짐으로써, 수술 등의 시에 핀셋 등으로 골 결손부의 형상에 맞추어 절단 등의 가공을 용이하게 할 수 있고, 또한 취급 시에 파손 등이 발생하기 어렵다는 우수한 효과를 갖는다.

도 1은 실시예 1에 따른 기공 직경 측정에 있어서의 세공 분포 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 2는 압축 강도의 측정 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 실시예 1에서 제작한 다공질 복합체의 단면을 SEM으로 촬영한 확대 사진이다.
도 4는 비교예 1에서 제작한 다공질 복합체의 단면을 SEM으로 촬영한 확대 사진이다.
도 5는 실시예 1과 비교예 1의 기공 직경 측정에 있어서의 세공 분포 곡선의 비교를 나타내는 그래프이다.

[다공질 복합체]

본 발명의 다공질 복합체는 제8 인산칼슘과 콜라겐을 포함하는 다공질의 복합체(OCP/콜라겐 복합체)이다. 본 발명의 다공질 복합체의 바람직한 태양은, 콜라겐이 섬유상 또는 필름상으로서 3차원으로 랜덤으로 존재하는 스펀지상 구조를 형성하고, OCP가 해당 스펀지상 구조 중에 과립으로서 존재하고 있는 다공질 복합체이다.

OCP(Ca₈H₂(PO₄)₆·5H₂O)는 다양한 공지된 방법에 의하여 조제할 수 있으며, 예를 들어 LeGeros의 적하법(LeGeros RZ, Calcif Tissue Int 37: 194-197, 1985)이나, 일본 특허 공개 평5-070113호 공보에 개시된 합성 장치(3류관)를 사용한 방법 등에 의하여 조제할 수 있다. 또한 혼합법에 의하여 조제할 수 있으며, 구체적으로는, 예를 들어 인산2수소나트륨 수용액과 아세트산칼슘 수용액을 적절한 조건 하에서 혼합하고, 생성된 침전물을 회수함으로써 OCP를 얻을 수 있다. 침전물로부터 얻어진 OCP는 건조시키고 전동 밀 등을 사용하여 분쇄하여, 입자상의 분체로 하여 사용하는 것이 바람직하다. 입경은 10 내지 1000㎛의 범위인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 300 내지 500㎛로 조제하는 것이 바람직하다.

콜라겐으로서는, 그의 유래, 성상 등은 특별히 한정되지 않으며, 다양한 콜라겐을 사용할 수 있다. 바람직하게는 단백 분해 효소(예를 들어 펩신, 프로나아제 등)로 가용화함으로써 얻어지며, 텔로펩티드가 제거되어 있는 효소 가용화 콜라겐이 사용된다. 콜라겐의 타입으로서는 섬유성 콜라겐인 Ⅰ형, Ⅱ형, Ⅲ형 및 Ⅳ형 콜라겐이 바람직하고, 생체 내에 대량으로 포함되는 Ⅰ형 콜라겐, 또는 Ⅰ형 및 Ⅲ형 콜라겐의 혼합물이 특히 바람직하다. 원료로서는 특별히 한정되지 않지만, 돼지, 소 등의 피부, 골, 힘줄 등에서 유래한 콜라겐을 바람직하게 사용할 수 있다. 콜라겐은 생체에서 유래한 성분이므로 안전성이 높다는 특징을 가지며, 특히 효소 가용화 콜라겐은 알레르겐성도 낮아 바람직하다. 상기 콜라겐으로서는 시판 중인 제품을 사용해도 된다.

본 발명의 다공질 복합체에 있어서, OCP와 콜라겐의 배합비는, 원하는 형상 부여성, 조작성, 생체 친화성 등에 따라 적절히 조정할 수 있다. 콜라겐 1중량부에 대한 OCP의 배합비는 바람직하게는 0.5 내지 35중량부, 보다 바람직하게는 1 내지 20중량부, 더욱 바람직하게는 2 내지 10중량부이다. 콜라겐 1에 대하여 OCP가 0.5 미만이면, 얻어진 복합체의 골 재생 기능이 떨어질 우려가 있고, 또한 35를 초과하면 형상 부여성이 저하될 우려가 있다.

본 발명의 다공질 복합체의 기공 직경은 5 내지 40㎛인 것이 바람직하다. 기공 직경이 40㎛를 초과하는 경우, 다공질 복합체의 압축 강도가 0.3㎫ 미만으로 저하되는 경향이 있다. 한편, 기공 직경이 5㎛ 미만인 경우, 골아세포 등의 골 대사계 세포의 침입이 일어나기 어려워져 골 재생의 촉진 작용이 저하될 우려가 있다.

본 발명의 다공질 복합체의 기공 직경은 보다 바람직하게는 7 내지 36㎛이고, 더욱 바람직하게는 10 내지 20㎛이다.

기공 직경은 수은 포로시미터(Mercury porosimeter)에 의한 세공 분포 측정을 이용하여 측정하며, 구체적으로는 이하의 방법에 의하여 측정된다.

(기공 직경 측정)

전처리로서 샘플을 120℃에서 4시간 항온 건조한다. 전처리 후의 각 샘플에 대하여, 이하의 측정 장치를 사용한 수은 압입법에 의하여 이하의 조건에서 세공 직경 0.0018 내지 200㎛의 세공 분포를 구한다.

측정 장치: 오토포어 Ⅳ9520(micromeritics사 제조)

측정 조건: 샘플과 수은의 접촉각: 140deg

수은의 표면 장력: 0.48N/m(1dyne=10^-5N으로 환산)

본 발명에 있어서의 기공 직경이란, 수은 압입법에 의한 측정 압력으로부터 얻어진 세공 분포 곡선에 있어서, 가장 큰 면적을 갖는 피크의 극댓값을 나타내는 세공 직경의 값이다.

나아가 본 발명의 다공질 복합체는, 상기 수은 압입법에 의하여 측정된 세공 분포에 있어서, 200㎛ 이하인 기공 전체에서 차지하는 71 내지 200㎛의 크기인 기공의 비율이 8% 이하인 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 3 내지 8%이다.

기공 비율은, 수은 포로시미터에 의하여 측정된 누적 세공 용적 및 전체 세공 용적을 이용하여 하기 식으로 표시된다.

기공 비율(%)=누적 세공 용적/전체 세공 용적×100

본 발명의 다공질 복합체는 기공의 분포가 비교적 좁아, 보다 균일한 기공 직경을 갖는 것을 의미하고 있다. 이것에 의하여, 다공질 복합체 전체에 걸쳐 균질한 세포 지지체를 제공할 수 있음과 함께, 균일한 구조적 특성을 부여할 수 있다. 종래, 보다 균일한 세공을 실현하는 것은 곤란하였다. 예를 들어 TANUMA Y. 등 (TISUUE ENGINEERING: Part A, Volume 18, Numbers 5 and 6, 2012)에는, OCP와 콜라겐을 포함하는 복합체이며, 기공 직경이 30㎛ 이하인 복합체가 기재되어 있다. 그러나 본 발명자들이 TANUMA Y. 등에 기재된 세공 분포 곡선을 해석한 결과, 기공 전체에서 차지하는 71㎛ 이상인 기공 직경의 비율은 약 9 내지 15%이며, 세공 분포가 넓어, 큰 기공 직경이 비교적 많이 존재하고 있다.

본 발명의 다공질 복합체는 상기 범위의 기공 직경을 가짐으로써, 압축 강도가 우수하다. 다공질 복합체의 압축 강도는 바람직하게는 0.3㎫ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.3㎫ 이상 3.0㎫ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.3㎫ 이상 1.0㎫ 이하이다. 압축 강도가 0.3㎫ 미만인 경우, 다공질 복합체의 조작성이 저하되는 경향이 있다. 즉, 본 발명의 다공질 복합체를 골 결손부에 충전할 때, 상기 복합체가 붕괴되어 버리거나 기공이 압궤되어 버리거나 하면, 그 후의 골 재생에 악영향을 주게 된다. 구체적으로는, 다양한 형상을 갖는 골 결손부에 의사가 지그를 사용하여 다공질 복합체를 빈틈없이 충전하는 시술을 행할 때, 상기 복합체의 붕괴나 기공 압궤가 발생하지 않는 것을 나타내는 지표가 압축 강도 0.3㎫ 이상이다. 상한은 특별히 정해지는 것은 아니지만, 골 결손부로의 충전 시의 조작 용이성의 관점에서 3.0㎫ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서의 압축 강도는 하기 방법에 의하여 측정된다.

(압축 강도 측정)

온도: 25℃, 습도: 65%의 환경 하, 직경 9.0㎜, 높이 15㎜의 원기둥상 시료(샘플)를 인산 완충 생리 식염수(10mM 인산나트륨, 0.14M 염화나트륨, pH 7.4)에 30분간 침지한다. 그 후, 샘플 표면의 물기를 살짝 닦아 내고, 인장·압축 시험기(로드 셀 용량: 1kN)를 사용하여 원기둥의 상하 방향으로 단축 하중을 부하한다. 그리고 단계적으로 하중을 변화시켰을 때 샘플이 붕괴되는 최소 하중을 붕괴 시 하중으로 한다. 「샘플의 붕괴를 인지하였다」는 것은, 시료를 눈으로 보아 관찰했을 때 명확한 균열 또는 박리가 발생하고 있는 것이 확인된 것을 의미한다. 눈으로 보는 것은 육안 관찰로 행할 수 있으며, 육안 관찰이 곤란한 경우에는 비디오 카메라 등으로 확대 촬영하고 모니터에서 눈으로 보아 관찰하는 방법을 이용할 수도 있다.

구체적으로는, 도 2를 참조하여 샘플(1)을 시료대(21)에 세팅한 후, 크로스헤드(가압 지그)(22)를 10㎜/min의 속도로 내리고, 로드 셀이 2.5N을 나타냈을 때 크로스헤드(22)를 정지시켜 하중을 해제한다. 시료대의 샘플을 관찰하여, 붕괴되어 있지 않으면 그 샘플을 시료대로 복귀시켜 다시 세팅하고, 마찬가지로 로드 셀이 5N을 나타내기까지 크로스헤드를 내린다. 하중을 2.5N씩 증가시켜 이 조작을 반복하여, 처음으로 샘플의 붕괴를 인지할 때의 하중을 붕괴 시 하중으로 한다.

본 발명에 있어서의 압축 강도는, 상기 붕괴 시 하중과 샘플의 단면적(원기둥의 두께 방향에 수직인 단면에 있어서의 단면적)으로부터 식 1로 표시된다.

Cs=F/S … (식 1)

Cs: 압축 강도(㎩)

F: 붕괴 시 하중(N)

S: 샘플의 단면적(㎡)

다공질 복합체의 기공률(공극률)은 80 내지 98%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 85 내지 95%이다. 더욱 바람직하게는 85 내지 90%이다. 기공률은 수은 압입법에 의한 전체 세공 용적과 겉보기 밀도를 이용하여 하기 식 2에 의하여 구해진다.

기공률(%)=전체 세공 용적/{(1/겉보기 밀도)+전체 세공 용적}×100 (식 2)

본 발명의 다공질 복합체의 형상은 직육면체(블록체), 원통체 혹은 타블렛상, 또는 과립인 것이 바람직하다. 직육면체인 경우의 크기는 5㎜×5㎜×5㎜ 이상의 크기가 바람직하고, 일반적으로 상한은 100㎜×100㎜×100㎜ 이내의 범위인 것이 바람직하다. 직육면체는 입방체에 한정되지 않는다. 원통상인 경우의 크기는, 직경이 5 내지 50㎜인 것이 바람직하고 높이는 1 내지 50㎜의 범위인 것이 바람직하다. 과립상인 경우, 형상은 구체에 한정되지 않으며 부정형이어도 되는데, 직경이 0.1 내지 10㎜인 것이 바람직하다.

본 발명의 다공질 복합체는 골 결손부에 보전함으로써 사용되는데, 골 결손부에 충분한 혈액 혹은 체액이 인정되는 경우에는 다공질 복합체를 그대로, 또는 적당한 형상으로 절단하여 보전할 수 있다. 골 결손부에 충분한 혈액 등이 인정되지 않거나 또는 다공질 복합체를 원래의 형상으로 보전할 수 없는 경우에는 다공질 복합체를 혈액 또는 생리 식염수 등에 침지하고, 다공질 복합체가 스펀지상의 탄력성을 나타내는 것을 확인한 후에 골 결손부에 보전할 수 있다.

[다공질 복합체의 제조 방법]

본 발명의 다공질 복합체의 제조 방법은 OCP와 콜라겐을 혼합하는 제조 방법이 바람직하며, 하기와 같은 제조 방법을 이용할 수 있다.

(a) OCP와 콜라겐을 혼합하여 복합화하는 방법

먼저, 농도, pH 등이 겔화될 수 있는 범위로 조정된 콜라겐 용액에 OCP를 첨가하고, 충분히 혼련하여 OCP와 콜라겐의 혼합물을 제작한다. 이어서, 당해 혼합물을 적당한 틀에 넣어 성형하여 동결하고, 동결 건조함으로써 복합체를 얻는다. 얻어진 당해 복합체는 열 탈수 가교 처리를 실시하고, 나아가 관용의 멸균법(예를 들어 γ선 조사, 전자선 조사, 에틸렌옥사이드 가스 등)에 의하여 멸균한다.

(b) OCP 현탁액을 혼합하여 복합화하는 방법

적당한 농도의 콜라겐 산성 용액을 적당한 완충액(예를 들어 인산 완충액, 트리스 완충액, 아세트산나트륨 완충액 등)으로 무균적으로 pH 5.5 내지 7.5로 조정하고, 콜라겐이 겔화되기 전에 OCP를 첨가하여 콜라겐과 OCP의 현탁액을 조제한다. 그 후, pH를 중성 내지 약알칼리성으로 유지한 상태에서 틀에 유입시켜 형상을 부여한 후 적당한 온도(예를 들어 37℃)에서 겔화시키고, 물 세정을 반복하여 완충액의 염 등을 제거하여 복합 담체로 하고, 상기와 마찬가지로 동결 건조 및 멸균 처리한다.

(c) OCP를 콜라겐에 석출시켜 복합화하는 방법

적당한 농도의 콜라겐 산성 용액을 적당한 완충액(예를 들어 인산 완충액, 트리스 완충액, 아세트산나트륨 완충액 등)으로 무균적으로 pH를 5.5 내지 7.5로 조정하고, 콜라겐이 겔화되기 전에 칼슘 용액 및 인산 용액을 첨가하여 콜라겐 상에 OCP를 석출시킨다. 그 후, pH를 중성 내지 약알칼리성으로 유지한 시점에서 틀에 유입시켜 형상을 부여한 후 적당한 온도(예를 들어 37℃)에서 겔화시킨 후, 물 세정을 반복하여 완충액 등의 염을 제거하여 복합 담체로 하고, 상기와 마찬가지로 동결 건조 및 멸균 처리한다.

또한 OCP의 석출은, Ca^{2 +}, PO₄ ^3-, pH 등에 의하여 결정되는 과포화도(이온곱/용해도곱)에 기초한다. 이 때문에, OCP에 대하여 과포화가 되는 조건에서 Ca^{2 +} 용액 및 PO₄ ^3- 용액을, pH를 조절한 콜라겐 용액에 부어 OCP를 석출시킬 수 있다. OCP는 콜라겐 간극에 자발적으로 석출되거나, 또는 콜라겐 섬유의 표면을 핵으로 하여 석출된다.

본 발명의 다공질 복합체의 제조 방법은, 제8 인산칼슘과 콜라겐을 포함하는 겔, 졸 또는 액체를 액체 냉매에 침지하고 동결한 후, 동결 건조하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 「겔, 졸 또는 액체를 액체 냉매에 침지하고 동결한다」는 것은, 예를 들어 겔, 졸 또는 액체가 수용된 용기를 밀폐한 후에 해당 용기를 액체 냉매에 침지하고 겔, 졸 또는 액체를 동결시키는 태양도 포함하고 있다.

액체 냉매는, 제8 인산칼슘과 콜라겐을 포함하는 겔, 졸 또는 액체의 동결 온도보다 낮은 온도의 액체이며, 예를 들어 메탄올, 에탄올, 아세톤, 아세토니트릴, 액체 질소를 들 수 있다. 해당 액체 냉매의 온도는 바람직하게는 -20℃ 이하이고, 보다 바람직하게는 -40℃ 이하이고, 더욱 바람직하게는 -80℃ 이하이다.

제8 인산칼슘과 콜라겐을 포함하는 겔, 졸 또는 액체를 액체 냉매에 침지하는 것에 의하여 급속히 동결시킴으로써, 얻어지는 다공질 복합체의 기공 직경을 작게 할 수 있다고 생각된다. 종래, -20℃의 냉동고나 -80℃의 초저온 냉동고에서 동결하는 방법이 널리 알려져 왔다. 본 발명은, 액체 냉매를 사용함으로써, -196℃의 액체 질소뿐만 아니라 -40℃나 -80℃ 등의 비교적 높은 온도에서도 제작할 수 있는 것이 특징의 하나이며, 기공 직경의 크기가 온도에만 의존하지 않는 것을 알아낸 점에서 우수한 효과를 갖는다.

본 발명의 다공질 복합체는 열처리가 실시되어 있는 것이 바람직하다. 열처리에 의하여 OCP 분자 구조의 일부가 붕괴되어 골 형성계 세포의 침입이 일어나기 쉬워져 골 재생이 촉진됨과 함께, 콜라겐이 가교되어 형상 유지력이 향상된다.

열처리의 온도는 바람직하게는 50 내지 200℃, 보다 바람직하게는 60 내지 180℃이다. 또한 열처리는 감압 조건 하에서 행하는 것이 바람직하다. 압력은 바람직하게는 0 내지 3000㎩, 보다 바람직하게는 0 내지 300㎩이다. 열처리의 처리 시간은 바람직하게는 0.1 내지 10일, 보다 바람직하게는 0.5 내지 5일이다.

[골 재생 재료]

본 발명은 나아가 상기 다공질 복합체를 포함하는 골 재생 재료에 관한 것이다. 골 재생 재료는 치과 구강 외과 영역, 정형 외과 영역에 있어서의 골 결손 수복, 개두 또는 개흉 수술 후의 골 결손 수복 등에 사용할 수 있다. 예를 들어 치과 구강 외과 영역에 있어서는, 치주병, 낭포강, 위축 치조제, 악열부, 발치와 등에 의하여 발생한 골 결손에 대하여, 다공질 복합체를 포함하는 골 재생 재료를 보전함으로써, 수 주 내지 수 개월 후에는 우수한 골 재생 효과를 확인할 수 있다. 정형 외과 영역에 있어서는, 예를 들어 골종양 절제 후의 골 결손, 골절 등 외상에 의하여 발생한 골 결손에 대하여, 본골 재생 재료를 골 결손부에 보전하여 골 재생을 촉진할 수 있다.

골 재생 재료는 OCP 및 콜라겐 외에, 예를 들어 골 형성능을 갖는 사이토카인(bone morphogenetic protein-2, transforming growth factor β1 등)을 함유하고 있어도 되며, 이러한 사이토카인을 함유시킴으로써 골 재생 속도를 빠르게 할 수 있다.

골 재생 재료는 그 이외에도, 이 분야에서 관용의 배합 성분을 포함시킬 수 있다. 이러한 배합 성분으로서는, 예를 들어 생체 흡수성 고분자(폴리글리콜산, 폴리락트산, 폴리락트산-폴리에틸렌글리콜 공중합체 등), OCP 이외의 생체 흡수성 인산칼슘(β-TCP 등)을 들 수 있다.

실시예

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

(1) OCP의 조제

먼저, OCP조제용의 1액 및 2액을 다음과 같이 조제하였다.

[1액] 인산2수소나트륨 2수화물 31.2g을 증류수 2500g에 용해시켜 1액을 조제하였다.

[2액] 아세트산칼슘 1수화물 35.2g을 증류수 2500g에 용해시켜 2액을 조제하였다.

다음으로, 1액을 세퍼러블 플라스크에 넣고 맨틀 히터에서 70℃로 승온하였다. 다음으로, 교반기(도쿄 리카 기카이사 제조, MAZELA Z)에 교반 날개(날개 직경 12㎝)를 설치하고 250rpm의 속도로 교반하면서 1액에 대하여 2액을 약 28mL/min의 속도로 적하하였다. 적하 종료 후, 1액과 2액의 혼합액을 70℃, 250rpm으로 2시간 더 교반하였다.

다음으로, 상기 혼합액 중에 생성된 침전물을 멤브레인 필터(구멍 직경 3㎛, 애드반텍 도요사 제조, A300A293C)를 사용하여 여과하고 회수하였다. 회수한 침전물을 증류수 1500mL에 분산시키고 15분간 교반하여 세정하였다. 마찬가지의 여과, 세정의 공정을 3회 더 반복하였다.

다음으로, 세정 후의 침전물을, 항온 건조기를 사용하여 30℃에서 24시간 건조시켰다. 건조 후의 침전물을 전동 밀로 분쇄한 후, 체를 사용하여 입경을 300 내지 500㎛로 분급하여 분체를 얻었다. 마지막으로, 얻어진 분체에 대하여 120℃에서 2시간의 건열 멸균을 행하였다.

(2) OCP/콜라겐 복합체(다공질 복합체)의 조제

Ⅰ형 및 Ⅲ형 콜라겐을 포함하는 돼지 진피 유래 콜라겐(닛폰 햄사 제조, NMP 콜라겐 PS) 1중량부를, 4℃로 냉각한 증류수 200중량부에 용해시켜, 약 0.5중량%의 콜라겐 용액을 얻었다. 액온을 4℃로 유지하면서 콜라겐 수용액에 수산화나트륨 수용액을 첨가하여, pH를 약 7.4로 조정하여 콜라겐 현탁액을 얻었다. 이어서, 콜라겐 현탁액에 OCP(입경 300 내지 500㎛)를 콜라겐과 OCP가 중량비로 77:23이 되도록 첨가한 후, 실온에서 더 교반하여 OCP/콜라겐 현탁액을 얻었다.

다음으로, 얻어진 OCP/콜라겐 현탁액을 원심병에 넣고, 원심 분리기(토미 세이코사 제조, GRX-250)를 사용하여 7000×g의 원심력으로 20분간 원심하였다. 이어서, OCP/콜라겐 현탁액 중의 콜라겐이 3중량%가 되도록 상청을 폐기한 후, 내용물을 약숟가락으로 약 2분간 혼합하여 OCP/콜라겐 복합 겔을 얻었다. 이를, 원기둥상의 내부 공간을 갖는 플라스틱 용기(내경 8.5㎜, 용적 약 3.0㎤)에 넣고, 230×g의 원심력으로 1분간 원심하여 탈포하였다.

용기를 밀폐하고, 피동결체의 용적에 대하여 대과잉의 -80℃로 냉각한 메탄올에 침지하여 급속히 동결하였다. 용기의 마개를 연 후, 동결체를 동결 건조기에 의하여 건조(-10℃, 48시간)시키고 성형하였다. 이어서, 이를 감압 하, 150℃에서 24시간 가열하여 열 탈수 가교를 행한 후, 메스로 두께 1.5㎜ 또는 15㎜로 커팅하였다. 마지막으로 전자선을 조사(15k㏉)하여 멸균을 행하였다. 이와 같이 하여 실시예 1의 다공질 복합체(OCP/콜라겐 복합체)를 얻었다.

(실시예 2, 실시예 3, 비교예 1 및 비교예 2)

실시예 2에서는, 피동결체의 동결을 -196℃의 액체 질소를 사용하여 행하였다. 실시예 3에서는, 피동결체의 동결을 -40℃로 냉각한 메탄올을 사용하여 행하였다. 비교예 1에서는, 피동결체의 동결을 -80℃로 설정한 냉동고를 사용하여 행하였다. 비교예 2에서는, 피동결체의 동결을 -20℃로 설정한 냉동고를 사용하여 행하였다.

그 이외의 점은 실시예 1과 마찬가지로 하여, 실시예 2, 실시예 3, 비교예 1 및 비교예 2의 다공질 복합체(OCP/콜라겐 복합체)를 얻었다.

(기공 직경 측정)

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 및 2에서 얻어진 직경 8.5㎜, 두께 1.5㎜의 원기둥상(타블렛상)의 샘플에 대하여, 기공 직경을 이하와 같이 하여 측정하였다.

전처리로서 샘플을 120℃에서 4시간 항온 건조시켰다. 전처리 후의 각 샘플에 대하여, 이하의 측정 장치를 사용한 수은 압입법에 의하여 이하의 조건에서 세공 직경 0.0018 내지 100㎛의 세공 분포를 구하였다. 얻어진 세공 분포 곡선을 도 1에 나타낸다.

측정 장치: 오토포어 Ⅳ9520(micromeritics사 제조)

측정 조건: 샘플과 수은의 접촉각: 140deg

수은의 표면 장력 0.48N/m (1dyne=10^-5N으로 환산)

세공 직경은 하기 Washburn의 식을 이용하여 산출하였다.

Washburn의 식: PD=-4σcosθ

P: 압력(㎩)

σ: 수은의 표면 장력(N/m)

D: 세공 직경(m)

θ: 수은과 시료의 접촉각(deg)

또한 본 발명에 있어서의 기공 직경이란, 수은 압입법에 의한 측정 압력으로부터 얻어진 세공 분포 곡선에 있어서, 가장 큰 면적을 갖는 피크의 극댓값을 나타내는 세공 직경의 값이다. 단, 도 1에 나타나는 구멍 직경 분포 곡선(Log Differential Intrusion)의 세공 직경은 반경이기 때문에, 실시예 1의 샘플 기공 직경은 7.5×2=15㎛이다.

(기공 비율)

기공 비율은, 수은 포로시미터에 의하여 측정된 누적 세공 용적 및 전체 세공 용적으로부터 하기 식을 이용하여 산출하였다.

기공 비율(%)=누적 세공 용적/전체 세공 용적×100

예를 들어 실시예 1의 경우, 71㎛를 초과하는 범위의 누적 세공 용적은 0.203m/g이고, 전체 세공 용적은 6.22mL/g이었다. 따라서 71㎛를 초과하는 기공의 비율은 0.203/6.22×100=3.2%였다.

또한 동일한 조건에서 제작한 샘플 3개에 대하여 기공 직경의 측정을 행하고 기공 직경의 평균값을 구하였다. 또한 구멍 직경(세공 직경) 분포 곡선 전체에 있어서의 71㎛ 내지 200㎛인 기공의 비율을 구하였다. 상기 실시예 및 비교예에 관한 기공 직경의 측정 결과를 표 1에 나타낸다. 또한 대표로서 실시예 1과 비교예 1의 기공 직경의 모습을 도 3 및 도 4에 도시하고, 실시예 1과 비교예 1의 구멍 직경 분포 곡선의 비교를 도 5에 나타낸다.

(압축 강도 측정)

온도: 25℃, 습도: 65%의 환경 하, 직경 9.0㎜, 높이 15㎜의 원기둥상 시료(샘플)를 인산 완충 생리 식염수(10mM 인산나트륨, 0.14M 염화나트륨, pH 7.4)에 30분간 침지하였다. 그 후, 시료 표면의 물기를 살짝 닦아 내고, 정밀 만능 시험기(오토그래프 AGS-J, 가부시키가이샤 시마즈 세이사쿠쇼 제조, 로드 셀 용량: 1kN)를 사용하여, 도 2에 도시한 바와 같이 단축 하중을 부하하였다. 그리고 단계적으로 하중을 변화시켰을 때 시료가 붕괴되는 최소 하중을 붕괴 시 하중으로 하였다.

구체적으로는, 도 2를 참조하여 샘플(1)을 시료대(21)에 세팅한 후, 크로스헤드(가압 지그)(22)를 10㎜/min의 속도로 내리고, 로드 셀이 2.5N을 나타냈을 때 크로스헤드(22)를 정지시켜 하중을 해제한다. 시료대의 샘플을 관찰하여, 붕괴되어 있지 않으면 그 샘플을 시료대로 복귀시켜 다시 세팅하고, 마찬가지로 로드 셀이 5N을 나타내기까지 크로스헤드를 내린다. 하중을 2.5N씩 증가시켜 이 조작을 반복하여, 처음으로 샘플의 붕괴를 인지할 때의 하중을 붕괴 시 하중으로 하였다. 또한 본 시험에 있어서 「샘플의 붕괴를 인지했다」는 것은, 시료를 눈으로 보아 관찰했을 때 명확한 균열 또는 박리가 발생하고 있는 것이 확인된 것을 의미한다.

본 발명에 있어서의 압축 강도는, 상기 붕괴 시 하중과 샘플의 단면적(원기둥의 두께 방향에 수직인 단면에 있어서의 단면적)으로부터 식 1로 표시된다.

Cs=F/S … (식 1)

Cs: 압축 강도(㎩)

F: 붕괴 시 하중(N)

S: 샘플의 단면적(㎡)

또한 샘플의 단면적은 약 (0.0045)²×3.14=6.36×10^-5㎡였다.

또한 동일한 조건에서 제작한 샘플 3개에 대하여 압축 강도의 측정을 행하고 압축 강도의 평균값을 구하였다. 상기 실시예 및 비교예에 관한 압축 강도의 측정 결과를 표 1에 나타낸다.

표 1에 나타나는 결과로부터, 비교예보다도 급속한 동결 방법인 액체 냉매에 침지함으로써 제작된 실시예 1 내지 3의 샘플(다공질 복합체)은 기공 직경이 5 내지 40㎛의 범위 내로 되어 있어, 비교예보다도 기공 직경이 작아져 있음을 알 수 있다. 또한 기공 직경이 5 내지 40㎛의 범위 내에 있는 실시예 1 내지 3의 샘플은 0.3㎫ 이상의 높은 압축 강도를 갖는 것을 알 수 있다.

71㎛ 이상인 기공 비율에 대해서는, 실시예 1 내지 3의 샘플은 8% 이하였던 데 반해, 비교예에서는 14% 이상이 되어 높은 비율을 나타내었다. 이 점에서, 실시예 1 내지 3의 샘플은 기공 직경의 분포가 좁아, 보다 균일한 구조적 특성을 갖고 있는 것이 나타났다. 또한 실시예 1의 기공률은 89%이고, 비교예 1의 기공률은 92%였다.

금회 개시된 실시 형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 청구범위에 의하여 나타나며, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

본 발명의 다공질 복합체 및 그것을 포함하는 골 재생 재료는, 가공 용이성과 기계적 강도를 양립시켜 우수한 조작성을 갖고, 또한 높은 골 재생능을 갖는 점에서, 주로 치과 구강 외과 영역, 정형 외과 영역에 있어서의 골 결손 수복에 유용하다.

1: 샘플
21: 시료대
22: 크로스헤드

Claims (4)

1. 제8 인산칼슘과 콜라겐을 포함하고,
   수은 포로시미터로의 측정에 의한 기공 직경이 5 내지 40㎛이고,
   200㎛ 이하인 기공 전체에 있어서 71 내지 200㎛인 기공의 비율이 8% 이하이고,
   상기 기공 직경은 수은 압입법에 의한 측정 압력으로부터 얻어진 세공 분포 곡선에 있어서, 가장 큰 면적을 갖는 피크의 극댓값을 나타내는 세공 직경의 값이고,
   압축 강도가 0.3㎫ 이상 3.0㎫ 이하인, 다공질 복합체.
2. 제1항에 기재된 다공질 복합체를 포함하는 골 재생 재료.
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