KR102222782B1 - 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물, 이의 제조방법 및 이의 용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 한천-젤란검 하이드로겔 조성물과 이를 이용한 연골 재생 및 골관절염 치료용 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연골 재생과 골관절염 치료를 위해 기존 하이드로겔보다 나은 연골세포 전달체로 사용가능하며 필러나 치료용으로 인체의 관절 부위에 직접 주입하여 사용 가능하고, 이러한 조성물을 이용한 연골 재생과 골관절염 치료 및 예방용 조성물에 관한 것이다.

Description

한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물, 이의 제조방법 및 이의 용도{Gellan gum hydrogel composition comprising agar or agarose, method of manufacuring the same and use of the same}
본 발명은 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물, 이의 제조방법 및 이의 용도에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 골관절염과 같이 손상된 연골부위에서 연골 하중을 견디기에 적합하고, 연골세포 전달체로서 역할을 하는 생체적합성 하이드로겔 조성물, 상기 생체적합성 하이드로겔 조성물의 제조방법 및 상기 생체적합성 하이드로겔 조성물을 포함하는 연골재생과 골관절염 치료 및 예방을 위한 조성물에 관한 것이다.
비교적 연골 손상이 적은 연골 염증이나 골연화증인 경우는 구강제제 복용, 심한 연골손상에는 인공연골 삽입, 자가 골연골 삽입, 자가연골세포 이식, 줄기세포 이식 등 다양한 연골 치료 방법이 사용되고 있다.
그러나, 환부에 직접 세포만을 주입할 경우, 효과가 미미하고 주입된 연골세포의 부착, 이동, 증식에 한계가 있기 때문에 지지체와 세포를 같이 주입하는 방법이 주로 사용된다. 특히, 연골세포 및 연골줄기세포 전달체로서 하이드로겔은 지속적인 치료를 가능하게 하며, 물리적으로 손상된 부분에 충전제로 활용되기도 한다.
따라서, 하이드로겔이 연골치료제로 사용되기 위해서는 생체적합하고, 연골 하중을 견디기에 충분한 강도와 피로도가 굉장히 중요하다 (비특허문헌 1).
젤란검(gellan gum)은 바이오 메디컬 분야에 많이 사용되고(특허문헌 1) 투명하며, 열과 산에 의한 안정성이 좋다. 또한 기계적 특성과 생체적합성이 우수한 특성을 갖는다 (비특허문헌 2).
하지만, 젤란검을 가교시킬 경우 주사바늘을 통과하기 힘들고 압축강도가 낮아 연골 하중을 견디기에 적합하지 않다. 즉 이용 편리성에 관련된 특성개선을 하지 않으면 보편화에 어려움을 겪을 수 밖에 없다. 또 연골세포 증식에서도 다른 하이드로겔에 비하여 낮은 특성을 갖는다.
따라서, 상기와 같은 연골세포 전달체로서의 젤란검의 이용가능성을 개선시켜, 연골세포 증식률을 향상시키고 기계적 물성 개선을 하기 위한 방안 모색이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0091717호
Osteoarthritis and Cartilage, 14, 13-29 (2006) Acta Biomater, 10(8):3650-63 (2014)
본 발명의 목적은 한천 또는 아가로오스를 이용하여 물성, 세포친화력, 가교제 없는 하이드로겔을 제조함으로써, 연골세포 전달체로써 기능을 개선시킬 수 있는 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 한천 또는 아가로오스를 이용하여 물성, 세포친화력, 가교제 없는 하이드로겔을 제조함으로써, 연골세포 전달체로써 기능을 개선시킬 수 있는 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물의 용도를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 젤란검 하이드로겔을 주성분으로 포함하고, 보조성분으로 한천 또는 아가로오스를 포함하는 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 한천 또는 아가로오스를 증류수에 용해시켜서 한천 또는 아가로오스 용액을 제조하는 단계; 젤란검 수용액을 제조하고 가열하는 단계; 및 상기 가열된 젤란검 수용액을 식힌 다음, 여기에 상기 한천 또는 아가로오스 용액을 가하고 혼합하는 단계;를 포함하는 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물 및 약제학적으로 허용 가능한 부형제를 포함하는 연골재생과 골관절염 치료 및 예방을 위한 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물이 충전되어 있는 연골재생과 골관절염 치료 및 예방을 위한 의료용 키트를 제공한다.
본 발명은 상기와 같은 새로운 생체 적합한 한천-젤란검 하이드로겔 조성물을 구성하여, 연골세포를 효과적으로 치료부위에 전달함으로써, 해당부위의 연골 손상에 대하여 재생 효과를 발현함은 물론 사용자의 하이드로겔 전달체를 이용하는 제품개발을 위해 주사가능성을 개선하여 보다 나은 전달체를 제공하는 효과가 있다.
특히, 본 발명의 상기 한천-젤란검 하이드로겔 조성물은 천연물질로서 세포독성이 적고 염증반응을 억제하고, 연골하중으로부터 세포를 보호하여 지속적인 세포방출이 가능하게 하기 때문에 연골세포 전달체로 적합하다.
상기 연골세포 전달체의 제조방법은 하이드로겔의 주사능력(injectability)을 증가시키는 방법을 제시하고, 가교제 없이 젤란검을 하이드로겔 상태로 제조하는 방법 또한 제시하여 인체내에서 가교제의 염증 반응을 줄이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1의 제조방법에 따라 한천을 각 함량별 (0 wt%, 0.2 wt%, 0.4 wt%, 0.6 wt%, 0.8 wt%)로 첨가하여 제조한 후 하이드로겔 사진이다.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 한천-젤란검 하이드로겔의 압축강도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 한천-젤란검 하이드로겔의 압출력을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 한천-젤란검 하이드로겔의 수분함량을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 한천-젤란검 하이드로겔의 세포독성을 나타낸 그래프이다.
도 6a는 본 발명에 따라 제조된 한천-젤란검 하이드로겔의 다공크기를 측정한 결과를 나타낸 것이고, 도 6b는 모폴로지와, 연골세포 파종하여 배양한 세포의 모폴로지를 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명에 따라 제조된 한천-젤란검 하이드로겔에 연골세포를 파종하고, 1, 7, 14, 21일 동안 배양하여 MTT를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 따라 제조된 한천-젤란검 하이드로겔에 연골세포를 파종하고 1, 7, 14일 동안 배양하여 Confocal Microscopy를 촬영한 결과를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 하나의 구현예로서 더욱 구체적으로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일 구현예는 젤란검 하이드로겔을 주성분으로 포함하고, 보조성분으로 한천 또는 아가로오스를 포함하는, 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 상기 젤란검 하이드로겔 조성물은 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.
이러한 본 발명에 따른 조직공학적인 생체 적합성 하이드로겔은 젤란검에 한천 또는 아가로오스가 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.
본 발명은 바람직한 조성으로서, 근본적으로는 젤란검을 주성분으로 하고, 여기에 한천 또는 아가로오스가 보조성분으로 혼합된 구성으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 주성분으로 사용되는 젤란검 하이드로겔은 높은 탄성률과 제조시 조절 가능한 강성을 가지고 있다. 젤란검 하이드로겔은 온도가 특정온도 이하로 내려 가면, 2차 코일 헬릭스구조를 이루어 겔화된다.
젤란검은 낮은 독성률과 다루기 쉽기 때문에, 커큐민과 혼합하여 하이드로겔을 제조하면, 외과적 수술을 하지 않고 주입식 치료제로 사용할 수 있다.
한천(agar)은 FDA 승인을 받은 생체적합성이 좋은 천연물질로 식품, 약품 등 여러분야에서 많이 응용되고 있다. 그리고 비교적 강도가 좋고 특히 전단박화(shear-thinning)의 유동학적 특성을 가지기 때문에, 젤란검을 주사 가능하게 하기 위한 중요한 첨가제 역할을 한다. 또 세포와의 상호작용이 좋아 세포 부착력이나 증식력에서도 좋다.
본 발명에서는 생체 적합성, 기계적 물성이 우수하고 특히 전단박화(shear-thinning)의 특성을 갖는 한천을 이용하여, 기존 젤란검의 문제점들을 해결할 수 있다. 또한 한천은 세포와의 상호작용이 좋은편이고 세포 부착력이나 증식력에도 도움을 주기 때문에, 연골세포 증식에도 효과가 있다.
한편, 본 발명의 상기 젤란검 하이드로겔 조성물에서 한천 대신에 포함될 수 아가로오스(agarose)는 아가로펙틴(agaropectin)과 아가로오스로 구성되어 있는 한천으로부터 순수하게 분리된 것을 사용할 수 있다.
상기 아가로오스는 1,3 위치에 결합하는 β-D-갈락토피라노오스잔기와 1,4 위치에 결합하는 3,6-안히드로-α-L-갈락토피라노오스 잔기로 이루어지는 곧은 사슬 모양의 다당류로서, 예컨대 한천 수용액에 암모늄염을 첨가하여 아가로펙틴을 침전, 제거하여 얻을 수 있다.
상기 아가로오스는 따뜻한 물에 용해되며, 약 1% 이상의 용액은 식히면 겔 상태가 된다. 이 겔은 그물과 같은 구조를 갖고 있어서 고분자 물질도 자유롭게 확산되기 때문에, 전기영동의 지지체나 겔 여과용 충전제 등 생화학연구용 시약으로서 이용되고 있다.
본 발명의 상기 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물에서, 상기 젤란검은 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.5~2 중량%, 바람직하게는 0.7~1.5 중량%, 보다 바람직하게는 50㎖ 기준으로 1 중량% 포함될 수 있다.
본 발명의 상기 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물에서, 상기 한천은 한천의 용해도를 고려할 때, 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.2~2 중량%, 바람직하게는 0.5~2 중량%, 보다 바람직하게는 50㎖ 기준으로 0.5~0.8 중량% 포함될 수 있다.
상기 한천 또는 아가로오스를 전체 조성물의 중량대비 0.5 중량% 이상 포함할 경우, 가교제 없이도 하이드로겔 상태의 유지가 가능하므로, 한천과 젤란검의 적절한 조성비를 사용한다면 가교제 없이도 제조가 가능하다.
본 발명의 상기 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물에서, 상기 아가로오스는 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.2~3 중량%, 바람직하게는 0.5~2 중량%, 보다 바람직하게는 50㎖ 기준으로 0.5~0.8 중량% 포함될 수 있다.
본 발명의 상기 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물에서, 상기 한천 또는 아가로오스는 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.2~0.5 중량% 포함되고, 가교제로 염화칼슘이 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.02~0.05 중량(%), 바람직하게는 50㎖ 기준으로 0.03 중량% 포함될 수 있다.
상기 염화칼슘을 0.02 중량% 보다 적게 포함할 경우 가교가 제대로 되지 않고, 0.05 중량% 이상 포함할 경우 주사바늘을 잘 통과하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명의 상기 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물은은 첨가제로서, 예컨대 성장인자인 TGF-β1, BMPs 등 중에서 하나 이상의 성분을 천제 하이드로겔 조성물에 중에 0~5 중량%의 함량으로 첨가할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 첨가제를 사용하는 경우 연골재생 회복속도의 개선을 기대할 수 있다.
본 발명의 상기 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물은 주사 가능한(injectable) 것일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는 한천 또는 아가로오스를 증류수에 용해시켜서 한천 또는 아가로오스 용액을 제조하는 단계; 젤란검 수용액을 제조하고 가열하는 단계; 및 상기 가열된 젤란검 수용액을 식힌 다음, 여기에 상기 한천 또는 아가로오스 용액을 가하고 혼합하는 단계;를 포함하는 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
우선, 한천 또는 아가로오스와 젤란검을 각각 용액 상으로 준비하여 사용한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 한천 또는 아가로오스 용액을 제조하는 단계에서는 한천 또는 아가로오스가 수용성 물질이므로 이를 바람직하게는 증류수에 용해시켜서 용액상으로 제조할 수 있다.
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.
본 발명에 따르면, 상기 가열된 젤란검 수용액을 식힌 다음 여기에 상기 한천 또는 아가로오스 용액을 가하고 혼합하는 단계를 거친다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 이 과정에서 젤란검 수용액은 예컨대, 가열 상태에서 40~70℃로 식히면 젤란검 하이드로겔이 생성되고, 이렇게 식힌 다음에 생성된 젤란검 하이드겔에 상기 준비한 한천 또는 아가로오스 용액을 첨가하여 혼합할 수 있다. 바람직하게는 이때 생성된 젤란검 하이드로겔의 농도는 0.7~2%로 제조될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 젤란검 수용액과 커큐민 용액의 혼합은 혼합된 후의 함량이 상기 젤란검은 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.5~2 중량%가 되고, 바람직하게는 0.7~1.5 중량%, 보다 바람직하게는 50㎖ 기준으로 1 중량%가 되도록 혼합할 수 있다.
또한, 상기 한천은 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.2~2 중량%, 바람직하게는 0.5~2 중량%, 보다 바람직하게는 50㎖ 기준으로 0.5~0.8 중량%가 되고, 상기 아가로오스는 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.2~3 중량%, 바람직하게는 0.5~2 중량%, 보다 바람직하게는 50㎖ 기준으로 0.5~0.8 중량%가 되도록 혼합할 수 있다.
본 발명에 따르면 상기와 같은 공정을 거치게 되면 본 발명에서 목적하는 한천 또는 아가로오스가 함유된 젤란검 하이드로겔을 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면 이러한 하이드로겔 조성물은 인체에 적합한 조직공학적 특성을 가지면서 생체 적합성을 가진다.
한편, 본 발명에 따르면 상기와 같은 한천 또는 아가로오스가 함유된 하이드로겔 조성물은 연골재생 및 골관절염 치료 및 예방용 조성물로 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 이러한 치료 및 예방용 조성물로 사용하는 경우, 첨가제로서 약학적으로 허용 가능한 부형제가 사용될 수 있다.
상기 부형제의 예로서는 콜라겐, 알지네이트, 탈미네랄화된 골분, 젤란검, 실크, 히알루론산, PLGA 중에서 선택된 하나 이상이 적합한 약제학성 특성과 제형화의 특성 부여를 위해 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 한천 또는 아가로오스가 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.
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.
상기 키트는 고압증기멸균방법, 방사선 멸균 등으로 진공 포장하여 위생상태가 유지되도록 할 수 있으며, 키트당 조성물의 충전 량은 0.1~1ml 등의 일회용 충전 단위로 구성할 수 있다.
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.
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 전ㆍ후에 또는 수술 과정에서 수술 직후에 바람직하게 주입하여 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 연골재생 및 골관절염 치료 및 예방용 조성물은 일반 환자의 경우, 성인 기준으로 0.1~1ml의 투여량으로 직접 주사 주입하여 투여할 수 있다.
수술 후 환자의 경우에는 성인 기준으로 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.
본 발명에 따르면 상기와 같은 본 발명에 따른 한천 또는 아가로오스가 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.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔은 기존의 다른 하이드로겔의 제조방법보다 간단하고, 겔 형태를 유지할 수 있으며 보관이 용이하다. 또한, 세포의 성장이 완결된 후에는 자연적으로 생분해되어 몸에 흡수되기 때문에, 다른 재료보다 생체 적합한 장점을 가진다.
또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 하이드로겔의 압출력을 줄이기 위하여 하이드로겔 용액을 주사기에 넣어 굳히고, 각 크기의 바늘을 이용하여 입자 크기를 감소하게 하면, 원하는 압출력의 조성물을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하겠는 바, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 한천- 젤란검 하이드로겔 제조방법
3차 증류수 90 ℃에 0.2 중량(%), 0.4 중량(%), 0.6 중량(%), 0.8 중량(%)의 한천을 넣고 30분 동안 교반하였다. 이 후 한천이 다 용해되면 한천용액을 80℃로 낮추고, 젤란검 1 중량%를 넣고 30분 동안 교반하였다.
0.03 중량(%)의 CaCl2를 넣고 10분 동안 교반한 후, 50 mL의 용액을 제조하기 위해 한천 0.1g, 0.2g, 0.3g, 0.4g을 90℃의 3차 증류수에 용해시켰다.
각 한천 용액에 0.5g의 젤란검을 첨가하고, CaCl2 0.015g을 각 용액에 첨가하였다. 가교 결합후, 생성된 용액을 실온(25℃)에서 페트리 접시에 부어 하이드로겔을 제조하였다. 상기에서 제조한 하이드로겔을 사용에 따라 펀치에 의해 다양한 크기로 제작하였다.
도 1은 상기 실시예 1의 제조방법에 따라, 한천을 각 함량별 (0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 중량%)로 첨가하여 제조한 하이드로겔을 나타내는 사진이다.
실시예 2: 무릎 연골세포의 채취 및 배양
연골세포는 6주령 White New Zealand 토끼에서 채취한 무릎연골에서 분리하였다. 연골을 채취한 후, PBS에 넣어 2~3회 세척히였다.
세척 후 연골을 1 mm2 이하의 크기로 잘게 썰어, 10 mg/ml 콜라게네이즈 A (Roche Diagnostics GmbH), 1 mg/ml 히알루로니데이즈(Roche Diagnostics GmbH), 0.7 mg/ml DNase(Roche Diagnostics GmbH)을 섞은 용액에 넣어 37℃, 5% CO2의 조건에서 오버나잇 시켰다.
분해시킨 용액을 1200rpm, 3분의 조건으로 원심분리하여, 셀컬쳐 디쉬에서 10% 소태아혈청(Hyclone technologies)과 1% 페니실린/아스코르브산이 포함된 D-MEM/F12 배지에서 배양하였다.
실시예 3: 하이드로겔 내 연골세포 파종
연골 세포는 세포 캡슐화를 위해 하이드로겔 내에 배양되었다. 40℃의 한천-젤란검 하이드로겔 용액에 2x106 cells/mL의 세포 밀도로 잘 혼합하고. 직경 6 mm 및 높이 3 mm로 된 실리콘 몰드에 100 μL 하이드로겔을 분주하여 상온에서 굳혔다.
이 후 24 웰 플레이트에서 넣어 배양 배지 1mL씩 넣어(10 % FBS가 첨가된 DMEM/F12 배지(Lonza, USA)) 5% CO2, 37℃의 조건에서 인큐베이팅 시켰다.
실험예 1 : 한천- 젤란검 하이드로겔의 특성
한천-젤란검 하이드로겔의 물성 평가를 위해, 제작된 지지체에 1N의 힘을 10mm/sec의 속도로 지지체 표면에 힘을 가해 압축강도를 측정한 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에서 보는 바와 같이, 압축강도는 한천이 증가할수록 증가하는 것을 확인하였고, 최대 약 2.5배까지 증가하였다.
하이드로겔의 주사 가능성을 확인하기 위해 압출력 테스트를 한 결과를 도 3에 나타내었다. 이때, 바늘 크기는 23G로 측정하였는데, 도 3에서 보는 바와 같이, 한천을 넣을수록 압출력이 증가하였다.
또한, 하이드로겔의 수분흡수량을 측정한 결과를 도 4에 나타내었는데, 도 4에서 보는 바와 같이, 대조군보다 0.2 중량(%)에서 약간 증가하다가, 한천을 넣을수록 감소하는 경향을 보였다.
실험예 2 : 하이드로겔의 세포독성평가
하이드로겔의 독성을 알아보기 위하여, MTT 세포독성 평가를 진행한 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5에서 보는 바와 같이, 컨트롤 군은 높은 세포독성을 보였고, 한천을 넣을수록 최대 70% 이상의 세포생존률을 보였으며, 독성이 감소하는 것을 알 수 있다.
실험예 3 : 세포의 생존, 세포 사멸, 증식 및 모폴로지 확인
연골세포가 파종된 한천-젤란검 하이드로겔을 Scanning Electron Microscopy(SEM), MTT assays, Confocal Laser Scanning Microscope(CLSM)을 이용하여 세포의 생존비율, 모폴로지, 증식 등을 관찰하였다.
토끼 연골세포를 채취한 후 하이드로겔에 파종한 다음, 일정 시간 동안 배양하고 실험에 맞게 각각 처리하였다.
세포 증식 및 모폴로지를 측정하기 위해, 파종된 하이드로겔을 2.5% 글루타르알데하이드를 이용해 고정한 후, SEM을 이용하여 확인한 결과를 도6a 및 도 6b에 나타내었다.
도 6a 및 도 6b에서 보는 바와 같이, 한천의 양이 증가할수록 세포증식이 더 잘되었고, 세포 모폴로지도 하이드로겔에 잘 부착되어 있는 것을 확인할 수 있다. ECM 또한 더욱 증가하는 것을 볼 수 있다. 그리고 각 하이드로겔의 다공크기도 증가하는 모습을 보였다.
세포의 증식률을 확인하기 위한 MTT assays 결과를 도 7에 나타내었는데, 도 7에서 보는 바와 같이, 0.8 중량%의 한천을 넣은 군이 가장 증식률이 좋은 것을 확인할 수 있다.
또한, Live and dead 형광 염색을 통해 세포들을 염색한 후, CLSM을 통해 세포의 생존 비율을 관찰한 결과를 도 8에 나타내었는데, 도 8에서 보는 바와 같이, 한천을 넣을 수록 연골세포의 생존 비율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 통상의 기술자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 젤란검 하이드로겔에 보조성분으로 한천 또는 아가로오스를 포함하며,
    상기 젤란검은 조성물의 전체 중량 대비 1.0 중량% 포함되며,
    상기 한천 또는 아가로오스는 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.5~0.8 중량% 포함되어, 상기 한천 또는 아가로오스가 증가 할수록 압축강도 및 압출력이 증가하여 상기 젤란검 하이드로겔의 주사능력(injectability)을 증가시키며, 가교제 없이 상기 젤란검을 하이드로겔 상태로 제조하는 것을 특징으로 하는 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 조성물은 주사 가능한 것을 특징으로 하는 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물.
  7. 한천 또는 아가로오스를 증류수에 용해시켜서 한천 또는 아가로오스 용액을 제조하는 단계;
    젤란검 수용액을 제조하고 가열하는 단계; 및
    상기 가열된 젤란검 수용액을 식힌 다음, 여기에 상기 한천 또는 아가로오스 용액을 가하고 혼합하는 단계;를 포함하며
    상기 젤란검은 조성물의 전체 중량 대비 1.0 중량%가 되고, 상기 한천 또는 아가로오스는 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.5~0.8 중량%가 되도록 혼합하되 상기 한천 또는 아가로오스가 증가할수록 압축강도 및 압출력이 증가하여 상기 젤란검 하이드로겔의 주사능력(injectability)을 증가시키며, 가교제 없이 상기 젤란검을 하이드로겔 상태로 제조하는 것을 특징으로 하는 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 젤란검 수용액을 제조하고 가열하는 단계는 젤란검 파우더를 80-100℃의 온도로 가열한 증류수에 넣고, 교반 하에 10-40분 가열하여 젤란검 수용액을 제조하는 것을 특징으로 하는 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 가열된 젤란검 수용액을 식힌 다음. 여기에 한천 또는 아가로오스 용액을 가하고 혼합하는 단계는, 상기 가열된 젤란검 수용액을 40~70℃로 식힌 후에 상기 한천 또는 아가로오스 용액을 혼합하는 것을 특징으로 하는 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물의 제조방법.
  10. 청구항 1 또는 청구항 6에 따른 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물 및 약제학적으로 허용 가능한 부형제를 포함하는 연골재생과 골관절염 치료 및 예방을 위한 조성물.
  11. 청구항 1 또는 청구항 6에 따른 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물이 충전되어 있는 연골재생과 골관절염 치료 및 예방을 위한 의료용 키트.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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KR101902194B1 (ko) * 2016-10-28 2018-09-28 전북대학교산학협력단 커큐민이 함유된 젤란검 하이드로겔 조성물과 이를 이용한 연골 재생 및 골관절염 치료용 조성물
KR102008232B1 (ko) * 2017-07-28 2019-08-07 전북대학교산학협력단 헤스페리딘이 함유된 젤란검 하이드로겔 조성물

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
E. Amici et al., "Interpenetrating network formation in agarose-sodium gellan gel composite", Carbohydrate Polymers(2001), Vol. 46, pp. 383-391*
Khalid Mahmood Zia et al., "Recent trends on gellan gum blends with natural and synthetic polymers: A review", International Journal of Biological Macromolecules, Vol.109, pp.1068-1087*
Shipra Sharma et al, "Strain and strain rate dependence of gellan, agar and agar-gellan gelsas model systems", Journal of Food Engineeringjournal, Vol.141, pp.93-98*

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