KR102283681B1 - Lens shape drug delivery system and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 렌즈 형상의 생분해성 약물 전달 시스템 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하이드로겔 1 내지 70 w/v%, 결막세포 5×106 내지 50×106/ml 및 안질환 치료용 약물을 포함하는 바이오 잉크 조성물을 사용함으로써, 우수한 생체적합성을 나타내며 약물을 지속적으로 방출시킬 수 있고 결막세포의 손상이 적은 약물 전달 시스템을 제조할 수 있다.The present invention relates to a lens-shaped biodegradable drug delivery system and a method for manufacturing the same, and more particularly, hydrogel 1 to 70 w/v%, conjunctival cells 5×10 6 to 50×10 6 /ml, and treatment of eye diseases By using a bio-ink composition containing a drug for a drug, it is possible to manufacture a drug delivery system that exhibits excellent biocompatibility, can continuously release the drug, and has less damage to conjunctival cells.

Description

렌즈 형상의 약물 전달 시스템 및 이의 제조 방법 {LENS SHAPE DRUG DELIVERY SYSTEM AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Lens-shaped drug delivery system and manufacturing method thereof {LENS SHAPE DRUG DELIVERY SYSTEM AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 렌즈 형상의 약물 전달 시스템 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a lens-shaped drug delivery system and a method for manufacturing the same.

급격한 고령 인구 증가와 악화되는 대기 오염으로 인해 각종 안질환의 발병율이 증가함에 따라, 안질환 치료 및 관련 연구 개발 시장이 성장하고 있다.As the incidence rate of various eye diseases increases due to a rapid increase in the aging population and worsening air pollution, the market for eye disease treatment and related R&D is growing.

점안제로 안질환 치료용 약물을 투여하는 경우 약물의 낮은 각막 침투율을 나타내고, 각막 표면에서 약물의 잔류시간이 10분 이내에 불과하여 약물을 지속적으로 점안해야 되는 번거로움의 문제가 있다. 또한, 약물이 상당한 양으로 투여됨에 따라 혈관질환이나 심장병 등의 심각한 부작용이 나타날 수 있고, 안약 투여 직후 각막 표면에 독성 농도 이상으로 머무르는 경우가 많다. 이처럼 점안제를 통한 안질환 치료는 높은 투약 빈도수에 따른 번거로움과 부작용 발생, 약물 낭비 및 낮은 각막 투과율 등의 문제점이 있다. 따라서, 안구 내 약물의 농도를 유지시키고 약물 흡수성을 향상시킬 수 있는 새로운 약물 전달법 개발이 필요한 실정이다.When a drug for treating eye diseases is administered as an eye drop, a low corneal penetration rate of the drug is shown, and the residence time of the drug on the corneal surface is only within 10 minutes, so there is a problem of the inconvenience of continuously instilling the drug. In addition, as the drug is administered in a significant amount, serious side effects such as vascular disease or heart disease may appear, and in many cases, the drug stays above the toxic concentration on the corneal surface immediately after the administration of the eye drops. As such, treatment of eye diseases through eye drops has problems such as cumbersome and side effects due to high dosing frequency, drug waste, and low corneal permeability. Therefore, there is a need to develop a new drug delivery method capable of maintaining the intraocular drug concentration and improving drug absorption.

한편, 3D 바이오 프린팅 기술은 세포 프린팅 혹은 장기 프린팅으로도 불리어지고 있는 기술로 다종의 세포, 생체 재료 및 바이오 분자를 이용하여 컴퓨터 디자인된 3차원 구조물의 제작을 가능하게 한다. 3D 바이오 프린팅 기술을 이용하여 인체를 구성하는 조직과 유사한 세포 구조체의 제작을 통하여 필요로 하는 기능성 조직을 재생하려는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 3D 바이오 프린팅 공정에서 바이오 잉크는 바이오 세포의 정밀한 패터닝과 생존률 보장에 가장 중요한 핵심 요소이며, 잉크의 특성은 공정과 직접 적으로 연결되어 있다.On the other hand, 3D bioprinting technology, also called cell printing or organ printing, enables the production of computer-designed 3D structures using various types of cells, biomaterials, and biomolecules. Research to regenerate necessary functional tissues through the production of cell structures similar to tissues constituting the human body using 3D bioprinting technology is being actively conducted. In the 3D bioprinting process, bio-ink is the most important key factor for precise patterning of bio-cells and guarantees viability, and the characteristics of the ink are directly linked to the process.

'바이오 잉크(bio-ink)'는 살아있는 세포 혹은 바이오 분자를 포함하며 바이오 프린팅 기술에 응용하여 필요로 하는 구조물을 제작할 수 있는 소재를 통칭하는 용어이다. 따라서 바이오 잉크는 3차원 가공을 위한 물리적 성질과 세포가 목적된 기능을 수행하게 하기 위한 생물학적 환경을 제공하여 주어야 한다. 바이오 잉크는 우선 우수한 세포 친화성을 가져야 한다. 인공 조직 및 장기 재생의 경우는 프린팅된 세포의 증식 및 분화에 유리한 생물학적 환경이 바이오 잉크로부터 주어져야 하는 것이다. 프린팅 공정이 길어질 때에는 카트리지 내에서 세포의 생존에 필요한 영양분과 산소의 공급이 적절히 이루어져야 한다. 또한 프린팅 과정에서 발생하는 물리적 스트레스로부터 세포를 보호할 수 있어야 한다. 그 외에도 바이오 잉크는 3차원 패터닝의 반복성, 생산성, 노즐의 막힘이 없어야 하는 등 프린팅 공정상에서 필요로 하는 물리적 성질을 가져야 한다. 이와 같이 살아 있는 세포를 이용하는 3D 바이오 프린팅 기술이 요구하는 잉크가 가져야 할 특성은 매우 다양하며 서로 복잡하게 얽혀 있다. 즉, 우수한 바이오 잉크 개발이 바이오 프린팅 기술 개발의 핵심이라 할 수 있다.'Bio-ink' is a generic term for a material that contains living cells or biomolecules and can be applied to bioprinting technology to fabricate necessary structures. Therefore, the bio-ink must provide physical properties for 3D processing and a biological environment for the cells to perform their intended functions. The bio-ink must first have good cell affinity. In the case of artificial tissue and organ regeneration, a biological environment favorable for proliferation and differentiation of printed cells must be provided from the bio-ink. When the printing process is long, the supply of nutrients and oxygen necessary for the survival of cells in the cartridge must be properly performed. In addition, it should be able to protect the cells from the physical stress that occurs during the printing process. In addition, bio-ink must have physical properties required in the printing process, such as repeatability of 3D patterning, productivity, and no clogging of nozzles. As described above, the characteristics that inks require for 3D bioprinting technology using living cells are very diverse and are intricately intertwined with each other. In other words, it can be said that the development of excellent bio-ink is the key to the development of bio-printing technology.

한국공개특허 제2018-0107218호Korean Patent Publication No. 2018-0107218

본 발명은 생분해성 안질환용 약물 전달 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a drug delivery system for biodegradable ophthalmic diseases.

1. 하이드로겔 1 내지 70 w/v%, 결막세포 5×106 내지 50×106/ml 및 안질환 치료용 약물을 포함하는 바이오 잉크 조성물로 이루어진 렌즈 형상의 기재 매트릭스 상에 안질환 치료용 약물이 탑재되어 있는 렌즈 형상의 생분해성 약물 전달 시스템.1. Hydrogel 1 to 70 w/v%, conjunctival cells 5×10 6 to 50×10 6 /ml, and a lens-shaped base matrix consisting of a bio-ink composition containing a drug for treating eye diseases for treatment of eye diseases A lens-shaped biodegradable drug delivery system loaded with drugs.

2. 위 1에 있어서, 상기 하이드로겔은 젤라틴 1 내지 30 w/v%, 콜라겐 10 내지 50 w/v% 및 폴리에틸렌글리콜 1 내지 30 w/v%를 포함하는, 렌즈 형상의 생분해성 약물 전달 시스템.2. The method of 1 above, wherein the hydrogel comprises 1 to 30 w/v% of gelatin, 10 to 50 w/v% of collagen, and 1 to 30 w/v% of polyethylene glycol, a lens-shaped biodegradable drug delivery system .

3. 위 1에 있어서, 상기 바이오 잉크 조성물은 피브리노겐 1 내지 20 w/v% 및 글리세롤 1 내지 20 w/v%를 더 포함하는 렌즈 형상의 생분해성 약물 전달 시스템.3. The biodegradable drug delivery system of the above 1, wherein the bio-ink composition further comprises 1 to 20 w/v% of fibrinogen and 1 to 20 w/v% of glycerol.

4. 위 1에 있어서, 상기 약물은 아세틸시스테인 또는 토브라마이신인 렌즈 형상의 생분해성 약물 전달 시스템.4. The lens-shaped biodegradable drug delivery system according to the above 1, wherein the drug is acetylcysteine or tobramycin.

5. 위 1에 있어서, 상기 약물은 0.01 내지 10mM의 아세틸시스테인인렌즈 형상의 생분해성 약물 전달 시스템.5. The lens-shaped biodegradable drug delivery system according to the above 1, wherein the drug is acetylcysteine in an amount of 0.01 to 10 mM.

6. 위 1에 있어서, 상기 약물은 0.01 내지 5mM의 토브라마이신인 렌즈 형상의 생분해성 약물 전달 시스템.6. The lens-shaped biodegradable drug delivery system according to the above 1, wherein the drug is 0.01-5 mM tobramycin.

7. 하이드로겔 1 내지 70 w/v %, 결막세포 5×106 내지 50×106/ml 및 안질환 치료용 약물을 포함하는 바이오 잉크 조성물을 3D 프린터에 투입하여 상기 안질환 치료용 약물이 탑재된 렌즈 형상의 기재 매트릭스를 제조하는 단계;를 포함하는 렌즈 형상의 생분해성 약물 전달 시스템의 제조방법.7. Hydrogel 1 to 70 w/v %, conjunctival cells 5×10 6 to 50×10 6 /ml, and a bio-ink composition containing a drug for treating eye disease is injected into a 3D printer, so that the drug for treating eye disease is A method of manufacturing a lens-shaped biodegradable drug delivery system comprising; preparing a mounted lens-shaped base matrix.

8. 위 7에 있어서, 상기 하이드로겔은 젤라틴 1 내지 30 w/v%, 콜라겐 10 내지 50 w/v% 및 폴리에틸렌글리콜 1 내지 30 w/v%를 포함하는, 렌즈 형상의 생분해성 약물 전달 시스템의 제조방법.8. The biodegradable drug delivery system in the form of a lens according to the above 7, wherein the hydrogel comprises 1 to 30 w/v% of gelatin, 10 to 50 w/v% of collagen, and 1 to 30 w/v% of polyethylene glycol manufacturing method.

9. 위 7에 있어서, 상기 바이오 잉크 조성물은 피브리노겐 1 내지 20 w/v% 및 글리세롤 1 내지 20 w/v%를 더 포함하는 렌즈 형상의 생분해성 약물 전달 시스템의 제조방법.9. The method of manufacturing a lens-shaped biodegradable drug delivery system according to the above 7, wherein the bio-ink composition further comprises 1 to 20 w/v% of fibrinogen and 1 to 20 w/v% of glycerol.

10. 위 7에 있어서, 상기 약물은 0.01 내지 10mM의 아세틸시스테인인 렌즈 형상의 생분해성 약물 전달 시스템의 제조방법.10. The method of manufacturing a lens-shaped biodegradable drug delivery system according to the above 7, wherein the drug is 0.01 to 10 mM acetylcysteine.

11. 위 7에 있어서, 상기 약물은 0.01 내지 5mM의 토브라마이신인 렌즈 형상의 생분해성 약물 전달 시스템의 제조방법.11. The method of manufacturing a lens-shaped biodegradable drug delivery system according to the above 7, wherein the drug is 0.01 to 5 mM tobramycin.

본 발명 바이오 잉크 조성물은 인쇄성이 우수하며, 프린팅 과정에서 발생하는 물리적 스트레스로부터 세포를 보호할 수 있다.The bio-ink composition of the present invention has excellent printability and can protect cells from physical stress generated during the printing process.

본 발명 바이오 잉크 조성물로 제조된 렌즈 형상의 약물 전달 시스템은 인체 유래 소재를 이용함으로써 생체 적합성 및 생체 흡수성이 우수하다.The lens-shaped drug delivery system prepared from the bio-ink composition of the present invention has excellent biocompatibility and bioabsorption by using a human-derived material.

본 발명 바이오 잉크 조성물로 제조된 렌즈 형상의 약물 전달 시스템은 안구 내에서 일정한 양의 약물을 지속적으로 방출시킬 수 있어 치료 효과가 우수하다.The lens-shaped drug delivery system prepared from the bio-ink composition of the present invention can continuously release a certain amount of drug within the eye, and thus has excellent therapeutic effect.

본 발명 렌즈 형상의 약물 전달 시스템의 제조방법은 3D 바이오 프린터를 이용함으로써 결막 세포의 손상이 적은 렌즈를 대량 생산할 수 있다.The manufacturing method of the lens-shaped drug delivery system of the present invention can mass-produce lenses with less damage to conjunctival cells by using a 3D bioprinter.

도 1은 3D 프린터(Bio X 3D Print)를 이용한 렌즈 제작 과정을 나타낸다.
도 2는 바이오 프린터로 프린팅된 약물이 탑재되지 않은 렌즈 형상의 기재 매트릭스(도 2A), 기재 매트릭스에 아세틸시스테인이 탑재된 약물전달체(도 2B), 기재 매트릭스에 토브라마이신이 탑재된 약물전달체(도 2C)의 이미지를 나타낸다.
도 3은 아세틸시스테인의 농도에 따른 결막 세포의 ATP 농도 값을 나타낸다.
도 4는 아세틸시스테인의 농도에 따른 결막 세포의 LDH 값을 측정한 결과이다.
도 5는 아세틸시스테인의 농도에 따른 결막 세포의 세포 생존 및 사멸 정도를 나타낸 것이다.
도 6은 토브라마이신의 농도에 따른 결막 세포의 LDH 값을 측정한 결과이다.
도 7은 토브라마이신의 농도에 따른 결막 세포의 세포 생존 및 사멸 정도를 나타낸 것이다.
1 shows a lens manufacturing process using a 3D printer (Bio X 3D Print).
Figure 2 is a lens-shaped base matrix (Figure 2A) that is not loaded with a drug printed by a bioprinter, a drug delivery system loaded with acetylcysteine on the base matrix (Figure 2B), and a drug delivery system with tobramycin loaded on the base matrix (Figure 2B). 2C) shows the image.
3 shows the ATP concentration values of conjunctival cells according to the concentration of acetylcysteine.
4 is a result of measuring the LDH value of conjunctival cells according to the concentration of acetylcysteine.
5 shows the cell survival and death degree of conjunctival cells according to the concentration of acetylcysteine.
6 is a result of measuring the LDH value of conjunctival cells according to the concentration of tobramycin.
7 shows the cell survival and death degree of conjunctival cells according to the concentration of tobramycin.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be specifically described.

본 발명은 생분해성 렌즈 형상의 약물 전달 시스템을 제공한다.The present invention provides a drug delivery system in the form of a biodegradable lens.

용어 ‘생분해성’은 생체 내에서 체액, 효소 또는 미생물 등에 의해서 분해될 수 있는 성질을 의미한다.The term 'biodegradability' refers to a property that can be decomposed by body fluids, enzymes or microorganisms in a living body.

용어 ‘렌즈 형상의 약물 전달 시스템’은 약물이 탑재된 렌즈 형상의 구조체로, 안구에 착용할 수 있는 물질을 의미한다.The term 'lens-shaped drug delivery system' refers to a lens-shaped structure in which a drug is loaded, and refers to a material that can be worn on the eye.

용어 ‘렌즈’는 착용자의 눈 위에 또는 눈 안에 위치할 수 있는 구조체를 의미하고, 사용자의 시야를 보정, 개선 또는 변화시킬 수 있는 렌즈를 포함한다. 용어 ‘렌즈’는 ‘콘택트렌즈’와 혼용될 수 있다. 렌즈는 하드렌즈 또는 소프트렌즈일 수 있다.The term 'lens' means a structure that can be placed on or in the eye of a wearer and includes lenses that can correct, improve, or change the user's field of vision. The term ‘lens’ may be used interchangeably with ‘contact lens’. The lens may be a hard lens or a soft lens.

렌즈 형상의 약물 전달 시스템은 바이오 잉크 조성물을 이용해 제조된 것일 수 있다.The lens-shaped drug delivery system may be manufactured using a bio-ink composition.

렌즈 형상의 약물 전달 시스템은 바이오 잉크 조성물에 포함된 구성 성분들로 이루어진 것일 수 있다.The lens-shaped drug delivery system may be composed of components included in the bio-ink composition.

용어 ‘바이오 잉크 조성물’은 바이오 프린팅 시 살아있는 세포를 운반하는 생체 재료로서, 살아있는 세포 혹은 바이오 분자를 포함하며 바이오 프린팅 기술에 응용하여 필요로 하는 구조물을 제작할 수 있는 소재를 통칭한다.The term 'bio-ink composition' is a biomaterial that transports living cells during bioprinting, and refers to a material that contains living cells or biomolecules and can be applied to bioprinting technology to fabricate necessary structures.

바이오 잉크 조성물은 바이오 프린팅에 사용되기 위해서 우수한 생체적합성이 요구되고, 미세구경의 디스펜싱 노즐을 원활히 통과하여 원하는 패턴으로 프린팅이 될 수 있는 물리적 성질을 가져야 하며, 프린팅 후 세포-특이적 신호를 제공하면서 기계적인 지지체 역할을 유지할 수 있어야 한다.The bio-ink composition requires excellent biocompatibility to be used in bio-printing, and must have physical properties that can be printed in a desired pattern by smoothly passing through a micro-diameter dispensing nozzle, and provide a cell-specific signal after printing It should be able to maintain the role of mechanical support while doing so.

바이오 잉크 조성물은 3차원 가공을 위한 물리적 성질과 세포가 목적하는 기능을 수행할 수 있는 생물학적 환경을 제공할 수 있어야 하며, 우수한 세포 친화성을 가져야 한다.The bio-ink composition should be able to provide physical properties for three-dimensional processing and a biological environment in which cells can perform a desired function, and should have excellent cell affinity.

바이오 잉크 조성물은 하이드로겔 및 결막세포를 포함할 수 있다.The bio-ink composition may include a hydrogel and conjunctival cells.

용어 ‘하이드로겔’은 공유결합, 수소결합, 반데르발스 결합 또는 물리적 결합 등과 같은 응집력에 의해 가교된 친수성 고분자로서, 수용액 내에서 다량의 물을 흡수하며 팽윤할 수 있는 3차원 고분자 네트워크 구조를 갖는 물질이다. 하이드로겔은 구성 성분과 제조 방법에 따라 다양한 형태와 성질을 가질 수 있으며, 일반적으로 다량의 수분을 함유하고 있어 액체와 고체의 중간적 성질을 갖는 것일 수 있다. 또한, 하이드로겔은 생분해성, 생체적합성 성질을 나타내는 물질일 수 있다.The term 'hydrogel' is a hydrophilic polymer crosslinked by cohesive force such as covalent bond, hydrogen bond, van der Waals bond or physical bond, and has a three-dimensional polymer network structure that can absorb a large amount of water and swell in an aqueous solution. is a substance Hydrogels may have various shapes and properties depending on components and manufacturing methods, and may have intermediate properties between liquids and solids because they generally contain a large amount of moisture. In addition, the hydrogel may be a material that exhibits biodegradability and biocompatibility properties.

용어 ‘생체적합성’은 인체에 독성이 없고 화학적으로 불활성인 성질을 의미한다.The term 'biocompatibility' refers to the property of being non-toxic to the human body and chemically inert.

하이드로겔은 천연 또는 합성된 것일 수 있다. 하이드로겔은 상업적으로 판매되고 있는 제품을 구입하여 사용하거나, 직접 합성하여 사용할 수 있다.The hydrogel may be natural or synthetic. The hydrogel can be used by purchasing commercially available products, or by directly synthesizing it.

하이드로겔은 히알루론산, 젤라틴, 콜라겐, 알기네이트, 셀룰로오스, 키토산, 키틴, 합성펩타이드, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(poly(ethylene glycol)diacrylate; PEGDA), 폴리카프로락톤(polycaprolactone) 및 글리세롤로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The hydrogel is made of hyaluronic acid, gelatin, collagen, alginate, cellulose, chitosan, chitin, synthetic peptide, polyethylene glycol, polyethylene glycol diacrylate (PEGDA), polycaprolactone and glycerol. It may include at least one selected from the group consisting of.

용어 ‘히알루론산’은 ‘히알루로난(hyaluronan)’, ‘히알루로네이트(hyaluronate)’ 또는 ‘HA‘와 호환적으로 사용되고, 예를 들어 히알루론산나트륨, 히알루론산칼륨, 히알루론산마그네슘, 히알루론산칼륨 및 그 조합을 포함할 수 있다.The term 'hyaluronic acid' is used interchangeably with 'hyaluronan', 'hyaluronate' or 'HA', for example sodium hyaluronate, potassium hyaluronate, magnesium hyaluronate, hyaluronic acid potassium and combinations thereof.

히알루론산은 분자량이 1,000g/mol 내지 100,000g/mol, 2,000g/mol 내지 90,000g/mol, 3,000g/mol 내지 80,000g/mol, 4,000g/mol 내지 70,000g/mol, 5,000g/mol 내지 60,000g/mol 또는 6,000g/mol 내지 50,000g/mol 인 것일 수 있다.The hyaluronic acid has a molecular weight of 1,000 g/mol to 100,000 g/mol, 2,000 g/mol to 90,000 g/mol, 3,000 g/mol to 80,000 g/mol, 4,000 g/mol to 70,000 g/mol, 5,000 g/mol to It may be 60,000 g/mol or 6,000 g/mol to 50,000 g/mol.

용어 ‘젤라틴’은 동물의 뼈, 연골, 가죽 등 결합조직의 주요 단백질 성분인 콜라겐의 부분적인 가수분해로 얻어지는 단백질을 의미할 수 있다. 젤라틴은 순수 젤라틴 외에 젤라틴 유도체를 포함할 수 있다.The term 'gelatin' may refer to a protein obtained by partial hydrolysis of collagen, which is a major protein component of connective tissues such as bones, cartilage, and leather of animals. Gelatin may include a gelatin derivative in addition to pure gelatin.

젤라틴 유도체는 프탈화 젤라틴, 에스터화 젤라틴, 아미드화 젤라틴 또는 포르밀화 젤라틴으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.The gelatin derivative may be at least one selected from the group consisting of phthalated gelatin, esterified gelatin, amidated gelatin, and formylated gelatin.

젤라틴 유도체는 젤라틴 메타크릴레이트(gelatin methacrylate)일 수 있다.The gelatin derivative may be gelatin methacrylate.

젤라틴은 포유류, 어류, 소 뼈, 소 피부, 돼지 뼈 또는 돼지 피부 등으로부터 유래된 것일 수 있다.The gelatin may be derived from mammalian, fish, bovine bone, bovine skin, porcine bone or porcine skin.

용해도 조절을 위해 젤라틴의 함량을 변경할 수 있다.The content of gelatin can be changed to control solubility.

콜라겐은 바이오 잉크 조성물 총 부피당 10mg/ml 내지 25mg/ml, 25mg/ml 내지 35mg/ml 또는 35mg/ml 내지 45mg/ml 함량으로 포함될 수 있다.Collagen may be included in an amount of 10 mg/ml to 25 mg/ml, 25 mg/ml to 35 mg/ml, or 35 mg/ml to 45 mg/ml per total volume of the bio-ink composition.

PEGDA는 알기네이트와 함께 바이오 잉크 조성물에 포함될 수 있으며, PEGDA는 알기네이트에 대해 3 중량 %로 포함될 수 있다.PEGDA may be included in the bio-ink composition together with alginate, and PEGDA may be included in 3 wt% with respect to alginate.

PEG 또는 PEGDA는 0.5dL/g 내지 1.5dL/g의 점도 바이오 잉크 조성물에 포함될 수 있다.PEG or PEGDA may be included in the bio-ink composition having a viscosity of 0.5 dL/g to 1.5 dL/g.

셀룰로오스는 나노크기인 나노셀룰로오스일 수 있다.The cellulose may be nano-sized nanocellulose.

셀룰로오스는 바이오 잉크 조성물 총 질량 대비 3 내지 5 wt%로 포함될 수 있다.Cellulose may be included in an amount of 3 to 5 wt% based on the total mass of the bio-ink composition.

키토산은 분자량이 140kDa 내지 300kDa 인 것일 수 있다.Chitosan may have a molecular weight of 140 kDa to 300 kDa.

‘폴리카프로락톤’은 생체에 적합하고 반 결정성이 있는 지방성 폴리에스터이다.‘Polycaprolactone’ is a biocompatible and semi-crystalline fatty polyester.

폴리카프로락톤은 분자량이 4,000g/mol 내지 150,000g/mol, 5,000g/mol 내지 140,000g/mol, 6,000g/mol 내지 130,000g/mol, 7,000g/mol 내지 120,000g/mol, 8,000g/mol 내지 110,000g/mol, 9,000g/mol 내지 100,000g/mol, 10,000g/mol 내지 90,000g/mol, 20,000g/mol 내지 80,000g/mol 또는 30,000g/mol 내지 70,000g/mol인 것일 수 있다.Polycaprolactone has a molecular weight of 4,000 g/mol to 150,000 g/mol, 5,000 g/mol to 140,000 g/mol, 6,000 g/mol to 130,000 g/mol, 7,000 g/mol to 120,000 g/mol, 8,000 g/mol to 110,000 g/mol, 9,000 g/mol to 100,000 g/mol, 10,000 g/mol to 90,000 g/mol, 20,000 g/mol to 80,000 g/mol, or 30,000 g/mol to 70,000 g/mol.

글리세롤은 지방족 3가 알코올 중 하나로, 바이오 프린팅 시 막힘 방지 효과를 나타낼 수 있다.Glycerol is one of the aliphatic trihydric alcohols, and may exhibit an anti-clogging effect during bioprinting.

글리세롤은 바이오 잉크 조성물 총 부피당 1 내지 40w/v%, 5 내지 35w/v%, 10 내지 30w/v% 또는 15w/v% 내지 25w/v% 함량으로 포함될 수 있다.Glycerol may be included in an amount of 1 to 40w/v%, 5 to 35w/v%, 10 to 30w/v%, or 15w/v% to 25w/v% per total volume of the bio-ink composition.

일 구현예로, 하이드로겔은 젤라틴 1 내지 30 w/v%, 콜라겐 10 내지 50 w/v% 및 폴리에틸렌글리콜 1 내지 30 w/v%를 포함하는 것일 수 있으며, 용해도 및/또는 투명도를 조절하기 위해 함량 변경이 가능하다.In one embodiment, the hydrogel may include 1 to 30 w/v% of gelatin, 10 to 50 w/v% of collagen, and 1 to 30 w/v% of polyethylene glycol, and to adjust solubility and/or transparency It is possible to change the content for

용어 ‘결막’은 눈꺼풀의 안쪽과 안구의 흰 부분을 덮고 있는 얇고 투명한 점막으로 각막의 가장자리까지 분포한다.The term 'conjunctiva' is a thin, transparent mucous membrane that covers the inside of the eyelids and the white part of the eyeball, and is distributed to the edge of the cornea.

결막세포는 결막상피세포일 수 있다.The conjunctival cell may be a conjunctival epithelial cell.

결막세포는 동물로부터 분리된 것일 수 있으며, 예컨대 인간으로부터 분리된 것일 수 있다.The conjunctival cells may be isolated from animals, for example, isolated from humans.

결막세포는 당업계에 공지된 임의의 방법으로 분리된 것일 수 있다.Conjunctival cells may be isolated by any method known in the art.

결막세포는 당업계에 공지된 임의의 방식으로 배양된 것일 수 있다.The conjunctival cells may be cultured in any manner known in the art.

예를 들어, 결막세포는 살아 있는 개체로부터 무균 조건에서 배양된 것일 수 있다.For example, the conjunctival cells may be cultured under aseptic conditions from a living individual.

본 발명은 각막세포가 아닌 결막세포를 이용하여 보다 더 쉽고 빠르게 약물 전달 시스템을 대량 생산할 수 있다.The present invention can mass-produce a drug delivery system more easily and quickly using conjunctival cells instead of corneal cells.

본 발명 바이오 잉크 조성물은 조성물 전체 부피 대비 하이드로겔 1 내지 70 w/v%, 결막세포 5×106 내지 50×106/ml를 포함하는 것일 수 있다.The bio-ink composition of the present invention may contain 1 to 70 w/v% of hydrogel relative to the total volume of the composition, and 5×10 6 to 50×10 6 /ml of conjunctival cells.

본 발명 바이오 잉크 조성물은 세포 배양액, 생리활성물질, 탈세포화된 세포외 기질(decellularized extracellular matrix, dECM), 첨가제 및 안질환 치료용 약물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다.The bio-ink composition of the present invention may further include at least one selected from the group consisting of a cell culture medium, a physiologically active material, a decellularized extracellular matrix (dECM), an additive, and a drug for treating eye diseases.

세포 배양액은 목적하는 세포에 적합한 임의의 배지를 포함하는 것으로, 예를 들어 MEM 배지, RPMI1640 배지, DMEM 배지, IMDM 배지 등일 수 있다. 세포 배양액에는 비타민, 성장 인자, 사이토카인, 항생물질 등이 추가로 포함될 수 있다.The cell culture medium includes any medium suitable for the desired cells, and may be, for example, MEM medium, RPMI1640 medium, DMEM medium, IMDM medium, and the like. The cell culture medium may further contain vitamins, growth factors, cytokines, antibiotics, and the like.

생리활성물질은 세포를 증식시키거나 세포외 기질 분비를 촉진시키기 위한 것으로, 예를 들어 전환 성장인자(transforming growth factor-beta, TGF-β), 섬유아세포 성장인자(fibroblast growth factor,FGF), 골 형태발생 단백질(bone morphogenic protein, BMP), 혈관내피 성장인자(vascular endothelial growth factor, VEGF), 표피 성장인자(epidermal growth factor, EGF), 인슐린-유사 성장인자(insulin-like growth factor, IGF), 혈소판-유래 성장인자(platelet-derived growth factor, PDGF), 신경 성장인자(nerve growth factor, NGF), 간세포 성장인자(hepatocyte growth factor, HGF), 태반 성장인자 (placental growth factor, PIGF), 과립구 콜로니 자극인자(granulocyte colony stimulating factor,G-CSF) 및 아스코르베이트 2-포스페이트(ascorbate 2-phosphate)와 같은 세포 배양액 첨가물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상일 수 있다.The physiologically active substance is for proliferating cells or promoting the secretion of extracellular matrix, for example, transforming growth factor-beta (TGF-β), fibroblast growth factor (FGF), bone morphogenic protein (BMP), vascular endothelial growth factor (VEGF), epidermal growth factor (EGF), insulin-like growth factor (IGF), platelet-derived growth factor (PDGF), nerve growth factor (NGF), hepatocyte growth factor (HGF), placental growth factor (PIGF), granulocyte colonies It may be at least one selected from the group consisting of a cell culture additive such as granulocyte colony stimulating factor (G-CSF) and ascorbate 2-phosphate.

용어 ‘세포외 기질’(extracellular matrix, ECM)은 세포 외부를 둘러싸고 있는 기질로서, 세포와 세포 사이를 차지하고 있으며, 주로 단백질과 다당류로 이루어진 망상 구조를 가지고 있다.The term 'extracellular matrix' (ECM) is a matrix that surrounds the outside of the cell, occupies between cells, and has a network structure mainly composed of proteins and polysaccharides.

용어 ‘탈세포화(decellularization)’는 생체 조직에서 포함된 세포외 기질 성분을 화학적 처리를 통해 분리하는 과정으로, 체외로 적출된 조직을 인산완충용액(Phosphate Buffered Saline, PBS)으로 세척하고 탈세포화 용액에 담궈 세포의 핵을 제거하고 세포외 기질만 남겨 탈세포화시킬 수 있다.The term 'decellularization' is a process of separating the extracellular matrix components contained in living tissue through chemical treatment. It can be decellularized by immersing it in a cell to remove the nucleus and leaving only the extracellular matrix.

탈세포화된 세포외 기질은 인간, 돼지, 소, 토끼, 개, 염소, 양, 닭 및 말 등의 포유동물로부터 적출된 조직을 탈세포화하여 얻어진 것일 수 있다.The decellularized extracellular matrix may be obtained by decellularizing tissues extracted from mammals such as humans, pigs, cattle, rabbits, dogs, goats, sheep, chickens and horses.

첨가제는 피브리노겐, 트롬빈, 조직 접착제 및 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 공중합체 (polyethylene oxide-polypropylene oxide 공중합체;Pluronic F127) 중 적어도 하나일 수 있다.The additive may be at least one of fibrinogen, thrombin, tissue adhesive, and polyethylene oxide-polypropylene oxide copolymer (Pluronic F127).

피브리노겐은 글로불린에 속하는 단백질로, 세포의 부착 및 분화에 적합한 환경을 조성할 수 있다.Fibrinogen is a protein belonging to globulin, and can create an environment suitable for cell adhesion and differentiation.

피브리노겐이나 트롬빈은 분자량이 340kDa 이하인 것일 수 있다.Fibrinogen or thrombin may have a molecular weight of 340 kDa or less.

본 발명 바이오 잉크 조성물은 피브리노겐 1 내지 20 w/v% 및 글리세롤 1 내지 20 w/v%를 더 포함할 수 있다.The bio-ink composition of the present invention may further include 1 to 20 w/v% of fibrinogen and 1 to 20 w/v% of glycerol.

용어 ‘조직 접착제’는 외과적 상처 봉합의 보조제로, 생체 내부 및 외부의 수술 중 상처 재건에 도움을 줄 수 있으며, 수술 분야뿐만 아니라 약물전달을 위해서도 사용 가능하다.The term 'tissue adhesive' is an adjuvant for surgical wound closure, which can help in reconstructing a wound during surgery inside and outside the living body, and can be used not only in the field of surgery but also for drug delivery.

조직 접착제는 시아노아크릴레이트, 피브린 및 바이오덴드리머로 구성된 군에서 선택된 것일 수 있다.The tissue adhesive may be selected from the group consisting of cyanoacrylate, fibrin, and biodendrimer.

플루로닉 F127은 프린팅된 구조체의 두께를 조절하는 역할로 사용될 수 있다.Pluronic F127 can be used to control the thickness of the printed structure.

플루로닉 F127은 바이오 잉크 조성물 총 부피당 5mg/ml 내지 95mg/ml, 10mg/ml 내지 90mg/ml, 15mg/ml 내지 85mg/ml, 20mg/ml 내지 80mg/ml, 25mg/ml 내지 75mg/ml, 30mg/ml 내지 70mg/ml, 35mg/ml 내지 65mg/ml, 40mg/ml 내지 60mg/ml 또는 45mg/ml 내지 55mg/ml의 함량으로 포함될 수 있다.Pluronic F127 per total volume of bio-ink composition 5mg/ml to 95mg/ml, 10mg/ml to 90mg/ml, 15mg/ml to 85mg/ml, 20mg/ml to 80mg/ml, 25mg/ml to 75mg/ml, 30 mg/ml to 70 mg/ml, 35 mg/ml to 65 mg/ml, 40 mg/ml to 60 mg/ml, or 45 mg/ml to 55 mg/ml may be included.

용어 ‘안질환’은 안구 영역을 침범하거나 이에 연루된 질병, 질환 또는 병증을 의미한다. 일반적으로 말해서, 안구(ocular)에는 눈알 및 눈알을 구성하는 조직 및 유체, 안구주위 근육 및 안구 내 또는 이에 인접한 시신경 부분이 포함된다. ‘안구 영역’은 눈의 앞쪽 및 뒤쪽 부분을 포함한 눈알의 모든 구역을 의미한다.The term 'eye disease' means a disease, condition or condition that affects or is implicated in the ocular region. Generally speaking, the ocular includes the eyeball and the tissues and fluids that make up the eyeball, the periocular muscles and the portion of the optic nerve in or adjacent to the eyeball. “Eye region” means any area of the eyeball, including the anterior and posterior portions of the eye.

안질환은 안구건조증, 백내장, 갑상선 안병증, 비문증, 망막리, 헤르페스성 각막염, 세균성 각막염, 원발성 개방각 녹내장, 폐쇄각 녹내장, 신생혈관성 녹내장, 증식 유리체 망막병증, 황반 변성, 색소성 망막증, 당뇨병성 망막증, 맥락막 신생혈관, 허혈성 시신경 장애, 조숙아 망막증, 미숙아 망막증, 유행성 각결막염, 신생혈관성 홍채질환, 후수정체 섬유증식증, 아토피성 각막염, 상각막윤부 각막염, 위상편 건선 각막염, 플릭텐성 각결막염, 공막염, 당뇨성 황반 부종 등을 포함할 수 있다.Eye diseases include dry eye syndrome, cataract, thyroid ophthalmopathy, cataract, retinitis, herpetic keratitis, bacterial keratitis, primary open-angle glaucoma, angle-closure glaucoma, neovascular glaucoma, proliferative vitreous retinopathy, macular degeneration, retinopathy pigmentosa, diabetes mellitus. Retinopathy, choroidal neovascularization, ischemic optic nerve disorder, retinopathy of prematurity, retinopathy of prematurity, epidemic keratoconjunctivitis, neovascular iris disease, retrocapsular fibroplasia, atopic keratitis, superior limbal keratitis, phase psoriatic keratitis, plictenoid keratitis, scleritis, diabetic macular edema, and the like.

안질환 치료용 약물은 DNA, RNA, 세포, 단백질, 폴리펩티드, 화합물일 수 있으나, 공지의 안질환 예방 또는 치료용 약물이면 제한없이 적용될 수 있다.The drug for treating eye disease may be DNA, RNA, cell, protein, polypeptide, or compound, but any known drug for preventing or treating eye disease may be applied without limitation.

안질환 치료용 약물은 예컨대 아세틸시스테인, 항생제(토브라마이신, 비가 목스 등), 항염증제(로테프레드놀에타보네이드, 플루오로메톨론 등), Anti VEGF(아바스틴, 루센티스 아일리아 등), 덱사메타존(탐세톤, 마케이드, 오저덱스 등), 안내 주사제 및 이들의 조합 중 적어도 하나일 수 있다.Drugs for the treatment of eye diseases include, for example, acetylcysteine, antibiotics (tobramycin, bigamox, etc.), anti-inflammatory drugs (loteprednoletabonide, fluorometholone, etc.), Anti VEGF (Avastin, Lucentis eilia, etc.), dexametha Zone (Tamsetone, Markade, Ozerdex, etc.), intraocular injection, and a combination thereof may be at least one.

본 발명 바이오 잉크 조성물은 0.01 내지 10mM, 0.01 내지 9mM, 0.01 내지 8mM, 0.01 내지 7mM, 0.01 내지 6mM, 0.01 내지 5mM, 0.01 내지 4mM, 0.01 내지 3mM, 0.01 내지 2mM, 0.01 내지 1mM, 0.01 내지 0.5mM, 0.01 내지 0.1mM 또는 0.01 내지 0.05mM의 약물을 포함할 수 있다.The bio-ink composition of the present invention is 0.01 to 10mM, 0.01 to 9mM, 0.01 to 8mM, 0.01 to 7mM, 0.01 to 6mM, 0.01 to 5mM, 0.01 to 4mM, 0.01 to 3mM, 0.01 to 2mM, 0.01 to 1mM, 0.01 to 0.5mM , 0.01 to 0.1 mM or 0.01 to 0.05 mM of the drug.

일 구현예로, 본 발명 바이오 잉크 조성물은 0.01 내지 10mM의 아세틸시스테인을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명 바이오 잉크 조성물은 0.01 내지 10mM, 0.01 내지 9mM, 0.01 내지 8mM, 0.01 내지 7mM, 0.01 내지 6mM, 0.01 내지 5mM, 0.01 내지 4mM, 0.01 내지 3mM, 0.01 내지 2mM 또는 0.01 내지 1mM 의 아세틸시스테인을 포함할 수 있다.In one embodiment, the bio-ink composition of the present invention may contain 0.01 to 10 mM acetylcysteine. For example, the bio-ink composition of the present invention is 0.01 to 10mM, 0.01 to 9mM, 0.01 to 8mM, 0.01 to 7mM, 0.01 to 6mM, 0.01 to 5mM, 0.01 to 4mM, 0.01 to 3mM, 0.01 to 2mM or 0.01 to 1mM of acetylcysteine.

일 구현예로, 본 발명 바이오 잉크 조성물은 0.01 내지 5mM의 토브라마이신인을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명 바이오 잉크 조성물은 0.01 내지 5mM, 0.01 내지 4mM, 0.01 내지 3mM, 0.01 내지 2mM, 0.01 내지 1mM, 0.01 내지 0.5mM, 0.01 내지 0.4mM, 0.01 내지 0.3mM, 0.01 내지 0.2mM, 0.01 내지 0.1mM의 토브라마이신을 포함할 수 있다.In one embodiment, the bio-ink composition of the present invention may contain 0.01 to 5 mM of tobramycin. For example, the bio-ink composition of the present invention is 0.01 to 5mM, 0.01 to 4mM, 0.01 to 3mM, 0.01 to 2mM, 0.01 to 1mM, 0.01 to 0.5mM, 0.01 to 0.4mM, 0.01 to 0.3mM, 0.01 to 0.2mM, 0.01 to 0.1 mM tobramycin may be included.

바이오 잉크 조성물에 전술한 농도의 약물을 포함시킴으로써 바이오 프린팅된 구조체에서 세포 생존율을 유지시킬 수 있다.Cell viability can be maintained in the bioprinted construct by including the drug at the above-mentioned concentration in the bio-ink composition.

본 발명 렌즈 형상의 약물 전달 시스템은 전술한 바이오 잉크 조성물을 3D 프린터로 바이오 프린팅하여 제조된 것일 수 있다.The lens-shaped drug delivery system of the present invention may be manufactured by bio-printing the above-described bio-ink composition with a 3D printer.

용어 ‘3D 바이오 프린팅’은 3D 프린팅 기술을 활용해 각막, 간, 피부, 혈관 등 생체 구조물을 생산하는 기술을 의미한다. 3D 프린팅은 통상의 기술자에게 일반적으로 공지된 방법, 기기를 사용하는 것일 수 있다.The term ‘3D bioprinting’ refers to a technology that uses 3D printing technology to produce biological structures such as cornea, liver, skin, and blood vessels. 3D printing may be using methods and devices generally known to those skilled in the art.

3D 프린팅 기술을 이용하여 제작된 렌즈 형상의 약물 전달 시스템은 안구에 대한 접착력이 우수하며, 생체적합성 및 생체흡수성이 우수하며 생분해성 성질을 나타낼 수 있다. 또한, 3D 프린팅 기술을 이용함으로써 대량으로 쉽고 빠르게 렌즈 형상의 약물전달 시스템을 제작할 수 있다.The lens-shaped drug delivery system manufactured using 3D printing technology has excellent adhesion to the eye, excellent biocompatibility and bioabsorption, and may exhibit biodegradable properties. In addition, by using 3D printing technology, it is possible to quickly and easily manufacture a lens-shaped drug delivery system in a large quantity.

본 발명 렌즈 형상의 약물 전달 시스템은 렌즈 형상의 기재 매트릭스 및 안질환 치료용 약물을 포함할 수 있다.The lens-shaped drug delivery system of the present invention may include a lens-shaped base matrix and a drug for treating eye diseases.

용어 ‘기재 매트릭스’는 안질환 예방 또는 치료용 약물이 탑재될 수 있는 바탕 재료를 의미하며, 본 발명 기재 매트릭스는 전술한 바이오 잉크 조성물의 성분들 중 안질환 치료용 약물을 제외한 성분들을 포함하는 것일 수 있다.The term 'base matrix' refers to a base material on which a drug for preventing or treating eye disease can be mounted, and the base matrix of the present invention includes components other than the drug for treating eye disease among the components of the bio-ink composition described above. can

기재 매트릭스는 일반적으로 사용되는 소프트렌즈 또는 하드렌즈 형태일 수 있다.The substrate matrix may be in the form of commonly used soft lenses or hard lenses.

본 발명 약물 전달 시스템은 기재 매트릭스 상에 안질환 치료용 약물이 탑재된 형태일 수 있으며, 예컨대 약물은 기재 매트릭스 내부 및/또는 표면에 위치할 수 있다.The drug delivery system of the present invention may be in a form in which a drug for treating eye diseases is mounted on a base matrix, for example, the drug may be located inside and/or on the surface of the base matrix.

기재 매트릭스에 대한 약물의 탑재는 당업계에 공지된 방법을 통해 수행될 수 있다.The loading of the drug onto the substrate matrix can be performed through methods known in the art.

예를 들어, 약물을 포함하는 바이오 잉크를 3D 프린터로 프린팅함으로써 기재 매트릭스 상에 약물을 탑재할 수 있다.For example, the drug can be mounted on the substrate matrix by printing bio-ink containing the drug with a 3D printer.

예를 들어, 약물을 포함하지 않는 바이오 잉크를 3D 프린터로 프린팅하여 기재 매트릭스를 제조한 후, 기재 매트릭스를 약물 용액에 침지시킴으로써 기재 매트릭스 상에 약물을 탑재할 수 있다.For example, a drug-free bio-ink may be printed with a 3D printer to prepare a base matrix, and then the drug may be loaded onto the base matrix by immersing the base matrix in a drug solution.

기재 매트릭스에 약물이 탑재된 렌즈 형상의 약물 전달 시스템은 생체 내에서 분해될 수 있고, 탑재된 약물이 서서히 방출될 수 있다.A lens-shaped drug delivery system in which a drug is mounted on a base matrix may be decomposed in vivo, and the loaded drug may be slowly released.

추가로, 본 발명은 하이드로겔 및 결막세포를 포함하는 바이오 잉크 조성물을 3D 프린터에 투입하여 프린팅하여 렌즈 형상의 기재 매트릭스를 제조하는 단계;를 포함하는 렌즈 형상의 생분해성 약물 전달 시스템의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing a lens-shaped biodegradable drug delivery system comprising: preparing a lens-shaped base matrix by printing a bio-ink composition comprising a hydrogel and conjunctival cells into a 3D printer to provide.

바이오 잉크 조성물은 조성물 전체 부피 대비 하이드로겔 1 내지 70 w/v % 및 결막세포 5×106 내지 50×106/ml를 포함할 수 있다.The bio-ink composition may contain 1 to 70 w/v % of hydrogel and 5×10 6 to 50×10 6 /ml of conjunctival cells relative to the total volume of the composition.

일 구현예에 따르면 하이드로겔 및 결막세포 외에 안질환 치료용 약물을 더 포함하는 바이오 잉크 조성물을 이용하여, 안질환 치료용 약물이 탑재된 렌즈 형상의 기재 매트릭스를 제조할 수 있다.According to one embodiment, by using a bio-ink composition further comprising a drug for treating eye disease in addition to the hydrogel and conjunctival cells, a lens-shaped base matrix loaded with a drug for treating eye disease can be prepared.

하이드로겔, 결막세포, 바이오 잉크 조성물, 렌즈 형상의 기재 매트릭스, 안질환, 약물에 대한 내용은 전술한 바 있어 구체적인 설명은 생략한다.Hydrogel, conjunctival cells, bio-ink composition, lens-shaped base matrix, ophthalmic diseases, and drugs have been described above, and detailed descriptions thereof will be omitted.

본 발명 제조방법은 렌즈 형상의 기재 매트릭스에 안질환 치료용 약물을 탑재하는 단계를 더 포함할 수 있다.The manufacturing method of the present invention may further include loading a drug for treating eye diseases on a lens-shaped base matrix.

약물의 탑재는 기재 매트릭스를 안질환 치료용 약물 용액 상에 침지시키는 단계를 포함할 수 있다.The loading of the drug may include immersing the base matrix onto a drug solution for treating eye diseases.

약물을 탑재하는 단계는 0.01 내지 10mM, 0.01 내지 9mM, 0.01 내지 8mM, 0.01 내지 7mM, 0.01 내지 6mM, 0.01 내지 5mM, 0.01 내지 4mM, 0.01 내지 3mM, 0.01 내지 2mM, 0.01 내지 1mM, 0.01 내지 0.5mM, 0.01 내지 0.1mM 또는 0.01 내지 0.05mM의 약물을 탑재하는 것일 수 있다.The step of loading the drug is 0.01 to 10mM, 0.01 to 9mM, 0.01 to 8mM, 0.01 to 7mM, 0.01 to 6mM, 0.01 to 5mM, 0.01 to 4mM, 0.01 to 3mM, 0.01 to 2mM, 0.01 to 1mM, 0.01 to 0.5mM , 0.01 to 0.1 mM or 0.01 to 0.05 mM of drug may be loaded.

일 구현예로, 약물을 탑재하는 단계는 0.01 내지 10mM의 아세틸시스테인을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명 바이오 잉크 조성물은 0.01 내지 10mM, 0.01 내지 9mM, 0.01 내지 8mM, 0.01 내지 7mM, 0.01 내지 6mM, 0.01 내지 5mM, 0.01 내지 4mM, 0.01 내지 3mM, 0.01 내지 2mM 또는 0.01 내지 1mM의 아세틸시스테인을 탑재하는 것일 수 있다.In one embodiment, the step of loading the drug may include 0.01 to 10 mM acetylcysteine. For example, the bio-ink composition of the present invention is 0.01 to 10mM, 0.01 to 9mM, 0.01 to 8mM, 0.01 to 7mM, 0.01 to 6mM, 0.01 to 5mM, 0.01 to 4mM, 0.01 to 3mM, 0.01 to 2mM or 0.01 to 1mM. It may be loaded with acetylcysteine.

일 구현예로, 약물을 탑재하는 단계는 0.01 내지 5mM의 토브라마이신인을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명 바이오 잉크 조성물은 0.01 내지 5mM, 0.01 내지 4mM, 0.01 내지 3mM, 0.01 내지 2mM, 0.01 내지 1mM, 0.01 내지 0.5mM, 0.01 내지 0.4mM, 0.01 내지 0.3mM, 0.01 내지 0.2mM, 0.01 내지 0.1mM의 토브라마이신을 탑재하는 것일 수 있다.In one embodiment, the step of loading the drug may include 0.01 to 5 mM of tobramycin. For example, the bio-ink composition of the present invention is 0.01 to 5mM, 0.01 to 4mM, 0.01 to 3mM, 0.01 to 2mM, 0.01 to 1mM, 0.01 to 0.5mM, 0.01 to 0.4mM, 0.01 to 0.3mM, 0.01 to 0.2mM, 0.01 to 0.1 mM tobramycin may be loaded.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, examples will be given to describe the present invention in detail.

실시예Example

1. 바이오 잉크 조성물 제조1. Preparation of bio-ink composition

다음과 같이 하이드로 겔 전구체의 농축 용액을 제조 하였다. 포스페이트-완충 식염수 용액(PBS)에 10 w/v% 젤라틴 타입 A(Sigma-Aldrich), 10 w/v% 젤라틴 메타크릴레이트, 10 w/v% 피브리노겐(Sigma-Aldrich), 20 w/v% 4-PEG 아민(10,000 g/mol, Laysan Bio)을 37 ℃에서 농축하였다. 4 ℃에서 10 내지 50 w/v% 콜라겐 용액을 1M NaOH 및 실온 PBS에서 중화한 후, 따뜻한 젤라틴에 혼합 하였다. 1 시간 후, 젤라틴을 2 %로 희석하고 1 주일 동안 40 ℃에서 투석 하였다. 이어서 용액을 동결 건조하고 -20 ℃에서 건조 보관 하였다. 하이드로 겔 전구체, PEG 가교제, PBS, 세포외 기질(ECM), 결막세포, 안질환 치료용 약물(아세틸시스테인 및 토브라마이신)을 다양한 양으로 혼합하여 바이오 잉크 조성물을 제조하였다.A concentrated solution of the hydrogel precursor was prepared as follows. 10 w/v% gelatin type A (Sigma-Aldrich), 10 w/v% gelatin methacrylate, 10 w/v% fibrinogen (Sigma-Aldrich), 20 w/v% in phosphate-buffered saline solution (PBS) 4-PEG amine (10,000 g/mol, Laysan Bio) was concentrated at 37 °C. After neutralizing a 10-50 w/v% collagen solution at 4°C in 1M NaOH and room temperature PBS, it was mixed with warm gelatin. After 1 h, the gelatin was diluted to 2% and dialyzed at 40 °C for 1 week. The solution was then lyophilized and stored dry at -20 °C. A bio-ink composition was prepared by mixing various amounts of a hydrogel precursor, a PEG crosslinking agent, PBS, extracellular matrix (ECM), conjunctival cells, and drugs for treating eye diseases (acetylcysteine and tobramycin).

표 1에 제조된 바이오 잉크 조성물을 구성하는 성분들의 함량을 나타내었다.Table 1 shows the contents of the components constituting the prepared bio-ink composition.

구분division 젤라틴 타입 AGelatin Type A 젤라틴 메타크릴레이트gelatin methacrylate 4-PEG 아민4-PEG amine 피브리노겐fibrinogen 결막상피세포conjunctival epithelial cells 약물drug 아세틸시스테인Acetylcysteine 토브라마이신tobramycin 실시예1Example 1 10w/v%10w/v% 10w/v%10w/v% 20w/v%20w/v% 10w/v%10w/v% 5×106 내지 50×106/ml5×10 6 to 50×10 6 /ml 0.5mM0.5 mM -- 실시예2Example 2 10w/v%10w/v% 10w/v%10w/v% 20w/v%20w/v% 10w/v%10w/v% 5×106 내지 50×106/ml5×10 6 to 50×10 6 /ml 1.0mM1.0 mM -- 실시예3Example 3 10w/v%10w/v% 10w/v%10w/v% 20w/v%20w/v% 10w/v%10w/v% 5×106 내지 50×106/ml5×10 6 to 50×10 6 /ml 5.0mM5.0 mM -- 실시예4Example 4 10w/v%10w/v% 10w/v%10w/v% 20w/v%20w/v% 10w/v%10w/v% 5×106 내지 50×106/ml5×10 6 to 50×10 6 /ml 10mM10 mM -- 실시예5Example 5 10w/v%10w/v% 10w/v%10w/v% 20w/v%20w/v% 10w/v%10w/v% 5×106 내지 50×106/ml5×10 6 to 50×10 6 /ml -- 0.1mM0.1 mM 실시예6Example 6 10w/v%10w/v% 10w/v%10w/v% 20w/v%20w/v% 10w/v%10w/v% 5×106 내지 50×106/ml5×10 6 to 50×10 6 /ml -- 0.5mM0.5 mM 실시예7Example 7 10w/v%10w/v% 10w/v%10w/v% 20w/v%20w/v% 10w/v%10w/v% 5×106 내지 50×106/ml5×10 6 to 50×10 6 /ml -- 1.0mM1.0 mM 실시예8Example 8 10w/v%10w/v% 10w/v%10w/v% 20w/v%20w/v% 10w/v%10w/v% 5×106 내지 50×106/ml5×10 6 to 50×10 6 /ml -- 5mM5 mM 비교예comparative example 10w/v%10w/v% 10w/v%10w/v% 20w/v%20w/v% 10w/v%10w/v% 5×106 내지 50×106/ml5×10 6 to 50×10 6 /ml -- --

2. 바이오 프린터를 이용한 약물 전달 시스템(약물전달체) 제조2. Manufacturing of drug delivery system (drug delivery system) using bioprinter

표 1에 기재된 바이오 잉크 조성물(실시예, 비교예) 각각을 바이오 프린터로 프린팅하여 렌즈 형상의 약물 전달 시스템을 제조하였다. 구체적인 방법은 아래와 같다.Each of the bio-ink compositions (Example, Comparative Example) described in Table 1 was printed with a bio-printer to prepare a lens-shaped drug delivery system. The specific method is as follows.

바이오 잉크 조성물을 3D 바이오 프린터(Bio X 3D Print)에 충전한 후 37℃ 온도를 유지하였다. 1~2 시간 이내에, 200~300㎛ 구경의 프린팅 노즐을 카트리지에 고정하고, 1~1.25 kPa 압력하에서 5mm/s 인쇄 속도로 바이오 잉크 조성물을 프린팅하였다. 도 1은 바이오 잉크 조성물을 3D 바이오 프린터로 프린팅하는 과정을 나타낸다. 도 2는 바이오 프린터로 프린팅된 약물이 탑재되지 않은 렌즈 형상의 기재 매트릭스(대조군)(도 2A), 기재 매트릭스에 아세틸시스테인이 탑재된 약물전달체(도 2B), 기재 매트릭스에 토브라마이신이 탑재된 약물전달체(도 2C)의 이미지를 나타낸다.After filling the bio-ink composition in a 3D bio-printer (Bio X 3D Print), the temperature was maintained at 37°C. Within 1 to 2 hours, a printing nozzle having a diameter of 200 to 300 μm was fixed to the cartridge, and the bio-ink composition was printed at a printing speed of 5 mm/s under a pressure of 1 to 1.25 kPa. 1 shows a process of printing a bio-ink composition with a 3D bio-printer. Figure 2 is a lens-shaped base matrix (control group) without a drug printed by a bioprinter (Figure 2A), a drug delivery system with acetylcysteine loaded on the base matrix (Figure 2B), and tobramycin loaded on the base matrix An image of the drug delivery system (FIG. 2C) is shown.

실험예Experimental example

실시예 및 비교예를 이용하여 아래의 분석을 수행하였다.The following analysis was performed using Examples and Comparative Examples.

1. ATP 분석1. ATP analysis

EZ-ATP 분석 키트(DoGenBio DG-ATP100, KOREA)를 사용하여 결막세포의 ATP 농도를 측정하였다.The ATP concentration of conjunctival cells was measured using the EZ-ATP assay kit (DoGenBio DG-ATP100, KOREA).

아세틸시스테인이 약물로 사용된 실시예 1 내지 4 중 실시예 1 및 2의 세포 ATP 수치가 실시예 3 및 4에 비해서 유의하게 높았다(도 3 참조). 이를 통해 1mM 이하의 아세틸시스테인을 약물로 사용하는 경우 결막세포 생존 효과가 우수하다는 것을 알 수 있었다.Cells of Examples 1 and 2 of Examples 1-4 in which acetylcysteine was used as a drug ATP levels were significantly higher than Examples 3 and 4 (see FIG. 3 ). Through this, it was found that the survival effect of conjunctival cells was excellent when 1 mM or less of acetylcysteine was used as a drug.

2. LDH 분석2. LDH Assay

세포 자멸사 또는 괴사 등으로 사멸 또는 손상된 세포에서 방출되는 락테이트 디하이드로게나제(Lactate dehydrogenase; LDH)의 양을 측정하여 세포 독성/세포 분해 정도를 측정하였다. LDH 양 측정은 EZ-LDH 분석키트(DoGenBio DG-LDH1000, KOREA)를 이용하였다.The amount of lactate dehydrogenase (LDH) released from apoptotic or damaged cells due to apoptosis or necrosis was measured to measure the degree of cytotoxicity/cytolysis. The amount of LDH was measured using an EZ-LDH assay kit (DoGenBio DG-LDH1000, KOREA).

아세틸시스테인이 약물로 사용된 실시예 1 내지 4 중 실시예 1 및 2의 경우 LDH 양은 실시예 3 및 4에 비해서 유의하게 낮았다(도 4 참조). 이를 통해 1mM 이하의 아세틸시스테인을 약물로 사용하는 경우 결막세포 생존 효과가 우수하다는 것을 알 수 있었다.In Examples 1 and 2 of Examples 1 to 4 in which acetylcysteine was used as a drug, the amount of LDH was significantly lower than in Examples 3 and 4 (see FIG. 4 ). Through this, it was found that the survival effect of conjunctival cells was excellent when 1 mM or less of acetylcysteine was used as a drug.

토브라마이신을 약물로 사용한 실시예 5 내지 8 중에서는 실시예 5의 경우 LDH의 양이 실시예 6 내지 8에 비해서 유의하게 낮았다(도 6 참조). 이를 통해 0.1mM 이하의 토브라마이신을 약물로 사용하는 경우 결막세포 생존 효과가 우수하다는 것을 알 수 있었다.Among Examples 5 to 8 in which tobramycin was used as a drug, the amount of LDH in Example 5 was significantly lower than in Examples 6 to 8 (see FIG. 6 ). Through this, it was found that when 0.1 mM or less of tobramycin was used as a drug, the conjunctival cell survival effect was excellent.

3. 세포 생존능 및 세포 사멸 정도 확인3. Confirmation of cell viability and apoptosis

LIVE/DEAD™ Reduced Biohazard Cell Viability Kit #1(Thermofisher L7013, USA)를 사용하여 바이오 프린팅을 통해 제작된 세포가 포함된 구조체에 아세틸시스테인 및 토브라마이신이 탑재된 렌즈에서 세포의 생존 및 세포 사멸 정도를 평가하였다.The degree of cell viability and apoptosis in lenses loaded with acetylcysteine and tobramycin in a construct containing cells produced through bioprinting using LIVE/DEAD™ Reduced Biohazard Cell Viability Kit #1 (Thermofisher L7013, USA) was evaluated.

도 5에 아세틸시스테인이 약물로 사용된 실시예 1 내지 4의 평가 결과를 나타내었다. 여기서 녹색 형광은 살아 있는 세포를, 빨간색 형광은 죽은 세포를 의미한다. 실시예 1 및 2에서 세포 생존율이 유의하게 높았다.5 shows the evaluation results of Examples 1 to 4 in which acetylcysteine was used as a drug. Here, green fluorescence means living cells and red fluorescence means dead cells. In Examples 1 and 2, the cell viability was significantly higher.

도 7에 토브라마이신이 약물로 사용된 실시예 5 내지 8의 평가 결과를 나타내었다. 여기서 녹색 형광은 살아 있는 세포를, 빨간색 형광은 죽은 세포를 의미한다. 실시예 5에서 세포 생존율이 유의하게 높았다.7 shows the evaluation results of Examples 5 to 8 in which tobramycin was used as a drug. Here, green fluorescence means living cells and red fluorescence means dead cells. In Example 5, the cell viability was significantly higher.

전술한 바와 같이 본 발명 바이오 잉크 조성물은 우수한 인쇄성을 나타내는 것을 확인하였다. 또한, 본 발명 바이오 잉크 조성물을 이용하면 바이오 프린팅 온도 조건이나 압력 조건에 따른 스트레스를 최소화할 수 있고, 프린팅 과정 후에도 결막 세포의 생존율이 높다는 것을 확인하였다. 본 발명 바이오 잉크 조성물을 이용해 제조된 약물 전달 시스템은 안질환 치료에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 전망된다.As described above, it was confirmed that the bio-ink composition of the present invention exhibits excellent printability. In addition, it was confirmed that, by using the bio-ink composition of the present invention, stress according to the bio-printing temperature condition or pressure condition can be minimized, and the survival rate of conjunctival cells is high even after the printing process. The drug delivery system prepared by using the bio-ink composition of the present invention is expected to be usefully used for the treatment of eye diseases.

Claims (11)

하이드로겔 1 내지 70 w/v%, 결막세포 5×106 내지 50×106/ml 및 안질환 치료용 약물을 포함하는 바이오 잉크 조성물로 이루어진 렌즈 형상의 기재 매트릭스 상에 안질환 치료용 약물이 탑재되어 있는 렌즈 형상의 생분해성 약물 전달 시스템으로, 상기 하이드로겔은 젤라틴 1 내지 30 w/v%, 콜라겐 10 내지 50 w/v% 및 폴리에틸렌글리콜 1 내지 30 w/v%를 포함하는 것인 렌즈 형상의 생분해성 약물 전달 시스템.
On a lens-shaped base matrix consisting of a bio-ink composition comprising 1 to 70 w/v% of hydrogel, 5×10 6 to 50×10 6 /ml of conjunctival cells, and a drug for treating eye diseases, a drug for treating eye diseases is A lens-shaped biodegradable drug delivery system mounted on the lens, wherein the hydrogel comprises 1 to 30 w/v% of gelatin, 10 to 50 w/v% of collagen, and 1 to 30 w/v% of polyethylene glycol Shaped biodegradable drug delivery system.
삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 바이오 잉크 조성물은 피브리노겐 1 내지 20 w/v% 및 글리세롤 1 내지 20 w/v%를 더 포함하는 렌즈 형상의 생분해성 약물 전달 시스템.
The biodegradable drug delivery system of claim 1, wherein the bio-ink composition further comprises 1 to 20 w/v% of fibrinogen and 1 to 20 w/v% of glycerol.
청구항 1에 있어서, 상기 약물은 아세틸시스테인 또는 토브라마이신인 렌즈 형상의 생분해성 약물 전달 시스템.
The lens-shaped biodegradable drug delivery system according to claim 1, wherein the drug is acetylcysteine or tobramycin.
청구항 1에 있어서, 상기 약물은 0.01 내지 10mM의 아세틸시스테인인렌즈 형상의 생분해성 약물 전달 시스템.
The biodegradable drug delivery system of claim 1, wherein the drug is acetylcysteine in an amount of 0.01 to 10 mM.
청구항 1에 있어서, 상기 약물은 0.01 내지 5mM의 토브라마이신인 렌즈 형상의 생분해성 약물 전달 시스템.
The lens-shaped biodegradable drug delivery system according to claim 1, wherein the drug is 0.01-5 mM tobramycin.
하이드로겔 1 내지 70 w/v %, 결막세포 5×106 내지 50×106/ml 및 안질환 치료용 약물을 포함하는 바이오 잉크 조성물을 3D 프린터에 투입하여 상기 안질환 치료용 약물이 탑재된 렌즈 형상의 기재 매트릭스를 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 하이드로겔은 젤라틴 1 내지 30 w/v%, 콜라겐 10 내지 50 w/v% 및 폴리에틸렌글리콜 1 내지 30 w/v%를 포함하는 것인 렌즈 형상의 생분해성 약물 전달 시스템의 제조방법.
Hydrogel 1 to 70 w/v %, conjunctival cells 5×10 6 to 50×10 6 /ml, and a bio-ink composition containing a drug for treating eye disease is injected into a 3D printer, and the drug for treating eye disease is loaded Including; preparing a lens-shaped substrate matrix;
The hydrogel is 1 to 30 w/v% of gelatin, 10 to 50 w/v% of collagen, and 1 to 30 w/v% of polyethylene glycol. The method of manufacturing a lens-shaped biodegradable drug delivery system.
삭제delete 청구항 7에 있어서, 상기 바이오 잉크 조성물은 피브리노겐 1 내지 20 w/v% 및 글리세롤 1 내지 20 w/v%를 더 포함하는 렌즈 형상의 생분해성 약물 전달 시스템의 제조방법.
The method of claim 7, wherein the bio-ink composition further comprises 1 to 20 w/v% of fibrinogen and 1 to 20 w/v% of glycerol.
청구항 7에 있어서, 상기 약물은 0.01 내지 10mM의 아세틸시스테인인 렌즈 형상의 생분해성 약물 전달 시스템의 제조방법.
The method according to claim 7, wherein the drug is 0.01 to 10 mM acetylcysteine.
청구항 7에 있어서, 상기 약물은 0.01 내지 5mM의 토브라마이신인 렌즈 형상의 생분해성 약물 전달 시스템의 제조방법.The method of claim 7, wherein the drug is 0.01-5 mM tobramycin.
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