KR102330141B1 - 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인 - Google Patents

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라파엘 카우프만
세르게이 슈텐첼
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가이스틀리히 파마 아게
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Abstract

본 발명은 탄성 프리텐스트 (pretensed) 콜라겐 재료 (응력-변형 곡선의 선형/탄성 영역에 있도록 신장된 콜라겐 재료임) 의 2 개의 층 사이에 샌드위치된, 1 중량부의 콜라겐 재료에 대하여 1.5 내지 3.5 중량부의 무기 세라믹을 함유하는 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체 층을 포함하는, 흡수성 (resorbable) 의 가교된 형태 안정적 멤브레인으로서, 콜라겐 재료는 50-100 % (w/w) 콜라겐 및 0-50 % (w/w) 엘라스틴을 포함하고, 코성형술, 후외측 척추 유합술 또는 안와 재건에서 구강 외부의 인간 조직 재생에 사용하기 적합한 형상 및 치수를 갖는, 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인에 관한 것이다.

Description

흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인
본 발명은 구강 외부에서, 특히 두개안면 영역 및 척추의 경추, 흉추, 요추 또는 천골 영역에서 인간 조직 재생에, 또는 머리뼈절개 재건 수술에서 사용하기 위한 흡수성 (resorbable) 의 가교된 형태 안정적 조성물에 관한 것이다.
뼈 형성에 의해 결손된 (non-containing) 뼈 결함을 재생하기 위하여, 예를 들어 상악 또는 하악의 수평 또는 수직 증대술에서, 결함의 기계적 안정화가 요구된다 (Bendkowski 2005 Space to Grow in The Dentist, Merli et al. 2007 Vertical ridge augmentation with autogenous bone grafts: resorbable barriers supported by ostheosynthesis plates versus titanium-reinforced barriers. A preliminary report of a blinded, randomized controlled clinical trial in Int J Oral Maxillofac Implants, Burger 2010 Use of ultrasound-activated resorbable poly-D-L-lactide pins (SonicPins) and foil panels (Resorb-X) for horizontal bone augmentation of the maxillary and mandibular alveolar ridges in J Oral Maxillofac Surg 및 Louis 2010 Vertical ridge augmentation using titanium mesh in Oral Maxillofac Surg Clin North Am). 사실, 구강 조직은 저작, 삼킴, 혀 움직임, 말하기, 치아 움직임 및 치과교정 치료 동안 복잡한 기계적 힘에 노출된다. 특히, 수술적 처치 후 상처 치유 동안, 내부 및 외부 힘이 발생하여, 재생 장치 및 새롭게 형성된 조직에 대한 압력, 전단력 및 굽힘 모멘트 (bending moment) 를 형성할 수 있다.
이러한 힘에 저항하는 형태 안정적 멤브레인은, 기계적 안정화를 제공하는 유용한 수단이다.
이러한 목적으로, 2차 수술 중에 뼈 재생 후 제거되어야 하는, Ti-메시 (Ti-mesh), Ti-플레이트 (Ti-plate) 또는 Ti-강화 PTFE 형태 안정적 멤브레인을 사용하는 것이 공지되어 있다. 상업적으로 이용 가능한 Ti-강화 형태 안정적 멤브레인의 예는, Osteogenics 사에서 시판되는 Cytoplast® 멤브레인이다. 하지만, 확장된 Ti-강화 멤브레인을 사용할 때, 피열 (dehiscence) 또는 다른 합병증의 발생이 높은 것으로 보고되었다 (Strietzel 2001 Risks and complications of membrane-guided bone regeneration. Retrospective analysis in Mund Kiefer Gesichtschir, Merli et al. 2007 (상기 참조) 및 Rocchietta et al. 2008 Clinical outcomes of vertical bone augmentation to enable dental implant placement: a systematic review in J Clin Periodontol).
비(非)강화 PTFE 멤브레인은 1996 년 흡수성 콜라겐 멤브레인의 도입 전에 널리 사용되었으나, 콜라겐 멤브레인의 도입 후 매우 빠르게 사라졌다.
2차 수술에서의 형태 안정적 멤브레인 또는 메시의 제거의 필요성을 피하기 위하여, 흡수성의 형태 안정적 멤브레인이 중요하다. 본질적으로 PLA (폴리-락트산) 또는 PLGA (폴리-락트-코-글리콜산) 으로 제조된, 몇몇의 흡수성의 형태 안정적 멤브레인 또는 메시가 기재되어 있다. 예는 특히 하기와 같다: (1) KLS Martin 사의 "Sonic Weld RX®" 및 "Resorb-X®", (2) Sunstar Americas 사의 "Guidor®", (3) Curasan 사의 "Inion GTR System™" 및 (4) Depuy Synthes 사의 "RapidSorb®". 이들 멤브레인의 단점은, 이들의 생체내 가수분해성 분해 동안, 이들이 락트산 및/또는 글리콜산을 방출하여, 교란된 상처 치유의 조직학적 징후 및 조직 자극을 유발한다는 점이다 (Coonts et al. 1998 Biodegradation and biocompatibility of a guided tissue regeneration barrier membrane formed from a liquid polymer material in J Biomed Mater Res, Heinze 2004 A space-maintaining resorbable membrane for guided tissue regeneration in Business breifing: Global Surgery 및 Pilling et al. 2007 An experimental in vivo analysis of the resorption to ultrasound activated pins (Sonic weld) and standard biodegradable screws (ResorbX) in sheep in Br J Oral Maxillofac Surg).
PLGA/PLA 관련 상처 치유 문제를 극복하기 위하여, 환자로부터의 자가 뼈 블록, 및 부분적으로 또는 완전히 정제된 뼈 블록, 예를 들어 Geistlich Bio-Oss® Block (Geistlich Pharma A.G.) 또는 Puros® Allograft Block (RTI Surgical Inc.) 의 사용이, 널리 받아들여지고 있다. 자가 뼈 블록은 2차 부위에서 채취되기 때문에 보다 큰 통증을 유발한다는 단점을 갖는다 (Esposito et al. 2009 The efficacy of horizontal and vertical bone augmentation procedures for dental implants - a Cochrane systematic review in Eur J Oral Implantol).
수술 동안 채취된 자가 뼈 칩의 사용을 가능하게 하기 위하여, 통상적으로 이종 뼈 이식편 입자와 조합으로, 하악으로부터의 자가 피질 뼈를 사용하는 소위 뼈 보호막 기술 (bone shield technique) 이 개발되었다 (Khoury et al. 2007 Bone Augmentation in Oral Implantology Quintessence). 이러한 절차의 단점은, 이것이 매우 기술적으로 민감하며, 2차 부위 이환 및 더 큰 통증과 관련되어 있다는 점이다. 나아가, 뼈 보호막은 측면으로만 적용되기 때문에, 결함의 관상면 (coronal aspect) 으로부터는 어떠한 기계적 보호도 제공되지 않는다. 용어 "뼈 보호막" 은, 부분적으로 탈미네랄화된 피질 뼈 보호막 뿐 아니라 PLA/PLGA 멤브레인을 알리는데 사용되었다 (Tecnoss 사의 Semi-Soft 및 Soft Lamina Osteobiol®). 이러한 탈미네랄화된 뼈 보호막의 단점은, 구부러진 뼈 보호막이 항상 고정되어야 하고, 이들 보호막이, 예를 들어 Ti-강화 PTFE 멤브레인에 비해 비교적 두꺼우며, 뼈 결함의 관상면 상에서 곡선의 가장자리를 갖는 둥근 모양으로만 된다는 점이다. 치과 의사를 위해서는, 능선 (ridge) 의 관상면에서 6 - 8 mm 폭의 편평한 부분 (plateau) 이 훨씬 더 바람직할 것이다 (Wang et al. 2002 HVC ridge deficiency classification: a therapeutically oriented classification in Int J Periodontics Restorative Dent).
별다른 사건이 없는 (uneventful) 치유 및 형태 안정성을 조합하기 위한 시도는, US-8353967-B2 에 개시된 흡수성의 형태 안정적 콜라겐 멤브레인으로, 이는 동결 건조 및 100 내지 140℃ 에서의 가열에 의해, 몰드 내에서 5-25% 에탄올/물 중의 콜라겐 현탁액으로부터 제조된다. 이러한 멤브레인은 Osseous Technologies of America 사에서 제조되고, Zimmer 사에서 상표명 "Zimmer CurV Preshaped Collagen Membrane" 으로 시판된다. 그러나, 이러한 시판용 멤브레인은 약한 형태 안정성, 및 염수 중에서의 인큐베이션 후 약 2.3 mm 정도로의 약 1.5 mm 의 두께 상승을 갖는데; 이는 높은 피열률의 위험을 초래할 수 있다.
요약하면, 현재의 해결책은 치과 의사나 환자를 충분히 만족시키지 못한다. 2차 수술이 필수적이고/이거나 다사다난한 (eventful) 상처 치유의 높은 위험이 존재한다. 다사다난한 상처 치유의 높은 위험과 관련이 없는 해결책은, 형태 안정적 멤브레인이 아니거나, 2차 수술을 요구하거나, 또는 다른 단점을 갖는다.
US 2013/0197662 에는, 하기의 단계를 포함하는, 생체재료의 제작 방법이 개시되어 있다: a) 비(非)다공성 콜라겐-기반 재료의 결합 표면에 콜라겐을 포함하는 제어된 양의 겔을 적용하여, 다공성 콜라겐-기반 재료와 비다공성 콜라겐-기반 재료를 접합시키고, 다공성 콜라겐-기반 재료의 표면을 결합 표면에 적용된 겔과 접촉시켜, 재료 사이의 계면에서 다공성 재료의 일부를 부분적으로 수화시키는 단계; b) 겔을 건조시켜, 재료를 함께 결합시키는 단계; 및 c) 결합 층에서 콜라겐을 가교시키는 단계. 수득된 제작된 생체재료는 미네랄화될 수 있는 다공성 콜라겐 기반 재료 [0042], [0048], 및 기계적으로 강한 비다공성 콜라겐-기반 재료를 조합한 것이기 때문에, 다공성 및 기계적 강도 둘 모두를 갖는, 즉 압축력 및 인장력에 저항할 수 있는, 하중-지지 (load-bearing) 조직 (특히 반월판, 관절 연골, 힘줄 및 인대) 의 재생을 위한 스캐폴드 (scaffold) 를 제공한다. 조합된 생체재료의 굽힘 모멘트에 대한 저항성도 미네랄화된 다공성 콜라겐-기반 재료의 조성도 개시되어 있지 않다.
US 2014/0193477 에는, 가용성 콜라겐으로부터 콜라겐 매트의 제작 시, 콜라겐의 가교 전 이를 신장시키는 것이, 이의 기계적 강도, 특히 최대 인장 강도, 강성도 및 탄성 계수 (영률 (Young's modulus)) 를 증가시킨다고 교시되어 있다 (특히 [0109], [0110] 참조).
문헌 [Chachra et al. 1996 Effect of applied uniaxial stress on rate and mechanical effects of cross-linking in tissue-derived biomaterials in Biomaterials] 에는, 심장막 유래 멤브레인의 가교 전에 이를 신장시키는 것이, 이의 인장 강도 및 강성도를 증가시킨다고 개시되어 있다.
EP-A1-3175869 에 개시된 발명의 목적은, 상기 단점들을 갖지 않는, 특히 상악 또는 하악의 수평 또는 수직 증대술에서, 결손된 뼈 결함 부위에서 뼈 형성, 뼈 재생, 뼈 복원 및/또는 뼈 대체를 보조하는 것과 같이, 압력, 전단력 및 굽힘 모멘트에 저항할 수 있는, 구강 내 사용을 위한 흡수성의 형태 안정적 멤브레인을 제공하는 것이다.
EP-A1-3175869 에는 상기 목적이 탄성 프리텐스트 (pretensed) 콜라겐 재료의 2 개의 층 사이에 샌드위치된, 1 중량부의 콜라겐 재료에 대하여 1.5 내지 3.5 중량부의 무기 세라믹을 함유하는 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체 층을 포함하고, 콜라겐 재료가 50-100 % (w/w) 콜라겐 및 0-50 % (w/w) 엘라스틴을 포함하는, 구강 내 사용을 위한 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인 (또는 조성물) 으로서 정의된 발명에 의해 달성되었음을 보고했다.
본원에서 용어 "콜라겐 재료" 는, 50-100 % (w/w) 콜라겐 및 0-50 % (w/w) 엘라스틴을 포함하는, 콜라겐-기반 재료를 의미한다. 본원에서 엘라스틴 함량은, 가수분해 및 RP-HPLC 를 포함하는 공지된 방법의 변형에 따라 데스모신/이소데스모신 결정에 의해 측정된다 (예를 들어 [Guida E. et al. 1990 Development and validation of a high performance chromatography method for the determination of desmosines in tissues, Journal of Chromatography] 또는 [Rodriguqe 2008 Quantification of Mouse Lung Elastin During Prenatal Development, The Open Respiratory Medicine Journal] 참조). 건조 엘라스틴의 데스모신/이소데스모신 함량을 결정하기 위하여, 스폰지의 엘라스틴은 1976 년 Starcher et al. (Purification and Comparison of Elastin from Different Animal Species, Analytical Biochemistry) 에 기재된 바와 같은 엘라스틴 단리 절차에 적용된다.
상기 콜라겐 재료는 적합하게는 상기와 같은 비율의 콜라겐 및 엘라스틴을 함유하는, 천연 기원의 조직으로부터 유래된다. 상기와 같은 조직의 예에는, 척추동물, 특히 포유류 (예를 들어 돼지, 소, 말, 양, 염소, 토끼) 의 복막 또는 심장막, 태반막, 소장점막하조직 (small intestine submucosa, SIS), 진피, 경막 (dura mater), 인대, 힘줄, 횡경막 (흉부 횡경막), 장막 (omentum), 근육 또는 기관의 근막이 포함된다. 상기와 같은 조직은, 바람직하게는 돼지, 소 또는 말의 조직이다. 흥미로운 조직은 돼지, 소 또는 말의 복막이다.
통상적으로, 콜라겐은 주로 I 형 콜라겐, III 형 콜라겐 또는 이들의 혼합물이다. 콜라겐은 또한 특히 II 형, IV 형, VI 형 또는 VIII 형 콜라겐 또는 이들의 임의의 조합, 또는 임의의 유형의 콜라겐의 일부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 콜라겐 재료는 70-90 % (w/w) 콜라겐 및 30-10 % (w/w) 엘라스틴을 함유한다.
상기와 같은 콜라겐 재료를 제조하는데 적합한 출발 재료의 예는, EP-B1-1676592 의 "실시예" 에 기재된 바와 유사한 방법으로 제조된 돼지, 소 또는 말의 복막 또는 심장막으로부터의 콜라겐 멤브레인, 또는 상기와 같은 방법에 의해 돼지의 복막으로부터 제조된 Geistlich Bio-Gide® 멤브레인 (Geistlich Pharma A.G., Switzerland 사에서 입수 가능함) 이다.
바람직하게는, 콜라겐 재료는 돼지, 소 또는 말의 복막 또는 심장막, 소장점막하조직 (SIS) 또는 근육 근막으로부터 유래된다.
콜라겐 재료는 일반적으로 및 바람직하게는 천연 섬유 구조를 갖거나 절단된 콜라겐 섬유로서의 섬유성 콜라겐 재료이다.
하지만, 충분한 생체적합성 및 흡수성 (resorbability) 을 갖는, 분자 콜라겐 또는 가교된 콜라겐 단편으로부터 재구성된 피브릴 (fibril) 과 같은 비(非)섬유성 콜라겐 재료가 또한, 콜라겐 재료가 최대 인장 강도뿐 아니라 탄성 계수의 관점에서 충분한 기계적 안정성을 보유한다면 (하기 참조), 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체 층에, 또는 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 층에 사용될 수 있다.
본원에서 용어 "흡수성" 은, 가교된 형태 안정적 멤브레인이 특히 콜라게나아제 및 엘라스타아제의 작용을 통해 생체내에 흡수 (resorb) 될 수 있다는 것을 의미한다. 가교된 형태 안정적 멤브레인의 제어된 생체내 흡수성은, 과도한 염증 또는 피열이 없는 치유에 필수적이다. 하기 (실시예 4, 3) 에 상세하게 기재되는 클로스트리디움 히스톨리쿰 (Clostridium histolicum) 유래 콜라게나아제를 사용하는 효소 분해 시험은, 생체내 흡수성의 탁월한 예측을 제공한다.
시험된 본 발명의 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인의 모든 시험된 원형 (prototype) 은, 4 시간 후 10 % 이상의 콜라겐 분해 (표준으로서 I 형 콜라겐을 사용한 DC 단백질 검정으로 평가 시) 를 나타내었고, 콜라겐 분해 속도 (Geistlich Bio-Gide® 멤브레인보다 낮음) 는 사용된 가교 조건에 따라 달랐다.
용어 "가교된" 은, 흡수성의 형태 안정적 멤브레인 또는 조성물이 가교, 통상적으로 화학적 가교 (예를 들어 EDC 및 NHS 를 사용하여) 또는 탈수소 열처리 (DHT) 에 의한 가교의 적어도 한 단계에 적용된다는 것을 의미하며, 상기 단계는 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 2 개의 층 사이에 샌드위치된 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 조립된 복합체 층 상에서 통상적으로 화학적 가교 (예를 들어 EDC 및 NHS 를 사용하여) 또는 탈수소 열처리 (DHT) 에 의해 수행된다. 임의로, 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체 층은 본 발명의 멤브레인으로의 조립 전, 통상적으로 화학적 가교 또는 탈수소 열처리 (DHT) 에 의해 가교된다.
용어 "구강 내 사용을 위한 형태 안정적 멤브레인" 은, 흡수성의 가교된 멤브레인이 결함의 기계적 안정화, 즉 구강 및 구강외 조직에서 발생하는 압력, 전단력 및 굽힘 모멘트에 대한 저항성을 제공함으로써, 인간 또는 동물의 결손된 치아 뼈 결함 부위에서 뼈 형성, 뼈 재생, 뼈 복원 및/또는 뼈 대체를 보조할 수 있다는 것을 의미한다. 본 발명의 멤브레인의 형태 안정성은 하기 (실시예 4. 2) 에 상세하게 기재되는 3-점 일축 굽힘 시험 (3-point uniaxial bending test) 에 의해 평가된다: 상기 시험은 EN ISO 178 및 ASTM D6272-10 에 설정된 방법과 유사하며, 본 발명의 멤브레인을 7.4 의 pH 및 37℃ 의 온도에서 포스페이트 완충된 염수 (PBS) 중에 침지시킨다. 이러한 시험은, 본 발명의 멤브레인이 PLA 멤브레인 Resorb-X® (KLS Martin) 보다 실질적으로 더 강력한 안정화를 제공한다는 것을 보여주었다.
일반적으로, 3-점 일축 굽힘 시험에서, 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인은 8 mm 변형 (strain) 에 대하여 0.20 N 이상, 바람직하게는 0.30 N 이상의 힘에 저항한다.
용어 "탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 층" 은, 콜라겐 재료의 층이 이의 가교 전, 응력-변형 곡선의 토 (toe) 영역에서 선형 (소위 탄성) 영역으로의 콜라겐 재료의 층의 초기 크기의 연신 또는 신장을 유도하는 인장 (tensioning) 에 적용되었다는 것을 의미한다 (Roeder et al. 2002 Tensile mechanical properties of three-dimensional type I collagen extracellular matrices with varied microstructure in J Biomech Eng, 특히 Fig. 3, 페이지 216, 또는 Fig. 5 (본 발명)). 상기 선형 영역 내에서, 탄성 계수는 가장 높기 때문에, 가장 높은 강성도가 달성될 수 있다. 그러한 인장은, 예를 들어 스프링에 의해 콜라겐 재료 조각 상에 방사상으로 수행될 수 있다. 응력-변형 곡선의 선형 영역으로의 콜라겐 재료의 연신 또는 신장을 유도하는 상기와 같은 인장에 적용되는 힘은, 콜라겐 재료에 따라 달라진다. 콜라겐 재료가 돼지, 소 또는 말의 복막으로부터 유래된 경우, 콜라겐 재료의 응력-변형 곡선의 선형 영역을 유도하는 인장은, 콜라겐 재료의 층의 초기 크기의 40 내지 100 % 의 연신 또는 신장을 유도하는, 1 내지 3 N 으로 인장된 스프링에 의해, 콜라겐 재료 조각 상에 방사상으로 수행될 수 있다.
따라서, 용어 "탄성 프리텐스트 콜라겐 재료" 는, 응력-변형 곡선의 선형 (탄성) 영역에 있도록 신장된 콜라겐 재료를 의미한다.
탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 탄성 계수 (소위 영률), 즉 MPa 로 표시되는 응력-변형 곡선의 선형 영역의 기울기는, 일반적으로 1 내지 1000 MPa, 바람직하게는 2 내지 150 MPa, 특히 5 내지 80 MPa 이다.
콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체 층을 사이에 두는 "탄성 프리텐스트 콜라겐 재료" 의 2 개의 층의 존재는, 멤브레인이 인장력, 압축력, 전단력 및 굽힘 모멘트에 적용될 때, 복합체 층이 파괴되는 것을 방지하는데 필수적인 것으로 보인다.
바람직하게는, 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 층 중 하나 또는 2 개는 5 내지 500 ㎛ 의 홀 (hole) 을 포함한다. 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 천공된 층이 뼈 결함을 향해 배향되도록 멤브레인이 위치될 때, 홀은 뼈-형성 세포에 의한 무기 세라믹-콜라겐 복합 재료로의 용이한 침입을 가능하게 한다.
무기 세라믹은 뼈 재생을 촉진시키는 생체적합성 재료, 예컨대 히드록시아파타이트 또는 천연 뼈 미네랄이다.
치아, 치주 및 악안면 뼈 결함에서 뼈 성장을 촉진시키는, 널리 공지된 천연 뼈 미네랄은, Geistlich Pharma AG 사로부터 상업적으로 이용 가능한 Geistlich Bio-Oss® 이다. 히드록시아파타이트 기반 뼈 미네랄 재료는, 천연 뼈의 섬유주 구조 및 나노결정질 구조의 보존을 가능하게 하는 US 특허 제 5,167,961 호에 기재된 방법에 의해, 천연 뼈로부터 제조된다.
바람직하게는, 무기 세라믹은 히드록시아파타이트 기반 천연 뼈 미네랄, 예를 들어 Geistlich Bio-Oss® 이다.
무기 세라믹 입자는 일반적으로 50 내지 600 ㎛, 바람직하게는 150 내지 500 ㎛, 특히 250 내지 400 ㎛ 의 크기를 갖는다.
콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체는, 1 중량부의 콜라겐 재료에 대하여 1.5 내지 3.5 중량부, 바람직하게는 2.0 내지 3.0 중량부의 무기 세라믹을 함유한다.
사실, 예상치 못하게, 1 중량부의 콜라겐 재료에 대하여 1.5 중량부 미만의 무기 세라믹, 또는 1 중량부의 콜라겐 재료에 대하여 3.5 중량부 초과의 무기 세라믹인 경우, 멤브레인은 상기 정의되고, 하기 (실시예 4.2) 에 상세하게 기재되는 3-점 일축 굽힘 시험에 의해 평가된 바와 같이 "형태 안정적" 이 아니라는 것을 발견하였다. 형태 안정성은, 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체가 1 중량부의 콜라겐 재료에 대하여 2.0 내지 3.0 중량부의 무기 세라믹을 함유하는 경우, 특히 높다.
본 발명의 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인은, 친수성이며, 일반적으로 PBS 에 의해 5 내지 10 분 내에 완전히 습윤된다.
본 발명의 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인은, 피열 또는 과도한 염증의 비율이 낮은 이의 양호한 치유 특성으로 널리 공지되어 있는, Geistlich Bio-Gide® 와 유사한 세포 부착 특성을 갖는다. 이는 피열 또는 과도한 염증과 같은 부작용 없이 양호한 치유 특성을 나타낸다.
이러한 양호한 치유 특성은, 토끼의 두개골에서 발생한 뼈 결함을 보호하기 위하여 본 발명의 가교된 형태 안정적 멤브레인을 이식할 때 관찰되었다.
본 발명의 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인의 두께는, 통상적으로 0.5 내지 2.5 mm, 바람직하게는 1.0 내지 2.0 mm, 특히 1.2 내지 1.8 mm 이다.
본 발명의 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인의 전형적인 형상 및 전형적인 치수는 EP-A1-3175869 의 도 1 에 나타나있다.
EP-A1-3175869 의 발명은 인간 또는 동물의 결손된 치아 뼈 결함 부위에서 구강 내 뼈 형성, 뼈 재생, 뼈 복원 및/또는 뼈 대체를 보조하기 위한 임플란트로서 사용하기 위한, 상기 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인에 관한 것이다.
EP-A1-3175869 은 또한 하기 단계를 포함하는, 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 2 개의 층 사이에 샌드위치된 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체 층을 포함하는, 상기 정의된 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인의 제조 방법을 기술한다:
(a) 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체 층을 제조하고, 임의로 상기 복합체 층을 가교시키는 단계,
(b) 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체 층을, 응력-변형 곡선의 선형 영역에서 콜라겐 재료의 신장을 유도하는 인장이 가해진 콜라겐 재료의 2 개의 층 사이에 조립 및 접착시켜, 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 2 개의 층 사이에 샌드위치된 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체 층을 수득하는 단계, 및
(c) 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 2 개의 층 사이에 샌드위치된 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체 층을 가교시킨 후, 친수성화 처리를 가하는 단계.
단계 (a) 는 하기에 의해 수행될 수 있다:
- 무기 세라믹 입자로서, 피질 또는 해면골로부터 히드록시아파타이트 뼈 미네랄 입자를 US-A-5417975 에 기재된 바와 유사한 방법에 의해 제조하거나, 또는 대안적으로 Geistlich Bio-Oss Small Granules (Geistlich Pharma AG 사에서 입수 가능함) 을 보다 작은 입자로 분쇄하고, 이러한 입자를 목적하는 범위 (예를 들어 150 내지 500 ㎛ 또는 250 내지 400 ㎛) 로 체질하여, 체질된 히드록시아파타이트 뼈 미네랄 입자를 수득함.
- 섬유성 콜라겐 재료를 하기에 따라 제조함:
o 돼지, 소 또는 말의 복막 또는 심장막으로부터의 콜라겐 풍부 조직을 EP-B1-1676592 의 실시예에 기재된 바와 유사한 방법에 적용하거나, 또는 대안적으로 상기와 같은 방법에 의해 돼지 복막에서 수득된 Geistlich Bio-Gide 멤브레인 (Geistlich Pharma AG 사에서 입수 가능함) 또는 Geistlich Bio-Gide 멤브레인의 산업적 제조에서 멸균 전 수득된 중간체 생성물 (여기서 멸균되지 않은 Geistlich Bio-Gide 멤브레인으로 지칭함) 로부터 출발하여,
o 상기와 같이 수득된 콜라겐 섬유성 조직의 조각을 (예를 들어 가위를 이용하여) 절단하고, 절단된 콜라겐 섬유성 조직의 조각을 나이프 밀 (knife mill) 을 사용하여 드라이 아이스와 혼합하여, 절단된 콜라겐 섬유를 수득하고,
o 콜라겐 섬유성 조직의 조각을 체가 장착된 커팅 밀 (cutting mill) 로 절단하여, 콜라겐 섬유 단편의 체질된 분획을 수득함.
- 섬유성 콜라겐 재료와 히드록시아파타이트 뼈 미네랄 입자의 복합체 층을 하기에 따라 제조함:
o 0 내지 40 중량% 의 절단된 콜라겐 섬유, 및 60 내지 100 중량% 의 상기 수득된 콜라겐 섬유 단편의 체질된 분획을, 포스페이트 완충제 염수 PBS 중에서 혼합 및 진탕시키고,
o 1.5 내지 3.5 중량부, 특히 2.0 내지 3.0 중량부의 상기 수득된 체질된 히드록시아파타이트 뼈 미네랄 입자를, 1 중량부의 상기 단락에서 수득된 섬유성 콜라겐에 첨가하고, 2000 내지 6000 xg, 바람직하게는 3000 내지 5000 xg 에서 원심분리하고, 수득된 펠렛을 직사각형의 틀에 붓고, 스패출라를 사용하여 플레이트를 형성함. 수득된 섬유성 콜라겐 재료와 히드록시아파타이트 뼈 미네랄 입자의 복합체 층을 진공 오븐에서 건조시킴.
(a) 의 종결 시 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 건조된 복합체 층의 가교는 필수적이지는 않지만, 이는 단계 (b) 동안 복합체 층의 취급을 용이하게 하는 이점을 갖는다.
이러한 가교는 화학물질을 사용하여 또는 탈수소 열처리 (DHT) 에 의해 수행될 수 있다.
화학물질을 이용한 가교는, 가교된 형태 안정적 멤브레인에 요구되는 기계적 강도를 부여할 수 있는 임의의 약학적으로 허용가능한 가교제를 사용하여 수행될 수 있다. 적합한 이러한 가교제에는, 글루타르알데히드, 글리옥살, 포름알데히드, 아세트알데히드, 1,4-부탄 디글리시딜 에테르 (BDDGE), N-술포숙신이미딜-6-(4'-아지도-2'-니트로페닐아미노) 헥사노에이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 (HMDC), 시안아미드, 디페닐포스포릴아지드, 제니핀 (genipin), EDC (1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)-카르보디이미드), 및 EDC 와 NHS (N-히드록시숙신이미드) 의 혼합물이 포함된다.
화학물질을 사용한 가교는, EDC 와 NHS 의 혼합물을 사용하여 편리하게 수행된다.
이러한 경우, 상기 수득된 섬유성 콜라겐 재료와 히드록시아파타이트 뼈 미네랄 입자의 건조된 복합체 층은, 0.1 M MES (2-(N-모르폴리노)-에탄술폰산) 및 40 % 에탄올 용액 중의 10-400 mM EDC 및 13-520 mM NHS 중에서, pH 5.5 에서, 실온에서 1 내지 3 시간 동안 가교될 수 있다.
이어서, 상기 반응은, 원형을 0.1 M Na2HPO4 완충제 중에서, pH 9.5 에서, 1 내지 3 시간 동안 2 회 인큐베이션함으로써 중단될 수 있다. 극성 잔류물은, 원형을 1 M 염화나트륨 용액 중에서 1 시간 동안, 및 2 M 염화나트륨 용액 중에서 1 시간 동안 2 회 인큐베이션함으로써 제거될 수 있다. 화학적으로 가교된 원형은 증류수 중에서 30 - 60 분 동안 총 8 회 세정될 수 있다. 그 후, 15 분 동안의 에탄올 중 침지 총 5 회, 이어서 5 분 동안의 디에틸에테르 처리 3 회 수행, 및 10 mbar 및 40 ℃ 에서의 밤새 후속 건조에 의해, 또는 동결건조 (-10 ℃ 미만으로 동결 및 통상적인 동결건조 처리에 의한 건조) 에 의해 건조될 수 있다.
대안적으로, 가교는 0.1 - 10 mbar 및 80 - 160 ℃ 에서, 1 - 4 일 동안 탈수소 열처리 (DHT) 에 의해 수행된다. 이러한 경우, 후속 건조 방법이 필요하지 않다.
단계 (b) 는 하기에 의해 수행될 수 있다:
- 콜라겐 섬유 접착제를 하기에 따라 제조함:
o 상기 체질된 콜라겐 단편의 분획을 pH 3.5 의 H3PO4 수용액 중에 3 % 의 농도로 고압 균질기를 사용하여 1500-2000 bar 에서 혼합하고, 상기 혼합을 수 회 반복하고,
o 수산화나트륨 용액을 첨가하여 수득한 슬러리를 pH 7.0 로 중화시키고, 콜라겐을 동결건조에 의해 농축시키고, 이를 나이프 밀링에 의해 균질화시키고,
o 더 이상 입자가 보이지 않을 때까지, 60 ℃ 로 가열하여, 수득된 슬러리로부터 콜라겐 섬유 접착제를 pH 7.4 의 포스페이트 완충제 염수 PBS 중의 2-10 % 용액으로 제조함,
- 예를 들어, 도 2 와 유사한 장비를 사용하여, 콜라겐 재료의 2 개의 사전 습윤된 (prewetted) 층을 응력-변형 곡선의 선형 영역에서 콜라겐 재료의 신장을 유도하는 인장을 가하여, 습윤된 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 2 개의 층을 수득하고,
상기 콜라겐 섬유 접착제가 흡수된 (a) 에서 수득된 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체 층을, 습윤된 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 상기 2 개의 층 사이에 삽입하고,
예를 들어, 도 3 과 유사한 장비를 사용하여, 습윤된 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 2 개의 층을, 콜라겐 섬유 접착제가 흡수된 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체 층에 대하여 가압하고,
습윤된 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 2 개의 층 사이에 샌드위치된 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체 층을, 35 내지 45 ℃ 의 온도에서, 감압 하에서 (예를 들어 20 내지 1 mbar) 건조시킴.
상기 기재된 절차에서, 콜라겐 재료의 사전 습윤된 층 중 하나 또는 2 개를 5 내지 500 ㎛ 의 홀을 포함하도록, 바늘로 천공시킬 수 있다.
단계 (c) 에서, 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 2 개의 층 사이에 샌드위치된 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체 층의 가교는, 화학물질 (예를 들어 EDC 와 NHS 를 사용하여) 을 사용하거나, 또는 탈수소 열처리 DHT 에 의해 수행될 수 있다.
화학적 가교는, 가교된 형태 안정적 멤브레인에 요구되는 기계적 강도를 부여할 수 있는 임의의 약학적으로 허용 가능한 가교제를 사용하여 수행될 수 있다. 적합한 이러한 가교제에는, 글루타르알데히드, 글리옥살, 포름알데히드, 아세트알데히드, 1,4-부탄 디글리시딜 에테르 (BDDGE), N-술포숙신이미딜-6-(4'-아지도-2'-니트로페닐아미노) 헥사노에이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 (HMDC), 시안아미드, 디페닐포스포릴아지드, 제니핀, EDC (1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)-카르보디이미드), 및 EDC 와 NHS (N-히드록시숙신이미드) 의 혼합물이 포함된다.
화학물질을 사용한 가교는, EDC 와 NHS 의 혼합물을 사용하여 편리하게 수행된다.
이러한 경우, 상기 수득된 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 두 층 사이에 샌드위치된 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체 층은, 0.1 M MES (2-(N-모르폴리노)-에탄술폰산) 및 40 % 에탄올 용액 중의 10-400 mM EDC 및 13-520 mM NHS 중에서, pH 5.5 에서, 실온에서 1 내지 3 시간 동안 가교될 수 있다.
이어서, 상기 반응은, 원형을 0.1 M Na2HPO4 완충제 중에서, pH 9.5 에서, 1 내지 3 시간 동안 2 회 인큐베이션함으로써 중단될 수 있다. 극성 잔류물은, 원형을 1 M 염화나트륨 용액 중에서 1 시간 동안, 및 2 M 염화나트륨 용액 중에서 1 시간 동안 2 회 인큐베이션함으로써 제거될 수 있다. 화학적으로 가교된 원형은 증류수 중에서 30 - 60 분 동안 총 8 회 세정될 수 있다. 그 후, 15 분 동안의 에탄올 중 침지 총 5 회, 이어서 5 분 동안의 디에틸에테르 처리 3 회 수행, 및 10 mbar 및 40 ℃ 에서의 30 분 동안 후속 건조에 의해, 또는 용매 처리 없이 동결건조 (-10 ℃ 미만으로 동결 및 통상적인 동결건조 처리에 의한 건조) 에 의해 탈수 및 건조될 수 있다.
대안적으로, 가교는 0.1 - 10 mbar 및 80 - 160 ℃ 에서, 1 - 4 일 동안 탈수소 열처리 (DHT) 에 의해 수행된다. 이러한 경우, 후속 건조 방법이 필요하지 않다.
단계 c) 의 친수성화 처리는, 일반적으로 친수성인 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 2 개의 층 사이에 샌드위치된 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 가교된 복합체 층을, 생리학적으로 허용가능한 염 용액, 예컨대 염화나트륨 용액, 바람직하게는 100-300 g/l, 특히 150-250 g/l 의 염화나트륨 용액에 침지시키는 것을 포함한다.
바람직하게는, 친수성화 처리는, 친수성인 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 2 개의 층 사이에 샌드위치된 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 가교된 복합체 층을 염화나트륨 용액에 침지시키고 후속해서 상기 기재된 방법 중 임의의 것에 의해 기재된 대로 건조시키는 것을 포함한다.
EP-A1-3175869 의 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인은 X-선, 베타-선 또는 감마선 조사에 의해 멸균될 수 있다.
EP-A1-3175869 에는 구강에서 사용하기 위한 흡수성 가교된 형태 안정적 멤브레인의 다양한 형상이 개시되어 있다. 이 멤브레인은, 앞, 좌측 또는 우측 곡면, 또는 의치의 뒤쪽에 위치한 1 내지 3 개의 치아 (앞니, 송곳니, 앞어금니 또는 어금니) 의 치조 공간 (alveolar space) 에 상응하는 편평한 (1), (1'), U-자형 직선형 (2), (2') 또는 U-자형 곡선형 (3), (3') 일 것이다.
EP-A1-3175869 에 개시된, 탄성 프리텐스트 콜라겐의 두 층 사이에 샌드위치된 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체 층을 포함하는 흡수성의 가교된 형태 안정적 조성물이 이것의 형상 및 치수가 그 용도에 적합화되는 경우, 구강의 외부, 특히 두개안면 영역 및 척추의 경추, 흉추, 요추 또는 천골 영역에서 인간 조직 재생에, 또는 머리뼈절개 재건 수술에서 사용되는 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인으로서 이용될 수 있다는 점이 이제 밝혀졌다. EP-A1-3175869 에 개시된 구강에서 사용하기 위한 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인의 형상 및 치수는 실제로 구강 외부에서의 이러한 용도에는 적합하지 않다.
본 발명의 개요
그러므로, 본 발명은 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 2개의 층 사이에 샌드위치된, 1 중량부의 콜라겐 재료에 대하여 1.5 내지 3.5 중량부의 무기 세라믹을 함유하는 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체 층을 포함하는 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인으로서, 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료는 응력-변형 곡선의 선형/탄성 영역에 있도록 신장된 콜라겐 재료이고, 콜라겐 재료는 50-100 % (w/w) 콜라겐 및 0-50 % (w/w) 엘라스틴을 포함하고, 코성형술, 후외측 척추 유합술 또는 안와 재건에서 구강 외부의 인간 조직 재생에 사용하기 적합한 형상 및 치수를 갖는, 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인에 관한 것이다.
바람직하게, 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인은 하기로 이루어진 군으로부터 선택된다:
- 원하는 코의 치수에 맞도록 하는 방식으로 크기를 부여한 코성형술을 위한 코 아치-형 (nasal arch-shaped) 멤브레인,
- 2 개 이상의 척추골을 커버하는 것과 같은 길이를 갖는 후외측 (posterolateral) 척추 유합술을 위한 타원형 튜브 멤브레인, 및
- 임플란트를 지지하기에 적절한 골 선반 (bone ledge) 을 식별한 후 성형되고 안와 공동 (orbital cavity) 내로의 삽입이 용이하도록 하는 크기가 부여된 안와 골절 재건을 위한 멤브레인.
본 발명의 상기 정의에 관한 모든 용어는 EP-A1-3175869 에 있어서 상기에 기재된 것과 동일한 의미를 갖는다.
흡수성 가교된 형태 안정적 멤브레인은 도 1, (4) 에 도시된 바와 같은 코성형술을 위한 코 아치-형 멤브레인일 수 있고, 여기서 통상적으로 길이 l, 너비 i 및 높이 h 는 각각 40 내지 80 mm, 10 내지 15 mm 및 10 내지 15 mm 이다. 일반적으로, 코 아치-형 멤브레인의 벽의 두께는 0.5 내지 2.5 mm, 바람직하게 1.0 내지 2.0 mm 이다.
흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인은 도 1, (5') 에서 도시된 바와 같은 후외측 척추 유합술을 위한 슬릿 (slit) 타원형 튜브 멤브레인일 수 있고, 여기서 통상적으로 길이 l 은 60 내지 300 mm 이고, 내경 k 는 5 내지 10 mm 이고, 외경 j 는 15 내지 30 mm 이다. 일반적으로, 후외측 척추 유합술을 위한 타원형 튜브 멤브레인의 벽의 두께는 0.5 내지 2.5 mm 이다.
구강 외부에서 사용하기 위한 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인은 또한 도 1, (5) 에서 도시된 바와 같은 후외측 척추 유합술을 위한 슬릿 직사각형 튜브 멤브레인일 수 있고, 이의 길이 l 은 60 내지 300 mm 이고, 너비 k 는 5 내지 10 mm 이고, 높이 j 는 15 내지 30 mm 이다. 일반적으로, 후외측 척추 유합술을 위한 슬릿 직사각형 튜브 멤브레인의 벽의 두께는 0.5 내지 2.5 mm 이다.
흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인은 도 1, (6) 및 (6') 에 도시된 바와 같은 안와 골절 재건을 위한 멤브레인일 수 있으며, 여기서 통상적으로 멤브레인의 길이 m, 너비 o 및 높이 c 는 각각 30 내지 50 mm, 20 내지 40 mm 및 5 내지 25 mm 이다. 일반적으로, 안와 골절 재건을 위한 멤브레인의 벽의 두께는 0.5 내지 2.5 mm 이다.
바람직하게, 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체 층은 콜라겐 재료 1 중량부에 대하여 2.0 내지 3.0 중량부의 무기 세라믹을 함유한다.
바람직하게, 콜라겐 재료는 70-90 % 콜라겐 및 10-30 % 엘라스틴을 포함한다.
콜라겐 재료는 돼지, 소 또는 말의 복막 또는 심장막, 소장점막하조직 (SIS) 또는 근육 근막으로부터 유래된다.
유리하게, 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 층 중 하나 또는 양자 모두는 5 내지 1000 ㎛ 의 홀을 포함한다.
일반적으로, 무기 미네랄 입자는 150 내지 500 ㎛ 의 크기를 갖는다.
무기 세라믹은 히드록시아파타이트 또는 히드록시아파타이트 뼈 미네랄로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명은 또한 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 2 개의 층 사이에 샌드위치된, 1 중량부의 콜라겐 재료에 대하여 1.5 내지 3.5 중량부의 무기 세라믹을 함유하는 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체 층을 포함하는 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인에 관한 것으로서, 이때 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료는 응력-변형 곡선의 선형/탄성 영역에 있도록 신장된 콜라겐 재료이고, 콜라겐 재료는 50-100 % (w/w) 콜라겐 및 0-50 % (w/w) 엘라스틴을 포함하고, 코성형술, 후외측 척추 유합술 또는 안와 재건에서 구강 외부의 인간 조직 재생에 사용하기 적합한 형상 및 치수를 갖는, 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인에 관한 것이나,
앞, 좌측 또는 우측 곡면, 또는 뒤쪽 (의치의) 에 위치한 1 내지 3 개의 치아 (앞니, 송곳니, 앞어금니 또는 어금니) 의 치조 공간에 상응하는 편평한 (1), (1'), U-자형 직선형 (2), (2') 또는 U-자형 곡선형 (3), (3') 인 구강에서 사용되기 위한 형태 안정적 멤브레인은 제외된다.
본 발명은 또한 청구범위 제 1 항의 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인을, 코성형술, 후외측 척추 유합술 또는 안와 재건을 받는 인간 환자의 수술 부위에 적용하는 것을 포함하는 구강 외부의 인간 조직의 재생 방법에 관한 것이다.
코성형술
코성형 보정술은 미학, 외상 또는 암과 같은 상이한 이유로 코의 기하학적 치수를 변경한다. 코의 치수를 확대하는 경우, 자가 연골, 피부 및 뼈 재료 또는 인공 재료, 특히 폴리테트라플루오르에탄, 실리콘 또는 폴리에틸렌 임플란트와 같은 증강 재료가 이용된다. 작은 확대를 위해, 콜라겐 또는 히알루론산 필러가 일반적으로 사용된다 (Jasin 2013 Nonsurgical rhinoplasty using dermal fillers in Facial Plast Surg Clin North Am and Malone et al. 2015 Dorsal Augmentation in Rhinoplasty: A Survey and Review in Facial Plast Surg). 본 발명에 따라 제조된 코성형술을 위한 멤브레인은 큰 확대를 위해 제조되는 것으로, 필러와의 직접적인 비교는 필수적인 것은 아니다.
본 발명에 따라 제조된 코성형술을 위한 멤브레인은 코의 원하는 치수에 맞게 크기가 부여된다. 대표적인 코성형술을 위한 멤브레인은 도 1, (4) 에 도시되어 있다. 본 발명에 따라 제조된 코성형술을 위한 멤브레인의 길이 l, 너비 i 및 높이 h 는 각각 40-80mm, 10-15mm 및 10-15mm 인 것이 일반적이다. 코성형술을 위한 흡수성의 가교된 멤브레인의 벽의 두께는 통상적으로 0.5 내지 2.5 mm, 바람직하게 1.0 내지 2.0 mm, 특히 1.2 내지 1.8 mm 이다. 본 발명에 따라 제조된 코성형술을 위한 멤브레인은 제품 벽 내부에 액체 흡수 및 뼈 형성을 용이하게 하기 위해 5 ㎛ 내지 1000 ㎛ 의 홀을 포함할 수 있다. 가위 또는 스캘펠 (scalpel) 을 이용하여 원하는 크기로 의사가 장치를 자를 수 있다. 나아가, 예를 들어 흡수성 실, 핀 또는 나사를 이용하여 장치는 고정될 수 있다.
자가 뼈, 연골 또는 피부를 사용하는 것에 비해, 본 발명에 따라 제조된 코성형술을 위한 멤브레인의 장점은 (I) 이것의 무제한 이용가능성, (II) 수술 시간 단축, (III) 기증자 부위 이환의 누락, (IV) 형상 선택에 있어서 전체적인 유연성, 및 (V) 보다 예측가능한 흡수 또는 조직 통합 시간을 포함한다.
폴리테트라플루오르에탄, 실리콘 또는 폴리에틸렌과 같은 비(非)천연 및 비(非)흡수성 재료를 사용하는 것에 비해, 본 발명에 따라 제조된 코성형술을 위한 멤브레인의 장점은 (I) 멤브레인에 대한 우수한 조직 부착성, 그로 인해 상처 치유 동안 및 장기간 사용에 걸쳐 제품을 밀어내는 것을 피하고, (II) 천연 재료를 이용하는 것에 따른 합병증이 없는 조직 통합을 포함한다.
후외측 척추 유합술
후외측 척추 유합술은 요통을, 특히 요추 부위에서 감소시키는 일반적인 절차이다 (Jacobs et al. 2013 The evidence on surgical interventions for low back disorders, an overview of systematic reviews in Eur Spine J). 융합될 척추뼈 당 2 개의 척추경 (pedicle) 나사를 배치시키고 강철 막대 (steel rod) 를 이용하여 척추뼈를 연결시킴으로써 수술 동안 2 개 또는 여러 개의 척추뼈가 유합된다. 횡 척추뼈 사이 및 강철 막대 주위에서, 자가 뼈, 동종 또는 이종 뼈 블록, 뼈 대체 퍼티 (putty), 탈미네랄화된 뼈 매트릭스, 담체를 갖는 BMP, 또는 콜라겐 및 히드록시아파타이트를 함유하는 스폰지, 또는 임의의 기타 적합한 재료를 배치한다. 강철 막대 및 척추경 나사에 의한 기계적 안정화는 후속해서 이식된 영역 내부 및 척추뼈 사이에 새로운 뼈 형성을 허용한다 (Cheng et al. 2009 Posterior lumbar interbody fusion versus posterolateral fusion in spondylolisthesis: a prospective controlled study in the Han nationality in Int Orthop).
본 발명에 따라 제조된 후외측 척추 유합술을 위한 멤브레인은 일반적으로 슬릿 직사각형 또는 타원형 튜브이다. 후외측 유합술을 위한 대표적인 멤브레인은 도 1, 5 및 5' 에 도시되어 있다. 장치의 길이는 이것이 2 개 이상의 척추뼈를 커버하게 하는 길이이다. 따라서, 이것의 길이 l 은 일반적으로 6 cm 이상이다. 전형적으로 타원형 장치의 내경 k 는 5 내지 10 mm 이고, 외경 j 는 15 내지 30 mm 이다. 일반적으로, 직사각형 장치에 있어서, 너비는 5 - 10 mm 이고, 높이는 15 내지 30 mm 이다. 본 발명에 따라 제조된 후외측 유합술을 위한 멤브레인의 벽의 두께는 통상적으로 0.5 내지 2.5 mm 이다. 멤브레인은 5 ㎛ 내지 1000 ㎛ 의 홀을 함유하여 제품 내부의 뼈 형성을 용이하게 할 수 있다.
가위 또는 스캘펠을 이용하여 원하는 크기로 의사가 장치를 절단할 수 있다. 적용 전후에, 장치는 수술 중 수득된 자가 뼈 입자로 충전될 수 있고 2차 부위에서가 아닌 곳에서 동종 또는 이종 뼈 입자, 뼈 대체 퍼티, 탈미네랄화된 뼈 매트릭스, 담체를 갖는 BMP 또는 콜라겐 및 히드록시아파타이트를 함유하는 스펀지, BMA, 혈액 분획, 예컨대 혈소판 풍부 혈장 또는 혈소판 풍부 피브린 또는 임의의 기타 적합한 재료로 충전될 수 있다. 이어서, 멤브레인은 나사, k-와이어 또는 흡수성 실로 척추뼈의 척추경 또는 프로세스에 고정된다. 또 다른 작업 변형에서, 본 발명에 따라 제조된 후외측 유합술을 위한 빈 멤브레인은 척추경 나사로 고정되고, 강철 막대의 고정 후 튜브 내부에서 남은 공간은 상기 기술된 재료로 충전된다.
자가 뼈 블록을 사용하는 것에 비해, 본 발명에 따라 제조된 후외측 척추 유합술을 위한 멤브레인의 장점에는 하기가 포함된다: (I) 장치를 선택된 재료 (상기 목록 참고) 로 충전할 수 있음, (II) 기증자 부위 이환이 없음, 및 (III) 척추경 당 단지 하나의 장치만이 고정될 필요가 있다는 점으로 인한 수술 절차의 단순화 및 가속화.
동종이식 뼈 블록을 사용하는 것에 비해, 본 발명에 따라 제조된 후외측 척추 유합술을 위한 멤브레인의 장점에는 하기가 포함된다: (I) 장치를 선택된 재료 (상기 목록 참고) 로 충전할 수 있음, 및 (II) 척추경 당 단지 하나의 장치만이 고정될 필요가 있다는 점으로 인한 수술 절차의 단순화 및 가속화.
퍼티 재료를 사용하는 것에 비해, 본 발명에 따라 제조된 후외측 유합술을 위한 멤브레인의 장점에는 하기가 포함된다: (I) 장치가 이미 성형되어 있기 때문인 절차의 단순화 및 가속화, (II) 자가 뼈 입자, BMA, 혈소판 풍부 혈장 또는 피브린의 사용이 가능함, (III) 증가된 기계적 안정성, 그에 따른 더 많은 뼈 형성 가능, (IV) 나사, k-와이어, 또는 흡수성 실로의 고정이 가능하여, 뼈 형성을 용이하게 하는 장치와 척추 뼈 사이에 기계적으로 보다 안정한 접점을 허용함.
콜라겐/히드록시아파타이트 스폰지, 성장 인자를 갖거나 그렇지 않은 콜라겐 스폰지 또는 탈미네랄화된 뼈 매트릭스를 사용하는 것에 비해, 본 발명에 따라 제조된 후외측 유합술을 위한 멤브레인의 장점에는 하기가 포함된다: (I) 장치를 선택된 재료 (상기 목록 참고) 로 충전할 수 있음, (II) 기계적 안정성을 증가시켜 더 많은 뼈 형성을 가능하게 함.
안와 골절 재건
안와의 골절은 차량 사고, 폭행 및 스포츠 관련 부상으로 인한 것이 가장 흔하다. 안와 골절은 일반적으로 골절 직후 또는 2 주 후, 복구되며, 이때 복구 절차는 하기와 같은 자가 조직 또는 상이한 유형의 임플란트를 사용하는 것을 포함한다: 자가 뼈 또는 연골, (II) 맞춤형이 아니나 적응할 수 있는 재료, 예컨대 티타늄 메시 또는 다공성 폴리에틸렌, (III) 예를 들어 폴리락티드 산, 폴리글리콜산, 폴리글락틴 또는 폴리디옥사논으로 제조된 흡수성 시트, (IV) 예를 들어 경막 또는 탈미네랄화된 인간 뼈로부터 제조된 흡수성 및 적합성 이종- 또는 동종-이식편, (V) 예를 들어 티타늄, 폴리에테르에테르케톤 또는 유리-바이오세라믹으로 제조된 환자 특이적 비흡수성 장치 (Boyette et al 2015 Management of orbital fractures: challenges and solutions in Clinical Ophthalmolog and Avashia et al. 2012 Materials used for reconstruction after orbital floor fracture in J Craniofac Surg).
안와 골절에 대한 접근은 다른 방법을 이용하여 얻을 수 있다. 골절된 부위는, 임플란트를 지지하기에 적절한 골 선반을 식별하도록 준비된다. 이어서 임플란트를 성형 및 배치하고 전형적으로 나사를 이용해 고정하고; 작은 결함에 대한 임플란트는 고정하지 않는다 (Kunz 2012 Orbital fractures. Principles of Internal Fixation of the Craniomaxillofacial Skeleton in Trauma and Orthognathic Surgery by Ehrenfeld et al. AO Foundation).
본 발명에 따라 제조된 안와 골절 재건을 위한 멤브레인은 안와 공동 내로 이것의 삽입을 용이하게 하는 방식으로 크기가 부여된다. 우측 안와하벽 및 내벽의 안와 골절 재건을 위한 대표적인 멤브레인은 도 1, (6) 및 (6') 에 도시되어 있다. 안와 골절 재건을 위한 멤브레인의 길이 m, 너비 o 및 높이 c 는 예를 들어 각각 30 내지 50 mm, 20 내지 40 mm 및 5 내지 25 mm 일 수 있다. 안와 공동의 치수 및 골절에 따라, 상이한 크기의 안와 골절 재건을 위한 멤브레인이 제작될 수 있다. 좌측의 안와하벽 및 내벽 재건 장치는 동일한 미러링된 (mirrored) 치수를 갖는다. 골절에 따라, 추가적인 돌기를 갖는 제품이 제조되어 예를 들어 광대뼈의 정면 상에 고정을 허용할 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 안와 골절 재건을 위한 흡수성 가교된 멤브레인의 벽의 두께는 통상적으로 0.5 내지 2.5 mm 이다. 안와 골절 재건을 위한 멤브레인은 제품벽 내부에 뼈 형성 및 액체 흡수를 용이하게 하기 위해 5 ㎛ 내지 1000 ㎛ 의 홀을 함유할 수 있다. 가위 또는 스캘펠을 이용하여 원하는 크기로 의사가 장치를 절단할 수 있다. 또한, 장치는 예를 들어 흡수성 실, 핀 또는 나사를 이용하여 고정될 수 있다. 자가 뼈 또는 연골에 비해, 본 발명에 따라 제조된 안와 골절 재건을 위한 멤브레인의 장점에는 하기가 포함된다: (I) 이것의 무제한 이용가능성, (II) 수술 시간의 단축, (III) 기증자 부위 이환의 누락, (IV) 이것이 완전히 골화될 때까지 예측가능한 시간 및 적어도 뼈의 경우 안와 골절의 윤곽에 대한 더 나은 적응력, 및 (V) 연골과 비교시 이것의 방사선 불투과성으로 인해, 그에 따른 컴퓨터 단층 촬영으로 임플란트 위치를 제어 가능함.
티타늄 메시 또는 다공성 폴리에틸렌과 같은, 비맞춤형이지만 적응성인 재료에 비해, 본 발명에 따라 제조된 안와 골절 재건을 위한 멤브레인의 장점에는 하기가 포함된다: (I) 시간 경과에 따라 골화 및 흡수 또는 골-통합되는 이것의 디자인, (II) 주변 연조직을 저해시키지 않는 매끄러운 모서리 (III) 예를 들어 다공성 폴리 에틸렌과 같은 비(非)방사선불투과성 재료와 비교할 때, 이것의 방사선 불투과성, 이로 인한 컴퓨터 단층 촬영으로 임플란트 위치를 제어 가능함.
예를 들어, 폴리락티드산, 폴리글리콜산, 폴리글락틴 또는 폴리디옥사논으로 제조된 흡수성 시트에 비해, 본 발명에 따라 제조된 안와 골절 재건을 위한 멤브레인의 장점에는 하기가 포함된다: (I) 시간이 지남에 따라 골화 및 흡수 또는 골통합되는 이것의 디자인 (골전도성) (II) 염증 및 국소 골 흡수를 유발하는 경향이 있는 산성 분해 산물이 흡수 동안 방출되지 않는다는 점, 및 (III) 이것의 방사선 불투과성, 그로 인해 컴퓨터 단층 촬영으로 임플란트 위치를 제어할 수 있음.
예를 들어 경막 또는 탈미네랄화된 인간 뼈로부터 제조된 흡수성 및 적응성 이종- 또는 동종 이식편에 비해, 본 발명에 따라 제조된 안와 골절 재건을 위한 멤브레인의 장점에는 하기가 포함된다: (I) 굽힘 시 이것의 더 높은 형태 안정성으로, 더 큰 골절을 치료하는데 사용 가능함, 및 (II) 이것이 방사선 불투과성, 그로 인해 컴퓨터 단층 촬영으로 임플란트 위치를 제어할 수 있음.
구강 외부에서 인간 조직 재생에 사용하기 위한 흡수성 가교된 형태 안정적 멤브레인의 흥미로운 특징에는 EP-A1-3175869 에 개시된 것, 특히 하기가 포함된다:
- 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체 층이 콜라겐 재료 1 중량부 당 2.0 내지 3.0 중량부의 무기 세라믹을 함유한다는 점,
- 콜라겐 재료는 70-90 % (w/w) 콜라겐 및 10-30 % (w/w) 엘라스틴을 포함한다는 점,
- 콜라겐 재료는 포유류 복막 또는 심장막, 태반막, 소장점막하조직 (SIS), 진피, 경막, 인대, 힘줄, 횡경막 (예, 흉부 횡경막), 장막 및 근육 또는 기관의 근막의 군으로부터 선택된 천연 기원의 조직으로부터 유래된다는 점,
- 콜라겐 재료는 돼지, 소 또는 말의 복막 또는 심장막, 소장점막하조직 (SIS) 또는 근육 근막으로부터 유래된다는 점,
- 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료는 2 내지 150 MPa, 특히 5 내지 80 MPa 의 탄성 계수를 가진다는 점,
- 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 층 중 하나 또는 둘 모두는 5 내지 1000 ㎛ 의 홀을 포함한다는 점,
- 무기 미네랄 입자는 150 내지 500 ㎛ 의 크기를 가진다는 점,
- 무기 세라믹은 히드록시아파타이트인 점,
- 무기 세라믹은 히드록시아파타이트 뼈 미네랄인 점,
- 형태 안정적 멤브레인은 화학적으로 가교된다는 점, 및/또는
- 형태 안정적 멤브레인은 탈수소 열처리 DHT 에 의해 가교된다는 점.
형태 안정적 멤브레인은 성장 인자 및/또는 연골- 또는 뼈-형성 세포와 조합되어 사용될 수 있다.
도면의 간단한 설명
본 발명은, 본 발명의 바람직한 구현예의 예시적인 실시예 및 하기의 첨부되는 도면을 참조로 이하에서 보다 상세하게 기재될 것이다:
도 1 은, 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인의 전형적인 형상 및 전형적인 치수를 나타낸다.
- EP-A1-3175869 의 발명에 따른 구강 내 용도의 경우. 이들 멤브레인은, 앞, 좌측 또는 우측 곡면, 또는 뒤쪽 (의치의) 에 위치한 1 내지 3 개의 치아 (앞니, 송곳니, 앞어금니 또는 어금니) 의 치조 공간에 상응하는 편평한 (1), (1'), U-자형 직선형 (2), (2') 또는 U-자형 곡선형 (3), (3') 일 것이다. 앞쪽 제품의 크기는 뒷쪽 제품의 크기와 유사하고, 곡률의 반경은, 예컨대 치조 능선 (alveolar ridge) 과 일치하도록 되어있다. 전형적인 치수는, a = 5-20mm, b = 8-20 mm, c = 6-10 mm, d = 25-40 mm, e = 15 mm, f = 20-40 mm 이다.
- 본 발명에 따른 구강 외부에서 인간 조직 재생에서의 용도의 경우:
- 코성형술을 위한 아치-형 멤브레인 (4),
- 각각 후외측 척추 유합술에 대한 슬릿 직사각형 또는 타원형 튜브 멤브레인 (5), (5'), 및
- 안와 골절 재건을 위한 멤브레인 (6) 및 (6') (정면도 및 평면도, 각각).
코성형술을 위한 멤브레인 (4) 의 전형적인 치수는 하기이다: l =40 - 80 mm, i = 10 - 15 mm 및 h = 10 - 15 mm. 장치의 입쪽 능선이 상이한 형상으로 되어 있을 수 있다.
후외측 척추 유합술을 위한 멤브레인 (5 및 5') 의 전형적인 치수는 하기이다: l = 60 - 300 mm, j = 15 - 30 mm 및 k = 5 - 10 mm. 후외측 척추 유합술 장치의 형상은 직사각형 (5) 또는 타원형 (5') 일 수 있다. (6) 및 (6') 은 안와 골절 재건을 위한 대표적인 멤브레인의 정면도 및 평면도를 나타낸다. 전형적인 치수는 하기이다: m = 30 - 50 mm, o = 20 - 40 mm 및 c = 5 - 25 mm.
도 2 는, 본 발명에 따라 제조된 편평한 또는 U-자형의 형태 안정적 멤브레인으로 조립하기 전, 중합체 층의 인장을 가능하게 하는데 적합한 장비의 개략도이다.
도 3 은, 편평한 형태 안정적 멤브레인의 조립체를 나타내고, 여기서 (1) 은 강철 플레이트이고, (2) 는 압축된 폴리우레탄 스폰지이고, (3) 은 폴리아미드 네트 (net) 이고, (4) 는 탄성 프리텐스트 콜라겐의 층이고, 및 (5) 는 가교된 히드록시아파타이트-콜라겐 플레이트이다.
도 4 는, PLA 멤브레인 Resorb-X® (KLS Martin) 과 비교하여, EDC/NHS 또는 DHT 에 의해 가교된 본 발명의 흡수성의 형태 안정적 멤브레인에 대한, 3-점 굽힘 분석 시험에서의 변형의 함수로서의 힘의 변화를 나타낸다.
도 5 는, 본 발명에 따른 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인의 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 층에 사용될 수 있는 몇몇의 상업적으로 이용 가능한, 습윤 및 멸균 콜라겐 재료, 즉 돼지 복막 유래 Geistlich Bio-Gide® 콜라겐 멤브레인 (Geistlich Pharma AG), 돼지 심장막 유래 Jason® 콜라겐 멤브레인 (aap Biomaterials/Botiss) 및 돼지 SIS 유래 Dynamatrix® 콜라겐 멤브레인 (Cook Biotech Inc.), 및 근육 근막 유래 콜라겐 재료의 응력-변형 곡선을 나타낸다. 이들 응력-곡선 각각에서, 응력의 최소 값에서 큰 변형을 특징으로 하는 토 영역, 단위 응력 당 변형의 선형 증가를 특징으로 하는 선형 또는 탄성 영역, 및 중합체성 섬유의 파열을 특징으로 하는 파괴 영역이 존재한다. 이러한 도면에 나타난 응력-변형 곡선에서, 탄성 계수 (또는 영률, 즉 응력-변형 곡선의 선형 영역의 기울기) 는, Geistlich Bio-Gide® 멤브레인의 경우 약 8 MPa, Jason 멤브레인의 경우 약 64 MPa, Dynamatrix® 멤브레인의 경우 약 54 MPa, 및 근육 근막 유래 콜라겐 재료의 경우 약 56 MPa 이다.
도 6 은, Geistlich Bio-Gide® 콜라겐 멤브레인, DHT (FRM) 에 의해 가교된 본 발명의 흡수성의 형태 안정적 멤브레인의 원형 및 Cystoplast® PTFE 멤브레인 (Keystone Dental) 에 대하여, 37℃ 에서 24 시간 동안 인큐베이션 후, 멤브레인에 부착된 인간 치근 섬유아세포의 % 의 컬럼 도표이다.
하기 실시예는 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니라, 본 발명을 예시하는 것이다.
실시예 1 원료의 제조
250 내지 400 ㎛ 의 크기를 갖는 히드록시아파타이트 미세 입자 (A) 의 제조
히드록시아파타이트 뼈 미네랄 미세 입자를, 250 내지 400 ㎛ 의 부가적인 체질 단계를 사용하여, US-A-5417975 의 실시예 1 내지 4 에 기재된 바와 같이 피질 또는 해면골로부터 제조하였다.
대안적으로, 히드록시아파타이트 뼈 미네랄 미세 입자를, 피스톨을 사용한 조심스러운 충격에 의해, Geistlich Bio-Oss® Small Granules (Geistlich Pharma AG, CH-6110, Switzerland 에서 입수 가능함) 를 분쇄하고, 250 내지 400 ㎛ 의 부가적인 체질 단계에 의해 제조하였다.
상기 제조된 250 내지 400 ㎛ 의 크기를 갖는 히드록시아파타이트 뼈 미네랄 미세 입자 (A) 를, 사용할 때까지, 유리 병에 보관하였다.
콜라겐 섬유 (B) 의 제조
EP-B1-1676592 의 "실시예" 에 기재된 바와 같이, 어린 돼지의 복막을 기계적 수단에 의해 살과 기름으로부터 완전히 제거하고, 흐르는 물로 세정하고, 2% NaOH 용액으로 12 시간 동안 처리하였다. 이어서, 멤브레인을 흐르는 물 하에서 세정하고, 0.5% HCl 을 이용하여 산성화시켰다. 재료를 그 전체 두께에 걸쳐 산성화시킨 후 (약 15 분 동안), pH 3.5 가 수득될 때까지 재료를 물로 세정하였다. 이어서, 재료를 7% 염수 용액을 이용하여 수축시키고, 1% NaHCO3 용액으로 중화시키고, 흐르는 물 하에서 세정하였다. 이어서, 재료를 아세톤을 이용하여 탈수시키고, n-헥산을 이용하여 탈지시킨 후, 에탄올 에테르를 사용하여 건조시켰다.
이와 같이 수득된 콜라겐 멤브레인의 2 x 2 cm 조각을, 가위를 사용하여 손으로 절단하였다.
대안적으로, Geistlich Bio-Gide® 멤브레인 (Geistlich Pharma AG 사에서 입수 가능함) 의 2 x 2 cm 조각을, 가위를 사용하여 손으로 절단하였다.
상기 수득된 콜라겐 멤브레인의 2 x 2 cm 조각 1 g 을, 200 ml 의 드라이 아이스와 혼합하고, 막힘이 일어나지 않을 때까지 나이프 밀 (Retsch® Grindomix) 에서 5000 rpm 으로 혼합하였다. 이어서, 50 ml 의 드라이 아이스를 첨가할 때마다, 속도를 6000, 7000, 9000 및 10,000 rpm 으로 20 내지 30 초 동안 증가시켰다.
드라이 아이스를 증발시키고, 상기와 같이 수득된 콜라겐 섬유 (B) 를, 이후에 사용할 때까지, Minigrip 플라스틱 랩 안에 보관하였다.
커팅 밀 콜라겐 섬유 세그먼트 (C) 의 제조
상기 수득된 2 x 2 cm 콜라겐 섬유 조각을 0.8 mm 체가 장착된 커팅 밀에서 1500 rpm 으로 절단하여, 커팅 밀 콜라겐 섬유 세그먼트 (C) 의 체질된 분획을 수득하였다.
콜라겐 섬유 접착제 (D) 의 제조
커팅 밀 콜라겐 섬유 세그먼트 (C) 의 체질된 분획을 물에 혼합하여 3 % 의 용액을 수득하고, 인산 H3PO4 을 첨가하여 pH 를 3.5 로 설정하고, 현탁액을 1500- 2000 bar 로 고압 균질화시키고, 이를 3 내지 5 회 반복하였다.
수득한 슬러리에 수산화나트륨 용액 NaOH 을 첨가하여 약 pH 7 로 중화시키고, 4 ℃ 에서 밤새 겔화시켰다. 콜라겐을 -40 ℃ 에서 4 시간 동안 동결시킨 후, - 10 ℃ 및 0.310 mbar 에서의 동결건조에 의해 농축시키고, 나이프 밀링에 의해 균질화시켰다.
콜라겐 섬유 접착제 (D) 를, 더 이상 입자가 보이지 않을 때까지 60 ℃ 로 가열하여, pH 7.4 의 포스페이트 완충된 염수 중의 2 - 10 % 용액으로 수득된 슬러리로부터 제조하였다.
실시예 2 임의 가교된 히드록시아파타이트/콜라겐 플레이트 (E) 의 제조
실시예 1 에서 제조된 4 g 의 콜라겐 섬유 (B) 및 6 g 의 커팅 밀 콜라겐 섬유 세그먼트 (C) 를, 140 g 의 포스페이트 완충된 염수와 혼합하고, 칵테일 믹서에서 진탕시켰다. 또 다른 예에서는, 콜라겐 섬유를 커팅 밀 콜라겐 섬유 세그먼트로 완전히 치환시켰다.
실시예 1 에서 제조된 20 내지 30 g 히드록시아파타이트 미세 입자 (A) 를 첨가하고, 수동으로 혼합하였다.
34.14 g 의 상기 혼합물을 7000 xg (7000 배의 중력 가속도) 에서 2 분 동안 원심분리하였다.
펠렛을 8 x 12 cm 의 편평한 직사각형 형태의 2 개의 폴리아미드-네트 (기공 크기 21 ㎛ 및 총 17 % 의 개방 구조) 사이에 붓고, 실험실 스푼으로 과량의 물을 제거하여 물질을 응축시켰다. 수득된 플레이트를 1 - 1.7 kPa 의 압력으로 압축시키고, 진공 오븐에서 30 ℃/ 50 mbar 에서 2 시간 동안, 이어서 30 ℃/10 mbar 에서 8 시간 동안 건조시켰다. 폴리아미드-네트를 제거하였다.
히드록시아파타이트-콜라겐 플레이트의 임의적 가교
히드록시아파타이트-콜라겐 플레이트의 취급을 용이하게 하기 위하여, 이를 화학적으로 또는 탈수소 열처리 (DHT) 에 의해 가교시켰다.
EDC/NHS 을 이용한 콜라겐의 화학적 가교를 수행하여, 히드록시아파타이트-콜라겐 플레이트의 전반적인 안정성 증가를 유도하였다. 이어서, 건조된 플레이트를 0.1 M MES (2-(N-모르폴리노)-에탄술폰산) 및 40 % 에탄올 중의 10 - 400 mM EDC 및 13 - 520 mM NHS 에서, pH 5.5 에서, 실온에서 2 시간 동안 가교시켰다.
원형을 0.1 M Na2HPO4 완충제 중에서, pH 9.5 에서, 1 시간 동안 2 회 인큐베이션하여, 반응을 중단시켰다. 원형을 1 M 염화나트륨 용액 중에서 1 시간 동안, 및 2 mol/l 염화나트륨 용액 중에서 1 시간 동안 2 회 인큐베이션하여, 극성 잔류물을 제거하였다. 화학적으로 가교된 원형을 증류수 중에서 30 - 60 분 동안 총 8 회 세정한 후, 15 분 동안의 에탄올 중 침지를 총 5 회 수행하여 탈수시켰다. 이어서, 5 분 동안의 디에틸에테르 처리 3 회 수행, 및 10 mbar 및 40 ℃ 에서 30 분 동안의 후속 건조에 의해, 또는 동결건조 (-10 ℃ 미만으로 동결 및 통상적인 동결건조 처리에 의한 건조) 에 의해 건조시켰다.
대안적으로, 0.1 - 10 mbar 및 80 - 120 ℃ 에서, 1 - 4 일 동안 탈수소 열처리 (DHT) 에 의해 가교를 수행하였다. 이러한 경우, 후속 건조 방법이 필요하지 않았다.
실시예 3 히드록시아파타이트/콜라겐 플레이트 (E) 의 2 개의 대향면 상에 2 개의 탄성 프리텐스트 콜라겐 층을 조립 및 접착시킴에 의한 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인 (M) 의 제조
하기의 설명은 도 2 및 3 을 참조로 하면 보다 잘 이해될 것이다.
편평한 또는 U-자형 원형의 조립에는, 콜라겐 재료의 층의 인장을 가능하게 하는 고정된 또는 굴곡 가능한 프레임의 사용이 요구된다.
편평한 또는 U-자형 원형 (F) 의 형성
도 2 는, 본 발명의 편평한 또는 U-자형의 형태 안정적 멤브레인으로의 조립 전, 콜라겐 재료의 층의 인장을 가능하게 하는데 적합한 장비의 개략도이다.
상기 장비는 임의의 적합한 재료, 예를 들어 강철 또는 알루미늄으로 제조될 수 있는, 프레임 (a) 로 이루어져 있다. 프레임의 주요 목적은, 2 개의 습윤된 콜라겐 층 (c) 를 인장시키는, 스프링 (b) 를 고정하는 것이다. 히드록시아파타이트/콜라겐 플레이트 (E) 는, 2 개의 콜라겐 층 (c) 사이에 위치되어 있다.
U-자형, 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인을 목적으로 하는 경우, 콜라겐 플레이트 (E) 를 구부리기 위한 네거티브 (negative) 형태 (e) 및 힌지 (hinge) (f) 를 갖는 프레임이 사용되기 때문에, U-자형의 직선형 원형이 유도된다.
각각의 스프링을 콜라겐 재료의 응력-곡선의 선형 영역에 있도록 2 - 3 N 으로써 인장시켜, 초기 길이의 40 내지 100 % 로 연신 또는 신장시킴으로써, 멸균되지 않은 Geistlich Bio-Gide 콜라겐 층의 콜라겐 재료 층을 프리텐스 (pretense) 시켰다. 이러한 선형 영역 내에서, 탄성 계수가 가장 높기 때문에, 가장 높은 강성도가 달성된다.
콜라겐성 조직의 점탄성 특성으로 인해, 습윤 및 인장된 재료는 인장된 상태에서 대략 30 분 동안 유지되었다. 프리텐스트 콜라겐 멤브레인의 이완으로 인해, 스프링을 콜라겐 재료의 응력-곡선의 선형 영역에 있도록 1-3 N 로 다시 인장시켰다.
멸균되지 않은 Geistlich Bio-Gide® 콜라겐 멤브레인으로부터 절단된 10 cm 의 직경을 갖는 콜라겐의 2 개의 둥근 조각을 사용하였고, 그 중 하나를 1 ㎠ 당 50 개의 바늘을 포함하는 바늘 드럼 (needle drum) 을 이용하여 샤프트 직경 0.88 mm 로 천공시켰다. 콜라겐의 2 개의 둥근 조각을 습윤시키고, 콜라겐 조각의 초기 크기의 40 - 100 % 의 연신을 유도하는, 1 - 3 N 로 각각 인장된 12 개의 스프링을 이용하여 방사상으로 인장시켰다.
이러한 단계의 완료 시, 히드록시아파타이트/ 콜라겐 플레이트 (E) 를 콜라겐 섬유 접착제 (C) 를 이용하여 양쪽면 상에 습윤시킨 후, 히드록시아파타이트/콜라겐 플레이트를 2 개의 탄성 프리텐스트 콜라겐 층 사이에 위치시켰다. 중앙 바 (bar) (e) 뿐 아니라 힌지 (f) 는 U-자형 원형의 제조에 필수적이다 (하기 참조).
탄성 프리텐스트 멤브레인을 가열 플레이트 상에 위치시키고, 40 ℃ 로 예비가온시켰다.
실시예 2 에서 수득된 가교된 Bio-Oss 플레이트 (E) 를 예비가온된 콜라겐 섬유 접착제 (D) 중에 잠시 침지시키고, 2 개의 탄성 프리텐스트 콜라겐 멤브레인 사이에 위치시켰다.
폴리아미드 네트, 및 스폰지 (두께 5 cm, 밀도 대략 20 - 25 mg/㎤, 상호 연결된 기공 함유, 폴리우레탄으로 제조됨) 를 양면 상에 위치시키고, 50 - 95 % 로 압축시켜 120 kPa 까지의 압축력을 유도하였다.
편평한 형태 안정적 멤브레인의 조립체를 나타내는 도 3 참조, 여기서 (1) 은 강철 플레이트이고, (2) 는 압축된 폴리우레탄 스폰지이고, (3) 은 폴리아미드 네트이고, (4) 는 탄성 프리텐스트 콜라겐의 층이고, (5) 는 가교된 히드록시아파타이트-콜라겐 플레이트이다.
이어서, 구조체를 진공 오븐에서, 40 ℃ 에서, 공기 압력을 10 mbar 까지 지속적으로 감소시키면서, 총 32 시간 동안 건조시켰다.
U-자형 원형의 형성
당업자는 구조체를 적절한 네거티브 형태에 대하여 구부리고, 스폰지 중 하나를 보다 얇은 폴리우레탄 스폰지 또는 무섬유 (fibre free) 종이 타월로 대체함으로써, 도 2 및 3 의 장치, 및 상기 기재된 방법을, 직선형 또는 곡선형의 U-자형 원형을 형성하는데 용이하게 적용할 수 있을 것이다.
편평한 또는 U-자형 원형의 가교 (G)
편평한 또는 U-자형 원형 (F) 을, 가위 또는 소형 회전 톱을 사용하여 목적하는 치수로 절단하였다. 이어서, 원형을 화학적으로 또는 탈수소 열처리 (DHT) 에 의해 가교시켰다.
0.1 M MES 완충제 중에서, pH 5.5 및 에탄올 함량 40 Vol-% 에서, EDC 및 NHS 의 농도 각각 10 내지 400 mM 및 13 내지 520 mM 에서, 화학적 가교를 수행하였다. 가교 용액 중 원형의 농도는 10 % 였다. 균질한 가교를 가능하게 하기 위하여, 플레이트를 초기에 진공 하에서 (<40 mbar) 처리하고, 가교 반응을 4 ℃ 에서 2 시간 동안 수행하였으며, 모든 완충제는 상기 온도로 예비냉각된 것이었다.
원형을 0.1 M Na2HPO4 완충제 중에서, pH 9.5 에서, 1 시간 동안 2 회 인큐베이션하여, 반응을 중단시켰다. 원형을 1 M NaCl 용액 중에서 1 시간 동안, 및 2 M NaCl 용액 중에서 1 시간 동안 2 회 인큐베이션하여, 극성 잔류물을 제거하였다. 원형을 증류수 중에서 30 - 60 분 동안 총 8 회 세정하였다. 이어서, 15 분 동안의 에탄올 처리 5 회 및 5 분 동안의 디에틸에테르 처리 3 회 수행, 및 10 mbar 및 40 ℃ 에서 밤새 또는 생성물이 완전히 건조될 때까지의 후속 건조에 의해, 또는 용매 처리된 것이 아닌 생성물의 통상적인 동결건조 (-10 ℃ 미만으로 동결 및 통상적인 동결건조 처리에 의한 건조) 에 의해 탈수 및 건조시켰다.
대안적으로, 0.1 - 10 mbar 로 80 - 160 ℃ 에서, 1 - 4 일 동안 탈수소 열처리 (DHT) 에 의해 가교를 수행하였다. 이러한 경우, 후속 건조 방법이 필요하지 않았다.
상기 기재된 방법에 의해 수득된 원형을, 염수 또는 PBS 중에서 1 또는 2 시간 이내에 습윤시켰다. 10 분 내 습윤화를 가능하게 하기 위하여, 원형을 증류수 중에서 대략 1 내지 2 시간 동안 재습윤시켰다. 이때, 상기 기재된 바늘 드럼으로 한 면 또는 두 면을 천공하는 것도 가능하다. 원형을 200 g/l NaCl 용액 중에서 40 분 동안 3 회 인큐베이션하여, 염화나트륨을 적용하였다. 염화나트륨은 하기 기재된 (H) 와 같이 침전되었다.
가교된 편평한 또는 U-자형 원형 의 건조 (H)
15 분 동안의 에탄올 중 침지를 총 5 회 수행하여, 가교된 원형을 탈수시켰다. 이어서, 이를 용매 건조 (5 분 동안의 디에틸에테르 처리 3 회, 및 10 mbar 및 40 ℃ 에서의 후속 건조) 에 의해, 또는 통상적인 동결건조 (-10 ℃ 미만으로 동결 및 통상적인 동결건조 처리에 의한 건조) 에 의해 건조시켰다.
습윤 상태의 상이한 원형의 가교된 형태 안정적 멤브레인의 두께는, 1.0 내지 2.0 mm, 대부분 1.2 내지 1.8 mm 였다.
건조된 원형을 임의로 27 - 33 kGy 에서 x-선 조사에 의해 멸균시켰다.
실시예 4 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인의 특성
실시예 3 에서 수득된 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인의 하기 특징을 결정하였다: (1) PBS 중에서의 습윤성, (2) 기계적 강도, (3) 클로스트리디움 히스톨리티쿰 (Clostridium histolyticum) 유래 콜라게나아제를 사용한 효소 분해, (4) 세포 부착, (5) 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료 층의 연신율 측정, 및 (6) 콜라겐-히드록시아파타이트 플레이트 및 최종 원형의 두께 측정.
(1) PBS 중에서의 습윤성
육안으로 평가된 PBS (포스페이트 완충제 염수) 중에서 완전한 습윤화 시간은, 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인의 상이한 원형에 대하여 5 내지 10 분인 것으로 관찰되었으며, 상기 시간은 주로 에탄올을 이용한 탈수 및 건조 전 염화나트륨으로의 처리에 의존하였다.
(2) 기계적 강도
본 발명의 멤브레인의 형태 안정성을, EN ISO 178 및 ASTM D6272-10 에 기재된 방법과 유사한 3-점 일축 굽힘 시험에 의해 평가하였으며, 본 발명의 멤브레인을 pH 7.4 및 온도 37 ℃ 에서 PBS 중에 침지시켰다.
이러한 시험은, 결손된 부위에서 뼈 결함을 기계적으로 안정화시키도록 디자인된 모든 형태 안정적 멤브레인이 굽힘 모멘트를 겪을 것이기 때문에, 가장 유용하였다. 따라서, 3- 또는 4-점 굽힘은 사용된 재료를 특징분석하고, 부가적으로 예를 들어 상이한 두께를 갖는 상이한 생성물을 비교하기 위한 시험으로서 사용될 수 있다. 재료 특징분석의 경우, 굽힘 계수가 가장 적합한 매개 변수이다. 하지만, 상이한 두께를 갖는 상이한 생성물을 비교하는 경우에는, 8 - 10 mm 의 압입 후의 최대 힘이 더 적절하기 때문에, 이를 생성물을 특징분석하는데 사용한다.
사용된 3-점 일축 굽힘 시험에서, 시편을 50 x 13 mm 의 크기로 절단하고, 육안으로 관찰하여 완전히 습윤될 때까지, PBS 중에서 37 ℃ 에서 인큐베이션하였다. 기계적 시험을, 각각의 지지 구조의 지지체 스팬 (span) 너비가 26 mm 이고 반경이 5 mm 인 3-점 굽힘 장치에서, 분 당 5 mm 로 수행하였다. 굽힘 계수는 1 내지 5% 굽힘 변형 내에서 산출되었다. 중앙 압자 (indenter) 를 8 내지 10 mm 낮춘 후, 수득된 최대 힘을 판독하였다.
EDC/NHS 에 의해 가교된 두께 1.5 mm 의 본 발명의 멤브레인, DHT 에 의해 가교된 두께 1.6 mm 의 본 발명의 멤브레인, 및 두께 0.137 mm 의 KLS Martin 사의 PLA 멤브레인 Resorb-X® 에 대하여, 상기 시험을 수행하였다.
이러한 멤브레인에 대한 변형의 함수로서의 힘의 변화를 나타내는, 도 4 는, EDC/NHS 에 의해 가교된 본 발명의 멤브레인 (8 mm 변형에 대하여 약 0.65 N) 또는 DHT 에 의해 가교된 본 발명의 멤브레인 (8 mm 변형에 대하여 약 0.40 N) 의 기계적 안정성이, PLA 멤브레인 Resorb-X® (8 mm 변형에 대하여 약 0.10 N) 보다 실질적으로 우수하다는 것을 보여준다. 따라서, 본 발명의 멤브레인은 결손된 부위에서의 뼈 결함을 보다 더 안정화시킬 것이다.
(3) 클로스트리디움 히스톨리티쿰 ( Clostridium histolyticum ) 유래 콜라게나아제를 사용한 효소 분해 시험
인체에서, 콜라겐은 인간 조직 매트릭스-메탈로프로테이나아제 (MMP), 카텝신에 의해 및 추정적으로 일부 세린 프로테이나아제에 의해 분해된다. 가장 잘 이루어진 연구는, 콜라게나아제가 직접적인 콜라겐 분해를 위한 가장 중요한 효소인, MMP (특히 MMP-1, MMP-8, MMP-13 및 MMP-18) 이다 (Lauer-Fields et al. 2002 Matrix metalloproteinases and collagen catabolism in Biopolymers - Peptide Science Section 및 Song et al. 2006 Matrix metalloproteinase dependent and independent collagen degradation in Frontiers in Bioscience).
콜라겐 조직 및 멤브레인을 분해하는 콜라게나아제 능력은, 기질 융통성 및 콜라겐 유형, MMP 활성 부위 및 MMP 엑소사이트 (exosite) 에 따라 달라진다. 콜라게나아제는 삼중 나선 콜라겐에 정렬하고, 이를 풀고, 이어서 이를 절단한다 (Song et al. 2006, 상기 참조).
상이한 콜라겐 유형 간의 분해의 차이를 극복하기 위한 관점에서, 콜라겐의 콜라게나아제 분해는 종종 높은 촉매작용 속도를 갖는 클로스트리디움 히스톨리티쿰 (Clostridium histolyticum) 유래 콜라게나아제를 사용하여 평가된다 (Kadler et al. 2007 Collagen at a glance in J Cell Sci). 일반적으로, 천연 콜라겐 생성물은 화학적으로 가교된 콜라겐 생성물보다 빠르게 분해된다.
이러한 시험에서, 콜라겐 생성물 (1 mg/ml 콜라겐에서의, 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인의 샘플) 을, 칼슘 함유 트리스-완충제 중의 클로스트리디움 히스톨리티쿰 (Clostridium histolyticum) 50 유닛/ml 를 이용하여 37 ℃ 에서 인큐베이션하고 (하나의 유닛은 1.0 마이크로몰의 류신에 대한 닌히드린 색소 중에서, 칼슘 이온 존재 하에서, pH 7.4 에서, 37 ℃ 에서 5 시간 내에, 소 아킬레스건 등가물 유래 콜라겐으로부터 펩티드를 유리하는 것으로 정의됨), 콜라겐 매트릭스의 분해를 레퍼런스 재료로서 I 형 콜라겐을 사용하여, 육안 및 Bio-Rad Laboratories 사의 "DC 단백질 검정 (DC Protein Assay)" (Hercules, USA, Order Nor. 500-0116) 으로 측정하였다. 콜라겐 농도를 마이크로웰 플레이트 분광계 (Infinite M200, Tecan 사에서 입수 가능함) 를 사용하여 결정하였다.
본 발명의 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인의 모든 원형은, 4 시간 후 10 % 이상의 콜라겐 분해 (표준으로서 I 형 콜라겐을 사용하여 DC 단백질 검정에 의해 평가 시) 를 나타내었고, 콜라겐 분해 속도 (Geistlich Bio-Gide® 멤브레인보다 낮음) 는 사용된 가교 조건에 따라 달랐다.
(4) 세포 부착
형광, 친유성 염료로 사전에 라벨링된 100,000 개의 인간 치근 섬유아세포로 8 mm 멤브레인 펀치를 먼저 씨딩하고, 37℃ 에서 24 시간 동안 인큐베이션하고, PBS 중에서 멤브레인을 세정하여 비(非)부착 세포를 제거하고, 부착 세포를 용균시키고, 485nm 에서 형광을 측정함으로써 이를 정량화하여, 상이한 멤브레인에 대한 세포 부착을 평가하였다. 용균 전 세정하지 않은 세포-씨딩된 멤브레인 펀치를 이용하여 확립된 표준 곡선에 대하여 형광을 정규화하였다.
형태 안정적 흡수성 멤브레인에 대하여 수득된 결과는 도 5 에 나타나있으며, 이는 백분율로 상이한 유형의 치아 멤브레인 - 본 발명의 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인 및 Cystoplast® PTFE 멤브레인 (Keystone Dental) - 에 부착될 수 있는 세포의 % 를 수평으로 나타낸 컬럼 도표이다.
도 5 는, 본 발명의 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인의 부착이, 약 4 % 의 Cystoplast® PTFE 멤브레인에 대한 값보다 약 13 % 의 Geistlich Bio-Gide® 멤브레인에 대한 값에 훨씬 근접한 값인 약 10.5 % 임을 나타낸다. Geistlich Bio-Gide® 멤브레인은, 낮은 비율의 피열 (Zitzmann et al. 1997 Resorbable versus non-resorbable membranes in combination with Bio-Oss for guided bone regeneration in Int J Oral Maxillofac Implants 및 Tal et al. 2008 Long-term bio-degradation of cross-linked and non-cross-linked collagen barriers in human guided bone regeneration in Clin Oral Implants Res) 을 갖거나 또는 과도한 염증 없는 (Jung et al. 2013 Long-term outcome of implants placed with guided bone regeneration (GBR) using resorbable and non-resorbable membranes after 12 - 14 years in Clin Oral Implants Res), 이의 양호한 치유 특성으로 널리 공지되어 있다. 본 발명의 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인에의 인간 치근 섬유아세포의 부착의 측정 값은, 과도한 염증 또는 피열과 같은 부작용이 없는 연조직 치유에 대한 예측이다.
(5) 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료 층의 연신율 측정
콜라겐 층의 인장의 양을 결정하기 위하여, 건조 콜라겐 층을 인장되지 않은 스프링 (도 2, 파트 b) 을 사용하여 인장 링 (도 2, 파트 a) 에 장착한다. 멤브레인의 중심에서, 서로 수 센티미터 떨어진, 적어도 4 개의 지점을 연필 또는 펜을 사용하여 표시한다. 각각의 지점 간의 거리는 눈금자를 사용하여 측정한다. 측정된 거리를 각각의 지점 간의 초기 길이로서 정의한다. 콜라겐 층을 물에 침지시키고, 목적하는 힘까지 인장시킨다. 콜라겐 층을 물 중에서 30 분 동안 인큐베이션한다. 대부분의 콜라겐 층의 점탄성 성질로 인해, 인장이 감소한다. 따라서, 콜라겐 층을 다시 인장시키는 것이 요구된다. 인큐베이션 30 - 40 분 후, 각각의 지점 간의 거리를 눈금자로 측정한다. 변형의 백분율은, 인장 후 길이에서 초기 길이를 뺀 값을, 초기 길이로 나누고, 100 을 곱하여 결정한다.
응력-변형 곡선의 선형 영역에 있도록 하는 전형적인 결과는, 멸균되지 않은 Geistlich Bio-Gide 의 경우 40 내지 100 % 변형 (연신, 신장) 이다.
이러한 방법에 의해 측정된 변형 값은, 일축 연신 시험으로 수득된 변형 값과 직접 비교할 수 없다.
(6) 콜라겐 히드록시아파타이트 플레이트 및 최종 원형의 두께 측정
최종 원형 또는 콜라겐/히드록시아파타이트 플레이트 "E" 의 두께는, 상기 기재된 바와 같이 또는 슬라이딩 캘리퍼 (sliding calliper) 를 사용하여 측정할 수 있다.
(7) 상이한 콜라겐 층의 기계적 특성의 분석 (도 5)
콜라겐 층의 상이한 공급원을 비교하고, 이의 기계적 특성을 예측하기 위하여, 습윤된 샘플의 표준 일축 인장을 사용하였다. 상기와 같은 분석 방법에 대한 일반적인 설정은, ASTM D882-09 "Standard Test Method for Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting" 에 기재되어 있다. 사용된 콜라겐 멤브레인의 고비용으로 인해, 시험의 몇몇의 매개 변수를 조정하였다. 샘플을 예를 들어 2 x 1 cm 의 직사각형의 시트로 절단하고, 등장성 포스페이트 완충된 염수 중에 사전 습윤시키고, 각각의 샘플 홀더 사이에 1 cm 거리를 두고 인장 시험기에 장착하였다. 샘플을 분 당 초기 길이의 33 % 의 일정한 속도로 인장시켰다. 100 % 초기 길이에서 기록되는 예비압력 (prepressure) 은, 전형적으로 50 kPa 로 설정하였다. 2 개의 샘플 홀더 간 거리를 사용하여 샘플의 연신율을 계산하였다.
이에 따라, 도 5 의 응력-변형 곡선을 수득하였다.
실시예 5 인간 공동 외부에 사용하기 위한 흡수성 가교된 형태 안정적 멤브레인의 원형의 제조
흡수성 가교된 형태 안정적 코 아치-형 멤브레인을, 히드록시아파타이트/콜라겐 플레이트 (E) 의 두 개의 대향면에 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 두 층을 조립하고 접착함으로써 하기에 기재된 바와 같이 제조하였다.
하기의 설명은 도 2 및 3 을 참조함으로써 더 잘 이해될 것이다.
코 아치-형 멤브레인의 조립은 콜라겐 재료 층의 인장을 가능하게 하는 구부러질 수 있는 프레임의 사용을 필요로 한다.
코 아치-형 멤브레인 (코성형술을 위한 멤브레인), 안와 골절 멤브레인, 또는 후외측 척추 유합술 멤브레인 원형의 형성
도 2 는 콜라겐 재료 층의 본 발명의 코 아치-형 멤브레인 원형으로 조립되기 이전에, 콜라겐 재료 층의 인장을 가능하게 하는데 적합한 장치의 개략도이다.
상기 장비는, 임의의 적합한 재료, 예를 들어 강철 또는 알루미늄으로 제조될 수 있는, 프레임 (a) 로 이루어져 있다. 프레임의 주요 목적은, 2 개의 습윤된 콜라겐 층 (c) 를 인장시키는, 스프링 (b) 를 고정하는 것이다. 히드록시아파타이트/콜라겐 플레이트 (E) 는, 2 개의 콜라겐 층 (c) 사이에 위치되어 있다.
코 아치-형 멤브레인 원형의 경우, 콜라겐 플레이트 (E) 를 구부리기 위한 네거티브 형태 (e) 및 힌지 (f) 를 갖는 프레임이 사용하고, 이로써 코 아치-형 멤브레인이 유도된다.
각각의 스프링을 콜라겐 재료의 응력-곡선의 선형 영역에 있도록 2 - 3 N 으로써 인장시켜, 초기 길이의 40 내지 100 % 로 연신 또는 신장시킴으로써, 멸균되지 않은 Geistlich Bio-Gide 콜라겐 층의 콜라겐 재료 층을 프리텐스시켰다. 이러한 선형 영역 내에서, 탄성 계수가 가장 높기 때문에, 가장 높은 강성도가 달성된다.
콜라겐성 조직의 점탄성 특성으로 인해, 습윤 및 인장된 재료는 인장된 상태에서 대략 30 분 동안 유지되었다. 프리텐스트 콜라겐 멤브레인의 이완으로 인해, 스프링을 콜라겐 재료의 응력-곡선의 선형 영역에 있도록 1-3 N 로 다시 인장시켰다.
이러한 단계의 완료 시, 히드록시아파타이트/ 콜라겐 플레이트 (E) 를 콜라겐 섬유 접착제 (C) 를 이용하여 양쪽면 상에 습윤시킨 후, 히드록시아파타이트/콜라겐 플레이트를 2 개의 탄성 프리텐스트 콜라겐 층 사이에 위치시켰다. 중앙 바 (e) 뿐 아니라 힌지 (f) 는 코 아치-형 멤브레인 원형의 제조에 필수적이다 (하기 참조).
실시예 2 에서 수득된 Bio-Oss 플레이트 (E) 를 예비가온된 콜라겐 섬유 접착제 (D) 중에 잠시 침지시키고, 2 개의 탄성 프리텐스트 콜라겐 멤브레인 사이에 위치시켰다.
폴리아미드 네트, 및 스폰지 (두께 5 cm, 밀도 대략 20 - 25 mg/㎤, 상호 연결된 기공 함유, 폴리우레탄으로 제조됨) 를 양면 상에 위치시키고, 50 - 95 % 로 압축시켜 120 kPa 까지의 압축력을 유도하였다.
편평한 형태 안정적 멤브레인의 조립체를 나타내는 도 3 참조, 여기서 (1) 은 강철 플레이트이고, (2) 는 압축된 폴리우레탄 스폰지이고, (3) 은 폴리아미드 네트이고, (4) 는 탄성 프리텐스트 콜라겐의 층이고, (5) 는 가교된 히드록시아파타이트-콜라겐 플레이트이다.
이어서, 구조체를 진공 오븐에서, 40 ℃ 에서, 공기 압력을 10 mbar 까지 지속적으로 감소시키면서, 총 32 시간 동안 건조시켰다.
당업자는 구조체를 적절한 네거티브 형태에 대하여 구부리고, 스폰지 중 하나를 보다 얇은 폴리우레탄 스폰지 또는 무섬유 종이 타월로 대체함으로써, 도 2 및 3 의 장치, 및 상기 기재된 방법을, 코 아치-형 멤브레인 원형, 안와 골절 멤브레인 원형 또는 후외측 척추 유합술 멤브레인 원형을 형성하는데 용이하게 적용할 것이다.
코 아치-형 멤브레인, 안와 골절 멤브레인 또는 후외측 척추 유합술 멤브레인 원형의 가교
코 아치-형 멤브레인 원형, 안와 골절 멤브레인 원형 또는 후외측 척추 유합술 멤브레인 원형 (F) 를, 가위 또는 소형 회전 톱을 사용하여 목적하는 치수로 절단하였다. 이어서, 원형을 화학적으로 또는 탈수소 열처리 (DHT) 에 의해 가교시켰다.
0.1 - 10 mbar 로 80 - 160 ℃ 에서, 1 - 4 일 동안 탈수소 열처리 (DHT) 에 의해 가교를 수행하였다. 이러한 경우, 후속 건조 방법이 필요하지 않았다.
상기 기재된 방법에 의해 수득된 원형을, 물, 염수 또는 PBS 중에서 1 또는 2 시간 이내에 습윤시켰다. 원형을 이것의 최종 형상으로 절단하고 바늘 베드 (상기 기술한 것 참조) 로 천공한다. 이 시점에서, 적절한 바늘 베드로 1 또는 2 면의 천공이 또한 가능하다.
가교된 코 아치-형 멤브레인, 안와 골절 멤브레인 또는 후외측 척추 유합술 멤브레인 원형의 건조
15 분 동안의 에탄올 중 침지를 총 5 회 수행하여, 가교된 원형을 탈수시켰다. 이어서, 이들을 10 mbar 및 40℃ 에서 진공 오븐에서 건조시켰다. 또 다른 옵션은 물 습윤 장치로 동결 건조하는 것이다 (-10℃ 미만으로 동결 및 통상적인 동결건조 처리에 의한 건조).
습윤 상태의 상이한 원형의 가교된 형태 안정적 멤브레인의 두께는, 1.0 내지 2.0 mm, 대부분 1.2 내지 1.8 mm 였다.
건조된 원형을 임의로 27 - 33 kGy 에서 x-선 조사에 의해 멸균시켰다.
본 발명이 도면 및 상세한 설명에서 상세하게 예시 및 설명되었지만, 이러한 예시 및 설명은 예시적 또는 전형적이고, 비제한적인 것으로 간주되어야 하며: 본 발명은 개시된 구현예에 의해 제한되지 않는다.
개시된 구현예에 대한 다른 변형이, 도면, 개시내용 및 보정된 청구범위의 연구로부터, 청구된 발명을 실시하는 당업자에 의해 이해 및 실행될 수 있다.
청구범위에서, 단어 "포함하는" 은 다른 요소를 배제하지 않으며; 단수형의 표현은 복수형을 배제하지 않는다.

Claims (16)

  1. 탄성 프리텐스트 (pretensed) 콜라겐 재료의 2 개의 층 사이에 샌드위치된, 1 중량부의 콜라겐 재료에 대하여 1.5 내지 3.5 중량부의 무기 세라믹을 함유하는 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체 층을 포함하는, 흡수성 (resorbable) 의 가교된 형태 안정적 멤브레인으로서, 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료는 응력-변형 곡선의 선형/탄성 영역에 있도록 신장된 콜라겐 재료이고, 콜라겐 재료는 50-100 % (w/w) 콜라겐 및 0-50 % (w/w) 엘라스틴을 포함하며, 코성형술, 후외측 척추 유합술 또는 안와 재건에서 구강 외부의 인간 조직 재생에 사용을 위한 형상 및 치수를 갖고, 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는, 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인:
    - 원하는 코의 치수에 맞도록 하는 방식으로 크기가 부여된 코성형술을 위한 코 아치-형 (nasal arch-shaped) 멤브레인,
    - 2 개 이상의 척추골을 커버하는 것과 같은 길이를 갖는 후외측 척추 유합술을 위한 타원형 튜브 멤브레인, 및
    - 임플란트를 지지하기 위한 골 선반 (bone ledge) 을 식별한 후 성형되고 안와 공동 내로의 삽입이 용이하도록 하는 방식으로 크기가 부여된 안와 골절 재건을 위한 멤브레인.
  2. 제 1 항에 있어서, 코성형술을 위한 코 아치-형 멤브레인이고, 이때 코성형술을 위한 멤브레인의 길이 l, 너비 i 및 높이 h 가 각각 40 내지 80 mm, 10 내지 15 mm 및 10 내지 15 mm 인, 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인.
  3. 제 2 항에 있어서, 코 아치-형 멤브레인의 두께가 0.5 내지 2.5 mm 인, 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인.
  4. 제 2 항에 있어서, 코 아치-형 멤브레인의 벽의 두께가 1.0 내지 2.0 mm 인, 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인.
  5. 제 1 항에 있어서, 길이 l 이 60 내지 300 mm 이고, 내경 k 가 5 내지 10 mm 이고, 외경 j 가 15 내지 30 mm 인, 후외측 척추 유합술을 위한 슬릿 (slit) 타원형 튜브 멤브레인인, 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인.
  6. 제 5 항에 있어서, 멤브레인의 두께가 0.5 내지 2.5 mm 인, 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인.
  7. 제 1 항에 있어서, 안와 골절 재건을 위한 멤브레인이고, 이때 멤브레인의 길이 m, 너비 o 및 높이 c 는 각각 30 내지 50 mm, 20 내지 40 mm 및 5 내지 25 mm 인, 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인.
  8. 제 7 항에 있어서, 멤브레인의 두께가 0.5 내지 2.5 mm 인, 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인.
  9. 제 1 항에 있어서, 콜라겐 재료와 무기 세라믹 입자의 복합체 층이 콜라겐 재료 1 중량부에 대하여 2.0 내지 3.0 중량부의 무기 세라믹을 함유하는, 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인.
  10. 제 1 항에 있어서, 콜라겐 재료가 70-90 % 콜라겐 및 10-30 % 엘라스틴을 포함하는, 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인.
  11. 제 1 항에 있어서, 콜라겐 재료가 돼지, 소 또는 말의 복막 또는 심장막, 소장점막하조직 (SIS) 또는 근육 근막으로부터 유래되는, 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인.
  12. 제 1 항에 있어서, 탄성 프리텐스트 콜라겐 재료의 층 중 하나 또는 양자 모두가 5 내지 1000 ㎛ 의 홀 (hole) 을 포함하는, 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인.
  13. 제 1 항에 있어서, 무기 세라믹 입자가 150 내지 500 ㎛ 의 크기를 갖는, 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인.
  14. 제 1 항에 있어서, 무기 세라믹이 히드록시아파타이트 또는 히드록시아파타이트 뼈 미네랄로 이루어진 군으로부터 선택되는, 흡수성의 가교된 형태 안정적 멤브레인.
  15. 삭제
  16. 삭제
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