KR102348227B1

KR102348227B1 - 베타-삼칼슘인산, 콜라겐, 및 폴리카프로락톤을 포함하는 다공성 치주조직 재생용 지지체 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR102348227B1
Application number: KR1020210066917A
Authority: KR
Inventors: 김춘호; 최영도
Original assignee: 주식회사 씨케이바이오메드
Priority date: 2021-05-25
Filing date: 2021-05-25
Publication date: 2022-01-07

Abstract

본 발명은 베타-삼칼슘인산, 콜라겐, 및 폴리카프로락톤을 포함하는 다공성 치주조직 재생용 지지체 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 구조물질과 신골재생 유도물질로 이루어진 치주재생 지지체에 있어서, 상기 구조물질은 폴리카프로락톤을 포함하고, 상기 신골재생 유도물질은 베타-삼칼슘인산, 및 콜라겐을 포함하며, 지지체는 다공성 구조를 가진 것을 특징으로 하는 치주조직 재생용 지지체이다. 본 발명의 베타-삼칼슘인산, 콜라겐, 폴리카프로락톤을 포함하는 다공성 치주조직 재생용 지지체는 골조직과의 유착을 효율을 상승시켜주는 것과 동시에 골조직 재생을 촉진시켜줌으로써 치아 재생 및 임플란트 등의 관련 산업에서 유용하게 사용 될 수 있다.

Description

베타-삼칼슘인산, 콜라겐, 및 폴리카프로락톤을 포함하는 다공성 치주조직 재생용 지지체 및 이의 제조방법{A POROUS SCAFFOLD COMPRISING A β-TRICALCIUM PHOSPHATE, A COLLAGEN, AND A POLYCARPROLACTON FOR REGENERATING THE PERIODONTAL COMPLEX, AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

본 발명은 베타-삼칼슘인산, 콜라겐, 및 폴리카프로락톤을 포함하는 다공성 치주조직 재생용 지지체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

골조직은 생체 내의 유일한 경조직으로서, 외상, 종양, 기형 혹은 생리적인 현상 등에 의해 손상된 뼈 조직을 골재료로 채워서 신생골을 생성시키게 되는데, 이러한 골 결손부의 회복을 위해 사용되는 보편적인 방법으로는 다른 부위의 자신의 골을 일부 채취하여 이식하는 자가골 이식방법, 다른 사람의 뼈를 화학적 처리 후 이식하는 동종골 이식방법, 사람이 아닌 동물의 뼈를 화학적 처리 후 이식하는 이종골 이식방법 등이 있다(예를 들어 하기 특허문헌 1의 것을 참조하여 이해할 수 있다). 일반적으로 가장 좋은 이식방법인 자가골 이식방법은 환자의 이차적인 수술이 필요하면서 필요한 만큼의 양을 얻기가 힘들며, 일반 개인의원에서 시행하기가 어렵다는 단점이 있다. 그리고 동종골 이식방법의 경우 이차적인 수술은 필요 없지만 면역 반응이 일어날 수 있으며, 확률은 낮지만 간염과 같은 바이러스를 환자 내로 도입할 수 있는 위험도 있다. 이종골 이식방법 역시 면역 반응의 문제점과 광우병 등의 문제가 발생할 경우 사용에 문제가 발생하게 되는 단점이 있다. 이에 충분한 양의 골을 쉽게 얻을 수 있으며, 질병에 대한 전염 가능성이 없고, 기존 이식재를 대체할 만한 성능을 갖는 생체적합성이 우수하고 이식시 적절히 흡수되어 재생골로 치환될 수 있는 골이식(bone-grafting) 재료가 요구되고 있다.

이러한 요구에 따라 개발된 합성 골이식재는 재료에 따라, 금속, 세라믹, 고분자로 구분할 수 있는데, 금속이나 세라믹과 같은 물질은 주로 치아나 뼈와 같은 경조직 대체재로 사용되고 있다. 최근에는 각 재료가 갖는 장점을 살려, 세라믹을 고분자와 복합화하거나 금속을 세라믹과 혼합하여 사용하기도 한다. 특히 세라믹 재료는 뼈와 치아의 무기성분인 아파타이트가 세라믹이라는 점에서 뼈와 화학적으로 잘 결합할 수 있는 장점이 있다.

이러한 특성이 있는 세라믹재료 중 특히 생체활성 세라믹으로는 산화칼슘(CaO)과 산화규소(SiO2)를 주성분으로 하는 생체활성 유리(bioactive glass)와, 뼈의 주요성분인 칼슘과 인으로 구성된 인산칼슘계 세라믹 등이 있다. 다양한 인산칼슘계 세라믹화합물이 인공 골이식재로 개발되어 왔으며 대표적으로 하이드록시아파타이트(Ca10(PO4)6(OH)2, hydroxyapatite: HA)가 골대체제로 상용화되어 다양한 제품으로 제공되고 있는데, 생체 안정성과 골전도 성능이 뛰어난 상기 하이드록시아파타이트는 골결손부 이식 후 중 조직과 자연스럽게 융화되어 잔존골과 생화화학적으로 결합하면서 골견손부를 수복한다. 그러나, 반영구적으로 체내에 잔류하는 하이드록시아파타이트의 특성으로 인해 주기적인 추가가 필요해짐에 따라 이식 후 생분해, 흡수되면서 신생골 생성을 유도하는 생분해성 세라믹 골이식재의 필요성이 대두되었다. 따라서, 이러한 요구에 부응하여 신생골이 되면서 인체 내에서 생분해되고 주위 조직에 흡수되는 경향이 있는 것으로 인산칼슘계 화합물로서 하이드록시아파타이트와 유사한 화학적 특성을 보이는 삼칼슘인산, 특히 베타-삼칼슘인산(β-Ca(PO4)2, β-tricalcium phosphate: β-TCP)의 사용이 제안되어 정형외과와 치과영역에서 쓰이는 경조직 대체 재료로서 널리 사용되고 있다. 이러한 베타-삼칼슘인산 은 골결손부의 수복 이후 수년 이내에 분해, 흡수되는 장점이 있어 다양한 제품에 응용되고 있다.

한편, 상기한 특성을 가지는 세라믹 골이식재는 면역반응이 없고 주위 조직에 대한 부작용이 없기 때문에 안전하게 사용할 수 있는 골 대체 재료지만 세라믹 특성상 다양한 형태의 골결손부에 맞추어 성형하거나 가공할 수 없어 주로 그래뉼(Granules) 형태로 활용되고 있다. 또한, 형태 가공 혹은 성형성의 부재로 인해 자기경화 형태의 골이식재가 개발되어 있다. 초기 자기경화형 골이식재로는 경화 후 뼈의 미네랄성분과 동일한 하이드록시아파타이트를 주성분으로 하는 제품이었으며, 현재까지도 하이드록시아파타이트를 주성분으로 하는 다양한 자기경화형 골이식재가 제품화 되어 있다.

또한 골이식재의 구성요소 중 가장 중요한 것은 기공성으로, 평균 직경 150~850㎛의 기공을 포함하는 이식재가 신생골의 성장과 주위 조직 및 혈관 생성에 도움이 되어 가장 바람직하다. 따라서, 대부분의 세라믹 골이식재들은 성분에 관계없이 다공성의 제품이 상용화 되고 있으며 자기경화형 골이식재도 기공율이 높은 형태로 개발되고 있다. 소결에 의해 제조되는 세라믹 골이식재는 스폰지 제조법이나 발포법 등을 활용하여 직경 50㎛ 이상의 거대기공을 형성시킬 수 있다. 그러나, 자기경화형 골이식재는 수화반응에 의해 최종 구조가 결정되기 때문에 인위적인 거대기공을 제품 내부에 형성시킬 수 없어 나노 내지 수 마이크로 단위의 미세기공을 포함하는 제품으로 개발되고 있다. 이는 골이식재 내부로의 조직 성장과 신생 뼈의 전달을 위한 유효공간인 거대기공을 제공할 수 없는 단점이 있어 골대체제로 활용하기 위한 구조적 개선이 필요한 실정이다.

KR

10-1574646

B1 (2015.11.30.)

본 발명은 기존의 치주조직 재생용 지지체가 가지고 있던 문제점인 경화성은 가지지만 거대기공을 가지지 못해 골재생 효과가 떨어지는 문제와 스펀지 제조법이나 발포법을 통해 거대기공은 가지지만 경화성을 가지지 못하여 재료 소실됨에 따라 골재생 효과가 떨어지는 문제를 보완하고 이를 해결하기 위해 연구를 거듭하였다.

이에 기존에 사용되던 지주조직 재생용 세라믹 재료인 베타-삼칼슘인산과 합성고분자 재료인 폴리카프로락톤을 특정 함량으로 혼합한 후 기공성을 부여하는 공정을 진행하면 높은 기공률과 거대기공을 가진 치주조직 지지체가 형성됨을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서 본 발명의 목적은 상기 치추재생 지지체 조성물은 콜라겐, 신골재생 유도물질로 베타-삼칼슘인산을 경화를 위한 구조물질로 폴리카프로락톤으로 이루어진 치주조직 지지체 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 (a) 상기 치주재생 지지체 조성물을 용액화하는 단계; (b) 용액화된 지지체 조성물을 냉동하는 단계; (c) 냉동된 조성물에 거대기공을 부여하는 단계를 포함하는 치주재생 조직 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법에 따라 제조된 치주조직 지지체가 생체 내로 부작용 없이 주입될 수 있고 또한 일정 시간 경과 후 생체 내에서 분해 흡수되는 다공성 치주조직 재생용 지지체에 관한 것으로 기존의 내부로의 조직 성장과 신생 뼈의 전달을 위한 유효공간인 기공을 효과적으로 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 구조물질과 신골재생 유도물질을 포함하는 치주재생 지지체에 있어서 상기 구조물질은 폴리카프로락톤 신골재생 유도물질은 베타-칼슘인산, 콜라겐으로 이루어진 치주조직 지지체를 조성물을 제공한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 목적은 (a) 상기 치주재생 지지체 조성물을 용액화 하는 단계; (b) 용액화된 지지체 조성물을 냉동하는 단계; (c) 냉동된 조성물에 거대기공을 부여하는 단계를 포함하는 치주재생 조직 제조 방법을 제공한다.

유연성 특성을 갖는 복합체 제조 방법에 있어서 베타-삼칼슘인산, 콜라겐 및 폴리카프로락톤을 준비하여 용액화하는 용액화 거대 다공성을 부여하는 거대 다공성 형성 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 베타-삼칼슘인산, 콜라겐, 폴리카프로락톤을 포함하는 다공성 치주조직 재생용 지지체는 골조직과의 유착을 효율을 상승시켜주는 것과 동시에 골조직 재생을 촉진시켜줌으로써 치아 재생 및 임플란트 등의 관련 산업에서 유용하게 사용 될 수 있다.

도 1은, 실시예의 치주재생 지지체 조성물 용액화 공정사진이다.
도 2는, 실시예의 치주재생 지지체 조성물 냉동공정 사진이다.
도 3a 및 도 3b는 거대기공 부여 후 완성된 치주재생 지지체 사진이다.
도 4는, 거대기공 부여 후 얻은 실시예들에 대한 SEM(주사형현미경) 사진이다.
도 5는, 거대기공 부여 후 완성된 실시예 치주재생 지지체의 FT-IR(적외선 분광기) 분석 결과 그래프이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 구조물질과 신골재생 유도물질로 이루어진 치주재생 지지체에 있어서, 상기 구조물질은 폴리카프로락톤을 포함하는 치주재생 지지체를 제공한다.

본 발명의 상기 구조물질은 카프로락톤 (Carprolactone; CL)으로부터 중합되는 생분해성 고분자를 말한다. 약 60℃의 낮은 융점과 약 -60℃의 유리 전이온도를 갖는다. 상기 폴리카프로락톤은 생체 조직 재생을 위한 세포 부착용 지지체 및 골조직 재생용 삽입물 등 다양한 의료용 분야에서 사용되고 있다.

상기 폴리카프로락톤은 생체적합성이 우수하고 분해 시 독성이 없다. 본 발명의 생체적합성은 생체에 투여되어서 바람직하지 않은 장기적인 효과를 유도하지 않는 것을 의미한다.

본 발명의 신골재생 유도물질은 생체적합성 및 골재생에 우수한 베타-삼칼슘인산과 생체고분자인 콜라겐을 이용할 수 있고, 상기 베타-삼칼슘인산 및 골라겐의 소실을 방지하기 위해 우수한 생분해 합성 고분자인 폴리카프로락톤과 혼합하여 보다 적합한 치주조직 재생용 지지체를 제조 할 수 있다.

본 발명의 폴리카프로락톤/베타-삼칼슘인산/콜라겐 지지체는 폴리카프로락톤 : 베타-삼칼슘인산의 질량비가 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 또는 1:10, 1:20으로 이루어진 것일 수 있고, 반드시 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는, 폴리카프로락톤 : 베타-삼칼슘인산의 질량비가 1:1인 것일 수 있다. 이에 대해서는 후술할 실시예를 통해 보다 상세히 이해할 수 있을 것이다.

상기 콜라겐의 질량비는 반드시 제한되지는 않는다. 즉, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 콜라겐 효능 및 효율 등 제반여건을 고려하여 적절하게 설정할 수 있다.

본 발명의 구체적인 일 구현예에서, 기공구조의 형태가 폴리카프로락톤과 베타-삼칼슘인산의 함량 비율이 특정함량 비율이상으로 높을 경우, 즉, 지지체 내 베타-삼칼슘인산 함량이 60% 이상인 경우, 내부형태가 섬유가 얽힌 형태로 나오는 것을 확인하였다.

본 발명의 치주재생 지지체는 SEM을 통한 구체적인 기공구조 확인 예에서, 베타-삼칼슘인산과 폴리카프로락톤이 1:1 함량에서 기공성을 가진 형태로 나타남을 확인하였고, 폴리카프로락톤의 함량이 올라갈 경우 기공성을 가진 그물형태가 아닌 실과 같은 형태로 적층되는 것을 확인하였다.

본 발명에 따른 다공성을 가지는 폴리카프로락톤/베타-삼칼슘인산/콜라겐 지지체는 손상된 치조골과 치주인대 사이에 삽입되어 치조골 조직의 수복을 촉진시키고 치주인대에 결체조직이 자라서 들어감을 용이하게 함으로써, 삽입 주위 조직으로부터 유래한 줄기세포의 부착, 치아 유래 줄기세포의 증식과 치조골 유래 줄기세포의 골분화 유도를 환자의 면역거부반응 및 감염의 위험성을 줄인 재료를 사용하여 치아 재생 등의 관련 산업에서 유용하게 활용될 수 있다.

본 발명의 다른 하나의 형태는 상기 베타-삼칼슘인산, 콜라겐 및 폴리카프로락톤을 포함하는 지지체의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 폴리카프로락톤/베타-삼칼슘인산/콜라겐 지지체의 제조방법은 (a) 상기 치주재생 지지체 조성물을 용액화 하는 단계; (b) 용액화된 지지체 조성물을 냉동하는 단계; (c) 냉동된 조성물에 거대기공을 부여하는 단계를 포함한다.

상기 (a) 단계에서의 폴리카프로락톤/베타-삼칼슘인산/콜라겐을 혼합한 후 유기용매를 가하여 용액화를 진행한다. 용액화에 필요한 유기용매는 아세트산(acetic acid), 클로로포름(chloroform), 디클로로메탄(dichloromethane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide), 또는 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

또한 상기 (b) 단계에서 용액화된 폴리카프로락톤/베타-삼칼슘인산/콜라겐 혼합물을 -80℃에서 1 내지 10시간 동안 구체적으로 3 내지 5시간 냉동을 진행한다.

상기 (c) 단계에서 거대기공 부여를 위해 냉동된 조성물을 동결건조기를 통해 24내지 122시간 동안 구체적으로 48 내지 72시간 동결건조를 진행한다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이하의 실시예는 발명의 상세한 설명을 위한 것일 뿐, 이에 의해 권리범위를 제한하려는 의도가 아님을 분명히 해둔다.

실시예

폴리카프로락톤 ( PCL : Polycarprolacton ) 베타- 삼칼슘인산 (베타-TCP : β-Tricalcium phosphate), 콜라겐(Collagen) 용액 제조

본 발명에서는 구성성분들을 하기 표 1에 기재된 비율에 따라 혼합하고 25 ℃에서 아세트산 용매에서 하루 동안 교반하여 균질화하였다(도면1).

(1) 구조물질 : 신골 재생물질이 소실을 방지하며 자기 경화을 부여하는 재료로 폴리카프로락톤(PCL)을 사용하였다.

(2) 유기용매 : 치주 재생용 지지체 제조 용액을 만들기 위하여 아세트산을 사용하였다.

(3) 신골 재생물질 : 치조골 재생효과가 있는 베타삼칼슘인산과 콜라겐을 사용하였다.

실시예	Acetic Acid (mL)	Polycarprolactone (mg)	Tricalcium Phosphate (mg)	Collagen (mg)
실시예 1	40	400	400	4
실시예 2		800
실시예 3		1200
실시예 4		1600
실시예 5		2000

상기 용액을 준비하는 단계에는 유기용매에 폴리카프로락톤을 첨가한 후 12 내지 72시간 동안 300 내지 500 rpm의 속도로 교반하였다.

상기 폴리카프로락톤에 첨가된 유기용매는 아세트산(acetic acid), 클로로포름(chloroform), 디클로로메탄(dichloromethane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide), 또는 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide)를 사용할 수 있으나 아세트산을 사용하는 것이 바람직하다.

폴리카프로락톤 ( PCL : Polycarprolacton ) 베타- 삼칼슘인산 (베타-TCP : β-Tricalcium phosphate), 콜라겐(Collagen) 혼합하며 냉동

상기 제조한 치주재생 지지체를 슬러리화 하기 위하여 100 mL 유리병에 각각실시예들은 가한 후 4℃ 조건에서 12 내지 72시간 동안 300 내지 500 rpm의 속도로 교반하였다(도면2).

폴리카프로락톤 ( PCL : Polycarprolacton ) 베타- 삼칼슘인산 (베타-TCP : β-Tricalcium phosphate), 콜라겐(Collagen) 거대기공 부여 공정

상기 제조한 냉동된 치주재생 지지체 용액을 동결건조기를 이용하여 72내지 96시간 동결건조를 진행하여 거대기공 부여공정을 진행하였다.(도면3)

폴리카프로락톤 ( PCL : Polycarprolacton ) 베타- 삼칼슘인산 (베타-TCP : β-Tricalcium phosphate), 콜라겐(Collagen) 치주재생 지지체 SEM을 통한 표면 확인

상기 제조된 치주재생 지지체 다공성을 SEM을 통하여 확인하였다. (도면4)

상기 도면을 확인한 결과 실시예 1의 조성에서 섬유형태가 아닌 스펀지형태의 다공성 구조가 나오는 것을 보여준다.

폴리카프로락톤 ( PCL : Polycarprolacton ) 베타- 삼칼슘인산 (베타-TCP : β-Tricalcium phosphate), 콜라겐(Collagen) 치주재생 지지체 FT-IR을 통한 구성요소 확인

상기 제조된 치주재생 지지체가 혼합이 잘 이루어진 지지체임을 확인하기 위하여 을 FT-IR 분석을 통하여 구성요소를 확인하였다.(도면5)

2900 1900에서 보이는 peak가 PCL이 존재함을 보여주고 있고 1000 900에서 보이는 peak가 TCP이 존재함을 보여주고 있다. 그리고 마지막으로 1500에서 보이는 peak가 확인됨으로써 collagen 존재함이 확인되었다. 이것은 혼합이 잘 되었음을 보여준다.

Claims

구조물질과 신골재생 유도물질로 이루어진 치주재생 지지체에 있어서,
상기 구조물질은 폴리카프로락톤을 포함하고,
상기 신골재생 유도물질은 베타-삼칼슘인산, 및 콜라겐을 포함하며,
폴리카프로락톤 : 베타-삼칼슘인산 = 1 : 0.6 ~ 1.4 중량비인 것으로서,
지지체는 다공성 구조를 가진 것을 특징으로 하는 치주조직 재생용 지지체.
청구항 1에 있어서, 상기 다공성 구조는 스펀지 형태인 것을 특징으로 하는 치주조직 재생용 지지체.
청구항 1에 있어서, 상기 다공성 구조의 평균 직경은 50~850㎛인 것을 특징으로 하는 치주조직 재생용 지지체.
청구항 1에 있어서, 상기 다공성 구조의 평균 직경은 150~850㎛인 것을 특징으로 하는 치주조직 재생용 지지체.
삭제
삭제
구조물질과 신골재생 유도물질로 이루어진 치주재생 지지체의 제조방법으로서,
(a) 치주재생 지지체 조성물을 용액화하는 단계;
(b) 상기 용액화된 지지체 조성물을 냉동하는 단계; 및
(c) 상기 냉동된 조성물에 거대기공을 부여하는 단계를 포함하되,
상기 (a) 단계는, 폴리카프로락톤 : 베타-삼칼슘인산 = 1 : 0.6 ~ 1.4 중량비로, 폴리카프로락톤, 베타-삼칼슘인산, 및 콜라겐을 혼합한 후 유기용매를 가하여 용액화하는 것을 특징으로 하는 치주재생 지지체의 제조방법.
청구항 7에 있어서, 상기 유기용매는 아세트산(acetic acid), 클로로포름(chloroform), 디클로로메탄(dichloromethane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide), 및 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide)에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 치주재생 지지체의 제조방법.
청구항 7에 있어서, 상기 (b) 단계는 용액화된 치주재생 지지체 조성물을 -80℃에서 1 내지 10시간 동안 냉동하는 것을 특징으로 하는 치주재생 지지체의 제조방법.
청구항 7에 있어서, 상기 (c) 단계는 냉동된 조성물을 동결건조기를 통해 24내지 122시간 동안 동결건조 하는 것을 특징으로 하는 치주재생 지지체의 제조방법.
청구항 10에 있어서, 상기 (c) 단계는 냉동된 조성물을 동결건조기를 통해 48내지 72시간 동안 동결건조 하는 것을 특징으로 하는 치주재생 지지체의 제조방법.