KR102396312B1 - 체외에 위치한 자석 배열 장치와 병변 부위에 삽입된 자기 반응 임플란트를 이용한 골질환 치료제 표적화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자석 배열 장치로부터 발생된 자기장에 의하여 골질환 병변 부위에 삽입된 자기 반응 임플란트가 자화되어, 치료제를 담지한 자성 입자 부착 마이크로스캐폴드가 병변 부위에 효과적으로 도달하고, 유지할 수 있는 골질환 치료제 표적화 장치에 관한 것으로, 본 발명의 골질환 치료제 표적화 장치는 크기가 작고 무게가 가벼우며 탈착이 간편하므로 환자의 편의성이 증대되고, 환자의 체내에 영구자석을 삽입하지 않기 때문에 치료 후에도 환자의 일상생활에 불편이 없으면서, 병변에 대한 치료제의 표적화 효과가 우수하다.

Description

체외에 위치한 자석 배열 장치와 병변 부위에 삽입된 자기 반응 임플란트를 이용한 골질환 치료제 표적화 장치 {Targeting device for the treatment of bone disease using a magnet array device located outside the body and a magnetic response implant inserted in the lesion}

본 발명은 자석 배열 장치, 병변 부위에 삽입된 자기 반응 임플란트 및 자성 입자 부착 마이크로스캐폴드를 포함하는 골질환 치료제 표적화 장치에 관한 것으로, 구체적으로 내부에 자석을 포함하는 자석 배열 장치로부터 발생된 자기장에 의하여 골질환 병변 부위에 삽입된 자기 반응 임플란트가 자화되어, 치료제를 담지한 자성 입자 부착 마이크로스캐폴드가 병변 부위에 효과적으로 도달하고, 유지할 수 있는 골질환 치료제 표적화 장치에 관한 것이다.

골 관절염 (Osteoarthritis) 발병은 전 세계 인구의 고령화와 함께 증가하고 있다. 세계 보건 기구 (WHO)는 전 세계 70세 이상의 사람들 중 40%가 골 관절염으로 고통받고 있다고 발표한 바 있다. 골 관절염은 주로 무릎 또는 고관절에서 발생하며, 관절 연골의 상실 또는 퇴행성 변화로 인하여 염증과 통증을 동반한다.

종래 골 관절염에 대한 약물 치료법은 낮은 지향 성능으로 인하여 비선택적 독성을 나타내거나 여러가지 부작용이 발생하는 문제점이 있었다. 따라서, 오랜 개발 기간과 고비용이 소요되는 치료 약물의 개발보다는 기존 의약품의 부작용을 최소화하고 효능을 극대화할 수 있는 다양한 약물 전달 시스템에 대한 연구가 활발하게 이루어져 왔다.

최근에는 자석을 이용하여 병변 주위로 약물의 지향 성능을 향상시키고자 자기장 표적화 기술에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 그 기본 원리는, 자기장 내에서 자화되는 자성 입자에 약물을 담지하여, 자기장 (magnetic field) 내에서 자화 (magnetization)된 자성체가 자속 밀도 (magnetic flux density)가 낮은 곳에서 높은 곳으로 이동되는 원리를 이용하여 약물을 전달시키는 것이다.

그러나 대부분의 기존 연구들은 자속밀도가 매우 큰 단일개의 초전도체 자석 또는 영구자석을 이용하여, 단순히 자석방향으로 당기는 힘(인력, attractive force)을 극대화시켜 자성체가 담지된 약물을 전달하고자 하는 연구들이 대부분이다. 이는 환부의 종류, 위치, 치료 목적 등의 치료 환경이 전혀 고려되지 않아 다양한 시술 환경에 적용하기 힘들 뿐만 아니라, 환부 위치로 치료제를 정확히 표적화(targeting)하는 것이 어렵다는 단점을 가지고 있다.

한편, 자기장 표적화 기술은 크게 체외 배치형 장치와 체내 삽입형 장치로 구별할 수 있다. 체외 배치형 장치는 단일 혹은 다수의 전자석 또는 영구자석으로 구성된 자기장 표적화 장치가 체외에 위치하며, 체내에 주입된 치료제를 구동하기 위해 큰 자기장을 필요로 하므로, 장치의 부피가 크다는 단점이 있다.

체내 삽입형 장치는 영구자석이 병변 (Lesion)의 무릎 연골 하골 (Subchondral bone)에 삽입되며, 주입된 치료제는 영구자석에 집적되어 높은 표적화를 가능하게 한다는 장점이 있다. 그러나, 삽입된 영구자석은 연골의 재생 이후에도 영구히 지속적으로 발생하는 자기장으로 인해 일상생활에 지장을 받는 단점이 있다.

이와 관련하여, 종래에는 환자의 체내에 의료용 디바이스를 삽입하여 디바이스를 전자기 구동 장치 조절하는 방식으로 치료제 표적화를 달성하였으나, 부피가 커서 시술 공간상 설치 및 운용이 비효율적이고, 환자가 장치를 이용하는 것이 불편하다는 단점이 있다.

따라서, 관절 치료제 표적화 장치에 관한 기술 분야에서는 장치가 소형이어서 편리하고, 체내에 영구자석을 삽입하지 않아 치료 후 환자의 일상생활에 불편이 없으면서, 병변에 대한 표적화 치료제 작용 효과가 우수한 장치의 개발이 시급하다.

이에 본 발명자들은 장치가 소형이어서 치료가 편리하고, 체내에 영구자석을 삽입하지 않아 치료 후 환자의 일상생활에 불편이 없으면서, 병변에 대한 표적화 치료제 작용 효과가 우수한 장치를 만들기 위해 노력하였다.

그 결과, 자석 배열 장치로부터 발생된 자기장에 의하여 골질환 병변 부위에 삽입된 자기 반응 임플란트가 자화되어, 치료제를 담지한 자성 입자 부착 마이크로스캐폴드가 병변 부위에 효과적으로 도달하고, 유지할 수 있는 골질환 치료제 표적화 장치를 개발하였다.

본 발명자들은 골질환 치료제 표적화 장치는 크기가 작고 무게가 가벼우며 탈착이 간편하므로 환자의 편의성이 증대되고, 환자의 체내에 영구자석을 삽입하지 않기 때문에 치료 후에도 환자의 일상생활에 불편이 없으면서, 병변에 대한 치료제의 표적화 효과가 우수함을 확인하였다.

이에, 본 발명의 목적은 자기장을 발생시키는 자석이 일정한 간격으로 내부에 배치되는 자석 배열 장치; 병변 부위에 삽입되고, 상기 자석 배열 장치에서 발생하는 자기장에 의하여 자화되는 자기 반응 임플란트; 및 치료제를 담지하고, 상기 자기 반응 임플란트에서 발생하는 자기장에 의하여 자기 반응 임플란트로 이동할 수 있는 자성 입자 부착 마이크로스캐폴드를 포함하는 골질환 치료제 표적화 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 자기장을 발생하는 자석 배열 장치, 발생된 자기장으로부터 골질환 병변 부위에 삽입된 자기 반응 임플란트가 자화되어, 치료제를 담지한 자성 입자 부착 마이크로스캐폴드가 병변 부위에 효과적으로 도달하고, 유지가 가능한 골질환 치료제 표적화 장치에 관한 것으로, 본 발명의 골질환 치료제 표적화 장치는 크기가 작고 무게가 가벼우며 탈착이 간편하므로 환자의 편의성이 증대되고, 환자의 체내에 영구자석을 삽입하지 않기 때문에 치료 후에도 환자의 일상생활에 불편이 없으면서, 병변에 대한 치료제의 표적화 효과가 우수하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관절 병변 부위 (102)를 둘러싸도록 장착하는 자석 배열 장치 (100), 자기 반응 임플란트 (200) 및 치료제를 담지한 자성 입자 부착 마이크로스캐폴드 (300)를 포함하는 골질환 치료제 표적화 장치를 나타낸 예상도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자석 배열 장치 (100)가 환자의 관절부 (101)의 관절 병변 부위를 둘러싸도록 장착된 것을 나타낸 예상도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라 자석 배열 장치 (100)의 내부에 배치되는 자석 (110)의 수에 따른 배열을 나타낸 평면도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 12개의 자석을 포함하는 자석 배열 장치 (100)로부터 발생되는 자기장의 방향을 나타낸 예상도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 있어서 자석의 수에 따른 자석 배열 장치 (100)로부터 외측 관절구 (Lateral condyle)에 대하여 발생하는 자기장 세기 및 방향에 대한 해석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 있어서 자석의 수에 따른 자석 배열 장치로부터 내측 관절구 (Medial condyle)에 대하여 발생하는 자기장 세기 및 방향에 대한 해석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 자기장에 의한 자기 반응 임플란트 (200)의 자화 곡선으로서, 진동시료형자력계 (Lake Shore Cryotronics 7404, 미국)으로 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 육면체 형태의 자석 12개를 포함하는 자석 배열 장치 (100)로부터 발생된 자기장의 방향 (임플란트의 축 방향)에 따라 자화된 자기 반응 임플란트 (200)의 자성 해석 결과를 나타낸 것이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 육면체 형태의 자석 12개를 포함하는 자석 배열 장치 (100)로부터 발생된 자기장의 방향 (임플란트의 반경 방향)에 따라 자화된 자기 반응 임플란트 (200)의 자성 해석 결과를 나타낸 것이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 외측 관절구 (Lateral Condyle)에 자기 반응 임플란트를 삽입하여, 12개의 자석을 포함하는 자석 배열 장치 (100)로부터 발생되는 자기장의 해석 및 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 내측 관절구 (Medial Condyle)에서 자기 반응 임플란트를 삽입하여, 12개의 자석을 포함하는 자석 배열 장치 (100)로부터 발생되는 자기장의 해석 및 측정 결과를 나타낸 그래프이다.

본 발명에 있어서 용어 “관절염 (osteoarthritis)”은 퇴행성 관절염이라고도 하며 국소적인 관절에 점진적 관절 연골의 소실 및 그와 관련된 이차적인 변화와 증상을 동반하는 질환으로 관절을 보호하고 있는 연골의 점진적 손상이나 퇴행성 변화로 인해 관절을 이루는 뼈와 인대 등에 손상이 일어나서 염증과 통증이 생기는 질환을 총칭하는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 골질환은 골 감소증 (osteopenia), 골 괴사 (Osteonecrosis), 골절, 과도한 파골세포의 골 흡수에 의한 골다공증 (osteoporosis), 뼈의 손상, 외상에 의한 관절손상, 골연화증 (osteomalacia), 섬유성 골염 (fibrous ostitis), 전이성 골암 (metastatic bone cancers), 퇴행성 관절염 (degenerative arthritis), 염증성 관절염 (inflammatory arthritis), 골연골종증 (osteochondromatosis), 염좌 (distortion), 윤활낭염 (bursitis), 반월상 연골 손상 (menstruation), 원판형 반월상 연골파열 (meniscal tear), 반월상 연골 낭종 (meniscus cyst), 측부 인대 손상 (collateral ligamentrupture), 전방십자인대 손상 (anterior cruciate ligament injury), 후방십자인대 손상 (posterior cruciate ligament injury), 관절 내 유리체 손상 (intra-articular vitreous), 박리성 뼈연골염 (exfoliation osteochondritis) 및 추벽 증후군 (plica syndrome)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 용어 “자기장 (magnetic field)”은 자장 또는 자계라고도 하며 자기력선(lines of magnetic force)이 펼쳐진 공간 즉 전류나 자석의 주위, 지구의 표면 등과 같이 자기작용이 영향을 미치는 공간을 의미하거나, 자성물질이나 변화하는 전기장에 의해 생성되는 힘이 작용하는 공간을 의미하는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 용어 “자속 밀도 (magnetic flux density)”는 자기장 중의 한 점에서 자기장에 수직인 면을 생각하였을 때의 단위 면적당 자속을 의미하며 자기유도 또는 자기감응이라고도 한다.

본 발명에 있어서 용어 “자화 (magnetization)”는 특정한 물질을 자기장 (meganetic field) 속에 놓았을 때 그 물질 전체가 갖는 거시적인 자기 모멘트 (magnetic moment)를 의미한다. 상기 자기 모멘트 (magnetic moment)는 특정한 물질이　자기장에 반응하여 돌림힘을 받는 정도를 나타내는 벡터 물리량의 단위를 의미한다. 모든 물체는 자기장 내에 두면 크건 작건 자화되는데, 자화되는 양상에 따라 강자성체(强磁性體)ㆍ상자성체ㆍ반자성체ㆍ페리자성체 등으로 구분된다. 이 중에서 상자성체와 반자성체는 자화되는 정도가 약하고 자기장을 제거하면 자성이 없어지지만, 강자성체는 자화되는 정도가 강하고, 또 자기장을 제거해도 자성이 남아 있는 경우가 많다.

본 발명에 있어서 용어 “인력 (attractive force)”은 두 물체가 서로 끌어당기는 힘을 말하며, 척력의 반대 개념을 의미한다. 자석을 쇠붙이에 가까이 가져가면 서로 당기는 인력이 작용하고 빗방울이 하늘에서 떨어지는 것도 지구가 빗방울을 당기기 때문인데, 이와 같이 자연에는 여러 종류의 인력이 존재한다. 그 중, 양전하와 음전하 사이의 전기력과 자석의 S극과 N극 사이의 자기력 역시 인력이다. 그리고 원자핵 속에서 양성자와 중성자를 결합시키고 있는 핵력(核力) 또는 전기적으로 중성인 분자 사이의 반데르 발스 힘 (van der waals force)도 인력이다.

본 발명에 있어서 용어 “척력 (repulsive force)”은 두 물체가 서로 밀어내는 힘을 말하며 인력의 반대 개념으로 반발력이라고도 한다. 두 개의 자석을 가지고 S극과 S극 또는 N극과 N극을 가까이 가져가면 서로 반발하는 힘을 느낄 수 있다. 그리고 양전하와 양전하 또는 음전하와 음전하처럼 동일한 부호를 가진 전하 사이에도 척력이 존재한다. 전자기력에서 척력의 세기는 인력과 마찬가지로 두 물체 사이의 거리의 제곱에 반비례한다. 즉, 두 물체 사이의 거리가 2배가 되면 척력의 크기는 1/4로 감소하며, 거리가 반으로 감소하면 척력의 크기는 4배가 된다.

이하, 첨부된 도면을 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.

본 발명의 일 예는 자기장을 발생시키는 자석이 일정한 간격으로 내부에 배치되는 자석 배열 장치 (100); 병변 부위에 삽입되고, 상기 자석 배열 장치에서 발생하는 자기장에 의하여 자화되는 자기 반응 임플란트 (200); 및 치료제를 담지하고, 상기 자기 반응 임플란트에서 발생하는 자기장에 의하여 자기 반응 임플란트 (200)로 이동할 수 있는 자성 입자 부착 마이크로스캐폴드 (300)를 포함하는 골질환 치료제 표적화 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 골질환 치료제 표적화 장치를 나타낸 예상도이다.

본 발명에 있어서 표적 부위 또는 병변 부위는 염증이 있거나, 질환으로 인해 조직이 변한 부위를 의미하는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 병변 부위는 손가락 관절, 팔 관절, 발가락 관절, 다리 관절, 무릎 관절 및 척추 관절로 이루어진 관절 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있으며, 예를 들어, 무릎 관절일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 병변 부위는 관절 부위의 인접 연골일 수 있다.

본 발명에 있어서 병변 부위는 손가락 뼈, 팔 뼈, 발가락 뼈, 다리 뼈 및 척추 뼈로 이루어진 뼈 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 자석 배열 장치 (100)는 병변의 종류, 위치 또는 치료 목적에 따라 인체의 다양한 부위에 적용할 수 있으며, 반드시 연골, 척수 또는 척추 손상 치료에 국한되지 않고, 치료제를 환부에 표적화하여 치료할 수 있는 다양한 질환에 적용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서 자석 배열 장치 (100)는 체외에 장착하는 것으로서, 자기장을 발생시키는 자석이 내부에 일정한 간격으로 배치되어, 대퇴골 관절구 (Condyle) 부위에 균일한 크기 및 방향의 자기방을 발생시키는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 자기 반응 임플란트 (200)는 병변 부위라면 어느 곳이든 삽입될 수 있으며, 예를 들어, 외측 관절구 (Lateral condyle) 또는 내측 관절구 (Medial condyle)의 병변 부위에 삽입되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 자기 반응 임플란트 (200)는 자석 배열 장치에서 발생하는 자기장에 의하여 자화되는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 자화된 자기 반응 임플란트는 자석 배열 장치에서 발생하는 자기장과 동일한 방향의 자기장을 형성하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서 자성 입자 부착 마이크로스캐폴드 (300)는 치료제를 담지한 것으로서, 자기 반응 임플란트 (200)가 삽입된 부위에 주사기를 이용하여 주입되는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 자석 (110)은 영구자석 (permanent magnet), 연자성체 (soft ferrite), 전자석 (electromagnet), 페라이트 (ferrite), 네오디뮴 (neodymium), 알리코, 사마륨코발트 (samarium cobalt) 및 고무자석 (rubber magnet)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있으며, 예를 들어 네오디뮴일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 네오디뮴 자석의 자기장 세기는 N35 내지 N52, N35 내지 N49, N35 내지 N46, N35 내지 N43, N35 내지 N40 또는 N35 내지 N37인 것일 수 있으며, 예를 들어, N35인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

네오디뮴 자석은 자기장의 세기에 따라 등급을 나누며, 자기장의 세기가 가장 약하고 저렴한 N35 등급부터 자기장의 세기가 가장 강하나 깨지기 쉽고 비싼 N52 등급이 존재한다. 숫자는 자기장의 세기를 의미하고, 52/35=1.49이므로, N52의 자기장의 세기는 N35보다 약 50% 강하다

본 발명에 있어서 자석 (110)은 원기둥 또는 육면체 형태일 수 있으며, 예를 들어, 육면체 형태일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 자석의 너비 (width)는 15 내지 25 mm, 15 내지 22 mm, 15 내지 20 mm, 18 내지 25 mm, 18 내지 22 mm 또는 18 내지 20 mm 일 수 있으며, 예를 들어, 20 mm 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 자석의 길이 (length)는 15 내지 25 mm, 15 내지 22 mm, 15 내지 20 mm, 18 내지 25 mm, 18 내지 22 mm 또는 18 내지 20 mm 일 수 있으며, 예를 들어, 20 mm 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 자석의 높이 (height)는 25 내지 35 mm, 25 내지 32 mm, 25 내지 30 mm, 28 내지 35 mm, 28 내지 32 mm 또는 28 내지 30 mm 일 수 있으며, 예를 들어, 30 mm 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 구현예에 있어서 자석의 너비는 20 mm 일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 있어서 자석의 길이는 20 mm 일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 있어서 자석의 높이는 30 mm 일 수 있다.

본 발명에 있어서 자기 반응 임플란트 (200)는 외과적 시술로서 다양한 부위에 발생한 병변 부위에 배치될 수 있으며, 예를 들어, 대퇴골 외측 (lateral condyle) 또는 대퇴골 내측 (medial condyle)에 발생한 병변 부위 (102)에 배치되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 자기 반응 임플란트 (200)의 성분은 순철, 탄소강, 특수강 및 주철로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 예를 들어, 순철일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 자기 반응 임플란트 (200)는 자성체로 이루어진 몸체의 표면을 파릴렌으로 코팅한 것일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 있어서 자기 반응 임플란트의 몸체는 순철 (Pure iron)을 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 있어서 자기 반응 임플란트의 몸체는 독성을 최소화하기 위하여 몸체의 표면을 파릴렌 (Parylene)으로 코팅한 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 코팅은 화학적 증기 증착법 (Chemical Vapor Deposition, CVD)을 이용하는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 순철은 외부 자기장의 존재 하에서 쉽게 자화되나, 외부 자기장을 제거하면 곧바로 자성을 잃는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 자기 반응 임플란트 몸체의 직경은 1 내지 5 mm, 1 내지 4 mm, 2 내지 5 mm 또는 2 내지 4 mm인 것일 수 있으며, 예를 들어, 3 mm인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 자기 반응 임플란트 몸체의 높이는 1 내지 5 mm, 1 내지 4 mm, 2 내지 5 mm 또는 2 내지 4 mm인 것일 수 있으며, 예를 들어, 3 mm인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 구현예에 있어서 자기 반응 임플란트 몸체 (body)의 직경은 3 mm 및 높이는 3 mm의 실린더 형태를 가지는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 자기 반응 임플란트 (200)는 자석 배열 장치 (100)로부터 발생한 자기장에 의하여 자화 (magnetization)되는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 자성 입자 부착 마이크로스캐폴드 (300)는 치료제를 담지하는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 자성 입자 부착 마이크로스캐폴드 (300)는 외과적 시술 또는 주사기를 통해 자기 반응 임플란트 (200)가 삽입된 부위에 주입되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 자성 입자의 주성분은 마그네타이트 (magnetite), 마그헤마이트 (maghemite) 및 페루목시톨 (ferumoxytol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있으며, 예를 들어, 페루목시톨일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 페루목시톨 (ferumoxytol)은 미국 식품의약국(Food and Drug Administration, FDA)에서 승인한 30 nm의 작은 크기와 높은 음전하 (약 -37.28mV)를 지닌 상자성체 물질을 의미한다.

본 발명에 있어서 치료제는 연골 재생용 세포 및 골 재생용 세포로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있으며, 예를 들어, 연골 재생용 세포 및 골 재생용 세포인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 연골 재생용 세포는 줄기세포 및 연골세포로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있으며, 예를 들어, 연골세포일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 골 재생용 세포는 줄기세포 및 조골세포로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있으며, 예를 들어, 조골세포일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 치료제는 세포 분화 성장인자 및 항생제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 추가로 포함하는 것일 수 있으며, 예를 들어, 세포 분화 성장인자를 추가로 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 세포 분화 성장인자는 TGF-β 및 BMPs로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있으며, 예를 들어, TGF-β일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 있어서 자기 반응 임플란트 (200)는 대퇴골 관절구 (Condyle)의 외측 (Lateral) 및 내측 (Medial)에 생성된 연골 손상 부위의 연골하골 (Subchondral bone)에 삽입되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서 자석 배열 장치 (100)는 무릎 관절의 대퇴골 부위에 착용되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서 치료제를 담지한 자성 입자 부착 마이크로스캐폴드 (300)는 주사기를 이용하여 자기 반응 임플란트 (200)를 삽입한 부위에 주입되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서 치료제를 담지한 자성 입자 부착 마이크로스캐폴드 (300)는 자화된 자기 반응 임플란트에서 발생된 자기장에 의하여 연골 손상 부위를 표적으로 하여 전달되는 것일 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자석 배열 장치 (100)가 환자의 관절부 (101)의 관절 병변 부위를 둘러싸도록 장착된 것을 나타낸 예상도이다.

도 2에서 확인할 수 있듯이, 자석 배열 장치 (100)는 환자의 관절부 (101)를 둘러싸도록 체외에 끼워져 장착된다. 따라서, 자석 배열 장치로부터 발생한 자기장으로 인하여 병변 부위 (102)에 삽입된 자기 반응 임플란트 (200)가 자화되어 치료제를 담지한 자성 입자 부착 마이크로스캐폴드 (300)의 표적화 효율이 최대화될 수 있다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라 자석 배열 장치 (100)의 내부에 배치되는 자석 (110)의 수에 따른 배열을 나타낸 평면도이다.

도 3a에서 확인할 수 있듯이, 자석 배열 장치 (100)는 내부에 하나 이상의 자석을 포함하는 것일 수 있다.

본 발명에 있어 자석 배열 장치 (100)은 육면체 형태의 자석 (110)을 2개 이상 포함하는 것일 수 있고, 예를 들어, 4개, 6개, 8개, 10개 또는 12개 포함하는 것일 수 있으며, 실린더 형태의 자석을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 자석은 자석 배열 장치 (100)의 총 중량 및 자석 배열 장치로부터 발생하는 자기장의 세기를 함께 고려하여 자석의 개수 및 배열을 결정하는 것일 수 있으며, 예를 들어, 육면체 형태의 자석을 12개 포함하는 것이 최적일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 자석 배열 장치 (100)는 12개의 자석을 포함하는 경우, 자석은 서로 일정한 간격을 형성하면서 배치되는 것일 수 있다.

자석 배열 장치 (100)의 내부에 포함되는 자석 (110)은 관절구에 삽입된 자기 반응 임플란트 (200)에 균일한 자기장을 가하기 위하여, 관절구 (condyle)를 기준으로 방사형 (radial shape)으로 배열되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 자석 (110)은 관절에 발생한 병변의 종류, 위치, 치료 목적 또는 환부의 상태를 고려하여, 개수 및 배열이 결정되는 것일 수 있다.

도 3a에 있어서 임플란트 위치선 (implant location line)은 외측 (Lateral) 및 내측 (Medial) 관절구 (Condyle)에 대하여 자기 반응 임플란트 (200)의 삽입이 가능한 위치를 나타낸 것이나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 12개의 자석을 포함하는 자석 배열 장치 (100)로부터 발생되는 자기장의 방향을 나타낸 예상도이다.

도 3b에서 확인할 수 있듯이, 자기장의 방향은 대퇴부 중심축으로 형성된다.

도 4a는 외측 관절구 (Lateral condyle)에 대하여, 자석의 수 및 임플란트 위치에 따른 자석 배열 장치 (100)가 발생시킨 자기장의 세기 및 방향에 대한 해석을 나타낸 그래프이다.

도 4b는 내측 관절구 (Medial condyle)에 대하여, 자석의 수 및 임플란트 위치에 따른 자석 배열 장치가 발생시킨 자기장의 세기 및 방향에 대한 해석을 나타낸 그래프이다.

도 4a 및 4b에서 확인할 수 있듯이, 자석 배열 장치가 포함하는 자석 (110)의 수가 증가할수록 더 강한 자기장이 형성되었다. 즉, 자석의 수와 자기장의 세기는 비례하였으며, 특히, 자석이 실린더 형태일 경우 가장 강한 자기장이 형성되었다.

본 발명에 있어서 자석 배열 장치 (100)가 발생시킨 자기장의 세기가 강할수록, 자기 반응 임플란트 (200)는 더 강하게 자화되는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 자기 반응 임플란트 (200)가 발생시킨 자기장의 세기가 강할수록, 치료제를 담지한 자성 입자 부착 마이크로스캐폴드 (300)는 병변 부위에 더 강하게 도달하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 있어서 육면체 자석을 2개 또는 4개 포함하는 자석 배열 장치는 자기장의 세기가 충분히 강하지 못하고, 임플란트 삽입 위치에 따라 자기장의 방향이 크게 달라진다.

본 발명의 일 구현예에 있어서 육면체 자석을 6개, 8개, 10개 또는 12개 포함하거나, 실린더 형태의 자석을 포함하는 장치는 자기 반응 임플란트 위치에 관계없이 대퇴부의 중심축 (도 1에서 α: -90° 방향을 의미)에 근접한 자기장을 생성하였다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 자기장에 의한 순철로 이루어진 자기 반응 임플란트 (200)의 자화 곡선으로서, 진동시료형자력계 (Lake Shore Cryotronics 7404, 미국)로 측정하여 나타낸 그래프이다.

도 5에서 확인할 수 있듯이, 외부 자기장의 세기 (magnetic field intensity, x축)가 증가할수록 순철 내부의 자속 (magnetic flux, y축)이 증가한다. 외부 자기장의 세기와 순철 내부의 자속이 0인 지점에 지시선을 표시하였다. 외부 자기장의 세기가 0이 되는 지점에서는 순철 내부의 자속도 0에 가까우며, 이는 순철 내부의 잔류 잔화가 거의 없다는 것을 의미한다.

도 5의 자기 반응 임플란트 (200)의 자화 곡선은 자석 배열 장치 (100)로부터 발생된 외부 자기장에 의한 자기 반응 임플란트 (200)의 자화를 해석 및 분석하는 데 이용하였다.

도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 육면체 형태의 자석 12개를 포함하는 자석 배열 장치 (100)로부터 발생된 자기장의 방향 (임플란트의 축 방향)에 따라 자화된 자기 반응 임플란트 (200)의 자성 해석 결과를 나타낸 것이다.

도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 육면체 형태의 자석 12개를 포함하는 자석 배열 장치 (100)로부터 발생된 자기장의 방향 (임플란트의 반경 방향)에 따라 자화된 자기 반응 임플란트 (200)의 자성 해석 결과를 나타낸 것이다.

도 6a 및 6b에서 확인할 수 있듯이, 축 방향으로 자화된 임플란트가 반경 방향으로 자화되는 것보다 강한 자기장을 형성하였다. 또한, 임플란트의 상부 표면으로부터 생성된 자기장은 반경 방향으로 자화된 임플란트보다, 축 방향으로 자화된 임플란트에서 더 강하였다. 또한, 반경 방향으로 자화된 임플란트의 상부 표면에서 생성된 자기장 구배는 반발력을 유도하므로, 치료제를 담지한 자성 입자 부착 마이크로스캐폴드 (300)의 표적화를 방해할 수 있다. 이러한 현상은 외부 자기장에 의해 노출된 자성 물체가 N극과 S극으로 나뉘어진 자기 쌍극자를 형성함에 따라 쌍극자를 제외한 영역에서 자기장이 감소함으로써 발생한다. 따라서, 자석 배열 장치에서 생성된 자기장의 방향은 대퇴부의 중심축의 방향 (도 1에서 α: -90˚으로 향하도록 자석을 배열하였으며, 임플란트는 자기장에 따라 축 방향으로 자화되도록 설정하였다.

도 6a 및 6b를 참조하면, 자기 반응 임플란트 (200)가 자화됨으로써 발생하는 자기장의 세기가 자석 배열 장치 (100)로부터 발생하는 외부 자기장의 세기보다 강하기 때문에, 자성 입자 부착 마이크로스캐폴드 (300)가 자기 반응 임플란트의 상부로 인력 (attraction)에 의하여 이동할 수 있음을 확인할 수 있다.

도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 외측 관절구 (Lateral Condyle)에 자기 반응 임플란트를 삽입하여, 12개의 자석을 포함하는 자석 배열 장치 (100)로부터 발생되는 자기장의 해석 및 측정 결과를 나타낸 그래프이다.

도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 내측 관절구 (Medial Condyle)에서 자기 반응 임플란트를 삽입하여, 12개의 자석을 포함하는 자석 배열 장치 (100)로부터 발생되는 자기장의 해석 및 측정 결과를 나타낸 그래프이다.

도 7a 및 7b를 참조하면, 외측 (Lateral) 및 내측 (Medial) 관절구에 삽입될 수 있는 여러 위치에 자기 반응 임플란트를 삽입하고, 자석 배열 장치로부터 생성된 자기장을 측정하여, 자기장 세기 및 방향에 대한 해석 결과(도4a 및 4b)와 비교하였다. 자기장의 세기에 있어서 0.15 mT 의 작은 오차 및 자기장의 각도에 있어서 0.47°의 작은 오차를 갖는 것으로 측정되었다.

여기서 자화의 차이는 자석 등급과 조립 과정에 있어서 모듈 정렬 오차에 따라 유발되었을 것으로 예상되며, 자기 반응 임플란트의 자화는 자기장 세기 및 방향에 대한 해석 결과에 비하여 오차가 매우 적은 것으로 확인되었다.

본 발명에 있어서 자석 배열 장치 및 자기 반응 임플란트는 상기 원리를 이용하여 치료제를 담지한 자성 입자 부착 마이크로스캐폴드 (300)를 환부에 정확하게 표적화하고 이를 유지하여 치료 효과를 극대화할 수 있다.

Claims (11)

1. 환자의 체외에서 병변 부위를 둘러싸 병변 부위에 장착 가능하도록 중공을 포함하고, 자기장을 발생시키는 자석이 일정한 간격으로 내부에 배치되는 자석 배열 장치;
   병변 부위에 삽입되고, 상기 자석 배열 장치에서 발생하는 자기장에 의하여 자화되는 자기 반응 임플란트; 및
   치료제를 담지하고, 상기 자기 반응 임플란트가 자화되어 발생하는 자기장에 의하여 자기 반응 임플란트로 이동할 수 있는 자성 입자 부착 마이크로스캐폴드를 포함하고,
   상기 자석은 육면체 형태의 자석 또는 실린더 형태의 자석이며,
   상기 자석이 육면체 형태의 자석인 경우, 상기 자석 배열 장치에는 상기 육면체 형태의 자석이 2개 이상 방사형으로 배치되는 것인, 골질환 치료제 표적화 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 자석은 영구자석, 연자성체, 페라이트, 네오디뮴, 알리코, 사마륨코발트 및 고무자석으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인, 골질환 치료제 표적화 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 자기 반응 임플란트는 순철, 탄소강, 특수강 및 주철로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인, 골질환 치료제 표적화 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 자기 반응 임플란트는 순철을 포함하고,
   상기 자기 반응 임플란트의 표면은 파릴렌으로 코팅된 것인, 골질환 치료제 표적화 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 자성 입자는 마그네타이트 (magnetite), 마그헤마이트 (maghemite) 및 페루목시톨 (ferumoxytol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인, 골질환 치료제 표적화 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 치료제는 연골 재생용 세포 및 골 재생용 세포로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인, 골질환 치료제 표적화 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 연골 재생용 세포는 줄기세포 및 연골세포로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것인, 골질환 치료제 표적화 장치.
10. 제8항에 있어서, 상기 골 재생용 세포는 줄기세포 및 조골세포로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것인, 골질환 치료제 표적화 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 골질환은 골 감소증, 골 괴사, 골절, 과도한 파골세포의 골 흡수에 의한 골다공증, 뼈의 손상, 외상에 의한 관절손상, 골연화증, 섬유성 골염, 전이성 골암, 퇴행성 관절염, 염증성 관절염, 골연골종증, 염좌, 윤활낭염, 반월상 연골 손상, 원판형 반월상 연골파열, 반월상 연골 낭종, 측부 인대 손상, 전방십자인대 손상, 후방십자인대 손상, 관절 내 유리체 손상, 박리성 뼈연골염 및 추벽 증후군으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것인, 골질환 치료제 표적화 장치.

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