KR102494802B1 - Dentin-dental pulp regenerated strontium doped bioactive glass cement and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상아질-치수 재생 스트론튬 도핑 생활성 유리 시멘트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 스트론튬 도핑 생활성 유리 시멘트를 포함하는 구강 약물 전달체를 제공하는 것이다. 상기 스트론튬 도핑 생활성 유리 시멘트는 아민기로 표면 개질된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to dentin-dulphur regenerating strontium-doped bioactive glass cement and a manufacturing method thereof, and provides an oral drug delivery system containing the strontium-doped bioactive glass cement. The strontium-doped bioactive glass cement is surface-modified with an amine group.

Description

상아질-치수 재생 스트론튬 도핑 생활성 유리 시멘트 및 이의 제조방법 {Dentin-dental pulp regenerated strontium doped bioactive glass cement and its manufacturing method}Dentin-dental pulp regenerated strontium doped bioactive glass cement and its manufacturing method}

본 발명은 상아질-치수 재생 스트론튬 도핑 생활성 유리 시멘트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 스트론튬 도핑 생활성 유리 시멘트를 포함하는 구강 약물 전달체 및 이의 제조방법에 대한 것이다.The present invention relates to dentin-pulp regeneration strontium-doped bioactive glass cement and a manufacturing method thereof, and relates to an oral drug delivery system containing the strontium-doped bioactive glass cement and a manufacturing method thereof.

구강점막을 통한 약물의 전달은 경구투여시 대사를 쉽게 받는 약물, 생체이용률이 낮은 약물 및 위장관 장해가 있는 약물들에 대해 매우 유용하며, 약물의 적용과 제거가 용이하고 다른 점막에 비해 자극이나 손상에 덜 민감하기 때문에 새로운 약물의 투여경로로 주목받고 있다. 따라서, 단순한 구강내 질환 치료 뿐만 아니라, 소량으로 전신전달이 가능한 여러 약물들도 구강점막에 적용할 수 있다.The delivery of drugs through the oral mucosa is very useful for drugs that are easily metabolized when administered orally, drugs with low bioavailability, and drugs that cause gastrointestinal disturbances. It is attracting attention as a new drug administration route because it is less sensitive to Therefore, not only simple oral disease treatment, but also various drugs capable of systemic delivery in small amounts can be applied to the oral mucosa.

구강점막에 적용되는 제제는 액제, 트로키제 및 연고제 등이 주종을 이루고 있으나, 이들 제제는 1회 투여량이 일정하지 않고, 적용된 약물이 타액에 의해 쉽게 소실되어 일정한 약효를 기대할 수 없었다. 이러한 단점을 개선하기 위하여, 구강점막 부착형 필름이 개발되었다(예를 들면, RAPIDFILM, tesa Labtec GmbH). 이들 부착형 필름은 1회 투여량 및 그 약효를 일정하게 나타낼 수 있는 반면, 짧은 시간(약 3분 정도)에 필름이 모두 녹아 구강내 국소적으로 또는 소화기관에서 일시적으로 주성분이 모두 방출되는 문제점이 있었다.Preparations applied to the oral mucosa are mainly liquids, troches, and ointments, but the dosage of these preparations is not constant, and the applied drug is easily lost by saliva, so that certain medicinal effects cannot be expected. In order to improve these disadvantages, an oral mucosal adhesive film has been developed (for example, RAPIDFILM, tesa Labtec GmbH). While these adhesive films can consistently show a single dosage and its efficacy, the film melts in a short time (about 3 minutes) and all the active ingredients are temporarily released locally in the oral cavity or in the digestive tract. there was

한편, 심혈관계 질환은 심장과 주요 동맥에 발생하는 질환으로, 높은 사망률을 보이는 질환으로, 혈액 내 지질을 강하시키는 것이 예방 및 치료에 특히 중요하다. 이러한 지질 강하 약물로서 심바스타틴과 같은 약물이 주로 사용되나, 과량 사용시 두통, 메스꺼움 등이 일어날 수 있고, 일정한 농도로 투여할 필요가 있다.On the other hand, cardiovascular disease is a disease that occurs in the heart and major arteries and has a high mortality rate, and lowering blood lipid is particularly important for prevention and treatment. As these lipid-lowering drugs, drugs such as simvastatin are mainly used, but excessive use may cause headaches and nausea, and it is necessary to administer them at a constant concentration.

본 발명은 상아질-치수 재생 스트론튬 도핑 생활성 유리 시멘트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 생활성 유리 시멘트를 포함하는, 구강을 통한 약물 전달에 유용하게 사용될 수 있는 전달체를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention relates to dentin-dulphur regenerating strontium-doped bioactive glass cement and a method for preparing the same, and an object of the present invention is to provide a delivery system containing the bioactive glass cement that can be usefully used for drug delivery through the oral cavity.

그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 스트론튬 도핑 생활성 유리 나노입자를 포함하는 구강 약물 전달체로서, In order to solve the above problems, the present invention is an oral drug delivery system comprising strontium-doped bioactive glass nanoparticles,

상기 스트론튬 도핑 생활성 유리 나노입자는 아민기로 표면 개질된 것인, 구강 약물 전달체를 제공한다.The strontium-doped bioactive glass nanoparticles are surface-modified with an amine group to provide an oral drug delivery system.

본 발명의 일구현예로, 상기 약물은 심혈관계 질환 치료용 약물인 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the drug is characterized in that it is a drug for the treatment of cardiovascular diseases.

본 발명의 다른 구현예로, 상기 심혈관계 질환 치료용 약물은 심바스타틴인 것을 특징으로 한다.In another embodiment of the present invention, the drug for treating cardiovascular diseases is simvastatin.

본 발명의 또다른 구현예로, 상기 스트론튬 도핑 생활성 유리 나노입자의 SiO2:CaO:SrO의 중량비는 80~90:5~15:1~10인 것을 특징으로 한다.In another embodiment of the present invention, the weight ratio of SiO 2 :CaO:SrO of the strontium-doped bioactive glass nanoparticles is 80 to 90:5 to 15:1 to 10.

또한, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 구강 약물 전달체의 제조 방법을 제공한다:In addition, the present invention provides a method for preparing an oral drug delivery system comprising the following steps:

(a) 스트론튬 이온 수용액을 생활성 유리 나노입자 합성 단계에 첨가하는 단계;(a) adding an aqueous solution of strontium ions to the step of synthesizing bioactive glass nanoparticles;

(b) 상기 (a)의 결과물을 침전시킨 후 열처리시켜 얻은 나노분말의 표면을 아민기로 개질시키는 단계;(b) modifying the surface of the nanopowder obtained by heat treatment after precipitating the product of (a) with an amine group;

(c) 상기 (b)의 결과물인 나노분말이 인산염 수용액에 대해 0.4g/ml 초과 0.6g/ml 비율로 혼합시킨 후 건조시키는 단계; 및 (c) mixing the resultant nanopowder of (b) with an aqueous phosphate solution at a ratio of greater than 0.4g/ml to 0.6g/ml and then drying; and

(d) 상기 (c) 단계에서 건조된 나노분말을 약물을 포함하는 용액에 침지하는 단계.(d) immersing the nanopowder dried in step (c) in a solution containing a drug.

본 발명은 상아질-치수 재생 스트론튬 도핑 생활성 유리 시멘트에 관한 것으로, 상기 생활성 유리 시멘트를 포함하는, 구강 약물 전달체로서 이용될 수 있는 지지체를 제공하는 것이다. 상기 지지체는 심혈관계 질환 치료용 약물을 효과적으로 전달할 수 있다.The present invention relates to a dentin-pulp regenerating strontium-doped bioactive glass cement, and provides a scaffold comprising the bioactive glass cement that can be used as an oral drug delivery system. The scaffold can effectively deliver drugs for treating cardiovascular diseases.

도 1은 Sr-도핑된 나노 생활성 유리 시멘트의 제형화 개요도 및나노 생활성 유리 시멘트의 상아질-치수 복합체 재생 요법에 대한 모식도를 나타낸다.
도 2는 SBF 침지 전후 Sr free 나노 생활성 유리 시멘트(NBC) 및 Sr-도핑 나노 생활성 유리 시멘트(Sr-NBC)의 고배율 SEM 이미지를 나타낸다.
도 3은 SBF 침지 전후 Sr free 나노 생활성 유리 시멘트(NBC) 및 Sr-도핑 나노 생활성 유리 시멘트(Sr-NBC)의 XRD 스펙트럼을 나타낸다.
도 4는 SBF 침지 전후 Sr free 나노 생활성 유리 시멘트(NBC) 및 Sr-도핑 나노 생활성 유리 시멘트(Sr-NBC)의 ATR-FTIR 스펙트럼을 나타낸다.
도 5 (a)는 Sr free 나노 생활성 유리 시멘트(NBC)의 이온 분비 프로필을 나타내며 (b)는 Sr-도핑 나노 생활성 유리 시멘트(Sr-NBC)의 이온 분비 프로필을 나타낸다.
도 6은 NBC 및 Sr-NBC의 생체 적합성 및 치아형성을 rDPSCs를 이용하여 나타낸다(in vitro). (a)는 인서트(3μm)를 사용한 나노 생활성 유리 시멘트의 세포 생체 적합성 (b)는 액틴 필라멘트(적색) 와 핵(청색) 에 의해 밝혀진 rDPSCs의 형태, (c 및 d)는 나노 생활성 유리 시멘트 추출물을 이용한 ALP 활성 및 ARS 염색 에 의한 치아형성 결과를 나타낸다.
도 7은 NBC 및 Sr-NBC의 생체 내 이식을 통한 치수 조직 호환성 테스트 및 외소성 치아형성을 나타낸다(in vivo). (a)는 실험의 모식도, (b)는 이식 6주 후 μCT 분석, (c 및 d)는 새로운 경질 조직(상아질) 의 정량화 분석, (e)는 재생성 상아질을 나타내기 위해 H&E 염색을 통한 조직학적 분석 (f)는 상아질모세포 관련 단백질 발현(DMP-1 및 DSPP)을 나타낸다.
도 8은 NBC 및 Sr-NBC의 생체 내 이식을 통한 상아질-치수 재생 시험을 나타낸다(in vivo). (a)는 실험의 모식도, (b)는 이식 6주 후, 새로운 상아질 형성을 밝히기 위한 μCT 분석 (c)는 새로운 경질 조직(상아질) 의 부피, 표면적 및 밀도 측면에서의 정량화를 나타내며, (d)는 재생 상아질-치수 조직 복합체에 대한 H&E 염색을 나타낸다.
도 9는 치수줄기세포(#p3)에서 NBC 및 Sr-NBC의 생체 내 세포 생존력을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 치수줄기세포(#p3)에서 NBC 및 Sr-NBC의 생체 내 세포독성을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 Sr-NBC의 생체 내 이식 후 펄프 조직 호환성을 확인한 것으로, 치근을 제거한 후 치근 부위의 SEM 이미지(a), 치근 부위(b), 및 바닥 부위(c), 치근을 제거한 후 치아 크라운(d) 및 바닥면의 나노 입자의 치수 챔버(e)의 광학 이미지를 나타낸 것이다.
도 12는 Sr-NBC의 상아질-펄프 복합체 재생 정도를 확인한 결과를 나타낸 것이다.
Figure 1 shows a schematic diagram of the formulation of Sr-doped nano-bioactive glass cement and a schematic diagram of dentin- pulp complex regeneration therapy of nano-bioactive glass cement.
2 shows high-magnification SEM images of Sr-free nano-bioactive glass cement (NBC) and Sr-doped nano-bioactive glass cement (Sr-NBC) before and after immersion in SBF.
3 shows XRD spectra of Sr-free nano bioactive glass cement (NBC) and Sr-doped nano bioactive glass cement (Sr-NBC) before and after immersion in SBF.
4 shows ATR-FTIR spectra of Sr-free nano bioactive glass cement (NBC) and Sr-doped nano bioactive glass cement (Sr-NBC) before and after immersion in SBF.
5 (a) shows the ion secretion profile of Sr-free nano bioactive glass cement (NBC) and (b) shows the ion secretion profile of Sr-doped nano bioactive glass cement (Sr-NBC).
Figure 6 shows the biocompatibility and tooth formation of NBC and Sr-NBC using rDPSCs (in vitro). (a) Cell biocompatibility of nano-bioactive glass cement using inserts (3 μm) (b) Morphology of rDPSCs revealed by actin filaments (red) and nuclei (blue), (c and d) nano-bioactive glass The results of tooth formation by ALP activity using cement extract and ARS staining are shown.
Figure 7 shows the pulp tissue compatibility test and extrinsic tooth formation through in vivo implantation of NBC and Sr-NBC (in vivo). (a) is a schematic diagram of the experiment, (b) μCT analysis 6 weeks after implantation, (c and d) quantification analysis of new hard tissue (dentin), (e) tissue through H&E staining to show regenerated dentin Scientific analysis (f) shows odontoblast related protein expression (DMP-1 and DSPP).
Figure 8 shows dentin-pulp regeneration test through in vivo implantation of NBC and Sr-NBC (in vivo). (a) is a schematic diagram of the experiment, (b) is a μCT analysis to reveal new dentin formation 6 weeks after implantation, (c) shows the quantification of new hard tissue (dentin) in terms of volume, surface area and density, (d ) represents H&E staining for the regenerated dentin-pulp tissue complex.
9 shows the result of confirming the in vivo cell viability of NBC and Sr-NBC in dental pulp stem cells (#p3).
10 shows the result of confirming the in vivo cytotoxicity of NBC and Sr-NBC in dental pulp stem cells (#p3).
Figure 11 confirms pulp tissue compatibility after in vivo transplantation of Sr-NBC, SEM images of the root area after removing the root (a), root area (b), and bottom area (c), tooth crown after removing the root (d) and an optical image of the dimension chamber (e) of nanoparticles on the bottom surface.
12 shows the results of confirming the degree of dentin-pulp composite regeneration of Sr-NBC.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and includes all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another.

본 발명은, 스트론튬 도핑 생활성 유리 나노입자를 포함하는 구강 약물 전달체로서, 상기 스트론튬 도핑 생활성 유리 나노입자는 아민기로 표면 개질된 것인, 구강 약물 전달체를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an oral drug delivery system comprising strontium-doped bioactive glass nanoparticles, wherein the strontium-doped bioactive glass nanoparticles are surface-modified with an amine group.

상기 전달체는 스트론튬 도핑 생활성 유리 나노입자로 이루어진 지지체에 약물이 포함되어 제조된 것으로, 구강 내에서 약물 전달에 유용하게 활용될 수 있다.The delivery system is prepared by including a drug in a support made of strontium-doped bioactive glass nanoparticles, and can be usefully used for drug delivery in the oral cavity.

상기 약물은 심혈관계 질환 치료용 약물일 수 있고, 상기 심혈관계 질환 치료용 약물은 심바스타틴일 수 있다. 상기 심혈관계 질환은 고지혈증, 협심증, 관상동맥질환, 말초혈관질환, 뇌졸증 등의 질환일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The drug may be a drug for treating cardiovascular disease, and the drug for treating cardiovascular disease may be simvastatin. The cardiovascular disease may be a disease such as hyperlipidemia, angina pectoris, coronary artery disease, peripheral vascular disease, or stroke, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 구강 약물 전달체의 제조 방법을 제공할 수 있다:In addition, the present invention can provide a method for preparing an oral drug delivery system comprising the following steps:

(a) 스트론튬 이온 수용액을 생활성 유리 나노입자 합성 단계에 첨가하는 단계;(a) adding an aqueous solution of strontium ions to the step of synthesizing bioactive glass nanoparticles;

(b) 상기 (a)의 결과물을 침전시킨 후 열처리시켜 얻은 나노분말의 표면을 아민기로 개질시키는 단계;(b) modifying the surface of the nanopowder obtained by heat treatment after precipitating the product of (a) with an amine group;

(c) 상기 (b)의 결과물인 나노분말이 인산염 수용액에 대해 0.4g/ml 초과 0.6g/ml 비율로 혼합시킨 후 건조시키는 단계; 및 (c) mixing the resultant nanopowder of (b) with an aqueous phosphate solution at a ratio of greater than 0.4g/ml to 0.6g/ml and then drying; and

(d) 상기 (c) 단계에서 건조된 나노분말을 약물을 포함하는 용액에 침지하는 단계.(d) immersing the nanopowder dried in step (c) in a solution containing a drug.

상기 생활성 유리는 유리-세라믹 생체재료를 의미하는 것으로 생활성 유리는 생체 적합성에 의해 조직재생을 위한 임플란트, 지지체로 널리 이용된다. 생활성 유리는 졸-겔(sol-gel)법을 이용하여 합성할 수 있으며 이는 업계에서 잘 알려져 있다. 졸-겔법의 화학적인 과정은 실리콘이나 금속 알콕사이드 단위전구체(monomer precursor)로부터 다양한 종류의 무기질 망상 조직(network)을 만드는 것이다. 이 과정을 이용하면 고온에서 용융과정을 거쳐 무기질 유리를 만드는전통적인 방법과는 달리 상온에서 경도와 투명도, 화학적 안정도, 조절된 기공, 열전도도 등 좋은 성질의 균질한 무기질 산화물질을 만들 수 있는 장점이 있다. The bioactive glass refers to a glass-ceramic biomaterial, and bioactive glass is widely used as implants and supports for tissue regeneration due to biocompatibility. Bioactive glass can be synthesized using a sol-gel method, which is well known in the art. The chemical process of the sol-gel method is to create various kinds of inorganic networks from silicon or metal alkoxide monomer precursors. Unlike the traditional method of making inorganic glass through a melting process at a high temperature, this process has the advantage of being able to make a homogeneous inorganic oxide material with good properties such as hardness, transparency, chemical stability, controlled porosity, and thermal conductivity at room temperature. there is.

본 발명의 일 구현예에서는 산화칼슘전구체 및 기공형성 주형으로 계면활성제를 함유 하는 용액에 실리카 전구체 및 아미노실란 화합물을 첨가하고 교반하여 생활성 유리 나노입자를 얻은 후 소성하는 단계를 통해 생활성 유리 나노입자를 얻었다.In one embodiment of the present invention, a silica precursor and an aminosilane compound are added to a solution containing a calcium oxide precursor and a surfactant as a pore-forming template, stirred to obtain bioactive glass nanoparticles, and then calcined to obtain bioactive glass nanoparticles. particles were obtained.

상기 산화칼슘전구체는 생활성 유리의 산화칼슘 성분을 생성시킬 수 있는 물질을 의미할 수 있다. 상기 산화칼슘 전구체는 질산칼슘(calcium nitrate tetrahydrate), 염화칼슘(calcium chloride), 아세트산칼슘(calcium acetate), 및 칼슘 메톡시에톡사이드(calcium methoxyethoxide)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 화합물일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예에서는 질산칼슘을 사용하였다.The calcium oxide precursor may refer to a material capable of generating a calcium oxide component of bioactive glass. The calcium oxide precursor may be any one or more compounds selected from the group consisting of calcium nitrate tetrahydrate, calcium chloride, calcium acetate, and calcium methoxyethoxide, , but is not limited thereto. In the embodiment of the present invention, calcium nitrate was used.

상기 기공형성 주형으로서의 역할을 수행하는 계면활성제는 생활성 유리 나노입자 내에 정렬된 기공을 형성시킬 수 있다. 상기 계면활성제는 헥사데실트리메틸 암모늄 브로마이드(CTAB) 또는 폴리에틸렌글리콜(PG)일 수 있으며,이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예에서는 폴리에틸렌글리콜을 사용하였다.The surfactant serving as the pore-forming template can form aligned pores in the bioactive glass nanoparticles. The surfactant may be hexadecyltrimethyl ammonium bromide (CTAB) or polyethylene glycol (PG), but is not limited thereto. In the embodiment of the present invention, polyethylene glycol was used.

상기 실리카 전구체는 생활성 유리의 실리카 성분을 생성시킬 수 있는 물질을 의미할 수 있다. 상기 실리카 전구체는 TEOS(tetraethyl orthosilicate), TES(tetraethoxysilane), TMOS(trimethoxy orthosilicate), GPTMS((3-glycidoxypropyl)methyldiethoxysilane), MPS(3-mercaptopropyl trimethoxysilane), GOTMS(γ-glycidyloxypropyl trimethoxysilane) 및 APTMOS(aminophenyl trimethoxysilane)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나이상의 화합물일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The silica precursor may refer to a material capable of generating a silica component of bioactive glass. The silica precursor is TEOS (tetraethyl orthosilicate), TES (tetraethoxysilane), TMOS (trimethoxy orthosilicate), GPTMS ((3-glycidoxypropyl)methyldiethoxysilane), MPS (3-mercaptopropyl trimethoxysilane), GOTMS (γ-glycidyloxypropyl trimethoxysilane) and APTMOS (aminophenyl) trimethoxysilane) may be any one or more compounds selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

상기 생활성 유리 나노입자는 생활성 유리를 나노수준의 입자로만든 것으로, 더 넓은 표면적과 더 많은 기공을 가져 생분해성 및 단백질 흡착능이향상되게 된다. 일반적으로 생활성 유리 나노입자는 SiO2 및 CaO를 주성분으로한다.The bioactive glass nanoparticles are nano-level particles made of bioactive glass, and have a wider surface area and more pores to improve biodegradability and protein adsorption. In general, bioactive glass nanoparticles have SiO 2 and CaO as main components.

생체모방용액(SBF)는 인간 체액을 모방하여, Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-,HCO3-, HPO42-, SO42-이온 등을 포함하는 용액으로, 생체모방용액에서 하이드록시아파타이트 결정의 형성은 생체 내에서도 동일한 효과가 나타날 것으로 예상할 수 있다.The biomimetic solution (SBF) is a solution containing Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-,HCO3-, HPO42-, SO42- ions, etc., imitating human body fluids. Formation of hydroxyapatite crystals in the biomimetic solution can be expected to show the same effect in vivo.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 스트론튬 도핑 생활성 유리 나노입자의 SiO2:CaO:SrO의 중량비는 80~90:5~15:1~10이다. 상기의 중량비율 범위에서 가장 안정한 3차원의 나노기공구조가 형성된다. 또한, Si 중량비가 90 이상일 경우, 소량의 Ca으로 인해 생분해성 및 생활성이 저해되거나, 소량의 Sr로 인해낮은 상아질-치수 재생활성을 나타낼 수 있다. 또한, Ca의 중량비가 15 이상일 경우 다량의 Ca으로 인해 나노입자의 형상이나 크기를 균일하게 만드는데 문제가 발생할 수 있다. 또한, Sr의 중량비가 10 이상일 경우 유리구조의 연결이 감소되어나노입자의 형상이 유지되기 어려울 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the weight ratio of SiO 2 :CaO:SrO of the strontium-doped bioactive glass nanoparticles is 80-90:5-15:1-10. The most stable three-dimensional nanoporous structure is formed in the above weight ratio range. In addition, when the Si weight ratio is 90 or more, biodegradability and bioactivity may be inhibited due to a small amount of Ca, or low dentin-dimension regeneration may be exhibited due to a small amount of Sr. In addition, when the weight ratio of Ca is 15 or more, a problem may occur in making the shape or size of nanoparticles uniform due to a large amount of Ca. In addition, when the weight ratio of Sr is 10 or more, it may be difficult to maintain the shape of the nanoparticles because the connection of the glass structure is reduced.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 스트론튬 도핑 생활성 유리 나노입자의 제타전위는 +17 내지 +23 mV이다. 본 발명의 일 구현예에 따르면 제타전위는 +20.2±0.71mV이다.According to one embodiment of the present invention, the zeta potential of the strontium-doped bioactive glass nanoparticles is +17 to +23 mV. According to one embodiment of the present invention, the zeta potential is +20.2±0.71 mV.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 나노시멘트는 인산염 수용액에 대해 상기 스트론튬 생활성 유리 나노입자가 0.4g/ml 초과 0.6g/ml의 비율로 혼합되어 제조된다. 상기 인산염 수용액에 대해 상기 스트론튬 생활성 유리 나노입자가 0.4g/ml 이하의 비율로 혼합되거나, 0.6g/ml 이상의 비율로 혼합되는 경우 나노입자의 칼슘 이온과 포스페이트 이온 사이의 화학 반응에 의해 증착되는 하이드록시아파타이트 결정이 생성되기 어렵거나, 과다하게 생성되는 문제가 있다.According to one embodiment of the present invention, the nano-cement is prepared by mixing the strontium bioactive glass nanoparticles in an aqueous phosphate solution at a ratio of greater than 0.4 g/ml to 0.6 g/ml. When the strontium bioactive glass nanoparticles are mixed at a ratio of 0.4 g / ml or less or 0.6 g / ml or more with respect to the aqueous phosphate solution, deposited by a chemical reaction between calcium ions and phosphate ions of the nanoparticles There is a problem in that hydroxyapatite crystals are difficult to produce or excessively produced.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자한다, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for explaining the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited by these examples according to the gist of the present invention. It is obvious to those skilled in the art.

[실시예][Example]

실시예 1. 실험 재료의 준비 및 분석 방법Example 1. Preparation and analysis method of experimental materials

1-1. 실험 재료 수득처1-1. Where to get experiment materials

테트라에톡시실란(TES≥99%), 질산스트론튬(SN≥99%), 질산칼슘4수화물 (Ca(NO3)24H2O (CNT), 폴리(에틸렌 글리콜)(PG, Mn=10,000), 수산화 암모늄(28%), 무수 메탄올(99.8%), 3-아미노프로필 트리에톡시실란(APTES≥98%), 무수 톨루엔(99.8%) 트리스-하이드록시메틸 아미노메탄(Tris-buffer), HCl(1N), HNO3(70%) 및 인산염 정제(PBS), 생체모방용액(SBF) 준비를 위한 높은 수준의 전구체는 Sigma-Aldrich에서 구입하였다. 심바스타틴(SV, C25H38O5≥97%)은 또한 Sigma-Aldrich로부터 수득하였다. 실험에 필요한 경우 증류수(Millipore Direct-Q system)를 사용했다.Tetraethoxysilane (TES≥99%), strontium nitrate (SN≥99%), calcium nitrate tetrahydrate (Ca(NO3)24H2O (CNT), poly(ethylene glycol) (PG, Mn=10,000), ammonium hydroxide ( 28%), anhydrous methanol (99.8%), 3-aminopropyl triethoxysilane (APTES≥98%), anhydrous toluene (99.8%) tris-hydroxymethyl aminomethane (Tris-buffer), HCl (1N), HNO3 (70%) and phosphate tablets (PBS), high level precursors for preparation of biomimetic solution (SBF) were purchased from Sigma-Aldrich Simvastatin (SV, C25H38O5≥97%) was also obtained from Sigma-Aldrich .Distilled water (Millipore Direct-Q system) was used if necessary for the experiment.

1-2. 데이터 분석 방법1-2. Data analysis method

통계 분석은 일원 분산 분석(ANOVA)을 사용하여 분석한 다음 Tukey의 post hoc test를 수행했다. 유의수준은 P<0.05로 고려된다.Statistical analysis was analyzed using one-way analysis of variance (ANOVA) followed by Tukey's post hoc test. The significance level is considered as P<0.05.

실시예 2. Sr-도핑 나노 생활성 유리 시멘트의 제형화 및 그 특성Example 2. Formulation of Sr-doped nano bioactive glass cement and its properties

2-1. Sr-도핑 나노 생활성 유리 시멘트의 합성 방법2-1. Synthesis method of Sr-doped nano bioactive glass cement

85SiO2-10CaO-5SrO 및 85SiO2-15CaO 유리 조성물(wt%)에 기반하여 Sr-도핑 또는 Sr free 나노 생활성 유리 시멘트가 제조되었다. 다공성 구조의주형으로서 PG를 사용하였다. Sr free 및 Sr-도핑된 나노 입자를 위해 5g의 PG와 0.189g의 CNT 또는 5g의 PG, 0.126g의 CNT 및 0.031g의 SN을 알칼라인 메탄올(150㎖, pH 12.5)에 용해시켰다. 0.884g의 TES를 30mL 메탄올에 희석하고 고속 교반 및 순간 초음파(고전력)에서 적가(drop-wise)로 전구체 용액에 첨가하였다. 백색 또는 청색의 침전물을 수집 및 5000rpm로 5분 동안 3회 회전으로 원심 분리 및 재-분산 처리된 증류수/에탄올을 사용하여 세척하고, 침전물은 70℃에서 하룻밤 유지하였다. PG는 공기 중에서 600℃, 5시간 동안 열처리에 의해 태워서 제거되었다(burnt off). 마지막으로, 나노 분말은 APTES와 커플링을 통해 표면-아민기로 개질되었다. 나노 분말은 APTES/Toluene 용액(2% by vol.)에서 2 mg/mL로 분산되되고, 24시간 동안 80℃에서 환류시켰다. 나노 분말은 5000rpm에서 5분 동안 원심 분리되고 톨루엔으로 3회 세척/제분산하고 밤새 80℃에서 건조시킨 후 추가 사용을 위해 진공에서 유지시켰다. 나노 생활성 유리 시멘트는 0.5g/ml의 P/L 비율로 생활성 유리 나노 분말과 1xPBS를 혼합하여 제조하였다. 얻어진 나노시멘트 페이스트를 테플론 몰드로 옮겨 디스크 형태로 제형화하고 경화시키기 위해 방치하였다.Sr-doped or Sr-free nano bioactive glass cements were prepared based on 85SiO2-10CaO-5SrO and 85SiO2-15CaO glass compositions (wt%). PG was used as a template for the porous structure. For Sr free and Sr-doped nanoparticles, 5 g of PG and 0.189 g of CNT or 5 g of PG, 0.126 g of CNT and 0.031 g of SN were dissolved in alkaline methanol (150 mL, pH 12.5). 0.884 g of TES was diluted in 30 mL methanol and added to the precursor solution drop-wise under high-speed stirring and pulsed ultrasound (high power). The white or blue precipitate was collected and centrifuged at 5000 rpm for 5 minutes 3 times and washed using distilled water/ethanol treated with re-dispersion, and the precipitate was kept overnight at 70°C. PG was removed by heat treatment at 600° C. in air for 5 hours (burnt off). Finally, the nanopowder was modified with surface-amine groups through coupling with APTES. The nanopowder was dispersed at 2 mg/mL in APTES/Toluene solution (2% by vol.) and refluxed at 80°C for 24 hours. The nanopowder was centrifuged at 5000 rpm for 5 min, washed/redispersed 3 times with toluene and dried overnight at 80° C. before holding in vacuum for further use. Nano bioactive glass cement was prepared by mixing bioactive glass nanopowder and 1xPBS at a P/L ratio of 0.5 g/ml. The obtained nanocement paste was transferred to a Teflon mold, formulated into a disc shape, and left to harden.

그 결과, APTES로 표면 기능화된 Sr free 및 Sr 도핑된 칼슘 실리케이트 메조포러스 생활성 유리 나노입자로부터 나노 바이오 시멘트를 제조하고,형성된 나노생활성 유리 시멘트 페이스트는 임의의 주사기로부터 주입될 정도로 부드러워졌고(도 1) 상이한 형상으로 성형이 가능하였다. 이러한 플라스틱 특성은 임상적 적용과 뼈와 치아의 불규칙한 모양의 결함을 복구하는 데 필수적이다. 또한, 시멘트 페이스트는 주변 환경에서 5~10분 이내에 경화(setting)되고 완전히경화된 나노 생활성 유리 시멘트는 SBF에 담길 때 무너지지 않고 기하학적 모양을 유지하였다.As a result, nano biocement was prepared from Sr free and Sr doped calcium silicate mesoporous bioactive glass nanoparticles functionalized with APTES, and the nanobioactive glass cement paste formed was soft enough to be injected from an arbitrary syringe (Fig. 1) It was possible to mold into different shapes. These plastic properties are essential for clinical applications and for repairing irregularly shaped defects in bones and teeth. In addition, the cement paste was set within 5 to 10 minutes in the surrounding environment, and the fully cured nano-bioactive glass cement did not collapse and maintained its geometric shape when immersed in SBF.

2-2 나노 생활성 유리 시멘트의 특성 측정 방법2-2 Characteristics measurement method of nano-bioactive glass cement

SBF 침지 나노 생활성 유리 시멘트의 표면 형태, 나노구조, 비정질-결정형 변환 및 화학적 구조의 작용기는 필드 방출 주사 전자 현미경(FE-SEM), X선 회절(XRD)및 감쇠된 총 반사도-푸리에 변환 적외선 분광법(ATR-FTIR)를 사용하여 조사하였다. FE-SEM(Tescan, MIRA II LMH)에 의한 관찰 전에, 샘플은 스퍼터 코터(Cressington 108 Auto sputter coater)를 사용하여 Pt로 스퍼터하였다. XRD 측정은 CuKα 방사선(λ=1.5418A)과 0.02 o의 단계 폭(step size)를 사용하여 Rigaku-Ultima IV에서 실행하였다. ATR-FTIR 스펙트럼은 diamond crystal accessory(GladiATR, PIKE Technologies)와 함께 Varian 640-IR을 사용하여 4cm-1의 분해능으로 400-2,000cm-1 파장수 범위에서 수집하였다. Sr free 나노 생활성 유리 시멘트(NBC) 및 Sr 도핑 나노 생활성 유리 시멘트(Sr-NBC)의 제조에 사용되는 APTES 표면 기능화 나노 입자의 표면 전하는 제타(ζ) 전위 분석기로 측정하였다(Zetasizer Nano ZS, Malvern Instruments). ζ 전위는 20Vcm-의 전계 강도로 pH7.4 및 25℃ 증류수에서 조사되었다. TRIS/HCl 완충액에서 NBC 및 Sr-NBC 디스크에서 방출된 이온은 pH7.4 및 37℃에서 유도 결합 플라즈마-원자 방출 분광법(ICPAES, Optima 4300DV, Perkin-Elmer, Waltham)으로 분석하였다. 50mg의 NBC 및 Sr-NBC 디스크를 10mL Tris 완충액에 담가 두었다. 미리 정해진 시간에, 분비 배지는 피펫으로 취득하고 원심분리(15,000rpm, 10분) 되어 상청액은 분비된 이온을 ICPAES로 결정하기 위해 수집되었다. 샘플은 분석되고 표준 편차를 가진 평균을 보고하였다.Functionality of surface morphology, nanostructure, amorphous-to-crystalline transformation and chemical structure of SBF-soaked nanobioactive glass cements were analyzed by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), X-ray diffraction (XRD) and attenuated total reflectance-Fourier transform infrared. It was investigated using spectroscopy (ATR-FTIR). Before observation by FE-SEM (Tescan, MIRA II LMH), samples were sputtered with Pt using a sputter coater (Cressington 108 Auto sputter coater). XRD measurements were performed on a Rigaku-Ultima IV using CuKα radiation (λ = 1.5418 A) and a step size of 0.02o. ATR-FTIR spectra were collected in the wavelength range of 400-2,000 cm-1 with a resolution of 4 cm-1 using a Varian 640-IR with a diamond crystal accessory (GladiATR, PIKE Technologies). The surface charge of the APTES surface-functionalized nanoparticles used in the preparation of Sr-free nano-bioactive glass cement (NBC) and Sr-doped nano-bioactive glass cement (Sr-NBC) was measured by a zeta (ζ) potential analyzer (Zetasizer Nano ZS, Malvern Instruments). The ζ potential was investigated in distilled water at pH7.4 and 25 °C with a field strength of 20 Vcm-. Ions released from NBC and Sr-NBC disks in TRIS/HCl buffer were analyzed by inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy (ICPAES, Optima 4300DV, Perkin-Elmer, Waltham) at pH7.4 and 37°C. 50 mg NBC and Sr-NBC discs were immersed in 10 mL Tris buffer. At pre-determined times, the secretion medium was pipetted and centrifuged (15,000 rpm, 10 minutes) and the supernatant was collected for determination of secreted ions by ICPAES. Samples were analyzed and averages with standard deviations were reported.

2-3. 실험 결과2-3. Experiment result

NBC 및 Sr-NBC의 표면 나노 형태는 SBF 침지 0일째 및 28일 후에 SEM 이미징(도 2)에 의해 시각화되었다. NBC 및 Sr-NBC의 높고 낮은 배율 SEM 이미지는 거의 동일한 표면 나노 형태와 나노 구조 시멘트 표면(구형 나노 입자의 섬)을 보였으며, SBF에 28일 동안 침지한 후 하이드록시아파타이트(HA) 나노 바늘 구조 표면으로의 변형을 나타냈다. 분말 형태의 생활성 유리 나노 입자는 일반적으로 고응집 상태로 존재한다. 따라서, 이는 PBS와 혼합한 후 하이드록시아파타이트 증착을 통해 함께 경화됨에 따라 나노 입자의 시멘트 형성 및 자기 경화를 용이하게 한다. 상기 하이드록시아파타이트는 생활성 유리 나노 입자로부터 용해된 칼슘이온과 PBS 용액에 함유된 포스페이트 이온 사이의 빠른 반응을 통해 형성되었다.The surface nanomorphology of NBC and Sr-NBC was visualized by SEM imaging (Fig. 2) at day 0 and after day 28 of SBF immersion. High and low magnification SEM images of NBC and Sr-NBC showed nearly identical surface nanomorphology and nanostructured cement surfaces (islands of spherical nanoparticles), hydroxyapatite (HA) nanoneedle structures after immersion in SBF for 28 days. Deformation to the surface was shown. Bioactive glass nanoparticles in powder form are generally present in a highly agglomerated state. Thus, it facilitates cementation and self-curing of the nanoparticles as they are mixed with PBS and then cured together through hydroxyapatite deposition. The hydroxyapatite was formed through a rapid reaction between calcium ions dissolved from the bioactive glass nanoparticles and phosphate ions contained in the PBS solution.

응집된 생활성 유리 나노입자에 결합하여 형성된 하이드록시아파타이트는 SBF에 침지된 후 얽힌 바늘-유사 나노 하이드록시아파타이트(entangled needle-like nanohydroxyapatite)로 더욱 결정화되었다(도 2).The hydroxyapatite formed by binding to the aggregated bioactive glass nanoparticles was further crystallized into entangled needle-like nanohydroxyapatite after immersion in SBF (Fig. 2).

NBC 및 Sr-NBC의 위상은 경화 직후인 SBF 침지 후 0일째 XRD로 조사하여 경화 반응을 확인하였다. XRD 스펙트럼은 하이드록시아파타이트에 해당하는 2θ= 29.5 및 2θ=31.8o에서 그래프 상 저강도 피크를 나타내었다(도 3a, b). 이 피크는 나노 유리 위상이 빠르게 Ca2+ 이온을 방출하는 것을 나타내며, 이는 PBS에서 PO4 3-이온과 반응하여 하이드록시아파타이트 침착으로 이어졌다. 더욱이, Sr-NBC에 대해 기록된 XRD 피크는 NBC에 관찰된 것보다 상대적으로 높은 강도를 가지고 있는 것으로 나타났다. 이는 Sr-NBC의 경우에 침전된 하이드록시아파타이트의 양이 NBC에 비해 높아 Sr-NBC가 NBC에 비해 더 빠르게 경화함을 암시한다. 이는 Sr가 실리카 유리 구조에 대해 구조적 영향을 미치며, 이의 후속 유리 용해 공정에 대한 효과에 영향을 미치는 것을 암시한다. Ca 이온을 Sr 이온으로 대체하는 것은 Sr(1,12 A°)이온이 Ca(0.99 A°)에 비해 큰 이온 반경을 가져 실리카 프레임 워크 구조의 확장을 일으키는 것으로 알려져 있다. 따라서 Ca를 Sr로 교체하면 유리 구조의 연결이 감소하고 중단된다. 따라서, 생활성 유리 나노 입자는 스트론튬 치환으로 더 분해되고 더 많은 하이드록시아파타이트 증착 및 더 빠른 경화를 나타낸다.The phases of NBC and Sr-NBC were examined by XRD on day 0 after immersion in SBF, immediately after curing, to confirm the curing reaction. The XRD spectrum showed low-intensity peaks on the graph at 2θ = 29.5 and 2θ = 31.8o corresponding to hydroxyapatite (Fig. 3a, b). This peak indicates that the nanoglass phase rapidly released Ca2+ ions, which reacted with PO 4 3- ions in PBS, leading to hydroxyapatite deposition. Moreover, the XRD peaks recorded for Sr-NBC appear to have relatively higher intensities than those observed for NBC. This suggests that in the case of Sr-NBC, the amount of precipitated hydroxyapatite is higher than that of NBC, so that Sr-NBC cures faster than NBC. This suggests that Sr has a structural effect on the silica glass structure and affects its effect on the subsequent glass melting process. Replacing Ca ions with Sr ions is known to cause expansion of the silica framework structure as Sr (1,12 A°) ions have a larger ionic radius than Ca (0.99 A°). Therefore, when Ca is replaced by Sr, the linkage of the glassy structure is reduced and ceased. Thus, bioactive glass nanoparticles are more degraded with strontium substitution and show more hydroxyapatite deposition and faster curing.

NBC 및 Sr-NBC의 생활성은 SBF에 침지하여 28일 동안 시험관 내에서 조사되었다. XRD, FT-IR 및 SEM 조사는 NBC와 Sr-NBC를 하이드록시아파타이트단계로 전환하는 것을 확인했다. Sr-NBC는 NBC에 비해 Sr-NBC의 XRD 스펙트럼에서더 강하고 더 강렬한 하이드록시아파타이트 피크를 통해 NBC보다 더 높은 생활성을 보였다(도 3c). 이 결과는 Sr 치환의 관점에서 설명될 수 있으며, Ca가 Sr로 치환되어 분해성과 이온 방출을 증가시키고, 따라서, 더 많은 하이드록시아파타이트를 증착시킨다. 더욱이, Sr-NBC의 XRD 피크 위치는 Sr-치환 하이드록시아파타이트로알려진 낮은 2θ값(도 3c는 대표적인 피크인 211의 변화를 나타냄) 으로 이동된다.The bioactivity of NBC and Sr-NBC was investigated in vitro by immersion in SBF for 28 days. XRD, FT-IR and SEM investigations confirmed the conversion of NBC and Sr-NBC to the hydroxyapatite phase. Sr-NBC showed higher bioactivity than NBC through stronger and more intense hydroxyapatite peaks in the XRD spectrum of Sr-NBC compared to NBC (Fig. 3c). This result can be explained in terms of Sr substitution, in which Ca is replaced by Sr, which increases the decomposition and ion release, thus depositing more hydroxyapatite. Moreover, the position of the XRD peak of Sr-NBC is shifted to a lower 2θ value known as Sr-substituted hydroxyapatite (Fig. 3c shows a change in the representative peak, 211).

FT-IR 스펙트럼을 통해 XRD 결과를 더 확인하여 전형적인 하이드록시아파타이트 스펙트럼을 확인하였다. Sr-NBC의 FT-IR 스펙트럼은 NBC에 비해 날카롭고 매우 강렬한 피크를 나타내고 따라서 NBC에 비해 Sr-NBC의 우수한 생활성을 확인하였다(도 4). 450cm-1, 796cm-1 및 1057cm-1에서 피크는 칼슘 실리케이트 나노 생활성 유리에서 유래한 실리케이트 기에 해당된다. 반면, 560cm-1, 603cm-1 및 1015cm-1에서 밴드는 하이드록시아파타이트의 인산기와 관련이 있다. 성장한 하이드록시아파타이트는 CO3 2-기에 속하는 870cm-1, 1415cm-1 및 1455cm-1에서 밴드를 나타냈다. 따라서, 성장된 하이드록시아파타이트는 탄산화된 형태이며, 이는 탄산화 하이드록시아파타이트가 경조직에서 천연 아파타이트를 모방하기 때문에 중요하다.A typical hydroxyapatite spectrum was confirmed by further confirming the XRD result through the FT-IR spectrum. The FT-IR spectrum of Sr-NBC showed sharp and very intense peaks compared to NBC, thus confirming the excellent bioactivity of Sr-NBC compared to NBC (FIG. 4). The peaks at 450 cm-1, 796 cm-1 and 1057 cm-1 correspond to silicate groups derived from calcium silicate nano-bioactive glass. On the other hand, the bands at 560 cm -1 , 603 cm -1 and 1015 cm -1 are related to hydroxyapatite phosphate groups. The grown hydroxyapatite showed bands at 870 cm -1 , 1415 cm -1 and 1455 cm -1 belonging to the CO 3 2- group. Thus, grown hydroxyapatite is in the carbonated form, which is important because carbonated hydroxyapatite mimics natural apatite in hard tissue.

치료이온 즉, Sr, Ca 및 Si의 분비는 생리학적 조건을 모방하고 생체 관련성을 위해 pH 7.4 및 37℃에서 Tris-HCl 완충액에 4주 동안 침지되어 ICP-AES에 의해 측정되었다. NBC는 APTES 표면 기능화된 메조다공성 생활성 유리나노입자(Zeta 전위 +20.2±0.71mV)로부터 제조되어 상당한 양의 Ca 및 Si 이온을방출하였다. NBC에서 Si 이온 방출이 빠르고, 7일째에 선형적으로 250ppm에 도달한다음 3주 동안 점진적으로 증가하여 28일에 350ppm에 도달하는 것을 보여준다. Ca이온의 농도는 침지의 초기 시간 동안 빠르게 증가하여 100ppm에 도달한 다음 28일에 꾸준한 선형 증가를 통해 300rpm에 도달했다(도 5a). Sr-NBC는 APTES 표면 기능화된 Sr-도핑된 메조다공성 생활성 유리 나노입자(제타 전위 +24.3±1.2mV)로부터 제조되어 상당량의 Sr, Ca 및 Si 이온을 방출하였다. Sr과 Ca는 유사하게 초기 7일이내 빠른 분비 프로필을 나타낸 다음 속도가 느려지고 평준화(21일 이내) 되었다. Ca 이온은 처음에 7일째에 150ppm에 도달한 다음 28일째에 220ppm으로 완료한반면, Sr 이온은 7일째에 100ppm에 도달한 다음 28일째에는 150ppm으로완료되었다. 반면, Si 이온은 처음 7일 이내에 빠른 분비를 보이고 7 일째에 200ppm에 도달한 다음 Si 방출 350rpm에 도달하는 28 일까지 거의 선형 방출 패턴을 따랐다(도 5b). Sr-NBC는 NBC에 비해 Ca 이온의 적은 양을 분비하고 이것은 NBC 제조에 사용된 생활성 유리 나노입자(BGn) 조성물(85% SiO2-15% CaO)에서 5wt% CaO가 5wt% SrO(85% SiO2-15% CaO)로 대체되어 스트론튬 도핑 생활성 유리 나노입자(Sr-BGn)를 생산하기 때문이다.The secretion of therapeutic ions, i.e., Sr, Ca and Si, was measured by ICP-AES after immersion in Tris-HCl buffer at pH 7.4 and 37 °C for 4 weeks to mimic physiological conditions and for biorelevance. NBC was prepared from APTES surface-functionalized mesoporous bioactive glass nanoparticles (Zeta potential +20.2 ± 0.71 mV) to release significant amounts of Ca and Si ions. It shows that Si ion release from NBC is rapid, linearly reaching 250 ppm on day 7, then gradually increasing over 3 weeks, reaching 350 ppm on day 28. The concentration of Ca ions increased rapidly during the initial time of immersion, reaching 100 ppm and then reaching 300 rpm through a steady linear increase at 28 days (Fig. 5a). Sr-NBC was prepared from APTES surface functionalized Sr-doped mesoporous bioactive glass nanoparticles (zeta potential +24.3±1.2 mV) to release significant amounts of Sr, Ca and Si ions. Sr and Ca similarly exhibited a rapid secretion profile within the first 7 days, then slowed down and leveled off (within 21 days). Ca ions initially reached 150 ppm on day 7 and completed to 220 ppm on day 28, while Sr ions reached 100 ppm on day 7 and then completed to 150 ppm on day 28. On the other hand, Si ions showed rapid secretion within the first 7 days, reached 200 ppm on day 7 and then followed an almost linear release pattern until day 28 when Si release reached 350 rpm (Fig. 5b). Sr-NBC secretes a smaller amount of Ca ions than NBC, and this is due to the fact that 5wt% CaO in the bioactive glass nanoparticle (BGn) composition (85% SiO2-15% CaO) used for the preparation of NBC was reduced to 5wt% SrO (85% SiO2-15% CaO) to produce strontium-doped bioactive glass nanoparticles (Sr-BGn).

여기서 관찰된 본 발명의 개선된 용해 및 빠른 이온 분비는 다음을 포함하는 여러 요인에 기인한다 1) 본 발명에 따라 제조된 생활성 유리의 메조다공성 구조 및 나노스케일 형태, 2) APTES 표면 개질로 -NH2의 도입으로 인해 생활성 유리 나노입자의 친수성이 증가되어 개질되지 않은 것에 비해 이온 방출이 개선되고 분해성이 향상, 3) 스트론튬 교체가 유리 구조의 연결을 감소시켜 분해 속도를 증가시키는 실리카 유리 기질에 대한 Sr의 구조적 효과, 4) 마지막으로, 여기서 관찰된 이러한 더 높은 양의 Si의 방출은 실리카 기질 자체의 분해 외에도 APTES 표면 잔기의 분해에 의한 것일 수 있다. 반면 비기능화 나노입자의 경우, 유리 네트워크를 형성하는 Si는 실리카 기질의 분해로부터만 발생하므로 적은 양으로 방출된다.The improved dissolution and rapid ion release of the present invention observed here is due to several factors, including 1) the mesoporous structure and nanoscale morphology of the bioactive glass prepared according to the present invention, 2) the APTES surface modification - The introduction of NH2 increases the hydrophilicity of the bioactive glass nanoparticles, resulting in improved ion release and improved decomposition compared to unmodified ones, 3) replacement of strontium to the silica glass substrate, which reduces the linkage of the glass structure and increases the decomposition rate. 4) Finally, these higher amounts of Si release observed here may be due to degradation of APTES surface residues in addition to degradation of the silica matrix itself. On the other hand, in the case of non-functionalized nanoparticles, Si, which forms the glass network, is released in a small amount because it arises only from the decomposition of the silica matrix.

실시예 3. NBC 및 Sr-NBC의 생체 적합성 및 치아형성 능력Example 3. Biocompatibility and tooth formation ability of NBC and Sr-NBC

3-1. 치수 줄기 세포(DPSC) 배양 방법3-1. Dental pulp stem cell (DPSC) culture method

치과 치수 줄기 세포 DPSC는 5주령 수컷 Sprague-Dawley 래트의 절개 치아로부터 수집하였다. 랫트는 CO2 가스에 의해 안락사된 후, DPSC를 수확하고 1% 페니실린/스트렙토마이신을 함유하는 PBS로 세척하였다. 분리된 조직은 0.08% 콜라게나아제 유형 I(collagenase type I) 및 0.2% 디스파제 II(dispase II)를 함유하는 용액으로 효소적으로 30분 동안 소화하였다. DPSC는 1500rpm, 3분 원심분리를 통해 수집되고 1% 페니실린/스트렙토마이신(Gibco) 및 10% 우태아혈청(FBS)으로 개선된 α-MEM을 함유한 치수 줄기 세포 배지(GM)에서 37℃ 및 5% CO2 습한 환경에서 배양하였고, DPSC의 상아질모세포 분화는 100nM 덱사메타손, 50μg/mL 아스코르브산 및 10mM β-글리세로포스페이트를 함유하는 치아형성 배지(OM)에서 조사되었다.Dental pulp stem cells DPSCs were collected from incised teeth of 5-week-old male Sprague-Dawley rats. After rats were euthanized by CO2 gas, DPSCs were harvested and washed with PBS containing 1% penicillin/streptomycin. The isolated tissue was enzymatically digested for 30 minutes with a solution containing 0.08% collagenase type I and 0.2% dispase II. DPSCs were collected via centrifugation at 1500 rpm, 3 minutes and stored at 37°C in pulp stem cell medium (GM) containing α-MEM amended with 1% penicillin/streptomycin (Gibco) and 10% fetal bovine serum (FBS). Cultured in a humid environment with 5% CO2, odontoblast differentiation of DPSCs was investigated in odontogenic medium (OM) containing 100 nM dexamethasone, 50 μg/mL ascorbic acid and 10 mM β-glycerophosphate.

3-2. NBC 및 Sr-NBC 이온 추출 및 생체 적합성 분석 방법(in vitro)3-2. NBC and Sr-NBC ion extraction and biocompatibility analysis method (in vitro)

나노 생활성 유리 시멘트 샘플을 간접 세포 배양 방법으로 시험하였다. 실험에 앞서, 나노입자는 EO 가스에 의해 멸균되었다. 시멘트 디스크(5mm직경 x 2mm 높이) 는 둥근 모양의 PDMS 몰드로 만들고 클린 벤치에서 밤새 배양하였다. 디스크는 다공성 인서트(3μm)의 상부에 위치시키고, DPSC 세포는 24웰 플레이트의 바닥에서 배양되었다. 컨디셔닝된 배지(CM)는 1개 디스크(10mg 나노입자) 를 위해 제조되었고, 그 후 37℃에서 하룻밤 동안 10 mL의 치아형성 배지에 담근 후, 그 배지를 수집하였다.Samples of nano-bioactive glass cement were tested by indirect cell culture method. Prior to experiments, nanoparticles were sterilized by EO gas. Cement discs (5 mm diameter x 2 mm height) were made in round-shaped PDMS molds and incubated overnight on a clean bench. Discs were placed on top of porous inserts (3 μm), and DPSC cells were cultured at the bottom of 24-well plates. Conditioned medium (CM) was prepared for one disc (10 mg nanoparticles), then soaked in 10 mL of dental medium overnight at 37° C., and then the medium was collected.

세포독성은 WST 시험 및 CCK 키트에 의해 분석되었고, 여기서 반응 혼합물 100μL을 96웰 플레이트로 이동시키고 iMark 마이크로플레이트 리더(BioRad, USA)에 의해 450nm에서 흡광도를 측정하였다. 세포 독성은 광학 밀도 값의 백분율을 기초로 했다. 104개의 DPSC를 치수줄기세포배지(GM)으로 배양하고 컨디셔닝된 배지(CM)에 의해 24시간 동안 37℃에서 배양하였다. 세포 생존가능성을 1일 및 3일째에 CCK 키트에 의해 관찰하였다. 세포를 육안으로 검사하기 위해, 세포는 면역세포화학 염색을 실시하였다. 세포를 PBS에 의해 세척하고, 4%의 파라포름알데히드(PFA)로 20분 동안 4℃에서 고정하고, 0.2% 트리톤 X-100으로 처리한 다음, DAPI(p36965, Invitrogen)와 팔로이드(Phalloidin)(Alexa Flour 546, Life Technologies, Invitrogen)에 의해 염색하였다. 세포는 공초점 레이저 현미경 검사법(CLSM; Zeiss LSM 700)에 의해 포착되었다.Cytotoxicity was assayed by the WST test and CCK kit, in which 100 μL of the reaction mixture was transferred to a 96-well plate and absorbance was measured at 450 nm by an iMark microplate reader (BioRad, USA). Cytotoxicity was based on percentage of optical density values. 104 DPSCs were cultured in pulp stem cell medium (GM) and cultured at 37° C. for 24 hours by conditioned medium (CM). Cell viability was observed on days 1 and 3 by CCK kit. For visual inspection of the cells, the cells were subjected to immunocytochemical staining. Cells were washed with PBS, fixed with 4% paraformaldehyde (PFA) for 20 min at 4°C, treated with 0.2% Triton X-100, then treated with DAPI (p36965, Invitrogen) and Phalloidin. (Alexa Flour 546, Life Technologies, Invitrogen). Cells were captured by confocal laser microscopy (CLSM; Zeiss LSM 700).

3-3. 치수 줄기 세포(DPSC)의 치아형성 분화 분석 방법3-3. Method for analyzing odontogenic differentiation of dental pulp stem cells (DPSCs)

DPSC의 치아형성(odontogenic) 분화는 알칼리성 포스파타제(ALP) 활성 및 알리자린 레드 S(ARS) 염색을 통해 조사되었다. 2.5x104 세포/well를24웰 플레이트에서 배양하고, 상이한 배지 조건인 성장배지(GM), 치아형성배지(OM), 및 컨디셔닝된 배지(CM)를 사용하였다. 21일째에, 샘플을 0.25% TE(트립신및 EDTA, Gipco)에 의해 수집하였다. ALP 분석의 경우, ALP 키트로부터 0.6 mL 완충액을 4℃ 에서 15분 동안 10,000rpm에서 원심분리 전에 각 샘플에 첨가한 다음 상청액을 수집하였다.The odontogenic differentiation of DPSCs was investigated through alkaline phosphatase (ALP) activity and alizarin red S (ARS) staining. 2.5x104 cells/well were cultured in a 24-well plate, and different media conditions such as growth medium (GM), tooth formation medium (OM), and conditioned medium (CM) were used. On day 21, samples were collected with 0.25% TE (trypsin and EDTA, Gipco). For the ALP assay, 0.6 mL buffer from the ALP kit was added to each sample prior to centrifugation at 10,000 rpm for 15 minutes at 4°C and then the supernatant was collected.

ALP 양은 405nm에서 흡광도 측정에 의해 확인되었다. dsDNA양을 dsDNA 검출 키트(Quant-iT Picogreen, Invitrogen)에 의해 520nm에서 측정하고, ALP 활성은 dsDNA로 정규화되었다. ARS 염색을 위해, 40mM ARS 분석용액(pH 4.2)을 실온에서 부드럽게 회전 조건하에서 10분 동안 세포에 처리하였다. 이어서, 샘플은 여러 번 세척되고 카메라(D1000, Canon)와 광 현미(IX71, Olympus)에 의해 포착하였다. 결국, ARS 정량화는 인산나트륨(pH 7.0 및 10 mM)에서 10% CPC(cetylpyridinium chloride, Sigma)에 의해 이루어졌고, 그 후 562nm에서 흡광도를 측정하였다.ALP amount was confirmed by absorbance measurement at 405 nm. The amount of dsDNA was measured at 520 nm by a dsDNA detection kit (Quant-iT Picogreen, Invitrogen), and ALP activity was normalized to dsDNA. For ARS staining, cells were treated with 40 mM ARS assay solution (pH 4.2) at room temperature for 10 minutes under gentle rotation conditions. Samples were then washed several times and captured by a camera (D1000, Canon) and a light microscope (IX71, Olympus). Finally, ARS quantification was made by 10% CPC (cetylpyridinium chloride, Sigma) in sodium phosphate (pH 7.0 and 10 mM), after which absorbance was measured at 562 nm.

3-4. 실험 결과3-4. Experiment result

rDPSCs과 간접 배양은 NBC 및 Sr-NBC가 생물학적인 세포 독성을나타내지 않았다는 것을 보여주었다(도 6a). 나노 생활성 유리 시멘트 이온 추출물은 rDPSCs의 생존력과 치아발생형성능력을 크게 향상시켰다. 세포는 1일 및 3일 후에 시각화하고 거의 유사한 형태와 적합한 세포 부착을 보였다(도 6b). 이온의 분비는 세포 반응을 현저하게 자극했다. 세포 미네랄화는 ARS 염색에 의해 시험하였다. Sr-NBC가 NBC에 비해 훨씬 더 많은 칼슘 증착을 보여주고 더 많은 바이오-미네랄화를 촉진함을 확인했다(도 6c). 초기 골생성/치아형성 마커인 ALP는 Sr-NBC군에서 다른 군에 비해 가장 높은 ALP 활성을 보여 치아형성 잠재력을 나타냈다.Indirect incubation with rDPSCs showed that NBC and Sr-NBC did not show biological cytotoxicity (Fig. 6a). The nano-bioactive free cement ion extract significantly improved the viability and odontogenic ability of rDPSCs. Cells were visualized after 1 and 3 days and showed nearly similar morphology and suitable cell attachment (FIG. 6B). The secretion of ions markedly stimulated the cellular response. Cellular mineralization was tested by ARS staining. It was confirmed that Sr-NBC showed significantly more calcium deposition and promoted more bio-mineralization than NBC (Fig. 6c). ALP, an early osteogenesis/odontogenesis marker, showed the highest ALP activity in the Sr-NBC group compared to the other groups, indicating odontogenic potential.

실시예 4. 나노 생활성 유리 시멘트의 생체 적합성 및 치아형성Example 4. Biocompatibility and tooth formation of nano-bioactive glass cement

능력(in vivo)10주령의 건강한 수컷 Sprague-Dawley(SD) 랫트가 생체내 연구에서 사용되었다. 이식 수술 전에, 권장 동물 주거 조건을 제공하고 동물은 무작위로 3 실험 그룹으로 선택되었다: NBC와 Sr-NBC 및 empty(대조군) 가 전신 마취 하에(10mg/kg xylazine + 80 mg/kg ketamine) 각 치아에 이식되었다. 이 연구에서, 두개의 다른 생체 내 모델을 검사했다. 첫 번째는 낮은 치아형성 조건에서 치아형성및 생체 내 치수-조직 호환성을 조사하기 위한 1차 모델로서 이소성 치아 발생 모델이다. 두번째는 임상적으로 관련된 실제 적용 조건을 모방하는 치아 결함 모델이다. 이 모델은 임상-유사 상황에서 NBC 및 Sr-NBC의 치아 발생 효과를 실험하기 위해 활용되었다.Competence (in vivo) Healthy male Sprague-Dawley (SD) rats aged 10 weeks were used in the in vivo study. Prior to transplantation, recommended animal housing conditions were provided and animals were randomly selected into 3 experimental groups: NBC and Sr-NBC and empty (control) under general anesthesia (10 mg/kg xylazine + 80 mg/kg ketamine) in each tooth. was transplanted to In this study, two different in vivo models were examined. The first is an ectopic tooth development model as a primary model to investigate tooth formation and in vivo pulp-tissue compatibility under low-odontogenic conditions. The second is a dental defect model that mimics clinically relevant real-world application conditions. This model was utilized to test the tooth development effects of NBC and Sr-NBC in a clinical-like situation.

4-1. 이소성 치아발생 모델의 제작 방법4-1. Manufacturing method of ectopic tooth development model

이소성 치아발생의 경우, 추출된 첫번째 치아에 결함을 발생시킨 후 이소성 조건(피하 조직의 등쪽 양면에 자가 치아 이식) 에서 나노 생활성 유리 시멘트 이식을 수행하여 가혹하고 낮은 치아형성 조건에서 생체 내 치수 조직호환성 및 치아형성을 관찰하였다. 결함 구멍(직경 1.35mm)은 치아 치수강을 노출하기 위해 추출된 어금니 치아 상단의 오른쪽과 왼쪽의 교합측에 만들어졌다. 이어서, 1mg의 NBC 또는 Sr-NBC를 5개의 치아를 포함하는 각 그룹의 결함 구멍으로 투여하고, 샘플을 랫트에 피하 이식하였다. 이식 전에 등쪽 피부를 면도하고 수술 부위를 요오드 및 무균 알코올로 처리하고, 작은 피하 포켓은 선형 피부 절개를 통해 열렸다.In the case of ectopic odontogenesis, implantation of nano-bioactive glass cement under ectopic conditions (autologous tooth implantation on the dorsal side of the subcutaneous tissue) was performed after generating defects on the extracted first tooth, resulting in in vivo pulp tissue in severe and low odontogenic conditions. Compatibility and tooth formation were observed. Defect holes (1.35 mm in diameter) were made on the occlusal side to the right and left of the top of the extracted molar teeth to expose the dental pulp cavity. Then, 1 mg of NBC or Sr-NBC was administered into the defect cavity of each group containing 5 teeth, and the samples were implanted subcutaneously in rats. Prior to implantation, the dorsal skin was shaved and the surgical site treated with iodine and sterile alcohol, and a small subcutaneous pocket was opened through a linear skin incision.

이식 후, 피부 포켓을 봉합했다. 동물은 염증 또는 감염의 어떤 표시든지 기록하기 위하여 정기적으로 검토되었다. 주변 조직을 가진 이식된 치아를 CO2 흡입 하에 안락사된 동물로부터(수술 후 6주) 수집하였다. 샘플은 10% NBF(neutral buffered formalin)에서 24시간 동안 고정하였다.After implantation, the skin pocket was sutured. Animals were reviewed regularly to record any signs of inflammation or infection. Implanted teeth with surrounding tissue were collected from animals euthanized under CO2 inhalation (6 weeks after surgery). Samples were fixed for 24 hours in 10% NBF (neutral buffered formalin).

4-2. 치아 결손 모델의 제작4-2. Fabrication of a tooth defect model

이전에 보고된 방법에 따라 치아 결함을 생성하고 재료를 적용한 후 임상적으로 관련된 in vivo 치아모델은 자연 치아에서 조정하였다(Bencherif, S. A.et al., J Periodontal Implant Sci, 2013). 치수강이 노출될 때까지 전술한 바와 같이 결함 구멍이 생성되었다. NBC 또는 Sr-NBC 1mg은 5개의 치아를 포함하는 각 그룹의 결함 구멍에 적용되었다. 절차의 나머지는 전술한 바와 같다.After creating a tooth defect and applying materials according to a previously reported method, a clinically relevant in vivo tooth model was adjusted from natural teeth (Bencherif, S. A. et al., J Periodontal Implant Sci, 2013). A defect hole was created as described above until the pulp cavity was exposed. 1 mg of NBC or Sr-NBC was applied to the defect cavity in each group comprising 5 teeth. The rest of the procedure is as described above.

4-3. μ-CT 분석 방법4-3. μ-CT analysis method

NBF 고정된 샘플은 μ-CT에 의해 스캔되고, 279ms 노출 시간 조건에서 9μm 섹션, 385μA 및 65kV에서 X선을 사용하여 스카이 스캔 소프트웨어(Aartselaar) 사용하여 분석하였다. 둘째, 재구성된 이미지는 관심 지역에 대해 경질 조직 생성을 위해 CTAn Skyscan에 의해 조사되었다. 결함 영역에서 표면적(mm2),새로운 경조직 부피(%) 및 밀도(1/mm)가 결정되었다. 마지막으로, 3D 구조는 CTvol Skyscan에 의해 생산되고 캡처되었다.NBF fixed samples were scanned by μ-CT and analyzed using Sky Scan software (Aartselaar) using X-rays at 385 μA and 65 kV in 9 μm sections under conditions of 279 ms exposure time. Second, the reconstructed images were scanned by CTAn Skyscan for hard tissue generation over the region of interest. The surface area (mm2), new hard tissue volume (%) and density (1/mm) in the defect area were determined. Finally, the 3D structures were produced and captured by CTvol Skyscan.

4-4. 면역조직형광 및 면역조직화학 염색에 의한 치아의 조직구조4-4. Tooth tissue structure by immunohistofluorescence and immunohistochemical staining

RapidCalTM 용액은 5-7일 동안 고정된 샘플을 석회질 제거하는 데 사용되었다. 이어서, 샘플을 상이한 등급의 에탄올에 의해 탈수시키고 파라핀에 내장하였다. 이어서, 시료의 관상부(coronal section) 두께 5μm를 반자동 회전 마이크로톰에 의해 절단하고 유리 슬라이드로 옮겼다. 견본은 새로운 뼈 형성의 분석을 위한 H&E(hematoxylin and eosin) 및 면역조직화학 염색에 의해 염색된 후에 광학현미경에 의해 시각화되었다. 면역형광 염색 동안, 조직 절편은 구연산 완충액에의해 항원 회수를 20분 동안 처리하였다. 다음으로, 1 차 항체 (DMP-1/M-20/and DSPP /M-300/, Santa Cruz Biotechnology, INC) 로 밤새 4℃에서 배양하였다. 또한, 실온에서 1시간 동안 이차 항체로 처리하고 마지막으로 공초점 레이저 현미경으로 포착하였다.RapidCalTM solution was used to descale samples that had been fixed for 5-7 days. Samples were then dehydrated by different grades of ethanol and embedded in paraffin. Then, a 5 μm thick coronal section of the sample was cut by a semi-automatic rotating microtome and transferred to a glass slide. Specimens were visualized by light microscopy after staining by hematoxylin and eosin (H&E) and immunohistochemical staining for analysis of new bone formation. During immunofluorescence staining, tissue sections were subjected to antigen retrieval by citrate buffer for 20 min. Next, the cells were incubated overnight at 4°C with primary antibodies (DMP-1/M-20/and DSPP/M-300/, Santa Cruz Biotechnology, INC). In addition, they were treated with secondary antibodies for 1 hour at room temperature and finally captured by confocal laser microscopy.

4-5. 실험 결과4-5. Experiment result

상아질-치수 복합체 재생은 추출된 치아가 나노 생활성 유리 시멘트를 적용한 후 피하 조직에 이식된 이소성 상아질 형성을 통해 시험되었으며, 임상 적용 전 생체내 치수-조직 호환성 및 가혹하고 덜 치아형성(odontogenic) 조건에서 치아발생을 관찰하였다.Dentin-pulp composite regeneration was tested through ectopic dentin formation in which extracted teeth were implanted in subcutaneous tissue after application of nano-bioactive glass cement, in vivo pulp-tissue compatibility and harsh and less odontogenic conditions before clinical application. Tooth development was observed.

도 7a는 6주 동안 어금니에 나노 생활성 유리 시멘트 이식을 위해 수행된 외과적 시술의 모식도이다. 결함 부위에서 새로 형성된 상아질 및 잔여 나노 생활성 유리 시멘트의 3D 재구성된 이미지 및 μCT 는 나노 생활성 유리 시멘트의 생체 내 치아형성 전위를 조사하기 위해 활용되었다. 이식 전후 μCT 이미지는 도 7b에 나타냈다. 새로운 상아질 형성은 붉은 색으로 표시된다. μCT 이미지의 분석결과 Sham 및 NBC 그룹에 비해 Sr-NBC 그룹의 높은 상아질 재생 잠재력을 나타낸다(도 7 c 및 d). 더욱이, H&E 염색에 의한 조직학적 분석(도 7e)은 NBC군 및 Sham 군에 비교하여 Sr-NBC 그룹과 관련되어 삼차 상아질의 형성을 확인하였다.Figure 7a is a schematic diagram of a surgical procedure performed for implantation of nano-bioactive glass cement in molars for 6 weeks. 3D reconstructed images and μCT of newly formed dentin and residual nano-bioactive glass cement at the defect site were utilized to investigate the in vivo odontogenic potential of nano-bioactive glass cement. The μCT images before and after implantation are shown in Fig. 7b. New dentin formation is shown in red. Analysis of the μCT images showed a higher dentin regeneration potential in the Sr-NBC group compared to the Sham and NBC groups (Fig. 7c and d). Moreover, histological analysis by H&E staining (FIG. 7e) confirmed the formation of tertiary dentin in association with the Sr-NBC group compared to the NBC and Sham groups.

Sr-NBC 그룹은 또한 NBC 군보다 상아질 매트릭스 단백질-1(DMP-1) 및 상아질-시알로포스포테인트(DSPP)의 더 높은 발현을 보였다(도 7f). 종합하면, Sr-NBC는 이소성 조건에서도 치수-조직 생체 적합성 및 치아발생을 강력하게 하여 임상적으로 연관된 치아 결함 모델에 Sr-NBC를 적용하게 한다.The Sr-NBC group also showed higher expression of dentin matrix protein-1 (DMP-1) and dentin-sialophosphotane (DSPP) than the NBC group (FIG. 7f). Taken together, Sr-NBC enhances pulp-tissue biocompatibility and tooth development even under heterotopic conditions, making Sr-NBC applicable to clinically relevant dental defect models.

다음으로, 나노 생활성 유리 시멘트의 재생 전위는 6주 동안 임상적으로 연관된 생체 내 모델에 의해 평가하였다(도 8a). 이식 전후 μCT 이미지는 도 8b에 나타냈다. 새로운 상아질 형성은 녹색으로 표시된다. μCT 이미지의 분석은 Sham 및 NBC 군과 비교하여 Sr-NBC 군에서 더 높은 상아질 부피 및 더 높은상아질 조밀도를 나타냈다. NBC와 Sr-NBC의 거의 유사한 상아질 표면적이 관찰되었지만 sham그룹에 비해 상당히 넓었다. H&E 염색에 의한 조직학적 분석(도 8d)은Sr-NBC가 Sr2+및 Ca2+ 분비로 인해 NBC에 비해 생체 내 치수-상아질 조직 재생이 더좋은 것으로 나타났다. Sr-NBC의 생체 내 생물활성반응은 치아 줄기 세포에 대한Sr2+ 이온의 자극 역할과 이의 Ca2+ 이온보다 약간 더 큰 반경으로 인해 유리 네트워크를 확장시키고, 후속 빠른 분해를 통해 NBC와 sham 그룹보다 더 높았다. 따라서 체액의 Sr2+ 및 Ca2+에 의한 높은-포화는 Sr-NBC에서 빠르게 일어나고 NBC에 비해 빠르게 하이드록시아파타이트를 침전시킨다/Next, the regeneration potential of the nano-bioactive glass cement was evaluated by a clinically relevant in vivo model over 6 weeks (Fig. 8a). μCT images before and after implantation are shown in FIG. 8B. New dentin formation is shown in green. Analysis of the μCT images revealed higher dentin volume and higher dentin density in the Sr-NBC group compared to the Sham and NBC groups. Nearly similar dentin surface area was observed between NBC and Sr-NBC, but significantly larger than that of the sham group. Histological analysis by H&E staining (Fig. 8d) showed that Sr-NBCs showed better pulp-dentin tissue regeneration in vivo compared to NBCs due to Sr2+ and Ca2+ secretion. The in vivo bioactivity response of Sr-NBC was higher than that of NBC and sham groups due to the stimulatory role of Sr2+ ions on dental stem cells and their slightly larger radius than Ca2+ ions to expand the glass network and subsequent rapid degradation. Thus, high-saturation of body fluids by Sr2+ and Ca2+ occurs rapidly in Sr-NBC and precipitates hydroxyapatite faster than NBC/

실시예 5. 나노 생활성 유리 시멘트의 약물 로딩 능력Example 5. Drug loading capacity of nano bioactive glass cement

심바스타틴 나트륨 염(SVS)의 다양한 농도를 다음 절차에 따라 제조하였다. SVS 용액 1ml의 제조를 위해, 상응하는 양의 SV가 에탄올 100μL에 용해되었다. 150μL의 NaOH 0.1N을 SV 에탄올 용액에 첨가한 다음 2시간 동안 50℃에서 배양하였다. 0.1N HCl을 사용하여 pH를 7.2로 조정하였다. 탈이온수가 용액에 첨가되어 1mL를 완료하고, 다음 실험을 위해 4℃에서 저장하였다. 선형 캘리브레이션 곡선(A239=0.0144+0.0453C(R2=0.996))은 자외선 가시 분광광량계(Libra S22, Biochrom)를 사용하여 일련의 SVS 용액(0-50μg/mL)을 λmax=239nm에서 흡광도를 측정하여 수득하였다. SVS 로딩 용량을 확인하기 위해, NBC 및 Sr-NBC 디스크(10mg)는 37℃에서 2시간 동안 1ml의 SVS 0.25, 0.5, 1, 2 및 4mg/ml에 담가두었다. Various concentrations of simvastatin sodium salt (SVS) were prepared according to the following procedure. For preparation of 1 ml of SVS solution, a corresponding amount of SV was dissolved in 100 μL of ethanol. 150 μL of NaOH 0.1N was added to the SV ethanol solution and then incubated at 50° C. for 2 hours. The pH was adjusted to 7.2 with 0.1N HCl. Deionized water was added to the solution to make 1 mL and stored at 4°C for the next experiment. A linear calibration curve (A239=0.0144+0.0453C (R2=0.996)) was obtained by measuring the absorbance at λmax=239 nm of a series of SVS solutions (0–50 μg/mL) using a UV-visible spectrophotometer (Libra S22, Biochrom). and obtained. To determine the SVS loading capacity, NBC and Sr-NBC discs (10 mg) were immersed in 1 ml of SVS 0.25, 0.5, 1, 2 and 4 mg/ml for 2 hours at 37°C.

약물 용액을 신중하게 수집하고 5분 동안 15,000rpm로 원심 분리한 후, 그들의 흡광도는 λmax=239nm에서 결정되었다. SVS 전체 로딩 용량은 SVS의 초기 및 최종 용액 농도 차이로부터 추정되었다.After carefully collecting the drug solutions and centrifuging at 15,000 rpm for 5 min, their absorbance was determined at λmax=239 nm. The SVS total loading capacity was estimated from the difference between the initial and final solution concentrations of SVS.

그 결과, NBC 및 Sr-NBC는 유사한 심바스타틴 로딩 용량을 보였다. SVS의 4mg/mL 로딩 용액이 사용되었을 때, 10mg Sr-NBC는 SVS 약 1893μg(즉, 189.3μg SVS/mg 시멘트) 을 로딩하는 반면, 10mg NBC는 SVS 약 1625μg(즉, 162.5 μSVS/mg 시멘트) 을 로딩할 수 있었다.As a result, NBC and Sr-NBC showed similar simvastatin loading capacities. When a 4 mg/mL loading solution of SVS was used, 10 mg Sr-NBC loaded about 1893 μg of SVS (i.e., 189.3 μg SVS/mg cement), whereas 10 mg NBC loaded about 1625 μg of SVS (i.e., 162.5 μSVS/mg cement). was able to load

실시예 6. 세포 독성 확인(in vitro)Example 6. Confirmation of cytotoxicity (in vitro)

본 실시예에서는 rDPSC (# p3)의 세포 생존력 및 생체 적합성에 대한 NBC 및 5 % Sr-NBC의 효과를 시험관 내에서 확인하였다.In this example, the effects of NBC and 5% Sr-NBC on cell viability and biocompatibility of rDPSC (# p3) were confirmed in vitro.

도 9에 나타낸 것과 같이 서로 다른 농도의 BGn 및 SrBGn (0, 5, 10, 20, 40, 80, 160, 320 mg / ml)을 rDPSC와 함께 배양한 후 최대 80 mg/ml 나노 입자 처리 그룹은 3일까지 세포 독성을 나타내지 않았다. 추가 실험을 위해 80mg/ml NBC 및 Sr-NBC가 사용되었다.As shown in Figure 9, after incubating different concentrations of BGn and SrBGn (0, 5, 10, 20, 40, 80, 160, 320 mg/ml) with rDPSCs, up to 80 mg/ml nanoparticle treatment group It showed no cytotoxicity up to 3 days. For further experiments, 80 mg/ml NBC and Sr-NBC were used.

3 일째에, rDPSC로 처리 된 NBC 및 Sr-NBC(80 mg/ml) 나노 입자는 LD 염색으로 관찰되었다. 그 결과 나노 입자는 독성 효과가 없고 세포 형태가 정상인 것으로 나타났다. 이 결과는 이전의 세포 독성 결과를 한번 더 확인한 것이다.On day 3, NBC treated with rDPSC and Sr-NBC (80 mg/ml) nanoparticles were observed by LD staining. As a result, the nanoparticles showed no toxic effects and normal cell morphology. This result confirms the previous cytotoxicity results once again.

실시예 7. 조직호환성 확인Example 7. Confirmation of tissue compatibility

쥐의 첫 번째 어금니 결손에서 펄프 조직 호환성을 확인하기 위해, 치근을 제거하여 그 결과를 도 11에 나타내었다. 나노 입자 투여 후 조직 샘플을 쥐의 등쪽 피 하강에 이식하였다. 치근을 제거한 후 광학 이미지(b-d)와 SEM 이미지 (a.)로 치아를 확인하였다. 확인을 위해 치수 조직을 제거하고 바닥 부위(c)에서 치수 챔버를 볼 수 있고, 치근를 제거한 후 치아 크라운을 확인할 수 있으며(d), e에서 나노 입자가 바닥면에서 치아 치수 챔버로 덮여 있음을 확인할 수 있다.In order to confirm the compatibility of the pulp tissue in the first molar defect of the rat, the tooth root was removed and the results are shown in FIG. 11 . After nanoparticle administration, tissue samples were transplanted into the dorsal hypodermis of mice. After removing the tooth roots, the teeth were checked with optical images (b-d) and SEM images (a.). For confirmation, the pulp tissue is removed and the pulp chamber can be seen at the bottom (c), the tooth crown can be checked after the root is removed (d), and the nanoparticles are covered with the dental pulp chamber at the bottom in e. can

또한, 상아질-펄프 복합체에서의 조직 호환성을 확인하여 도 12에 나타내었다. 상아질-펄프 복합체 재생은, 임상 적용 전에 가혹하고 치열한 조건에서 생체 내 치수-조직 호환성 및 치형성을 조사하기 위해 재료 적용 후 추출된 치아가 피하 조직에 이식된 이소성 상아질 형성을 통해 테스트되었다. In addition, the tissue compatibility of the dentin-pulp composite was confirmed and shown in FIG. 12 . Dentin-pulp composite regeneration was tested through ectopic dentin formation in which extracted teeth were implanted in subcutaneous tissue after material application to investigate in vivo pulp-tissue compatibility and dental formation under harsh and intense conditions prior to clinical application.

도 12에 나타낸 것과 같이 수술 후 6 주 후, H & E 염색에 의한 조직 학적 분석은 다른 그룹 (Sham 및 BGn)에 비해 SrBGn 그룹과 관련된 많은 3 차 상아질 형성이 확인되었다.As shown in Fig. 12, 6 weeks after surgery, histological analysis by H&E staining confirmed more tertiary dentin formation associated with the SrBGn group compared to the other groups (Sham and BGn).

상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다. Although the present invention has been shown and described in relation to specific preferred embodiments in the above, the present invention can be variously modified and changed without departing from the technical features or fields of the present invention provided by the claims below. It is clear to those skilled in the art that it can be.

Claims (8)

스트론튬 도핑 생활성 유리 나노입자를 포함하는 구강 약물 전달체로서,
상기 스트론튬 도핑 생활성 유리 나노입자는 3-아미노프로필 트리에톡시실란(APTES)과의 커플링을 통해 아민기로 표면 개질된 것이고,
상기 스트론튬 도핑 생활성 유리 나노입자에서 SiO2:CaO:SrO의 중량비는 80~90:5~15:1~10 이며,
디스크 형태를 가지고,
심혈관계 질환 치료용 약물인 심바스타틴(Simvastatin) 전달용 구강 약물 전달체.
An oral drug delivery system comprising strontium-doped bioactive glass nanoparticles,
The strontium-doped bioactive glass nanoparticles are surface-modified with amine groups through coupling with 3-aminopropyl triethoxysilane (APTES),
The weight ratio of SiO 2 :CaO:SrO in the strontium-doped bioactive glass nanoparticles is 80 to 90:5 to 15:1 to 10,
has the shape of a disc,
An oral drug delivery system for the delivery of Simvastatin, a drug for the treatment of cardiovascular diseases.
제1항에 있어서,
상기 스트론튬 도핑 생활성 유리 나노입자에서 SiO2:CaO:SrO의 중량비는 85:10:5 인 것인, 구강 약물 전달체.
According to claim 1,
The weight ratio of SiO 2 :CaO:SrO in the strontium-doped bioactive glass nanoparticles is 85:10:5, oral drug delivery system.
제2항에 있어서,
상기 약물 전달체 10mg 에 대하여, 상기 심바스타틴은 1893μg의 비율로 로딩된 것인, 구강 약물 전달체.
According to claim 2,
The oral drug delivery system, wherein the simvastatin is loaded at a rate of 1893 μg with respect to 10 mg of the drug delivery system.
제3항에 있어서,
최대 80 mg/ml의 농도를 가지는 것인, 구강 약물 전달체.
According to claim 3,
An oral drug delivery system having a concentration of up to 80 mg/ml.
스트론튬 도핑 생활성 유리 나노입자를 포함하는 구강 약물 전달체의 제조 방법으로서,
(a) 스트론튬 이온 수용액을 생활성 유리 나노입자 합성 단계에 첨가하는 단계;
(b) 상기 (a)의 결과물을 침전시킨 후 열처리시켜 얻은 나노분말의 표면을 3-아미노프로필 트리에톡시실란(APTES)과의 커플링을 통해 아민기로 개질시키는 단계;
(c) 상기 (b)의 결과물인 나노분말을 인산염 수용액에 대해 0.4g/ml 초과 0.6g/ml 비율로 혼합시킨 후 건조시킨 다음 디스크 형태로 제형화시키는 단계; 및
(d) 상기 (c) 단계에서 제형화한 디스크를 심혈관계 질환 치료용 약물인 심바스타틴(Simvastatin)이 포함된 용액에 침지하는 단계를 포함하고,
상기 스트론튬 도핑 생활성 유리 나노입자에서 SiO2:CaO:SrO의 중량비는 80~90:5~15:1~10 이며,
심혈관계 질환 치료용 약물인 심바스타틴(Simvastatin) 전달용 구강 약물 전달체의 제조방법.
A method for preparing an oral drug delivery system comprising strontium-doped bioactive glass nanoparticles,
(a) adding an aqueous solution of strontium ions to the step of synthesizing bioactive glass nanoparticles;
(b) modifying the surface of the nanopowder obtained by precipitating and heat-treating the product of (a) with an amine group through coupling with 3-aminopropyl triethoxysilane (APTES);
(c) mixing the resultant nanopowder of (b) with an aqueous phosphate solution at a ratio of greater than 0.4g/ml to 0.6g/ml, drying it, and formulating it into a disc shape; and
(d) immersing the disc formulated in step (c) in a solution containing Simvastatin, a drug for treating cardiovascular diseases;
The weight ratio of SiO 2 :CaO:SrO in the strontium-doped bioactive glass nanoparticles is 80 to 90:5 to 15:1 to 10,
Method for preparing an oral drug delivery system for delivering simvastatin, a drug for treating cardiovascular disease.
제5항에 있어서,
상기 약물 전달체 10mg 에 대하여, 심바스타틴은 1893μg의 비율로 로딩된 것인, 구강 약물 전달체의 제조방법.
According to claim 5,
The method of preparing an oral drug delivery system, wherein simvastatin is loaded at a rate of 1893 μg with respect to 10 mg of the drug delivery system.
제5항에 있어서,
상기 구강 약물 전달체는 최대 80 mg/ml의 농도를 가지는 것인, 구강 약물 전달체의 제조방법.
According to claim 5,
The method of manufacturing an oral drug delivery system, wherein the oral drug delivery system has a concentration of up to 80 mg/ml.
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