KR102550828B1 - 치수 및 상아질 재생용 하이브리드 스캐폴드 구조 - Google Patents

치수 및 상아질 재생용 하이브리드 스캐폴드 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 치수 및 상아질 재생용 스캐폴드 구조를 개시한다. 상기 스캐폴드 구조는, 하이드로겔; 상기 하이드로겔의 상부에 위치한 중층 나노섬유; 상기 중층 나노섬유의 상부에 위치한 구조체; 및 상기 구조체의 상부에 위치한 상층 나노섬유;를 포함하고, 상기 스캐폴드 구조는, 치료 과정 중 상아질 노출 부분에 삽입되고, 상기 스캐폴드 내 하이드로겔에 탑재된 약물이 상기 스캐폴드의 분해에 의해 서서히 방출되어 치수 및 상아질의 재생을 유도할 수 있다.

Description

치수 및 상아질 재생용 하이브리드 스캐폴드 구조 {Hybrid scaffold structure for dental pulp and dentine regeneration}
본 발명은 치수 및 상아질 재생용 하이브리드 스캐폴드 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 하이드로겔, 중층 나노섬유, 구조체 및 상층 나노섬유를 포함하는, 치수 및 상아질 재생용 하이브리드 스캐폴드 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 치아의 질환 발병 시, 치아뿐만 아니라 주변 조직의 손상을 초래하며 재생이 불가능하고, 이는 치아 및 조직의 소실로 이어진다. 손상된 치아의 수복은 손상된 부분을 제거한 뒤 레진 또는 인레이 등의 다른 인공 재료로 치아를 대체하는 치료법이 주를 이루고 있으며, 치수 및 상아질의 직접 재생을 위한 기술 개발은 미비하다.
그러나, 대체물을 사용하는 방법은, 치아의 영양 문제, 치수의 노출로 이가 시린 증상, 치아의 약화, 수복된 합성물 및 주변의 손상되지 않은 법랑질 틈새로 물이나 세균 등이 침투하여 발생되는 재감염 등의 문제를 나타낸다. 게다가, 한 번 손상된 치아 및 치주 조직은 대체 치료법을 통해 원래의 해부학적 형태와 기능을 완전히 회복할 수 없는 한계가 있다.
이러한 문제를 근본적으로 해결하기 위해, 최근에는, 치수가 노출된 경우, 치수에 추가적인 손상을 주지 않고 치수의 원 생활력을 유지하기 위해 치수복조술이라는 방법을 적용한다. 상기 치수복조술에 사용되는 치수보존제품(Pulp capping material)으로 가장 이상적인 물질은 치수의 생물학적 과정과 유사하게 상아질의 재형성을 유도할 수 있는 물질로, 일반적으로, 수산화칼슘, MTA 또는 점착성 레진을 사용한다. 그러나 위와 같은 물질들도 치수의 재생 및 기능성 상아질의 재생을 확실히 보장하지 못하는 실정이다.
수산화칼슘 시멘트의 경우, 잔존 치수를 보존하기 위하여 임상에서 사용 중이며, 항균 작용이 높으나 자극성으로 인해 치수 보존율이 낮아지기도 한다. 치수 자극으로 인한 상아질 재생이 관찰되나, 낮은 물성으로 추가 보충재 시술이 필요하며, 주변 치아와의 결합력이 낮은 단점이 있다.
MTA(mineral trioxide aggregate)의 경우, 기존 수산화칼슘 시멘트 제품을 대체하고 있으며, 주변 치아와의 결합력이 높고 치수 보존성이 우수하다고 평가되나, 높은 가격과 치아 변색 등의 단점이 있다. 또한, 염기성 환경 조성으로 인한 치수 자극으로 상아질 형성이 관찰되나 기능성 회복 및 치수 재생은 보장되지 않는 단점이 있다.
또한, 상아질의 직접적인 재생을 위해서는 상아질 재생을 유도하는 물질뿐 아니라 손상된 구조를 강화하고 상아질 형성을 위한 기질로 작용할 수 있는 스캐폴드가 필요하다. 상기 스캐폴드는 치수 및 상아질이 정의된 모양대로 형성될 수 있도록 기계적 물성이 우수해야 하고, 감염 또는 면역 반응을 일으키지 않도록 조직이 재생되는 속도에 따라 스캐폴드를 구성하는 고분자 물질의 생체 내 분해 속도가 제어될 수 있어야 한다. 이에 더하여, 치수 및 상아질이 구역 분리되어 동시 재생될 수 있는 스캐폴드 구조가 요구되어왔지만, 종래의 스캐폴드 구조에 있어서, 치수 및 상아질이 각자의 자리에서 구분되어 재생되는 것을 유도하기 위해 개발되어진 스캐폴드 구조가 전무하다.
따라서, 치수 및 상아질의 직접 재생을 위하여 치수복조술을 사용할 경우, 치수복조를 위한 약물이 서서히 표적 위치로 방출되며 치아의 치수, 상아질의 다중 조직을 구분하여 재생시키며, 두 조직이 적절히 결합된 구조로 재생시켜 치아 재생을 도울 수 있는 새로운 스캐폴드 구조가 필요한 실정이다.
본 발명의 일 목적은, 하이드로겔, 중층 나노섬유, 구조체 및 상층 나노섬유를 포함하는, 치수 및 상아질 재생용 하이브리드 스캐폴드 구조를 제공하는 것이다.
일 측면으로서, 본 발명은, 동결건조된 하이드로겔 구조체; 상기 하이드로겔의 상부에 위치한 중층 나노섬유; 상기 중층 나노섬유의 상부에 위치한 다공성 구조체; 및 상기 구조체의 상부에 위치한 상층 나노섬유;를 포함하는, 치수 및 상아질 재생용 스캐폴드 구조를 제공한다.
본 발명의 치수 및 상아질 재생용 스캐폴드 구조는, 치주 복합조직의 재생을 유도하기 위해 생물학적 특성을 가지는 천연 및 합성 생체 고분자 재료를 기반으로 하는 치주조직재생유도 구조체이며, 상기와 같이, 하이드로겔-나노섬유-구조체-나노섬유의 크게 네 부분으로 구성될 수 있다. 상기와 같이, 본 발명의 스캐폴드 구조가 다층재료에 의한 다층구조를 가짐으로써, 다양한 물성치를 층별로 적용하여 각 조직의 재생을 도울 수 있으며, 재생 기간 동안 치아 조직의 대체물로써의 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 스캐폴드 구조는, 치수가 노출된 치아 조직에 적용될 수 있다. 이때, 본 발명의 스캐폴드 구조 내 최하단부에 위치한 동결건조 된 하이드로겔이 치수 조직과 직접 접촉하여 치수 줄기세포가 하이드로겔 내에 자리잡고 치수의 수복이 시작될 수 있다. 이때, 하이드로겔은 치수 및 상아질의 재생을 돕는 약물을 포함할 수 있다. 상기 하이드로겔의 상부에는 중층 나노섬유가 위치하는데, 상기 중층 나노섬유는 구조물의 제작시 하이드로겔이 다공성 구조체에 침습하는 것을 방지하며, 손상된 치아에 삽입 후에는 치수와 상아질이 혼합되어 재생되지 않도록, 치수 영역과 상아질 영역을 구분하는 조직의 경계막 역할을 수행할 수 있다. 상기 중층 나노섬유는 약물이 통과 또는 확산될 수 있는 크기의 공극을 가질 수 있다. 따라서, 치수 및 상아질의 재생을 위한 줄기세포의 성장 및 분화를 촉진하는 약물은 하이드로겔 영역과 인접한 치수 조직에도 영향을 미칠 수 있고, 나노섬유를 통과하여 구조체 영역과 인접한 상아질 조직에도 영향을 미칠 수 있다. 이 과정 중, 하이드로겔의 치수 줄기세포는 나노섬유를 통과할 수 있고, 상기 치수 줄기세포는 치수 조직과 인접한 하이드로겔 영역에서 치수 세포로 성장하거나 상아질 조직과 인접한 구조체 영역에서 상아질 모세포로 분화하여 상아질을 형성할 수 있다. 상기의 경우에서, 상기 중층 나노섬유의 하부에서 성장하는 치수 조직 및 상기 중층 나노섬유의 상부에서 성장하는 상아질 조직은 상기 중층 나노섬유를 통과하지 못하기 때문에, 상기 치수 조직 및 상기 상아질 조직이 분리되어 발생할 수 있다.
상기 하이드로겔은, 치수 및 상아질 재생을 유도하는 약물을 탑재하는 캐리어의 역할, 및 치수 재생의 역할을 수행할 수 있다.
일 구현예로서, 상기 하이드로겔 내 치수 및 상아질 재생을 위한 줄기세포의 성장 및 분화를 촉진하는 약물이 포함되는 것을 특징으로 한다.
일 구현예로서, 상기 하이드로겔은 동결건조된 하이드로겔인 것을 특징으로 한다.
상기 하이드로겔을 동결건조하는 것은, 치수와 접촉하여 약물을 전달하기 위해 유동성을 가지며 물을 포함하는 하이드로겔의 특성상, 하이드로겔의 보관을 용이하게 할 수 있도록 동결건조 처리를 할 수 있다.
이때, 상기 하이드로겔은 동결건조 후 스펀지 형태를 가질 수 있다.
일 구현예로서, 상기 하이드로겔은, 젤라틴, 콜라겐, 히알루론산, 키토산 등의 천연 고분자 또는 폴리아크릴산, 폴리에틸렌 옥사이드, 및 폴리비닐알코올 중 어느 하나에서 선택되는 합성 고분자인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상아질은, 본 발명의 구조체를 기반으로 수복될 수 있다. 본 발명의 상아질 수복 기작은, 구조체 하단의 중층 나노섬유를 통과한 약물 및 치수 줄기세포가 구조체 내에 자리를 잡고, 상기 치수 줄기세포가 상아질 모세포로 분화하여 구조체 다공성 공간 사이에서 상아질을 재생할 수 있다. 이때, 상기 구조체는 서서히 생체 내 분해될 수 있고, 상기 구조체가 차지하는 부분은 서서히 상아질로 대체되어 손상부의 상아질이 완전히 수복될 수 있다.
상기 구조체는, 4층의 스캐폴드 구조 중 특히 상아질의 재생을 위한 부분으로써, 기계적인 강도 및 손상부의 형상을 반영하여 제작될 수 있다. 이때, 상기 구조체는 3D 프린팅으로 구성될 수 있으며, 환자의 치아 손상 부위에 따른 물리적 강도 및 입체적 형태를 갖도록 형성될 수 있다.
일 구현예로서, 상기 구조체는 생체적합성 다공성 구조체인 것을 특징으로 한다.
상기 구조체의 다공성은, 구조체의 측면과 접촉하는 상아질의 세포가 구조체 내부로 진입하여 신규하게 성장할 수 있는 삼차원적인 공간을 제공할 수 있다.
일 구현예로서, 상기 구조체는 3차원 격자 구조체임을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 격자 구조는, 정사각 격자형, 원형 격자형, 마름모 격자형, 직사각 격자형 등의 형태를 가질 수 있다. 격자 구조는 3D 프린팅을 실시하기에 용이한 구조이기 때문에 본 발명의 구조체에 적용될 수 있다.
일 구현예로서, 상기 구조체는 손상부의 형상대로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 구조체는 생체적합성 물질로, 치아 내에 삽입된 후, 서서히 생체 내에서 분해되는 물질일 수 있다. 생체 내에서 분해되어 소실된 구조체의 빈 자리를 상아질이 채우게 되어, 결과적으로 상아질 조직의 재생이 일어날 수 있다.
일 구현예로서, 상기 구조체는, 폴리리카프로락톤, 폴리락트산, 폴리글리콜라이드, PLGA(poly(lactic-co-glycolic)acid) 중 어느 하나에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
일 구현예로서, 상기 구조체는, 하이드록시아파타이트 또는 트리칼슘포스페이트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 중층 나노섬유는, 제작 과정 중, 액화상태의 하이드로겔이 상기 구조체 내로 침습하지 않도록 차폐 및 분리하는 일차 방어막 역할을 수행할 수 있다. 또한, 상기 중층 나노섬유는, 하이드로겔 내 포함된 약물이 상기 구조체 내로 이동할 수 있도록 도울 수 있다. 추가로, 상기 중층 나노섬유는, 치수 및 상아질의 복합조직 재생 과정 중, 불필요한 치수 또는 상아질의 재생을 방지하는 등의 기저막과 유사한 기능을 보여주어, 수복되는 조직의 경계막 역할을 수행할 수 있다.
일 구현예로서, 상기 중층 나노섬유는 생체적합성 및 소수성임을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다. 상기 중층 나노섬유는, 친수성 및 소수성 고분자 둘 모두가 사용될 수 있지만, 바람직하게는, 상기 약물이 서서히 시간을 두고 중층 나노섬유의 상부로 확산될 수 있도록, 소수성 고분자를 이용하여 제조되는 것이 바람직하다.
이때, 본 발명의 나노섬유의 소재로써 다양한 인공 및 천연 고분자가 사용 가능하며, 상층 나노섬유 및 중층 나노섬유는 동일한 재료로 제작되거나 서로 다른 재료로 제작될 수 있고, 이는, 치수 및 상아질의 재생 과정 중 침투할 수 있는 세균 등을 차폐하되 약물, 치수 및 상아질 세포 등의 이동을 조절하는 역할을 할 수 있다.
소수성인 중층 나노섬유는 수용성인 하이드로겔을 공간 분리하는 역할을 수행한다. 이는, 치아의 손상부에 적용되었을 때뿐만 아니라, 하이드로겔의 제작과정 중에도 소수성 특징으로 하이드로겔의 공간을 분리하는 방어막 역할을 수행 가능하도록 한다. 한편, 소수성인 중층 나노섬유가 수용성 하이드로겔의 침습 방지 역할을 수행하는 동안, 하이드로겔에 장시간 노출된 소수성 중층 나노섬유는 서서히 젖음(weting) 특성을 가져 하이드로겔에 담지된 약물의 통과를 가능하게 할 수 있다.
일 구현예로서, 상기 중층 나노섬유는, 소수성 고분자인, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌글리콜, 폴리글리콜라이드, 폴리락트산, 및 PLCL(poly(L-lactide-co-ε-caprolactone)), PLGA(Poly(L-lactide-co-glycolide)) 중 어느 하나에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
일 구현예로서, 상기 중층 나노섬유는, 친수성 고분자인, 콜라겐인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 중층 나노섬유는 소수성 고분자인 것을 특징으로 한다.
일 구현예로서, 상기 중층 나노섬유는 0.1㎛ 내지 1㎛의 공극 직경을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 공극 직경은 3㎛ 이하, 바람직하게는, 0.4㎛ 내지 1㎛, 더욱 바람직하게는, 0.1㎛ 내지 1㎛일 수 있다.
일 구현예로서, 상기 중층 나노섬유는 상기 하이드로겔 및 상기 구조체 사이를 차폐하고, 상기 약물 및 치수 줄기세포를 통과시키는 것을 특징으로 한다.
상기 상층 나노섬유는, 치아 치료 시, 치아 및 스캐폴드 구조의 최상단에 도포하는 레진 또는 인레이 등의 다른 인공 재료가 상기 구조체 내 침습되는 것을 방지하고, 외부로부터의 세균 침투를 막는 역할을 수행할 수 있다.
일 구현예로서, 상기 상층 나노섬유는 생체적합성을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.
상층 나노섬유는 상기 중층 나노섬유와 마찬가지로, 서서히 생체 내에서 분해되는 특성을 가질 수 있다.
일 구현예로서, 상기 상층 나노섬유는, 소수성 고분자인, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌글리콜, 폴리글리콜라이드, 폴리락트산, 및 PLCL(poly(L-lactide-co-ε-caprolactone)), PLGA(Poly(L-lactide-co-glycolide)) 중 어느 하나에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
일 구현예로서, 상기 상층 나노섬유는, 친수성 고분자인, 콜라겐인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 상층 나노섬유는 소수성 고분자인 것을 특징으로 한다.
일 구현예로서, 상기 상층 나노섬유는 0.1㎛ 내지 1㎛의 공극 직경을 갖는 것을 특징으로 한다.
일 구현예로서, 상기 상층 나노섬유는, 치아를 밀봉하기 위한 최상단 인공 재료 및 상기 구조체 사이를 차폐하고, 상기 인공 재료 및 세균의 침투를 방지하는 것을 특징으로 한다.
상기 최상단 인공 재료는, 레진 또는 인레이 등을 포함할 수 있다.
일 구현예로서, 상기 스캐폴드는 치수가 재생됨에 따라 점차 분해되어 자연적으로 제거되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 스캐폴드의 4개 층 전체는 서서히 생체 내에서 분해될 수 있어야 한다. 본 발명의 스캐폴드가 분해되면서 비어가는 공간에 치수 및 상아질이 재생될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명의 스캐폴드 구조를 적용할 경우, 상아질 수복을 위한 줄기세포를 스캐폴드에 분주하여 줄기세포가 담지된 스캐폴드를 손상 부위에 삽입하거나, 미세천공을 적용한 스캐폴드를 삽입할 수 있다. 여기서, 상기 스캐폴드 구조의 물리적 특성, 예컨대, 세포 부착 용이성, 성장 공간 제공, 기계적 강도, 및 기공을 통한 영양분 이동 등에 의해, 및 줄기세포 성장 및 분화에 효과적인 약물 방출에 의해, 상기 줄기세포의 성장 및 분화 시간이 단축되어 치수 및 상아질 형성이 용이하게 발생할 수 있다.
일 측면으로서, 본 발명은, 전기방사를 통해 상층 및 중층 나노섬유를 제조하고, 3D 프린터로 구조체를 프린팅하는 제1단계; 상기 중층 나노섬유 상에 상기 구조체를 위치시키고, 상기 구조체 상에 상기 상층 나노섬유를 위치시킨 뒤, 서로의 접촉면을 열압착 또는 열융착 시키는 제2단계; 용액 상태인 하이드로겔, 또는 나노섬유와 열압착 또는 열융착된 구조체 중 하나의 구성요소를 몰드 내에 삽입하는 제3단계; 상기 제3 단계에서 삽입한 구성요소 이외의 구성요소를 삽입하는 제4단계; 및 상기 하이드로겔을 몰드 내에서 겔화(gelation)시키는 제5단계; 및 상기 결합된 구조물을 동결건조시키는 제6단계;를 포함하는, 치수 및 상아질 재생용 스캐폴드 제조 방법을 제공한다.
상기 전기방사를 통해 나노섬유를 임의의 방향으로 집적시킬 수 있고, 상기 나노섬유를 전기방사 처리하기 위해서, 나노섬유의 고분자를 용해시킬 수 있는 용매를 사용할 수 있다.
상기 상층 및 중층 나노섬유를 상기 구조체에 압착시켜 고정시킬 수 있다. 이때 압착과 함께 가열을 하여, 나노섬유와 구조체의 접촉면을 일부 가열 용융 후 경화시키는 것을 통해, 나노섬유 및 구조체의 밀착을 더욱 견고하게 할 수 있다.
상기 하이드로겔 내 약물을 담지하는 것은, 용액 상태의 하이드로겔을 대상으로 할 수 있고, 또는, 동결건조된 하이드로겔을 사용하기 전에 녹여서 약물을 담지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 스캐폴드 구조가 치료 과정 중 상아질 노출 부분에 삽입되고, 상기 스캐폴드 내 하이드로겔에 탑재된 약물이 상기 스캐폴드의 분해에 의해 서서히 방출되어 구역별로 구분되어 재생된 다중조직(Tissue)을 유도할 수 있다. 또한, 상기 스캐폴드 구조는, 손상된 치아의 치수 및 상아질이 재생되는 동안, 치아 내 공간을 유지해주며 상아질의 재생에 따라 점차 분해되어 자연적으로 제거될 수 있다. 본 발명의 스캐폴드 구조는, 근관 치료 및 보존 치료가 필요한 광범위 치아우식증, 외상에 의한 치아 파절 및 파손의 재생 치료, 치수 복조 및 재생을 목적으로 하는 치료, 및 치아 상아질 재생을 목적으로 하는 치료 등에서 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 스캐폴드 구조의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 스캐폴드 구조를 적용한 실시예를 도시한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
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.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "함유"한다고 할 때, 이는 특별히 달리 정의되지 않는 한, 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명이 개시하는 치수 및 상아질 재생용 하이브리드 스캐폴드 구조를, 본 발명의 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 스캐폴드 구조의 개략도를 도시한다.
본 발명의 치수 및 상아질 재생용 스캐폴드 구조는, 하이드로겔(1); 상기 하이드로겔(1)의 상부에 위치한 중층 나노섬유(2); 상기 중층 나노섬유(2)의 상부에 위치한 구조체(3); 및 상기 구조체(3)의 상부에 위치한 상층 나노섬유(4);를 포함한다.
하이드로겔(1)은 본 발명의 스캐폴드 구조의 가장 하층에 위치하고, 상기 하이드로겔(1)의 상부에는 중층 나노섬유(2), 구조체(3), 및 상층 나노섬유(4)가 순서대로 적층될 수 있다. 상기 중층 나노섬유(2) 및 상층 나노섬유(4)는 개별적으로 전기방사를 통해 제작될 수 있고, 상기 구조체(3)는 3D 프린터 기술을 이용하여 3D 프린팅될 수 있다. 상기 구조체(3)는, 격자형 구조를 가질 수 있다. 이때, 중층 나노섬유(2), 구조체(3), 및 상층 나노섬유(4)는 열압착 또는 열융착되어 서로 견고하게 결합된 상태일 수 있다. 열압착 또는 열융착할 때, 최하층에는 중층 나노섬유(2)를 배치하고, 그의 상부에 구조체(3) 및 상층 나노섬유(3)를 순서대로 적층시킨 뒤 상기와 같은 배열 순서로 열압착 또는 열융착될 수 있다. 상기 열압착 또는 열융착된 구성요소들은 하이드로겔(1)의 상부에 한꺼번에 배치될 수 있다. 이때, 상기 하이드로겔(1)은 몰드 내부에 위치하는 상태일 수 있다. 또는, 상기 열압착 또는 열융착된 구성요소들을 몰드 내부에 먼저 배치시킨 뒤, 상기 구성요소들의 상부에 하이드로겔(1)을 배치할 수 있다. 상기 하이드로겔(1)은 용액 상태에서 겔화(gelation)될 수 있다. 이후, 상기 하이드로겔(1)은 보관의 용이를 위하여 동결건조될 수 있다.
도 2는 본 발명의 스캐폴드 구조를 적용한 실시예를 도시한다.
본 발명의 스캐폴드 구조는, 치아 손상부의 노출된 치수 부분과 접촉하도록 설치될 수 있고, 이때, 치수와 접촉하는 구성요소는 하이드로겔(1)이다. 상기 하이드로겔(1)이 치수와 접촉하면, 동결건조된 상태에서 체내 수분을 흡수하여 팽윤(swelling)될 수 있다. 상기 팽윤된 하이드로겔(1) 내로, 치수 내 치수 세포가 세포 이동할 수 있다. 이때, 하이드로겔(1) 내에는 치수 및 상아질의 세포 재생을 위한 약물이 담지된 상태일 수 있다. 상기 약물은 치수 및 상아질 세포와 접촉하여 세포 분화를 촉진하는 것을 돕는다. 치수와 상아질의 경계가 되는 곳과 유사한 높이인 상기 하이드로겔(1)의 상부에는, 중층 나노섬유(2)가 배치된다. 상기 중층 나노섬유(2)는 공극을 가질 수 있으며, 이는 상기 중층 나노섬유(2)의 하부에 존재하는 약물 및 치수 줄기세포를 투과시켜 상기 중층 나노섬유(2)의 상부, 즉, 구조체(3)로 전달할 수 있고, 상기 중층 나노섬유(2)의 하부에 존재하는 조직의 투과를 차폐하여, 치수 조직 및 상아질 조직이 혼합되어 재생되는 것을 방지할 수 있다.
이때, 상기 중층 나노섬유(2)는 바람직하게는 소수성 고분자를 포함하여 구성될 수 있는데, 이는 상기 약물의 급격한 확산을 방지하여, 30분 이상의 시간에 걸친 나노섬유의 젖음(weting)에 의해 소수성인 중층 나노섬유(2)를 서서히 투과할 수 있도록 돕는다. 추가로, 소수성을 갖는 상기 중층 나노섬유(2)는, 스캐폴드 구조를 제작할 때, 하이드로겔 용액의 구조체 내 침습을 방지할 수 있다. 상기 중층 나노섬유(2)의 상부에는, 3D 프린팅된 격자형의 구조체(3)가 배치된다. 상기 구조체(3)는 손상부의 형태를 본따서 프린팅될 수 있고, 상기 구조체(3)의 측면은 손상부의 상아질과 접촉할 수 있다. 상기 구조체(3)는 격자형이기 때문에 사이 사이 삼차원 빈 공간을 포함할 수 있고, 상기 중층 나노섬유(2)를 통과하여 확산된 치수 줄기세포가 상기 구조체(3)의 빈 공간으로 진입할 수 있다. 상기 구조체(3) 내 자리잡은 치수 줄기세포는, 상기 중층 나노섬유(2)를 투과하여 상방 확산된 약물에 의해 상아질 모세포로 분화하여 상아질을 재생할 수 있고, 이는 상기 구조체(3) 영역 내에서의 상아질 조직 재생으로 이어진다. 이때, 상기 중층 나노섬유(2)는 성장하는 각각의 치수 조직 및 상아질 조직의 경계막 역할을 하여, 상기 두 조직들을 차폐하는 기능을 수행할 수 있고, 이는 상기 두 조직들이 무질서하게 혼합되어 치수 및 상아질이 수복되는 것을 예방할 수 있다. 이러한 상기 중층 나노섬유(2)의 차폐 작용 및 약물과 치수 줄기세포 투과 작용 때문에, 치수 및 상아질 조직의 수복이, 각각, 하이드로겔(1) 및 구조체(3) 내에서 영역 분리되어 동시에 일어날 수 있다. 상기 구조체(3)의 상부에는, 상층 나노섬유(4)가 배치된다. 상기 상층 나노섬유(4)의 상부에는, 치아 손상부의 밀폐를 위한 인공 재료가 배치될 수 있다. 본 발명의 스캐폴드 구조를, 치아 손상부에 삽입한 뒤, 치아의 형태 및 저작 기능 유지, 및 외부 수분 및 세균 등의 침입을 방지하기 위한 인공 재료로 덮어씌워 차폐할 수 있다. 이때, 상기 인공 재료는 상기 구조체(3) 내로 침습되어서는 안되며, 상기 상층 나노섬유(4)가 상기 구조체(3) 상에 위치되어 이와 같은 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 치수 및 상아질 재생용 스캐폴드를 제조하기 위해, 전기방사를 통해 나노섬유를 준비했다. 상기 나노섬유는 소수성 고분자를 용매에 용해시킨 상태로 전기방사되었다. 이때, 중층 나노섬유(2) 및 상층 나노섬유(4)는 동일한 고분자를 사용하여 제조될 수 있고, 또는, 서로 상이한 고분자를 사용하여 제조될 수 있다. 3D 프린팅을 통해 격자형 매트릭스로 구조체(3)를 준비했다. 이때, 구조체(3)는 상기 나노섬유들과 동일한 고분자를 사용하여 제조될 수 있고, 또는 서로 상이한 고분자를 사용하여 제조될 수 있다. 상기 나노섬유(2,4)와 구조체(3)를 아래부터 중층 나노섬유(2)-구조체(3)-상층 나노섬유(4)의 순서로 적층하여 열압착 또는 열융착 시켰다. 열압착 또는 열융착 과정 중 가열에 의해 각각의 나노섬유(2,4)와 구조체(3) 사이의 계면에서 용융이 발생하고, 용융 뒤 실온에 의해 경화되며 각각의 나노섬유(2,4)와 구조체(3)가 계면 상에서 서로 결합되어 응고되었고, 이는 나노섬유(2,4)와 구조체(3)간의 보다 견고한 결합 관계를 형성할 수 있다. 일체화된 나노섬유(2,4) 및 구조체(3)를 준비한 뒤, 몰드 내에 용액 상태의 하이드로겔(1)을 투입했다. 상기 하이드로겔(1)은 치수 및 상아질 세포 분화를 촉진하는 약물을 담지한 상태일 수 있다. 상기 하이드로겔(1)의 투입 후, 상기 일체화된 나노섬유(2,4) 및 구조체를 투입했다. 또는, 몰드 내에 상기 일체화된 나노섬유(2,4) 및 구조체(3)를 투입한 뒤, 용액 상태의 하이드로겔(1)을 투입할 수 있다. 이후, 상기 하이드로겔(1)을 몰드 내에서 겔화시켰고, 겔화까지 완료된 스캐폴드 구조체를 동결건조시켜 보관에 용이한 형태로 제작했다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 하이드로겔
2: 중층 나노섬유
3: 구조체
4: 상층 나노섬유

Claims (21)

  1. 하이드로겔;
    상기 하이드로겔의 상부에 위치한 중층 나노섬유;
    상기 중층 나노섬유의 상부에 위치한 구조체; 및
    상기 구조체의 상부에 위치한 상층 나노섬유;를 포함하는,
    치수 및 상아질 재생용 스캐폴드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하이드로겔 내 치수 및 상아질 재생을 위한 줄기세포의 성장 및 분화를 촉진하는 약물이 포함되는,
    치수 및 상아질 재생용 스캐폴드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하이드로겔은 동결건조된 하이드로겔인,
    치수 및 상아질 재생용 스캐폴드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하이드로겔은, 젤라틴, 콜라겐, 히알루론산, 키토산 등의 천연 고분자 또는 폴리아크릴산, 폴리에틸렌 옥사이드, 및 폴리비닐알코올 중 어느 하나에서 선택되는 합성 고분자인,
    치수 및 상아질 재생용 스캐폴드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구조체는 생체적합성 다공성 구조체인,
    치수 및 상아질 재생용 스캐폴드.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 구조체는 3차원 격자 구조체임을 특징으로 하는,
    치수 및 상아질 재생용 스캐폴드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 구조체는 손상부의 형상대로 형성되는,
    치수 및 상아질 재생용 스캐폴드.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 구조체는, 폴리리카프로락톤, 폴리락트산, 폴리글리콜라이드, PLGA(poly(lactic-co-glycolic)acid) 중 어느 하나에서 선택되는,
    치수 및 상아질 재생용 스캐폴드.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 구조체는, 하이드록시아파타이트 또는 트리칼슘포스페이트를 추가로 포함하는,
    치수 및 상아질 재생용 스캐폴드.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 중층 나노섬유는 생체적합성 및 소수성임을 특징으로 하는,
    치수 및 상아질 재생용 스캐폴드.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 중층 나노섬유는, 소수성 고분자인, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌글리콜, 폴리글리콜라이드, 폴리락트산, 및 PLCL(poly(L-lactide-co-ε-caprolactone)), PLGA(Poly(L-lactide-co-glycolide)) 중 어느 하나에서 선택되는,
    치수 및 상아질 재생용 스캐폴드.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 중층 나노섬유는, 친수성 고분자인, 콜라겐인,
    치수 및 상아질 재생용 스캐폴드.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 중층 나노섬유는 0.1㎛ 내지 1㎛의 공극 직경을 갖는,
    치수 및 상아질 재생용 스캐폴드.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 중층 나노섬유는 상기 하이드로겔 및 상기 구조체 사이를 차폐하고, 상기 약물 및 치수 줄기세포를 통과시키는,
    치수 및 상아질 재생용 스캐폴드.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 상층 나노섬유는 생체적합성을 특징으로 하는,
    치수 및 상아질 재생용 스캐폴드.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 상층 나노섬유는, 소수성 고분자인, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌글리콜, 폴리글리콜라이드, 폴리락트산, 및 PLCL(poly(L-lactide-co-ε-caprolactone)), PLGA(Poly(L-lactide-co-glycolide)) 중 어느 하나에서 선택되는,
    치수 및 상아질 재생용 스캐폴드.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 상층 나노섬유는, 친수성 고분자인, 콜라겐인,
    치수 및 상아질 재생용 스캐폴드.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 상층 나노섬유는 0.1㎛ 내지 1㎛의 공극 직경을 갖는,
    치수 및 상아질 재생용 스캐폴드.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 상층 나노섬유는, 치아를 밀봉하기 위한 최상단 인공 재료 및 상기 구조체 사이를 차폐하고, 상기 인공 재료및 세균의 침투를 방지하는,
    치수 및 상아질 재생용 스캐폴드.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 스캐폴드는 치수가 재생됨에 따라 점차 분해되어 자연적으로 제거되는,
    치수 및 상아질 재생용 스캐폴드.
  21. 전기방사를 통해 상층 및 중층 나노섬유를 제조하고, 3D 프린터로 구조체를 프린팅하는 제1단계;
    상기 중층 나노섬유 상에 상기 구조체를 위치시키고, 상기 구조체 상에 상기 상층 나노섬유를 위치시킨 뒤, 서로의 접촉면을 열압착 또는 열융착 시키는 제2단계;
    용액 상태인 하이드로겔, 또는 나노섬유와 열압착 또는 열융착된 구조체 중 하나의 구성요소를 몰드 내에 삽입하는 제3단계;
    상기 제3 단계에서 삽입한 구성요소 이외의 구성요소를 몰드 내에 삽입하는 제4단계; 및
    상기 하이드로겔을 몰드 내에서 겔화(gelation)시키는 제5단계;를 포함하는,
    치수 및 상아질 재생용 스캐폴드 제조 방법.
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