KR102598899B1 - 히알루론산 기반 기능성 하이드로겔 복합체 및 이의 제조방법 - Google Patents
히알루론산 기반 기능성 하이드로겔 복합체 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 히알루론산 기반 기능성 하이드로겔 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 가교제의 사용량을 줄임에 따라 경제적이면서 안정적이고, 기존 제품 대비 물성이 열등하지 않은 하이드로겔의 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 히알루론산 기반 기능성 하이드로겔 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, BDDE로 대표되는 가교제의 사용량을 줄임에 따라 경제적이면서 안정적이고, 기존 제품 대비 높은 점탄성과 적절한 수준의 주입력을 갖는 등 물성이 기존 제품 대비 열등하지 않은 하이드로겔 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
하이드로겔은 친수성 고분자가 물리적 또는 화학적 결합에 의해 3차원 가교를 형성하고 있는 망상구조를 총칭하는 것으로, 일반적으로 높은 수분 함량, 다공성 구조, 부드러운 물성, 생체적합성 등의 특성을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 하이드로겔의 특성은 주사슬을 구성하는 고분자의 특성에 의해 주로 정해지며, 같은 고분자 주사슬을 사용하더라도 가교방식이 다르면 새로운 특성을 가질 수 있다. 이러한 특성으로 인해, 하이드로겔은 1960년대 의학적으로 처음 사용된 이후 이를 응용하 위하여 상당한 연구가 진행되어 왔으며, 서방형, 이식형 약물전달 시스템, 생체 적합성 고분자를 이용한 하이드로겔을 제조하여 조직공학에 접목하는 등 바이오 분야에서 광범위하게 이용되고 있다.
하이드로겔은 바이오 분야에서 강점을 가지고 있으며, 특히 천연화합물로서 예를 들면 인체 유래 성분으로 콜라겐, 피브린, 히알루론산, 트롬빈 등을 사용하면 이식 시에 부작용이 적어 인체에 적용이 용이하다는 강점을 가지고 있다. 특히, 히알루론산은 조직이나 장기에 대해 항원특성이 없어 면역반응이 거의 일어나지 않는 생체적합성이 높은 고분자에 해당하므로, 인체 적용 하이드로겔 제조에 적합하다.
이러한 특성으로 인해, 히알루론산을 이용한 하이드로겔은 필러에 주로 이용되고 있으며, 크게 모노페이직(monophasic)과 바이페이직(biphasic) 필러로 나뉠 수 있다. 바이페이직이라함은 분자량이 2종 이상이거나, 또는 2종 이상의 서로 다른 고분자 물질(예를 들면 HA + CMC)의 혼합을 의미한다. 최근 히알루론산 기반 하이드로겔에서 추가적인 특성을 부가하기 위하여 많은 연구가 이루어지고 있다. 이와 관련하여, 미국등록특허 제4582865호에는 디비닐술폰(DVS)를 가교제로 사용한 하이드로겔이 개시되어 있고, 대한민국공개특허 제10-2018-0010361호에는 에폭시화된 폴리페놀로 가교된 히알루론산 하이드로겔 및 이의 제조방법이 개시되어 있으며, 대한민국등록특허 제10-2225971호에는 펩타이드 결합을 형성할 수 있는 펩타이드 가교제를 통한 하이드로겔 및 이의 제조방법이 개시되어 있고, 이에 따라 하이드로겔의 특성을 변화시킬 수 있다고 개시하고 있다.
하이드로겔의 제조방법으로는 일반적으로 가교공정, 투석공정, 멸균공정이 필요하며, 해당 과정에 따라 하이드로겔의 특성이 달라진다. 가교 공정에서는 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르(BDDE)를 혼합하여 가교시키는 것이 일반적이고, 멸균 공정에서는 고압증기멸균 후 자연냉각하는 것이 일반적이다. 공정 특성을 통해 하이드로겔의 입자크기, 점도, 유지기간, 점탄성 등의 물성학적(rheology) 특징에 차이가 나타나고, 이는 상기 3가지 공정을 포함하여 전체 생산 공정을 어떻게 진행하느냐에 따라 큰 차이를 나타낸다.
일반적으로 가교제로 사용되는 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르(BDDE)는 인체에 유해하므로, 하이드로겔 제조과정에서 충분히 제거하기 위하여 해당 공정(투석)에 많은 시간 및 노력이 필요하고, BDDE 자체의 비용도 저렴하지 않다는 문제가 있다. 이에, 본 발명자는 가교제의 사용량을 줄여 경제적이면서 안전하고, 기존 제품과 비교하여 물성도 열등하지 않은 히알루론산 기반 하이드로겔 복합체를 제조하기 위해 노력한 결과, 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 종래 히알루론산 기반 하이드로겔과 비교하여, 가교제의 사용량을 줄여 인체에 보다 안전하고 가교제 투입량이 줄어들어 투석공정 시간 또한 줄일 수 있어 경제적인 이점이 있는 히알루론산 기반 하이드로겔 복합체의 제조방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
a) 히알루론산(hyaluronic acid, HA), 및 수산화나트륨(sodium hydroxide) 용액을 혼합하여 1차 혼합물을 제조하는 단계;
b) 상기 단계 a)의 1차 혼합물에 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethyl cellulose, CMC)를 혼합하여 2차 혼합물을 제조하는 단계; 및
c) 상기 단계 b)의 2차 혼합물에 가교제를 혼합하여 3차 혼합물을 제조하는 단계;를 포함하는 하이드로겔 복합체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 a)의 히알루론산은 상기 단계 c)의 3차 혼합물 중량 대비 8 내지 12 wt%이다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 a)의 수산화나트륨 용액은 상기 단계 c)의 3차 혼합물 중량 대비 80 내지 90 wt%이다.
구체적인 본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 a)의 수산화나트륨 용액은 용매와 수산화나트륨 혼합용액 대비 0.5 내지 2 wt% 용액이다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 b)의 카르복시메틸셀룰로오스는 상기 단계 c)의 3차 혼합물 중량 대비 4 내지 7 wt%이다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 b)의 카르복시메틸셀룰로오스는 평균분자량이 1.0 × 104 내지 1.0 × 106 이다. 또한, 구체적인 본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 b)의 카르복시메틸셀룰로오스는 평균분자량이 1.0 × 105 내지 4.0 × 105 이다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 c)의 가교제는 1,4-부탄디올디글리시딜에테르(1,4-butandiol diglycidyl ether; BDDE), 에틸렌글리콜디글리시딜에테르(ethylene glycol diglycidyl ether; EGDGE), 프로필렌글리콜디글리시딜에테르(propylene glycol diglycidyl ether), 폴리에틸렌글리콜디글리시딜에테르(polyethylene glycol diglycidyl ether; EGDE), 폴리프로필렌글리콜디글리시딜에테르(polypropylene glycol diglycidyl ether), 글리세롤폴리글리시딜에테르(glycerol polyglycidyl ether), 디글리세롤폴리글리시딜에테르(diglycerol polyglycidyl ether), 폴리글리세롤폴리글리시딜에테르(polyglycerol polyglycidyl ether), 및 소르비톨폴리글리시딜에테르(sorbitol polyglycidyl ether)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이다. 구체적인 본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 c)의 가교제는 1,4-부탄디올디글리시딜에테르(1,4-butandiol diglycidyl ether; BDDE)이다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 c)의 가교제는 3차 혼합물 중량 대비 0.27 내지 0.45 wt%이다. 또한, 구체적인 본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 c)의 가교제는 3차 혼합물 중량 대비 0.3 내지 0.4 wt%이다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 a) 내지 c)에서 각 단계는 교반속도 140 내지 160 rpm이다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 하이드로겔 복합체를 제공한다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 하이드로겔 복합체는 멸균 후 점탄성이 400 내지 440 Pa이다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 하이드로겔 복합체는 멸균 후 주입력(25G)이 10 내지 14 N이다.
본 발명은 히알루론산 기반 기능성 하이드로겔 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 가교제의 사용량을 줄여 경제적이면서 안정적이고, 높은 재현성을 가지면서도 점탄성 및 주입력 등의 물성이 기존 제품 대비 열등하지 않다는 이점이 있다.
도 1 내지 3은 본 발명 실시예 및 비교예에 따른 제조과정에서 생성되는 하이드로겔 복합체의 성상을 나타낸 도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 a) 히알루론산(hyaluronic acid, HA), 및 수산화나트륨(sodium hydroxide) 용액을 혼합하여 1차 혼합물을 제조하는 단계;
b) 상기 단계 a)의 1차 혼합물에 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethyl cellulose, CMC)를 혼합하여 2차 혼합물을 제조하는 단계; 및
c) 상기 단계 b)의 2차 혼합물에 가교제를 혼합하여 3차 혼합물을 제조하는 단계;를 포함하는 하이드로겔 복합체의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 하이드로겔 복합체에 관한 것이다.
본 발명에서, 상기 단계 a)는 히알루론산 및 수산화나트륨을 혼합하여 1차 혼합물을 제조하는 단계로, 이후의 단계 b) 및/또는 c) 보다 선행되어 수행됨에 따라 하이드로겔 복합체의 제조과정에서 주성분의 용해가 적절히 진행되어 안정된 성상을 가질 수 있다. 또한, 상기 단계 a)에서 히알루론산을 2회 이상에 걸쳐 혼합할 수 있고, 히알루론산 및 수산화나트륨을 혼합하는 순서는 특별히 한정되지 않는다.
본 발명에서, 상기 단계 b)는 상기 단계 a)를 통해 제조된 1차 혼합물에 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)를 혼합하여 2차 혼합물을 제조하는 단계로, 카르복시메틸셀룰로오스를 단계 a) 이후에 첨가함으로서 히알루론산이 swelling된 환경에 카르복시메틸셀룰로오스를 순차적으로 swelling시켜, BDDE를 이용한 화학적인 가교작업 이전에, 히알루론산 사슬과 카르복시메틸셀룰로오스 사슬간 물리적인 가교를 극대화시킨 다음 BDDE를 투입하여 화학적인 가교를 진행하였다. 또한 물리적인 가교의 순서와 정도(RPM)를 통일하여 재현성 있는 결과(혹은 제품)가 산출되도록 하였다.
본 발명에서, 상기 단계 c)는 상기 단계 b)의 2차 혼합물에 가교제를 혼합하여 3차 혼합물을 제조하는 단계로, 가교제를 통해 히알루론산과 카르복시메틸셀룰로오스가 가교됨에 따라 하이드로겔의 형성이 가능하다. 여기에서, 가교제가 3차 혼합물 대비 일정량을 유지하여야 적합한 수치의 물성을 갖는 하이드로겔의 제조가 가능하다.
본 발명에서, 상기 단계 a) 내지 c) 이후,
d) 3차 혼합물을 배양기에 보관하여 큐어링(Curing)하는 단계;
e) 잔류 가교제를 제거하기 위하여 투석하는 단계;
f) 팽윤 및 미분쇄하는 단계;
g) 시린지에 충진하는 단계; 및
h) 오토클레이브(autoclave)를 통해 멸균하는 단계;로 구성된 군으로부터 하나 이상의 단계를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 단계 d)는 20 내지 30 ℃에서, 15 내지 20 시간 동안 큐어링할 수 있고, 상기 단계 e)는 PBS 버퍼를 투석막 내부 용매로 하여, NaCl를 이용하여 1차 투석, 및 PBS 버퍼로 2차 투석할 수 있다. 여기에서, NaCl 용액을 이용하여 BDDE의 투석 효율을 극대화시키고, PBS를 이용하여 하이드로겔의 pH, 삼투압, 전해질 농도 등을 인체의 그것과 유사하게 조절할 수 있다. 상기 단계 f)는 PBS 버퍼를 팽윤 용매로 하여 팽윤시키고, 500 내지 2000 ㎛ 및 50 내지 150 ㎛로 각 1회 이상씩 미분쇄를 진행할 수 있다. 또한, 상기 단계 g)는 시린지에 충전하고, 탈포를 추가로 진행할 수 있으며, 상기 단계 h)는 멸균 규격에 따라 진행할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 a)의 히알루론산은 상기 단계 c)의 3차 혼합물 중량 대비 8 내지 12 wt%이다. 구체적인 본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 a)의 히알루론산은 상기 단계 c)의 3차 혼합물 중량 대비 9 내지 11.5 wt%, 더 구체적으로 10 내지 11 wt%, 10.2 내지 11 wt%, 10.5 내지 11 wt%, 10.7 내지 10.9 wt%일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 a)의 수산화나트륨 용액은 상기 단계 c)의 3차 혼합물 중량 대비 82 내지 88 wt%이다.
구체적인 본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 a)의 수산화나트륨 용액은 용매와 수산화나트륨 혼합용액 대비 0.5 내지 2 wt% 용액이다.
보다 더 구체적인 본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 a)의 수산화나트륨 용액은 3차 혼합물 중량 대비 82 내지 88 wt%, 더 구체적으로 83 내지 85 wt%일 수 있고, 여기에서 수산화나트륨 용액은 0.7 내지 1.5 wt%, 더 구체적으로는 0.8 내지 1.2 wt일 수 있다. 이에 따라, 포함된 수산화나트륨은 3차 혼합물 중량대비 0.5 내지 1.0 wt%, 더 구체적으로 0.6 내지 0.9 wt%, 0.8 내지 0.85 wt%, 0.82 내지 0.85 wt%일 수 있다.
본 발명에서, 수산화나트륨은 용매와 혼합된 상태에서 사용될 수 있고, 용매는 물 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 여기에서, 수산화나트륨이 용해된 용액은 제균 여과하여 수득된 수산화나트륨 용액일 수 있다. 또한, 여기에서 수산화나트륨 용액을 대신하여 염기성용액을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 b)의 카르복시메틸셀룰로오스는 상기 단계 c)의 3차 혼합물 중량 대비 3.5 내지 7 wt%이다.
본 발명에서 카르복시메틸셀룰로오스는 가교제의 사용량을 감소시킴에 따라 일정량 이상을 사용하는 것이 바람직하고, 3차 혼합물 중량 대비 최소 3.5 wt%이상을 사용하여야 한다. 구체적인 본 발명의 일 양태에서, 카르복시메틸셀룰로오스는 3차 혼합물 중량 대비, 4 내지 6 wt%, 더 구체적으로 4 내지 5 wt%일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 b)의 카르복시메틸셀룰로오스는 평균분자량이 1.0 × 104 내지 1.0 × 106 이다.
구체적인 본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 b)의 카르복시메틸셀룰로오스는 평균분자량이 1.0 × 105 내지 4.0 × 105 이다.
본 발명에서, 카르복시메틸셀룰로오스의 특성에 따라 제조되는 하이드로겔의 특성이 달라진다. 이에, 카르복시메틸셀룰로오스의 바람직한 스펙은 평균 분자량이 1.0 × 105 내지 4.0 × 105, 더 구체적으로 1.5 × 105 내지 3.0 × 105 이고, 치환도가 0.5 내지 0.9, 더 구체적으로 0.6 내지 0.8 이며, 점도가 200 내지 1,000 mPa·s, 더 구체적으로 300 내지 900 mPa·s일 수 있다. 카르복시메틸셀룰로오스가 상기 범위의 특성을 가짐에 따라 제조되는 하이드로겔이 적합한 점탄성을 가질 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 c)의 가교제는 1,4-부탄디올디글리시딜에테르(1,4-butandiol diglycidyl ether; BDDE), 에틸렌글리콜디글리시딜에테르(ethylene glycol diglycidyl ether; EGDGE), 프로필렌글리콜디글리시딜에테르(propylene glycol diglycidyl ether), 폴리에틸렌글리콜디글리시딜에테르(polyethylene glycol diglycidyl ether; EGDE), 폴리프로필렌글리콜디글리시딜에테르(polypropylene glycol diglycidyl ether), 글리세롤폴리글리시딜에테르(glycerol polyglycidyl ether), 디글리세롤폴리글리시딜에테르(diglycerol polyglycidyl ether), 폴리글리세롤폴리글리시딜에테르(polyglycerol polyglycidyl ether), 및 소르비톨폴리글리시딜에테르(sorbitol polyglycidyl ether)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이다.
구체적인 본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 c)의 가교제는 1,4-부탄디올디글리시딜에테르(1,4-butandiol diglycidyl ether; BDDE)이다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 c)의 가교제는 3차 혼합물 중량 대비 0.27 내지 0.45 wt%이다.
구체적인 본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 c)의 가교제는 3차 혼합물 중량 대비 0.3 내지 0.4 wt%이다.
히알루론산 기반 하이드로겔에서 일반적으로 전체 중량 대비 0.5 wt% 이상이 사용되나, 본 발명은 가교제의 사용량을 줄임에도 점탄성 등의 하이드로겔 특성을 유지할 수 있고, 안정성 및 경제성이 확보가능하다. 본 발명에서 가교제는 1,4-부탄디올디글리시딜에테르(BDDE)이고, 1,4-부탄디올디글리시딜에테르는 3차 혼합물 중량 대비 0.3 내지 0.4 wt%일 수 있고, 보다 더 구체적으로 0.32 내지 0.39 wt%, 0.34 내지 0.38 wt%일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 a) 내지 c)에서 각 단계는 교반속도 140 내지 160 rpm로 교반하는 것이다. 보다 구체적으로, 각 단계에서 교반속도는 140 내지 160 미만 rpm, 더 구체적으로 145 내지 155 rpm, 147 내지 153 rpm일 수 있다.
본 발명에서, 상기 단계 a) 내지 c)에서 각 단계는 일정 시간 이상 교반하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 단계 a)는 2시간 이상, 구체적으로 2.5시간 이상, 3시간 이상일 수 있고, 더 구체적으로 2시간 이상 4시간 이하, 2.5시간 이상 4시간 미만, 3시간 이상 3.5시간 이하일 수 있다. 또한, 상기 단계 b)는 2시간 이상, 구체적으로 2.5시간 이상, 3시간 이상일 수 있고, 더 구체적으로 2시간 이상 4시간 이하, 2.5시간 이상 4시간 미만, 3시간 이상 3.5시간 이하일 수 있다. 또한, 상기 단계 c)는 0.4시간 이상, 구체적으로 0.5시간 이상, 1시간 이상일 수 있고, 더 구체적으로 0.4시간 이상 2시간 이하, 0.5시간 이상 2시간 미만, 1시간 이상 1.5시간 이하일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 하이드로겔 복합체에 관한 것이다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 하이드로겔 복합체는 멸균 후 점탄성이 400 내지 440 Pa일 수 있다. 구체적으로, 상기 하이드로겔 복합체는 멸균 후 점탄성이 400 내지 435 Pa일 수 있다. 또한, 본 발명에서 하이드로겔 복합체는 에이징(aging)과 함께, 360 내지 400 Pa에 해당하는 점탄성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 하이드로겔 복합체는 멸균 후 주입력(25G)이 10 내지 14 N일 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 히알루론산 기반 하이드로겔의 제조
히알루론산(hyaluronic acid, HA) 24 g 및 1 wt% 수산화나트륨(sodium hydroxide) 186 g을 혼합하고, 150 rpm으로 3시간 동안 교반하였다. 그 후, 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethyl cellulose, CMC) 10 g을 추가하고 150 rpm으로 3시간 동안 교반하였다.
상기 교반된 혼합물과 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르(1,4-butanediol diglycidyl ether, BDDE)를 0.8 g 혼합하고 150 rpm에서 1시간 동안 교반하여 가교반응을 진행시켰다. 그 후, 25 ℃ 배양기에서 18 시간동안 큐어링한 후, 잔류 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르를 제거하기 위하여, PBS 버퍼를 용매로 하여 투석 공정을 진행하였다. 투석 공정은 1차로 염화나트륨(sodium chloride)용액을 통해 (2일/회 * 2회), 2차로 PBS 버퍼를 통해 (1일/회 * 2회) 진행하였다. 투석시 사용한 맴브레인 필터(CelluSepT2 제품)는 분자량 cut off 6,000~8,000이었으며, 투석 공정이 진행되는 동안 투석막을 교체하지 않고 사용하였다. 투석이 완료된 반제품 벌크를 PBS 버퍼를 용매로 하여 팽윤을 진행하고, 메쉬(mesh) 크기 1,000 ㎛, 100 ㎛로 각각 2회씩 미분쇄 공정을 진행하였다. 그 후, 1 mL 시린지(syringe)에 충전하고, 주사기 내 탈포 공정을 진행한 후, 멸균 공정을 거쳐 히알루론산 기반 하이드로겔(G-17, G-18)을 제조하였다.
여기에서, 상기 카르복시메틸셀룰로오스의 평균분자량은 250,000이고, 치환도는 0.7이며, 점도는 400~800 mPa·s (2% 황산용액에서 측정)인 고분자 카르복시메틸셀룰로오스(HW CMC)를 사용하였다.
또한, 상기 제조방법과 동일하되, 교반 rpm을 140으로 하여 히알루론산 기반 하이드로겔(G-16)을 제조하였다.
<실시예 2> 히알루론산 기반 하이드로겔의 제조
히알루론산(hyaluronic acid, HA) 12 g 및 1 wt% 수산화나트륨(sodium hydroxide) 186 g을 혼합하고, 140 rpm으로 20분 동안 교반하였다. 그 후, 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethyl cellulose, CMC) 10 g을 추가하고 140 rpm으로 2시간 40분 동안 교반하였다. 이 후, 히알루론산 12 g을 추가로 혼합하고 140 rpm으로 3시간동안 교반하였다.
이 후 공정은 상기 <실시예 1>과 동일한 방법에 의해 히알루론산 기반 하이드로겔(G-15)를 제조하였다.
<비교예 1> 제조방법을 달리하는 하이드로겔의 제조
히알루론산 12 g, 카르복시메틸셀룰로오스 10 g 및 1 wt% 수산화나트륨 186 g을 혼합하고, 140 rpm으로 3시간 동안 교반하였다. 그 후, 히알루론산 12 g을 추가로 혼합하고 140 rpm으로 2시간 동안 교반하였다. 이 후 공정은 상기 <실시예 1>과 동일한 방법에 의해 하이드로겔(G-7)을 제조하였다. 여기에서, 상기 카르복시메틸셀룰로오스는 평균분자량은 90,500이고, 치환도는 0.7이며, 점도는 25~50 mPa·s (2% 황산용액에서 측정)인 중분자 카르복시메틸셀룰로오스(MW CMC)를 사용하였다.
또한, 상기 제조방법과 동일하되 카르복시메틸셀룰로오스의 평균분자량은 250,000이고, 치환도는 0.7이며, 점도는 400~800 mPa·s (2% 황산용액에서 측정)인 고분자 카르복시메틸셀룰로오스(HW CMC)를 사용하여, 히알루론산 기반 하이드로겔(G-8)을 제조하였다.
<비교예 2> 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르(BDDE)의 사용량을 달리하는 하이드로겔의 제조
<비교예 2-1> BDDE의 사용량을 달리하는 하이드로겔의 제조 (1)
상기 <비교예 1>과 동일한 방법에 의해 히알루론산, 카르복시메틸셀룰로오스 및 수산화나트륨의 혼합물을 제조하였다. 이 후, 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르(BDDE)를 1.0 g을 사용하는 것을 제외하고, 상기 <실시예 1>과 동일한 방법에 의해 하이드로겔(G-3)을 제조하였다.
또한, 상기 제조방법과 동일하되 고분자 카르복시메틸셀룰로오스(HW CMC)를 사용하여, 히알루론산 기반 하이드로겔(G-4)을 제조하였다.
<비교예 2-2> BDDE의 사용량을 달리하는 하이드로겔의 제조 (2)
상기 <비교예 1>과 동일한 방법에 의해 히알루론산, 카르복시메틸셀룰로오스 및 수산화나트륨의 혼합물을 제조하였다. 이 후, 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르(BDDE)를 0.6 g을 사용하는 것을 제외하고, 상기 <실시예 1>과 동일한 방법에 의해 하이드로겔(G-9)을 제조하였다.
또한, 상기 제조방법과 동일하되 고분자 카르복시메틸셀룰로오스(HW CMC)를 사용하여, 히알루론산 기반 하이드로겔(G-10)을 제조하였다.
<비교예 3> 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)의 사용량을 달리하는 하이드로겔의 제조
상기 <비교예 1>의 제조방법에서, 고분자 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)를 7.5 g, 5.0g 사용한 것을 제외하고, 동일한 방법에 의해 하이드로겔(G-11, G-12)을 제조하였다.
<실험예 1> 하이드로겔의 가교 여부 확인
히알루론산을 제외하고 고분자 카르복시메틸셀룰로오스(HW CMC) 24 g, BDDE 1.0 g을 사용하여 가교 여부를 확인하였다. 실험결과, BDDE가 히알루론산 뿐만 아니라 카르복시메틸셀룰로오스와도 가교됨을 확인하였다.
<실험예 2> 하이드로겔 제조과정에서 성상 변화 확인
상기 실시예 및 비교예의 제조과정에서 아지랭이 성상을 관찰하였으며, 성상은 도 1 내지 3에 나타난 바와 같다.
도 1 내지 3에 나타난 바와 같이, 비교예 1 내지 3의 방법에 따라 제조하는 경우, 아지랑이 성상이 관찰되었으나, 실시예 1 또는 2의 방법에 따라 제조하는 경우 아지랑이 성상이 개선된 것을 확인하였다.
<실험예 3> 하이드로겔의 물성 측정
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 하이드로겔의 물성을 측정하였다.
하이드로겔의 점탄성(G′)은 진동 회전형 레오미터 [TA instruments DHR-1 (40mm geometry)]를 이용하여, 온도 25 ℃, 주파수 0.05~10 Hz에서 측정되었으며, 3회에 걸쳐 측정된 값의 평균값을 측정하였고, 측정결과는 하기 표 1에 나타난 바와 같다.
하이드로겔의 주입력은 인장압축 시험기 [Mecmesin multitest 2.5-d]를 이용하여 온도 25 ℃, 시린지에 주입액을 넣고 측정하였으며, 3회에 걸쳐 측정된 값의 평균값을 측정하였고, 측정 결과는 하기 표 1에 나타난 바와 같다.
(* 기존 제조방법의 BDDE 사용량은 lab scale로 변환하는 경우, 1.3g에 해당함)
| NO. | BDDE (g) |
점탄성 (멸균 전) |
점탄성 (멸균 후) |
점탄성 감소량 |
주입력 (멸균 전) |
주입력 (멸균 후) |
| G-3 (중) (비교예 2-1) |
1.0 | 616.5 | 358.0 | 258.5 | 14.28 | 14.98 |
| G-4 (고) (비교예 2-1) |
805.3 | 547.9 | 257.4 | 16.32 | 15.86 | |
| G-7 (중) (비교예 1) |
0.8 | 519.9 | 319.7 | 200.1 | 21.18 | 14.83 |
| G-8 (고) (비교예 1) |
757.0 | 495.5 | 261.5 | 14.62 | 12.74 | |
| G-9 (중) (비교예 2-2) |
0.6 | 285.7 | 161.9 | 123.8 | 14.83 | 15.15 |
| G-10 (고) (비교예 2-2) |
506.4 | 298.1 | 208.4 | 15.27 | 14.97 | |
| G-11 (고) (비교예 3) |
0.8 | 616.8 | 324.4 | 292.4 | 17.20 | 16.11 |
| G-12 (고) (비교예 3) |
448.8 | 223.8 | 225.0 | 13.85 | 15.36 | |
| G-15 (고) (실시예 2) |
0.8 | 599.1 | 318.7 | 280.4 | 17.17 | 12.44 |
| G-16 (고) (실시예 1) |
679.3 | 358.8 | 320.5 | 12.57 | 13.21 | |
| G-17 (고) (실시예 1) |
666.8 | 401.7 | 265.1 | 12.3 | 13.8 | |
| G-18 (고) (실시예 1) |
724.9 | 433.1 | 291.8 | 10.4 | 11.1 | |
| * 점탄성 단위: Pa / * 주입력 단위: N HA monophasic filler 멸균 후 점탄성 감소 : 100~150 (Pa) |
||||||
히알루론산 기반 하이드로겔에서 적합한 필요한 특성은 하기와 같다.
- 히알루론산: 24 mg/mL 이상
- 점탄성: 360~400 Pa (멸균 직후 점탄성 수치 400~440 Pa / 수일 내에 약 10%정도 점탄성이 낮아지며 안정화 됨)
- 주입력(25G): 11~13 N
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1(G-15 내지 G18) 및 비교예 1 내지 2(G-3 내지 G-10)를 통해 나타난 바와 같이 CMC의 분자량 중 고분자 CMC가 더 우수한 효과를 나타내며, 적절한 범위의 BDDE 사용이 필요한 것을 확인하였다. 또한, 실시예 1(G-15 내지 G-18) 및 비교예 3(G-11, G12)를 통해 나타난 바와 같이 적절한 범위의 CMC 사용이 필요한 것을 확인하였다.
또한, 실시예 1 및 2(G-15 내지 G-18)에서 나타난 바와 같이 히알루론산을 한 번에 투입하는 경우와 2차례로 나누어 투입하는 경우 한번에 투입하는 것이 더욱 적합한 것을 확인하였다. 또한, 실시예 1에서 동일한 실험을 각각 실험하여 재현성이 있음을 확인하였다.
전체적으로, 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르(BDDE)를 적절한 범위를 초과하여 사용하는 경우, 중분자 카르복시메틸셀룰로오스(MW CMC)와 함께 사용 시 점탄성이 부족하고, 고분자 카르복시메틸셀룰로오스(HW CMC)와 함께 사용 시 점탄성이 현저하게 높다. 또한, 중분자 및 고분자 CMC에서 모두 주입력이 높다. 또한, BDDE를 적절한 범위 미만으로 사용하는 경우, MW CMC 또는 HW CMC와 함께 사용하여 제조된 하이드로겔 모두가 점탄성이 현저하게 부족하며, 주입력이 높은 것으로 나타났다.
또한, BDDE를 적절한 범위로 사용하더라도, 제조방법을 달리하는 경우 MW CMC 또는 HW CMC를 사용하여 제조된 하이드로겔 모두 점탄성이 현저하게 낮거나, 현저하게 높아 하이드로겔로서 적합하지 않음을 확인하였다.
뿐만 아니라, CMC의 사용량이 낮은 경우에는 하이드로겔의 점탄성은 현저하게 낮고, 주입력은 현저하게 높아 하이드로겔로서 부적합함을 확인하였다.
또한, 제조과정에서 교반속도가 하이드로겔의 성상에 영향을 주는 것을 확인하였다.
Claims (15)
- a) 히알루론산(hyaluronic acid, HA), 및 수산화나트륨(sodium hydroxide) 용액을 혼합하여 1차 혼합물을 제조하는 단계;
b) 상기 단계 a)의 1차 혼합물에 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethyl cellulose, CMC)를 혼합하여 2차 혼합물을 제조하는 단계; 및
c) 상기 단계 b)의 2차 혼합물에 가교제를 혼합하여 3차 혼합물을 제조하는 단계;를 포함하는 하이드로겔 복합체의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 a)의 히알루론산은 상기 단계 c)의 3차 혼합물 중량 대비 8 내지 12 wt%인, 하이드로겔 복합체의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 a)의 수산화나트륨 용액은 상기 단계 c)의 3차 혼합물 중량 대비 82 내지 88 wt%인, 하이드로겔 복합체의 제조방법.
- 제3항에 있어서,
상기 단계 a)의 수산화나트륨 용액은 용매와 수산화나트륨 혼합용액 대비 0.5 내지 2 wt% 용액인, 하이드로겔 복합체의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 b)의 카르복시메틸셀룰로오스는 상기 단계 c)의 3차 혼합물 중량 대비 3.5 내지 7 wt%인, 하이드로겔 복합체의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 b)의 카르복시메틸셀룰로오스는 평균분자량이 1.0 × 104 내지 1.0 × 106 인, 하이드로겔 복합체의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 b)의 카르복시메틸셀룰로오스는 평균분자량이 1.0 × 105 내지 4.0 × 105 인, 하이드로겔 복합체의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 c)의 가교제는 1,4-부탄디올디글리시딜에테르(1,4-butandiol diglycidyl ether; BDDE), 에틸렌글리콜디글리시딜에테르(ethylene glycol diglycidyl ether; EGDGE), 프로필렌글리콜디글리시딜에테르(propylene glycol diglycidyl ether), 폴리에틸렌글리콜디글리시딜에테르(polyethylene glycol diglycidyl ether; EGDE), 폴리프로필렌글리콜디글리시딜에테르(polypropylene glycol diglycidyl ether), 글리세롤폴리글리시딜에테르(glycerol polyglycidyl ether), 디글리세롤폴리글리시딜에테르(diglycerol polyglycidyl ether), 폴리글리세롤폴리글리시딜에테르(polyglycerol polyglycidyl ether), 및 소르비톨폴리글리시딜에테르(sorbitol polyglycidyl ether)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인, 하이드로겔 복합체의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 c)의 가교제는 1,4-부탄디올디글리시딜에테르(1,4-butandiol diglycidyl ether; BDDE)인, 하이드로겔 복합체의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 c)의 가교제는 3차 혼합물 중량 대비 0.27 내지 0.45 wt%인, 하이드로겔 복합체의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 c)의 가교제는 3차 혼합물 중량 대비 0.3 내지 0.4 wt%인, 하이드로겔 복합체의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 a) 내지 c)에서 각 단계는 교반속도 140 내지 160 rpm로 교반하는 것인, 하이드로겔 복합체의 제조방법.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 제조된 하이드로겔 복합체.
- 제13항에 있어서,
상기 하이드로겔 복합체는 멸균 후 점탄성이 400 내지 440 Pa인, 하이드로겔 복합체.
- 제13항에 있어서,
상기 하이드로겔 복합체는 멸균 후 주입력이 10 내지 14 N인, 하이드로겔 복합체.
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