KR20050120673A - 생체 조직 보충재 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부착된 세포의 성장을 촉진시킴과 동시에 간(幹)세포의 부착성을 향상시키는 것을 목적으로 한다. 인산 칼슘(예를 들면, β-TCP) 다공체를 포함하는 원주 형상의 골격이며, 한쪽 방향으로 연장되는 여러 개의 관통 구멍이 거의 동일한 두께의 격벽 부재에 의해 서로 구획을 이룬 형상을 구비하고 있다. 본 발명은 관통 구멍은 사각 형상으로 형성되어 있고, 격벽 부재의 표면에는 여러 개의 오목부와 구멍부가 형성된 생체 조직 보충재 및 그의 제조 방법을 제공한다.

Description

생체 조직 보충재 및 그의 제조 방법 {Material for Repairing Biological Tissues and Process for Producing the Same}

본 발명은 생체 조직 결손부를 재생하는 데 사용되는 생체 조직 보충재(補塡材) 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 골 종양 적출이나 외상 등에 의해 생긴 뼈 등의 생체 조직의 결손부에 골 보충재 등의 생체 조직 보충재를 보충함으로써, 뼈를 재생시켜 결손부를 회복시키는 것이 가능해졌다. 골 보충재로서 히드록시 인회석(HAP)이나 인산 삼칼슘(TCP)이 알려져 있지만, 체 내에 이물질을 남기지 않을 것으로 사료되는, 예를 들면 β-TCP와 같은 인산 칼슘 다공체를 포함하는 골격(scaffold)이 사용된다. β-TCP를 골 결손부의 뼈 세포에 접촉시키면, 파골 세포가 β-TCP를 흡수하고 골아 세포가 새로운 뼈를 형성하는, 소위 리모델링이 행해진다. 즉, 골 결손부에 보충된 골 보충재는 경시적으로 자가 골로 치환된다

한편, 후술하는 골 결손부의 회복 속도를 높이기 위해, 환자로부터 채취한 골수액에 골 보충재를 침지시켜 골수액에 포함되는 골수 간엽계 간세포를 골 보충재와 함께 배양함으로써 제조되는 배양 골 등의 생체 조직 보충체를 사용하는 것이 제안되어 있다. 이와 같이 배양하여 골 보충재를 골격으로 하여 증식시킨 다수의 골수 간엽계 간세포를 포함하는 골 보충체를 골 결손부에 보충하기 때문에, 수술 후에 체 내에 세포를 증식시키는 방법과 비교하여 자가 골로 치환되기까지 소요되는 기간을 대폭 단축시킬 수 있다(우에무라 외 2명, 「생분해성 β-TCP 다공 재료를 이용한 뼈에 있어서의 조직 엔지니어링 - 생체내에서 강도를 증가시키는 새로운 재료 오스페리온 -」, 메디칼 아사히, 아사히 신분샤, 2001년 10월 1일, 제30권, 제10호, p.46-49 참조).

<발명의 개시>

그러나, 골 보충재로서 다공체를 사용하더라도 골수 간엽계 간세포는 골 보충재 표면에만 부착될 될 뿐, 골수 간엽계 간세포를 골 보충재 내부까지 충분히 부착시키는 것은 곤란하였다. 또한, 골 보충재에 세포를 부착시키더라도 세포의 성장에 필요한 성분 등이 내부까지 침투되지 않는 한편, 세포 노폐물이 세포 주변에 저류(貯留)되어 세포 노폐물의 원활한 교환을 저해시키는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 부착된 세포의 성장을 촉진시킴과 동시에 간세포에 대한 부착성이 높은 생체 조직 보충재 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 이하의 수단을 채용한다.

본 발명의 생체 조직 보충재는, 한쪽 방향으로 연장되는 여러 개의 관통 구멍이 거의 동일한 두께의 격벽 부재에 의해 서로 구획을 이룬 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

이 생체 조직 보충재는 상기 형상을 가짐으로써, 큰 표면적을 확보하는 것이 가능해져 보다 많은 세포를 표면에 부착시킬 수 있게 되었다. 또한, 관통 구멍을 통해 보충재 내부까지 세포를 부착시키기 쉽게 하고, 관통 구멍을 통해 세포 노폐물의 교환을 용이하게 할 수 있다.

상기 생체 조직 보충재는 벌집 형상일 수 있다.

본 발명은 상기 생체 조직 보충재에 관한 것으로, 상기 격벽 부재에 오목부 및 구멍부중 하나 이상이 형성된 것이 바람직하다.

본 발명의 생체 조직 보충재의 제조 방법은, 슬러리상으로 형성된 원료와 소결 온도보다 낮은 융점을 갖는 입상의 고형체를 혼합하는 공정과, 상기 고형체를 혼합한 상기 원료를 성형틀에 공급하여 여러 개의 관통 구멍이 거의 동일한 두께의 격벽 부재에 의해 서로 구획을 이룬 성형체를 형성하는 공정과, 상기 성형체를 소결하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 성형체는 벌집 형상으로 형성된 벌집형 성형체일 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시 양태의 생체 조직 보충재의 외관을 나타내는 도면이다.

도 2A는 도 1의 II-II 단면의 일례를 나타내는 도면이다.

도 2B는 도 1의 II-II 단면의 다른 예를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 한 실시 양태의 생체 조직 보충재의 제조 과정을 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 한 실시 양태에 있어서 벌집형 성형시에 사용되는 벌집형 성형용 형틀의 외관을 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 한 실시 양태에 있어서 고형체를 포함하는 벌집형 성형체의 단면을 나타내는 도면이다.

본 발명의 한 실시 양태에 따른 생체 조직 보충재에 대하여 도 1 내지 도 5를 참조하여 이하에 설명한다.

본 실시 양태에 따른 골 보충재(생체 조직 보충재)(10)은 인산 칼슘(예를 들면, β-TCP) 다공체를 포함하는 원주 형상의 골격이며, 도 1에 나타낸 바와 같이 한쪽 방향으로 연장되는 여러 개의 관통 구멍(11)이 거의 동일한 두께(예를 들면, 0.05 mm 내지 0.5 mm 정도)의 격벽 부재(12)에 의해 서로 구획을 이룬 벌집 형상을 구비하고 있다. 관통 구멍(11)은 주로 사각 형상으로 형성되어 있고, 격벽 부재(12)의 표면에는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 여러 개의 오목부(13)과 구멍부(14)가 형성되어 있다.

다음으로, 이상의 구성을 포함하는 본 실시 양태에 따른 골 보충재(10)의 제조 방법에 대하여 설명한다.

골 보충재(10)의 제조 공정은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 슬러리상으로 형성된 원료와 소결 온도보다 낮은 융점을 갖는, 도 5에 나타낸 바와 같은 입상의 왁스 비드(고형체)(15)를 혼합하는 공정(S01)과, 왁스 비드(15)를 혼합한 원료를 도 4에 나타낸 바와 같은 벌집형 성형틀(성형틀)(16)에 유입시키고, 도 5에 나타낸 바와 같은 여러 개의 관통 구멍(11)이 거의 동일한 두께의 격벽 부재(12)에 의해 서로 구획을 이룬 벌집형 성형체(17)을 형성하는 공정(S02)와, 벌집형 성형체(17)을 소결하는 공정(S03)을 구비하고 있다. 이하, 각 공정에 대하여 설명한다.

왁스 비드(15)를 혼합하는 공정(S01)에서는, 우선, 예를 들면 일본 특허 공개 (평)5-237178호 공보에 개시되어 있는 방법에 의해, 혼합 발포시킨 수성 발포 슬러리를 제조하고, 이를 β-TCP로부터 제조한 과립상 성형체와 혼합하여 슬러리상으로 형성한 원료를 제조한다.

이 원료에 왁스 비드(15)를 혼합한다.

다음에, 벌집형 성형체(17)을 형성하는 공정(S02)에 대하여 설명한다.

이 공정에서는, 왁스 비드(15)가 혼입된 원료를 도 4에 나타낸 벌집형 성형틀(16)에 공급하여 도 5에 나타낸 벌집형 성형체(17)을 제조한다.

도 4의 벌집형 성형틀(16)의 상부에는, 깔때기상으로 형성된 원료 주입구(18)이 형성되어 있다. 한편, 하부의 내부에는, 예를 들면 0.1 mm의 폭을 가지고 벌집형 성형틀(16)의 각 변에 평행한 방향으로 각각 연장되는 슬릿(19)가 형성되어 있으며, 원료 주입구(18)의 하단부와 슬릿(19)의 한쪽 말단부가 통로(20)을 통해 연통되어 있다.

원료 주입구(18)로부터 주입한 원료를 통로(20)을 통해 각 슬릿(19) 내에 침투시킨다. 그렇게 하면, 사각 형상의 관통 구멍(11)과 각 관통 구멍(11)을 격리시키는 격벽 부재(12)가 형성된 벌집 형상의 벌집형 성형체(17)이 벌집형 성형틀(16)의 하단면(21)로부터 배출된다. 이 때 벌집형 성형체(17)의 단면은, 도 5에 나타낸 바와 같이, 격벽 부재(12) 내부에 왁스 비드(15)가 함유된 구성으로 되어 있다.

계속해서, 벌집형 성형체(17)을 소결하는 공정(S03)에 대하여 설명한다.

벌집형 성형체(17)을, 예를 들면 일본 특허 공개 (평)5-237178호 공보에 개시되어 있는 방법에 의해, 건조시킨 후에 소결시킨다. 이 때, 벌집형 성형체(17) 내부에 포함되는 왁스 비드(15)의 융점이 소결 온도보다 저온이기 때문에, 상기 왁스 비드는 소결시 가열에 의해 용융된 후에, 격벽 부재(12) 외부로 유출되어 관통 구멍(11)로부터 벌집형 성형체(17) 외부로 제거된다.

이렇게 해서, 도 2A 및 도 2B에 나타낸 바와 같이, 격벽 부재(12)의 표면 및 내부에 오목부(13) 및 구멍부(14)를 형성한다.

이렇게 해서 얻어진 골 보충재(10)에 세포를 부여하여 골 보충체를 제조하는 경우에 대하여 설명한다.

우선, 장골 등으로부터 골수액을 추출하고, 이 골수액을 원심 분리 등에 의해 적절하게 농축 처리한 후에, 배양 용기 내에 MEM(Minimal Essential Medium: 최소 필수 배지), FBS(Fetal Bovine Serum: 소태아 혈청) 등의 성장 인자를 부가한 배지를 공급ㆍ혼합하여 일차 배양함으로써 불필요한 성분을 제거한 간엽계 간세포를 포함하는 세포 농축액을 제조한다.

계속해서, 이 세포 농축액을 상술한 방법에 의해 제조된 골 보충재(10)의 전체에 침투시킨다. 또한, 골아 세포로의 분화 유도 인자인 덱사메타손(dexamethasone) 등을 포함하는 뼈 형성 배지에 넣어 이차 배양한다.

이렇게 해서, 간엽계 간세포로부터 분화된 골아 세포 및 생산된 뼈 기질을 가지며 뼈 형성 작용이 구비된 골 보충체를 얻는다.

이 골 보충재(10)이 벌집형 성형으로 구성되어 있기 때문에, 큰 표면적을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 공경의 제어가 용이해져 최적 크기의 관통 구멍을 자유롭게 제조할 수 있다. 또한, 관통 구멍(11)이 구비되어 있기 때문에, 간엽계 간세포가 골 보충재(10)의 내부까지 부착되기 쉬워지고, 관통 구멍을 통해 간엽계 간세포에 대한 노폐물을 용이하게 교환할 수 있다. 또한, 다공체로서의 구멍 뿐만 아니라 오목부(13)이 형성되어 있기 때문에, 간엽계 간세포가 격벽 부재(12)의 표면에 부착되기 쉬워져 충분한 양의 세포를 부착시킬 수 있다. 또한, 구멍부(14)는 관통 구멍(11)의 한쪽 방향의 유통성을 양호하게 할 뿐만 아니라 여러 개의 관통 구멍(11) 사이의 연통성을 양호하게 하여, 간엽계 간세포 등의 격벽 부재(12)에서의 체류나 노폐물 교환을 원활하게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시 양태로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.

예를 들면, 관통 구멍의 형상은 사각 형상으로 한정되지 않고, 벌집 형상인 육각형이나 삼각형 또는 원형이라도 상관없다. 또한, 각 관통 구멍의 크기는 균일할 필요는 없고, 불균일한 크기여도 상관없다.

또한, 고형체는 왁스 비드로 한정되지 않고, 플라스틱 비드 등, 소결 온도에 이르기까지의 온도에서 용해되는 것이면 된다. 또한, 고형체의 형상은 구형이어도 각형상이어도 상관없다.

또한, 체액은 골수액으로 한정되지 않고, 말초혈, 제대혈일 수도 있으며, ES 세포, 체성 간세포, 뼈 세포, 연골 세포, 신경 세포 등의 체세포가 포함되는 것이면 된다. 생체 조직도 뼈 조직뿐 아니라, 연골 조직, 근육 조직 또는 피하 조직 등 임의의 생체 조직을 재생하기 위해 이용하는 것도 가능하다.

생체 조직 보충재로는 생체 조직에 친화성이 있는 재료라면 어떤 것도 좋으며, 생체 흡수성의 재료라면 더욱 좋다. 다공체일 수도 있다.

다공체로서는, β-TCP뿐만 아니라, 슬러리를 형성할 수 있는 것이라면, 인산 칼슘계 세라믹, 콜라겐, 폴리락트산 등이나 이들을 조합한 것이라도 상관없다.

이하, 상기 실시 양태에 따른 생체 조직 보충재의 제조 방법에 의해 제조된 골 보충재를 이용한 실시예에 대하여 설명한다.

상기 실시 양태에 따른 생체 조직 보충재의 제조 방법에 의해 제조된 골 보충재를 이용하여, 골 보충체로서 래트의 배양 골을 제조하였다.

우선, 래트로부터 골수액을 추출하고, T형 플라스크에서 10 일간 일차 배양하여 불필요한 성분을 제거한 골수 간엽계 간세포를 포함하는 배양 세포를 생성하였다.

상기 배양 세포를 트립신으로 처리한 후에, 본 실시 양태에 따른 골 보충재에 파종하였다. 배지에 MEM, FBS 이외에 덱사메타손을 혼합하여 간세포의 분화를 개시하고, 2 주간 정도 이차 배양하였다.

이렇게 하여, 골수 간엽계 간세포로부터 분화된 골아 세포를 구비하는 골 보충체를 얻었다.

이 골 보충체를 래트의 피하에 이식하고, 4 주 후에 다시 추출한 결과, 새로운 뼈 조직이 형성된 것을 확인할 수 있었다.

본 발명의 생체 조직 보충재에 따르면, 관통 구멍 내에 침투한 세포는 격벽 부재의 표면에 부착될 때 격벽 부재에 형성된 오목부 또는 구멍부에 포획된다. 그 결과, 세포의 부착성이 향상되어 충분한 양의 세포를 부착시킬 수 있다.

본 발명의 생체 조직 보충재의 제조 방법에 따르면, 생체 조직 보충재의 표면적이 증대하여 세포의 부착이 용이해지기 때문에 다수의 세포를 표면에 부착시키는 것이 가능해질 뿐만 아니라, 관통 구멍을 통해 세포 노폐물을 원활하게 교환할 수 있는 생체 조직 보충재를 제조할 수 있다. 또한, 성형시에 관통 구멍의 제어가 용이해지기 때문에 이식하는 생체에 최적인 형상의 것을 제공할 수 있다.

Claims (5)

1. 한쪽 방향으로 연장되는 여러 개의 관통 구멍이 거의 동일한 두께의 격벽 부재에 의해 서로 구획을 이룬 형상을 갖는 생체 조직 보충재(補塡材).
2. 제1항에 있어서, 상기 격벽 부재에 오목부 또는 구멍부 중 하나 이상이 형성되어 있는 생체 조직 보충재.
3. 제1항에 있어서, 벌집 형상을 갖는 생체 조직 보충재.
4. 슬러리상으로 형성된 원료와 소결 온도보다 낮은 융점을 갖는 입상의 고형체를 혼합하는 공정,

   상기 고형체가 혼합된 상기 원료를 성형틀에 공급하여 여러 개의 관통 구멍이 거의 동일한 두께의 격벽 부재에 의해 서로 구획을 이룬 성형체를 형성하는 공정, 및

   상기 성형체를 소결하는 공정

   을 구비하는 생체 조직 보충재의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 성형체를 벌집 형상으로 형성하는 생체 조직 보충재의 제조 방법.