KR20070091342A - 키토산 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체 배지에 현탁된 다공성 키토산 입자를 포함하고, 상기 액체 배지가 생체적합성 고분자를 추가적으로 포함하는 정형외과용 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 정형외과용 조성물을 건조시킴에 의해 고형 또는 반고형 정형외과 재료를 제조하는 방법을 제공한다. 결과로서 생긴 고형 또는 반고형 조성물은 골 대체재, 골 시멘트, 및 조직 스캐폴드으로서의 용도를 발견한다. 결정성을 유발할 수 있는 포로젠을 혼입함에 의해 본 발명에 적당한 다공성 키토산 입자를 제조하는 방법이 또한 개시된다.

Description

키토산 조성물{Chitosan compositions}

본 발명은 키토산 조성물에 관한 것으로서, 특히 정형외과적 용도를 위한 조성물에 관한 것이다.

골 대체(bone replacements)는 골절 교정(fractures repair), 임플란트 교정(implants revision), 종양(tomours) 및 낭종(cysts) 제거후 빈틈(voids)의 충진, 및 척추내 적응증(within spinal indications)과 같은 다양한 적응증(indications)에 사용된다. 노인이지만, 여전히 활동력이 있는 인구는 골 대체재(bone substitutes)를 요하는 외과 수술의 숫자 증가에 강력하게 기여한다. 수년전에, 정형외과 의사는 대다수의 이식 수술에서 환자 자신의 뼈를 사용하였지만(자가이식, autograft), 요즘에는 상기 전문가들이 상업적인 골 은행(commercial bone banks)에서 입수할 수 있거나 병원에서 회수되는 시신의 뼈(동종이식, allograft)에 더욱 더 의존한다. 동종이식에의 의존은 두가지 약점을 갖는다. 첫째, 적지만 바이러스 감염의 위험이 있으며, 값비싼 시험 절차가 환자의 안전을 보증하기 위해 사용되어야 한다. 둘째, 동종 제품에 대한 수요가 공급을 초과한다. 이러한 요소들을 함께 고려하여 합성 골 대체재에의 문을 열었다.

또 다른 관련된 분야는 골절 고정 장치(fracture fixation devices)이다. 금 속 플레이트, 스크류, 못(nails), 와이어, 핀, 로드(rods)가 뼈 고정을 위해 사용된다. 상기 고정은 골절을 치료하기 위해서 다소 강하여야 하지만, 지나치게 강한 고정은 상기 고정 장치의 탄성과 뼈의 탄성 사이에 불일치(mismatch)가 있기 때문에 치료의 완성을 방해할 수 있다. 스테인리스 스틸과 티타늄으로 제조된 고정 장치는 뼈에 비해 상당히 높은 영 계수(Young's modulus)를 갖는다. 통상적으로, 이러한 금속 임플란트는 치료 후 체내에 남아 있게 되지만 때때로 그것들은 환자에게 통증 및 불쾌감을 일으켜서 보조적인 외과 수술로 제거되어야 한다. 장치와 뼈 사이의 강성(rigidity)의 불일치를 줄이기 위하여 골 시멘트(bone cement)와 같은 고분자가 사용된다. 이러한 불일치를 더욱 제거하기 위하여 많은 새로운 재료가 설계되었다.

새롭고 더욱 양호한 재료 및 치료 방법이 흥미를 끄는 세번째 분야는 연골 교정(cartilage repair)에 있다. 방대한 방법이 시도되었지만 지금까지는 제한된 성공을 거두었다. 많은 상이한 재료를 토대로 한 생체 세포(living cells) 및 새로운 스캐폴드(scaffold)의 전달이 연구되었으며 상기 연구는 매우 열성적이었다. 연골 교정에서 흥미를 끄는 일차 세포(primary cells)는 연골 세포(chondrocytes)인데, 상기 연골 세포는 그 자체로 또는 스캐폴드(scaffold)에 담겨져 손상된 구역에 도포되었다(seeded). 연골 세포용 스캐폴드의 예로는, 예를 들어, 히알루론산 및 키토산이 있다.

골 충진, 골 고정, 및 연골 교정의 분야에서 광범위한 연구 및 물질 개발이 진행되고 있다. 골 충진 분야에서는 주로 세가지 범주의 재료, 즉 무기 유사 세라 믹 재료, 합성 고분자, 및 동종이식을 일부 포함하는 다양한 혼합재료가 있다. 예를 들어, US 6,376,573, US 6,458,375, US 6,696,073, US 6,767,369, US 6,793,725, US 6,372,257, WO 02/080992, US 2002/032488, KR 2001/103306, US 2003/124172, DE 19724869, WO 99/47186, US 6,378,527, US 5,624,463, 및 WO 03/008007을 참조하라. 키토산 스캐폴드상에서, 골 형성 세포(bone forming cells)인 골모세포(osteoblasts)의 배양이 WO 01/46266 및 Macromol. Biosci. 2004, 4, 811-819에 개시되었다. WO 01/46266은 느슨하게 결합된 키토산 네트워크 형태인 키토산 비드(beads)를 개시하고 Macromol. Biosci.로부터의 논문은 키토산 섬유를 개시한다.

수산화인회석(hydroxyapatite)은 많은 상이한 조성물에서 사용된다. 그것은 생체적합성(biocompatible), 골 전도성(osteoconductive), 비독성(non-toxic) 및 비면역원성(non-immunogenic)이다. 그러나, 입상 수산화인회석은 환자의 혈액과 혼합될 때 불안정하며 주위 조직(surrounding tissue)으로 이동할 수 있다. 인산칼슘 시멘트(calcium phosphate cement)는 캐비티 형상과 일치될 수 있으며 인시츄(in situ)로 경화되어 고형 수산화인회석을 형성할 수 있다. 다공성 세라믹 임플란트에 의해 제공된 잠재적인 잇점은, 뼈가 상기 세라믹의 공극 속으로 증식할 때 발현되는 고회선상 계면(highly convoluted interface)의 기계적 안정성과 결합된 그것의 불활성이다. 특정 산호(corals)의 미세구조는 고도로 조절된 공극 크기를 갖는 구조를 얻기 위한 거의 이상적인 재료가 된다. 산호는 깨지기 쉽고 인장 강도가 부족한 것으로 간주되기 때문에 기계적인 요구조건이 덜 중요한 일부 정형외과적 사용 에 적당한 것으로 밝혀졌다.

골 충진에 있어서 막대한 수의 유기 고분자가 시도되었다. 단백질(예를 들어, 콜라겐) 및 다당류(예를 들어, 히알루론산, 키토산)과 같은 천연 재료, 및 합성 고분자(예를 들어, 폴리락타이드 및 폴리글리콜라이드)가 모두 사용되었다.

무기 및 유기 재료의 혼합물이 종종 탈회골(demineralised bone)과 결합하여 방대한 수의 용도에 사용되었다. 사용 분야에 따라 상기 재료들에는 경도(hardness), 생물분해성(biodegradability), 및 다공성(porosity)에 관한 특정한 특성이 주어진다. 상이한 성장 인자(growth factors), 골 형성을 더욱 촉진하는 골 형성 단백질(bone morphogenic protein), 및 항생제와 같은 첨가제가 또한 이러한 혼합물에 통상적으로 존재한다.

기계적 특성이 극히 중요한 골 고정 장치에 있어서 락트산 또는 글라이콜산의 생물분해성 고분자에 기초한 합성 재료가 가장 빈번하게 사용되며 이들로부터의 몇가지 제품이 현재 시장에서 발견된다. PLA, PGA, 및 그것들의 공중합체가 다른 분해성 고분자 보다 더 많은 용도에 대해 연구되었다. 이러한 재료에 있어서의 관심은 그것들의 탁월한 물질 특성이 아니라, 이러한 고분자가 이미 수많은 인가된 의료용 임플란트에서 성공적으로 사용되어 왔으며 사실상 모든 선진 국가에서 관리 기관에 의해 안전하고 생체적합성이 있으며 비독성인 것으로 간주된다는 사실에 주로 기초 한다. 따라서, PLA, PGA, 또는 그것들의 공중합체로 제조된 임플란트 가능 장치(implantable devices)는 생체적합성이 여전히 입증되지 않은 신규한 고분자로 제조된 유사한 장치에 비해 보다 짧은 시간내에 그리고 값싼 가격으로 시장에 가져 올 수 있다. 현재 입수가능하고 인가된 제품은 봉합사(sutures), 치과용 GTR 멤브레인, 골 고정핀(bone pins), 및 임플란트 가능 약물 전달 시스템(implantable drug-delivery system)을 포함한다. 상기 고분자는 또한 혈관 및 비뇨기 스텐트(stents)와, 피부 대체재(skin substitutes), 그리고 조직 공학(tissue engineering) 및 조직 재건(tissue reconstruction)용 스캐폴드의 설계에서 널리 조사되고 있다. 이러한 많은 사용에 있어서, PLA, PGA, 및 그것들의 공중합체는 중등도 내지 고도의 성공을 거두었다. 그러나, 거기에는 여전히 미해결 과제가 있다: 첫째, 조직 배양 실험에서, 대부분의 세포는 PLA 또는 PGA 표면에 부착되지 않으며 다른 재료의 표면에서만큼 활기차게 성장하지 않는데, 이는 이러한 고분자가 시험관내(in vitro) 세포 증식(cell growth)에 대해 실질적으로 열등한 기질(poor substrates)이라는 것을 나타내는 것이다. 둘째, PLA 및 PGA의 분해산물(degradation products)이 비교적 강산(락트산 및 글라이콜산)이다. 이러한 분해산물이 임플란트 사이트에 응집될 때, 지연 염증 반응(delayed inflammatory response)이 종종 임플란트 후 수개월 내지 수년 관찰된다.

장치가 임플란트된 후에, 흡착 및 흡수 과정이 일어나고, 체액과 접촉한 고분자 표면은 즉시 단백질 성분을 흡착하며, 벌크는 물, 단백질, 및 지질과 같은 용해성 성분을 흡수하기 시작한다. 세포 성분(cellular elements)이 후속적으로 상기표면에 부착되어 화학 과정을 개시한다. 생체적합성 재료와 함께, 임플란트 사이트에서 이물 반응(foreign body reaction)이 생체재료(biomaterial)의 표면 특성, 임플란트의 형상, 및 생체재료의 표면적과 임플란트의 부피 사이의 관계에 의해 조절 될 수 있다. 예를 들어, 직물 또는 다공성 재료와 같은 부피 대비 표면적이 큰(high surface-to-volume) 임플란트는, 임플란트 사이트의 주요 성분으로서 섬유증(섬유 피막형성)을 갖게 되는 표면이 매끈한 임플란트 보다 임플란트 사이트에서 대식세포 및 이물거세포를 더 큰 비율로 가질 것이다. 일반적으로, 섬유증(fibrosis)은 그것의 계면 이물 반응으로 생체재료 또는 임플란트를 둘러싸며, 임플란트 및 이물 반응을 국소 조직 환경으로부터 격리시켜 그것의 분해 속도가 실질적으로 감소될 것이다. 최근 발견에서, 재료의 계수(modulus)가 피막형성에 중요하다는 것이 제안되었고 피막형성층의 두께를 최소화하기 위해서는 신규한 재료가 주위조직에 가까운 계수를 가져야한다는 것이 제안되었다.

세포로의 영양소의 전달 및 세포로부터의 노폐물의 전달은 세포 증식력에 중요하고 제2 단계에서 생체내에 인공 스캐폴드(artificial scaffold)를 정착시킨다colonize). 연골세포의 경우에 이러한 전달은 확산에 의해 달성되고, 골모세포 및 다른 세포의 경우에 이러한 전달은 상기 스캐폴드 내부로의 새로운 혈관의 내증식(in-growth)에 의해 달성된다. 따라서, 골재생용 재료는 혈관생성(angiogenesis)을 가능하게 하는 개방되고 다공성인 구조를 가져야 한다.

상기 임플란트의 공극 크기, 계수, 및 표면 특성을 최적화시킴에 의해 세포의 내증식, 즉 혈관생성을 허용하고 동시에 외과 수술의 결과에 해로운 격렬한 염증 반응을 일으키지 않는 재료를 맞춤 제조하는 것이 가능한 것이다.

정형외과적 관점으로부터 재료는 두 부분으로 유용하게 구분될 수 있다; 첫째, 초점이 새로운 뼈의 성장을 촉진할 수는 있지만 물리적 강도가 반드시 중요하 지는 않은 재료에 있는 경우. 둘째, 초점이 하중 지지 특성 및 기계적 강도에 있고 임플란트된 골 대체재의 역할이 가능한 빨리 골절이나 결손(defect)을 안정화시키고 환자를 가동하게 하는(mobilize) 경우.

몇가지 방법이 시도되었지만 지금까지는 제한된 성공을 거두었다. 합성 재료는 열등한 취급 특성, 즉 너무 단단하거나 너무 깨지기 쉬운 특성을 가지거나, 또는 상기 재료의 분해를 초래하는 원치않는 부작용을 일으킬 수 있다. 이러한 단점은 골 대체재에 대한 현재의 미국 시장 수치(2001)에 반영된다. 총 시장은, 578 million USD이고 이중 96%(552 MUSD)는 동종이식으로부터 오고 나머지 4%(26 MUSD)는 합성 골 대체재로부터 온다. 따라서, 개선된 취급 및 안정성 특성을 갖는 재료에 대한 기술의 요구가 여전하다.

따라서, 본 발명은 액체 배지(liquid medium)에 현탁된 다공성 키토산 입자를 포함하는 정형외과용 조성물을 제공하며, 상기 액체 배지는 생체적합성 고분자를 추가적으로 포함한다.

본 발명은 키토산 재료 및 그것들의 용도(예를 들어, 정형외과적 용도에서의 사용)와 관련된 문제를 개시한다. 본 발명의 신규한 키토산 재료는 높은 적재 능력(loadability), 소정의 탄성 특성, 양호한 세포 부착 및 세포 증식을 허용한다. 이러한 재료는 다양한 공극 특성을 나타내도록 제조될 수 있고 적어도 한 부분이 고형 재료의 형태인 과포화 키토산 혼합물로 제조될 수 있다. 상기 재료는 최종 생성물을 생성하기 위해 결과로서 생긴 페이스트를 후속적으로 건조시킴으로써 액체 또는 겔 조제물(formulation)로부터 생성된 매트릭스 내에서 서로 결합된 고형 입자를 포함하도록 특성화될 수 있다.

일 구현예에서, 상기 고형 입자는 그것들이 서로 결합되기 전에 다공성으로 제조될 수 있고, 이중 또는 다중 다공성 물질(예를 들어, 상기 입자 내에 단일 크기의 공극 분포 및 상기 입자들 사이에 상이한 크기의 공극 분포)을 생성할 수 있다. 본 특허출원에서 개시된 방법을 사용함에 의해, 재료가 다양한 용도(예를 들어, 골 충진 또는 골 고정 장치로서)로 설계되도록 맞춤 제조될 수 있다. 골 충진용으로 의도된 재료는 더욱 유연하지만 여전히 얼마간의 하중 지지 특성을 가진다. 반면에, 고정용으로 의도된 재료는 훨씬 더 강하고 통상적으로 사용되는 형태(예를 들어, 플러그, 스크류, 플레이트 등)로 성형될 수 있다. 상기 입자의 강성(rigidity)을 더욱 향상시키기 위해, 가교 결합(cross-linking)이 이온적으로나 공유적으로 사용될 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 이중 또는 다중 다공성 재료가 예를 들어 스테인리스 스틸 또는 티타늄으로 제조된 의료 장비용 코팅 물질로 사용될 수 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 천연 뼈 또는 조직의 물성과 유사한 물성(예를 들어, 적재 능력 및 유연성)을 갖는 재료를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 새로운 뼈 성장을 촉진하고 도와주는 다공성 재료를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 공극 크기가, 최적화된 특성(예를 들어, 염증, 피막형성, 및 다른 생물학적 반응과 같은 생물학적 특성)을 부여하도록 조절될 수 있는 재료를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 입자들 사이의 매트릭스내 뿐만 아니라 입자들내에 공극을 갖는 이중 또는 다중 다공성 재료를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 조절된(예를 들어, 상이한 N-탈아세틸화도의 키토산 또는 상기 키토산의 혼합물을 사용하여) 생물분해성을 갖는 재료를 제공하는 것이다. 다르게는, 생물분해성은 매트릭스 구조에 포함된 추가 성분(예를 들어, 상이한 분해 속도의 고분자를 첨가함에 의한)에 의해 영향 받을 수 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 비독성 분해 산물을 제공하는 재료를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 다른 생물학적으로 활성인 분자(예를 들어, 성장 인자, 성장 인자 촉진제, 항미생물제, 유전자 조각, 비타민, 통증 완화제 등)의 혼입(incorporation)에 의해 추가적 특성이 제공될 수 있는 재료를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 고유의 항미생물 특성을 갖는 재료를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 취급하기 용이한 재료를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 다양한 용도를 위한 흥미있는 물리적 형태 및 형상으로 제조될 수 있는 재료를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 질병을 전염시키지 않는 재료를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 골 세편(bone chip)으로 사용될 수 있는 재료를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 골 쐐기(bone wedges) 및 골 플러그(bone plugs)를 제조하기 위해 사용될 수 있는 재료를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 연골 교정에 사용될 수 있는 재료를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 혈관생성을 허용하는 재료를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 생체 세포로 사전 도포(pre-seeded)될 수 있는 재료를 제공하는 것이다.

본 발명은 이제 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다:

도 1 및 도 2는 본 발명의 조성물을 통풍건조(air-drying)시킴에 의해 형성된 재료를 보여준다.

도 3 및 도 4는 동결건조된(freeze-dried) 재료를 보여준다.

도 5a 및 도 5b는 동결건조(a) 및 통풍건조(b)에 의해 건조된 동일 재료를 보여준다.

도 6a 및 도 6b는 동결건조된 물질(a) 및 통풍건조된 물질(b)에 대한 압축 데이타를 보여준다.

본 발명은 일반적으로, 예를 들어, 인간 및 수의학에 사용되도록 의도된 키토산으로 제조된 재료에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 정형외과 분야내의 제품, 특히 골절의 치료, 연골 조직 및 골 결손의 치료, 또는 치과에 사용되는 제품을 목표로 삼고 있다. 제품은 또한 미용 또는 성형 외과에서 사용될 수 있다.

키틴은 지구상에서 셀룰로오스 다음으로 가장 풍부한 다당류이다. 키틴은 단단한 구조 및 강한 재료에서 발견되고, 그 안에서 강화 막대(reinforcement bar)의 기능을 갖는다. 칼슘 염, 몇가지 단백질, 및 지질과 함께, 키틴은 갑각류 및 절지동물과 같은 해양생물의 외골격을 형성한다. 키틴은 또한 몇가지 박테리아와 해면 동물(sponges)의 세포벽에서 발견되고 곤충의 단단한 껍질과 날개를 형성한다. 상업적으로, 키틴은 수산 가공업으로부터의 노폐물인 갑각류 껍질로부터 분리된다. 키토산은 1,4-베타-결합된 D-글루코사민 및 N-아세틸-D-글루코사민 잔기로 구성된 선형 다당류이다. 키틴 그 자체는 수용성이 아니며, 이러한 사실은 그것의 용도을 강력하게 제한한다. 그러나, 강 알칼리로 키틴을 처리하면 부분적으로 탈아세틸화되고 수용성인 키토산 유도체를 제공하고, 상기 키토산 유도체는 수많은 상이한 물리적 형태(예를 들어, 필름, 스펀지, 비드, 히드로겔, 멤브레인)로 가공될 수 있다. 염기 형태의 키토산, 특히 높은 분자량 및/또는 높은 N-탈아세틸화도의 키토산은 실질적으로 물에 불용성이지만, 그것의 일염기산(monobasic acids)과의 키토산 염은 수용성으로 되는 경향이 있다. 글루코사민 잔기의 평균 pKa는 대략 6.8이고 상기 고분자는 예를 들어 염산, 초산, 및 글라이콜산과 함께 수용성 염을 형성한다.

본 발명에 사용되는 키토산은 탈아세틸화된 키토산일 수 있다. 그러나, 상기 키토산은 바람직하게는 33% 이상, 더욱 바람직하게는 40% 이상, 가장 바람직하게는 50% 이상; 및 바람직하게는 100% 이하, 더욱 바람직하게는 95% 이하, 가장 바람직하게는 90% 이하의 탈아세틸화도를 갖는다. 일반적으로, 탈아세틸화도가 낮을수록 키토산이 체액과 접촉할 때 더욱 빠르게 분해될 것이다. 상기 키토산은 의료용 등급 또는 동등 품질(예를 들어, 스웨덴 Carmeda AB 사에 의해 제공된 Chitech® 품질)일 수 있다. 키토산은 과도한 수준의 중금속, 단백질, 내독소(endotoxins), 또는 다른 잠재적으로 독성인 오염재료를 함유하지 않아야 한다. 많은 사용에서, 키토산은 그와 같은 화합물이 본질적으로 없어야 한다. 다공성 키토산 입자에서 생체적합성 고분자로 사용된 키토산은 상이한 탈아세틸화도를 가질 수 있다.

키토산은 분자량에서 구체적으로 한정되지 않는다. 그러나, 키토산은 바람직 하게는 5 kD 이상, 더욱 바람직하게는 10 kD 이상, 및 가장 바람직하게는 15 kD 이상; 바람직하게는 1500 kD 이하, 더욱 바람직하게는 1000 kD 이하, 및 가장 바람직하게는 500 kD 이하의 분자량을 갖는다. 다공성 키토산 입자에서 그리고 생체적합성 고분자로서 사용된 키토산은 상이한 분자량을 가질 수 있다.

키틴과 같이, 키토산은 매우 강한 고분자이고 또한 몇가지 생물학적인 흥미있는 특성을 갖는다. 키토산의 생체내 분해는 고분자 사슬의 효소 분할(enzymatic cleavage)에 의해 일어난다. 거의 모든 체액에서 발견되는 리소자임은 가장 두드러진 키토산 분해 효소이다. 리소자임의 분할 전제조건은 다당류 사슬상에 잔류하는 아세틸기가 있어야 한다는 것이며, 아세틸기가 많을수록 분해속도가 더욱 빠르다. 키토산은 비독성 성분으로 분해되고, 생체 조직에 부착되며, 항균 특성을 갖는다. 이러한 특성은 의료 제품의 개발에 있어서 매우 매력적이다. 키토산은, 예를 들어, 단지 몇가지를 언급하면, 조절 약물 방출(control release of drugs), 세포 배양용 매트릭스, 백신용 운반체, 및 창상 치유용 제품에 사용된다. 키토산의 양호한 생체적합성은 수개의 생체내 연구에서 실증되었으며, 골 세포인 골모세포가 키토산으로 형성된 매트릭스 상에서 배양될 수 있다는 것이 또한 보여졌다. 정형외과적 사용에 있어서 키토산의 잠재력이 오랫 동안 가정되었으며 그것의 생물학적 특성 및 물성이 두드러지지만, 지금까지 아무도 스캐폴드용 또는 골 고정 장치용 대체재로 사용되기에 충분히 강한 재료를 만들 수 없었다.

키토산은 또한 상이한 N-탈아세틸화도의 키토산 혼합물로 사용될 수 있다. 반복 단위가 생체적합성 치환기로 치환되는 키토산 유도체가 또한 사용될 수 있다. 키토산 유도체의 예로는 황산화된 키토산, N-카르복시메틸 키토산, O-카르복시메틸 키토산, 및 N,O-카르복시메틸 키토산이 있다.

본 발명의 정형외과용 조성물은 액체 배지에 현탁된 키토산을 포함하는 입자로 제조된다. 따라서 액체 배지는 충분히 점착력이 있어서 현탁액내에 키토산 입자를 유지시킨다(즉, 키토산 입자의 침전 없음). 그와 같은 배지는 일반적으로 당해 기술 분야에서 "겔"이라고 지칭된다. 이는 액상 내에 생체적합성 고분자를 혼입함에 의해 달성된다. 바람직하게는, 생체적합성 고분자는 다당류 또는 단백질이다. 실시예는 키토산 및 그 유도체, 셀룰로오스 및 그 유도체, 히알루론산, 덱스트란 콘드로이틴 설페이트, 헤파린, 알긴산, 콜라겐, 섬유소(fibrin), 조직 밀봉재를 포함한다. 생체적합성 고분자는 하전(양이온 또는 음이온) 고분자 또는 비대전 고분자일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 생체적합성 고분자는 양이온성 고분자이고 가장 바람직하게는 키토산 또는 그 유도체이다. 생체적합성 고분자는 액체 배지에 용해되거나 현탁될 수 있고 일반적으로 겔을 형성한다. 액체 배지는 바람직하게는 물이다.

점도가 조성물의 성질에 따라 변할지라도, 바람직하게는 상기 점도는 50 mPas 이상, 더욱 바람직하게는 100 mPas 이상, 더욱 바람직하게는 250 mPas 이상, 더욱 바람직하게는 500 mPas 이상, 더욱 바람직하게는 1000 mPas 이상, 및 가장 바람직하게는 1500 mPas 이상이다. 점도의 상한은 오로지 조성물의 취급 요구에 의해서 제한된다.

현재의 생체적합성 고분자의 양은 고분자의 성질이 액체 배지에서의 점도 증 가를 결정할 것이기 때문에 고분자의 성질에 의존할 것이다. 요구되는 점도는 또한 상이한 입자들이 상기 입자들을 용액 내에 머무르게 할 수 있는 상이한 점도를 요구할 것이기 때문에 다공성 키토산 입자의 크기 및 성질에 의존할 것이다. 그러나, 생체적합성 고분자의 양은 액체 배지의 총중량(즉, 다공성 키토산 입자를 포함하지 않은)을 기준으로 통상적으로는 0.1 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 1 중량% 이상; 및 20 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 15 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 10 중량% 이하, 그리고 가장 바람직하게는 5 중량% 이하가 될 것이다. 바람직하게는, 액체 배지는 생체적합성 고분자로 과포화된다. 생체적합성 고분자가 키토산인 경우, 산성 환경에서 겔 및 수용액을 만들 때 특정 키토산의 용해도에 의해 설정된 실질적인 한계가 있으며, 이러한 한계는 키토산의 분자량 및 N-탈아세틸화도에 의존한다. 그러나, 수성 배지에서 키토산의 양은 액체 배지의 중량을 기준으로 통상적으로는 1-10 중량%, 바람직하게는 1-5 중량% 범위에 있으며, 저분자량 키토산이 사용되게 되면 상기 양이 상기 범위의 상한치쪽으로 향하는 경향이 있다.

상기 현탁액 또는 페이스트는 그 자체로 사용될 수도 있지만, 가장 빈번하게는 소정의 형태로 성형되고 건조된다. 따라서, 본 발명은 여기에 개시된 것과 같은 정형외과용 조성물을 건조시키는 단계를 포함하는 고형 또는 반고형 정형외과용 재료를 제조하는 방법을 제공한다. 반고형이란 완전히 건조되지 않고 고체를 형성하는 재료를 의미한다. 건조는 예를 들어 소정의 재료를 제공하기 위한 액체 배지의 증발에 의해(예를 들어, 통풍건조나 감압하의 건조, 또는 동결건조에 의해) 수행될 수 있다. 본 발명은 또한 이 방법에 의해 얻어질 수 있는 고형 또는 반고형 정형외 과용 재료를 제공한다. 건조 조건은 조성물의 입자들이 서로 거의 밀접하게 결합된, 페이스트 재료에 의해 생성된 매트릭스에 큰 영향을 미친다. 통풍건조는 보다 작은 공극을 갖는 보다 치밀한 재료를 초래하며, 이는 보다 큰 기계적 강도의 물질로 귀결된다.

동결건조는 개개의 다공성 키토산 입자들 사이의 매트릭스 내로 보다 큰 공극을 도입하고, 따라서 덜 강하지만 보다 큰 유연성을 가지며 예를 들어 세포 및 혈관의 내증식에 적당한 재료를 제공한다. 동결건조에 의해 제조된 공극은 약 50㎛ 내지 수 밀리미터(대략 1 cm이하)의 직경을 가지며 통풍건조에 의해 제조된 공극은 약 50 내지 200㎛의 직경을 가진다. 특히, 이 건조단계는 페이스트 내에 다공성 키토산 입자의 다공성 외에 소정의 매트릭스 다공성을 달성할 가능성을 제공하며, 건조된 재료의 특성이 특정 용도에 맞춰지도록 한다.

또한, 재료의 특성은 약제학적 조성물에서 통상적으로 사용되는 첨가제(예를 들어, 보존제, 윤활제, 또는 가소제(예를 들어, 글리세롤))의 첨가에 의해 변경될 수 있다. 글리세롤과 같은 가소제는 건조된 재료의 유연성을 증가시키는 경향이 있고 골 결손의 충진에 사용될 수 있는 연성의, 가단성(malleable) 페이스트를 제공하기 위해 사용될 수 있다.

이러한 건조된 재료는 더욱 가공되거나 조각(sculptured)될 수 있다(예를 들어, 나사산이 내어지거나(threaded), 구멍이 뚫리거나(drilled), 또는 박편으로 분쇄된다). 이 페이스트는 또한 다른 물질(예를 들어, 스테인리스 스틸 또는 티타늄)의 표면에 도포되어 거친 반고형, 항미생물 방호물을 제공할 수 있다. 이러한 특성 중 몇가지가 도면에서 보여질 수 있다.

도 1은 플레이트에 나사결합된 스크류를 구비하는 플레이트 형태인 건조된 재료를 보여준다. 상기 플레이트는 통풍건조에 의해 제조되었고 이에 첨가된 소량의 글리세롤를 구비하는 조성물은 하기의 실시예 1에 개시된 바와 같다. 플레이트의 치밀 미세구조가 또한 현미경 사진으로부터 보여질 수 있다.

도 2는 또한 통풍건조된 재료를 보여준다. 구체화된 바(bar)는 그것의 외표면 상에 나사산을 포함한다.

도 3 및 도 4는 동결건조된 재료를 보여준다. 거대공극이 동결건조 과정에서 물의 제거에 의해 얻어졌다. 물이 남아 있지만 3차원 구조는 더욱 다공성이나 덜 강한 재료를 여전히 제공한다.

도 5a 및 도 5b는 하기 실시예 4:8 및 4:9에 개시된 바와 같이 상이한 방법으로 건조된 동일 재료를 보여준다. 도 5a에서 플러그는 동결건조되었고(lyophilised) 직경 12mm 및 길이 13mm를 갖는다. 도 5b에서 플러그는 통풍건조되었고 직경 7mm 및 길이 13mm를 갖는다.

키토산을 포함하는 입자는 많은 방법으로 제조될 수 있다. 한 방법은 키토산 용액의 증발로부터 얻어지는 고형 잔류물의 분쇄에 의한다. 또 다른 방법은 대부분의 키토산 가공에서의 제품인 키토산 섬유 또는 키토산 박편을 분쇄하는 것이다. 다공성 키토산 입자 및 비드는 폴리포스페이트와 같은 가교제를 사용함에 의하거나 용액을 함유하는 계면활성제로 제조될 수 있다. 키토산 재료에서 공극을 생성하는 또 다른 방법은 포로젠(porogen)을 사용하는 것이다. 일반적으로 포로젠은 재료의 형성 중에 그 재료에 특정 구조를 제공하기 위해 첨가되고 나중에 제거될 수 있는(예를 들어, 세척에 의함) 분자이다. 통상적인 포로젠은 올리고당, 저분자량 폴리에틸렌 글리콜, 글리세롤 등이다.

키토산 재료에 큰 공극을 도입하는 또 다른 방법은 포로젠으로서 실리카 입자와 같은 입자를 사용하는 것이다. 이러한 입자들은 제2 단계에서 알칼리 용액으로 세척함에 의해 제거된다.

놀랍게도, 예를 들어 무기염(예를 들어, 염화나트륨, 염화칼륨, 염화칼슘, 및 염화마그네슘, 그리고 가장 바람직하게는 염화나트륨)이나, 고분자량(예를 들어, 10 kD 이상 및 바람직하게는 20 kD 이상의 분자량)의 폴리에틸렌 글리콜이 포로젠으로 사용된다면, 증발후의 잔류물은 깨지기 쉽고 결과적으로 분쇄되기 쉽다. 이론에 의해 제한되기를 바라지는 않지만, 이것은 "염 효과(salt effect)" 때문인 것으로 믿어진다. 심지어 다른 분자(예를 들어, 다른 글리코사미노글리칸(GAGs), 성장 인자, 단백질)가 포로젠 함유 키토산 페이스트에 어느 정도 첨가될지라도, 상기 재료는 액체의 증발 후에 여전히 분쇄될 수 있다. 키토산과 포로젠 사이의 비율은, 소정의 다공성에 따라 1:1 내지 1:10이고 더욱 바람직하게는 1:2 내지 1:5의 범위일 수 있다. 이는 전술한 WO 01/46266 및 Macromol. Biosci. 2004, 4, 811-819에 개시된 바와 같은 이전에 알려진 재료와는 대조적인데, 이전의 물질들은 응집하는 경향이 있어 키토산을 화학적으로 분해시킬 수 있는 원치 않는 가열로 이끌 수 있기 때문에 분쇄될 수 없다.

따라서, 본 발명은 또한, 키토산 및 상기 키토산에 결정성을 유발할 수 있는 포로젠을 함유하는 용액을 제조하는 단계, 상기 용액을 고형 잔류물로 건조시키는 단계, 및 상기 고형 잔류물을 분쇄하여 다공성 키토산 입자를 생성하는 단계를 포함하는 다공성 키토산 입자를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 이 방법에 의해 얻어질 수 있는 다공성 키토산 입자를 제공한다. 그와 같은 입자는 본 발명의 정형외과용 조성물로의 혼입에 특히 바람직한 입자이다.

다음에, 상기 포로젠은 후속적인 광범위한 세척으로(예를 들어, 알칼리성 완충액에서 포로젠을 함유하는 입자의 중화에 의함) 제거될 수 있다. 최종적으로, 다공성 입자는 건조에 의해 얻어진다. 필요할 경우, 이러한 입자는 이후 더 분류되어(예를 들어, 체질(sieving)에 의해) 특정 용도에 맞는 상이한 크기 또는 소정의 크기의 입자를 제공한다.

본 발명의 다공성 키토산 입자의 다공성은 포로젠의 양을 증가시킴에 따라 증가한다. 이는 전자현미경으로 입자를 관찰하고 상기 입자의 총 횡단면적 대비 백분율 공극 부피를 분석함에 의해 보여질 수 있다. 키토산 대 염화나트륨의 비 1:1은 계산된 44.7%의 공극 부피를 제공한다. 키토산 대 염의 비 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 및 1:10에 대한 단순 계산은 각각 62%, 71%, 78%, 80%, 및 89%의 공극 부피를 준다. 바람직하게는 다공성 키토산 입자는 40% 이상, 더욱 바람직하게는 60% 이상, 더욱 바람직하게는 65% 이상, 및 가장 바람직하게는 70% 이상; 및 95% 이하, 더욱 바람직하게는 90% 이하, 더욱 바람직하게는 85% 이하, 및 가장 바람직하게는 80% 이하의 공극 부피를 갖는다.

키토산 입자는, 키토산이 일부 존재하여야 할지라도, 키토산 외에 다른 재료 를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 입자는 50% 이상의 키토산, 및 더욱 바람직하게는 50 내지 90%의 키토산을 함유한다. 입자의 나머지는 키토산의 유도체, 및/또는 다른 다당류 및/또는 단백질을 포함할 수 있다. 키토산 입자는 다른 입상 물질(예를 들어, 소정의 화합물(예를 들어, 항생제, 소염제, 또는 진통제)의 느리거나 조절된 방출을 위한 알갱이를 함유하는 약물, 또는 세포 성장을 촉진시키는 분자(예를 들어, 성장 인자 또는 성장 인자를 안정화시키는 것으로 알려진 분자)를 함유하는 입자)와 결합하여 사용될 수 있다. 분쇄된 재료가 골 세편으로 사용될 때, 그 재료는 동종이식 골 세편과 임의의 비율로 혼합될 수 있다. 생체 골 형성 세포인 골모세포가 골 세편에 첨가될 수 있다. 본 발명에 따른 결과물은 상이한 크기, 상이한 공극 크기, 상이한 조성, 및/또는 상이한 키토산 품질(예를 들어, 상이한 탈아세틸화도의 키토산)의 키토산 입자를 함유할 수 있다. 다음에, 입자 또는 입자의 혼합물은 용액이 키토산에 대해 과포화되는 그러한 농도로, 겔 또는 상기 용액에 첨가되는데, 이는 심지어 상기 용액이 산성으로 제조될지라도 키토산은 여전히, 적어도 어느 정도까지는, 입자 형태로 남아있다는 것을 의미한다. 입자의 산성 처리는 겔 형태이고 점착성이 있는 양성화된(protonated) 키토산 표면을 제공한다.

입자를 만들기로 의도된 키토산 용액을 제조할 때, 키토산이 산성 환경(즉, pH 7이하)에서 용해될 수 있다. 바람직한 산은 초산, 염산, 및 알파히드록시산(예를 들어, 글라이콜산)이다.

입자가 전술한 액체 배지와 결합함에 의해, 재료가 소정의 특성 및 형태로 얻어지도록 맞춤 제조될 수 있다. 이는 상이한 크기 및/또는 상이한 다공성의 입자 를 사용함에 의해 달성될 수 있다. 재료의 특성에 영향을 미치는 다른 매개변수는 전술한 바와 같이 페이스트에 첨가되는 입자의 농도 및 페이스트가 건조되는 방법이 될 것이다. 놀랍게도, 상기 매개변수를 변화시킴에 의해 골 유사 재료가 제조될 수 있다는 것이 밝혀졌다.

생물학적으로 활성인 분자(예를 들어, 성장 인자, 성장 인자 촉진제, 항미생물제, 유전자 조각, 비타민, 진통제 등)가 입자, 액체 배지, 또는 둘 다를 제조할 때 단독으로 또는 혼합물로 첨가될 수 있다. 그와 같은 생물학적으로 활성인 분자의 예로는 골 형성 단백질(예를 들어, 재조합 인간 골 형성 단백질-2(rhBMP-2) 또는 재조합 인간 골 형성 단백질-7(rhBMP-7)), 섬유모세포 성장 인자(FGF), 혈소판 유래 성장 인자(PDGF), 전환성장인자-b, 성장 호르몬, 및 인슐린 유사 성장 인자, 겐타마이신(gentamicin), 리팜핀(rifampin), 플루클록사실린(flucloxacillin), 반코마이신(vancomycin), 시프로플록사신(ciprofloxacin), 오플록사신(ofloxacin), 페니실린(penicillin), 세팔로스포린(cephalosporin), 그리세오풀빈(griseofulvin), 바시트라신(bacitracin), 폴리믹신(polymyxin) B, 암포테리신(amphotericin) B, 에리트로마이신(erythromycin), 네오마이신(neomycin), 스트렙토마이신(streptomycin), 테트라사이클린(tetracycline), 살리실산(salicylates), 이부프로펜(ibuprofen), 나프록센(naproxen), 모르핀(morphine), 메페리딘(meperidine), 프로폭시펜(propoxyphen), 디클로페낙(diclofenac), 디플루니칼(diflunical), 에토돌락(etodolac), 페노프로펜(fenoprofen), 인도메타신(indomethacin), 케토프로펜(ketoprofen), 케토롤락(ketorolac), 메클로페나메이 트(meclofenamate), 메테남산(metenamic acid), 에코판(ecopan), 옥사프로에인(oxaproein), 설린닥(sulindac), 톨메틴(tolmetin), 비타민 A, 비타민 B, 비타민 C, 비타민 D, 비타민 E, 비타민 K가 있다.

생체세포가 또한 본 발명에 따른 재료에 첨가될 수 있다. 그와 같은 세포의 예로는 골모세포 및 연골 세포가 있다.

본 발명에 따른 재료는 임의의 요구를 충족시키기 위해 맞춤 제조될 수 있다. 입자의 공극 크기를 변화시킴에 의해 물성이 맞춰질 수 있다. 보다 큰 공극은 보다 연성이며 보다 탄성인 재료를 제공하고, 반면에 작은 공극은 보다 단단한 재료를 제공한다. 생물학적으로 활성인 분자가 다공성 입자에 혼입되어 재료가 분해될 때 이러한 분자의 느린 방출을 제공할 수 있다. 공극 크기가 골 및 연골 형성 세포의 배양에 적당한 매트릭스인 재료를 얻기 위하여 더 변화될 수 있다. 키토산 그 자체는 골모세포 및 연골 세포 성장을 촉진하고, 최적 공극 크기의 입자를 생성함에 의해 본 발명에 따른 재료는 세포 배양에 최적인 스캐폴드로 된다. 겔은 또 다른(예를 들어, 입자 보다 낮은) N-탈아세틸화도의 키토산을 함유할 수 있어서 겔의 분해 속도가 입자의 분해 속도 보다 빠르다. 그와 같은 재료는 초기에는 강하지만 어떤 시간 주기 후에 분해하여 내증식 세포에 쉽게 접근할 수 있는 입자만을 남긴다.

본 발명에 따른 제품의 한 예로는 전술한 바와 같은 키토산 입자 함유 페이스트가 있으며, 상기 페이스트는 국소 사용을 위해 도포되어 그곳에서 소정의 형상의 몸체로 되도록 건조 또는 실질적으로 건조된다. 제품의 또 다른 예로는 건조 방 법에 의해 얻어진 건조 재료가 있다.

본 발명에 따른 건조 재료는 수용액에서 팽창하고 팽창의 정도는 상이한 용도에 대한 요구를 충족시키도록 맞춰질 수 있다(예를 들어, 사용된 키토산의 탈아세틸화도를 변화시킴에 의함).

따라서, 본 발명의 고형 또는 반고형 정형외과용 재료는 골 대체재, 골 시멘트, 및 조직 스캐폴드으로서의 용도를 발견한다. 고형 정형외과 재료는 또한 가공되어 스크류, 핀, 플레이트, 페그(pegs), 리벳, 코터(cotters), 스파이크(spikes), 볼트, 스터드(studs), 스테이플, 보스, 클램프, 클립, 맞춤못(dowels), 스테이크(stakes), 후크, 앵커(anchors), 타이(ties), 밴드(bands), 크림프(crimps), 쐐기(wedges), 플러그, 못(nails), 와이어(wires), 링, 링 고정장치, 및 와셔와 같은 골접합(osteosynthesis)용 재료를 형성할 수 있다.

본 발명은 하기 실시예에 의해 설명되지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예

별도의 언급이 없는한 하기 재료가 실시예에서 사용되었다:

키토산(Primex 사, 노르웨이) 145 kD 및 N-탈아세틸화도 85%. 보다 낮은 N-탈아세틸화도의 키토산이 본질적으로 개략적으로 설명된 하기 원리에 따라 제조되었다: Sannan T, Kurita K, Iwakura Y. Studies on Chitin, 1. Die Makromolekulare Chemie 1975;0:1191-5, Sannan T, Kurita K, Iwakura Y. Studies on Chitin, 2. Makromol. Chem. 1976;0:3589-600, Guo X, Kikuch, Matahira Y, Sakai K, Ogawa K. Water soluble Chitin of low degree of deacetylation. Journal of Carbohydrate chemistry 2002;21:149-61 및 WO03011912. 히알루론산(Pharmacia 사), 글리세롤(Fluka 사, 독일), NaCl(Merck 사), MgCl₂(Merck 사), HCl(Merck 사), 물(Millipore 사).

실시예 1

키토산 4g(N-탈아세틸화도 85%, MW 145 kD)을, 묽은 염산으로 pH를 4.5로 조절함에 의해 물 133g에 용해하였다. 다음에, 교반된 키토산 용액에, 물 50g에 용해된 NaCl 12g의 수용액을 첨가하였다. 다음에, 겔 형태의 슬러리를 평평한 플라스틱 표면에 뿌리고 통풍건조시켜 부서지기 쉬운 잔류물을 얻었으며, 상기 잔류물을 입자(250㎛)로 더욱 분쇄하였다. 알칼리성 완충액에서의 상기 입자의 후속적인 중화 및 물로의 광범위한 세척으로 염이 없는 다공성 키토산 매트릭스를 얻었다. 건조후, 다공성 입자 0.3g을 pH 4.5의 4% 키토산(N-탈아세틸화도 85%, 145 kD), 및 글리세롤 0.4g으로 이루어진 겔(1.2g)에 첨가하였다. 상기 페이스트를 실온에서 2분 동안 팽창시키고 플라스틱 표면에 뿌리고 플레이트(20x20x2mm)로 성형하였다. 40℃에서 건조 후 강하고 약간 유연한 플레이트를 얻었다.

실시예 2

키토산 3g(N-탈아세틸화도 50%, MW 200 kD)을, 묽은 염산으로 pH를 4.5로 조절함에 의해 물 134g에 용해하였다. 다음에, 교반된 키토산 용액에, NaCl 12g 및 히알루론산 0.3g의 수용액 50g을 첨가하였다. 겔 형태의 슬러리를 평평한 플라스틱 표면에 뿌리고 통풍건조시켜 입자(250㎛)로 분쇄하였다. 다음에, 상기 입자를 중화시키고 물로 세척하고 건조시켜 입자로 분쇄하였다. 다음에, 건조된 다공성 입자 0.3g을 pH 4.5의 4% 키토산 용액/겔(N-탈아세틸화도 50%, MW 200 kD) 1.2g과 완전히 혼합하여 페이스트를 얻었다. 상기 페이스트를 실온에서 2분 동안 팽창시키고 상기 페이스트를 튜브에 주입함에 의해 로드(rod)로 성형하였다. 충진된 튜브의 동결건조 및 후속적인 튜브의 제거로 키토산/히알루론산 복합체를 함유하는 강한 다공성 로드를 얻었다.

실시예 3

키토산 4g(N-탈아세틸화도 85%, MW 145 kD)을, 묽은 염산으로 pH를 4.5로 조절함에 의해 물 133g에 용해하였다. 다음에 교반된 키토산 용액에, 물 43g에 용해된 MgCl₂ 20g을 첨가하였다. 겔 형태의 슬러리를 평평한 플라스틱 표면에 뿌리고 통풍건조시켜 입자(1mm)로 분쇄하였다. 상기 입자/박편을 알칼리성 완충액에서 중화시키고 물로 세척하고 건조시켰다. 다음에, 건조된 다공성 입자 0.3g을 pH 4.5의 4% 키토산 용액/겔(N-탈아세틸화도 85%, MW 145 kD) 1.0g에 첨가하고 완전히 혼합하여 페이스트를 얻었다. 상기 페이스트를 실온에서 2분 동안 팽창시켰다. 팽창 후 상기 페이스트를 짧은 튜브(직경=5mm, h=10mm)에 주입함에 의해 상기 페이스트를 플러그(plug)로 성형하였다. 상기 튜브의 동결건조 및 상기 튜브의 제거로 강한 키토산 플러그를 얻었다.

다른 재료가 입자의 크기와 농도, 및 건조 방법이 변화된 비슷한 방법에 따 라 제조되었다.

실시예 4

키토산 입자의 제조

키토산 18.31g(N-탈아세틸화도 85%, MW 145 kD)을, 묽은 염산으로 pH를 4.5로 조절함에 의해 물 570g에 용해하였다. 무게를 물로 600g으로 조절하였다.

NaCl 54g을 물 171g에 용해하였다.

실시예 4:1

키토산 입자의 제조

상기 키토산 용액 150g을 상기 NaCl 용액 37.5g에 첨가하고 물 37.5g을 첨가하였다. 상기 혼합물을 균일해질(homogeneous) 때까지 교반하였다. 상기 혼합물을 평평한 플라스틱 표면에 뿌리고 통풍건조시켰다. 얻어진 건조 박편을 250㎛ 링체(ring sieve)를 장착한 Retsch ZM 200 mill을 사용하여 14000 rpm으로 분쇄하였다. 상기 입자를 1N NaOH 용액으로 중화시키고 물로 세척하고(5x300ml) 통풍건조시켰다.

실시예 4:2

키토산 입자의 제조

상기 키토산 용액 450g을 상기 NaCl 용액 168.8g에 첨가하였다. 상기 혼합물을 균일해질 때까지 교반하였다. 상기 혼합물을 평평한 플라스틱 표면에 뿌리고 통풍건조시켰다. 얻어진 건조 박편을 80, 120, 및 250㎛ 링체(ring sieve)를 장착한 Retsch ZM 200 mill을 사용하여 각각 14000 rpm으로 분쇄하였다. 상기 입자를 1N NaOH 용액으로 중화시키고 물로 세척하고 통풍건조시켰다.

실시예 4:3

키토산 입자의 제조

상기 키토산 용액 150g을 상기 NaCl 용액 75.0g에 첨가하고 물 37.5g을 첨가하였다. 상기 혼합물을 균일해질 때까지 교반하였다. 상기 혼합물을 평평한 플라스틱 표면에 뿌리고 통풍건조시켰다. 얻어진 건조 박편을 250㎛ 링체(ring sieve)를 장착한 Retsch ZM 200 mill을 사용하여 14000 rpm으로 분쇄하였다. 상기 입자를 1N NaOH 용액으로 중화시키고 물로 세척하고 통풍건조시켰다.

실시예 4:4

키토산 겔의 제조

키토산 21.0g(N-탈아세틸화도 85%, MW 145 kD)을 물 650g에 용해하였다. pH를 4N HCl로 3.5로 조절하였다. 무게를 700g으로 조절하여 3% 키토산 용액을 얻었다.

실시예 4:5

키토산 겔의 제조

키토산 25.0g(N-탈아세틸화도 85%, MW 145 kD)을 물 450g에 용해하였다. pH를 4N HCl로 5.1로 조절하였다. 무게를 500g으로 조절하여 5% 키토산 용액을 얻었다.

실시예 4:6

키토산 플러그의 제조

실시예 4:2의 80㎛ 키토산 입자 3g을 실시예 4:5의 5% 키토산 겔 15g과 혼합하였다. 형성된 페이스트를 직경 13mm의 원통형 주형에 위치시키고 상기 시료를 통풍건조 또는 동결건조시키고, 기계적으로 더욱 가공하여 표 2 및 표 3에서 보여진 통상적인 크기의 키토산 플러그를 제공하는 고형 재료를 얻었다.

실시예 4:7-4.22

상기 방법에 따라 키토산 플러그를 표 1에 요약된 바와 같이 제조하였다.

시료 번호	키토산 입자	입자 크기(㎛)	키토산 겔	무게 비 입자:겔	건조 방법	글리세롤(% w/w)
4:6	실시예 4:2	80	실시예 4:5	1:5	통풍건조
4:7	실시예 4:2	80	실시예 4:5	1:5	동결건조
4:8	실시예 4:2	120	실시예 4:5	1:5	통풍건조동
4:9	실시예 4:2	120	실시예 4:5	1:5	동결건조
4:10	실시예 4:2	250	실시예 4:5	1:10	통풍건조
4:11	실시예 4:2	250	실시예 4:5	1:10	동결건조
4:12	실시예 4:2	250	실시예 4:5	1:5	통풍건조
4:13	실시예 4:2	250	실시예 4:5	1:5	동결건조
4:14	실시예 4:2	250	실시예 4:5	1:5	통풍건조	17%
4:15	실시예 4:2	250	실시예 4:5	1:5	동결건조	17%
4:16	실시예 4:2	250	실시예 4:4	1:5	통풍건조
4:17	실시예 4:2	250	실시예 4:4	1:5	동결건조
4:18	실시예 4:1	250	실시예 4:5	1:5	통풍건조
4:19	실시예 4:1	250	실시예 4:5	1:5	동결건조
4:20	실시예 4:3	250	실시예 4:5	1:5	통풍건조
4:21	실시예 4:3	250	실시예 4:5	1:5	동결건조
4:22	입자 없음	-	실시예 4:5		동결건조

실시예 5

실시예 4에 따라 제조된 키토산 플러그에 대해 파열점(break point) 및 압축계수(compressive modulus) 시험을 수행하였다. 동결건조 및 통풍건조된 플러그에 대한 압축 데이타 및 파열점을 1mm/min의 압축 속도로 운전되는 10 kN 로드 셀(load cell)을 장착한 Sintech 20 D에서 측정하였다. 플러그 크기를 표에 나타내었다. 동결건조된 플러그에 대한 데이타를 표 2 및 도 6a에 나타내었고 통풍건조된 플러그에 대한 데이타를 표 3 및 도 6b에 나타내었다. 도 6a는 시료 4:7에 대한 압축 분석을 그래프로 보여주고 도 6b는 시료 4:6에 대한 압축 분석을 그래프로 보여준다.글리세롤을 함유하는 동결건조된 플러그 및 통풍건조된 플러그는 파열점을 갖지 않았고 따라서 단지 압축 계수 데이타만 나타내었다.

시료 번호	직경(mm)	길이(mm)	압축 계수(MPa)
4:7	11.8	13.1	50.49
4:7	11.7	12.5	44.33
4:9	11.8	11.2	33.99
4:9	11.9	12.5	46.17
4:11	11.8	12.5	19.85
4:11	11.7	12.0	16.1
4:13	11.9	12.1	16.1
4:13	11.8	11.1	36.38
4:15	11.5	12.8	20.87
4:15	11.6	12.0	36.46
4:17	11.7	11.3	13.45
4:17	11.9	12.5	12.38
4:19	11.9	12.5	41.59
4:19	11.9	11.2	23.47
4:21	11.9	12.4	39.23
4:21	11.8	11.9	42.1
4:22	10.6	12.0	1.55
4:22	11.0	12.0	4.34

시료 4:7 내지 4:21은 키토산 입자를 함유하지 않는 시료 4:22 보다 큰 압축 계수를 주었다. 사실상, 본 발명의 건조된 재료는 다공성 키토산 입자를 함유하지 않는다는 것 외에는 다른 모든 면에서 동일한 건조된 물질로부터 얻어진 것 보다 적어도 100% 높은 압축계수를 갖는다.

시료 번호	직경(mm)	길이(mm)	압축 계수(MPa)	파열점에서의 부하(kN)
4:6	7.3	13.7	1084.67	3.01
4:6	7.3	12.7	1112.96	3.77
4:6	7.4	13.4	919.59	2.68
4:8	7.2	13.3	1309.44	3.42
4:8	7.4	12.9	997.23	3.66
4:8	7.4	13.4	857.97	2.92
4:10	6.9	12.7	453.58	0.51
4:12	7.65	12.7	1241.16	2.69
4:12	7.2	12.6	1056.06	0.85
4:12	7.8	13.9	815.56	1.14
4:14	7.7	13.0	418.75
4:14	8.0	13.3	329.93
4:14	8.0	13.7	217.21
4:16	7.7	13.7	685.04	0.63
4:16	7.6	12.7	1092.27	1.15
4:16	6.9	13.5	868.58	0.93
4:18	7.5	13.4	1019	4.84
4:18	7.5	13.5	907.7	4.00
4:20	7.5	13.9	947.37	1.76
4:20	7.4	12.3	794.87	1.48
4:20	7.7	13.7	527.8	1.29

Claims (34)

1. 액체 배지에 현탁된 다공성 키토산 입자를 포함하고,

   상기 액체 배지는 생체적합성 고분자를 추가적으로 포함하는 정형외과용 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 입자가 10㎛ 내지 2mm의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 정형외과용 조성물.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 입자가 키토산 유도체, 다당류 및/또는 단백질과 키토산의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 정형외과용 조성물.
4. 제3항에 있어서, 상기 유도체가 황산화된 키토산, N-카르복시메틸 키토산, O-카르복시메틸 키토산, 및 N,O-카르복시메틸 키토산으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 정형외과용 조성물.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자가 50% 이상의 키토산을 함유하는 것을 특징으로 하는 정형외과용 조성물.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자가 50 내지 90%의 키토 산을 함유하는 것을 특징으로 하는 정형외과용 조성물.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 배지가 가소제를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 정형외과용 조성물.
8. 제7항에 있어서, 상기 가소제가 글리세롤인 것을 특징으로 하는 정형외과용 조성물.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생체적합성 고분자가 다당류 또는 단백질인 것을 특징으로 하는 정형외과용 조성물.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생체적합성 고분자가 대전 고분자인 것을 특징으로 하는 정형외과용 조성물.
11. 제10항에 있어서, 상기 생체적합성 고분자가 양이온성 고분자인 것을 특징으로 하는 정형외과용 조성물.
12. 제11항에 있어서, 상기 생체적합성 고분자가 키토산인 것을 특징으로 하는 정형외과용 조성물.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생체적합성 고분자가 액체 배지에 용해된 것을 특징으로 하는 정형외과용 조성물.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 배지가 수성 배지인 것을 특징으로 하는 정형외과용 조성물.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 정형외과용 조성물을 건조하는 단계를 포함하는 고형 또는 반고형 정형외과용 재료를 제조하는 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 건조가 동결건조에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 고형 또는 반고형 정형외과용 재료를 제조하는 방법.
17. 제15항에 있어서, 상기 건조가 상기 액체 배지의 증발에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 고형 또는 반고형 정형외과용 재료를 제조하는 방법.
18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 얻어질 수 있는 고형 또는 반고형 정형외과용 재료.
19. 제18항에 있어서, 상기 재료가 50㎛ 내지 1cm의 직경을 갖는 다공성 키토산 입자들 사이에 공극을 포함하는 것을 특징으로 고형 또는 반고형 정형외과용 재료.
20. 제18항 또는 제19항에 따른 고형 또는 반고형 정형외과용 재료를 골 대체재로 사용하는 용도.
21. 제18항 또는 제19항에 따른 고형 또는 반고형 정형외과용 재료를 골 시멘트로 사용하는 용도.
22. 제18항 또는 제19항에 따른 고형 또는 반고형 정형외과용 재료를 조직 스캐폴드로 사용하는 용도.
23. 키토산 및 상기 키토산에 결정성을 유발할 수 있는 포로젠을 함유하는 용액을 제조하는 단계;

    상기 용액을 고형 잔류물로 건조시키는 단계; 및

    상기 고형 잔류물을 분쇄하여 다공성 키토산 입자를 생성하는 단계;를 포함하는 다공성 키토산 입자를 제조하는 방법.
24. 제23항에 있어서, 상기 용액이 키토산 유도체, 다당류, 및/또는 단백질과 키토산의 혼합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
25. 제23항 또는 제24항에 있어서, 상기 유도체가 황산화된 키토산, N-카르복시 메틸 키토산, O-카르복시메틸 키토산, 및 N,O-카르복시메틸 키토산으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 방법.
26. 제24항 또는 제25항에 있어서, 상기 혼합물이 50% 이상의 키토산을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
27. 제26항에 있어서, 상기 혼합물이 50 내지 90%의 키토산을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
28. 제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포로젠이 생체적합성 무기염 또는 10 kD 이상의 분자량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
29. 제28항에 있어서, 상기 포로젠이 생체적합성 무기염이고 상기 염이 염화나트륨, 염화칼륨, 염화칼슘, 및 염화마그네슘으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
30. 제29항에 있어서, 상기 염이 염화나트륨인 것을 특징으로 하는 방법.
31. 제23항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 키토산 대 포로젠의 비, 또는 키토산 유도체, 다당류 및/또는 단백질과 키토산의 혼합물 대 포로젠의 비가 1:1 내지 1:10인 것을 특징으로 하는 방법.
32. 제31항에 있어서, 상기 비가 1:2 내지 1:5인 것을 특징으로 하는 방법.
33. 제23항 내지 제32항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 얻어질 수 있는 다공성 키토산 입자.
34. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 키토산 입자가 제33항에 따른 다공성 키토산 입자인 것을 특징으로 하는 정형외과용 조성물.

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