KR20100045158A

KR20100045158A - 유착방지막 용도의 생분해성 나노섬유시트 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20100045158A
Application number: KR1020080104228A
Authority: KR
Inventors: 김원일; 권오형; 고영광
Original assignee: 주식회사 원바이오젠; 금오공과대학교 산학협력단
Priority date: 2008-10-23
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2010-05-03
Also published as: KR101005079B1

Abstract

본 발명은 비정상적인 조직의 유착을 방지할 수 있는 생분해성 나노섬유시트 형태의 유착방지막에 관한 것으로, 특히 폴리감마글루탐산이라는 생체유래 고분자와 생분해성 고분자 및 친수성 고분자를 사용하여 전기방사법으로 성형한 나노섬유시트 형태의 유착방지막 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 나노섬유시트는 섬유의 직경이 나노스케일이기 때문에 높은 비표면적을 가지며 유연하고 다공성이며, 상처부위에 쉽게 접착할 수 있고, 분해속도가 신속하며, 함유된 약물의 방출 또한 신속하게 이루어질 수 있으므로, 조직의 유착을 효과적으로 방지할 수 있다.

조직유착 방지, 나노섬유, 폴리감마글루탐산(γ-PGA), 비스테로이드성 소염제, PLGA, PEO, 생분해성 고분자, ibuprofen, 전기방사

Description

유착방지막 용도의 생분해성 나노섬유시트 및 그 제조방법 {Biodegradable Nanofiber sheet for Anti-adhesion Membrane and Process for Preparing the Same}

본 발명은 비정상적인 조직의 유착을 방지할 수 있는 유착방지막에 관한 것으로, 특히 전기방사법을 이용한 나노섬유시트 형태의 생분해성 유착방지막 및 그 제조방법에 관한 것이다.

조직유착은 외과적 개복수술 후 복강내부에 형성된 상처의 자연적인 치유과정에서 발생할 수 있는 다른 조직과 상처부위와의 비정상적인 섬유성 연결조직의 결합을 말한다. 조직유착은 많은 수술이 행해지는 현대의학에서 아직 해결하지 못한 합병증 중의 하나로, 복강내부 조직 및 장기간의 유착은 개복수술 후 빈번하게 발생한다. 유착의 일부는 자발적으로 분해되기도 하지만 대부분의 경우 상처치유 후에도 유착이 남아서 환자에게 각종 후유증을 동반한 고통을 유발하게 된다. 수술 후 발생하는 장 유착의 원인으로는 복강 내에 유입된 이물질들, 감염에 따른 염증반응, 조직의 허혈, 혈액응고, 과도한 조직의 견인, 장막의 파열 및 거친 수술 등이 알려져 있지만, 임상적으로 예방을 위한 완벽한 방법은 현재까지 알려지지 않 은 실정이다. 이러한 유착은 통계자료에 의하면 개복수술 후 약 93% 이상의 환자에게 정도에 따른 유착이 발생하며 환자에게 만성통증을 유발하거나 자궁과 골반부 유착에 의한 여성 불임, 장기나 조직의 기능장애를 초래함으로서 유착부위를 박리하는 재수술이 필요하며 때로는 생명을 위협하는 요인이 되기도 한다.

현재까지 알려진 유착방지 방법으로는 첫째, 개복수술 시 상처를 최소화하는 정밀수술 (micro-surgical technique)을 하거나, 둘째, 화학적 방법 (chemical method)으로서 항염증제, 피브린의 형성 억제제, 항응고제, 단백질 가수분해제(예, t-PA) 등을 투입하는 방법이 있으나 약물 중 일부는 유착방지효과에 비하여 상처의 치유속도를 지연시키는 부작용을 일으키는 단점이 있다. 셋째, 이와는 별도로 최근에는 물리적 장벽 (physical barrier)을 사용하여 수술 후의 상처부위를 감싸거나 덮어줌으로써 주변조직과 격리시키는 방법이 사용되고 있으며 이 방법이 매우 효과적이라는 결과가 많이 보고되고 있다.

물리적 장벽 (physical barrier)을 사용한 예로 온도응답성 고분자 (PNIPAM-grafted hyaluronan/gelatin)를 이용하여 유착방지 가능성을 연구한 그룹, 인 시튜 교차연결성 히알루론산 수화겔(in situ cross-linkable hyaluronic acid (HA) hydrogel) 및 자동교차 연결된 히알루로난유도체 겔(autocrosslinked hyaluronan derivative gel)을 이용한 그룹, UV 교차-연결된 젤라틴 필름(UV cross-linked gelatin film)을 이용한 그룹, PGA(polygalacturonic acid)를 삽입한 그룹, 콜라겐 필름/겔, SH/CMC 및 피브린 접착제(fibrin glue)를 연구한 그룹, 유착방지용 재료로 알긴산 나트륨(sodium alginate, Alg), SCMC, 폴리에틸렌글리콜-폴리프로필렌글 리콜(polyethylene glycol-polypropylene glycol, PEG-PPG, Poloxamer)를 사용한 그룹, N,O-카르복시메틸키토산(N,O-carboxymethyl chitosan)을 연구한 그룹, PLLA(poly(L-lactic acid))-PEG 이중블록 공중합체 필름(diblock copolymer film)을 사용한 그룹, 키토산-폴록사머 겔(Chitosan-poloxamer gel) 복합체를 사용한 그룹, 히알루론산-카르복시메틸셀룰로오스 필름(Seprafilm®), 덱스트란 40, 피브리노겐(Beriplast™) 등을 사용하여 비교 실험한 그룹, SCMC-헤파린을 이용한 그룹 등 많은 연구보고가 있었다. 물리적 장벽 (physical barrier)을 이용한 유착방지에 관한 선행연구 중 SCMC(sodium carboxymethyl cellulose) 및 히알루론산을 주성분으로 하는 소재가 유착방지에 효과적이라는 연구결과가 많으나 명확한 유착방지 기전에 대해서는 아직 알려지지 않았다. 셀룰로오스류나 덱스트란류 등은 천연고분자이지만 생체를 구성하는 성분이 아니기 때문에 생체 내에서 이물반응이 발생할 수 있는 것으로 알려져 있고, 체내에는 이러한 재료들에 대한 분해효소가 없기 때문에 산화 및 가수분해를 통해 분해시켜 주어야 한다고 알려져 있다. 한편 히알루론산 (USP 4,141,973)은 생체내에서 분해속도가 빨라서 물리적 장벽으로써 일정기간 요구되는 형태유지능이 만족스럽지 못하다. 이들 중 일부 유착방지제가 상용화되어 수술 후 장기 및 조직간의 유착형성을 억제하려는 시도가 있어 왔으며 현재 흡수성 산화 재생 셀룰로오스(oxidized regenerated cellulose, Interceed TC-7; Johnson and Johnson Medical Inc.), 비흡수성 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE, Gore-Tex; W. L. Gore Co.), 히알루론산나트륨/카르복시메틸셀룰로오스(sodium hyaluronate/carboxymethyl cellulose, Seprafilm, Genzyme Co.)등이 사용되고 있고, 여러 겹의 폴리에스테르와 폴리우레탄으로 구성된 뉴로-텍스 듀라막(Neuro-tex® MANC NT, Textile Hi-Tech Co.)은 신경유착방지제로 사용되고 있다. 그러나 합성고분자인 PTFE, 폴리에스터, 폴리우레탄으로 구성된 제품은 생체내에서 분해가 되지 않으므로 장기적인 관점에서는 인체에 좋지 못하다. 최근 개발된 스프레이겔™(SprayGel™; Confluent Surgical Inc.)은 수술부위를 PEG 하이드로젤로 코팅 후 치료가 완료되면 서서히 분해되어 흡수되는 유착방지막 형태로 주목받고 있다. 그러나 합성고분자인 폴리에틸렌글리콜은 분자량이 작은 재료만 사용할 수 있으며, 이 경우 흡수되어 대사경로를 통해 체외로 배출되지만 이는 흡수가 빨라 유착방지를 위한 장벽으로 지속시간의 조절이 힘들다는 단점이 있다.

한편, 종래 나노섬유를 제조하는 기술로는 복합방사, 멜트블로우 방사, 플래시 방사, 전기방사 등이 알려져 있으나 적용 고분자의 다양성, 제조공정의 단순성, 상용화 가능성, 다양한 기술로의 응용 가능성을 고려할 때 전기방사가 가장 기대되는 초극세사 제조기술로 인정되고 있다. 최근 미국을 중심으로 전 세계에서 나노테크놀로지(Nano-technology, NT)에 대한 연구가 경쟁적으로 이루어지고 있으며, 특히 전기방사법은 고분자용액에 고전압을 가해줌으로써 고분자 jet이 분출되어 용매가 휘발되면서 나노스케일의 직경을 갖는 섬유가 얻어지는 방사법으로서 높은 비표면적, 다공성, 높은 aspect ratio, 유연성을 가지며, 방사조건을 조절함으로써 섬유직경의 조절이 용이하다. 전기방사법으로 제조한 나노섬유는 보강제, 고효율 필터용 막재료, 기능성 섬유, 방오기능을 이용한 군수용품 등 다양한 분야에 응용가능하며, 상처 드레싱(wound dressing), 약물전달시스템 (DDS), 조직공학용 scaffold 등 고부가가치를 가지는 의료용 소재의 가공법으로도 최근 주목받고 있다.

일반적으로 전기방사시스템은 섬유원료의 용액 공급부, 고전압 공급부, 나노섬유가 형성되는 콜렉터 부분으로 크게 나눌 수 있다. 그 외 방사환경(습도, 온도)은 최적의 일정한 조건으로 유지될 수 있어야 한다. 용액 공급부는 용액을 일정한 속도로 정확하게 토출시켜주는 주사기펌프와 주사기(또는 노즐) 부분으로 구성되며 주사기 바늘의 모양 및 직경, 재질 등의 설계에 따라 섬유의 특성을 제어 할 수 있다. 고전압 공급부는 유전상수가 높은 고분자 용액부분을 하전 시키는 (+)극과 하전된 용액이 나노섬유 필라멘트 형태로 수집되는 (-)극으로 구성되는 절연케이블로 전압 및 전류 등을 제어한다. 나노섬유가 포집되는 콜렉터 부분은 그 형태 및 움직임, 속도 등의 설계에 따라 나노섬유 가닥의 배열조정이 가능하고 목적에 따른 다양한 모양의 소재도 제조가능하다. 전기방사에 이용되는 재료형태는 일반적으로 잘 용해된 용액상태이며, 전기방사 시 사용되는 고분자의 용액특성에 따라 섬유 형성에 많은 영향을 주는데, 그러한 용액 특성에는 고분자용액의 농도, 점도, 표면장력, 전도성, 유전성질, 휘발성 등이 있다. 고분자용액의 농도는 점도와 밀접한 관계에 있으며 점도는 고분자사슬의 얽힘 정도 (entanglement)와 유동성을 나타내는 척도이기 때문에 전기방사 시 제조되는 섬유의 형태, 직경 및 분사되는 속도에 영향을 주는 중요한 인자로 알려져 있다. 고분자 특성에 따라 차이가 있지만 보고된 바로는 0.5 - 50 poise 정도의 점도를 가지면 섬유화가 가능한 것으 로 알려져 있고, 점도가 너무 높거나 낮을 경우에는 섬유화가 일어나지 않는다. 전기방사는 고분자용액 또는 용융체에 정전기적인 힘을 걸어줌으로써 충전된 고분자와 접지된 집전판 사이의 큰 전위차에 의해 방사되어 수 ㎚∼수 ㎛의 섬유를 제조하는 기술로 설비 및 장비가 저렴하고 단순하며, 빠른 방사속도와 적은 양으로도 방사가 가능하고, 방사와 동시에 부직포 (nonwovens) 형태를 얻을 수 있으며, 첨가제 투입이 용이한 방사기술이다.

나노섬유, 특히 고분자용액을 전기방사시켜 얻은 나노섬유를 조직유착 방지를 위한 물리적 장벽으로 이용하는 기술들이 제안되었다. 미국의 벤자민 추(Benjamin Chu) 교수는 조직공학용 소재로서 일반적으로 많이 이용되는 PLGA를 기본 재료로 하여 항생제를 함유하는 생분해성 나노섬유를 제조하여 조직유착방지막으로 이용하고자 하였다. 그러나 이 기술은 주재료인 PLGA가 소수성 고분자로 나노섬유 시트로 제조하였을 때 수용액에서 수축이 심하게 일어난다는 문제점이 있다 (Hongliang Jiang, Benjamin Chu, "Preparation and characterization of ibuprofen-loaded poly(lactide-co-glycolide)/poly(ethylene glycol)-g-chitosan electrospun membranes", J. Biomater. Sci. Polymer Edn, Vol. 15. No. 3, 279-296 2004). 등록특허 제10-0785378호에서는 소수성의 생분해성, 생체적합성 고분자를 전기방사하여 형성된 나노섬유 구조의 기재층과 상기 기재층의 표면에 친수성의 생체유래 고분자를 코팅하여 형성된 고분자층으로 이루어진 다층구조의 유착방지제에 관해 기술하고 있다.

상기한 바와 같이 유착방지막에 대해 많은 연구가 이루어지고 새로운 기술이 제안되어 왔으나, 제안된 기술들은 각각의 문제점과 한계를 지니고 있으며, 유착방지효과도 아직까지 50-80% 정도에 머무르고 있다. 미국의 경우만 해도 복막 및 골반유착에 의한 의료비가 연간 120억불 정도로 이로 인한 경제적 손실이 막대한 것으로 나타나 있다. 또, 현재 사용되고 있는 유착방지막들은 상당한 고가로 의료비를 상승시키는 요인이 되고 있다. 우리나라의 경우 유착방지제에 대한 연구가 아직 활발하게 이루어지지 않고 있어 전량을 수입에 의존하고 있는 실정이므로, 이로 인한 의료비 부담은 더욱 크다.

따라서 비정상적인 조직의 유착을 효율적으로 방지해 줄 수 있는 새로운 고성능의 유착방지제의 개발이 요구되고 있다. 본 발명자들은 앞선 연구에서 유착방지막으로 적용하고자 폴리감마글루탐산(γ-PGA)을 주성분으로 하고 PLGA와 소염제(ibuprofen)을 도입하여 전기방사법으로 나노섬유시트를 제조한 바 있다 (한국고분자학회, 2007년 봄). 이렇게 폴리감마글루탐산에 PLGA를 혼합하여 방사하는 방법은, 수분에 약한 폴리감마글루탐산이 쉽게 분해되는 문제점을 해결하고 제조된 섬유시트의 형태를 유지해주며 분해시간을 조절해 준다. 또, PLGA (poly(lactic-co-glycolic acid)는 생체적합성, 생분해성 고분자이기는 하나 소수성으로 배양액 속에서 심하게 수축하는 성질이 있는데, 폴리감마글루탐산과 함께 블랜딩함으로써 수축문제는 해결하였다. 그러나 PLGA는 폴리감마글루탐산에 비해 소수성을 띠므로 폴리감마글루탐산과 PLGA를 블랜딩한 나노섬유 시트는 세포증식에 적당한 표면을 가지게 되어 유착방지막으로서의 기능을 향상시키는 데에는 그다지 효과적이지 못하였다. 본 발명의 일 측면은 이러한 연구의 문제점을 해결하고자 친수성을 증가시키기 위하여 PEO를 함유시키는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 유착방지막의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 본 발명에서는 비정상적인 조직의 유착을 효율적으로 방지해 줄 수 있는 새로운 고성능의 유착방지막으로 사용될 수 있는 나노섬유시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

조직유착을 방지하기 위한 물리적 장벽으로서의 나노섬유시트가 갖추어야 할 이상적인 조건은 다음과 같다. 첫째, 유착을 최소화 할 수 있는 재료 고유의 표면성질이 있어야 하고, 둘째, 상처치유기간에는 물리적으로 형태를 유지하면서 상처를 덮어주고 그 이후에는 분해, 흡수되는 물성이 필요하다. 셋째, 생체내에 삽입되는 의료용 소재로서 생체적합성, 비독성이어야 하며, 분해산물이 인체에 무해하여 안전하여야 한다. 넷째, 상처부위의 염증반응을 감소시켜 상처의 치유기간을 단축시켜줄 수 있는 효율성이 있어야 한다. 다섯째, 마지막으로 수술과정에서 쉽게 사용할 수 있도록 유연하고 접착이 잘 되는 편리성이 요구된다. 본 발명에서는 상기와 같은 조건을 만족하는 이상적인 유착방지막을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히 본 발명에서는 폴리감마글루탐산을 사용한 나노섬유시트가 갖고 있는 가교상의 문제점과 PLGA를 사용한 나노섬유가 갖고 있는 소수성 문제, 나아가 이 둘을 함께 사용하는 경우에도 여전히 표면 물성이 유착방지막으로서 바람직하지 않다는 문제를 모두 해결하여 친수도가 높아 유착방지막 쪽으로의 세포증식이 용이하 지 않고 상처부위에 쉽게 접착할 수 있으며, 분해속도가 신속하고, 함유된 약물의 방출 또한 신속하게 이루어질 수 있는 이상적인 유착방지막을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상처의 치료가 완료되기 전까지는 상처부위를 완벽히 차단해줄 수 있도록 물리적 장벽으로서의 형태를 유지하고, 그 이후에는 신속하게 분해될 수 있는 나노섬유시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명에서는 적용 초기에는 함유된 약물을 신속하게 방출할 수 있고 이후 지속적인 방출로 일정 농도를 유지할 수 있는 바람직한 약물방출거동을 지닌 나노섬유시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 공정이 간단한 전기방사법을 사용하여 상기와 같은 특성을 가진 나노섬유시트를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해 본 발명에서는 생체유래 고분자인 폴리감마글루탐산과 생분해성 고분자 및 친수성 고분자를 주성분으로 하여 전기방사법을 사용하여 유착방지막으로 적합한 나노섬유시트를 성형한다. 본 발명에 따라 성형된 나노섬유시트는 인체에의 안전성과 생분해성을 지닌 소재로 구성되며 비표면적이 넓고 유연하며 다공성을 지닌다.

구체적으로 본 발명에서는, 폴리감마글루탐산 10∼100 중량부; 생분해성 고분자 10∼100 중량부 및 친수성 고분자 1∼50 중량부를 포함하는 혼합 고분자 용액을 전기방사시켜 얻은 생분해성 나노섬유시트가 제공된다. 본 발명의 나노섬유 시트는 특히 유착방지막의 용도를 갖는다. 본 명세서에서 “유착방지막”은 조직유착을 방지하는 물리적 장벽으로서 기능하는 막을 의미한다.

또한 본 발명에서는,

(a) 폴리감마글루탐산 10∼100 중량부; 생분해성 고분자 10∼100 중량부; 및 친수성 고분자 1∼50 중량부를 용매에 용해시켜 혼합 고분자 용액을 만드는 단계와,

(b) 상기 혼합 고분자 용액을, 용액 농도 0.1∼50 중량%, 전압 5∼100 kV, 용액의 토출속도 0.1∼10 ㎖/h, 방사거리 3∼50 ㎝ 및 습도 1∼30%의 전기방사 조건으로 전기방사시켜 나노섬유시트를 수득하는 단계를 포함하는 생분해성 나노섬유시트의 제조방법이 제공된다.

본 발명에서는 γ-PGA/생분해성 고분자(PLGA)/친수성 고분자(PEO)의 3가지 주성분으로 나노섬유시트를 구성함으로써 폴리감마글루탐산을 단독으로 사용하여 제조한 나노섬유를 유착방지막으로 사용하기 위해 꼭 필요로 하는 가교과정을 줄일 수 있고, PLGA가 가지고 있는 소수성 문제를 해결할 수 있으며, 나아가 친수도를 높여 이상적인 유착방지막의 조건을 가질 수 있다. 또한, γ-PGA, PLGA, PEO의 비율을 달리하여 나노섬유의 표면개질과 분해속도를 효과적으로 조절할 수 있다.

본 발명의 나노섬유시트는 섬유의 직경이 나노스케일이기 때문에 매우 높은 비표면적을 가지며, 유연하고, 3차원적 다공성을 지닌 부직포 구조가 되므로 상처부위에 쉽게 접착할 수 있으며, 분해속도가 신속하고, 함유된 약물의 방출 또한 신 속하게 이루어질 수 있다.

따라서, 본 발명의 나노섬유시트는 유착방지막으로 적용하면, 폴리감마글루탐산 등 생분해성 생체적합성 고분자 소재로 인체에 안전하고, 상처부위의 유착을 효과적으로 막아줄 수 있으며, 나노섬유시트 형태의 막이라는 특성상 유연하고 비표면적이 큰 다공성 소재로서 수술 후 적용 시 취급이 용이하고 생분해 속도의 조절이 쉬우며, 아울러 약물의 방출거동이 좋아 비스테로이드성 소염제를 생분해성 나노섬유에 도입하여 상처부위에 국부적으로 방출시킴으로써 염증반응을 억제할 수 있는 효과도 있다. 유착방지막으로 적용된 본 발명의 나노섬유시트는 이러한 기능들의 상승작용으로 조직의 유착방지효과를 극대화 할 수 있다.

본 발명의 생분해성 나노섬유시트는 생체유래 고분자 10∼100 중량부; 생체적합성 고분자 10∼100 중량부 및 친수성 고분자 1∼50 중량부를 주성분으로 한다.

본 발명의 생분해성 나노섬유시트를 구성하는 생체유래 고분자는 인체 내에서 이물반응이 적고 생분해 시 분해산물의 독성이 없어서 인체에 안전하여야 한다. 본 발명에서는 이러한 생체유래 고분자로 폴리감마글루탐산을 사용한다. 폴리감마글루탐산 (Poly(γ-glutamic acid), γ-PGA)은 청국장의 발효과정 중에 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis, 고초균)가 생산하는 효소에 의해서 독특한 풍미를 내며 다량 생성되는 점성물질이다. 폴리감마글루탐산은 아미노산인 글루탐산(glutamic acid)이 γ-위치 (γ-peptide bond)로 연결된 아미노산 고분자소재로서 인체에 대해 무독성이고, 완전한 생분해성이며, 친수성, 보습성을 갖고 있는 음이온성 생체고분자이다. 폴리감마글루탐산의 구조식은 하기 화학식 1과 같다. 폴리감마글루탐산은 또 체내에 항암물질을 효율적으로 운반해주고 그 자체가 항암작용을 한다는 보고도 있어 식품, 화장품, 의약 등의 분야에서의 이용이 기대되는 첨단 바이오 신소재이다 (Makoto Ashiuchi, Kazuya Shimanouchi, Hisaaki Nakamura, Tohru Kamei, Kenji Soda, Chung Park, Moon-Hee Sung and Haruo Misono, “Isolation of Bacillus subtilis (chungkookjang), a poly-γ-glutamate producer with high genetic competence”, Appl. Microbiol Biotechnol., Vol. 57, 764-769, 2001), (Moon-Hee Sung, Chung Park, Chul-Joong Kim, Haryoung Poo, Kenji Soda, Makoto Ashiuchi, "Natural and Edible Biopolymer Poly-γ-glutamic Acid: Synthesis, Production, and Applications", The Chemical Record, Vol. 5, 352∼366, 2005).

유착방지막으로 적용하기 위해서는 상처부위를 완벽하게 덮어주어야 하기 때문에 수축이 일어날 수 있는 소수성 표면성질은 바람직하지 않으며, 폴리감마글루탐산과 같이 친수성 표면성질을 가진 재료가 상처와 양호하게 접착하여 충분히 덮어주는 작용을 할 수 있으므로 바람직하다. 그러나 폴리감마글루탐산은 수분에 상당히 약해 쉽게 분해되기 때문에 가교과정이 필요하다. 그리고 가교정도에 따라 분해속도를 조절할 수 있으므로 용도에 따라 다양한 분야에 응용할 수 있다는 장점 이 있지만 가교제의 선택 및 가교방법이 까다롭고 가교도를 조절하기도 쉽지 않다는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명에서는 폴리감마글루탐산과 잘 섞이는 PLGA를 혼합한 용액으로 방사하는 방법으로 형태를 유지해주고 분해시간을 조절하였다.

본 발명의 생분해성 나노섬유시트를 구성하는 생분해성 고분자로는 물성이 우수하고 생체 적합한 고분자가 사용된다. 본 발명의 유착방지막에서 생분해성 고분자는 폴리감마글루탐산의 방사성, 기계적강도 ,안정성을 향상키는 역할을 수행하고, 제조된 나노섬유 부직포 표면의 친수도를 조절하는 역할을 하게 된다. 이러한 고분자로는 예를 들어, PHB[poly(β-hydroxy butyrate)], PHBV(3-hydroxy butyrate-co-3-hydroxy valerate), PGA[poly(glycolic acid)], PLA[poly(lactic acid)], PLGA(polylactic-co-glycolic acid), PCL[poly(ε-caprolactone)], 폴리다이옥사논(polydioxanone), 폴리오르소에스테르(polyorthoester), 폴리아하이드라이드(polyanhydride),키토산(chitosan), 젤라틴(gelatin), 실크(silk), 콜라겐(collagen), 셀룰로오스(cellulose), 알긴산(alginic acid), 히알루론산(hyaluronic acid ) 등이 있다. 본 발명에서 생분해성 고분자로 바람직하게는 PLGA (poly(lactic-co-glycolic acid) 또는 PCL(poly(ε-caprolactone))를 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 PLGA를 사용할 수 있다.

PLGA는 미국에서 FDA 승인을 받은 생체적합성, 생분해성 고분자로서 일반적으로 의료용 기구나 생체재료로 많이 이용되고 있다. PLGA의 구조식은 하기 화학식 2와 같다. 그러나 PLGA는 기본적으로 소수성 고분자로 배양액 속에서 심하게 수축하는 특징을 갖고 있어, 상처부위를 완벽하게 덮어주어야 하는 유착방지막으로서 바람직하지 않은 점이 있다. 본 발명에서는 폴리감마글루탐산과 PLGA를 함께 블랜딩함으로써 이러한 수축문제는 해결하였다. 본 발명에서 폴리감마글루탐산과 PLGA를 함께 블랜딩하여 얻어진 나노섬유 시트는 수축이 거의 발생하지 않고, 지지체의 구조적 변형도 일어나지 않기 때문에 유착방지막의 형태로 효과적이었다. 그러나 PLGA는 폴리감마글루탐산에 비해 소수성을 띠므로, 폴리감마글루탐산과 PLGA를 블랜딩한 나노섬유 시트는 오히려 세포증식에 적당한 표면을 가지게 된다는 문제점이 있다. 따라서 본 발명에서는 폴리감마글루탐산과 PLGA 외에 전기방사능이 우수하고 생체적합성이면서도 친수성 고분자인 PEO(polyethylene oxide)를 도입하여 이러한 문제점을 해결한다.

본 발명의 생분해성 나노섬유시트를 구성하는 친수성 고분자로는 PEO(poly ethylene oxide), PVA(poly vinyl alcohol),키토산(chitosan), 젤라틴(gelatin), 실크(silk), 콜라겐(collagen), 셀룰로오스(cellulose), 알긴산(alginic acid) 및 히알루론산(hyaluronic acid ) 등이 단독으로 또는 혼합 사용될 수 있다. 친수성 고분자로 바람직하게는 PEO(polyethylene oxide) 또는 PVA가 단독으로 또는 혼합 사용될 수 있으며, 보다 바람직하게는 PEO가 사용될 수 있다.

PEO는 폴리감마글루탐산과 PLGA의 블랜딩을 용이하게 할뿐만 아니라 혼합용액의 방사성 또한 우수하게 해주며, 무엇보다도 PEO의 친수성은 전기방사에 의해 얻어진 나노섬유 시트의 표면을 친수화시켜 상처가 치유되는 동안 유착방지막쪽으로의 세포증식을 억제하면서도 시트의 형태를 유지시키고, 효과적으로 분해가 일어날 수 있게 해준다.

본 발명에서는 γ-PGA/생분해성 고분자(PLGA)/친수성 고분자(PEO)의 3가지 주성분으로 나노섬유시트를 구성함으로써 폴리감마글루탐산을 단독으로 사용하여 제조한 나노섬유를 유착방지막으로 사용하기 위해 꼭 필요로 하는 가교과정을 줄일 수 있고, PLGA가 가지고 있는 소수성 문제를 해결할 수 있으며, 나아가 친수도를 높여 이상적인 유착방지막의 조건을 가질 수 있다. 또한, γ-PGA, PLGA, PEO의 비율을 달리하여 나노섬유의 표면개질과 분해속도를 효과적으로 조절할 수 있으므로, 섬유성 연결조직세포의 과대증식을 감소해주는 작용도 할 수 있을 것으로 예상된다.

본 발명의 유착방지막은, 비스테로이드성 항염증제, 항생제, 항암제 등의 약물을 더 포함할 수 있다.

비스테로이드성 항염증제로는, 바람직하게는 비스테로이드성 항염증제(non-steroidal anti-inflammatory drug)를 포함할 수 있다. 비스테로이드성 항염증제로는 아스피린(acetyl salicylic acid); 이부프로펜(ibuprofen); 나프록센(naproxen); 술린닥(sulindac); 디클로페낙; 피록시캄; 케토푸로펜; 디플루니살; 나부메톤; 에토돌락; 옥사푸로진; 인도메타신(indometh-acin); 톨메틴(tolmetin) 등이 사용될 수 있으며, 특히 바람직하게는 이부프로펜이 사용될 수 있다. 이러한 비스테로이드성 항염증제는 복강 내부에서 발생할 수 있는 염증반응을 감소시켜 유착형성을 보다 효과적으로 방지할 수 있도록 해준다.

항생제로는, 바람직하게는 페니실린(penicillin); 스트렙토마이신(streptomycin); 테트라사이클린(tetracycline); 카나마이신(kanamycin); 클로람페니콜(chliramphenicol); 악토노마이신(actinomysin); 암피실린(ampicillin); 바시트라신(bacitracin); 그라미시딘(gramicidin); 날리딕신산(naildixic acid); 네오마이신(neomtcin); 노낵틴(nonactin); 노르플록사신(norfloxacin); 패튤린(patulin); 테라마이신(terramysin) 등이 사용될 수 있다.

항암제로는, 바람직하게는 니트로겐 머스타드(Nitrogen Mustard); 클로람부실(Chlorambucil); 멜팔란(Melphalan); 사이클로포스파마이드(cyclophosphamide); 프로카바진(Procarbazine); 메소트렉세이트(Methotrexate. :MTX); 6-메르캅토퓨 린(6-MP); 6-티오구아닌(6-Thio-Guanine); 5-플루오로우라실(5-fluorouracil); 시타라빈(Cytarabine); 아드리아마이신(adriamycin); 다우노루비신(Daunorubicin); 블레오마이신(bleomycin); 미토마이신-C(mitomycin-C); 악티노마이신-D(Actinomycin-D); 빈크리스틴(vincristine); 빈블라스틴(Vinblastine); VP-16-213; VM-26; 시스플라틴(Cisplatin); o,p-DDD 등이 사용될 수 있다.

본 발명에서는 비스테로이드성 항염증제를 전기방사법을 이용하여 폴리감마글루탐산-PLGA-PEO로 이루어진 나노섬유에 함유시킨다. 이러한 방법으로 나노섬유에 함유된 약물은 나노섬유의 큰 비표면적, 유연성, 다공성을 이용하여 소량의 함유량으로도 신속하고 원활한 약물방출이 이루어질 수 있다. 비스테로이드성 항염증제의 함유량은 공지된 약물의 용량 범위 내에서 사용될 수 있다. 이부프로펜의 경우, 바람직하게는 폴리감마글루탐산-PLGA-PEO 혼합용액에서 고형분 함량의 0.5∼5 중량% 범위로 사용될 수 있다.

본 발명에서는 막형성 방법으로 전기방사법을 사용하였다. 통상적인 전기방사시스템 및 이론에 의하면 전기방사 공정은 고전압 하에서 수행되어야 하고, 정전방사의 특성상 챔버 내부의 공기조건도 상당히 중요하다. 이와 같이 일반적인 공정에 의해 나노섬유를 제조하는 경우 방사챔버의 환경(온도, 습도)에 민감한 정전기적 공정상의 특성으로 인해 나노섬유의 형태에 미세한 변화가 생기게 되고 재현성있는 소재를 만들기 힘들다. 또한 고전압 하에서 진행되는 공정이기 때문에 주 사기펌프의 전기적 오작동을 초래하여 방사공정 시간을 많이 낭비하게 되며 근접시 감전사고가 발생 할 수도 있다. 또, 방사 시 휘발성 용매가 챔버에 축적될 경우 인체에 해롭고 폭발사고도 일어날 수 있는 문제점을 안고 있다. 특히 생체유래 고분자는 그 특성상 분자량이 합성고분자처럼 일정하지 않으므로 나노섬유 제조시 공정변수를 최대한 안정화시켜야 한다. 따라서 본 발명에서는, 나노섬유 제조시 재현성을 극대화하기 위해 전기방사 시의 공기조건을 안정화하고 방사조건을 외부에서 제어할 수 있으며 기계의 오작동 및 인체에 피해가 없도록, 바람직하게는 자체 설계한 초정밀 전기방사시스템을 이용한다. 본 발명에서 사용하는 바람직한 전기방사시스템의 구성은 도 1과 같다.

도 1에 도시된 전기방사시스템은 0∼40 kV의 전압공급이 가능한 직류 고전압 발생장치 (DC High Voltage Generator [40kV/3mA], Chungpa EMT Co.)(도시되지 않음)와; 평판형태 (plate type support jack, 200 x 200 mm, stainless steel)(도시되지 않음) 또는 회전드럼형태 (metal drum, 400(w) x 216(

) mm, stainless steel)의 집전판 (collector)(4); 금속드럼의 회전속도 제어장치 (drum speed controller unit, 0∼176 rpm)(도시되지 않음); 고분자용액을 일정한 유량 (volume) 및 유체속도 (flow rate)로 제어하는 주사기펌프 (syringe pump, KDS220, KD Scientific Inc.)(5); 주사기 (Hamilton81620 gastight syringe, 10.0 ㎖, USA)(2), 금속 주사기바늘 (Hamilton91022 metal hub needle, 22 Guage [length: 50.8 mm, inner diameter: 0.41 mm], USA), 디지털 온/습도계 (JB913R, Oregon scientific Inc., USA) 등을 포함한다. 이렇게 설계된 본 발명의 전기방사시스템 은 주사기펌프와 용액 토출 장치가 긴 피스톤(1)으로 연결되어 챔버 외부에서 밀어주는 방식이므로, 고전압 하에서 발생하는 기계의 오작동 및 인체에 대한 위험을 줄여줄 수 있다. 또, 주사기 고정대(3)가 있어 용액토출장치(주사기)를 고정할 수 있고, 높이(상하) 및 거리조절(좌우)이 가능하다. 이밖에도 본 발명의 전기방사시스템은 챔버내의 환경을 전기방사에 최적조건으로 유지하기 위해 습도조절용 에어컨(6), 용매 휘발 및 섬유화 촉진용 전열기(8), 휘발성 용매를 제거하기 위한 배기시스템(7) 등을 포함하여 재현성있고 안정적인 전기방사가 가능하게 한다.

이하, 본 발명의 유착방지막의 제조방법을 설명한다. 본 발명의 유착방지막은 (a) 폴리감마글루탐산과 생분해성 고분자 및 친수성 고분자를 용매에 용해시켜 혼합 고분자 용액을 만드는 단계 및 (b) 상기 혼합 고분자 용액을 전기방사시켜 나노섬유시트를 수득하는 단계를 포함하는 방법으로 나노스케일의 직경을 갖는 섬유로 이루어진 부직포형태의 얇은 막으로 성형된다. 바람직하게는 전기방사에 앞서 상기 혼합 고분자 용액에 비스테로이드성 항염증제 약물을 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다.

전기방사를 위해서는 상기 고분자들을 용매에 균일하게 용해시켜야 한다. 상기 고분자, 즉 폴리감마글루탐산, 생분해성 고분자 및 친수성 고분자를 각각 또는 함께 용해시키는 용매로는 알칼리수, 트리플루오로아세트산(TFA, trifluoro acetic acid), 디메틸포름아마이드(dimethyl formamide), 디메틸설폭시드(dimethyl sulfoxide), TFE(trifluoro ethylene), 아세톤(acetone), HFIP(hexa fluoro isopropanol), MC(methylene chloride), THF(tetra hydro furan), 아세트산(acetic acid), 포름산(formic acid) 등이 각각 단독으로 또는 둘 이상 혼합 사용될 수 있다. 보다 바람직하게는 방사성 (spinnability)이 높은 TFA를 용매로 사용한다. 용해시키는 방법은 먼저 폴리감마글루탐산을 용매에 용해시켜 폴리감마글루탐산 용액을 제조한 후 여기에 생분해성 고분자와 친수성고분자를 첨가하는 방법을 사용하거나, 또는 폴리감마글루탐산, 생분해성 고분자, 친수성 고분자를 각각 용매에 용해시킨 후 혼합하는 방법 등을 사용할 수 있다. 이때 균일한 용액상태를 만들어주기 위해 용액은 20℃∼90℃ 항온조에서 1∼24시간 동안 교반하여 불순물이 없도록 완전히 용해시키고 상온에서 24시간 정도 교반시킨 후 전기방사에 이용하는 것이 바람직하다.

상기 전기방사는 바람직하게는, 도 1에 도시된 전기방사장치를 이용하여 고정된 평판 집전판 또는 회전하는 드럼 집전판을 사용한다. 본 발명에서는 다양한 공정인자 중 섬유형태에 중요한 영향을 주는 용액의 농도, 인가전압, 방사거리, 유체속도, 집전판의 형태, 습도 등에 따른 각각의 나노섬유 시트를 제조한 후 구조 및 형태를 분석하여 재현성이 가장 좋은 전기방사조건을 구하여 적용하였다. 본 발명에서 전기방사는 바람직하게는, 혼합용액의 농도 0.1∼50 중량%, 전압5∼100 kV, 용액의 토출속도 0.1∼10 ㎖/h, 방사거리 3∼50 ㎝ 및 습도 1∼30%의 전기방사 조건으로 수행한다.

폴리감마글루탐산/PLGA/PEO의 혼합용액을 전기방사시켜 얻어진 본 발명의 나 노섬유시트는 섬유의 직경이 나노스케일이기 때문에 매우 높은 비표면적을 가지며, 유연하고, 3차원적 다공성을 지닌 부직포 구조가 된다. 본 발명의 나노섬유시트(유착방지막)은 이런 구조이기 때문에 상처부위에 쉽게 접착할 수 있으며, 분해속도가 신속하고, 함유된 약물의 방출 또한 신속하게 이루어질 수 있다. 본 발명에서 제조된 나노섬유의의 평균 직경은 10∼2000 nm가 바람직하다.

본 발명의 나노섬유시트는 유착방지막으로 사용되는 것 외에도 창상치료용 피복재 및 조직공학용 스캐폴드(scaffold) 등으로도 이용될 수 있다.

본 발명에서는, 제조된 나노섬유시트의 유착방지막으로서의 사용 가능성 및 효과를 확인하기 위해 In vitro 생분해 거동 실험을 실시하였다. 종래의 유착방지막 중 일부는 분해속도가 너무 빨라서 치료가 완료되기 이전에 흡수되거나 분해속도가 너무 길어 이물반응을 유발하는 단점이 있었다. 일반적으로 유착방지막은 치료가 완료되기 전에는 상처부위를 완벽히 차단해주고 그 이후에는 분해되어 생체내로 흡수되는 것이 가장 바람직하다. 보통 외과적 수술 후 상처의 치유기간은 7일 정도 소요되므로, 이러한 관점에서 볼 때 유착방지막은 7일 전후로 분해가 진행되는 것이 가장 바람직하다고 할 수 있다. 하기 실험예로 확인되는 바와 같이 본 발명의 나노섬유시트(유착방지막)은 7일 전후로 분해가 진행되어 실험 중인 소재 중 가장 바람직한 것으로 나타났다.

또한, 본 발명에서는 In vitro 약물방출 거동 분석 실험을 실시하여 나노섬유시트에 함유된 약물의 약물의 방출속도와 지속시간을 확인하였다. 보통 수술 후 조직유착 기전에 관련되는 시간은 3일 이내이며 치료가 완료되는 기간은 7일 정도 인 것으로 알려져 있다. 그 메커니즘을 보면 상처나 염증부위 주변에 혈장섬유소 분비액 (serofibrinous exudate)이 분비되고 피브린이 침착되며, 3시간 이내에 주변의 다른 조직들과 접착되어 피브린 매트릭스(fibrin matrix)를 형성하게 된다. 정상적인 경우, 이렇게 형성된 피브린 매트릭스는 생체 내의 단백질 분해효소에 의해 분해되어 흡수됨으로써 며칠 이내에 사라지지만, 대부분 조직의 자체 분해 능력을 넘어 과다하게 생성, 축적되면 상처주변에 쌓이고 주변조직들과 접착되어 결과적으로 체내에서 유착을 일으키게 된다. 이와 같은 일련의 피브린 형성기작 (fibronogenesis)과 피브린 분해기작 (fibronosis)의 밸런스에 의해 유착이 발생한다. 즉, 효과적인 유착방지를 위해서는 3일 이전에 도입된 약물이 상처부위에 대부분 방출되어야 하며, 초기에 염증반응을 제압할 수 있도록 약물이 신속하게 방출되어야 한다. 이런 관점에서 볼 때 본 발명의 약물을 함유하는 나노섬유시트는 실험된 소재 중 가장 바람직한 약물방출거동을 나타냈다.

[실시예]

이하 구체적인 실시예 및 실험예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예 및 실험예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

폴리감마글루탐산 나노섬유 시트의 제조

폴리감마글루탐산을 주성분으로 하는 나노섬유 시트를 제조하기 위하여 균일한 γ-PGA-TFA 10 wt% 용액을 제조 후 전기방사 하였다. 다른 공정인자로는 전압 16 kV, 방사거리 18 ㎝, 유체속도 1 ㎖/h로 고정시키고 드럼콜렉터 (20 rpm = 13.56 m/min)에 10시간 동안 방사하였으며 습도는 30% 이하로 건조한 조건을 유지하였다. 그 후 대기 중에 존재하는 수분에 의한 γ-PGA 나노섬유의 가수분해를 방지하기 위해 회수한 나노섬유 시트를 즉시 약 7 x 7 ㎝ 크기로 잘라 가교용액에 담그고 10시간 동안 밀봉하여 가교시켰다. 이 때 사용한 가교용액은 헥사메틸렌디이소시아네이트(HMDI, Fluka)와 이소프로판올(HPLC grade, Sigma)을 1 : 99 v/v% 비율로 혼합한 용액을 사용하였다. 이때 나노섬유의 가교도가 너무 높으면 푸석푸석해지게 되므로, 이를 방지하기 위해 헥사메틸렌디이소시아네이트와 이소프로판올의 혼합비율을 1:99 v/v%로 조성한 가교용액을 사용하는 것이 좋다. 유착방지막으로서 적합한 유연성과 물성을 지닌 나노섬유시트의 가교가 완료되면 시트에 포함된 잔존용매와 가교용액을 제거하기 위하여 35℃ 진공오븐에서 5시간 동안 충분히 진공건조 시켰다. 그리고 알루미늄 호일에서 떼어낸 나노섬유 시트는 최종적으로 UV-sterilizer (VS-950M, Vision scientific Co. Ltd.)에서 1시간가량 멸균 후 제습보관 하였다. 제조된 나노섬유 부직포를 전자현미경을 통해 확대하여 관찰한 결과를 도 2에 나타내었다.

실시예 2

폴리감마글루탐산/PLGA 나노섬유 시트의 제조

폴리감마글루탐산에 PLGA을 혼합한 나노섬유를 제조하였다. 먼저 균일한 γ-PGA/PLGA (1:1)-TFA 10 wt% 용액을 제조하고 충분히 교반한 후 전기방사 하였다. 공정인자로는 전압 16 kV, 방사거리 20 ㎝, 유체속도 1 ㎖/h로 고정시키고 드럼콜렉터 (20 rpm)에 10시간 동안 방사하였으며 습도는 30% 이하로 유지하였다. 그 후 시트에 포함된 잔존용매를 제거하기 위하여 35℃ 진공오븐에서 3시간 동안 충분히 건조시켰다. 그리고 알루미늄 호일에서 떼어낸 순수한 나노섬유 시트는 밀봉하여 제습보관 하였다. 제조된 나노섬유 부직포를 전자현미경을 통해 확대하여 관찰한 결과를 도 2에 나타내었다.

실시예 3

폴리감마글루탐산/PLGA/PEO 나노섬유 시트의 제조

폴리감마글루탐산에 PLGA와 PEO를 혼합한 용액을 전기방사를 통해 나노섬유로 제조하였다. 먼저 균일한 γ-PGA/PLGA/PEO (4.5:4.5:1)-TFA 12 wt% 용액을 제조하고 충분히 교반 후 전기방사 하였다. 공정인자로는 전압 17 kV, 방사거리 17 ㎝, 유체속도 1 ㎖/h로 고정시키고 드럼콜렉터 (20 rpm)에 10시간 동안 방사하였으며, 습도는 30% 이하로 유지하였다. 그 후 시트에 포함된 잔존용매를 제거하기 위하여 35℃ 진공오븐에서 3시간 동안 충분히 건조시켰다. 그리고 알루미늄 호일에서 떼어낸 순수한 나노섬유 시트는 밀봉하여 제습보관 하였다. 상기에서 제조된 나노섬유 부직포를 전자현미경을 통해 확대하여 관찰한 결과, 다공성이며, 약 400∼600 nm 의 직경을 가지는 나노섬유 집합체인 것을 확인할 수 있었다(도 2).

비교예 1

PLGA 나노섬유 시트의 제조

생분해성/생체적합성 공중합체로 널리 알려져 있고 의료용으로 FDA (Food and Drug Administration) 승인을 받은 PLGA를 이용한 나노섬유 시트를 제조하기 위하여 먼저 균일한 PLGA-HFIP 6 wt% 용액을 제조 후 재현성이 좋은 조건에서 전기방사 하였다. 공정인자로는 전압 15 kV, 방사거리 19 ㎝, 유체속도 1 ㎖/h로 고정시키고 평판형 집전판에 5시간 동안 방사하였다. 그 후 시트에 포함된 잔존용매를 제거하기 위하여 35℃ 진공오븐에서 3시간동안 충분히 건조시켰다. 그리고 알루미늄 호일에서 떼어낸 순수한 나노섬유 시트는 밀봉하여 제습보관 하였다. 제조된 나노섬유 부직포를 전자현미경을 통해 확대하여 관찰한 결과를 도 2에 나타내었다.

실시예 4

이부프로펜을 도입한 나노섬유 시트의 제조

폴리감마글루탐산을 포함하는 생분해성 나노섬유에 이부프로펜이 도입된 조직유착방지막을 제조하기 위하여 위의 실시예 1, 2, 3 및 비교예 1에서 제조된 용액과 동일한 용액을 제조한 후 각 용액에 소량의 ibuprofen (2 wt% of solid content)을 첨가하고 균일하게 혼합한 다음 전기방사하였다. 이부프로펜의 혼합으로 인한 전기방사조건의 조정은 없었으며, 이후의 제조공정은 실시예 1 내지 3과 동일하게 실시하였다. 제조된 나노섬유 부직포를 전자현미경을 통해 확대하여 관 찰한 결과를 도 2에 나타내었다.

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 만들어진 다양한 나노섬유시트의 전자현미경사진은 도 2와 같다. 종래의 물리적 장벽으로 제시된 유착방지용 필름이나 스폰지, 하이드로 젤 등은 분해 및 약물방출 속도조절이 어려우나, 실시예 3 및 4에서 제조된 본 발명의 나노섬유 시트는 섬유의 직경이 나노스케일이기 때문에 매우 높은 비표면적을 가지며, 유연하고 3차원적 다공성 부직포 구조이기 때문에 분해속도 및 약물방출이 신속하고 상처부위에 쉽게 접착할 수 있다.

실험예 1

다양한 나노섬유 시트의 물 접촉각 측정

제조된 나노섬유시트의 표면 특성을 분석하기 위하여 물 접촉각을 측정하였다. 물 접촉각 측정은 고체표면의 젖음성 (wettability) 또는 친수성/소수성 정도를 평가하는데 중요한 척도로 이용된다. 도 3에서와 같이 이부프로펜을 도입한 그룹은 상대적으로 친수성이 증가되었다. 이부프로펜이 도입된 폴리감마글루탐산 나노섬유 시트의 경우 초기에는 소수성 표면성질을 보이지만 시간이 경과 할수록 친수성 표면특성을 나타내었다. 이는 친수성을 향상시키는 이부프로펜을 함유하였기 때문으로 판단된다. γ-PGA 및 PLGA가 상대적으로 소수성 표면특성을 나타내었으며, 이부프로펜을 도입했음에도 불구하고 PLGA-이부프로펜 나노섬유 시트가 시간경과 후에도 상대적으로 소수성 표면특성을 나타내었다.

실험예 2

폴리감마글루탐산 나노섬유에 포함된 이부프로펜의 분석

나노섬유시트에 포함된 극소량의 ibuprofen을 FTIR (FT/IR-460 plus, JASCO, Japan)을 이용하여 분석하였다. 그 결과, 도 4에서와 같이 이부프로펜을 도입한 폴리감마글루탐산 나노섬유는 이부프로펜과 폴리감마글루탐산에서 관찰되는 특성피크를 모두 가지고 있으므로 확실히 포함되어있다는 것을 확인 할 수 있었다.

실험예 3

In vitro 생분해 거동 실험

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 다양한 생분해성 나노섬유의 생분해거동을 분석하기 위하여 제조된 나노섬유시트를 1 x 1 ㎝ 크기로 제작한 다음 24well tissue culture plate 바닥에 고정시킨 후 1 mL 인산완충식염수(phosphate buffered saline, PBS; pH 7.4)를 넣고 인큐베이터(MCO-15AC (164L), 37℃, 5% CO₂, SANYO, Japan)에서 시간경과 (3h, 9h, 1d, 3d, 5d, 7d, 9d, 11d, 14d, 17d, 21d, 28d, 35d)에 따라 섬유의 형태변화, 수축 및 생분해 거동을 관찰하였다. 결과는 도 5와 같다. 폴리감마글루탐산 나노섬유와 함께 이부프로펜이 함유된 폴리감마글루탐산/PLGA/PEO 나노섬유가 7일 전후로 빠른 분해속도를 보였으며, 다른 나노섬유는 상대적으로 분해속도가 느리고 특히 PLGA 나노섬유(비교예 1)의 경우 겨우 1일 이 지났음에도 현저한 수축이 발생하였다.

종래의 유착방지막 중 일부는 분해속도가 너무 빨라서 치료가 완료되기 이전에 흡수되거나 분해속도가 너무 길어 이물반응을 유발하는 단점이 있었다. 일반적으로 유착방지막은 치료가 완료되기 전에는 상처부위를 완벽히 차단해주고 그 이후에는 분해되어 생체내로 흡수되는 것이 가장 바람직하다. 보통 외과적 수술 후 상처의 치유기간은 7일 정도 소요되므로, 이러한 관점에서 본 발명의 이부프로펜 함유된 폴리감마글루탐산/PLGA/PEO 나노섬유 시트와 같이 7일 전후로 분해가 진행되는 것이 가장 효율적이라고 할 수 있다.

실험예 4

In vitro 약물방출 거동 분석

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 나노섬유의 표면 및 내부에 함유된 비스테로이드성 소염제 (Ibuprofen)의 방출거동을 조사하기 위해 제조된 시편 (2 x 2 ㎝)을 바이알에 넣고 10 mL PBS 용액을 투입한 후 항온조 (37℃)에서 시간경과에 따른 약물 방출거동을 분석하였다. 결과는 도 6과 같다.

본 발명의 γ-PGA/PLGA/PEO-Ibuprofen 나노섬유는 하루가 지났을 때 80% 정도의 이부프로펜이 방출되고 일주일 전후로 85%이상 방출됨을 확인하였다. 반면 γ-PGA/PLGA-Ibuprofen 및 PLGA-Ibuprofen 나노섬유의 경우 초기 7일 까지는 약물의 방출양이 미미한 수준이었으며, 그 이후로 방출양이 약간 증가하였으나 35일이 경과하였을 때에도 30% 이하의 약물이 방출되는 것으로 확인되었다. 이는 PLGA의 생분해 거동에서 보았듯이 한 달이 지나서야 나노섬유의 침식이 눈으로 확인될 정도로 발생하기 때문에 약물의 방출속도가 느린 것으로 생각된다. 보통 수술 후 조직유착 기전에 관련되는 시간은 3일 이내이며 치료가 완료되는 기간은 7일 정도인 것으로 알려져 있다. 그 메커니즘을 보면 상처나 염증부위 주변에 혈장섬유소 분비액 (serofibrinous exudate)이 분비되고 피브린이 침착되며, 3시간 이내에 주변의 다른 조직들과 접착되어 피브린 매트릭스(fibrin matrix)를 형성하게 된다. 정상적인 경우, 이렇게 형성된 피브린 매트릭스는 생체 내의 단백질 분해효소에 의해 분해되어 흡수됨으로써 며칠 이내에 사라지지만, 대부분 조직의 자체 분해 능력을 넘어 과다하게 생성, 축적되면 상처주변에 쌓이고 주변조직들과 접착되어 결과적으로 체내에서 유착을 일으키게 된다. 이와 같은 일련의 피브린 형성기작 (fibronogenesis)과 피브린 분해기작 (fibronosis)의 밸런스에 의해 유착이 발생한다. 따라서, 효과적인 유착방지를 위해서는 3일 이전에 도입된 약물이 상처부위에 대부분 방출되어야 하며, 초기에 염증반응을 제압할 수 있도록 약물이 방출되도록 제어되어야 한다. 이런 관점에서 볼 때 본 발명의 γ-PGA/PLGA/PEO-Ibuprofen 나노섬유 시트가 조직유착방지막으로 적용하기에 가장 효과적인 약물방출거동을 나타내었다.

실험예 5

나노섬유시트 표면에서의 세포증식력 비교

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 다양한 나노섬유시트에서의 세포점착 및 증식거동을 조사하여 동물실험에 적용하기 전에 조직유착방지막으로써 가능성을 알아보기 위해 섬유아세포 (Fibroblast)를 배양하여 세포증식 거동을 분석하였다. 결과는 도 7과 같다. 본 발명의 γ-PGA/PLGA/PEO와 γ-PGA/PLGA/PEO-이부프로펜 나노섬유를 지지체로 사용하여 세포배양을 한 경우 세포의 증식이 타 지지체의 경우보다 현저히 저조하였다. 이는 친수성인 γ-PGA 와 PEO 때문에 배양 중에 물을 흡수하여하이드로겔과 유사한 부드러운 막 형태로 변하여 지지체로써 형태를 제공해주지 못 할 뿐만 아니라 세포가 지지체 내부로 성장하지 못하기 때문이다. 반면 γ-PGA/PLGA 및 γ-PGA/PLGA-이부프로펜 나노섬유를 지지체로 사용한 경우에는 세포의 증식이 활발하였다. 이는 γ-PGA/PLGA 시트는 생분해실험에서 관찰하였듯이 수축이 거의 발생하지 않고, 지지체의 구조적 변형도 일어나지 않기 때문에 생체적합성 및 충분한 세포증식 공간을 제공하여 세포의 증식이 가장 우수하였다. 그리고 PLGA 및 PLGA-이부프로펜 나노섬유에서는 상대적으로 세포의 증식률이 낮았는데, 이는 PLGA가 기본적으로 소수성 고분자이면서 배양액 속에서 심하게 수축하는 특징이 있어서 세포가 증식해 나가기에 필요한 공간이 줄어들었기 때문인 것으로 생각된다.

이러한 실험결과로부터 PLGA 시트의 경우 심한 수축으로 인해 오히려 복막의 상처부위를 완벽히 덮어주지 못하거나 한쪽으로 벗겨져서 조직유착방지막으로 부적합 할 것이라 예상된다. 반면 본 발명의 γ-PGA/PLGA/PEO-Ibuprofen 나노섬유시트를 조직유착방지막으로 사용하는 경우에는 단독 폴리감마글루탐산 나노섬유를 유착방지막으로 사용하기 위해 꼭 필요로 하는 가교과정을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, γ-PGA, PLGA, PEO의 비율을 달리하여 나노섬유의 표면개질과 분해속도를 효과적으로 조절하여 섬유성 연결조직세포의 과대증식을 감소해주는 작용을 할 것으로 예상할 수 있었다.

실험예 6

동물실험을 통한 조직유착방지 효율 조사

상기 실시예 및 비교예에서 폴리감마글루탐산을 함유한 생분해성 나노섬유시트의 유착방지 효과를 평가하기 위하여 실험대상으로 outbred male Sprague Dawley rats을 이용하였다. 수술을 시행하기 전 3일 정도 실험실에서 적응시켰으며, 레트는 8주령 (weight: 230∼280 g) 30 마리를 건강한 상태에서 동물실험에 적용하였다. 동물실험은 복벽 훼손 및 맹장막 마찰 모델 (Renee Kennedy, Darren J. Costain, Vivian C. MeAlister and Timothy D. G. Lee, "Prevention of experimental postoperative peritoneal adhesions by N,O-carboxymethyl chitosan", Surgery, Vol. 120, No. 5, 866-870, 1996)로서 쥐의 배 부위 안쪽 복막을 칼로 긁어내어 상처를 내고 인접한 맹장의 장막을 사포로 마찰시켜 벗겨내어 출혈을 유도하고 유착이 쉽게 발생할 수 있는 조건을 인위적으로 만들어 주었다 (도 8). 대조군으로서 유착방지막을 삽입하지 않은 쥐와 실험군으로는 유착방지막을 삽입한 쥐들에 대하여 4주 후 유착발생 상태, 심도 및 유착방지효과를 살펴보았다. 본 실험의 대조군으로서 유착방지막을 삽입하지 않은 쥐와 실험군으로는 유착방지막을 삽입한 쥐들에 대하여 수술이 끝나고 4주 후 맹장과 복막내부의 조직재생 이 완료되면 다시 쥐의 복부를 열고 유착발생 상태, 심도 및 유착방지효과를 살펴보고 Vlahos의 실험방법 (Angie Vlahos, Pingyang Yu, Charles E. Lucas, Anna M. Ledgerwood, "Effect of a composite membrane of chitosan and poloxamer gel on postoperative adhesive interations", The American Surgeon, Vol. 67, 15-21, 2001)에 따라 유착 정도를 평가하였다. 각 실험에서 측정값은 평균±표준편차 (Mean±S.D.)로 나타내었고, 각 군의 비교는 일원배치 분산분석법 (one-way analysis of variance test)으로 검정 하였으며 p<0.05를 유의하다고 판단하였다. 결과는 표 1에 나타내었다.

대조군에서는 유착등급이 대부분 4, 5를 나타내었으며 평균 2.33의 수치로 아주 강한 유착형성 정도를 보여주었다. 한편 γ-PGA/PLGA/PEO 및 γ-PGA/PLGA/PEO-Ibuprofen 나노섬유시트를 도입한 실험군의 유착 정도는 1.32와 0.87이라는 수치를 보여주었다. 이는 생체유래의 이상적인 특성을 지닌 폴리감마글루탐산의 생체적합성 및 친수성에 의한 상처치유효과를 향상시켜주는 것에 의한 결과라고 보여지며, 이는 본 발명의 나노섬유시트가 상처의 치료기간에 유효하게 물리적 장벽으로 작용하고 있음을 나타내는 것이다. 또한 이부프로펜을 도입함으로써 유착발생 정도를 다소 감소시켜 준다는 것을 알 수 있었다. 반면, γ-PGA/PLGA 및 γ-PGA/PLGA-Ibuprofen 나노섬유시트를 도입한 실험군의 유착 정도는 2.13 및 2 정도로 나타났다. 이는 대조군에 비해서는 유착 정도가 낮았지만 실험군 중에서는 가장 높은 수치를 나타내었다. γ-PGA 단독으로 나노섬유 시트를 제조하였을 때보다 PLGA를 블렌딩하여 나노섬유를 제조한 경우가 수분에 의한 분해를 보완하여 나 노섬유시트의 물성은 향상되었으나 유착방지제로서의 기능을 향상시키는 데에는 그다지 큰 효과를 주지 못하였다. PLGA 및 PLGA-Ibuprofen 나노섬유시트를 도입한 실험군의 유착정도는 각각 1.38 및 1.13으로 비교적 낮은 수치를 보여주었다. 이 경우 PLGA 고유의 소수성에 의한 나노섬유시트의 수축발생에 의해 상처와의 접촉면을 모두 덮어주지 못하여 유착방지막의 기능을 제대로 하지 못했기 때문에 유착이 형성된 것으로 생각된다. 도 10과 같이, 대조군의 쥐는 맹장과 복벽이 심하게 유착된 반면에 이부프로펜을 도입한 폴리감마글루탐산/PLGA/PEO 그룹은 깨끗하게 치료된 복벽을 보여주었다.

이상의 결과로부터 γ-PGA/PLGA/PEO-이부프로펜 나노섬유 시트의 유착방지 효과가 가장 뛰어남을 동물실험을 통하여 확인할 수 있었다. 또, 유착방지막으로서 활용하기 위해선 생체적합성과 친수성을 띄는 형태의 나노섬유 시트가 맹장과 복벽 사이에서 상처치유효과를 향상시킨 후 빠르게 분해되어야 됨이 확인되었다.

앞의 실험 결과에서 이부프로펜을 함유한 폴리감마글루탐산 나노섬유 시트의 유착방지 효과가 가장 뛰어났지만 가교과정을 거치지 않은 폴리감마글루탐산 나노섬유 시트는 수분에 약하여 유착방지막으로 사용하기 부적절한 것으로 최종 평가되었다. 또, 폴리감마글루탐산과 PLGA를 하이브리드한 나노섬유 시트는 물성은 향상되었으나 폴리감마글루탐산에 비해 소수성을 띄는 PLGA의 영향으로 나노섬유 시트의 세포증식이 원활하게 일어날 수 있는 표면으로 개질되어 유착방지막으로서의 기능을 더욱 향상시키는 데에는 그다지 큰 효과를 주지 못하였다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아님은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 균등물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

본 발명의 나노섬유시트는 종래의 유착방지막과 비교하여 유착방지 효과가 우수하여 새로운 고성능의 유착방지제로서 해당 기술분야에서 유용하게 사용될 수 있는 것은 물론 창상치료용 피복재 및 조직공학용 스캐폴드(scaffold) 등 그러한 물성을 요구하는 다양한 의료 용도나 비의료 용도로 이용될 수 있다.

도 1은 본 발명에서 설계한 전기방사시스템의 구성도이다.

도 2는 실시예 및 비교예에서 제조된 다양한 나노섬유시트의 표면형태와 평균직경을 보여주는 전자현미경 사진이다.

도 3은 실시예 및 비교예에서 제조된 다양한 나노섬유시트의 물 접촉각을 측정한 결과를 나타낸 것이다.

도 4는 이부프로펜이 함유된 폴리감마글루탐산 시트의 FTIR 그래프이다.

도 5는 실시예 및 비교예에서 제조된 나노섬유시트의 생분해 거동결과를 나타낸 사진이다.

도 6은 실시예 및 비교예에서 제조된 나노섬유시트의 시간경과에 따른 약물방출 거동을 나타낸 그래프이다.

도 7은 각 나노섬유 시트에서의 MTT 분석 결과를 나타낸 그래프이다.

도 8은 복벽 훼손 및 맹장막 마찰 모델 동물실험 과정이다.

도 9는 유착형성 및 치료가 완료된 복벽의 사진이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 부도체 소재의 피스톤 2 : 전기방사용 주사기

3 : 주사기 고정대 4 : 회전드럼형태의 집전판

5 : 주사기 펌프 6 : 에어컨 (제습기능)

7 : 환풍구 8 : 전열기 (용매 휘발 촉진)

Claims

폴리감마글루탐산 10∼100 중량부; 생분해성 고분자 10∼100 중량부 및 친수성 고분자 1∼50 중량부를 포함하는 혼합 고분자 용액을 전기방사시켜 얻은 생분해성 나노섬유시트.
제1항에 있어서, 상기 생분해성 고분자는 PHB[poly(β-hydroxy butyrate)]; PHBV(3-hydroxy butyrate-co-3-hydroxy valerate); PGA[poly(glycolic acid)]; PLA[poly(lactic acid)]; PLGA(polylactic-co-glycolic acid); PCL[poly(ε-caprolactone)]; 폴리다이옥사논(polydioxanone); 폴리오르소에스테르(polyorthoester); 폴리아하이드라이드(polyanhydride); 키토산(chitosan); 젤라틴(gelatin); 실크(silk); 콜라겐(collagen); 셀룰로오스(cellulose); 알긴산(alginic acid) 및 히알루론산(hyaluronic acid )으로 구성된 군으로부터 하나 또는 둘 이상 선택되는 생분해성 나노섬유시트.
제1항에 있어서, 상기 친수성 고분자는 PEO(poly ethylene oxide); PVA(poly vinyl alcohol);키토산(chitosan); 젤라틴(gelatin); 실크(silk); 콜라겐(collagen); 셀룰로오스(cellulose); 알긴산(alginic acid) 및 히알루론산(hyaluronic acid )으로 구성된 군으로부터 하나 또는 둘 이상 선택되는 생분해성 나노섬유시트.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합 고분자 용액은 약물을 더 포함하는 생분해성 나노섬유시트.
제4항에 있어서, 상기 약물은 아스피린(acetyl salicylic acid); 이부프로펜(ibuprofen); 나프록센(naproxen); 술린닥(sulindac); 디클로페낙; 피록시캄; 케토푸로펜; 디플루니살; 나부메톤; 에토돌락; 옥사푸로진; 인도메싸신(indometh-acin) 및 톨메틴(tolmetin)으로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택된 비스테로이드성 항염증제인 생분해성 나노섬유시트.
제4항에 있어서, 상기 약물은 페니실린(penicillin); 스트렙토마이신(streptomycin); 테트라사이클린(tetracycline); 카나마이신(kanamycin); 클로람페니콜(chliramphenicol); 악토노마이신(actinomysin); 암피실린(ampicillin); 바시트라신(bacitracin); 그라미시딘(gramicidin); 날리딕신산(naildixic acid); 네오마이신(neomtcin); 노낵틴(nonactin); 노르플록사신(norfloxacin); 패튤린(patulin) 및 테라마이신(terramysin)으로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택된 항생제인 생분해성 나노섬유시트.
제4항에 있어서, 상기 약물은 니트로겐 머스타드(Nitrogen Mustard); 클로람부실(Chlorambucil); 멜팔란(Melphalan); 사이클로포스파마이 드(cyclophosphamide); 프로카바진(Procarbazine); 메소트렉세이트(Methotrexate. :MTX); 6-메르캅토퓨린(6-MP); 6-티오구아닌(6-Thio-Guanine); 5-플루오로우라실(5-fluorouracil); 시타라빈(Cytarabine); 아드리아마이신(adriamycin); 다우노루비신(Daunorubicin); 블레오마이신(bleomycin); 미토마이신-C(mitomycin-C); 악티노마이신-D(Actinomycin-D); 빈크리스틴(vincristine); 빈블라스틴(Vinblastine); VP-16-213; VM-26; 시스플라틴(Cisplatin) 및 o,p-DDD으로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택된 항암제인 생분해성 나노섬유시트.
제1항에 있어서, 섬유 단면의 평균 직경이 10∼2000 nm인 생분해성 나노섬유시트.
제1항에 있어서, 유착방지막, 창상치료용 피복재, 조직공학용 스캐폴드(scaffold) 중 어느 하나의 용도를 갖는 생분해성 나노섬유시트.
(a) 폴리감마글루탐산 10∼100 중량부; 생분해성 고분자 10∼100 중량부; 및 친수성 고분자 1∼50 중량부를 용매에 용해시켜 혼합 고분자 용액을 만드는 단계와,

(b) 상기 혼합 고분자 용액을, 용액 농도 0.1∼50 중량%, 전압 5∼100 kV, 용액의 토출속도 0.1∼10 ㎖/h, 방사거리 3∼50 ㎝ 및 습도 1∼30%의 전기방사 조건으로 전기방사시켜 나노섬유시트를 수득하는 단계를 포함하는 생분해성 나노섬유 시트의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 용매는 알칼리수; 트리플루오로아세트산(TFA; trifluoro acetic acid); 디메틸포름아마이드(dimethyl formamide); 디메틸설폭시드(dimethyl sulfoxide); TFE(trifluoro ethylene); 아세톤(acetone); HFIP(hexa fluoro isopropanol); MC(methylene chloride); THF(tetra hydro furan); 아세트산(acetic acid) 및 포름산(formic acid)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합용매인 생분해성 나노섬유시트의 제조방법.