KR20100129181A

KR20100129181A - 생체 분해성 스텐트 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20100129181A
Application number: KR1020100048128A
Authority: KR
Inventors: 김현이; 조지훈; 김상범
Original assignee: 일진머티리얼즈 주식회사; 서울대학교산학협력단
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2010-05-24
Publication date: 2010-12-08
Also published as: US20100305684A1; KR101670435B1; US8382823B2

Abstract

본 발명은 마그네슘층, 상기 마그네슘층 상부에 형성된 세라믹층 및 상기 마그네슘층과 상기 세라믹층 사이에 개재되는 마그네슘 화합물층을 포함한다. 이러한 구성으로 인하여, 스텐트의 초기 부식이 지연될 수 있으며, 스텐트는 우수한 생체 적합성을 가지고 따라서 세포 증식 및 분화시 부작용을 감소시킬 수 있게 된다.

Description

생체 분해성 스텐트 및 이의 제조 방법{Biodegradable stent and method for manufacturing the same}

본 발명은 생체 분해성 스텐트 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 마그네슘층, 상기 마그네슘층 상에 형성된 마그네슘 화합물층 및 상기 마그네슘 화합물층 상에 형성된 세라믹층을 포함함으로써, 생체 분해속도를 조절할 수 있고, 초기 부식을 방지할 수 있으며, 생체 적합성이 우수하여 세포 증식 및 분화시 부작용을 감소시킬 수 있는 생체 내 분해 가능한 생체 분해성 스텐트 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

생체 내에서 자연적으로 분해 및 흡수될 수 있는 생체 분해성 재료가 생체재료의 새로운 패러다임으로 고려되고 있다. 생체분해성 재료를 사용함으로써 응력 차폐현상(stress shielding), 독성 금속 이온들의 축적 및 외주 삽입 재료의 제거를 위한 2차적 수술 등 영구 생체재료에 의하여 유발되는 문제들이 해결될 수 있다.

특히, 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA) 및 폴리카프로락톤(PCL)과 같은 합성 생체분해성 폴리머들이 영구 생체재료를 대신하여 정형 외과 용도로 널리 사용되어 왔다. 그러나, 생체분해성 폴리머들은 우수한 생체 적합성 (biocompatibility)에도 불구하고, 낮은 기계적 강도, 분해 후 독성 물질의 방출 가능성 및 낮은 분해 속도 등으로 인하여 사용이 제한된다.

최근, 마그네슘(Mg) 및 이의 합금 등이 합성 생체분해성 폴리머와 비교했을 때, 우수한 이점 특히 우수한 기계적 물성을 제공하여 유망한 생체분해성 재료로서 고려되고 있다. 마그네슘은 천연 뼈와 유사한 탄성 계수(elastic modulus) 및 압축 항복 강도(compressive yield strength)를 가지며, 천연 뼈보다 더 큰 파괴 인성(fracture toughness)을 가진다. 따라서, 마그네슘과 이의 합금은 하중 지지 용도(load-bearing application)에 큰 잠재성을 갖는다. 더욱이, 마그네슘은 우수한 생체 적합성을 가지며, 방출된 마그네슘 이온은 인체에 해롭지 않고 오히려 뼈 조직의 성장에 이롭다는 특징을 가진다.

그럼에도 불구하고, 생물 의학 용도에서의 마그네슘의 사용은 생체내 환경(in vivo environment)에서의 높은 부식율 때문에 제한된다. 수용액 중의 마그네슘은 빠르게 반응하여 Mg²⁺ 이온, 수산화물 및 수소 가스와 같은 부산물을 생성하며, 이들 부산물은 주변 조직에 해로울 수 있다. 이러한 현상은 체액과 같은 염소 함유 용액에서 촉진된다. 마그네슘은 매우 빨리 분해되기 때문에 생체내에서의 생체재료의 안정성을 약하게 하고, 마그네슘 생체재료의 생체 적합성을 나쁘게 할 수 있다. 따라서, 마그네슘의 부식 저항력을 향상시킴으로서 마그네슘 생체재료의 초기 안정성을 보장하는 것이 요구된다.

마그네슘의 부식 저항력을 향상시켜 그것을 뼈 임플란트에 적용하기 위한 수많은 방법들이 연구되어 왔으며, 예컨대 합금화(alloying), 기계적 가공 및 표면 변형(surface modification) 등이 있다.

구체적으로, 아연(Zn) 및 망간(Mn)을 함유하는 마그네슘 합금은 순수한 마그네슘에 비하여 Hank 용액(HBSS: Hank's balance saltsolution)에서 훨씬 더 높은 부식 저항력을 나타내며, 2성분 Mg-Ca 합금은 상당한 생체 적합성을 가질 뿐만 아니라 칼슘 함량에 따라 조정 가능한 기계적 및 부식 특성을 갖는다.

기계적 가공은 또한 마그네슘의 생체 분해성을 조절하기 위하여 채용될 수 있다. 예를 들어, 핫 롤링(hot rolling)을 수행함으로써, 마그네슘 합금 AZ31의 부식 속도가 감소될 수 있다.

특히, 생체재료의 표면 변형은 부식 특성과 생체 적합성 모두를 향상시키기에 적절한 방법이며, 이는 실제로 스테인레스 스틸, 티타늄 및 이의 합금과 같은 금속 임플란트에서 사용되어 왔다. 체내에서 생체재료의 표면이 직접 체액과 반응하고 주변 조직들과 상호작용하기 때문에, 생체재료의 표면 특성은 생체재료의 성능에 중요한 요소이다. 양극산화법(anodizing), 전착(electrodeposition), 포스페이팅 처리, 이온 플레이팅 및 불화물 전환 코팅(fluoride conversion coating)을 비롯한 다양한 표면 처리가 마그네슘 표면의 부식 특성을 향상시키는데 채용되어 왔다.

전기화학적 및 함침 테스트의 결과 염소 함유 용액 내에서의 마그네슘의 생체분해율은 전술한 표면 처리들에 의하여 상당히 감소된다는 것이 확인되었다. 또한, 포스페이팅 처리에 의한 Ca-P 코팅이 마그네슘의 표면 세포적합성(cytocompatibility) 및 생체활성(bioactivity)을 향상시킬 수 있는 것으로 확인되었다. 따라서, 표면 코팅에 의하여 부식 저항력 및 생체 활성이 향상되는 생체분해성 마그네슘은 바람직한 생체재료가 될 수 있다.

한편, 마그네슘층으로만 이루어진 스텐트는 생체내에서 부식율이 높아 생체안정성 및 생체 적합성이 양호하지 않다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 마그네슘층상에 티타늄층과 같은 추가의 금속층을 형성하여 스텐트를 제조한다. 그러나, 이러한 스텐트는 티타늄층이 부식에 의해 균열이 생기거나 기타 다른 이유에 의해 틈이 생기는 경우, 상기 균열 및 틈에 의해 마그네슘층이 보다 급속하게 부식되게 된다.

본 발명의 목적은 마그네슘층, 상기 마그네슘층 상에 형성된 마그네슘 화합물층 및 상기 마그네슘 화합물층 상에 형성된 세라믹층을 포함하는 생체 분해성 스텐트 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 우수한 생체 적합성을 가지는 마그네슘층, 마그네슘 화합물층 및 세라믹층을 사용하여 스텐트를 제조함으로써, 생체내에서 분해될 수 있을 뿐만 아니라 생체 분해에 의한 부산물이 인체에 해롭지 않은 생체 분해성 스텐트 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 스텐트의 마그네슘 화합물층 및 세라믹층의 두께를 조절함으로써, 생체 분해속도를 조절할 수 있고 초기 부식을 방지할 수 있는 생체 분해성 스텐트 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 스텐트가 세포와 접촉하는 최외각층을 세포 부착 및 세포 분화에서 우수한 세라믹층으로 구성함으로써, 생체 적합성이 우수하여 세포 증식 및 분화시 부작용을 보다 감소시킬 수 있는 생체 분해성 스텐트 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.

하나의 양태로서 본 발명은 마그네슘층; 상기 마그네슘층 상부에 형성된 세라믹층; 및 상기 마그네슘층과 상기 세라믹층 사이에 위치하며, 마그네슘 함유 화합물을 포함하는 마그네슘 화합물층을 포함하는 것을 특징으로 하는 스텐트를 제공한다.

상기 스텐트에 있어서, 상기 스텐트는 상기 마그네슘층으로 형성된 코어, 상기 코어를 둘러싸는 상기 마그네슘 화합물층, 및 상기 마그네슘 화합물층을 둘러싸는 상기 세라믹층을 포함하는 단면을 가지는 와이어드 구조(wired structure)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 마그네슘층은 90wt% 이상의 마그네슘을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 마그네슘층은 아연(Zn), 망간(Mn), 칼슘(Ca), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 크롬(Cr), 규소(Si), 인(P), 니켈(Ni) 및 철(Fe)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 원소를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 스텐트에 있어서, 상기 마그네슘 화합물층은 상기 마그네슘 함유 화합물로서 불화마그네슘(MgF₂) 및 산화마그네슘(MgO) 중 어느 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 마그네슘 화합물층은 0.05 ㎛ 내지 1.5 ㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 한다. 상기 세라믹층은 수산화아파타이트(HA, hydroxyapitite) 및 이산화티타늄(TiO₂) 중 어느 하나 또는 그 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 상기 세라믹층은 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.

다른 하나의 양태로서 본 발명은 (1) 마그네슘층 및 상기 마그네슘층 상부에 형성되는 마그네슘 화합물층을 포함하는 구조를 제공하는 단계; 및 (2) 상기 마그네슘 화합물층이 상기 마그네슘층과 세라믹층 사이에 위치하도록 상기 구조 상부에 세라믹층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스텐트의 제조 방법을 제공한다.

상기 방법에 있어서, 상기 구조를 제공하는 단계는, 상기 마그네슘층을 제공하는 단계; 및 마그네슘 함유 화합물을 스퍼터링하여 상기 마그네슘층 상부에 상기 마그네슘 화합물층을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 구조를 제공하는 단계는, 상기 마그네슘층을 제공하는 단계; 및 상기 마그네슘층 표면의 마그네슘을 마그네슘 함유 화합물로 전환시켜 상기 마그네슘 함유 화합물이 상기 마그네슘층을 둘러싸도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 마그네슘 화합물층은 상기 마그네슘 함유 화합물로서 불화마그네슘(MgF₂) 및 산화마그네슘(MgO) 중 어느 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 산화마그네슘(MgO)은 상기 마그네슘층의 표면의 상기 마그네슘을 양극산화시켜(anodizing) 형성되는 것을 특징으로 한다. 상기 불화마그네슘(MgF₂)은 상기 마그네슘층의 표면의 상기 마그네슘을 불소화(fluorination)시켜 형성되는 것을 특징으로 한다. 상기 구조를 200℃ 내지 500℃의 온도로 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 세라믹층은 상기 마그네슘 화합물층 상부에 세라믹 재료를 진공 파우더 스프레이(vacuum powder spraying)함으로써 형성되는 것을 특징으로 한다. 상기 세라믹층은 입경이 1 ㎛ 내지 5 ㎛인 수산화아파타이트 분말 또는 이산화티타늄 분말을 상기 마그네슘 화합물층 상부에 도포함으로써 형성되는 것을 특징으로 한다.

또다른 하나의 양태로서 본 발명은 (a) 스텐트 형상의 마그네슘 재료를 제공하는 단계; (b) 상기 마그네슘 재료 상부에 마그네슘 화합물층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 마그네슘 화합물층 상부에 세라믹층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스텐트의 제조 방법을 제공한다.

상기 방법에 있어서, 상기 마그네슘 화합물층을 형성하는 단계는, 상기 마그네슘 재료를 처리하여 상기 마그네슘 재료의 마그네슘 일부를 마그네슘 함유 화합물로 전환시키는 단계; 및 상기 마그네슘 재료를 둘러싸는 상기 마그네슘 화합물층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 마그네슘 화합물층을 형성하는 단계는, 상기 마그네슘 재료의 표면 상에 마그네슘 함유 화합물을 스퍼터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시양태에 따르면, 우수한 생체 적합성을 가지는 마그네슘층, 마그네슘 화합물층 및 세라믹층을 사용하여 스텐트를 제조함으로써, 스텐트가 생체내에서 분해될 수 있을 뿐만 아니라 생체 분해에 따라 발생하는 인체에 해로운 부산물의 생성이 보다 감소될 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시양태에 따르면, 스텐트를 형성하는 마그네슘 화합물층 및 세라믹층의 두께를 조절함으로써, 사용자의 의도에 따라 생체 분해속도를 조절할 수 있고 초기 부식을 보다 용이하게 방지할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시양태에 따르면, 스텐트가 세포와 접촉하는 최외각층을 세포 부착 및 세포 분화에서 우수한 세라믹층으로 구성함으로써, 세포 증식 및 분화시 부작용을 보다 감소시킬 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 마그네슘층 상에 티타늄층이 구비된 종래의 스텐트 재료에서의 부식과정을 도식화한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시양태에 따른 생체 분해성 스텐트 재료의 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시양태에 따른 스텐트의 구조 및 형상을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시양태에 따른 생체 분해성 스텐트의 불화마그네슘층의 표면 사진이다((a): 표면사진, (b): SEM 사진).
도 5는 제조예 1에서 제조된 스텐트의 표면 및 단면 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시양태에 따른 생체 분해성 스텐트의 마그네슘층의 형성과정에서의 전류밀도와 전압을나타낸 것이다.
도 7은 제조예 2에서 제조된 스텐트의 단면사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시양태에 따른 스텐트의 산화마그네슘층의 표면 사진이다.
도 9는 스텐트의 층 구성에 따른 부식에 의한 질량 감소 실험 결과를 나타낸그래프이다.
도 10은 스텐트의 층 구성에 따른 마그네슘이온 용출 정도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11은 스텐트의 층 구성에 따른 용액의 알칼리화 정도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 12는 스텐트의 층 구성에 따른 분극곡선을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 13a 및 도 13b는 스텐트의 층 구성에 따른 세포 부착성을 나타내는 사진이다.
도 14는 스텐트의 층 구성에 따른 세포 증식 정도를 나타내는 그래프이다.
도 15는 스텐트의 층 구성에 따른 세포 분화 정도를 나타내는 그래프이다.
도 16은 막대 샘플 1 및 막대 샘플 1을 실험 동물에 이식하는 모습에 대한 사진이다.
도 17의 (a), (c)는 막대 샘플 1이 이식되고 4주가 경과한 후의 뼈 조직 및 막대 샘플 1의 형태에 관한 재구성된 마이크로-CT 이미지이며, 도 17의 (b), (d)는 막대 샘플 2가 이식되고 4주가 경과한 후의 뼈 조직 및 막대 샘플 2의 형태에 관한 재구성된 마이크로-CT 이미지이다.
도 18의 (a)는 막대 샘플 1과 접촉하였던 얼룩진 뼈 조직의 조직학적인(histological) 이미지를 도해하며, 도 18의 (b)는 막대 샘플 2와 접촉하였던 얼룩진 뼈 조직의 조직학적인 이미지를 도해한다.
도 19는 피층 영역에서의 막대 샘플 1, 2의 뼈-임플란트 접촉 비율을 나타낸 그래프이다.

실시양태들을 아래에서 보다 상세하게 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시양태에 따른 스텐트 재료의 단면을 도시한 도면이다. 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시양태에 따른 생체 분해성 스텐트를 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시양태에 따른 생체 분해성 스텐트는 마그네슘층, 상기 마그네슘층 상에 계면층(interlayer)으로서 마그네슘 화합물층이 형성되고, 그 위에 세라믹층이 형성된다.

이러한 구성으로 인해, 도 1에 도시된 일례와는 달리, 세라믹층에 균열 또는 틈이 생기는 경우에도 마그네슘이 초기에 쉽게 부식되는 것을 방지할 수 있게 된다. 이는 마그네슘이 세라믹층 및 마그네슘 화합물층이 분해된 후 분해되기 때문이다. 또한, 최외각층으로서 세라믹층이 형성됨으로써 보다 우수한 생체 적합성을 제공할 수 있게 된다.

이하, 각 층에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

마그네슘층

마그네슘층은 약 90% 이상, 더욱 바람직하게는 약 99% 이상의 마그네슘으로 이루어진 것이 바람직하다. 마그네슘의 분해시 생성되는 마그네슘 이온은 인체에 해롭지 않으며 뼈 성장에 이로울 수 있기 때문이다.

한편, 마그네슘층은 인체에 해롭지 않은 범위 내에서 미량 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 아연(Zn), 망간(Mn), 칼슘(Ca), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 크롬(Cr), 규소(Si), 인(P), 니켈(Ni) 및 철(Fe)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 원소를 더 포함할 수도 있다. 그러나, 이와 같은 원소의 함량은 약 10% 이하인 것이 바람직하다.

이러한 이유는 마그네슘층에 상기 원소가 10% 이하로 함유되는 경우, 부식에 의해 방출되는 상기 원소들의 이온이 인체의 생체내에서 마그네슘의 고유한 성질을 발휘하는데 악영향을 미치고 인체에 해로운 영향을 미치는 것을 감소시킬 수 있기 때문이다.

마그네슘층은 약 50 ㎛ 내지 약 500 ㎛의 두께를 갖는 것이 일반적이나, 마그네슘층의 두께는 반드시 이에 제한되지 않으며, 사용자의 의도에 따라 또는 스텐트의 구체적인 형상에 따라 변경될 수 있음을 유의한다.

마그네슘 화합물층

마그네슘 화합물층은 마그네슘층과 세라믹층 사이의 계면층으로서 존재하기 때문에, 세라믹층에 균열이나 틈이 생기는 경우에도 마그네슘층이 부식되는 것을 방지하는 역할을 한다.

마그네슘 화합물층은 불화마그네슘(MgF₂) 또는 산화마그네슘(MgO) 중 어느 하나 또는 그 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 특히, 마그네슘 화합물층은 불화마그네슘(MgF₂)으로 이루어지는 것이 바람직하다.

마그네슘 화합물층은 분해 속도 조절면에서 약 0.05 ㎛ 내지 약 1.5 ㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하고, 약 0.4 ㎛ 내지 약 1 ㎛의 두께를 갖는 것이 더욱 바람직하다.

이러한 이유는 마그네슘 화합물층이 약 0.05 ㎛보다 얇은 경우에는, 마그네슘 화합물층이 너무 얇기 때문에, 세라믹층의 균열이나 틈을 따라 부식이 진행되어 마그네슘 화합물층이 마그네슘층의 부식을 효과적으로 방지하지 못하게 된다는 문제가 있다. 약 0.05 ㎛ 이상의 두께를 가지는 마그네슘 화합물층은 세라믹층의 균열이나 틈을 따라 진행하는 부식을 지연할 수 있고, 따라서 마그네슘 화합물층이 마그네슘층의 부식을 효과적으로 방지 또는 지연할 수 있게 된다.

또한, 마그네슘 화합물층이 1.5 ㎛보다 두꺼운 경우에는, 마그네슘 화합물층을 형성하는 과정에서 균열이나 틈이 생길 수 있어, 마그네슘 화합물층이 마그네슘층의 부식을 효과적으로 방지하지 못하기 때문이다. 약 1.5 ㎛ 이하의 두께를 가지는 마그네슘 화합물층은 마그네슘 화합물층을 형성 동안에 균열이나 틈의 발생을 억제할 수 있고, 따라서 마그네슘층의 부식을 효과적으로 방지 또는 지연할 수 있게 된다.

특정 실시양태에서는, 마그네슘 화합물층의 두께는 약 0.05 ㎛, 약 0.15 ㎛, 약 0.25 ㎛, 약 0.3 ㎛, 약 0.35 ㎛, 약 0.4㎛, 약 0.43 ㎛, 약 0.46 ㎛, 약 0.5 ㎛, 약 0.52 ㎛, 약 0.55 ㎛, 약 0.58 ㎛, 약 0.6 ㎛, 약 0.63 ㎛, 약 0.66 ㎛, 약 0.7 ㎛, 약 0.73 ㎛, 약 0.77 ㎛, 약 0.8 ㎛, 약 0.85 ㎛, 약 0.9 ㎛, 약 0.95 ㎛, 약 1.0 ㎛, 약 1.1 ㎛, 약 1.2 ㎛, 약 1.3 ㎛, 및 약 1.5 ㎛이다. 또 다른 실시양태에서는, 마그네슘 화합물층의 두께는 상기 두께 중 2개에 의해 정의되는 범위를 갖는다.

세라믹층

세라믹층은 스텐트가 세포와 접촉하는 최외각층에 배치됨으로써, 본 발명의 일 실시양태에 따른 스텐트가 우수한 생체 적합성, 다시 말하면, 세포 부착 및 세포 분화 등에서 우수한 능력을 가지게 하는 역할을 한다.

세라믹층은 수산화아파타이트(HA, hydroxyapitite) 또는 이산화티타늄(TiO₂) 중 어느 하나 또는 그 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 특히, 수산화아파타이트로 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 이유는, 수산화아파타이트는 뼈 형성 재료와 유사한 천연 무기물이므로 생체 재료와 성질이 매우 유사하며, 혈액 적합성이 우수하여 수산화아파타이트층 표면에 피가 응고되지 않고, 그리고 세포 적합성이 우수하여 세포 증식 및 분화시 부작용을 거의 일으키지 않기 때문이다.

세라믹층은 분해 속도 조절면에서 약 0.1 ㎛ 내지 약 10 ㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하고, 약 1 ㎛ 내지 약 5 ㎛의 두께를 갖는 것이 더욱 바람직하다.

이러한 이유는 세라믹층이 약 0.1 ㎛보다 얇은 경우에는, 세라믹층이 너무 얇아 세라믹층에 발생하는 균열이나 틈에 의하여 마그네슘 화합물층에 부식이 보다 빨리 일어나게 되므로, 사용자가 원하는 속도로 스텐트의 분해를 조절하기 어렵다는 문제가 있다. 약 0.1 ㎛ 이상의 두께를 가지는 세라믹층은 세라믹층에 균열이나 틈이 있을지라도 마그네슘 화합물층의 부식을 지연할 수 있다.

또한, 세라믹층이 약 10 ㎛보다 두꺼운 경우에는, 스텐트가 혈관 내에 삽입되어 펼쳐지는 경우에 세라믹층이 마그네슘층과의 탄성 계수 차이로 인하여 해리 또는 박리가 일어날 수 있고, 그로 인해 스텐트의 부식이 보다 빨리 진행된다는 문제점이 발생하기 때문이다. 약 10 ㎛ 이하의 두께를 가지는 세라믹층은 스텐트가 혈관 내에 삽입되고 팽창되는 경우 마그네슘층과의 탄성 계수 차이로 인한여 발생하는 해리 또는 박리를 방지할 수 있고, 따라서 스텐트의 부식 과정이 효과적으로 지연될 수 있다.

특정 실시양태에서는, 세라믹층의 두께는 약 0.1 ㎛, 약 0.5 ㎛, 약 0.7 ㎛, 약 1.0 ㎛, 약 1.3 ㎛, 약 1.5 ㎛, 약 1.7 ㎛, 약 2 ㎛, 약 2.2 ㎛, 약 2.4 ㎛, 약 2.7 ㎛, 약 3 ㎛, 약 3.2 ㎛, 약 3.4 ㎛, 약 3.6 ㎛, 약 3.9 ㎛, 약 4.2 ㎛, 약 4.6 ㎛, 약 5 ㎛, 약 6 ㎛, 약 7 ㎛, 약 8 ㎛ 및 약 10 ㎛이다. 또 다른 실시양태에서는, 세라믹층의 두께는 상기 두께 중 2개에 의해 정의되는 범위를 갖는다.

한편, 본 발명의 일 실시양태에 따른 생체 분해성 스텐트는 마그네슘 화합물층 및 세라믹층 중 어느 하나 이상의 두께를 조절하여 형성될 수 있으며, 그로 인해 스텐트가 생체 내에서 분해되는 기간을 조절할 수 있다.

특히, 본 발명의 일 실시양태에 따른 생체 분해성 스텐트는 사용자의 의도 또는 치료 목적에 따라 생체 내에서 약 1 개월 내지 약 6 개월 정도 내에 분해될 수 있으며, 치료기간 동안 충분한 기계적 강도를 유지할 수 있도록 설계될 수 있음은 물론이다.

또한, 도 2에 도시된 도면에서는 본 발명의 일 실시양태에 따른 생체 분해성 스텐트의 표면부만을 도시하였지만, 본 발명의 일 실시양태에 따른 생체 분해성 스텐트는 중심부에 마그네슘층이 구비되고, 마그네슘층의 전체 표면 상에 마그네슘 화합물층이 구비되며, 상기 마그네슘 화합물층의 전체 표면 상에 세라믹층이 구비되어 최외곽에는 마그네슘층 또는 마그네슘 화합물층이 노출되지 않는 구성을 가질 수 있으며, 사용자의 의도 또는 치료 목적 등에 따라 마그네슘 화합물층 또는 세라믹층의 도포 영역은 변경될 수 있음을 유의한다.

도 3은 본 발명의 일 실시양태에 따른 스텐트의 구조 및 형상을 예시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시양태에 따른 생체 분해성 스텐트의 구조는 사용자의 의도 또는 치료 목적 등에 따라 다양한 종류의 스텐트 구조가 채용될 수 있으며, 반드시 일정한 형태에 의해 제한되는 것은 아님을 유의한다.

다른 하나의 양태로서, 본 발명의 일 실시양태는 (1) 마그네슘층 상에 마그네슘 화합물층을 형성하는 단계; 및 (2) 상기 마그네슘 화합물층 상에 세라믹층을 형성하는 단계;를 포함하는 생체 분해성 스텐트의 제조 방법을 제공한다.

이하, 본 발명의 일 실시양태에 따른 단계들에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

(1) 마그네슘층 상에 마그네슘 화합물층을 형성하는 단계

마그네슘 화합물층은 불화마그네슘(MgF₂) 또는 산화마그네슘(MgO) 중 어느 하나 또는 그 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 마그네슘 화합물층은 불화마그네슘(MgF₂)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 마그네슘층 상에 불화마그네슘층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으나, 화학물질을 사용하는 화학적 처리 방법 이외에도 스퍼터링과 같은 물리적 증착 방법을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 불화마그네슘(MgF₂)층은 불소화법(fluorination)에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 살펴보면, 마그네슘 화합물층이 불화마그네슘으로 이루어지는 경우, 이는 불소화(fluoridation)에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 마그네슘층을 플루오르화수소(HF) 용액에 침지함으로써 마그네슘층 상에 불화마그네슘층을 형성할 수 있다. 한편, 이러한 불소화는 공지된 방법을 이용하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 마그네슘 화합물층은 산화마그네슘(MgO)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 마그네슘층 상에 산화마그네슘층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으나, 화학물질을 사용하는 화학적 처리 방법 이외에도 스퍼터링과 같은 물리적 증착 방법을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 산화마그네슘(MgO)층은 양극산화법(anodizing)에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 살펴보면, 마그네슘 화합물층이 산화마그네슘층인 경우, 이는 전술한 마그네슘층의 표면을 양극산화법(anodizing)을 이용하여 처리함으로써 마그네슘층 상에 산화마그네슘층 형성할 수 있다. 한편, 이러한 양극산화법은 공지된 방법을 이용하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

이때, 산화마그네슘층의 치밀도를 증가시키기 위해, 추가적인 공정으로서 열처리를 수행할 수도 있다. 산화마그네슘층의 치밀도가 높은 경우 산화마그네슘층의 분해 속도를 감소시킬 수 있으므로, 사용자의 의도 또는 목적하는 분해 속도에 따라 열처리 여부 또는 열처리 조건을 선택할 수 있음을 유의한다.

예를 들어, 산화마그네슘층을 형성한 후 약 200℃ 내지 약 500℃에서 약 1 시간 내지 약 3 시간 동안 열처리를 수행하는 것이 바람직하다. 열처리 온도가 약 200℃ 이상인 경우에는 산화마그네슘층의 치밀도를 증가시키기 위한 충분한 열이 공급될 수 있고, 그리고 열처리 온도가 500℃ 이하인 경우에는 산화마그네슘층에 균열 또는 틈이 생기는 것을 방지할 수 있다.

(2) 마그네슘 화합물층 상에 세라믹층을 형성하는 단계

세라믹층은 수산화아파타이트(HA, hydroxyapitite) 또는 이산화티타늄(TiO₂) 중 어느 하나 또는 그 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이러한 세라믹층은 진공 파우더 스프레이(vacuum powder spraying) 방법에 의하여 형성하는 것이 바람직하다.

이때, 세라믹층 재료의 분말의 입경이 작을수록 치밀한 코팅을 형성할 수 있으므로, 사용자의 의도 또는 목적하는 용도에 따라 적절한 입경의 분말을 선택할 수 있다. 예를 들어, 입경이 약 1 ㎛ 내지 약 5 ㎛인 수산화아파타이트 분말 또는 이산화티타늄 분말을 이용하여 세라믹층을 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 열처리 없이도 상대적으로 치밀한 코팅층을 형성할 수 있으며, 세라믹층의 두께 조절이 용이하다는 장점이 있다.

또 다른 하나의 양태로서, 본 발명의 일 구현예는 (a) 마그네슘을 이용하여 스텐트 형상을 성형하는 단계; (b) 상기 마그네슘층 상에 마그네슘 화합물층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 마그네슘 화합물층 상에 세라믹층을 형성하는 단계;를 포함하는 생체 분해성 스텐트의 제조 방법에 관한 것이다.

마그네슘을 이용하여 스텐트 형상을 성형하는 단계는, 사용자의 의도 또는 치료 목적 등에 따라 공지된 방법을 사용하여 다양한 형태의 스텐트를 성형하는 단계로서, 반드시 일정한 방법에 의해 제한되는 것은 아님을 유의한다. 나머지 2개의 단계는 이미 설명된 것이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

이러한 방법으로 제조된 스텐트는 혈관 확장용 등 당기술 분야에 알려져 있는 용도로 사용될 수 있음은 물론이다.

이하, 본 발명의 일 실시양태의 이해를 돕기 위하여 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용 및 범위가 한정되는 것은 아니다.

<제조예 1>

1) 잉곳(Ingot) 형태의 마그네슘(Mg 99.9%)으로부터 제조된 마그네슘 기판을 준비하였다.

2) 마그네슘 기판 상에 불소화를 이용하여 불화마그네슘(MgF₂)층을 형성하였다. 구체적으로, 48wt%의 플루오르화수소(HF)의 수용액에 24시간 동안 마그네슘 기판을 침지하여, 마그네슘 기판 상에 1 ㎛ 두께의 불화마그네슘층을 형성하였다.

상기 방법으로 형성된 불화마그네슘층의 사진을 도 4에 나타내었다. 도 4는는 본 발명의 일 실시양태에 따른 생체 분해성 스텐트의 불화마그네슘층의 표면 사진이다((a): 표면 사진, (b): SEM 사진).

3) 이어서, 불화마그네슘층 상에 진공 파우더 스프레이 방법을 이용하여 수산화아파타이트층을 형성하였다. 구체적으로, 미세 수산화아파타이트 분말을 1100℃에서 1시간 동안 열처리 하였다. 그 후 열처리된 미세 수산화아파타이트 분말을산소 기체와 혼합하여 압력 차이에 의해 노즐을 통해 기판이 있는 진공 챔버내로 분사시켰다. 이때 이들의 압력은 각각 80kPa 및 900Pa 이었다. 이러한 방식으로 불화마그네슘층 상에 5 ㎛ 두께의 수산화아파타이트층이 형성되었다.

상기 방법으로 형성된 스텐트의 표면 및 스텐트의 단면 사진을 도 5에 나타내었다. 도 5는 제조예 1에서 제조된 스텐트의 표면 및 단면 사진이다.

<제조예 2>

2) 마그네슘 기판 상에 양극산화법을 이용하여 산화마그네슘(MgO)층을 형성하였다. 구체적으로, 수산화칼륨(KOH), 플루오르화칼륨(KF) 및 제3인산나트륨(Na₃PO₄)이 함유된 전해액에서, 마그네슘 기판을 양극으로 스테인레스 스틸을 음극으로 하고, DC 전력공급장치(DC power supply)를 통해 전압을 인가하여 마그네슘 기판 상에 0.6 ㎛ 두께의 산화마그네슘층을 형성하였다.

이러한 산화마그네슘층의 두께는 전해액의 농도, 산화 시간, 전류의 세기 등에 따라 조절 가능하다. 산화마그네슘층의 형성 과정에서 측정한 전류밀도 및 전압의 그래프를 도 6에 나타내었다. 도 6은 본 발명의 일 실시양태에 따른 스텐트의 산화마그네슘층의 형성 과정에서의 전류 밀도와 전압을 나타낸 것이다.

한편, 마그네슘 기판 상에 산화마그네슘층이 형성된 표면 사진 및 마그네슘 기판 상에 산화마그네슘층이 형성된 구조의 단면 사진을 도 7에 나타내었다.

3) 산화마그네슘층의 치밀도를 증가시키기 위해, 추가적인 공정으로서 열처리를 수행하였다. 산화마그네슘층을 200℃, 300℃, 400℃에서 각각 1시간 동안 열처리를 수행하였다.

상기 방법으로 형성된 산화마그네슘층들의 표면 사진을 도 8에 나타내었다.

<실험예 1>

제조예 1에서 생성된 마그네슘층(시편 1), 마그네슘층/불화마그네슘층(시편 2), 마그네슘층/불화마그네슘층/수산화아파타이트층(시편 3)을 사용하여 부식에 의한 질량 감소 정도(도 9 참조), 마그네슘이온 용출 정도(도 10 참조), 알칼리화 정도(도 11 참조) 및 분극곡선(Polarization curve)(도 12 참조)을 측정하였다. 측정 방법은 하기와 같다.

* 부식에 의한 질량 감소 정도

실온에서, SBF(simulated body fluid) 용액 중에 시편 1, 2, 3의 표면 1.77 cm²을 노출시켰다. 그리고 시간에 따라 시편 1, 2, 3의 질량 변화를 측정하였다.

* 마그네슘이온 용출 정도

100mL SBF 용액에 시편 1, 2, 3을 함침시키고 ICP-AES를 이용하여 함침시간이 지남에 따라 SBF 용액 내의 마그네슘 이온 농도의 변화를 측정하였다.

* 알칼리화 정도

실온에서, SBF 용액 중에 시편 1, 2, 3의 표면 1.77 cm²을 노출시켰다. 그리고 시간에 따라 SBF 용액의 pH를 측정하였다.

* 분극곡선

SBF 를 전해액으로 하고, Pt전극, SCE 전극 그리고 시편 1, 3을 하나의 전극으로 하여 분극곡선을 측정하였다.

<실험예 2>

제조예 1에서 생성된 마그네슘층(시편 1), 마그네슘층/불화마그네슘층(시편 2), 마그네슘층/불화마그네슘층/수산화아파타이트층(시편 3)을 사용하여 세포 부착성(도 13a 및 도 13b), 세포 증식 정도(도 14) 및 세포 분화 정도(도 15)를 측정하였다. 측정방법은 하기와 같다.

* 세포 부착성

(1) Pre-osteoblast 세포를 시편 1, 2, 3의 표면에 seeding 하고 5시간이 지난 뒤 세포들이 각각의 시편 표면에 잘 부착되고 있는지 여부를 SEM으로 관찰한 후, 결과를 도 13a에 나타내었다.

(2) 혈관 내피 세포(Endothelial cell)를 시편 1, 2, 3의 표면에 seeding 하고 일정시간이 지난 위 세포들이 각각의 시편 표면에 잘 부착되고 있는지 여부를 SEM으로 관찰한 후, 결과를 도 13b에 나타내었다.

* 세포 증식 정도

Pre-osteoblast 세포를 시편 1, 2, 3의 표면에 seeding 하고 MTS 측정 방법을 이용하여 5일 후 Pre-osteoblast 세포들이 각각의 시편 표면에서 얼마나 잘 증식하여 살아있는지를 측정하였다.

* 세포 분화 정도

Pre-osteoblast 세포를 시편 1, 2, 3의 표면에 seeding 하고 10일 후 Pre-osteoblast 세포가 osteoblast 세포로 분화할 때 생성되는 물질을 분광학적으로 측정하여 알칼린 포스파타아제(alkaline phosphatase; ALP) 활성값으로 환산하여 나타내었다.

<구체적인 검토>

실험예 1은 제조예 1에서 제조되는 마그네슘층(시편 1), 마그네슘층/불화마그네슘층(시편 2), 마그네슘층/불화마그네슘층/수산화아파타이트층(시편 3)의 부식 정도를 비교하기 위한 실험이다.

도 9를 참조하면, 시편 1은 측정 초기부터 시편 2, 3과는 달리 질량이 급격하게 감소됨을 알 수 있다. 특히, 24시간 후에는 단위 면적(1cm²)당 3.11mg의 질량이 감소함을 알 수 있다. 반면에 시편 2, 3은 24시간 후에 단위 면적당 대략 0.28mg의 질량이 감소됨을 알 수 있다.

이를 살펴보면, 24시간 동안 부식에 의한 질량 감소는 시편 1이 시편 2, 3보다 대략 11배 정도 많으며, 이는 마그네슘층/불화마그네슘층 및 마그네슘층/불화마그네슘층/수산화아파타이트층이 마그네슘층보다 초기 부식이 잘 진행되지 않음을 의미한다.

도 10을 참조하면, 시편 1이 함침된 SBF 용액 내의 마그네슘 이온 농도는 측정 초기부터 시편 2, 3이 함침된 SBF 용액과는 달리 마그네슘 이온 농도가 급격하게 증가함을 알 수 있다. 특히, 70시간 후 시편 1이 함침된 SBF 용액의 경우에는 마그네슘 이온의 농도가 293ppm 정도되며, 시편 2가 함침된 SBF 용액의 경우에는 마그네슘 이온의 농도가 120ppm 정도되며, 시편 3이 함침된 SBF 용액의 경우에는 마그네슘 이온의 농도가 110.5ppm 정도됨을 알 수 있다.

즉, 초기의 마그네슘 이온의 농도를 대략 80ppm으로 상정했을 때, 시편 1의 경우에는 초기 부식으로 인하여 마그네슘 이온이 213ppm 정도 증가하였고, 시편 2의 경우에는 점진적인 부식으로 인해 마그네슘 이온이 40ppm 정도 증가하였고, 그리고 시편 3의 경우에는 점진적인 부식으로 인해 마그네슘 이온이 30ppm 정도 증가하였음을 의미한다. 이는 마그네슘층/불화마그네슘층/수산화아파타이트층 및 마그네슘층/불화마그네슘층이 마그네슘층보다 초기 부식이 잘 진행되지 않음을 의미하며, 마그네슘층/불화마그네슘층/수산화아파타이트층이 마그네슘층/불화마그네슘층보다 부식이 잘 진행되지 않음을 의미한다.

도 11을 참조하면, 대략 70시간 후에, 시편 1이 노출된 SBF 용액의 pH는 7.4에서 8.1로 증가하였고, 시편 2가 노출된 SBF 용액의 pH는 7.4에서 7.62로 증가하였고, 그리고 시편 3이 노출된 SBF 용액의 pH는 7.4에서 7.58로 증가하였다.

이러한 SBF 용액의 pH 증가는 부식에 의해 마그네슘 이온이 용출됨에 기인한 것으로서, pH 증가 정도가 클수록 부식이 빨리 진행됨을 의미한다. 즉, 도 9와 마찬가지로, 마그네슘층/불화마그네슘층/수산화아파타이트층 및 마그네슘층/불화마그네슘층이 마그네슘층보다 초기 부식이 잘 진행되지 않음을 의미하며, 마그네슘층/불화마그네슘층/수산화아파타이트층이 마그네슘층/불화마그네슘층보다 부식이 잘 진행되지 않음을 의미한다.

도 12를 참조하면, 시편 3을 전극으로 사용한 경우가 시편 1을 전극으로 사용한 경우보다 그래프 상에서 위쪽 및 오른쪽에 있음을 알 수 있다. 분극곡선은 재료의 부식 특성을 나타내는 것으로, 위쪽 및 오른쪽에 있을수록 내부식성이 높음을 의미한다. 따라서 상기 그래프에 의하면 마그네슘층/불화마그네슘층/수산화아파타이트층이 마그네슘층보다 부식이 잘 진행되지 않음을 나타낸다.

실험예 2는 제조예 1에서 제조되는 마그네슘층(시편 1), 마그네슘층/불화마그네슘층(시편 2), 마그네슘층/불화마그네슘층/수산화아파타이트층(시편 3)의 세포 부착성, 세포 증식 정도 및 세포 분화 정도와 같은 세포 적합성을 비교하기 위한 실험이다.

도 13a을 참조하면, 시편 1의 표면 상에는 부착되지 않은 Pre-osteoblast 세포들이 둥글둥글 뭉쳐있는 것을 볼 수 있다. 그리고 시편 2의 표면 상에는 몇개의 Pre-osteoblast 세포들이 약간 퍼져있는 것을 볼 수 있다. 반면에 시편 3의 표면 상에는 Pre-osteoblast 세포들이 시편 3의 표면에 넓게 퍼져서 부착되어 있음을 알 수 있다.

또한 도 13b를 참조하면, 시편 1의 표면 상에는 혈관내피세포가 시편 1의 표면에 부착되지 못하고 별개로 존재하는 것을 볼 수 있다. 반면에 시편 2의 표면 상에서는 혈관내피세포가 시편 2의 표면에 넓게 퍼져서 부착되어 있음을 알 수 있다. 그리고 시편 3의 표면에서는 혈관내피세포가 세라믹층에 거의 일체화되는 것과 같이 부착되어 있음을 알 수 있다.

이러한 사진을 토대로 판단하면, 동일한 시간 동안에 마그네슘층에는 세포들이 잘 부착되지 않으며, 마그네슘층/불화마그네슘층/수산화아파타이트층에 표면에는 세포들이 매우 잘 부착됨을 알 수 있다.

도 14를 참조하면, 시편 2에서 많은 세포 증식이 있고, 그 다음 시편 3에서 많은 세포 증식이 있음을 알 수 있다. 반면에 시편 1에서는 제일 낮은 세포 증식을 보임을 알 수 있다. 도 14에 의하면, 세포 증식정도는 마그네슘층/불화마그네슘층/수산화아파타이트층과 마그네슘층/불화마그네슘층 사이에서는 큰 차이를 보이지는 않으며, 단지 마그네슘층과는 차이가 남을 알 수 있다.

도 15를 참조하면, 시편 1의 경우에는 ALP 활성값이 대략 0.12이고, 시편 2의 경우에는 ALP 활성값이 대략 0.33이고, 그리고 시편 3의 경우에는 ALP 활성값이 대략 0.72임을 알 수 있다.

즉, 시편 3의 표면에 seeding된 Pre-osteoblast 세포가 10일의 배양기간 동안 Pre-osteoblast 세포로 가장 많이 분화되었음을 알 수 있다. 알칼린 포스파타아제 활성은 마그네슘층/불화마그네슘층/수산화아파타이트층이 마그네슘층/불화마그네슘층보다 높음을 알 수 있으며, 마그네슘층보다는 매우 높음을 알 수 있다(*P<0.01).

<실험예 3- 동물 체내 실험>

99% 이상의 마그네슘으로 이루어진 막대형 샘플(이하, 막대 샘플 1)을 준비하였다. 또한, 제조예 1의 방법을 이용하여 마그네슘 상에 불화마그네슘층/수산화아파타이트층이 코팅된 막대형 샘플(이하, 막대 샘플 2)을 제조하였다. 제조된 막대 샘플 1, 2의 지름은 4mm이고 길이는 10mm로서 서로 동일한 크기로 제조되었다.

이러한 막대 샘플 1, 2를 사용하여 동물 체내 실험(in vivo animals test)을 수행하였다. 이때 실험에 사용된 동물로서는 뉴질랜드산 수컷 흰토끼 9마리(12살, 평균 중량 3kg)(이하, 실험 동물)를 이용하였다. 도 16은 막대 샘플 1 및 막대 샘플 1을 실험 동물에 이식하는 모습에 대한 사진이다.

우선, 실험 동물들은 2%의 자일라진 염산(Xylazine HCl)(Rompun, Bayer Korea, Korea) 1.5cc와 틸레타민 염산(Tiletamine HCl)(Zoletil, Virbac lab, France) 0.5cc와 리도카인(Lidocaine)(Yuhan Corporation, Korea)의 혼합물을 사용하여 전체적으로 마취되었고, 국소 마취를 위해 1: 100,000 에피네프린(epinephrine)이 주입되었다. 그리고 실험용 드릴을 사용하여 뼈에 구멍이 뚫린 대퇴부 결점(femoral defects)으로 막대 샘플 1, 2이 각각 이식되었다. 그 후, 이식된 상처 부위를 써지소브(Surgisorb)(Samyang Ltd, Korea)를 사용하여 봉합하였고, 항생제로서 세프라딘(cephradine)(Bayer Korea, Korea)이 3일동안 주입되었다.

모든 실험 동물이 이식 수술후 4주 동안 관찰되었다. 뼈 조직 및 막대 샘플 1, 2의 형태(morphology)를 3차원적으로 관찰하기 위해, 채취된 뼈 조직들은 35㎛의 해상도, 100kV의 전압 및 60㎂의 전류에서 1.0mm의 알루미늄 필터를 가지고 마이크로-CT(Skyscan 1173 X-ray Micro-tomography System, Skyscan, Kontich, Belgium)를 사용하여 스캔되었다. 그 뒤에, 상업 프로그램을 사용하여 이미지들을 재구성하였다. 재구성된 이미지들에 근거하여, 피층 영역(cortical area)의 뼈 조직 및 막대 샘플 1, 2의 형태가 데이터 뷰어(Data viewer)(Skyscan, Kontich, Belgium)를 이용하여 3차원적으로 관찰되었다. 이러한 이미지 결과를 도 17에 도시하였다.

마이크로-CT 스캐닝 후에, 추출된 뼈 샘플들은 중성의 10% 폼알데하이드(formaldehyde) 용액에 고정되었고, 조직 블록(tissue block)들은 수지를 사용하여 형성되었다. 헤마톡실린-에오진(haematoxylin-eosin)으로 얼룩진 영역 및 3색의 마이크로스코픽 이미지(microscopic image)들이 엑시오스콥 현미경(Axioskop microscopy)(Olympus BX51, Olympus Corporation, Tokyo, Japan)를 사용하여 획득되었다. 막대 샘플 1, 2와 접촉하였던 얼룩진 영역의 조직학적인(histological) 이미지들을 도 18에 도시하였다.

그리고 뼈-임플란트 접촉(BIC, Bone Implant contact) 비율이 디지털 이미지 분석 프로그램(SPOT, Diagnostic instrument, Inc., MI, USA)을 이용하여 이미지들로부터 산출되었다. 산출된 막대 샘플 1, 2에 대한 뼈-임플란트 접촉 비율을 도 19에 도시하였다.

모든 실험들은 3회 이상 수행되었으며, 그리고 실험 결과들은 평균 ± 표준 편차(SD)로서 표현되었다. 2개의 샘플들간의 차이는 일원변량분석법(one-way analysis of variance, ANOVA)을 사용하여 결정되었고, P < 0.05는 통계적으로 유의성이 있는 차이로 고려하였다.

<구체적인 검토 - 동물 체내 실험>

마그네슘 임플란트의 체내 거동은 실험 동물의 대퇴부 결점 모델을 사용하여 관찰되었다. 막대 샘플 1, 2가 실험 동물의 각각의 대퇴골로 이식되었다. 상기 막대 샘플 1, 2가 이식되고 4주 후에 샘플들이 제거되었고, 회수된 샘플들의 마이크로-CT 이미지들이 도 17에 도시되었다.

도 17의 (a), (c)는 막대 샘플 1이 이식되고 4주가 경과한 후의 뼈 조직 및 막대 샘플 1의 형태에 관한 재구성된 마이크로-CT 이미지이며, 도 17의 (b), (d)는 막대 샘플 2가 이식되고 4주가 경과한 후의 뼈 조직 및 막대 샘플 2의 형태에 관한 재구성된 마이크로-CT 이미지이다. 도 17에 있어서, 기호 M은 막대형 샘플을 나타내며, 기호 B는 뼈 조직을 나타내고, 점선으로 된 원은 뼈-임플란트 접촉을 나타낸다.

도 17의 (a), (c)를 참조하면, 막대 샘플 1의 경우에는, 마그네슘의 부식에 의해 막대 샘플 1의 너비(width)가 부분적으로 감소됨을 알 수 있었다. 또한 피층 뼈 영역에서 뼈 조직과 막대 샘플 1 사이에 간격이 발생함을 알 수 있었다. 반면에, 도 17의 (b), (d)를 참조하면, 막대 샘플 2의 경우에는, 막대 샘플 2의 형태가 그대로 유지되어 있음을 알 수 있었고, 피층 뼈 영역에서 뼈 조직과 막대 샘플 2 사이에 간격이 거의 발생하지 않고 막대 샘플 1과 비교했을 때 보다 양호한 뼈-임플란트 접촉이 관찰됨을 알 수 있었다. 이러한 이유는 코팅된 불화마그네슘층/수산화아파타이트층이 마그네슘의 생체 내에서의 부식을 방지하기 때문이다.

도 18의 (a)는 막대 샘플 1과 접촉하였던 얼룩진 뼈 조직의 조직학적인(histological) 이미지를 도해하며, 도 18의 (b)는 막대 샘플 2와 접촉하였던 얼룩진 뼈 조직의 조직학적인 이미지를 도해한다. 도 18에 있어서, 기호 M은 막대 샘플을 나타내며, 기호 N은 새로운 뼈 조직을 나타내고, 그리고 기호 D는 저하된 마그네슘 영역을 나타낸다.

도 18을 참조하면, 비록 막대 샘플 1, 2의 경우 모두 샘플 표면 주위에 새롭게 형성되는 뼈 조직이 관찰되었지만, 막대 샘플 2의 경우에 샘플의 저하(degradation) 없이 보다 중요한 뼈 접촉이 관찰되었음을 알 수 있다.

도 19는 피층 영역에서의 막대 샘플 1, 2의 뼈-임플란트 접촉 비율을 나타낸 그래프이다. 이러한 그래프는 조직학적인 이미지들에 근거하여 이미지 분석 프로그램을 이용하여 측정되었다.

도 19를 참조하면, 샘플들이 이식되고 4주가 경과된 후에, 막대 샘플 2의 경우가 막대 샘플 1보다 매우 높은 뼈-임플란트 접촉 비율을 나태냄을 알 수 있었다(*P<0.005).

즉, 상술된 동물 체내 실험 결과를 고려하면, 본 발명의 일 실시양태 따른 생체 분해성 스텐트는 생체 내에서의 마그네슘의 초기 부식을 효과적으로 방지할 수 있어, 마그네슘 생체 재료의 생체 내에서의 안정성 및 생체 적합성을 보다 향상시킬 수 있다는 효과가 있음을 알 수 있다.

이상, 여기에서는 본 발명을 실시양태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.

Claims

스텐트에 있어서,
마그네슘층;
상기 마그네슘층 상부에 형성된 세라믹층; 및
상기 마그네슘층과 상기 세라믹층 사이에 위치하며, 마그네슘 함유 화합물을 포함하는 마그네슘 화합물층을 포함하는 것을 특징으로 하는,
스텐트.
제1항에 있어서,
상기 스텐트는,
상기 마그네슘층으로 형성된 코어, 상기 코어를 둘러싸는 상기 마그네슘 화합물층, 및 상기 마그네슘 화합물층을 둘러싸는 상기 세라믹층을 포함하는 단면을 가지는 와이어드 구조(wired structure)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
스텐트.
제1항에 있어서,
상기 마그네슘층은 90wt% 이상의 마그네슘을 포함하는 것을 특징으로 하는,
스텐트.
제3항에 있어서,
상기 마그네슘층은 아연(Zn), 망간(Mn), 칼슘(Ca), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 크롬(Cr), 규소(Si), 인(P), 니켈(Ni) 및 철(Fe)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 원소를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는,
스텐트.
제1항에 있어서,
상기 마그네슘 화합물층은 상기 마그네슘 함유 화합물로서 불화마그네슘(MgF₂) 및 산화마그네슘(MgO) 중 어느 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
스텐트.
제1항에 있어서,
상기 마그네슘 화합물층은 0.05 ㎛ 내지 1.5 ㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는,
스텐트.
제1항에 있어서,
상기 세라믹층은 수산화아파타이트(HA, hydroxyapitite) 및 이산화티타늄(TiO₂) 중 어느 하나 또는 그 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
스텐트.
제1항에 있어서,
상기 세라믹층은 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는,
스텐트.
스텐트의 제조 방법에 있어서,
(1) 마그네슘층 및 상기 마그네슘층 상부에 형성되는 마그네슘 화합물층을 포함하는 구조를 제공하는 단계; 및
(2) 상기 마그네슘 화합물층이 상기 마그네슘층과 세라믹층 사이에 위치하도록 상기 구조 상부에 세라믹층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
스텐트의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 구조를 제공하는 단계는,
상기 마그네슘층을 제공하는 단계; 및
마그네슘 함유 화합물을 스퍼터링하여 상기 마그네슘층 상부에 상기 마그네슘 화합물층을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
스텐트의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 구조를 제공하는 단계는,
상기 마그네슘층을 제공하는 단계; 및
상기 마그네슘층 표면의 마그네슘을 마그네슘 함유 화합물로 전환시켜 상기 마그네슘 함유 화합물이 상기 마그네슘층을 둘러싸도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
스텐트의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 마그네슘 화합물층은 상기 마그네슘 함유 화합물로서 불화마그네슘(MgF₂) 및 산화마그네슘(MgO) 중 어느 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
스텐트의 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 산화마그네슘(MgO)은 상기 마그네슘층의 표면의 상기 마그네슘을 양극산화시켜(anodizing) 형성되는 것을 특징으로 하는,
스텐트의 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 불화마그네슘(MgF₂)은 상기 마그네슘층의 표면의 상기 마그네슘을 불소화(fluorination)시켜 형성되는 것을 특징으로 하는,
스텐트의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 구조를 200℃ 내지 500℃의 온도로 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
스텐트의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 세라믹층은 상기 마그네슘 화합물층 상부에 세라믹 재료를 진공 파우더 스프레이(vacuum powder spraying)함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는,
스텐트의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 세라믹층은 입경이 1 ㎛ 내지 5 ㎛인 수산화아파타이트 분말 또는 이산화티타늄 분말을 상기 마그네슘 화합물층 상부에 도포함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는,
스텐트의 제조 방법.
스텐트의 제조 방법에 있어서,
(a) 스텐트 형상의 마그네슘 재료를 제공하는 단계;
(b) 상기 마그네슘 재료 상부에 마그네슘 화합물층을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 마그네슘 화합물층 상부에 세라믹층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
스텐트의 제조 방법.
제18항에 있어서,
상기 마그네슘 화합물층을 형성하는 단계는,
상기 마그네슘 재료를 처리하여 상기 마그네슘 재료의 마그네슘 일부를 마그네슘 함유 화합물로 전환시키는 단계; 및
상기 마그네슘 재료를 둘러싸는 상기 마그네슘 화합물층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
스텐트의 제조 방법.
제18항에 있어서,
상기 마그네슘 화합물층을 형성하는 단계는,
상기 마그네슘 재료의 표면 상에 마그네슘 함유 화합물을 스퍼터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
스텐트의 제조 방법.