KR20110076826A - 수화겔, 이의 제조 방법 및 용도 - Google Patents

Abstract

본 발명은 겔화 시간이 짧고, 생체 적합성, 흡수성 및 생분해성을 가질 뿐 아니라, 우수한 접착력 및 파열 강도를 나타내어, 조직 접착제에 바람직하게 적용 가능한 수화겔, 이의 제조 방법 및 용도에 관한 것이다. 이러한 수화겔은 γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신이 아미드 결합을 매개로 결합된 가교체를 포함할 수 있다.

Description

수화겔, 이의 제조 방법 및 용도{HYDRGEL, PREPARATION METHOD AND USE THEREOF}

본 발명은 수화겔, 이의 제조 방법 및 용도에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 겔화 시간이 짧고, 생체 적합성, 흡수성 및 생분해성을 가질 뿐 아니라, 우수한 접착력 및 파열 강도를 나타내어, 조직 접착제에 바람직하게 적용 가능한 수화겔, 이의 제조 방법 및 용도에 관한 것이다.

이전부터 생체에 적용되는 다양한 조직 접착제에 수화겔이 적용되고 있다. 이러한 수화겔은 합성 고분자, 천연 고분자 또는 이들의 혼합물로부터 제조될 수 있다. 이전에 알려진 합성 고분자의 예에는, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트 또는 폴리비닐알코올 등의 친수성 합성 고분자가 있으며, 천연 고분자의 예에는 젤라틴 또는 알부민과 같은 단백질이나, 알긴산, 히알루론산 또는 키토산과 같은 폴리사카라이드, 폴리글루탐산과 같은 폴리아미노산 등이 있다.

이에 종래부터 다양한 합성 고분자 또는 천연 고분자 등을 사용하여 제조된 수화겔이 알려진 바 있다. 예를 들어, 알부민이나 젤라틴에 폴리에틸렌글리콜 등을 가교시켜 얻어진 수화겔이나, 젤라틴과 α-폴리 L-글루탐산의 가교를 통해 얻어진 수화겔이 알려진 바 있다. 그러나, 상기 알부민이나 젤라틴 등은 돼지나 소 등의 동물에서 추출 및 사용되는데, 이를 포함하는 수화겔을 조직 접착제 등에 적용할 경우, 생체 내에서 질병을 전이시킬 가능성이 있다.

또, 알긴산 등의 가교 반응을 이용한 수화겔도 알려진 바 있지만, 알긴산의 경우 가교제와의 반응시간이 매우 길기 때문에, 그 사용이 어려워지는 단점이 있다.

한편, γ-폴리글루탐산은 미생물의 배양 등을 통해서 얻어지는 생합성 고분자로서, 반복 단위가 카르복시기를 포함하고 있으므로, 다른 물질과의 가교 반응이 가능하다. 이러한 특성 때문에, 이러한 γ-폴리글루탐산의 가교 반응을 이용한 수화겔 역시 일부 알려진 바 있다.

예를 들어, γ-폴리글루탐산과, 에폭시계 화합물의 가교 반응을 이용한 수화겔이나, γ-폴리글루탐산과, 락토오스 또는 키토산 등의 폴리사카라이드를 가교시킨 수화겔 등이 알려진 바 있지만, 이러한 수화겔의 경우 가교 반응의 소요 시간(겔화 시간)이 지나치게 길기 때문에, 의료 현장에서 바로 수화겔을 형성해 조직 접착 등에 적용하기가 매우 어렵게 된다.

또한, 수화겔이 조직 접착제 등에 적용되기 위해서는, 생분해성, 흡수성 및 생체 적합성 등과 함께, 우수한 접착력 및 파열 강도 등이 요구되는데, 이전에 알려진 수화겔의 대부분은 이러한 요구 물성을 충족하지 못하거나 상술한 겔화 시간이 지나치게 긴 건이었다.

이에, 겔화 시간이 짧고, 생체 적합성, 흡수성 및 생분해성을 나타내면서도, 접착력 및 파열 강도가 우수하여, 조직 접착 등에 바람직하게 적용 가능한 수화겔이 계속적으로 요구되고 있다.

본 발명의 일 구현예는 겔화 시간이 짧고, 생체 적합성, 흡수성 및 생분해성을 가질 뿐 아니라, 우수한 접착력 및 파열 강도를 나타내어, 조직 접착제에 바람직하게 적용 가능한 수화겔을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 구현예는 상기 수화겔을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 구현예는 상기 수화겔 제조용 키트를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 구현예는 상기 수화겔의 형성을 가능케 하는 성분을 포함하는 조직 접착제 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명은 γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신이 아미드 결합을 매개로 결합된 가교체를 포함하는 수화겔을 제공한다. 이러한 수화겔은 수용성 카르보디이미드를 포함한 아미드 커플링화제를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 아미드 커플링화제의 존재 하에, γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신을 가교 반응시키는 단계를 포함하는 수화겔의 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, γ-폴리글루탐산, ε-폴리라이신 및 아미드 커플링화제를 포함하는 수화겔 제조용 키트를 제공한다.

또한, 본 발명은 γ-폴리글루탐산, ε-폴리라이신 및 아미드 커플링화제를 포함하는 조직 접착제 조성물을 제공한다. 이러한 조직 접착제 조성물은 생체 조직에 적용된 후에 경화되어 수화겔을 형성함으로써 생체 조직을 접착시킬 수 있다.

이하, 발명의 구현예에 따른 수화겔, 이의 제조 방법 및 조직 접착제 등에 대해 상세히 설명하기로 한다.

발명의 일 구현예에 따르면, γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신이 아미드 결합을 매개로 결합된 가교체를 포함하는 수화겔이 제공된다.

이러한 수화겔은 γ-폴리글루탐산 등의 특정 폴리아미노산의 가교체를 포함함에 따라, 생체 조직에 적용되기에 적합한 생체 적합성, 흡수성 및 생분해성을 나타낼 수 있다. 또한, 본 발명자들의 실험 결과, 상기 γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신의 가교체를 포함하는 수화겔은 우수한 접착력 및 파열 강도를 나타낼 수 있음이 밝혀졌다. 더구나, γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신은 아미드 커플링화제를 사용하는 등의 소정 조건 하에서, 상온 부근의 온도에서도 빠른 겔화를 일으켜 상기 수화겔을 형성할 수 있음이 밝혀졌다. 따라서, 상기 수화겔은 의료 현장에서 바로 겔 상태로 형성되어 조직 접착 등에 적용되기가 매우 적합하다. 또한, 상기 수화겔은 겔화된 상태로 약물 전달용 또는 유착 방지용으로 바람직하게 사용될 수 있다.

이러한 일 구현예의 수화겔에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 “수화겔”이라 함은 팽윤이 가능한 고분자 매트릭스를 의미하는 것으로 정의될 수 있으며, 공유 결합 또는 비공유 결합을 포함한 가교 구조를 가질 수 있다. 또, 이러한 수화겔은 상기 가교 구조로 이루어진 3차원 네트워크 구조를 포함할 수 있으며, 물을 흡수하여 탄성겔을 형성할 수 있다.

발명의 일 구현예에 따르면, 수화겔이 γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신이 결합된 가교체를 포함하는데, 상기 γ-폴리글루탐산에는 유리 상태의 γ-폴리글루탐산 뿐만 아니라, 이의 금속염 또한 포괄될 수 있으며, 유리 상태 및 금속염 상태의 혼합물 또한 포괄될 수 있다. 이러한 γ-폴리글루탐산은 하기 화학식 1로 표시되는 구조를 가질 수 있다:

[화학식1]

상기 화학식 1에서, M은 H, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속(예를 들어, Na, K, Ca 또는 Mg)이며; n은 328 에서 19,737, 구체적으로 3,289 내지 13,158이다.

이러한 γ-폴리글루탐산은 반복 단위 중에 카르복실기가 포함되어 있기 때문에, 아민기를 갖는 다른 물질과 공유 결합(예를 들어, 아미드 결합 등)을 형성할 수 있는 일종의 생분해성 고분자이다. 또, 상기 γ-폴리글루탐산은 천연 또는 합성에 의해 얻을 수 있으며, 구체적으로 미생물, Bacillus subtilis 의 발효에 의해 얻어질 수 있다.

그리고, 상기 γ-폴리글루탐산의 중량평균 분자량은 100,000 내지 3,000,000 달톤, 구체적으로 500,000 내지 3,000,000달톤, 더 구체적으로는 1,000,000 내지 2,000,000달톤으로 될 수 있다. 만일, 중량평균 분자량이 100,000달톤 미만으로 되면, 가교체 및 수화겔 형성을 위한 겔화 시간이 길어지거나, 충분한 수준의 접착강도나 파열강도를 가지는 수화겔의 제공이 곤란해질 수 있다. 반대로, γ-폴리글루탐산의 분자량이 3,000,000달톤을 초과하면, 불균일하거나 혼탁한 수화겔이 제공될 우려가 있다.

한편, 상기 γ-폴리글루탐산과 가교체를 형성하는 ε-폴리라이신은 반복 단위 중에 아민기를 갖기 때문에, 상기 γ-폴리글루탐산과 아미드 결합을 형성할 수 있으며, 이로부터 가교 구조를 형성하여 3차원 네트워크 구조를 갖는 가교체 및 수화겔을 이룰 수 있다.

이러한 ε-폴리라이신에는 화학식 2로 표시되는 유리 상태의 ε-폴리라이신 뿐만 아니라, 이의 산부가염, 구체적으로 브롬산염, 염산염, 불산염과 같은 생체에 적용 가능한 산부가염 또한 포괄될 수 있으며, 유리 상태 및 산부가염 상태의 혼합물 또한 포괄될 수 있다:

[화학식 2]

상기 식에서, m은 23 내지 38이다.

상기 ε-폴리라이신은 물에 대한 용해성이 우수하고 인체에 대한 안정성이 우수하다. 이와 같이 일 구현예의 수화겔은 생분해성 및 인체 안정성 등을 나타내는 친수성 폴리아미노산, 즉, γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신의 가교체를 포함함에 따라, 조직 접착 등에 적용되기에 적합한 생분해성, 생체 적합성 및 흡수성 등을 나타낼 수 있다.

또, 상기 ε-폴리라이신은 천연 또는 합성일 수 있으며, 천연의 경우 Streptomyces와 같은 미생물 유래일 수 있다. 그리고, 이러한 ε-폴리라이신의 중량평균 분자량은 1,000 내지 6,000달톤, 구체적으로 3,000 내지 5,000달톤으로 될 수 있다. 만일, 중량평균 분자량이 1,000달톤 미만으로 지나치게 작아지면, 가교체 및 수화겔 형성을 위한 겔화 시간이 길어지거나, 겔화 반응(가교체의 형성 반응 등)이 잘 일어나지 않을 수도 있으며, 반대로, ε-폴리라이신 의 분자량이 6,000달톤을 초과하여 지나치게 커지면, 가교체 및 수화겔의 생분해성이 저하될 수 있다.

한편, 상기 일 구현예의 수화겔은 γ-폴리글루탐산의 카르복실기와, ε-폴리라이신의 아민기가 아미드 결합을 형성하여 결합됨으로써 가교 구조를 형성한 가교체를 포함한다. 이러한 아미드 결합의 바람직한 형성을 위해, 상기 수화겔은 아미드 커플링화제, 예를 들어, 수용성 카르보디이미드를 더 포함할 수 있다. 이러한 수용성 카르보디이미드의 예로는, 3-(3-다이메틸아미노프로필)-1-에틸 카르보디이미드(3-(3-dimethylaminopropyl)-1-ethyl carbodiimide; EDC)나 그 염산염, 1-[3-(디메틸아미노)프로필]-3-에틸 카르보디이미드 메트아이오다이드(1-[3-(dimethylamino)propyl]-3-ethyl carbodiimide methiodide), N-시클로헥실-3-(2-몰피노에틸)카르보디이미드 메토 -p-톨루엔술포네이트(N-cyclohexyl-3-(2-morphinoethyl)carbodiimide metho-p-toluenesulfonate), 1-에틸 -3-(3-디메틸아미노프로필) 카르보디이미드 메트아이오다이드 (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide methiodide; ETC) 또는 디이소프로필카르보디이미드 (diisopropylcarbodiimide; DIC) 등을 들 수 있으며, 이외에도 다양한 수용성 카르보디이미드를 별다른 제한없이 사용할 수 있다.

이러한 수용성 카르보디이미드는 물에서 용해되며, γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신의 가교 반응(아미드 반응 등)을 매개한 후, 혹은 물과의 반응에 의해 독성이 낮은 우레아의 형태로 전환될 수 있다. 따라서, 일 구현예의 수화겔 제조를 위해 수용성 카르보디이미드가 사용된 경우에도, 상기 수화겔은 이러한 수용성 카르보디이미드를 0.1 중량% 이하, 구체적으로 0.01~0.05중량%의 함량으로 포함할 수 있다. 이 때문에, 상기 수화겔은 매우 우수한 생체 적합성을 나타낼 수 있다.

일반적으로 카르보디이미드는 수용액에서 가수분해되어 안정하지 않으므로 고체 형태로 제공되고 수화겔의 형성에 사용될 때 물이 가해져 수화될 수 있다. 이러한 수화를 위한 물에 γ-폴리글루탐산 또는 ε-폴리라이신이 포함될 수 있다. 또, 상기 수화겔의 형성시 사용되는 물에 대한 카르보디이미드의 농도는 0.5~5중량%로 될 수 있다.

일 구현예의 수화겔에서, 상기 γ-폴리글루탐산은 감마선과 같은 고에너지 광선의 조사에 의해 분자쇄가 절단되며 이로 인해 발생하는 라디칼에 의해 ε-폴리라이신과 가교될 수도 있지만, 의료 현장에서 빠른 겔화 형성 및 신속한 사용을 위해서는 상기 수용성 카르보디이미드와 같은 아미드 커플링화제를 수화겔의 제조에 사용함이 바람직하고, 이러한 아미드 커플링화제는 수화겔 내에 일부 잔류할 수 있다.

한편, 발명의 일 구현예의 수화겔에서, 상기 γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신은 1 : 1 내지 30 : 1, 구체적으로 2 : 1 내지 20 : 1, 보다 구체적으로 3 : 1 내지 20 : 1의 몰비로 결합될 수 있고, 상기 수화겔의 가교체는 이러한 몰비로 결합된 2 종의 폴리아미노산을 포함할 수 있다. 이들 γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신이 이러한 몰비로 결합되어 가교체 및 수화겔을 이룸에 따라, 상기 수화겔의 겔화 시간, 접착력 및 파열 강도 등이 최적화될 수 있다.

한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 상술한 수화겔의 제조 방법이 제공된다. 이러한 수화겔의 제조 방법은 아미드 커플링화제의 존재 하에, γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신을 가교 반응시키는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 제조 방법에 따르면, 상온의 조건에서도 빠른 겔화 시간 내에 γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신이 아미드 결합되어 가교 구조를 형성한 수화겔을 얻을 수 있으며, 특히, 의료 현장에서도 이러한 수화겔을 즉시 형성 및 적용해 조직 접착 등에 사용하기가 용이해 진다.

이러한 수화겔의 제조를 위한 가교 반응은 수용성 카르보디이미드와 같은 아미드 커플링화제, γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신이 혼합된 수용액 상태에서 진행될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제조 방법은 γ-폴리글루탐산, ε-폴리라이신 및 아미드 커플링화제를 포함하는 수용액을 형성하는 단계와, 상기 수용액을 경화시켜 수화겔을 얻는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 카르보디이미드와 같은 아미드 커플링화제는 물에서 그리 안정하지 않고, 바로 γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신의 가교 반응을 매개할 수 있으므로, 수화겔의 형성이 필요할 때 상기 γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신의 하나 이상이 포함된 수용액에 상기 수용성 카르보디이미드와 같은 아미드 커플링화제를 가함이 바람직하다.

예를 들어, γ-폴리글루탐산 수용액과 수용성 카르보디이미드를 혼합한 후, 이러한 혼합액에 ε-폴리라이신 수용액을 혼합하여 가교 반응을 진행할 수 있으며, 다른 예로서, ε-폴리라이신 수용액에 수용성 카르보디이미드를 혼합한 후, 상기 혼합액에 γ-폴리글루탐산 수용액을 혼합하여 가교 반응을 진행할 수도 있다. 또 다른 예로서, γ-폴리글루탐산 수용액, ε-폴리라이신 수용액 및 수용성 카르보디이미드를 동시에 혼합하여 가교 반응을 진행할 수도 있다.

한편, 상술한 가교 반응의 진행을 위해, γ-폴리글루탐산은 반응을 위한 수용액 중에 1 내지 20중량%, 구체적으로 5 내지 15중량%의 농도로 용해되어 사용될 수 있다. 이러한 γ-폴리글루탐산의 농도가 지나치게 낮아지면 겔화를 위한 가교 반응이 거의 일어나지 않거나 지나치게 많은 시간이 소요될 수 있다. 반대로 γ-폴리글루탐산의 농도가 지나치게 높아지면 반응을 위한 수용액의 점성이 증가하여, 가교 반응이 일어나기도 전에 γ-폴리글루탐산의 카르복실기와 ε-폴리라이신의 아민기 간에 이온성 콤플렉스가 형성되어 침전되기 때문에 겔화 형성이 곤란하게 될 수 있다.

다른 구현예에 따른 제조 방법에서, 상기 ε-폴리라이신의 수용액 중의 농도는 이에 포함된 아민기와, γ-폴리글루탐산의 카르복실 작용기의 몰 당량비에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, γ-폴리글루탐산의 카르복실기 및 ε-폴리라이신의 아민기 몰 당량비는 1 : 0.05 내지 1 : 0.4, 구체적으로는 1 : 0.15 내지 1 : 0.3로 될 수 있으며, 이러한 몰 당량비와 γ-폴리글루탐산의 농도를 함께 고려하여 상기 ε-폴리라이신의 농도 및 사용량 등이 당업자에게 자명하게 결정될 수 있다.

만일, 몰 당량비가 1 : 0.05 미만으로 지나치게 작아지면, 아민기의 수가 충분하지 않아 가교 반응이 잘 일어나지 않고, 겔화 시간이 지나치게 길어지거나 겔화가 제대로 이루어지지 않을 수도 있다. 반대로, 몰 당량비가 1:0.4를 초과하면, ε-폴리라이신의 아민기와 γ-폴리글루탐산의 카르복실기 간의 이온 콤플렉스가 형성되어 가교반응이 제대로 일어나지 않을 수 있으며, 침전된 형태의 불균일한 겔이 형성될 수 있다.

또, 상기 γ-폴리글루탐산의 카르복실기 및 아미드 커플링화제, 예를 들어, 수용성 카르보디이미드의 몰 당량비는 1 : 0.01　내지 1 : 0.4, 구체적으로 1 : 0.05 내지 1 : 0.2로 될 수 있다.

만일, 몰 당량비가 1 : 0.01 미만으로 지나치게 작아지면, 겔화 시간이 지나치게 길어지거나 겔화가 제대로 이루어지지 않을 수도 있다. 반대로, 몰 당량비가 1:0.4를 초과하면, 인체에 대한 독성이 야기되어 수화겔의 생체 적합성에 악영향을 미칠 수 있다.

그리고, 상기 가교 반응은 0 내지 50℃, 구체적으로는 25 에서 40℃, 보다 구체적으로 상온 근방에서 진행될 수 있고, 상온을 기준으로 5초 내지 20분, 구체적으로 10초 내지 10분간 진행될 수 있다. 또, 반응을 위한 수용액의 pH는 7 내지 8 인 것이 적당하다. 그리고, 반응을 위한 수용액의 혼합시 자기 교반기 등을 사용하여 통상적인 방법으로 혼합할 수 있다. 또한, 상기 가교 반응(겔화)을 의료 현장에서 진행하여 바로 수화겔을 형성 및 적용할 경우에는, 상기 반응을 위한 수용액을 double barrel syringe와 같은 기구를 이용하여 혼합할 수 있다. 이와 같이, 상기 제조 방법에 따르면, 상온에서도 빠른 겔화를 통해 우수한 특성을 갖는 수화겔을 얻을 수 있으므로, 이러한 수화겔을 의료 현장에서 조직 접착 등을 위해 매우 바람직하게 적용할 수 있다.

한편, 상기 반응을 위한 수용액은 증류수, 생리식염수 또는 탄산수소나트륨, 인산, 붕산 등을 함유한 완충액의 형태로 될 수 있으며, 상기 γ-폴리글루탐산, ε-폴리라이신 및 아미드 커플링화제 외에도, pH 조정제, 점도 변경제, 항균제, 착색제 또는 계면활성제 등을 더 포함할 수 있다.

상술한 방법으로 제조된 수화겔은 동결 건조하여 스펀지나 시트 형태로 제공되거나, 분말화될 수도 있으며, 이러한 형태로 유착방지제, 흡수제, 약물 전달용 등으로 사용될 수 있다. 또한, 이하에 더욱 상세히 설명하겠지만, 수화겔의 형성을 위한 각 성분(예를 들어, γ-폴리글루탐산, ε-폴리라이신 및 아미드 커플링화제)을 포함하는 키트 또는 조성물에 대해 의료 현장에서 가교 반응(겔화) 등을 진행해 상술한 수화겔을 형성함으로써, 이를 생체 조직의 접착에 적용할 수 있다. 이러한 조직 접착에 대한 적용을 위해, 생체 조직 상에 γ-폴리글루탐산, ε-폴리라이신 및 아미드 커플링화제를 포함하는 혼합물, 예를 들어, 혼합 수용액을 형성한 후, 이러한 수용액을 가교 반응(겔화)시켜 수화겔을 형성하고 생체 조직 상에 코팅을 형성할 수 있다.

발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상술한 수화겔의 제조를 위한 키트가 제공된다. 이러한 수화겔 제조용 키트는 γ-폴리글루탐산, ε-폴리라이신 및 수용성 카르보디이미드와 같은 아미드 커플링화제를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 일 구현예의 수화겔은 상온에서도 빠른 겔화 속도로 얻어질 수 있다. 따라서, 이러한 수화겔은 이의 형성을 위한 각 성분(예를 들어, γ-폴리글루탐산, ε-폴리라이신 및 아미드 커플링화제)을 포함하는 키트 또는 조성물 등의 형태로서, 조직 접착 등을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 각 성분을 포함하는 키트 또는 조성물이 생체 조직에 적용된 후, 생체 조직 상에서 겔화가 이루어져 수화겔이 형성되고, 조직 접착의 작용을 나타낼 수 있다. 이러한 용도 등을 위해, 상기 또 다른 구현예의 키트나 후술하는 조직 접착제 조성물이 사용될 수 있다.

구체적 실시예에 따르면, 이러한 수화겔 제조용 키트는 γ-폴리글루탐산과 수용성 카르보디이미드를 포함하는 제 1용기, ε-폴리라이신을 포함하는 제 2용기, 및 수용액을 포함하는 제3용기를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 키트는 γ-폴리글루탐산을 포함하는 제 1용기, ε-폴리라이신 및 수용성 카르보디이미드를 포함하는 제 2용기, 및 수용액을 포함하는 제3용기를 포함할 수도 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 키트는 γ-폴리글루탐산의 수용액을 포함하는 제 1액, ε-폴리라이신의 수용액을 포함하는 제 2액, 및 수용성 카르보디이미드를 포함하는 용기를 포함할 수 있으며, 선택적으로 사용시에 상기 수용성 카르보디이미드를 용해시키기 위한 수용액을 더 포함할 수도 있다. 추가적인 실시예로서, 상기 키트는 γ-폴리글루탐산를 포함하는 제 1용기, ε-폴리라이신을 포함하는 제 2용기, 수용성 카르보디이미드를 포함하는 제 3용기, 및 수용액을 포함하는 제4용기를 포함할 수도 있으며, 이러한 키트는 수용액을 각 용기에 가하여 수용액을 제조한 후 사용할 수 있다.

발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상술한 수화겔을 이용한 조직 접착제 조성물이 제공된다. 상술한 바와 같이, 상기 수화겔은 이의 형성을 위한 각 성분(예를 들어, γ-폴리글루탐산, ε-폴리라이신 및 아미드 커플링화제)을 포함하는 조성물의 형태로서, 생체 조직 접착을 위해 바람직하게 사용될 수 있다. 이를 위해, 조직 접착시에 상기 조성물의 각 성분을 혼합하고, 아미드 커플링화제의 존재 하에, γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신을 가교 반응시켜 상술한 수화겔을 형성할 수 있다. 이러한 가교 반응은 아미드 커플링화제, γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신이 혼합된 수용액 상태에서 진행될 수 있다. 이러한 가교 반응의 결과, 생체 조직 상에 우수한 접착력 등을 나타내는 수화겔 코팅 등을 형성할 수 있으므로 조직 접착이 이루어질 수 있다.

따라서, 상기 조직 접착제 조성물의 일 실시예는 수화겔의 제조를 위한 각 성분, 예를 들어, γ-폴리글루탐산, ε-폴리라이신 및 수용성 카르보디이미드와 같은 아미드 커플링화제를 포함할 수 있다.

이러한 조직 접착제 조성물은 25 내지 40℃의 온도 범위, 예를 들어, 상온 근방에서 체내 적용될 수 있으며, 혼합시 5초 내지 20분, 구체적으로 10초 내지 10분 이내에 겔화되어 수화겔을 형성할 수 있다. 따라서, 이러한 조성물을 생체 조직에 적용한 후 단 시간 내에 겔화시켜 조직 접착시킬 수 있으므로, 의료 현장에서의 바람직한 적용이 가능하다.

이러한 접착제 조성물을 사용하는 일 예에 따르면, γ-폴리글루탐산, ε-폴리라이신 및 아미드 커플링화제를 포함하는 혼합 수용액을 형성하는 단계; 상기 수용성 혼합액을 생체 조직 상에 적용하는 단계; 생체 조직 상에서, 상기 수용성 혼합액을 겔화시켜 수화겔을 형성하면서 코팅을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

한편, 상술한 조직 접착제 조성물은 생체 조직의 접착, 예를 들어, 2 이상의 해부학적 위치를 결합시키는데 적합하게 사용될 수 있다. 상기 접착제 조성물을 이러한 해부학적 위치의 결합 용도로 사용하는 방법은, 예를 들어, 적어도 2이상의 해부학적 위치와 접촉하게 γ-폴리글루탐산, ε-폴리라이신 및 아미드 커플링화제를 포함하는 수용성 혼합물을 형성하는 단계와, 상기 수용성 혼합액을 겔화시켜 수화겔을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 조성물의 실제 사용시에, 상기 아미드 커플링화제, 예를 들어, 수용성 카르보디이미드를 물에 수화시켜 0.5~5중량% 농도의 수용액을 형성할 수 있다. 이러한 수화는 아미드 커플링화제를 포함하는 용기에 물을 첨가하거나, 물리적으로 분리되어 있으나 squeezing, bending과 같은 압력에 의해 파손될 수 있는 물을 포함하는 용기 및 카르보디이미드를 포함하는 용기를 파손시켜 수용액을 얻을 수 있다.

위와 같은 방법으로 조직 접착제 조성물을 생체 조직에 적용하여 수화겔을 형성하면, 수화겔의 형성과 함께 단백질을 포함하는 생체 조직에 공유 결합하여 접착력을 증가시킨다.

상술한 조직 접착제 조성물은 스왑이나 브러시로 스프레이, 브러싱하거나 시린지 등을 통해 압출하여 생체 조직에 각 수용액을 차례대로 또는 혼합한 상태로 겔화되기 전에 적용할 수 있다.

또, 상기 조직 접착제 조성물은 국소적 상처 봉합, 위장관 문합술, 혈관 문합술, 안과 수술과 같은 수술과 같은 다양한 용도로서 응용될 수 있다.

본 발명의 따른 수화겔은 생체 내에 적용된 후 빠르게 생분해되어 인체 내에서 흡수될 수 있다. 또한, 상기 수화겔은 상온에서도 3초 내지 10분, 구체적으로 10초 내지 5분 이내, 더 구체적으로는 20초 내지 3분의 단 시간 내에 겔화가 가능하여 빠른 겔화 속도를 나타낸다.

또한, 상기 수화겔은 생체 조직 내에서의 접착제로서 사용이 가능할 정도로 높은 접착력 및 높은 파열강도를 가진다.

그리고, 본 발명의 수화겔은 생합성의 폴리아미노산인 γ-폴리글루탐산과 ε-폴리라이신을 사용하므로 중성 부근에서 수용액의 용매에서 제조할 수 있으므로 안정성이 우수하다.

따라서, 상기 수화겔은 생체 조직 접착 또는 유착방지제 등과 같은 다양한 용도로 매우 바람직하게 사용될 수 있다.

도 1은 실시예에서 측정된 EDC함량에 따른 겔화 시간의 변화를 나타낸다.
도 2는 실시예에서 측정된 ε-폴리라이신의 함량에 따른 겔화 시간의 변화를 나타낸다.
도 3은 실시예에서 측정된 수화겔의 가수분해에 의한 중량 감소 결과를 나타낸다.

이하, 실시예를 통하여 발명을 보다 상세히 설명하도록 한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 대표적으로 예시하기 위한 것일 뿐이며, 발명의 범위가 이들 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.

실시예 1~14: 수화겔의 제조

증류수 1 ml에 다양한 분자량의 γ-폴리글루탐산 나트륨염 (바이오리더스사, 한국)을 표 1의 양대로 녹여 γ- 폴리글루탐산 수용액 (제 1액) 을 조제하였다. 증류수 1 ml에 중량평균 분자량 4,000 달톤의 ε-폴리라이신 브롬산염(Handary사, 네덜란드)와 EDC의 염산염을 표 1의 양대로 녹여 ε-폴리라이신 브롬산염 및 EDC의 염산염 수용액 (제 2액)을 조제하였다. 같은 부피의 제 1 액과 제 2 액을 각각 1 ml 주사기에 적정량을 취한 후. 스프레이 팁이 부착된 dual barrel syringe에 장착하여 분사하여 수화겔을 제조하였다.

제 1 액과 제 2 액의 가교 반응 조건

	제 1 액 (1 ml)		제 2 액 (1 ml)		[-NH2]/[-COONa]	[-N=C=N-]/ [-COONa]
	γ-폴리글루탐산 나트륨염		ε-폴리라이신 브롬산염	EDC의 염산염
	중량평균 분자량 (kDa)	무게 (mg)	무게 (mg)	무게 (mg)
실시예1	500	100	20	10	0.15	0.08
실시예2	500	100	20	20	0.15	0.16
실시예3	1,000	100	20	5	0.15	0.04
실시예4	1,000	100	20	10	0.15	0.08
실시예5	1,000	100	20	20	0.15	0.16
실시예6	1,000	100	10	10	0.08	0.08
실시예7	1,000	100	30	10	0.23	0.08
실시예8	2,000	100	20	5	0.15	0.04
실시예9	2,000	100	20	10	0.15	0.08
실시예10	2,000	100	10	10	0.08	0.08
실시예11	2,000	100	30	10	0.23	0.08
실시예12	2,000	100	20	20	0.15	0.16
실시예13	2,000	150	20	10	0.10	0.08
실시예14	2,000	200	20	10	0.08	0.08

시험예 1: 겔화 시간의 측정

실시예 1~14에 의해 조제한 제 1액과 제 2액을 각각 0.5 ml을 스프레이 팁이 장착된 dual barrel syringe에 넣고, 투명한 폴리스티렌 재질의 24well-세포 배양 판에 분사한 후 직경 4mm, 길이 12mm 크기의 자기 교반기를 이용하여 자기 교반자가 멈출 때까지 37℃ 오븐에서 두 액을 반응시켰다. 500rpm 의 속도로 교반하면서 제1반응액과 제2반응액이 투입된 직후부터 자기 교반자가 정지할 때까지의 시간을 계측하여 겔화 시간을 측정하고 그 결과를 표 2, 도 1 및 2에 나타내었다. 도 1은 실시예 1 내지 5, 8, 및 9에 대한 측정 결과를 기준으로, EDC함량에 따른 겔화 시간의 변화를 나타내며, 도 2는 실시예 4, 6, 7, 9 내지 11의 측정 결과를 기준으로, 실시예에서 측정된 ε-폴리라이신의 함량에 따른 겔화 시간의 변화를 나타낸다.

시험예 2: 접착강도(Adhesion strength)의 측정

돼지 (Yucatan Pig) 피부를 상온에서 해동한 이후 탈지하여 1×5 cm의 크기로 자른다. 실시예 1~14에 의해 조제한 제 1액과 제 2액을 각각 0.1 ml을 스프레이 팁이 장착된 dual barrel syringe에 넣고, 돼지 피부의 탈지된 표면에 (1×1cm) 도포하였다. 동일한 크기의 돼지 피부를 상기 반응액이 도포된 돼지 피부위에 덮은 후 50g의 하중을 가하여 10분 동안 방치하여 겔이 경화되도록 하였다. 10분이 지난 이후 하중을 제거하고 인장시험기(H5K-T, Hounsfield)에 의해 접착된 돼지 피부가 서로 박리될 때까지 100mm/min 의 속도로 전단력을 계속 부과하며 박리될 때의 부하 하중을 접착강도로 측정하였다.

시험예 3: 파열강도 (Burst pressure)의 측정

수화겔의 파열강도를 ASTM2392에 명시된 방법에 의하여 측정하였다. 콜라겐 케이싱을 3×3cm가 되도록 잘라 물과 에탄올에 각각 2회 세척하여 콜라겐 케이싱에 묻어있는 글리세린을 제거한 후, 펀치를 이용하여 3mm의 구멍을 뚫어서 조직 대체제로서 사용하였다. 상기 구멍을 낸 콜라겐 케이싱을 테프론을 지지체로 하여 고정한 후 실시예 1 ~ 14와 같이 조제한 제 1액과 제 2액을 각각 0.3 ml을 스프레이 팁이 장착된 dual barrel syringe에 넣고, 반응액의 부피가 0.6 ml가 되도록 하여 콜라겐 케이싱의 구멍에 도포한 이후 5분 동안 방치하여 경화시켰다. 이후 접착제가 도포된 콜라겐 케이싱을 테프론 지지체에서 분리한 뒤 ASTM2392에서 명시된 방법에 의해 제조된 파열강도 측정기에 고정시킨 후 수압을 측정하였다. 경화된 겔이 부서지거나, 콜라겐 케이싱에서 떨어질 때의 최고의 수압을 파열강도로 하였다.

수화겔의 물성

번 호	겔화시간 (초)	접착력(gf/cm2)	파열강도(mmHg)
실시예1	125	97	98
실시예2	55	105	114
실시예3	130	110	120
실시예4	50	125	136
실시예5	42	133	147
실시예6	136	119	120
실시예7	67	102	109
실시예8	64	111	122
실시예9	36	140	157
실시예10	93	110	128
실시예11	35	149	175
실시예12	27	133	160
실시예13	25	119	120
실시예14	15	102	110

상기에서 보듯이 실시예의 수화겔의 겔화 시간은 모두 2분 이내로 매우 신속히 겔화가 일어남을 알 수 있다. 또, 실시예 2, 5, 9, 도 1 및 도 2 등을 참고하면, γ-폴리글루탐산의 분자량이 커질수록 겔화 시간이 단축되었고, 접착력과 파열강도가 증가하는 경향이 있음이 확인되었다. 또한, γ-폴리글루탐산의 분자량 및 수용액의 농도, ε-폴리라이신의 농도가 일정할 때, EDC 함량이 증가할수록 겔화 시간이 단축되고, 접착강도와 파열강도는 증가함을 알 수 있다. (도 1) 그러나, EDC는 독성을 유발할 수 있어 최소한의 양을 사용하는 것이 바람직한데, 상기 실시예에서는 γ-폴리글루탐산의 카르복실기의 1몰에 대해 0.04몰의 낮은 EDC를 사용하여도 우수한 파열강도를 나타냄을 알 수 있다.

또한, γ-폴리글루탐산 수용액의 농도가 증가할 경우 (실시예 9, 13, 14), 점성 증가로 인해 겔화 시간은 감소하였으나, 접착강도나 파열강도는 약간 감소함이 확인되었다. 그리고, 상기 표 2에서와 같이, EDC 함량이 높을수록 파열강도가 높아지는 경향이 있음이 확인되었다.

시험예 4: 흡수성의 측정

수화겔의 흡수성의 정도를 알아보기 위하여, 실시예 9에서 시행한 방법과 동일하게 γ-폴리글루탐산나트륨염 10중량% 수용액 (제 1액)과 ε-폴리라이신 브롬산염 및 EDC HCl을 각각 2 중량%, 1 중량% 수용액 (제 2액)을 제조하였다. 이후 각각 1ml 주사기에 1ml씩 취한 후 20ml 바이알에서 겔화 반응을 진행하여 수화겔을 얻었으며 수화겔의 초기 중량을 측정하여 이 무게를 Wg0이라고 하였다. 상기 수화겔을 다시 50ml 증류수 에 넣고 37℃, 50rpm의 항온조에서 24시간 동안 침지시킨 후 물을 흡수한 수화겔의 중량을 측정하여 Wg1이라 하였다. 수화겔의 무게 변화를 통하여 물이 흡수된 정도를 측정하였다. 3회 반복 실험을 하였으며, 흡수도는 하기의 수학식 1을 통하여 구하였으며 실시예 9의 수화겔은 약 2.9배 정도의 흡수율을 가지는 것으로 나타났다.

[수학식 1]

흡수도 = Wg1(침지 후 물이 흡수된 겔의 무게)/Wg0 (수화겔의 무게)

시험예 5: 분해도의 측정

수화겔의 분해 거동을 알아보기 위하여, 상기 실시예 9에 따라 제조된 수화겔 2g을 50ml 증류수에 넣고 37℃, 50rpm의 항온조에서 일정 기간(1, 2, 4, 8 주)동안 침지 후 관찰하였다. 수화겔의 가수분해에 의한 중량 변화는 동결건조를 하여, 분해 전후의 무게비율로 측정하였다. 상기 수화겔의 가수분해에 의한 중량 감소 결과를 도 3 에 나타내었다. 즉, 약 8주 후에 완전히 분해가 일어남을 확인하였다.

상술한 바와 같이, 실시예의 수화겔은 빠른 겔화 시간과 함께, 생체 적합성, 생분해성 및 흡수성을 나타내며, 우수한 접착력 및 파열 강도를 나타내어, 생체 조직의 접착 등을 위해 바람직하게 사용될 수 있음이 확인되었다.

Claims (20)

1. γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신이 아미드 결합을 매개로 결합된 가교체를 포함하는 수화겔.
   
2. 제 1 항에 있어서, 수용성 카르보디이미드를 포함한 아미드 커플링화제를 더 포함하는 수화겔.
   
3. 제 1 항에 있어서, γ-폴리글루탐산은 하기 화학식 1로 표시되는 수화겔:
   [화학식 1]
   

   

   
   상기 식에서, M은 H, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이며; n은 328 에서 19,737이다.
   
4. 제 1 항에 있어서, ε-폴리라이신은 하기 화학식 2로 표시되는 폴리아미노산 또는 이의 산 부가염인 수화겔:
   [화학식 2]
   

   

   
   상기 식에서, m은 23 내지 38이다.
   
5. γ-폴리글루탐산의 중량평균 분자량이 100.000 내지 3,000,000달톤인 수화겔.
   
6. 제 1 항에 있어서, ε-폴리라이신의 중량평균 분자량이 1,000 내지 6,000달톤인 수화겔.
   
7. 제 1 항에 있어서, 가교체는 γ-폴리글루탐산 : ε-폴리라이신을 1 : 1 내지 30 : 1의 몰비로 포함하는 수화겔.
   
8. 제 1 항에 있어서, 유착방지제, 흡수제 또는 약물 전달용으로 사용되는 수화겔.
   
9. 아미드 커플링화제의 존재 하에, γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신을 가교 반응시키는 단계를 포함하는 수화겔의 제조 방법.
   
10. 제 9 항에 있어서, 아미드 커플링화제는 수용성 카르보디이미드를 포함하는 수화겔의 제조 방법.
    
11. 제 9 항에 있어서, 가교 반응은 아미드 커플링화제, γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신이 혼합된 수용액 상태에서 진행되는 수화겔의 제조 방법.
    
12. 제 11 항에 있어서, 수용액 중의 γ-폴리글루탐산의 농도가 1 내지 20 중량%인 수화겔의 제조 방법.
    
13. 제 9 항에 있어서, γ-폴리글루탐산의 카르복실기 및 ε-폴리라이신의 아민기 몰 당량비는 1 : 0.05 내지 1 : 0.4인 수화겔의 제조 방법.
    
14. 제 9항에 있어서, γ-폴리글루탐산의 카르복실기 및 아미드 커플링화제의 몰 당량비는 1 : 0.01 내지 1 : 0.4인 수화겔의 제조 방법.
    
15. 제 9 항에 있어서, 가교 반응은 0 내지 50℃에서 진행되는 수화겔의 제조 방법.
    
16. γ-폴리글루탐산, ε-폴리라이신 및 아미드 커플링화제를 포함하는 수화겔 제조용 키트.
    
17. γ-폴리글루탐산, ε-폴리라이신 및 아미드 커플링화제를 포함하는 조직 접착제 조성물.
    
18. 제 17 항에 있어서, 사용시에, 아미드 커플링화제의 존재 하에, γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신을 가교 반응시켜 γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신의 가교체를 포함한 수화겔을 형성하는 조직 접착제 조성물.
    
19. 제 18 항에 있어서, 상기 가교 반응은 아미드 커플링화제, γ-폴리글루탐산 및 ε-폴리라이신이 혼합된 수용액 상태에서 진행되는 조직 접착제 조성물.
    
20. 제17항에 있어서, 국소적 상처 봉합, 위장관 문합술, 혈관 문합술 또는 수술에 사용되는 조직 접착제 조성물.

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