KR20130038598A

KR20130038598A - 골조직 유도 재생용 차폐막 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20130038598A
Application number: KR1020110103042A
Authority: KR
Inventors: 정인권; 정직한; 정성민
Original assignee: 주식회사 제노스
Priority date: 2011-10-10
Filing date: 2011-10-10
Publication date: 2013-04-18

Abstract

본 발명은 골조직 유도 재생용 차폐막 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리(ε-카프로락톤) 및 폴리(1,4-다이옥산-2-온)을 포함하며 나노 스케일의 직경을 갖는 나노섬유를 포함하는 골조직 유도 재생용 차폐막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 골조직 유도 재생용 차폐막은 생체 내 안전성 및 기계적 강도가 우수하면서도 적절한 생분해성을 가져 신생골이 안정적으로 차오를 때까지 연조직의 하방 이동을 효과적으로 억제할 수 있는 장점이 있다.

Description

골조직 유도 재생용 차폐막 및 이의 제조방법{BARRIER MEMBRANE FOR GUIDED BONE REGENERATION AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 골조직 유도 재생술에 사용되는 차폐막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

골조직 유도 재생술(Guided Bone Regeneration)은 배리어 멤브레인(barrier membrane) 등의 인공 차폐막을 사용하여 치주 포켓(periodontal pocket) 내에 새로운 경조직의 형성을 유도하는 치과 수술의 일종이다. 이러한 골조직 유도 재생술은 최근 임플란트 시술이 대중화되면서 식립에 필요한 골량과 골질을 충분히 확보하기 위해 골이식 재료와 함께 널리 적용되고 있다.

여기서, 상기 차폐막은 손상 부위와 그 주위의 결체 조직을 격리 차단시킴으로써 새로운 치조골 및 치주 인대 조직을 생성시켜 치주 조직의 재생이 원활히 일어날 수 있도록 한다. 즉, 손상된 부위를 차폐막으로 다른 주위 환경과 차단시켜 치은섬유아세포가 침입하지 못하고 조직 중에 있는 골 및 치주 인대 재생력이 있는 세포들이 방해를 받지 않고 새로운 치주 조직이 재생되도록 하는 것이다.

초기 차폐막에 대한 연구는 폴리테트라플루오로에틸렌, 셀롤로오스 아세테이트, 폴리우레탄과 같은 비분해성 재료를 중심으로 이루어졌다. 그러나, 비분해성 재료로 제조된 차폐막은 치주골이 생성된 후 다시 차폐막을 제거하기 위한 2차 수술이 필요하고, 이러한 과정에서 불필요한 염증이나 조직 괴사가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.

이에 최근에는 콜라겐이나 지방족 폴리에스터와 같이 생분해성을 갖는 고분자를 차폐막에 적용하고자 하는 연구가 활발히 이루어지고 있다.

그러나, 콜라겐 등으로 제조된 생분해성 차폐막은 충분한 강도를 가지지 못해 일정 형태를 유지하지 못하고 단시간 내에 분해되는 단점이 있어, 신생골이 안정적으로 차오를 때까지 연조직의 하방 이동을 충분히 억제하지 못하는 문제점이 있다.

또한, 폴리트리메틸렌카보네이트, 폴리카프로락톤, 폴리락타이드, 폴리글리코라이드 등의 생분해성 합성 고분자는 분해 속도가 너무 빠르거나 또는 너무 느리기 때문에, 신생골의 형성 속도에 적합한 분해 속도를 갖는 차폐막의 제조가 어려운 실정이다.

이에 본 발명은 생체 내 안전성 및 기계적 강도가 우수하면서도 적절한 생분해성을 가지는 골조직 유도 재생용 차폐막을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 차폐막을 전기 방사법으로 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명의 일 구현예에 따르면,

폴리(ε-카프로락톤) 및 폴리(1,4-다이옥산-2-온)을 포함하며 나노 스케일의 직경을 갖는 나노섬유를 포함하는 골조직 유도 재생용 차폐막이 제공된다.

여기서, 상기 나노섬유는 폴리(ε-카프로락톤) 20 내지 80 중량% 및 폴리(1,4-다이옥산-2-온) 20 내지 80 중량%를 포함할 수 있다.

또한, 상기 폴리(ε-카프로락톤)은 중량평균 분자량이 50,000 내지 100,000이고, 상기 폴리(1,4-다이옥산-2-온)은 중량평균 분자량이 90,000 내지 150,000인 것일 수 있다.

그리고, 상기 나노섬유는 250 내지 950 nm의 직경을 갖는 것일 수 있다.

한편, 상기 차폐막은 상기 나노섬유 상에 결합되어 있는 하이드록시아파타이트 나노입자를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 하이드록시아파타이트 나노입자는 상기 나노섬유 및 나노입자의 중량합에 대하여 1 내지 60 중량%로 포함될 수 있다.

그리고, 상기 하이드록시아파타이트 나노입자는 50 내지 200 nm의 입경을 갖는 것일 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 구현예에 따르면,

폴리(ε-카프로락톤) 및 폴리(1,4-다이옥산-2-온)을 포함하는 고분자를 유기용매에 용해시킨 고분자 용액을 준비하는 단계; 및

상기 고분자 용액을 전기 방사하여 나노섬유를 제조하는 단계

를 포함하는 골조직 유도 재생용 차폐막의 제조방법이 제공된다.

여기서, 상기 유기 용매는 N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide), 헥사플루오로-2-프로판올(hexafluoro-2-propanol), 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

또한, 상기 고분자 용액은 상기 고분자의 함량이 5 내지 20 중량%가 되도록 하는 유기용매를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 고분자는 폴리(ε-카프로락톤) 20 내지 80 중량% 및 폴리(1,4-다이옥산-2-온) 20 내지 80 중량%를 포함하는 것일 수 있다.

한편, 상기 제조방법은, 상기 고분자 용액의 전기 방사 이전에, 상기 고분자 용액에 하이드록시아파타이트 나노입자를 분산시키는 단계를 더 포함하여 수행될 수 있다.

이때, 상기 하이드록시아파타이트 나노입자는 상기 고분자 및 나노입자의 중량합에 대하여 1 내지 60 중량%가 되도록 분산될 수 있다.

또한, 상기 하이드록시아파타이트 나노입자의 입경은 50 내지 200 nm일 수 있다.

그리고, 상기 전기 방사는 섬유의 직경이 250 내지 950 nm가 되도록 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 골조직 유도 재생용 차폐막은 생체 내 안전성 및 기계적 강도가 우수하면서도 적절한 생분해성을 가져 신생골이 안정적으로 차오를 때까지 연조직의 하방 이동을 효과적으로 억제할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 골조직 유도 재생용 차폐막을 주사전자현미경(SEM)으로 확대 촬영한 이미지이다.
도 2는 본 발명의 구현예에 차폐막의 외형을 관찰한 이미지이다.
도 3은 본 발명의 다른 구현예에 따른 골조직 유도 재생용 차폐막을 주사전자현미경(SEM)으로 확대 촬영한 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 이용될 수 있는 전기 방사 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 5는 TGA(Thermogravimetric Analysis)를 통해 본 발명의 구현예들에 따른 차폐막의 조성을 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 구현예들에 따른 차폐막의 기계적 물성 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 구현예들에 따른 차폐막의 젖음성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 구현예들에 따른 차폐막의 세포 부착성을 시험하여 확대 관찰한 이미지이다.
도 10은 본 발명의 구현예들에 따른 차폐막의 세포 증식성 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 구현예들에 따른 차폐막을 사용한 동물 실험 결과를 나타낸 이미지이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 구현예들에 따른 골조직 유도 재생용 차폐막 및 이의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.

그에 앞서, 본 명세서 전체에서 명시적인 언급이 없는 한, 나노섬유 상에 나노입자가 '결합'되어있다라고 함은 나노입자의 전부 또는 일부가 나노섬유에 박혀있거나, 물리적 또는 화학적으로 결합 또는 부착된 상태를 의미하는 것으로 해석될 수 있다.

한편, 본 발명자들은 골조직 유도 재생용 차폐막에 대한 연구를 거듭하는 과정에서, 폴리(ε-카프로락톤) 및 폴리(1,4-다이옥산-2-온)을 포함하는 생분해성 고분자를 전기 방사법을 이용하여 제조된 나노섬유를 포함하는 차폐막은 생체 내 안전성 및 기계적 강도가 우수할 뿐 아니라, 적절한 생분해성을 가져, 신생골이 안정적으로 차오를 때까지 연조직의 하방 이동을 효과적으로 억제할 수 있음을 확인하여, 이를 토대로 본 발명을 완성하였다.

또한, 상기 나노섬유에 하이드록시아파타이트를 결합시킬 경우 차폐막의 친수성이 향상될 뿐 아니라, 골 형성 정도가 증대됨을 확인하여, 이를 토대로 본 발명을 완성하였다.

이와 같은 본 발명의 일 구현예에 따르면,

도 1은 상기 구현예에 따른 차폐막을 주사전자현미경(SEM)으로 확대 촬영한 이미지로서, 상기 차폐막은 나노 스케일의 직경을 갖는 섬유를 포함하는 부직포 형태일 수 있으며, 또는 도 2와 같이 상기 나노섬유를 가공한 직물 형태일 수 있다.

특히, 상기 나노 섬유는 폴리(ε-카프로락톤) 및 폴리(1,4-다이옥산-2-온)을 포함한다.

여기서, 상기 폴리(ε-카프로락톤)[Poly(ε-caprolactone), 이하 'PCL'이라 함]은 하기 화학식 1과 같이, 촉매의 존재 하에 ε-카프로락톤의 중합에 의해 생성되는 고분자 화합물이다.

[화학식 1]

본 발명에 따르면, 상기 PCL은 중량평균 분자량이 50,000 내지 100,000, 바람직하게는 60,000 내지 100,000, 보다 바람직하게는 70,000 내지 90,000인 것이 나노섬유의 기계적 물성 확보 등의 측면에서 유리하다.

그리고, 상기 폴리(1,4-다이옥산-2-온)[Poly(1,4-dioxane-2-one), 이하 'PDO'라 함]은 하기 화학식 2와 같이, 촉매의 존재 하에 p-다이옥산논의 중합에 의해 생성되는 고분자 화합물이다.

[화학식 2]

또한, 본 발명에 따르면, 상기 PDO은 중량평균 분자량이 90,000 내지 150,000, 바람직하게는 100,000 내지 140,000, 보다 바람직하게는 110,000 내지 130,000인 것이 나노섬유의 기계적 물성 확보 등의 측면에서 유리하다.

한편, 상기 나노섬유는 상기와 같은 PCL과 PDO를 포함하는 것으로서, 본 발명에 따르면, 상기 나노섬유에는 PCL 20 내지 80 중량% 및 PDO 20 내지 80 중량%, 바람직하게는 PCL 30 내지 70 중량% 및 PDO 30 내지 70 중량%, 보다 바람직하게는 PCL 40 내지 60 중량% 및 PDO 40 내지 60 중량%로 포함되도록 하는 것이 나노섬유의 유연성 확보와 생체 내 분해속도의 조절 측면에서 유리하다.

이와 같이, 나노섬유에 PCL과 PDO가 전술한 함량 범위로 포함될 경우 생체 내 분해속도가 약 6 개월 정도로 조절될 수 있으며, 그 기간 동안 나노섬유의 강도와 형태가 충분히 유지되면서 조직의 하방 이동을 효과적으로 억제하여 신생골이 안정적으로 차오르도록 할 수 있다. 또한, 나노섬유의 유연성이 확보되어 굴곡면에 대한 부착성도 향상될 수 있다.

여기서, 상기 나노섬유의 직경은 250 내지 950 nm, 바람직하게는 350 내지 850 nm, 보다 바람직하게는 450 내지 750 nm일 수 있다. 즉, 상기 차폐막에 요구되는 최소한의 기계적 물성을 확보하면서, 골아세포와 3차원(입체)적으로 결합하는데 적합하도록 하기 위하여, 상기 나노섬유의 직경은 전술한 범위 내에서 조절되는 것이 유리하다.

한편, 본 발명의 다른 구현예에 따르면,

폴리(ε-카프로락톤) 및 폴리(1,4-다이옥산-2-온)을 포함하며 나노 스케일의 직경을 갖는 나노섬유; 및

상기 나노섬유 상에 결합되어 있는 하이드록시아파타이트 나노입자

를 포함하는 골조직 유도 재생용 차폐막이 제공된다.

도 3은 상기 구현예에 따른 차폐막을 주사전자현미경(SEM)으로 확대 촬영한 이미지로서, 전술한 나노섬유 상에는 나노 스케일의 입경을 갖는 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite, 이하 'HA'라 함) 입자가 결합되어 있을 수 있다. 여기서, 상기 나노섬유 상에 나노입자가 결합되어있다라고 함은 나노입자의 전부 또는 일부가 나노섬유에 박혀있거나, 물리적 또는 화학적으로 결합 또는 부착된 상태를 의미하는 것으로 해석될 수 있다.

상기 HA는 인간 골격 시스템에서의 인회석(apatite)과 화학 조성 및 결정 구조가 유사하고, 살아있는 골 조직과의 화학적 결합 능력 및 골조직 재생 능력이 우수하여, 골 대체재로 널리 사용되고 있는 성분이다.

상기 구현예에 따른 차폐막은 상기 HA 나노입자가 포함됨에 따라 친수성 및 부착성이 증대되고, 특히 골 형성이 촉진되며, 상기 나노섬유가 완전히 분해된 후에도 남아 골 이식재로써의 기능을 수행할 수 있는 장점이 있다. 이에 대해서는 후술할 실시예 및 실험예의 내용을 통해 보다 자세히 확인할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 HA 나노입자의 함량은 상기 나노섬유 및 나노입자의 중량합에 대하여 1 내지 60 중량%, 바람직하게는 5 내지 45 중량%, 보다 바람직하게는 10 내지 30 중량%일 수 있다.

즉, 상기 HA 나노입자에 의한 골 조직과의 화학적 결합 및 골 형성 촉진 효과를 확보하기 위하여, 상기 HA 나노입자의 함량은 상기 나노섬유 및 나노입자의 중량합에 대하여 1 중량% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 HA의 과량 첨가시 응집에 의해 HA의 표면적이 감소할 수 있고, 차폐막의 유연성이 떨어질 수 있으며 기계적 강도가 저하될 수 있는데, 이를 방지하기 위하여, 상기 HA 나노입자의 함량은 상기 나노섬유 및 나노입자의 중량합에 대하여 60 중량% 이하인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 HA는 나노 스케일의 입자 형태로 나노섬유에 결합될 수 있다. 상기 HA 나노입자는 구형 또는 이와 유사한 형태의 입자일 수 있는데, 구형의 HA 입자는 침상(needle-shaped)의 HA 등에 비하여 나노섬유에 대한 분산이 용이하고, 보다 단순화된 방법에 의해 차폐막이 제조될 수 있어, 생산성 측면에서 유리하다.

이때, 상기 HA 나노입자의 입경은 50 내지 200 nm, 바람직하게는 50 내지 150 nm, 보다 바람직하게는 50 내지 100 nm일 수 있다. 즉, HA의 비표면적을 높여 골 조직과의 화학적 결합 및 골 형성 촉진 효과를 확보하면서도, 나노섬유의 직경 등을 고려하여 상기 HA 나노입자의 입경은 상기 범위에 포함되는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 본 발명에 따른 차폐막은 HA 나노입자가 결합되어 있거나 결합되어 있지 않은 나노섬유가 3차원의 그물을 이룬 매트(mat) 등의 부직포 형태일 수 있으며, 또는 상기 나노 섬유를 가공한 직물 형태일 수 있고, 상기 차폐막의 두께, 공극률, 단위면적당 질량 등은 사용하고자 하는 부위의 상태 등을 고려하여 결정할 수 있으므로, 이를 특별히 제한하지 않는다.

한편, 본 발명의 또 다른 구현예에 따르면,

즉, 본 발명에 따른 상기 차폐막은 상기 고분자들이 포함된 용액을 사용하여 전기 방사하는 방법으로 제조될 수 있으며, 이하 각 단계에 대하여 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 상기 제조방법은 폴리(ε-카프로락톤) 및 폴리(1,4-다이옥산-2-온)을 포함하는 고분자를 유기용매에 용해시킨 고분자 용액을 준비하는 단계(이하 '고분자 용액의 준비 단계'라 함)를 수행할 수 있다.

여기서, 상기 폴리(ε-카프로락톤) 및 폴리(1,4-다이옥산-2-온)에 대해서는 전술한 설명 내용으로 갈음한다. 즉, 상기 고분자 용액에는 PCL 및 PDO를 포함하는 고분자가 포함될 수 있는데, 상기 고분자의 함량비는 PCL 20 내지 80 중량% 및 PDO 20 내지 80 중량%일 수 있다.

그리고, 상기 고분자 용액에는 상기 고분자의 함량이 5 내지 20 중량%가 되도록 하는 유기용매가 포함할 수 있다. 즉, 후술할 전기 방사 단계에서의 작업성, 나노섬유에 요구되는 최소한의 기계적 물성 등을 고려하여, 상기 고분자 용액 내의 유기용매 함량은 상기 범위에서 조절되는 것이 유리하다.

이때, 상기 유기용매로는 상기 PCL 및 PDO의 용해도 등을 감안하여 N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide), 헥사플루오로-2-프로판올(hexafluoro-2-propanol), 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이, HA 나노입자가 결합된 나노섬유를 제조하기 위해서는, 후술할 고분자 용액의 전기 방사 이전에, 상기 고분자 용액에 HA 나노입자를 분산시키는 단계를 추가로 수행할 수 있다.

상기 단계는 상기 고분자 용액에 HA 나노입자를 첨가하여 분산시킨 현탁액을 제조하는 단계로서, 이를 위해 마그네틱 스터링 등 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 장치를 사용할 수 있다.

상기 HA 나노입자는 상기 고분자 및 나노입자의 중량합에 대하여 1 내지 60 중량%가 되도록 분산될 수 있으며, 나노입자의 입경은 50 내지 200 nm일 수 있다.

한편, 상기 고분자 용액을 전기 방사(elecro-spinning)하여 나노섬유를 제조하는 단계가 수행될 수 있다.

먼저, 상기 전기 방사의 기본 원리를 간단히 설명하면, 수직으로 위치한 모세관 끝(즉, 방적돌기)에서 상기 고분자 용액이 중력과 표면장력 사이에 평형을 이루며 반구형 방울을 형성하며 매달려 있게 되는데, 이때 전기장을 부여하면 표면장력과 반대되는 힘이 발생하여, 상기 반구형 방울은 원추형으로 늘어나게 되고, 전기장이 어느 세기 이상이 되면 표면장력을 극복하면서 하전된 고분자 용액의 젯(jet)이 테일러 콘에서 계속해서 방출된다. 상기 고분자 용액의 젯은 점도에 의해 붕괴되지 않고 접지된 집전판을 향하여 공기 중을 날아가면서 용매는 모두 증발하게 되고, 집전판에는 하전된 연속상의 나노섬유가 쌓이게 된다. 상기 고분자 용액의 젯은 이동 중에 정전기장의 반발력에 의해 표면적이 증가하는 힘으로 나타나며, 결과적으로 섬유의 직경이 작아져 나노미터 크기까지 작아지게 된다.

이때, 전기 방사 장치로는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 것을 이용할 수 있으므로 그 구성을 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 도 4에 나타낸 바와 같이, 고전압 공급장치(high voltage DC power supply unit), 집전판(collector), 회전드럼 속도제어장치(drum speed collector unit), 주사기 펌프(syringe pump) 등을 포함하는 장치를 이용할 수 있다.

또한, 상기 전기 방사는 섬유의 직경이 250 내지 950 nm가 되도록 수행될 수 있으며, 유체 주입속도, 인가 전압, 방사 거리(tip to collector distance) 등의 조건을 조절하여 수행할 수 있다.

이와 같이, 상기 단계들을 포함하는 방법을 통해 나노섬유 및 이를 포함하는 차폐막이 제조될 수 있다. 다만, 상기 각 단계들은 본 발명에 따른 제조방법의 일 구현예일뿐, 이외에도 각 단계의 이전 또는 이후에 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 수행되는 단계가 더욱 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기와 같은 방법으로 제조된 나노섬유를 사용하여 부직포 또는 직물 형태로 성형하는 단계가 더욱 수행될 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예들을 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 이들만으로 한정하는 것은 아니다.

[ 실시예 및 대조예 ]

실시예 1

(고분자 용액의 제조단계)

PCL(Mw: 80,000) 50 중량% 및 PDO(Mw: 120,000) 50 중량%를 N,N-dimethylformamide(DMF) 용매에 약 13 중량%의 농도로 첨가하였고, 이것을 실온에서 24 시간 이상 교반하여 완전히 용해시켜 고분자 용액을 제조하였다.

(전기방사 단계)

전기방사 단계에 이용한 장치의 모식도를 도 4에 나타내었다. 장치는 0~60 kV의 전압공급이 가능한 고전압 공급장치, 평면형태의 집전판, 현탁액의 일정량을 일정한 유체주입속도로 제어하는 주사기 펌프, 유리 주사기, 금속 주사기 바늘 (20G) 등으로 구성하였다.

상기 장치를 이용하여, 전술한 단계에서 제조한 고분자 용액을 금속 바늘(20 G)이 구비된 10 ml 유리 주사기에 채웠다. 전력 공급기(0~60 kV)가 연결된 클램프(clamp)를 상기 바늘에 부착하였다. 알루미늄 호일 조각을 상기 바늘의 끝에서 12 cm의 거리에 위치시켰다. 고압에 의해 바늘로부터 생성된 고분자 제트는 콜랙터에 모였고, 골 조직용 지지체를 형성하였다. 이때, 고분자 용액은 유량속도(flow rate) 0.3 ml/h 및 17 kV의 전압으로 전자스핀되었고, 최종적으로 직경 300 내지 700 nm인 나노섬유를 포함하는 차폐막을 제조하였다.

상기와 같은 방법으로 제조된 골 조직용 지지체에서 용매를 완전히 제거하기 위해 50 ℃에서 24 시간 이상 건조하였고, 20% 알코올에서 10분 및 UV로 24 시간 동안 멸균시켰다.

실시예 2

(고분자 용액의 제조단계)

PCL(Mw: 80,000) 50 중량% 및 PDO(Mw: 120,000) 50 중량%를 N,N-dimethylformamide(DMF) 용매에 약 13 중량%의 농도로 첨가하였고, 이것을 실온에서 24 시간 이상 교반하여 완전히 용해시켰다.

여기에, HA 나노입자(입자크기 200 nm 미만, Aldrich Chemical Co., USA)를 상기 PCL, PDO 및 HA 나노입자의 중량합에 대하여 20 중량%(즉, PCL: PDO: HA = 40: 40: 20)로 첨가하였고, 이를 24 시간 동안 마그네틱 스터링하였으며, 이를 초음파로 2 시간 동안 균질화하여, HA 나노입자를 포함하는 고분자 용액을 제조하였다.

(전기방사 단계)

상기 고분자 용액을 제조한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 직경 300 내지 700 nm인 나노섬유 및 상기 나노섬유 상에 결합되어 있는 HA 나노입자를 포함하는 차폐막을 제조하였고, 이를 멸균 처리하였다.

실시예 3

실시예 2의 고분자 용액 제조단계에서 HA 나노입자를 상기 PCL, PDO 및 HA 나노입자의 중량합에 대하여 50 중량%(즉, PCL: PDO: HA = 25: 25: 50)로 첨가한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일한 조건 및 방법으로 직경 300 내지 700 nm인 나노섬유를 포함하는 차폐막을 제조하였고, 이를 멸균 처리하였다.

실시예 4

실시예 1의 고분자 용액 제조단계에서 PCL : PDO = 10 중량% : 90 중량%로 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 나노섬유를 포함하는 차폐막을 제조하였다.

실시예 5

실시예 1의 고분자 용액 제조단계에서 PCL : PDO = 20 중량% : 80 중량%로 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 나노섬유를 포함하는 차폐막을 제조하였다.

실시예 6

실시예 1의 고분자 용액 제조단계에서 PCL : PDO = 30 중량% : 70 중량%로 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 나노섬유를 포함하는 차폐막을 제조하였다.

대조예 1

실시예 1의 고분자 용액 제조단계에서 PCL 및 PDO 대신 콜라겐 용액(용매: 디에틸에테르, 농도: 약 15 중량%)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 콜라겐 나노섬유를 포함하는 차폐막을 제조하였다.

대조예 2

실시예 2의 고분자 용액 제조단계에서 PCL 및 PDO 대신 콜라겐 용액(용매: 디에틸에테르, 농도: 약 15 중량%)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일한 조건 및 방법으로 콜라겐 나노섬유 및 상기 나노섬유 상에 결합되어 있는 HA 나노입자를 포함하는 차폐막을 제조하였다.

대조예 3

실시예 1의 고분자 용액 제조단계에서 고분자로 PCL을 첨가하지 않고 PDO만을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 나노섬유를 포함하는 차폐막을 제조하였다.

[ 실험예 ]

차폐막의 모폴로지 관찰

실시예 2를 통해 얻은 나노섬유 포함하는 차폐막의 모폴로지를 관찰하기 위하여 주사전자현미경(SEM)으로 확대 촬영하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3을 통해 알 수 있는 바와 같이, HA 입자가 나노섬유로 이루어진 멤브레인 내부에 고르게 분포되어 있음을 확인하였다.

차폐막에 대한 조성 분석

실시예 2 및 실시예 3을 통해 얻은 나노섬유 포함하는 차폐막의 조성을 분석하기 위하여 TGA(Thermogravimetric Analysis)를 실시하였고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5를 통해 알 수 있는 바와 같이, 실시예 2에 따른 차폐막(도 5a)의 조성은 PCL:PDO:HA = 40:40:20, 실시예 3에 따른 차폐막(도 5b)의 조성은 PCL:PDO:HA = 25:25:50임을 확인하였다.

차폐막의 기계적 물성 측정

실시예 1 및 실시예 2에 따른 차폐막의 기계적 물성을 측정하기 위하여, 만능시험기(UTM, Instron 3343, USA)를 이용하여 인장 시험을 하였다.

이때, 시편 제작 및 시험 방법은 ASTM D 638에 의거하여 1 kgf의 load cell을 10 mm/min의 extension rate로 10회 측정하였고, 이 값들을 평균하여 인장강도와 신율을 계산하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다.

도 6을 통해 알 수 있는 바와 같이, HA 나노입자를 포함할 경우 인장강도(도 6a)는 약 1/2로 감소하였고, 신율(도 6b)은 약 1/4로 감소함을 확인하였다.

한편, 위와 동일한 방법으로, 실시예 4, 실시예 5, 실시예 6 및 대조예 3에 따른 차폐막에 대한 인장 시험을 하였고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.

도 7을 통해 알 수 있는 바와 같이, 대조예 3의 차폐막은 약 1.2 MPa의 강도와 및 약 300 %의 신장율을 나타낸 것에 비하여, 실시예 4~6에 따른 차폐막은 그 이상의 강도와 신장율을 나타내어 기계적 물성이 우수함을 확인하였다.

차폐막의 젖음성 평가

실시예 1 및 실시예 2에 따른 차폐막을 25 ㎠의 정사각형으로 자른 샘플을 각각 준비하고, 그 위에 동일량의 물방울을 떨어트린 후, 물방울이 흡수되는 정도를 관찰하였고, 그 결과를 도 8에 나타내었다.

도 8을 통해 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1(도 8의 a)에 따른 차폐막에 떨어트린 물방울은 거의 흡수되지 못하였으나, 실시예 2(도 8의 b)에 따른 차폐막에 떨어트린 물방울은 1 초 이내에 완전히 스며드는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 실시예 2와 같이 상기 나노섬유에 하이드록시아파타이트를 결합시킬 경우 차폐막의 친수성이 향상되고, 그에 따라 굴곡 부위에 대한 부착성도 향상될 수 있음을 확인할 수 있었다(도 8의 b 하단 참조).

차폐막에 대한 골아세포의 부착성 관찰

나노섬유와 골아세포(MC3T3-E1 cell, mouse pre-osteoblast)의 상호작용을 시험하기 위하여, 실시예 1, 실시예 2, 및 대조예 1의 차폐막을 각각 24-well culture dish에 피팅시킨 후, 10% 우 태아혈청(fetal bovine serum, FBS: Gibco, Japan)을 포함하는 MEM medium에 담궜다. 여기에 각각 1 ml의 cell solution(5×10⁴ cells/well)을 첨가하고 이를 습한 분위기(5% CO₂, 37℃)에서 24 시간 동안 배양하였다. 배양 후에, 상청액(supernatant)을 제거하였고, 인산 완충액(PBS, pH 7.0, Gibco)으로 2회 세척하였으며, 2.5% 글루타르알데히드 수용액으로 20분간 고정시켰다. 그 후 각각의 나노섬유를 탈수 및 건조시켰다. 위 과정을 수행한 각각의 나노섬유의 표면을 주사전자현미경으로 관찰하였으며, 그 결과를 도 9에 나타내었다.

도 9를 통해 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1(도 9a) 및 실시예 2(도 9b)에 따른 차폐막에는 대조예(도 9c)의 차폐막에 비하여 더욱 많은 골아세포가 부착되어 있음을 확인하였다.

차폐막에서의 세포 증식성 관찰

차폐막에서의 골아세포(MC3T3-E1 cell, mouse pre-osteoblast)의 증식성을 확인하기 위하여, 실시예 1, 실시예 2, 및 대조예 1의 차폐막을 각각 24-well culture dish에 피팅시킨 후, 10% 우 태아혈청(fetal bovine serum, FBS: Gibco, Japan)을 포함하는 MEM medium에 담궜다. 여기에 각각 1 ml의 cell solution(5×10³ cells/well)을 첨가하고 이를 습한 분위기(5% CO₂, 37℃)에서 2일, 5일, 7일 동안 배양하면서, 그 표면을 주사전자현미경으로 관찰하였으며, 그 결과를 도 10에 나타내었다.

도 10을 통해 알 수 있는 바와 같이, 대조예에 비하여, 실시예 1 및 실시예 2에 따른 차폐막에서 골아세포의 증식이 보다 활발함을 확인하였고, 이러한 경향은 배양 5일 이후에 더 크게 나타났다.

동물 실험

이식동물(New Zealand white rabbit)의 치주 포켓을 4 영역으로 구분하여, 실시예 1 및 실시예 2에 따른 차폐막과, 대조예 1 및 대조예 2에 따른 차폐막을 각 영역에 부착하였고, Calvaria model에서 4주(도 11a) 및 8주(도 11b) 동안 신생골 성장 과정을 관찰하였으며, 그 결과를 도 11에 나타내었다.

도 11을 통해 알 수 있는 바와 같이, 대조예 1 및 대조예 2에 비하여, 실시예 1 및 실시예 2에 따른 차폐막을 부착할 경우 연조직의 하방이동 및 염증이 없고, 차폐막 아래쪽으로 신생골이 성장하고 있음을 확인하였다.

한편, 이식동물(New Zealand white rabbit)의 치주 포켓을 4 영역으로 구분하여, 실시예 1, 실시예 6, 및 대조예 1에 따른 차폐막을 각 영역에 부착하고 Calvaria model에서 4주 동안 차폐막의 흡수도를 관찰하였으며, 그 결과를 도 12에 나타내었다.

도 12를 통해 알 수 있는 바와 같이, 대조예 1(도 12의 c)의 차폐막은 흡수되지 않는 것으로 나타났으나, 그에 비하여 실시예 1(도 12의 a) 및 실시예 6(도 12의 b)에 따른 차폐막은 거의 흡수되어 흡수도가 양호함을 확인하였다.

Claims

폴리(ε-카프로락톤) 및 폴리(1,4-다이옥산-2-온)을 포함하며 나노 스케일의 직경을 갖는 나노섬유를 포함하는 골조직 유도 재생용 차폐막.
제 1 항에 있어서,
상기 나노섬유는 폴리(ε-카프로락톤) 20 내지 80 중량% 및 폴리(1,4-다이옥산-2-온) 20 내지 80 중량%를 포함하는 골조직 유도 재생용 차폐막.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리(ε-카프로락톤)은 중량평균 분자량이 50,000 내지 100,000이고, 상기 폴리(1,4-다이옥산-2-온)은 중량평균 분자량이 90,000 내지 150,000인 골조직 유도 재생용 차폐막.
제 1 항에 있어서,
상기 나노섬유의 직경은 250 내지 950 nm인 골조직 유도 재생용 차폐막.
제 1 항에 있어서,
상기 나노섬유 상에 결합되어 있는 하이드록시아파타이트 나노입자를 더 포함하는 골조직 유도 재생용 차폐막.
제 5 항에 있어서,
상기 하이드록시아파타이트 나노입자는 상기 나노섬유 및 나노입자의 중량합에 대하여 1 내지 60 중량%로 포함되는 골조직 유도 재생용 차폐막.
제 5 항에 있어서,
상기 하이드록시아파타이트 나노입자의 입경은 50 내지 200 nm인 골조직 유도 재생용 차폐막.
폴리(ε-카프로락톤) 및 폴리(1,4-다이옥산-2-온)을 포함하는 고분자를 유기용매에 용해시킨 고분자 용액을 준비하는 단계; 및
상기 고분자 용액을 전기 방사하여 나노섬유를 제조하는 단계
를 포함하는 제 1 항에 따른 골조직 유도 재생용 차폐막의 제조방법.
제 8 항에 있어서,
상기 유기용매는 N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide), 헥사플루오로-2-프로판올(hexafluoro-2-propanol), 또는 이들의 혼합물인 골조직 유도 재생용 차폐막의 제조방법.
제 8 항에 있어서,
상기 고분자 용액은 상기 고분자의 함량이 5 내지 20 중량%가 되도록 하는 유기용매를 포함하는 골조직 유도 재생용 차폐막의 제조방법.
제 8 항에 있어서,
상기 고분자는 폴리(ε-카프로락톤) 20 내지 80 중량% 및 폴리(1,4-다이옥산-2-온) 20 내지 80 중량%를 포함하는 골조직 유도 재생용 차폐막의 제조방법.
제 8 항에 있어서,
상기 고분자 용액의 전기 방사 이전에, 상기 고분자 용액에 하이드록시아파타이트 나노입자를 분산시키는 단계를 더 포함하는 골조직 유도 재생용 차폐막의 제조방법.
제 12 항에 있어서,
상기 하이드록시아파타이트 나노입자는 상기 고분자 및 나노입자의 중량합에 대하여 1 내지 60 중량%가 되도록 분산되는 골조직 유도 재생용 차폐막의 제조방법.
제 12 항에 있어서,
상기 하이드록시아파타이트 나노입자의 입경은 50 내지 200 nm인 골조직 유도 재생용 차폐막의 제조방법.
제 8 항에 있어서,
상기 전기 방사는 섬유의 직경이 250 내지 950 nm가 되도록 수행되는 골조직 유도 재생용 차폐막의 제조방법.