KR20130134447A - New nanofiber membrane and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 동물 연골 조직을 이용하여 제작한 동물 연골 분말을 중성 수용액에서 쉽게 용해될 수 있도록 개질한 후 수득한 연골분말의 하이드로젤과 합성 고분자인 PVA(poly vinyl alcohol)를 적정 비율로 혼합하고 전기방사법으로 섬유상으로 방사하여 제조한 나노섬유막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention is to modify the animal cartilage powder prepared by using animal cartilage tissue so that it can be easily dissolved in a neutral aqueous solution to mix the hydrogel of the cartilage powder obtained and the synthetic polymer PVA (poly vinyl alcohol) in an appropriate ratio and The present invention relates to a nanofiber membrane prepared by spinning in fibrous form by a spinning method and a method of manufacturing the same.
연골은 다른 결합조직과 같이 결합조직세포와 세포외기질로 구성되어 있지만, 고유결합조직과는 달리 단단하면서도 어느 정도 유연성이 있는 기질을 함유한 특수한 결합조직이다. 연골의 결합조직세포는 대부분 연골세포(chondrocyte) 한가지로 구성되어 있으며 이러한 연골세포들은 연골기질 안의 연골소강(lacuna)에 위치해 있다. Cartilage, like other connective tissue, is composed of connective tissue cells and extracellular matrix, but unlike connective tissue, it is a special connective tissue containing a rigid and somewhat flexible substrate. The connective tissue cells of the cartilage are mostly composed of one kind of chondrocyte, and these chondrocytes are located in the cartilage lumen inside the cartilage substrate.
세포외기질은 섬유(fibers)와 무형질(ground substance)로 나누어진다. 섬유성분은 대부분 II형 아교질(type II collagen, II형 콜라겐)로 구성되어 있으나, 일부 연골에는 탄력섬유(elastic fiber)가 풍부하게 있다. 무형질은 주로 황산화글리코스아미노글리칸(sulfated glycosaminoglycan)으로 구성되어 있는 단백당(proteoglycan)이 주성분을 이루고 있다. 연골기질에서는 많은 수의 단백당 분자가 글리코스아미노글리칸의 하나인 히알루론산(hyaluronic acid)에 연결단백질(link protein)에 의해 연결되어 거대분자(macromolecule)를 이룬다. 이러한 거대분자는 아교섬유(collagen fiber)와도 결합되어 있다. 단백당 분자는 무형질의 당단백질(glycoprotein)인 콘드로넥틴(chondronectin)에 의해 아교섬유에 부착되어 있다. Extracellular matrix is divided into fibers and ground substance. The fiber component is mostly composed of type II collagen (type II collagen, type II collagen), but some cartilage is rich in elastic fibers (elastic fiber). Intangibles are mainly composed of proteoglycans, which consist mainly of sulfated glycosaminoglycans. In cartilage substrate, a large number of protein sugar molecules are linked to hyaluronic acid, one of glycosaminoglycans, by a link protein to form macromolecules. These macromolecules are also combined with collagen fibers. Protein molecules are attached to glial fibers by chondronectin, an intangible glycoprotein.
기타 기질로는 비-콜라겐 단백질(noncollagenous protein)과 당단백질(glycoprotein) 등이 연골의 건조 중량의 10~15%를 차지하고 있으며, 이들은 주로 기질 거대분자의 구조를 안정화시키고 유기조직을 형성하는 것을 도와준다.Other substrates, such as noncollagenous protein and glycoprotein, account for 10-15% of the dry weight of cartilage, which mainly helps to stabilize the structure of the matrix macromolecules and form organic tissues. give.
한편, 조직 이식 시 세포항원은 숙주에 의해서 인식되므로 조직의 염증반응이나 면역 거부반응을 야기할 수 있다. 하지만 세포외기질의 구성물은 일반적으로 동종 수용자(recipient)에게는 구성물에 대한 내성이 있기 때문에 심혈관, 혈관, 피부, 신경, 골근, 건, 방광, 간 등을 포함한 조직의 다양한 세포외기질은 조직공학과 재생의학의 응용과 관련하여 많은 연구가 진행되고 있다. On the other hand, since the cell antigen is recognized by the host at the time of tissue transplantation, it may cause an inflammatory reaction or immune rejection of the tissue. However, since extracellular matrix components are generally resistant to allogeneic receptors, various extracellular substrates in tissues including cardiovascular, blood vessels, skin, nerves, bones, tendons, bladder, liver, etc. Much research has been conducted regarding the application of.
현재까지 알려진 종래기술로는 자연조직에서 탈세포화하여 기존 조직의 세포외기질을 그대로 이용하는 방식과, 연골을 분말화하여 이용하는 방식 등이 있다(미국특허 제4,656,137호). 그러나, 이러한 종래기술은 세포외기질의 이용에 있어 크기, 다공성, 형태, 구조 등에 제한이 있어 상업적으로 그리고 치료목적으로 적용에 제한이 있는 문제점이 있었다.Conventional techniques known to date include decellularized in natural tissue and the method of using the extracellular matrix of the existing tissue as it is, and the method of using cartilage powder (US Pat. No. 4,656,137). However, these prior arts have limitations in size, porosity, shape, structure, etc. in the use of the extracellular matrix, and thus have limitations in application to commercial and therapeutic purposes.
이러한 문제점을 감안하여 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0041027호에서는 동물의 연골을 채취한 후 "분말화"와 "입자추출법 사용"으로 물성, 다공성, 형태, 구조 및 크기에 제약이 없는 다공성 3차원 지지체를 제작한 바가 있다. 전술한 특성을 갖는 연골조직으로 제조한 동물 연골 분말은 탈세포 처리를 통해 세포, 핵 등을 제거하고 구성물에 대한 거부반응을 줄임으로써 더욱 효율적으로 이용될 수 있도록 하였다. In view of such a problem, the Republic of Korea Patent Publication No. 10-2010-0041027, after collecting the cartilage of the animal, "powderization" and "use the particle extraction method" porosity without restrictions in physical properties, porosity, form, structure and
상기 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0041027호에 개시된 동물 연골 분말은 다공성 3차원 지지체 제작에 이용되어 연골재생에 사용되는 것을 그 목적으로 하고 있다. 그리고, 상기 동물 연골 분말은 제2형 콜라겐을 주성분으로 연골재생에 적합한 구성성분과 다양한 성장인자 등을 포함하고 있으며, 우수한 생체 적합성 및 생분해성을 갖는다는 것이 상기 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0041027호에 기술되어 있다. Animal cartilage powder disclosed in the Republic of Korea Patent Publication No. 10-2010-0041027 is used for the production of cartilage regeneration is used for the production of porous three-dimensional support. In addition, the animal cartilage powder contains a component suitable for cartilage regeneration and various growth factors, etc., mainly composed of
그러나, 이러한 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0041027호의 동물 연골 분말을 이용한 기술이 우수한 기술임에도 다른 기술 분야와 마찬가치로 본 발명이 속하는 기술분야에서도 끊임없는 기술의 개선이 요구된다. 예를 들어, 종래의 동물 연골 분말은 중성 수용액에서는 쉽게 용해되지 않아 하이드로젤 형태로 제작하는데 한계가 있고, 이에 따라 그 응용범위가 한정적이라는 단점을 가지고 있다. 즉, 종래의 동물 연골 분말은 증류수나 PBS 용액 등의 중성수용액에 용해되지 않아 생체소재로서의 다양한 응용이 어렵고, 특히 섬유상으로 방사하여 형성된 나노섬유 형태의 다양한 생체소재의 제작이 불가능한 한계가 있었다.However, even though the technology using the animal cartilage powder of the Republic of Korea Patent Publication No. 10-2010-0041027 is excellent technology, as in the other technical fields, continuous improvement of the technology is required in the technical field to which the present invention belongs. For example, the conventional animal cartilage powder is not easily dissolved in a neutral aqueous solution, so there is a limit to manufacturing it in the form of a hydrogel, and thus has a disadvantage in that its application range is limited. That is, the conventional animal cartilage powder is not dissolved in a neutral aqueous solution such as distilled water or PBS solution, so that various applications as a biomaterial are difficult, and in particular, there is a limitation in that it is impossible to manufacture various biomaterials in the form of nanofibers formed by spinning in fibrous form.
이에 본 발명자들은 동물 연골 분말을 배양액이나 PBS 용액 등과 같은 중성수용액에서 쉽게 용해되는 소재로 개질한다면 종래의 동물 연골 분말로는 제작할 수 없는 하이드로젤이나 필름 형태의 제품을 만들 수 있을 것으로 판단하고 예의 연구를 거듭한 결과, 펩신이 용해되어 있는 산성용액에 동물 연골 분말을 용해시킨 후 산성용액을 중화시켜 개질하는 방법을 안출하였다. Accordingly, the present inventors have determined that if animal cartilage powder is modified into a material that is easily dissolved in a neutral aqueous solution such as a culture solution or a PBS solution, it is possible to make a hydrogel or film-type product that cannot be manufactured with conventional animal cartilage powder. As a result, a method of dissolving animal cartilage powder in an acid solution in which pepsin is dissolved and neutralizing the acid solution was devised.
또한, 본 발명자들은 용해시키는 물질에 따라 사용되는 산성용액과 그 농도 및 처리시간이 다른 점을 고려하여 동물 연골 분말을 개질하는데 필요한 적정 산성용액과 그 농도 및 처리시간 등도 최적화함으로써 동물 연골 분말을 중성 수용액에서 쉽게 용해될 수 있도록 개질하는데 성공하였다. In addition, the present inventors have neutralized the animal cartilage powder by optimizing the appropriate acid solution, the concentration and the treatment time necessary for modifying the animal cartilage powder in consideration of the difference in the concentration and treatment time of the acid solution used according to the substance to be dissolved. It has been successful to modify it so that it can be easily dissolved in an aqueous solution.
한편, 전기방사법은 나노섬유를 만드는 제작방법 중 가장 널리 사용되는 방법 중 하나이지만, 위와 같이 개질된 동물 연골 분말 용액을 전기방사법에 의해 섬유상으로 방사하기 위해서는 전기방사시 원활한 용매 휘발이 이루어져야 고전압에 의한 고분자의 축합반응이 일어나 원활한 섬유상의 형성이 가능하다. 따라서, 본 발명자들은 이러한 문제점도 고려하여 위와 같이 개질된 동물 연골 분말 용액에 합성 고분자인 PVA(poly vinyl alcohol)를 혼합하는 과정을 도입함으로써 전기방사법에 의한 나노섬유막의 제작이 가능한 새로운 나노섬유막의 제조방법을 완성하기에 이르렀다.On the other hand, the electrospinning method is one of the most widely used method of making nanofibers, but in order to spin the modified animal cartilage powder solution into the fibrous form by the electrospinning method, a smooth solvent volatilization should be made during the electrospinning, Condensation reaction of the polymer occurs to enable a smooth fibrous formation. Therefore, the present inventors also consider the above problems and introduce a process for mixing synthetic polyvinyl alcohol (PVA) as a synthetic animal cartilage powder solution as described above to prepare a new nanofibrous membrane capable of producing a nanofibrous membrane by electrospinning method. The method was completed.
본 발명은 동물 연골 조직을 이용하여 제작한 동물 연골 분말을 중성 수용액에서 쉽게 용해될 수 있도록 개질한 후 수득한 연골분말의 하이드로젤과 합성 고분자인 PVA(poly vinyl alcohol)를 적정 비율로 혼합하고 전기방사법으로 섬유상으로 방사하여 제조한 나노섬유막 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to modify the animal cartilage powder prepared by using animal cartilage tissue so that it can be easily dissolved in a neutral aqueous solution to mix the hydrogel of the cartilage powder obtained and the synthetic polymer PVA (poly vinyl alcohol) in an appropriate ratio and It is an object of the present invention to provide a nanofiber membrane prepared by spinning in a fibrous manner by a spinning method and a method of manufacturing the same.
나아가, 본 발명은 전술한 바와 같은 제조방법을 사용하여, 유착방지막과 같은 생체막으로 사용하는데 적합한 물리화학적 특성을 갖는 나노섬유막을 제작하는데 그 목적이 있다. Furthermore, an object of the present invention is to produce a nanofiber membrane having physicochemical properties suitable for use as a biofilm such as an anti-adhesion membrane, using the manufacturing method as described above.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 동물 연골 조직을 이용하여 제작한 동물 연골 분말을 수용성으로 개질하는 단계와, 개질된 동물 연골 분말을 합성고분자인 PVA(poly vinyl alcohol)와 적정 비율로 혼합하여 전기방사법으로 나노섬유막을 제작하는 단계를 포함하는 나노섬유막의 제조방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of modifying the animal cartilage powder produced by using animal cartilage tissue in water soluble, and mixing the modified animal cartilage powder with synthetic polymer PVA (poly vinyl alcohol) in an appropriate ratio It provides a method for producing a nanofiber membrane comprising the step of producing a nanofiber membrane by the electrospinning method.
본 발명의 일실시예의 나노섬유막의 제조방법은, (a) 단백질 분해 효소를 첨가한 산성 수용액을 준비하는 단계와, (b) 동물 연골 조직을 이용하여 제작한 동물 연골 분말을 상기 준비된 산성 수용액에 용해시키는 단계와, (c) 상기 산성 수용액을 중성 수용액으로 중화시키는 단계와, (d) 남아 있는 상기 단백질 분해 효소를 제거하고 수용성으로 개질된 동물 연골 분말을 수득하는 단계와, (e) 수용성으로 개질된 동물 연골 분말을 PVA(poly vinyl alcohol)와 혼합한 용액을 준비하는 단계와, (f) 상기 (e) 단계에서 준비한 용액을 전기방사법으로 방사하여 나노섬유막을 제작하는 단계를 포함한다.Nanofibrous membrane production method of an embodiment of the present invention, (a) preparing an acidic aqueous solution containing the proteolytic enzyme, and (b) animal cartilage powder prepared using the animal cartilage tissue in the prepared acidic aqueous solution Dissolving; (c) neutralizing the acidic aqueous solution with a neutral aqueous solution; (d) removing the remaining proteolytic enzymes to obtain an aqueous cartilage powder modified with water solubility; Preparing a solution in which the modified animal cartilage powder is mixed with polyvinyl alcohol (PVA), and (f) spinning the solution prepared in step (e) by electrospinning to produce a nanofiber membrane.
본 발명의 일실시예의 나노섬유막의 제조방법에 있어서, 상기 단백질 분해 효소는 펩신일 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니고 연골을 구성하는 콜라겐을 분해할 수 있는 효소라면 어는 것이라도 사용가능한 것임은 물론이다.In the method of manufacturing a nanofiber membrane of an embodiment of the present invention, the proteolytic enzyme may be pepsin, but the present invention is not limited thereto, and any enzyme may be used as long as it is an enzyme capable of degrading collagen constituting cartilage. Of course.
본 발명의 일실시예의 나노섬유막의 제조방법에 있어서, 상기 단백질 분해 효소의 제거는 투석에 의해 이루어질 수 있다. In the method of manufacturing a nanofiber membrane of an embodiment of the present invention, the removal of the proteolytic enzyme may be made by dialysis.
본 발명의 일실시예의 나노섬유막의 제조방법에 있어서, 수용성으로 개질된 동물 연골 분말을 수득하는 단계는 동결건조 및 동결분쇄시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 수용성으로 개질된 동물 연골 분말은 하이드로젤 형태로 개질될 수 있다.In the method of manufacturing a nanofiber membrane of an embodiment of the present invention, the step of obtaining the water-soluble modified animal cartilage powder may include a step of lyophilization and lyophilization. The water soluble modified cartilage powder may be modified in hydrogel form.
본 발명의 일실시예의 나노섬유막의 제조방법에 있어서, 수용성으로 개질된 동물 연골 분말과 PVA(poly vinyl alcohol)의 혼합 비율은 중량비로 0.5:1 ~ 2:1인 것을 특징으로 한다. 이 경우, 상기 PVA(poly vinyl alcohol)는 휘발성이 뛰어난 유기용매인 HFP(Hexafluoro-propanol)에 용해된 PVA의 용액으로 준비된 후 수용성으로 개질된 동물 연골 분말과 혼합되는 것이 바람직하다.In the method for producing a nanofibrous membrane of an embodiment of the present invention, the mixing ratio of the water soluble modified animal cartilage powder and polyvinyl alcohol (PVA) is 0.5: 1 to 2: 1 by weight. In this case, the polyvinyl alcohol (PVA) is preferably prepared with a solution of PVA dissolved in HFP (Hexafluoro-propanol), which is a highly volatile organic solvent, and then mixed with the water-modified animal cartilage powder.
본 발명의 일실시예의 나노섬유막의 제조방법은 나노섬유막을 가교하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 나노섬유막의 가교는 메탄올에 글루타르알데히드(glutaraldehyde)를 희석시킨 용액에 상기 나노섬유막을 넣어 수행될 수 있다.The method of manufacturing a nanofiber membrane according to an embodiment of the present invention may further include crosslinking the nanofiber membrane. Crosslinking of the nanofiber membrane may be performed by putting the nanofiber membrane in a solution of diluting glutaraldehyde in methanol.
본 발명의 나노섬유막의 제조방법의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 동물 연골 조직은 돼지, 소, 양, 말, 개 또는 고양이 등의 척수동물에서 유래한 연골 조직일 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 동물 연골 분말은 돼지 연골 분말이다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니고 동물의 연골을 분말화시키는 종래기술로부터 얻어진 다양한 동물 연골 분말을 포함함은 물론이다. 즉, 본 발명에 있어서 동물 연골 분말은 동물 연골을 분말화하고 동물 연골의 분말화 이전 또는 이후에, 또는 분말화와 동시에 탈세포하여 얻어진 분말이면 사용가능하다. In a preferred embodiment of the method for producing a nanofiber membrane of the present invention, the animal cartilage tissue may be cartilage tissue derived from a spinal cord animal such as pigs, cows, sheep, horses, dogs or cats. More preferably the animal cartilage powder is pig cartilage powder. However, the present invention is, of course, not limited to, including various animal cartilage powders obtained from the prior art for pulverizing animal cartilage. That is, in the present invention, the animal cartilage powder can be used as long as it is a powder obtained by pulverizing the animal cartilage and decellularizing before or after the animal cartilage, or simultaneously with the powdering.
본 발명의 일실시예의 나노섬유막은 나노단위의 직경을 갖는 나노섬유들이 서로 교차하면서 형성된 메쉬 구조를 갖고, 동물 연골 분말과 PVA(poly vinyl alcohol)의 조성비가 중량비로 0.5:1 ~ 2:1인 것을 특징으로 한다.Nanofiber membrane of an embodiment of the present invention has a mesh structure formed by crossing the nanofibers having a diameter of nano units with each other, the composition ratio of animal cartilage powder and PVA (poly vinyl alcohol) is 0.5: 1 ~ 2: 1 by weight ratio It is characterized by.
본 발명의 일실시예의 나노섬유막은 생체막으로 사용되는 것을 특징으로 한다. 상기 생체막은 유착방지막일 수 있다.Nanofiber membrane of an embodiment of the present invention is characterized in that it is used as a biofilm. The biofilm may be an anti-adhesion film.
본 발명은 동물 연골 분말을 배양액이나 PBS 용액 등과 같은 중성수용액에서 쉽게 용해되는 소재로 개질할 수 있어 종래의 동물 연골 분말로는 제작할 수 없는 하이드로젤이나 필름 형태의 제품을 제조하는데 적합하다.The present invention can be modified to a material that is easily dissolved in a neutral aqueous solution, such as culture medium or PBS solution, so that the animal cartilage powder is suitable for producing a product in the form of a hydrogel or film that can not be produced with conventional animal cartilage powder.
또한, 본 발명은 동물 연골 분말을 개질하는데 필요한 적정 산성용액과 그 농도 및 처리시간 등도 최적화함으로써 동물 연골 분말을 중성 수용액에서 쉽게 용해될 수 있도록 개질할 수 있고, 이와 같이 개질된 동물 연골 분말 용액에 합성 고분자인 PVA(poly vinyl alcohol)를 적정 비율로 혼합하는 과정을 도입함으로써 전기방사법에 의한 섬유상의 방사가 가능하여 나노섬유막의 제작이 가능한 장점이 있다.In addition, the present invention can be modified so that the animal cartilage powder can be easily dissolved in a neutral aqueous solution by optimizing the appropriate acid solution and its concentration and processing time necessary for modifying the animal cartilage powder, so that the modified animal cartilage powder solution By introducing a process of mixing the synthetic polymer PVA (poly vinyl alcohol) in an appropriate ratio, it is possible to make a fiber-like spinning by the electrospinning method has the advantage that the production of nanofiber membrane.
나아가, 본 발명은 전술한 바와 같은 제조방법을 사용하여, 유착방지막과 같은 생체막으로 사용하는데 적합한 물리화학적 특성을 갖는 나노섬유막을 제작할 수 있는 장점이 있다. 즉, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 나노섬유막은 세포와의 친화성이 높고 이에 따라 세포 생착률이 높으며, 세포 증식률이 높아 세포의 조직 형성과정을 단축시킬 수 있다. Furthermore, the present invention has the advantage of using a manufacturing method as described above, to produce a nanofiber membrane having a physicochemical property suitable for use as a biofilm such as anti-adhesion film. That is, the nanofibrous membrane prepared according to the production method of the present invention has a high affinity with the cells, thereby high cell engraftment rate, high cell proliferation rate can shorten the process of tissue formation of the cell.
도 1은 ATR-IR 스펙트럼을 이용하여 천연 연골, PCP 및 PCP-WS의 화학적 구조를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 PCP 나노섬유막 제조에 사용되는 전기방사기를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 PVA의 비율을 1로 고정한 후 PCP-WS의 비율을 0~2까지 조정하여 여러 종류의 혼합비로 블랜드 용액을 제조한 후 이를 전기방사하여 제작한 나노섬유의 형태 및 직경을 나타내는 주사전자현미경사진이다.
도 4는 PCP-WS/PVA 블랜드로부터 제작한 블랜드 나노섬유막에 대해 가교 전후의 인장 하중을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 PVA와의 혼합비율에 따른 PCP-WS 나노섬유막에서의 연골세포 및 섬유아세포의 세포 부착률을 나타내는 그래프이다.
도 6은 PVA와의 혼합비율에 따른 PCP-WS 나노섬유막에서의 시간의 경과에 따른 섬유아세포의 세포 증식률을 나타내는 그래프이다.
도 7은 PVA와의 혼합비율에 따른 PCP-WS 나노섬유막에서의 시간의 경과에 따른 연골세포의 세포 증식률을 나타내는 그래프이다.1 is a graph showing the results of measuring the chemical structures of natural cartilage, PCP and PCP-WS using the ATR-IR spectrum.
2 is a view schematically showing an electrospinning apparatus used to manufacture a PCP nanofiber membrane of an embodiment of the present invention.
3 is a scanning electron showing the shape and diameter of the nanofibers prepared by fixing the ratio of PVA to 1 and then adjusting the ratio of PCP-WS to 0 to 2 to prepare a blend solution with various mixing ratios and electrospinning them. Photomicrograph.
4 is a graph showing the results of measuring the tensile load before and after crosslinking of the blended nanofiber membrane prepared from the PCP-WS / PVA blend.
5 is a graph showing the cell adhesion rate of chondrocytes and fibroblasts in the PCP-WS nanofibrous membrane according to the mixing ratio with PVA.
FIG. 6 is a graph showing the cell proliferation rate of fibroblasts over time in the PCP-WS nanofibrous membrane according to the mixing ratio with PVA.
7 is a graph showing the cell proliferation rate of chondrocytes over time in the PCP-WS nanofibrous membrane according to the mixing ratio with PVA.
이하에서는, 본 발명을 한정하지 않는 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명의 하기 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 따라서, 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다. 본 발명에 인용된 참고문헌들은 본 발명에 참고로서 통합된다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail according to embodiments which do not limit the present invention. It should be understood that the following embodiments of the present invention are only for embodying the present invention and do not limit or limit the scope of the present invention. Therefore, what can be easily inferred by the expert in the technical field to which this invention belongs from the detailed description and the Example of this invention is interpreted as belonging to the scope of the present invention. The references cited in the present invention are incorporated herein by reference.
<참조예 1> 돼지연골분말(Porcine cartilage powder) 제조Reference Example 1 Preparation of Porcine Cartilage Powder
동물 연골 분말의 일례인 돼지 연골 분말("PCP"라고 약칭함)은 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0041027호 "동물조직 분말을 이용한 다공성 3차원 지지체의 제조방법"에 기재된 제조 방법에 따라 돼지 연골을 분리하여 동결분쇄한 후, 탈세포 처리를 통해 돼지연골분말에 존재하는 연골세포 및 유전자 성분을 제거하여 제조하였다.
Pig cartilage powder (abbreviated as "PCP"), which is an example of animal cartilage powder, is a pig according to the production method described in Korean Patent Publication No. 10-2010-0041027 "Method for Producing Porous Three-dimensional Support Using Animal Tissue Powder". After cartilage was separated and frozen and pulverized, it was prepared by removing the chondrocytes and gene components present in the pig cartilage powder through decellularization.
<실시예 1> PCP 개질 및 개질된 PCP의 특성 분석Example 1 PCP Modification and Characterization of Modified PCP
단백질 분해효소인 펩신(pepsin)을 0.5M 염산 수용액 용해시켜 0.1% 펩신 용액을 제조한 후 이 용액에 참조예 1에 따라 제조한 PCP를 첨가하여 24시간 동안 상온에서 100~200rpm으로 교반하였다.Proteolytic enzyme pepsin (pepsin) was dissolved in 0.5M hydrochloric acid to prepare a 0.1% pepsin solution, and the solution was added to the PCP prepared according to Reference Example 1 and stirred at 100 to 200 rpm at room temperature for 24 hours.
용해된 후 산성인 PCP 용액을 NaOH 용액으로 pH 7.4가 되도록 중화시킨 후, 투석(dialysis) 과정을 거쳐 용액 내 남아있는 펩신을 제거하였다. 투석시 PCP 용액을 24시간 동안 4℃에서 100~200rpm으로 교반하였으며, 6~12시간 간격으로 초순수를 교체해 주었다. After dissolving, the acidic PCP solution was neutralized with NaOH solution to pH 7.4, followed by dialysis to remove the remaining pepsin. In dialysis, the PCP solution was stirred at 100-200 rpm at 4 ° C. for 24 hours, and ultrapure water was replaced at intervals of 6-12 hours.
마지막으로, 투석이 완료된 PCP 용액을 동결건조시킨 후, 동결분쇄하여 수용성 PCP (이하, "PCP-WS"라고 약칭함)를 제조하였다.
Finally, the dialysis-complete PCP solution was lyophilized and then lyophilized to prepare a water-soluble PCP (hereinafter, abbreviated as "PCP-WS").
1-1. PCP-WS의 주요 성분 함량 측정1-1. Determination of the Main Components of PCP-WS
콜라겐 함량을 측정하기 위해 실시예 1에서 제조한 PCP-WS 1mg당 4N 염산 수용액 1mL를 첨가하여 120℃에서 4시간 가수분해한 후 12,000rpm에서 10분 동안 원심분리하여 얻은 상층액을 검액으로 사용하였다. 분석 방법은 히드록시 프롤린 어세이(Hydroxy proline assay)를 이용하였다. 히드록시 프롤린 어세이는 콜라겐에 특이적으로 존재하는 히드록시 프롤린을 산화반응으로 탈수소화시킨 후 발색 시약인 4-(N,N-디메틸아미노)벤즈알데히드[4-(N,N-dimethylamino)benzaldehyde]의 첨가에 의해 퀴노이드 화합물을 형성하고, 이때 히드록시 프롤린(hydroxy proline)의 농도에 따라 흡수 스펙트럼이 달라지는 것을 이용한 비색정량법이다.In order to measure collagen content, 1 mL of 4N hydrochloric acid aqueous solution was added per 1 mg of PCP-WS prepared in Example 1, and hydrolyzed at 120 ° C. for 4 hours, followed by centrifugation at 12,000 rpm for 10 minutes. . The assay method was a hydroxy proline assay (Hydroxy proline assay). The hydroxyproline assay deoxidizes hydroxyproline, which is specifically present in collagen, by oxidative reaction and then develops 4- (N, N-dimethylamino) benzaldehyde as a coloring reagent [4- (N, N-dimethylamino) benzaldehyde]. Formation of the quinoid compound by the addition of this, the colorimetric method using the absorption spectrum is changed according to the concentration of hydroxy proline (hydroxy proline).
GAG(Glycosaminoglycan) 함량은 시판 중인 글리코스아미노글리칸 어세이 키트(Glycosaminoglycan assay kit)를 이용하여 정량하였다. 상기 키트의 분석법은 음이온성 고분자인 황산화된 GAG와 양이온성 염료인 DBM 블루 사이의 특이적인 상호 작용을 통하여 착화합물을 형성하고, 이때 황산화된 GAG의 농도에 따라 흡수 스펙트럼이 달라지는 것을 이용한 비색정량법이다. GAG (Glycosaminoglycan) content was quantified using a commercially available Glycosaminoglycan assay kit. The analysis method of the kit is a colorimetric method using a specific compound between the sulfated GAG anionic polymer and DBM blue cationic dye to form a complex, wherein the absorption spectrum is changed according to the concentration of sulfated GAG to be.
위와 같은 방법으로 천연 연골과 PCP-WS에 대해서 성분검사를 진행한 결과, 천연 연골에 포함된 콜라겐의 함량은 약 44%, GAG의 함량은 약 20%로 측정되었으며, PCP-WS의 경우 콜라겐의 함량은 약 38%, GAG의 함량은 약 12%로 천연연골과 유사한 함량을 지니는 것을 확인하였다(표 1 참조)As a result of the component test for natural cartilage and PCP-WS as described above, the content of collagen in natural cartilage was about 44%, the content of GAG was about 20%, and in the case of PCP-WS The content was about 38% and the content of GAG was about 12%, similar to natural cartilage (Table 1).
1-2. PCP-WS의 화학 구조 분석1-2. Chemical Structure Analysis of PCP-WS
도 1은 ATR-IR 스펙트럼을 이용하여 천연 연골, PCP 및 PCP-WS의 화학적 구조를 측정한 결과를 나타내는 도면이다.1 is a view showing the results of measuring the chemical structure of natural cartilage, PCP and PCP-WS using the ATR-IR spectrum.
도 1에 도시된 바와 같이 아민 그룹(Amine group)의 피크가 3300cm-1에서 나타나는 것을 천연 연골, PCP 및 PCP-WS에서 동일하게 확인할 수 있었으며, 아마이드 I, 아마이드 II 및 아마이드 III의 피크는 각각 1630 cm-1, 1520 cm-1 및 1220 cm-1에서 확인되었다. The natural cartilage peak appears at 3300cm -1 of an amine group (Amine group) as shown in Figure 1, and PCP were equally found in the PCP-WS, the peak of the amide I, amide II and amide III, 1630, respectively cm -1 , 1520 cm -1 and 1220 cm -1 .
또한, 각 피크의 흡광도(absorbance)는 천연 연골에서 PCP-WS로 개질이 진행되면서 감소하는 경향을 나타내었다. 이러한 결과는 천연 연골에서 PCP를 생산하는 과정과, PCP를 산성수용액 상에서 효소 분해하여 PCP-WS로 개질하는 과정에서 세포외기질 중의 콜라겐이 분해되어 저분자량의 콜라겐으로 개질되면서 아마이드 결합(amide bond)이 감소한 결과로 판단되었다. 그리고, 포스페이트 피크(Phosphate peak)의 경우 1040cm-1에서 천연 연골의 강도(intensity)가 PCP 및 PCP-WS에 비하여 월등히 높은 수준으로 검출되는 것으로 확인되었다. 한편, 천연 연골, PCP 및 PCP-WS의 화학적 구조를 측정한 결과, 개질된 PCP-WS도 천연연골과 동일한 화학 구조를 유지하고 있음을 확인하였다.
In addition, the absorption of each peak (absorbance) showed a tendency to decrease with the progress of the modification from natural cartilage to PCP-WS. These results indicate that amide bonds are produced by the production of PCP from natural cartilage and by the enzymatic digestion of PCP on acidic aqueous solution and the modification of PCP-WS into collagen in the extracellular matrix to be modified into low molecular weight collagen. This decrease was judged as a result. In addition, in the case of the phosphate peak (Phosphate peak), it was confirmed that the intensity of the natural cartilage was detected at a much higher level than PCP and PCP-WS at 1040cm -1 . On the other hand, as a result of measuring the chemical structures of natural cartilage, PCP and PCP-WS, it was confirmed that the modified PCP-WS also maintains the same chemical structure as natural cartilage.
1-3. PCP-WS의 용해도1-3. Solubility of PCP-WS
개질된 PCP-WS의 중성 수용액에 대한 용해도를 확인한 결과 PCP-WS는 중성수용액에 대해서 우수한 용해 특성을 보였다(하기 표 2 참조). 이는 α-나선(α-helix)의 분자 구조가 산성 환경에서는 해리되나 중성 환경에서는 다시 자기 조립 기작을 통해서 응집되는 특성을 지닌 콜라겐을 산성 수용액으로 해리하고 이를 다시 분해효소로 처리하여 저분자량의 단백질 사슬로 변환함으로써, 중성 환경에서도 용해가 가능한 저분자량의 콜라겐을 포함한 세포외기질로 개질된 결과이다.As a result of checking the solubility of the modified PCP-WS in the neutral aqueous solution, PCP-WS showed excellent dissolution characteristics in the neutral aqueous solution (see Table 2 below). This is because the molecular structure of α-helix is dissociated in acidic environment, but in neutral environment, collagen, which has the property of coagulation through self-assembly mechanism, is dissociated into acidic aqueous solution and treated with decomposing enzyme again to lower-molecular weight protein. It is the result of modification to an extracellular matrix containing low molecular weight collagen that can be dissolved in a neutral environment by conversion to a chain.
또한, 저분자량의 콜라겐은 일정 수준 이상의 이온 강도(ionic strength)를 지닌 버퍼(buffer)에서 원활히 해리되어 용액 제조가 가능한데, 본 발명의 PCP-WS도 다량의 콜라겐을 함유한 세포외기질 기반 생체소재로서 55 mM의 이온 농도(ion concentration)의 PBS 용액에서 3차 증류수 보다 우수한 용해도를 보였다.
In addition, low molecular weight collagen can be dissociated smoothly in a buffer having a certain level or more of ionic strength, so that a solution can be prepared. The PCP-WS of the present invention also contains an extracellular matrix-based biomaterial containing a large amount of collagen. As a result, it showed better solubility than tertiary distilled water in PBS solution with ion concentration of 55 mM.
<실시예 2> PCP-WS 나노섬유막 제작 및 특성 분석Example 2 Fabrication and Characterization of PCP-WS Nanofiber Membranes
전기방사는 도 2에 도시된 바와 같은 전기방사기(나노엔씨, es robot)를 이용하여 전압 25kV, 니들과 콜렉터 사이의 거리 10cm, 실린지 펌프의 속도 1ml/hr, 온도 20~30℃, 습도 30% 이하의 조건에서 진행하였다.Electrospinning using the electrospinning machine (nano NC, es robot) as shown in Figure 2, the voltage 25kV, the distance between the needle and the collector 10cm, the speed of the syringe pump 1ml / hr, temperature 20 ~ 30 ℃, humidity 30 It progressed on conditions below%.
나노섬유막은 실린지의 니들과 콜렉터 사이의 전압 차가 발생하고 이에 따라 토출된 고분자 용액의 용매가 휘발되면서 나노사이즈의 섬유가 형성되어 콜렉터에 적층되어 형성된다.The nanofibrous membrane is formed by stacking the nano-sized fibers and stacking them on the collector as the voltage difference between the needle and the collector of the syringe is generated and the solvent of the discharged polymer solution is volatilized.
그러나, PCP-WS 용액만으로 나노섬유 제조를 실시할 때, 수용성 용매인 초순수의 제거가 원활하지 못한 문제가 발생한다. 따라서, 본 발명의 나노섬유막 제조방법에 있어서는 PCP-WS 용액과 생체적합성 고분자인 PVA(polyvinyl alcohol)와의 블랜드 용액을 제조하고 이를 섬유상으로 방사하여 나노 파이버를 제조하였다. 본 실시예에서 사용된 PVA는 개질된 PCP-WS 용액의 전기방사를 가능하게 하고, 합성 생체 고분자로 생체 적합성이 우수하며 제조된 나노 파이버의 물성을 우수하게 한다.
However, when performing nanofiber production using only the PCP-WS solution, a problem arises in that the removal of ultrapure water, which is a water-soluble solvent, is not smooth. Therefore, in the nanofibrous membrane manufacturing method of the present invention, a blend solution of PCP-WS solution and PVA (polyvinyl alcohol), which is a biocompatible polymer, was prepared and spun onto a fiber to prepare nanofibers. The PVA used in the present embodiment enables the electrospinning of the modified PCP-WS solution, and has excellent biocompatibility as the synthetic biopolymer and excellent physical properties of the manufactured nanofibers.
2-1. 블랜드 용액의 혼합비에 따른 나노섬유막의 외형 분석2-1. Appearance Analysis of Nanofiber Membrane According to Blending Ratio of Blend Solution
블랜드 용액은 3차 증류수에 용해된 PCP-WS와 휘발성이 뛰어난 유기용매인 HFP(Hexafluoro-propanol)에 용해된 PVA의 용액을 중량비(weight ratio) 별로 혼합하여 제조하였다. The blend solution was prepared by mixing PCP-WS dissolved in tertiary distilled water and a solution of PVA dissolved in Hexafluoro-propanol (HFP), which is a highly volatile organic solvent, by weight ratio.
PVA의 비율을 1로 고정한 후 PCP-WS의 비율을 0~2까지 조정하여 여러 종류의 혼합비로 블랜드 용액을 제조한 후 이를 전기방사하여 나노섬유막을 제작하였다. 그리고, 주사전자현미경(scanning electron microscope)을 사용하여 각 혼합비 별로 제작된 나노섬유의 형태 및 직경을 확인하였다(도 3 참조). 그 결과 도 3에 도시된 바와 같이, PCP-WS:PVA의 중량비가 0.5:1 부터 2:1 비율인 경우 균일한 형태의 나노 섬유가 형성되었고 나노 섬유의 직경도 양호한 것을 확인할 수 있었다.
After fixing the ratio of PVA to 1, the ratio of PCP-WS was adjusted to 0 to 2 to prepare a blend solution at various mixing ratios, and then electrospun to prepare a nanofiber membrane. And, using a scanning electron microscope (scanning electron microscope) was confirmed the shape and diameter of the nanofibers produced for each mixing ratio (see Figure 3). As a result, as shown in FIG. 3, when the weight ratio of PCP-WS: PVA is 0.5: 1 to 2: 1, a uniform nanofiber was formed and the diameter of the nanofiber was also good.
2-2. 블랜드 용액의 혼합비에 따른 나노섬유막의 생분해성 평가2-2. Evaluation of Biodegradability of Nanofiber Membrane According to the Mixing Ratio of Blend Solution
상기 2-1 과정에 따라 제조된 PCP-WS 나노섬유막의 생분해성을 평가하기 위하여, 1.5×1.5 cm의 크기로 절단한 정사각형의 나노섬유막의 건조된 무게를 측정한 후 검체를 PBS 용액에 넣고 37 ℃에서 24시간 동안 150rpm으로 교반해 주었다. 실험결과 하기 표 3에 나타낸 바와 같이 모든 나노섬유막이 완전히 분해된 것을 확인하였다.In order to evaluate the biodegradability of the PCP-WS nanofibrous membrane prepared according to step 2-1, after measuring the dry weight of the square nanofibrous membrane cut to a size of 1.5 × 1.5 cm and put the sample in PBS solution 37 The mixture was stirred at 150 rpm for 24 hours. As a result of the experiment, it was confirmed that all nanofiber membranes were completely decomposed as shown in Table 3 below.
: PVA 1PCP-WS 0.5
:
: PVA 1PCP-
:
: PVA 1PCP-
:
2-3. 나노섬유막의 물성 강화를 위한 화학적 가교 후 인장강도 측정2-3. Tensile strength measurement after chemical crosslinking to strengthen the properties of nanofiber membrane
PVA와 PCP-WS/PVA 블랜드로부터 제작한 나노파이버는 수용성 고분자들로 구성되어 있어 PBS 용액, 세포배양액 등의 수용액에서 불안정하기 때문에 화학적 가교방법으로 물성을 강화하였다. 이를 위해 먼저 메탄올에 글루타르알데히드(glutaraldehyde)를 희석시켜 10% 글루타르알데히드 용액을 제조한 후, 이 용액에 나노섬유막을 넣고 37℃에서 4시간 동안 100~200rpm으로 교반하여 나노섬유를 가교시켰다.Nanofibers prepared from PVA and PCP-WS / PVA blends are composed of water-soluble polymers, which are unstable in aqueous solutions such as PBS solution and cell culture solution. To this end, first, dilute glutaraldehyde in methanol to prepare a 10% glutaraldehyde solution, and then add nanofiber membranes to the solution and stir at 100 to 200 rpm for 4 hours at 37 ° C to crosslink the nanofibers.
가교 전 및 가교 후의 나노섬유막의 물성을 확인하기 위하여 나노섬유막의 인장강도를 가교 전후로 측정하였다. 인장강도 시편은 나노섬유막을 1×3cm 크기의 직사각형으로 절단하여 준비하였으며, 각각의 두께를 측정한 다음 만능물성측정기(Tinius Olsen, H5KT)를 이용하여 측정하였다. In order to confirm the physical properties of the nanofibrous membrane before and after crosslinking, the tensile strength of the nanofibrous membrane was measured before and after crosslinking. Tensile strength specimens were prepared by cutting a nanofibrous membrane into rectangles of 1 × 3 cm size, and the thicknesses were measured using a universal measuring instrument (Tinius Olsen, H5KT).
도 4에 도시된 바와 같이, 가교 전후의 인장 하중을 측정한 결과 PCP-WS/PVA 블랜드로부터 제작한 블랜드 나노섬유막의 경우 가교 후 인장하중이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 다만, PCP-WS와 PVA의 혼합 비율이 2:1로 PCP-WS의 함량이 더 높을 경우 물성이 약해 가교 전의 검체는 인장하중을 측정할 수 없었다.
As shown in FIG. 4, the tensile load before and after the crosslinking was measured, and in the case of the blended nanofiber membrane prepared from the PCP-WS / PVA blend, the tensile load after the crosslinking was increased. However, when the mixing ratio of PCP-WS and PVA was 2: 1, and the content of PCP-WS was higher, the physical properties of the specimen before crosslinking could not be measured.
<실시예 3> 본 발명의 나노섬유막의 세포친화성 평가Example 3 Evaluation of Cell Affinity of Nanofiber Membranes of the Present Invention
3-1. 돼지 연골조직에서 분리한 연골세포 배양3-1. Chondrocyte Culture Isolated from Porcine Cartilage Tissue
생후 2주 이내의 요크셔종 돼지의 슬관절을 채취하여 경골로부터 무릎관절연골조직을 박리하여 회수한 후, 연골 박편을 1~2 ㎜ 정도로 잘게 잘랐다. 연골조직에서 연골세포를 분리하기 위해, 연골 1 g 당 0.1% 콜라게나아제(Collagenase type Ⅱ, Washington, USA) 용액 20 mL를 첨가한 후 세포 배양기 내의 교반기에 올려놓고, 37℃, 5% CO2 조건에서 100~200 rpm으로 18시간 교반하였다. The knee joints of the Yorkshire pigs within 2 weeks of age were taken, and the knee tube insulated bone tissues were removed from the tibia and recovered. The cartilage flakes were chopped to about 1-2 mm. To separate chondrocytes from cartilage tissue, 20 mL of 0.1% collagenase (Collagenase type II, Washington, USA) solution per 1 g of cartilage was added and placed in a stirrer in a cell incubator at 37 ° C., 5% CO 2. It stirred for 18 hours at 100-200 rpm in conditions.
0.1% 콜라게나아제의 18시간 처리 후 세포여과기로 연골세포만을 거르고, 원심분리(1500~2000rpm, 5분)한 후 상층액을 제거하여 연골세포만을 분리하였다. 그리고, 분리된 돼지 연골세포를 100Φ 배양접시에 1×104 세포의 농도로 파종하였다. 세포 배양 시 배지[DMEM + 20% NCS(Newborn Calf Serum) + 1% 항생제(penicillin- streptomycin solution) + 0.05% 아스코르브산(ascorbic acid)]는 일주일에 3번, 2~3일 간격으로 교환하여 주었다.
After 18 hours of 0.1% collagenase treatment, only the chondrocytes were filtered with a cell filter, centrifuged (1500-2000 rpm, 5 min), and the supernatant was removed to separate only the chondrocytes. The isolated porcine chondrocytes were seeded at a concentration of 1 × 10 4 cells in a 100Φ culture dish. During cell culture, medium [DMEM + 20% NCS (Newborn Calf Serum) + 1% antibiotic (penicillin- streptomycin solution) + 0.05% ascorbic acid] was exchanged three times a week for two to three days. .
3-2. PVA와의 혼합비율에 따른 PCP-WS 나노섬유막에서의 세포 부착률 비교3-2. Comparison of Cell Adhesion Rate in PCP-WS Nanofiber Membranes According to Mixing Ratio with PVA
세포 부착률 평가를 위해, 우선 실시예 2의 방법으로 PVA와의 혼합비율에 따라 제작된 PCP-WS 나노섬유막을 1.2×1.2cm 크기로 자른 후 24 well 배양접시에 올려놓았다. 실험군의 경우 전술한 3-1 과정에서 분리한 연골세포를 1×103 세포의 농도로 파종하였고, 대조군의 경우 ATTC에서 구입하여 배양한 섬유아세포(fibroblast, HFF-1)를 파종하였다.In order to evaluate the cell adhesion rate, the PCP-WS nanofibrous membrane prepared according to the mixing ratio with PVA by the method of Example 2 was first cut to a size of 1.2 × 1.2 cm and placed on a 24 well culture dish. In the experimental group, the chondrocytes isolated in step 3-1 were seeded at a concentration of 1 × 10 3 cells, and in the control group, the fibroblasts (fibroblast, HFF-1) purchased from ATTC were seeded.
37℃, 5% CO2 조건의 세포 배양기에서 6시간 동안 배양 후 PBS로 세척한 뒤 새로운 배지를 첨가하였다. 그런 다음 CCK-8 kit(Cell Counting Kit-8, DOJINDO, Japan)를 첨가하여 다시 4시간 동안 37℃, 5% CO2 조건의 세포 배양기에서 배양한 후 각각의 배지를 96 well에 200μm씩 분주한 다음, 마이크로플레이트 리더(microplate reader)(iMark, Biorad, Japan)를 이용하여 450nm에서 흡광도를 측정하였다. 그 결과는 도 5에 도시된 바와 같으며 실험군(연골세포) 및 대조군(섬유아세포) 모두 나노섬유막에 대해 양호한 세포 부착률을 나타내었다.
After incubation for 6 hours in a cell incubator at 37 ° C., 5% CO 2 , washed with PBS and fresh medium was added. Then, CCK-8 kit (Cell Counting Kit-8, DOJINDO, Japan) was added and cultured in a cell incubator at 37 ° C. and 5% CO 2 conditions for another 4 hours, and 200 μm of each medium was dispensed into 96 wells. Next, absorbance at 450 nm was measured using a microplate reader (iMark, Biorad, Japan). The results are shown in FIG. 5 and both the experimental group (chondrocytes) and the control group (fibroblasts) showed good cell adhesion rates to the nanofibrous membrane.
3-3. PVA와의 혼합비율에 따른 PCP-WS 나노섬유막에서의 세포의 증식률 비교3-3. Comparison of Cell Proliferation Rate in PCP-WS Nanofibrous Membranes According to the Mixing Ratio with PVA
전술한 3-2와 같은 방법으로 PCP-WS 나노섬유막 위에 연골세포 및 섬유아세포를 1×103 농도로 파종하였다. 그리고 나서, 37℃, 5% CO2 조건의 세포 배양기에서 배양하며 배양 후 1일째, 3일째 및 5일째에 세포의 증식률을 측정하였다(도 6 및 도 7 참조).Chondrocytes and fibroblasts were seeded at a concentration of 1 × 10 3 on the PCP-WS nanofibrous membrane in the same manner as described above in 3-2. Then, the cells were cultured in a cell incubator at 37 ° C. and 5% CO 2 , and the proliferation rate of the cells was measured on
세포 증식률 평가를 위해, 1일, 3일 및 5일간 배양한 배지에 CCK-8 kit(Cell Counting Kit-8, DOJINDO, Japan)를 첨가하여 다시 4시간 동안 37℃, 5% CO2 조건의 세포 배양기에서 배양한 후 각각의 배지를 96 well에 200μm씩 분주한 다음, 마이크로플레이트 리더(microplate reader)(iMark, Biorad, Japan)를 이용하여 450nm에서 흡광도를 측정하였다.To evaluate the cell proliferation rate, CCK-8 kit (Cell Counting Kit-8, DOJINDO, Japan) was added to the medium cultured for 1 day, 3 days and 5 days, and the cells were treated at 37 ° C. and 5% CO 2 for 4 hours. After culturing in an incubator, each medium was dispensed into 96 wells at 200 μm, and then absorbance was measured at 450 nm using a microplate reader (iMark, Biorad, Japan).
그 결과는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같으며 PCP-WS의 함량이 높을수록 연골세포 뿐만 아니라 섬유아세포의 세포 증식률이 더욱 증가함을 확인할 수 있었다. 결론적으로 PCP를 수용성으로 개질하여 3차 증류수에 용해시킨 하이드로젤과 합성 생체고분자인 PVA를 적정 비율로 혼합하여 나노섬유막을 제작하였을 때, 물성 및 세포 친화성이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.The results are shown in Figures 6 and 7, it can be seen that the higher the content of PCP-WS, the more proliferation rate of the fibroblasts as well as the chondrocytes. In conclusion, it was confirmed that physical properties and cell affinity were improved when the nanofiber membrane was prepared by mixing the hydrogel dissolved in tertiary distilled water with the modified water soluble PCP in an appropriate ratio.
따라서, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 나노섬유막은 세포와의 친화성이 높고 이에 따라 세포 생착률이 높으며, 세포 증식률이 높아 세포의 조직 형성과정을 단축시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 나노섬유막은 유착방지막과 같은 생체막으로 사용하는데 적합한 물리화학적 특성을 갖는다.Therefore, the nanofibrous membrane prepared according to the manufacturing method of the present invention has a high affinity with the cells, thereby high cell engraftment rate, high cell proliferation rate, and can shorten the process of cell tissue formation. That is, the nanofibrous membrane prepared according to the manufacturing method of the present invention has a physicochemical property suitable for use as a biofilm such as an anti-adhesion membrane.
또한, 본 발명의 나노섬유막은 천연 생체소재와 의료용 합성고분자를 혼합하여 제작하였기 때문에, 독성이 적고 생분해성을 가져 생체 내에서 흡수되어 이물질로 남지 않는다. 따라서, 본 발명의 나노섬유막은 최근 생체소재를 기반으로 한 유착방지용 제품들에 대한 개발이 활발한 것에 부응하여 필름 형태의 유착방지제 요구 조건을 충족하여 유착방지막으로 응용될 수도 있다.In addition, since the nanofibrous membrane of the present invention is manufactured by mixing a natural biomaterial and a synthetic synthetic polymer for medical use, the nanofibrous membrane is less toxic and has biodegradability, so that it is absorbed in vivo and does not remain as a foreign substance. Therefore, the nanofiber membrane of the present invention may be applied as an anti-adhesion membrane by satisfying the requirements of the anti-adhesion agent in the form of a film in response to the recent development of anti-adhesion products based on biomaterials.
이상 본 발명을 전술한 실시예에 따라 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 제한되는 것은 아니다. 당업자라면, 본 발명의 취지에 따라 수정 변경이 가능하며, 이러한 수정 변경 또한 본 발명의 범위에 속한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described in accordance with the above-described embodiments, the present invention is not limited to the disclosed embodiments. Those skilled in the art will appreciate that modifications can be made in accordance with the spirit of the invention, and such modifications also fall within the scope of the invention.
Claims (12)
(b) 동물 연골 조직을 이용하여 제작한 동물 연골 분말을 상기 준비된 산성 수용액에 용해시키는 단계와,
(c) 상기 산성 수용액을 중성 수용액으로 중화시키는 단계와,
(d) 남아 있는 상기 단백질 분해 효소를 제거하고 수용성으로 개질된 동물 연골 분말을 수득하는 단계와,
(e) 상기 수용성으로 개질된 동물 연골 분말을 PVA(poly vinyl alcohol)와 혼합한 용액을 준비하는 단계와,
(f) 상기 (e) 단계에서 준비한 용액을 전기방사법으로 방사하여 나노섬유막을 제작하는 단계를 포함하는 나노섬유막의 제조방법.(a) preparing an acidic aqueous solution containing proteolytic enzymes,
(b) dissolving the animal cartilage powder prepared by using animal cartilage tissue in the prepared acidic aqueous solution;
(c) neutralizing the acidic aqueous solution with a neutral aqueous solution;
(d) removing the remaining protease and obtaining a water soluble modified animal cartilage powder,
(e) preparing a solution in which the water-soluble modified animal cartilage powder is mixed with polyvinyl alcohol (PVA),
(f) manufacturing a nanofiber membrane comprising the step of producing a nanofiber membrane by spinning the solution prepared in step (e) by electrospinning.
상기 수용성으로 개질된 동물 연골 분말을 수득하는 단계는 동결건조 및 동결분쇄시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유막의 제조방법.The method of claim 1,
Obtaining the water-modified animal cartilage powder is a method of producing a nanofibrous membrane, characterized in that it comprises a step of lyophilization and lyophilization.
상기 수용성으로 개질된 동물 연골 분말은 하이드로젤 형태로 개질되는 것을 특징으로 하는 나노섬유막의 제조방법.The method of claim 1,
The method for producing a nanofibrous membrane, characterized in that the water-soluble modified animal cartilage powder is modified in a hydrogel form.
상기 수용성으로 개질된 동물 연골 분말과 PVA(poly vinyl alcohol)의 혼합 비율은 중량비로 0.5:1 ~ 2:1인 것을 특징으로 하는 나노섬유막의 제조방법.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The mixing ratio of the water-soluble modified animal cartilage powder and polyvinyl alcohol (PVA) is 0.5: 1 to 2: 1 by weight ratio.
상기 PVA(poly vinyl alcohol)는 HFP(Hexafluoro-propanol)에 용해된 PVA의 용액으로 준비된 후 상기 수용성으로 개질된 동물 연골 분말과 혼합되는 것을 특징으로 하는 나노섬유막의 제조방법.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The polyvinyl alcohol (PVA) is prepared as a solution of PVA dissolved in HFP (Hexafluoro-propanol) and then mixed with the aqueous cartilage powder modified with water solubility.
나노섬유막을 가교하는 단계를 더 포함하는 나노섬유막의 제조방법.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Method for producing a nanofiber membrane further comprising the step of crosslinking the nanofiber membrane.
상기 나노섬유막을 가교하는 단계는 메탄올에 글루타르알데히드(glutaraldehyde)를 희석시킨 용액에 상기 나노섬유막을 넣어 수행되는 것을 특징으로 하는 나노섬유막의 제조방법.The method according to claim 6,
The step of crosslinking the nanofiber membrane is a method of producing a nanofiber membrane, characterized in that the nanofiber membrane is put in a solution diluted with glutaraldehyde (glutaraldehyde) in methanol.
상기 동물 연골 조직은 돼지, 소, 양, 말, 개 또는 고양이에서 유래한 연골 조직인 것을 특징으로 하는 나노섬유막의 제조방법.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The animal cartilage tissue is a method of producing a nanofibrous membrane, characterized in that the cartilage tissue derived from pigs, cows, sheep, horses, dogs or cats.
상기 동물 연골 분말은 돼지 연골 분말인 것을 특징으로 하는 나노섬유막의 제조방법.9. The method of claim 8,
The animal cartilage powder is a method for producing a nanofibrous membrane, characterized in that the pig cartilage powder.
나노단위의 직경을 갖는 나노섬유들이 서로 교차하면서 형성된 메쉬 구조를 갖고, 동물 연골 분말과 PVA(poly vinyl alcohol)의 조성비가 중량비로 0.5:1 ~ 2:1인 것을 특징으로 하는 나노섬유막.In the nanofiber membrane,
Nanofiber membrane, characterized in that the nanofibers having a diameter of the nano unit has a mesh structure formed while crossing each other, the composition ratio of animal cartilage powder and polyvinyl alcohol (PVA) is 0.5: 1 ~ 2: 1 by weight ratio.
생체막으로 사용되는 것을 특징으로 하는 나노섬유막. The method of claim 10,
Nanofiber membrane, characterized in that used as a biological membrane.
상기 생체막은 유착방지막인 것을 특징으로 하는 나노섬유막.12. The method of claim 11,
The biofilm is a nanofiber membrane, characterized in that the anti-adhesion film.
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