KR20150007273A - Antibiotics and osteoinductive molecules-eluting implant or scaffold with enhanced osteointegration and antibacterial activity and the manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

Provided in the present invention are an implant or a scaffold eluting antibiotics and an osteoinductive molecules, which prevent bacterial infection after transplanting orthopedic or dental implant or scaffold, and have both osteointegration and osteoinduction activities; and a method for manufacturing the same. Provided in the present invention are an implant or scaffold having the surface modified by using a composite of a compound containing a polymer-catechol functional group. The implant or scaffold includes one or more kinds selected from antibiotics and osteoinductive molecules.

Description

골 융합 향상 및 항균 효능을 갖는 항생제와 골형성 촉진 물질 방출형 임플란트 또는 스캐폴드 및 그 제조방법{Antibiotics and osteoinductive molecules-eluting implant or scaffold with enhanced osteointegration and antibacterial activity and the manufacturing method thereof}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an antibiotic and an osteogenesis promoting material-releasing implant or scaffold having improved bone fusion and antimicrobial activity, and an osteoinductive molecule-eluting implant or scaffold with enhanced osteointegration and antibacterial activity and the manufacturing method thereof.

본 발명은 정형외과용 또는 치과용 임플란트 또는 스캐폴드 이식 후 발생하는 박테리아 감염을 방지하고 동시에 골융합 및 골형성을 유도 촉진할 수 있는 기능성 임플란트 또는 스캐폴드 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to functional implants or scaffolds capable of preventing bacteria infection after orthopedic or dental implant or scaffold implantation and at the same time inducing osseointegration and osteogenesis, and a method for manufacturing the same.

임플란트(implant) 또는 스캐폴드(scaffold)는 생체 내에 매식되어 소기의 기능을 발휘하는 생체 매식용 의료기구이다. 따라서 임플란트 또는 스캐폴드는 반복되는 하중 및 순간적인 압력에도 견딜 수 있는 기계적 강도를 지니고 있어야 함은 물론, 생체 친화성(biocompatibility), 화학적 적합성(chemical compatibility) 등의 조건을 만족해야 한다.An implant or a scaffold is a biomedical medical device which is implanted in vivo and exhibits a desired function. Therefore, the implant or scaffold must have mechanical strength to withstand repeated loads and transient pressures, and must meet biocompatibility, chemical compatibility, and other conditions.

따라서 임플란트 또는 스캐폴드 재료 중 현재 가장 많이 사용되고 있는 재료는 생체적합성이 뛰어난 티타늄과 일부의 티타늄 합금 등이다. 티타늄은 비중이 낮아서 다른 금속재료에 비해 상대적으로 가볍지만 다른 금속과의 합금으로 제조되거나 적절한 처리과정을 거치면 강도가 향상될 수 있고 또한 공기 중이나 수중에서 매우 치밀하고 재형성 능력이 뛰어난 부동태 산화 피막을 형성하여 매우 큰 부식저항성을 갖는다. 또한, 골 내에 매식되었을 때 골과의 유착(osteointegration)이 일어나는 장점이 있으므로 현재 임플란트 또는 스캐폴드의 소재로서 가장 널리 사용되고 있다.Therefore, the most widely used materials among the implant or scaffold materials are titanium and titanium alloys which are highly biocompatible. Titanium is relatively lightweight compared to other metal materials due to its low specific gravity, but it can be made of an alloy with other metals or can be strengthened by proper treatment. Also, passive oxide film And has a very large corrosion resistance. In addition, osteointegration occurs when bone is implanted in the bone, and thus it is most widely used as a material for current implants or scaffolds.

이러한 뛰어난 기계적 특성, 화학적 안정성, 생체적합성 등의 특성을 갖는 티타늄 및 그의 합금은 정형외과 및 치과영역에서 사용되는 임플란트 또는 스캐폴드로 널리 사용이 되고 있다. 하지만, 임플란트 또는 스캐폴드와 골 조직 간의 불충분한 결합이 임플란트 또는 스캐폴드를 느슨하게 하고 결국에는 임플란트 또는 스캐폴드의 이식 실패에 이르게 된다. 티타늄 표면과 골 조직사이의 골 융합을 향상시키기 위해, 칼슘 포스페이트 또는 히드록시아파타이트 코팅, 생체분자, 단백질, 표면 지형의 제어를 통한 표면 개질과 기능화에 대한 다양한 방법들이 개발이 되어져 왔다. 최근에, 조골세포의 기능을 향상시키기 위해, 콜라젠 젤, 스폰지, 피브노젠, 키토산 등을 이용한 골형성 성장인자 BMP-2 (Bone morphogenic protein-2) 전달시스템이 개발되어 왔다. 하지만, 이러한 약물전달체 중에 몇몇은 BMP-2가 단기간에 빠른 약물 방출과 초기에 갑작스런 방출되는 문제점을 나타내었다.Titanium and its alloys having such excellent mechanical properties, chemical stability, biocompatibility, and the like are widely used as implants or scaffolds used in orthopedic and dental fields. However, insufficient bonding between the implant or scaffold and the bone tissue loosens the implant or scaffold and eventually leads to implantation failure of the implant or scaffold. A variety of methods have been developed for surface modification and functionalization through control of calcium phosphate or hydroxyapatite coatings, biomolecules, proteins, and surface topography to improve bone fusion between the titanium surface and bone tissue. Recently, a bone morphogenic protein-2 (BMP-2) delivery system using collagen gel, sponge, fibrinogen, chitosan, etc. has been developed to improve osteoblast function. However, some of these drug delivery vehicles have shown the problem that BMP-2 is released rapidly in the short term and suddenly in the early stage.

정형외과 또는 치과 영역의 임플란트 또는 스캐폴드의 이식 실패에 대한 또 다른 주요 원인은 금속표면에 대한 박테리아의 감염과 관련이 되어 있다. 일반적인 티타늄 임플란트는 삽입하는 동안 환자 자신의 피부 또는 점막으로부터 유래하는 박테리아에 감염이 되기 쉽다. 임플란트 표면에 박테리아가 부착되어 성장을 하면, 박테리아 세포는 두꺼운 생체필름을 형성하게 되고, 이는 숙주방어 메커니즘과 투여된 항생제의 확산/침투를 막는 주요 장애물 역할을 한다. 이러한 박테리아 감염은 임플란트의 실패의 원인이 되며, 임플란트 제거에 따른 추가 비용과 함께 환자의 질병을 악화시킬 수 있다.Another major cause of implant failure in implants or scaffolds in the orthopedic or dental field is related to bacterial infections on metal surfaces. Typical titanium implants are susceptible to infection by bacteria from the patient's own skin or mucosa during insertion. When bacteria attach to the surface of the implant and grow, the bacterial cells form a thick biomembrane, which is a major obstacle to the host defense mechanism and the diffusion / penetration of the administered antibiotic. These bacterial infections cause failure of the implant and may exacerbate the patient's illness with the additional cost of implant removal.

이러한 문제점 중, 단기간 내에 빠른 약물방출과 초기 갑작스런 방출의 문제점을 해결하기 위해, 음전하를 띄는 선형 다당류인 헤파린을 화학적으로 티타늄 표면에 결합함으로써, BMP-2가 천천히 방출될 수 있도록 약물방출속도를 제어할 수 있었다(Sung Eun Kim et al., Biomaterials, 2011, 32(2), 366-373). 그러나, 이는 박테리아 세포의 부착 및 감염 억제 효과는 낮을 것으로 사료된다. Among these problems, in order to solve problems of rapid drug release and initial sudden release within a short period of time, heparin, which is a negatively charged linear polysaccharide, is chemically bound to a titanium surface to control the drug release rate so that BMP-2 can be slowly released (Sung Eun Kim et al., Biomaterials , 2011, 32 (2), 366-373). However, it is considered that the bacterial cell adhesion and the infection inhibiting effect are low.

또한 골융합 효능을 향상시키기 위하여 대한민국 공개특허 제2007-0068240호에는 재조합 골형성 촉진 단백질을 도포하여 턱뼈에 매식하면 시술부위 주변의 성체 미분화세포가 빠르게 골세포로 분화되어 골유도성 치유가 일어나도록 하여 치유기간을 단축시킬 수 있는 치과용 임플란트가 개시되어 있으나, 상기 기술은 임플란트 표면에 박테리아의 부착 및 감염될 수 있는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하고자 실제 임상에서는 박테리아 부착 및 감염 방지를 위하여 환자에게 항생제를 추가적으로 복용해야한다.In addition, Korean Patent Publication No. 2007-0068240 discloses a method for improving osteoblast function by implanting recombinant osteogenesis promoting protein into a jaw bone to rapidly differentiate undifferentiated cells around a treatment site into bone cells, There is a problem in that the above-described technique can adhere and infect bacteria on the surface of the implant. In order to solve these problems, it is necessary to add antibiotics to patients in order to prevent bacterial adhesion and infection.

또한, 박테리아 감염을 방지하고 골융합 효능을 향상시키기 위해, Wilson Wang 그룹(Biomacromolecules, 2009, 10(6) 1603-1611; Tissue Eng Part A, 2009, 15(2), 417-426; Biomaterials, 1008, 29(10), 1412-1421; J Biomed Mater Res A, 2008, 86(4), 85-872)에서는 키토산 및 그의 유도체, 덱스트란, 히알루론산, 펩타이드 등이 표면에 결합된 티타늄 임플란트가 개발이 되어 왔다. 이러한 티타늄 임플란트는 조골세포의 부착, 증식 및 알칼리성 포스파타제 활성도를 현저히 증가시켰으며, 동시에 황색포도알균(Staphylococcus aureus)과 표피포도알균(Staphylococcus epidermidis)과 같은 박테리아의 부착을 감소시켰다. 그러나, 이러한 고분자 또는 펩타이드만으로 결합된 티타늄 임플란트의 경우, 임플란트 표면에 박테이라의 부착 및 감염을 최소화 또는 방지하기 위해서 의사의 처방을 받은 항생제를 추가적으로 복용을 해야만 하는 번거로움이 있다.Also, in order to prevent bacterial infections and improve the osseointegration efficacy, the Wilson Wang group (Biomacromolecules, 2009, 10 (6) 1603-1611; Tissue Eng Part A, 2009, 15 (2), 417-426; Biomaterials, 29 (10), 1412-1421; J Biomed Mater Res A 2008, 86 (4), 85-872) developed a titanium implant in which chitosan and its derivatives, dextran, hyaluronic acid, Has come. These titanium implants markedly increased the attachment, proliferation and alkaline phosphatase activity of osteoblast cells, while at the same time, Staphylococcus aureus ) and Staphylococcus epidermidis ). However, in the case of a titanium implant bonded with only such a polymer or peptide, there is a need to additionally take an antibiotic prescribed by a doctor in order to minimize or prevent the attachment and infection of bacterias on the surface of the implant.

이에 본 발명자들은 정형외과 또는 치과에서 사용되는 임플란트 또는 스캐폴드의 이식 후에 발생될 수 있는 박테리아 부착 및 감염을 방지하고, 추가적으로 항생제 복용이 필요가 없으며, 동시에 골 조직과의 융합 및 골형성 효능을 갖고 있는, 항생제와 골형성 촉진 물질이 동시에 지속적으로 서방형 방출이 가능한 기능성 임플란트 또는 스캐폴드를 발명하게 되었다.Therefore, the present inventors have found that it is possible to prevent bacterial adhesion and infection that may occur after implantation of an implant or scaffold used in an orthopedic or dental clinic, and to avoid the need for additional antibiotic administration, The inventors have invented functional implants or scaffolds capable of simultaneously sustained release of antibiotics and bone formation promoting materials.

KR2007-0068240 AKR2007-0068240A

Biomaterials, 2011, 32(2), 366-373, Sung Eun Kim et al.Biomaterials, 2011, 32 (2), 366-373, Sung Eun Kim et al.

본 발명의 목적은 정형외과 또는 치과용 임플란트 또는 스캐폴드의 이식 후에 발생될 수 있는 박테리아 감염을 방지하고, 골융합 및 골형성 효능을 동시에 갖는 임플란트 또는 스캐폴드를 제공하는 것으로, 보다 상세하게는 임플란트 또는 스캐폴드의표면을 고분자로 개질하여 임플란트 또는 스캐폴드의 표면을 기능화(활성화)하고, 물리적 결합을 통하여 고분자로 활성화된 임플란트 또는 스캐폴드의 표면에 항생제와 골형성 촉진 물질을 고정화하여, 항생제와 골형성 촉진 물질을 동시에 지속적으로 서방형으로 방출할 수 있는, 항생제와 골형성 촉진 물질 방출형 임플란트 또는 스캐폴드 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an implant or scaffold having both osseointegration and osteogenesis efficacy and preventing bacterial infections that may occur after transplantation of orthopedic or dental implants or scaffolds, The surface of the scaffold is modified with a polymer to functionalize (activate) the surface of the implant or scaffold, and the antibiotic and the bone formation promoting substance are immobilized on the surface of the polymer-activated implant or scaffold through physical bonding, And an antibiotic, an implant for promoting osteogenesis-releasing-type implant or scaffold, and a method for manufacturing the same, which are capable of simultaneously and continuously releasing a growth promoting substance.

본 발명은 고분자 - 카테콜 작용기를 함유하는 화합물의 복합체를 이용하여 표면을 개질한 임플란트 또는 스캐폴드로서, 상기 임플란트 또는 스캐폴드는 항생제 및 골형성 촉진물질 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 임플란트 또는 스캐폴드를 제공한다.The present invention relates to an implant or scaffold whose surface has been modified using a complex of a compound containing a polymer-catechol functional group, wherein the implant or scaffold comprises one or two or more selected from antibiotics and bone formation promoting substances Lt; / RTI > implant or scaffold.

또한 본 발명은 (a) 고분자 - 카테콜 작용기를 함유하는 화합물의 복합체를 제조하는 단계;The present invention also relates to a process for the preparation of (a) preparing a complex of a compound containing a polymer-catechol functional group;

(b) 상기 (a)단계에서 제조된 고분자 - 카테콜 작용기를 함유하는 화합물의 복합체를 이용하여 임플란트 또는 스캐폴드 표면을 개질시켜, 표면을 활성화시키는 단계;(b) modifying the surface of the implant or scaffold using the complex of the compound containing the polymer-catechol functional group prepared in the step (a), thereby activating the surface;

(c) 상기 (b)단계에서 제조된 표면 활성화된 임플란트 또는 스캐폴드를 항생제가 포함된 용액에 침지한 후, 20 ~ 25℃에서 4 내지 24시간 동안 교반하여, 항생제를 임플란트 또는 스캐폴드 표면에 고정화시키는 단계; 및(c) immersing the surface activated implant or scaffold prepared in step (b) in a solution containing an antibiotic, and then agitating the solution at 20 to 25 ° C for 4 to 24 hours to remove the antibiotic on the surface of the implant or scaffold Immobilization; And

(d) 상기 (c) 단계에서 제조된 항생제가 표면에 고정화된 임플란트 또는 스캐폴드를 골 형성 촉진 물질이 포함된 용액에 침지한 후, 20 ~ 25℃에서 4 내지 24시간 동안 교반하여, 항생제/골 형성 촉진 물질을 임플란트 또는 스캐폴드 표면에 고정화시키는 단계를 포함하는 임플란트 또는 스캐폴드의 제조방법을 제공한다.(d) immersing an implant or scaffold immobilized on the surface with the antibiotic prepared in step (c) in a solution containing the bone formation promoting material, stirring the mixture at 20 to 25 ° C for 4 to 24 hours, And immobilizing the bone formation promoting material on the surface of the implant or scaffold.

본 발명의 임플란트 또는 스캐폴드는 항생제 및 골형성 촉진 물질을 포함할 경우, 임플란트 또는 스캐폴드로부터 장기간 지속적으로 항생제가 방출이 되기 때문에 임플란트 또는 스캐폴드를 이식하는 과정 또는 이식 후에 발생할 수 있는 박테리아 부착, 성장 및 감염을 방지하여, 박테리아에 의한 임플란트 또는 스캐폴드 이식 실패율을 현저히 감소시킬 수 있다. 또한, 임플란트 또는 스캐폴드 이식 후에도 추가적으로 항생제를 복용해야하는 번거로움이 없다. 게다가, 골융합 및 골형성을 촉진하는 물질(골 형성 촉진 물질)이 장기간 지속적으로 방출이 되기 때문에 임플란트 또는 스캐폴드와 골조직 사이의 부착, 조골세포의 분화를 촉진하여 골형성을 향상시킬 수 있기 때문에 임플란트 또는 스캐폴드 이식 후 치료기간이 단축이 될 수가 있으며, 임플란트 또는 스캐폴드 이식 성공률을 높일 수 있기 때문에 경제적 부담감을 줄일 수 있다.When the implant or scaffold of the present invention includes the antibiotic and the bone formation promoting substance, since the antibiotic is continuously released from the implant or the scaffold for a long period of time, the implant or scaffold can be used for implantation or scaffold implantation, Growth, and infection, thereby significantly reducing the failure rate of implant or scaffold implantation by bacteria. In addition, there is no need to take additional antibiotics after implantation or scaffold implantation. In addition, since the material for promoting osseointegration and osteogenesis (bone formation promoting material) is continuously released for a long period of time, adhesion between the implant or scaffold and bone tissue, and osteoblast differentiation can be promoted to improve bone formation. Or scaffold transplantation, and the economic burden can be reduced because the success rate of implant or scaffold implantation can be increased.

도 1은 헤파린 처리하여 개질된 임플란트의 티타늄 금속표면에 항생제인 젠타마이신과 골형성 촉진 성장인자 BMP-2를 순차적으로 고정화시키는 방법을 도시하고 있다.
도 2는 비교예 1 내지 4 및 실시예 1의 임플란트 티타늄 표면의 주사전자현미경 사진으로, 각각 (a) 티타늄(비교예 1), (b) 헤파린-티타늄(비교예 2), (c) 젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄(비교예 3), (d) BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄(비교예 4), (e) 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린 티타늄(실시예 1)의 표면에 대한 주사전자현미경 사진을 도시하고 있다.
도 3은 임플란트의 티타늄(비교예 1) 및 활성화된 티타늄(헤파린-티타늄(비교예 2), 젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄(비교예 3), BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄(비교예 4), 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린 티타늄(실시예 1))들의 X-선 광전자 분광기를 이용한 표면의 화학적 원소분석 결과를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 실험예 2에 따른 비교예 2 내지 4 및 실시예 1의 활성화된 티타늄으로부터 젠타마이신 또는 BMP-2의 약물 방출을 보여주는 결과를 나타낸 그래프로, 도 4a는 젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄(비교예 3, GSHep-Ti) 및 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린 티타늄(실시예 1, GS/BMP-2 Hep-Ti)으로부터 젠타마이신의 약물 방출 거동을 도시하고 있으며, 도 4b는 BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄(비교예 4, BMP-2/Hep-Ti) 및 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린 티타늄(실시예 1, GS/BMP-2 Hep-Ti)으로부터 BMP-2의 약물 방출 거동 결과를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 실험예 3에 따른 비교예 1(Pristine Ti) 및 기능화된 티타늄 (젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄(비교예 3, GSHep-Ti), BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄(비교예 4, BMP-2/Hep-Ti) 및 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린 티타늄(실시예 1, GS/BMP-2 Hep-Ti))들의 황색포도알균(Staphylococcus aureus) 박테리아 세포에 대한 항균 효과에 대한 결과를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 실험예 4에 따른 비교예 1(Pristine Ti) 및 기능화된 티타늄 (헤파린-티타늄(비교예 2, Heparinized Ti), 젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄(비교예 3, GSHep-Ti), BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄(비교예 4, BMP-2/Hep-Ti) 및 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린 티타늄(실시예 1, GS/BMP-2 Hep-Ti))들의 조골세포에 대한 세포독성 결과를 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 실험예 5에 따른 비교예 1(Pristine Ti) 및 기능화된 티타늄(헤파린-티타늄(비교예 2, Heparnized Ti), 젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄(비교예 3, GSHep-Ti), BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄(비교예 4, BMP-2/Hep-Ti) 및 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린 티타늄(실시예 1, GS/BMP-2 Hep-Ti))들의 조골세포에 대한 Live/Dead 분석 결과를 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 실험예 6에 따른 비교예 1(Pristine Ti) 및 기능화된 티타늄(헤파린-티타늄(비교예 2, Heparnized Ti), 젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄(비교예 3, GSHep-Ti), BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄(비교예 4, BMP-2/Hep-Ti) 및 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린 티타늄(실시예 1, GS/BMP-2 Hep-Ti))에 조골세포를 1일, 3일, 7일 배양 후의 세포증식에 대한 결과를 도시하고 있다.
도 9는 본 발명의 실험예 7에 따른 비교예 1(Pristine Ti) 및 기능화된 티타늄(헤파린-티타늄(비교예 2, Heparnized Ti), 젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄(비교예 3, GSHep-Ti), BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄(비교예 4, BMP-2/Hep-Ti) 및 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린 티타늄(실시예 1, GS/BMP-2 Hep-Ti))에 조골세포를 7일, 14일, 21일 배양 후의 알칼리성 포스파타제 활성도에 대한 결과를 도시하고 있으며,
도 10은 본 발명의 실험예 7에 따른 비교예 1(Pristine Ti) 및 기능화된 티타늄(헤파린-티타늄(비교예 2, Heparnized Ti), 젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄(비교예 3, GSHep-Ti), BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄(비교예 4, BMP-2/Hep-Ti) 및 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린 티타늄(실시예 1, GS/BMP-2 Hep-Ti))에 조골세포를 21일 동안 배양 후의 칼슘 침착에 대한 결과를 도시하고 있다.
도 11은 실시예 2의 (a) PCL/PLGA 스캐폴드 표면, (b) BMP-2 탑재 헤파린 PCL/PLGA 스캐폴드 표면, (c) BMP-2 탑재 헤파린-도파민 PCL/PLGA 스캐폴드 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과이다.
도 12는 PCL/PLGA 스캐폴드, BMP-2 탑재 헤파린-PCL/PLGA 스캐폴드, BMP-2 탑재 헤파린-도파민- PCL/PLGA 스캐폴드의 조골세포에 대한 세포독성을 평가하기 위해, 각각의 스캐폴드를 세포배양액에 넣고 배양한 후 450 nm에서 흡광도를 측정한 결과이다.
도 13은 PCL/PLGA 스캐폴드, BMP-2 탑재 헤파린-PCL/PLGA 스캐폴드, BMP-2 탑재 헤파린-도파민-PCL/PLGA 스캐폴드의 조골세포에 대한 세포증식을 평가하기 위해, 1 × 105 개의 조골세포를 각각의 스캐폴드에 넣고 1일, 3일, 7일을 배양한 후, 450 nm에서 흡광도를 측정한 결과이다.
도 14는 PCL/PLGA 스캐폴드, BMP-2 탑재 헤파린-PCL/PLGA 스캐폴드, BMP-2 탑재 헤파린-도파민- PCL/PLGA 스캐폴드의 조골세포의 초기분화 마커인 알칼리성 포스파타제 활성도를 측정한 결과이다.
도 15는 PCL/PLGA 스캐폴드, BMP-2 탑재 헤파린-PCL/PLGA 스캐폴드, BMP-2 탑재 헤파린-도파민- PCL/PLGA 스캐폴드를 조골세포의 후기분화 마커인 칼슘침착을 측정한 결과이다.
도 16은 PCL/PLGA 스캐폴드, BMP-2 탑재 헤파린-PCL/PLGA 스캐폴드, BMP-2 탑재 헤파린-도파민- PCL/PLGA 스캐폴드에 대한 골형성능을 알아보기 위해, 쥐 경골(tibia)에 8 mm 골결손(bone defect) 부분에 이식된 각각의 스캐폴드를각각 hematoxylin and eosin (H&E) 과 Masson’s trichrome (MT) 염색을 한 후, 조직학적 분석을 한 결과이다.
도 17은 PCL/PLGA 스캐폴드, BMP-2 탑재 헤파린-PCL/PLGA 스캐폴드, BMP-2 탑재 헤파린-도파민- PCL/PLGA 스캐폴드에 대한 골형성능을 알아보기 위해, 쥐 경골(tibia)에 8 mm 골결손(bone defect) 부분에 이식된 각각의 스캐폴드에 대하여 X-ray 분석, CT 분석 및 조직형태학적 분석을 한 결과이다.
FIG. 1 shows a method of successively immobilizing antibiotic gentamycin and bone growth promoting growth factor BMP-2 on titanium metal surfaces of implants modified by heparin treatment.
FIG. 2 is a scanning electron microscope (SEM) image of the surfaces of the titanium implants of Comparative Examples 1 to 4 and Example 1, showing (a) titanium (Comparative Example 1), (b) heparin- (E) gentamycin / BMP-2-immobilized heparin-titanium (Example 1), (b) heparin- Lt; RTI ID = 0.0 > SEM < / RTI >
FIG. 3 is a graph showing the results of a comparison between the titanium of the implant (Comparative Example 1) and the activated titanium (heparin-titanium (Comparative Example 2), gentamycin immobilized heparin-titanium (Comparative Example 3), BMP-2 immobilized heparin- Example 4), and heparin titanium (Example 1) in which gentamicin / BMP-2 was immobilized) using X-ray photoelectron spectroscopy.
FIG. 4 is a graph showing the results of drug release of gentamicin or BMP-2 from activated titanium of Comparative Examples 2 to 4 and Example 1 according to Experimental Example 2 of the present invention, wherein FIG. Shows drug release behavior of gentamycin from heparin-titanium (Comparative Example 3, GSHep-Ti) and Gentamicin / BMP-2 immobilized heparin titanium (Example 1, GS / BMP-2 Hep-Ti) FIG. 4B is a graph showing the binding of heparin-titanium (Example 1, GS / BMP-2 Hep-Ti (BMP-2 / Hep-Ti) and Gentamycin / BMP- ) Shows the drug release behavior of BMP-2.
FIG. 5 is a graph showing the results of a comparison between the results of Comparative Example 1 (Pristine Ti) and functionalized titanium (gentamycin-immobilized heparin-titanium (Comparative Example 3, GSHep-Ti), BMP-2 immobilized heparin- (Comparative example 4, BMP-2 / Hep- Ti) and gentamicin / BMP-2 is fixed heparin titanium (example 1, GS / BMP-2 Hep -Ti)) Staphylococcus aureus (Staphylococcus of aureus < / RTI > bacteria cells.
FIG. 6 is a graph showing the results of a comparison between Comparative Example 1 (Pristine Ti) and functionalized titanium (heparin-titanium (Comparative Example 2, heparinized Ti), gentamicin-fixed heparin-titanium (Comparative Example 3, GSHep- (Example 1, GS / BMP-2 Hep-Ti), BMP-2 immobilized heparin-titanium (Comparative Example 4, BMP-2 / Hep-Ti) and Gentamycin / BMP- )) To the osteoblasts.
FIG. 7 is a graph showing the results of a comparison between the results of Comparative Example 1 (Pristine Ti) and functionalized titanium (heparin-titanium (Comparative Example 2, Heparnized Ti), gentamicin-fixed heparin-titanium (Comparative Example 3, GSHep- (Example 1, GS / BMP-2 Hep-Ti), BMP-2 immobilized heparin-titanium (Comparative Example 4, BMP-2 / Hep-Ti) and Gentamycin / BMP- )) On the osteoblasts.
FIG. 8 is a graph showing the results of a comparison between the values of Pristine Ti and functionalized titanium (heparin-titanium (Comparative Example 2, Heparnized Ti), gentamicin-fixed heparin-titanium (Comparative Example 3, GSHep- (Example 1, GS / BMP-2 Hep-Ti), BMP-2 immobilized heparin-titanium (Comparative Example 4, BMP-2 / Hep-Ti) and Gentamycin / BMP- )) For 1, 3, and 7 days after osteoblast cultivation.
FIG. 9 is a graph showing the results of a comparison between Comparative Example 1 (Pristine Ti) and functionalized titanium (heparin-titanium (Comparative Example 2, Heparnized Ti), gentamicin-fixed heparin-titanium (Comparative Example 3, GSHep- (Example 1, GS / BMP-2 Hep-Ti), BMP-2 immobilized heparin-titanium (Comparative Example 4, BMP-2 / Hep-Ti) and Gentamycin / BMP- )) Showing the results of alkaline phosphatase activity after osteoblasts were cultured for 7 days, 14 days, and 21 days,
FIG. 10 is a graph showing the results of a comparison between Comparative Example 1 (Pristine Ti) and functionalized titanium (heparin-titanium (Comparative Example 2, Heparnized Ti), Gentamycin immobilized heparin-titanium (Comparative Example 3, GSHep- (Example 1, GS / BMP-2 Hep-Ti), BMP-2 immobilized heparin-titanium (Comparative Example 4, BMP-2 / Hep-Ti) and Gentamycin / BMP- )) Showing the results of calcium deposition after 21 days of osteoblast cultivation.
Figure 11 shows the results obtained by injecting the surface of heparin-dopamine PCL / PLGA scaffold surface of (a) PCL / PLGA scaffold surface of Example 2, (b) BMP-2 loaded heparin PCL / PLGA scaffold surface, and (c) BMP- The results were observed with an electron microscope.
12 is a graph showing the cell toxicity of osteoblasts to PCL / PLGA scaffolds, BMP-2 loaded heparin-PCL / PLGA scaffolds, and BMP-2 loaded heparin-dopamine-PCL / PLGA scaffolds, Was incubated in the cell culture medium and the absorbance was measured at 450 nm.
13 is a PCL / PLGA scaffolds, BMP-2 with heparin -PCL / PLGA scaffolds, BMP-2 with heparin - In order to evaluate the cell proliferation of the osteoblasts in the dopamine -PCL / PLGA scaffolds, 1 × 10 5 The number of osteoblast cells in each scaffold was measured after incubation for 1, 3, and 7 days at 450 nm.
FIG. 14 shows the results of measurement of alkaline phosphatase activity as an early differentiation marker of osteoblast of PCL / PLGA scaffold, BMP-2 loaded heparin-PCL / PLGA scaffold, and BMP-2 loaded heparin-dopamine-PCL / PLGA scaffold .
FIG. 15 shows the results of measurement of calcium deposition, which is a late differentiation marker of osteoblast, with PCL / PLGA scaffold, BMP-2 loaded heparin-PCL / PLGA scaffold and BMP-2 loaded heparin-dopamine-PCL / PLGA scaffold.
Fig. 16 shows the bone morphology of the PCL / PLGA scaffold, BMP-2 loaded heparin-PCL / PLGA scaffold, and BMP-2 loaded heparin-dopamine-PCL / PLGA scaffolds. After histological analysis of each scaffold transplanted to the bone defect, hematoxylin and eosin (H & E) and Masson's trichrome (MT) staining were performed.
FIG. 17 shows the bone morphology of the PCL / PLGA scaffold, BMP-2 loaded heparin-PCL / PLGA scaffold, and BMP-2 loaded heparin-dopamine-PCL / PLGA scaffolds. The results of X-ray analysis, CT analysis, and histomorphometric analysis of each scaffold transplanted to the bone defect region were obtained.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described more specifically.

본 발명은 고분자 - 카테콜 작용기를 함유하는 화합물의 복합체를 이용하여 표면을 개질한 임플란트 또는 스캐폴드로서, 상기 임플란트 또는 스캐폴드는 항생제 및 골형성 촉진물질 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 임플란트 또는 스캐폴드를 제공한다.The present invention relates to an implant or scaffold whose surface has been modified using a complex of a compound containing a polymer-catechol functional group, wherein the implant or scaffold comprises one or two or more selected from antibiotics and bone formation promoting substances Lt; / RTI > implant or scaffold.

보다 상세하게, 본 발명은 생체적합성이 뛰어난 고분자를 강력한 공유결합 또는 비공유결합을 통하여 임플란트 또는 스캐폴드의 표면을 개질하고, 박테리아 부착 및 감염을 억제할 수 있는 항생제 및/또는 골 융합 및 골 형성을 증가시킬 수 있는 골형성 촉진 물질을 고분자로 표면이 개질된 임플란트 또는 스캐폴드 표면에 고정화를 함으로써, 항생제 및/또는 골형성 촉진 물질이 서방형으로 동시에 방출이 가능한 기능성 임플란트 또는 스캐폴드를 제공한다. More specifically, the present invention relates to a method for modifying the surface of an implant or a scaffold through a strong covalent bond or a non-covalent bond with a biocompatible polymer, and an antibiotic and / or bone fusion and bone formation capable of inhibiting bacterial adhesion and infection Wherein the antibiotic and / or the bone formation promoting substance can be released in a sustained release form simultaneously by immobilizing the bone formation promoting substance which can increase the bone formation promoting substance on the surface of the implant or scaffold modified with the polymer.

본 발명의 일 구체예에서, 상기 임플란트 또는 스캐폴드의 표면은 생체적합성이 뛰어난 티타늄과 일부의 티타늄 합금으로 이루어질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the surface of the implant or scaffold may be made of titanium and titanium alloy having excellent biocompatibility.

본 발명의 다른 구체예에서, 상기 임플란트 또는 스캐폴드의 표면은 폴리카프로락톤(PCL); 폴리유산(polylactic acids, PLA), 폴리글리콜산(polyglycolic acid) 또는 이들의 공중합체인 PLGA; 폴리리드록시부티레이트-코-발레레이트(PHBV), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS) 및 폴리필렌 글리콜산(PG)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 생분해성 플라스틱 조성물로 이루어질 수 있다.
In another embodiment of the present invention, the surface of the implant or scaffold is selected from the group consisting of polycaprolactone (PCL); Polylactic acids (PLA), polyglycolic acid, or copolymers thereof; One or two or more kinds of biodegradable plastic (s) selected from the group consisting of polylaidoxybutyrate-co-valerate (PHBV), polyvinyl alcohol (PVA), polybutylene succinate (PBS) and polyphenylene glycol acid ≪ / RTI >

상기 임플란트 또는 스캐폴드의 표면 개질에 사용될 수 있는 고분자는 생체적합성 고분자로, 헤파린 (Heparin), 헤파란설페이트 (Heparan sulfate), 히알루론산(Hyaluronic acid), 알지네이트(Alginate), 폴리아스파틱산 [Poly(aspartic acid)], 폴리아크릴산 [Poly(acrylic acid)], 폴리글루타믹산 [Poly(glutamic acid)], 카르복시메틸셀룰로오스(Carboxymethyl cellulose), 젤라틴(Gelatin), 콜라젠(Collagen), 키토산(Chitosan) 및 그의 유도체, 글라이콜키토산(Glycol chitosan), 폴리-L-라이신 (Poly-L-lysine), 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine), 및 말단에 아민 그룹의 작용기를 갖는 덴드리머(Dendrimer)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The polymer which can be used for the surface modification of the implant or scaffold is a biocompatible polymer and is a biocompatible polymer such as heparin, heparan sulfate, hyaluronic acid, alginate, polyaspartic acid [ aspartic acid], poly (acrylic acid), poly (glutamic acid), carboxymethyl cellulose, gelatin, collagen, chitosan and A derivative thereof, a derivative thereof, a glycerol chitosan, a poly-L-lysine, a polyethyleneimine, and a dendrimer having an amine group functional group at the terminal. Or two or more species, but is not limited thereto.

상기 말단에 아민 그룹의 작용기를 갖는 덴드리머(Dendrimer)는 중심에서부터 방사상으로 결합된 반복단위(세대)로 구성되는 것으로, 상기 덴드리머의 세대(generation) 수는 1 내지 5인 것이 바람직하다. The dendrimer having an amine group functional group at the terminal is composed of a repeating unit (generation) bonded radially from the center, and the number of generations of the dendrimer is preferably 1 to 5.

상기 고분자가 임플란트 또는 스캐폴드의 표면에 강력한 공유결합 또는 비공유결합을 형성할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명에서는 실질적으로 모든 종류의 무기 및 유기 기판에 접착할 수 있는 부착유기물을 갖는 홍합(Mussel)의 접착 특성을 이용하였다. 홍합의 강력한 접착 특성은 플라크-기판 접면 근처에서 발견되는 3,4-다이하이드록시-L-페닐알라닌(3,4-dihydroxy-L-phenylalanine, DOPA) 및 라이신 아미노산이 풍부한 단백질의 아미노산에서 기인하는 것으로 보여진다. 상기 DOPA는 접착물질의 고화를 초래하는 반응에 관여할 뿐만 아니라, 기판과 강력한 공유결합 또는 비공유결합을 형성한다. 특히, DOPA 구조식 중에 카테콜(catechol)이라 불리는 오르소-다이하이드록시페닐(ortho-dihydroxyphenyl)의 작용기가 기판과 강력한 공유결합 또는 비공유결합을 형성하는데 중요한 역할을 한다. 따라서 본 발명에서는 상기 생체적합성 고분자를 임플란트 또는 스캐폴드 표면에 결합을 하기 위해서, 카테콜 작용기를 함유하는 화합물을 이용하였다. 상기 카테콜 작용기를 함유하는 화합물은 3,4-다이하이드록시페닐알라닌(L-3,4-dihydroxyphenylalanine), 도파민(Dopamine), 3,4-다이하이드록시벨질아민(3,4-dihydroxybenzylamine), 노르에피네피린(norepinephirine);, 3,4-다이하이드록시벤즈알데히드(3,4,-dihydroxybenzaldehyde), 3,4-다이하이드록시벤조익산(3,4-dihydroxybenzoic acid), 카페익산(Caffeic acid) 및 3,4-다이하이드록시-페닐아세트산(3,4-Dihydroxyphenylacetic acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물인 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다. In order to allow the polymer to form strong covalent or noncovalent bonds on the surface of implants or scaffolds, the present invention provides a method for the preparation of mussel < RTI ID = 0.0 > Adhesion properties were used. The strong adhesion properties of mussels are due to the amino acids of 3,4-dihydroxy-L-phenylalanine (DOPA) and lysine amino acid-rich proteins found near the plaque-substrate interface . The DOPA not only participates in a reaction that causes solidification of the adhesive material, but also forms strong covalent or noncovalent bonds with the substrate. In particular, the ortho-dihydroxyphenyl functional group called catechol in the DOPA structural formula plays an important role in forming a strong covalent bond or a noncovalent bond with the substrate. Therefore, in the present invention, a compound containing a catechol functional group is used for binding the biocompatible polymer to the surface of the implant or scaffold. The compound containing the catechol functional group is preferably selected from the group consisting of 3,4-dihydroxyphenylalanine, Dopamine, 3,4-dihydroxybenzylamine, Norepinephrine, 3,4-dihydroxybenzaldehyde, 3,4-dihydroxybenzoic acid, caffeic acid, and the like. Dihydroxyphenylacetic acid, and 3,4-dihydroxyphenylacetic acid. However, the present invention is not limited thereto.

상기 고분자를 카테콜 작용기를 포함하는 화합물을 이용하여 임플란트 또는 스캐폴드의 표면에 결합시켜, 임플란트 또는 스캐폴드의 표면을 활성화 또는 기능화시키는 고분자-카테콜을 함유한 화합물의 복합체는, 고분자와 카테콜을 함유하는 화합물에 가교제(crosslinker)를 사용함으로써 제조할 수 있다.The complex of a polymer-catechol-containing compound that binds the polymer to the surface of an implant or scaffold using a compound containing a catechol functional group and activates or functionalizes the surface of the implant or scaffold, By using a crosslinker in the compound containing the crosslinking agent.

상기 고분자-카테콜 작용기를 함유한 화합물의 복합체는 상기 고분자의 아민그룹 또는 카르복시그룹의 작용기; 및 The complex of the compound containing the polymer-catechol functional group is preferably a functional group of the amine group or the carboxy group of the polymer; And

카테콜 작용기를 포함하는 화합물의 아민그룹, 카르복시그룹 또는 알데히드 작용기로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 작용기와의 화학적으로 결합할 수 있는 조합에 의하여 형성되는 것이 바람직하며, 이에 따라 제조된 고분자-카테콜 작용기를 함유한 화합물의 복합체를 이용하여 임플란트 또는 스캐폴드의 표면을 개질할 수 있다.Is preferably formed by a combination of a compound containing a catechol functional group capable of chemically bonding with any one functional group selected from the group consisting of an amine group, a carboxy group and an aldehyde functional group, and the polymer- The surface of the implant or scaffold can be modified using a complex of a compound containing a call functional group.

상기 고분자-카테콜을 함유한 화합물의 복합체는 다음과 같은 조합에 의하여 제조되는 것이 보다 바람직하다. 예를 들면, 카르복시 그룹의 작용기를 가지고 있는 고분자인 헤파린 (Heparin), 헤파란설페이트 (Heparan sulfate), 히알루론산(Hyaluronic acid), 알지네이트(Alginate), 폴리아스파틱산 [Poly(aspartic acid)], 폴리아크릴산 [Poly(acrylic acid)], 폴리글루타믹산 [Poly(glutamic acid)], 카르복시메틸셀룰로오스(Carboxymethyl cellulose), 젤라틴(Gelatin), 콜라젠(Collagen)은 아민그룹의 작용기를 갖는 카테콜을 함유하는 화합물인 3,4-다이하이드록시페닐알라닌(L-3,4-dihydroxyphenylalanine), 도파민(Dopamine), 3,4-다이하이드록시벤질아민(3,4-dihydroxybenzylamine), 노르에피네피린(norepinephirine)과 다양한 조합을 통하여 고분자-카테콜을 함유하는 화합물 복합체를 제조할 수 있다. 또한, 아민 그룹의 작용기를 갖는 고분자인 젤라틴(Gelatin), 콜라젠(Collagen), 키토산(Chitosan) 및 그의 유도체, 글라이콜키토산(Glycol chitosan), 폴리-L-라이신 (Poly-L-lysine), 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine), 덴드리머(Dendrimer)는 카르복시 작용기 또는 알데히드 작용기를 갖는 카테콜 함유 화합물인 3,4-다이하이드록시벤즈알데히드(3,4,-dihydroxybenzaldehyde), 3,4-다이하이드록시벤조익산(3,4-dihydroxybenzoic acid), 카페익산(Caffeic acid), 3,4-다이하이드록시-페닐아세트산(3,4-Dihydroxyphenylacetic acid)와 다양한 조합을 통하여 고분자-카테콜을 함유하는 화합물 복합체를 제조할 수 있다. 하기 표 1은, 고분자와 카테콜 함유하는 화합물의 다양한 조합을 통하여 얻어질 수 있는 고분자-카테콜을 함유하는 복합체의 예를 제공하고 있다.
It is more preferable that the complex of the polymer-catechol-containing compound is prepared by the following combination. For example, a polymer having a functional group of a carboxy group such as heparin, heparan sulfate, hyaluronic acid, alginate, poly (aspartic acid), poly Poly (glutamic acid), Carboxymethyl cellulose, Gelatin, and Collagen contain a catechol having a functional group of an amine group, such as poly (acrylic acid), polyglutamic acid, Compounds such as 3,4-dihydroxyphenylalanine, Dopamine, 3,4-dihydroxybenzylamine, norepinephirine and 3,4-dihydroxyphenylalanine. Compound complexes containing polymer-catechol can be prepared through various combinations. In addition, a polymer having functional groups of an amine group such as Gelatin, Collagen, Chitosan and derivatives thereof, Glycol chitosan, Poly-L-lysine, Polyethyleneimine and Dendrimer are catechol-containing compounds having a carboxy functional group or an aldehyde functional group such as 3,4-dihydroxybenzaldehyde (3,4-dihydroxybenzaldehyde), 3,4-dihydroxybenzoic acid A compound complex containing a polymer-catechol is prepared through various combinations with 3,4-dihydroxybenzoic acid, Caffeic acid, 3,4-dihydroxyphenylacetic acid, . Table 1 below provides examples of complexes containing polymer-catechol that can be obtained through various combinations of polymers and compounds containing catechol.

고분자-카테콜 함유한 화합물 복합체 Polymer-catechol-containing compound complex 고분자 종류Polymer type 결합 가능한 카테콜 함유 화합물 Bondable catechol-containing compound 제조 가능한 고분자-카테콜 함유
화합물 복합체
Manufacturable polymer-containing catechol
Compound complex
Heparin (Hep)Heparin (Hep) - 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA)
- Dopamine (DOPAm)
- 3,4-dihydroxybenzylamine (DHBA)
- norepinephirine (NENP)
- 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA)
- Dopamine (DOPAm)
- 3,4-dihydroxybenzylamine (DHBA)
- norepinephirine (NENP)
- Hep-DOPA
- Hep-DOPAm
- Hep-DHBA
- Hep-NENP
- Hep-DOPA
- Hep-DOPAM
- Hep-DHBA
- Hep-NENP
Heparin sulfate (HS)Heparin sulfate (HS) - 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA)
- Dopamine (DOPAm)
- 3,4-dihydroxybenzylamine (DHBA)
- norepinephirine (NENP)
- 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA)
- Dopamine (DOPAm)
- 3,4-dihydroxybenzylamine (DHBA)
- norepinephirine (NENP)
- HS-DOPA
- HS-DOPAm
- HS-DHBA
- HS-NENP
- HS-DOPA
- HS-DOPAM
- HS-DHBA
- HS-NENP
Hyaluronic acid (HA)Hyaluronic acid (HA) - 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA)
- Dopamine (DOPAm)
- 3,4-dihydroxybenzylamine (DHBA)
- norepinephirine (NENP)
- 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA)
- Dopamine (DOPAm)
- 3,4-dihydroxybenzylamine (DHBA)
- norepinephirine (NENP)
- HA-DOPA
- HA-DOPAm
- HA-DHBA
- HA-NENP
- HA-DOPA
- HA-DOPAM
- HA-DHBA
- HA-NENP
Alginate (AG)Alginate (AG) - 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA)
- Dopamine (DOPAm)
- 3,4-dihydroxybenzylamine (DHBA)
- norepinephirine (NENP)
- 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA)
- Dopamine (DOPAm)
- 3,4-dihydroxybenzylamine (DHBA)
- norepinephirine (NENP)
- AG-DOPA
- AG-DOPAm
- AG-DHBA
- AG-NENP
- AG-DOPA
- AG-DOPAm
- AG-DHBA
- AG-NENP
Polyaspartic acid (PAA)Polyaspartic acid (PAA) - 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA)
- Dopamine (DOPAm)
- 3,4-dihydroxybenzylamine (DHBA)
- norepinephirine (NENP)
- 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA)
- Dopamine (DOPAm)
- 3,4-dihydroxybenzylamine (DHBA)
- norepinephirine (NENP)
- PAA-DOPA
- PAA-DOPAm
- PAA-DHBA
- PAA-NENP
- PAA-DOPA
- PAA-DOPAm
- PAA-DHBA
- PAA-NENP
Polyacrylic acid (PAcA)Polyacrylic acid (PAcA) - 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA)
- Dopamine (DOPAm)
- 3,4-dihydroxybenzylamine (DHBA)
- norepinephirine (NENP)
- 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA)
- Dopamine (DOPAm)
- 3,4-dihydroxybenzylamine (DHBA)
- norepinephirine (NENP)
- PAcA-DOPA
- PAcA-DOPAm
- PAcA-DHBA
- PAcA-NENP
- PAcA-DOPA
- PAcA-DOPAm
- PAcA-DHBA
- PAcA-NENP
Polyglutamic acid (PGA)Polyglutamic acid (PGA) - 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA)
- Dopamine (DOPAm)
- 3,4-dihydroxybenzylamine (DHBA)
- norepinephirine (NENP)
- 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA)
- Dopamine (DOPAm)
- 3,4-dihydroxybenzylamine (DHBA)
- norepinephirine (NENP)
- PGA-DOPA
- PGA-DOPAm
- PGA-DHBA
- PGA-NENP
- PGA-DOPA
- PGA-DOPAM
- PGA-DHBA
- PGA-NENP
Carboxymethyl cellulose (CMC)Carboxymethyl cellulose (CMC) - 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA)
- Dopamine (DOPAm)
- 3,4-dihydroxybenzylamine (DHBA)
- norepinephirine (NENP)
- 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA)
- Dopamine (DOPAm)
- 3,4-dihydroxybenzylamine (DHBA)
- norepinephirine (NENP)
- CMC-DOPA
- CMC-DOPAm
- CMC-DHBA
- CMC-NENP
- CMC-DOPA
- CMC-DOPAM
- CMC-DHBA
- CMC-NENP
Gelatin (Gel)Gelatin (Gel) - 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA)
- Dopamine (DOPAm)
- 3,4-dihydroxybenzylamine (DHBA)
- norepinephirine (NENP)
- 3,4,-dihydroxybenzaldehyde (DHBAl)
- 3,4-dihydroxybenzoic acid (DHBAc)
- Caffeic acid (CFA)
- 3,4-Dihydroxyphenylacetic acid (DHPA)
- 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA)
- Dopamine (DOPAm)
- 3,4-dihydroxybenzylamine (DHBA)
- norepinephirine (NENP)
- 3,4-dihydroxybenzaldehyde (DHBAl)
- 3,4-dihydroxybenzoic acid (DHBAc)
- Caffeic acid (CFA)
- 3,4-Dihydroxyphenylacetic acid (DHPA)
- Gel-DOPA
- Gel-DOPAm
- Gel-DHBA
- Gel-NENP
- Gel-DHBAl
- Gel-DHBAc
- Gel-CFA
- Gel-DHPA
- Gel-DOPA
- Gel-DOPAM
- Gel-DHBA
- Gel-NENP
- Gel-DHBAl
- Gel-DHBAc
- Gel-CFA
- Gel-DHPA
Collagen (Col)Collagen (Col) - 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA)
- Dopamine (DOPAm)
- 3,4-dihydroxybenzylamine (DHBA)
- norepinephirine (NENP)
- 3,4,-dihydroxybenzaldehyde (DHBAl)
- 3,4-dihydroxybenzoic acid (DHBAc)
- Caffeic acid (CFA)
- 3,4-Dihydroxyphenylacetic acid (DHPA)
- 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA)
- Dopamine (DOPAm)
- 3,4-dihydroxybenzylamine (DHBA)
- norepinephirine (NENP)
- 3,4-dihydroxybenzaldehyde (DHBAl)
- 3,4-dihydroxybenzoic acid (DHBAc)
- Caffeic acid (CFA)
- 3,4-Dihydroxyphenylacetic acid (DHPA)
- Col-DOPA
- Col-DOPAm
- Col-DHBA
- Col-NENP
- Col-DHBAl
- Col-DHBAc
- Col-CFA
- Col-DHPA
- Col-DOPA
- Col-DOPAM
- Col-DHBA
- Col-NENP
- Col-DHBAl
- Col-DHBAc
- Col-CFA
- Col-DHPA
Chitosan (Chi)Chitosan (Chi) - 3,4,-dihydroxybenzaldehyde (DHBAl)
- 3,4-dihydroxybenzoic acid (DHBAc)
- Caffeic acid (CFA)
- 3,4-Dihydroxyphenylacetic acid (DHPA)
- 3,4-dihydroxybenzaldehyde (DHBAl)
- 3,4-dihydroxybenzoic acid (DHBAc)
- Caffeic acid (CFA)
- 3,4-Dihydroxyphenylacetic acid (DHPA)
- Chi-DHBAl
- Chi-DHBAc
- Chi-CFA
- Chi-DHPA
- Chi-DHBAl
- Chi-DHBAc
- Chi-CFA
- Chi-DHPA
Glycol chitosan (GC)Glycol chitosan (GC) - 3,4,-dihydroxybenzaldehyde (DHBAl)
- 3,4-dihydroxybenzoic acid (DHBAc)
- Caffeic acid (CFA)
- 3,4-Dihydroxyphenylacetic acid (DHPA)
- 3,4-dihydroxybenzaldehyde (DHBAl)
- 3,4-dihydroxybenzoic acid (DHBAc)
- Caffeic acid (CFA)
- 3,4-Dihydroxyphenylacetic acid (DHPA)
- GC-DHBAl
- GC-DHBAc
- GC-CFA
- GC-DHPA
- GC-DHBAl
- GC-DHBAc
- GC-CFA
- GC-DHPA
Poly-L-Lysine (PLL)Poly-L-Lysine (PLL) - 3,4,-dihydroxybenzaldehyde (DHBAl)
- 3,4-dihydroxybenzoic acid (DHBAc)
- Caffeic acid (CFA)
- 3,4-Dihydroxyphenylacetic acid (DHPA)
- 3,4-dihydroxybenzaldehyde (DHBAl)
- 3,4-dihydroxybenzoic acid (DHBAc)
- Caffeic acid (CFA)
- 3,4-Dihydroxyphenylacetic acid (DHPA)
- PLL-DHBAl
- PLL-DHBAc
- PLL-CFA
- PLL-DHPA
- PLL-DHBAl
- PLL-DHBAc
- PLL-CFA
- PLL-DHPA
Polyethyleneimine (PEI)Polyethyleneimine (PEI) - 3,4,-dihydroxybenzaldehyde (DHBAl)
- 3,4-dihydroxybenzoic acid (DHBAc)
- Caffeic acid (CFA)
- 3,4-Dihydroxyphenylacetic acid (DHPA)
- 3,4-dihydroxybenzaldehyde (DHBAl)
- 3,4-dihydroxybenzoic acid (DHBAc)
- Caffeic acid (CFA)
- 3,4-Dihydroxyphenylacetic acid (DHPA)
- PEI-DHBAl
- PEI-DHBAc
- PEI-CFA
- PEI-DHPA
- PEI-DHBAl
- PEI-DHBAc
- PEI-CFA
- PEI-DHPA
Dendrimer (Den)Dendrimer (Den) - 3,4,-dihydroxybenzaldehyde (DHBAl)
- 3,4-dihydroxybenzoic acid (DHBAc)
- Caffeic acid (CFA)
- 3,4-Dihydroxyphenylacetic acid (DHPA)
- 3,4-dihydroxybenzaldehyde (DHBAl)
- 3,4-dihydroxybenzoic acid (DHBAc)
- Caffeic acid (CFA)
- 3,4-Dihydroxyphenylacetic acid (DHPA)
- Den-DHBAl
- Den-DHBAc
- Den-CFA
- Den-DHPA
- Den-DHBAl
- Den-DHBAc
- Den-CFA
- Den-DHPA

상기 고분자의 중량평균분자량은 1,800 내지 300,000인 것이 바람직하다. 또한 상기고분자 - 카테콜 작용기를 함유하는 화합물의 복합체는 상기 고분자 1몰에 대하여 상기 카테콜 작용기를 함유하는 화합물 3 내지 25몰로 결합되는 것이 바람하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The weight average molecular weight of the polymer is preferably 1,800 to 300,000. The complex of the compound containing the polymer-catechol functional group is preferably bound to 3 to 25 moles of the compound containing the catechol functional group per mole of the polymer, but not limited thereto.

상기 고분자-카테콜 작용기를 함유한 화합물 복합체를 임플란트 또는 스캐폴드의 표면에 결합시켜 임플란트 또는 스캐폴드 표면의 활성화 및 기능화를 하기 위해선, 카테콜 작용기가 산화중합반응이 용이하게 일어날 수 있는 염기조건이 바람직하며, 용액의 pH는 7 내지 12인 것이 바람직하다. 용액의 pH를 상기와 같은 조건으로 유지하기 위하여 트리스버퍼(Tris), 인산버퍼(PBS)와 같은 pH 버퍼를 사용하는 것이 가능하다.In order to activate and functionalize the surface of the implant or scaffold by bonding the compound complex containing the polymer-catechol functional group to the surface of the implant or scaffold, the base condition in which the catechol functional group can be easily oxidized and polymerized And the pH of the solution is preferably 7 to 12. It is possible to use a pH buffer such as Tris buffer, phosphate buffer (PBS) to maintain the pH of the solution under the above conditions.

상기 고분자-카테콜 작용기를 함유한 화합물 복합체를 사용하여 표면활성화 또는 기능화된 임플란트 또는 스캐폴드의 표면에 고정화 또는 탑재될 수 있는 항생제는 시소마이신(Sisomicin), 리보스타마이신(Ribostamycin), 반코마이신(Vancomycin), 토브라마이신(Tobramycin), 아즈트레오남(Aztreonam), 젠타마이신(Gentamicin), 세포티암(Cefotiam), 세프트리악손(Ceftriaxone), 네틸마이신(Netilmicin), 시프로플록사신(Ciprofloxacin), 신다마이신(Cindamycin) 및 세포졸린 (Cefazolin)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종이상인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 카르복실산(carboxylic acid), 아민(amine), 인산염(phosphates) 및 황산염(sulfate)의 작용기 중 어느 하나 이상의 작용기를 가지고 있는 것을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Antibiotics that can be immobilized or mounted on the surface of an implant or scaffold surface activated or functionalized using the compound complex containing the polymer-catechol functional group include sisomicin, ribostamycin, vancomycin ), Tobramycin, Aztreonam, Gentamicin, Cefotiam, Ceftriaxone, Netilmicin, Ciprofloxacin, Cindamycin, ) And cytosol (Cefazolin), and more preferably one or two kinds selected from the group consisting of carboxylic acid, amine, phosphates and sulfate Functional group, but it is not limited thereto.

상기 고분자로 활성화된 임플란트 또는 스캐폴드의 표면에 탑재 또는 고정화될 수 있는 항생제의 농도는 1ng/ml 내지 200 mg/ml의 농도 범위인 것이 바람직하며, 상기의 항생제 농도 범위에서 고분자로 활성화된 임플란트 또는 스캐폴드의 표면에 항생제를 탑재 또는 고정화할 수 있으나, 임플란트 또는 스캐폴드의 크기에 따라 탑재 및 고정화될 수 있는 용량이 결정될 수 있다. 상기 항생제의 농도가 1ng/ml 미만의 농도로 처리할 경우에는 향균효과가 나타나지 않을 것이며, 200mg/ml 농도를 초과하여 처리할 경우에는 정상세포에 영향을 미칠 수 있다. The concentration of the antibiotic which can be mounted or immobilized on the surface of the polymer-activated implant or scaffold is preferably in the range of 1 ng / ml to 200 mg / ml, and the implant activated with the polymer in the antibiotic concentration range The antibiotic can be mounted or immobilized on the surface of the scaffold, but the capacity to be mounted and immobilized can be determined depending on the size of the implant or scaffold. When the concentration of the antibiotic is less than 1 ng / ml, the antibacterial effect will not be exhibited. If the concentration exceeds 200 mg / ml, it may affect normal cells.

상기 고분자-카테콜 작용기를 함유한 화합물 복합체를 사용하여 표면 활성화 또는 기능화된 임플란트 또는 스캐폴드의 표면에 고정화 또는 탑재될 수 있는 골 형성 촉진 물질로는 단백질인 골형성 성장인자 또는 저분자량의 골형성 화합물을 사용할 수 있으며, 골 형성 성장인자인 것이 보다 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.Examples of the bone formation promoting substance that can be immobilized or mounted on the surface of the surface activated or functionalized implant or scaffold using the compound complex containing the polymer-catechol functional group include bone growth promoting protein or low molecular weight bone formation Compounds may be used, and it is preferable to be an osteogenic growth factor, but the present invention is not limited thereto.

상기 골 형성 촉진 물질 중 골 형성 성장인자로는, 골형성 단백질(bone morphogenic protein)인 BMP-1, BMP-2, BMP-3, BMP-4, BMP-5, BMP-6, BMP-7, BMP-8a, BMP-8b, BMP-10, BMP-15와 혈소판유래증식인자(Platelet derived growth factor; PDGF), 형질전환성장인자베타(Transforming growth factor beta; TGF-beta), 염기성 섬유모세포생장인자(basic fibroblast growth factor; bFGF), 인슐린유사성장인자-1(Insulin like growth factor 1; IGF-1) 및 락토페린(lactoferin)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.Bone morphogenetic proteins BMP-1, BMP-2, BMP-3, BMP-4, BMP-5, BMP-6, BMP- BMP-8a, BMP-8b, BMP-10 and BMP-15 and platelet derived growth factor (PDGF), transforming growth factor beta (TGF-beta), basic fibroblast growth factor it is preferably one or more selected from the group consisting of basic fibroblast growth factor (bFGF), insulin like growth factor 1 (IGF-1) and lactoferrin.

또한, 본 발명의 표면활성화 또는 기능화된 임플란트 또는 스캐폴드의 표면에 골융합 및 골형성 효능을 향상시키기 위하여 사용되는 골형성 성장인자 대신에 대체가 가능한 저분자량의 골형성 화합물인 비스포스포네이트 약물계열인 알렌드로네이드(alendronate), 리제드로네이트(risedronate), 졸레드로네이트(zoledronate), 에티드로네이트(Etidronate), 클로드로네이트(Clodronate), 틸루드로네이트(Tiludronate), 파미드로네이트(Pamidronate), 올파드로네이트(Olpadronate), 이바드로네이트(Ibadronate); 스태틴 약물 계열인 아트로바스타틴(Atrovastatin), 플루바스타틴(Fluvastatin), 로바스타틴(Lovastatin), 피타바스타틴(pitavastatin), 프라바스타틴(pravastatin), 로수바스타틴(rosuvastatin), 심바스타틴(simastatin); 프로스타글란틴 E2 (Prostaglandin E2, PGE2), 신바로메틴(shinbarometin), 파이로포스페이트(pyrophosphate), 메드로네이트(medronate), 옥시드로네이트(oxidronate) 및 옥시스테롤(Oxysterol)로 이루어진 군으로 선택되는 1종 또는 2종이상의 약물이 탑재 또는 고정화될 수 있다.In addition, a bisphosphonate drug family alendronate, which is a low molecular weight osteogenic compound that can be substituted for an osteogenic growth factor used for improving the osseointegration and bone formation efficacy on the surface of the surface activated or functionalized implant or scaffold of the present invention, But are not limited to, alendronate, risedronate, zoledronate, Etidronate, Clodronate, Tiludronate, Pamidronate, Olpadronate, Ibadronate; < RTI ID = 0.0 > Statin drugs such as Atrovastatin, Fluvastatin, Lovastatin, pitavastatin, pravastatin, rosuvastatin, simastatin; Selected from the group consisting of prostaglandin E2, PGE2, shinbarometin, pyrophosphate, medronate, oxidronate and oxysterol. One or two or more drugs may be mounted or immobilized.

상기 골형성 성장인자가 고분자로 활성화된 임플란트 또는 스캐폴드의 표면에 탑재 또는 고정화될 수 있는 용량은 1pg/ml 내지 3 mg/ml의 농도범위인 것이 바람직하며, 상기 골형성 성장인자의 농도가 1pg/ml 미만일 경우에는 골형성 효능이 나타나지 않으며, 3mg/ml를 초과할 경우에는 뼈를 녹이게 하는 부작용 발생이 가능하다.It is preferable that the dose capable of being loaded or immobilized on the surface of the implant or scaffold activated by the bone-forming growth factor is in the range of 1 pg / ml to 3 mg / ml, and the concentration of the osteogenic growth factor is 1 pg / ml, there is no effect of osteogenesis, and when it exceeds 3 mg / ml, it is possible to cause a side effect that causes bone to be melted.

골융합 및 골형성을 촉진할 수 있는 상기 저분자량의 골형성 화합물이 고분자로 활성화된 임플란트 또는 스캐폴드의 표면에 탑재 또는 고정화될 수 있는 용량은 1 ng/ml 내지 500 mg/ml의 농도 범위인 것이 바람직하다. 상기 골형성 성장인자의 농도가 1ng/ml 미만일 경우에는 골형성 효능이 나타나지 않으며, 500 mg/ml를 초과할 경우에는 뼈를 녹이게 하는 부작용 발생할 수 있다.
The capacity of the low molecular weight osteogenic compound capable of promoting osseointegration and bone formation to be mounted or immobilized on the surface of an implant or scaffold activated with a polymer is in the range of 1 ng / ml to 500 mg / ml desirable. If the concentration of the osteogenic growth factor is less than 1 ng / ml, the osteogenic effect is not exhibited. If the concentration exceeds 500 mg / ml, a side effect that causes the bone to be melted may occur.

상기 고분자로 표면이 활성화 또는 기능화된 임플란트 또는 스캐폴드에 항생제, 골 형성 촉진 물질을 탑재 또는 고정화하기 위해선, 고분자와 항생제, 고분자와 골형성 촉진 물질간의 정전기적 상호작용이 용이하게 일어날 수 있는 약산성 조건인 pH 5 내지 6.5 범위가 바람직하며, 용액으로는 상기의 pH 범위를 갖는 물, MES 버퍼[2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid], 트리스버퍼(Tris), 인산버퍼(PBS)와 같은 용액을 사용하는 것이 가능하다.In order to mount or immobilize an antibiotic or an osteogenesis promoting substance on an implant or a scaffold having a surface activated or functionalized with the polymer, it is necessary to use a weakly acidic condition in which electrostatic interactions between the polymer and the antibiotic, And a solution such as water having the above-mentioned pH range, MES buffer [2- (N-morpholino) ethanesulfonic acid], Tris buffer or phosphate buffer (PBS) It is possible to use.

본 발명의 임플란트 또는 스캐폴드는 치과용 또는 정형외과용인 임플란트 또는 스캐폴드인 것이 바람직하며, 예를 들어, 상기 정형외과용 임플란트 또는 스캐폴드는 고관절, 슬관절, 족관절, 견관절, 주관절의 인공관절이나, 척추영역 인공디스크 등의 인공삽입물이 사용되며, 골절치료에 사용되는 금속나사, 금속판, 금속정 등의 고정물을 포함한다. 또한 상기 치과용 임플란트 또는 스캐폴드는 고정(Fixture)형 임플란트 또는 스캐폴드, 멤브레인(Membrane) 형 임플란트 또는 스캐폴드 등을 포함한다.The implant or scaffold of the present invention is preferably a dental or orthopedic implant or scaffold. For example, the orthopedic implant or scaffold may be a hip, knee, ankle, shoulder, elbow artificial joint, Artificial implants such as an artificial disc in the spinal region are used, and fixations such as metal screws, metal plates, and metal fixtures used for fracture treatment are included. The dental implants or scaffolds may also include fixture type implants or scaffolds, membrane type implants or scaffolds, and the like.

따라서, 본 발명의 상기 항생제와 골형성 촉진 물질이 서방형으로 방출 가능한 기능성 임플란트 또는 스캐폴드를 이용할 경우, 임플란트 또는 스캐폴드로부터 장기간 지속적으로 항생제가 방출이 되기 때문에 임플란트 또는 스캐폴드를 이식하는 동안 발생할 수 있는 박테리아 부착 및 감염을 방지할 수 있으며, 임플란트 또는 스캐폴드 이식 후에도 추가적으로 항생제를 복용해야하는 번거로움이 없다. 또한, 골융합 및 골형성을 촉진하는 물질이 장기간 지속적으로 방출이 되기 때문에 임플란트 또는 스캐폴드와 골조직 사이의 부착 및 골형성이 촉진되어 임플란트 또는 스캐폴드의 치료기간이 단축될 수가 있으며, 임플란트 또는 스캐폴드의 이식 성공에 크게 기여를 할 수 있다. Therefore, when a functional implant or scaffold capable of releasing the antibiotic and the bone formation promoting material of the present invention is used in a sustained release form, the antibiotic is continuously released from the implant or scaffold for a long period of time. It is possible to prevent bacterial adhesion and infection, and there is no need to take additional antibiotics after implantation or scaffold implantation. In addition, since the substance promoting osseointegration and osteogenesis is continuously released for a long period of time, adhesion between the implant or scaffold and the bone tissue and bone formation are promoted to shorten the treatment period of the implant or scaffold, Can greatly contribute to the success of transplantation.

또한 본 발명은 임플란트 또는 스캐폴드의 제조방법에 관한 것으로, The present invention also relates to a method of manufacturing an implant or a scaffold,

(a) 고분자 - 카테콜 작용기를 함유하는 화합물의 복합체를 제조하는 단계;(a) preparing a complex of a compound containing a polymer-catechol functional group;

(b) 상기 (a)단계에서 제조된 고분자 - 카테콜 작용기를 함유하는 화합물의 복합체를 이용하여 임플란트 또는 스캐폴드의 표면을 개질시켜, 표면을 활성화시키는 단계;(b) modifying the surface of the implant or scaffold using the complex of the compound containing the polymer-catechol functional group prepared in the step (a), thereby activating the surface;

(c) 상기 (b)단계에서 제조된 표면 활성화된 임플란트 또는 스캐폴드를 항생제가 포함된 용액에 침지한 후, 20 ~ 25℃에서 4 내지 24시간 동안 교반하여, 항생제를 임플란트 또는 스캐폴드 표면에 고정화시키는 단계; 및(c) immersing the surface-activated implant or scaffold prepared in step (b) in a solution containing an antibiotic, and then immersing the surface-activated implant or scaffold for 4 to 24 hours And immobilizing the antibiotic to the surface of the implant or scaffold; And

(d) 상기 (c) 단계에서 제조된 항생제가 표면에 고정화된 임플란트 또는 스캐폴드를 골 형성 촉진 물질이 포함된 용액에 침지한 후, 20 ~ 25℃에서 4 내지 24시간 동안 교반하여, 항생제/골 형성 촉진 물질을 임플란트 또는 스캐폴드 표면에 고정화시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. (d) immersing the implant or scaffold immobilized on the surface with the antibiotic prepared in step (c) in a solution containing an osteogenesis promoting substance, and then immersing the implant or scaffold for 4 to 24 hours , And immobilizing the antibiotic / bone formation promoting substance on the surface of the implant or scaffold.

상기 (a)단계의 상기 고분자 - 카테콜 작용기를 함유하는 화합물의 복합체는 생체적합성 고분자의 아민그룹 또는 카르복시그룹의 작용기; 및 The complex of the compound containing the polymer-catechol functional group in the step (a) may be a functional group of an amine group or a carboxy group of the biocompatible polymer; And

카테콜 작용기를 포함하는 화합물의 아민그룹, 카르복시그룹 또는 알데히드 작용기로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 작용기와의 결합에 의하여 형성되는 것이 바람직하다. It is preferably formed by bonding with a functional group selected from the group consisting of an amine group, a carboxy group or an aldehyde functional group of a compound containing a catechol functional group.

상기 고분자 물질- 카테콜 작용기를 함유하는 화합물의 복합체의 제조 방법은 상기에 기재한 내용을 원용한다. The method for producing a complex of a compound containing a polymeric material and a catechol functional group is described in the above.

상기 임플란트 또는 스캐폴드의 제조 방법의 (C)단계 및 (d)단계의 고분자와 항생제, 고분자와 골형성 촉진 물질간의 정전기적 상호작용이 용이하게 일어날 수 있는 반응 조건은 약산성 조건인 pH 5 내지 6.5의 범위의 조건인 것이 바람직하며, 이때 이용할 수 있는 용액으로는 상기의 pH 범위를 갖는 물, MES 버퍼[2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid], 트리스버퍼(Tris), 인산버퍼(PBS)와 같은 용액을 사용하는 것이 가능하다. The reaction conditions in which the electrostatic interaction between the polymer, the antibiotic, the polymer and the bone formation promoting material in the step (c) and the step (d) of the method of manufacturing the implant or scaffold can easily occur are pH 5 to 6.5 (MES buffer [2- (N-morpholino) ethanesulfonic acid], Tris buffer, phosphate buffer solution (PBS) and the like are used as the solution that can be used at this time. It is possible to use the same solution.

또한, 상기 (b), (c) 및 (d)단계 이후, 각각 증류수로 3-4회 세척한 후, 50도에서 건조시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that after the steps (b), (c), and (d), each of the steps is washed three to four times with distilled water and then dried at 50 degrees.

상기 항생제는 상기 기재한 내용을 원용한다.The antibiotic uses the above-mentioned contents.

상기 고분자로 활성화된 임플란트 또는 스캐폴드 표면에 탑재 또는 고정화될 수 있는 항생제 용액의 농도는 1ng/ml 내지 200 mg/ml의 농도 범위인 것이 바람직하며, 상기의 항생제 농도 범위에서 고분자로 활성화된 임플란트 또는 스캐폴드 표면에 항생제를 탑재 또는 고정화할 수 있으나, 임플란트 또는 스캐폴드의 크기에 따라 탑재 및 고정화될 수 있는 용량이 결정될 수 있다. 상기 항생제의 농도가 1ng/ml 미만의 농도로 처리할 경우에는 향균효과가 나타나지 않을 것이며, 200mg/ml 농도를 초과하여 처리할 경우에는 정상세포에 영향을 미칠 수 있다. The concentration of the antibiotic solution that can be mounted or immobilized on the surface of the polymer-activated implant or scaffold is preferably in the range of 1 ng / ml to 200 mg / ml, and the polymer- Antibiotics can be mounted or immobilized on the scaffold surface, but the capacity to be mounted and immobilized can be determined depending on the size of the implant or scaffold. When the concentration of the antibiotic is less than 1 ng / ml, the antibacterial effect will not be exhibited. If the concentration exceeds 200 mg / ml, it may affect normal cells.

상기 골형성 촉진 물질은 상기 기재한 내용을 원용한다.The above-mentioned bone formation promoting materials are used as described above.

상기 골형성 성장인자가 고분자로 활성화된 임플란트 또는 스캐폴드 표면에 탑재 또는 고정화될 수 있는 용량은 1pg/ml 내지 3 mg/ml의 농도 범위인 것이 바람직하며,The capacity of the osteogenic growth factor to be loaded or immobilized on the polymer-activated implant or scaffold surface is preferably in the range of 1 pg / ml to 3 mg / ml,

골융합 및 골형성을 촉진할 수 있는 상기 저분자량의 골형성 화합물이 고분자로 활성화된 임플란트 또는 스캐폴드 표면에 탑재 또는 고정화될 수 있는 용량은 1 ng/ml 내지 500 mg/ml의 농도 범위인 것이 바람직하다.
It is preferable that the dose capable of being mounted or immobilized on the surface of an implant or scaffold in which the low molecular weight bone forming compound capable of promoting osseointegration and bone formation is activated by the polymer is in the range of 1 ng / ml to 500 mg / ml Do.

이하, 본 발명을 하기의 실시예 및 실험예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 다만, 하기의 실시예 및 실험예는 본 발명의 예시로서, 본 발명의 권리범위가 이에 의하여 한정되지 않는다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples and experimental examples. However, the following examples and experimental examples are illustrative of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

제조예Manufacturing example 1. 헤파린-도파민 복합체 제조  1. Preparation of heparin-dopamine complex

헤파린(heparin) 400 mg, 1-에틸-3-(3-디메틸-아미노프로필)카보디이미드 (1-ethyl-3-(3-dimethyl-aminopropyl) carbodiimide; EDC) 190.6 mg, N-하이드로숙시니미드(N-hydrosuccinimide; NHS) 115 mg을 10 ml의 MES buffer(pH 4.5)에 녹여 10분간 반응시킨 후, 102.2 mg의 도파민을 넣어 25℃에서 약 24시간 동안 반응시킨다. 반응 후, 증류수에서 투석하여 미반응 물질을 제거한 후, 동결건조하여 헤파린-도파민 복합체(Hep-DOPAm)를 제조하였다. 상기의 반응은 하기 반응식 1에 나타난 바와 같다.400 mg of heparin, 190.6 mg of 1-ethyl-3- (3-dimethyl-aminopropyl) carbodiimide (EDC) 115 mg of N-hydrosuccinimide (NHS) was dissolved in 10 ml of MES buffer (pH 4.5) and reacted for 10 minutes. Then, 102.2 mg of Dopamine is added and reacted at 25 ℃ for about 24 hours. After the reaction, dialyzed with distilled water to remove unreacted materials and then lyophilized to prepare heparin-dopamine complex (Hep-DOPAm). The above reaction is shown in Reaction Scheme 1 below.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 제조된 헤파린-도파민 복합체를 자외선 및 가시광선 분광분석법을 통하여 280 nm 파장에서 분석한 결과, 헤파린 한 개의 분자 당 약 4.6 ± 0.8 개의 도파민 분자가 결합되어 있음을 확인하였다.
The heparin-dopamine complex thus prepared was analyzed by ultraviolet and visible spectral analysis at a wavelength of 280 nm. As a result, it was confirmed that about 4.6 ± 0.8 dopamine molecules were bound to one heparin molecule.

실시예 1. 티타늄 임플란트 표면에 헤파린, 젠타마이신 설페이트 (gentamicin sulfate)와 BMP-2의 고정화 Example 1 On the surfaces of titanium implants, heparin, gentamicin Sulfate (gentamicin sulfate) and immobilization of BMP-2

임플란트의 티타늄 표면을 개질하기 전에, 티타늄 임플란트를 에탄올 용액에 넣어 1시간 정도 초음파 세척을 한 후, 약 24시간 동안 50도에서 건조시켰다. 그 후, 티타늄 임플란트를 상기 제조예 1에서 제조한 헤파린-도파민 복합체가 5 mg/ml의 농도로 용해되어 있는 10 mM Tris 버퍼 (pH 8.0)에 넣고, 빛을 차단한 후 밤새도록 교반한 뒤에, 헤파린-도파민 복합체로 표면이 개질된 티타늄 임플란트(헤파린-티타늄 임플란트)를 증류수로 3-4회 세척한 후 질소가스를 흘려주면서 건조시켜 헤파린-도파민 복합체로 표면이 개질된 티타늄 임플란트를 제조하였다. 항생제인 젠타마이신을 상기 헤파린-도파민 복합체로 표면이 개질된 티타늄 임플란트에 탑재시키기 위해, 헤파린-도파민 복합체로 표면이 개질된 티타늄 임플란트를 50 mg/ml 농도로 젠타마이신이 녹여져 있는 0.1 M MES 버퍼 (pH 5.6)에 넣고 25도에서 80 rpm으로 15-24시간 정도 교반한 후, 증류수로 3-4회 세척한 후, 50도에서 건조시켜 젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄 임플란트(젠타마이신-헤파린-티타늄 임플란트)를 제조하였다. 골형성 성장인자인 BMP-2를 추가적으로 탑재하기위해, 50 ng/ml 농도의 BMP-2가 포함된 0.1 M MES 버퍼 (pH 5.6)에 젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄 임플란트를 넣고, 밤새도록 교반한 후, 3-4회 증류수로 세척한 후, 건조하여, 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄 임플란트를 얻었다. Before modifying the titanium surface of the implant, the titanium implant was placed in an ethanol solution, ultrasonically washed for about 1 hour, and dried at 50 degrees for about 24 hours. Thereafter, the titanium implant was placed in a 10 mM Tris buffer (pH 8.0) in which the heparin-dopamine complex prepared in Preparation Example 1 was dissolved at a concentration of 5 mg / ml, blocked with light, stirred overnight, Titanium implants modified with heparin-dopamine complex (heparin-titanium implants) were washed 3-4 times with distilled water and dried with flowing nitrogen gas to prepare titanium implants modified with heparin-dopamine complex. To mount the antibiotic gentamicin on the titanium implants modified with the heparin-dopamine complex, a surface-modified titanium implant with a heparin-dopamine complex was immersed in a 0.1 M MES buffer solution containing 50 mg / ml gentamycin (pH 5.6), agitated at 25 ° C and 80 rpm for about 15-24 hours, washed 3-4 times with distilled water, and dried at 50 ° C to remove gentamycin-fixed heparin-titanium implants (gentamycin-heparin - titanium implant). To further mount BMP-2, an osteogenic growth factor, gentamycin-fixed heparin-titanium implants were placed in a 0.1 M MES buffer (pH 5.6) containing 50 ng / ml of BMP-2, After washing with distilled water three to four times and drying, a heparin-titanium implant with gentamicin / BMP-2 immobilized thereon was obtained.

비교예Comparative Example 1. 티타늄 임플란트 1. Titanium Implant

표면처리 되지 않은 티타늄 임플란트.Untreated titanium implants.

비교예Comparative Example 2. 헤파린-티타늄 임플란트 제조 2. Manufacture of heparin-titanium implants

임플란트의 티타늄 표면을 개질하기 전에, 티타늄 임플란트를 에탄올 용액에 넣어 1시간 정도 초음파 세척을 한 후, 약 24시간 동안 50도에서 건조시켰다. 그 후, 티타늄 임플란트를 상기 제조예 1에서 제조한 헤파린-도파민 복합체가 5 mg/ml의 농도로 용해되어 있는 10 mM Tris 버퍼 (pH 8.0)에 넣고, 빛을 차단한 후 밤새도록 교반한 뒤에, 헤파린-도파민 복합체로 표면이 개질된 티타늄 임플란트(헤파린-티타늄 임플란트)를 증류수로 3-4회 세척한 후 질소가스를 흘려주면서 건조시켜 헤파린-도파민 복합체로 표면이 개질된 티타늄 임플란트를 제조하였다.Before modifying the titanium surface of the implant, the titanium implant was placed in an ethanol solution, ultrasonically washed for about 1 hour, and dried at 50 degrees for about 24 hours. Thereafter, the titanium implant was placed in a 10 mM Tris buffer (pH 8.0) in which the heparin-dopamine complex prepared in Preparation Example 1 was dissolved at a concentration of 5 mg / ml, blocked with light, stirred overnight, Titanium implants modified with heparin-dopamine complex (heparin-titanium implants) were washed 3-4 times with distilled water and dried with flowing nitrogen gas to prepare titanium implants modified with heparin-dopamine complex.

비교예Comparative Example 3.  3. 젠타마이신이Gentamicin 고정화된 헤파린-티타늄 임플란트 제조  Manufacture of immobilized heparin-titanium implants

헤파린-도파민 복합체로 표면이 개질된 티타늄 임플란트에 BMP-2를 고정화시키는 단계를 제외한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄 임플란트(젠타마이신-헤파린-티타늄 임플란트)를 제조하였다. Heparin-titanium implant (gentamicin-heparin-titanium implant) in which gentamycin was immobilized was prepared in the same manner as in Example 1 except for the step of immobilizing BMP-2 on a surface-modified titanium implant with a heparin-dopamine complex Respectively.

비교예Comparative Example 4.  4. BMPBMP -2가 고정화된 헤파린-티타늄 임플란트 제조-2-immobilized heparin-titanium implants

헤파린-도파민 복합체로 표면이 개질된 티타늄 임플란트에 젠타마이신만을 고정화시킨 것을 제외한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄 임플란트(젠타마이신-헤파린-티타늄 임플란트)를 제조하였다.BMP-2 was prepared in the same manner as in Example 1 except that only the gentamicin was immobilized on the surface-modified titanium implant with the heparin-dopamine complex. Fixed heparin-titanium implants (gentamycin-heparin-titanium implants) were prepared.

실험예Experimental Example 1.  One.

상기 제조된 실시예 1의 임플란트의 활성화된 티타늄 표면에 헤파린, 젠타마이신 및 BMP-2를 탑재한 기능화된 티타늄 임플란트와 비교예 1 내지 4의 티타늄 임플란트들의 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 도 2에서 보여주듯이 모두 비슷한 표면 형상이 나타났다. 비교예 1의 티타늄 임플란트와 기능화된 티타늄 임플란트(실시예 1 및 비교예 2 내지 3)를 x-선 광전자 분광기를 이용해 표면 원소 분석을 한 결과, 도 3에 나타내었다. 도 3에서 보여주듯이, 개질되지 않은 티타늄 임플란트(비교예 1)와 비교하여 헤파린-티타늄 임플란트에서 3.63%의 질소 성분의 증가와 20.49%의 산소 성분의 감소를 확인함으로써 헤파린이 티타늄 임플란트 표면에 성공적으로 개질이 되었음을 확인하였다. 또한, 헤파린-티타늄 임플란트(비교예 2)와 비교하여, 젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄 임플란트(비교예 3), BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄 임플란트(비교예 4), 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린 티타늄 임플란트(실시예 1)는 탄소 성분 감소와 질소 성분이 증가된 것으로 젠타마이신과 BMP-2가 성공적으로 탑재가 되었음을 확인하였다. 하기의 표 2는 티타늄과 기능화된 티타늄의 표면 원소 분석 결과를 보여주고 있다. The surfaces of the functionalized titanium implants loaded with heparin, gentamicin and BMP-2 on the activated titanium surface of the prepared implant of Example 1 and the titanium implants of Comparative Examples 1 to 4 were observed with a scanning electron microscope, As shown in Fig. The titanium implant of Comparative Example 1 and the functionalized titanium implant (Example 1 and Comparative Examples 2 to 3) were subjected to surface element analysis using an x-ray photoelectron spectroscopy, and are shown in Fig. As shown in FIG. 3, heparin was successfully applied to the titanium implant surface by confirming an increase in nitrogen component of 3.63% and a decrease in oxygen content of 20.49% in the heparin-titanium implant compared to the unmodified titanium implant (Comparative Example 1) It was confirmed that it was reformed. In addition, compared with the heparin-titanium implant (Comparative Example 2), the heparin-titanium implant with the gentamycin-immobilized (Comparative Example 3), the heparin-titanium implant with the BMP-2 immobilized (Comparative Example 4) -2-fixed heparin titanium implant (Example 1) showed that the decrease in carbon content and the increase in nitrogen component resulted in successful loading of gentamicin and BMP-2. Table 2 below shows the surface element analysis results of titanium and functionalized titanium.

티타늄과 기능화된 티타늄의 표면 원소 분석 결과 Surface element analysis of titanium and functionalized titanium SubstrateSubstrate C%C% N%N% O%O% TiTi %% 비교예 1Comparative Example 1 Pristine TiPristine Ti 52.0252.02 1.121.12 36.1136.11 10.7510.75 비교예 2Comparative Example 2 Hep-TiHep-Ti 76.4476.44 4.754.75 15.6215.62 3.193.19 비교예 3Comparative Example 3 GS/Hep-TiGS / Hep-Ti 75.0575.05 5.765.76 16.8116.81 2.382.38 비교예 4Comparative Example 4 BMP-2/Hep-TiBMP-2 / Hep-Ti 75.1975.19 5.175.17 17.1917.19 2.452.45 실시예 1Example 1 GS/BMP-2/Hep-TiGS / BMP-2 / Hep-Ti 75.9475.94 7.237.23 14.2314.23 2.602.60

GS: Gentamicin sulfateGS: Gentamicin sulfate

Hep: heparinHep: heparin

실험예Experimental Example 2. 기능화된 티타늄에서  2. From functionalized titanium 젠타마이신Gentamicin 또는  or BMPBMP -2의 약물 방출 거동 -2 drug release behavior

기능화된 티타늄 임플란트인, 젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄 임플란트(비교예 3), BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄 임플란트(비교예 4), 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄 임플란트(실시예 1)로부터 젠타마이신 또는 BMP-2의 방출 거동을 분석하기 위해, 각 기능화된 티타늄 임플란트를 1 ml의 PBS 버퍼(pH 7.4)에 넣고 37도에서 100 rpm으로 교반을 하였다. 각 정해진 시간인 1, 3, 5, 10 시간과 1, 3, 5, 7, 14, 21, 28일 간격으로 측정하였다. 새로운 버퍼로 교환을 해 주었다. 방출된 젠타마이신은 적외선 및 가시광선 분광분석기(DU-530, Beckman CoulterTM, 미국)를 이용하여 257 nm에서 흡광도를 측정하여 분석하였으며, 방출된 BMP-2는 ELISA 키트(Human BMP-2 Mini ELISA Development Kit(900-M255), Peprotech, 미국) 를 이용하여 450 nm에서 흡광도를 측정하여 분석하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.(Comparative Example 3), which was a functionalized titanium implant, a heparin-titanium implant with a fixed gentamycin (Comparative Example 3), a heparin-titanium implant with a fixed BMP-2 (Comparative Example 4), a heparin-titanium implant with a gentamycin / BMP- (Example 1), the functionalized titanium implants were placed in 1 ml of PBS buffer (pH 7.4) and stirred at 37 DEG C and 100 rpm to analyze the release behavior of gentamicin or BMP-2. And were measured at intervals of 1, 3, 5, and 10 hours and at 1, 3, 5, 7, 14, 21, and 28 days. I replaced it with a new buffer. The released gentamicin was analyzed by measuring the absorbance at 257 nm using an infrared and visible spectrophotometer (DU-530, Beckman Coulter TM , USA). The released BMP-2 was analyzed by ELISA kit (Human BMP-2 Mini ELISA Development Kit (900-M255), Peprotech, USA). The results are shown in FIG.

도 4에서 보여주듯이, 젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄(비교예 3), BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄(비교예 4), 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄(실시예 1)으로부터 젠타마이신 또는 BMP-2는 초반 1일 동안에 약간 빠르게 방출되기는 하였으나, 그 이후로 4주 동안 지속적으로 방출이 되는 것으로 나타났다. As shown in FIG. 4, heparin-titanium (Comparative Example 3) in which gentamicin was immobilized, heparin-titanium (Comparative Example 4) in which BMP-2 was immobilized, heparin-titanium in which gentamycin / BMP- 1), gentamycin or BMP-2 was released slightly earlier in the first day, but continued to be released thereafter for 4 weeks thereafter.

실험예Experimental Example 3. 기능화된 티타늄의 항균효능  3. Antimicrobial efficacy of functionalized titanium

티타늄(비교예 1)과 기능화된 티타늄인 젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄(비교예 3), BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄(비교예 4), 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄(실시예 1)의 항균효과를 검증하기위해, 각각의 티타늄을 박테리아 배양액인 TSB (Tryptic Soy Broth)에 넣은 후, 1 × 106개의 황색포도알균(Staphylococcus aureus) 박테리아 세포를 넣고 37도에서 지속적으로 교반하였다. 배양 후 6시간, 12시간, 24시간 후에 각각 배양액의 흡광도를 600 nm에서 측정하여 각 티타늄의 항균효능을 분석하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5에서 보여주듯이, 티타늄(비교예 1)과 BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄(비교예 4)은 황색포도알균(Staphylococcus aureus)의 성장을 억제하지 못하였으나, 젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄(비교예 3)과 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄(실시예1)은 박테리아의 성장을 매우 효과적으로 억제하였다. Titanium (Comparative Example 1) and heparin-titanium (Comparative Example 3) in which functionalized titanium was fixed with gentamycin (Comparative Example 3), heparin-titanium with BMP-2 immobilized (Comparative Example 4), heparin with fixed gentamycin / BMP- To test the antibacterial effect of titanium (Example 1), each titanium was placed in TSB (Tryptic Soy Broth), which was a bacterial culture solution, and 1 x 10 6 Staphylococcus aureus bacterial cells were added and agitated continuously at 37 ° C. After 6 hours, 12 hours, and 24 hours after the incubation, the absorbance of the culture solution was measured at 600 nm, and the antibacterial activity of each titanium was analyzed. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 5, heparin-titanium (Comparative Example 4) in which titanium (Comparative Example 1) and BMP-2 were immobilized did not inhibit the growth of Staphylococcus aureus , but gentamicin-fixed heparin- Titanium (Comparative Example 3) and heparin-titanium (Example 1) immobilized with gentamicin / BMP-2 inhibited bacterial growth very effectively.

실험예Experimental Example 4. 티타늄과 기능화된 티타늄의 세포독성 평가  4. Assessment of cytotoxicity of titanium and functionalized titanium

티타늄(비교예 1)과 기능화된 티타늄인 헤파린-티타늄(비교예 2), 젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄(비교예 3), BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄(비교예 4), 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄(실시예 1)의 조골세포에 대한 세포독성을 평가하기위해, 각각의 티타늄을 세포배양액에 넣고 37도에서 24시간 배양하여 추출배양액을 얻었다. 한편, 조골세포인 MG63세포 1 × 104개를 96-well 플레이트에 넣고 37도에서 24시간 배양하였다. 배양된 조골세포의 배양액을 제거하고 PBS 버퍼로 세척한 후, 추출배양액을 첨가한 후 조골세포를 24시간, 48시간 배양한 후, 추출배양액을 제거하였다. 세포독성은 CCK-8 증식 키트 시약을 첨가하여 37도에서 1시간을 더 배양한 후 450 nm에서 흡광도를 측정하여 분석하였다. 도 6에 나타난 바와 같이, 티타늄 및 기능화된 티타늄들은 모두 48시간 배양후에도 95%이상의 세포생존율을 보여주었으며, 이 결과는 티타늄 및 기능화된 티타늄 모두 조골세포에 대한 세포독성이 없음을 의미한다. Titanium (Comparative Example 1), functionalized titanium heparin-titanium (Comparative Example 2), gentamycin immobilized heparin-titanium (Comparative Example 3), BMP-2 immobilized heparin-titanium (Comparative Example 4) To evaluate the cytotoxicity of osteoblast of heparin-titanium (Example 1) immobilized with mycin / BMP-2 (Example 1), each titanium was added to a cell culture medium and cultured at 37 ° C for 24 hours to obtain an extract culture. On the other hand, 1 × 10 4 osteoblast MG63 cells were placed in a 96-well plate and cultured at 37 ° C. for 24 hours. The osteoblast cells were cultured for 24 hours and 48 hours, and then the culture broth was removed. For cytotoxicity, CCK-8 proliferation kit reagent was added and incubated at 37 ° C for 1 hour, and the absorbance was measured at 450 nm. As shown in FIG. 6, titanium and functionalized titanium all showed cell viability of 95% or more even after 48 hours of culture, indicating that both titanium and the functionalized titanium have no cytotoxicity to osteoblasts.

실험예Experimental Example 5. 티타늄과 기능화된 티타늄의  5. Titanium and functionalized titanium LiveLive // DeadDead 분석 analysis

티타늄과 기능화된 티타늄인 헤파린-티타늄, 젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄, BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄, 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄의 조골세포에 대한 Live/dead 분석 평가를 위해, 각 티타늄을 48 well-플레이트에 넣고 5 × 104개의 조골세포를 조심스럽게 각각 티타늄 표면에 넣은 후 48시간을 배양하였다. 48시간 배양 후, PBS 버퍼로 3-4회 세척한 후 live/dead 염색약(Calcein, Ethidium homodimer-1 시약, L3224(Live/DEAD Viability/ Cytotoxicity Kit for mammalian cells), Molecular ProbesTM, 미국)을 넣고 30분간 배양한 후, 공초점 레이져 주사 현미경으로 분석하였다. 티타늄 및 기능화된 티타늄의 모든 그룹에서 조골세포가 매우 건강하게 티타늄 표면에 부착되어서 잘 자라고 있음을 확인하였다 (도 7).Live / dead analysis of osteoblasts of heparin-titanium, heparin-titanium, gentamycin-immobilized heparin-titanium, heparin-titanium fixed with BMP-2, and heparin-titanium fixed with gentamycin / BMP-2 For evaluation, each titanium was placed in a 48 well plate and 5 x 10 4 osteoblasts were carefully placed on each titanium surface and cultured for 48 hours. After incubation for 48 hours, the cells were washed 3 to 4 times with PBS buffer, and then added with live / dead dye (Calcein, Ethidium homodimer-1 reagent, L3224 (Live / DEAD Viability / Cytotoxicity Kit for mammalian cells), Molecular Probes Min, and then analyzed with a confocal laser scanning microscope. In all groups of titanium and functionalized titanium, osteoblasts were found to be well adhered to the titanium surface very well (FIG. 7).

실험예Experimental Example 6. 티타늄과 기능화된 티타늄의 세포증식 6. Cell proliferation of titanium and functionalized titanium

티타늄과 기능화된 티타늄인 헤파린-티타늄, 젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄, BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄, 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄의 조골세포에 대한 세포증식을 평가하기위해, 1 × 105개의 조골세포를 각각의 티타늄에 조심스럽게 넣고 1일, 3일, 7일을 배양한 후, 세포를 PBS 버퍼로 세척하였다. 세척 후, CCK-8 증식 키트 시약(Tetrazolium salt 시약, Cell Counting kit-8, Dojindo, 미국)을 넣고 1시간 배양한 후에, 배양액을 96 well 플레이트에 조심스럽게 옮긴 후 450 nm에서 흡광도를 측정하였다. 티타늄 및 기능화된 티타늄 표면 위에서 배양된 조골세포는 1일, 3일, 7일 후에 점차적으로 세포가 활발하게 증식이 되었으며 (도 8), 각 그룹간의 세포증식에 대한 차이는 없는 것으로 확인되었다. Evaluation of cell proliferation on osteoblasts of titanium and functionalized titanium heparin-titanium, gentamycin-immobilized heparin-titanium, BMP-2 immobilized heparin-titanium, gentamycin / BMP-2 immobilized heparin-titanium To do this, 1 × 10 5 osteoblasts were carefully placed in each titanium and cultured for 1 day, 3 days, and 7 days, after which the cells were washed with PBS buffer. After washing, CCK-8 proliferation kit reagent (Tetrazolium salt reagent, Cell Counting kit-8, Dojindo, USA) was added and incubated for 1 hour. The culture was carefully transferred to a 96-well plate and absorbance was measured at 450 nm. The osteoblasts cultured on titanium and functionalized titanium surfaces proliferated gradually after 1 day, 3 days, and 7 days (FIG. 8), confirming no difference in cell proliferation between the groups.

실험예Experimental Example 7. 티타늄과 기능화된 티타늄의 알칼리성  7. Alkalinity of titanium and functionalized titanium 포스파타제Phosphatase 활성도  Activity

조골세포의 초기분화 마커인 알칼리성 포스파타제 활성도를 측정 분석함으로서 티타늄과 기능화된 티타늄들의 골융합 효능을 평가하였다. 1 × 105개의 조골세포를 각각의 티타늄 위에 조심스럽게 넣고 7일, 14일, 21일을 배양한다. 배양 후, 세포를 PBS 버퍼로 세척한 뒤, 1×RIPA 버퍼를 세포에 넣어 0℃에서 110와트로 1분동안 초음파를 가한다. 용해된 세포를 4도에서 3분 동안 13,500 rpm으로 원심분리하였다. 원심분리 후, 상층액을 p-니트로페닐포스파테이트 용액과 37도에서 30분 동안 배양한 후, 500 ㎕의 1 N NaOH로 반응을 종결시킨 후, 405 nm에서 흡광도를 측정하였으며 그 결과를 도 9에 나타내었다. 도 9에서 보듯이, 티타늄, 헤파린-티타늄, 젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄은 조골세포에 대한 알칼리성 포스파타제 활성도가 비슷하였으며, 전혀 차이를 보이지 않았다. 또한, BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄과 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄도 서로 알칼리성 포스파타제 활성도가 비슷하였다. 그러나 BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄(비교예 4)과 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄(실시예 1)은 티타늄(비교예 1), 헤파린-티타늄(비교예 2) 및 젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄(비교예 3)과 비교하여 현저하게 높은 알칼리성 포스파타제 활성도를 나타내었다.The effect of alkaline phosphatase activity, which is an early differentiation marker of osteoblast, was evaluated by analyzing the activity of titanium and functionalized titanium. Carefully place 1 x 10 5 osteoblasts on each titanium and incubate for 7, 14, and 21 days. After incubation, the cells are washed with PBS buffer, and 1 × RIPA buffer is added to the cells and sonicated at 0 ° C and 110 watts for 1 minute. The lysed cells were centrifuged at 13,500 rpm for 3 minutes at 4 ° C. After centrifugation, the supernatant was incubated with the p-nitrophenylphosphate solution at 37 ° C for 30 minutes, and the reaction was terminated with 500 μl of 1 N NaOH. The absorbance at 405 nm was measured, 9. As shown in FIG. 9, heparin-titanium with titanium, heparin-titanium, and gentamicin-immobilized heparin-titanium showed similar alkaline phosphatase activity to osteoblasts and showed no difference. In addition, heparin-titanium in which BMP-2 was immobilized and heparin-titanium in which gentamycin / BMP-2 was immobilized had similar alkaline phosphatase activities. However, heparin-titanium (Example 1) in which BMP-2 was immobilized (Comparative Example 4) and Gentamycin / BMP-2 was immobilized was made of titanium (Comparative Example 1), heparin-titanium (Comparative Example 2) Showed significantly higher alkaline phosphatase activity as compared to heparin-titanium (Comparative Example 3) in which gentamicin was immobilized.

실험예Experimental Example 8. 티타늄과 기능화된 티타늄의 칼슘 침착  8. Calcium deposition of titanium and functionalized titanium

조골세포의 후기 분화 마커인 칼슘침착을 측정 분석함으로서 실시예 1 및 비교예 1 내지 4 티타늄의 골융합 효능을 평가하였다. 1 × 105개의 조골세포를 각각의 티타늄 위에 조심스럽게 넣고 21일 동안 배양한다. 배양 후, 세포를 PBS 버퍼로 세척한 뒤 각각의 티타늄 표면으로부터 세포를 조심스럽게 긁어낸다. 긁어낸 세포를 1분간 13,500 rpm으로 원심분리 한 뒤, 0.1% 트리톤 X-100 용액을 세포에 넣었다. 세포의 막을 분쇄시키기 위해 0도에서 약 1분 동안 초음파를 가한 후, 원심분리를 한다. 상층액을 분리하여 QuantiChromTM Calcium Assay 키트를 이용하여 612 nm에서 흡광도를 측정 비교하여 칼슘 침착 정도를 분석하였다. 도 10에서 보여주듯이, 티타늄(비교예 1), 헤파린-티타늄(비교예 2), 젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄(비교예 3)의 칼슘침착 정도가 비슷하였으며 통계학적으로도 큰 차이를 보이지 않았다. 또한, BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄(비교예 4)과 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄(실시예 1)도 서로 칼슘침착 정도가 비슷하였다. 그러나, BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄과 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄은 티타늄, 헤파린-티타늄, 젠타마이신이 고정된 헤파린-티타늄들과 비교하여 현저하게 높은 칼슘 침착 정도를 나타내었다.The osteointegration efficacy of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4 titanium was evaluated by measuring and analyzing calcium deposition as a late differentiation marker of osteoblast. Carefully place 1 x 10 5 osteoblasts on each titanium and incubate for 21 days. After incubation, the cells are washed with PBS buffer and carefully scraped off the cells from each titanium surface. The scraped cells were centrifuged for 1 minute at 13,500 rpm and 0.1% Triton X-100 solution was added to the cells. Ultrasonic wave is applied for about 1 minute at 0 degree to crush the cell membrane, and centrifugation is performed. The supernatant was separated and analyzed for absorbance at 612 nm using a QuantiChrom Calcium Assay kit. As shown in FIG. 10, the degree of calcium deposition of titanium (Comparative Example 1), heparin-titanium (Comparative Example 2), and gentamicin-immobilized heparin-titanium (Comparative Example 3) were similar and statistically significant I did. In addition, heparin-titanium (Comparative Example 4) in which BMP-2 was immobilized and heparin-titanium (Example 1) in which gentamycin / BMP-2 was immobilized had similar degree of calcium deposition. However, heparin-titanium with BMP-2 immobilized heparin-titanium and gentamycin / BMP-2 immobilized has significantly higher calcium deposition than titanium, heparin-titanium, and gentamycin-immobilized heparin- Respectively.

따라서 상기 실험예에 나타난 바와 같이 임플란트의 티타늄 표면을 개질하여 항생제 및 골형성 촉진물질을 고정화시킨 기능성 임플란트인, 실시예 1의 젠타마이신/BMP-2가 고정된 헤파린-티타늄 임플란트가 비교예에 비하여 박테리아 감염을 방지할 뿐만 아니라 골융합 및 골형성 효능에도 우수한 효과를 가지는 것으로 나타났다.
Thus, as shown in the above Experimental Example, the gentamicin / BMP-2 immobilized heparin-titanium implant of Example 1, which is a functional implant in which the titanium surface of the implant is modified to fix the antibiotic and the bone formation promoting substance, Not only prevented bacterial infections but also had excellent effects on osseointegration and osteogenesis.

실시예Example 2.  2. PCLPCL // PLGAPLGA 스캐폴드Scaffold 표면에  On the surface BMPBMP -2의 고정화-2 immobilization

PCL/PLGA 스캐폴드의 표면을 개질하기 전에, 스캐폴드를 에탄올 용액에 넣어 1시간 정도 초음파 세척을 한 후, 약 24시간 동안 50도에서 건조시켰다. 그 후, PCL/PLGA 스캐폴드를 상기 제조예 1에서 제조한 헤파린-도파민 복합체가 5 mg/ml의 농도로 용해되어 있는 10 mM Tris 버퍼 (pH 8.0)에 넣고, 빛을 차단한 후 밤새도록 교반한 뒤에, 헤파린-도파민 복합체로 표면이 개질된 PCL/PLGA 스캐폴드(헤파린-도파민-PCL/PLGA 스캐폴드)를 증류수로 3-4회 세척한 후 질소가스를 흘려주면서 건조시켜 헤파린-도파민 복합체로 표면이 개질된 PCL/PLGA 스캐폴드를 제조하였다. 골형성 성장인자인 BMP-2를 탑재하기 위해, 50 ng/ml 농도의 BMP-2가 포함된 0.1 M MES 버퍼 (pH 5.6)에 헤파린-도파민 복합체로 표면이 개질된 PCL/PLGA 스캐폴드를 넣고, 밤새도록 교반한 후, 3-4회 증류수로 세척한 후, 건조하여, BMP-2가 고정된 헤파린-도파민-PCL/PLGA 스캐폴드를 얻었다.Before modifying the surface of the PCL / PLGA scaffold, the scaffold was placed in an ethanol solution, ultrasonically washed for about 1 hour, and dried at 50 degrees for about 24 hours. Thereafter, the PCL / PLGA scaffold was placed in a 10 mM Tris buffer (pH 8.0) in which the heparin-dopamine complex prepared in Preparation Example 1 was dissolved at a concentration of 5 mg / ml, and the mixture was shaken overnight After that, the surface-modified PCL / PLGA scaffold (heparin-dopamine-PCL / PLGA scaffold) modified with heparin-dopamine complex was washed 3-4 times with distilled water and dried with flowing nitrogen gas to prepare heparin-dopamine complex A surface modified PCL / PLGA scaffold was prepared. To mount BMP-2, an osteogenic growth factor, a surface-modified PCL / PLGA scaffold with a heparin-dopamine complex was added to a 0.1 M MES buffer (pH 5.6) containing 50 ng / ml of BMP-2 , Stirred overnight, washed 3-4 times with distilled water, and dried to obtain a heparin-dopamine-PCL / PLGA scaffold in which BMP-2 was immobilized.

실험예Experimental Example 9.  9. PCLPCL // PLGAPLGA 와 기능화된 And functionalized PCLPCL // PLGAPLGA 스캐폴드의Scaffold 표면 관찰 Surface observation

상기 제조된 실시예 2의 스캐폴드의 활성화된 PCL/PLGA 스캐폴드 표면에 헤파린 및 헤파린-도파민 스캐폴드에 BMP-2를 탑재한 기능화된 PCL/PLGA 스캐폴드를 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 도 11에서 보여주듯이 헤파린 처리 BMP-2 탑재 PCL/PLGA 스캐폴드는 표면이 거칠고 헤파린-도파민 BMP-2 탑재 PCL/PLGA 스캐폴드는 표면이 매끄러운 형상이 나타났다. 이는 헤파린-도파민 복합체 스캐폴드가 BMP-2 탑재에 적합함을 나타낸다.The functionalized PCL / PLGA scaffold carrying BMP-2 on heparin and heparin-dopamine scaffolds on the activated PCL / PLGA scaffold surface of the scaffold of Example 2 was observed with a scanning electron microscope. As a result, 11, the surface of the PCL / PLGA scaffold with heparin-treated BMP-2 was rough and the surface of PCL / PLGA scaffold with heparin-dopamine BMP-2 appeared smooth. Indicating that the heparin-dopamine complex scaffold is suitable for loading BMP-2.

실험예Experimental Example 10.  10. PCLPCL // PLGAPLGA 와 기능화된 And functionalized PCLPCL // PLGAPLGA 스캐폴드의Scaffold 세포독성 평가 Cytotoxicity Assessment

PCL/PLGA와 BMP-2 고정된 헤파린-PCL/PLGA, BMP-2 고정된 헤파린-도파민-PCL/PLGA 스캐폴드의 조골세포에 대한 세포독성을 평가하기 위해, 각각의 스캐폴드를 세포배양액에 넣고 37도에서 24시간 배양하여 추출배양액을 얻었다. 한편, 조골세포인 MG63세포 1 × 104 개를 96-well 플레이트에 넣고 37도에서 24시간 배양하였다. 배양된 조골세포의 배양액을 제거하고 PBS 버퍼로 세척한 후, 추출배양액을 첨가한 후 조골세포를 24시간, 48시간 배양한 후, 추출배양액을 제거하였다. 세포독성은 CCK-8 증식 키트 시약을 첨가하여 37도에서 1시간을 더 배양한 후 450 nm에서 흡광도를 측정하여 분석하였다. 도 12에 나타난 바와 같이, PCL/PLGA 및 기능화된 PCL/PLGA 스캐폴드들은 모두 48시간 배양 후에도 90%이상의 세포생존율을 보여주었으며, 이 결과는 PCL/PLGA 및 기능화된 PCL/PLGA 스캐폴드 모두 조골세포에 대한 세포독성이 없음을 의미한다.To evaluate the cytotoxicity of PCL / PLGA and BMP-2 immobilized heparin-PCL / PLGA, BMP-2 immobilized heparin-dopamine-PCL / PLGA scaffolds on osteoblast cells, each scaffold was placed in cell culture medium And cultured at 37 ° C for 24 hours to obtain an extract culture. On the other hand, 1 × 10 4 osteoblast MG63 cells were placed in a 96-well plate and cultured at 37 ° C. for 24 hours. The osteoblast cells were cultured for 24 hours and 48 hours, and then the culture broth was removed. For cytotoxicity, CCK-8 proliferation kit reagent was added and incubated at 37 ° C for 1 hour, and the absorbance was measured at 450 nm. As shown in FIG. 12, both PCL / PLGA and functionalized PCL / PLGA scaffolds showed cell viability of 90% or more even after 48 hours of culture. This result indicates that both PCL / PLGA and functionalized PCL / PLGA scaffolds Lt; RTI ID = 0.0 > cytotoxic < / RTI >

실험예Experimental Example 11.  11. PCLPCL // PLGAPLGA 와 기능화된 And functionalized PCLPCL // PLGAPLGA 스캐폴드의Scaffold 세포증식 Cell proliferation

PCL/PLGA와 BMP-2 담지 PCL/PLGA인 헤파린-PCL/PLGA, BMP-2가 고정된 헤파린-도파민-PCL/PLGA 스캐폴드의 조골세포에 대한 세포증식을 평가하기 위해, 1 × 105 개의 조골세포를 각각의 스캐폴드에 조심스럽게 넣고 1일, 3일, 7일을 배양한 후, 세포를 PBS 버퍼로 세척하였다. 세척 후, CCK-8 증식 키트 시약(Tetrazolium salt 시약, Cell Counting kit-8, Dojindo, 미국)을 넣고 1시간 배양한 후에, 배양액을 96 well 플레이트에 조심스럽게 옮긴 후 450 nm에서 흡광도를 측정하였다. PCL/PLGA 및 기능화된 PCL/PLGA 위에서 배양된 조골세포는 1일, 3일, 7일 후에 점차적으로 세포가 활발하게 증식이 되었으며 (도 13), 각 그룹간의 세포증식에 대한 차이는 7일에 BMP-2가 고정된 헤파린-도파민-PCL/PLGA 스캐폴드가 유효성 있게 증가하는 것을 확인하였다.PCL / PLGA and the BMP-2 loaded PCL / PLGA in heparin -PCL / PLGA, a BMP-2 is fixed heparin - In order to evaluate the cell proliferation of the osteoblasts in the dopamine -PCL / PLGA scaffolds, 1 × 10 5 of Osteoblast cells were carefully placed in each scaffold and cultured for 1, 3, and 7 days, and then the cells were washed with PBS buffer. After washing, CCK-8 proliferation kit reagent (Tetrazolium salt reagent, Cell Counting kit-8, Dojindo, USA) was added and incubated for 1 hour. The culture was carefully transferred to a 96-well plate and absorbance was measured at 450 nm. The osteoblasts cultured on PCL / PLGA and functionalized PCL / PLGA gradually proliferated after one day, three days, and seven days (Fig. 13), and the difference in cell proliferation between the groups was observed on day 7 It was confirmed that the heparin-dopamine-PCL / PLGA scaffold in which BMP-2 was immobilized effectively increased.

실험예 12. PCL / PLGA 과 기능화된 PCL / PLGA 스캐폴드의 알칼리성 포스파타제 활성도 Experimental Example 12. PCL / PLGA and Functionalized PCL / PLGA Alkaline phosphatase in scaffold Activity

조골세포의 초기분화 마커인 알칼리성 포스파타제 활성도를 측정 분석함으로서 PCL/PLGA와 기능화된 PCL/PLGA 스캐폴드들의 골융합 효능을 평가하였다. 1 × 105 개의 조골세포를 각각의 PCL/PLGA 위에 조심스럽게 넣고 3일, 10일, 14일을 배양한다. 배양 후, 세포를 PBS 버퍼로 세척한 뒤, 1×RIPA 버퍼를 세포에 넣어 0℃에서 110와트로 1분 동안 초음파를 가하였다. 용해된 세포를 4도에서 3분 동안 13,500 rpm으로 원심분리하였다. 원심분리 후, 상층액을 p-니트로페닐포스파테이트 용액과 37도에서 30분 동안 배양한 후, 500 ㎕의 1 N NaOH로 반응을 종결시킨 후, 405 nm에서 흡광도를 측정하였으며 그 결과를 도 14에 나타내었다. 도 14에서 보듯이, PCL/PLGA, BMP-2 담지 헤파린-PCL/PLGA 스캐폴드는 조골세포에 대한 알칼리성 포스파타제 활성도가 비슷하였으며, 전혀 차이를 보이지 않았다. 그러나 BMP-2가 고정된 헤파린-도파민-PCL/PLGA 스캐폴드는 PCL/PLGA 스캐폴드와 비교하여 현저하게 높은 알칼리성 포스파타제 활성도를 나타내었다.The osteogenic activity of PCL / PLGA and functionalized PCL / PLGA scaffolds was assessed by measuring and analyzing alkaline phosphatase activity, an early differentiation marker of osteoblast. 1 × 10 5 osteoblasts are carefully placed on each PCL / PLGA and cultured for 3, 10, and 14 days. After incubation, the cells were washed with PBS buffer, and 1 × RIPA buffer was added to the cells and sonicated at 110 ° C for 1 minute at 0 ° C. The lysed cells were centrifuged at 13,500 rpm for 3 minutes at 4 ° C. After centrifugation, the supernatant was incubated with the p-nitrophenylphosphate solution at 37 ° C for 30 minutes, and the reaction was terminated with 500 μl of 1 N NaOH. The absorbance at 405 nm was measured, Respectively. As shown in FIG. 14, PCL / PLGA and BMP-2-loaded heparin-PCL / PLGA scaffolds showed similar alkaline phosphatase activity to osteoblasts and showed no difference. However, the heparin-dopamine-PCL / PLGA scaffold with immobilized BMP-2 exhibited significantly higher alkaline phosphatase activity than the PCL / PLGA scaffold.

실험예Experimental Example 13.  13. PCLPCL // PLGAPLGA 과 기능화된 And functionalized PCLPCL // PLGAPLGA 스캐폴드의Scaffold 칼슘 침착 Calcium deposition

조골세포의 후기 분화 마커인 칼슘침착을 측정 분석함으로서 PCL/PLGA 및 BMP-2가 고정된 헤파린-도파민-PCL/PLGA 스캐폴드의 골융합 효능을 평가하였다. 1 × 105 개의 조골세포를 각각의 스캐폴드 위에 조심스럽게 넣고 21일 동안 배양하였다. 배양 후, 세포를 PBS 버퍼로 세척한 뒤 Tris-EDTA 용액으로 각각의 스캐폴드로부터 세포를 조심스럽게 떼어내었다. 떼어낸 세포를 1분간 13,500 rpm으로 원심분리 한 뒤, 0.1% 트리톤 X-100 용액을 세포에 넣었다. 세포의 막을 분쇄시키기 위해 0도에서 약 1분 동안 초음파를 가한 후, 원심분리를 하였다. 상층액을 분리하여 QuantiChrom TM Calcium Assay 키트를 이용하여 612nm에서 흡광도를 측정 비교하여 칼슘 침착 정도를 분석하였다. 도 15에서 보여주듯이, PCL/PLGA, BMP-2 담지 헤파린-PCL/PLGA 스캐폴드의 칼슘침착 정도가 비슷하였으며 통계학적으로도 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나, BMP-2가 고정된 헤파린-도파민-PCL/PLGA 스캐폴드는 PCL/PLGA 스캐폴드와 비교하여 현저하게 높은 칼슘 침착 정도를 나타내었다.The osteogenic effects of PCL / PLGA and BMP-2-fixed heparin-dopamine-PCL / PLGA scaffolds were evaluated by measuring calcium deposition as a late differentiation marker of osteoblast. 1 × 10 5 osteoblasts were carefully placed on each scaffold and incubated for 21 days. After incubation, the cells were washed with PBS buffer and carefully removed from each scaffold with Tris-EDTA solution. The detached cells were centrifuged for 1 minute at 13,500 rpm, and 0.1% Triton X-100 solution was added to the cells. Ultrasonic waves were applied for about 1 minute at 0 degree to crush the cell membrane, followed by centrifugation. The supernatant was separated and analyzed for absorbance at 612 nm using the QuantiChrom ™ Calcium Assay kit. As shown in FIG. 15, the degree of calcium deposition of PCL / PLGA and BMP-2-loaded heparin-PCL / PLGA scaffolds was similar and statistically not significantly different. However, heparin-dopamine-PCL / PLGA scaffolds in which BMP-2 was immobilized exhibited significantly higher levels of calcium deposition than PCL / PLGA scaffolds.

실험예Experimental Example 14. 조직학 및 조직형태학적 분석 14. Histology and histomorphological analysis

쥐 경골(tibia)에 8 mm 골결손(bone defect) 부분에 이식된 각각의 스캐폴드를 X-ray 촬영 후, 각 시료의 절반을 조직학 및 조직형태학적 분석을 위해 처리하였다. 각 조직은 10% buffered formaldehyde에 고정하였으며, 10% formic acid로 탈회하였다. 시상봉합에 직각으로 골결손부의 적도를 포함하여 양부위를 trimming 한 후 파라핀에 포매하였다. 블록을 6 μm 두께로 절단한 후 hematoxylin and eosin (H&E) 과 Masson’s trichrome (MT) 염색을 하였다. 조직학적 소견상 기능화된 PCL/PLGA 스캐폴드 군의 경우, 이물반응과 염증이 적으며 8주로 갈수록 골형성이 빨리 진행되었고, 수술후 회복과 골재생이 잘되는 양상이 관찰되었다. PCL/PLGA 스캐폴드의 경우, 초기에 이물반응과 염증반응이 심하며, 8주로 갈수록 줄어드는 양상을 보였고, 아직 스캐폴드가 잔존함이 관찰되었다 (도 16). 조직형태학적 분석에서 8주차에는 기능화된 PCL/PLGA 스캐폴드이 PCL/PLGA 스캐폴드에 비해 유의하게 높았다(P<0.001). 골형성양이 8주차에서 BMP-2가 탑재된 헤파린-도파민 PCL-PLGA 스캐폴드 군이 다른 군보다 80% 이상의 높은 수치를 보였다 (도 17).X-rays of each scaffold implanted in a 8 mm bony defect in the tibia of rats were taken and half of each sample was processed for histological and histomorphological analysis. Each tissue was fixed in 10% buffered formaldehyde and decalcified in 10% formic acid. Both sides were trimmed at right angles to the sagittal suture including the equator of the bone defect and embedded in paraffin. Blocks were cut to a thickness of 6 μm and stained with hematoxylin and eosin (H & E) and Masson's trichrome (MT). Histologically, the functional PCL / PLGA scaffold group showed less foreign body reaction and inflammation, progressed to early osteogenesis, and postoperative recovery and bone regeneration were observed. In the case of PCL / PLGA scaffolds, the foreign body reaction and the inflammatory reaction were severe at the beginning, and the scaffold remained at 8 weeks, and scaffold remained (Fig. 16). Histopathological analysis showed that functionalized PCL / PLGA scaffolds were significantly higher than PCL / PLGA scaffolds at 8 weeks ( P <0.001). At the 8th week of bone formation, the heparin-dopamine PCL-PLGA scaffold group with BMP-2 was found to be higher than that of the other groups by more than 80% (Fig. 17).

따라서 상기 실험예에 나타난 바와 같이 PCL/PLGA 스캐폴드 표면을 개질하여 골형성 촉진물질을 고정화시킨 기능성 스캐폴드인, 실시예 2의 BMP-2가 고정된 헤파린-도파민 PCL/PLGA 스캐폴드가 골융합 및 골형성 효능에도 우수한 효과를 가지는 것으로 나타났다.Thus, as shown in the above Experimental Example, the heparin-dopamine PCL / PLGA scaffold in which BMP-2 immobilized in Example 2, which is a functional scaffold in which the surface of the PCL / PLGA scaffold was modified to immobilize an osteogenesis promoting substance, It has been shown that it has an excellent effect on bone formation effect.

Claims (9)

헤파린-도파민의 화학결합체를 이용하여 표면을 개질한 스캐폴드로서,
상기 스캐폴드는 BMP-1, BMP-2, BMP-3, BMP-4, BMP-5, BMP-6, BMP-7, BMP-8a, BMP-8b, BMP-10, BMP-15와 혈소판유래증식인자(Platelet derived growth factor; PDGF), 형질전환성장인자베타(Transforming growth factor beta; TGF-beta), 염기성 섬유모세포생장인자(basic fibroblast growth factor; bFGF), 인슐린유사성장인자-1(Insulin like growth factor 1; IGF-1) 및 락토페린(lactoferin)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 골형성 촉진 물질을 포함하고,
상기 스캐폴드의 표면은 PCL/PLGA로 이루어진 것을 특징으로 하는 스캐폴드.
As scaffolds whose surface has been modified using chemical conjugates of heparin-dopamine,
The scaffold is derived from BMP-1, BMP-2, BMP-3, BMP-4, BMP-5, BMP-6, BMP-7, BMP-8a, BMP- (PDGF), transforming growth factor beta (TGF-beta), basic fibroblast growth factor (bFGF), insulin like growth factor-1 growth factor 1 (IGF-1), and lactoferrin.
Wherein the surface of the scaffold is made of PCL / PLGA.
제1항에 있어서, 상기 골형성 촉진 물질은 1 pg/ml 내지 3 mg/ml 농도로 포함되는 것을 특징으로 하는 스캐폴드.The scaffold of claim 1, wherein the bone formation promoting material is contained at a concentration of 1 pg / ml to 3 mg / ml. 제1항에 있어서, 상기 스캐폴드는 치과용 또는 정형외과용인 것을 특징으로 하는 스캐폴드.The scaffold of claim 1, wherein the scaffold is a dental or orthopedic scaffold. 제3항에 있어서, 상기 치과용 스캐폴드는 고정(Fixture)형 또는 멤브레인형인 것을 특징으로 하는 스캐폴드.[4] The scaffold of claim 3, wherein the dental scaffold is a fixture type or a membrane type. 제3항에 있어서, 상기 정형외과용 스캐폴드는 고관절, 슬관절, 족관절, 견관절 또는 주관절을 포함하는 인공관절이나, 척추영역 인공디스크를 포함하는 인공삽입물; 및
골절치료에 사용되는 금속나사, 금속판 또는 금속정을 포함하는 고정물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 스캐폴드.
[5] The orthopedic scaffold of claim 3, wherein the orthopedic scaffold includes a prosthetic joint including an artificial joint including a hip, a knee, an ankle, a shoulder or an elbow, or a spinal area artificial disc; And
Wherein the scaffold is selected from the group consisting of a metal screw, a metal plate, or a fixture including a metal fixture used in fracture treatment.
I) 헤파린-도파민의 화학결합체를 형성하는 단계;
II) PCL/PLGA 스캐폴드를 세척 및 건조하여 전처리하는 단계;
III) 상기 II) 단계에서 전처리한 PCL/PLGA 스캐폴드의 표면을 상기 I) 단계에서 형성된 헤파린-도파민의 화학결합체로 개질하는 단계; 및
IV) 상기 III) 단계에서 표면개질된 PCL/PLGA 스캐폴드에, BMP-1, BMP-2, BMP-3, BMP-4, BMP-5, BMP-6, BMP-7, BMP-8a, BMP-8b, BMP-10, BMP-15와 혈소판유래증식인자(Platelet derived growth factor; PDGF), 형질전환성장인자베타(Transforming growth factor beta; TGF-beta), 염기성 섬유모세포생장인자(basic fibroblast growth factor; bFGF), 인슐린유사성장인자-1(Insulin like growth factor 1; IGF-1) 및 락토페린(lactoferin)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 골형성 촉진 물질을 고정화시키는 단계;를 포함하는 기능화 PCL/PLGA 스캐폴드의 제조방법.
I) forming a chemical conjugate of heparin-dopamine;
II) washing and drying the PCL / PLGA scaffold and pretreating it;
III) modifying the surface of the PCL / PLGA scaffold pretreated in step II) with a chemical compound of heparin-dopamine formed in step I); And
IV) BMP-1, BMP-2, BMP-3, BMP-4, BMP-5, BMP-6, BMP-7, BMP-8a and BMP-4 were added to the PCL / PLGA scaffold surface- (PDGF), transforming growth factor beta (TGF-beta), basic fibroblast growth factor (BGF) -8b, BMP-10 and BMP- immobilizing one or more kinds of bone formation promoting substances selected from the group consisting of bFGF, insulin like growth factor 1 (IGF-1) and lactoferrin, A method for manufacturing a PCL / PLGA scaffold.
제6항에 있어서, 상기 II) 단계에서 세척 및 건조는 에탄올 용액에서 1시간 동안 초음파 세척한 후, 24시간 동안 50℃에서 건조하는 것을 특징으로 하는 기능화 PCL/PLGA 스캐폴드의 제조방법.[7] The method of claim 6, wherein washing and drying in step II) are performed by ultrasonic washing in an ethanol solution for 1 hour and then drying at 50 &lt; 0 &gt; C for 24 hours. 제6항에 있어서, 상기 III) 단계에서 표면개질은 전처리한 PCL/PLGA 스캐폴드를 헤파린-도파민의 화학결합체가 5 mg/ml의 농도로 용해되어 있는 10 mM Tris 버퍼 용액(pH 8.0)에 첨가하여 빛이 차단된 분위기에서 교반한 후, 증류수로 세척 및 건조함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 기능화 PCL/PLGA 스캐폴드의 제조방법.[7] The method of claim 6, wherein the pretreatment of the PCL / PLGA scaffold is performed in step III) by adding 10 mM Tris buffer solution (pH 8.0) in which the chemical conjugate of heparin-dopamine is dissolved at a concentration of 5 mg / ml And stirring the mixture in a light-shielded atmosphere, followed by washing with distilled water and drying. 제6항에 있어서, 상기 IV) 단계에서 골형성 촉진 물질의 고정화는 상기 III) 단계에서 표면개질된 PCL/PLGA 스캐폴드를 50 ng/ml 농도의 골형성 촉진 물질이 포함된 0.1M MES 버퍼 용액(pH 5.6)에 첨가하여 교반한 후, 증류수로 세척 및 건조함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 기능화 PCL/PLGA 스캐폴드의 제조방법.7. The method of claim 6, wherein the immobilization of the bone formation promoting material in step IV) is performed by immersing the PCL / PLGA scaffold surface-modified in step III) in a 0.1 M MES buffer solution containing 50 ng / (pH 5.6) and stirred, followed by washing with distilled water and drying. The method for producing a functionalized PCL / PLGA scaffold according to claim 1,
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