KR20150007576A - Multi-channel nerve conduit comprising carbon nanotube coated phosphate glass fiber and preparation method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention aims to provide a microstructure by which nerves can be regenerated more efficiently. The present invention relates to: a multi-channel nerve conduit including phosphate glass fiber coated with a carbon nanotube; and a method for manufacturing the same. The method includes the steps of: a) preparing the phosphate glass fiber; b) coating the phosphate glass fiber with the carbon nanotube; c) preparing a porous and biodegradable polymer tube and a porous-biodegradable polymer sheet; and d) inserting the phosphate glass fiber coated with the carbon nanotube in step b) in the porous-biodegradable polymer tube after covering the phosphate glass fiber with the porous-biodegradable polymer sheet.

Description

탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유를 포함하는 다중채널 신경도관 및 그의 제조방법 {MULTI-CHANNEL NERVE CONDUIT COMPRISING CARBON NANOTUBE COATED PHOSPHATE GLASS FIBER AND PREPARATION METHOD THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a multi-channel nerve conduit including phosphoric acid glass fibers coated with carbon nanotubes, and a method of manufacturing the same. [0002] MULTI- CHANNEL NERVE CONDUIT COMPRISING CARBON NANOTUBE COATED PHOSPHATE GLASS FIBER AND PREPARATION METHOD THEREOF [

본 발명은 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유를 신경도관 내부에 채우는 방법을 이용하여 절단된 말초신경을 연결하기 위한 다중채널 신경도관 (nerve conduit) 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-channel nerve conduit for connecting cut peripheral nerves using a method of filling a carbon nanotube-coated phosphate glass fiber into a nerve conduit, and a method for manufacturing the same.

운동신경 및 감각신경의 손상이 있을 경우 임상에서는 그 기능의 회복을 위해서는 우선 신경조직의 연속성을 복원하기 위한 방법으로 예전부터 자가 신경 이식술이 시술되고 있지만, 신경의 손상이 미미하거나 매우 짧은 길이의 신경에 적용이 가능하고 실제 문제가 되는 정도의 길이를 가지는 신경손상에는 적용하기가 곤란한 단점이 있으며, 손상부위의 신경조직과 이식되는 신경조직의 굵기 및 형태를 일치시키기가 매우 어렵다. 또한, 신경 손상의 정도나 손상 기간 또는 환자의 나이 등에 따라 결과가 달라지며 회복 정도도 아직 완전하지 못하다는 단점이 있다.In the case of motor neurons and sensory nerve damage, autologous nerve grafting has been used as a method to restore continuity of nerve tissue in order to restore its function. However, And it is difficult to apply it to nerve damage with a length that is a real problem, and it is very difficult to match the thickness and shape of the nerve tissue of the injured area with the nerve tissue to be implanted. In addition, there is a disadvantage that the results vary depending on the degree of nerve injury, the duration of injury, or the age of the patient and the degree of recovery is not yet complete.

비록 다양한 조성과 기질의 물리화학적 특성을 지닌 재료가 개발되고 있지만 아직까지는 온전한 신경재생을 위해서 충분한 재료학적 연구결과가 이루어지지 않았으며, 이에 대한 적절한 가이드라인이 필요하다. Although materials with physico - chemical properties of various compositions and substrates have been developed, sufficient material studies have not yet been made for thorough nerve regeneration and appropriate guidelines are needed.

신경도관이란, 절단된 신경의 양쪽 끝을 인공적으로 만든 튜브 안에 고정하고, 그 튜브 안으로 신경의 연결을 유도하는 튜브를 말하며 이 방법은 다음과 같은 이점을 가지고 있다. 첫째, 주변으로부터 신경 재생을 방해하는 반흔조직(scar tissue)의 침투를 막을 수 있으며, 둘째, 올바른 방향으로 축삭(정보 전달의 중추적 기능을 하는 신경의 구성요소)의 성장을 유도할 수 있으며, 셋째, 신경 자체에서 분비되는 재생 촉진 물질들이 튜브 내에 유지되는 반면 재생을 방해하는 물질은 외부로부터 차단될 수 있다.A nerve conduit is a tube that holds both ends of a severed nerve in an artificially created tube and guides the connection of the nerve into the tube. This method has the following advantages. First, it can prevent the infiltration of scar tissue that interferes with nerve regeneration from the periphery. Second, it can induce the growth of axon (component of nerve that plays a pivotal function of information transmission) in the right direction. , The regeneration promoting substances secreted from the nerve itself are maintained in the tube, while the substances interfering with regeneration can be blocked from the outside.

이러한 신경도관의 재료로는 크게 인체조직(정맥, 신경외막, 세포가 제거된 근육조직 등), 천연고분자(콜라겐, 키토산 등) 및 합성고분자(실리콘, 폴리락틱산(polylactic acid, PLA), 폴리글리콜산(polyglycolic acid, PGA), 폴리락틱산-글리콜산 공중합체(polylactic acid-co-glycolic acid, PLGA), 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리락틱산-카프로락톤 공중합체(poly lactic acid-co-caprolactone), 폴리하이드록시부티릭산-하이드록시발러릭산 공중합체(poly hydroxybutyric acid-co-hydroxyvaleric acid), 폴리포스포에스터(poly phosphoester) 등)가 연구되고 있다. 그러나 인체조직을 이용할 경우, 조직의 공급이 충분하지 않으며, 자가이식(autograft)이 아닌 경우 면역반응에 의해 사용이 제한적이며, 천연고분자의 경우 체내에서 쉽게 흡수(absorption)되고 물성 제어가 어려워 신경도관으로의 기능을 충족시키기에는 아직까지 해결해야 할 점이 많은 것으로 알려져 있다. 최근에는 재료의 공급이 용이하고, 물성이 우수한 합성고분자를 이용한 연구들이 주를 이루고 있는 실정이다.Materials of these nerve conduits are largely composed of human tissues (veins, neurons, cells removed muscle tissue, etc.), natural polymers (collagen, chitosan, etc.) and synthetic polymers (silicone, polylactic acid, PLA, Polyglycolic acid (PGA), polylactic acid-co-glycolic acid (PLGA), polycaprolactone, poly lactic acid-co -caprolactone, polyhydroxybutyric acid-co-hydroxyvaleric acid, and polyphosphoester) have been studied. However, when the human tissue is used, the supply of the tissue is not sufficient, the use of the natural polymer is limited due to the immune response when it is not autograft, and the natural polymer easily absorbs in the body, It is known that there is still a lot of work to be done to meet the functions of In recent years, researches using synthetic polymers that are easy to supply materials and have excellent physical properties have become mainstream.

종래의 임상에서 사용되는 신경도관은 도관 내에 내용물이 없고 비어있는 하나의 구멍이 나있는 튜브 형태이다. 또한, 비 흡수성 실리콘 도관은 도관 주위로 다공성이 없어 영양 물질이 통하지 못하여 신경 재생이 힘들고 속도가 느리다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 종래 기술에서는 신경도관이 콜라겐으로 제조되었다. 예를 들어, 일본 공개특허 2009-045221호는 "신경재생 보조제를 분비하는 세포를 표면에 배치한 세포외 매트릭스를 포함한 기재와 콜라겐 기재에 슈반 세포를 증식시킨 후에 롤링 적층한 적층체로부터 구성된 신경생체유도"를 기술하였다. 그러나, 콜라겐은 강도가 약하여 물, 체액 또는 혈액 등과 접촉하였을 때 일정기간 동안 강도를 유지하기가 힘들고 분해 속도가 빠르다는 단점이 있다.The conventional nerve conduit used in clinical practice is a tubular tube with no contents in the conduit and an empty hole. In addition, the nonabsorbable silicone conduit is not porous around the conduit, so nutrients can not penetrate and the nerve regeneration is difficult and slow. In order to overcome these disadvantages, in the prior art, the nerve conduit was made of collagen. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-045221 discloses a neurobiological apparatus comprising a substrate containing an extracellular matrix in which cells that secrete a neural regenerative agent are placed on a surface, a Schwann cell grown on a collagen substrate, Induction ". However, since collagen has a weak strength, it is difficult to maintain its strength for a certain period of time when it comes into contact with water, body fluids, blood or the like, and it has a disadvantage that its decomposition rate is fast.

현재 임상에서 사용되는 인공 신경도관은 외국에서 전량 수입되고 있으며, 미국 FDA 및 유럽 CE의 승인을 받은 세 종류의 재료(콜라겐, PGA 및 카프로락톤)로 만들어진 네 가지의 미국회사의 제품(NeuraGen®, Neuroflex®, Neurotube®, Neurolac®)이 있다.Currently, the artificial neural conduits used in clinical practice are imported from all over the world, and products from four US companies (NeuraGen®, PGA, and Caprolactone) made from three types of materials approved by the US FDA and European CE (collagen, Neuroflex®, Neurotube®, and Neurolac®).

상기 제품들은 신경손상에 적용하기가 어렵고, 회복되는 정도가 짧은 단점이 있다. 따라서, 종래 기술의 문제점을 개선하여 정량적이고 안정적인 효과를 갖는 신경도관의 개발이 필요하다.These products are difficult to apply to nerve damage and have a short recovery time. Therefore, there is a need to develop a nerve conduit that has a quantitative and stable effect by improving the problems of the prior art.

JP 2009-045221호JP 2009-045221

상기 목적을 해결하기 위하여,In order to solve the above object,

본 발명은 종래 신경 손상의 치료를 위한 방법들이 갖는 문제점을 해결하고,종래에 시판되는 재료 이외의 다른 재료를 사용하여 신경이 보다 효율적으로 재생될 수 있는 미세구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims at solving the problems of conventional methods for treating nerve damage and providing a microstructure in which nerves can be regenerated more efficiently by using materials other than those commercially available.

또한, 본 발명은 신경섬유 재생의 통로 역할을 하는 신경도관을 제작하여 축삭을 올바른 방향으로 자라게 하고 신경재생을 방해하는 조직의 침투를 막으며, 신경 자체에서 분비되는 재생인자를 유지할 수 있는 환경을 제공하는 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention also provides a nerve conduit which serves as a pathway for nerve fiber regeneration, which allows the axon to grow in the right direction, prevents infiltration of tissues that interfere with nerve regeneration, and maintains the regenerative factor secreted from the nerve itself The present invention provides a structure for providing a structure.

또한, 본 발명은 현재 임상에서 사용되는 비어있는 튜브 형태가 아닌, 그 내부를 다공성이고 생분해성인 물질로 채움으로써 이로 인해 생성된 미세구조를 갖는 신경도관을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a nerve conduit having a microstructure produced by filling the inside with a porous and biodegradable material instead of an empty tube shape used in clinical practice.

본 발명은 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유를 포함하는 다중채널 신경도관을 제공한다. The present invention provides a multi-channel neural conduit comprising phosphoric acid glass fibers coated with carbon nanotubes.

바람직하게는, 상기 탄소나노튜브는 카르복실화 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nano tube)이다.
Preferably, the carbon nanotubes are carboxylated multi-walled carbon nanotubes.

또한, 본 발명은 In addition,

절단된 말초신경을 연결하기 위한 다중채널 신경도관의 제조에 있어서,In the manufacture of multi-channel neural conduits for connecting cut peripheral nerves,

a)인산유리섬유를 준비하는 단계; a) preparing phosphate glass fibers;

b)상기 인산유리섬유를 탄소나노튜브로 코팅하는 단계;b) coating the phosphoric acid glass fibers with carbon nanotubes;

c)다공성-생분해성 고분자 튜브와 다공성-생분해성 고분자 시트를 준비하는 단계; 및c) preparing a porous-biodegradable polymeric tube and a porous-biodegradable polymeric sheet; And

d)상기 단계 b)에서 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유를 다공성-생분해성 고분자 시트로 감싼 후, 다공성-생분해성 고분자 튜브의 내부에 삽입하는 단계를 포함하는, 다중채널 신경도관의 제조방법을 제공한다.
d) inserting the carbon nanotube-coated phosphate glass fiber into a porous-biodegradable polymer sheet in step b), and then inserting it into the porous-biodegradable polymer tube. .

본 발명은 신경도관의 내부에 유리섬유를 채워 미세구조를 형성함으로써, 기존의 신경도관보다 향상된 신경재생 효과를 기대할 수 있다.In the present invention, the nerve conduit is filled with glass fiber to form a microstructure, so that it is possible to expect an improved nerve regeneration effect over the existing neural conduit.

또한, 탄소나노튜브를 유리섬유에 코팅하여 유리섬유에 탄소나노튜브가 안정적이고 지속적으로 붙어있도록 하고, 탄소나노튜브를 코팅함으로써 신경세포의 부착 및 성장을 효율적으로 높일 수 있다.In addition, by coating carbon nanotubes on glass fibers, carbon nanotubes can be stably and stably attached to glass fibers, and carbon nanotubes can be coated to efficiently increase adhesion and growth of nerve cells.

또한, 본 발명에서의 시트 또는 튜브는 선택적 투과성을 가진 다공성이고 생체적합성 및 생분해성인 고분자이며, 신경도관의 내부에 유리섬유를 삽입하는 경우 사용되는 시트는 약물전달체계로 활용되어, 향신경성 인자 및 반흔 형성 억제물질 등 약물의 분비 시간을 조절할 수 있으며 다양한 약물의 첨가로 인한 효과도 기대할 수 있다.In addition, the sheet or tube in the present invention is a porous, biocompatible and biodegradable polymer having selective permeability. The sheet used for inserting glass fiber into the nerve conduit is utilized as a drug delivery system, It is possible to regulate the secretion time of the drug such as scar formation inhibitor and the effect by addition of various drugs can be expected.

도 1은 본 발명에 따른 인산유리섬유의 SEM과 광학사진으로 (A) 및 (B)는 탄소나노튜브로 코팅되지 않은 인산유리섬유의 사진이며, (C) 및 (D)는 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유의 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 (A) 인산유리섬유 및 (B) 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유의 DRG 뉴런을 이용하여 신경의 축삭 성장에 미치는 영향을 관찰한 in vitro 실험 결과를 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 신경도관 내부의 SEM 사진으로 (A)는 신경도관의 내부를 보여주는 단면사진이고, (B)는 내부에 삽입된 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유에 의해 형성된 미세구조의 확대사진이며, (C)는 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유를 감싼 PLDLA 시트의 구조를 나타낸 사진이다.
도 4는 인산유리섬유 및 본 발명에 따른 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유를 PLDLA 시트로 감싼 후, 다공성 PLDLA 튜브 안으로 삽입하여 만든 신경도관의 사진(도 4A, 4B)이고, 탄소나노튜브로 코팅되지 않은 인산유리섬유를 포함하는 신경도관을 이식한 대조군 (도 4C)과 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유를 포함하는 신경도관을 이식한 실험군 (도 4D)의 사진이다.
도 5는 인산유리섬유를 포함하는 신경도관 이식 16주 후의 축삭재생 (도 5A)과 본 발명에 따른 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유를 포함하는 신경도관 이식 16주 후의 축삭재생 (도 5B)을 비교한 사진이다.
(A) and (B) are photographs of phosphoric acid glass fibers not coated with carbon nanotubes, and (C) and (D) are photographs of carbon nanotubes It is a photograph of coated phosphoric acid glass fiber.
FIG. 2 is a photograph showing in vitro results of observing the influence of axonal growth on nerve fibers using DRG neurons of (A) phosphate glass fibers and (B) carbon nanotube-coated phosphate glass fibers according to the present invention .
FIG. 3 is a SEM photograph of the inside of a nerve conduit according to the present invention, wherein (A) is a cross-sectional view showing the inside of a nerve conduit, (B) shows a microstructure formed by phosphoric acid glass fibers coated with carbon nanotubes (C) is a photograph showing the structure of a PLDLA sheet wrapped with a carbon nanotube-coated phosphoric acid glass fiber.
4A and 4B are photographs (Figs. 4A and 4B) of a nerve conduit made by wrapping a PLLLA sheet with phosphoric acid glass fiber and phosphoric acid glass fiber coated with the carbon nanotube according to the present invention and inserting it into a porous PLDLA tube, (FIG. 4C) implanted with nerve conduits containing uncoated phosphate glass fibers (FIG. 4C) and an experimental group (FIG. 4D) implanted with nerve conduits containing phosphoric acid glass fibers coated with carbon nanotubes.
FIG. 5 shows axon regeneration (FIG. 5A) after 16 weeks of nerve conduit transplantation containing phosphate glass fibers (FIG. 5A) and axon regeneration (FIG. 5B) after 16 weeks of nerve conduit transplantation with carbon nanotube- .

본 발명은 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유를 포함하는 다중채널 신경도관을 제공한다. The present invention provides a multi-channel neural conduit comprising phosphoric acid glass fibers coated with carbon nanotubes.

바람직하게는, 상기 탄소나노튜브는 카르복실화 다중벽 탄소나노튜브이다.Preferably, the carbon nanotube is a carboxylated multi-walled carbon nanotube.

또한, 바람직하게는 상기 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유는 다공성이고 생분해성인 고분자 시트로 감싸지고, 다공성이고 생분해성인 고분자로 이루어진 튜브(tube)에 채워진 상태이다.In addition, preferably, the phosphoric acid glass fiber coated with the carbon nanotube is wrapped in a porous, biodegradable polymer sheet, and is filled in a tube made of a porous and biodegradable polymer.

바람직하게는, 상기 인산유리섬유의 직경은 28.1±6.6 μm이다.
Preferably, the diameter of the phosphoric acid glass fiber is 28.1 占 6.6 占 퐉.

또한, 본 발명은 In addition,

절단된 말초신경을 연결하기 위한 다중채널 신경도관의 제조에 있어서,In the manufacture of multi-channel neural conduits for connecting cut peripheral nerves,

a)인산유리섬유를 준비하는 단계; a) preparing phosphate glass fibers;

b)상기 인산유리섬유를 탄소나노튜브로 코팅하는 단계;b) coating the phosphoric acid glass fibers with carbon nanotubes;

c)다공성-생분해성 고분자 튜브와 다공성-생분해성 고분자 시트를 준비하는 단계; 및c) preparing a porous-biodegradable polymeric tube and a porous-biodegradable polymeric sheet; And

d)상기 단계 b)에서 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유를 다공성-생분해성 고분자 시트로 감싼 후, 다공성-생분해성 고분자 튜브의 내부에 삽입하는 단계를 포함하는, 다중채널 신경도관의 제조방법을 제공한다.
d) inserting the carbon nanotube-coated phosphate glass fiber into a porous-biodegradable polymer sheet in step b), and then inserting it into the porous-biodegradable polymer tube. .

상기 단계a)는 P2O5-CaO-Na2O-Fe2O3를 바람직하게는 50:40:5:5의 몰비로 혼합하여 제조할 수 있다.Said step a) can be prepared by mixing P 2 O 5 -CaO-Na 2 O-Fe 2 O 3 , preferably in a molar ratio of 50: 40: 5: 5.

상기 단계b)는 상기 단계 a)에서 제조된 인산유리섬유를 염산으로 처리하고 3-아미노프로필-트리에톡시실란에 침지한 뒤 건조, 바람직하게는 열로 말린 후, 탄소나노튜브 용액에 침지하는 단계이다.
In the step b), the phosphoric acid glass fiber prepared in the step a) is treated with hydrochloric acid, immersed in 3-aminopropyl-triethoxysilane, dried, preferably heated, and then immersed in a carbon nanotube solution to be.

바람직하게는, 본 발명의 탄소나노튜브는 카르복실화 다중벽 탄소나노튜브이고, 단계 a)의 인산유리섬유는 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)-카르보디이마이드 하이드로클로라이드와 카르복실화 다중벽 탄소나노튜브를 섞은 용액에 침지하여 코팅한다.Preferably, the carbon nanotubes of the present invention are carboxylated multi-wall carbon nanotubes and the phosphate glass fibers of step a) are selected from the group consisting of 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide hydrochloride, And is coated by immersing it in a mixed solution of multiple-wall carbon nanotubes.

또한, 단계b)의 탄소나노튜브가 코팅된 인산유리섬유는 에틸렌디아민과 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)-카르보디이마이드하이드로클로라이드로 교차반응을 일으켜 표면을 아민화 시킨다. In addition, the phosphoric acid glass fiber coated with carbon nanotubes in step b) is cross-reacted with ethylenediamine and 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide hydrochloride to amidify the surface.

다공성이고 생체적합하며 생분해성인 고분자는 모두 가능한데 콜라겐, 키토산, 실리콘, PLA(poly(lactic acid)), PGA(poly(glycolic acid)), 폴리락틱산-글리콜산 공중합체, PCL(poly(ε-caprolactone)), 폴리락틱산-카프로락톤 공중합체, 폴리하이드록시부티릭산-하이드록시발러릭산 공중합체, 폴리포스포에스터 및 PLDLA(poly-L/D-lactide) 등이 있으며, 더욱 바람직하게는 PLDLA이다.
Porous, biocompatible and biodegradable polymers are all possible, such as collagen, chitosan, silicone, poly (lactic acid), poly (glycolic acid), polylactic acid-glycolic acid copolymer, caprolactone), polylactic acid-caprolactone copolymer, polyhydroxybutyric acid-hydroxyvaleric acid copolymer, polyphosphoester and PLDLA (poly-L / D-lactide) to be.

상기 단계c)는 다공성-생분해성 고분자로 신경섬유 재생의 통로 역할을 하는 신경도관을 제작하는 단계로, 축삭을 올바른 방향으로 자라게 하고 신경재생을 방해하는 조직의 침투를 막으며, 신경 자체에서 분비되는 재생인자를 유지할 수 있다는 환경을 제공하는 구조물을 제공한다. 상기 다공성-생분해성 고분자로 본 발명에서 사용되는 다공성-생분해성 고분자 시트는 지름이 수십에서 수백 나노미터로 구성된 초극세 섬유를 의미하는 것으로 일반적으로 전기방사법을 이용하여 제조한 섬유를 말한다.The step c) is a step of preparing a nerve conduit that serves as a pathway for regenerating nerve fibers with a porous-biodegradable polymer. It prevents axillary tissue from penetrating into the nerve regeneration preventing nerve regeneration, Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI > regeneration factor. As the porous-biodegradable polymer, the porous-biodegradable polymer sheet used in the present invention refers to a microfine fiber having a diameter of several tens to several hundreds of nanometers, and generally refers to a fiber produced by electrospinning.

또한, 상기 단계d)는 단계 a) 및 b)를 거쳐 제조된 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유를 PLDLA 시트로 감싼 후, 신경도관 내부에 삽입하는 단계이다.
In addition, step d) is a step of wrapping the carbon nanotube-coated phosphate glass fiber prepared through steps a) and b) in a PLDLA sheet, and inserting the glass fiber into the nerve conduit.

바람직하게는, 상기 단계 a) 및 b)를 거쳐 제조된 인산유리섬유는 500 내지 1500개의 가닥을 가질 수 있다. 섬유의 수가 많을수록 신경 재생시 재생 방향을 더욱 잘 유도할 수 있다. 따라서, 본 발명의 인산유리섬유는 약 1000개 가까운 섬유 가닥을 함유함으로써 신경의 재생 방향성을 더욱 효과적으로 유도할 수 있다.
Preferably, the phosphate glass fibers produced through steps a) and b) above may have 500 to 1500 strands. The greater the number of fibers, the better the direction of regeneration can be induced during nerve regeneration. Therefore, the phosphate glass fiber of the present invention can induce the regeneration direction of nerve more effectively by containing about 1000 fiber strands.

또한, 바람직하게는 상기 시트 또는 튜브는 선택적 투과성을 가진 다공성이고 생체적합성 및 생분해성인 고분자이다. 생분해성 고분자재료는 생체 내에서 서서히 화학적 분해가 일어나면서 그 형태와 무게가 점차 소멸되는 재료로서, 크게 천연고분자재료와 합성 고분자재료로 나눌 수 있다. 천연 생분해성 고분자 재료로는 콜라겐, 젤라틴, 키토산, 히아루론산 등이 있으며 합성 생분해성 재료로는 PLA, PGA, PCL 등이 있다.
Also preferably, the sheet or tube is a porous, biocompatible and biodegradable polymer with selective permeability. Biodegradable polymeric materials are gradually degraded in shape and weight due to gradual chemical decomposition in vivo, and they can be largely divided into natural polymeric materials and synthetic polymeric materials. Natural biodegradable polymeric materials include collagen, gelatin, chitosan, and hyaluronic acid, and synthetic biodegradable materials include PLA, PGA, and PCL.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 제조예, 실시예 및 실험예를 제시한다. 그러나 하기의 제조예, 실시예 및 실험예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기의 제조예, 실시예 및 실험예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred examples, examples and experimental examples are provided to facilitate understanding of the present invention. However, the following Production Examples, Examples and Experimental Examples are provided only for the purpose of easier understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the following Production Examples, Examples and Experimental Examples.

<제조예> 생분해성 유리섬유의 제조
<Production Example> Production of biodegradable glass fiber

인산유리섬유를 만들기 위해서는 P2O5, CaO, Na2O 및 Fe2O3를 각각 50:40:5:5의 몰 비율로 섞어야 하고, 이때 소디움 디하이드로젠 포스페이트(NaH2PO4), 디-포스페이트 펜토옥사이드(P2O5), 칼슘 카보네이트 (CaCo3), 아이언(iii) 옥사이드(Fe2O3)를 사용하였다. 재료를 700℃에서 30분, 1100℃에서 1시간 동안 녹이고 상온에서 식힌 후, 이것을 섬유로 만들기 위해 스피닝 방법(spinning method)을 사용하였고, 1100℃의 오븐에 넣어 다시 녹였다. 녹인 용액이 아래로 흘러나와 스피닝 드럼(spinning drum)에 닿으면 드럼을 돌려 섬유를 제조하였다.
In order to produce phosphate glass fibers, P 2 O 5 , CaO, Na 2 O and Fe 2 O 3 should be mixed in a molar ratio of 50:40: 5: 5, respectively, and sodium dihydrogen phosphate (NaH 2 PO 4 ) , Di-phosphate pentoxide (P 2 O 5 ), calcium carbonate (CaCo 3 ) and iron (iii) oxide (Fe 2 O 3 ) were used. The material was melted at 700 ° C. for 30 minutes and at 1100 ° C. for 1 hour. After cooling at room temperature, the spinning method was used to make it into fiber, which was melted again in an oven at 1100 ° C. When the dissolved solution flows downward and comes into contact with the spinning drum, the drum is turned to produce the fiber.

<실시예> 탄소나노튜브가 코팅된 인산유리섬유 제조 및 신경도관의 제작
<Examples> Carbon nanotube-coated phosphate glass fiber fabrication and nerve conduit fabrication

단계 1Step 1

인산유리섬유를 1N의 염산에 5분 동안 처리하여 표면을 양전하를 띄게 한 후, 2.5%의 3-아미노프로필-트리에톡시실란, pH 5.0에서 10초 동안 처리한 후, 핫 건(hot gun)으로 120℃까지 말렸다. 위와 같은 방법을 10번 반복하여 진행하였다.
The phosphate glass fibers were treated with 1N hydrochloric acid for 5 minutes to positively charge the surface, treated with 2.5% of 3-aminopropyltriethoxysilane at pH 5.0 for 10 seconds, To 120 &lt; 0 &gt; C. The above procedure was repeated 10 times.

단계 2Step 2

카르복실화 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nano tube: MWCNT, 일진나노텍, 순도>95%)와 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)-카르보디이마이드 하이드로클로라이드가 포함된 용액에 담가 상온에서 3시간 동안 결합시켰다.
A solution containing 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide hydrochloride and a carboxylated multi-walled carbon nano tube (MWCNT, Iljin Nanotech, purity> 95% And allowed to bind at room temperature for 3 hours.

단계 3Step 3

탄소나노튜브가 코팅된 인산유리섬유를 아민화시키기 위해 0.1 M 에틸렌디아민과 0.012 mM 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)-카르보디이마이드 하이드로클로라이드를 pH 5.0에서, 상온에서 2시간 동안 카르보디이미드 가교 반응을 시켰다. 반응물이 결합된 후, 인산유리섬유를 증류수로 수회 세척하고 70% 알코올과 UV처리하여 멸균하였다.
In order to aminize carbon nanotube-coated phosphate glass fibers, 0.1 M ethylenediamine and 0.012 mM 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide hydrochloride were added at pH 5.0 for 2 hours at room temperature Carbodiimide crosslinking reaction. After the reactants were combined, the phosphate glass fibers were washed several times with distilled water and sterilized by treatment with 70% alcohol and UV.

단계 4Step 4

평균 900±36 가닥의 인산유리섬유와 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유를 PLDLA 시트로 감싼 후, 내경 0.8 mm, 외경 1.0 mm, 길이 12 mm의 다공성 PLDLA 튜브에 삽입하였다.
Phosphoric acid glass fibers coated with 900 ± 36 strands of phosphoric acid glass fibers and carbon nanotubes were wrapped in a PLDLA sheet and inserted into porous PLDLA tubes with an inner diameter of 0.8 mm, an outer diameter of 1.0 mm and a length of 12 mm.

<실험예 1> 탄소나노튜브가 코팅된 인산유리섬유의 SEM 확인
Experimental Example 1 SEM observation of carbon nanotube-coated phosphoric acid glass fiber

상기 실시예 1에서 제조된 인산유리섬유에 탄소나노튜브가 코팅된 것을 SEM(scanning electron microscopy; Hitachi 3000, Japan)을 이용하여 확인하였고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
The carbon nanotubes coated on the phosphoric acid glass fibers prepared in Example 1 were confirmed by SEM (scanning electron microscopy; Hitachi 3000, Japan). The results are shown in FIG.

도 1A와 도 1B는 탄소나노튜브가 코팅되지 않은 제조예의 인산유리섬유의 SEM 이미지와 광학 이미지이고, 도 1C와 도 1D는 실시예에서 제조된 탄소나노튜브가 코팅된 인산유리섬유의 SEM 이미지와 광학이미지이다. 제조예의 인산유리섬유의 직경은 28.1±6.6 ㎛로 관찰되었고 또한, 도 1C 및 도 1D에서 보여지는 바와 같이, 탄소나노튜브가 인산유리섬유의 표면에 균일하게 코팅되어 있음을 확인할 수 있다.
FIGS. 1A and 1B are SEM images and optical images of the phosphoric acid glass fibers of the production example in which the carbon nanotubes are not coated, FIGS. 1C and 1D are SEM images of the carbon nanotube- It is an optical image. The diameters of the phosphoric acid glass fibers in the production example were 28.1 ± 6.6 μm, and it was confirmed that the carbon nanotubes were uniformly coated on the surface of the phosphoric acid glass fiber as shown in FIGS. 1C and 1D.

<실험예 2> 신경 세포성장의 측정을 위한 in vitro 실험
<Experimental Example 2> In vitro test for measurement of neuronal cell growth

in vitro 실험을 위해 인산유리섬유와 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유를 20 mm길이로 자른 후 커버슬립 위에 단층의 길이방향으로 배열한 후, 양쪽 끝을 폴리-L/D-락타이드 (PLDLA)로 붙여 고정시켰다. 인산유리섬유를 붙인 커버슬립을 12 well 배양접시에 넣고 20 μg/ml 의 폴리-D-라이신으로 4℃에서 밤새 코팅하고, 이후 10 μg/ml의 라미닌(Sigma)으로 2시간 코팅하였다. 6주령의 Spargue-Dawley 랫트의 흉추와 요추 부위의 배근신경절 (dorsal root ganglion, DRG)을 적출한 후 해부현미경하에서 배근신경절을 둘러싼 막들을 제거하였다. 이 후 2.5 mg/ml 농도의 콜라게네이즈로 37℃ 항온 수조에서 60분간 처리하였다. 그 후 낮은 속도로 원심분리하여 콜라게네이즈를 걷어내고 미리 데워진 배양 배지를 넣어주어 콜라게네이즈를 씻어내었다. 배지를 걷어내고 새로 준비한 0.5 내지 1.0 ml의 배양배지를 넣고 DRG 뉴런들을 조심스럽게 풀어준 후, 미리 준비해두었던 라미닌/폴리-D-라이신으로 코팅된 커버슬립 위에서 배양하였다. 배양 후 24시간마다 배지를 갈아주었으며 3일 동안 배양하였다. 인산유리섬유와 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유가 신경세포의 성장에 끼치는 영향을 관찰하기 위해 4% 파라포름알데하이드를 이용하여 1시간 동안 고정하였으며 이후 면역염색을 진행하였다. 1차 항체는 신경세포의 축삭 염색을 위해 mouse SMI312 단클론 항체를 사용하였다. 3일 간의 배양결과에서 도면 2A와 2B에서 보여지는 바와 같이 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유에서 배양된 DRG 뉴런의 축삭의 길이가 더 길게 자랐음을 확인 할 수 있었다.
For in vitro experiments, phosphate glass fibers and carbon nanotube-coated phosphate glass fibers were cut to a length of 20 mm and then arranged on the cover slip in the longitudinal direction of the monolayer, and then the both ends were treated with poly-L / D-lactide ). The cover slip with phosphate glass fiber was placed in a 12-well culture dish, coated overnight at 4 ° C with 20 μg / ml poly-D-lysine, and then coated with 10 μg / ml laminin (Sigma) for 2 hours. The dorsal root ganglion (DRG) of thoracic and lumbar spines of 6-week-old Spargue-Dawley rats was removed and membranes surrounding the ganglion ganglion were removed under a dissecting microscope. Then, the cells were treated with collagenase at a concentration of 2.5 mg / ml for 60 minutes in a constant temperature water bath at 37 ° C. Thereafter, centrifugation was performed at low speed to remove the collagenase, and a pre-warmed culture medium was added to wash out the collagenase. The medium was removed and freshly prepared 0.5 to 1.0 ml culture medium was added and DRG neurons were carefully released and then cultured on a cover slip coated with laminin / poly-D-lysine that had been prepared beforehand. The culture medium was changed every 24 hours after the incubation and cultured for 3 days. To observe the effect of phosphoric acid glass fiber and carbon nanotube coated phosphate glass fiber on the growth of neurons, the cells were fixed with 4% paraformaldehyde for 1 hour and then immunostained. The primary antibody was mouse SMI312 monoclonal antibody for axonal staining of neurons. As a result of culturing for 3 days, it was confirmed that the axon length of the DRG neuron cultured in the carbon nanotube-coated phosphate glass fiber grew longer as shown in FIGS. 2A and 2B.

<실험예 3> 신경도관의 구조 확인
<Experimental Example 3> Confirmation of the structure of the nerve conduit

상기 실시예에서 제조된 인산유리섬유가 삽입된 신경도관을 확인하기 위해 인산유리섬유가 삽입된 신경도관의 단면사진을 SEM(scanning electron microscopy, Hitachi 3000, Japan)으로 확인하였다 (도 3).
A cross-sectional photograph of the nerve conduit in which the phosphate glass fiber was inserted was confirmed by SEM (scanning electron microscopy, Hitachi 3000, Japan) (FIG. 3) in order to confirm the nerve conduit inserted with the phosphate glass fiber manufactured in the above example.

<실험예 4> 신경재생효과 확인을 위한 in vivo 실험
&Lt; Experimental Example 4 > In vivo experiment for confirming nerve regeneration effect

본 발명에 따른 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유의 신경 재생에 미치는 효과를 알아보기 위하여 실험도관을 동물 체내에 이식하는 실험을 수행하였다. 신경도관은 평균 900±36 가닥의 인산유리섬유와 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유를 PLDLA 시트로 감싸고, 이것을 내경 0.8 mm, 외경 1.0 mm, 길이 12 mm의 다공성 PLDLA 튜브 안으로 삽입하여 신경도관을 만들었다 (도 4A 및 4B).To examine the effect of the carbon nanotube-coated phosphate glass fiber according to the present invention on nerve regeneration, an experimental catheter was implanted into an animal body. The nerve conduits were wrapped with PLDLA sheets of phosphate glass fibers coated with 900 ± 36 fibers and carbon nanotubes on average, and inserted into porous PLDLA tubes with an inner diameter of 0.8 mm, an outer diameter of 1.0 mm, and a length of 12 mm, (Figs. 4A and 4B).

먼저 12주령 암컷 Spargue-Dawley 랫트를 무작위로 선정하여 고관절로부터 5 mm 아래의 좌골 신경을 10 mm 길이로 잘라 제거한 후 탄소나노튜브로 코팅되지 않은 인산유리섬유 신경도관을 이식한 대조군 (도 4C)과 본 발명에 따른 실시예 1의 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유 신경도관을 10 mm 길이로 신경 손상부위에 이식한 실험군 (도 4D)으로 나누었다. 이때 신경관과 신경이 서로 분리되는 것을 방지하기 위해 미세봉합사 (10-0)를 이용하여 신경관의 양끝을 신경과 180도 간격으로 2 부분을 봉합하여 주었다.
First, 12-week-old female Spargue-Dawley rats were randomly selected and sciatic nerves 5 mm below the hips were cut out to a length of 10 mm, and then treated with carbon nanotube-untreated phosphate glass nerve conduits (FIG. 4C) The carbon nanotube-coated phosphate glass fiber nerve conduit of Example 1 according to the present invention was divided into an experimental group (FIG. 4D) implanted into the nerve injury site with a length of 10 mm. At this time, to prevent the neural tube and neuron from separating from each other, the two ends of the neural tube were sutured by using a micro suture (10-0) at intervals of 180 degrees between the nerve and the nerve.

<실험예 5> in vivo 실험에서의 신경재생효과 확인
<Experimental Example 5> Confirmation of nerve regeneration effect in an in vivo experiment

상기 실험에서 사용된 이식체로 인한 좌골신경의 성장을 확인하기 위해 면역염색을 진행하였다. 재료 이식 16주 후, 12 mm 길이의 이식체를 포함한 좌골신경을 적출하고, 4% 파라포름알데하이드에 고정하였다. 이를 다시 30% 스쿠로스에 3일간 처리한 후, 16 μm의 두께로 동결절편 하였다. 자른 조직은 신경세포의 축삭 염색을 위해 mouse SMI312 단클론 항체를 사용하였고, 공촛점 현미경으로 결과를 확인하고 imageJ 프로그램을 이용하여 SMI312 양성인 축삭의 숫자를 확인하였다. 인산유리섬유 신경도관을 이식한 동물과 (도 5A) 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유 신경도관을 (도 5B) 이식한 동물에서 이식한 원위부의 SMI312 양성인 축삭의 숫자를 비교한 결과, 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유 신경도관을 (도 5B) 이식한 동물에서 더 많은 숫자의 SMI312 양성 축삭이 관찰되었다.Immunostaining was performed to confirm the growth of the sciatic nerve caused by the implant used in the experiment. After 16 weeks of material transplantation, the sciatic nerve including the 12 mm long graft was removed and fixed in 4% paraformaldehyde. This was treated with 30% sucrose for 3 days and then frozen at a thickness of 16 탆. The cut tissues used mouse SMI312 monoclonal antibody for axonal staining of neurons, confirmed the results by confocal microscopy, and confirmed the number of SMI312 positive axons using the imageJ program. The number of distal SMI312-positive axons transplanted in animals implanted with phosphate glass nerve conduit (FIG. 5A) and in the animal transplanted with carbon nanotube-coated phosphate glass nerve conduit (FIG. 5B) More numbers of SMI312 positive axons were observed in the transplanted animals with the tube-coated phosphate glass nerve conduit (Fig. 5B).

상기 실험예 2에 나타난 바와 같이, 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유는, 탄소나노튜브로 코팅되지 않은 인산유리섬유에 비해 신경 세포를 보다 길게 성장시켰고, 이를 통해서 탄소나노튜브의 코팅이 신경의 부착성장에 도움을 줄 수 있다는 것을 알 수 있었다.
As shown in Experimental Example 2, phosphoric acid glass fibers coated with carbon nanotubes grow longer nerve cells than phosphate glass fibers not coated with carbon nanotubes, It can be said that it can contribute to adhesion growth.

또한, 실험예 5에 나타난 바와 같이, 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유를 이식한 경우, 탄소나노튜브로 코팅되지 않은 인산유리섬유를 이식한 경우보다 더 많은 축삭이 관찰되었다. 신경도관의 내부를 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유로 채움으로써 미세구조가 형성되고 이에 따라 신경이 자라나는 방향성이 유도되고 효율이 증가하였다. 또한, 인산유리섬유를 탄소나노튜브로 코팅함으로써 정량적, 안정적인 효과를 나타내어 신경을 더욱 효율적으로 재생시킬 수 있다는 것을 발견하였다.Further, as shown in Experimental Example 5, when the phosphoric acid glass fiber coated with the carbon nanotube was implanted, more axons were observed than when the phosphoric acid glass fiber not coated with the carbon nanotube was implanted. By filling the inside of the nerve conduit with carbon fiber coated with phosphoric acid glass fiber, the microstructure was formed and the direction in which the nerve was grown was induced and the efficiency was increased. Further, it has been found that by coating the phosphoric acid glass fiber with carbon nanotubes, the quantitative and stable effect is exhibited and the nerve can be regenerated more efficiently.

Claims (11)

탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유를 포함하는 다중채널 신경도관. Multichannel neural conduits containing phosphoric acid glass fibers coated with carbon nanotubes. 청구항 1에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 카르복실화 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nano tube)인 것을 특징으로 하는, 다중채널 신경도관.The multi-channel neural conduit of claim 1, wherein the carbon nanotube is a carboxylated multi-walled carbon nanotube. 청구항 1에 있어서, 상기 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유가 다공성이고 생분해성인 고분자 시트로 감싸지고, 다공성이고 생분해성인 고분자로 이루어진 튜브(tube)에 채워진 상태인 것을 특징으로 하는, 다중채널 신경도관.[2] The method of claim 1, wherein the carbon nanotube-coated phosphate glass fibers are wrapped in a porous, biodegradable polymer sheet and filled in a tube made of a porous and biodegradable polymer. . 청구항 1에 있어서, 상기 인산유리섬유의 직경은 28.1±6.6 μm인 것을 특징으로 하는, 다중채널 신경도관의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the diameter of the phosphate glass fibers is 28.1 ± 6.6 μm. 절단된 말초신경을 연결하기 위한 다중채널 신경도관의 제조에 있어서,
a)인산유리섬유를 준비하는 단계;
b)상기 인산유리섬유를 탄소나노튜브로 코팅하는 단계;
c)다공성-생분해성 고분자 튜브와 다공성-생분해성 고분자 시트를 준비하는 단계; 및
d)상기 단계 b)에서 탄소나노튜브로 코팅된 인산유리섬유를 다공성-생분해성 고분자 시트로 감싼 후, 다공성-생분해성 고분자 튜브의 내부에 삽입하는 단계를 포함하는, 다중채널 신경도관의 제조방법.
In the manufacture of multi-channel neural conduits for connecting cut peripheral nerves,
a) preparing phosphate glass fibers;
b) coating the phosphoric acid glass fibers with carbon nanotubes;
c) preparing a porous-biodegradable polymeric tube and a porous-biodegradable polymeric sheet; And
d) inserting the carbon nanotube-coated phosphate glass fiber into a porous-biodegradable polymer sheet in step b), and then inserting it into the porous-biodegradable polymer tube. .
청구항 5에 있어서, 상기 단계a)는 P2O5-CaO-Na2O-Fe2O3을 사용하여 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중채널 신경도관의 제조방법.6. The method of claim 5, wherein said step a) comprises producing using P 2 O 5 -CaO-Na 2 O-Fe 2 O 3 . 청구항 5에 있어서, 상기 단계b)는 상기 단계 a)에서 제조된 인산유리섬유를 염산으로 처리하고 3-아미노프로필-트리에톡시실란에 침지한 뒤 건조시킨 후, 탄소나노튜브 용액에 침지하는 것을 특징으로 하는, 다중채널 신경도관의 제조방법.[7] The method according to claim 5, wherein the step b) comprises treating the phosphate glass fibers prepared in the step a) with hydrochloric acid, immersing the fiber in 3-aminopropyl-triethoxysilane, drying and then immersing in the carbon nanotube solution Wherein the method comprises the steps of: 청구항 5에 있어서, 상기 단계 d)에서 신경도관의 내부를 인산유리섬유로 채워 미세구조를 형성시킴으로써, 신경이 자라나는 방향성을 유도하는 것을 특징으로 하는, 다중채널 신경도관의 제조방법.[6] The method of claim 5, wherein in step d), the inside of the nerve conduit is filled with phosphate glass fiber to form a microstructure, thereby inducing the direction in which the nerve grows. 청구항 5에 있어서, 상기 인산유리섬유는 500 내지 1500개의 가닥을 갖는 것을 특징으로 하는, 다중채널 신경도관의 제조방법.6. The method of claim 5, wherein the phosphate glass fibers have 500 to 1500 strands. 청구항 5에 있어서, 상기 시트 또는 튜브는 선택적 투과성을 가진 다공성이고 생체적합성 및 생분해성인 고분자로 이루어진 것을 특징으로 하는, 다중채널 신경도관의 제조방법.6. The method of claim 5, wherein the sheet or tube is made of a porous, biocompatible and biodegradable polymer with selective permeability. 청구항 9에 있어서, 상기 시트 또는 튜브는 PLDLA로 이루어진 것을 특징으로 하는, 다중채널 신경도관의 제조방법.10. The method of claim 9, wherein the sheet or tube is comprised of PLDLA.
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