KR20160011321A

KR20160011321A - 맞춤형 치아골 이식재 제조방법

Info

Publication number: KR20160011321A
Application number: KR1020140092136A
Authority: KR
Inventors: 김정한
Original assignee: 라파바이오 주식회사
Priority date: 2014-07-21
Filing date: 2014-07-21
Publication date: 2016-02-01

Abstract

치조골 결손 치료에 사용할 수 있는 치아골 이식재 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개별 환자의 결손 치조골 형상에 대응하는 형상을 가지는 맞춤형 치아골 이식재 제조방법에 관하여 개시한다.
본 발명은 치조골의 입체 형상을 취득하는 CT 촬영 단계; 상기 CT 촬영에서 취득한 치조골의 3차원 데이터로부터 치아골 이식이 필요한 부위를 확인하고 그 부위의 3차원 데이터를 이용하여 맞춤형 치아골 이식재의 3차원 형상을 디자인하는 이식재 디자인 단계; 상기 이식재 디자인 단계에서 디자인된 치아골 이식재의 3차원 형상에 대응하는 성형홈을 구비하는 형틀을 디자인하는 형틀 디자인 단계; 상기 형틀을 3D 프린터로 출력하여 제조하는 형틀 제조 단계; 및 상기 형틀을 이용하여 치아골 이식재를 제조하는 이식재 제조 단계;를 포함하는 치아골 이식재 제조방법을 제공한다.

Description

맞춤형 치아골 이식재 제조방법{CUSTOMIZED TEETH BONE GRAFT PROCESSING METHOD}

본 발명은 치조골 결손 치료에 사용할 수 있는 치아골 이식재 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개별 환자의 결손 치조골 형상에 대응하는 형상을 가지는 맞춤형 치아골 이식재 제조방법에 관한 것이다.

뼈는 인체를 지탱하며 동작을 수행하는 기계적 기능 이외에도 체내의 칼슘 이온농도를 조절하는데 칼슘의 저장고 역할을 하며 골수에서 인체에 필요한 적혈구 및 백혈구를 생산하는 중요한 생리적 기능도 보유하고 있다. 뼈는 노화 및 다른 생리적인 이유로 손상되거나 여러 가지 사고로 손상될 수 있다.

뼈의 이식은 환자 자신의 조직을 이식하는 방법 (자가골 이식), 타인(동종골)이나 동물(이종골)의 뼈를 이식하는 방법 등이 있으나, 타인의 조직을 이식함으로써 면역학적 거부반응이 발생되거나 손상부위가 커서 환자 몸에서 사용할수 있는 재료가 충분하지 않은 경우 인공 골이식제 (골대체재)를 사용한다.

자가골과 같은 기능을 갖는 매식용 재료를 찾기 위해 동종골(allogenic bone), 이종골(xenogenic bone)을 사용하게 되었지만 그 양의 확보가 쉽지 않고, 면역 반응 등의 이유로 합성골의 사용이 증가하고 있다. 현재 사용되는 합성골로는 calcium sulfate계, calcium phosphate계가 대부분이며, 아직까지는 자가골 이식의 효능에 미치기에는 한계가 있다.

골 대체재는 조직과의 적합성이 우수하여야 하고, 사용양이 제한 받지 않아야하며, 형태의 부여가 용이해야 하고, 부여한 형태가 장기간 변화되지 않아야 한다. 마지막으로 생체 조직에 의해 대체되거나 조직이 자라 들어오는데 장애가 되지 말아야 한다. 그러나 이러한 요구 조건을 충분히 만족시킬 만한 재료는 현재 없는 실정이다.

합성골(alloplastic bone, synthetic bone)의 연구가 진행됨에 따라 금속, 유기물, 세라믹 등 모든 재료 분야를 총망라하며 연구가 진행되고 있으나 제대로 사용하기에는 아직까지도 한계가 있다.

관련선행기술로는 대한민국 공개특허 제10-2010-0030007호 '골대체용 복합재료의 제조방법'이 있다.

본 발명의 목적은 개별 환자의 구강 환경에 대응하는 형상을 가지는 치아골 이식재 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 치아골 이식재에 미리 체결홀을 가공할 수 있도록 함으로써 시술중 후가공이 필요치 않은 치아골 이식재 제조방법을 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 치조골의 입체 형상을 취득하는 CT 촬영 단계; 상기 CT 촬영에서 취득한 치조골의 3차원 데이터로부터 치아골 이식이 필요한 부위를 확인하고 그 부위의 3차원 데이터를 이용하여 맞춤형 치아골 이식재의 3차원 형상을 디자인하는 이식재 디자인 단계; 상기 이식재 디자인 단계에서 디자인된 치아골 이식재의 3차원 형상에 대응하는 성형홈을 구비하는 형틀을 디자인하는 형틀 디자인 단계; 상기 형틀을 3D 프린터로 출력하여 제조하는 형틀 제조 단계; 및 상기 형틀을 이용하여 치아골 이식재를 제조하는 이식재 제조 단계;를 포함하는 치아골 이식재 제조방법을 제공한다.

상기 이식재 제조 단계 이후에, 상기 이식재에 체결홀을 천공하는 체결홀 천공 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 이식재 제조 단계는 액상의 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate)와 상기 시아노아크릴레이트와 반응성이 낮은 고상의 충전재(filler)를 혼합하여 제1 페이스트를 만드는 단계; 액상의 생체적합성 물질과 상기 시아노아크릴레이트와 반응성이 높은 고상의 골전도성 무기물질(osteoconductive inorganic materials)을 혼합하여 제2 페이스트를 만드는 단계; 상기 제1 페이스트와 제 2 페이스트를 혼합하여 유기재료인 시아노아크릴레이트와 무기재료인 골전도성 무기물질이 혼합된 골대체용 복합재료 상기 형틀에 충진하는 단계; 및 상기 형틀을 제거하여 치아골 이식재를 분리하는 단계;를 포함한다.

상기 제1 페이스트의 고상의 충전재(filler)는 디칼슘포스페이트(DCP)인 것이 바람직하며, 상기 제1 페이스트는 상기 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate)의 중합반응을 지연시키기 위한 산성의 중합지연제를 더 혼합하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 중합지연제는 산성의 모노칼슘포스페이트(MCP)인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제2 페이스트의 액상의 생체적합성 물질은 액상의 글리세린 (glycerin)인 것이 바람직하며, 상기 제2 페이스트의 골전도성 무기물질(osteoconductive inorganic materials)는 β-트리칼슘포스페이트(β-TCP) 또는 하이드록시아파타이트(HA)인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제2 페이스트는 상기 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate)의 중합반응을 촉진시키기 위한 물(water)를 더 혼합하고, 상기 제2 페이스트는 골대체용 복합재료내에 기공(pores)을 형성을 위한 포로젠(porogen)을 더 혼합하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 포로젠은 수용성 물질인 염화나트륨(NaCl) 또는 당류(saccharide)인 것이 바람직하다.

본 발명은 환자의 구강 환경에 대응하는 형상을 가지는 치아골 이식재를 제조할 수 있도록 해줌으로써, 치조골 이식 수술의 편의성을 향상시키고 이식후의 골 융합에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있는 효과를 가져온다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 치아골 이식재 제조방법을 나타낸 공정순서도이다.
도 2는 환자의 치조골 3차원 데이터가 포함된 CT 촬영 이미지로부터 디자인된 맞춤형 치아골 이식재의 형상을 나타낸 것이다.
도 3은 도 2의 치아골 이식재를 제조하기 위한 형틀의 형상을 나타낸 것이다.
도 4는 도 3의 형틀로부터 제조된 맞춤형 치아골 이식재의 형상을 나타낸 것이다.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 치아골 이식재 제조방법을 나타낸 공정순서도이다.

본 발명은 치아골 이식재를 단순한 블럭 형상이 아닌 환자의 개별 구강 환경에 대응하는 맞춤형의 형상을 가지도록 제조할 수 있는 방법을 제공한다.

일반적인 블록형 치아골 이식재의 경우 직육면체 형상을 가지고 있어서, 의사가 수작업을 통하여 형상을 가공한 후 치아골 이식수술을 하고 있었다. 이러한 종래의 방법은 수술 시간이 길어지고, 치아골 이식재의 형상이 부정확하여 치유에 많은 시간이 필요하게 되는 문제점들을 가지고 있었다.

본 발명은 CT 촬영의 3차원 데이터를 이용하여, 환자의 개별 구강 환경에 맞는 치아골 이식재의 형상을 디자인 한 후, 그 디자인 대로 치아골 이식재를 제조할 수 있도록 함으로써, 수작업에 의한 후가공이 필요치 않으며 맞춤형 형상을 가지기 때문에 치유 시간을 단축할 수 있는 효과를 가져온다.

본 발명에 따른 치아골 이식재 제조방법은 치조골의 입체 형상을 취득하는 CT 촬영 단계(S110)와, 상기 CT 촬영에서 취득한 치조골의 3차원 데이터로부터 치아골 이식이 필요한 부위를 확인하고 그 부위의 3차원 데이터를 이용하여 맞춤형 치아골 이식재의 3차원 형상을 디자인하는 이식재 디자인 단계(S120)와, 상기 이식재 디자인 단계에서 디자인된 치아골 이식재의 3차원 형상에 대응하는 성형홈을 구비하는 형틀을 디자인하는 형틀 디자인 단계(S130)와, 상기 형틀을 3D 프린터로 출력하여 제조하는 형틀 제조 단계(S140)와, 상기 형틀을 이용하여 치아골 이식재를 제조하는 이식재 제조 단계(S150)를 포함한다.

CT 촬영은 치아골 이식 수술을 위해서 필요한 단계인데, 종래의 경우 CT 촬영의 결과를 가지고 단지 치아골 이식 부위의 상태와 주변 치조골의 상태를 확인하는 정도로 활용하였으나, 본 발명은 CT 촬영에서 취득된 치아골의 3차원 이미지로부터, 이식될 치아골 이식재의 형상을 디자인 하는 것을 특징으로 한다.

CT 촬영을 통해 취득된 개별 환자의 구강 환경의 데이터에는 현존하는 치아골의 형상이 3차원 형상으로 포함되어 있다.

이 데이터를 이용하여, 이식 되어야 하는 치아골 이식재의 3차원 형상을 디자인한다.

도 2는 환자의 구강 CT 촬영 이미지로부터 치아골 결손부 형상을 획득하여 맞춤형으로 디자인한 치아골 이식재의 형상을 나타낸 것이다.

치아골 이식재의 형상은 결손된 치아골의 형상에 대응하여 결손 부위를 메울수 있는 형상으로 디자인된다.

치아골 이식재는 결손부의 뼈 조직 내의 공간을 충진시키고, 신생골의 형성을 촉진 시킬 수 있는 재질로 제조된다.

치아골 이식재의 형상이 디자인된 후, 치아골 이식재의 형상에 대응하는 성형홈을 구비하는 형틀을 디자인 한다.

도 3은 도 2의 치아골 이식재를 제조하기 위한 형틀의 형상을 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 형틀(110, 120)은 복수개로 분할된 형태로 형성되며, 형틀은 치아골 이식재의 형상에 대응하는 성형홈(112, 122)을 가지는 것으로, 내부에 충진된 치아골 이식재 재료가 디자인된 형상으로 경화될 수 있도록 한다.

형틀을 복수개(도시된 도면의 경우 2개이나, 3개 또는 그 이상으로 분할 할 수도 있다)로 분할 형성하는 것은 경화된 치아골 이식재를 용이하게 추출할 수 있도록 하기 위한 것이다. 형틀의 재질은 치아골 이식재와 이형이 용이한 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

형틀은 3차원적으로 복잡한 형상을 가지며, 내부에 성형홈의 3차원 형상이 정교하게 제조되어야 한다.

본 발명은 이러한 형틀을 3차원 프린터로 제조하는 것을 특징으로 한다.

형틀의 3차원 형상이 디자인되면, 형틀의 3차원 형상 데이터를 이용하여 3D프린터를 이용하여 형틀을 제조한다.

또는, 형틀을 제조한 후 형틀의 성형홈의 표면에 이형제를 도포할 수도 있다.

형틀을 제조한 후, 형틀의 내부에 치아골 이식재 재료 페이스트를 주입하고, 경화시킨 후, 형틀에서 경화된 치아골 이식재를 분리하여 치아골 이식재를 얻게 된다.

이렇게 제조된 치아골 이식재는 환자의 치조골 결손부위에 대응하는 형상을 가지게 되므로, 추가 형상 가공 없이 환자에게 식립될 수 있다.

치아골 이식재의 식립시 연결판과, 스크류를 이용하여 치조골에 결합시키게 되는데, 종래에는 치아골 이식재의 형상을 수작업으로 가공하다보니 수술 과정에서 치아골 이식재의 형상 가공을 완료한 후, 스크류 홀을 형성하여 스크류를 체결하고 있었다. 그러나 본 발명은 치아골 이식재의 형상이 맞춤형으로 제조되므로, 형틀에서 분리된 치아골 이식재에 스크류를 홀을 수술전에 미리 가공할 수 있다.

도 4는 도 3의 형틀로부터 제조된 치아골 이식재(200)에 스크류 홀(210)이 가공된 상태를 나타낸 것이다.

또는, 형틀에서 치아골 이식재를 형성할 때 미리 스크류 홀이 형성된 형태로 제조할 수도 있다.

이하에서는 치아골 이식재 제조 단계에 관해서 상세하게 살펴본다.

치아골 제조 단계는 액상의 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate)와 상기 시아노아크릴레이트와 반응성이 낮은 고상의 충전재(filler)를 혼합하여 제1 페이스트를 만드는 단계;와, 액상의 생체적합성 물질과 상기 시아노아크릴레이트와 반응성이 높은 고상의 골전도성 무기물질(osteoconductive inorganic materials)을 혼합하여 제2 페이스트를 만드는 단계;와, 상기 제1 페이스트와 제 2 페이스트를 혼합하여 유기재료인 시아노아크릴레이트와 무기재료인 골전도성 무기물질이 혼합된 골대체용 복합재료를 상술한 형틀에 충진하는 단계;와, 형틀을 제거하여 치아골 이식재를 분리하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 시아노아크릴레이트는 보통 순간접착제로 알려진 액상의 유기물질로서 공기 중의 수분에 의해 순간적으로 이온중합(ionic polymerization)이 일어나며, 주변에 -OH기가 존재할 때 급속히 중합이 일어난다. 바람직하게는 독성이 적은 n-부틸-2-시아노아크릴레이트(n-butyl-2-cyanoacrylate)(BCA) 또는 FDA 승인을 받은 옥틸시아노아크릴레이트 (octyl-cyanoacrylate)를 사용하는 것이 좋다.

본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 제1 페이스트의 시아노아크릴레이트와 반응성이 낮은 고상의 충전재(filler)는 고상으로서 액상의 시아노아크릴레이트와 혼합시 페이스트를 형성할 수 있고, 상기 시아노아크릴레이트의 중합반응을 촉진할 수 있는 수분이나 염기성이 적은 어떤 유기 또는 무기 충전재도 사용될 수 있다. 상기 유기 충전재의 예로는 덱스트린과 같은 다당류(polysaccharides) 또는 조직공학용으로 많이 사용되는 PGA,L-PLA, DL-PLA와 같은 생분해성 고분자를 들 수 있다. 상기 무기 충전재의 예로는 시아노아크릴레이트와 반응성이 낮은 Ca/P 비율이 1 이하인 어떤 칼슘포스페이트도 사용될 수 있으나, 바람직하게는 디칼슘포스페이트(DCP), 더욱 바람직하게는 무수 디칼슘포스페이트(DCPA)인 것을 특징으로 한다. 상기 디칼슘포스페이트(DCP)는 제1 페이스트에서 filler의 역할을 하며 시아노아크릴레이트와 반응성이 낮으면서도 골전도성도 가지고 있다. 상기 시아노아크릴레이트와 반응성이 낮은 칼슘포스페이트에는 시아노아크릴레이트의 중합을 제어할 수 있는 산성의 모노칼슘포스페이트(MCP)도 포함될 수 있다.

본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 제1 페이스트는 상기 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate)의 중합반응을 지연시키기 위한 산성의 중합지연제를 더 혼합할 수도 있다. 상기 시아노아크릴레이트는 수분과 같은 염기가 존재할 경우 순간적으로 중합반응이 진행되어 고분자화된다. 따라서 상기 중합지연제는 시아노아크릴레이트의 염기 조건을 중화시키기 위한 산성(약 pH3~6 범위)을 갖는, 예컨대 pH:3.5 ~ 4.5(1 in 100 soln)의 Monocalcium phosphate (MCP), pH:4.2~4.9(1 in 100 soln)의 Monosodium phosphate (MSP), pH:4.2~4.7(1 in 100 soln)의 Monopotassium phosphate (MKP), 또는 pH:4~5의 citric acid 과 같은 어떤 중합지연제도 사용될 수 있으나, 바람직하게는 산성의 모노칼슘포스페이트(MCP), 더욱 바람직하게는 산성의 무수 모노칼슘포스페이트(MCPA)인 것을 특징으로 한다. 상기 모노칼슘포스페이트(MCP)는 산성을 띠면서도 무기재료로서 골전도성도 가지고 있다.

본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 제2 페이스트의 액상의 생체적합성 물질은 상기 시아노아크릴레이트와 반응성이 낮으며 filler가 섞일 수 있도록 액상(점성 물질을 포함)인 어떤 생체적합성 물질도 포함될 수 있으며, 예컨대, 글리세린, 솔비톨, 프로필렌글리콜 등의 폴리올류 또는 폴리에틸렌글리콜(PEG)와 같은 폴리에테르류가 포함될 수 있다. 바람직하게는 상기 액상의 생체적합성 중합체는 액상의 글리세린 (glycerin)인 것을 특징으로 한다. 상기 글리세린은 수용성 물질로서 나중에 복합재료에서 녹아 나와 기공(pores)를 형성할 수 있다.

본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 제2 페이스트의 상기 시아노아크릴레이트와 반응성이 높은 고상의 골전도성 무기물질(osteoconductive inorganic materials)은 시아노아크릴레이트의 중합반응을 촉진할 수 있는 염기성을 갖도록 Ca/P 비율이 1 초과이고 뼈의 무기성분과 같이 체내에서 흡수 또는 잔류하며 뼈의 생성을 전도(conduct)할 수 있는 무기재료들을 말한다. 예를 들어, 수산화 인회석(Hydroxyapatite, HA: Ca10(PO4)6(OH)2), tricalcium phosphate (TCP), calcium phosphate cements, calcium carbonate, calcium sulfate (calcium sulfate + TCP), Bioplast HTR, bioactive glass ceramic, silica 등을 포함하나, 이에 한정되지는 않는다. 바람직하게는 β-트리칼슘포스페이트(β-TCP) 또는 하이드록시아파타이트(HA)인 것을 특징으로 한다. 이들은 제2 페이스트에서 filler의 역할을 하며 제1 페이스트와 혼합시 시아노아크릴레이트가 중합하도록 해준다.

본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 제2 페이스트는 상기 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate)의 중합반응을 촉진시키기 위한 물(water)를 더 혼합할 수도 있다. 상기 물은 시아노아크릴레이트의 급속한 중합반응을 촉진할 수 있다. 그러나, 상기 물이 제2 페이스트상에 분산되어 있는 경우 시아노아크릴레이트의 너무 급속한 중합반응을 일으키지는 않으며 오히려 제1 페이스트의 중합지연제와 더불어 반응속도를 제어할 수 있다.

본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 제2 페이스트는 골대체용 복합재료내에 기공(pores)을 형성을 위한 포로젠(porogen)을 더 혼합할 수도 있다. 상기 기공은 인체내에서 골조직이 복합재료내로 성장되어 들어올 수 있는 통로 역할을 한다. 바람직하게는 상기 포로젠은 수용성 물질로서 나중에 복합재료에서 녹아 나올 수 있는 염화나트륨(NaCl) 또는 설탕, 포도당, 덱스트린, 전분과 같은 당류(saccharide)인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 C)단계에서 상기 제1 페이스트와 제 2 페이스트를 혼합에 의해 유기재료인 시아노아크릴레이트와 염기성 무기재료인 골전도성 무기물질이 만남으로써 시아노아크릴레이트의 중합반응이 일어난다.

본 발명의 제조방법에서, 상기 제1 페이스트내의 액상 CA와 고상 filler는 약 1:3 내지 1:7의 중량비로 혼합될 수 있으며, 상기 제2 페이스트내의 액상 생체적합성 물질과 고상 filler(골전도성 무기물질)는 약 3:1 내지 1:3 의 중량비로 혼합될 수 있으며, 상기 제1 페이스트와 제2 페이스트는 약 3:1 내지 1:3의 중량비로 혼합될 수 있다.

본 발명은 유기재료와 무기재료를 혼합한 새로운 골대체용 복합재료의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 유기재료로서 시아노아크릴레이트(medical-grade cyanoacrylate), 특히 생체내에서 독성이 적어 FDA 승인을 받은 2-옥틸시아노아크릴레이트 (2-OC)를 선택하였고, 무기재료로서 골전도성 무기물질(osteoconductive inorganic materials), 특히 흡수성과 골전도성이 좋은 β-트리칼슘포스페이트(β-TCP)와 하이드록시아파타이트(HA)를 선택하였다.

β-TCP는 자연골과 유사한 화학적 조성을 갖고 있고, 생체 조직과의 생체적합성이 우수해 합성골 이식재료로서 많은 관심과 연구가 진행되어 왔다. β-TCP를 매식하면 재료와 골조직 계면에서 bone-like apatite가 생성된다고 알려져 있어 직간접적으로 골조직과 결합이 이루어지게 된다. 많은 동물실험 결과, 고체상태의 HA의 생체적합성이 장기간에서도 우수하며 연조직과 골 조직과의 상호작용이 원활하다고 보고되고 있으며, 일반적으로 골전도성을 가지며, 면역 거부 반응을 발생시키지 않으면서 골조직과 결합한다. 이는 β-TCP의 용해성 높기 때문에 나타나는 결과이다. β-TCP의 용해속도는 물질의 화학적 구조와 결정성, 다공성 및 용액의 pH 등에 의하여 크게 영향을 받는다. β-TCP 또한 HA와 마찬가지로 골 전도성이 있고, 새로운 뼈의 침착을 위해 알맞은 물리적 기질을 제공하기 때문에 골 재생 재료로서 사용이 되고 있다.

이들 골 재생용 생체 세라믹 재료는 골유도성이 아닌 골 전도성 재료이기 때문에 골 조직이 재료내로 성장되어 들어올 수 있는 적당한 크기의 연결된 기공을 갖는 다공체로 사용되는 것이 바람직하며, 신생골의 성장 속도와 유사한 생분해 속도를 가져야 한다는 것이 요구되는 성질이다. 그러나 β-TCP는 자체의 강도가 작기 때문에 분말형태로만 적용이 가능하다는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제로 생체내에서 β-TCP의 흩터짐을 막고 강도를 부여해 줄 수 있는 복합재료의 기질이 필요하다.

Cyanoacrylate(CA)는 보통 순간접착제로 알려진 ethyl-cyanoacrylate인데, 경. 연조직 모두 신속한 접착 때문에 폭 넓게 사용되어지고 있다. 하지만 이는 발암성과 독성이 있다. 그러나 side chain이 C3-6 정도로 길게 될 경우 독성은 점차 감소하게 된다. 독성이 적은 n-butyl-2-cyanoacrylate 또는 octyl-cyanoacrylate는 상품으로 시판되며, 이는 연조직의 접착제로 봉합사의 대용으로 사용되고 있다. 본 발명에서는 독성이 적은 octylcyanoacrylate를 선택하여 실시예에 사용하였다.

골의 대체 재료로 octyl-cyanoacrylate 단독 사용은 불가능하지만, HA나 TCP와 같은 무기물질을 첨가하면 octyl-cyanoacrylate의 독성을 낮추고 생체친화성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 뼈와 무기재료사이에 기계적 결합을 이루고, 골 성장에 자극을 주도록 할 수 있다. β-TCP은 서서히 분해되며, 그 공간을 신생골로 대체된다고 보고되었다. 이것은 자연골의 무기성분과 구조가 유사하기 때문이다.

종래에는, 순수한 Cyanoacrylate(CA)와 β-tricalcium phosphate를 혼합한다는 것은 거의 불가능하였다. 이는 cyanoacrylate의 중합 기전을 알게 되면 그러한 원인을 쉽게 이해할 수 있는데, cyanoacrylate는 촉매의 첨가, 용매의 제거, 열, 압력이 없이 실온에서 중합이 일어난다. 즉 순간접착제로 주로 쓰이는 이 물질은 특히 공기중에 노출되면 수분으로 인해 순간적으로 이온중합(ionic polymerization)이 일어나게 되는데, 자세한 반응기전을 살펴보면 약한 염기가 CA에 첨가되면서 순간적으로 반응이 진행되어 고분자화가 된다. 그래서 약염기인 수분이 존재할 경우 그 반응은 급속하게 일어나는 것이다.

β-TCP은 산도 7.2 ~ 7.5로 약 염기성을 나타내며, 보통 분말의 경우 수분을 일정량 함유하고 있어 120℃ 에서 4시간 가열 건조 시킬 때 약 5%정도의 무게 감소가 나타날 정도이다. 이러한 이유로 인해 β-TCP와 CA의 단순한 혼합은 불가능하다

이런 이유로 CA를 반응성이 적은 filler와 혼합하여 제1 페이스트를 만들고, β-TCP나 HA를 생체 적합성 액체와 혼합하여 제 2 페이스트를 만든 후, 상기 두개의 페이스트(Two paste system)를 혼합함으로써 β-TCP나 HA가 CA와 급격한 화학반응없이 온화하게 혼합할 수 있는 방법을 찾았다.

본 발명 기술은 Two paste system을 이용한 중합속도 제어기술 및 다공성 골재체 복합재료 제조 기술이다. 이는 두 페이스트(paste)를 혼합하면 중합반응이 진행하여 경화되어 다공성 골대체재를 형성한다.

hydroxyapatite (HA)나 tricalcium phosphate (TCP) 등을 cyanoacrylate에 혼합하여 복합재료를 개발하였으며, 제조시 중합속도를 제어하고 다공성을 만들 수 있는 기술을 개발하였다. 생체세라믹 충전재를 함유한 골대체재의 장점으로는 생체적합성이 향상되며, 점도가 증가하고, 접착력의 감소를 최소화하면서 독성이 적고, 중합열에 의한 부작용을 줄일 수 있다.

본 발명은 Cyanoacrylate와 무기재료 혼합시의 중합(경화) 속도 제어 기술과 이를 통해 제조된 복합재료의 제조에 관한 기술이다. 본 발명 기술은 Two paste system을 이용한 중합속도 제어기술 및 다공성 골대체 복합재료 제조 기술이다. 이는 두 paste를 혼합하면 중합반응이 진행하여 경화되어 다공성 골대체재를 형성한다.

구체적으로, 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate)에 이와 반응성이 낮거나 중합을 제어할 수 있는 calcium phosphate (dicalcium phosphate, monocalcium phosphate, 등)를 혼합하여 제1 페이스트를 제조하고, glycerin 등(cyanoacrylate와 반응성이 낮은 액체)에 cyanoacrylate 와 반응성이 좋은 골생성 전도물질 (tricalcium phosphate, hydroxyapatite(HA), Bioglass 등)을 첨가하여 제2 페이스트를 제조하는 것이다. 소수성인 cyanoacrylate와 친수성 액체 (water, glycerin)는 섞이지 않으나, paste type으로 각각 제조한 후 mixing하면 혼합이 가능하다.

시아노아크릴레이트(Cyanoacrylate)의 중합반응 속도는 중합반응의 촉진제(알칼리성 basic calcium phosphate인 tricalcium phosphate, HA 등 또는 water 등 친수성 물질)와 중합지연제(산성 acidic calcium phosphate인 monocalcium phosphate 등 및 산성 물질)를 paste 제조 시에 첨가함으로써 반응속도 제어 가능하다.

또한, 기공형성 재료(porogen)를 첨가하여 다공성 골대체재 제조할 수 있다. 본 시스템에서 기공형성 재료(porogen)로 사용될 수 있는 것은 paste 제조에 사용되었던 glycerin, 중합촉진제인 water, 그리고 수용성재료(NaCl, 당류 등)는 모두 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 시아노아크릴레이트/칼슘포스페이트 복합체가 뼈 결함(bone defects)의 시멘트로서 사용될 수 있음을 증명하였다. 이들 시아노아크릴레이트는 β-TCP, HA, 뼈 및 체액과 같은 염기성 물질과 접촉하자 마자 경화된다. 세라믹 충전재의 표면은 약 염기성이고 분말에 있어서도 종종 일정량의 수분을 함유하고 있다. 시아노아크릴레이트 는 염기성 조건에서 순간적으로 중합반응되고 세라믹은 약 염기성이기 때문에 결국 급격한 세팅과 높은 중합열(polymerization heat)을 초래한다. 이것이 시아노아크릴레이트의 충전재(filler)로서 세라믹 분말의 사용을 제한한다. 시아노아크릴레이트/칼슘포스페이트 시스템의 세팅 시간은 MCPA를 사용함으로써 매우 현저하게 극적으로 연장되었다. 이것은 복합체의 혼합을 위한 충분한 작업시간과 낮은 중합열을 가능케 한다. 이 결과는 높은 중합열에 의해 유발되는 세포 괴사(necrosis)를 방지한다는 면에서 매우 가치가 있다.

상기의 골대체용 복합재료의 유기재료는 접착력과 더불어 형태 유지력(경화)이 있고, bioactive한 무기재료는 신생골 전도 능력이 있으므로 이들 두 재료를 이용한 본 발명의 복합재료는 우수한 물성의 골 대체재료로 사용 가능하다.

골전도성을 갖는 각종 무기재료 및 뼈 시멘트를 각각 사용하여 환자에게 시술하여, 수술 후의 물리적 강도유지 등이 어려웠던 기존기술과는 달리 이미 복합화한 제품을 사용하되 환자의 치조골에 결손부 형상에 대응하는 맞춤형으로 제조함으로써, 시술시의 형상의 추가 가공이 필요치 않으며 시술후의 접착력 및 물성 강화 등을 실현할 수 있다는 장점을 가진다.

전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

S110 : CT 촬영 단계
S120 : 이식재 디자인 단계
S130 : 형틀 디자인 단계
S140 : 형틀 제조 단계
S150 : 이식재 제조 단계
110, 120 : 형틀
112, 122 : 성형홈
200 : 치아골 이식재

Claims

치조골의 입체 형상을 취득하는 CT 촬영 단계;
상기 CT 촬영에서 취득한 치조골의 3차원 데이터로부터 치아골 이식이 필요한 부위를 확인하고 그 부위의 3차원 데이터를 이용하여 맞춤형 치아골 이식재의 3차원 형상을 디자인하는 이식재 디자인 단계;
상기 이식재 디자인 단계에서 디자인된 이식재의 3차원 형상에 대응하는 성형홈을 구비하는 형틀을 디자인하는 형틀 디자인 단계;
상기 형틀을 3D 프린터로 출력하여 제조하는 형틀 제조 단계; 및
상기 형틀을 이용하여 치아골 이식재를 제조하는 이식재 제조 단계;를 포함하는 치아골 이식재 제조방법,
제 1 항에 있어서,
상기 이식재 제조 단계 이후에,
상기 이식재에 체결홀을 천공하는 체결홀 천공 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치아골 이식재 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 이식재 제조 단계는
액상의 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate)와 상기 시아노아크릴레이트와 반응성이 낮은 고상의 충전재(filler)를 혼합하여 제1 페이스트를 만드는 단계;
액상의 생체적합성 물질과 상기 시아노아크릴레이트와 반응성이 높은 고상의 골전도성 무기물질(osteoconductive inorganic materials)을 혼합하여 제2 페이스트를 만드는 단계;
상기 제1 페이스트와 제 2 페이스트를 혼합하여 유기재료인 시아노아크릴레이트와 무기재료인 골전도성 무기물질이 혼합된 골대체용 복합재료 상기 형틀에 충진하는 단계; 및
상기 형틀을 제거하여 치아골 이식재를 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 치아골 이식재 제조방법.
제 3 항에 있어서,
상기 제1 페이스트의 고상의 충전재(filler)는 디칼슘포스페이트(DCP)인 것을 특징으로 하는 치아골 이식재 제조방법.
제 3 항에 있어서,
상기 제1 페이스트는 상기 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate)의 중합반응을 지연시키기 위한 산성의 중합지연제를 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 치아골 이식재 제조방법.
제 5 항에 있어서,
상기 중합지연제는 산성의 모노칼슘포스페이트(MCP)인 것을 특징으로 하는 치아골 이식재 제조방법.
제 3 항에 있어서,
상기 제2 페이스트의 액상의 생체적합성 물질은 액상의 글리세린 (glycerin)인 것을 특징으로 하는 치아골 이식재 제조방법.
제 3 항에 있어서,
상기 제2 페이스트의 골전도성 무기물질(osteoconductive inorganic materials)는 β-트리칼슘포스페이트(β-TCP) 또는 하이드록시아파타이트(HA)인 것을 특징으로 하는 치아골 이식재 제조방법.
제 3 항에 있어서,
상기 제2 페이스트는 상기 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate)의 중합반응을 촉진시키기 위한 물(water)를 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 치아골 이식재 제조방법.
제 3 항에 있어서,
상기 제2 페이스트는 골대체용 복합재료내에 기공(pores)을 형성을 위한 포로젠(porogen)을 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 치아골 이식재 제조방법.
제 10 항에 있어서,
상기 포로젠은 수용성 물질인 염화나트륨(NaCl) 또는 당류(saccharide)인 것을 특징으로 하는 치아골 이식재 제조방법.