KR20160032638A - Multi-layered hybrid scaffold with porous, biodegradable and controlled-release for simultaneous regeneration of soft and hard tissues - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a multilayered hybrid scaffold with a structure including polymer hydrogel formed in pores of a porous and biodegradable polymer scaffold and on one surface or both surfaces of the polymer scaffold. The polymer hydrogel is formed by a micro-type addition reaction mechanism which does not additionally use a cross-linking agent. The multilayered hybrid scaffold can regenerate soft and hard tissue at the same time.

Description

연조직과 경조직 동시 재생을 위한 다공성, 생분해성 및 서방성 특성을 가진 다층 하이브리드 지지체{Multi-layered hybrid scaffold with porous, biodegradable and controlled-release for simultaneous regeneration of soft and hard tissues}Technical Field [0001] The present invention relates to a multi-layered hybrid scaffold having porous, biodegradable and sustained-release properties for simultaneous regeneration of soft tissue and hard tissue,

본 발명은 연조직과 경조직 동시 재생을 위한 다공성, 생분해성 및 서방성 특성을 가진 다층 하이브리드 지지체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 다공성 및 생분해성 고분자 지지체의 기공 내부 및 그의 표면 상에 고분자 하이드로젤을 형성하고, 생체활성물질을 서로 다른 속도로 서방출 할 수 있도록 함으로써 연조직과 경조직을 동시에 재생할 수 있는 다층 하이브리드 지지체에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-layer hybrid support having porous, biodegradable and sustained-release properties for simultaneous regeneration of soft tissue and hard tissue, and more particularly, to a multi-layer hybrid support having a polymer hydrogel on the inside of a porous and biodegradable polymer scaffold, Layered hybrid support capable of simultaneously regenerating a soft tissue and a hard tissue by allowing the bioactive material to be released at different rates.

근골격계와 같은 경조직은 주변에 연조직과 연계되어 인체조직을 유지하고 있다. 최근 세계인구의 급속한 고령화와 당뇨, 골다공증 등의 만성질환으로 인해 치유능력이 저하된 고령 환자군의 의료수요가 증가하고 있는데, 이러한 환자들에 대해서는 특히 연조직(상피조직)과 경조직(골)을 동시에 재생함으로써 더욱 완전한 조직으로의 복원이 가능하다. Hard tissue, such as musculoskeletal system, is related to soft tissues and maintains human tissue. In recent years, there has been an increasing demand for medical care for elderly patients whose healing ability has been deteriorated due to rapid aging of the world's population and chronic diseases such as diabetes and osteoporosis. Especially for these patients, the soft tissues (epithelial tissues) The restoration to a more complete structure is possible.

이러한 연조직/경조직의 재생을 위해서는 2 가지 조직을 동시에 재생시키는 방법이 필요함에도 불구하고, 지금까지는 하이브리드 조직을 동시에 재생할 수 있는 다기능성의 생체재료가 개발되어 있지 않다. 특히 골조직과 연조직은 기계적/생물학적 물성 그리고 손상되었을 때 조직재생속도가 서로 다르므로, 이를 고려한 연조직/골조직의 재생을 유도하는 기술이 필요하다.In order to regenerate such soft tissues / hard tissues, a method of simultaneously regenerating two tissues is required. However, a multifunctional biomaterial capable of regenerating a hybrid tissue simultaneously has not been developed so far. In particular, bone and soft tissues require different techniques for inducing regeneration of soft tissue / bone tissue, considering mechanical / biological properties and tissue regeneration rates when damaged.

치과 조직은 연조직과 경조직이 동시에 재생되어야 하는 대표적인 조직이며, 특히 치조골 조직의 재생에 응용되는 생체재료인 치과용 차폐막은 경조직 결손부위에 연조직의 하방 침투억제를 주요 목적으로 하고 있다. Dental tissue is a representative tissue that must be regenerated at the same time as soft tissues and hard tissues. Especially, dental shielding membranes, which are biomaterials used for regeneration of alveolar bone tissue, are mainly intended to inhibit downward penetration of soft tissues in hard tissue defect sites.

차폐막의 종류는 우수한 공간 유지능력은 있으나 차폐막의 노출빈도로 재수술이 필요한 비흡수성 차폐막과, 재수술은 필요 없으나 공간유지능력이 낮고, 흡수가 필요 이상으로 빠른 특징을 가진 흡수성 차폐막이 있으며, 이를 치과에서는 치조골 재생시술에 사용되고 있다. 그러나, 현재까지 제품화된 비흡수성 및 흡수성 차폐막은 골재생만 가능하기 때문에 완전한 치주조직 재생이 불가능하다는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해, 상피재생을 촉진하는 동시에 골 재생을 촉진하는 이상적인 차폐막의 기능을 가진 제조법이 필요함에도 불구하고, 경조직과 연조직을 동시에 재생할 수 있는 조직재생용 지지체에 대한 개발은 보고되지 않고 있다.The type of shielding is a non-absorptive shielding membrane which has excellent space maintenance ability but needs reoperation due to the exposure frequency of the shielding membrane and an absorbing shielding membrane which does not need reoperation but has a low space maintenance ability and quicker than necessary absorption. Has been used for alveolar bone regeneration. However, since the non-absorbable and absorbable shielding film produced until now can only be used for bone regeneration, there is a disadvantage that complete periodontal tissue regeneration is impossible. To overcome this, development of a tissue regeneration support capable of simultaneously regenerating hard tissue and soft tissues has not been reported, despite the need for a manufacturing method having an ideal shielding membrane function that promotes epithelial regeneration and promotes bone regeneration.

차폐막의 소재로 적용되는 고분자로는 현재 poly(D,L-lactic-co-glycolic acid) (PLGA) 고분자가 상용되고 있으며, PLGA 고분자는 흡수성 차폐막의 일종으로 체내 안정성과 흡수성을 가지며 세포독성이 없다는 점과 흡수기간을 조절하고 차폐막의 형태를 부여하기 쉬운 장점을 가지는 것으로 알려져 있음에도 불구하고, 생분해 및 흡수과정에서 국소적인 염증반응을 일으키는 것으로 보고되고 있다(Burg KJL, Porter S, Kellam JF. Biomaterials development for bone tissue engineering. Biomaterials 2000;21:2347-59.) 이러한 PLGA 차폐막의 단점을 보완하기 위해 차폐막을 화학적/물리적으로 개질시키려는 시도가 행해지고 있으며, 그 중 하나가 히알론산(hyaluronic acid: HA)을 PLGA 와 결합시켜 세포 친화성을 높이고 생체적합성을 증가시키는 방법이 보고되고 있다. (Toole BP. Hyaluronan in morphogenesis. Semin Cell Dev Biol 2001;12:79-87.)(PLGA) polymer is commonly used as a polymer to be used as a shielding film material, PLGA polymer is a kind of an absorbent shielding film, and has a stability and absorbability in the body and is not cytotoxic (Burg KJL, Porter S, Kellam JF, Biomaterials development, 2000), although it is known to have the advantage of being able to regulate the point and absorption period and shape the shielding membrane. In order to compensate for the disadvantages of such PLGA shielding membranes, attempts have been made to chemically / physically modify the shielding membranes, one of which is hyaluronic acid (HA) A method of increasing cell affinity and increasing biocompatibility has been reported. (Toole BP, Hyaluronan in morphogenesis, Seminar Cell Dev Biol 2001; 12: 79-87.)

본 발명은 상기한 종래기술의 한계를 극복하기 위하여 안출되었다. 즉, 본 발명의 목적은 다공성 및 생분해성 고분자 지지체의 기공 내부 및 그의 표면 상에 고분자 하이드로젤을 형성함으로써 연조직과 경조직을 동시에 재생할 수 있는 다층 하이브리드 지지체를 제공하는 것이다.The present invention was conceived to overcome the limitations of the prior art described above. That is, it is an object of the present invention to provide a multi-layered hybrid support capable of simultaneously regenerating a soft tissue and a hard tissue by forming a polymer hydrogel on the inside and on the surface of the pores of the porous and biodegradable polymer scaffold.

또한 본 발명의 목적은 생분해성 고분자 지지체의 생분해 과정에서 유발되는 국소적 산성화로 인한 염증 발생을 억제할 수 있는 다층 하이브리드 지지체를 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a multilayer hybrid support capable of inhibiting the occurrence of inflammation due to local acidification induced in a biodegradation process of a biodegradable polymer scaffold.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다층 하이브리드 지지체는 다공성 및 생분해성 고분자 지지체의 기공 내부 및 상기 고분자 지지체의 한 표면 또는 양 표면 상에 고분자 하이드로젤이 형성된 구조를 가지며, 상기 고분자 하이드로젤은 아크릴 작용기와 같은 알파-베타 불포화탄화수소 작용기를 가지는 고분자와 트리스(2-카복시에틸)포스핀 (TCEP) 작용기, 아민 작용기, 시스틴을 가진 펩타이드 또는 리포아마이드의 싸이올과 같은 친핵체 작용기를 가지는 고분자 간의 마이클 첨가반응에 의하여 형성되는 것이다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a multi-layer hybrid support having a structure in which a polymer hydrogel is formed in pores of a porous and biodegradable polymer scaffold and on one surface or both surfaces of the polymer scaffold, Michael between the polymer having alpha-beta unsaturated hydrocarbon functional group such as acrylic functional group and the polymer having nucleophilic functional group such as tris (2-carboxyethyl) phosphine (TCEP) functional group, amine functional group, peptide having cystine or thiol of lipoamide Is formed by an addition reaction.

상기 다공성 및 생분해성 고분자 지지체는 폴리락타이드, 폴리글라이콜락타이드, 폴리(락타이드-글라이콜라이드) 공중합체, 폴리카프롤락톤, 젤라틴 및 콜라겐으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다.The porous and biodegradable polymeric scaffold is preferably selected from the group consisting of polylactide, polyglycolactide, poly (lactide-glacolide) copolymer, polycaprolactone, gelatin and collagen.

상기 마이클 첨가반응을 하는 상기 아크릴 작용기를 가지는 고분자와 상기 TCEP 또는 리포아마이드 작용기를 가지는 고분자는 폴리에틸렌글리콜, 히알루론산, 셀룰로오스, 키토산, 피브린 및 콘드로이틴설페이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다.It is preferable that the polymer having the acrylic functional group and the polymer having the TCEP or the lipoamide functional group which are subjected to the Michael addition reaction are selected from the group consisting of polyethylene glycol, hyaluronic acid, cellulose, chitosan, fibrin and chondroitin sulfate.

상기 고분자 하이드로젤은 생체활성물질을 포함하는 것이 바람직하다.The polymer hydrogel preferably contains a bioactive substance.

상기 생체활성물질은 경조직 및 연조직의 조직재생 촉진을 위한 성장인자, 염증저해제, DNA, 및 약물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것일 수 있다.The bioactive material may be selected from the group consisting of growth factors for promoting tissue regeneration of hard tissues and soft tissues, inflammation inhibitors, DNA, and drugs.

상기 성장인자는 골형성 성장인자(BMP), 섬유아세포 성장인자(FGF) 및 혈소판 유래 성장인자로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것일 수 있다.The growth factor may be selected from the group consisting of an osteogenic growth factor (BMP), a fibroblast growth factor (FGF), and a platelet derived growth factor.

상기 약물은 테트라사이클린 및 디메틸옥살릴글리신(DMOG)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것일 수 있다.The drug may be selected from the group consisting of tetracycline and dimethyloxalyl glycine (DMOG).

상기 다층 하이브리드 지지체는 3층으로 이루어진 것이 바람직하다.The multi-layer hybrid support is preferably composed of three layers.

본 발명에 따른 다층 하이브리드 지지체는 다공성이 유도된 생분해성 고분자 층의 생분해 과정에서 유발되는 국소적 산성화로 인한 염증를 억제하기 위하여 중화작용을 할 수 있는 히알루론산과 같은 천연고분자를 상기 생분해성 고분자 층에 유도된 기공 안쪽과 양쪽 표면에 중화기능의 주사형 하이드로젤을 제공함으로써 산성화로 인하여 발생되는 기존의 폴리(락타이드-글라이콜라이드) 차폐막 지지체의 문제점을 해결하는 발명의 효과를 가진다. The multi-layer hybrid support according to the present invention is characterized in that a natural polymer such as hyaluronic acid capable of neutralization is added to the biodegradable polymer layer in order to inhibit inflammation due to local acidification induced in the biodegradation process of the biodegradable polymer layer induced by porosity (Lactide-glicolide) shielding membrane support caused by acidification by providing a neutralization-type hydrogel on the inside and both surfaces of the induced pores.

또한 본 발명의 다층 하이브리드 지지체는 종래의 차폐막 제품은 하나의 고분자 층을 이용하여 조직재생을 하는 것으로서, 주로 하나의 조직재생만을 목표로 하는 것인데 반하여, 골 조직 및 상피조직재생을 동시에 촉진하는 발명의 효과를 가진다. In addition, the multilayer hybrid support of the present invention is intended to regenerate a tissue by using a single polymer layer in a conventional shielding film product, while mainly aiming at regeneration of only one tissue, Effect.

또한 본 발명의 다층 하이브리드 지지체는 기능적으로 분리된 표면층과 중간층, 반대 표면층에 경조직 혹은 연조직에 맞는 생체활성물질을 선택적으로 적용하여 치료용 약물전달체, 조직공학 지지체 등으로 사용하면 여러 약물을 필요한 부분에 선택적으로 동시에 제공할 수 있는 특성을 가진다. In addition, the multi-layer hybrid support of the present invention can be used as a therapeutic drug delivery system, a tissue engineering support, or the like by selectively applying a bioactive substance suitable for hard or soft tissues to a functionally separated surface layer, And can be selectively provided at the same time.

또한, 마이클타입 첨가반응을 유도할 수 있는 2 종류의 용액을 사용하여 제조하는 다층 하이브리드 지지체 제조방법은 라디칼 중합 혹은 효소 등을 이용하여 가교결합을 유도함으로써 지지체 양쪽 표면에 하이드로젤 형성시켜서 제조하는 다층 하이브리드 지지체 제조 방법들과 비교할 때, 마이클타입 첨가반응을 이용한 방법은 생체활성물질의 활성도를 유지하고, 가교결합을 유도할 때 발생되는 부산물/유해물질이 발생되지 않는 방법이며, 자발적으로 진행되는 가교결합 반응을 사용하는 장점을 가진다.In addition, the method for producing a multilayer hybrid support using two kinds of solutions capable of inducing Michael type addition reaction is a method for producing a multi-layer hybrid support by inducing crosslinking using radical polymerization or enzymes, thereby forming a hydrogel on both surfaces of the support Compared with the hybrid support manufacturing methods, the method using the Michael type addition reaction is a method in which the activity of the bioactive substance is maintained and byproducts / harmful substances generated when inducing crosslinking are not generated, and the spontaneous crosslinking It has the advantage of using a coupling reaction.

이외에도 3층 고분자 지지체 각각이 서로 다른 생분해 속도를 가지고 있으므로 생체활성물질의 방출속도를 조절할 수 있는 기능을 제공할 수 있는 장점을 가진다. 이러한 3층 지지체는 서로 다른 조직을 동시재생에 서로 다른 조직으로의 재생을 촉진하는 발명의 효과를 가진다. 예를 들면, dimethyloxalylglycine (DMOG)은 혈관생성을 촉진하고, tetracycline 은 항염증제로 작용하며, fibroblast growth factor는 연조직 재생을 촉진하고, bone morphogenic protein-2(BMP-2)는 골조직 재생을 촉진하는 특성을 이용하여 3층의 하이브리드 지지체에 제공하여 염증방지, 혈관생성, 연조직 및 경조직의 재생을 촉진하는데 적용할 수 있다.In addition, since each of the three-layered polymer scaffolds has a different biodegradation rate, it can provide a function of controlling the release rate of the bioactive substance. Such a three-layer support has the effect of promoting the regeneration of different tissues into different tissues for simultaneous regeneration. For example, dimethyloxalylglycine (DMOG) promotes angiogenesis, tetracycline acts as an anti-inflammatory agent, fibroblast growth factor promotes soft tissue regeneration, and bone morphogenic protein-2 (BMP-2) To provide a three-layered hybrid support for promoting inflammation prevention, angiogenesis, regeneration of soft tissue and hard tissue.

도 1은 본 발명에 따라 실시예 2의 2단계 과정의 실시예 1에서 제조된 다공성 PLGA의 기공 내로 원심분리를 이용한 히알루론산 유도체 용액의 침투 유도법.
도 2은 본 발명에 따라 제조된 실시예 3의 연조직과 경조직 동시 재생을 위한 3층 다공성/생분해성 하이브리드 지지체 제조 도식도(A) 및 제조된 3층 하이브리드 지지체(B).
도 3는 본 발명에 따라 제조된 PLGA와 다공성 PLGA 디스크 양면과 기공에 히알루론산(5%)이 첨가된 3층 다공성/생분해성 지지체의 단면에 대한 전자현미경 관찰. 중간층의 PLGA 다공성 디스크 (A), 5% 히알루론산으로 코팅된 3층 다공성/생분해성 하이브리드 지지체(B), 및 5%의 히알루론산 용액을 기공 내부로 침투시킨 하이브리드 PLGA 지지체(C).
도 4는 단층의 PLGA가 분해 될 때, 산성을 띠는 조건과 유사한 산성용액(pH 5.0)에 일정량의 히알루론산 첨가량에 의한 용액의 pH 변화 측정.
도 5은 본 발명에 따라 제조된 PLGA와 연조직과 경조직 동시 재생을 위한 3층 다공성/생분해성 하이브리드 지지체 표면에서의 in vitro 섬유아세포 부착성 및 증식성 평가.
도 6은 본 발명에 따라 제조된 PLGA와 연조직과 경조직 동시 재생을 위한 3층 다공성/생분해성 하이브리드 지지체 표면에서의 섬유아세포의 in vitro 세포생존성 평가(14일). 다공성 PLGA(대조군) 표면에서의 세포생사여부 형광이미지(A) 및 10%의 히알루론산이 코팅된 3층 다공성/생분해성 하이브리드 지지체(B).
도 7은 본 발명에 따라 제조된 항생제(tetracycline)가 함유된 마이크로입자로부터의 약물 방출거동 측정결과.
도 8은 본 발명에 따라 연조직과 경조직 동시 재생을 위한 3층 다공성/생분해성 지지체를 토끼 두개골에 이식하여 8주 후 H&E 염색한 결과. Collagen 지지체(Bio-Gide)(A), PLGA 지지체(B), 5% HA gel이 유도된 3층 PLGA 지지체 (C), 10% HA gel이 유도된 3층 PLGA 지지체(D). (왼쪽 40X, 오른쪽 100X), (arrowhead: defect margin, NB: new bone, CM: collagen membrane, AT: adipose tissue, FT: fibrous tissue, HS: hydrogel scaffold).
FIG. 1 shows a method of inducing penetration of a hyaluronic acid derivative solution by centrifugation into pores of porous PLGA prepared in Example 1 of Example 2 in accordance with the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram (A) for preparing a three-layer porous / biodegradable hybrid support for simultaneous regeneration of soft tissues and hard tissues of Example 3 prepared according to the present invention and a prepared three-layer hybrid support (B).
FIG. 3 is an electron microscopic observation of the cross section of a three-layer porous / biodegradable support with hyaluronic acid (5%) added to both sides of the PLGA disk and porous pore prepared according to the present invention. (B) a 3-layer porous / biodegradable hybrid support (B) coated with 5% hyaluronic acid, and a hybrid PLGA support (C) having a 5% hyaluronic acid solution penetrated into the pores.
FIG. 4 is a graph showing the change in the pH of a solution by adding a certain amount of hyaluronic acid to an acidic solution (pH 5.0) similar to an acidic condition when a single-layered PLGA is decomposed.
FIG. 5 is a graph showing the adhesion and proliferation properties of in vitro fibroblasts on the surface of a 3-layer porous / biodegradable hybrid support for simultaneous regeneration of PLGA and soft tissue and hard tissue prepared according to the present invention.
6 is an in vitro cell viability evaluation (14 days) of fibroblasts on a 3-layer porous / biodegradable hybrid support surface for simultaneous regeneration of PLGA and soft tissue and hard tissue prepared according to the present invention. Cell viability on a porous PLGA (control) surface Fluorescence image (A) and a 3-layer porous / biodegradable hybrid support (B) coated with 10% hyaluronic acid.
Figure 7 shows the results of drug release behavior measurements from microparticles containing tetracycline prepared according to the present invention.
Figure 8 shows the results of H & E staining of a 3-layer porous / biodegradable scaffold for simultaneous regeneration of soft tissue and hard tissue according to the present invention after transplantation into a rabbit skull 8 weeks later. A three-layered PLGA scaffold (C) with 10% HA gel, and a 3-layer PLGA scaffold (D) with 10% HA gel. (Arrowhead: defect margin, NB: new bone, CM: collagen membrane, AT: adipose tissue, F: fibrous tissue, HS: hydrogel scaffold).

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명의 다층 하이브리드 지지체는 연조직과 경조직을 동시에 재생할 수 있는 것이다. The multilayer hybrid support of the present invention is capable of simultaneously reproducing soft tissues and hard tissues.

이를 위하여, 본 발명의 다층 하이브리드 지지체는 먼저 생분해성 고분자 지지체를 포함한다. 본 발명에서 사용되는 생분해성 고분자 지지체는 그 내부에 기공이 형성된 다공성 고분자 지지체이다. 기공을 형성하기 위하여 발포제와 같은 포로젠(porogen) 혹은 프린팅 기법 등이 사용된다. 본 발명에서 사용되는 다공성 생분해성 고분자 지지체는 예를 들어, 폴리락타이드, 폴리글라이콜락타이드, 폴리(락타이드-글라이콜라이드) 공중합체, 폴리카프롤락톤, 젤라틴, 콜라겐 등으로 형성될 수 있다. To this end, the multi-layer hybrid support of the present invention first comprises a biodegradable polymer scaffold. The biodegradable polymer scaffold used in the present invention is a porous polymer scaffold in which pores are formed. A porogen such as a blowing agent or a printing technique is used to form pores. The porous biodegradable polymer scaffold for use in the present invention may be formed of, for example, polylactide, polyglycolactide, poly (lactide-glacolide) copolymer, polycaprolactone, gelatin, have.

본 발명의 다층 하이브리드 지지체는 또한 고분자 하이드로젤을 포함한다. 이러한 고분자 하이드로젤은 다공성 생분해성 고분자 지지체의 내부에 형성된 기공에 코팅되고, 또한 다공성 생분해성 고분자 지지체의 한 표면 또는 바람직하게는 양 표면 상에 코팅된다. The multi-layer hybrid support of the present invention also includes a polymeric hydrogel. Such a polymer hydrogel is coated on the pores formed in the interior of the porous biodegradable polymer scaffold and is coated on one surface or preferably both surfaces of the porous biodegradable polymer scaffold.

다공성 생분해성 고분자 지지체의 기공 및 양 표면에 형성되는 고분자 하이드로젤은 아크릴 작용기를 가지는 고분자와 트리스(2-카복시에틸)포스핀 (TCEP) 또는 리포아마이드 작용기를 가지는 고분자 간의 마이클 첨가반응에 의하여 형성된다. 마이클 첨가반응에 의하여 고분자 간의 가교가 이루어짐으로써 하이드로젤화가 완성된다. 마이클 첨가반응을 하는 아크릴 작용기를 가지는 고분자와 TCEP 또는 리포아마이드 작용기를 가지는 고분자는 폴리에틸렌글리콜, 히알루론산, 셀룰로오스, 키토산, 콘드로이틴설페이트 등이 포함될 수 있다. 이 중에서 히알루론산, 콘드로이틴설페이트와 같은 다당류의 천연 고분자를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 물질은 일반적으로 친수성을 띠게 된다. The polymer hydrogels formed on the pores and both surfaces of the porous biodegradable polymer scaffold are formed by a Michael addition reaction between a polymer having an acrylic functional group and a polymer having tris (2-carboxyethyl) phosphine (TCEP) or a lipoamide functional group . The cross-linking of the polymers is accomplished by the Michael addition reaction, thereby completing the hydrogel formation. The polymer having an acrylic functional group and the polymer having a TCEP or lipoamide functional group to be subjected to the Michael addition reaction may include polyethylene glycol, hyaluronic acid, cellulose, chitosan, chondroitin sulfate, and the like. Of these, it is preferable to use natural polysaccharides such as hyaluronic acid and chondroitin sulfate. These materials are generally hydrophilic.

본 명세서에서는 아크릴 작용기를 가지는 고분자는 고분자-아크릴레이트, 예를 들어 히알루론산-아크릴레이트로 표현된다. 히알루론산-아크릴레이트는 간단하게 HA-Ac로 표현될 수 있다. 또한 TCEP 또는 리포아마이드 작용기를 가지는 고분자는 고분자-TCEP 또는 고분자-리포아마이드, 예를 들어 히알루론산-TCEP 또는 히알루론산-리포아마이드로 표현될 수 있다. 히알루론산-TCEP는 간단하게 HA-TCEP로 표현될 수 있다. In the present specification, a polymer having an acryl functional group is represented by a polymer-acrylate, for example, hyaluronic acid-acrylate. Hyaluronic acid-acrylate can be simply expressed as HA-Ac. Also, polymers with TCEP or lipoamide functional groups can be represented by polymer-TCEP or polymer-lipoamides, such as hyaluronic acid-TCEP or hyaluronic acid-lipoamide. Hyaluronic acid-TCEP can be simply expressed as HA-TCEP.

상기에서 마이클타입 첨가반응을 위한 반응물질의 하나로서 아크릴 작용기를 가지는 고분자를 제시하였는데, 여기에서 아크릴 작용기는 카보닐 작용기로서 알파-베타 불포화탄화수소 작용기에 대한 대표적 예시를 나타내는 것이며, 이외에도 메타크릴레이트 작용기를 가지는 고분자와 같은 물질이 본 발명에서 마이클타입 첨가반응을 위한 반응물질로 사용될 수 있음은 물론이다. 또한 마이클타입 첨가반응에서 아크릴 작용기에 대한 짝이 되는 반응물질로서 TCEP 또는 리포아마이드 작용기를 가지는 고분자를 예시하였는데, 이외에도 시스틴을 가진 펩타이드, 아민 작용기를 가지는 고분자 등과 같이 친핵체 작용기를 가지는 고분자가 사용될 수 있다. 여기에서 리포아마이드 작용기 및 시스틴은 그것 내에 싸이올 작용기를 가지며, 이러한 싸이올 작용기가 마이클 첨가반응에서 친핵체로 작용한다. In the above, a polymer having an acrylic functional group is presented as one of reactants for the Michael type addition reaction, wherein the acrylic functional group represents a representative example of an alpha-beta unsaturated hydrocarbon functional group as a carbonyl functional group, and a methacrylate functional group May be used as a reaction material for the Michael type addition reaction in the present invention. In addition, in the Michael type addition reaction, a polymer having a TCEP or a lipoamide functional group is exemplified as a reactive substance for an acrylic functional group. In addition, a polymer having a nucleophilic functional group such as a peptide having a cystine or a polymer having an amine functional group can be used . Wherein the lipoamide functional group and the cysteine have a thiol functional group therein and this thiol functional group acts as a nucleophile in the Michael addition reaction.

이러한 고분자 하이드로겔은 생체활성물질을 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 생체활성물질은 인체에 대한 조직재생을 위하여 일반적으로 사용되는 물질이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 조직재생 촉진을 위한 성장인자, 염증저해제, DNA, 및 약물 등을 포함할 수 있다. 성장인자의 예로는 골형성 성장인자(BMP), 섬유아세포 성장인자(FGF) 및 혈소판 유래 성장인자 등을 들 수 있으며, 약물의 예로는 테트라사이클린 및 디메틸옥살릴글리신(DMOG) 등을 들 수 있다. 고분자 하이드로젤은 생체활성물질로서 세포를 포함할 수도 있다. Such a polymer hydrogel may contain a bioactive substance. The bioactive material that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it is a substance generally used for tissue regeneration for the human body and includes, for example, growth factors for promoting tissue regeneration, inflammation inhibitors, DNA, . Examples of the growth factor include osteogenic growth factor (BMP), fibroblast growth factor (FGF), and platelet derived growth factor. Examples of the drug include tetracycline and dimethyloxalylglycine (DMOG) . The polymer hydrogel may contain cells as a bioactive substance.

본 발명은 다공성 생분해성 고분자 지지체의 기공 및 양 표면에 서로 다른 특성의 고분자 하이드로젤을 형성함으로써 하나의 고분자 지지체 제품의 각 층이 서로 다른 생분해 속도와 생물학적, 기계적 및 화학적 특성을 갖게 할 수 있어 연조직 및 경조직의 동시적 재생에 대응할 수 있게 한다. 본 발명은 또한 그러한 각 층의 고분자 하이드로젤에 서로 다른 생체활성물질을 함유시킴으로써 연조직 및 경조직의 동시적 재생에 대응할 수 있게 한다. The present invention relates to a porous biodegradable polymer scaffold which is formed by forming polymer hydrogels having different properties on the pores and both surfaces of the porous biodegradable polymer scaffold, so that each layer of one polymer scaffold product can have different biodegradation rates, biological, mechanical and chemical properties, And the hard tissue. The present invention also allows for the simultaneous regeneration of soft and hard tissues by containing different bioactive substances in the polymer hydrogels of each layer.

즉, 본 발명의 다층 하이브리드 지지체는 한쪽 층에서는 경조직 재생에 적합한 지지체의 역할을 제공하고, 동시에 다른 한쪽에서는 연조직 재생을 유도할 수 있는 기능을 제공할 수 있다. 또한 주사형 기술을 적용하여 다공성 생분해성 고분자 지지체의 양쪽 표면에 각각 연조직 및 경조직 재생에 적합한 생체활성물질이 내포된 고분자 하이드로젤 층을 형성함으로써 조직재생 속도, 재생조직의 양 그리고 기계적 물성 조절을 용이하게 할 수 있다. That is, the multi-layered hybrid support of the present invention can provide a function of providing a support suitable for hard tissue regeneration in one layer and inducing soft tissue regeneration in the other layer. Also, it is easy to control the tissue regeneration rate, the amount of regenerated tissue and the mechanical properties by forming a polymer hydrogel layer containing biologically active substances suitable for soft tissue and hard tissue regeneration on both surfaces of the porous biodegradable polymer scaffold by applying a scanning technique .

또한 본 발명의 다층 하이브리드 지지체는 다공성 생분해성 고분자 지지체의 생분해 및 흡수과정에서 나타나는 국소적인 산성화에 의한 염증반응을 고분자 하이드로젤 성분이 중화시켜 억제하기 때문에 부작용이 최소화된다. In addition, the multilayer hybrid support of the present invention minimizes side effects because the polymer hydrogel component neutralizes the inflammatory reaction caused by the local acidification in the biodegradation and absorption process of the porous biodegradable polymer scaffold.

또한 조직재생을 위한 기존의 차폐막, 예를 들어 골재생을 위한 차폐막에 생체활성물질을 전달하고자 할 경우에는 표면에 흡착시키는 방법을 사용하고 있으나, 흡착된 생체활성물질이 쉽게 방출되는 문제와 생체활성물질의 활성을 잃어버리는 문제점이 있었다. 이에 대하여, 본 발명의 다층 하이브리드 지지체는 고분자 하이드로젤에 생체활성물질을 내포함으로써 생체활성물질이 서서히 방출될 수 있게 하고 또한 그렇게 서서히 방출되는 생체활성물질이 계속적으로 활성을 가짐으로써 조직재생을 효과적으로 달성할 수 있게 해준다. 특히, 본 발명은 주사형 고분자 용액을 상온에서 단순 혼합하여 다공성 생분해성 고분자 지지체의 기공 내에 그리고 그 표면에 하이드로젤을 형성하기 때문에 온도에 민감한 생체활성물질의 활성을 잃지 않게 한다.
In addition, when a bioactive substance is to be delivered to an existing shielding membrane for tissue regeneration, for example, a shielding membrane for bone regeneration, a method of adsorbing the bioactive substance on the surface is used. However, There is a problem that the activity of the substance is lost. On the contrary, the multi-layered hybrid support of the present invention enables the biologically active substance to be gradually released by containing the bioactive substance in the polymer hydrogel, and the biologically active substance released so slowly is continuously activated, I can do it. In particular, the present invention prevents the loss of the activity of temperature sensitive biologically active materials by simply mixing the scanning type polymer solution at room temperature to form the hydrogel in the pores and on the surface of the porous biodegradable polymer scaffold.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 제시한다. 다만, 하기의 실시예들은 본 발명의 예에 불과한 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 된다.
Hereinafter, the present invention will be more specifically shown by way of examples. However, the following examples are merely examples of the present invention and should not be construed as limiting the scope of the present invention.

실시예
Example

다공성 PLGA 지지체 내의 기공 내에 아크릴레이트 혹은 포스페이트 작용기를 가진 콘드로이틴 설페이트, 히알루론산과 같은 당 화합물 유도체간의 마이클타입 첨가반응에 의한 화학결합을 통하여 형성된 용액을 저온에서 마이클타입 반응에 의한 겔화를 유도하고, 이후 건조를 통하여 지지체를 형성하여 하이브리드 disk 형태의 지지체를 제조하는 방법과 분석에 대한 실시예이다.
Type gel reaction between a chondroitin sulfate having an acrylate or phosphate functional group and a sugar compound derivative such as hyaluronic acid through a chemical bond by a Michael type addition reaction in a pore in a porous PLGA support and inducing gelation by a Michael type reaction at a low temperature, And drying and drying the support to form a hybrid disk type support.

실시예Example 1:  One: diskdisk 형태의 다공성  Porosity of form PLGAPLGA 지지체 제조 Support manufacturing

1 단계 과정 : 0.18 g PLGA를 1 ml dioxane을 이용하여 18%(g/ml) 농도로 상온에서 하루동안 녹여 PLGA를 완전히 용해하였다. Step 1: 0.18 g of PLGA was dissolved in 1 ml dioxane at 18% (g / ml) at room temperature for one day to completely dissolve the PLGA.

2 단계 과정 : 1 단계에서 제조된 PLGA 용액을 직경 10 mm의 폴리에틸렌(PE) 몰드에 붓고, 2.4 g ammonium bicarbonate (AB, 355~500 ㎛ 입자크기) 입자를 넣은 후, AB와 PLGA 용액을 혼합시켰다. Step 2: The PLGA solution prepared in Step 1 was poured into a polyethylene (PE) mold having a diameter of 10 mm, and 2.4 g of ammonium bicarbonate (AB, particle size of 355 to 500 μm) was added thereto. .

3 단계 과정 : 2 단계에서 제조된 혼합물을 액체질소를 이용하여 동결시킨 후, PE 몰드를 면도날로 제거한 다음, 동결된 원기둥 샘플을 영하 80℃ 동결 진공건조기에서 3일 동안 건조함으로써, 제조된 PLGA 내의 dioxane을 제거하였다. Step 3: The mixture prepared in Step 2 was frozen using liquid nitrogen, the PE mold was removed with a razor blade, and the frozen cylinder sample was dried for 3 days in a freezing vacuum dryer at -80 占 폚. dioxane was removed.

4 단계 과정 : 3단계에서 건조된 원기둥 PLGA 샘플을 면도날을 이용하여 두께 1 mm 또는 2 mm 디스크 형태로 잘라서 지지체를 제조한 다음, 30℃의 4 L 증류수에 담지하고 1 시간 간격으로 증류수를 총 3번 교체하면서 gas foaming을 진행하여 AB를 제거함으로써 다공성의 디스크로 제조하였다. Step 4: The cylindrical PLGA sample dried in step 3 was cut into 1 mm or 2 mm thick discs using a razor blade to prepare a supporter. The supernatant was loaded on 4 L distilled water at 30 ° C, Gas foaming was carried out while replacing it, and AB was removed to prepare a porous disc.

5 단계 과정 : 4 단계에서 AB가 제거된 PLGA 샘플을 동결건조기에 보관하여 수분을 제거하여 다공성의 PLGA 디스크 지지체를 회수하였다.
Step 5: In step 4, the PLGA sample from which the AB was removed was stored in a freeze dryer to remove moisture and recover the porous PLGA disk support.

실시예Example 2: 다공성  2: Porosity PLGAPLGA 지지체 내의 기공으로 히알루론산 용액 침투 유도 Induction of penetration of hyaluronic acid solution into the pores in the support

1 단계 과정 : 히알루론산-아크릴레이트(HA-Ac) 고분자 유도체 용액과 히알론산-트라이카복시에틸포스페이트(HA-TCEP) 작용기를 가진 히알루론산 유도체 고분자를 각각 phosphate buffered saline (PBS) 버퍼용액에 녹여 5% 농도의 전조용액을 만들었다. Step 1: Hyaluronic acid-acrylate (HA-Ac) polymer derivative solution and hyaluronic acid-tricarboxyethyl phosphate (HA-TCEP) functional groups were dissolved in phosphate buffered saline (PBS) % Concentration solution.

2 단계 과정 : 실시예 1에서 제조된 직경 10 mm, 두께 2 mm의 디스크 형태의 다공성 PLGA 지지체를 원기둥 모양의 PE 몰드에 넣고, 실시예 2의 1 단계에서 준비한 2종류의 5% HA-Ac 및 HA-TCEP 히알루론산 유도체 전조용액을 1:1 비율로 혼합하였다. 다공성 PLGA 지지체 표면에 분주한 다음, 원심분리(3500 rpm, 5분)하여 PLGA 지지체의 기공 내로 히알루론산 혼합용액이 침투되도록 유도하였다(도 1). Step 2: A disc-shaped porous PLGA support having a diameter of 10 mm and a thickness of 2 mm prepared in Example 1 was placed in a cylindrical PE mold, and the two types of 5% HA-Ac and The HA-TCEP hyaluronic acid derivative precursor solution was mixed at a ratio of 1: 1. The mixture was dispensed onto the surface of the porous PLGA support and centrifuged (3500 rpm, 5 minutes) to induce the hyaluronic acid mixed solution to penetrate into the pores of the PLGA support (Fig. 1).

3 단계 과정 : 2 단계에서 제조한 히알루론산 용액이 침투된 PLGA 지지체를 4 에서 1일 동안 냉장보관 한 후, -70에서 1일 동안 추가 보관하여 지지체 내에서의 히알루론산용액이 마이클 타입의 첨가반응에 의한 젤화를 유도하였다. Step 3: The PLGA supporter impregnated with the hyaluronic acid solution prepared in Step 2 was refrigerated for 4 to 1 days, and further stored at -70 for 1 day, so that the hyaluronic acid solution in the supernatant was added to the Michael type addition reaction Induced gelation.

4 단계 과정 : 3 단계에서 젤화가 완료된 샘플을 -40℃에서 동결건조를 하루 동안 진행하여 다공성 지지체가 되도록 유도하여 샘플을 회수하였다.
Step 4: The sample which had been gelated in Step 3 was lyophilized at -40 ° C for one day to induce it to become a porous support, and the sample was recovered.

실시예Example 3: 5% 또는 10%  3: 5% or 10% HAHA -- ACAC , , HAHA -- TCEPTCEP 히알루론산 용액을 이용한 3층 구조의 디스크 형태의 지지체 제조 Manufacture of three-layer disc-shaped support using hyaluronic acid solution

1 단계 과정 : HA-Ac와 HA-TCEP의 히알루론산 유도체 고분자 고체 시료를 각각 PBS 버퍼용액에 녹여 5% 농도의 히알루론산 유도체 전조용액을 만들었다. Step 1: Hyaluronic acid derivative polymer solid samples of HA-Ac and HA-TCEP were each dissolved in PBS buffer solution to prepare a 5% concentration hyaluronic acid derivative precursor solution.

2 단계 과정 : 실시예 1에서 제조된 직경 10 mm, 두께 1 mm의 디스크 형태의 다공성 PLGA 지지체에 원심분리를 이용하여 실시예 2의 2 단계와 동일하게 PLGA 내로 히알루론산 유도체 용액이 내부로 침투되도록 유도하였다.    Step 2: The porous PLGA support having a diameter of 10 mm and a thickness of 1 mm prepared in Example 1 was centrifuged so that the solution of the hyaluronic acid derivative was infiltrated into the PLGA in the same manner as in Step 2 of Example 2 Respectively.

3 단계 과정 : 테플론 몰드를 이용하여 2단계에서 진행된 히알루론산 혼합용액이 내부로 침투된 다공성의 PLGA 지지체 표면에 각각 5% 농도의 HA-Ac 용액, HA-TCEP 용액을 1:1 비율로 섞은 혼합용액을 분주하여 PLGA 지지체 상부에 얇은 디스크(두께 0.5 mm) 형태의 히알루론산 층이 코팅되도록 함으로써 2층의 샘플을 제조하였다. Step 3: Mixing of 5% HA-Ac solution and HA-TCEP solution at a ratio of 1: 1 on the surface of a porous PLGA support impregnated with a hyaluronic acid mixed solution proceeded in step 2 using a Teflon mold The solution was dispensed to prepare a two-layered sample by coating a layer of hyaluronic acid in the form of a thin disc (0.5 mm thickness) on top of the PLGA support.

4 단계 과정 : 3 단계에서 진행된 2층의 지지체 샘플의 하부층을 상부표면이 되도록 놓은 다음, 3단계 과정에서 히알루론산 유도체 용액으로 코팅하였던 방법과 동일하게 새로운 5% 또는 10% 히알루론산 유도체 혼합용액을 분주하여 두께 0.5 mm의 얇은 디스크 형태의 층을 제조함으로써, 히알루론산 고분자가 코팅된 3층의 히알루론산-PLGA-히알루론산 고분자 샘플을 제조하였다(도 2).  Step 4: A new 5% or 10% hyaluronic acid derivative solution was prepared in the same manner as in the case where the lower layer of the two-layered support sample prepared in step 3 was placed on the upper surface and then coated with the hyaluronic acid derivative solution in the step 3 A 3-layer hyaluronic acid-PLGA-hyaluronic acid polymer sample coated with hyaluronic acid polymer (FIG. 2) was prepared by preparing a thin disc-shaped layer having a thickness of 0.5 mm by dispensing.

5 단계 과정 : 4 단계에서 제조된 3층의 히알루론산-PLGA-히알루론산 샘플을 4에서 1일 동안 보관한 다음, -70℃에서 1일 동안 추가적으로 보관하여 히알루론산 용액의 젤화(hydrogelation)를 유도하였다. Step 5: The 3-layer hyaluronic acid-PLGA-hyaluronic acid sample prepared in step 4 was stored for 4 days to 1 day and then stored at -70 ° C for 1 day to induce hyaluronic acid hydrogelation. Respectively.

6 단계 과정 : 5 단계에서 젤화가 완료된 3층 구조의 히알루론산-PLGA-히알루론산 샘플을 -40℃ 에서 하루 동결건조 함으로써 5% 또는 10% HA-AC, HA-TCEP 히알루론산 유도체 용액을 이용한 3층의 히알루론산-PLGA-히알루론산 하이브리드 지지체를 제조하였다.
Step 6: A 3-layered hyaluronic acid-PLGA-hyaluronic acid sample in which the gelation was completed in step 5 was lyophilized at -40 ° C for one day to obtain a solution containing 5% or 10% HA-AC and 3 with HA-TCEP hyaluronic acid derivative solution Layer-hyaluronic acid-PLGA-hyaluronic acid hybrid support.

실시예Example 4: 10%  4: 10% HAHA -- ACAC 용액과  Solution and HAHA -- LipoamideLipoamide 용액을 이용한 3층 구조의 다공성/생분해성 지지체 제조 Preparation of Porous / Biodegradable Supports of Three-Layer Structure by Solution

실시예 3의 5% 히알루론산 유도체 용액(HA-AC 및 HA-TCEP) 대신에 10% 용액(HA-AC, HA-lipoamide)을 사용하여 10% 히알루론산 용액을 PLGA 디스크 기공내부에 침투시고, 이후에 PLGA 디스크 양쪽 표면에 10% 히알루론산 용액으로 코팅시킨 후 하이드로젤을 형성시킴으로써 3층의 다공성 하이브리드 지지체를 제조하였다. 나머지 실시 방법은 실시예 3과 동일한 공정을 적용하였다.
A 10% hyaluronic acid solution was infiltrated into PLGA disk pores using a 10% solution (HA-AC, HA-lipoamide) instead of the 5% hyaluronic acid derivative solution of Example 3 (HA-AC and HA- Then, three layers of porous hybrid supports were prepared by coating hydrogel with 10% hyaluronic acid solution on both surfaces of PLGA disk. The same procedure as in Example 3 was applied to the remaining embodiments.

실시예Example 5. 혈소판 풍부  5. Platelet richness 플라즈마(platelet-rich-plasma; PRP)가Platelet-rich-plasma (PRP) 첨가된 3층 다공성/생분해성  Added three-layer porous / biodegradable 하이브리드hybrid 지지체 제조 Support manufacturing

실시예 4의 10% HA-Lipoamide 유도체 용액을 PRP(150 μL/ gel mL)가 첨가된 농도 10% HA-Lipoamide 유도체용액으로 대체하여 PLGA 지지체 기공 내부에는 PRP이 함유된 히알루론산 젤이 침투되고, PLGA 외부표면에는 PRP가 첨가된 10% 히알루론산 젤에 의해 코팅된 3층의 다공성/생분해성 하이브리드 지지체를 제조하였다. 나머지 실시 방법은 실시예 3과 동일한 공정을 적용하였다.
The 10% HA-Lipoamide derivative solution of Example 4 was replaced with a 10% HA-Lipoamide derivative solution to which PRP (150 μL / gel mL) was added. The hyaluronic acid gel containing PRP penetrated into the PLGA support pores, A three layer porous / biodegradable hybrid support coated with 10% hyaluronic acid gel with PRP was prepared on the PLGA outer surface. The same procedure as in Example 3 was applied to the remaining embodiments.

실시예Example 6. 항생제 약물( 6. Antibiotic Drugs ( tetracyclinetetracycline )이 함유된 마이크로입자 제조) Containing microparticles

1단계 과정 : butadiene diepoxide (BDDE)에 10%(v/v) 농도로 PLGA 고분자를 첨가하여 24시간 혼합하면서 BDDE 가교결합제가 포함된 PLGA 용액을 제조하였다 (PLGA-BDDE 용액). Step 1: PLGA polymer was added to butadiene diepoxide (BDDE) at a concentration of 10% (v / v) and mixed for 24 hours to prepare a PLGA solution containing a BDDE crosslinking agent (PLGA-BDDE solution).

2단계 과정 : 16%(v/v) 농도의 히알루론산을 4%의 NaOH 용액에 녹인 후 tetracycline 50 mg/ml를 첨가하여 항생제가 포함된 히알루론산 용액을 제조하였다. Step 2: Hyaluronic acid at a concentration of 16% (v / v) was dissolved in a 4% NaOH solution and tetracycline (50 mg / ml) was added to prepare a hyaluronic acid solution containing antibiotics.

3단계 과정 : Hexane에 Span80(Sigma-Aldrich, 미국)을 0.5%(v/v) 농도로 분주한 다음, 초음파 분산기(VCX 750, Sonic & Materials, Inc., 미국)를 이용하여 5분 동안 분산기의 80% 출력량으로 Span80 분산제를 Hexane에서 분산시킨다 (Hexane-Span80 용액). Step 3: Spin 80 (Sigma-Aldrich, USA) was dispensed into Hexane at a concentration of 0.5% (v / v) and then dispersed for 5 minutes using an ultrasonic disperser (VCX 750, Sonic & Span80 dispersant is dispersed in Hexane (Hexane-Span80 solution) at an 80% yield of the solution.

4단계 과정 : 1단계의 PLGA-BDDE 용액과 2단계의 항생제가 포함된 히알루론산 용액을 1:1 (v/v)비율로 혼합하여 제조한 혼합용액을 3단계에서 제조한 Hexane-Span80 용액에 주사기를 이용하여 분주한 다음, 초음파분산기를 이용하여 출력량 80% 조건에서 30분 혼합용액을 분산시켜 항생제가 포함된 HA-PLGA 마이크로 입자를 제조하였다. Step 4: Mix the solution prepared by mixing PLGA-BDDE solution of step 1 and hyaluronic acid solution containing 2-step antibiotic at a ratio of 1: 1 (v / v) to the Hexane-Span80 solution prepared in step 3 The mixture was dispensed using a syringe, and HA-PLGA microparticles containing antibiotics were prepared by dispersing the mixed solution for 30 minutes at an output of 80% using an ultrasonic dispersing machine.

5단계 과정 : 항생제가 포함된 (HA-PLGA) 마이크로입자가 제조된 용액을 원심분리(3500 rpm, 1 분)하여 입자를 회수하여, tetracycline 약물이 함유된 PLGA-HA 입자를 제조하였다.
Step 5: PLGA-HA particles containing tetracycline drug were prepared by centrifugation (3500 rpm, 1 min) of the solution containing the antibiotic-containing (HA-PLGA) microparticles.

실시예Example 7.  7. tetracyclinetetracycline 마이크로입자가 첨가된 3층 다공성/생분해성  3-layer porous / biodegradable with microparticles added 하이브리드hybrid 지지체 제조 Support manufacturing

실시예 4의 10% 히알루론산 유도체 용액(HA-AC, HA-Lipoamide)을 The 10% hyaluronic acid derivative solution (HA-AC, HA-Lipoamide) of Example 4

실시예 6에서 제조된 약물이 함유된 (HA-PLGA) 마이크로입자를 첨가한 10% 히알루론산 유도체 용액으로 대체하여 하이브리드 지지체 제조를 진행하였다. tetracycline 약물 마이크로입자가 첨가된 10% 히알루론산용액을 PLGA 디스크 기공내부에 침투시켜 다공성/생분해성 히알루론산 하이브리드 지지체를 제조 하였다. 하이브리드 지지체 양쪽 표면에 tetracycline 약물이 함유된 히알루론산 젤 코팅 실시 방법은 실시예 5와 동일한 공정을 적용하였다.
Hybrid support preparation was carried out by replacing 10% hyaluronic acid derivative solution with drug-containing (HA-PLGA) microparticles prepared in Example 6 added thereto. A porous / biodegradable hyaluronic acid hybrid support was prepared by infiltrating a 10% hyaluronic acid solution containing tetracycline drug microparticles into PLGA disk pores. The same procedure as in Example 5 was applied to the hyaluronic acid gel coating method in which the tetracycline drug was contained on both surfaces of the hybrid support.

실시예Example 8: 3층 다공성/생분해성  8: 3-layer porous / biodegradable 하이브리드hybrid 지지체의 동물이식 Animal implantation of support

16주의 웅성 가토 두개골(New Zealand white rabbits)에 8 mm 직경, 높이 2 mm 의 골 결손부를 형성하였다. 각각의 결손부에 대조군인 Collagen 지지체(Bio-Gide)(A)와 실험군인 PLGA 지지체(B), 5% HA gel이 유도된 3층 PLGA 지지체 (C), 10% HA gel이 유도된 3층 PLGA 지지체(D)로 제조된 하이브리드 차폐막으로 골 결손부를 덮은 후, 흡수성 봉합사를 이용해 골막을 봉합하여 차폐막을 고정시킨 다음, 8주 동안 사육하였다 (참고문헌, Biomaterials Research, 유훈 외, accepted 2014-08-08). 동물을 희생시켜, 샘플을 적출하여 분석을 진행하였다.
A 16-week-old New Zealand white rabbits were implanted with a 8 mm diameter, 2 mm high bone defect. In each defect, a collagen support (Bio-Gide) (A), a control PLGA support (B), a 5% HA gel-induced 3-layer PLGA support (C) After covering the bone defect with a hybrid shielding membrane made of PLGA support (D), the periosteum was closed with an absorbable suture to fix the shielding membrane and then bred for 8 weeks (References, Biomaterials Research , Yoo Hoon et al., Accepted 2014-08-08). Animals were sacrificed and the samples were extracted and analyzed.

분석 1. 전자 현미경에 의한 형태학적 관찰Analysis 1. Morphological observation by electron microscope

실시예 1, 2, 3에서 제조한 disk 형태의 각각의 지지체를 건조된 상태에서 표면과 전단면을 gold 진공 코팅 처리한 다음, 전자현미경으로 샘플형태를 관찰하였다. 주사전자현미경을 이용하여 샘플의 표면과 단면의 형태를 200 배율로 관찰한 결과, PLGA 다공성 지지체에서는 지름이 약 400 ㎛ 기공이 균일하게 형성됨을 확인하였으며, 3 층 차폐막의 내부가 HA gel로 충진된 것과 표면의 HA gel이 코팅된 것이 관찰되었다. 또한 HA gel의 농도가 5%에서 10%로 높아짐에 따라 PLGA 디스크 기공 안에 히알루론산 gel이 많이 충전되어 있는 것을 확인할 수 있었다(도 3).
Each of the disk-shaped supports prepared in Examples 1, 2 and 3 was subjected to gold vacuum coating on the surface and the front surface thereof in a dried state, and the shape of the sample was observed by an electron microscope. As a result of observing the morphology of the surface and cross section of the sample at a magnification of 200 using a scanning electron microscope, it was confirmed that pores having a diameter of about 400 μm were uniformly formed in the PLGA porous support, and the inside of the 3-layer shielding film was filled with HA gel And HA gel coating on the surface were observed. In addition, as the concentration of HA gel increased from 5% to 10%, it was confirmed that hyaluronic acid gel was filled in the PLGA disk pores (FIG. 3).

분석 2. 히알루론산 첨가에 의한 Analysis 2. By hyaluronic acid addition pHpH 변화측정 Change measurement

단층의 PLGA 분해시 산성을 띠는 조건과 유사하게 증류수 10 mL를 0.1 M 염화수소를 이용하여 pH 5.0으로 조정한 후, 히알루론산(0.012 g)을 첨가하면서 샘플용액의 pH 변화를 pH 미터를 사용하여 관찰하였다. 일정량의 히알루론산이 첨가됨에 따라 pH가 5.9에서 6.1까지 올라가는 것을 확인할 수 있었다(도 4). 10 mL of distilled water was adjusted to pH 5.0 with 0.1 M hydrogen chloride, and then the pH change of the sample solution was measured using a pH meter while adding hyaluronic acid (0.012 g) Respectively. As a certain amount of hyaluronic acid was added, it was confirmed that the pH rose from 5.9 to 6.1 (FIG. 4).

분석 3.Analysis 3. inin vitrovitro 섬유아세포 Fibroblast 부착성Attachment 및 증식성 And proliferative

실시예 3에서 제조한 연조직과 경조직 동시 재생을 위한 3층 다공성 생분해성 막 표면에 섬유아세포(10만)를 접종하여 14일간 in vitro 배양한 후 1, 3, 14일 각 시점에서 지지체 표면에서의 세포 증식성을 cell count kit-8 assay로 측정한 결과, 세포들이 증식하였음을 확인하였다(도 5).
Fibroblast cells (100,000) were inoculated on the surface of the three-layer porous biodegradable membrane for simultaneous regeneration of soft tissue and hard tissue prepared in Example 3, and were inoculated for 14 days in The cell proliferation on the surface of the supporter at each time point on days 1, 3, and 14 after the in vitro culture was measured by a cell count kit-8 assay (FIG. 5).

분석 4. Analysis 4. inin vitrovitro 섬유아세포  Fibroblast 생존여부Survival 확인 Confirm

실시예 3에서 제조한 3층 다공성/생분해성 하이브리드 지지체 표면에 섬유아세포를 14일간 in vitro 배양한 다음, live & dead assay로 분석한 결과, PLGA 샘플표면 보다는 3층 다공성/생분해성 하이브리드 지지체 표면에서 배양된 섬유아세포들이 큰 세포덩어리를 이루며 생존함을 확인하였다(도 6).On the surface of the 3-layer porous / biodegradable hybrid support prepared in Example 3, fibroblasts were inoculated for 14 days in vitro cultured was then confirmed that the results, survival to constitute the large cell clumps of fibroblasts cultured in three-layer porous / biodegradable PLGA hybrid support surface than the surface of the sample was analyzed by live & dead assay (Fig. 6).

분석 5.: 3층 다공성/생분해성 Analysis 5: 3-layer porous / biodegradable 하이브리드hybrid 지지체와 마이크로입자의 약물( The support and microparticle drug ( TetracyclineTetracycline ) 로딩 및 ) Loading and 방출거동Release behavior 분석 analysis

실시예 5에서 제조한 약물(tetracycline)이 함유된 3층 다공성/생분해성 하이브리드 지지체와 마이크로입자를 PBS(10 ml) 버퍼용액에 침전시킨 다음, 12시간, 1일, 3일 각 시점에서 샘플을 담지한 용액을 마이크로피펫으로 추출(5 mL)하였다. 샘플로부터 용출된 용액에 tetracycline이 존재하는지를 365 nm 파장에서 UV-vis 흡광도를 측정하였다(도 7).
A 3-layer porous / biodegradable hybrid support containing the drug (tetracycline) prepared in Example 5 and the microparticles were precipitated in PBS (10 ml) buffer solution, and samples were collected at 12 hours, 1 day, The supported solution was extracted with a micropipette (5 mL). UV-vis absorbance at 365 nm was measured to determine if tetracycline was present in the eluted solution from the sample (Figure 7).

분석 6.: 3층 다공성/생분해성 Analysis 6: 3-layer porous / biodegradable 하이브리드hybrid 지지체의  Support 생체활성물질Bioactive material 로딩 및  Loading and 방출거동Release behavior 분석 analysis

실시예 6에서 제조한 platelet-rich plasma(PRP)가 첨가된 3층 다공성/생분해성 하이브리드 지지체를 버퍼용액(0.1% BSA)에 침전시킨 다음, 12시간, 1일, 3일, 7일 각 시점에서 샘플이 담지된 용액을 마이크로피펫으로 추출(1 mL)하였다. 성장인자 분석 kit [R&D system DY220(PDGF-BB kit), R&D system DY233(FGF basic kit)]와 ELISA 흡광측정기기(microplate reader)를 이용하여 추출된 용액 내에 혈소판에 포함되어 있던 PDGF 와 bFGF 성장인자가 존재하는지를 450 nm 파장에서 측정하였다. 샘플을 통하여 방출된 혈소판유래 성장인자(PDGF-BB, bFGF) 방출량을 정량적으로 측정한 결과, 시간이 지남에 따라 두 성장인자의 방출량이 증가하는 것으로 측정되었다. 따라서 성장인자와 같은 생체활성물질을 3층의 다공성/생분해성 하이브리드 지지체의 양쪽 표면에 존재하는 코팅 층에 포함시킬 수 있으며, 성장인자의 방출속도를 조절시킬 수 있음을 관찰하였다.   The three-layer porous / biodegradable hybrid support to which the platelet-rich plasma (PRP) prepared in Example 6 was added was precipitated in a buffer solution (0.1% BSA), and after 12 hours, 1 day, 3 days, (1 mL) was extracted with a micropipette. The PDGF and bFGF growth factors contained in the platelets in the solution extracted using the growth factor kit (R & D system DY220 (PDGF-BB kit), R & D system DY233 (FGF basic kit) and ELISA microplate reader Was measured at a wavelength of 450 nm. The amount of platelet-derived growth factor (PDGF-BB, bFGF) released through the sample was quantitatively measured. As a result, the release amount of the two growth factors was measured to increase with time. Thus, it has been observed that a bioactive material such as a growth factor can be included in the coating layer present on both surfaces of the porous / biodegradable hybrid support of three layers, and the release rate of the growth factor can be controlled.

분석 7 : 약물 마이크로입자가 3층 다공성/생분해성 Analysis 7: drug microparticles three layers porous / biodegradable 하이브리드hybrid 지지체 양쪽 표면에  On both sides of the support 로딩된Loaded 형태의 분석 Analysis of forms

실시예 8에서 제조한 약물 마이크로입자가 첨가된 히알루론산 유도체 용액으로 코팅된 3층 다공성/생분해성 하이브리드 지지체의 단면을 면도칼로 잘라 광학현미경과 전자현미경으로 관찰한 결과, 하이브리드 지지체의 양쪽 표면에 마이크로입자가 로딩된 모습을 확인하였다.
The cross-section of the three-layer porous / biodegradable hybrid support coated with the drug microparticle-added hyaluronic acid derivative solution prepared in Example 8 was cut with a razor and observed under an optical microscope and an electron microscope. As a result, The particles were loaded.

분석 8. Analysis 8. inin vivovivo 토끼 두개골 결손부 이식 8주 후,  Eight weeks after transplantation of rabbit skull defects, HematoxylinEosinHematoxylin Eosin 염색을 통한 조직학적 분석 Histological analysis through staining

실시예 1, 2, 3에서 제조한 다공성/생분해성 지지체[PLGA 지지체(B), 5% HA gel 이 코팅된 3층 하이브리드 지지체 (C), 10% HA gel이 코팅된 3층 하이브리드 지지체(D)]과 콜라겐 차폐막(Bio-Gide)[(A) 대조군 샘플을 직경 8 mm의 토끼 두개골 결손부에 이식한 샘플을 이식 8주 후 적출하였다. 10% neutral formalin 용액으로 적출샘플을 고정시킨 후, 5% 질산용액에 담지하여 비탈회시켰다. 비탈회된 샘플을 파라핀에 심어 7 m의 두께로 삭정하고, hematoxylin & eosin(H&E)으로 샘플을 염색하여 신생골 형성 및 하이브리드 지지체의 흡수와 염증세포의 침윤상태 등을 관찰하였다. 광학현미경으로 염색된 상태를 확인한 결과에 따르면, 3층 구조의 생분해성/다공성 하이브리드 지지체 샘플이 콜라겐 차폐막과 단층의 PLGA 차폐막 샘플 보다 천천히 흡수되어 동물에서 더 오랫동안 샘플이 유지되는 것을 확인하였다(도 8). (왼쪽 40, 오른쪽 100)     A three-layer hybrid support (C) coated with 5% HA gel, a three-layer hybrid support (D) coated with 10% HA gel, a porous / biodegradable support prepared in Examples 1, 2 and 3 ) And collagen-shielded (Bio-Gide) [(A) control samples were harvested eight weeks after implantation in a 8 mm diameter rabbit skull defect. The extracted sample was immobilized with 10% neutral formalin solution, and then impregnated with 5% nitric acid solution. Samples were grafted onto paraffin and cut to a thickness of 7 m and stained with hematoxylin and eosin (H & E) to observe new bone formation, absorption of hybrid supports, and infiltration of inflammatory cells. It was confirmed by an optical microscope that the biodegradable / porous hybrid support sample of the three-layer structure was absorbed more slowly than the collagen shielding membrane and the single layer PLGA shielding membrane sample, and the sample was retained for a longer time in the animal (Fig. 8 ). (40 on the left, 100 on the right)

(arrowhead: defect margin, NB: new bone, CM: collagen membrane, AT: adipose tissue, FT: fibrous tissue, HS: hydrogel scaffold)(arrowhead: defect margin, NB: new bone, CM: collagen membrane, AT: adipose tissue, F: fibrous tissue, HS: hydrogel scaffold)

Claims (9)

다공성 및 생분해성 고분자 지지체의 기공 내부 및 상기 고분자 지지체의 한 표면 또는 양 표면 상에 고분자 하이드로젤이 형성된 구조를 가지며, 상기 고분자 하이드로젤은 가교결합제를 따로 첨가하여 사용하지 않고, 알파-베타 불포화탄화수소 작용기를 가지는 고분자와 마이클타입 첨가반응의 친핵체 작용기를 가지는 고분자 간의 마이클타입 첨가반응 메커니즘에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 다층 하이브리드 지지체.Wherein the polymer hydrogel has a structure in which a polymer hydrogel is formed in the pores of the porous and biodegradable polymer scaffold and on one surface or both surfaces of the polymer scaffold and the polymer hydrogel does not contain a crosslinking agent and is used as an alpha-beta unsaturated hydrocarbon Wherein the polymer is formed by a Michael type addition reaction mechanism between a polymer having a functional group and a polymer having a nucleophilic functional group of a Michael type addition reaction. 제1항에 있어서,
상기 마이클타입 첨가반응 메커니즘은 아크릴 작용기를 가지는 고분자와 트리스(2-카복시에틸)포스핀 (TCEP) 작용기 또는 아민 작용기를 가지는 고분자, 또는 리포아마이드 또는 시스틴 형태로 싸이올 작용기를 가지는 고분자 간의 마이클 첨가반응에 의하여 형성되는 것임을 특징으로 하는 다층 하이브리드 지지체.
The method according to claim 1,
The Michael type addition reaction mechanism may include a Michael addition reaction between a polymer having an acrylic functional group and a polymer having a tris (2-carboxyethyl) phosphine (TCEP) functional group or an amine functional group, or a polymer having a thiol functional group in a lipoamide or cystine form ≪ RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI >
제1항에 있어서,
상기 다공성 및 생분해성 고분자 지지체는 폴리락타이드, 폴리글라이콜락타이드, 폴리(락타이드-글라이콜라이드) 공중합체, 폴리카프롤락톤, 젤라틴 및 콜라겐으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 다층 하이브리드 지지체.
The method according to claim 1,
Wherein the porous and biodegradable polymeric scaffold is selected from the group consisting of polylactide, polyglycolactide, poly (lactide-glicolide) copolymer, polycaprolactone, gelatin and collagen. Support.
제1항에 있어서,
상기 마이클 첨가반응을 하는 상기 아크릴 작용기를 가지는 고분자와 상기 TCEP 또는 리포아마이드 작용기를 가지는 고분자는 폴리에틸렌글리콜, 히알루론산, 셀룰로오스, 키토산 및 콘드로이틴설페이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 다층 하이브리드 지지체.
The method according to claim 1,
Wherein the polymer having the acrylic functional group and the polymer having the TCEP or the lipoamide functional group for the Michael addition reaction are selected from the group consisting of polyethylene glycol, hyaluronic acid, cellulose, chitosan and chondroitin sulfate.
제1항에 있어서,
상기 고분자 하이드로젤은 생체활성물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 하이브리드 지지체.
The method according to claim 1,
Wherein the polymer hydrogel comprises a bioactive substance.
제5항에 있어서,
상기 생체활성물질은 조직재생 촉진을 위한 성장인자, 염증저해제, DNA, 및 약물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 다층 하이브리드 지지체.
6. The method of claim 5,
Wherein the bioactive substance is selected from the group consisting of growth factors, inflammation inhibitors, DNA, and drugs for promoting tissue regeneration.
제6항에 있어서,
상기 성장인자는 골형성 성장인자(BMP), 섬유아세포 성장인자(FGF) 및 혈소판 유래 성장인자로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 다층 하이브리드 지지체.
The method according to claim 6,
Wherein the growth factor is selected from the group consisting of an osteogenic growth factor (BMP), a fibroblast growth factor (FGF), and a platelet derived growth factor.
제6항에 있어서,
상기 약물은 테트라사이클린 및 디메틸옥살릴글리신(DMOG)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 다층 하이브리드 지지체.
The method according to claim 6,
Wherein the drug is selected from the group consisting of tetracycline and dimethyloxalyl glycine (DMOG).
제1항에 있어서,
상기 다층 하이브리드 지지체는 3층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다층 하이브리드 지지체.
The method according to claim 1,
Wherein the multi-layer hybrid support comprises three layers.
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