KR20160063154A - 하이드로젤 유착방지제 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스 유도체 0.1 내지 10 중량%, 풀루란 0.5 내지 10 중량% 및 서양고추냉이 과산화효소 0.1 내지 2중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드로젤 유착방지제 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 종래 유착방지용 겔의 문제점이었던 조직 및 장기에 대한 접착성, 조직면역학적 반응, 조작용이성, 생체친화성 및 생분해성 등을 개선하여 사용자의 이용 편의성을 향상할 수 있을 뿐만 아니라, 효과적인 유착능으로 상처의 빠른 치유를 도울 수 있으며, 수술 후 유착방지막의 제거단계가 생략되므로, 사용자의 조작 용이성을 증가시킬 수 있다.

Description

하이드로젤 유착방지제 및 그 제조방법{Hydrogel anti-adhesion adjuvant and manufacturing method of the same}

본 발명은 생체 내 조직유착을 방지하기 위한 하이드로젤 유착방지제 및 그 제조방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 하이드로젤 조성물로 천연고분자인 카르복시메틸셀룰로오스의 유도체와 풀루란을 함유하여 효소반응을 통해 제조되는 하이드로젤 유착방지제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

유착이란 분리 되어 있어야 할 생물체의 기관의 조직면이 섬유성의 조직으로 연결, 융합하는 현상이다. 보통 환자의 외과적 수술 후 발생하는 조직의 유착은 손상된 조직세포가 증식하고 재생되는 과정에서 발생하는 자연스러운 현상이지만, 과도하게 주위의 생체조직들과의 비정상적으로 연결되는 유착은 폐색과 같은 장기의 기능 장애를 초래할 수 있고, 그 정도에 따라 유착 박리 재수술이 필요한 경우도 있으며, 심할 경우 생명을 위협하는 요인이 되기도 한다.

현재 의료계에서 사용되고 있는 유착방지법 중 유착방지막을 이용하는 방법은, 수술 부위에 물리적장벽(Physical barrier)을 형성하여 유착을 방지하고, 일정 기간의 상처치유가 끝난 다음에는 생체 내에서 생분해 되고, 그 분해산물이 생체 내에 흡수되어 사라지거나, 인위적으로 제거하는 형태를 통해 유착을 방지하는 방법이다. 이러한 유착방지용 재료는 본 목적인 유착방지에 효과적이어야 하고, 재료자체 또는 그 분해산물이 독성, 자극성, 유전독성 등이 없이 생체 내에서 높은 안전성을 유지해야 한다.

상기 유착방지막으로 사용되는 천연 고분자로는 생체 유래 고분자, 비 생체 유래 고분자 등이 있으며, 구체적으로 생체 유래 천연고분자로는 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 히알루론산(hyaluronic acid, HA), 콜라겐(collagen), 피브린(fibrin), 젤라틴(gelatin), 알긴산(alginic acid) 등이 있으며, 비 생체 유래 고분자로는 산화 재생 셀룰로오스(oxidized regenerated cellulose), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴록사머(Poloxamer) 및 고어-텍스(Gore-Tex) 등이 알려져 있다.

유착방지막은 크게 복막 내 점적제(Intra-peritoneal instillator)와 유착차단제(Adhesion barrier)의 두 가지로 나눌 수 있다. 복막 내 점적제는 용액타입과 젤 형태로 나눌 수 있으며, 유착 차단제는 필름 및 멤브레인 형태가 대부분이다.

복막 내 점적제는 환자의 상처크기 및 모양에 관계없이 폭넓게 적용할 수 있는 장점이 있지만, 조직에 도포한 유착방지제가 중력에 의해 적용부위에서 흘러 내릴 수 있다는 단점이 있다. 이러한 복막 내 점적제로 상용화된 제품들은 Adept, Dextran 70, Sepracoat, Spray Gel 등이 있다.

상기 복막 내 점적제들은 보통 액상 제형으로 제조가 되는데, 액상으로 제조가 되는 경우 그 점도가 높다 하더라도 체내에서 흘러내려, 상처에 정확히 도포되기 어려우며 유착방지 기능을 하기 전에 다른 부위로 흘러들어가거나, 조기에 분해되는 경우가 있어, 유착방지 기능을 제대로 하지 못하는 많은 단점이 있다.

또한, 비 생체 유래 물질들을 이용하여 유착방지제를 제조하는 경우 생체 내에서 이물반응을 일으킬 수 있는 가능성이 있다.

이러한 상황에서, 액상제형의 단점을 극복하고자 젤 제형의 유착방지제가 각광을 받고 있는데, 이런 젤 제형의 유착방지제는 주사, 스프레이 형식으로 간편하게 이용할 수 있어 수술의 용이성을 증대시킨다. 현재 젤 형태의 유착방지막중 국내에서 가장 영향력 있는 제품은 히알루론산과 카르복시메틸셀룰로오스로 구성된 제품인 한미메디케어의 가딕스(Guardix)이다.

하지만 히알루론산은 생체 내 반감기가 1 내지 3일로써 생체 내 히알루로니다아제(Hyaluronidase)에 의해 쉽게 분해되는 문제가 있다. 조기분해의 문제는 유착예상면의 상처가 치유되기 전에 유착방지제가 제거됨으로써, 상처 조직에 머무르는 시간이 부족하여, 유착 방지 효과의 지속성을 보장할 수 없다는 문제가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 조직접착성 및 기계적강도를 향상시켜 조직유착방지 효율을 현격히 높이고, 생체 내에서 일정시간을 유지하고 있다가 상처치유가 완료되면 흡수, 배설되는 생분해성 및 조직면역학적 효과를 향상시키며, 또한, 빠른 겔 형성시간을 가져 유착예상면에 도포가 용이한 하이드로젤 유착방지제 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스, 풀루란 및 서양고추냉이(Armoracia rusticana) 과산화효소를 포함한다.

바람직하게는, 상기 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스는 전체 중량에 대하여 0.1 내지 10 중량%의 함량범위를 가지며,

풀루란은 전체 중량에 대하여 0.5 내지 10 중량%의 함량 범위를 가질 수 있다.

또한, 바람직하게는 상기 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스는 하기 화학식 1로 표현될 수 있다.

[화학식 1]

또한, 바람직하게는 상기 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스의 분자량은 20,000 내지 500,000 일 수 있다.

또한, 바람직하게는 상기 풀루란의 분자량은 50,000 내지 250,000 일 수 있다

또한, 바람직하게는 하이드로젤 유착방지제는 실온에서 점도가 10,000 내지 25,000cP 일 수 있다.

또한, 바람직하게는 하이드로젤 유착방지제는 접착 강도가 10 내지 30 kPa 일 수 있다.

또한, 바람직하게는 하이드로젤 유착방지제는 액상의 주사(Syringe) 또는 스프레이(Spray) 제형을 가질 수 있다.

또한, 바람직하게는 수용매에 카르복시메틸셀룰로오스를 첨가하여 교반하여 카르복시메틸셀룰로오스 수용액을 제조하는 단계와

상기 카르복시메틸셀룰로오스 수용액에, 티라민, EDC 및 NHS을 첨가 후 교반하여 카르복시메틸셀룰로오스의 측쇄에 티라민을 도입하여 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스를 제조하는 단계와

상기 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스를 투석한 뒤 동결 건조하여 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스 분말을 제조하는 단계와

상기 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스 분말과 풀루란을 수용매에 넣은 후 교반하여 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스와 풀루란의 혼합액을 제조하는 단계 및 상기 혼합액에 서양고추냉이 과산화효소 및 과산화수소를 첨가하여 가교반응을 실시하는 단계를 포함 할 수 있다.

또한, 바람직하게는 상기 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스를 제조하는 단계의 티라민 함량은 0.01 내지 2 중량% 일 수 있다.

또한, 바람직하게는 상기 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스를 제조하는 단계에서, 티라민의 치환도는 유니트(unit) 당 1 내지 70% 일 수 있다.

또한, 바람직하게는 상기 서양고추냉이 과산화효소의 농도는 0.001 내지 1 mg/ml 일 수 있다.

그리고, 바람직하게는 상기 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스는 하기 화학식 1로 표현 될 수 있다.

[화학식 1]

본 발명은 생체 유래 천연고분자인 카르복시메틸셀룰로오스와 풀루란을 조성물로 포함함으로써, 생체 내에의 조직면역반응을 일으키지 않아 우수한 생체친화성을 나타 낼 수 있다.

또한, 카르복시메틸셀룰로오스의 측쇄에 티라민을 도입하고, 도입정도 조절을 통해 하이드로젤의 기계적강도를 현격히 상승시킬 수 있다.

또한, 특히 천연 기능성 다당류인 풀루란이 포함됨으로써 필름형성능, 보습효과, 조직접착성 및 생체 내 안정성을 현격히 상승시킬 수 있다.

그리고, 젤레이션(gelation) 단계에 포함되는 서양고추냉이 과산화효소(HRP)와 과산화수소의 적절한 배합비를 제공함으로써 겔 형성능과 겔 형성시간을 최적화시킬 수 있다.

따라서, 종래 유착방지용 겔의 문제점이었던 조직 및 장기에 대한 접착성, 조직면역학적 반응, 조작용이성, 생체친화성 및 생분해성 등을 개선하여 사용자의 이용 편의성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 효과적인 유착능으로 상처의 빠른 치유를 도울 수 있으며, 수술 후 유착방지막의 제거단계가 생략되므로, 사용자의 조작 용이성을 증가시킨다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 카르복시메틸셀룰로오스의 티라민기 개질단계 의 반응 메커니즘을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 서양고추냉이 과산화효소에 의한 효소촉매반응을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 효소촉매에 의한 가교반응 메커니즘을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스의 ATR/FT-IR 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 하이드로젤 유착방지제의 서양고추냉이 과산화효소 농도에 따른 겔 형성시간의 변화를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 하이드로젤 유착방지제의 과산화수소 농도에 따른 겔 형성시간의 변화를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 하이드로젤 유착방지제의 인 비트로(in vitro) 생분해시험 결과를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 하이드로젤 유착방지제의 파단면을 주사전자현미경으로 촬영한 사진을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 하이드로젤 유착방지제의 유착평가를 위한 동물실험 단계를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 하이드로젤 유착방지제의 유착점수 평가표를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 하이드로젤 유착방지제의 유착평가 결과를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 하이드로젤 유착방지제의 조직면역학적 평가 시험 결과를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 하이드로젤 유착방지제의 접착평가 결과를 나타낸 도면이다.

이하 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명은 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스 및 풀루란을 포함하며, 상기 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스는 카르복시메틸셀룰로오스의 사슬 곁가지를 N-하이드록시석신이미드(NHS), 1-에틸-3-(3-다이메틸아미노프로필)-카르보다이이미드(EDC) 및 티라민을 이용하여 개질 하는 것이며, 티라민으로 개질 된 카르복시메틸셀룰로오스의 티라민 작용기들이 서양고추냉이 과산화효소의 가교반응에 의해 제조되는 하이드로젤 유착방지제이다.

여기서, 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스는 0.1 내지 10 중량%를 포함 할 수 있으며, 풀루란은 0.5 내지 10 중량%를 포함 할 수 있다.

상기 하이드로젤 유착방지제는 카르복시메틸셀룰로오스 및 풀루란 이외에도, 상황에 따라 하이드로젤의 제조를 위해 필요한 완충제, 부형제, 분산제, 습윤제 및 점도조절제와 같은 첨가제가 포함될 수 있다.

본 발명에 포함되는 풀루란은 흑효모(Aureobasidum pullulans)가 세포 외(Extracellular)로 생산하는 무미 무취한 부정형의 백색분말 다당류 물질로써, 하기 화학식 1을 참조하면, 주로 3개의 글루코오스가 α-1, 3 결합한 말토트리오스가 α-1, 6 결합으로 반복 결합한 직쇄상의 글루칸으로 형성되어 있다

[화학식 1]

기존 풀루란의 상세한 연구를 통해 그 구조가 말토트리오스 단위만의 반복 구조만으로 형성된 것이 아니라 사당류인 말토테트라오스가 수 % 함유되어 있으며, 분자의 말단은 글루코오스이고 덱스트란과는 다른 구조로 이루어져 있다고 밝혀졌다.

이러한 구조를 가진 풀루란은 다양한 미생물에 의해서 대사되어 최종산물인 탄화가스와 물로 변환되어 배출되는데, 그 분해 산물이 인체에 악영향을 미치지 않아 우수한 생체적합성 특성이 있으며, 각종 독성과 변이원성 시험 결과에서도 인체에 악영향을 미치는 부작용 문제가 발견되지 않아 국내외에서 식품 첨가물로 인가되어 있다.

특히, 풀루란은 우수한 피막형성능력을 가진 것으로 알려져 있어, 풀루란이 포함된 하이드로젤이 조직이나 장기에 도포 되었을 경우, 효과적인 필름형성능력을 보여 줄 뿐만 아니라, 우수한 접착력이 있기 때문에 하이드로젤에 우수한 조직접착성을 부여할 수 있다. 이외에도 풀루란은 늘어나는 성질이 강하기 때문에 장기나 조직의 유동적인 움직임에도 쉽게 적응하여 하이드로젤의 파단을 예방할 수 있다.

여기서, 풀루란은 점도가 낮은 편에 속하나, 그 점도는 온도, 염류 및 pH의 영향을 적게 받기 때문에 생체에 무리를 주지 않는 안정한 중성용액으로 여러 분야에서 응용이 가능하다. 한 예로서 각종 금속 이온이 공존하는 풀루란 수용액(1% 수용액, 25℃, 30rpm)의 점도가 250 ~ 300 cp로 풀루란 분자중의 -OH기와 킬레이트를 형성한다고 생각되는 티탄, 붕소 이온의 경우를 제외하면 어느 경우도 점도의 증가나 젤이 형성되지 않는다.

상기 풀루란의 분자량은 50,000 내지 250,000 일 수 있고, 바람직하게는 100,000 내지 200,000 일 수 있다. 또한, 전체 중량에 대하여 0.5 내지 10 중량%를 포함 할 수 있으며, 바람직하게는 2 내지 7 중량%를 포함할 수 있다. 상기 범위보다 높은 범위를 갖게 되는 경우 생체 내에서 하이드로젤의 분해가 촉진될 수 있어 겔 안정성에 영향을 미칠 수 있고, 상기 범위보다 낮은 범위를 갖게 되는 경우 하이드로젤의 조직접착성이 떨어지고, 물리적 장벽 역할을 유지하기 어려울 수 있다.

본 발명에 포함되는 카르복시메틸셀룰로오스는 식물의 당을 원료로 화학적 개조(reformation)를 통해 만들어진 분자량이 비교적 적은 수용성 고분자이다. 일반적으로 카르복시메틸셀룰로오스는 생체 내 흡수속도가 완만하여 상처가 치유되기 전에 조기에 흡수되어 사라지지 않고, 천천히 분해되어 사라지기 때문에 생체 내의 효과적인 유착방지제로 이용할 수 있는 특징이 있다. 또한, 카르복시메틸셀룰로오스의 분해산물은 조직에 흡수되었을 때 인체에 악영향을 끼치는 부작용을 나타내지 않아, 수술 후 하이드로젤을 제거할 필요가 없어 조작용이성 및 편의성을 제공할 수 있다.

상기 카르복시메틸셀룰로오스는 락트산의 단독중합체 또는 락트산과 글리콜산의 공중합체 유도체 일 수 있고, 나트륨염 칼슘염 등의 형태 일 수 있다. 여기서 특히, 카르복시메틸셀룰로오스는 친수성 유도체로서 분자 내에 포함된 글리콜산 에테르기의 치환도에 따라 점도가 달라질 수 있다.

본 발명에 포함되는 카르복시메틸셀룰로오스의 치환도는 0.5 내지 1.5 일 수 있으며, 바람직하게는 0.8 내지 1.2 일 수 있다. 이에 따른 상기 카르복시메틸셀룰로오스의 바람직한 점도는 200 내지 1000cP 일 수 있다. 상기 점도 범위보다 높은 범위를 갖는 경우 수술 시 조작용이성에 대한 문제가 생기게 되며, 반대로 상기 범위 보다 낮은 범위를 갖게 되는 경우 조직 부착성 및 저장성에 문제가 발생하게 된다. 또한 본 발명의 하이드로젤 유착방지제는 스프레이형, 주사형 등으로 이용 될 수 있기 때문에 상기 점도 범위를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 카르복시메틸셀룰로오스를 티라민 개질 하여, 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스를 제조하는 단계를 포함 할 수 있다.

도 1을 참조하면, 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스는 카르복시메틸셀룰로오스, 티라민, N-하이드록시석신이미드(NHS) 및 1-에틸-3-(3-다이메틸아미노프로필)-카르보다이이미드(EDC)를 이용하여 카르복시메틸셀룰로오스의 측쇄에 티라민을 도입하는 방법으로 제조되며, 하기 화학식 2와 같은 구조를 갖는다.

[화학식 2]

여기서 상기 카르복시메틸셀룰로오스의 측쇄에 개질된 티라민 작용기는 고분자와 고분자 사이를 연결하는 가교반응점 이므로, 카르복시메틸셀룰로오스에 도입된 티라민의 치환도에 따라 하이드로젤의 기계적 강도 및 젤 형성시간이 달라질 수 있다.

이러한 카르복시메틸셀룰로오스의 개질에 있어서, 티라민의 치환도를 고려 할 수 있는데, 바람직한 티라민의 치환도는 유니트(unit) 당 1 내지 70%가 적합할 수 있다.

이러한 가교점을 조절한다는 것은 하이드로젤의 생분해성 및 원하는 물성을 얻을 수 있다는 것을 의미한다. 게다가 최근의 보고에 따르면 하이드로젤의 기계적 강도의 조절을 통해서 세포의 성장속도나 조직의 기능성 구현에 있어서도 큰 영향을 미친다고 알려져 있다.

또한, 상기 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스는 20,000 내지 500,000의 분자량을 가질 수 있으며, 전체 중량에 대하여 0.1 내지 10 중량%로 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.5 내지 5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위보다 높은 중량%로 포함이 되는 경우 접착성과 겔 형성능의 이득을 볼 수 있으나 무한정한 접착성의 향상을 보이는 것은 아니고, 더불어 생체 내 잔류시간이 길어져 조직의 치유가 완결된 상태에서도 분해되지 않고 장시간 동안 생체 내에 잔류 할 수 있기 때문에, 그 효능에 비해서 경제적인 측면의 부적합성을 보일 수 있다. 반대로 상기 범위보다 낮은 중량%로 포함이 되는 경우는 조직접착성과 겔 형성능이 저하하게 되어 효과적인 유착방지 효능을 확보 할 수가 없다.

일반적으로, 하이드로젤을 생체 주입형 재료로써 활용하기 위해서는 체외에서는 사용자가 조작에 용이한 액상제형을 가지고 있으며, 주입 후에는 물리적 혹은 화학적 가교에 의해 겔화(Gelation) 되는 특성이 필요하다. 상기 화학적 가교는 공유결합에 의해 고분자와 고분자 사이가 가교된 형태이며, 물리적 가교는 고분자의 얽힘, 수소결합 및 소수성 상호작용과 같은 2차 결합을 통해 고분자와 고분자 사이가 가교되는 형태이다. 여기서 물리적 가교 반응은 가역적(reversible) 반응이기 때문에 열과 같은 기타 외부적 자극에 의해 쉽게 분해될 수 있는 단점이 있어 주로 강한 공유결합을 형성하는 비가역적 반응인 화학적 가교를 통해 고분자와 고분자 사이를 가교 결합 시킨다.

하지만, 상기 화학적 가교를 통해 고분자 사이의 가교 반응을 일으키는 경우, 반응물로 포함되는 촉매나 가교제의 농도나 함량비에 의해 원하지 않는 물성의 변화를 초래 할 수 있다는 단점이 있다. 또한, 비 생체 유래 가교제를 사용하는 경우에 생체 내에서 조직면역학적 및 생체의학적인 제약이 발생할 수도 있다.

본 발명은 상기 전술한 가교제의 문제점을 극복하기 위해 천연물질에서 유래한 가교제가 포함될 수 있다. 특히, 서양고추냉이에서 추출한 효소인 서양고추냉이 과산화효소(horseradish peroxidase, HRP)는 생분해성과 생체적합성이 매우 뛰어나며, 가교반응을 효과적으로 조절할 수 있는 기능이 있다.

본 발명은 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스, 풀루란, 서양고추냉이 과산화효소 및 과산화수소를 반응시켜 최종적으로 하이드로젤 유착방지제를 제조하는 과정이 포함된다. 여기서 서양고추냉이 과산화효소는 가교제로서 역할을 수행한다.

반응은 크게 두 가지 단계로 이루어져 있다. 도 2를 참조하면, 첫 번째 단계는 서양고추냉이 과산화효소가 과산화수소수에 의해서 산화되는 과정을 포함하며, 두 번째 단계는 산화된 서양고추냉이 과산화효소가 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스의 티라민기에 있는 페놀 작용기에 라디칼을 형성시킴으로써 라디칼 중간체를 형성한다.

도 3을 참조하면, 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스 측쇄의 티라민 말단에 존재하는 라디칼이 다른 고분자와 가교할 수 있는 가교점이 될 수 있다. 결과적으로 상기 두가지 단계를 통해, 다른 개질 된 카르복시메틸셀룰로오스의 티라민기와 라디칼 결합을 통해 네트워크 구조를 형성하여 하이드로젤 유착방지제를 제조하게 된다. 이때, 중요한 요소로는 서양고추냉이 과산화효소와 과산화수소의 농도에 의해서 하이드로젤의 기계적 강도와 젤 형성 시간을 조절할 수 있다는 점이다. 상기 서양고추냉이 과산화효소는 전체 중량에 대하여 0.1 내지 2중량%를 포함할 수 있고, 그 농도는 0.001 내지 1 mg/mL 일 수 있으며, 바람직하게는 0.005 내지 0.5 mg/mL 일 수 있다. 여기서, 상기 농도범위보다 높은 값이 포함되게 되면 겔 형성속도가 너무 빠르기 때문에, 사용자가 조직이나 장기에 하이드로젤을 도포하는 과정에서 효율적인 조작용이성을 보이지 못하게 된다. 반대로 상기 농도범위보다 낮은 값이 포함되게 되면 겔 형성속도가 너무 느리기 때문에, 사용자가 조직이나 장기에 하이드로젤을 도포하는 과정에서, 하이드로젤이 다른 조직이나 장기로 흘러들어 갈 수 있는 문제가 있다. 때문에, 겔 형성속도와 기계적강도 특성을 모두 고려하여 최적의 서양고추냉이 과산화효소 농도로 조절하는 것이 중요하다.

또한, 상기 하이드로젤 유착방지제의 바람직한 접착 강도는 10 내지 30 kPa 일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우에 하이드로젤 유착방지제가 유착면으로부터 이탈되거나 유실되는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 상기 하이드로젤 유착방지제의 바람직한 점도는 10,000 내지 25,000 cP 일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우에 임상적으로 사용하기 용이하며, 유착면에 도포 되었을 때 중력에 의해 다른 장기로 흘러들어가거나 유착면을 이탈하는 현상을 사전에 방지할 수 있다.

상기 전술한 과정을 통해 제조된 하이드로젤 유착방지제는 주사형, 스프레이형, 겔형, 액형 및 에어로졸 형태로 이용될 수 있다. 이중 특히 주사형으로 이용하는 경우가 바람직할 수 있는데, 이는 간단한 혼합을 통해 약제학적으로 허용 가능한 천연추출물, 항균펩타이드, 생리활성물질 및 약물과 같은 생체치유 인자와 손쉽게 병용 사용이 가능한 효과적인 약물 전달체가 될 수 있기 때문이다. 또한, 복잡한 형태의 유착면이나 최소 침습 수술법을 이용한 복강경수술에 손쉽게 적용이 가능하다.

이하 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실시예>

실시예를 위해 아래의 재료를 준비한다.

카르복시메틸셀룰로오스: 시그마알드리치 제조, 분자량 = 250,000

풀루란: 시그마알드리치 제조, 분자량 = 100,000

티라민: 시그마알드리치 제조, 분자량 = 173.64

N-하이드록시석신이미드: 와코(Wako)사 제조

1-에틸-3-(3-다이메틸아미노프로필)-카르보다이이미드: 티씨아이 제조

서양고추냉이 과산화효소: 암레스코(Amresco)사 제조

버퍼: 1X PBS 버퍼

과산화수소: 대정케미칼 제조

티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스의 제조

하기 표 1을 참조하여 각각의 재료에 적합한 배합비를 명시하였다.

재료	중량%
카르복시메틸셀룰로오스	10
티라민	0.034

먼저 카르복시메틸셀룰로오스를 3차 증류수에 넣고 상온에서 3시간 동안 교반하여 균일하게 용해시켜 용액을 제조한다. 카르복시메틸셀룰로오스의 티라민기 도입을 위해 상기 용액에 N-하이드록시석신이미드(NHS), 1-에틸-3-(3-다이메틸아미노프로필)-카르보다이이미드(EDC) 및 티라민을 첨가 후 24시간 동안 교반하여 개질 카르복시메틸셀룰로오스 용액을 제조하였다. 제조된 개질 카르복시메틸셀룰로오스 용액의 잔류하고 있는 시약들을 제거하고 순도를 높이기 위해 투석하는 과정이 포함되는데, 투석은 100 mM NaCl 용액, 25 v/v% 에탄올 그리고 증류수에서 멤브레인 투석을 통하여 각각 2일, 1일, 2일 동안 이루어진다. 상기 투석을 마친 용액을 동결건조방식으로 농축하여 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스를 제조하였다.

하이드로젤 유착방지제의 제조

하기 표 2를 참조하여, 각각의 재료에 적합한 농도와 배합비를 명시하였다

재료	중량%
티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스	3
풀루란	3
서양고추냉이 과산화효소(0.01mg/ml)	0.4
과산화수소	0.4

먼저, 1X PBS 버퍼에 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스 및 풀루란를 첨가하여 3시간의 교반을 통해 반응시켜 균일한 용액을 제조한 후 서양고추냉이 과산화효소(HRP)를 첨가하여 30분 동안 반응시킨 다음에, 과산화수소를 첨가하여 60초 동안 반응시켜 최종적으로 하이드로젤 유착방지제를 제조하였다.

<시험결과>

ATR / FT - IR 을 이용한 카르복시메틸셀룰로오스 개질 확인

본 발명의 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스의 티라민기 개질 확인을 위해서 Attenuated total reflection FT-IR(이하, ATR-FTIR)를 이용하여 IR 스펙트럼을 조사하였다. ATR(MIRacleTM, single reflection HATR)은 프리즘을 통해 입사된 적외선이 프리즘의 표면에서 반사가 일어남에 따라 프리즘에 밀착되어 있는 재료 표면에 일부의 적외선 파장이 흡수된다. 흡수된 적외선은 재료 표면의 화학 조성에 대한 정보를 제공해준다. 따라서 ATR-FTIR은 재료의 극표면에 대한 화학조성을 확인하는데 유용한 장비라 할 수 있다. 이때 프리즘은 미라클 지이 크리스탈(MIRacle Ge crystal (cat. No. 025-2050, MIRacle))을 사용하였다.

도 4를 참조하면, 카르복시메틸셀룰로오스의 특정 피크인 ?H 피크에 티라민의 ?H 피크가 겹쳐서 좀더 흡수도가 강해졌고, 티라민의 C=C 피크와, C-N 피크도 각각 카르복시메틸셀룰로오스의 C=O 피크와, C-O 피크와 겹쳐 특정한 모습을 나타내지 않고 흡수도가 강해진 모습을 보였다.

서양고추냉이 과산화효소와 과산화수소의 농도에 따른 겔 형성시간 측정

제조한 하이드로젤 유착방지제 조성물에 포함된 서양고추냉이 과산화효소와 과산화수소의 농도에 따른 겔 형성시간을 측정하였다. 도 5를 참조하면, 먼저 서양고추냉이 과산화효소의 경우 서양고추냉이 과산화효소의 농도가 증가할수록 겔 형성시간이 급격한 감소추세를 보여 빠르게 젤을 형성하였다. 반면 도 6을 참조하면, 과산화수소의 농도가 증가할수록 겔 형성시간이 감소하였지만 서양고추냉이 과산화효소에 비해서 완만한 감소추세를 보였다.

인 비트로( In vitro ) 생분해 평가

제조한 하이드로젤 유착방지제의 생분해 정도를 평가하기 위해, 하이드로젤을 1cm X 0.5cm 크기의 알루미늄 팬에 도포한 뒤 젤화하여 분리한 후, 체액과 비슷한 환경을 가지는 37℃의 PBS 버퍼에 넣고 4, 7, 14, 21, 28일 후에 꺼내, 변화된 하이드로젤 무게를 측정하였다.

도 7을 참조하면, 생분해 과정 초반인 4 내지 7일 사이에서는 무게감소가 명확히 일어나 생분해 과정이 진행되고 있는 것을 파악할 수 있었으나, 7 내지 28일 사이에서는 하이드로젤의 무게 변화가 관찰되지 않았다. 여기서, 하이드로젤을 동결건조 한 후 주사전자현미경(Scanning electron microscope)을 이용하여 그 파단면을 관찰하였다.

도 8을 참조하면, 생 분해 과정 초반에는 하이드로젤의 기공이 유지되어 있는 것 관찰할 수 있으며, 생 분해 과정이 진행될수록 기공이 순차적으로 무너지는 모습이 관찰되었다. 결과적으로 하이드로젤의 수분을 흡수하는 성질 때문에 일정시간 이후로는 무게감소가 관찰되지 않지만, 주사전자현미경 이미지에서는 하이드로젤의 기공이 무너지는 모습이 관찰되어 생분해가 정상적으로 진행되고 있음을 확인할 수 있다. 상처치유가 보통 7 내지 10일 전후로 안정화되기 때문에 본 발명의 의한 하이드로젤 유착방지제의 생분해 시간과 그 정도는 적합하다고 볼 수 있다.

동물실험을 통한 조직 유착 등급 평가

제조한 하이드로젤 유착방지제의 조직유착방지 효율을 평가하기 위해, 동물실험을 진행하였다. 동물실험대상으로 랫트(outbred male Sprague Dawley rats)를 선정하였으며, 1차 실험에서는 건강한 8주령(weight: 230~280 g)랫트 5마리를 동물실험에 적용하였고, 2차 실험에서는 건강한 상태인 8주령(weight: 230~280 g)랫트 10마리를 동물실험에 적용하였다. 상기 랫트들을 수술을 시행하기 전 실험실환경에 적응 할 수 있도록 1주일 동안 관리하였고, 1주일 후 랫트의 수술을 진행하였다. 도 9를 참조하면, 수술은 복벽 훼손 및 맹장막 마찰 모델 (Renee Kennedy, Darren J. Costain, Vivian C. MeAlister and Timothy D. G. Lee, "Prevention of experimental postoperative peritoneal adhesions by N,O-carboxymethyl chitosan", Surgery, Vol. 120, No. 5, 866-870, 1996)로써 랫트를 개복한 후 복막을 메스로 긁어내어 상처를 내고, 인접한 맹장의 장막을 사포로 마찰시켜 벗겨내어 출혈을 유도하고, 유착이 쉽게 발생할 수 있는 조건을 인위적으로 형성하였다. 여기서, 실험군으로는 유착방지막을 삽입한 랫트와 대조군으로서 유착방지막을 삽입하지 않은 랫트에 대하여 수술 후 4주 후의 복막과 맹장의 조직재생이 완료되면, 다시 랫트를 개복하여 유착정도, 심도 및 유착방지효과를 블라호스(Vlahos)의 방법 (Angie Vlahos, Pingyang Yu, Charles E. Lucas, Anna M. Ledgerwood, "Effect of a composite membrane of chitosan and poloxamer gel on postoperative adhesive interations", The American Surgeon, Vol. 67, 15-21, 2001)에 따라 평가하였다.

여기서 도 10과, 표 3을 참조하면, 유착점수의 평가는 유착 정도를 등급별로 나타낸 Knightly의 방법 (Knightly JJ, Agostino D, Cliffton EE. The effect of fibrinolysin and heparin on the formation of peritoneal adhesions. Surgery 1962;52:250-8.)에 따라 유착 등급을 평가하였다.

등급	유착 스케일
0	유착이 일어나지 않음
1	복막과 맹장 사이에 쉽게 분리 가능한 얇은 유착밴드가 1개 발생
2	복막과 맹장 사이에 분리 가능한 유착밴드가 2개 이상 발생
3	복막과 맹장 사이에 분리가 힘든 유착밴드가 2개 이상 발생,
4	복막과 맹장 사이에 걸친 빽빽한 유착발생

수술 4주 후의 랫트를 상기 표 3를 참조하여 유착등급 평가하였다. 도 11을 참조하면, 1차 실험의 경우 대조군에서는 평균 3.6등급의 유착등급을 보였으며, 대조군 각각은 대부분 3, 4의 유착등급을 나타내, 유착이 빈번하고 강하게 형성되는 것을 관찰할 수 있었다. 실험군에서는 평균 0.2등급의 유착등급을 보였으며, 그 결과 하이드로젤의 유착방지능이 매우 우수한 것으로 나타났다. 2차 실험의 경우 대조군에서는 평균 3.7의 유착등급을 보였으며, 대조군 각각은 대부분 3, 4의 유착등급을 나타내, 유착이 빈번하고 강하게 형성되는 것을 보여주었고, 실험군에서는 평균 0.9의 유착등급을 나타내, 본 발명의 하이드로젤 유착방지제가 생체 내의 손상된 조직의 유착방지능력이 우수하게 발현된 것으로 나타났다.

조직 면역학적 평가

조직 염색방법에서 가장 널리 사용되는 방법은 헤마톡실린-에오신 염색법으로, 염기성 염료인 헤마톡실린으로 핵을 염색한 후, 산성 염료인 에오신으로 다시 염색하는 방법이다.

상기 헤마톡실린은 조직에서 세포핵, 디엔에이(DNA) 및 알엔에이(RNA)에 많이 포함된 인산기에 결합하는 염료이다. 헤마톡실린의 산화과정에 의해 생긴 헤마테인이 매염제(Alu)와 결합하면 양 전하로 전환되게 되고, 음전하를 띤 인산기와 결합하여 청색으로 염색된다. 에오신은 산성 염료로써, 염기성을 띠는 세포질이나 결합조직에 결합하여 분홍색으로 염색된다. 조직 염색에서는 헤마톡실린으로 세포핵을 염색한 후 세포질이나 세포 바깥 구조를 대비시키기 위해 에오신으로 대조 염색을 한다. 핵에도 여러 가지 단백질이 들어 있어 에오신에 의해 붉게 염색되나 헤마톡실린에 의한 진한 푸른색 때문에 결과적으로 핵은 보라색으로 세포질은 분홍색으로 염색된다.

조직면역학적 평가는 먼저 채취한 조직을 10% 포르말린 용액에 넣어서 보관한 후, 자일린 등의 용액으로 씻어낸다. 이어서, 조직을 파라핀에 넣고 굳힌 후 마이크로톰을 이용하여 5 ㎛정도로 얇게 절단한다. 조직을 물에 띄우고 건져내어 말리면 파라핀에 의해 조직이 일시적으로 달라붙고, 이를 헤마톡실린에 2분간 담근 후 흐르는 물에 세척한다. 그 후 에오신에 3분간 담근 후 물로 세척하는 과정을 거침으로써, 세포핵은 보라색으로 세포질은 분홍색으로 염색되고, 이 결과를 광학현미경으로 확인하였다.

도 12를 참조하면, 대조군에서는 유착이 맹장과 복막 사이에서 빈번하게 발생하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 하이드로젤을 복막에 도포한 실험군에서는 맹장과 하이드로젤 사이, 복막과 하이드로젤 사이에 상처수복 면에서의 상처치유가 효과적으로 이루어졌으며, 염증반응 또한 발생하지 않았다.

<비교예>

비교예 1

비교예 1은 실시예의 과정중 풀루란의 함량비를 반으로 줄인 하이드로젤 유착방지제를 제조하였다.

비교예 2

비교예 2는 실시예의 과정중 풀루란을 포함하지 않은 하이드로젤 유착방지제를 제조하였다.

접착강도 평가

본 발명의 풀루란의 포함효과로 인해 형성되는 하이드로젤 유착방지제의 접착강도 효과를 측정하기 위해 실시예의 과정에서 풀루란의 함량비를 조절한 비교예 1 및 비교예 2 하이드로젤 유착방지제를 제조하여, 접착강도를 측정하였다.

접착강도의 측정환경은 생리학적 조건과 최대한 비슷한 환경을 조성하기 위해, 37°C±1°C의 정밀한 온도 제어가 가능한 인스트론사의 BioPlus 배스(bath)를 이용하였고, 박리실험은 인스트론사의 ASTM F2256 기기를 사용하였다. 실험에서는 기기 상부 시편 홀더의 편평한 표면에 하이드로젤 발라 1 내지 3 N 용량의 로드셀을 장착하여 움직이는 크로스헤드에 고정한 후, 하부 시편 홀더에 부착된 콜라겐 필름과 접촉시켰다. 콜라겐 필름과 하이드로젤의 접착을 위해서 6초간 일정한 압력을 가해 접착결합을 형성시킨 후, 초기하중은 1N을 가하면서 크로스헤드를 상부방향으로 일정한 속도로 이동시켜 두 표면이 분리되도록 하고 그 시점의 힘을 기록하였다. 도 13을 참조하면, 실시예에서 가장 높은 접착력을 보였으며, 풀루란이 포함되는 함량이 낮아질수록 접착력이 떨어지는 특성을 보였다.

Claims (13)

1. 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스, 풀루란 및 서양고추냉이(Armoracia rusticana) 과산화효소를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드로젤 유착방지제 및 그 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스는 전체 중량에 대하여 0.1 내지 10 중량%의 함량범위를 가지며,
   풀루란은 전체 중량에 대하여 0.5 내지 10 중량%의 함량 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 하이드로젤 유착방지제 및 그 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스는 하기 화학식 2로 표현되는 것을 특징으로 하는 하이드로젤 유착 방지제 및 그 제조방법.
   <화학식 2>
   

   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스의 분자량은 20,000 내지 500,000 인 것을 특징으로 하는 하이드로젤 유착방지제 및 그 제조방법.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 풀루란의 분자량은 50,000 내지 250,000 인 것을 특징으로 하는 하이드로젤 유착방지제 및 그 제조방법.
6. 제 1항에 있어서,
   실온에서의 점도가 10,000 내지 25,000cP 인 것을 특징으로 하는 하이드로젤 유착방지제 및 그 제조방법.
7. 제 1항에 있어서,
   접착 강도가 10 내지 30 kPa 인 것을 특징으로 하는 하이드로젤 유착방지제 및 그 제조방법.
8. 제 1항에 있어서,
   액상의 주사(Syringe) 또는 스프레이(Spray) 제형을 갖는 것을 특징으로 하는 하이드로젤 유착방지제 및 그 제조방법.
9. 수용매에 카르복시메틸셀룰로오스를 첨가하여 교반하여 카르복시메틸셀룰로오스 수용액을 제조하는 단계;
   상기 카르복시메틸셀룰로오스 수용액에, 티라민, EDC 및 NHS을 첨가 후 교반하여 카르복시메틸셀룰로오스의 측쇄에 티라민을 도입하여 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스를 제조하는 단계;
   상기 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스를 투석한 뒤 동결 건조하여 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스 분말을 제조하는 단계;
   상기 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스 분말과 풀루란을 수용매에 넣은 후 교반하여 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스와 풀루란의 혼합액을 제조하는 단계; 및
   상기 혼합액에 서양고추냉이 과산화효소 및 과산화수소를 첨가하여 가교반응을 실시하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드로젤 유착방지제 및 그 제조방법.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스를 제조하는 단계의 티라민 함량은 0.01 내지 2 중량%인 것을 특징으로 하는 하이드로젤 유착방지제 및 그 제조방법.
11. 제 9항에 있어서,
    상기 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스를 제조하는 단계에서, 티라민 치환도는 유니트(unit) 당 1 내지 70% 인 것을 특징으로 하는 하이드로젤 유착방지제 및 그 제조방법.
12. 제 9항에 있어서,
    상기 서양고추냉이 과산화효소의 농도는 0.001 내지 1 mg/ml인 것을 특징으로 하는 하이드로젤 유착방지제 및 그 제조방법.
13. 제 9항에 있어서,
    상기 티라민 개질 카르복시메틸셀룰로오스는 하기 화학식 2로 표현되는 것을 특징으로 하는 하이드로젤 유착방지제 및 그 제조방법.
    [화학식 2]
    

    

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