KR20160103635A

KR20160103635A - 항염증용 임플란트 표면 코팅 조성물 및 이를 통해 제조된 염증 억제 효과를 갖는 임플란트

Info

Publication number: KR20160103635A
Application number: KR1020150026174A
Authority: KR
Inventors: 김원재; 정지연; 박삼영; 박민영; 우수미; 조희승
Original assignee: 전남대학교산학협력단
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2016-09-02
Also published as: KR101676946B1

Abstract

본 발명은 임플란트 표면 코팅용 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 세포의 자가포식을 증가시키는 물질을 유효성분으로 포함하는 임플란트 표면 코팅용 조성물 및 이용하여 제조된 염증을 억제할 수 있는 고기능성 임플란트에 관한 것이다. 본 발명에 따른 자가포식 항진물질인 트레할로오스(trehalose)는 염증유발 인자인 IL-1β 및 IL-6의 분비를 효과적으로 억제시킬 수 있으며, 이를 통해 조골세포의 분화 촉진과 더불어 골 형성을 유도할 수 있는바, 이를 유효성분으로 포함하는 조성물은 염증억제 및 골 형성 촉진을 위한 치과용 임플란트 코팅용 소재로 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 트레할로오스로 표면 코팅된 임플란트의 경우, 식재 시 임플란트 주위의 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite) 형성을 증가시키고, 임플란트 표면상의 조골세포(골아세포)의 부착 및 증식을 증진시키는 효과가 우수한바, 실제 염증제어 및 골형성 유도가 가능한 고기능성 임플란트로서 치과 및 정형외과 분야에서 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

Description

항염증용 임플란트 표면 코팅 조성물 및 이를 통해 제조된 염증 억제 효과를 갖는 임플란트{Implant surface coating compositions for anti-inflammation and anti-inflammatory imlplant coated by the composition}

본 발명은 임플란트 표면 코팅용 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 세포의 자가포식을 증가시키는 물질을 유효성분으로 포함하는 임플란트 표면 코팅용 조성물 및 이용하여 제조된 염증을 억제할 수 있는 고기능성 임플란트에 관한 것이다.

‘임플란트(implant)’는 인공 치아 또는 제3의 치아라고도 하며, 치아의 결손이 있는 부위나 치아를 뽑은 자리의 턱뼈에 골 이식, 골 신장술 등의 부가적인 수술을 통하여, 충분히 감쌀 수 있도록 부피를 늘린 턱뼈에 생체 적합적인 임플란트 본체를 심어서 자연치의 기능을 회복시켜주는 치과 치료 술식이다. 정상적인 기능이 유지되고 있는 턱뼈와 식립된 임플란트 본체 표면과의 형태적, 생리적, 직접적 결합인 골유착(osseointegration)이 이루어진 후 임플란트 주위 턱뼈의 골 개조의 과정을 거치게 된다.

임플란트의 역사는 1950년대 스웨덴의 한 대학 연구소에서 토끼를 연구 대상으로 뼈 치료에 대한 연구를 진행하던 중 토끼의 뼈에 티타늄 금속관을 삽입했는데 그것이 뼈와 융화가 되어 잘 붙어 있다는 것을 발견하게 되면서 시작되었다.

임플란트 관련 연구는 1990년도부터 시작되어 해외는 현재 4세대 표면개질 임플란트가, 국내에는 2-3세대 임플란트 표면개질 제품이 연구되고 있으나, 최근의 연구 동향은 임플란트 표면처리기술 개발에서 융합 가능한 바이오활성 분자의 개발 및 응용으로 발전하는 추세이다. 현재, 임플란트의 표면을 물리화학적으로 개질하여 표면을 활성화 시키려는 연구들이 활발히 진행되고 있으며, 임플란트 관련 다국적 회사들에 의해 제품이 개발도 이루어지고 있다. 또한, 임플란트의 골유도 성능을 증가시키기 위해, 이를 촉진할 수 있는 생리활성물질들을 임플란트에 도입하려는 연구들이 진행되고 있다.

현대 사회의 급속한 노령화와 수명증가에 따라 치과용 임프란트 수요와 시술이 급증하고 있다. 식약처가 분석한 2012년 국내 치과용 임플란트 시장 규모를 살펴보면 2012년 약 3,296억 원으로 최근 5년 간 20%씩 성장한 것으로 조사됐으며, 2015년까지 약 6,836억원 규모가 될 전망이다. 이에 수반되어 임플란트 시술 실패 사례도 증가하고 있는 상황이다.

임플란트 실패 원인의 주된 요소가 치아 주위조직 염증이며 이로 인해 염증을 제어하거나 예방하는 기능성 치과 임플란트 개발이 시급하다. 세계적으로 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 지금까지 염증 제어용 치과 임플란트 개발은 아직 미비한 실정이다.

한편, ‘자가포식(autophagy)’이란 세포내부에 필요 없는 물질이나 세포소기관을 이중막으로 둘러싸서 라이소좀으로 보내서 분해하고 재활용하는 시스템이다. 이 과정은 마치 탐식과정과 비슷한 면이 있으나, 일반적인 탐식작용은 대개 면역세포에서만 일어나지만, 자가포식은 모든 세포에서 일어날 수 있다. 자가포식(Autophagy)은 새로운 형태의 세포 조절 기전으로서 기존에 알려진 자연사, 괴사 등이 세포 전체의 사멸만을 다루는 것과 달리, 미토콘드리아, 형질세망 등 세포 내 소기관의 사멸 및 재생과 관련이 있다. 세포 내 소기관은 평상시에 정적인 상태를 유지한다고 생각되어 왔으나, 최근의 연구에 의하면 평상시에도 끊임없이 죽고 재생되는 과정을 겪고 있음이 밝혀졌다. 이 과정을 통해 낡고 퇴행성 변화를 겪은 세포 내 소기관은 소멸되어 새로운 세포 내 소기관을 재생하는데 필요한 영양 공급원이 된다. 자가포식은 이러한 세포내 소기관의 사멸 및 재생을 통해 세포 전체를 사멸에서 보호하기도 하고 세포 전체의 사멸을 유도하기도 한다.

그동안 자가포식에 의한 세포 내 소기관의 끊임없는 사멸과 재생의 생리적 기능 및 임상적 의미가 불분명하였으나, 최근 관련 연구가 진행되면서 자가포식과 각종 질병 또는 노화의 관련성이 제시되고 있으며, 자가포식 조절제를 이용하여 당뇨병, 퇴행성 뇌질환(알츠하이머병) 또는 결핵과 같은 질환을 치료할 수 있다는 연구 결과도 나오고 있다.

이에 본 발명자들은 염증제어가 가능한 기능성 치과 임플란트를 개발하고자 하였으며, 자가포식 항진물질에 주목하여 이의 조골세포 분화 및 염증유발인자들의 발현에 미치는 영향을 실험한 결과, 자가포식 항진물질로서 트레할로오스(trehalose)를 조골세포에 처리하는 경우 LPS로 인해 감소된 조골세포 분화를 항진시키며 염증성 사이토카인의 발현을 효과적으로 감소시키는 것을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라, 본 발명자들은 실제로 자가포식 항진물질로 코팅된 임플란트 제조하여 이의 약리학적 효과를 실험한 결과, 자가포식 항진물질인 트레할로오스(trehalose)의 임플란트 표면 코팅으로 인해 하이드록시아파타이트의 형성이 촉진되고, 조골세포의 부착 및 증식이 증진되며, 골형성이 증진된다는 사실을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.

한국등록특허 제10-1460973호 한국공개특허 제10-1460974호

따라서 본 발명의 목적은 생체에 부작용이 없으면서 임플란트 시술 시 효과적으로 염증을 억제시킬 수 있으며, 조골세포 분화 유도를 통해 골유착 효과를 증진시킬 수 있는 임플란트 코팅용 조성물을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 상기 조성물로 코팅됨으로써 임플란트 주위에 발생되는 염증을 효과적으로 억제하고 골유착 성능이 증진된 기능성 치과 임플란트를 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 자가포식 항진물질을 유효성분으로 포함하는 임플란트 표면 코팅용 조성물을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 자가포식 항진물질은 트레할로스(trehalose), 라파마이신(rapamycin), 퍼헥실린(perhexiline), 아미오다론(amiodarone), 니클로사마이드(niclosamide), 로틀린(rottlerin), 토린1(torin1), PI103, 페닐에틸 이소싸이오시아네이트(phenethylisothiocyanate), 덱사메타손(dexamethasone), 리튬(lithium), L-690,330, 카르바마제핀(carbamazepine), 소듐 발프로에이트(sodium valproate), 베라파밀(verapamil), 로페라마이드(loperamide), 니모디핀(nimodipine), 니트렌디핀(nitrendipine), 니글디핀(niguldipine), 니카르디핀(nicardipine), 피모자이드(pimozide), 칼파스타틴(calpastatin), 칼펩틴(calpeptin), 클로니딘(clonidine), 릴메니딘(rilmenidine), 2',5'-디데옥시아데노신(2',5'-dideoxyadenosine), NF449, 미녹시딜(minoxidil), 페니트렘 A(penitrem A), 스퍼미딘(spermidine), 레스베라트롤(resveratrol), 플루스피릴렌(fluspirilene), 트리플루오페라진(trifluoperazine), SMER(small-molecule enhancer) 10, SMER 18, SMER 28 및 도르소모르핀(dorsomorphin)으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 트레할로오스는 조골세포의 분화를 촉진시키며, 염증유발 인자의 분비를 감소시키고, 골 형성을 유도할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 염증유발 인자는 IL-1β, IL-6 또는 TNF-α일 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 조성물로 코팅된 염증 억제 효과 및 골형성 증진 효과를 갖는 임플란트를 제공한다.

본 발명에 따른 자가포식 항진물질인 트레할로오스(trehalose)는 염증유발 인자인 IL-1β 및 IL-6의 분비를 효과적으로 억제시킬 수 있으며, 이를 통해 조골세포의 분화 촉진과 더불어 골 형성을 유도할 수 있는바, 이를 유효성분으로 포함하는 조성물은 염증억제 및 골 형성 촉진을 위한 치과용 임플란트 코팅용 소재로 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 트레할로오스로 표면 코팅된 임플란트의 경우, 식재 시 임플란트 주위의 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite) 형성을 증가시키고, 임플란트 표면상의 조골세포(골아세포)의 부착 및 증식을 증진시키는 효과가 우수한바, 실제 염증제어 및 골형성 유도가 가능한 고기능성 임플란트로서 치과 및 정형외과 분야에서 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

도 1a는 조골세포(MC3T3-e1)에 트레할로오스 처리에 따른 자가포식 단백질 발현량을 웨스턴 블랏으로 분석한 결과이다.
도 1b는 조골세포(MC3T3-e1)에 트레할로오스 처리에 따른 미네랄화(석회화)를 측정함으로써 조골세포의 분화 정도를 확인한 결과이다.
도 2a는 대식세포(RAW264.7)에 LPS 처리에 따른 염증유발인자(IL-1β, IL-6, TNF-α)의 mRNA 발현량을 RT-PCR로 측정한 결과이다.
도 2b는 대식세포(RAW264.7)에 LPS를 처리한 후 시간경과에 따라 변화되는 염증유발인자(IL-1β, IL-6, TNF-α)의 mRNA 발현량을 RT-PCR로 측정한 결과이다.
도 2c는 대식세포(RAW264.7)에 LPS와 함께 트레할로오스를 처리한 경우 염증유발인자(IL-1β, IL-6, TNF-α)의 mRNA 발현량을 RT-PCR로 측정한 결과이다.
도 2d는 조골세포(MC3T3-e1)에 트레할로오스 처리에 따른 세포에서 생성되는 염증유발인자(IL-1β, IL-6, TNF-α) 단백질 분비량을 ELISA로 측정한 결과이다.
도 3a는 본 발명에서 사용한 임플란트 시편의 구조를 간략하게 나타낸 모식도이다.
도 3b는 트레할로오스로 표면 코팅되지 않은 임플란트 시편(대조군) 및 트레할로오스 표면 코팅된 임플란트 시편을 전자주사 현미경으로 관찰한 사진이다.
도 3c는 트레할로오스로 표면 코팅되지 않은 임플란트 시편(대조군) 및 트레할로오스 표면 코팅된 임플란트 시편의 표면 결정 구조를 평가하기 위한 X-ray 분절 패턴을 나타낸 것이다. 즉, 트레할로오스를 이용한 표면 코팅 처리에 따른 임플란트 시편 표면 상변화가 나타나는지 알아보기 위하여 임플란트 시편의 표면에 X-ray diffraction (X-Pert-Pro, Pananalytical, co., Netherlands)을 이용하여 분석한 결과이다. Control은 트레할로오스로 표면 코팅되지 않은 임플란트 시편(대조군)을 의미하며, Sample은 트레할로오스 표면 코팅된 임플란트 시편을 의미한다.
도 3d는 트레할로오스 방출 검출을 위한 HPLC 분석 결과를 나타낸 것이다. 크로마토그래피는 혼합물의 성분물질을 이동상과 고정상을 이용하여 분리하는 방법이며 액체크로마토그래피는 이동상으로 액체를 사용하는 것이 그 특징이다. 시편의 화학물질이 녹아 있는 이동상을 펌프를 이용하여 고압의 일정한 유속으로 밀어서 충진제가 충진되어 있는 고정상인 컬럼을 통과하도록 하며 이때 시료의 화학물질이 이동상과 고정상에 대한 친화도에 따라 다른 시간대별로 컬럼을 통과하는 원리를 이용하며 이러한 화학물질을 검출기를 이용하여 시간대별 반응의 크기를 측정함으로써 특정 화학물질을 정량하는 방법이다. 도 3d에 따르면, 트레할로스 standard와 같은 시간대에 sample에서도 peak가 발생함으로 이는 제조된 시편에서 유리되는 물질이 트레할로스임을 시사한다.
도 4a는 트레할로오스로 표면 코팅되지 않은 임플란트 시편(대조군) 및 트레할로오스 표면 코팅된 임플란트 시편에 형성되는 조골세포의 부착 정도를 전계 방사형 주사 전자 현미경으로 관찰한 사진이다.
도 4b는 트레할로오스로 표면 코팅되지 않은 임플란트 시편(대조군) 및 트레할로오스 표면 코팅된 임플란트 시편에 조골세포를 3일간 배양한 뒤 형성되는 세포증식 정도를 측정한 결과이다.
도 5a는 임플란트 시편 매식과정을 간략하게 나타낸 모식도이다.
도 5b는 임플란트 시편이 토끼 뼈에 매식된 사진이다.
도 5c는 트레할로오스로 표면 코팅되지 않은 임플란트 시편(대조군) 및 트레할로오스 표면 코팅된 임플란트 시편을 토끼 뼈에 매식하고 P.gingivalis(폴피로모나스 진지발리스) 처리한 뒤 4주가 경과한 시점에 골형성 정도를 관찰하기 위하여, 매식된 부위의 조직 절편을 헤마톡실린-에오신(hematoxylin and eosin)으로 염색한 사진이다.
도 5d는 트레할로오스로 표면 코팅되지 않은 임플란트 시편(대조군) 및 트레할로오스 표면 코팅된 임플란트 시편을 토끼 뼈에 매식하고 LPS를 처리한 뒤 4주가 경과한 시점에 골형성 정도를 관찰하기 위하여, 매식된 부위의 조직 절편을 헤마톡실린-에오신(hematoxylin and eosin)으로 염색한 사진이다.

하나의 양태로서, 본 발명은 자가포식 항진물질을 유효성분으로 포함하는 임플란트 표면 코팅용 조성물을 제공함에 그 특징이 있다.

본 발명에 있어서, 상기 '자가포식 항진물질'은 자가포식을 증진 또는 촉진시킬 수 있는 물질로서, 자가포식을 항진시킬 수 있는 물질이라면 추출물, 화합물, 단백질, 펩타이드, 유전자 및 조성물 등을 모두 포함하는 개념이다.

본 발명의 구체적인 실시예에 있어서, 상기 자가포식 항진물질은 트레할로스(trehalose), 라파마이신(rapamycin), 퍼헥실린(perhexiline), 아미오다론(amiodarone), 니클로사마이드(niclosamide), 로틀린(rottlerin), 토린1(torin1), PI103[3-(4-(4-Morpholinyl)pyrido[3',2':4,5]furo[3,2-d]pyrimidin-2-yl)phenol], 페닐에틸 이소싸이오시아네이트(phenethylisothiocyanate), 덱사메타손(dexamethasone), 리튬(lithium), 카르바마제핀(carbamazepine), 소듐 발프로에이트(sodium valproate), L-690,330[1-(4-Hydroxyphenoxy)ethylidene]bisphosphonic acid], 베라파밀(verapamil), 로페라마이드(loperamide), 니모디핀(nimodipine), 니트렌디핀(nitrendipine), 니글디핀(niguldipine), 니카르디핀(nicardipine), 피모자이드(pimozide), 칼파스타틴(calpastatin), 칼펩틴(calpeptin), 클로니딘(clonidine), 릴메니딘(rilmenidine), 2',5'-디데옥시아데노신(2',5'-dideoxyadenosine), NF449[4,4',4'',4'''-[Carbonylbis(imino-5,1,3-benzenetriylbis(carbonylimino))]tetrakis-1,3-benzenedisulfonic acid, octasodium salt], 미녹시딜(minoxidil), 페니트렘 A(penitrem A), 스퍼미딘(spermidine), 레스베라트롤(resveratrol), 플루스피릴렌(fluspirilene), 트리플루오페라진(trifluoperazine), SMER(small-molecule enhancer) 10, SMER 18, SMER 28 및 도르소모르핀(dorsomorphin)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 이외에도 자가포식작용 촉진 기능을 가진 것으로 밝혀진 신규 물질 등을 사용할 수 있다. 바람직하게는 하기 화학식 1의 트레할로오스(trehalose)를 사용할 수 있다.

<화학식 1>

상기 <화학식 1>의 트레할로오스 화합물은 이당류의 하나로서 2분자의 D-글루코오스가 그 환원성기끼리 결합한 구조이며, C₁₂H₂₂O₁₁ 화학식으로 나타내며 분자량은 342 이다. 이러한 트레할로오스 화합물은 단백질 안정화제, 배양액첨가제, 충진제, 결합제, 바인딩 등으로 널리 사용되고 있다.

본 발명의 상기 <화학식 1>로 표시되는 화합물은 그 자체, 이의 염 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염의 형태로 사용될 수 있다. 상기에서 '약학적으로 허용 가능한'이란 생리학적으로 허용되고 인간에게 적용될 때, 통상적으로 알레르기 반응 또는 이와 유사한 반응을 일으키지 않는 것을 말하며, 상기 염으로는 약학적으로 허용 가능한 유리산(free acid)에 의하여 형성된 산 부가염이 바람직하다.

상기 유리산으로는 유기산과 무기산이 사용될 수 있으며, 상기 유기산으로는 구연산, 초산, 젖산, 주석산, 말레인산, 푸마르산, 포름산, 프로피온산, 옥살산, 트리플로오로아세트산, 벤조산, 글루콘산, 메타술폰산, 글리콜산, 숙신산, 4-톨루엔술폰산, 글루탐산 및 아스파르트산 등이 포함되지만, 특별히 이들로 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 무기산으로는 염산, 브롬산, 황산 및 인산 등이 포함되지만, 역시 이들만으로 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 트레할로오스 화합물은 시중에서 판매되는 것을 사용할 수도 있으며, 또는 천연으로부터 분리되거나 당업계에 공지된 화학적 합성법으로 제조된 것을 사용할 수 있다.

본 발명의 하기 <실시예 1>에서는 트레할로오스(trehalose) 처리에 따른 조골세포 분화 증진 효과를 살펴보았으며, 그 결과 염증 유발 물질인 리포폴리사카라이드(lipopolysaccharide, 이하 간략하게 ‘LPS'로 표시함)로 인해 억제되는 조골세포의 분화를 트게할로오스가 항진(증진)시키는 것을 확인하였다.

또한, 본 발명의 하기 <실시예 2>에서는 트레할로오스(trehalose) 처리에 따른 염증인자 분비 감소 효과를 살펴보았으며, 그 결과 LPS로 인해 증대되는 염증성 사이토카인 IL-1β 및 IL-6의 발현을 트레할로오스가 효과적으로 억제하는 것을 확인하였다.

또한, 본 발명의 하기 <실시예 3>에서는 임플란트의 표면에 트레할로오스 코팅 처리에 따른 하이드록시아파타이트(hydroxyapaite) 형성 촉진 효과를 살펴보았으며, 그 결과 트레할로오스로 코팅처리 하지 않은 대조군 대비 트레할로오스 코팅된 임플란트 표면층에서 하이드록시아파타이트 형성이 증진되어 있는 것을 확인하였다.

또한, 본 발명의 하기 <실시예 4>에서는 임플란트의 표면에 트레할로오스 코팅 처리에 따른 조골세포 부착 및 증식 촉진 효과를 살펴보았으며, 그 결과 트레할로오스로 코팅처리 하지 않은 대조군 대비 트레할로오스 코팅된 임플란트 표면층에서 조골세포(골아세포)의 부착 및 세포증식이 월등히 우수한 것을 확인하였다.

또한, 본 발명의 하기 <실시예 5>에서는 트레할로오스(trehalose)로 표면 코팅된 임플란트를 토끼 뼈에 매식 후 골형성 증진 효과를 살펴보았으며, 그 결과 트레할로오스 코팅된 임플란트를 매식한 부분에서 LPS 또는 P. gingivalis(폴피로모나스 진지발리스)와 같은 염증인자의 처리가 있을지라도 골형성이 효과적으로 이루어지는 것을 확인하였다.

상기와 같은 결과를 종합한 결과, 실제 트레할로오스로 표면 코팅된 임플란트의 경우 염증을 효과적으로 억제함에 따라, 임플란트 주위에 염증을 발생시켜 조직파괴가 발생되는 임플란트 부작용을 낮춤으로써 성공적인 임플란트 식재의 가능성을 확인할 수 있었다. 따라서 트레할로오스로 표면 코팅된 임플란트는 염증제어가 가능한 기능성 치과 임플란트로서 유용하게 사용될 수 있음을 실험을 통해 객관적으로 입증하였다.

본 발명의 임플란트 코팅용 조성물은 압착, 압축, 가압접촉, 패킹, 압박, 굳힘 등의 방법을 사용하여, 퍼티, 페이스트, 주형 가능한 스트립, 블록, 칩 등의 형태로 성형되어 사용될 수 있고, 화학적 첨가물을 이용하여 겔, 분말, 페이스트, 정제, 펠렛 등의 형태로 사용될 수도 있으나, 수용액의 형태로 사용되는 것이 바람직하다.

수용액의 형태로 사용될 경우에는, 임플란트 표면에 코팅되는 코팅용 조성물의 농도는 0.05 ~ 200M, pH는 4 ~ 10, 0.1~10000의 양으로 코팅될 수 있으나, 특별히 이를 한정하는 것은 아니다.

또한, 이러한 수용액의 형태로 임플란트 표면 코팅에 사용될 경우에는 생물학적 활성물질을 추가로 첨가하여 사용할 수 있는데, 상기 생물학적 활성물질로 골 성장을 촉진하는 성장인자, 골 조직 형성 증진을 유도하는 펩타이드와 단백질, 피브린, 골 형태 형성인자, 골 성장제, 화학요법제, 항생제, 진통제, 비스포스포네이트, 스트론툼염, 불소염, 마그네슘염 및 나트륨염 등이 사용될 수 있다.

상기 골 성장을 촉진하는 성장인자로는 BMP(bone morphogenic protein), PDGF(Platelet-derived growth factor), TGF-beta(Transgenic growth factor), IGF-I(Insulin-like growth factor), IGF-II, FGF(Fibroblast growth factor) 및 BGDF-II(beta-2 microglobulin) 등이 있으며, 상기 골 조직 형성 증진 펩타이드와 단백질로는 RGD 시퀀스를 포함하는 각종 펩타이드와 콜라겐 및 피브로노젠과 같은 각종 단백질 등을 들 수 있다.

상기 골 형태 형성인자로는 오스테오칼신(osteocalcin), 본사이알로프로테인(bonesialo protein), 오스테오제닌(osteogenin), BMP(bone morphogenic protein) 등이 사용될 수 있는데, 상기 골 성장제는 인체에 무해하고 골 성장을 촉진하는 물질이라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 골 형성을 증진시키는 핵산, 골 형성을 억제하는 물질의 길항제 등이 사용될 수 있다.

다른 양태로서, 본 발명은 상기 조성물로 코팅된 염증 억제 효과 및 골형성 증진 효과를 갖는 임플란트를 제공한다.

또 다른 양태로서, 본 발명은 상기 조성물을 임플란트 표면에 코팅하는 단계를 포함하는, 염증 억제 효과 및 골형성 증진 효과를 갖는 임플란트 제조방법을 제공한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 >

재료 및 시약 준비

트레할로오스는 [Duchefa biochemie, Netherlands] 에서 구입하여 사용하였으며; 1차 항체 β-actin, anti-m-TOR, anti-phospho-m-TOR [Santa Cruz, Dallas, Texas, USA], anti-LC3Ⅱ, anti-Beclin1, anti-phospho-PI3K, anti-AMPK, anti-phospho-AMPK, anti-Akt, anti-phospho-Akt [Cell signaling, Danvers, Messachusetts, USA] 및 2차 항체는 [Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA]에서 구입하여 사용하였으며; ECL puls kit는 [Millipore, Billerica, MA, USA]에서 구입한 카달로그 넘버 WBKLS0500 인 것을 사용하였으며; immunoassay kit는 [R&D system, Minneapolis, MN, USA]에서 구입한 카달로그 넘버 MLB00C( IL-1β), M6000B (IL-6), MTA00B (TNFα) 인 것을 사용하였습니다.

< 실시예 1>

트레할로오스 ( trehalose ) 처리에 따른 조골세포 분화 증진 효과

본 실험에서는 자가포식 항진물질로서 트레할로오스(trehalose)의 조골세포에 처리에 따른 분화에 미치는 영향을 살펴보았다. 이때, 실험에 사용된 조골세포는 MC3T3-e1 세포를 사용하였다.

<1-1> 세포배양

실험에 사용되어진 MC3T3-e1 조골세포는 10% fetal bovine serum (FBS), 1% 페니실린-스트렙토마이신이 포함된 a-MEM (pH 7.1) 배지에 배양하였다. 5% CO₂ 존재 하, 37℃에서 증식시켜 2일 간격으로 계대 배양하여 사용하였다.

<1-2> 웨스턴 블랏 ( western blot ) 분석

상기 실시예<1-1>을 통해 배양한 세포들은 LPS(10μg/ml) 존재 또는 미존재 하에서 50mM 농도의 트레할로오스(trehalose)를 처리하여 24시간 배양한 후 차가운 인산완충식염수(PBS)로 두 번 세척하였다. 그 후 세포들을 20 mM sodium phosphate (pH 7.4), 150 mM sodium chloride, 1% Triton X-100, 5 mM EDTA, 5 mM phenylmethylsulfonyl fluoride, 1% aprotinin, 1 mg/ml leupeptin, 및 500μM Na3PO4를 포함하는 단백질 용해 버퍼(protein lysis buffer)를 사용하여 세포를 파괴하였다. 단백질 정량은 BCA 법을 사용하여 측정하였다. 준비한 세포 용해물(50μg 단백질)을 12% 폴리아크릴아마이드 겔(polyacrylamide gel)에 전기영동한 후, 이를 니트로셀룰로오스 멤브레인(nitrocellulose membrane)에 이동시켜 5% 밀크가 들어있는 버퍼에 블로킹(blocking) 시켰다. 1차 항체로서 항-ATG7 [abcam, Cambridge, MA] , 항-LC3[Cell signaling, Danvers, Messachusetts, USA] 및 항-β-엑틴[Santa Cruz, Dallas, Texas, USA] 을 부착 후 PBS 버퍼로 5분씩 3회 세척한 후, 호르라디쉬 퍼옥시다아제(horseradish peroxidase)가 라벨(label)된 2차 항체[Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA]와 배양하고, PBS 버퍼로 5분씩 3회 세척 후에 ECL puls kit [Millipore, Billerica, MA, USA]에서 구입한 카달로그 넘버 WBKLS0500 을 이용하여 검출한 후 ECL-hyperfilm에 노출하여 밴드를 확인하였다.

그 결과 도 1a에서 나타낸 바와 같이, LPS를 단독으로 처리한 실험군의 경우 자가포식 마커 유전자에 해당하는 ATG7(autophagy-related 7) 및 LC3(microtubule-associated light chain 3) 단백질 발현량이 매우 낮은 것으로 나타난 반면, 트레할로오스를 처리한 실험군의 경우 ATG7 및 LC3 단백질 발현량이 매우 두드러지게 증대되는 것을 확인할 수 있었다. 특히, LPS 및 트레할로오스를 병용 처리한 실험군에서 LPS에 의한 자가포식 억제가 트레할로오스로 인해 다시 항진되는 것으로 나타났다.

이와 같은 결과를 통해, LPS에 의한 자가포식이 억제되며, 트레할로오스 처리에 따라 자가포식이 증진되는 것을 알 수 있었다.

<1-3> 알리자린 레드 에세이( Alizarin Red Assay )

MC3T3-e1 조골세포의 분화가 이루어지는 경우 칼슘이 축적되게 되며, 이때 칼슘이온의 축적 정도는 조골세포의 분화 정도를 의미하는 것이다. 따라서 칼슘이온의 축적 정도는 알리자린 염색을 통하여 붉은색으로 염색되는 정도를 관찰하면 확인할 수 있다. 이에 본 실험에서는 알리자린 레드 염색을 통하여 미네랄화(석회화)를 측정함으로써 MC3T3-e1 조골세포의 분화 정도를 확인하였다.

자세하게는, 칼슘 무기물 침착(석회화)을 평가하기 위해 MC3T3-e1 조골세포 배양 후 7일 후에 알리자린 레드-S 에세이를 시행하였다. LPS와 트레할로오스를 처리한 MC3T3-e1 세포를 4% 포름알데하이드 용액으로 고정하였으며, 고정된 세포는 2% 알리자린 레드-S 용액 (10% ammonium hydroxide 로 pH 4.2)으로 20분간 염색하고 3차 증류수로 세척하여 육안으로 붉은 색의 석회화 결절 형성여부를 대조군과 비교하여 관찰하였다.

그 결과 도 1b에서 나타낸 바와 같이, LPS를 단독 처리한 실험군의 경우 세포 염색이 거의 나타나지 않은 반면, LPS 및 트레할로오스를 함께 처리한 실험군에서는 LPS 단독 처리군 대비 세포 염색이 강하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 이러한 결과를 통해, LPS로 인해 억제되는 조골세포의 분화를 트레할로오스가 증진시키는 것을 알 수 있었다.

< 실시예 2>

트레할로오스 ( trehalose ) 처리에 따른 염증인자 분비 감소 효과

본 실험에서는 자가포식 항진물질로서 트레할로오스(trehalose)의 대식세포에 처리에 따른 염증인자의 분비에 미치는 영향을 살펴보았다. 이를 위하여 염증성 사이토카인에 해당하는 IL-1β, IL-6, TNF-α의 mRNA 발현 정도를 RT-PCR을 통해 분석하였으며, 단백질 발현 정도는 ELISA를 통해 분석하였다.

<2-1> 역전사 중합효소 연쇄 반응 ( RT - PCR analysis )

마우스 대식세포주로서 RAW264.7 세포는 American Type Culture Collection (Manassas, VA, USA)에서 수득하였으며, 10% FBS, 1% 페니실린-스트렙토마이신이 포함된 DMEM (pH 7.1) 배지를 사용하여, 5% CO₂ 존재 하 37℃에서 증식시켜 1일 간격으로 계대 배양하여 하기 실험에 이용하였다.

TRI reagent (GIBCO)를 이용한 방법으로 RNA를 추출하고 RT premix kit (Bioneer)로 역전사하여 cDNA를 만든 후 PCR을 통해 증폭시켰다. 실험에서 사용한 프라이머는 Gene bank를 통해 제작하여 사용하였으며, 프라이머 서열은 하기 표 1에서 나타내었다. PCR 조건은 95℃에서 5 분간 pre-denaturation, 95℃에서 40 초간 denaturation, 56℃에서 40 초간 annealing, 72℃에서 1 분 30 초 간 extension 조건으로 36 cycle 증폭한 후 72℃에서 10 분간 final extension을 수행하였다. 증폭된 PCR 산물을 확인하기 위해 1.5% 아가로스젤 전기영동을 실시하고, UV Transiluminater를 이용하여 밴드를 확인하였다.

그 결과는 도 2a~2c에서 자세히 나타내었다. 즉, LPS 처리 직후 농도 의존적으로 염증성 사이토카인 IL-1β, IL-6 및 TNF-α 유전자의 발현이 증대되는 것을 확인할 수 있었다(도 3a 참조). 한편, LPS 처리 후 시간경과에 따라 IL-1β 및 TNF-α 유전자의 발현량은 LPS 처리 후 4시간이 경과한 시점까지 증대되다가 8시간이 되는 시점에서 다소 감소하는 것으로 나타났으며, IL-6의 경우 LPS 처리 후 8시간이 경과한 시점에 매우 두드러지게 발현양이 증대되는 것으로 나타났다(도 3b). 이에 반해, LPS와 함께 트레할로오스를 처리한 경우, LPS 단독 처리군 대비 IL-1β 및 IL-6의 mRNA 발현양이 현저하게 감소되는 것으로 나타났으며, 특히 트레할로오스를 100mM의 농도로 처리한 실험군에서는 IL-1β 및 IL-6의 mRNA 발현이 거의 이루어지지 않는 것으로 나타났다(도 3c 참조). 다만, TNF-α의 경우 트레할로오스 처리에 따른 발현량의 차이는 보이지 않는 것으로 나타났다.

이와 같은 결과를 통해, 트레할로오스를 처리하는 경우 LPS로 인해 증대된 염증성 사이토카인의 발현을 유의하게 억제하는 것을 확인할 수 있었으며, 염증성 사이토카인 중 특히, IL-1β 및 IL-6의 유전자 수준에서의 mRNA 발현을 효과적으로 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.

RT-PCR에서 사용된 프라이머 세트

유전자	프라이머 서열(5‘-3’)
IL-1β	forward	GACTCATGGGATGATGATGATAAC
IL-1β	reverse	CTCATGGAGAATATCACTTGTTGGT
IL-6	forward	AGGCTTAATTACACATGTTCTCTGG
IL-6	reverse	TCCTGATTATATCCAGTTTGGTAGC
TNF-α	forward	CTCACACTCAGATCATCTTCTCAAA
TNF-α	reverse	GGAGTAGACAAGGTACAACCCATC
GAPDH	forward	AGTCACGGATTTGGTCGT
GAPDH	reverse	ACAAGCTTCCCGTTCTCAG

<2-2> ELISA 측정

상기 실시예<1-1>을 통해 배양된 세포에 트레할로오스 처리에 따른 세포에서 생성되는 염증성 사이토카인 분비량을 측정하기 위하여 ELISA 분석을 실시하였다.

자세하게는, 96 웰 플레이트에 MC3T3-e1 세포(10⁵ /well)를 하루 동안 배양한 후, 무혈청 배양액으로 바꾸고 LPS(10μg/ml)와 트레할로오스(50, 100mM)를 처리한 다음, 37℃, 5% CO₂ 배양기에서 24시간동안 배양하였다. IL-1β,IL-6, TNF-α immunoassay kit [R&D system, Minneapolis, MN, USA]에서 구입한 카달로그 넘버 MLB00C( IL-1β), M6000B (IL-6), MTA00B (TNFα)를 이용하여 제조회사에서 지시한 측정 방법에 따라 시간에 따른 IL-1β,IL-6, TNF-α의 양을 측정하였다.

그 결과 도 2d에서 나타낸 바와 같이, LPS 처리에 따라 염증성 사이토카인인 IL-1β,IL-6 및 TNF-α 단백질 분비량이 매우 두드러지게 증대되는 것으로 나타난 반면, 트레할로오스를 함께 처리한 실험군에서는 IL-1β 및 IL-6 분비량이 트레할로오스의 농도에 의존적으로 감소하였으며, 특히 100mM 농도로 트레할로오스를 처리한 실험군에서는 LPS 처리에 따른 L-1β 및 IL-6 분비 증대를 정상상태의 세포 수준으로 완벽히 억제하는 것을 확인할 수 있었다. 다만, TNF-α의 경우 트레할로오스 처리에 따른 단백질 발현량의 차이는 나타나지 않았다.

이와 같은 결과를 통해, 트레할로오스를 처리하는 경우 LPS로 인해 증대된 염증성 사이토카인의 분비를 유의하게 억제하는 것을 확인할 수 있었으며, 염증성 사이토카인 중 특히, IL-1β 및 IL-6의 단백질 발현을 효과적으로 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.

< 실시예 3>

트레할로오스 ( trehalose ) 코팅에 따른 하이드록시아파타이트 형성 촉진 효과

본 실험에서는 실제로 임플란트의 표면에 트레할로오스 코팅 처리에 따라 골형성을 유도하는 것으로 알려진 하이드록시아파타이트(hydroxyapaite) 형성을 촉진시킬 수 있는지를 알아보기 위하여, 전남대학교 치의학전문대학원 재료학교실로부터 제공받은 트레할로오스가 표면에 코팅된 임플란트 시편 및 대조군(트레할로오스로 표면 코팅되지 않은 임플란트 시편)을 이용하였다. 본 실험에서는 개조된 생체유사용액 (modified-SBF; mSBF, 이하 하기에서는 간략하게 ‘mSBF'라 약칭함)만을 사용하여 코팅한 군을 대조군으로 사용했으며, mSBF에 트레할로오스가 함유된 경우를 실험군으로 사용하였다.

<3-1> 임플란트 시편 제조방법

① 타이타늄 표면의 전처리 단계: [Daito Steel Co. Ltd., Japan]에서 구입한 순수한 타이타늄 금속 (commercially pure titanium; Cp-Ti; ASTM grade 2)봉을 직경 8 mm, 두께 1mm 의 디스크 형태로 절단한 후 아세톤으로 기름성분을 제거하였다. 시편 표면은 SILICON CARBIDE PAPER 탄화 규소 페이퍼(sic 연마지)를 사용하여 #240 부터 #2000 까지 약 10 분씩 순차적으로 연마한 후, 에탄올과 증류수로 각각 5분간 초음파 세척하였다. 이 시편들은 다시 에탄올로 세척한 후 3차 증류수를 사용하여 최종적으로 세척하고 건조시켰다.

② 화학적 에칭처리 및 열수처리 단계: 상기 전처리된 타이타늄 디스크 시편을 5M NaOH용액에 침적하여 60℃의 항온기 내에서 6시간 동안 보관하여 화학적 에칭처리를 하였다. 에칭 처리된 시편은 즉시 꺼내어 증류수로 세척 후 건조하였다. 화학적 에칭 처리된 시편 상에 나노표면을 제조하기 위하여 열수처리(HT)를 수행하였다. 열수처리 용액은 1L의 0.002M β-glycerophosphoric acid disodium salt pentahydrate(β-GP)를 포함하는 알칼리 수용액을 사용하였으며, NaOH를 첨가하여 pH11로 조정하였다. 열수처리는 시편들을 열수처리 용액에 침적시킨 다음 고압멸균기(ISA-BC0030-SS, Ilshin autoclave Co., Korea)를 이용하여 190℃, 12 MPa 압력 조건에서 8시간 동안 처리하였다.

<3-2> 임플란트 시편 표면에 트레할로오스를 코팅하는 방법

트레할로오스 코팅은 개조된 생체유사용액(modified-SBF; mSBF)에 상기 실시예 <3-1>을 통해 제조된 임플란트 시편을 침적시키는 방법을 이용하여 수행하였다.

자세하게는, 개조된 생체유사용액 mSBF은 증류수 1L에 하기 표 2에 나타난 화합물들을 순서대로 용해시키고 난 후, 수산화나트륨(NaOH) 용액을 이용하여 pH를 6.8로 낮추어 적정하였다. 참고로, 표준 SBF 용액을 사용하여 코팅할 경우 그 코팅속도가 지나치게 느리기 때문에 본 연구에서는 칼슘과 인 이온의 농도를 2배로 높인 mSBF를 이용하였다. 이때, 트레할로오스가 포함된 코팅용액을 만들기 위하여 트레할로오스의 농도는 1 mg/mL 의 농도로 하였다. 즉, 트레할로오스가 포함된 mSBF 용액 1L를 만들기 위해 1000 mg의 트레할로오스와 0.272g의 KH₂PO₄를 먼저 희석하여 37 ℃ 전기로에 하루 동안 보관한 후에 KH₂PO₄ 대신 트레할로오스가 미리 함께 혼합된 KH₂PO₄(실험군)를 사용하여 용액을 제조하였다(대조군에서는 트레할로오스가 혼합되지 않은 KH₂PO₄를 사용하여 용액을 제조함).침적실험은 제조된 시편들을 12 웰 플레이트에 각각 넣은 후 mSBF 용액을 13 mL씩 채워서 37℃의 전기로에 보관하였다. mSBF 용액내의 칼슘과 인이온들은 시편 표면에 아파타이트 형성을 위하여 소모가 되기 때문에 mSBF 용액을 2일 만에 새 용액으로 교환하였으며, 총 침적시간은 4일 동안 수행하였다.

표준 SBF 및 mSBF의 제조를 위해 사용되는 화합물 종류 및 이의 농도

Reagent	SBF		mSBF
Reagent	mM	g/L	mM	g/L
NaCl	141.0	8.24	141.0	8.24
KCl	4.0	0.3	4.0	0.3
MgSO₄	0.5	0.06	0.5	0.06
MgCl₂	1.0	0.095	1.0	0.095
NaHCO₃	4.2	0.353	4.2	0.353
CaCl₂·2H₂O	2.5	0.368	5.0	0.736
KH₂PO₄	1.0	0.136	2.0	0.272
Tris-HCl		3.94		3.94

<3-3> 트레할로오스로 표면 코팅된 임플란트 시편의 특성 분석

트레할로오스로 표면 코팅되지 않은 임플란트 시편(대조군) 및 트레할로오스 표면 코팅된 임플란트 시편의 형태학적 특성은 전자주사 현미경(FE-SEM, S-4200, Hitachi, Japan)으로 관찰하였다. 그 결과 도 3b에서 나타낸 바와 같이, 트레할로오스로 코팅된 시편의 경우 하이드록시아파타이트 형성이 증진되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

한편, 트레할로오스를 이용한 표면 코팅 처리에 따른 시편 표면 상변화가 나타나는지 알아보기 위하여 시료의 표면에 X-ray diffraction (X-Pert-Pro, Pananalytical, co., Netherlands)을 이용하여 분석하였으며, FIB/EDS 측정 결과에 따라 X-ray 침투 깊이가 얇은 Only 2 Theta방식을 사용하였다. 얻어진 데이터는 JCPDS를 이용하여 상분석을 실시하였다. 그 결과 도 3c에 나타낸 바와 같이, 대조군에서 Ocatacalcium phosphate(OPC)가 나타나는 반면, 트레할로오스를 코팅한 시표 표면에서는 사라진 것으로 보아, OPC가 하이드록시아파타이트로 대체된 것으로 판단되며, 이를 통해 트레할로오스의 표면 코팅이 하이드록시아파타이트의 형성을 증가시키는 것을 알 수 있었다.

또한, 트레할로오스를 이용한 표면 코팅 처리에 따른 표면 거칠기의 변화가 나타나는지 알아보기 위하여 시료의 표층의 거칠기를 AFM(Atomic force microscope, XE-100, 파크시스템, 대한민국)으로 Ra, Rq, Rz값을 측정하고 영상 분석기로 표면적 증가율(Sdr)을 분석하였으며, 그 결과는 도 3d에서 나타내었다.

< 실시예 4>

트레할로오스 ( trehalose ) 코팅에 따른 조골세포 부착 및 증식 촉진 효과

본 실험에서는 실제로 임플란트의 표면에 트레할로오스 코팅 처리에 따라, 골아세포(조골세포)의 부착 및 증식에 어떠한 영향을 미치는지 조사하였다. 트레할로오스로 표면 코팅되지 않은 임플란트 시편(대조군) 및 트레할로오스 표면 코팅된 임플란트 시편은 상기 실시예 3를 통해 준비된 것을 사용하였다.

자세하게는, MC3T3-e1 세포를 10% FBS(GIbco, USA),1% 페니실린과 스트렙토마이신(Life Technologies,NY,USA)을 포함한 a-Minimum Essential Medium(MEM)용액에서 배양하였다. 트레할로오스로 표면 코팅하지 않은 임플란트(대조군) 및 트레할로오스로 표면 코팅된 임플란트 각각의 시편 상에 1×10 cell/ml의 농도로 조절된 단일세포 부유액을 500μl씩 첨가하였고, 37℃, 5% CO₂하에서 2일간 배양하였다. 이때 2일간 배양한 세포에 각 시편상에 세포를 첨가한지 4시간 후에 배양액을 교체하였다. 배양된 세포는 0.1M 인산버퍼를 사용하여 제조한 3% 글루타르알데하이드(glutaraldehyde) 용액으로 2시간 동안 전고정을 하였다. 전고정이 끝난 후 0.1M PBS로 10분 동안씩 2회에 걸쳐 헹궈준 후, 4℃에서 밤새도록 반응시켰다. 그 후 0.1M 인산버퍼에 녹아있는 1% 오스뮴 테트라옥사이드(osmium tetraoxide, OsO)로 2시간 동안 후고정을 하였고, 다시 0.1M PBS로 10분 동안씩 2회에 걸쳐 헹궈주었다. 고정된 세포를 30%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 및 100% 농도의 에탄올 용액을 순차적으로 사용하여 탈수시켰고, 이때 30~90%의 용액은 각각 15분씩 1회 시행하였고, 100%용액은 10분씩 3회 반복하여 시행하였다. 임계점 건조 (Critical point drying :CPD)를 하기 위하여, CO₂가스와 잘 치환되는 이소아밀 아세테이트(isoamyl acetate) 용액으로 처리하였다. 먼저 100% 에탄올과 이소아밀 아세테이트(isoamyl acetate)가 동량 혼합된 용액에 넣어서 30분간 방치한 후, 100% 에탄올과 이소아밀 아세테이트(isoamyl acetate)가 1:3의 비율로 혼합된 용액에 3시간 동안 넣어두었다. 그 후 임계점 건조를 시행하기 전까지 이소아밀 아세테이트(isoamyl acetate) 용액에 넣어 보관하였다. 처리가 끝난 시편을 임계점건조기(Hitachi HCP-2, Japan)에 넣고 임계점 건조를 시행하였음. 임계점 건조가 끝난 시편은 플라티늄 코팅(platinum coating)을 한 후 전계 방사형 주사 전자 현미경(Field emission scanning electron microscope, FE-SEM;Hitachi S-4700, Japan)을 사용하여 시편 표면상 세포의 부착 정도를 관찰하였다.

그 결과, 도 4a에서 나타낸 바와 같이, 트레할로오스로 코팅한 시편의 경우 대조군 대비 더 많이 점착된 조골세포가 보다 많이 증식된 것을 확인할 수 있었다. 또한 도 4b는 각 시편에서 1일, 3일 세포 배양 후 MTT assay방법을 이용하여 세포의 증식률을 측정한 결과이다. 세포 배양 3일 후의 세포증식 측정결과 대조군 대비 트레할로오스로 표면 코팅된 임플란트 시편에서 세포증식이 월등히 우수한 것을 확인할 수 있었다.

< 실시예 5>

트레할로오스(trehalose)로 표면 코팅된 임플란트 매식 후 골형성 증진 효과

본 실험에서는 실제로 임플란트 시편을 토끼 뼈에 매식한 후 염증인자인 LPS 또는 P.gingivalis(폴피로모나스 진지발리스) 처리에 따른 골형성 정도를 조사하였다. 트레할로오스로 표면 코팅되지 않은 임플란트 시편(대조군) 및 트레할로오스 표면 코팅된 임플란트 시편은 상기 실시예 3를 통해 준비된 것을 사용하였다.

생체 내 동물실험으로 토끼를 사용하였으며, 토끼에 임플란트 시편 매식은 전남대 치대 병원 외과 수술팀의 기술진에 의해 시행되었다(도 5b 참조). 임플란트 시편 매식과정은 도 5a에서 간략하게 나타내었다.

한편, 탈회 표본 제작을 위하여 실험동물들을 수술 후 1주, 4주 후에 각각 2마리씩 희생시킨 다음 두개골을 떼어낸 후 경조직 절단기로 수술 부위의 조직 절편을 채득하였다. 채득한 조직 절편은 70% 에틸알코올로 충분히 고정시키고, 흐르는 물로 세척한 후, 10% neutral formalin으로 단백질을 고정하고, 5% 질산용액에 5일간 탈회를 거쳐 파라핀에 포매 한 다음, 최종적으로 두개골의 수직 단면 방향으로 3 μ m 두께로 잘라서, 헤마톡실린-에오신(hematoxylin and eosin)으로 염색하였다. 이후, 광학 현미경 하에서 조직학적인 소견을 관찰하고, 염색된 조직 슬라이드를 연구용 현미경에 부착된 디지털 카메라를 이용하여 사진 촬영하였다.

그 결과 도 5c 및 5d에서 나타낸 바와 같이, 대조군은 염증인자의 처리에 따라 골형성이 이루어지지 않는 것으로 나타난 반면, 트레할로오스로 표면 코팅된 임플란트 시편을 매식한 부분에서는 염증인자의 처리가 있을지라도 골형성이 이루어지는 것을 확인할 수 있었다.

이와 같은 결과는, 실제 트레할로오스로 표면 코팅된 임플란트의 경우 염증을 효과적으로 억제함에 따라, 임플란트 주위에 염증을 발생시켜 조직파괴가 발생되는 임플란트 부작용을 낮춤으로써 성공적인 임플란트 식재의 가능성을 제시하는 것이다. 따라서 트레할로오스로 표면 코팅된 임플란트는 염증제어가 가능한 기능성 치과 임플란트로서 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

자가포식 항진물질을 유효성분으로 포함하는 임플란트 표면 코팅용 조성물.
제1항에 있어서,
자가포식 항진물질은 트레할로스(trehalose), 라파마이신(rapamycin), 퍼헥실린(perhexiline), 아미오다론(amiodarone), 니클로사마이드(niclosamide), 로틀린(rottlerin), 토린1(torin1), PI103, 페닐에틸 이소싸이오시아네이트(phenethylisothiocyanate), 덱사메타손(dexamethasone), 리튬(lithium), L-690,330, 카르바마제핀(carbamazepine), 소듐 발프로에이트(sodium valproate), 베라파밀(verapamil), 로페라마이드(loperamide), 니모디핀(nimodipine), 니트렌디핀(nitrendipine), 니글디핀(niguldipine), 니카르디핀(nicardipine), 피모자이드(pimozide), 칼파스타틴(calpastatin), 칼펩틴(calpeptin), 클로니딘(clonidine), 릴메니딘(rilmenidine), 2',5'-디데옥시아데노신(2',5'-dideoxyadenosine), NF449, 미녹시딜(minoxidil), 페니트렘 A(penitrem A), 스퍼미딘(spermidine), 레스베라트롤(resveratrol), 플루스피릴렌(fluspirilene), 트리플루오페라진(trifluoperazine), SMER(small-molecule enhancer) 10, SMER 18, SMER 28 및 도르소모르핀(dorsomorphin)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 임플란트 표면 코팅용 조성물.
제2항에 있어서,
상기 트레할로오스(trehalose)는 조골세포의 분화를 촉진시키며, 염증유발 인자의 분비를 감소시키고, 골 형성을 유도할 수 있는 것을 특징으로 하는 임플란트 표면 코팅용 조성물.
제3항에 있어서,
상기 염증유발 인자는 IL-1β 및 IL-6 또는 TNF-α인 것을 특징으로 하는 임플란트 표면 코팅용 조성물.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 조성물로 코팅된 염증 억제 효과 및 골형성 증진 효과를 갖는 임플란트.