KR20160117100A - 생체분해성 소재를 이용한 추간체 이식 보형재 임플란트 - Google Patents

Abstract

생체분해성 소재를 이용한 추간체 이식 보형재 임플란트로서, 외층; 및 상기 외층 내측에 구비되는 생체분해성 부재를 포함하며, 상기 생체분해성 부재 내측에는 생체액이 유동되는 유로이 형성된 것을 특징으로 하는 생체분해성 소재를 이용한 추간체 이식 보형재 임플란트가 제공된다.

Description

생체분해성 소재를 이용한 추간체 이식 보형재 임플란트{Composite cage-implant composed of biodegradable material}

본 발명은 생체분해성 소재를 이용한 추간체 이식 보형재 임플란트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 임플란트 내측에 생체분해성 소재를 구비하여 하중을 지지하는 단면적을 크게 함으로써, 이식 초기에 추간체를 안정하게 지지할 수 있으며, 이식 후 시간이 경과함에 따라 내측의 생체분해성 소재가 외측으로 분해되가며 생성되는 공간을 새로운 골이 차오르면서 추간체가 융합을 이루게 하는 임플란트에 관한 것이다.

일반적으로 척추로부터 오는 고통은 척추 사이의 추간판에 문제가 발생하여 신경다발을 압박하거나 신경다발 공간을 유지시키지 못하는 경우가 발생하는데서 시작됨을 알 수 있다. 여기서, 추간판(椎間板)이란 도 1에 도시한 바와 같이, 척추(10)(11)의 마디마디 사이에 들어 있어 충격을 흡수하는 역할을 하는 연질(軟質)의 조직을 말하는 것으로 추간연골이라고도 하며 일명, 디스크라고도 한다.

따라서 종래의 기술은 병든 디스크를 제거하고, 그 디스크의 빈 공간을 다른 물질로 채워 넣음으로써 치료하게 되며, 이때 디스크의 빈 공간은 임플란트를 사용해 채워 넣게 된다.

하지만, 종래의 추간판을 고정시키는 추간체 이식 보형재 임플란트는 높은 하중을 견디기 위한 재질(예를 들어 PEEK)로 이루어지는데, 뼈와 임플란트 재질과의 물성 차이로부터 기인하는 함몰(subsidence)이 발생하는 문제가 있다. 더불어 추간체간 골 유합율 향상을 위하여 환자의 신체 부위에서 골을 채취하는 자가골이식(autograft) 수술 등을 추가로 수행해야 하는 문제가 발생한다. 이는 이식 초기에 하중을 지지하기 위한 임플란트 재질이 뼈의 물성과 차이가 있어 골 유합율을 향상시킬 필요가 있기 때문이다.

대한민국 등록실용신안 20-0253731호는 추간체 보형 임플란트의 이탈을 방지하는 기술을 개시하고 있다. 하지만, 현재까지 개시된 어떠한 기술도 이식된 위치에서 지지역할을 하는 추간체 이식 임플란트에 의한 상술한 문제를 인식하지 못하였다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이식 초기에는 보다 강한 하중 강도를 가지나, 시간이 경과함에 따라 내측에서 외측으로의 두께가 변화되며, 감소되는 내측에서 외측으로의 두께만큼 뼈가 성장함으로써 보다 안정된 특성을 갖는 새로운 추간체 이식 보형재 임플란트를 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 추간체 이식 보형재 임플란트는 외층 및 상기 외층의 내측에 구비되는 생체분해성 금속 부재를 포함하며, 상기 생체분해성 금속 부재에는 생체액이 임플란트를 길이 방향으로 관통하는 유로가 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 추간체 이식 보형재 임플란트의 생체분해성 부재 내측에 마련되는 유로은, 단면 형태, 갯수, 배열이 다양하게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 추간체 이식 보형재 임플란트의 외층는 상기 외층의 내측에 구비되는 생체분해성 부재보다 생체분해 속도가 느리거나 생체분해 특성이 없을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 추간체 이식 보형재 임플란트의 생체분해성 부재는 생체분해 마그네슘, 마그네슘 합금 및 생체분해 폴리머 일 수 있으며, 분해속도를 조절하기 위하여 수용액에 침지시켜 분해산물이 표면에 남게되는 코팅층이 형성될 수 있다.

본 발명은 생체분해성 소재를 이용한 추간체 이식 보형재 임플란트를 제공한다. 특히 본 발명에 따른 임플란트는 내측으로 유동되는 생체액에 의하여 내측에서 외측 방향으로 내측에서 외측으로의 두께가 감소하며, 감소되는 영역만큼 골 유합 면적을 최대로 확보할 수 있다. 더 나아가, 골 생성에 긍정적인 역할을 수행하는 마그네슘 합금으로 분해성 부재를 구성함으로써, 시술 초기의 향상된 하중 강도를 확보할 뿐 아니라, 마그네슘 성분이 분해됨에 따라 뼈의 빠른 성장과 융합도 유도할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 추간판 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 추간체 이식 보형재 임플란트의 단면도이다.
도 3 및 4는 마그네슘에 의한 골 생성 효과를 나타내는 사진 및 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 임플란트의 시간 경과에 따른 단면 변화를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 추간체 이식 보형재 임플란트의 다양한 형태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 추간체 이식 보형재 임플란트의 다양한 유로 형태에 따른 분해 양태를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 추간체 이식 보형재 임플란트의 사진이다.

이하, 본 발명의 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 본 명세서 전반에 걸쳐 표시되는 약어는 본 명세서 내에서 별도의 다른 지칭이 없다면 당업계에서 통용되어, 이해되는 수준으로 해석되어야 한다.

본 발명은 상술한 종래의 추간체 이식 보형재 임플란트의 문제를 해결하기 위하여, 생체분해성 소재로된 심부를 가지는 추간체 이식 보형재 임플란트를 제공한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 추간체 이식 보형재 임플란트의 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 추간체 이식 보형재 임플란트는, 외층(110)과, 상기 외층(110)의 내부에 구비되는 생체분해성 심부(120)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 생체분해성 심부(120)에는 생체 내 용액(생체액)이 임플란트를 길이방향으로 관통하는 유로(130)가 형성되어 있다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 외층(110)의 생체 내 부식속도는 상기 심부(120) 보다 낮은 부식속도를 갖거나 생체분해 특성을 갖지 않는다. 임플란트의 이식 초기에는 외층(110)과 심부(120)가 함께 하중을 지지하므로 높은 하중을 지지할 수 있으며, 시간이 경과하여 생체분해성 심부(120)가 분해된 이후에도 상기 외층(110)이 형태를 유지하여 기계적인 지지력을 제공할 뿐만 아니라, 상기 심부(120)가 분해되면서 유합된 골 조직에 의하여 하중 지지 능력을 충분히 유지할 수 있다. 상기 외층(110)이 생체분해 특성을 갖지 않는 경우의 소재로는 금속성 생체친화소재나 피크(PEEK, Polyether ether ketone)가 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 생체분해성 심부(120)는 마그네슘을 포함하는 마그네슘 합금으로서, 생체 내에 이식된 후, 일정 시간이 경과함에 따라 분해되어, 마그네슘을 생체 내로 서방시키는 공급원으로 기능한다. 특히 본 발명자는 생체 내에 이식 후 외층(110) 내부의 심부(120)로부터 방출되는 마그네슘을 이용함으로써, 골 융합 효과를 극대화시키는 새로운 형태의 임플란트를 제공한다.

도 3 및 4는 마그네슘에 의한 골 생성 효과를 나타내는 사진 및 그래프이다.

도 3 및 4를 참조하면, 마그네슘 합금이 가지는 우수한 생체 적합성과 함께, 마그네슘에 의한 골 생성 촉진 효과를 도 4의 실험 결과로부터 명확히 파악할 수 있다.

즉, 본 발명자는 이상의 기술적 특징을 바탕으로 생체 내에서 분해되어 골 생성을 촉진시키는 마그네슘 합금과 같은 생체분해성 소재를, 추간체 이식 보형재 임플란트의 내측 심부 부재로 사용함으로써 초기 하중 강도를 충분히 유지하면서도, 이후 실제 골 유합이 필요한 부위(즉, 외층 내부)로 골 생성을 촉진시키는 성분(즉, 마그네슘 성분)을 집중시킴으로써 임플란트에 의한 치료 효과 또한 기대할 수 있는 임플란트를 제공한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 임플란트의 시간 경과에 따른 단면 변화를 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 이식시 추간으로 삽입되는 임플란트는, 생체 비활성 부재로 이루어진 외층(예를 들어 PEEK, 110)와, 외층(110) 내로 삽입된 생체분해성 심부(120)를 포함하며, 상기 생체분해성 심부(120)는 두꺼운 두께를 갖는다. 따라서 이식 초기에 추간체 이식 보형재 임플란트는 외층(110)과 생체분해성 소재로 형성된 심부(120) 함께 하중을 지지하므로 높은 하중 강도를 가질 수 있으며, 외층(110)의 넓은 골 접촉 면적으로부터 골 유합 영역 또한 증가한다.

이후 시간이 경과함에 따라, 심부(120)에 마련된 유로(130)를 흐르는 생체액과의 접촉에 따라 생체분해성 심부(120)가 분해되어, 내측에서 외측으로의 두께가 점차 얇아지며, 분해된 심부(120)의 자리를 유합된 골조직이 대신하게 된다. 이로써 골과 임플란트간 반응에 따른 골의 침강 문제가 해결되며, 아울러 골 유합 안정성이 향상된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 추간체 이식 보형재 임플란트는 심부에 마련된 유로의 형태를 다양하게 구성할 수 있는 장점을 갖는다. 유로의 단면 형태, 유로의 갯수 및 유로의 배열 방식은 추간체 이식 보형재 임플란트에 요구되는 초기 하중 강도와 생체액의 유동을 고려하여 다양하게 마련할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 추간체 이식 보형재 임플란트의 다양한 형태를 나타내는 도면이다. 또한 도 6을 참조하면, 임플란트 단면에 임플란트가 추간체 사이에서 쉽게 고정이 되고 탈출되지 않도록, 단차를 갖는 킬(keel)이 생성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 상기 킬은 외층 및 외층 내측에 구비되는 생체분해성 심부의 일면 또는 양면에 마련될 수 있다.

도 7을 참조하면, 임플란트의 외층(110)내로 삽입되는 생체분해성 심부(120)에는 하나 또는 복수 개의 유로(130)가 형성될 수 있으며, 상기 유로(130)를 통하여 생체액이 유동되며, 이로써 생체분해성 심부(120)는 분해된다.

이 경우, 외층 내측에 구비되는 생체분해성 심부(120)의 분해 프로파일은 상기 유로(130)의 레이아웃에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 하나의 유로를 구성하는 경우, 생체액과 접촉하는 면적은 복수 유로에 비하여 작아지므로, 전체적으로 느린 분해 속도와, 하중 강도의 느린 감소를 기대할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 유로의 지름은 200 내지 2000 마이크로미터로 형성될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 200 내지 500 마이크로미터로 형성될 수 있다. 만약 상기 범위보다 유로의 지름이 적으면 생체분해성 부재의 분해속도가 너무 느려 충분한 골 생성을 촉진하기 어렵다. 반대로 상기 범위보다 유로의 지름이 크면 초기 하중 강도를 유지하기 어렵고, 아울러 침강의 문제등이 발생할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 생체분해성 심부는 마그네슘 합금 재질로서, 마그네슘, 칼슘 및 아연을 포함할 수 있다. 이때 마그네슘을 기재로 한 상기 마그네슘 함금은 칼슘 함량 0.5 내지 35 중량%, 아연 0.5 내지 20 중량%를 포함할 수 있다. 만약 칼슘 함량이 상기 수치 범위 미만인 경우, 강도 향상을 기대하기 어렵고. 상기 수치 범위 초과인 경우 과도하게 빠른 분해 속도가 예상된다. 또한 아연이 상기 수치 범위 미만인 경우, 과도하게 빠른 분해 속도가 예상되며. 상기 수치 범위를 초과하는 경우, 과도하게 낮은 강도가 예상된다.

본 발명에 따른 임플란트는 내부 유로을 통하여 유동되는 생체액에 의하여 심부에서 외층 방향으로 두께가 얇아지며, 감소되는 영역만큼 골 유합 면적을 최대로 확보할 수 있다. 더 나아가, 골 생성에 긍정적인 역할을 수행하는 마그네슘 합금으로 생체분해성 심부를 구성함으로써 초기에는 충분한 하중 강도를 확보하고, 시간이 경과된 후에는 분해되는 마그네슘 성분으로 뼈의 빠른 성장과 융합을 유도할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 또한 추간체 이식 보형재 임플란트의 외층 내측에 마련되는 생체분해성 심부를 이루는 마그네슘 또는 마그네슘 합금에 별도의 코팅층을 형성하여 임플란트의 생체 내 부식속도를 제어하는 기술구성을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 코팅층은 마그네슘 또는 마그네슘 합금과 생체 내 용액간의 초기 접촉을 방지하는 기능을 수행하는 것으로 건식(물리적, 화학적 증착)과 습식 방식에 의하여 소재 표면에 형성될 수 있다.

즉, 필요에 따라 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 코팅함으로써 부식속도를 조절하고, 이에 따라 초기 하중 강도를 조절할 수 있는 것이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 추간체 이식 보형재 임플란트의 사진이다.

도 8을 참조하면, 피크(PEEK)와 같이 외층 내측으로 마그네슘 함금이 생체분해성 심부로 삽입되며, 상기 생체분해성 심부 내에는 하나 이상의 유로가 형성된 것을 알 수 있다. 또한 마그네슘 합금 표면에는 코팅층을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 생체분해성 심부는 마그네슘 또는 마그네슘 합금과 같은 금속재질이었으나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다. 즉, 생체 내에서 분해될 수 있는 임의의 폴리머 또는 이들의 복합체가 상기 생체분해성 부재로 사용될 수 있으며. 이는 본 발명의 범위에 속한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

1. 생체분해성 소재를 이용한 추간체 이식 보형재 임플란트로서,
   상기 임플란트는 외층 및 심부로 이루어지고,
   상기 심부는 생체분해성 금속으로 형성되며;
   상기 외층은 상기 심부를 형성하는 상기 생체분해성 금속보다 생체 내에서 부식속도가 느리거나 생체분해 특성이 없는 생체친화소재로 형성되고,
   상기 심부는 생체액이 임플란트를 길이 방향으로 관통하는 하나 이상의 유로를 가지는 것을 특징으로 하는 생체분해성 소재를 이용한 추간체 이식 보형재 임플란트.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 임플란트는 생체 내 이식 후 상기 외층과 상기 심부 모두가,
   신체조직 또는 생체용액과 직접 접하여 하중을 지지하는 면을 가지는 것을 특징으로 하는 생체분해성 소재를 이용한 추간체 이식 보형재 임플란트.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 생체분해성 금속은 마그네슘 또는 마그네슘 합금인 것을 특징으로 하는 생체분해성 소재를 이용한 추간체 이식 보형재 임플란트.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 마그네슘 합금은 마그네슘, 칼슘 및 아연으로 이루어진 것을 특징으로 하는 생체분해성 소재를 이용한 추간체 이식 보형재 임플란트.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 추간체 이식 보형재 임플란트 표면에는 기저층보다 생체 내 분해속도가 느린 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 생체분해성 소재를 이용한 추간체 이식 보형재 임플란트.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 코팅층은 상기 추간체 이식 보형재 임플란트의 마그네슘 또는 마그네슘 합금과 생체 용액간의 반응에 따른 부식속도를 늦추는 것을 특징으로 하는 생체분해성 소재를 이용한 추간체 이식 보형재 임플란트.

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