KR20170015802A

KR20170015802A - 겔 안정성 및 강도가 우수한 골 이식재 조성물 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20170015802A
Application number: KR1020150109097A
Authority: KR
Inventors: 유현승; 민경단; 류미영
Original assignee: 주식회사 바이오알파
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2017-02-09
Also published as: KR101779377B1

Abstract

본 발명은 겔 안정성 및 강도가 우수한 골 이식재 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 겔 형성 분말, 인산칼슘화합물 또는 탈회골 기질, 및 골 형성 단백질을 포함하는 골 이식재 조성물, 상기 조성물의 제조방법 및 상기 조성물을 포함하는 키트에 관한 것이다.
본 발명의 골 이식재 조성물은 수분 안에 겔이 형성되어 신속하고 편리하게 골 결손부에 이식이 가능하고, 인체에 적용하여도 혈액에 의해 퍼지지 않으므로 인체에 대한 안정성을 가지며, 가공성이 있는 동시에 우수한 강도를 가지므로 정형화되지 않은 골 결손부에 맞춤형으로 이식이 가능하다.

Description

겔 안정성 및 강도가 우수한 골 이식재 조성물 및 이의 제조방법{A composition for bone grafting having enhanced gel stability and strength and a preparation method thereof}

본 발명은 겔 안정성 및 강도가 우수한 골 이식재 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 겔 형성 분말, 인산칼슘화합물 또는 탈회골 기질, 및 골 형성 단백질을 포함하는 골 이식재 조성물, 상기 조성물의 제조방법 및 상기 조성물을 포함하는 키트에 관한 것이다.

골 이식은 외상, 종양 또는 기형 등에 의하여 골이 파괴되어 손상된 경우, 그 부분을 이어서 보강하거나, 뼈의 재생을 재촉하여 골유합을 촉진하려 하는 경우에 행해진다. 골 이식의 가장 보편적인 방법은 자신의 다른 부위의 골을 일부 채취하여 이식하는 자가 이식방법(autograft), 다른 사람의 뼈를 화학 처리하여 이식하는 동종 이식방법(allograft), 동물의 뼈를 화학 처리하여 이식하는 이종 이식방법(xenograft) 등이 있다.

그러나, 자가 이식방법은 이차적인 수술이 필요하여 새로운 수술부위가 생기며, 그에 따른 감염 및 혈액 손실의 위험을 증가시키고, 필요한 양을 충분히 얻기가 힘들다는 단점이 있다. 동종 이식방법은 사람의 사체에서 얻은 골을 사용하기 때문에 질병 전염의 가능성이 높고, 면역 거부반응이 나타날 수 있으며 가격이 매우 비싸다는 단점이 있다. 이종 이식방법 또한 질병 전달 및 면역반응이 일어날 수 있는 위험이 있다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 질병에 대한 전염 가능성이 없고, 구입이 간편하며 가격이 저렴한, 기존 이식재를 대체할만한 성능을 갖는 합성골 이식재가 요구되고 있다.

이에 따라, 골조직 재생용 합성골 이식재가 원재료의 특성과 사용목적에 따라 다양한 생체재료로 시판 및 개발되고 있지만, 현재 이용 가능한 골 이식재는 인체에 이식된 이후 지나치게 빠른 시간에 재흡수되거나, 일부는 재흡수에 지나치게 긴 시간이 소요되어 손상된 골세포들의 접착, 성장 및 분화를 위한 적합한 환경을 제공해주지 못하고 있는 실정이며, 생체적합성(biocompatible)을 갖는 재료를 설계 및 개발하여 사용부위 및 목적에 따라 다양한 종류의 골조직 재생용 생체활성 지지체의 개발하고자 하는 노력이 많이 이루어지고 있다(대한민국 등록특허 10-1041784 및 대한민국 등록특허 10-1398406).

이러한 배경하에, 본 발명자들은 일정 함량의 인산칼슘화합물 또는 탈회골 기질, 겔 형성 분말 및 골 형성 단백질을 포함하는 골 이식재 조성물을 제조하였고, 상기 조성물이 빠른 시간 안에 제조되며, 이식 후 일정 기간 동안 형태 및 강도를 유지할 수 있어 골 결손부에 이식하기에 적합한 생체적합성 및 물성을 갖는다는 것을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 겔 안정성 및 강도가 우수한 골 이식재 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 골 이식재 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 골 이식재 조성물, 및 주입 도구를 포함하는 골 이식용 키트를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 하기를 포함하는 골 이식재 조성물을 제공한다.

(A) 하이드록시에틸셀룰로오스(Hydroxyethylcellulose), 크로스카르멜로오스나트륨(Croscarmellose Sodium) 및 카복시메틸스타치나트륨(Sodium Carboxy methyl Starch)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 겔 형성 분말;

(B) 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite), 탄산아파타이트(Carbonated apatite), 인산삼칼슘(Tricalcium Phosphate), 인산수소칼슘(Calcium Hydrogen Phosphate), 제1인산칼슘(Monocalcium phosphate), 제2인산칼슘(Dicalcium phosphate), 2수소인산칼슘(Calcium dihydrogen phosphate), 제3인산칼슘(Tricalcium phosphate), 제10인산칼슘(Octacalcium phosphate), 및 피로인산칼슘(Calcium pyrophosphate)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 인산칼슘화합물, 또는 탈회골 기질; 및

(C) BMP-2, BMP-3, BMP-3b, BMP-4, BMP-5, BMP-6, BMP-7, BMP-8, BMP-9, BMP-10, BMP-11, BMP-12, BMP-13, BMP-14, BMP-15, BMP-16, BMP-17, 및 BMP-18으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 골 형성 단백질.

본 발명의 용어, "골 이식재 조성물"이란, 필요한 개체의 골 결손부에 이식되어 이를 충진하는 재료, 즉 골 결손부 보충재로서 사용되는 조성물을 의미한다. 구체적으로, 본 발명에서, 골 이식재 조성물은 겔 형성 분말, 인산칼슘화합물 또는 탈회골 기질, 및 골 형성 단백질을 포함하는 합성 골 이식재(Alloplastic, Synthetic bone graft materials) 조성물을 의미한다.

본 발명의 용어, "겔 형성 분말"이란, 혼합되어 반죽 형태와 같은 제형을 이룰 수 있는 분말 형태의 물질을 의미하며, 수분 이내에 겔을 형성하여 이식이 용이하고, 정형화되지 않은 골 결손부에 맞춤형으로 이식이 가능하다는 장점을 갖는다.

본 발명의 목적상, 상기 겔 형성 분말은 하이드록시에틸셀룰로오스(Hydroxyethylcellulose), 크로스카르멜로오스나트륨(Croscarmellose Sodium) 및 카복시메틸스타치나트륨(Sodium Carboxy methyl Starch)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(Hydroxypropyl methylcellulose; HPMC), 젤란검(Gellan Gum), 또는 이의 조합을 추가로 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 겔 형성 분말은 하이드록시에틸셀룰로오스 80 내지 100 중량부; 크로스카르멜로오스나트륨 0.01 내지 15 중량부; 및 카복시메틸스타치나트륨 0.01 내지 15 중량부를 포함할 수 있고, 구체적으로 하이드록시에틸셀룰로오스 85 내지 95 중량부; 크로스카르멜로오스나트륨 1 내지 10 중량부; 및 카복시메틸스타치나트륨 1 내지 10 중량부를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 기재된 범위 이외의 중량부로 하이드록시에틸셀룰로오스, 크로스카르멜로오스나트륨 및 카복시메틸스타치나트륨을 포함하는 겔 형성 분말은 겔 형성 시간이 길어지고, 최대하중 또는 겔 강도가 낮아지게된다.

상기 골 이식재는 골 손실부에 적용하는 것이 목적이므로, 겔 형성 시간이 절약되면 시술 시간이 단축되는 장점이 있고, 겔 강도가 높아야 인체의 물리적인 작용을 견딜 수 있게 된다. 본 발명의 일 실험예에서는, 예를 들어, 겔 형성 분말이 하이드록시에틸셀룰로오스 85 내지 90 중량부; 크로스카르멜로오스나트륨 5 내지 10 중량부; 및 카복시메틸스타치나트륨 5 중량부를 포함할 때, 단시간 내에 겔이 형성되며, 최대하중 및 겔 강도가 인체에 적용되는 골 이식재로서 적합함을 확인하였다(도 1).

본 발명의 용어, "인산칼슘화합물"이란, 인산과 칼슘을 포함하여 이루어지는 화합물을 의미하며, 천연 골과 유사한 성분으로서 골이 전도되어 자랄 수 있도록 유도하는 성분을 말한다.

본 발명의 목적상, 상기 인산칼슘화합물은 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite), 탄산아파타이트(Carbonated apatite), 인산삼칼슘(Tricalcium Phosphate), 인산수소칼슘(Calcium Hydrogen Phosphate), 제1인산칼슘(Monocalcium phosphate), 제2인산칼슘(Dicalcium phosphate), 2수소인산칼슘(Calcium dihydrogen phosphate), 제3인산칼슘(Tricalcium phosphate), 제10인산칼슘(Octacalcium phosphate), 및 피로인산칼슘(Calcium pyrophosphate)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 구체적으로 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 용어, "탈회골 기질"이란, 골을 산(acid)에 담가 골 중의 무기질 성분을 제거한 것을 의미하며, 골 성장인자를 방출함으로써 우수한 골 재생 효과를 나타내는 물질을 의미한다. 상기 탈회골 기질에서 방출되는 골 성장인자로는 TGF-β, PDGF, 오스테오폰틴, 오스테오넥틴, 골 형성 단백질(bone morphogenetic protein, BMP) 등이 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일 제조예에서는, 인체로부터 공여된 골을 0.6 N HCl 수용액에 담구어 탈회시킨 후, 분쇄하여 인산완충용액(PBS)으로 중화시킴으로써 탈회골 기질을 제조하였다.

상기 인산칼슘화합물 또는 탈회골 기질은 본 발명의 골 이식재 조성물에 20 내지 80 중량부로 포함될 수 있고, 이와 동시에 본 발명의 겔 형성 분말은 20 내지 80 중량부로 포함될 수 있으며, 구체적으로 상기 인산칼슘화합물 또는 탈회골 기질은 25 내지 75 중량부로 포함될 수 있고, 이와 동시에 본 발명의 겔 형성 분말은 25 내지 75 중량부로 포함될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 기재된 범위 이외의 중량부로 인산칼슘화합물 또는 탈회골 기질을 포함하는 골 이식재 조성물은 겔 형성 시간이 길어지고, 최대하중 또는 겔 강도가 낮아지며, 겔과 인산칼슘화합물 또는 탈회골기질이 분리되게된다.

상기 골 이식재는 골 손실부에 적용하는 것이 목적이므로, 겔 형성 시간이 절약되면 시술 시간이 단축되는 장점이 있고, 겔 강도가 높아야 인체의 물리적인 작용을 견딜 수 있게 된다. 또한, 골 재생을 돕는 인산칼슘화합물 또는 탈회골 기질과 겔 형성 분말이 잘 융합되어야 골 손실부에 적용하였을 때 골의 재생이 촉진되는 효과를 얻을 수 있다. 본 발명의 일 실험예에서는, 예를 들어, 본 발명의 골 이식재 조성물이 상기 인산칼슘화합물 또는 탈회골 기질 50 중량부 및 겔 형성 분말 50 중량부를 포함할 때, 10초 이내에 겔이 형성되며, 겔과 인산칼슘화합물 또는 탈회골기질이 분리되지 않고 형성됨을 확인하였다(도 2).

본 발명의 용어, "골 형성 단백질"이란, 골형성에 관여하는 단백질을 의미하며, 개체의 골로부터 분리되거나 재조합 유전자 기술을 통해 제조될 수 있다.

본 발명의 목적상, 상기 골형성 단백질은 BMP-2, BMP-3, BMP-3b, BMP-4, BMP-5, BMP-6, BMP-7, BMP-8, BMP-9, BMP-10, BMP-11, BMP-12, BMP-13, BMP-14, BMP-15, BMP-16, BMP-17, 및 BMP-18, 또는 이의 조합일 수 있고, 구체적으로 BMP-2일 수 있다.

상기 골형성 단백질은 정제수 또는 식염수에 용해된 것일 수 있으며, 상기 정제수 또는 식염수는 주사용수와 동일한 의미로 사용될 수 있다.

또한, 상기 골형성 단백질은 주사용수에 0.01 중량% 내지 99.99 중량%로 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일 제조예에서는, 상기 골 형성 단백질을 주사용수에 혼합하여 용해시킨 후, 겔 형성 분말 및 인산칼슘화합물, 또는 탈회골 기질이 혼합된 결과물에 상기 골 형성 단백질 수용액을 첨가하여 겔 형태의 골 이식재를 제조하였다.

상기 목적을 달성하기 위한 다른 하나의 양태로서, 본 발명은 하기를 포함하는 골 이식재 조성물의 제조방법을 제공한다.

하이드록시에틸셀룰로오스 85 내지 95 중량부; 크로스카르멜로오스나트륨 1 내지 10 중량부; 및 카복시메틸스타치나트륨 1 내지 10 중량부를 혼합하여 겔 형성 분말을 제조하는 단계(단계 1);

인산칼슘화합물 또는 탈회골 기질 25 내지 75 중량부, 및 상기 단계 1에서 제조된 겔 형성 분말 25 내지 75 중량부를 혼합하는 단계(단계 2); 및

상기 단계 2에서 혼합된 결과물에 골 형성 단백질 수용액을 혼합하는 단계(단계 3).

상기 단계 1은, 하이드록시에틸셀룰로오스 85 내지 95 중량부; 크로스카르멜로오스나트륨 1 내지 10 중량부; 및 카복시메틸스타치나트륨 1 내지 10 중량부를 혼합하여 겔 형성 분말을 제조하는 단계로서, 상기 겔 형성 분말에 의해 제조되는 골 이식재가 인체에 적용되기에 적합한 겔 강도와 최대하중을 갖게 하며, 이식이 간편하도록 빠른 시간에 형성되도록 제조하는 단계이다.

상기 단계 2는, 인산칼슘화합물 또는 탈회골 기질 25 내지 75 중량부, 및 상기 단계 1에서 제조된 겔 형성 분말 25 내지 75 중량부를 혼합하는 단계로서, 상기 단계 1의 겔 형성 분말과 골 재생을 유도하는 인산칼슘화합물 또는 탈회골기질이 분리되지 않고 형성되도록 제조하는 단계이다.

상기 단계 3은, 상기 단계 2에서 혼합된 결과물에 골 형성 단백질 수용액을 혼합하는 단계로서, 골 이식재 조성물을 이루고 있는 분말 형태의 화합물이 겔을 형성하도록 제조하는 단계이다. 상기 단계 3의 골 형성 단백질 수용액은 골 형성 단백질을 포함하므로, 골 재생을 유도함과 동시에 겔을 형성시킬 수 있다.

본 발명의 목적상, 상기 단계 1의 겔 형성 분말은 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(Hydroxypropyl methylcellulose; HPMC), 젤란검(Gellan Gum), 또는 이의 조합을 추가로 혼합하여 제조될 수 있으며; 상기 단계 2의 인산칼슘화합물은 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite), 탄산아파타이트(Carbonated apatite), 인산삼칼슘(Tricalcium Phosphate), 인산수소칼슘(Calcium Hydrogen Phosphate), 제1인산칼슘(Monocalcium phosphate), 제2인산칼슘(Dicalcium phosphate), 2수소인산칼슘(Calcium dihydrogen phosphate), 제3인산칼슘(Tricalcium phosphate), 제10인산칼슘(Octacalcium phosphate), 및 피로인산칼슘(Calcium pyrophosphate)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 구체적으로 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite)일 수 있고; 상기 단계 3의 골형성 단백질은 BMP-2, BMP-3, BMP-3b, BMP-4, BMP-5, BMP-6, BMP-7, BMP-8, BMP-9, BMP-10, BMP-11, BMP-12, BMP-13, BMP-14, BMP-15, BMP-16, BMP-17, 및 BMP-18으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 구체적으로 BMP-2일 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 하나의 양태로서, 본 발명은 본 발명의 골 이식재 조성물, 및 주입 도구를 포함하는 골 이식용 키트를 제공한다.

상기 주입 도구는 주사기, 또는 튜브일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 목적상, 본 발명의 반죽 형태의 골 이식재 조성물은 주사기, 또는 튜브 등의 주입 도구에 담아 원하는 위치에 주입될 수 있다. 주입 후 제품의 점탄성 특성을 활용하여 결손부에 치밀하게 충전되도록 수술도구로 다져 넣을 수 있다.

본 발명의 골 이식재 조성물은 수분 안에 겔이 형성되어 신속하고 편리하게 골 결손부에 이식이 가능하고, 인체에 적용하여도 혈액에 의해 퍼지지 않으므로 인체에 대한 안정성을 가지며, 가공성이 있는 동시에 우수한 강도를 가지므로 정형화되지 않은 골 결손부에 맞춤형으로 이식이 가능하다.

도 1은 겔 형성 분말의 조성 및 함량에 따라 형성된 겔의 외관을 관찰한 이미지이다. 겔이 형성된 이후, 10분이 경과되었을 때 외관을 관찰하였다.
도 2는 겔 형성 분말과 인산칼슘화합물 입자 또는 탈회골기질의 조성 및 함량에 따라 형성된 겔의 외관을 관찰한 이미지이다. 겔이 형성된 이후, 10분이 경과되었을 때 외관을 관찰하였다.
도 3은 골 이식재 조성물의 인체 적용시 안정성을 확인한 것으로서, 생리식염수에 담지하거나, 담지한 후 비커를 뒤집었을 때 겔의 상태를 관찰한 이미지이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

제조예 1. 인산칼슘화합물 미립자 제조

하이드록시아파타이트 분말을 건조 시킨 후, 1200℃에서 소성시켜 다공성의 미립자를 제조하였다.

제조예 2. 탈회골 기질(Demineralized bone matrix; DBM) 제조

인체로부터 공여된 뼈의 연조직을 제거한 후, 계면활성제가 포함된 조직세정제를 사용하여 불순물을 제거하고, 0.6 N HCl 수용액에 담구어 부분 탈회시킨 다음 증류수로 세척하였다. 이후, 0.5 mm 두께의 시트 형태로 슬라이싱(slicing)한 다음 다시 한번 0.6 N HCl 수용액에 담구어 부분 탈회시켰다. 탈회골 기질을 침전시켜 분리한 후, 분쇄기에 넣어 분쇄 후 인산완충용액(PBS)으로 중화시키고 증류수로 세척한 후, 동결건조하여 탈회골 기질을 제조하였다.

제조예 3. 골 형성 단백질

골 형성 단백질인 BMP-2는 ㈜대웅제약에서 공급받았다(BMP-2 양 : 0.5 mg, 정제수 : 0.5 g).

제조예 4. 겔 형성 분말과 인산칼슘화합물 또는 탈회골 기질의 혼합

겔 형성 분말로서, 하이드록시에틸셀룰로오스(Hydroxyethylcellulose; HEC), 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(Hydroxypropyl methylcellulose; HPMC), 젤란검(Gellan Gum), 크로스카르멜로오스나트륨(Croscarmellose Sodium), 카복시메틸스타치나트륨(Sodium Carboxy methyl Starch)을 사용하였다. HEC 및 HPMC는 Merck에서 구입하였고, 젤란검 및 크로스카르멜로오스나트륨은 대정화금에서 구입하였다.

상기 나열한 겔 형성 분말과 인산칼슘화합물 또는 탈회골은 분말 믹서에 넣고 1000 rpm의 속도로 균일 혼합하였다.

제조예 5. 골 이식재의 제조

골 형성 단백질에 정제수 또는 식염수를 혼합하여 완전히 용해시켰다. 이후, 겔 형성 분말 및 인산칼슘화합물, 또는 겔 형성 분말 및 탈회골 기질이 혼합된 결과물에 상기 골 형성 단백질 수용액을 첨가하여 겔 형태의 골 이식재를 제조하였다.

실험예 1. 골 이식재의 성분 및 함량 결정

실험예 1-1. 겔 형성 분말의 조성 성분 및 함량 선정

골 이식재에 사용되는 겔 형성 분말의 최적 조성 성분 및 함량을 선정하기 위하여, 겔 형성 분말의 조성에 따른 물성 변화를 조사하였다.

구체적으로, 상기 제조예 4에서 기재한 겔 형성 분말을 하기 표 1의 조성 및 함량에 따라 혼합하였다.

혼합한 겔 형성 분말의 조성 및 함량

No.	HEC	HPMC	Gellan Gum	크로스카르멜로오스나트륨	카복시메틸 스타치나트륨
1	100	-	-	-	-
2	95	-	-	5
3	90	-	-	10	-
4	90	-	-	5	5
5	85	-	-	10	5
6	-	100	-	-	-
7		95		5
8	-	90	-	10	-
9	-	90	-	5	5
10		85		10	5
11	-	-	100	-	-
12			95	5
13	-	-	90	10	-
14	-	-	90	5	5
15			85	10	5

이후, 정제수 0.5g, BMP-2 0.5mg 및 상기 혼합한 겔 형성 분말 5g을 이용하여 상기 제조예 5에 따라 겔을 제조하였고, 겔 형성 시간, 강도 및 외관을 관찰하였다.

그 결과, 상기 표 1에 나타낸 조성 중에서 1번 내지 5번의 경우, BMP-2가 용해된 정제수와 만나면 10초 이내에 겔이 형성되었지만, 6번 내지 15번의 경우, 길게는 5분이 지난 후에야 BMP-2가 용해된 정제수가 흡수되어 겔이 형성됨을 확인할 수 있었다. 본 발명에서 개발하고자 하는 제품은 BMP-2가 용해된 정제수가 조성물(겔 형성 분말과 인산칼슘화합물 또는 탈회골기질)과 만나 수 분 안에 겔이 형성되어 골 손실부에 적용하고자 하는 것이므로 상기 조성 중에서 1번 내지 5번의 조성이 적합하며, 그 중에서도 최대하중과 겔 강도에 따라 4번 및 5번 조성이 적합하다고 판단하였다. 상기 결과는 하기 표 2에 정리하였으며, 겔 형성 후 관찰한 외관은 도 1에 나타내었다. 도 1에 기재된 숫자는 각각의 겔을 지칭하는 것으로서, 표 1 및 표 2의 No. 항목에 기재된 것과 동일하다.

상기 결과를 토대로, 본 발명의 겔 형성 분말은 단시간 내에 겔을 형성함으로써 시술 시간을 단축할 수 있을 것임을 확인할 수 있었다.

제조된 겔의 겔 형성 시간, 최대하중 및 강도 분석

No.	겔 형성 시간(sec)	최대하중(N)	겔 강도(MPa)
1	10 sec	2.765	0.002
2	10 sec	5.370	0.004
3	8 sec	5.360	0.004
4	8 sec	5.550	0.005
5	8 sec	6.245	0.005
6	310 sec	0.158	0
7	300 sec	0.182	0
8	175 sec	0.140	0
9	160 sec	0.182	0
10	160 sec	0.182	0
11	300 sec	22.226	0.018
12	180 sec	18.262	0.015
13	150 sec	19.112	0.016
14	150 sec	17.664	0.014
15	150 sec	15.790	0.013

실험예 1-2. 인산칼슘화합물 입자 또는 탈회골기질의 함량 결정

골 이식재에 사용되는 겔 형성 분말과 인산칼슘화합물 입자 또는 탈회골기질의 최적 조성 성분 및 함량을 선정하기 위하여, 겔 형성 분말의 조성에 따른 물성 변화를 조사하였다. 본 실험예에서는 인산칼슘화합물 입자로서 하이드록시 아파타이트(Hydroxyapatite) 미립자 또는 베타-트리칼슘포스페이트(β-tricalcium phpsphate) 미립자를 사용하였다.

구체적으로, 상기 실험예 1-1에서 확인한 결과를 통해 최적 함량 비율로 선정된 4번 겔 형성 분말 조성에 하기 표 3의 조성대로 인산칼슘화합물 입자 또는 탈회골기질의 함량을 조절하여 혼합한 후 BMP-2 수용액을 첨가하여 골 이식재를 제조하였다. 이후, 형성된 겔의 강도 및 외관을 관찰하였다.

겔 형성 분말과 인산칼슘화합물 입자 또는 탈회골기질의 조성 및 함량

No.	겔 형성 분말 : 하이드록시 아파타이트 미립자	겔 형성 분말 : 베타-트리칼슘포스페이트 미립자	겔 형성 분말 : 탈회골 기질
1	75 : 25	-	-
2	50 : 50	-	-
3	25 : 75	-	-
4	-	75 : 25	-
5	-	50 : 50	-
6	-	25 : 75	-
7	-	-	75 : 25
8	-	-	50 : 50
9	-	-	25 : 75

그 결과, 상기 표 3의 조성비로 준비된 조성물(겔 형성 분말과 인산칼슘화합물 또는 탈회골기질)에 BMP-2가 용해된 정제수을 혼합하면 모두 10초 이내에 겔이 형성됨을 확인하였으며, 형성된 겔과 인산칼슘화합물 또는 탈회골기질이 분리되지 않고 형성됨을 확인할 수 있었다. 그러나. 겔 형성 분말의 조성비가 감소할수록 겔 형성능이 떨어져 겔의 뭉침성이 약해지고, 겔 강도 또한 감소함을 확인할 수 있었다.

따라서, 형성된 겔과 인산칼슘화합물 또는 탈회골기질이 분리되지 않으면서 정형화되지 않은 골 결손부에 적용시 겔 형태 변형이 가능한 조성으로서 2번, 5번 및 8번이 적합한 것으로 판단하였다. 상기 결과는 하기 표 4에 정리하였으며, 겔 형성 후 관찰한 외관은 도 2에 나타내었다. 도 2에 기재된 숫자는 각각의 겔을 지칭하는 것으로서, 표 3 및 표 4의 No. 항목에 기재된 것과 동일하다.

상기 결과를 토대로, 본 발명의 골 이식재 조성물은 인산칼슘화합물 또는 탈회골 기질과 겔 형성 분말이 잘 융합되므로 골 손실부에 적용하였을 때 골의 재생이 촉진될 수 있을 것임을 확인할 수 있었고, 겔 형태가 변형될 수 있으므로 결손부에 치밀하게 충진시킬 수 있을 것임을 확인할 수 있었다.

제조된 골 이식재의 최대하중 및 강도 분석

No.	1	2	3	4	5	6	7	8	9
최대하중(N)	5.564	3.324	0.704	4.570	3.424	0.714	4.708	3.636	1.720
겔 강도(MPa)	0.005	0.003	0.001	0.004	0.003	0.001	0.004	0.003	0.001

실험예 2. 골 이식재의 안정성 확인

상기 실시예 1의 결과를 통해 선정된 2번, 5번 및 8번의 골 이식재 조성물이 인체 적용시에 골 이식재의 형태가 유지되는지를 확인하였다.

37℃의 생리식염수에 약 1시간 동안 제조한 골 이식재를 담지하였고, 이후 형태를 관찰하였다.

그 결과, 2번, 5번 및 8번의 모든 조성이 골 이식재의 형태를 유지하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 담지한 생리식염수를 제거한 후 비커를 뒤집었을 때, 2번 및 5번 조성의 골 이식재가 비커에 붙어 떨어지지 않음을 확인할 수 있었다(도 3). 도 3에 기재된 숫자는 각각의 겔을 지칭하는 것으로서, 표 3 및 표 4의 No. 항목에 기재된 것과 동일하다.

상기 결과를 토대로, 본 발명의 골 이식재 조성물은 인체에 적용하여도 혈액에 의해 퍼지지 않고 골 결손부에 잘 적용될 것임을 확인할 수 있었다.

Claims

하기를 포함하는 골 이식재 조성물:
(A) 하이드록시에틸셀룰로오스(Hydroxyethylcellulose), 크로스카르멜로오스나트륨(Croscarmellose Sodium) 및 카복시메틸스타치나트륨(Sodium Carboxy methyl Starch)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 겔 형성 분말;
(B) 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite), 탄산아파타이트(Carbonated apatite), 인산삼칼슘(Tricalcium Phosphate), 인산수소칼슘(Calcium Hydrogen Phosphate), 제1인산칼슘(Monocalcium phosphate), 제2인산칼슘(Dicalcium phosphate), 2수소인산칼슘(Calcium dihydrogen phosphate), 제3인산칼슘(Tricalcium phosphate), 제10인산칼슘(Octacalcium phosphate), 및 피로인산칼슘(Calcium pyrophosphate)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 인산칼슘화합물, 또는 탈회골 기질; 및
(C) BMP-2, BMP-3, BMP-3b, BMP-4, BMP-5, BMP-6, BMP-7, BMP-8, BMP-9, BMP-10, BMP-11, BMP-12, BMP-13, BMP-14, BMP-15, BMP-16, BMP-17, 및 BMP-18으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 골 형성 단백질.
제1항에 있어서,
상기 겔 형성 분말은 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(Hydroxypropyl methylcellulose; HPMC), 젤란검(Gellan Gum), 또는 이의 조합을 추가로 포함하는 것인, 조성물.
제1항에 있어서,
상기 겔 형성 분말은 하이드록시에틸셀룰로오스 85 내지 95 중량부; 크로스카르멜로오스나트륨 1 내지 10 중량부; 및 카복시메틸스타치나트륨 1 내지 10 중량부를 포함하는 것인, 조성물.
제1항에 있어서,
상기 조성물은 겔 형성 분말 25 내지 75 중량부 및 하이드록시 아파타이트 또는 탈회골 기질 25 내지 75 중량부를 포함하는 것인, 조성물.
제1항에 있어서,
상기 골형성 단백질은 정제수 또는 식염수에 용해된 것인, 조성물.
하기 단계를 포함하는 골 이식재 조성물의 제조방법:
하이드록시에틸셀룰로오스 85 내지 95 중량부; 크로스카르멜로오스나트륨 1 내지 10 중량부; 및 카복시메틸스타치나트륨 1 내지 10 중량부를 혼합하여 겔 형성 분말을 제조하는 단계(단계 1);
인산칼슘화합물 또는 탈회골 기질 25 내지 75 중량부, 및 상기 단계 1에서 제조된 겔 형성 분말 25 내지 75 중량부를 혼합하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 혼합된 결과물에 골 형성 단백질 수용액을 혼합하는 단계(단계 3).
제6항에 있어서,
상기 단계 1의 겔 형성 분말은 하이드록시프로필메틸셀룰로오스, 젤란검, 또는 이의 조합을 추가로 혼합하여 제조하는 것인, 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 단계 2의 인산칼슘화합물은 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite), 탄산아파타이트(Carbonated apatite), 인산삼칼슘(Tricalcium Phosphate), 인산수소칼슘(Calcium Hydrogen Phosphate), 제1인산칼슘(Monocalcium phosphate), 제2인산칼슘(Dicalcium phosphate), 2수소인산칼슘(Calcium dihydrogen phosphate), 제3인산칼슘(Tricalcium phosphate), 제10인산칼슘(Octacalcium phosphate), 및 피로인산칼슘(Calcium pyrophosphate)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것인, 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 단계 3의 골형성 단백질은 BMP-2, BMP-3, BMP-3b, BMP-4, BMP-5, BMP-6, BMP-7, BMP-8, BMP-9, BMP-10, BMP-11, BMP-12, BMP-13, BMP-14, BMP-15, BMP-16, BMP-17, 및 BMP-18으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것인, 제조방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 골 이식재 조성물, 및 주입 도구를 포함하는 골 이식용 키트.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항의 제조방법에 의하여 제조된 골 이식재 조성물, 및 주입 도구를 포함하는 골 이식용 키트.
제10항에 있어서,
상기 주입 도구는 주사기, 또는 튜브인 것인, 키트.