KR20170034090A - 퇴행성 추간판 질환 치료를 위한 하이드로겔 - Google Patents

Abstract

본 발명은 높은 함수율과 개선된 물성을 가지는 가수분해폴리아크릴로니트릴 을 포함하는 퇴행성 추간판 질환 치료용 하이드로겔 및 이를 포함하는 주사제형에 관한 것으로, 상기 가수분해폴리아크릴로니트릴은 하기 화학식 1로 표시되는 것을 제공한다.
[화학식1]

상기 화학식 1에서 a,b,c 및 d의 정의는 명세서에 정의된 바와 같다.

Description

퇴행성 추간판 질환 치료를 위한 하이드로겔{HYDROGEL FOR TREATING DEGENERATIVE INTERVERTEBRAL DISC DISEASE}

본 발명은 퇴행성 추간판 질환 치료를 위한 하이드로겔에 관한 것으로 보다 상세하게는 가수분해 폴리아크릴로니트릴(HPAN)을 함유하는 하이드로겔, 이를 포함하는 주사제형에 관한 것이다.

추간판 (intervertebral disc, IVD)은 척추골간의 압축, 비틀림, 및 굽힘 등을 전달하거나 감쇠시키는 일종의 복합재료이며, 수핵 (nucleus pulposus), 섬유륜 (annulus fibrosus), 및 종판 (end-plate) 등의 세 가지 성분들로 구성되어 있다. 섬유아세포 (fibroblast)가 주요한 세포 집단을 이루고 있는 가장 바깥쪽의 섬유륜은 수핵을 감싸고 있는 성분으로 제1형 콜라겐이 다량 분포하여 비틀림과 같은 기계적 물성을 담당하고 있고, 종판은 위 두 성분을 아래위로 덮으면서 척추체와 연결하는 역할을 하고 있다.

수핵은 압축력이나 굽힘력 등의 외력에 저항하며 수분을 풍부히 함유하고 있는 하이드로겔과 같은 물질로서 70-90%가 수분으로 이루어져 있고, 건조중량의 40-65%는 프로테오글라이칸, 10-20%는 콜라겐과 같은 세포외기질 (extracellular matrix)로 이루어져있다.

일반적으로 수핵은 노쇠해짐에 따라 함수율이 저하되어 점점 딱딱해지는데 특히 이곳으로는 혈액의 공급이 이루지지 않기 때문에 조직이 손상되어도 스스로 재생되기가 어려운 조직이다.

어떠한 원인에서든 섬유륜으로부터 수핵이 빠져나올 수 있는데 이를 수핵 탈출 (herniation)이라 하며, 빠져나온 수핵은 수분을 상실하여 딱딱해지고 신경을 자극하여 요추통증을 유발하는 퇴행화 (degeneration)가 일어나게 된다.

현재 추간판 대체용 인공 디스크를 설계, 제작, 및 시험하기 위한 연구는 30년이 넘도록 진행되어왔으며, 드물게 몇몇의 제품에 있어 사람에게 이식되었으나 아직까지 효율성 측면에서 척추골유합술과 비슷하다.

추간판 대체용 인공 디스크는 압축이나 비틀림, 굽힘 등의 충격을 충분히 흡수할 수 있어야 하는데 금속 위주의 인공 디스크들은 그 특성상 추간판의 움직임을 모방할 뿐, 충격 흡수나 완화작용에 있어서 부족함이 많다고 볼 수 있다. 수핵은 기계적 물성뿐만 아니라 생리학적 물성을 재연하는 것을 수행하고 있으나, 영양물을 공급하고 대사물을 제거하는 등 하중이 가해지는 동안에 디스크 공간을 통한 체액의 흐름이 중요하다. 즉, 함수율이 전혀 없는 실리콘이나 폴리우레탄과 같은 탄성체로 수핵을 대체하기에는 디스크 내로의 영양공급이 감소할 수밖에 없음. 따라서 이러한 현상이 지속되면 물성이 저하된다.

고분자는 특유의 점탄성으로 인해 금속 보형물의 단점을 극복할 수 있는 매력적인 소재라 할 수 있는데 그중에서 하이드로겔은 원래의 천연상태와 유사하게 하중상태에서 수분을 흡수 또는 방출하며 이때의 기계적 물성 또한 적당하기 때문에 천연 수핵과 가장 유사한 성질을 갖는 보형물이다.

최근에는 하이드로겔을 섬유륜의 중심 위치에 삽입하여 척추 간판의 수핵(nucleus pulposus)을 보충하는 기법이 도입되고 있으나, 국내에서는 아직 제조되지 못하고 수입에의존하고 있는 실정으로 국내시장의 수요를 창출 및 국제적인 경쟁력을 갖춘 국산화 연구개발이 필요한 실정이다.

관련해서 미국 등록특허 US/08118874호(2012.02.21 등록; 이하 '특허문

헌1'이라 약칭함)에는 하이드로겔을 이용한 수핵의 치환 또는 보충(원제 :

Replacement or supplementation of a nucleus pulposus using a hydrogel)에 관한 기술이 공지되어 있다. 그럼에도 간편하게 주사로 시술 가능하며 최소한의 상처만을 남기고 디스크 기능을 복원할 수 있는 효과적인 조직수복용 이식재료에 대한 연구는 여전히 필요한 실정이다.

US/08118874호(2012.02.21 등록) KR1196784호 (2012.10.26 등록)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 퇴행성 추간판 질환 치료용 하이드로겔을 제공함에 있다.

또한 본 발명이 해결하고자 하는 다른 하나의 과제는 본 발명의 하이드로겔을 포함하는 주사제형을 제공함에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 하기 화학식 1의 가수분해폴리아크릴로니트릴(hydrogenated polyacrylonitrile)을 포함하는 퇴행성 추간판 질환 치료용 하이드로겔을 제공한다.

상기 가수분해폴리아크릴로니트릴은 폴리아크릴로니트릴 및 쇼듐하이드록사이드를 용매의 존재 하에서 가수분해 반응시켜 얻어질 수 있다.

상기 폴리아크릴로니트릴 및 소듐하이드록사이드는 0.03 내지 0.15의 몰비(n(NAOH)/n(PAN))로 반응될 수 있다.

상기 용매는 쇼듐티오시아네이트 일 수 있고 50℃ 내지 80℃에서 반응될 수 있다.

상기 폴리아크릴로니트릴은 단량체인 아크릴로니트릴의 현탁중합에 의해 합성될 수 있다.

상기 폴라아크릴로니트릴의 평균분자량은 300,000g/mol 내지 400,000g/mol일 수 있다.

상기 가수분해 반응은 하기의 단계를 포함하여 수행될 수 있다.

(A) 용매와 폴리아크릴로니트릴(PAN)화합물을 반응조에 혼입하는 단계;

(B) 상기 혼입된 반응물을 질소 퍼지(purge)하에 60도 내지 80도의 온도에서 교반하는 단계;

(C) 상기 교반물을 상온에 방치하여 30도 이하로 냉각하는 단계;

(D) 상기 단계(C)에 용매에 용해된 소듐하이드록사이드(NaOH)를 주입하는 단계; 및

(E) 상기 단계(D)의 생성물을 교반하는 단계.

상기 단계(E)는 20 내지 60rpm의 교반 속도로, 상온에서 2시간 내지 3시간 교반 후, 40℃ 내지 60℃의 온도로 30 내지 60시간 반응을 시킨 후, 60℃ 내지 80℃의 온도에서 3 내지 6시간 교반하여 수행될 수 있다.

또한 본 발명은 본 발명에 따른 하이드로겔을 포함하는 주사제형을 제공하고, 이때 상기 하이드로겔은 스틱형태 또는 비드형태로 주사기 내 인입될 수 있다.

본 발명에 따른 하이드로겔 및 이를 포함한 주사제형은 우수한 함수성 및 물성을 가지고 있어 척추 추간판 퇴행성 질환의 치료에 디스크 충진용 조성물로서 유용하게 활용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른 본 발명의 가수분해된 폴리아크릴로니트릴(HPAN)을 제조하는 공정을 개략적으로 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예들의 온도에 따른 점도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예들의 생분해평가에 따른 시간별 pH의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예들의 생분해평가에 따른 시간별 무게변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예들의 소형동물이식에 따른 팽윤외관성상 평가를 나타낸 그래프 이다.
상기 도 5에 있어서 Group A 내지 D는 다음과 같다.
Group A: 건조시료
GroupB: in vitro 팽윤 임플란트
GroupC: invivo 2주 이식 임플란트
GroupD in vivo 4주 이식 임플란트
도 6은 본 발명 실시예들의 탄성율 평가에 따른 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예들의 스틱타입 SEM 결과이다.
도 8은 본 발명 실시예들의 비드타입 SEM결과이다.

이하, 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 발명은 하기 화학식 1의 가수분해 폴리아크릴로니트릴(hydrogenated polyacrylonitrile)을 포함하는 퇴행성 추간판 질환 치료용 하이드로겔을 제공한다.

상기 화학식 1에 있어서, 상기 a 내지 d는 각 단량체의 가수분해된 폴리아크릴로니트릴(-CN) 내 치환된 기능기의 몰비를 나타내기 위한 것으로 상기 화학식 1이 블록 공중합체를 의미하는 것은 아니다.

바람직한 실시 예로서, 상기 a는 50 내지 85 몰%, 바람직하게는 50 내지 75 몰%, 더욱 바람직하게는 55 내지 60 몰%이다. 상기 b는 6 내지 25 몰%, 바람직하게는 15 내지 25 몰%, 더욱 바람직하게는 20 내지 25 몰%이다. 상기 c는 5 내지 20몰%, 바람직하게는 10 내지 20 몰%, 더욱 바람직하게는 15 내지 20 몰%이다. 상기d는 0.5 내지 4 몰%, 바람직하게는 2 내지 4 몰%일 수 있다.

바람직한 실시예로 상기 가수분해 폴리아크릴로니트릴은 폴리아크릴로니트릴 및 염기를 용매의 존재하에서 반응시켜 얻어질 수 있다.

이때 염기는 소듐하이드록사이드(NaOH), 포타슘하이드록사이드(KOH), 암모늄하이드록사이드(ammonium hydroxide) 또는 칼슘하이드록사이드(calcium hydroxide)일 수 있고, 바람직하게는 소듐하이드록사이드 이다.

일 실시예로, 본 발명에 따른 하이드로겔은 하기 반응식 1과 같이 폴리아크릴로니트릴 및 소듐하이드록사이드를 용매 하에서 가수분해 반응시켜 얻을 수 있다.

[반응식 1]

상기 반응식 1에서 a,b,c,d는 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같다.

본 발명에 따른 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile, PAN)은 하기 화학식 2의 구조를 가지는 고분자이다.

[화학식2]

바람직한 실시예로서 상기 폴리아크릴로니트릴 고분자의 평균 분자량은 300,000g/mol 내지 400,000g/mol이고 바람직하게는 334,000g/mol 이며, 다분산도도 값은 4.5 내지 5.65 일 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 폴리아크릴로니트릴은 구입하거나, 단량체인 아크로니트릴(acronitrile)을 라디칼 중합을 통하여 중합체로 제조될 수 있다. 이때 상기 중합은 용액중합이거나 현탁 중합일 수 있고, 바람직하게는 현탁 중합일 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.

일 실시예로서 상기 폴리아크릴로니트릴은 하기의 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.

(a)아크릴로니트릴 단량체를 정제하는 단계

(b)정제된 단량체에 증류수를 투입하고 20도씨에서 60도씨, 바람직하게는 40도씨의 항온조에서 교반하여 교반물을 생성하는 단계

(c)상기 교반물에 포타슘퍼설페이트(potassium persulfate) 투입하는 단계

(d)상기 단계 (c)에 소듐바이설파이트(sodium bisulfite)를 투입하는 단계 및

(e)상기 단계(d)가 현탁되면 중합하여 침전물을 생성시키는 단계

(f)상기 침전물을 여과 및 세척하는 단계

일 실시예로서, 상기 단계(c)의 포타슘퍼설페이트는 용매, 바람직하게는 증류수에 녹인 후 투입될 수 있고, 상기 단계(d)의 소듐바이설파이트도 용매, 바람직하게는 증류수에 녹인 후 투입될 수 있다.

상기와 같이 현탁 중합에 의해 폴리아크릴로니트릴 고분자를 합성할 경우 용매를 물로 사용하기 때문에 가격이 저렴하고 대량생산이 가능하며 쉽게 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 상기 소듐하이드록사이드는 NaOH의 분자구조를 가지는 화합물로서, 본 발명에 따른 폴리아크릴로니트릴의 -CN 작용기의 가수분해를 유도한다. 이때 상기 폴리아크릴로니트릴과 소듐하이드록사이드의 반응 몰 비에 따라 가 -CN 작용기가 카르복실릭산(-COOH) 및 다양한 양이온성 작용기로 가수분해 되는데, 상기 두 물질의 몰비율(n(NAOH)/n(PAN))은 0.03 내지 0.15일 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.06 내지 0.15, 가장 바람직하게는 0.1 내지 0.15일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 상기 용매는 쇼듐티오시아네이트(Sodium Thiocyanate, NaSCN)일 수 있으며, 바람직하게는 50 내지 60 wt%, 더욱 바람직하게는 55wt% 용액일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

또한 상기 가수분해 반응은 50℃ 내지 80℃, 바람직하게는 70℃의 온도에서 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명자는 발명에 따른 상기 하이드로겔이 높은 함수율을 가지고, 생체 내에서도 생체외와 동등한 정도의 함수율을 가짐을 확인하였다. 또한 본 발명에 따른 하이드로겔은 pH변화 등에 강하며 열적 특성이 우수하며, 압축 탄성률이 자연상태의 수핵과 비슷하여 인간의 수핵의 대체제로서 유용하게 활용될 수 있음을 확인하였다. 이에 추간판 내 수핵을 보충하거나 혹은 대체하는 최소의 침습형 치료에 사용될 수 있어 퇴행성 추간판 질환과 같은 퇴행성 척추 질환의 치료에 유용하게 활용될 수 있다.

또한 본 발명에서는 상기 하이드로겔이 포함된 주사제형을 제공한다. 이 때 상기 하이드로겔은 스틱타입으로 주사기 내에 인입 되거나 또는 비드 타입으로 주사기 내에 인입될 수 있다. (도 7, 도 8). 바람직한 일 실시예로 본 발명의 상기 주사제형은 퇴행성 척추질환의 침습형 치료에 활용될 수 있다.

본 발명에 따른 상기 비드타입으로 구현된 주사제형은 이식부위에 이식 시 비표면적이 크기 때문에 단위 중량당 이식공간과 접촉 면적이 많아지는 장점이 있다. 구체적으로 상기 비드타입의 주사제형은 주사기에서 배출이 쉽고 이식 후 이식부위에 접촉되면서 손상을 최소화 할 수 있다.

본 발명은 또 다른 실시예로서 하기 단계를 포함하는 상기 화학식 1의 하이드로겔의 제조방법을 제공한다.

(A) 용매와 폴리아크릴로니트릴(PAN)화합물이 반응조에 혼입되는 단계

(B) 상기 혼입된 반응물을 질소 퍼지(purge)하에 60도 내지 80도, 바람직하게는 70도의 온도에서 교반하는 단계

(C) 상기 교반물을 상온에 방치하여 30도 이하로 냉각하는 단계

(D) 상기 단계(C)에 용매에 용해된 소듐하이드록사이드(NaOH)를 주입하는 단계; 및

(E) 상기 단계(D)의 생성물을 교반하는 단계

이때, 상기 용매는 쇼듐티오시아네이트(Sodium Thiocyanate, NaSCN)일 수 있고, 바람직하게는 50 내지 60 wt%, 더욱 바람직하게는 55wt% 쇼듐티오시아네이트 용액일 수 있다.

또한 상기 단계 (E)는 상온에서 20rpm 내지 60rpm, 바람직하게는 40rpm으로, 2 내지 3시간, 바람직하게는 1시간 교반 후; 40℃ 내지 60℃도, 바람직하게는 50℃의 온도로 30 내지 60시간, 바람직하게는 45시간 반응 후 60℃ 내지 80℃, 바람직하게는 70℃의 온도에서 3시간 내지 6시간, 바람직하게는 4시간 교반하여 수행될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예 및 실험예를 통해 보다 상세히 설명한다.

< 실시예 1> 가수분해 폴리아크릴로니트릴 ( HPAN )의 제조

5구 반응조 lid에 2way 어댑터 2개, 유리구멍마개 2개, 임펠러를 연결한 실리콘 교반씰 1개를 연결하였고, Oil Bath 온도를 70 ℃로 미리 설정하였다. 1L 반응조에 폴리아크릴로니트릴(H-PAN-Pulver HOMO, Dolan GmbH, Germany) 분말 220g 및 55% NaSCN 용액 589.11g 을 1L 반응조에 첨가하였다. Lid를 덮고 임펠러를 교반기에 연결하고, 질소를 purge 하고 70℃에서 40 rpm의 속도로 교반하였다. 처음 5분은 정방향으로 돌리고 다시 역방향으로 조절하여 22시간 교반시켰다. 그 후 Oil bath로부터 반응기를 꺼내고 약 3시간의 상온에 방치 후 반응물의 온도가 30℃ 이하로 떨어졌는지 온도계를 통하여 확인하였다. 55% NaSCN 용액 88g에 22g의 NaOH(Sodium Hydroxide, Sigma, USA)를 넣고 교반하여 완전히 용해시켰다. 50 ml 실린지를 이용하여 55% NaSCN에 용해된 NaOH 용액을 주입한 후 상온에서 40 rpm으로 1시간 교반하였다. 70 ℃의 oil bath에 비커 반응조를 내리고 내부온도가 50 ℃로 낮아지면 46시간 동안 반응을 진행하였다. 46시간 반응 후 70℃, 40 rpm의 속도로 4시간 교반시켰다.

그 결과 갈색 액상인 HPAN을 얻었다. 그 수율은 90%이다. 상기 수득물의 NMR 값을 확인하여, 목적하는 화합물이 수득되었음을 확인하였다. [13C NMR (D2O), 500MHz : d-28.39, 28.80. 29.20, 33.71, 36.69, 43.53, 46.20, 121.85, 134.21, 173.44, 181.17, 183.51, 184.21, 185.26]

< 실시예 2>

폴리아크릴로니트릴, NaSCN 및 NaOH의 용량을 하기 표 1과 같이 사용한 점 이외에 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 HPAN 중합체를 제조하였다.

그 결과 적갈색 액상인 HPAN을 얻었다. 그 수율은 90%이다. 상기 수득물의 NMR 값을 확인하여, 목적하는 화합물이 수득되었음을 확인하였다. [13C NMR (D2O), 500MHz : d-29.27, 29.69, 31.25, 31.61, 33.06, 33.52, 36.46, 39.37, 46.39, 48.49, 124.51, 136.83, 175.81, 180.45, 183.26, 187.82]

< 실시예3 >

폴리아크릴로니트릴, NsSCN 및 NAOH의 용량을 하기 표 1과 같이 사용한 점 이외에 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 HPAN중합체를 제조하였다.

그 결과 적갈색 액상인 HPAN을 얻었다. 그 수율은 90%이다. 상기 수득물의 NMR 값을 확인하여, 목적하는 화합물이 수득되었음을 확인하였다. [13C NMR (D2O), 500MHz : d-29.25, 29.62, 31.10, 31.21, 31.56, 33.56, 36.30, 36.45, 38.95, 45.39, 45.79, 48.44, 124.31, 136.75, 175.77, 180.45, 183.72, 187.54]

	PAN	NaSCN	NaOH	n(NaOH)/n(PAN)
실시예1	220g	589.11g	22g	0.1325
실시예2	220g	600.11g	11g	0.0663
실시예3	220g	605.61g	5.5g	0.0331

또한, 상기 측정된 NMR을 통해 확인 한 PAN 작용기의 치환율을 하기 표 2에 기재하였다.

작용기	-CN (120ppm)	-COOH(185ppm)	-CONH2(180ppm)	-CNHNH2(172ppm)
실시예1	56.56%	21.61%	18.27%	3.56%
실시예2	72.41%	12.46%	13.25%	1.88%
실시예3	84.67%	6.18%	8.38%	0.76%

< 실험예1 > 하이드로겔의 함수율 특성 평가.

5L의 비커에 증류수 2 L를 넣고, 폴리카보네이트 (Polycarbonate, PC) 몰드 위에 cleantower를 올리고 상기 실시예 1 내지 3을 실린지를 사용하여 7 ml 넣고 다시 Clean tower와 PC 몰드를 올리고 고정나사로 고정하였다. 샘플을 함유한 PC 몰드를 증류수에 넣고 상온에서 100rpm으로 24시간 교반 후 몰드 분리 및 샘플을 꺼내어 200 ml 비커에 넣고 150 ml의 0.9% 생리식염수에서 100 rpm의 속도로 24시간 교반하였다. 24시간 후, 샘플을 꺼내어 무게를 측정하였다. 70 ℃, 1 bar의 vacuum dry oven에서 24시간동안 건조하고 무게를 측정하고, 0.9% 생리식염수를 사용하여 24시간동안 재팽윤시켜 무게를 측정하였다. 합성된 고분자의 함수율 계산하는 방법은 아래와 같다.

함수율(Water Content): WC (%) = [(Wet weight - Dry weight)/Wet weight ] × 100

결과를 하기 표 3에 기재하였다.

	실시예1	실시예2	실시예3
1차 팽윤	89.66%	75.60%	53.40%
2차 팽윤	89.27%	74.95%	52.91%

상기 표 3에 기재된 바와 같이 제조 시의 NaOH의 함량에 따라 서로 다른 함수율을 가짐을 확인할 수 있고, 특히 NaOH의 함량이 많을수록 더 높은 함수율을 가짐을 확인할 수 있다.

< 실험예 2> 시차주사열량계 분석 및 점도 분석

시차주사열량법

고분자의 열적 특성을 관찰하기 위해 시차 주사 열량계(TAIntrument DSC 3100, Dupont, USA)를 이용하여 시료 4-6 mg을 10°C/min의 승온 속도로 0~ 300°C의 범위에서 측정하였고, 측정결과를 하기 표 4에 기재하였다.

	실시예1	실시예2	실시예3
유리전이온도(Tg)	81.79℃	83.74℃	82.38℃
용융온도(Tm)	135.81℃	126.98℃	115.86℃

상기 표 4에 기재된 바와 같이 실시예 1 내지 3의 유리전이온도(Tg)는 큰 차이를 보이지 않았으나 용융온도의 경우 실시예 1이 높음을 확인할 수 있다.

점도분석

고분자의 온도에 따른 점도 변화는 Brookfield 전도계를 이용하여 26℃부터 70℃까지 2℃의 증가로 0.1rpm 의 스핀들로 측정하였고, 측정결과는 도 2에 기재하였다.

도 2에 기재된 바와 같이 상온 20℃에서 70℃까지 실시예 1 내지 3의 점도는 각각 456250cP, 425000cP, 287500cP의 점도를 가지다가 온도가 올라갈수록 흐름성을 나타내기에 점도가 점점 감소하는 것을 확인할 수 있다.

< 실험예 3> In vitro 생분해능 평가

각 성분 조성에 따른 하이드로겔의 분해 특성평가는 ISO 10993 Biological evaluation of medical devices Part 13: Identification and quantification of degradation products from polymeric medical devices에서 제시되고 있는 고분자 소재 의료기기에서 나온 분해산물의 확인 및 정량화 방법, ASTM, 국내외 약전 등을 참조하여 평가하였다.

실시예 1 내지 3을 몰드에 넣고 물에서 24시간 coagulation 하고 0.9% 생리식염수에서 24시간 washing 하여 직경이 4 cm, 두께가 5 mm인 구형의 샘플을 제조하였다. 제조된 샘플은 Uni-Core-7.00 펀치를 이용하여 7mm 직경의 샘플을 각각 5개씩 잘라내었다. 각 샘플의 초기무게를 측정하고 pH 7.4인 인산완충식염수 (Phosphate Buffered Saline, PBS, 70011-044, 500 ml, GIBCO, USA)에 각각 넣고 37℃, 100 rpm에서 실험을 진행하였다. 완충 용액에서의 무게 및 pH를 측정하여 12주 동안의 시간에 따른 분해특성을 확인하였고, 결과는 도3 내지 도4에 기재하였다.

도3 및 도4에 기재된 바와 같이 37℃, 100rpm의 조건에서 PBS용액에 담지된 각 시료의 in vitro degradation 실험을 진행한 결과 12주 까지 실시예 1 내지 3 모두 무게변화의 유의적인 차이가 없음을 확인할 수 있다.

시간별로 pH의 변화를 확인했을 때, 대조군으로 사용한 PBS 용액과 유사한 경향으로 pH가 미비하게 감소하였으나, 결과적으로 중성 pH 범위로서 유의적인 차이가 없음을 확인할 수 있다.

< 실험예 4> 소형동물 이식 후 팽윤 외관성상 평가

실시예 1 내지 3 건조시료를 면역결핍동물 모델인 누드마우스 등피하에 이식하여 이식체의 성상형태 변화등을 확인하였다. 실험은 6마리의 생후 4주 된 자성의 athymic BALB.c nude(nu/nu)mice를 이용하였다. 항온항습기 사육장 내에서 일주일 동안 적응시켰고, 그 후 임의로 각 군을 나누어 실험에 이용하였다. 졸레틸 및 럼픈을 사용하여 누드마우스를 전신마취한 후 누드마우스 등피 하 중간 부위를 절개하여 양측에 각각 실시예 1 내지 3의 시료를 이식시켰하였다. 그 후 2-0 봉합사 (W9121, 에치콘, USA)를 사용하여 절개된 피부를 봉합하였다. 그 후 포비돈요오드(그린제약, 한국)을 사용하여 소독하였다.

이식 2, 4주간 이식 후 회수하여 외관성상 변화를 도 5에 기재하였다.

도 5에서 기재된 바와 같이 이식된 시료는 초기건조시료 대비 팽윤되었음을 확인할 수 있다. 즉, 생리식염수에서 팽윤된 정도와 유사하였다. 또한 in vivo 조건으로 이식된 실시예 1 내지 3의 시료 모두 in vitro조건에서 팽윤된 정도와 유사함을 확인할 수 있었다.

< 실험예5> 탄성율 평가

본 발명에 따른 실시예 1 내지 3을 Rheometer (DHR-1, Ta Instrument, USA)를 사용하여 상온에서 분당 2℃씩 온도를 올리면서 측정하였고, 그 결과는 도6에 기재하였다.

도6에 기재된 바와 같이 탄성율 측정 결과 NaOH 투입용량에 따른 가수분해 정도에 따라 탄성율의 차이가 있음을 확인하였다. 37℃ 이상부터 탄성율이 급격히 증가하여 실시예1의 경우 50도씨에서 25,928pa, 실시예 2의 경우 45℃에서 27,919pa, 실시예 3의 경우 46℃에서 41,765pa의 최대 탄성율 결과 값을 보여주었다. 특히 가수분해가 많이 될수록 탄성율이 낮아짐을 확인할 수 있었다.

< 제조예 > HPAN 마이크로 비드의 제조

실시예 1 내지 실시예 3, 5ml을 10ml 주사기에 충진하고, Mineral oil(Sigma aldrich, Heavy) 100ml을 250ml 비이커에 넣고 교반하였다. 주사기에 충진된 HPAN Solution 5ml을 Mineral oil이 있는 비이커에 천천히 떨어뜨린 후 HPAN 입자가 Mineral oil에서 잘 분산될 수 있도록 30분간 교반 하였다. 70% EtOH 200ml을 HPAN 입자가 생성된 Mineral oil에 부어 30분간 Coagualtion시켰다. 그 후 300~500 um의 마이크로시브로 HPAN Microbead를 70% EtOH과 Mineral oil 용액으로부터 분리하였다. Acetone으로 HPAN Microbead를 5회 세척하여 Mineral oil을 완전히 제거하였다. 세척한 HPAN Microbead는 다시 DW에서 24시간 동안 Coagualtion을 진행하고 동결 건조하였다.

상기 방법에 의해 제조된 비드의 SEM결과를 도 8에 기재하였다.

Claims (12)

1. 하기 화학식 1의 가수분해폴리아크릴로니트릴(hydrogenated polyacrylonitrile)을 포함하는 퇴행성 추간판 질환 치료용 하이드로겔
   [화학식1]
   

   

   
   상기 a는 50 내지 85몰%, b는 6 내지 25몰%, c는 5 내지 20몰%, d는 0.5 내지 4 몰% 이다.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가수분해폴리아크릴로니트릴은 폴리아크릴로니트릴 및 쇼듐하이드록사이드를 용매의 존재하에서 가수분해 반응시켜 얻어지는 하이드로겔.
3. 제2항에 있어서,
   상기 폴리아크릴로니트릴 및 소듐하이드록사이드는 0.03 내지 0.15의 몰비(n(NAOH)/n(PAN))로 반응되는 하이드로겔.
4. 제2항에 있어서,
   상기 폴리아크릴로니트릴 및 소듐하이드록사이드는 쇼듐티오시아네이트(NaSCN)용매 하에서 50℃ 내지 80℃에서 반응되는 하이드로겔.
5. 제2항에 있어서, 상기 폴리아크릴로니트릴은 단량체인 아크릴로니트릴의 현탁중합에의해 합성되는 하이드로겔.
6. 제2항에 있어서, 상기 폴라아크릴로니트릴의 평균분자량은 300,000g/mol 내지 400,000g/mol인 하이드로겔.
7. 제2항에 있어서,
   상기 가수분해 반응은 하기의 단계를 포함하는
   (A) 용매와 폴리아크릴로니트릴(PAN)화합물을 반응조에 혼입하는 단계;
   (B) 상기 혼입된 반응물을 질소 퍼지(purge)하에 60도 내지 80도의 온도에서 교반하는 단계;
   (C) 상기 교반물을 상온에 방치하여 30도 이하로 냉각하는 단계;
   (D) 상기 단계(C)에 용매에 용해된 소듐하이드록사이드(NaOH)를 주입하는 단계; 및
   (E) 상기 단계(D)의 생성물을 교반하는 단계.
8. 제2항에 있어서, 상기 단계(E)는 20 내지 60rpm의 교반 속도로, 상온에서 2시간 내지 3시간 교반 후, 40℃ 내지 60℃의 온도로 30 내지 60시간 반응을 시킨 후, 60℃ 내지 80℃의 온도에서 3 내지 6시간 교반하여 수행되는 하이드로겔.
9. 제7항에 있어서, 상기 용매는 소듐티오시아네이트(Sodium Thiocyanate)인 하이드로겔.
10. 제7항에 있어서, 상기 용매는 50 내지 60 wt% 쇼듐티오시아네이트인 하이드로겔.
11. 제 1항의 하이드로겔을 포함하는 주사제형.
12. 제 12항에 있어서, 상기 하이드로겔은 스틱형태 또는 비드형태로 인입되는 주사제형.
    

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