KR20170075238A - 멸치어골분을 이용한 골이식재 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 멸치어골분을 이용한 골이식재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 인산칼슘(calcium phosphate)계 다공체에 생분해성 폴리머를 함유하는 코팅층을 포함하는 멸치어골분을 이용한 골이식재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
특히, 멸치젓에서 액젓을 추출하고 남은 버려지거나 여러 공정을 거쳐 사료로 이용되는 젓갈 찌꺼기를 사용하여 이를 몇 단계의 처리 공정을 거쳐 칼슘 성분이 농축된 분말로 추출하고 이를 토대로 기존의 재료보다 강성이 우수한 골이식재를 제조하는데 특징이 있다.

Description

멸치어골분을 이용한 골이식재 및 이의 제조방법{Bone graft substitute using calcium powder from pickled anchovies and method for preparing thereof}

본 발명은 멸치어골분을 이용한 골이식재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 인산칼슘(calcium phosphate)계 다공체에 생분해성 폴리머를 함유하는 코팅층을 포함하는 멸치어골분을 이용한 골이식재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

특히, 멸치젓에서 액젓을 추출하고 남은 버려지거나 여러 공정을 거쳐 사료로 이용되는 젓갈 찌꺼기를 사용하여 이를 몇 단계의 처리 공정을 거쳐 칼슘 성분이 농축된 분말로 추출하고 이를 토대로 기존의 재료보다 강성이 우수한 골이식재를 제조하는데 특징이 있다.

뼈는 인체를 지탱하며 동작을 수행하는 기계적 기능 이외에도 체내의 칼슘 이온 농도를 조절하는데 칼슘의 저장고 역할을 하며 골수에서 인체에 필요한 적혈구 및 백혈구를 생산하는 중요한 생리적 기능도 보유하고 있다.

뼈는 노화 및 다른 생리적인 이유로 손상되거나 여러 가지 사고로 손상될 수 있다. 생리적 손상의 대표적인 예로는 골다공증(osteoporosis) 및 관절염으로 인한 손상(osteoarthritis, osteoarthrosis) 등이 있으며, 뼈에 혈액공급이 중단되어 발생하는 무혈성 괴사증도 있다.

현재 뼈의 손상은 주로 기계적 물리적인 방법으로 치료한다. 사고, 질병, 전염 등으로 야기된 구강외과 또는 정형 외과적 수술에 있어서 뼈 손실에 대한 뼈의 재생 및 치료는 가장 중요한 목표이다. 이를 위한 하나의 방편으로 뼈를 이식하는 방법을 들 수 있다. 뼈의 이식은 타인이나 동물의 뼈를 이식하는 방법, 환자 자신의 조직을 이식하는 방법 등이 있으나, 타인의 조직을 이식할 경우 면역학적 거부반응이 발생되거나, 손상부위가 클 경우 환자 몸에서 사용할 수 있는 재료가 충분하지 않다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해, 골이식재에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

골이식재(Bone graft substitute, BGS)란 여러가지 치과질환 또는 외상, 질병에 의한 퇴화 또는 기타 조직의 손실로 인하여 뼈조직의 결손부가 생긴 경우, 이를 대체하여 뼈조직 내의 공간을 충진시키고 신생골의 형성을 촉진시키기 위하여 사용하는 이식재를 말한다. 대표적인 골이식재로 인산칼슘(calcium phosphate, CaP) 성분으로 구성된 생체재료를 들 수 있으며, 이러한 인산칼슘 성분의 생체재료 중 tricalcium phosphate (Ca3(PO4)2, TCP)와 hydroxyapatite (Ca10(PO4)6(OH)2, HAp)는 물성이나 생체친화성에 있어서 천연의 뼈나 치아 조직과 유사한 화학적 성분을 가지는 것으로 알려져 있어, 생체 재료로서 매우 유용하게 사용되고 있다. TCP와 HAp는 화학적 방법을 통해 인공적으로 합성할 수 있으며, 또한 최근 연구에서는 달걀껍질, 산호와 같은 천연 물질에서 생체적합적 HAp, 또는 TCP를 제조할 수 있음이 보고되었다.

이상적인 골이식재의 조건은 혈관이 쉽게 자라서 혈행공급이 좋아져야 하며, 골세포들도 쉽게 증식할 수 있도록 3차원적으로 연결되어 있어야 한다. 혈행 공급과 골세포의 침윤을 위해서는 200-400um 크기의 정도의 기공크기가 적당한 것으로 알려져 있다.

한편, 이러한 골이식재 중에서 비용적인 부담 없이 보다 효과적인 성능을 향상키실 수 있는 다양한 대채 재료에 대한 연구들이 많이 진행되고 있는 실정이다.

한국공개특허 10-2015-0029235

본 발명의 목적은, 인산칼슘(calcium phosphate)계 다공체에 생분해성 폴리머를 함유하는 코팅층을 포함하는 멸치어골분을 이용한 골이식재 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

특히, 멸치어골분을 사용함으로써, 1) 염증 반응 없이 융합 가능하며, 2) 공정 단계 축소에 의한 조작이 편이하며, 3) 낮은 단백질 함량으로 생체적 합성이 우수하며, 4) 멸치 부산물을 활용함으로써 가격이 안정성이 있는 골이식재 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 골이식재는, 인산칼슘(calcium phosphate)계 다공체, 및 다공체의 표면에 폴리머를 함유하는 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 코팅층에 함유되는 폴리머는 폴리카프로락톤, 폴리락틱산(PLA), 폴리글리콜릭산(PGA), 폴리포스파젠, 폴리언하이드라이드, 폴리(폴리프로필렌 푸마레이트), 폴리-디옥사논, 폴리(락틱-코-글리콜릭산), 콜라겐, 키토산, 젤라틴, 피브린, 피브리노겐, 키틴, 히알루론산, 알지네이트, 덱스트란, 이들 고분자들의 공중합체, 및 이들의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 폴리머일 수 있다.

바람직하게는, 상기 코팅층은 상기 폴리머를 2 내지 9 중량%로 함유할 수 있다.

바람직하게는, 상기 인산칼슘계 다공체는 멸치어골분으로부터 유래될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 골이식재의 제조방법은, 인산칼슘계 다공체에 폴리머를 함유하는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 코팅층을 형성하는 단계는 상기 인산칼슘계 다공체를 진공상태에서 폴리머가 용해된 용액에 침지 처리하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 코팅층에 함유되는 폴리머는 폴리카프로락톤, 폴리락틱산(PLA), 폴리글리콜릭산(PGA), 폴리포스파젠, 폴리언하이드라이드, 폴리(폴리프로필렌 푸마레이트), 폴리-디옥사논, 폴리(락틱-코-글리콜릭산), 콜라겐, 키토산, 젤라틴, 피브린, 피브리노겐, 키틴, 히알루론산, 알지네이트, 덱스트란, 이들 고분자들의 공중합체, 및 이들의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 폴리머일 수 있다.

바람직하게는, 상기 인산칼슘계 다공체는 멸치어골분으로부터 유래될 수 있다. 여기서, 멸치어골분으로부터 유래되는 인산칼슘계 다공체는, 1~3년간 발효 및 숙성된 멸치젓을 액젓과 찌꺼기로 분리되도록 추출하는 분리추출단계와, 상기 찌꺼기와 70~80℃의 온수를 5:5의 중량비로 교반기에 투입하여 교반하는 교반단계와, 교반된 찌꺼기와 온수 혼합물을 원심분리기(1)에 투입하여 원심분리 후 멸치의 뼈가 주성분인 고형물과 교반 시에 멸치의 껍질, 살, 유분이 용해된 용해수를 분리되도록 추출하는 원심분리단계와, 원심분리된 고형물을 150~200℃의 온도 범위 내에서 15분 동안 스팀으로 가온하여 살균 및 소독하는 스팀살균단계와, 스팀으로 살균된 고형물에 함습된 수분을 제거하는 건조단계와, 건조된 고형물을 미세분말로 분쇄하는 분쇄단계를 거쳐 고농축의 칼슘분말을 추출하는 단계로부터 제조될 수 있다.

본 발명에 따르면, 멸치어골분을 사용함으로써, 1) 염증 반응 없이 융합 가능하며, 2) 공정 단계 축소에 의한 조작이 편이하며, 3) 낮은 단백질 함량으로 생체적 합성이 우수하며, 4) 멸치 부산물을 활용함으로써 가격이 안정성이 있다는 효과가 발생한다.

특히, 천연식품인 멸치젓에서 액젓을 추출하고 남은 무용자원인 찌꺼기를 온수와 교반하여 고형물과 용해수를 원심분리시키고, 상기 고형물을 스팀살균 후 건조 및 분쇄하여 고농축의 칼슘분말을 추출한 것으로서, 매우 저렴한 비용으로 고효율의 골이식재를 제조할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명에 따른 멸치어골분을 이요한 골이식재 및 이의 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.

상기 본 발명의 일 목적을 해결하기 위해, 본 발명은 인산칼슘(calcium phosphate)계 다공체, 및 다공체의 표면에 폴리머를 함유하는 코팅층을 포함하는 골이식재를 제공한다.

본 발명에 있어서, 골이식재란 여러가지 치과질환 또는 외상, 질병에 의한 퇴화 또는 기타 조직의 손실로 인하여 뼈조직의 결손부가 생긴 경우, 이를 대체하여 뼈조직 내의 공간을 충진시키고 신생골의 형성을 촉진시키기 위하여 사용하는 이식재를 말하는 것으로, 골대체제, 골충전제, 골지지체 등을 모두 포함하는 개념임을 유의한다.

본 발명의 코팅층에 포함되는 폴리머는 생분해성 폴리머일 수 있으며, 바람직하게는 상기 폴리머는 폴리카프로락톤, 폴리락틱산(PLA), 폴리글리콜릭산(PGA), 폴리포스파젠, 폴리언하이드라이드, 폴리(폴리프로필렌 푸마레이트), 폴리-디옥사논, 폴리(락틱-코-글리콜릭 산)(PLGA), 콜라겐, 키토산, 젤라틴, 피브린, 피브리노겐, 키틴, 히알루론산, 알지네이트, 덱스트란, 이들 고분자들의 공중합체, 및 이들의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 폴리카프로락톤일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 폴리카프로락톤은 다른 고분자보다 인장강도가 좋아 본 발명의 인산칼슘계 다공체에 적절한 물리적 강도를 부여할 수 있다.

또한 상기 언급한 고분자들의 개질체, 변형 고분자 등 통상의 기술자가 쉽게 도출할 수 있는 고분자들 및 기타 생체고분자들은 모두 본 발명의 범주에 포함된다.

여기서, 상기 코팅층은 폴리머가 2 내지 9 중량%로 함유되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 폴리머가 2 중량% 미만일 경우 인산칼슘계 다공체의 기계적 물성에 영향이 없으며, 9 중량%를 초과할 경우, 지지체의 기공율이 크게 감소하며, 또한 폴리머의 점성으로 인해 지지체 내부로의 코팅층의 함침이 어렵다.

더욱 바람직하게는 상기 코팅층에 포함되는 폴리머의 중량은 4 내지 6중량% 일 수 있다. 상기 4 내지 6 중량%의 폴리머를 함유하는 코팅층의 경우, 뼈지지체로서 이상적인 기공율을 가지며, 인산칼슘계 다공체의 압축강도와 같은 물리적 특성의 개선에 효율적이며, 또한 골세포의 성장에도 효과적이다.

본 발명의 골이식재에 포함되는 인산칼슘계 다공체는 하이드록시아파타이트(HAp), β-삼인산칼슘(β-TCP) 또는 이상인산칼슘(Biphasic calcium phosphate, BCP)일 수 있으며, 바람직하게는 하이드록시아파타이트일 수 있다. 상기 이상인산칼슘(BCP)은 하이드록시아파타이트(HAp)와 삼인산칼슘(TCP)가 혼합된 것으로, 다양한 비율로 이루어질 수 있다.

또한 상기 인산칼슘계 다공체는 멸치어골분으로부터 제조되는 것이 바람직하다. 이러한 멸치어골분은 본 출원의 발명자가 기존에 한국에서 출원하여 등록된 제0702229호에 기재된 방법에 의해 유래됨을 유의한다.

한편, 인산칼슘계 다공체의 유래 성분은 이에 한정되는 것은 아니며, 동물의 뼈, 산호 등 인산칼슘계 다공체를 생성할 수 있는 천연물질은 모두 가능함을 유의한다.

상기 발명의 다른 목적을 해결하기 위해, 본 발명은 인산칼슘계 다공체로부터 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 골이식재를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 양상은 인산칼슘계 다공체에 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 골이식재 제조방법에 관한 것이다.

상기 코팅층을 형성하는 단계는 상기 인산칼슘계 다공체를 폴리머가 용해된 용액에 진공상태에서 침지 처리하는 것으로 이루어지는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 상기 인산칼슘계 다공체 표면에 형성되는 코팅층에 함유되는 성분은 생분해성 폴리머일 수 있으며, 상기 폴리머는 바람직하게는 폴리카프로락톤, 폴리락틱산(PLA), 폴리글리콜릭산(PGA), 폴리포스파젠, 폴리언하이드라이드, 폴리(폴리프로필렌 푸마레이트), 폴리-디옥사논, 폴리(락틱-코-글리콜릭 산)(PLGA), 콜라겐, 키토산, 젤라틴, 피브린, 피브리노겐, 키틴, 히알루론산, 알지네이트, 덱스트란, 이들 고분자들의 공중합체, 및 이들의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 상기 언급한 고분자들의 개질체, 변형 고분자 등 통상의 기술자가 쉽게 도출할 수 있는 고분자들은 모두 본 발명의 범주에 포함된다. 상기 코팅층의 성분으로 더욱 바람직하게는 폴리카프로락톤일 수 있다.

상기 코팅층에 포함되는 폴리머는 코팅층의 2 내지 9 중량%로 함유되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에서 폴리머가 2 중량% 미만일 경우 인산칼슘계 다공체의 기계적 물성에 영향이 없었으며, 9 중량%를 초과할 경우, 지지체의 기공율이 크게 감소하였고, 또한 폴리머의 점성으로 인해 지지체 내부로의 코팅층의 함침이 어렵다.

더욱 바람직하게는 상기 코팅층에 포함되는 폴리머의 중량은 코팅층 총 중량 기준 4 내지 6 중량% 일 수 있다. 상기 4 내지 6 중량%의 폴리머를 함유하는 코팅층의 경우, 뼈지지체로서 이상적인 기공율을 가지며, 인산칼슘계 다공체의 압축강도와 같은 물리적 특성의 개선에 효율적이며, 또한 골세포의 성장에도 효과적이다.

본 발명의 골이식재의 제조방법에 있어서, 상기 인산칼슘계 다공체는 하이드록시아파타이트(HAp), β-삼인산칼슘(β-TCP), 이상인산칼슘(Biphasic calcium phosphate, BCP), 또는 탄산칼슘의 복합체일 수 있으며, 바람직하게는 하이드록시아파타이트일 수 있다.

또한 상기 인산칼슘계 다공체는 멸치어골분으로부터 제조되는 것이 바람직하다. 이러한 멸치어골분은 본 출원의 발명자가 기존에 한국에서 출원하여 등록된 제0702229호에 기재된 방법에 의해 유래됨을 유의한다.

여기서 간단하게 설명하면, 멸치어골분으로부터 유래되는 인산칼슘계 다공체는, 1~3년간 발효 및 숙성된 멸치젓을 액젓과 찌꺼기로 분리되도록 추출하는 분리추출단계와, 상기 찌꺼기와 70~80℃의 온수를 5:5의 중량비로 교반기에 투입하여 교반하는 교반단계와, 교반된 찌꺼기와 온수 혼합물을 원심분리기(1)에 투입하여 원심분리 후 멸치의 뼈가 주성분인 고형물과 교반 시에 멸치의 껍질, 살, 유분이 용해된 용해수를 분리되도록 추출하는 원심분리단계와, 원심분리된 고형물을 150~200℃의 온도 범위 내에서 15분 동안 스팀으로 가온하여 살균 및 소독하는 스팀살균단계와, 스팀으로 살균된 고형물에 함습된 수분을 제거하는 건조단계와, 건조된 고형물을 미세분말로 분쇄하는 분쇄단계를 거쳐 고농축의 칼슘분말을 추출하는 단계로부터 제조될 수 있다.

한편, 인산칼슘계 다공체의 유래 성분은 이에 한정되는 것은 아니며, 동물의 뼈, 산호 등 인산칼슘계 다공체를 생성할 수 있는 천연물질은 모두 가능함을 유의한다.

Claims (8)

1. 인산칼슘(calcium phosphate)계 다공체, 및 다공체의 표면에 폴리머를 함유하는 코팅층을 포함하는 골이식재.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 코팅층에 함유되는 폴리머는 폴리카프로락톤, 폴리락틱산(PLA), 폴리글리콜릭산(PGA), 폴리포스파젠, 폴리언하이드라이드, 폴리(폴리프로필렌 푸마레이트), 폴리-디옥사논, 폴리(락틱-코-글리콜릭산), 콜라겐, 키토산, 젤라틴, 피브린, 피브리노겐, 키틴, 히알루론산, 알지네이트, 덱스트란, 이들 고분자들의 공중합체, 및 이들의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 폴리머인 것을 특징으로 하는 골이식재.
   
3. 제 2항에 있어서, 상기 코팅층은 상기 폴리머를 2 내지 9 중량%로 함유하는 것을 특징으로 하는 골이식재.
   
4. 제 2항에 있어서, 상기 인산칼슘계 다공체는 멸치어골분으로부터 유래된 것을 특징으로 하는 골이식재.
   
5. 인산칼슘계 다공체에 폴리머를 함유하는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 골이식재의 제조방법.
   
6. 제 5항에 있어서, 상기 코팅층을 형성하는 단계는 상기 인산칼슘계 다공체를 진공상태에서 폴리머가 용해된 용액에 침지 처리하는 것을 특징으로 하는 골이식재의 제조방법.
   
7. 제 6항에 있어서, 상기 코팅층에 함유되는 폴리머는 폴리카프로락톤, 폴리락틱산(PLA), 폴리글리콜릭산(PGA), 폴리포스파젠, 폴리언하이드라이드, 폴리(폴리프로필렌 푸마레이트), 폴리-디옥사논, 폴리(락틱-코-글리콜릭산), 콜라겐, 키토산, 젤라틴, 피브린, 피브리노겐, 키틴, 히알루론산, 알지네이트, 덱스트란, 이들 고분자들의 공중합체, 및 이들의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 폴리머인 것을 특징으로 하는 골이식재의 제조방법.
   
8. 제 7항에 있어서, 상기 인산칼슘계 다공체는 멸치어골분으로부터 유래된 것을 특징으로 하는 골이식재의 제조방법.