KR20170099417A

KR20170099417A - 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치

Info

Publication number: KR20170099417A
Application number: KR1020160013963A
Authority: KR
Inventors: 박석호; 박종오; 고성영; 송승윤; 고광준; 송은규; 선종근
Original assignee: 전남대학교산학협력단
Priority date: 2016-02-04
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2017-09-01

Abstract

본 발명은 관절 질환의 치료를 요하는 환자의 관절을 고정하기 위해 관절을 둘러싸도록 장착되는 관절 고정구; 및 상기 관절 고정구 내부에 장착되며, 상기 환자의 손상 부위의 면적 및 손상상태에 따라 위치 및 그 수가 설계되어 배치되는 자석을 포함하고, 상기 자석에 의해 상기 환자의 관절강에 투여되는 자성물질 기반 마이크로 약물 전달체가 환부로 정밀하게 유도되는, 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치를 제공한다.

Description

환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치{Patient specific magnetic field generation device for articular disease}

본 발명은 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치에 관한 것이다.

골관절염(osteoarthritis)은 노인 인구에서 가장 흔하게 발생하는 관절 질환으로 관절연골의 파괴로 인한 관절기능의 저하 및 상실을 특징으로 하는데 관절연골은 연골세포의 밀도가 낮고 세포 외 기질이 많은 부분을 차지하고 있고 관절연골이 손상된 이후에 자연적으로 이동해온 연골세포에 의해 손상부위가 치유되기도 하지만 이러한 이동은 제한적이어서 다른 조직에 비해 회복이 매우 낮은 편이다. 또한, 손상이 큰 경우에는 재생이 제한적이고 재생되는 조직도 기계적인 성질이 약한 섬유연골세포로 재생되는 경향이 있다. 이러한 연골세포를 치유하기 위해 연골 하골에 미세 골절을 발생시켜 골수줄기세포를 포함하는 골수성분이 나오게 되고 상기 골수줄기세포가 분화되어 연골을 형성하는 미세골절술이 도입되었으나 손상된 연골조직이 섬유연골세포로 재생되어 수술 후 2년까지는 증상이 좋지만 이후 구조가 파괴되어 증상이 악화되기도 하고 관절연골 일부를 채취하고 분리, 배양한 뒤 이식하는 자기유래 연골세포 이식술은 연골세포 배양 시 탈분화의 제한점을 가질 수 있다. 이와 같이 연골세포 치료를 위해 약물을 주사하거나 치유를 가능하게 하는 연골세포 또는 줄기세포 등을 주입하는 방법은 연골의 정확한 환부에 위치시키기 어려운 문제점을 가지고 있다. 이를 보완하기 위해 줄기세포에 자성 입자(magnetic particles)를 삽입하고 이를 X-ray 영상과 외부의 영구자석을 이용하여 원하는 방향으로 조정하여 지향해 주는 방법이 제안되었는데 1시간 이내의 시술로 정확한 타겟팅이 어렵다는 단점을 가지고 있다.

이와 관련하여 대한민국 등록특허 제0799060호는 간엽계 세포나 연골 세포에 자성입자가 결합된 자성 세포 및 그의 사용방법을 개시하고 있다.

그러나 상기 선행기술의 경우, 적용 부위의 구조를 고려하지 않고 단지 외부에서 자장을 제공하는 형태이기 때문에 환부에 대한 정확한 표적 치료 효과를 기대할 수 없다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 자성 입자를 포함하는 연골치료용 치료제를 환부에 정확하게 위치시켜 효과적으로 관절질환을 치료하는 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 일 관점에 따르면, 관절 질환의 치료를 요하는 환자의 관절을 고정하기 위해 관절을 둘러싸도록 장착되는 관절 고정구; 및 상기 관절 고정구 내부에 장착되며, 상기 환자의 손상 부위의 면적 및 손상상태에 따라 위치 및 그 수가 설계되어 배치되는 자석을 포함하고, 상기 자석에 의해 상기 환자의 관절강에 투여되는 자성물질 기반 마이크로 약물 전달체가 환부로 정밀하게 유도되는, 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치가 제공된다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 환자 환부에 주입된 마이크로 약물 전달체가 병소에 정확하게 위치하여 빠르고 효율적인 치료효과를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 환자의 환부에 마이크로 약물 전달체를 주입하고 본 발명의 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치를 착용한 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 2는 탈부착 형태의 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치를 착용한 모습을 나타내고 있는 그림이다.
도 3은 탈부착 형태의 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치의 착용 전 형태를 나타내고 있는 그림이다.
도 4는 고착형의 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치를 착용한 모습을 나타내고 있는 그림이다.
도 5는 연골치료용 치료제로 생체적합성 폴리머에 약물과 자성물질이 결합되어 있는 모습을 나타낸 그림이다.
도 6은 연골치료용 치료제로 생체적합성 폴리머에 세포와 자성물질이 결합되어 있는 모습을 나타낸 그림이다.
도 7은 연골치료용 치료제로 생체적합성 폴리머에 세포, 약물 및 자성물질이 결합되어 있는 모습을 나타낸 그림이다.
도 8은 연골치료용 세포에 자성물질이 결합되어 있는 모습을 나타낸 그림이다.

용어의 정의:

본 문서에서 사용되는 용어 "골관절염(osteoarthritis)"은 퇴행성관절염이라고도 하며 국소적인 관절에 점진적인 관절 연골의 소실 및 그와 관련된 이차적인 변화와 증상을 동반하는 질환으로 관절을 보호하고 있는 연골의 점진적인 손상이나 퇴행성 변화로 인해 관절을 이루는 뼈와 인대 등에 손상이 일어나서 염증과 통증이 생기는 질환이다.

본 문서에서 사용되는 용어 "자계(magnetic field)"는 자장 또는 자기장이라고도 하며 자기력선(lines of magnetic force)이 펼쳐진 공간 즉 전류나 자석의 주위, 지구의 표면 등과 같이 자기작용이 영향을 미치는 공간을 말한다.

본 문서에서 사용되는 용어 "3D 프린터"는 2D 프린터가 활자나 그림을 인쇄하듯이 입력한 도면을 바탕으로 3차원의 입체 물품을 만들어내는 기계로 여러 가지 소재를 활용하여 압출시켜 적층하는 방식으로 쌓아 입체적인 구조물을 출력한다. 1980년대 초에 미국의 3D시스템즈 사에서 플라스틱 액체를 굳혀 입체 물품을 만들어내는 프린터를 처음으로 개발한 것으로 알려져 있으며 플라스틱 소재에 국한되었던 초기 단계에서 발전하여 나일론과 금속 소재로 범위가 확장되었고, 산업용 시제품뿐만 아니라 여러 방면에서 상용화 단계로 진입하였다.

발명의 상세한 설명:

본 발명의 일 관점에 따르면, 관절 질환의 치료를 요하는 환자의 관절을 고정하기 위해 관절을 둘러싸도록 장착되는 관절 고정구; 및 상기 관절 고정구 내부에 장착되며, 상기 환자의 손상 부위의 면적 및 손상상태에 따라 위치 및 그 수가 설계되어 배치되는 자석을 포함하고, 상기 자석에 의해 상기 환자의 관절강에 투여되는 자성물질 기반 마이크로 약물 전달체가 환부로 정밀하게 유도되는, 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치가 제공된다.

상기 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치에 있어서, 상기 관절 고정구는 탈부착형 관절 고정구 또는 고착형 관절 고정구일 수 있고 상기 탈부착형 관절 고정구는 탈부착 수단을 추가로 구비할 수 있으며 상기 탈부착 수단은 벨크로 테이프(velcro tape) 또는 지퍼(zipper)일 수 있다.

상기 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치에 있어서, 상기 관절 고정구는 환자의 3D 의료 영상을 기반으로 3D 프린터를 이용하여 환자 맞춤형으로 제작될 수 있고 상기 3D 프린터의 원료는 PLA(poly lactic acid), ABS(acrylonitrile butadiene styrene), UV 경화성 수지, UV 레진, 금속, 우레탄, 나일론, 세라믹, 종이, 실리콘 또는 플라스틱 액체일 수 있다.

상기 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치에 있어서, 상기 관절 고정구는 환자의 무릎 크기, 형태, 무릎 연골 병변 두께, 하지정렬 변화를 고려하여 설계될 수 있다.

상기 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치에 있어서, 상기 관절 질환은 퇴행성 관절염, 류마티스 관절염, 무릎 연골 손상, 반월상 연골 파열, 슬개골 연골 연화증, 슬개골 인대 손상 또는 무릎 점액 낭염일 수 있다.

상기 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치에 있어서, 상기 자석은 영구자석(permanent magnet)일 수 있고 상기 영구자석은 페라이트(ferrite), 네오듐(neodymium), 알리코, 사마륨코발트(samarium cobalt) 또는 고무자석(rubber magnet)일 수 있다.

상기 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치에 있어서, 상기 자성물질은 마그네타이트(magnetite) 또는 마그헤마이트(maghemite)일 수 있다.

상기 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치에 있어서, 상기 자성물질 기반 마이크로 약물전달체에 치료용 세포를 추가로 포함할 수 있고 상기 치료용 세포는 간엽계 세포, 연골세포, 신경 간 세포, 림프구 세포 또는 줄기세포일 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.

명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 균일한 부호는 균일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1은 자성물질 기반 마이크로 약물 전달체(120)를 환자의 환부에 주입하고 상기 환자가 착용한 본 발명의 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치(100)로부터 생성되는 자계(magnetic field)에 의해 마이크로 약물 전달체(120)가 손상 부위로 정확하게 이동하고 상기 손상 부위에 체류함으로써 효과적인 관절질환 치료를 유도하는 개념도를 나타내고 있다.

상기 치료의 절차는 먼저 결손된 환자의 관절 또는 연골의 치료를 위해서 환자의 환부 3D 의료영상을 토대로 상기 환자의 환부에 적합한 영구자석이 배치되고 상기 환자의 무릎의 모양과 크기에 적합한 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치(100)를 3D 프린터를 통해 제작하고 이를 환자의 환부에 착용하게 된다. 본 발명의 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치(100)의 설계 및 제작에 대한 설명은 도 9에서 상세히 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 관절질환 치료를 요하는 환자의 환부에 주사기(150)를 이용하여 자성물질를 포함하는 마이크로 약물 전달체(120)를 환자의 연골(111)에 투여하면 환부 근처에 분포하게 되고 이후 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치(100)를 상기 환자 무릎에 착용하면 상기 환자의 환부 정보를 토대로 제작된 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치(100) 내부에 설치되어 있는 자계생성 물질로부터 자계(magnetic field)가 생성되고 자성물질를 포함하는 마이크로 약물 전달체(120)는 이에 반응하여 정확하게 환부에 위치하고 치료약물 성분이 환부에 침투하여 높은 치료효과를 기대할 수 있다. 상기 자계는 자장이라고도 하며 이는 자기력선(lines of magnetic force)이 펼쳐진 공간을 의미하는데 N극은 자기력선을 발산하고 S극은 자기력선을 수렴한다. 본 발명의 특징은 환부에 투여된 자성물질를 포함하는 마이크로 약물 전달체(120)의 반응을 유도하기 위해 외부에서 자계를 제공하고 이에 따른 자기작용이 영향을 미치는 자기력선을 이용하여 연골치료효과를 극대화하는 것이다. 마이크로 약물 전달체(120)에 관한 설명은 도 5에서 상세히 설명하기로 한다.

상기 자계생성 물질은 강한 자화(magnetization) 상태를 오래 보존하는 자석 예를 들어, 영구자석(permanent magnet)이 사용될 수 있으며 이외에도 잔류자기와 보자력이 큰 물질을 이용하여 외부로부터 전기에너지를 공급받지 않아도 자성을 안정되게 유지하는 자석을 제작하여 사용할 수 있다. 또한 마이크로 약물 전달체(120)에 포함된 자성물질의 자화를 유도하기 위해 영구자석의 자력은 50 내지 60 gauss(이하 "G"로 표기함) 이상의 자력이 요구되고 투여 후 체내의 확산을 막고 병소에 정확하게 위치시키기 위해서는 70 G 이상인 것이 바람직하다. 이때 영구자석(130)은 페라이트(ferrite), 네오듐(neodymium), 알리코, 사마륨코발트(samarium cobalt) 또는 고무자석(rubber magnet)일 수 있다.

영구자석(130)은 도 1에 도시한 바와 같이, 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치(100) 내부 좌측 상부에 2개, 우측 상부에 2개가 설치된 구성을 나타내었으나 이는 본 발명의 특징을 설명하고자 임의로 설정한 구성으로 영구자석(130)의 분포는 환부의 상태, 크기 및 위치에 따라 적절히 구성되고 설치 될 수 있으며 환부의 위치, 크기 및 증상에 따라 영구자석(130)의 개수 및 크기도 증가 또는 감소시켜 자계생성의 세기를 조절할 수 있다.

도 2는 본 발명의 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치(100)의 착용예를 나타낸 것으로 무릎에 착용 시 탈착 및 부착을 통해 결착하는 형태의 구조를 나타내고 있다. 일반적으로 마이크로 약물 전달체(120)를 주입 후 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치(100)를 착용하게 되는데 기본적인 형태는 환자의 관절을 고정하기 위해 관절을 둘러싸도록 장착되는 관절 고정구의 형태로 일반적인 무릎보호대의 형태를 갖추고 있고 상기 관절 고정구 내부에는 상술한 바와 같이 관절질환 환자의 손상 부위의 면적 및 손상상태에 따라 위치 및 그 수가 설계되어 배치되는 자석을 포함하고 있다.

마이크로 약물 전달체(120)를 환부에 주입하고 나서 치료제의 유효성분이 환부에 위치하고 이후 치료효과를 높이기 위해서는 일정기간 안정된 자세를 유지해야 하므로 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치(100)는 제작 시 먼저 측정된 환자의 3D 의료 영상을 기초로 환자에 따라 맞춤형으로 제작되고 관절을 둘러싸도록 장착되는 관절 고정구는 무릎보호대의 형태를 도입하여 치료효과를 개선하였다. 상기 환자에 따라 맞춤형으로 제작된다는 의미는 환자의 3D 의료 영상 예컨대, MRI나 CT자료를 통해 측정한 환자 무릎 크기와 형태, 무릎 연골 병변 두께, 하지정렬 변화 등을 확인할 수 있는 무릎 모형 등의 설계도가 작성되고 환부의 위치 및 상태에 따라 설치될 영구자석(130)의 크기, 개수 및 위치가 결정되고 이에 대한 측정값을 컴퓨터에 입력하면 3D 프린터를 원료를 이용하여 실물 그대로의 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치(100)의 입체적인 형상을 출력할 수 있다. 이때 사용되는 상기 3D 프린터 원료는 PLA(poly lactic acid), ABS(acrylonitrile butadiene styrene), UV 경화성 수지, UV 레진, 금속, 우레탄, 나일론, 세라믹, 종이, 실리콘 또는 플라스틱 액체를 이용할 수 있다.

상술한 바와 같이 도 2는 탈부착 형태의 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치(100)의 착용예를 나타내고 있고 도 3에 착용 전 형태를 도시하고 있으므로 이에 대한 구조적 특징을 용이하게 파악할 수 있다. 관절 고정구의 형태는 크게 탈부착형 관절 고정구 또는 고착형 관절 고정구로 분류할 수 있는데 탈부착형 관절 고정구에는 탈부착 수단(135)이 포함되어 있고 고착형은 탈부착 수단이 없는 무릎 관절에 고정하는 형태 예컨대 깁스(gips)와 같은 형태로 구성될 수 있다.

도 2는 본 발명의 특징을 나타내기 위해 탈부착 수단(135)이 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치(100)의 전면과 후면에 소정의 크기로 제작되었으나 이는 환자의 무릎 모양과 크기 등의 측정값에 따라 조절될 수 있다.

탈부착형 관절 고정구는 탈부착이 가능함에 따라 일시적으로 제거가 필요한 경우 예를 들어 마이크로 약물 전달체를 보충하여 무릎에 주입하거나 무릎의 형태를 육안으로 관찰하고자 할 때 일시적으로 탈착 후 다시 부착할 수 있다. 이때 탈부착 수단(135)은 벨크로 테이프(velcro tape) 또는 지퍼(zipper)를 사용할 수 있다. 이에 반해 도 4는 고착형 관절 고정구를 도시하고 있는데 고착형을 사용하는 경우는 예컨대, 환자의 환부 증상에 따라 극도의 안정을 요하는 경우 탈부착형이 아닌 고착형 관절 고정구로 제작된 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치(100)를 착용할 수 있다. 상기 고착형 관절 고정구의 경우 치료기간 동안 탈부착 없이 착용을 유지해야 하므로 환부에 상태에 따라 적절히 선택할 수 있다.

도 5는 본 발명의 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치(100) 착용 전에 치료제로 미리 환자의 관절강에 투여되는 자성물질 기반 마이크로 약물 전달체(120)를 도시한 개요도로 자성물질(121)과 약물(125)을 포함하고 있다.

이를 더 상세히 설명하면, 마이크로 약물 전달체(120)의 구성은 생체 적합성/생분해성 폴리머 구조체(123)에 자성물질(121)과 약물(125)이 결합되어 있는 형태로 자성물질(121)은 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치(100)로부터 제공되는 자계에 반응하는 역할을 하고 약물(125)은 환자의 관절강에 투여하여 환부를 치료하는 역할을 담당한다. 자성물질(121)과 약물(125)이 결합된 마이크로 약물 전달체(120)가 자계에 반응하는 효과로 환부에 정확한 위치로 집중되고 약물(125)이 방출되므로 높은 치료효과를 기대할 수 있다. 이때 생체 적합성/생분해성 폴리머 구조체(123)는 셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌, 전분, 펙틴, 젤라틴, 콜라겐, 키토산, 히알루론산, 헤파린 또는 알긴산일 수 있다. 또한, 자성물질(121)는 자성을 지닌 물질 즉 자기장 안에서 자화하는 물질로 강자성물질(ferromagnetic material), 반강자성물질(antiferromagnetic material), 반자성물질(diamagnetic material), 페리 자성물질(ferrimagnetic material) 또는 상자성물질(paramagnetic material)일 수 있고 구체적으로 마그네타이트(magnetite), 마그헤마이트(maghemite) 이외에 철, 코발트, 니켈 등의 강자성 원소 화합물 입자일 수 있으며 상기 강자성 화합물 입자만으로 이루어진 것뿐만 아니라, 셀룰로오스, 전분, 덱스트란, 아가로스, 메타크릴레이트나 스티렌 등으로 포매(抱埋)되어 있는 것이 바람직하며, 자성 세균이 생합성하는 마그네타이트가 인지질로 피복된 자성 입자도 포함된다.

아울러, 약물(125)은 사이토카인(cytokine)과 같이 세포의 정보 전달계를 담당하는 물질을 비롯한 생리 활성 물질일 수 있으며 예를 들어, 인터페론류(IFN-α, IFN-β, IFN-γ 등)나 인터류킨류(IL-1 내지 18 등), 리포톡신류, 종양 괴사 인자(TNFα 등), 과립구 대식 세포ㅇ콜로니 자극 인자(GM-CSF), 대식 세포ㅇ콜로니 자극 인자(M-CSF, CSF-1), 과립구 콜로니 자극 인자(G-CSF), 에리트로포이에틴, 트롬보포이에틴, 조혈 간세포 인자(SCF), 단구 주화 활성화 인자(MCAF), 형질 전환 증식 인자(TGF-α, TGF-β), 섬유아세포 증식 인자(FGF), 상피 세포증식 인자(EGF), 혈소판 유래 증식 인자(PDGF), 신경 세포 증식 인자(NGF) 등을 들 수 있다.

상기와 같이 자성물질 기반 마이크로 약물 전달체(120)는 생체 적합성/생분해성 폴리머 구조체(123)에 자성물질(121)과 약물(125)이 아닌 다른 치료물질을 부가할 수 있는데 도 6의 경우는 약물(125) 대신 치료용 세포(127)가 포함된 마이크로 약물 전달체(120)를 도시하고 있다. 관절질환의 치료는 결손부위의 정도와 증상에 따라서 약물(125)이 아닌 치료용 세포(127)를 주입하는 것이 치료효과를 더 높일 수 있는데 예컨대, 체중 부하를 받지 않는 관절연골의 일부를 채취한 뒤 연골세포를 분리, 배양하고 폴리머에 상기 연골세포를 결합하여 이식하는 자기유래 연골세포 이식술과 분화가 가능한 줄기세포를 채취하고 이를 배양하여 시술함으로써 관절질환을 치료하는 줄기세포 치료법 등이 있다.

또한 마이크로 약물 전달체(120)의 구성은 상술한 것 외에 도 7에 도시한 바와 같이 생체 적합성/생분해성 폴리머 구조체(123)에 자성물질(121) 및 약물(125)을 결합하고 치료용 세포(127)를 추가적으로 포함하여 다양한 증상의 관절질환의 치료제로 사용될 수 있고 도 8에 도시한 바와 같이, 치료용 세포(127)에 자성물질(121)이 결합된 마이크로 약물 전달체(120)를 사용할 수도 있다. 이때 치료용 세포(127)는 재생 치료 등에 적용이 가능한 간엽계 세포, 연골세포, 신경 간 세포 또는 림프구 세포 등이 사용될 수 있다.

상술한 구성은 환자의 관절질환의 종류와 상태에 따라 적절한 마이크로 약물 전달체(120) 구성을 조합하여 환부에 투여할 수 있고 상기 관절질환은 퇴행성 관절염, 류마티스 관절염, 무릎 연골 손상, 반월상 연골 파열, 슬개골 연골 연화증, 슬개골 인대 손상 또는 무릎 점액 낭염일 수 있다.

도 9는 본 발명의 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치(100)의 제작 공정을 도시하고 있다. 상기 제작공정은 총 6 단계로 구성되어 있으며 먼저 환자의 관절 환부의 3D 의료 영상(140)을 획득하고 무릎 관절의 모양과 크기를 정확하게 측정하여 환부 추출 및 치료영역 설정(141)을 수행하게 된다. 이 후 치료제 구성 설계 및 제작(142) 단계에 들어가게 되는데 이때 환부의 위치, 크기 및 상태에 따라 마이크로 약물 전달체(120)의 구성이 결정되고 생체적합성/생분해성 폴리머 구조체(123)에 약물(125), 자성물질(121) 또는 치료용 세포(127)가 모두 포함되거나 또는 선택적으로 사용되어 제작 될 수 있고 치료용 세포에 자성물질(121)을 결합한 치료제가 제작되어 투여될 수 있다. 이어서 3D 의료 영상(140)을 기반으로 연골 치료제의 타겟팅(targeting)을 위한 영상기반 요구 자계 분포 설계(143)를 수행하게 되는데 이는 환부로 자성물질(121)에 의한 마이크로 약물 전달체(120)의 정확한 위치를 유도하기 위해 본 발명의 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치(100) 내부에 설치되는 자계생성을 위한 영구자석(130)의 분포가 설계되는 과정을 말한다. 환자 맞춤형으로 제작되기 위해서는 앞서 측정한 해당 환자의 관절 환부의 3D 의료 영상(140)을 통해 환부의 위치와 크기를 고려하여 영구자석(130)의 개수와 분포가 결정되고 환자에게 착용 가능한 하네스(harness)부가 포함되어 설계되며 상기 설계된 모든 데이터가 컴퓨터에 입력된다. 또한 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치(100)의 관절 고정구의 형태도 상기 단계에서 탈부착형 또는 고착형의 형태로 결정되고 설계과정을 거친다. 이후 환자 맞춤형-착용형 자계 생성장치 설계(144) 단계에서 더욱 구체화 되고 상기 측정된 모든 데이터를 기반으로 하여 상기 환자의 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치(100)의 3D 입체형상을 모니터로 확인하고 이에 대해 보완하거나 수정할 수 있다. 마지막으로 환자 맞춤형-착용형 자계 생성장치 제작(145) 단계에서는 3D 프린터를 이용하여 관절 고정구를 실제 제작하게 된다. 3D 프린터의 원리는 앞뒤(x축)와 좌우(y축)으로만 운동하는 2D 프린터의 원리에 상하(z축) 운동을 더하여 입력한 3D 도면을 바탕으로 입체 물품을 만들어낸다. 이때 상기 3D 프린터의 출력 방식 FDM 방식(Fused Deposition Modeling), DLP 방식(Digital Light Processing), SLA 방식(Stereolithography Apparatus) 또는 SLS(Selective Laser Sintering) 방식일 수 있다. 3D 프린터를 이용하여 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치(100)를 제작한 이후에는 색을 칠하거나 표면을 연마하거나 부분 제작물을 조립하는 등의 보완작업이 추가적으로 수행될 수 있다.

결론적으로 본 발명자들은 현재까지 관절질환의 치료법은 약물을 주사하거나 치유를 가능하게 하는 치료용 세포를 주입하는 데 있어 정확한 연골의 환부에 약물과 세포를 위치시키는데 문제가 있음을 인식하고 상기 문제점을 해결하고자 예의 노력한 결과 본 발명의 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치(100)를 발명하였고 이를 이용하면 자계에 반응하는 자성물질(121)를 포함하는 마이크로 약물 전달체(120)가 환부로 정확하게 이동할 뿐만 아니라 적소에 유효성분을 방출하여 종래의 치료제와 비교하여 보다 효율적인 치료효과를 기대할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치
120: 마이크로 약물 전달체
121: 자성물질
123: 폴리머 구조체
125: 약물
127: 치료용 세포
130: 영구자석

Claims

관절 질환의 치료를 요하는 환자의 관절을 고정하기 위해 관절을 둘러싸도록 장착되는 관절 고정구; 및
상기 관절 고정구 내부에 장착되며, 상기 환자의 손상 부위의 면적 및 손상상태에 따라 위치 및 그 수가 설계되어 배치되는 자석을 포함하고,
상기 자석에 의해 상기 환자의 관절강에 투여되는 자성물질 기반 마이크로 약물 전달체가 환부로 정밀하게 유도되는, 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치
제1항에 있어서,
상기 관절 고정구는 탈부착형 관절 고정구 또는 고착형 관절 고정구인, 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치
제2항에 있어서,
상기 탈부착형 관절 고정구는 탈부착 수단을 추가로 구비하는, 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치.
제3항에 있어서,
상기 탈부착 수단은 벨크로 테이프(velcro tape) 또는 지퍼(zipper)인, 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치.
제1항에 있어서,
상기 관절 고정구는 환자의 3D 의료 영상을 기반으로 3D 프린터를 이용하여 환자 맞춤형으로 제작되는, 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치.
제1항에 있어서,
상기 관절 고정구는 환자의 무릎 크기, 형태, 무릎 연골 병변 두께, 하지정렬 변화를 고려하여 설계되는, 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치.
제1항에 있어서,
상기 자석은 영구자석(permanent magnet)인, 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치.
제7항에 있어서,
상기 영구자석은 페라이트(ferrite), 네오듐(neodymium), 알리코, 사마륨코발트(samarium cobalt) 또는 고무자석(rubber magnet)인, 플라스틱, 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치.
제1항에 있어서,
상기 자성물질 기반 마이크로 약물전달체에 치료용 세포를 추가로 포함하는, 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치.
제9항에 있어서,
상기 치료용 세포는 간엽계 세포, 연골세포, 신경 간 세포, 림프구 세포 또는 줄기세포인, 환자 맞춤 착용형 관절질환 치료용 의료장치.