KR20180086424A - 인공 뼈 임플란트를 혈액으로 처리하기 위한 디바이스 및 방법 - Google Patents

Abstract

인공 뼈 임플란트를 혈액으로 처리하기 위한 디바이스가 제공되며, 상기 디바이스는: 인공 뼈 임플란트를 수용하고 혈액으로 채워지도록 구성된 용기로서, 개구를 포함하는, 상기 용기; 및 상기 용기의 상기 개구를 덮도록 구성된 커버를 포함한다. 디바이스 및 그것을 사용하기 위한 방법들의 추가 실시예들이 본 출원에 개시된다.

Description

인공 뼈 임플란트를 혈액으로 처리하기 위한 디바이스 및 방법

관련 출원 상호 참조

본 출원은 2015년 11월 3일에 출원된, 미국 가 특허 출원 번호 62/279,480에 대한 우선권을 주장한다.

기술분야

본 발명은 인공 뼈 임플란트들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 인공 뼈 임플란트들을 환자의 신체에 배치하기 전 인공 뼈 임플란트들의 처리에 관한 것이다.

때때로 인공 뼈 임플란트가 이식되는 조직의 재활을 향상시키기 위해 인공 뼈 임플란트틀, 예를 들어 치아 임플란트들 및 뼈 대체물들을 다양한 유형의 조제물 및 물질로 처리할 필요성이 있다. 인공 뼈 임플란트들을 인공 뼈 임플란트들의 골 유착 가속을 촉진하는 조제물들로 처리하는 것은 특히 관심을 가질 만하다.

인공 뼈 임플란트들은 생체에 적합한 재료들로 만들어진다. 예를 들어, 치아 임플란트들은 타이타늄으로 만들어진다. 인공 뼈 임플란트의 뼈 조직에의 적절한 정착을 촉진하는 과정들 중 하나는 골 유합(osteointegration)으로도 알려진 골 유착(osseointegration)이다. 골 유착은 생체 뼈 및 인공 뼈 임플란트의 표면 간 직접적인 구조적 및 기능적 연결이다. 다시 말해, 골 유착은 연 조직을 개재시키지 않는, 뼈 및 인공 뼈 임플란트 간 직접 경계면의 형성으로서 정의될 수 있다. 이는 뼈 및 인공 뼈 임플란트의 표면 간 접점에서 이루어지는 구조적 연결에 의해 달성된다.

골 유착된 임플란트들은 무치(edentulism)를 치료하기 위해, 그리고 심이 하악(auricularmandibular), 상악, 코, 및 안와 임플란트들의 유지를 용이하게 하기 위해 두경부 재건에, 그리고 뼈 고정 보청기들에 사용되어왔다.

특히 인공 치아 임플란트들을 언급하면, 골 유착은 가설된 치아 임플란트 안정성을 위한 주요 요건이다. 뼈 조직들에 대한 외상 손상과 유사하게, 임플란트 공동의 드릴링은 직접 골절 치료와 유사하게 연쇄 복합 생리학적 메커니즘들을 포함하는 뚜렷이 다른 단계들로 이어진다. 처음에는, 세포 및 혈장 지혈의 메커니즘들로 인해 섬유소 중합 및 혈전의 형성이 일어난다. 혈전은 침입하는 뼈 형성 세포들 및 neoangiogenesis를 지지하는 세포외 기질로서의 역할을 한다. 그 다음, 골원성 세포들이 가설된 임플란트의 표면 상에, 드릴 홀의 경계들 내에 새로운 뼈 조직을 생성한다. 골아 세포들은 임플란트 공동의 표면으로 이동하고, 분화하며, 덧붙는 방식으로 새로운 뼈 조직의 형성으로 이어진다. 임플란트-드릴 홀 경계면에서의 새로운 뼈 형성의 정도는 주로 가설된 치아 임플란트들의 안정성을 좌우한다. 3개월 내지 6개월 기간의 재형성 단계 이후, 치아 임플란트 표면은 새롭게 형성된 뼈로 60% 내지 70% 덮히며, 이는 골 유착도를 밀접하게 반영한다.

예를 들어, 뼈 조직에 인공 뼈 임플란트를 이식한 후 회복 기간을 단축시키기 위해, 인공 뼈 임플란트들의 골 유착 과정의 가속이 중요하다는 것이 이해된다. 치아 임플란트를 이식, 이를테면 치과용 보철, 예를 들어, 치아, 부분 의치 또는 의치를 부착하거나, 또는 치과용 보철을 홀딩할 교각치를 이식한 다음 추가 단계들이 요구되기 때문에, 치아 임플란트들의 골 유착의 가속은 아주 중요하다. 그러나, 이러한 추가 단계들로의 진행은 임플란트 주변 조직의 회복에 따른다. 치아 임플란트의 가속된 골 유착은 치아 임플란트를 이식한 후 회복 시간을 단축시키고 치아 이식의 전 과정을 빠르게 진척시킨다.

인공 뼈 임플란트, 예를 들어 치아 임플란트의 골 유착을 가속시키는 하나의 방법은 골 유착, 예를 들어 성장 인자들을 촉진하는 물질들 또는 조제물들로 인공 뼈 임플란트의 표면을 덮는 것이다. 뿐만 아니라, 인공 뼈 임플란트를 추가 유형들의 재료들 또는 조제물들로 처리하는 것이 바람직하다. 그러한 추가 유형의 재료들 또는 조제물들의 예들은 임플란트의 주변 조직의 회복에 영향을 미치는 재료들 또는 조제물들 하지만 이에 제한되지 않고, 이식 이후 회복 시간을 향상시키며, 이식을 받은 환자의 컨디션을 호전시킨다- 예를 들어 항생 물질들, 진통제들 등.

인공 뼈 임플란트들을 전처리하기 위한 현재 이용가능한 디바이스들 및 방법들은 다루기 힘들고 시간 소모가 크다.

따라서, 인공 뼈 임플란트를 타겟 뼈 조직에 이식하기 전, 인공 뼈 임플란트, 예를 들어 치아 임플란트 및 뼈 대체물을 쉽고 빠르게 전처리하기 위한 디바이스 및 방법들에 대한 요구가 존재한다.

다르게 정의되지 않는 한, 본 출원에 사용된 모든 기술 및 과학 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서의 통상의 기술자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 본 출원에 설명된 방법들 및 물질들과 유사한 또는 동등한 방법들 및 물질들이 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법들 및 물질들이 아래에 설명된다. 충돌되는 경우에는, 특허 명세서가 정의를 포함하여 우선할 것이다. 또한, 물질들, 방법들, 및 예들은 단지 예시적인 것이고 제한적인 것으로 의도되지 않는다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 인공 뼈 임플란트를 혈액으로 처리하기 위한 디바이스가 제공되며, 상기 디바이스는: 인공 뼈 임플란트를 수용하고 혈액으로 채워지도록 구성된 용기로서, 개구를 포함하는, 상기 용기; 및 상기 용기의 상기 개구를 덮도록 구성된 커버를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 디바이스는 원심분리되도록 구성된다.

다른 실시예에 따르면, 상기 용기 및 상기 커버는 상기 용기 내 기압을 주변 기압과 비교하여 음으로 유지하도록 구성된다.

또 다른 실시예에 따르면, 상기 커버는 인공 뼈 임플란트가 상기 커버에 의해 홀딩되도록 상기 인공 뼈 임플란트에 부착하도록 구성된다.

추가 실시예에 따르면, 상기 인공 뼈 임플란트는 치아 임플란트이다.

또 다른 추가 실시예에 따르면, 상기 용기는 상기 용기를 윗 부분 및 아랫 부분으로 분리하는 분리기를 더 포함하되, 상기 분리기는 상기 아랫 부분의 혈액과 상기 윗부분의 혈액의 접촉을 가능하게 하는 홀들을 포함한다.

추가 실시예에 따르면, 상기 인공 뼈 임플란트는 뼈 소재이다.

또 다른 추가 실시예에 따르면, 상기 분리기는 상기 용기의 상기 윗 부분에 상기 뼈 소재를 유지하도록 구성된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 인공 뼈 임플란트를 골 유착 가속기들로 덮기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은: 환자에서 혈액을 채취하는 단계; 상기 혈액을 인공 뼈 임플란트를 혈액으로 처리하기 위한 디바이스로 옮기는 단계로서, 상기 디바이스는 인공 뼈 임플란트를 수용하고 혈액으로 채워지도록 구성된 용기로서, 개구를 포함하는, 상기 용기; 및 상기 용기의 상기 개구를 덮도록 구성된 커버를 포함하고, 상기 용기는 상기 인공 뼈 임플란트를 포함하는, 상기 혈액을 상기 디바이스로 옮기는 단계; 상기 디바이스를 원심 분리하는 단계; 및 디바이스에서 임플란트를 제거하는 단계.

일 실시예에 따르면, 상기 용기 및 상기 커버는 상기 용기 내 기압을 주변 기압과 비교하여 음으로 유지하도록 구성되고, 상기 혈액은 상기 용기 내 음의 기압으로 인해 상기 용기로 옮겨진다.

다른 실시예에 따르면, 상기 환자에서 상기 혈액을 채취한 후, 상기 혈액은 원심 분리되고, 원심 분리된 상기 혈액에서 분리된 혈장이 상기 디바이스로 옮겨지며, 상기 디바이스를 원심 분리하지 않고, 상기 혈장이 응고하는 것이 허용된다.

또 다른 실시예에 따르면, 상기 혈장은 가속된 방식으로 응고하는 것이 허용된다.

또 다른 실시예에 따르면, 상기 혈액 또는 혈장의 상기 응고는 흔들기, 또는 초음파 처리, 또는 이들의 임의의 조합으로 가속된다.

실시예들이 단지 예로서, 첨부한 도면들을 참조하여 본 출원에 설명된다. 이제 상세하게 도면들을 구체적으로 참조하면, 도시된 특정 사항들은 예로서 바람직한 실시예들의 예시적인 논의를 위한 것이고, 가장 유용한 것으로 그리고 실시예들의 원리들 및 개념적 측면들의 설명을 쉽게 이해하는 것으로 믿어지는 것을 제공하기 위해 제시된다는 것이 강조된다. 이러한 점에서, 구조적 세부사항들을 기본적인 이해를 위해 필요한 것보다 상세하게 도시하지 않으며, 도면들과 함께 취해지는 설명은 여러 형태가 실제로 어떻게 구현될 수 있는지 해당 기술분야의 통상의 기술자들에게 분명해진다.
도면들에서:
- 도 1a 및 도 1b는 각각, 대표적인 실시예에 따른, 인공 뼈 임플란트를 전혈(whole blood)로 처리하기 위한 디바이스의 측면도 및 사시도를 예시한다.
- 도 2는 대표적인 실시예에 따른, 정맥으로부터의 전혈을 환자의 정맥으로부터 인공 뼈 임플란트를 포함하는 디바이스로 직접 채취하기 위한 시스템을 개략적으로 예시한다.
- 도 3은 대표적인 실시예에 따른, 본 발명의 디바이스를 사용하여, 인공 뼈 임플란트를 타겟 뼈 조직에 이식하기 전 인공 뼈 임플란트를 골 유착 가속물들로 덮기 위한 방법의 바람직한 실시예를 개략적으로 예시한다.
- 도 4a는 항응고제가 없을 때 시험관에서의 응고 이후 전혈 샘플을 예시한다.
- 도 4b는 원심 분리된 전혈의 나머지에서 분리된 엉긴 CGF 층을 도시한다.
- 도 4c는 거즈 위에 놓인 엉긴 CGF 층을 도시한다.
- 도 5a는 용기가 전혈로 채워질 때, 인공 뼈 임플란트가 부착되는 커버로 덮힌 용기를 포함하는 디바이스의 사진이다.
- 도 5b는 용기가 응고 이후 전혈로 채워질 때, 인공 뼈 임플란트가 부착되는 커버로 덮힌 용기를 포함하는 디바이스의 사진이다.
- 도 5c는 전혈이 원심 분리된 후, 커버 및 인공 뼈 임플란트가 용기에서 분리된 후 디바이스의 커버에 부착된 인공 뼈 임플란트를 개략적으로 예시하고 도 6c는 그것의 사진이다.
- 도 7은 도 6c에 보여지는 전혈이 원심 분리된 후 인공 뼈 임플란트를 덮는 코팅층의 주사형 전자 현미경 사진(SEM)이다.
- 도 8은 전혈이 원심 분리된 다음 CGF로 코팅된 인공 뼈 임플란트의 다른 실시예의 사진이다.
- 도 9는 시간이 흐름에 따른 코팅된 임플란트들로부터 성장 인자들의 점진적 방출의 그래프들을 도시한다.
- 도 10a 내지 도 10d는 MSC들이 배양된 CGF-코팅된 치아 임플란트들의 SEM 이미지들이다. 도 10a) 치아 임플란트. 도 10b) CGF-코팅된 치아 임플란트. 도 10c) MSC-시딩된 치아 임플란트. 도 10d) MSC들이 배양된 CGF-코팅된 치아 임플란트.
- 도 11a 내지 도 11d는 처리된 치아 임플란트 표면들의 SEM 이미지들이다. 도 11a) 치아 임플란트 표면. 도 11b) CGF-코팅된 치아 임플란트 표면. 화살표는 혈소판을 가리킨다. 도 11c) MSC-시딩된 치아 임플란트 표면. 화살표는 시딩된 세포를 가리킨다. 도 11d) MSC들이 배양된 CGF-코팅된 치아 임플란트.
- 도 12는 2일 동안 임플란트 표면들 상에서 성장한 MSC들의 수를 도시한 그래프이다.
- 도 13a 내지 도 13c는 치아 임플란트를 코팅하도록 구성된 디바이스의 다른 대표적인 실시예를 개략적으로 예시한다.
- 도 14a 및 도 14b는 MSC 이동 및 성장률에 미치는 CGF-코팅된 임플란트들의 영향을 분석하기 위한 Boyden 챔버를 예시한다.
- 도 15는 뼈 소재, 예를 들어 뼈 대체물로 원하는 모양의 뼈(putty bone)를 형성하도록 구성된 디바이스의 다른 대표적인 실시예를 개략적으로 예시한다.
- 도 16은 대표적인 실시예에 따른, 뼈 소재로 원하는 모양의 뼈를 형성하도록 구성된 분해된 디바이스를 개략적으로 예시한다.
- 도 17은 대표적인 실시예에 따른, 뼈 소재로 원하는 모양의 뼈를 형성하도록 구성된 분해된 디바이스를 개략적으로 예시한다.
- 도 18은 대표적인 실시예에 따른, 정맥으로부터의 전혈을 환자의 정맥으로부터 뼈 소재로 원하는 모양의 뼈를 형성하도록 구성된 디바이스로 직접 채취하기 위한 시스템을 개략적으로 예시한다.
- 도 19a 내지 도 19i는 뼈 소재로 원하는 모양의 뼈를 형성하도록 구성된 디바이스(1)를 사용함으로써 만들어진 원하는 모양의 뼈(700)의 SEM이다.

적어도 하나의 실시예를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명은 그 적용이 다음 설명에 제시되거나 도면들에 예시된 구성의 세부사항들 및 구성요소들의 배열로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명은 다르게 구현되거나 다양한 방법으로 실시 또는 수행될 수 있다. 또한, 본 출원에 채용된 어법 및 용어는 설명을 위한 것이고 제한적인 것으로 여겨져서는 안 된다는 것이 이해되어야 한다. 아래 본 출원에서 설명된 다양한 도면의 논의에서, 비슷한 부호들은 비슷한 부분들을 나타낸다. 도면들은 대체로 일정한 비율이 아니다.

명확성을 위해, 비-본질적인 요소들은 몇몇 도면에서 생략되었다.

본 출원에 개시된 바와 같은 용어 "인공 뼈 임플란트"는 해당 기술분야에 알려진 임의의 유형의 인공 뼈 임플란트를 지칭한다. 인공 뼈 임플란트의 예들은 다양한 절차에 사용되는, 타이타늄과 같은, 생체에 적합한 재료로 만들어진 인공 뼈 임플란트-예를 들어 인공 치아 임플란트-를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 다른 예들은 뼈 대체물을 해당 기술분야에 알려진 임의의 형태-분말, 과립 등-로 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.

인공 뼈 임플란트의 골 유착을 가속시키기 위해 현재 이용가능한 방법들 중 하나는 인공 뼈 임플란트를 타겟 뼈 조직에 배치하기 전 인공 뼈 임플란트를 전혈로 덮는 것이다. 전혈은 이하에서 "골 유착 가속물들"로 표기되는, 골 유착을 가속시키는 성분들, 예를 들어 간세포들, 혈장에 함유된 성장 인자들 등을 포함한다.

바람직하게는, 인공 뼈 임플란트를 처리하기 위해 사용되는 혈액 샘플은 자가 혈액 샘플, 즉 인공 뼈 임플란트의 이식을 받는 환자로부터 취해지는 전혈 샘플이다.

용어 "환자"는 본 출원에 개시되는 바와 같이 인공 뼈 이식을 받는 모든 유기체, 즉 인간 환자를 포함하는 모든 동물 환자를 지칭한다는 것이 주의되어야 한다.

현재 관행은 인공 뼈 임플란트를 타겟 뼈 조직에 이식하기 직전에, 인공 뼈 임플란트를 전혈의 샘플에, 바람직하게는 자가 전혈 샘플에 침지하는 것이다. 침지 동안, 골 유착 가속물들을 포함하는 전혈이 인공 뼈 임플란트에 유착된다. 그 다음, 인공 뼈 임플란트를 나머지 전혈 샘플에서 분리하고 타겟 뼈 조직에 이식한다. 그러나, 이러한 방법은 다루기 힘들고, 까다롭고, 시간 소모가 크며, 전혈로 덮힌 인공 뼈 임플란트를 예를 들어 이식 부위 주변 조직의 국부 감염, 및 심지어 생명을 위협하는 전신 감염을 야기할 수 있는 병원성 바이러스 및 박테리아로 인해, 인공 뼈 임플란트의 오염 가능성을 증가시킬 수 있는 비-무균 조건에 노출시킬 수 있다는 것이 이해된다.

본 발명은 간단하고, 빠르며, 사용하기 쉬운 방법으로, 인공 뼈 임플란트를 전혈로 처리하기 위한 디바이스를 제공한다.

본 발명은 또한 간단하고, 빠르며, 사용하기 쉬운 방법으로, 인공 뼈 임플란트의 표면을 전혈로 생물학적으로 활성화하기 위한 디바이스를 더 제공한다.

본 발명은 또한 간단하고, 빠르며, 사용하기 쉬운 방법으로, 인공 뼈 임플란트의 골 유착을 가속시키기 위해, 인공 뼈 임플란트의 표면을 전혈로 생물학적으로 활성화하기 위한 디바이스를 더 제공한다.

보다 구체적으로, 본 발명은 골아 세포 이동, 유착, 증식 및 분화, 즉 골 유착 향상 뿐만 아니라 임플란트 부위 재건 기간을 단축하기 위한 모든 키를 향상시키기 위해, 인공 뼈 임플란트의 표면을 전혈로 생물학적으로 활성화하기 위한 디바이스를 제공한다.

본 발명은 본 발명의 디바이스를 사용하여, 인공 뼈 임플란트를 전혈로 처리하기 위한 방법들을 추가적으로 제공한다.

본 발명은 또한 본 발명의 디바이스를 사용하여, 인공 뼈 임플란트의 표면을 전혈로 생물학적으로 활성화하기 위한 방법들을 추가적으로 제공한다.

본 발명은 또한 본 발명의 디바이스를 사용하여, 인공 뼈 임플란트의 골 유착을 가속시키기 위해, 인공 뼈 임플란트의 표면을 전혈로 생물학적으로 활성화하기 위한 방법들을 추가적으로 제공한다.

보다 구체적으로, 본 발명은 골아 세포 이동, 유착, 증식 및 분화, 즉 골 유착 향상 뿐만 아니라 임플란트 부위 재건 기간을 단축하기 위한 모든 키를 향상시키기 위해, 인공 뼈 임플란트의 표면을 전혈로 생물학적으로 활성화하기 위한 방법들을 제공한다.

단지 간단함을 위해, 전혈이 이하에서 때때로 "혈액"으로 짧게 표기될 것이라는 점이 주의되어야 한다.

도 1a 및 도 1b는 각각, 대표적인 실시예에 따른, 인공 뼈 임플란트를 전혈로 처리하기 위한 디바이스(1)의 측면도 및 사시도를 예시한다. 바람직한 실시예에 따르면, 디바이스(1)는 인공 뼈 임플란트의 전혈에 존재하는 골 유착 가속물들로의 커버를 가능하게 하도록 구성된다. 일 실시예에 따르면, 디바이스(1)는 개구(15)(미도시)를 갖는 용기(10), 및 용기(10)의 개구(15)를 덮도록 구성된 커버(20)를 포함한다. 용기(10)는 해당 기술분야에 알려진, 임의의 크기 및 구조의 임의의 인공 뼈 임플란트(30)를 수용하도록 구성된다. 바람직한 실시예에 따르면, 인공 뼈 임플란트(30)는 생체에 적합한 물질, 예를 들어 타이타늄으로 만들어진다. 단지 간단함을 위해, 인공 뼈 임플란트(30)는 이하에서 때때로 "임플란트(30)"로 표기된다. 도 1은 또한 용기(10)에 수용되는 치아 임플란트(30) 형태의 대표적인 임플란트(30)를 예시한다. 바람직한 실시예에 따르면, 커버(20)는 임플란트(30)가 커버(20)에 의해 홀딩되도록 임플란트(30)에 부착하도록 구성된다. 일 실시예에 따르면, 용기(10)의 높이는 임플란트(30)의 높이와 유사하다. 다른 실시예에 따르면, 용기(10)의 높이는 도 1a 및 도 1b에 예시된 바와 같이, 임플란트(30)의 높이보다 높다. 또 다른 실시예에 따르면, 용기(10)는 임플란트(30)가 커버(20)에 부착되고 커버(20)가 용기(10)를 덮을 때 임플란트(30)의 전혈에의 침지를 가능하게 하는 방식으로 전혈로 채워지도록 구성된다.

일 실시예에 따르면, 전혈은 예를 들어 주사기 또는 피펫으로, 개구(15)를 통해 용기(10)로 옮겨진다. 그러나, 전혈을 용기(10)로 옮기는 이러한 방법은 지루하고, 시간 소모가 크며, 전혈 샘플 및 인공 뼈 임플란트(30)의 비-무균 조건에의 노출 가능성을 보다 유력하게 증가시킨다. 이러한 문제를 극복하기 위해, 다른 실시예에 따르면, 전혈은 용기(10)가 커버(20)에 의해 밀폐되게 유지하면서 용기(10)로 옮겨진다. 이는 예를 들어, 용기(10) 내부 음의 기압을 유지하고, 예를 들어 커버(20)를 통해, 또는 용기의 바닥(17)을 통해(도 1a 및 도 1b 참조), 또는 용기(10)의 임의의 부분을 통해, 용기(10)의 내부에 침투하는 디바이스를 사용하여 전혈을 용기(10)로 옮김으로써 이루어질 수 있다.

용어 "음의 기압"은 이하에서 때때로 "진공"으로 짧게 지칭될 것이라는 점이 주의되어야 한다. 그에 따라, 음의 기압을 갖는 구성요소, 예를 들어 용기(10)는 때때로 "진공 처리된" 구성요소, 예를 들어 "진공 처리된 용기"로 짧게 지칭될 것이다.

그에 따라, 추가 실시예에 따르면, 용기(10) 및 커버(20)는 용기(10) 내 기압을 주변 기압과 비교하여 음으로 유지하도록 구성된다. 또 다른 추가 실시예에 따르면, 커버(20)는 니들과 같은 디바이스의 용기(10)의 내부로의 침투를 가능하게 하도록 구성된다. 또 다른 추가 실시예에 따르면, 용기(10) 내 음의 기압은 커버(20)에 의해 홀딩되는 인공 뼈 임플란트(30)를 덮기에 충분한 용기(10)로 일정량의 전혈의 투입을 가능하게 하는 수준에 있다. 이러한 실시예들은 커버(20)를 개방할 필요 없이, 그에 따라 전혈 및 인공 뼈 임플란트(30)의 비-무균 조건에의 노출을 회피하면서, 커버(20)에 의해 용기(10) 내부에 홀딩되는 인공 뼈 임플란트(30)를 덮기 위해 전혈의 용기(10)로의 전달을 가능하게 한다.

일 실시예에 따르면, 전혈은 전혈원으로부터, 음의 기압을 갖는 밀폐된 용기(10)로 옮겨진다. 전혈원의 예들은 전혈을 포함하는 주사기, 혈액 주머니, 환자의 정맥 등을 포함한다. 전혈원의 바람직한 실시예는 환자의 정맥이다. 다른 바람직한 실시예에 따르면, 전혈은 인공 뼈 임플란트(30)를 이식 받는 환자의 정맥으로부터 전달된다, 즉 인공 뼈 임플란트(30)를 처리하기 위해 사용되는 전혈 샘플은 자가 혈액 샘플이다.

일 실시예에 따르면, 인공 뼈 임플란트(30)를 타겟 뼈 조직에 이식하기 전 인공 뼈 임플란트(30)를 골 유착 가속물들로 덮기 위한 방법이 제공되며, 방법은 다음을 포함한다:

-인공 뼈 임플란트를 전혈로 처리하기 위한 디바이스(1)를 제공하는 단계로서, 디바이스는 개구(15)를 갖는 용기(10), 및 개구(15)를 덮고 인공 뼈 임플란트(30)를 홀딩하도록 구성된 커버(20)를 포함한다.

-인공 뼈 임플란트(30)를 커버(20)에 부착하는 단계;

-전혈 샘플을 제공하는 단계;

-전혈 샘플로 용기(10)를 채우는 단계;

-인공 뼈 임플란트(30)의 적어도 일부가 전혈에 침지되게 하는 방식으로 용기(10)를 인공 뼈 임플란트(30)를 홀딩하는 커버(20)로 덮는 단계;

-인공 뼈 임플란트(30)의 골 유착 가속물들로의 커버를 가능하게 하는 시간 기간 동안 전혈에서 인공 뼈 임플란트(30)를 배양하는 단계;

-용기(10)에서 골 유착 가속물들로 덮힌 인공 뼈 임플란트(30)와 커버(20)를 제거하는 단계; 및

-커버에서 골 유착 가속물들로 덮힌 인공 뼈 임플란트를 분리하는 단계.

용기(10) 내가 음의 기압인 디바이스(10)가 인공 뼈 임플란트(30)를 타겟 뼈 조직에 이식하기 전 인공 뼈 임플란트(30)를 골 유착 가속물들로 덮기 위해 사용될 때, 다음 실시예들이 적용된다.

일 실시예에 따르면, 음의 기압 조건 하 인공 뼈 임플란트를 전혈로 처리하기 위해 인공 뼈 임플란트(30)를 디바이스(1)에 저장하기 위한 방법이 제공되며, 방법은 다음을 포함한다:

-인공 뼈 임플란트를 전혈로 처리하기 위한 디바이스(1)를 제공하는 단계로서, 디바이스는 개구(15)를 갖는 용기(10), 및 개구(15)를 밀폐하도록 구성된 커버(20)를 포함하되, 용기(10) 및 커버(20)는 용기(10) 내 음의 기압을 유지하도록 구성되며, 커버(20)는 니들과 같은 디바이스의 용기(10)의 내부로의 침투를 가능하게 하고, 커버(20)는 인공 뼈 임플란트(30)를 홀딩하도록 더 구성된다;

-인공 뼈 임플란트(30)를 커버(20)에 부착하는 단계;

-인공 뼈 임플란트(30)가 용기(10)에 포함되게 하는 방식으로, 용기(10)의 개구(15)를 인공 뼈 임플란트(30)가 부착된 커버(20)로 밀폐시키는 단계; 및

-용기(10)에 음의 기압을 생성하는 단계.

용기(10) 내 음의 기압의 생성은 해당 기술분야에 알려진 임의의 방법, 예를 들어, 용기(10)를 커버(20)에 의해 밀폐되게 유지하면서, 커버(20)를 침투하는 니들과 같은 디바이스를 사용하여 용기(10)에서 공기를 빼내는 것에 의한다.

음의 기압 조건 하 디바이스(1)에 인공 뼈 임플란트(30)를 저장하기 위한 방법은 예를 들어, 음의 기압 조건 하 인공 뼈 임플란트(30)를 포함하는 전혈로 인공 뼈 임플란트를 처리하기 위한 디바이스들(1)의 제조 동안, 수행될 수 있다. 그러한 디바이스들(1)은 사용할 준비가 되어 있고, 그에 따라 인공 뼈 임플란트(30)를 전혈로 처리하는 과정을 빠르고 쉽게 만들고, 인공 뼈 임플란트(30) 및 전혈의 비-무균 조건에의 노출을 방지한다.

앞서 언급한 방법으로 만들어진 디바이스(1)의 사용은 다음 대표적인 실시예들에 따를 수 있다.

일 실시예에 따르면, 인공 뼈 임플란트(30)를 타겟 뼈 조직에 이식하기 전 인공 뼈 임플란트(30)를 골 유착 가속물들로 덮기 위한 방법이 제공되며, 방법은 다음을 포함한다:

-커버(20)로 밀폐되는 용기(10)를 포함하고, 음의 기압 조건 하 커버(20)에 부착되는 인공 뼈 임플란트(30)를 포함하는, 인공 뼈 임플란트를 전혈로 처리하기 위한 디바이스(1)를 제공하는 단계;

-전혈원에 유체 공학적으로 연결되는 니들과 같은 디바이스를 용기(10)의 내부로 삽입하는 단계;

-전혈이 용기(10)의 내부를 채우게 하고 인공 뼈 임플란트의 적어도 일부를 덮게 하는 단계;

-인공 뼈 임플란트(30)의 골 유착 가속물들로의 커버를 가능하게 하는 시간 기간 동안 전혈에서 인공 뼈 임플란트(30)를 배양하는 단계;

-용기(10)에서 골 유착 가속물들로 덮힌 인공 뼈 임플란트(30)와 커버(20)를 제거하는 단계; 및

-커버에서 골 유착 가속물들로 덮힌 인공 뼈 임플란트를 분리하는 단계.

일 실시예에 따르면, 전혈원은 자가 전혈 샘플을 포함한다.

다른 실시예에 따르면, 전혈원은 전혈을 포함하는 주사기이다.

또 다른 실시예에 따르면, 전혈원은 전혈을 포함하는 혈액 주머니이다.

바람직한 실시예에 따르면, 전혈원은 환자의 정맥이다.

전혈원이 환자의 정맥, 바람직하게는 인공 뼈 임플란트(30)의 이식을 받는 환자의 정맬일 때, 환자의 정맥으로 삽입되는 니들과 같은 디바이스는 커버(20)를 통해 용기(10)의 내부로 삽입되는 니들과 같은 디바이스로 도관과 유체 공학적으로 연결된다. 용기(10) 내부 음의 기압의 결과로서, 전혈이 환자의 정맥으로부터 도관을 통해 용기(10)로 채취된다.

도 2는 대표적인 실시예에 따른, 정맥으로부터의 전혈을 환자의 정맥으로부터 인공 뼈 임플란트(30)를 포함하는 디바이스(1)로 직접 채취하기 위한 시스템을 개략적으로 예시한다. 바람직한 실시예에 따르면, 전혈이 환자의 정맥, 예를 들어 환자의 손(50)의 정맥으로부터, 예를 들어 전혈을 수용하도록 구성된 시스(54)에 유체 공학적으로 부착되는, 정맥으로 삽입되도록 구성된 피하 주사 바늘(52)을 사용하여, 해당 기술분야에 알려진 바와 같은 정맥 천자에 의해 채취된다. 시스는 시스를 막도록 그리고 관(58)의 시스(54)의 내부로의 삽입을 가능하게 하도록 구성된 플러그(56)를 구비한다. 관(58)은 플러그(56)를 통해 시스(54)로 삽입되도록 구성된 제1 단부 및 디바이스의 용기(10)로 침투하도록 구성된 제2 단부를 포함한다. 이는 예를 들어, 관(58)의 제2 단부에 부착되는 제2 니들(60)에 의해 이루어진다. 제2 니들(60)은 디바이스(1)의 용기(10)로 침투하도록 구성되고, 디바이스(1)는 그것을 통한 제2 니들(60)의 침투를 가능하게 하도록 구성된다. 이는 예를 들어, 그것의 베이스에, 즉 인공 뼈 임플란트(30)가 부착되는 커버(20)에 대향하는 용기(10)의 측에 예를 들어, 고무 막(66)을 포함하는 용기를 사용함으로써 이루어진다. 고무 막(66)은 제2 니들(60)의 용기(10)의 내부로의 침투를 가능하게 하도록 구성된다. 그에 따라, 피하 주사 바늘(52)의 환자의 정맥으로의 삽입, 피하 주사 바늘(52)에 유체 공학적으로 연결되는 시스(54)로의 관(58)의 제1 단부의 침투 및 관(58)의 제2 단부에 부착되는 제2 니들(60)의 용기(10) 내부로의 침투 시, 환자의 정맥으로부터 인공 뼈 임플란트(30)를 포함하는 용기(10)로 직접 전혈이 채취되는 직접 루트가 제공된다. 용기(10) 내 음의 기압은 환자의 정맥으로부터 용기(10)로 직접 혈액을 채취하는 것을 돕는다.

이러한 실시예의 하나의 이점은 한 손으로 전혈의 그리고 인공 뼈 임플란트의 비-무균 조건에의 노출을 제거하고, 간단하고, 빠르며, 쉬운 방법으로 인공 뼈 임플란트의 전혈로의 커버를 가능하게 한다는 점이다.

인공 뼈 임플란트(30)를 타겟 뼈 조직에 이식하기 전 인공 뼈 임플란트(30)를 골 유착 가속물들로 덮기 위한 앞서 언급한 방법의 실험 동안, 놀랍게도 항응고제가 없는 전혈 샘플을 사용하는 것이 항응고제들, 예를 들어 헤파린, 시트르산염 등을 포함하는 전혈 샘플의 사용에 비해 유익하다는 점이 밝혀졌다. 인공 뼈 임플란트(30) 위 혈액의 엉김은 인공 뼈 임플란트(30)의 골 유착 가속물들로의 커버를 보다 효율적이게 한다는 점이 밝혀졌다.

그에 따라, 인공 뼈 임플란트(30)를 타겟 뼈 조직에 이식하기 전 인공 뼈 임플란트(30)를 골 유착 가속물들로 덮기 위한 방법에 관한, 다른 바람직한 실시예에 따르면, 전혈 샘플에 항응고제가 없다.

실험 동안 항응고제가 없는 전혈로 덮힌 인공 뼈 임플란트(30)가 용기에 있는 동안, 인공 뼈 임플란트(30)를 전혈로 처리하기 위한 디바이스(1)의 원심 분리가 인공 뼈 임플란트(30)의 골 유착 가속물들로의 커버를 매우 효율적이게 한다는 점이 더 밝혀졌다.

그에 따라, 추가 실시예에 따르면, 인공 뼈 임플란트를 전혈로 처리하기 위한 디바이스(1)는 전혈로 덮힌 인공 뼈 임플란트를 포함하면서 원심 분리되도록 구성된다.

인공 뼈 임플란트(30)를 타겟 뼈 조직에 이식하기 전 인공 뼈 임플란트(30)를 골 유착 가속물들로 덮기 위한 방법에 관한, 또 다른 추가 실시예에 따르면, 배양은 인공 뼈 임플란트(30)의 골 유착 가속물들로의 커버를 가능하게 하는 시간 기간 동안 디바이스(1)를 원심 분리하는 것이다.

또 다른 추가 실시예에 따르면, 원심 분리는 실질적으로 2,500-3,500 g의 범위 및 실질적으로 7-10 분의 시간 범위에 있다.

- 도 3은 대표적인 실시예에 따른, 본 발명의 디바이스(1)를 사용하여, 인공 뼈 임플란트(30)를 타겟 뼈 조직에 이식하기 전 인공 뼈 임플란트(30)를 골 유착 가속물들로 덮기 위한 방법의 바람직한 실시예를 개략적으로 예시하며, 방법(100)은 다음을 포함한다:

-환자에서 혈액을 채취하는 단계(112) - 바람직하게는 혈액은 인공 뼈 임플란트(30)가 이식될 신체에서의 환자의 정맥에서 채취된다;

-혈액을 임플란트를 포함하는 디바이스(1)로 옮기는 단계(114) - 바람직하게는 디바이스는 임플란트를 포함하는 진공 처리된 용기를 포함하고, 혈액은 임플란트를 커버하기 위해 진공 처리된 용기로 옮겨진다;

-디바이스(1)를 원심 분리하는 단계(116) - 바람직한 실시예에 따르면, 용기는 실질적으로 7-10 분 동안 실질적으로 2,500-3,000g의 범위에서 원심 분리된다.

-디바이스에서 임플란트를 제거하는 단계.

도 4a는 항응고제가 없을 때 시험관에서의 응고 이후 전혈 샘플을 예시한다. 원심 분리 동안, 전혈은 세 개의 주요 층으로 분리된다: 혈소판이 거의 없는 혈장(PPP)으로도 알려져 있는 상층 혈장 층, 하층 적혈구(RBC) 층, 및 이하에서 농축 성장 인자들(CGF) 층으로 표기되는 고체 중간 층. 고체 CGF 층은 세 부분을 포함한다: 백혈구(WBC) 및 혈소판을 포함하는 상층 백 부분(WP), 하층 적 부분(RP), 및 중간 "버피 코트"(BC) 부분. 항응고제가 없을 때 전혈이 원심 분리되었기 때문에, CGF 층은 엉겨진다.

도 4b는 원심 분리된 전혈의 나머지에서 분리된 엉긴 CGF 층을 도시한다.

도 4c는 거즈 위에 놓인 엉긴 CGF 층을 도시한다.

치아 임플란트들을 코팅하기 위한 생체 재료는 주로 자가 농축 성장 인자들(CGF)로 구성된다. 항응고제 없이 살균한 관에 모아진 완전 정맥혈이 준비된다. 원심 분리 이후, 성장 인자가 풍부한 밀도가 높은 섬유성 응괴/블록이 생성된다. 섬유성 응괴/블록은 고 농도의 피브리노겐, 인자 XIII 및 트롬빈의 결과로서 생성된다. 트롬빈에 의해 활성화되는 인자 XIII은 피브리노겐을 섬유성 응괴와 가교 결합시켜, 안정성 및 세기를 증가시킬 뿐만 아니라 플라스민 매개성 저하를 방지한다. 기본적으로, 강화된 섬유소 기질은 다수의 성장 인자 이를테면 혈소판 유래 성장 인자를 포획하여, 성장 인자-β, 혈관 내피 성장 인자 및 표피 성장 인자를 변형시킨다.

도 5a는 용기(10)가 전혈(500)로 채워질 때, 인공 뼈 임플란트(30)가 부착되는 커버(20)로 덮힌 용기(10)를 포함하는 디바이스(1)의 사진이다.

도 5b는 용기(10)가 예를 들어 실질적으로 7-10 분 동안 실질적으로 2,500 - 3,000 g의 범위에서, 원심 분리 이후 전혈로 채워질 때, 인공 뼈 임플란트(30)가 부착되는 커버(20)로 덮힌 용기(10)를 포함하는 디바이스(1)의 사진이다. 원심 분리의 결과 전혈(500)은 두 개의 주요 층으로 분리된다 - 적혈구 및 혈소판을 포함하는 하층(510) 및 혈장을 포함하는 상층(520).

도 5c는 전혈(500)이 원심 분리된 후, 커버(20) 및 인공 뼈 임플란트(30)가 용기(10)에서 분리된 후 디바이스(1)의 커버(20)에 부착된 인공 뼈 임플란트(30)를 개략적으로 예시하고 도 6c는 그것의 사진이다. 인공 뼈 임플란트(30)는 혈장을 포함하는 상층(520)의 일부로 덮힌다.

인공 뼈 임플란트(30)는 원심 분리 이후 인공 뼈 임플란트(30)가 상층 혈장 층, 중간 버피 코트 층, 및 하층 적혈구 층의 일부 윗 부분과 접촉하게 하는 방식으로 용기(10) 내부에 커버(20)에 의해 홀딩된다. 그에 따라, 원심 분리는 인공 뼈 임플란트를 적혈구의 대부분과 분리하나, 인공 뼈 임플란트의 주로 혈장, 및 전혈 샘플의 백혈구 및 혈소판과의 직접 접촉을 가능하게 한다.

원심 분리의 결과, 혈장 및 버피 코트가 인공 뼈 임플란트의 표면에 유착된다. 그에 따라, 골 유착 가속물들 이를테면 혈장 층에 포함되는 성장 인자들, 및 버피 코트 층에 포함되는 간세포들을 포함하여, 혈장 및 버피 코트의 성분들이 인공 뼈 임플란트의 표면에 유착된다.

도 7은 도 6c에 보여지는 전혈이 원심 분리된 후 인공 뼈 임플란트를 덮는 코팅층의 주사형 전자 현미경 사진(SEM)이다. 코팅층은 섬유소 망을 포함한다(원심 분리로 인해 서로 맞물리는 RBC 없이). 인공 뼈 임플란트 상의 코팅 층은 짜여지고 약 0.1 마이크로미터의 기공들을 갖는 얇은 파이버들을 갖는 밀도가 높은 섬유소 텍스처로 특징지어진다.

도 8은 전혈이 원심 분리된 다음 CGF로 코팅된 인공 뼈 임플란트의 다른 실시예의 사진이다. 인공 뼈 임플란트를 덮는 섬유성 응괴가 쉽게 보인다.

CGF-코팅된 임플란트들의 사용을 임상적으로 정당화하기 위해, 효고 결합 면역 흡착 검사(ELISA, enzyme-linked immunosorbent assay)를 사용하여 코팅층의 생물학적 활동을 평가했다. CGF 코팅층으로부터 성장 인자들의 점진적 방출률을 생체 외에서, 코팅된 임플란트들을 배지에서 배양하고, 배지로 방출된 성장 인자들의 양을 평가함으로써 연구하였다. 모두 임플란트 골 유착에 중심이 되는, 세포 유착, 증식 및 골 분화에 미치는 생물학적 영향을 갖는 특정 성장 인자들을 연구하기로 선택했다. 이러한 성장 인자들은 주로 섬유소 망 내에 서로 맞물리는 혈소판들로부터 방출된다. 섬유성 응괴 형성은 원심 분리 동안 개시되는데, 이때 무거운 RBC들이 먼저 침전하고 그에 따라 섬유소 망 내에서 서로 맞물리지 않는 한편, 보다 가벼운 WBC들 및 혈소판들은 나중에 침전하고, 섬유성 응괴 형성에 수반하며, 그에 따라 망에서 서로 맞물리게 된다. 섬유성 응괴 내 이러한 혈소판이 풍부한 농축물은 성장 인자들을 구별하여 방출하고 세포 분화 및 기능들에 영향을 미친다. 이러한 성장 인자들은 다음을 포함한다: 세포 성장, 혈관 회복 및 생성 및 콜라겐 생성을 향상시키는 혈소판 유래 성장 인자(PDGF); 혈관 세포들의 성장 및 새로운 생성을 촉진하는 혈관 내피 성장 인자(VEGF); 전신 감염에 수반되는 종양 괴사 인자-알파(TNF-α); 상피 세포들의 성장 및 조직 재생을 개선하는 형질 전환 성장 인자-베타1(TGF-β1); 혈관 세포들 및 상처 치유; 및 치료 및 세포 성장에 중요한 인슐린 유사 성장 인자-1(IGF-1). 코팅된 임플란트들로부터 성장 인자들의 점진적 방출의 동역학이 도 9에 제시된다.

도 9는 시간이 흐름에 따른 코팅된 임플란트들로부터 성장 인자들의 점진적 방출의 그래프들을 도시한다. 코팅된 임플란트들을 다양한 시간 간격(5 h, 1, 3, 6, 7 또는 8일) 동안 37℃의 배지에서 배양하였고 배지로 방출된 성장 인자들의 양을 평가하였다. 방출 시험은 세 상이한 기증자로부터의 혈액을 사용하여 수행하였고, 각각 별개의 진공 용기(v1, v2, 및 v3)에서 임플란트를 배양했다. 개별적인 그리고 평균 결과들이 제시된다. a) 시간이 흐름에 따른 PDGF-AB 방출. b) 시간이 흐름에 따른 VEGF 방출. c) 시간이 흐름에 따른 TNF-α 방출. d) 시간이 흐름에 따른 TGF-β1 방출. e) 시간이 흐름에 따른 IGF-1 방출.

모든 시험된 성장 인자는 CGF 코팅층에 존재했고 느린 속도로 방출되었다. PDGF-AB 및 VEGF 방출은 8일 기간에 걸쳐 증가하는 것으로 보이는 반면, TNF-α, TGF-ß1, 및 IGF-1 방출은 시간이 지나면서 일정한 것으로 보인다. 미래 연구는 또한 저하된 성장 인자 방출을 고려하기 위해, 프로테아제 억제제를 함유하는 배지에서의 성장 인자들의 방출을 측정할 것이다. 성장 인자들의 방출은 보다 긴 시간 동안; 20일까지 분석될 것이다.

SEM은 세포들이 시딩된 CGF-코팅된 치아 임플란트들의 표면을 특징짓기 위해 채용했다. 골수에서 유리된 간엽 줄기 세포(MSC)를 100,000 MSC/ml/치아 임플란트의 밀도로 CGF-코팅된 임플란트들에 시딩한 다음, 이틀 동안 배양하였다. 이는 세포 유착 및 성장에 미치는 CGF 코트의 영향을 증명하기 위해 수행하였다. 그 다음 샘플들을 임플란트 코팅의 3-차원 모폴러지에 고정하였고 세포들의 분포를 시각화하였다(도 10a 내지 도 10d 및 도 11a 내지 도 11d).

도 10a 내지 도 10d는 MSC들이 배양된 CGF-코팅된 치아 임플란트들의 SEM 이미지들이다. 도 10a) 치아 임플란트. 도 10b) CGF-코팅된 치아 임플란트. 도 10c) MSC-시딩된 치아 임플란트. 도 10d) MSC들이 배양된 CGF-코팅된 치아 임플란트.

도 11a 내지 도 11d는 처리된 치아 임플란트 표면들의 SEM 이미지들이다. 도 11a) 치아 임플란트 표면. 도 11b) CGF-코팅된 치아 임플란트 표면. 화살표는 혈소판을 가리킨다. 도 11c) MSC-시딩된 치아 임플란트 표면. 화살표는 시딩된 세포를 가리킨다. 도 11d) MSC들이 배양된 CGF-코팅된 치아 임플란트. 화살표들은 시딩된 세포들을 가리킨다.

베어 티타늄(bare titanium) 치아 임플란트 표면(도 11a)은 CGF-코팅된 임플란트 표면과 달랐으며, 후자가 섬유소 섬유들을 보인다(도 11b). 세포들이 베어 임플란트 표면에 들러붙었으나(도 11c), CGF-코팅된 표면들 상에서 더 많은 수가 관찰되었다(도 11d).

CGF 코팅층의 3-차원 구조 및 성장 인자들의 방출률을 예증한 후, 우리는 골수 유래 MSC들 상의 CGF 코팅의 생물학적 활동을 조사하였다. CGF 코팅이 섬유소 기질 및 성장 인자들을 포함함에 따라, 층 상의 MSC들의 유착 및 증식을 AlamarBlue 대상 활성도 분석에 의해 시험하였다. MSC들을 100,000 MSC/ml/치아 임플란트의 밀도로 시딩하였고, 임플란트 표면들에 유착되고 2일 동안 증식된 세포들의 수를 평가하였다(도 12).

도 12는 2일 동안 임플란트 표면들 상에서 성장한 MSC들의 수를 도시한 그래프이다. CGF 코팅은 대조 샘플들과 비교하여 MSC 유착 및 증식을 상당히 향상시켰다. 섬유소 기질의 생체 적합성 및 세포 성장에 미치는 서로 맞물린 인자들의 영향은 MSC 골 분화를 향상하는 것으로 투영된다. 우리는 형광 표지 세포 스캐너(FACS, fluorescence-activated cell scanner) 및 실시간 PCR과 같은 기술들을 사용하여, 골원성 유전자들 상의 CGF 코팅의 영향을 조사하였다.

도 13a 내지 도 13c는 치아 임플란트를 코팅하도록 구성된 디바이스(1)의 다른 대표적인 실시예를 개략적으로 예시한다. 도 13a는 두 개의 관을 포함하는 진공 용기를 예시한다. 혈관은 치아 임플란트가 배치되는 내측 관으로 옮겨진다. 보다 큰 관은 원심 분리 동안 내측 관을 보호한다. 도 13b는 원심 분리된 조립된 진공 용기를 예시하며 실리콘 캡이 거꾸로 있다. 도 13c는 혈액이 옮겨지는 실리콘 캡을 예시한다.

도 13a 내지 도 13c는 원심 분리 시 뿌리 표면 코팅이 발생하도록 치아 임플란트가 위치되는 진공 용기를 예시한다. 진공 용기 내 진공의 적절한 압력은 최적의 코팅을 위해 정밀한 양의 혈액을 인출하도록 셋업된다. 혈액 응괴의 가속은 실리콘 및 미세화 실리카로 진공 용기의 내측 내강을 코팅함으로써 이루어질 수 있다. 이와 같이, 진공 용기로 인출된 혈액은 종내 동종의 망상의 텍스처를 야기하는 임플란트 주위 긴 섬유소 가닥들을 형성하는 복합 응괴 캐스케이드를 거친다. 종합하면, 진공 및 원심 분리의 파라미터들(예를 들어, 상대 원심력(rcf), 시간, 속도, 원심 분리 시 용기의 배향 등)은 코팅 과정이 생물체에 작용하는 성분들 이를테면 혈소판들 및 WBC들을 가두나 RBC들을 잃는 섬유소의 400-500 마이크론 두께 층을 생성하게 한다.

코팅 직후 이식되는 것으로 고안된, 절차의 실효성 및 코팅된 임플란트의 생물 작용을 확인하기 위해, CGF 코팅이 더 특징지어진다. CGF 코팅층 상으로 시딩되는 MSC들의 성장, 증식, 이동 및 분화 가능성을 연구한다. MSC들의 이동은 Boyden 챔버 분석을 사용하여 평가한다.

도 14a 및 도 14b는 MSC 이동 및 성장률에 미치는 CGF-코팅된 임플란트들의 영향을 분석하기 위한 Boyden 챔버를 예시한다. 도 14a는 MSC들의 이동에 미치는 CGF-코팅된 임플란트들로부터 방출되는 성장 인자들의 영향을 예시한다. 도 14b는 MSC들의 성장률에 미치는 CGF-코팅된 임플란트들로부터 방출되는 성장 인자들의 영향을 예시한다.

세포들은 CGF-코팅된 임플란트를 포함하는, 하측 챔버와 다공성 막에 의해 분리되는, 상측 챔버 또는 세포 배양 인서트에 배치된다. 세포들 및 임플란트는 공유되는 혈청이 없는 배지에 잠긴다. 그 다음 세포들은 배양된 조건 하에서 4시간에 걸쳐, 상측 챔버에서 인서트의 밑면으로 이동하게 된다. 인서트의 상측 막 표면 상의 세포들은 기계적으로 제거하고, 인서트의 밑면 상에 이동된 세포들은 고정, 착색 및 카운트한다. 이러한 기술은 CGF-코팅된 임플란트로부터 방출된 성장 인자들에 대한 MSC들의 이동의 퍼센테이지의 평가를 가능하게 한다. 상측 챔버에 CGF-코팅된 임플란트들이 있을 때 대 없을 때에 하측 챔버 내 MSC들의 성장률에 미치는 이러한 인자들의 영향을 또한 시간이 흐름에 따라 평가 및 비교할 수 있다(도 14b). FACS 및 실시간 PCR과 같은 기술들을 사용하여 CGF 코팅층 상으로 시딩된 MSC들에서의 골원성 유전자들의 표출을 결정한다. CGF 코팅층 상으로 시딩되는 MSC들의 골원성 잠재성을 알칼리 포스파타제 활성 분석 및 세포들의 무기화 평가를 사용하여 생체 외에서 시험한다.

CGF 코팅에 적절한 용기들과 미니 및 표준 임플란트들이 CGF-코팅된 임플란트들의 쥐 경골의 뼈 조직에의 이식 다음 골 유착의 가속을 증명하기 위한 개념 입증 연구를 위해 사용된다. 표준 크기의 임플란트들은 또한 CGF 코팅을 위한 적절한 용기와 함께, 인간들에 시험된다. 이러한 코팅된 임플란트들은 인간 환자들을 위한 임상 시험 계획서를 수립하기 위해, 성견 하악골의 뼈 조직에 이식된다.

CGF 코팅이 존재할 때 MSC 분화를 특징짓는 생체 외 연구 다음, 실현 가능성 연구가 수행되며, 이때 CGF 코팅된 임플란트들이 뼈 조직 내 그것들의 골 유착률을 시험하기 위해 쥐 경골로 이식된다. Wistar 무모생쥐를 마취시키고 우전-근위 경골 표면 위를 절개한다. 골막 표면은 보존하도록 주의된다. 1 mm 드릴 비트를 사용하여, 하나의 피질을 통과하는 홀들을 뚫고 임플란트들을 이식한다. 임플란트 주위 피부는 비-흡수 봉합사로 막고 통증을 관리한다. 두 동물군, 즉, CGF-코팅된 임플란트들을 수용하는 군 대 비-코팅된 임플란트들을 수용하는 군을 시험하고 비교한다. CGF 코팅 절차가 인간 혈액으로 수행된다. 임플란트 골 유착을 다양한 시점(예를 들어, 임플란트들을 가설한 후 2, 4, 6, 및 10주)에 평가한다. 연구를 위해 총 40마리의 쥐가 필요했다. 실험의 마지막에, 쥐들을 마취시키고; 임플란트들이 가설된 경골을 절개하고, 포르말린에 고정하며, 조직학 분석을 위해 파라핀에 박아 넣거나, 또는 뼈 조직 형성 또는 임플란트 골 유착을 평가하기 위해 생체 외 마이크로-CT 스캐너들로 분석한다. 쥐들은 펜토바르비탈 나트륨 염의 심장내 투여로 인해 희생시킨다.

CGF-코팅된 임플란트들의 골 유착을 개과 모델에서 평가한다. 각각 대략 2년생이고 무게가 15-18 kg인 네 수컷 비글 견으로 구성된 두 그룹을 임의의 병적 측면을 배제하기 위해 발치 이전에 방사선 사진술로 스크리닝한다. 두 하악 임플란트를 각 견에 이식하며, 하나의 군은 CGF-코팅된 임플란트들을 수용하고, 다른 군은 베어 임플란트들을 수용한다. CGF 임플란트 코팅은 처치되는 견으로부터 모아진 자가 혈액으로 수행한다. 견들은 할로세인 가스 마취 하 수술을 받는다. 수술 동안 심박수, 온도, 및 호흡수를 모니터링한다. 견들의 무치 절차는 방사선 사진술로 평가한다. 견들의 정맥혈을 임플란트 코팅을 위해 사용한다. 임플란트들 주위 골 유착 및 뼈 조직 회복은 이식 후 1, 3, 6개월에 방사선 사진술로 평가한다. 6개월 시점에, 임플란트들을 또한 조직학으로 평가한다. 임플란트에 따른 뼈 접촉 길이 퍼센트를 결정하기 위해 조직 형태 계측적 분석을 수행한다.

도 15는 뼈 소재, 예를 들어 뼈 대체물로 원하는 모양의 뼈를 형성하도록 구성된 디바이스(1)의 다른 대표적인 실시예를 개략적으로 예시한다. 분말, 조각 등의 형태의 뼈 소재(600)를 진공 처리된 용기(10) 내에 배치한다. 용기(10)는 용기(10)를 두 개의 부분, 즉 아랫 부분 및 윗 부분으로 분리하는 고정된 분리기(40)를 구비한다. 분리기(40)는 용기(10)가 전혈(500)로 채워질 때, 용기(10)의 아랫 부분의 혈액(500)이 용기(10)의 윗 부분의 혈액(500)과 완전히 접촉하도록 홀들을 구비한다. 뼈 소재(600)는 분리기(40) 위, 용기(10)의 윗 부분에 있다. 용기(10) 내 진공이 환자의 혈액(500)으로 교체된 후, 용기(10)를 본 출원 위에서 언급한 바와 유사한 조건에서 원심 분리한다. 원심 분리의 결과, 혈액(500)은 주로 분리기(40) 아래, 용기(10)의 아랫 부분에 농축되는, 적혈구들 및 혈소판들을 포함하는 아래 페이즈(510), 및 분리기(40) 위, 용기(10)의 윗 부분에 혈장을 포함하는 윗 페이즈(520)로 분리된다. 다시, 혈장은 사용될 준비가 된, 원하는 모양의 뼈(700)을 형성하기 위해 뼈 소재(600)에 유착되는 골 유착 가속물들을 포함한다.

도 16은 대표적인 실시예에 따른, 뼈 소재로 원하는 모양의 뼈를 형성하도록 구성된 분해된 디바이스(1)를 개략적으로 예시한다. 용기(10), 커버(20)의 대표적인 구성요소들 및 분리기(40)가 예시된다.

도 17은 대표적인 실시예에 따른, 뼈 소재로 원하는 모양의 뼈를 형성하도록 구성된 분해된 디바이스(1)를 개략적으로 예시한다. 용기(10), 커버(20)의 대표적인 구성요소들 및 분리기(40)가 예시된다.

도 18은 대표적인 실시예에 따른, 정맥으로부터의 전혈을 환자의 정맥으로부터 뼈 소재로 원하는 모양의 뼈를 형성하도록 구성된 디바이스(1)로 직접 채취하기 위한 시스템을 개략적으로 예시한다. 시스템의 구성요소들은 도 2에 도시된 바와 같고, 뼈 소재로 원하는 모양의 뼈를 형성하도록 구성된 디바이스(1)는 도 15에 설명된 바와 같다.

도 19a 내지 도 19i는 뼈 소재로 원하는 모양의 뼈를 형성하도록 구성된 디바이스(1)를 사용함으로써 만들어진 원하는 모양의 뼈(700)의 SEM이다.

명확성을 위해 별개의 실시예들의 상황에서 설명되는 본 발명의 특정 특징들은 또한 단일 실시예에서 조합하여 제공될 수 있다는 점이 이해된다. 반대로, 간결성을 위해 단일 실시예의 상황에서 설명된 본 발명의 다양한 특징이 또한 별개로 또는 임의의 적합한 서브 조합으로 제공될 수 있다.

본 발명이 그 구체적인 실시예들과 함께 설명되었지만, 많은 대체, 변형 및 변경이 해당 기술분야의 통상의 기술자들에게 분명할 것이라는 것이 명백하다. 따라서, 그것은 첨부된 청구범위의 사상 및 광범위한 범위 내에 속하는 모든 그러한 대체, 변형 및 변경예를 포함하도록 의도된다.

Claims (13)

1. 인공 뼈 임플란트를 혈액으로 처리하기 위한 디바이스로서,
   인공 뼈 임플란트를 수용하고 혈액으로 채워지도록 구성된 용기로서, 개구를 포함하는, 상기 용기; 및
   상기 용기의 상기 개구를 덮도록 구성된 커버를 포함하는, 디바이스.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 디바이스는 원심분리되도록 구성된, 디바이스.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 용기 및 상기 커버는 상기 용기 내 기압을 주변 기압과 비교하여 음으로 유지하도록 구성된, 디바이스.
4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커버는 인공 뼈 임플란트가 상기 커버에 의해 홀딩되도록 상기 인공 뼈 임플란트에 부착하도록 구성된, 디바이스.
5. 청구항 5에 있어서, 상기 인공 뼈 임플란트는 치아 임플란트인, 디바이스.
6. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용기는 상기 용기를 윗 부분 및 아랫 부분으로 분리하는 분리기를 더 포함하되, 상기 분리기는 상기 아랫 부분의 혈액과 상기 윗부분의 혈액의 접촉을 가능하게 하는 홀들을 포함하는, 디바이스.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 인공 뼈 임플란트는 뼈 소재인, 디바이스.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 분리기는 상기 용기의 상기 윗 부분에 상기 뼈 소재를 유지하도록 구성된, 디바이스.
9. 인공 뼈 임플란트를 골 유착 가속기들로 커버하기 위한 방법으로서,
   환자에서 혈액을 채취하는 단계;
   상기 혈액을 인공 뼈 임플란트를 혈액으로 처리하기 위한 디바이스로 옮기는 단계로서, 상기 디바이스는 인공 뼈 임플란트를 수용하고 혈액으로 채워지도록 구성된 용기로서, 개구를 포함하는, 상기 용기; 및 상기 용기의 상기 개구를 덮도록 구성된 커버를 포함하고, 상기 용기는 상기 인공 뼈 임플란트를 포함하는, 상기 혈액을 상기 디바이스로 옮기는 단계;
   상기 디바이스를 원심 분리하는 단계; 및
   상기 디바이스에서 상기 임플란트를 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
10. 청구항 9에 있어서, 상기 용기 및 상기 커버는 상기 용기 내 기압을 주변 기압과 비교하여 음으로 유지하도록 구성되고, 상기 혈액은 상기 용기 내 음의 기압으로 인해 상기 용기로 옮겨지는, 방법.
11. 청구항 9에 있어서, 상기 환자에서 상기 혈액을 채취한 후, 상기 혈액은 원심 분리되고, 원심 분리된 상기 혈액에서 분리된 혈장이 상기 디바이스로 옮겨지며, 상기 디바이스를 원심 분리하지 않고, 상기 혈장이 응고하는 것이 허용되는, 방법.
12. 청구항 11에 있어서, 상기 혈장은 가속된 방식으로 응고하는 것이 허용되는, 방법.
13. 청구항 9 내지 11 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혈액 또는 혈장의 응고는 흔들기, 또는 초음파 처리, 또는 이들의 임의의 조합으로 가속되는, 방법.

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