KR20200054578A - Preparation of cartilage acellular matrix hydrogel with controllable biodegradation and properties - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to hydrogel manufactured by crosslinking animal cartilage-derived tissue and a method for manufacturing the same. The biocompatible animal cartilage-derived tissue hydrogel according to the present invention can delay a biodegradation period by biochemical crosslinking according to a content of a crosslinking agent, etc., can increase mechanical properties, and can adjust the biodegradation period and the mechanical properties according to formation of a cross linking degree. In addition, the animal cartilage-derived tissue hydrogel according to the present invention is used as an injectable preparation, thereby being used for tissue repair, drug delivery, cell delivery, etc.

Description

생분해 기간 및 물성 조절 가능한 동물 연골 유래 조직 하이드로젤의 제조 방법{Preparation of cartilage acellular matrix hydrogel with controllable biodegradation and properties}Preparation of cartilage acellular matrix hydrogel with controllable biodegradation and properties}

본 발명은 동물 연골 유래 조직을 가교화하여 제조된 하이드로젤 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogel prepared by crosslinking tissues derived from animal cartilage and a method for manufacturing the same.

연골은 다른 결합조직과 같이 결합조직세포와 무세포기질로 구성되어 있지만, 고유 결합 조직과는 달리 단단하면서도 어느 정도 유연성이 있는 기질을 함유한 특수한 결합조직이다. 연골의 결합 조직 세포는 대부분 연골세포 한가지로 구성되어 있으며, 이러한 연골세포들은 연골 기질 안의 연골소강에 위치해 있다.Cartilage, like other connective tissue, is composed of connective tissue cells and acellular matrix, but unlike the native connective tissue, it is a special connective tissue that contains a rigid yet somewhat flexible substrate. The connective tissue cells of cartilage are mostly composed of one chondrocyte, and these chondrocytes are located in the cartilage cavity in the cartilage matrix.

무세포기질은 섬유와 무형질로 나누어진다. 섬유성분은 대부분 Ⅱ형 아교질(콜라겐)로 구성되어 있으나, 일부 연골에는 탄력섬유가 풍부하게 있다. 무형질은 주로 황산화 글리코스아미노글리칸으로 구성되어 있는 단백당이 주성분을 이루고 있다. 연골기질에서는 많은 수의 단백당 분자가 글리코스아미노글리칸의 하나인 히알루론산에 의해 연결 단백질에 의해 연결되어 거대분자를 이룬다. 이러한 거대분자는 아교섬유와도 결합되어 있다. 단백당 분자는 무형질의 당단백질인 콘드로넥틴에 의해 아교섬유에 부착되어 있다.Cell-free substrates are divided into fibers and amorphous substances. Most fiber components are composed of type II collagen (collagen), but some cartilage is rich in elastic fibers. The intangible substance is composed mainly of protein sugar composed mainly of sulfated glycosaminoglycans. In the cartilage matrix, a large number of protein sugar molecules are linked by a linking protein by hyaluronic acid, one of glycosaminoglycans, to form a macromolecule. These macromolecules are also combined with glue fibers. The protein-sugar molecule is attached to the glue fiber by a non-morphic glycoprotein, chondronetin.

기타 기질로는 비-콜라겐 단백질과 당단백질 등이 연골의 건조 중량의 10~15%를 차지하고 있으며, 이들은 주로 기질 거대분자의 구조를 안정화시키고 유기 조직을 형성하는 것을 도와준다.As other substrates, non-collagen proteins and glycoproteins account for 10-15% of the dry weight of cartilage, and these mainly stabilize the structure of the substrate macromolecule and help to form organic tissue.

이러한 동물 연골 조직에서 유래한 천연 소재는 세포외기질(Extracellular matrix; ECM)로 구성되어 있다. 세포외기질은 세포가 성장하고 분화하는데 필요한 화학적 인자들을 공급해주면서 세포가 지낼 수 있는 환경을 제공하고, 높은 생체적합성과 면역반응이 거의 일어나지 않는 특징을 가진다. 하지만 생분해 기간이 짧고 물성이 낮아 실제 적용에 한계를 가진다. 따라서, 이러한 한계를 해결하기 위하여 연골유래 조직을 물리적 또는 화학적 처리를 통하여 물성을 증진시킬 필요가 있다.The natural material derived from such animal cartilage tissue is composed of an extracellular matrix (ECM). The extracellular matrix provides an environment in which cells can stay while supplying the chemical factors necessary for cells to grow and differentiate, and has high biocompatibility and almost no immune response. However, the biodegradation period is short and the physical properties are low, which limits its practical application. Therefore, in order to solve these limitations, it is necessary to improve physical properties of cartilage-derived tissue through physical or chemical treatment.

최근에 주입형 하이드로젤은 의료 분야에서 많은 관심을 받고 있는데, 의료용 충진제로부터 생리활성 물질의 방출시스템, 삼차원 구조를 이용한 기관 또는 조직재생 등 폭넓게 이용될 수 있을 것으로 전망된다. 이러한 주입형 하이드로젤은 외과적인 수술과정 없이 주사기 등을 사용하여 간단하게 생체 내에 주입될 수 있다는 장점을 가지고있다. 일반적으로 주입형 하이드로젤의 경우 체외에서는 유체와 같은 특성을 가지고 있어 주사기를 사용하여 이식이 가능하고, 체내에 주입 후에는 젤화가 일어난다. 그러므로 이식 후에는 약물이나 생리활성 물질의 지속적인 방출을 위한 약물 전달 시스템 또는 세포의 성장을 유지할 수 있는 지지체로서의 역할을 할 수 있다. 또한 다양한 가교 방법을 도입하여 하이드로젤의 젤화 시간, 팽윤 정도, 분해 및 기계적 물성과 같은 물리화학적 특성을 조절할 수 있어, 원하는 목적에 따른 하이드로젤을 제조하여 약물전달 시스템이나 조직공학에 이용하는 데 큰 장점이 된다.Recently, injection-type hydrogels have received a lot of attention in the medical field, and are expected to be widely used, such as the release system of bioactive substances from medical fillers, and organ or tissue regeneration using a three-dimensional structure. The injection-type hydrogel has an advantage that it can be injected into a living body simply by using a syringe or the like without a surgical procedure. In general, injection-type hydrogels have fluid-like properties outside the body and can be implanted using a syringe, and gelation occurs after injection into the body. Therefore, after transplantation, it can serve as a drug delivery system for sustained release of drugs or bioactive substances or as a support for maintaining cell growth. In addition, by introducing various crosslinking methods, it is possible to control the physicochemical properties such as gelation time, degree of swelling, decomposition, and mechanical properties of the hydrogel, so it is a great advantage to manufacture the hydrogel according to the desired purpose and use it in the drug delivery system or tissue engineering. It becomes.

이에, 본 발명자들은 물성을 조절할 수 있는 하이드로젤 및 이의 제조 방법을 제공하기 위해 노력한 결과, 천연소재인 동물 연골 유래 조직을 가교화하여 하이드로젤을 제조하였으며, 이는 가교제의 함량 등에 따라 생분해 기간 및 기계적 물성 조절이 가능하므로, 생체적합성을 가지는 조직수복, 약물전달 또는 세포전달 등을 위한 주사형 제제로 이용할 수 있을 것으로 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors tried to provide a hydrogel and a method for preparing the hydrogel that can control the physical properties, as a result of crosslinking the tissue derived from animal cartilage, which is a natural material, to produce a hydrogel. Since the physical properties can be controlled, the present invention was completed by confirming that it could be used as an injectable preparation for tissue repair, drug delivery, or cell delivery with biocompatibility.

천연소재의 경우 생체적합성이 우수한 반면 생분해 속도 및 기계적 물성의 조절이 어렵기 때문에, 천연소재로서의 응용에는 한계가 있고 기계적 물성의 증가 및 화학적 처리에 의하여 물성을 증진시켜야만 한다.In the case of natural materials, biocompatibility is excellent, but biodegradation rate and mechanical properties are difficult to control, so there are limitations in the application as natural materials, and it is necessary to increase physical properties and improve physical properties by chemical treatment.

이에, 본 발명자들은 천연소재인 동물 연골 유래 조직을 이용하여 가교제로화학적인 반응을 통하여 쉽게 분해되지 않는 젤 형성이 가능하고, 가교제의 함량 등에 따라 생분해 기간 및 기계적 물성 조절이 가능한 생체적합성 연골 유래 조직 하이드로젤을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.Thus, the present inventors are biocompatible cartilage-derived tissues capable of forming a gel that is not easily degraded through a chemical reaction with a cross-linking agent using tissues derived from animal cartilage, which is a natural material, and can control biodegradation period and mechanical properties according to the content of the cross-linking agent. It is intended to provide a method of manufacturing a hydrogel.

본 발명은 (a) 동물 연골 유래 조직을 분말화하여 연골 유래 조직 분말을 제조하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 제조한 연골 유래 조직 분말 함유 수용액을 가교제 함유 용액과 혼합 및 가교하여, 가교된 연골 유래 조직을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 제조한 가교된 연골 유래 조직을 건조시켜 다시 분말화한 다음, 완충용액에 분산시켜 하이드로젤을 제조하는 단계를 포함하는 하이드로젤의 제조 방법을 제공한다. The present invention comprises the steps of: (a) preparing a cartilage-derived tissue powder by pulverizing animal cartilage-derived tissue; (b) preparing a cross-linked cartilage-derived tissue by mixing and crosslinking the aqueous solution containing cartilage-derived tissue powder prepared in step (a) with a solution containing a cross-linking agent; And (c) drying the cross-linked cartilage-derived tissue prepared in step (b) to powder again, and then dispersing it in a buffer solution to prepare a hydrogel.

상기 (a) 단계에서 동물은 인간, 돼지, 소, 양, 말 및 고양이로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. In step (a), the animal may be one or more selected from the group consisting of humans, pigs, cows, sheep, horses, and cats.

상기 (b) 단계에서 가교제는 알데하이드기, 에폭시기, 이미드기, 아민기 및 카르복실기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 작용기를 가질 수 있다. In the step (b), the crosslinking agent may have one or more functional groups selected from the group consisting of aldehyde groups, epoxy groups, imide groups, amine groups and carboxyl groups.

상기 (b) 단계에서 연골 유래 조직 분말 및 가교제의 총 함량에 대하여, 상기 가교제의 함량은 0.05 중량% 내지 10 중량%일 수 있다.With respect to the total content of the cartilage-derived tissue powder and the crosslinking agent in step (b), the content of the crosslinking agent may be 0.05% to 10% by weight.

상기 (c) 단계에서 분산은 가교된 연골 유래 조직 분말을 완충용액에 5 중량% 내지 30 중량%로 분산될 수 있다.The dispersion in the step (c) may be dispersed in a crosslinked cartilage derived tissue powder in a buffer solution of 5% to 30% by weight.

본 발명의 일 구현예로, 상기 방법으로 제조된 하이드로젤을 제공한다.In one embodiment of the present invention, a hydrogel prepared by the above method is provided.

본 발명의 다른 구현예로, 상기 하이드로젤을 포함하는 주사형 제제를 제공한다. In another embodiment of the present invention, there is provided an injectable formulation comprising the hydrogel.

상기 주사형 제제는 조직수복용, 약물전달용 또는 세포전달용일 수 있다. The injectable preparation may be for tissue repair, drug delivery, or cell delivery.

본 발명에 따른 생체적합성 동물 연골 유래 조직 하이드로젤은 가교제의 함량 등에 따라 생화학적 가교에 의해 생분해 시간을 지연시킬 수 있으며, 기계적인 물성을 증가 시킬 수 있으며, 가교 결합의 형성 정도에 따라 생분해 기간 및 기계적인 물성을 조절할 수 있다는 장점이 있다.Biocompatible animal cartilage-derived tissue hydrogels according to the present invention can delay biodegradation time by biochemical crosslinking depending on the content of crosslinking agent, etc., can increase mechanical properties, and biodegradation period and It has the advantage of being able to control mechanical properties.

또한, 본 발명에 따른 동물 연골 유래 조직 하이드로젤은 주사형 제제로 이용되어, 조직수복, 약물전달 또는 세포전달 등을 위해 사용될 수 있는 특징이 있다.In addition, the tissue cartilage derived from animal cartilage according to the present invention is used as an injectable preparation, and has characteristics that can be used for tissue repair, drug delivery, or cell delivery.

도 1a 및 b는 실시예 1에 따라 생화학적으로 가교된 돼지 연골 유래 조직 분말의 제조 방법을 나타낸 것이다.
도 2a는 실시예 4~6에 따른 IR783-COOH의 제조 방법을 나타낸 것이고, 도 2b는 실시예 4~6에 따라 형광물질이 도입되고, 생화학적으로 가교된 돼지 연골 유래 조직 분말의 제조 방법을 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 7에서 제조한 돼지 연골 유래 조직 하이드로젤을 보여주는 사진이다.
도 4a 내지 c는 실시예 7~9에서 제조한 돼지 연골 유래 조직 하이드로젤의 유변학적 특성(저장탄성률, 손실탄성률 및 복합 점도)을 측정한 결과를 비교한 그래프이다.
도 5a 내지 d는 실시예 7에서 제조한 돼지 연골 유래 조직 하이드로젤의 압축강도 및 주사가능성을 평가한 것이다.
도 6은 실시예 4에 따라 형광물질이 도입되고, 생화학적으로 가교된 돼지 연골 유래 조직 분말을 이용한 하이드로젤에 대한 동물실험을 수행한 결과, 생분해 거동을 을 관찰 및 평가한 사진이다.
도 7a 및 b는 실시예 4에 따라 형광물질이 도입되고, 생화학적으로 가교된 돼지 연골 유래 조직 분말을 이용한 하이드로젤에 대한 동물실험을 수행한 결과, 적출한 조직의 hematoxylin and eosin (H&E) 염색 및 ED1(mouse anti rat CD68: Serotec, UK) 염색 사진이다.
Figures 1a and b shows a method for producing a tissue powder derived from pig cartilage biochemically crosslinked according to Example 1.
Figure 2a shows a method of manufacturing IR783-COOH according to Examples 4-6, Figure 2b is a fluorescent material is introduced according to Examples 4-6, biochemically cross-linked method for producing a tissue powder derived from pig cartilage It is shown.
3 is a photograph showing a tissue hydrogel derived from pig cartilage prepared in Example 7.
Figures 4a to c is a graph comparing the results of measuring the rheological properties (storage modulus, loss modulus and composite viscosity) of the tissue cartilage derived from pig cartilage prepared in Examples 7-9.
Figure 5a to d is to evaluate the compressive strength and injectability of pig cartilage-derived tissue hydrogel prepared in Example 7.
FIG. 6 is a photograph of observation and evaluation of biodegradation behavior as a result of performing an animal experiment on a hydrogel using a tissue powder derived from pig cartilage in which a fluorescent substance was introduced and biochemically crosslinked according to Example 4.
Figure 7a and b is a fluorescent material is introduced according to Example 4, as a result of performing an animal experiment on a hydrogel using a tissue powder derived from pig cartilage biochemically crosslinked, hematoxylin and eosin (H & E) staining of the extracted tissue And ED1 (mouse anti rat CD68: Serotec, UK) staining pictures.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 (a) 동물 연골 유래 조직을 분말화하여 연골 유래 조직 분말을 제조하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 제조한 연골 유래 조직 분말 함유 수용액을 가교제 함유 용액과 혼합 및 가교하여, 가교된 연골 유래 조직을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 제조한 가교된 연골 유래 조직을 건조시켜 다시 분말화한 다음, 완충용액에 분산시켜 하이드로젤을 제조하는 단계를 포함하는 하이드로젤의 제조 방법을 제공한다. The present invention comprises the steps of: (a) preparing a cartilage-derived tissue powder by pulverizing animal cartilage-derived tissue; (b) preparing a cross-linked cartilage-derived tissue by mixing and crosslinking the aqueous solution containing cartilage-derived tissue powder prepared in step (a) with a solution containing a cross-linking agent; And (c) drying the cross-linked cartilage-derived tissue prepared in step (b) to powder again, and then dispersing it in a buffer solution to prepare a hydrogel.

본 명세서 내“하이드로젤”은, 물을 분산매로 하는 겔을 지칭하는 것으로, 하이드로졸이 냉각으로 인하여 유동성을 상실하거나 3차원 망목구조와 미결정 구조를 갖는 친수성 고분자가 물을 함유하여 팽창한 상태를 말한다.“Hydrogel” in the present specification refers to a gel that uses water as a dispersion medium, and hydrosol loses fluidity due to cooling, or a hydrophilic polymer having a three-dimensional network structure and microcrystalline structure contains water and expands. Speak.

상기 하이드로젤은 다공성 구조를 가짐으로써, 약물을 담지한 약물 전달체로 사용하는 경우, 약물의 분산을 최소화하면서 효과적으로 표적 세포까지 약물을 전달할 수 있다. 또한, 줄기세포를 포함하여 지지체로 사용하는 경우, 세포에 충분한 산소 및 양분의 공급을 원활하게 하여 세포의 생존율을 높일 수 있는 이점을 가질 수 있다. The hydrogel has a porous structure, and when used as a drug carrier carrying the drug, it is possible to effectively deliver the drug to target cells while minimizing the dispersion of the drug. In addition, when used as a support, including stem cells, it can have the advantage of increasing the survival rate of cells by smoothly supplying sufficient oxygen and nutrients to the cells.

먼저, 본 발명에 따른 하이드로젤의 제조 방법은 동물 연골 유래 조직을 분말화하여 연골 유래 조직 분말을 제조하는 단계[(a) 단계]를 포함한다. First, the method of manufacturing a hydrogel according to the present invention includes the step of preparing a cartilage-derived tissue powder by powdering the tissue derived from animal cartilage [step (a)].

본 명세서 내 “연골 유래 조직”은 동물 유래 연골 조직, 바람직하게 동물 유래 연골 무세포기질(Cartilage acellular matrix; CAM)을 지칭하며, 대부분 콜라겐으로 구성되는 섬유 성분을 포함한다. 상기 연골 조직이 유래되는 “동물”은 포유류인 것이 바람직하며, 구체적으로 인간, 돼지, 소, 양, 말 및 고양이로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 보다 바람직하고, 더욱 구체적으로 인간 또는 돼지에서 유래된 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. “Cartilage-derived tissue” in the present specification refers to an animal-derived cartilage tissue, preferably an animal-derived cartilage acellular matrix (CAM), and includes a fiber component composed mostly of collagen. The "animal" from which the cartilage tissue is derived is preferably a mammal, and more preferably, any one selected from the group consisting of humans, pigs, cows, sheep, horses, and cats, and more specifically in humans or pigs. It is preferably derived, but is not limited thereto.

상기 동물 연골 유래 조직의 분말화는 a) 동물 연골 유래 조직을 동결건조하여 분쇄하는 단계; b) 상기 단계 a)에서 분쇄한 연골 유래 조직 분말을 탈세포화하는 단계; 및 c) 상기 단계 b)에서 탈세포화한 연골 유래 조직 분말을 산성 용액 및 펩신(pepsin)을 처리한 후, 염기성 용액으로 중화시켜 연골 유래 조직 분말 수용액을 수득하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다. Powdering the tissues derived from animal cartilage comprises: a) lyophilizing and crushing the tissues derived from animal cartilage; b) decellularizing the cartilage derived tissue powder crushed in step a); And c) treating the decellularized cartilage-derived tissue powder in step b) with an acidic solution and pepsin, followed by neutralizing with a basic solution to obtain a cartilage-derived tissue powder aqueous solution.

구체적으로, 상기 동물 연골 유래 조직의 분말화는 동물 연골 유래 조직을 동결건조 및 동결분쇄하는 것을 의미할 수 있다. 상기 동결건조 및 동결분쇄는 전처리된 동물 연골 유래 조직을 이용하여 초저온 조건에서 수행될 수 있고, 이때, 초저온 조건이라 함은, -100 내지 -50℃ 및 0.01 mTorr ~ 10 mTorr 조건을 말한다. 또한, 동결분쇄는 공지의 분쇄기를 사용하여 수행될 수 있고, 상기 제조한 연골 유래 조직 분말은 10μm 내지 100μm 크기를 가질 수 있다.Specifically, the powdering of the tissues derived from animal cartilage may mean freeze-drying and lysing the tissues derived from animal cartilage. The lyophilization and freeze-grinding may be performed under cryogenic conditions using pre-treated animal cartilage-derived tissue, wherein the cryogenic conditions refer to -100 to -50 ° C and 0.01 mTorr to 10 mTorr conditions. In addition, freeze crushing may be performed using a known grinder, and the prepared cartilage-derived tissue powder may have a size of 10 μm to 100 μm.

이후, 상기 제조한 연골 유래 조직 분말을 단백질 분해 효소를 포함하는 수용액에 용해시킨 후, 중화시킨 다음, 단백질 분해 효소를 투석 등의 방법에 의해 제거함으로써 수용성 연골 유래 조직 분말을 제조할 수 있다. 이후, 초저온에서 동결건조를 추가할 수 있다. 이때, 단백질 분해 효소로는 연골 유래 조직 분말을 구성하고 있는 콜라겐을 분해할 수 있는 효소가 사용될 수 있고, 펩신인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.Thereafter, after dissolving the prepared cartilage-derived tissue powder in an aqueous solution containing a proteolytic enzyme, neutralizing, and then removing the proteolytic enzyme by a method such as dialysis, water-soluble cartilage-derived tissue powder can be prepared. Thereafter, lyophilization may be added at an extremely low temperature. At this time, as a proteolytic enzyme, an enzyme capable of degrading collagen constituting cartilage-derived tissue powder may be used, and pepsin is preferable, but is not limited thereto.

다음으로, 본 발명에 따른 하이드로젤의 제조방법은 상기 (a) 단계에서 제조한 연골 유래 조직 분말 함유 수용액을 가교제 함유 용액과 혼합 및 가교하여, 가교된 연골 유래 조직을 제조하는 단계[(b) 단계]를 포함한다. Next, the method of manufacturing a hydrogel according to the present invention comprises mixing and crosslinking the aqueous solution containing cartilage-derived tissue powder prepared in step (a) with a solution containing a crosslinking agent to prepare a cross-linked cartilage-derived tissue [(b) Step].

본 명세서 내 “가교제”로는 화학적 가교제를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 상기 화학적 가교제는 고분자 사슬 간의 가교결합을 형성시켜 체액에 의해 분해되는 것을 억제시켜, 이로 인해 인체 내에서 본 발명에 따른 하이드로젤이 분해되는 기간의 조절을 가능하게 한다. 즉, 천연소재를 사용한 지지체는 가교제의 처리를 통해 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.It is preferable to use a chemical crosslinking agent as the “crosslinking agent” in the present specification, but is not limited thereto. The chemical crosslinking agent inhibits decomposition by body fluids by forming crosslinks between polymer chains, thereby enabling control of a period during which the hydrogel according to the present invention decomposes in the human body. That is, the support using a natural material can improve mechanical properties through the treatment of a crosslinking agent.

상기 가교제는 알데하이드기, 에폭시기, 이미드기, 아민기 및 카르복실기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 작용기를 가지는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. The crosslinking agent preferably has at least one functional group selected from the group consisting of aldehyde groups, epoxy groups, imide groups, amine groups and carboxyl groups, but is not limited thereto.

구체적으로, 알데하이드기를 작용기로 가지는 가교제로는 포름알데하이드, 글루타르알데하이드 또는 덱스트린 알데하이드 등을 사용할 수 있다. 또한, 에폭시기를 작용기로 가지는 가교제로는 부탄디올디글리시딜에테르(1,4-butandiol diglycidyl ether: BDDE), 에틸렌글리콜디글리시딜에테르(ethylene glycol diglycidyl ether: EGDGE), 헥산디올디글리시딜에테르(1,6-hexanediol diglycidyl ether), 프로필렌글리콜디글리시딜에테르(propylene glycol diglycidyl ether), 폴리프로필렌글리콜디글리시딜에테르(polypropylene glycol diglycidyl ether), 폴리테트라메틸렌글리콜디글리시딜에테르(polytetramethylene glycol) 등을 사용할 수 있다. 또한, 이미드기를 가지는 가교제로는 1-에틸-3-(3-디메틸 아미노프로필카보이미드), 1-에틸-3-(2-몰포리닐-4-에틸) 카보이미드 또는 디시클로헥실카보이미드 등을 사용할 수 있다. 또한, 아민기 또는 카르복실기를 작용기로 가지는 가교제로는 측쇄 또는 말단에 아민기 또는 카르복시기를 갖는 생체적합성 고분자를 사용할 수 있다. 상기 생체적합성 고분자는 폴리에틸렌글리콜 기반으로 폴리카프로락톤을 포함할 수 있고, 글리콜라이드, 락타이드 등의 단량체의 공중합들로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이러한 가교제의 알데하이드기, 에폭시기 또는 카르복실기는 콜라겐의 아민기와 화학 반응할 수 있고, 가교제의 이미드기 또는 아민기는 콜라겐의 카르복실기와 화학 반응함으로써 가교될 수 있다. Specifically, formaldehyde, glutaraldehyde or dextrin aldehyde may be used as a crosslinking agent having an aldehyde group as a functional group. In addition, as a crosslinking agent having an epoxy group as a functional group, butanediol diglycidyl ether (1,4-butandiol diglycidyl ether: BDDE), ethylene glycol diglycidyl ether (EGDGE), hexanediol diglycidyl Ether (1,6-hexanediol diglycidyl ether), propylene glycol diglycidyl ether, polypropylene glycol diglycidyl ether, polytetramethylene glycol diglycidyl ether ( polytetramethylene glycol). Moreover, as a crosslinking agent which has an imide group, 1-ethyl-3- (3-dimethyl aminopropylcarboimide), 1-ethyl-3- (2-morpholinyl-4-ethyl) carboimide or dicyclohexylcarboimide Etc. can be used. In addition, as a crosslinking agent having an amine group or a carboxyl group as a functional group, a biocompatible polymer having an amine group or a carboxyl group at the side chain or terminal may be used. The biocompatible polymer may include polycaprolactone based on polyethylene glycol, and may be one or more selected from the group consisting of copolymers of monomers such as glycolide and lactide, but is not limited thereto. The aldehyde group, epoxy group or carboxyl group of the crosslinking agent can be chemically reacted with the amine group of collagen, and the imide group or amine group of the crosslinking agent can be crosslinked by chemical reaction with the carboxyl group of collagen.

보다 구체적으로, 상기 가교제의 가장 바람직한 예로서, 글루타르알데하이드(glutaraldehyde) 수용액을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. More specifically, as the most preferred example of the crosslinking agent, an aqueous glutaraldehyde solution may be used, but is not limited thereto.

또한, 상기 연골 유래 조직 분말 및 가교제의 총 함량에 대하여, 상기 가교제의 함량은 0.05 중량% 내지 10 중량%인 것이 바람직하고, 0.05 중량% 내지 1 중량% 미만인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 가교제의 함량이 증가함에 따라, 저장탄성률 및 복합점도가 증가하는 경향을 보인다. 이때, 연골 유래 조직 분말에 비해 가교제가 과도하게 혼합되는 경우, 연골 유래 조직 분말 간 가교 결합이 과도하게 형성되어 제조된 하이드로젤을 적용할 시에 주사가능 정도의 한계가 있을 수 있으며, 내부의 공간이 감소하고, 체내에서 분해되는 속도가 지연될 수 있어, 이를 주사형 제제로 이용할 때 제한이 따를 수 있다. 반대로, 연골 유래 조직 분말에 비해 가교제가 너무 적게 혼합되는 경우, 유의적인 가교 결합이 형성되지 않으므로 탄성률, 압축 강도 및/또는 유변학적 특성 등의 기계적 특징이 유의적으로 나타나지 않을 수 있다. Further, with respect to the total content of the cartilage-derived tissue powder and the crosslinking agent, the content of the crosslinking agent is preferably 0.05% by weight to 10% by weight, more preferably 0.05% by weight to less than 1% by weight, but is not limited thereto. As the content of the crosslinking agent increases, the storage modulus and composite viscosity tend to increase. At this time, when the crosslinking agent is excessively mixed compared to the cartilage-derived tissue powder, there may be a limit in the degree of injectability when applying a hydrogel prepared by excessively forming cross-linking between the cartilage-derived tissue powder, and the internal space This decrease, and the rate at which it breaks down in the body may be delayed, so restrictions may apply when using it as an injectable formulation. Conversely, when the crosslinking agent is mixed with too little compared to the cartilage-derived tissue powder, since significant crosslinking is not formed, mechanical characteristics such as elastic modulus, compressive strength, and / or rheological properties may not be significant.

상기 혼합 및 가교는 20℃ 내지 50℃에서 10 rpm 내지 500 rpm의 속도로, 1 시간 내지 20 시간 동안 수행될 수 있고, 30℃ 내지 40℃에서 50 rpm 내지 200 rpm의 속도로, 5 시간 내지 20 시간 동안 수행되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The mixing and crosslinking can be performed for 1 hour to 20 hours at a rate of 10 rpm to 500 rpm at 20 ° C to 50 ° C, and at 50 ° C to 200 rpm at 30 ° C to 40 ° C, for 5 hours to 20 hours. It is preferably performed for a period of time, but is not limited thereto.

다음으로, 본 발명에 따른 하이드로젤의 제조 방법은 상기 (b) 단계에서 제조한 가교된 연골 유래 조직을 건조시켜 다시 분말화한 다음, 완충용액에 분산시켜 하이드로젤을 제조하는 단계[(c) 단계]를 포함한다. Next, the method for producing a hydrogel according to the present invention is dried by cross-linking cartilage-derived tissue prepared in step (b) to powder again, and then dispersed in a buffer solution to prepare a hydrogel [(c) Step].

상기 분산 전에, 카르복실기를 가지는 형광물질 함유 용액과 추가로 혼합 및 가교할 수 있다. 상기 형광물질은 작용기로 카르복실기를 가짐으로써, 콜라겐의 아민기와 화학 반응할 수 있는 이점을 가진다. 이때, 작용기 도입되기 전 형광물질로는 IR 783, IR 780, FITC(Fluorescein isothiocyanate), rhodamine 및 PI(Propidium iodide) 등을 사용할 수 있다. Before the dispersion, it may be further mixed and crosslinked with a fluorescent substance-containing solution having a carboxyl group. The fluorescent material has a carboxyl group as a functional group, and thus has an advantage of chemically reacting with an amine group of collagen. At this time, IR 783, IR 780, FITC (Fluorescein isothiocyanate), rhodamine, and PI (Propidium iodide) may be used as the fluorescent material before the functional group is introduced.

상기 분산은 가교된 연골 유래 조직 분말을 완충용액에 5 중량% 내지 30 중량%로 분산될 수 있고, 15 중량% 내지 30 중량%로 분산되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 완충용액 내 가교된 연골 유래 조직 분말의 함량이 증가함에 따라, 저장탄성률, 손실탄성률 및 복합점도가 증가하는 경향을 보인다. The dispersion may be dispersed in 5% to 30% by weight of the cross-linked cartilage-derived tissue powder in a buffer solution, preferably 15% to 30% by weight, but is not limited thereto. As the content of cross-linked cartilage-derived tissue powder in the buffer solution increases, the storage modulus, loss modulus, and composite viscosity tend to increase.

또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 하이드로젤을 제공한다.In addition, the present invention provides a hydrogel prepared by the above method.

일 예로, 상기 하이드로젤의 0.1 Hz 내지 10 Hz의 주파수 범위에서, 레오미터를 이용하여 측정된 저장탄성률(G') 및 손실탄성률(G”)은 각각 5.0 × 102 Pa 내지 1.0 × 104 Pa 및 1.0 Х 101 Pa 내지 5.0 Х 102 Pa 일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 하이드로젤의 37℃에서 복합 점도는 5.0 Х 101 Pa·s 내지 1.0 Х 103 Pa·s 일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이와 같은 유변학적 특성은 가교제의 함량, 완충용액 내 가교된 연골 유래 조직 분말의 함량의 특정에 따른 것으로 볼 수 있다.For example, in the frequency range of 0.1 Hz to 10 Hz of the hydrogel, the storage modulus (G ') and loss modulus (G ”) measured using a rheometer are 5.0 × 10 2 Pa to 1.0 × 10 4 Pa, respectively. And 1.0 Х 10 1 Pa to 5.0 Х 10 2 Pa, but is not limited thereto. In addition, the complex viscosity at 37 ° C of the hydrogel may be 5.0 Х 10 1 Pa · s to 1.0 Х 10 3 Pa · s, but is not limited thereto. Such rheological properties can be regarded as depending on the content of the crosslinking agent and the content of the cross-linked cartilage-derived tissue powder in the buffer solution.

뿐만 아니라, 본 발명은 상기 하이드로젤을 포함하는 주사형 제제를 제공한다.In addition, the present invention provides an injectable formulation comprising the hydrogel.

상기 하이드로젤에 대해서는, 하이드로젤의 제조 방법을 통해 전술한 바 있으므로, 중복 설명을 생략하기로 한다.Since the above-described hydrogel has been described through a method of manufacturing the hydrogel, a duplicate description will be omitted.

상기 주사형 제제는 주사기에 주입가능한 형태를 의미하는 것으로, 일 예로, 바상기 주사형 제제는 바늘 내부 직경이 10G 내지 32G인 주사기에 주입가능하는 것이 바람직하고, 직경이 20G 내지 30G인 주사기에 주입가능한 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 주사기의 바늘 내부 직경이 너무 작아지게 되면, 압축거리 당 압축강도가 지속적으로 증가하게 되어 주사불가능한 문제점이 있다. The injectable preparation means a form injectable into a syringe. For example, the injectable preparation is preferably injectable into a syringe having a needle inner diameter of 10G to 32G, and injected into a syringe having a diameter of 20G to 30G. What is possible is more preferable, but is not limited thereto. At this time, if the inner diameter of the needle of the syringe becomes too small, the compressive strength per compression distance is continuously increased, and thus there is a problem that it is impossible to inject.

상기 주사형 제제는 조직수복용, 약물전달용 또는 세포전달용일 수 있다. The injectable preparation may be for tissue repair, drug delivery, or cell delivery.

구체적으로, 상기 하이드로젤은 내부에 약물 또는 생체활성인자를 담지하여 체내에 주사되는 것을 통해, 약물 또는 생체활성인자의 서방출을 위한 전달체로서 사용될 수 있다. 또한, 상기 하이드로젤은 내부에 줄기세포를 담지하여 체내에 주사되었을 때, 골분화를 위한 지지체로서 사용될 수 있다.Specifically, the hydrogel may be used as a carrier for sustained release of the drug or bioactive factor through injection into the body by carrying the drug or bioactive factor therein. In addition, the hydrogel can be used as a support for bone differentiation when injected into the body by supporting stem cells therein.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다Hereinafter, preferred embodiments are provided to help understanding of the present invention. However, the following examples are only provided to more easily understand the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.

제조예Manufacturing example 1:  One: 돼지에서의In pigs 연골 유래 조직 분리 및 수용성 돼지 연골 유래 조직 분말의 제조 Separation of cartilage-derived tissue and preparation of water-soluble porcine cartilage-derived tissue powder

무균 조건에서 6개월 된 100kg 정도의 돼지의 앞다리 및 뒷다리로부터 관절 연골을 분리하였다. 분리 시에는 연골 하골 부분을 포함하지 않고 연골 부분만 분리회도록 블레이드로 잘라낸 후, 인산 완충 수용액으로 세척하였다. 분리한 관절 연골 조직을 pH 8.0의 10 mM Tris-HCl의 저장 완충액으로 12시간 처리 한 후, 원심분리기를 이용하여 원심분리하고 상층액을 제거하였다. 침전된 돼지 연골 유래 조직 분말을 비커에 옮긴 후 SDS 완충액을 첨가하여 4℃에서 2시간 동안 교반시켰다. 이후 멸균 3차수를 넣고 원심분리기를 이용해 2,000 rpm에서 10 분간 원심 분리 하여 상층액을 제거한 후 침전된 돼지 연골 관절을 비커에 옮기고, DNase 용액을 첨가해 100 rpm으로 12시간 동안 교반하였다. 이후 2,000 rpm으로 10분 동안 원심분리하고, 상층액을 제거한 후 액체질소 내에서 pre-cooling 50 초/grinding(60 Hz) 240 초/cooling 50초로 3 cycle 조건으로 동결 분쇄하여 돼지 연골 유래 조직 분말을 수득하였다. 수득한 분말을 비커에 담아 DNase 용액을 첨가해 100 rpm으로 12시간 동안 교반하였다. 이후, 용액을 원심분리기를 이용하여 2,000 rpm으로 10 분동안 원심분리하고, 상층액을 제거 후 소량의 멸균 3차수를 첨가해 돼지 연골 유래 조직 분말을 현탁하여 초저온 냉동고에서 -70℃ 및 5 mTorr 조건에서 48 시간동안 동결건조하였다. 동결 건조된 돼지 연골 유래 조직 분말을 1 g 당 25 ㎖의 800 unit/㎖ 펩신 수용액을 첨가하여 교반하여 용액을 준비하였다. 준비된 용액에 NaOH 용액을 첨가하여 pH 7.4로 맞춰 중화시킨 후, 투석만 한쪽 끝을 고정시킨후 중화시킨 용액을 투석막 안에 부어준 다음, 나머지 한쪽 끝을 고정시킨 후 멸균 3차수 2 L에 넣고 4℃에서 24 시간 동안 교반하였다. 투석을 마친 펩신 수용액을 동결건조할 용기에 담아 초저온 냉동고로 -70℃ 및 0 mTorr 조건에서 48 시간동안 동결건조하여 수용성 돼지 연골 유래 조직 분말을 제조하였다.Under sterile conditions, articular cartilage was separated from the forelimbs and hind legs of a pig weighing about 100 kg, 6 months old. At the time of separation, the cartilage part was not separated from the cartilage part and was cut with a blade so that the separation was performed. The isolated articular cartilage tissue was treated with a storage buffer of 10 mM Tris-HCl at pH 8.0 for 12 hours, and then centrifuged using a centrifuge to remove the supernatant. After the precipitated porcine cartilage-derived tissue powder was transferred to a beaker, SDS buffer was added and stirred at 4 ° C for 2 hours. Then, sterile tertiary water was added, and the supernatant was removed by centrifugation at 2,000 rpm for 10 minutes using a centrifuge, and then the precipitated porcine cartilage joint was transferred to a beaker, and DNase solution was added and stirred at 100 rpm for 12 hours. After centrifugation at 2,000 rpm for 10 minutes, the supernatant was removed, and then freeze-crushed in liquid nitrogen at 3 cycle conditions with pre-cooling 50 seconds / grinding (60 Hz) 240 seconds / cooling 50 seconds to obtain porcine cartilage-derived tissue powder. Obtained. The obtained powder was put in a beaker and DNase solution was added and stirred at 100 rpm for 12 hours. Thereafter, the solution was centrifuged at 2,000 rpm for 10 minutes using a centrifuge, and after removing the supernatant, a small amount of sterilized tertiary water was added to suspend the tissue powder derived from pig cartilage, and the conditions were -70 ° C and 5 mTorr in a cryogenic freezer. And freeze-dried for 48 hours. The solution was prepared by stirring the lyophilized pork cartilage-derived tissue powder by adding 25 ml of 800 unit / ml pepsin aqueous solution per 1 g. After adding the NaOH solution to the prepared solution to neutralize it to pH 7.4, fix only one end of dialysis, pour the neutralized solution into the dialysis membrane, fix the other end, put it in 2 L of sterile tertiary water and add 4 ℃ It was stirred for 24 hours. After the dialysis, the aqueous solution of pepsin was lyophilized in a container to be lyophilized in a cryogenic freezer at -70 ° C and 0 mTorr for 48 hours to prepare water-soluble porcine cartilage derived tissue powder.

실시예Example 1:  One: 글루타르알데하이드를Glutaraldehyde 이용한 생화학적 가교 반응 및 분말의 제조 Preparation of biochemical crosslinking reaction and powder using

제조예 1에서 제조된 수용성 돼지 연골 유래 조직 분말 0.2 g을 30 mL 바이알에 첨가하고, 멸균된 3차증류수 15 mL에 분산시켜 상온에서 24 시간 교반하였다. 교반 후, 용액을 테프론몰드(75 mm × 75 mm)에 부어주고 가교제인 글루타르알데하이드 용액 1.5 mL를 유리 파이펫으로 고르게 적가한 후, 37 ℃에서 100 rpm 의 속도로 12 시간 동안 shaker 에서 반응 및 건조시켰다. 이때, 수용성 돼지 연골 유래 조직 분말 및 글루타르알데하이드의 총 함량 대비, 글루타르알데하이드의 함량은 0.1 중량%, 0.15 중량%, 0.2 중량%, 0.3 중량%, 0.5 중량%, 1 중량%, 3 중량% 및 5 중량% 로 다양하게 조절하였다. 건조된 고체 형태의 가교된 돼지 연골 유래 조직 분말을 37 ℃에서 100 rpm으로 shaker에서 멸균된 3차 증류수와 인산완충용액으로 각각 3회씩 30 분간 번갈아 가며 세척하고 48 시간 동안 동결 건조하여 생화학적으로 가교된 돼지 연골 유래 조직 분말을 제조하였다(도 1a 및 b).0.2 g of water-soluble porcine cartilage derived tissue powder prepared in Preparation Example 1 was added to a 30 mL vial, dispersed in 15 mL of sterilized tertiary distilled water, and stirred at room temperature for 24 hours. After stirring, the solution was poured into Teflon mold (75 mm × 75 mm) and 1.5 mL of a crosslinking agent glutaraldehyde solution was evenly added dropwise with a glass pipette, followed by reaction in a shaker at 37 ° C. at a rate of 100 rpm for 12 hours and It was dried. At this time, compared to the total content of water-soluble pig cartilage derived tissue powder and glutaraldehyde, the content of glutaraldehyde is 0.1% by weight, 0.15% by weight, 0.2% by weight, 0.3% by weight, 0.5% by weight, 1% by weight, 3% by weight And 5% by weight. The dried solid form of cross-linked porcine cartilage-derived tissue powder is washed alternately for 30 minutes with 3 times of distilled water and phosphate buffer solution sterilized in a shaker at 37 ° C at 100 rpm, and freeze-dried for 48 hours to crosslink biochemically. Pork cartilage derived tissue powder was prepared (FIGS. 1A and B).

실시예Example 2:  2: 부탄디올디글리시딜에테르(BDDE)를Butanediol diglycidyl ether (BDDE) 이용한 생화학적 가교 반응 및  Biochemical crosslinking reaction and 분말 의Powder of 제조 Produce

제조예 1에서 제조된 수용성 돼지 연골 유래 조직 분말 0.2 g을 30 mL 바이알에 첨가하고, 1% NaOH 수용액에 녹여 24 시간 교반하였다. 교반 후, 용액을 테프론몰드(75 mm × 75 mm)에 부어주고 가교제인 부탄디올디글리시딜에테르(BDDE) 용액 1.5 mL을 유리 파이펫으로 고르게 적가한 후, 37 ℃에서 100 rpm 의 속도로 12 시간 동안 shaker 에서 반응 및 건조시켰다. 이때, 수용성 돼지 연골 유래 조직 분말 및 부탄디올디글리시딜에테르(BDDE)의 총 함량 대비, 부탄디올디글리시딜에테르(BDDE)의 함량은 0.3 중량%로 조절하였다. 건조된 고체 형태의 가교된 돼지 연골 유래 조직 분말을 37 ℃에서 100 rpm으로 shaker에서 멸균된 3차 증류수와 인산완충용액으로 각각 3회씩 30 분간 번갈아 가며 세척하고 48 시간 동안 동결 건조하여 생화학적으로 가교된 돼지 연골 유래 조직 분말을 제조하였다.0.2 g of water-soluble porcine cartilage derived tissue powder prepared in Preparation Example 1 was added to a 30 mL vial, dissolved in 1% NaOH aqueous solution and stirred for 24 hours. After stirring, the solution was poured into a Teflon mold (75 mm × 75 mm) and 1.5 mL of a crosslinking agent butanediol diglycidyl ether (BDDE) solution was evenly added dropwise with a glass pipette, followed by 12 at 100 rpm at 37 ° C. Reaction and drying in a shaker for an hour. At this time, compared to the total content of water-soluble pig cartilage-derived tissue powder and butanediol diglycidyl ether (BDDE), the content of butanediol diglycidyl ether (BDDE) was adjusted to 0.3% by weight. The dried solid form of cross-linked porcine cartilage-derived tissue powder is washed alternately for 30 minutes with 3 times of distilled water and phosphate buffer solution sterilized in a shaker at 37 ° C at 100 rpm, and freeze-dried for 48 hours to crosslink biochemically. Pork cartilage derived tissue powder was prepared.

실시예Example 3:  3: 폴리Poly (( 카프로락톤Caprolactone -co--co- 락타이드Lactide -co--co- 글리콜라이드Glycolide )-)- NHSNHS // 폴리에틸렌글리콜Polyethylene glycol /폴리(카프로락톤-co-락타이드-co-글리콜라이드)-NHS 를 이용한 생화학적 가교 반응 및 분말의 제조/ Poly (caprolactone-co-lactide-co-glycolide) -NHS biochemical crosslinking reaction and preparation of powder

먼저, 폴리(카프로락톤-co-락타이드-co-글리콜라이드)-NHS/폴리에틸렌글리콜/폴리(카프로락톤-co-락타이드-co-글리콜라이드)-NHS 가교제를 제조하기 위해, 폴리(카프로락톤-co-락타이드-co-글리콜라이드)/폴리에틸렌글리콜/폴리(카프로락톤-co-락타이드-co-글리콜라이드) 1 g에 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필카보이미드)(EDC)를 0.01 g 과 N-하이드록시석신이미드(NHS)를 0.01 g을 메틸렌클로라이드 용액에 녹인후 12시간 교반한 후 필터로 고체를 제거하고 남은 용액을 60℃에서 24시간 건조하여 제조하였다. First, to prepare poly (caprolactone-co-lactide-co-glycolide) -NHS / polyethylene glycol / poly (caprolactone-co-lactide-co-glycolide) -NHS crosslinker, poly (caprolactone) 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropylcarboimide) (EDC) to 1 g of -co-lactide-co-glycolide) / polyethylene glycol / poly (caprolactone-co-lactide-co-glycolide) ) Was prepared by dissolving 0.01 g of 0.01 g and N-hydroxysuccinimide (NHS) in a methylene chloride solution, stirring for 12 hours, removing the solid with a filter, and drying the remaining solution at 60 ° C. for 24 hours.

제조예 1에서 제조된 수용성 돼지 연골 유래 조직 분말 0.2 g을 30 mL 바이알에 첨가하고, 멸균된 3차증류수 15 mL에 분산시켜 상온에서 24 시간 교반하였다. 교반 후, 용액을 테프론몰드(75 mm × 75 mm)에 부어주고 가교제인 폴리(카프로락톤-co-락타이드-co-글리콜라이드)-NHS/폴리에틸렌글리콜/폴리(카프로락톤-co-락타이드-co-글리콜라이드)-NHS 용액 1.5 mL을 유리 파이펫으로 고르게 적가한 후, 37 ℃에서 100 rpm 의 속도로 12 시간 동안 shaker 에서 반응 및 건조시켰다. 이때, 수용성 돼지 연골 유래 조직 분말 및 폴리(카프로락톤-co-락타이드-co-글리콜라이드)-NHS/폴리에틸렌글리콜/폴리(카프로락톤-co-락타이드-co-글리콜라이드)-NHS의 총 함량 대비, 폴리(카프로락톤-co-락타이드-co-글리콜라이드)-NHS/폴리에틸렌글리콜/폴리(카프로락톤-co-락타이드-co-글리콜라이드)-NHS의 함량은 0.3 중량%로 조절하였다. 건조된 고체 형태의 가교된 돼지 연골 유래 조직 분말을 37 ℃에서 100 rpm으로 shaker에서 멸균된 3차 증류수와 인산완충용액으로 각각 3회씩 30 분간 번갈아 가며 세척하고 48 시간 동안 동결 건조하여 생화학적으로 가교된 돼지 연골 유래 조직 분말을 제조하였다0.2 g of water-soluble porcine cartilage derived tissue powder prepared in Preparation Example 1 was added to a 30 mL vial, dispersed in 15 mL of sterilized tertiary distilled water, and stirred at room temperature for 24 hours. After stirring, the solution was poured into Teflon mold (75 mm × 75 mm) and crosslinking agent poly (caprolactone-co-lactide-co-glycolide) -NHS / polyethylene glycol / poly (caprolactone-co-lactide- 1.5 mL of a co-glycolide) -NHS solution was evenly added dropwise with a glass pipette, and then reacted and dried in a shaker at 37 ° C at a rate of 100 rpm for 12 hours. At this time, the total content of water-soluble porcine cartilage-derived tissue powder and poly (caprolactone-co-lactide-co-glycolide) -NHS / polyethylene glycol / poly (caprolactone-co-lactide-co-glycolide) -NHS In contrast, the content of poly (caprolactone-co-lactide-co-glycolide) -NHS / polyethylene glycol / poly (caprolactone-co-lactide-co-glycolide) -NHS was adjusted to 0.3% by weight. The dried solid form of cross-linked porcine cartilage-derived tissue powder is washed alternately for 30 minutes with 3 times of distilled water and phosphate buffer solution sterilized in a shaker at 37 ° C at 100 rpm, and freeze-dried for 48 hours to crosslink biochemically. Pork cartilage derived tissue powder was prepared

실시예Example 4~6:  4-6: 근적외선Near infrared 형광이미징을Fluorescence imaging 위한  for 형광물질을Fluorescent material 포함하는 분말의 제조 Preparation of containing powder

실시예 1~3에서 제조된 돼지 연골 유래 조직 분말의 아민기(-NH2)에 형광물질을 도입하기 위해 먼저, 50 mL 둥근바닥 플라스크에 IR783(80 mg, 0.11 mmol) 및 4-mercaptobenzoic acid(51 mg, 0.33 mmol)를 DMF(3 mL)에 용해시키고, 실온에서 24 시간 동안 교반하였다. 반응 후, 반응된 용액에서 미반응 물질 및 불순물을 제거하기 위하여 에탄올 및 디에틸에테르 혼합용매(v/v = 1/19) 30 mL에 침전시키고 여과하여 얻어진 초록색 고체를 진공 건조하여 IR783-COOH를 제조하였다(도 2a).In order to introduce a fluorescent substance into the amine group (-NH 2 ) of the pig cartilage derived tissue powders prepared in Examples 1 to 3, IR783 (80 mg, 0.11 mmol) and 4-mercaptobenzoic acid ( 51 mg, 0.33 mmol) was dissolved in DMF (3 mL) and stirred at room temperature for 24 hours. After the reaction, in order to remove unreacted substances and impurities from the reacted solution, precipitated in 30 mL of a mixed solvent of ethanol and diethyl ether (v / v = 1/19) and filtered to dry the green solid obtained by vacuum to IR783-COOH. It was prepared (Fig. 2a).

다음으로, 20 mL 바이알에 IR783-COOH(1.4 mg, 1.6 μμmol) 및 DMTMM(0.66 mg, 2.4 μmol)을 멸균된 3차 증류수(5 mL)에 용해시키고, 실시예 1에서 제조된 돼지 연골 유래 조직 분말 0.1 g를 IR783-COOH 용액에 첨가하여, 혼합 용액을 실온에서 24 시간 동안 교반하였다. 반응 후, 반응 용액을 투석막(molecular weight cut-off: 2.0 kDa, Spectrum Laboratories, CA, USA)에 부어준 다음 3차 증류수 내에서 3 일간 투석하여 미 반응물을 제거하고, 4 일 동안 동결 건조시켜 형광물질이 도입되고, 생화학적으로 가교된 돼지 연골 유래 조직 분말을 제조하였다(도 2b).Next, IR783-COOH (1.4 mg, 1.6 μμmol) and DMTMM (0.66 mg, 2.4 μmol) were dissolved in sterilized tertiary distilled water (5 mL) in a 20 mL vial, and pork cartilage derived tissue prepared in Example 1 0.1 g of powder was added to the IR783-COOH solution, and the mixed solution was stirred at room temperature for 24 hours. After the reaction, the reaction solution was poured into a dialysis membrane (molecular weight cut-off: 2.0 kDa, Spectrum Laboratories, CA, USA), and then dialyzed in tertiary distilled water for 3 days to remove unreacted material and lyophilized by lyophilization for 4 days. The material was introduced, and biochemically cross-linked porcine cartilage derived tissue powder was prepared (FIG. 2B).

실시예Example 7~9:  7 ~ 9: 하이드로젤의Hydrogel 제조 Produce

실시예 1~3에서 제조한 생화학적으로 가교된 돼지 연골 유래 조직 분말을 5 mL 바이알에 각각 10 중량%, 15 중량% 및 20 중량%로 인산 완충용액에 고르게 분산시켜 하이드로젤을 제조하였으며, 주사제형으로 사용 가능한 하이드로젤이 형성됨을 확인하였다(도 3).Hydrogels were prepared by uniformly dispersing the biochemically cross-linked porcine cartilage-derived tissue powders prepared in Examples 1 to 3 in a phosphate buffer solution in 5 mL vials at 10 wt%, 15 wt% and 20 wt%, respectively. It was confirmed that a hydrogel usable as a mold was formed (FIG. 3).

실험예Experimental Example 1: 동물 연골 유래 조직  1: Animal cartilage-derived tissue 하이드로젤의Hydrogel 기계적 물성 측정 및 평가 Measurement and evaluation of mechanical properties

(1) (One) 하이드로젤의Hydrogel 유변학적Rheological 특성 평가 Characteristic evaluation

실시예 7에서 제조한 돼지 연골 유래 조직 하이드로젤의 유변학적 특성을 측정하기 위해, 레오미터(MCR 102, Anton Paar, Ostfildern, Germany)를 이용하여 저장탄성률(storage modulus) 및 손실탄성률(storage modulus)을 측정하였고, 37 ℃에서 복합 점도(complex viscosity)를 측정하였으며, 그 결과는 도 4a 내지 c에 나타내었다. To measure the rheological properties of the tissue cartilage derived from pig cartilage prepared in Example 7, using a rheometer (MCR 102, Anton Paar, Ostfildern, Germany) storage modulus and storage modulus Was measured, and complex viscosity was measured at 37 ° C., and the results are shown in FIGS. 4A to C.

도 4a 및 b는 실시예 7에서 제조한 돼지 연골 유래 조직 하이드로젤의 유변학적 특성(저장탄성률, 손실탄성률 및 복합 점도)을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. Figures 4a and b is a graph showing the results of measuring the rheological properties (storage modulus, loss modulus and composite viscosity) of the tissue cartilage derived from porcine cartilage prepared in Example 7.

도 4a에 나타난 바와 같이, 인산 완충용액 내 생화학적으로 가교된 돼지 연골 유래 조직 분말의 함량이 20 중량%인 경우, 가교제의 함량(0.1 중량%, 0.2 중량%, 0.3 중량%, 0.5 중량%, 1 중량%, 3 중량% 및 5 중량%)이 증가함에 따라, 저장탄성률 및 복합점도가 증가하는 경향을 보이는 것으로 확인되는바, 가교제의 함량에 따라 하이드로젤의 기계적 물성을 조절할 수 있는 것으로 볼 수 있다. As shown in Figure 4a, when the content of biochemically crosslinked pig cartilage derived tissue powder in a phosphate buffer solution is 20% by weight, the content of the crosslinking agent (0.1% by weight, 0.2% by weight, 0.3% by weight, 0.5% by weight, 1% by weight, 3% by weight, and 5% by weight)), the storage elastic modulus and the composite viscosity were found to show a tendency to increase. As a result, the mechanical properties of the hydrogel can be controlled according to the content of the crosslinking agent. have.

도 4b에 나타난 바와 같이, 가교제의 함량이 0.5 중량%인 경우, 인산 완충용액 내 생화학적으로 가교된 돼지 연골 유래 조직 분말의 함량(10 중량%, 15 중량% 및 20 중량%)이 증가함에 따라, 저장탄성률, 손실탄성률 및 복합점도가 모두 증가하는 경향을 보이는 것으로 확인되는바, 생화학적으로 가교된 돼지 연골 유래 조직 분말의 함량에 따라 하이드로젤의 기계적 물성을 조절할 수 있는 것으로 볼 수 있다.As shown in Figure 4b, when the content of the cross-linking agent is 0.5% by weight, as the content of biochemically cross-linked pig cartilage derived tissue powder (10%, 15% and 20% by weight) in a phosphate buffer solution increases , It was confirmed that the storage elastic modulus, the loss elastic modulus, and the composite viscosity all showed a tendency to increase, and it can be seen that the mechanical properties of the hydrogel can be controlled according to the content of the biochemically crosslinked pig cartilage derived tissue powder.

도 4c는 실시예 7~9에서 제조한 돼지 연골 유래 조직 하이드로젤의 유변학적 특성(저장탄성률, 손실탄성률 및 복합 점도)을 측정한 결과를 비교한 그래프이다. Figure 4c is a graph comparing the results of measuring the rheological properties (storage modulus, loss modulus and composite viscosity) of the tissue cartilage derived from pig cartilage prepared in Examples 7-9.

도 4c에 나타난 바와 같이, 가교제의 함량이 0.5 중량%이고, 인산 완충용액 내 생화학적으로 가교된 돼지 연골 유래 조직 분말의 함량이 20 중량%인 경우, 가교제로 글루타르알데하이드(GA)를 사용한 경우뿐만 아니라, 부탄디올디글리시딜에테르(BDDE) 또는 폴리(카프로락톤-co-락타이드-co-글리콜라이드)-NHS/폴리에틸렌글리콜/폴리(카프로락톤-co-락타이드-co-글리콜라이드)-NHS(NHS-PEG-NHS)를 사용한 경우에도, 저장탄성률 및 복합점도를 증가시킬 수 있는 것으로 확인되는바, 다양한 가교제를 사용하여 하이드로젤의 기계적 물성을 조절할 수 있는 것으로 볼 수 있다. As shown in Figure 4c, when the content of the cross-linking agent is 0.5% by weight, and the content of tissue powder derived from pig cartilage biochemically cross-linked in a phosphate buffer solution is 20% by weight, when glutaraldehyde (GA) is used as a cross-linking agent In addition, butanediol diglycidyl ether (BDDE) or poly (caprolactone-co-lactide-co-glycolide) -NHS / polyethylene glycol / poly (caprolactone-co-lactide-co-glycolide)- Even when NHS (NHS-PEG-NHS) was used, it was confirmed that the storage elastic modulus and composite viscosity could be increased, and thus it could be seen that the mechanical properties of the hydrogel can be controlled using various crosslinking agents.

(2) (2) 하이드로젤의Hydrogel 압축강도 및  Compressive strength and 주사가능성Injectability 평가 evaluation

실시예 7에서 제조한 돼지 연골 유래 조직 하이드로젤의 압축강도 및 주사가능성을 평가하기 위해, 2 mL 주사기에 담지시킨 후, UTM(H5KT)를 이용하여 10 mm/min 의 속도로 압축하였고, 바늘 내부 직경이 30G, 26G, 23G 및 21G인 주사기를 사용하여 압축강도를 측정하고, 주사가능성을 평가하였다(도 5a).To evaluate the compressive strength and injectability of swine cartilage-derived tissue hydrogel prepared in Example 7, after being loaded in a 2 mL syringe, compressed using UTM (H5KT) at a rate of 10 mm / min, inside the needle Compressive strength was measured using a syringe with diameters of 30G, 26G, 23G and 21G, and the injectability was evaluated (FIG. 5A).

도 5b는 실시예 7에서 제조한 돼지 연골 유래 조직 하이드로젤의 압축거리 당 압축강도를 나타낸 그래프이고, 도 5c는 실시예 7에서 제조한 돼지 연골 유래 조직 하이드로젤의 압축거리당 최대 압축강도를 나타낸 표이며, 도 5d는 도 5b 및 도 5c의 결과에 따른 주사가능성을 평가한 표이다. Figure 5b is a graph showing the compressive strength per compression distance of pig cartilage-derived tissue hydrogel prepared in Example 7, Figure 5c shows the maximum compressive strength per compression distance of pig cartilage-derived tissue hydrogel prepared in Example 7 5D is a table evaluating the injectability according to the results of FIGS. 5B and 5C.

도 5b 내지 d에 나타난 바와 같이, 압축거리 당 압축강도가 일정하게 유지되는 곡선은 수월하게 주사가능한 것으로 볼 수 있고, 압축거리당 압축강도가 지속적으로 증가하는 곡선은 주사불가능한 것으로 볼 수 있다. 따라서, 가교제의 함량(0.1 중량%, 0.15 중량%, 0.3 중량%, 0.5 중량% 및 1 중량%)이 증가함에 따라, 주사가능성은 감소하는 경향을 보였으며, 주사기의 바늘 내부 직경이 감소함에 따라, 주사가능성은 역시 감소하는 경향을 보였다. 특히, 가교제의 함량이 1 중량%이상인 경우, 주사 주입이 매우 어려워진 것으로 확인된다. As shown in Figs. 5B to D, a curve in which the compressive strength per compression distance is kept constant can be seen as easily injectable, and a curve in which the compressive strength per compression distance is continuously increased can be seen as non-injectable. Therefore, as the content of the crosslinking agent (0.1% by weight, 0.15% by weight, 0.3% by weight, 0.5% by weight, and 1% by weight) increased, injectability tended to decrease, and as the needle inner diameter of the syringe decreased, , Injectability also tended to decrease. In particular, when the content of the crosslinking agent is 1% by weight or more, it is confirmed that injection injection is very difficult.

실험예Experimental Example 2:  2: 근적외선Near infrared 형광  Neon 이미징을Imaging 통한 돼지Pig through 연골 유래 조직  Cartilage-derived tissue 하이드로젤의Hydrogel 생분해 거동 관찰 및 평가 Biodegradation behavior observation and evaluation

실시예 4에서 제조한 형광물질이 도입되고, 생화학적으로 가교된 돼지 연골 유래 조직 분말을 대상으로, UV 및 70% 에탄올을 사용하여 멸균 후 pH가 7.4인 인산완충용액에 15 중량%의 돼지 연골 유래 조직 하이드로젤을 제조하였다. 제조한 돼지 연골 유래 조직 하이드로젤을 nude mouse(male, 8주령)의 피하에 1 mL 주사기(바늘 내부 직경 = 21G)로 0.15 mL 주입하여, 각 시간에 따른 근적외선 형광 이미징 관찰 결과를 도 6에 나타내었다.The fluorescent substance prepared in Example 4 was introduced, and biochemically cross-linked tissue powder derived from pig cartilage, 15% by weight of pig cartilage in a phosphate buffer solution having a pH of 7.4 after sterilization using UV and 70% ethanol A derived tissue hydrogel was prepared. The prepared pig cartilage-derived tissue hydrogel was injected 0.15 mL into a subcutaneous nude mouse (male, 8 weeks old) with a 1 mL syringe (needle inner diameter = 21G), and the results of observation of near infrared fluorescence imaging according to each time are shown in FIG. 6. Did.

도 6에 나타난 바와 같이, 시간이 경과함에 따라 전체적인 형광 발현의 정도는 감소하지만, 가교제의 함량(0.15 중량%, 0.5 중량% 및 1 중량%)이 증가함에 따라 형광 유지 기간이 증가하는 경향을 보이는 것으로 확인되는바, 가교제의 함량에 따라 생체 내 분해 속도를 조절할 수 있는 것으로 볼 수 있다. As shown in FIG. 6, the degree of overall fluorescence expression decreases with time, but the fluorescence retention period tends to increase as the content of the crosslinking agent (0.15 wt%, 0.5 wt% and 1 wt%) increases. As can be seen, it can be seen that the rate of decomposition in vivo can be controlled according to the content of the crosslinking agent.

실험예Experimental Example 3: 돼지 연골 유래 조직  3: Pig cartilage-derived tissue 하이드로젤Hydrogel 및 세포의 생체주입 관찰 및 평가 And bioinjection observation and evaluation of cells

실시예 7에서 제조한 생화학적으로 가교된 돼지 연골 유래 조직 분말을 대상으로, UV 및 70% 에탄올을 사용하여 멸균 후 pH가 7.4인 인산완충용액에 15 중량%의 돼지 연골 유래 조직 하이드로젤을 제조하였다. 돼지 연골 유래 하이드로젤이 연골 유래 태아줄기세포의 전달체로 작용하는지 관찰 및 평가하기 위해, [가교된 돼지 연골 유래 하이드로젤 + 연골 유래 태아줄기세포(5 x 106 cells)], [가교된 돼지 연골 유래 하이드로젤 + 연골 유래 태아줄기세포(5 x 106 cells) + TGF-

Figure pat00001
(200 ng/mL)] 및 [가교된 돼지 연골 유래 하이드로젤 + 연골 유래 태아줄기세포(5 x 106 cells) + BMP2 (10 μg/mL)]의 하이드로젤 3군을 상온에서 15 중량% 로 PBS에 현탁시켰다. 이를 마취시킨 SD rat(280-300 g, male, 6주령) 피하에 1 mL 주사기(바늘 내부 직경 = 21G)로 0.5 mL 주입한 다음, 조직을 적출하였다. For the biochemically crosslinked porcine cartilage derived tissue powder prepared in Example 7, 15% by weight of porcine cartilage derived tissue hydrogel is prepared in a phosphate buffer solution having a pH of 7.4 after sterilization using UV and 70% ethanol. Did. To observe and evaluate whether the cartilage-derived hydrogel acts as a carrier of cartilage-derived fetal stem cells, [cross-linked pig cartilage-derived hydrogel + cartilage-derived fetal stem cells (5 x 10 6 cells)], [cross-linked pig cartilage Derived hydrogel + cartilage derived fetal stem cells (5 x 10 6 cells) + TGF-
Figure pat00001
(200 ng / mL)] and three hydrogels of [cross-linked cartilage-derived hydrogel + cartilage-derived fetal stem cells (5 x 10 6 cells) + BMP2 (10 μg / mL)] at 15% by weight at room temperature Suspended in PBS. This was injected into an anesthetized SD rat (280-300 g, male, 6 weeks old) subcutaneously with a 1 mL syringe (needle inner diameter = 21 G), followed by 0.5 mL of tissue.

적출한 조직을 10% 포르말린에 고정하였고, 고정시킨 조직을 파라핀 블록으로 만들어 4 μm의 두께로 자른 후 슬라이드에 고정하고 면역학적 염증반응 평가를 하기 위하여 hematoxylin and eosin (H&E) 염색 및 ED1(mouse anti rat CD68: Serotec, UK) 염색을 실시하였고, 그 결과를 도 7a 및 b에 각각 나타내었다. Hematoxylin and eosin (H & E) staining and ED1 (mouse anti) were used to fix the extracted tissue in 10% formalin, cut the fixed tissue into a paraffin block, cut it to a thickness of 4 μm, fix it on a slide, and evaluate the immunological inflammatory response. rat CD68: Serotec, UK) was stained, and the results are shown in FIGS. 7a and b, respectively.

도 7a에서 나타낸 바와 같이, 돼지 연골 유래 하이드로젤에 연골 유래 태아줄기세포가 잘 살아있는 것으로 확인된다. 도 7b에서 나타낸 바와 같이, 돼지 연골 유래 하이드로젤은 면역 반응이 나타나지 않으므로, 안정성 있는 것으로 검증된다. As shown in Figure 7a, it is confirmed that the cartilage-derived fetal stem cells are well alive in the hydrogel derived from porcine cartilage. As shown in FIG. 7B, the hydrogel derived from porcine cartilage does not show an immune response, and thus is verified as stable.

Claims (8)

(a) 동물 연골 유래 조직을 분말화하여 연골 유래 조직 분말을 제조하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계에서 제조한 연골 유래 조직 분말 함유 수용액을 가교제 함유 용액과 혼합 및 가교하여, 가교된 연골 유래 조직을 제조하는 단계; 및
(c) 상기 (b) 단계에서 제조한 가교된 연골 유래 조직을 건조시켜 다시 분말화한 다음, 완충용액에 분산시켜 하이드로젤을 제조하는 단계를 포함하는
하이드로젤의 제조 방법.
(A) preparing a cartilage derived tissue powder by pulverizing the tissue derived from animal cartilage;
(b) preparing a cross-linked cartilage-derived tissue by mixing and crosslinking the aqueous solution containing cartilage-derived tissue powder prepared in step (a) with a solution containing a cross-linking agent; And
(c) drying the cross-linked cartilage-derived tissue prepared in step (b) to powder again, and then dispersing it in a buffer solution to prepare a hydrogel.
Method of manufacturing a hydrogel.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서 동물은 인간, 돼지, 소, 양, 말 및 고양이로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인, 하이드로젤의 제조 방법.
According to claim 1,
In step (a), the animal is one or more selected from the group consisting of humans, pigs, cows, sheep, horses, and cats, the method of producing a hydrogel.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서 가교제는 알데하이드기, 에폭시기, 이미드기, 아민기 및 카르복실기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 작용기를 가지는, 하이드로젤의 제조 방법.
According to claim 1,
In the step (b), the crosslinking agent has at least one functional group selected from the group consisting of an aldehyde group, an epoxy group, an imide group, an amine group and a carboxyl group, a method for producing a hydrogel.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서 연골 유래 조직 분말 및 가교제의 총 함량에 대하여, 상기 가교제의 함량은 0.05 중량% 내지 10 중량%인, 하이드로젤의 제조 방법.
According to claim 1,
With respect to the total content of the cartilage-derived tissue powder and the crosslinking agent in step (b), the content of the crosslinking agent is 0.05% to 10% by weight, a method for producing a hydrogel.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서 분산은 가교된 연골 유래 조직 분말을 완충용액에 5 중량% 내지 30 중량%로 분산되는, 하이드로젤의 제조 방법.
According to claim 1,
The dispersion in step (c) is a method for producing a hydrogel, wherein the cross-linked cartilage-derived tissue powder is dispersed in a buffer solution at 5% to 30% by weight.
제1항에 따른 방법으로 제조된 하이드로젤.
Hydrogel prepared by the method according to claim 1.
제6항에 따른 하이드로젤을 포함하는 주사형 제제.
Injectable preparation comprising the hydrogel according to claim 6.
제7항에 있어서,
상기 주사형 제제는 조직수복용, 약물전달용 또는 세포전달용인, 주사형 제제.
The method of claim 7,
The injectable preparation is for tissue repair, drug delivery or cell delivery, injectable preparation.
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