KR20200112254A - 물리화학적 및 생체적합성을 향상시킨 히알루론산-폴리에틸렌글리콜이 탑재된 pmma계 골시멘트 및 이의 제조방법 - Google Patents
물리화학적 및 생체적합성을 향상시킨 히알루론산-폴리에틸렌글리콜이 탑재된 pmma계 골시멘트 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA-MMA)는 정형외과용의 생체 재료로 널리 사용되고 있다. 그러나 골 시멘트의 주요 합병증은 인접한 척추체의 파절률이 증가하고 중합 온도가 상승하는 것이다. 본 연구의 목적은 기계적 및 생물학적 특성이 우수한 겔상에서 PMMA-MMA 골 시멘트의 효과를 조사하는 것이다. 수성 겔상 역할을 하며, 공극 형성에 중요한 역할을 하는 히알루론산(H)와 폴리에틸렌글리콜(P)을 사용하여 다공질 PMMA-MMA를 제조하였다. 시멘트의 SBF 처리는 PMMA-MMA 10 % HP의 기계적 강도와 탄성률을 28 ± 1.41MPa에서 19 ± 0.0707MPa로 각각 139 ± 13.52MPa에서 100 ± 15MPa로 현저히 감소시켰다. SBF 처리 후에 나타나는 열화 결과로 다공성 형성을 보였다. 또한 수성 겔은 ~ 63 ℃에서 ~ 52 ℃로 중합 온도를 현저하게 감소시켰다. 수성 겔상은 인회석 형성에 영향을 미치지 않으며 거의 생리학적 pH를 유지 하였다. 또한, in-vitro에서 세포활성은 PMMA-MMA 10 % HP의 생체 적합성 보장하였다. 이러한 결과는 PMMA-MMA 10% HP 골 시멘트가 독특한 생체역할 및 생리학적 특정을 가지고 있으며 뼈 재생의 용도로 적합한 시멘트임을 시사한다.
Description
본 발명은 열 조직 괴사를 감소시키고 뼈 형성을 개선하기 위해 수성 겔 상을 갖는 PMMA-MMA 골시멘트로 구성된 신규 주사 가능한 뼈 이식편(graft)에 관한 것이다. PMMA-MMA 기반 골시멘트에서 겔상의 역할은 세포 부착에 영향을 미치는 것이며 이의 분해는 골시멘트 전체에 기공(pore) 형성을 유발한다. 이 기공 형성은 혈관 형성 및 세포 이동을 향상시켜 결과적으로 뼈 형성을 증가시킨다.
많은 연구에서, 뼈 결함에서 PMMA-MMA 시멘트의 효능이 보고되었다. 이 골시멘트는 주로 척추, 고관절 및 신경학적 어플리케이션(application)으로 이용된다. 골절을 최소화하기 위해 결손(defect) 부위를 채움으로써 심한 통증 완화시키는데 큰 효과가 있다.
고분자 수성 겔은 원하는 특성을 가지는 생체물질을 개발하는데 사용되어왔다. 다공성 PMMA 시멘트를 제조하는 과정에서, 고분자 겔은 겔 상이 용해되거나 분해되어 물질 전체에 걸쳐 기공을 형성하는 기공 형성 상으로서 작용한다. 히알루론산은 용해되는 수성 겔을 형성하며, 가수분해 및 효소 경로 모두 체내에서 쉽게 분해된다. 히알루론산은 신체의 여러 부분 중 세포외 기질에서 주로 발견되며, 용액과 하이드로겔 형태 모두에서 고유한 생화학적 및 물리적 특성을 가지고 있어 신체 회복를 개선시키는 데 더 매력적이다. 이 것은 본질적으로 하이드레이트 환경(hydrate environment)을 유지하여 쿠션과 같은 거동으로 스캐폴드를 촉진하고 세포 여과를 증가시킨다. 적절한 혼합 및 유연성을 허용하기 위해서 폴리에틸렌 글리콜을 히알루론산과 함께 사용하였다. 폴리에틸렌 글리콜은 소수성, 열전달 능력, 우수한 생체적합성 및 화학적 변형을 위한 반응성 부위의 이용가능성과 같은 특성을 가지고 있다. 폴리에틸렌 글리콜-유도 화합물은 약물 지속방출, 효소 고정화 및 상처치료 적용에서 적합성을 보였다.
주입 가능헌 골시멘트는 초기에 액체 또는 페이스트 형태인 재료의 일종이며, 채널을 통해 주입되거나 일정 형태로 성형될 수 있다. 일정 시간이 지나면 이식 부위의 형태를 취하기 위해 구ㅌ어져 새로운 골조직의 재생을 돕는다.
본 발명의 목적은 세포부착에 유용하고 기계적 특성이 개선된 하이드로겔이 혼입된 주사 가능한 PMMA-MMA-10% HP 골시멘트를 제공하는 데 있다. 본 발명은 물리적, 기계적 및 생물학적 효과 면에서 골시멘트에 대한 다공성 형성의 영향을 알아내기 위해 고안되었다.
본 발명에서 주사 가능한 PMMA-MMA 골시멘트는 히알루론산-폴리에틸렌 글리콜 겔 상을 혼입함으로써 개발되었다. PMMA-MMA 10% HP 골시멘트 조합은 중합온도를 낮추고 인접한 척추 골절을 줄이며 세포활동을 개선한다.
본 발명에 따른 새로운 골 재생 시스템을 제조하는 방법은 겔 상을 갖는 복합 스캐폴드를 PMMA-MMA 상으로 제조할 수 있도록 한다. 겔상은 시멘트 상 전체에 분포된 히알루론산-폴리에틸렌 글리콜로 구성된다. 겔상은 분해시 다공성 형성의 목적으로 사용되었다. 이러한 분해는 탄성계수를 감소시키고 뼈 스캐폴드로서의 적용을 개선한다.
도 1은 기존 PMMA-MMA와 PMMA-MMA 10% HP의 비교 연구를 나타낸 도면으로서, 겔상 첨가가 PMMA-MMA 10% HP 골시멘트에서보다 우수한 물리화학적 특성을 제공한다는 것을 나타낸다.
도 2는 PMMA-MMA 골시멘트(a), PMMA-MMA 5% HP(b), PMMA-MMA 10% HP(c) 및 PMMA-MMA 15% HP(d)의 단면 SEM 이미지, 다른 그룹의 PMMA 골시멘트로 시간을 설정하는 비교 연구(e), 및 PMMA-MMA 10% HP의 2개의 상이한 영역에 대한 EDS 분석(f,g)을 나타낸 도면이다.
도 3은 PMMA-MMA 및 PMMA-MMA 10% HP 시멘트의 XRD 패턴(a) 및 PMMA-MMA, PMMA-MMA 10% HP 골시멘트의 FTIR(b)을 나타낸 도면이다.
도 4는 수성 겔 상으로 변형된 PMMA 기반 골시멘트의 pH 변화를 나타낸 도면이다.
도 5는 PMMA-MMA 및 PMMA-MMA 10% HP 골시멘트의 기계적 성질로서, 압축 강도(a)와 탄성계수(b)의 비교(* P<0.05)를 나타낸다.
도 6은 7일(a,d), 14일(b.e) 및 28일(c,f)의 분해 동안 SBF 처리 후 PMMA-MMA 및 PMMA-MMA 10% HP 골시멘트의 SEM 형태로서, 노란색 화살표는 PMMA-MMA 10% HP 시멘트의 다공성 영역을 나타낸다.
도 7은 14일(a,b) 동안 SBF에 침지한 후 PMMA-기반 시멘트의 형태가 인회석 형성을 나타내고, 14일(c) 동안 PMMA-MMA 및 PMMA-MMA 10% HP 골시멘트에 대한 SBF 처리 후 시멘트의 XRD 패턴을 나타낸다.
도 8은 1일 및 7일 후 골시멘트에서의 MC3T3E1 세포 생존력을 MTT 분석(a)을 통해 평가하고, DAPI를 염색한 세포가 (b)골시멘트의 세포핵을 보여주며, 7일(c,d) 후 PMMA-MMA 및 PMMA-MMA 10% HP 골시멘트에서 세포 부착의 SEM 이미지(* P<0.05)를 나타낸다.
도 2는 PMMA-MMA 골시멘트(a), PMMA-MMA 5% HP(b), PMMA-MMA 10% HP(c) 및 PMMA-MMA 15% HP(d)의 단면 SEM 이미지, 다른 그룹의 PMMA 골시멘트로 시간을 설정하는 비교 연구(e), 및 PMMA-MMA 10% HP의 2개의 상이한 영역에 대한 EDS 분석(f,g)을 나타낸 도면이다.
도 3은 PMMA-MMA 및 PMMA-MMA 10% HP 시멘트의 XRD 패턴(a) 및 PMMA-MMA, PMMA-MMA 10% HP 골시멘트의 FTIR(b)을 나타낸 도면이다.
도 4는 수성 겔 상으로 변형된 PMMA 기반 골시멘트의 pH 변화를 나타낸 도면이다.
도 5는 PMMA-MMA 및 PMMA-MMA 10% HP 골시멘트의 기계적 성질로서, 압축 강도(a)와 탄성계수(b)의 비교(* P<0.05)를 나타낸다.
도 6은 7일(a,d), 14일(b.e) 및 28일(c,f)의 분해 동안 SBF 처리 후 PMMA-MMA 및 PMMA-MMA 10% HP 골시멘트의 SEM 형태로서, 노란색 화살표는 PMMA-MMA 10% HP 시멘트의 다공성 영역을 나타낸다.
도 7은 14일(a,b) 동안 SBF에 침지한 후 PMMA-기반 시멘트의 형태가 인회석 형성을 나타내고, 14일(c) 동안 PMMA-MMA 및 PMMA-MMA 10% HP 골시멘트에 대한 SBF 처리 후 시멘트의 XRD 패턴을 나타낸다.
도 8은 1일 및 7일 후 골시멘트에서의 MC3T3E1 세포 생존력을 MTT 분석(a)을 통해 평가하고, DAPI를 염색한 세포가 (b)골시멘트의 세포핵을 보여주며, 7일(c,d) 후 PMMA-MMA 및 PMMA-MMA 10% HP 골시멘트에서 세포 부착의 SEM 이미지(* P<0.05)를 나타낸다.
본 발명은 수성 겔 상과 폴리메틸메타크릴레이트 수지 상의 조합을 포함하는 혁신적인 주사 가능한 골시멘트를 제조하는 것에 관한 것이다. PMMA-MMA 골시멘트에서, 액상은 안정제로 매우 소량(20 ppm)의 하이드로퀴논을 갖는 97.6%의 메틸메타크릴레이트 및 활성화제로 2.4%의 N,N-디메틸-p-톨루이딘으로 구성되고, 고체 상은 50%의 PMMA, 중합 개시제(initiates)인 1%의 벤조일퍼옥시드, 방사선 불투과제로서 34%의 ZrO2, 및 생물활성 충전제인 15%의 하이드록시아파타이트로 구성된다. 고형 분말을 몰타르 막자에 의해 균일하고 완벽하게 서로 혼합하였다. 시멘트 페이스트를 제조하기 위해, 고체를 1:0.50(g/ml-1)의 고체 대 액체 비율로 단량체 액체와 함께 수작업으로 첨가하고, 타이머를 시작한 후, 주걱을 사용하여 1분 동안 시멘트를 수동 혼합하여 균질의 페이스트를 생성하였다. 그 후, 혼합물을 주형에 채워 원통형 샘플을 얻었다.
PMMA-MMA 로딩된 수성 겔을 제조하기 위해서, 제1 히알루론산 및 폴리에틸렌 글리콜 용액을 탈이온수(DI)로 제조하였다. 히알루론산 0.5 %(w/v)를 탈이온수에 용해시킨 후, 10 시간 동안 계속 교반하여, 본 발명자의 이전 연구에서 언급된 바와 같이 완전한 중합체 분산액을 얻었다. 초기에, PMMA-MMA 및 수성 겔의 3가지 상이한 조성물을 선택하고, 5%, 10% 및 15 w/w%의 히알루론산을 갖는 10 w/w% 폴리에틸렌 글리콜을 통해 파일럿 실험을 수행하였다. 반죽과 같은 물리적 외관 및 경화시간을 기준으로, 10% 히알루론산 용액이 주사 가능한 골시멘트로서 적합한 것으로 나타났다. 마지막으로, MMA를 동일한 양의 히알루론산 및 폴리에틸렌 글리콜로 대체하고, 주사 가능한 골시멘트를 제조하였다.
상 분석 및 화학 조성
충전재 성분과 함께 골시멘트의 상 조성은 Cu Kα 방사선과 함께 X-선 회절(XRD, D/MAX-250, 일본, 리가쿠)을 이용하여 측정하였다. XRD는 30kV의 가속 전압 및 15mA의 전류에서 수행되었다. 10° 내지 55°범위의 2θ 값에 대한 회절 빔 강도는 2°θ/분의 속도로 기록되었다. PDXL 소프트웨어를 이용하는 PAN-ICSD 데이터 카드를 사용하여 상을 확인하였다.
스캐폴딩 재료의 화학적 조성은 푸리에(Fourier) 변환 적외선 분광법(FT-IR, C1000 열 사이클러)을 이용하여 분석되었다. 샘플의 적외선 스펙트럼은 600 내지 4,000 cm-1의 파장 범위에서 측정하였다.
인공 체액(Simulated body fluid, SBF) 침지
인공 체액(SBF) 용액은 코쿠보(Kokubo) 등의 프로토콜에 따라 제조하였다. 37℃에서 10mL SBF에 각 샘플을 침지시켜 시험관내 침지 시험을 수행하고, 이를 새롭게 하였다. 원하는 날 후에, 샘플을 탈이온수로 세척하고, 공기 건조시킨 후(기계적 특성은 제외), 다음 연구에 사용하였다.
PH 분석 및 열 특성
높이가 2 mm이고 직경이 6 mm인 PMMA-MMA 및 PMMA-MMA 10% HP 골시멘트 디스크를 37℃의 SBF 용액에 침지시켜 시간에 따른 pH를 측정하였다. 3주 동안 특정 시간 간격으로, 용액의 pH 값을 SBF 용액의 교체없이 pH 측정기(Thermo Scientific, Korea)를 사용하여 측정하였다.
기계적 특성
기계적 압축시험은 범용 시험기(R & B UNITECH-T)를 사용하여 수행하였다. 압축강도 및 탄성계수(E)는 0.5mm/분의 크로스헤드 속도에서 측정되었다. 다른 시험과 달리, 기계적 특성은 각각의 침지 기간이 끝날 때 SBF에서 샘플을 꺼낸 후 즉시(건조없이) 측정되었다.
분해 거동
7, 14 및 28일 동안 SBF 침지 후, PMMA-MMA 및 PMMA-MMA 10% HP 골시멘트의 다공성 거동을 확인하였다. 샘플을 연속적으로 온화하게 진탕함과 동시에 37℃의 SBF에 침지시켰다. 원하는 시간 후, 샘플을 제거하고 세척한 후 완벽하게 건조시켰다. SEM을 이용하여 샘플의 다공성 구조를 분석하였다.
인회석(apatite) 형성의 특성
SBF 용액에서 골시멘트의 인회석 석화 작용(mineralization) 능력을 평가하기 위해, 침지 용액은 매 시간마다 업데이트되었다. 14일 동안 침지시킨 후 SBF로부터 시편을 제거하고, 탈 이온수로 부드럽게 헹군 후, 37 ℃에서 24 시간 동안 진공 건조시켰다. 시편의 표면은 Cu Kα 방사선을 이용하는 X-선 회절에 의해 특성화되었다. 2θ 값 10°내지 55°에 대한 회절 빔 강도는 2°θ/분의 속도로 기록되었다. XRD 외에, 골시멘트의 인회석 표면을 SEM으로 시각화하였다.
세포배양 및 접종
마우스 유래의 골아세포(Preosteoblast) MC3T3E1를 10% 소 태아 혈청 및 1% 페니실린/스트렙토마이신(P/S)이 보충된 최소 필수 배지 알파에서 배양하였다. MC3T3E1 세포를 5% CO2 분위기에서 37℃의 가습 인큐베이터에서 유지시켰다. 골시멘트를 UV 하에서 멸균하고 궁극적으로 세포 접종 전에 적절한 세척을 위해 멸균 PBS 용액으로 헹구었다. 대략 1x104 세포/ml를 골시멘트 위에 접종하였다.
세포 생존력, 증식 및 세포-물질 상호작용
MTT (3-[4,5-디메틸티아졸-2-일]-2,5-디페닐테트라졸륨 브로마이드) 분석을 이용하여 세포 생존력을 분석하였다. 24-웰 조직 배양 플레이트의 각 웰에 100 mL의 MTT 용액 (PBS 중 5mg/mL)을 첨가함으로써 스캐폴드 상의 1 및 7일 동안의 세포 생존력(OD)을 정량화하였다. 용액의 OD 값을 595 nm의 파장에서 ELISA 판독기 (EL, 312, Biokinetics 판독기; Bio-Tek 인스투루먼트)에 의해 측정하였다.
공초점 현미경(Olympus FV 10i)으로 관찰하기 위해, 배양 1 및 7일 후, 핵을 4,6-디아미디노-2-페닐인돌(DAPI)로 염색하였다. 마지막으로, 스캐폴드를 유리 슬라이드에 설치하고 FV10i-ASW 3.0 Viewer 소프트웨어를 이용하여 공초점 형광 현미경으로 시각화하였다.
세포-물질 상호작용뿐만 아니라 세포 부착을 관찰하기 위해, 세포를 골시멘트상에서 배양하였다. 배양 후, 세포를 2% 글루타르알데히드(DaeJung Co., 서울, 한국)에 고정시키고 에탄올 계열(50%, 70%, 90% 및 100%)로 탈수시켰다. 탈수된 세포를 헥사메틸디실라잔(Deajung M. Korea) 중에서 건조시키고, 시료에 부착된 세포의 형태적 특성을 SEM에 의해 관찰하였다.
최선의 실시형태(Best Modes)
이하, 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
PMMA-MMA, PMMA-MMA 5% HP, PMMA-MMA 10% HP 및 PMMA-MMA 15% HP의 단면 형태는 스캐폴드의 SEM에 의해 관찰되었다. MMA 액체 및 겔상의 비율은 시멘트의 경도(consistency)에 상당한 영향을 미쳤다. MMA 액체를 감소시키면 응고시간이 빨라지지만, 반대로 겔상이 존재하면 경화를 지연시킨다. PMMA-MMA, PMMA-MMA 5% HP, PMMA-MMA 10% HP 및 PMMA-MMA 15% HP의 응고시간은 각각 19±3, 14±2, 22±3 및 31±4 분을 나타냈다. 15% HP의 경우, 시멘트 페이스트는 수성이 강하고 끈적끈적한 반면, 5% HP의 경우 시멘트 반죽은 건조하고 응집력이 없었다. 10% HP 골시멘트 만이 적절한 응고시간과 함께 적절한 경도를 보였으므로 PMMA-MMA 10% HP에 대한 추가 연구가 수행되었다.
SEM 이미지는 ZrO2 및 HAp 고체 입자가 PMMA-MMA 매트릭스 전체에 완벽하게 매립 및 분포되어 있음을 보여주었다. 경화 후, 중합체 히알루론산 및 폴리에틸렌 글리콜은 도 2(b-d)에서 중합체 구조로서 나타났다. 흰색과 검은색 화살표는 각각 매트릭스와 충전제를 나타낸다. 황색 화살표는 수성 중합체 상이 PMMA의 고체상과 완벽하게 혼합되었음을 나타낸다. 원소 조성은 수성 겔 영역이 PMMA-MMA 영역과 구별될 수 있음을 나타내는 EDS 스펙트럼에 의해 밝혀졌다.
XRD 회절 피크는 복합 골시멘트의 상 분석을 나타냈다. 응고 후, ZrO2와 HAp의 혼합물인 PMMA-MMA가 관찰되었다. ZrO2와는 별도로, 함량이 낮기 때문에 작은 피크의 Hap도 존재하였다. 이들 연구에서는 PMMA 시편에서의 사슬 방향뿐만 아니라 무기 충전제의 구조가 동시에 유지되었음을 확인하였다. XRD 스펙트럼은 도 3a에서와 같이 넓은 피크없이 혼합된 결정질 및 비정질 성질의 공존을 암시하는 특징적인 피크를 나타냈다.
도 3b의 FTIR 스펙트럼은 PMMA-MMA 및 PMMA-MMA 10% HP의 진동 밴드가 수성 겔상에 존재한다는 것을 나타냈다. PMMA-MMA의 경우, C=O 에스테르 및 C-O에 대한 특성 피크는 1,729 cm-1 및 1,550 cm-1에서 나타났다. 2,959 cm-1 및 1,442 cm-1의 밴드는 각각 C-H 스트레칭 메틸기 및 비대칭 스트레칭 노드와 관련이 있다. 1,244 cm-1 및 1,097 cm-1 밴드는 각각 메틸렌기 -CH2 및 C-C 스트레칭 밴드의 비틀림에 할당된다.
FTIR 데이터는 PMMA 골시멘트에 히알루론산 및 폴리에틸렌 글리콜의 존재를 확인한다. PMMA-MMA 골시멘트에 존재하는 모든 진동 밴드는 PMMA-MMA 10% HP에 나타났다. 또한, 수성 겔상은 관능기로 PMMA-MMA 10%를 풍부하게 하여 피크 강도를 증가시켰다. 폴리에틸렌 글리콜의 특징적인 피크는 O-H 기의 경우 3,541 cm-1에서 나타났다. 또한, C-H 시저(scissor) 및 굽힘에 대한 날카로운 피크는 1,450 내지 1,292 cm-1에서 관찰되었다. 히알루론산에서 C-O-C는 1,080 cm-1에 대해 스트레칭되고, C=O는 각각 대칭 및 비대칭 1,405 cm-1 및 1,606 cm-1 에 대해 스트레칭되었다. 히알루론산 및 폴리에틸렌 글리콜의 작용기의 대부분은 PMMA-MMA 시스템과 겹치지만 피크 강도와 선명도는 이들을 구별하는 데 도움이 될 수 있다. PMMA-MMA 10% HP에서 수성 겔상의 존재는 1,500 내지 1,000 cm-1의 영역에서 PMMA-MMA의 것보다 더 예리하고 강렬한 피크를 나타냈다.
PMMA-MMA 시스템에 중합체 용액의 첨가는 pH 값에 큰 영향을 미치지 않았다. 도 4a는 두 시멘트의 pH 값에 대한 비교를 나타낸다. 초기에 히알루론산 함량의 방출은 PMMA-MMA 침지 용액에 비해 PMMA-MMA 10% HP의 pH를 낮추었다. 기본적으로 두 시멘트 모두는 pH를 약간 낮추는 반면 10일 후에 pH는 안정화되었으며 pH 범위는 인체 적용에 적합하였다.
도 5는 탄성계수 데이터뿐만 아니라 기계적 강도를 나타낸다. SBF에 침지시킨 후, PMMA-MMA의 7일, 14일 및 28일의 기계적 강도는 40±1.41, 32±1.41, 29.5±2.12 MPa이고, PMMA-MMA 10% HP는 각각 29±1.41, 22.50±0.70 및 18.5±0.70MPa이었다. 기계적 강도 외에도, SBF에 7일, 14일 및 28일 침지시킨 후, PMMA-MMA의 탄성계수는 206.66±7.63, 158.33±12.58, 124±5.29 MPa이었고, PMMA-MMA 10% HP 시멘트의 탄성계수는 139±13.52, 121±10.06, 100±15 MPa이었다. 데이터는 PMMA-MMA 10% HP의 기계적 특성이 뼈 이식재료로서의 적용에 매우 적합하다는 것을 보여주었다.
SBF 침지 후, 모든 PMMA-MMA 10% HP 샘플은 분해 시 다공성 구조를 나타냈다. 골시멘트의 SEM 관찰 결과, PMMA-MMA 10% HP는 표면에 높은 기공 형성을 보였지만 순수한 PMMA-MMA는 미세 구조의 변화를 보이지 않았다(도 6). 다공성 구조는 세포이동뿐만 아니라 세포 영양소 이송에 영향을 미쳤다.
도 7은 SBF 용액에 침지한 후 PMMA-MMA 골시멘트에 미네랄 인회석의 형성을 나타내는 SEM 이미지를 나타낸다. 14일 후, 인회석은 PMMA-MMA 및 PMMA-MMA 10% HP 샘플에 침전되었다. 무기 충전제는 PMMA-MMA 시멘트에 균질하게 분배되어 인회석 형성에 기여하였다. PMMA-MMA 10% HP의 경우, 분해된 수성 겔 상이 나타났는데, 이는 화학적으로 광물화 능력이 부족하지만 골시멘트의 다른 영역에서 인회석 형성에는 영향을 미치지 않았다. 따라서 두 시멘트 샘플 모두 인회석 형성에 적합하였으며 수성 상은 시멘트의 인회석 형성에 큰 영향을 미치지 않았다.
도 7c는 SBF에 침지한 후 결정 상을 추가로 나타내는 XRD 분석을 보여준다. 두 샘플 모두 초기 단계와 비교하여 인회석 유사 형성 피크를 보여주었다. 하이드록시 상의 낮은 결정도에 대한 피크는 31.738°및 49°의 2θ에서 검출되었으며, 이는 SBF 침지 후 두 골시멘트에서의 인회석 형성을 확인시켜 준다. 따라서, SBF 처리 후 PMMA-MMA 10% HP는 성장 광물화가 가능하여, 생체내 조건에서 더 우수한 뼈 결합 능력을 나타냈다.
시멘트 스캐폴드의 생체 적합성을 결정하기 위해, MC3T3E1 세포를 시멘트 위에서 배양하였다. MTT 분석 결과, 세포가 두 시멘트에서 연속적으로 증식하는 반면 PMMA-MMA 10% HP는 더 나은 성장 및 증식을 나타냈다(도 8a). 공초점 현미경으로 관찰한 세포핵은 PMMA-MMA 골시멘트에 비해 증가한 것으로 나타났다(도 8b). 초기에, 세포는 스캐폴드에 부착되었지만 7일 후에 부착된 세포의 수가 증가하였다.
도 8c 및 8d는 확산 세포질에 의한 세포 부착을 나타내는 SEM 이미지를 보여준다. 세포 액틴 필라멘트는 PMMA-MMA 스캐폴드와 비교하여 PMMA-MMA 10% HP 스캐폴드에 효과적으로 확산되었다. 히알루론산의 존재는 세포 부착 및 증식을 증가시켰다. 또한, 이미지는 세포와 시멘트 물질 사이에 강한 상호작용을 보여주었다. 세포의 일부는 시멘트 물질에 캡슐화되었으며, 이는 세포와 물질 사이의 더 좋은 상호작용을 나타냈다.
Claims (7)
- 하기 단계를 포함하고 고체-액체 혼합에 의해 PMMA-MMA 및 PMMA-MMA-10% HP 골시멘트를 포함하는 주사 가능한 복합 골시멘트의 제조방법:
PMMA-MMA 골시멘트에서, 안정화제로서 매우 소량(20 ppm)의 하이드로퀴논을 갖는 액상의 97.6% 메틸메타크릴레이트를 준비하는 단계;
50% PMMA, 중합을 개시하는 1% 벤조일 퍼옥사이드, 방사선 불투성제로서 34% ZrO2 및 생물활성 충전제로서 15% 하이드록시아파타이트로 구성되고 활성화제로서 고상인 2.4% N,N-디메틸-p-톨루이딘을 제공하는 단계;
고체 분말을 몰타르 막자에 의해 균일하고 완벽하게 서로 혼합하는 단계;
고체를 1:0.50 (g/ml-1)의 고체 대 액체 비율로 단량체 액체와 함께 수동으로 첨가하고, 타이머를 시작하고, 주걱을 사용하여 1분 동안 시멘트를 수동 혼합하여 균질의 시멘트 페이스트를 제조하는 단계; 및
혼합물을 몰드에 채워 원통형 샘플을 수득하는 단계를 포함하는 주사 가능한 복합 골시멘트의 제조방법. - PMMA-MMA 로딩된 수성 겔을 제조하기 위해, 제1 히알루론산 (Bioland Co. Ltd., Korea) 및 폴리에틸렌 글리콜(Sigma Aldrich, USA) 용액을 탈이온수에 제조하는 단계; 히알루론산 0.5 %(w/v)을 탈이온수에 용해시키고 10시간 동안 계속 교반하여 이전 연구에서 언급된 완전한 중합체 분산액을 수득하는 단계; 초기에, 3 가지 상이한 PMMA 조성물 및 수성 겔(표 1)을 선택하고, 5%, 10% 및 15 % w/w의 히알루론산을 갖는 10% w/w 폴리에틸렌 글리콜을 통해 파일럿 실험을 수행하는 단계; 반죽과 같은 물리적 외관 및 경화시간을 기준으로, 주사 가능한 골시멘트로서 적합한 10% 히알루론산 용액을 제공하는 단계; 마지막으로, MMA를 동일한 양의 히알루론산 및 폴리에틸렌 글리콜로 대체하고, 추가 실험을 위해 주사 가능한 골시멘트를 제조하는 단계를 포함하는 복합 골시멘트의 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
복합 골시멘트가 pH 분석에 사용되는 것을 특징으로 하는 복합 골시멘트의 제조방법. - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
복합 골시멘트가 기계적 강도 및 탄성계수 측정에 사용되는 것을 특징으로 하는 복합 골시멘트의 제조방법. - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
복합 골시멘트가 생분해 분석에 사용되는 것을 특징으로 하는 복합 골시멘트의 제조방법. - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
복합 골시멘트가 인회석 형성 능력에 사용되는 것을 특징으로 하는 복합 골시멘트의 제조방법. - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
복합 골시멘트가 MTT 분석, 공초점 염색 및 SEM 세포형태 관찰에 의해 관찰된 세포 생존력 및 세포증식에 사용되는 것을 특징으로 하는 복합 골시멘트의 제조방법.
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| KR1020190032454A KR102628554B1 (ko) | 2019-03-21 | 2019-03-21 | 주입형 폴리 메틸 메타크릴레이트계 골시멘트 및 이의 제조방법 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08117322A (ja) * | 1994-10-06 | 1996-05-14 | Merck Patent Gmbh | 多孔性骨代替材料 |
| KR20090125141A (ko) * | 2007-03-02 | 2009-12-03 | 신세스 게엠바하 | 적합한 기계적 특성을 가지는 골 시멘트 |
| KR101176793B1 (ko) | 2010-05-03 | 2012-09-07 | 대한민국(농촌진흥청장) | 실크 피브로인 가수분해물과 ｐｍｍａ를 함유하는 생체적합성 골 시멘트 조성물 |
| US20190030207A1 (en) * | 2017-07-26 | 2019-01-31 | Dragon Crown Medical Co., Ltd. | Bone cement composition and kit thereof |
-
2019
- 2019-03-21 KR KR1020190032454A patent/KR102628554B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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| J. R. De Wijn, "Poly (methyl methacrylate)-aqueous phase blends: in situ curing porous materials." J. BIOMED. MATER. RES. SYMPORSIUM (1976), No. 7, pp. 625-635 * |
| Klaudia Króla et al., "Modification of acrylic bone cements bypoly(ethylene glycol) with different molecularweight." Polym. Adv. Technol (2016), Vol. 27 pp. 1284-1293* * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102628554B1 (ko) | 2024-01-25 |
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