KR20200113689A - Gellan gum hydrogel composition comprising agar or agarose, method of manufacuring the same and use of the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an agar-gellan gum hydrogel composition, and a composition for regenerating cartilage and treating osteoarthritis using the same. More specifically, the present invention relates to: a hydrogel composition which is usable as a cartilage cell carrier superior than conventional hydrogel for regeneration of cartilage and treatment of osteoarthritis, and can be used by being directly injected to joints of the human body for fillers or treatment; and a composition for regenerating cartilage and treating and preventing osteoarthritis using the hydrogel composition.

Description

한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물, 이의 제조방법 및 이의 용도{Gellan gum hydrogel composition comprising agar or agarose, method of manufacuring the same and use of the same}Gellan gum hydrogel composition comprising agar or agarose, method of manufacuring the same and use of the same}

본 발명은 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물, 이의 제조방법 및 이의 용도에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 골관절염과 같이 손상된 연골부위에서 연골 하중을 견디기에 적합하고, 연골세포 전달체로서 역할을 하는 생체적합성 하이드로겔 조성물, 상기 생체적합성 하이드로겔 조성물의 제조방법 및 상기 생체적합성 하이드로겔 조성물을 포함하는 연골재생과 골관절염 치료 및 예방을 위한 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a gellan gum hydrogel composition containing agar or agarose, a method for preparing the same, and a use thereof, and more particularly, suitable for enduring cartilage load in damaged cartilage areas such as osteoarthritis, and as a cartilage cell delivery system It relates to a composition for cartilage regeneration and osteoarthritis treatment and prevention comprising the biocompatible hydrogel composition, a method of preparing the biocompatible hydrogel composition, and the biocompatible hydrogel composition serving as a role.

비교적 연골 손상이 적은 연골 염증이나 골연화증인 경우는 구강제제 복용, 심한 연골손상에는 인공연골 삽입, 자가 골연골 삽입, 자가연골세포 이식, 줄기세포 이식 등 다양한 연골 치료 방법이 사용되고 있다. In case of cartilage inflammation or osteomalacia with relatively little cartilage damage, oral preparations are used, and for severe cartilage damage, various cartilage treatment methods such as artificial cartilage insertion, autologous osteocartilage insertion, autologous cartilage cell transplantation, and stem cell transplantation are used.

그러나, 환부에 직접 세포만을 주입할 경우, 효과가 미미하고 주입된 연골세포의 부착, 이동, 증식에 한계가 있기 때문에 지지체와 세포를 같이 주입하는 방법이 주로 사용된다. 특히, 연골세포 및 연골줄기세포 전달체로서 하이드로겔은 지속적인 치료를 가능하게 하며, 물리적으로 손상된 부분에 충전제로 활용되기도 한다. However, when only cells are injected directly into the affected area, the effect is insignificant and there is a limitation in adhesion, migration, and proliferation of the injected chondrocytes, so a method of injecting the scaffold and cells together is mainly used. In particular, as a transporter for cartilage cells and cartilage stem cells, hydrogels enable continuous treatment, and are also used as fillers for physically damaged areas.

따라서, 하이드로겔이 연골치료제로 사용되기 위해서는 생체적합하고, 연골 하중을 견디기에 충분한 강도와 피로도가 굉장히 중요하다 (비특허문헌 1). Therefore, in order for the hydrogel to be used as a cartilage treatment, it is biocompatible, and strength and fatigue sufficient to withstand the load of cartilage are very important (Non-Patent Document 1).

젤란검(gellan gum)은 바이오 메디컬 분야에 많이 사용되고(특허문헌 1) 투명하며, 열과 산에 의한 안정성이 좋다. 또한 기계적 특성과 생체적합성이 우수한 특성을 갖는다 (비특허문헌 2). Gellan gum is widely used in the biomedical field (Patent Document 1), and is transparent and has good stability by heat and acid. In addition, it has excellent mechanical properties and biocompatibility (Non-Patent Document 2).

하지만, 젤란검을 가교시킬 경우 주사바늘을 통과하기 힘들고 압축강도가 낮아 연골 하중을 견디기에 적합하지 않다. 즉 이용 편리성에 관련된 특성개선을 하지 않으면 보편화에 어려움을 겪을 수 밖에 없다. 또 연골세포 증식에서도 다른 하이드로겔에 비하여 낮은 특성을 갖는다.However, when crosslinking gellan gum, it is difficult to pass through the injection needle and the compressive strength is low, making it unsuitable to withstand cartilage load. In other words, if the characteristics related to the convenience of use are not improved, it will inevitably suffer from generalization. In addition, it has lower properties compared to other hydrogels in proliferation of chondrocytes.

따라서, 상기와 같은 연골세포 전달체로서의 젤란검의 이용가능성을 개선시켜, 연골세포 증식률을 향상시키고 기계적 물성 개선을 하기 위한 방안 모색이 절실히 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is an urgent need to find a way to improve the availability of gellan gum as a cartilage cell carrier as described above, thereby improving the proliferation rate of chondrocytes and improving mechanical properties.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0091717호Korean Patent Application Publication No. 10-2012-0091717

Osteoarthritis and Cartilage, 14, 13-29 (2006) Osteoarthritis and Cartilage, 14, 13-29 (2006) Acta Biomater, 10(8):3650-63 (2014) Acta Biomater, 10(8):3650-63 (2014)

본 발명의 목적은 한천 또는 아가로오스를 이용하여 물성, 세포친화력, 가교제 없는 하이드로겔을 제조함으로써, 연골세포 전달체로써 기능을 개선시킬 수 있는 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to prepare a hydrogel without physical properties, cell affinity, and crosslinking agent using agar or agarose, thereby providing a gellan gum hydrogel composition comprising agar or agarose capable of improving its function as a chondrocyte carrier. To provide.

본 발명의 다른 목적은 한천 또는 아가로오스를 이용하여 물성, 세포친화력, 가교제 없는 하이드로겔을 제조함으로써, 연골세포 전달체로써 기능을 개선시킬 수 있는 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is a gellan gum hydrogel composition comprising agar or agarose capable of improving the function as a chondrocyte carrier by preparing a hydrogel without physical properties, cell affinity, and crosslinking agent using agar or agarose. It is to provide a method of manufacturing.

본 발명의 또 다른 목적은 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물의 용도를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a use of a gellan gum hydrogel composition comprising agar or agarose.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 젤란검 하이드로겔을 주성분으로 포함하고, 보조성분으로 한천 또는 아가로오스를 포함하는 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a gellan gum hydrogel composition comprising a gellan gum hydrogel as a main component and agar or agarose including agar or agarose as an auxiliary component.

또한, 본 발명은 한천 또는 아가로오스를 증류수에 용해시켜서 한천 또는 아가로오스 용액을 제조하는 단계; 젤란검 수용액을 제조하고 가열하는 단계; 및 상기 가열된 젤란검 수용액을 식힌 다음, 여기에 상기 한천 또는 아가로오스 용액을 가하고 혼합하는 단계;를 포함하는 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing agar or agarose solution by dissolving agar or agarose in distilled water; Preparing and heating an aqueous gellan gum solution; And cooling the heated gellan gum aqueous solution, and then adding and mixing the agar or agarose solution thereto. It provides a method for preparing a gellan gum hydrogel composition comprising agar or agarose.

또한, 본 발명은 상기 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물 및 약제학적으로 허용 가능한 부형제를 포함하는 연골재생과 골관절염 치료 및 예방을 위한 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a composition for cartilage regeneration and osteoarthritis treatment and prevention comprising a gellan gum hydrogel composition containing the agar or agarose and a pharmaceutically acceptable excipient.

또한, 본 발명은 상기 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물이 충전되어 있는 연골재생과 골관절염 치료 및 예방을 위한 의료용 키트를 제공한다.In addition, the present invention provides a medical kit for cartilage regeneration and osteoarthritis treatment and prevention, in which the gellan gum hydrogel composition containing the agar or agarose is filled.

본 발명은 상기와 같은 새로운 생체 적합한 한천-젤란검 하이드로겔 조성물을 구성하여, 연골세포를 효과적으로 치료부위에 전달함으로써, 해당부위의 연골 손상에 대하여 재생 효과를 발현함은 물론 사용자의 하이드로겔 전달체를 이용하는 제품개발을 위해 주사가능성을 개선하여 보다 나은 전달체를 제공하는 효과가 있다. The present invention constitutes a new biocompatible agar-gellan gum hydrogel composition as described above, and effectively delivers cartilage cells to the treatment site, thereby expressing a regeneration effect against cartilage damage in the corresponding site, as well as providing the user's hydrogel delivery system. There is an effect of providing a better delivery system by improving the injectability for product development to be used.

특히, 본 발명의 상기 한천-젤란검 하이드로겔 조성물은 천연물질로서 세포독성이 적고 염증반응을 억제하고, 연골하중으로부터 세포를 보호하여 지속적인 세포방출이 가능하게 하기 때문에 연골세포 전달체로 적합하다.In particular, the agar-gellan gum hydrogel composition of the present invention is a natural substance, which is suitable as a cartilage cell delivery system because it has low cytotoxicity, inhibits inflammatory reactions, protects cells from cartilage load, and enables continuous cell release.

상기 연골세포 전달체의 제조방법은 하이드로겔의 주사능력(injectability)을 증가시키는 방법을 제시하고, 가교제 없이 젤란검을 하이드로겔 상태로 제조하는 방법 또한 제시하여 인체내에서 가교제의 염증 반응을 줄이는 효과가 있다.The method of manufacturing the chondrocyte delivery system has an effect of reducing the inflammatory reaction of the crosslinking agent in the human body by suggesting a method of increasing the injectability of the hydrogel, and also suggesting a method of preparing gellan gum in a hydrogel state without a crosslinking agent. .

도 1은 본 발명의 실시예 1의 제조방법에 따라 한천을 각 함량별 (0 wt%, 0.2 wt%, 0.4 wt%, 0.6 wt%, 0.8 wt%)로 첨가하여 제조한 후 하이드로겔 사진이다.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 한천-젤란검 하이드로겔의 압축강도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 한천-젤란검 하이드로겔의 압출력을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 한천-젤란검 하이드로겔의 수분함량을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 한천-젤란검 하이드로겔의 세포독성을 나타낸 그래프이다.
도 6a는 본 발명에 따라 제조된 한천-젤란검 하이드로겔의 다공크기를 측정한 결과를 나타낸 것이고, 도 6b는 모폴로지와, 연골세포 파종하여 배양한 세포의 모폴로지를 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명에 따라 제조된 한천-젤란검 하이드로겔에 연골세포를 파종하고, 1, 7, 14, 21일 동안 배양하여 MTT를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 따라 제조된 한천-젤란검 하이드로겔에 연골세포를 파종하고 1, 7, 14일 동안 배양하여 Confocal Microscopy를 촬영한 결과를 나타낸 것이다.
1 is a picture of a hydrogel after preparing by adding agar in each content (0 wt%, 0.2 wt%, 0.4 wt%, 0.6 wt%, 0.8 wt%) according to the manufacturing method of Example 1 of the present invention. .
2 is a graph showing the compressive strength of agar-gellan gum hydrogel prepared according to the present invention.
3 is a graph showing the extrusion force of agar-gellan gum hydrogel prepared according to the present invention.
4 is a graph showing the moisture content of the agar-gellan gum hydrogel prepared according to the present invention.
5 is a graph showing the cytotoxicity of the agar-gellan gum hydrogel prepared according to the present invention.
Figure 6a shows the results of measuring the pore size of the agar-gellan gum hydrogel prepared according to the present invention, Figure 6b is a photograph taken by SEM of the morphology and the morphology of the cells cultured by seeding chondrocytes.
7 shows the results of measuring MTT by seeding chondrocytes on the agar-gellan gum hydrogel prepared according to the present invention and culturing for 1, 7, 14, and 21 days.
Figure 8 shows the results of confocal microscopy photographing by seeding chondrocytes on the agar-gellan gum hydrogel prepared according to the present invention and culturing for 1, 7, 14 days.

이하, 본 발명을 하나의 구현예로서 더욱 구체적으로 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail as one embodiment as follows.

본 발명의 일 구현예는 젤란검 하이드로겔을 주성분으로 포함하고, 보조성분으로 한천 또는 아가로오스를 포함하는, 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a gellan gum hydrogel composition comprising agar or agarose, comprising a gellan gum hydrogel as a main component and agar or agarose as an auxiliary component.

본 발명의 상기 젤란검 하이드로겔 조성물은 기존의 연골치료 수술법과는 달리, 추가적 수술과 부작용을 최소화하는 방법의 치료법을 개발하고자 노력한 결과로서 산출된 발명으로서, 본질적으로는 연골 세포의 증식과 기능유지에 효과적인 조직공학적 생체 적합재료를 이용하여, 연골 손상부분을 효과적으로 재생시킬 수 있는 주입 가능한 하이드로겔을 제공한다.The gellan gum hydrogel composition of the present invention is an invention calculated as a result of an effort to develop a method of minimizing additional surgery and side effects, unlike conventional cartilage treatment surgery, and essentially maintains the proliferation and function of cartilage cells. Provides an injectable hydrogel that can effectively regenerate damaged areas of cartilage using biocompatible materials for tissue engineering.

이러한 본 발명에 따른 조직공학적인 생체 적합성 하이드로겔은 젤란검에 한천 또는 아가로오스가 함유된 구성으로 제조되며, 관절 부위의 연골 부위에 대한 연골 재생과 관절염 치료 효과는 물론 연골 증식 기능을 부여하고 필러로서의 기능도 할 수 있으므로, 연골재생과 골관절염 치료 및 예방에 우수한 효과를 발현한다.The tissue-engineered biocompatible hydrogel according to the present invention is prepared in a composition containing agar or agarose in gellan gum, and provides cartilage regeneration and arthritis treatment effects on the cartilage area of the joint area as well as cartilage proliferation function. Since it can function as a filler, it exhibits excellent effects in cartilage regeneration and osteoarthritis treatment and prevention.

본 발명은 바람직한 조성으로서, 근본적으로는 젤란검을 주성분으로 하고, 여기에 한천 또는 아가로오스가 보조성분으로 혼합된 구성으로 이루어질 수 있다.The present invention is a preferred composition, and basically, gellan gum as a main component, and agar or agarose may be mixed as an auxiliary component.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 주성분으로 사용되는 젤란검 하이드로겔은 높은 탄성률과 제조시 조절 가능한 강성을 가지고 있다. 젤란검 하이드로겔은 온도가 특정온도 이하로 내려 가면, 2차 코일 헬릭스구조를 이루어 겔화된다. According to a preferred embodiment of the present invention, the gellan gum hydrogel used as a main component in the present invention has a high modulus of elasticity and stiffness that can be adjusted during manufacture. When the temperature of the gellan gum hydrogel falls below a certain temperature, it forms a secondary coil helix structure to gel.

젤란검은 낮은 독성률과 다루기 쉽기 때문에, 커큐민과 혼합하여 하이드로겔을 제조하면, 외과적 수술을 하지 않고 주입식 치료제로 사용할 수 있다.Because gellan gum has a low toxicity rate and is easy to handle, if a hydrogel is prepared by mixing it with curcumin, it can be used as an infusion treatment without surgical intervention.

한천(agar)은 FDA 승인을 받은 생체적합성이 좋은 천연물질로 식품, 약품 등 여러분야에서 많이 응용되고 있다. 그리고 비교적 강도가 좋고 특히 전단박화(shear-thinning)의 유동학적 특성을 가지기 때문에, 젤란검을 주사 가능하게 하기 위한 중요한 첨가제 역할을 한다. 또 세포와의 상호작용이 좋아 세포 부착력이나 증식력에서도 좋다.Agar is a natural substance with good biocompatibility that has been approved by the FDA, and is widely applied in various fields such as food and medicine. In addition, since it has relatively high strength and has rheological properties of shear-thinning in particular, it serves as an important additive for making gellan gum injectable. In addition, it has good interaction with cells and is good for cell adhesion and proliferation.

본 발명에서는 생체 적합성, 기계적 물성이 우수하고 특히 전단박화(shear-thinning)의 특성을 갖는 한천을 이용하여, 기존 젤란검의 문제점들을 해결할 수 있다. 또한 한천은 세포와의 상호작용이 좋은편이고 세포 부착력이나 증식력에도 도움을 주기 때문에, 연골세포 증식에도 효과가 있다. In the present invention, by using an agar having excellent biocompatibility and mechanical properties and, in particular, shear-thinning properties, problems of existing gellan gum can be solved. In addition, since agar has a good interaction with cells and aids in cell adhesion and proliferation, it is also effective in proliferation of chondrocytes.

한편, 본 발명의 상기 젤란검 하이드로겔 조성물에서 한천 대신에 포함될 수 아가로오스(agarose)는 아가로펙틴(agaropectin)과 아가로오스로 구성되어 있는 한천으로부터 순수하게 분리된 것을 사용할 수 있다.On the other hand, in the gellan gum hydrogel composition of the present invention, agarose, which may be included instead of agar, may be purely separated from agar consisting of agaropectin and agarose.

상기 아가로오스는 1,3 위치에 결합하는 β-D-갈락토피라노오스잔기와 1,4 위치에 결합하는 3,6-안히드로-α-L-갈락토피라노오스 잔기로 이루어지는 곧은 사슬 모양의 다당류로서, 예컨대 한천 수용액에 암모늄염을 첨가하여 아가로펙틴을 침전, 제거하여 얻을 수 있다. The agarose is a straight chain consisting of a β-D-galactopyranose residue bonded to the 1,3 position and a 3,6-anhydro-α-L-galactopyranose residue bonded to the 1,4 position As a polysaccharide of the shape, it can be obtained, for example, by adding an ammonium salt to an aqueous agar solution to precipitate and remove agarofectin.

상기 아가로오스는 따뜻한 물에 용해되며, 약 1% 이상의 용액은 식히면 겔 상태가 된다. 이 겔은 그물과 같은 구조를 갖고 있어서 고분자 물질도 자유롭게 확산되기 때문에, 전기영동의 지지체나 겔 여과용 충전제 등 생화학연구용 시약으로서 이용되고 있다.The agarose is dissolved in warm water, and a solution of about 1% or more becomes a gel when cooled. Since this gel has a net-like structure and can freely diffuse polymeric substances, it is used as a reagent for biochemical research, such as an electrophoretic support or a gel filtration filler.

본 발명의 상기 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물에서, 상기 젤란검은 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.5~2 중량%, 바람직하게는 0.7~1.5 중량%, 보다 바람직하게는 50㎖ 기준으로 1 중량% 포함될 수 있다.In the gellan gum hydrogel composition comprising the agar or agarose of the present invention, the gellan gum is based on 0.5 to 2% by weight, preferably 0.7 to 1.5% by weight, more preferably 50 ml based on the total weight of the composition It may be included as 1% by weight.

본 발명의 상기 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물에서, 상기 한천은 한천의 용해도를 고려할 때, 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.2~2 중량%, 바람직하게는 0.5~2 중량%, 보다 바람직하게는 50㎖ 기준으로 0.5~0.8 중량% 포함될 수 있다.In the gellan gum hydrogel composition comprising the agar or agarose of the present invention, the agar is 0.2 to 2% by weight, preferably 0.5 to 2% by weight, based on the total weight of the composition, when considering the solubility of the agar, More preferably, it may be included in 0.5 to 0.8% by weight based on 50ml.

상기 한천 또는 아가로오스를 전체 조성물의 중량대비 0.5 중량% 이상 포함할 경우, 가교제 없이도 하이드로겔 상태의 유지가 가능하므로, 한천과 젤란검의 적절한 조성비를 사용한다면 가교제 없이도 제조가 가능하다.When the agar or agarose is contained in an amount of 0.5% by weight or more based on the weight of the total composition, it is possible to maintain the hydrogel state without a crosslinking agent, so if an appropriate composition ratio of agar and gellan gum is used, it can be prepared without a crosslinking agent.

본 발명의 상기 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물에서, 상기 아가로오스는 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.2~3 중량%, 바람직하게는 0.5~2 중량%, 보다 바람직하게는 50㎖ 기준으로 0.5~0.8 중량% 포함될 수 있다. In the gellan gum hydrogel composition comprising the agar or agarose of the present invention, the agarose is 0.2 to 3% by weight, preferably 0.5 to 2% by weight, more preferably 50 It may be included in 0.5 to 0.8% by weight based on ml.

본 발명의 상기 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물에서, 상기 한천 또는 아가로오스는 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.2~0.5 중량% 포함되고, 가교제로 염화칼슘이 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.02~0.05 중량(%), 바람직하게는 50㎖ 기준으로 0.03 중량% 포함될 수 있다.In the gellan gum hydrogel composition containing the agar or agarose of the present invention, the agar or agarose is contained in 0.2 to 0.5% by weight relative to the total weight of the composition, and calcium chloride as a crosslinking agent is contained in the total weight of the composition 0.02 to 0.05% by weight, preferably 0.03% by weight based on 50ml may be included.

상기 염화칼슘을 0.02 중량% 보다 적게 포함할 경우 가교가 제대로 되지 않고, 0.05 중량% 이상 포함할 경우 주사바늘을 잘 통과하지 못하는 문제점이 있다.When the calcium chloride is included in less than 0.02% by weight, crosslinking is not properly performed, and when it is included in 0.05% by weight or more, there is a problem that the injection needle does not pass well.

본 발명의 상기 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물은은 첨가제로서, 예컨대 성장인자인 TGF-β1, BMPs 등 중에서 하나 이상의 성분을 천제 하이드로겔 조성물에 중에 0~5 중량%의 함량으로 첨가할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 첨가제를 사용하는 경우 연골재생 회복속도의 개선을 기대할 수 있다.The gellan gum hydrogel composition comprising agar or agarose of the present invention is a silver additive, such as a growth factor of TGF-β1, BMPs, etc. of one or more components in the natural hydrogel composition in an amount of 0 to 5% by weight It may be added as, but is not limited thereto. When these additives are used, it can be expected to improve the recovery rate of cartilage regeneration.

본 발명의 상기 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물은 주사 가능한(injectable) 것일 수 있다.The gellan gum hydrogel composition containing the agar or agarose of the present invention may be injectable.

본 발명의 다른 구현예는 한천 또는 아가로오스를 증류수에 용해시켜서 한천 또는 아가로오스 용액을 제조하는 단계; 젤란검 수용액을 제조하고 가열하는 단계; 및 상기 가열된 젤란검 수용액을 식힌 다음, 여기에 상기 한천 또는 아가로오스 용액을 가하고 혼합하는 단계;를 포함하는 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물의 제조방법에 관한 것이다.Another embodiment of the present invention is to prepare an agar or agarose solution by dissolving agar or agarose in distilled water; Preparing and heating an aqueous gellan gum solution; And cooling the heated gellan gum aqueous solution, and then adding and mixing the agar or agarose solution thereto. It relates to a method for preparing a gellan gum hydrogel composition comprising agar or agarose.

우선, 한천 또는 아가로오스와 젤란검을 각각 용액 상으로 준비하여 사용한다.First, agar or agarose and gellan gum are each prepared in a solution phase and used.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 한천 또는 아가로오스 용액을 제조하는 단계에서는 한천 또는 아가로오스가 수용성 물질이므로 이를 바람직하게는 증류수에 용해시켜서 용액상으로 제조할 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, in the step of preparing an agar or agarose solution, since agar or agarose is a water-soluble material, it may be preferably dissolved in distilled water to prepare a solution.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 젤란검 수용액을 제조하고 가열하는 단계를 거친다. 바람직하게는 젤란검 파우더를 80~100℃의 온도로 가열한 증류수에 넣고, 교반 하에 10-40분 가열하여 젤란검 수용액을 제조할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, a gellan gum aqueous solution is prepared and heated. Preferably, gellan gum powder is added to distilled water heated to a temperature of 80 to 100°C, and heated for 10 to 40 minutes under stirring to prepare an aqueous gellan gum solution.

본 발명에 따르면, 상기 가열된 젤란검 수용액을 식힌 다음 여기에 상기 한천 또는 아가로오스 용액을 가하고 혼합하는 단계를 거친다.According to the present invention, after cooling the heated gellan gum aqueous solution, the agar or agarose solution is added thereto, followed by mixing.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 이 과정에서 젤란검 수용액은 예컨대, 가열 상태에서 40~70℃로 식히면 젤란검 하이드로겔이 생성되고, 이렇게 식힌 다음에 생성된 젤란검 하이드겔에 상기 준비한 한천 또는 아가로오스 용액을 첨가하여 혼합할 수 있다. 바람직하게는 이때 생성된 젤란검 하이드로겔의 농도는 0.7~2%로 제조될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, in this process, the gellan gum aqueous solution is, for example, cooled to 40 to 70°C in a heated state to generate a gellan gum hydrogel. After cooling, the prepared agar or The agarose solution can be added and mixed. Preferably, the concentration of the gellan gum hydrogel produced at this time may be prepared at 0.7 to 2%.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 젤란검 수용액과 커큐민 용액의 혼합은 혼합된 후의 함량이 상기 젤란검은 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.5~2 중량%가 되고, 바람직하게는 0.7~1.5 중량%, 보다 바람직하게는 50㎖ 기준으로 1 중량%가 되도록 혼합할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, in the mixing of the aqueous gellan gum solution and the curcumin solution, the amount after mixing is 0.5 to 2% by weight, preferably 0.7 to 1.5% by weight, based on the total weight of the composition. More preferably, it may be mixed to be 1% by weight based on 50 ml.

또한, 상기 한천은 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.2~2 중량%, 바람직하게는 0.5~2 중량%, 보다 바람직하게는 50㎖ 기준으로 0.5~0.8 중량%가 되고, 상기 아가로오스는 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.2~3 중량%, 바람직하게는 0.5~2 중량%, 보다 바람직하게는 50㎖ 기준으로 0.5~0.8 중량%가 되도록 혼합할 수 있다. In addition, the agar is 0.2 to 2% by weight, preferably 0.5 to 2% by weight, more preferably 0.5 to 0.8% by weight based on 50 ml of the total weight of the composition, and the agarose is It may be mixed so as to be 0.2 to 3% by weight, preferably 0.5 to 2% by weight, and more preferably 0.5 to 0.8% by weight based on 50 ml of the total weight.

본 발명에 따르면 상기와 같은 공정을 거치게 되면 본 발명에서 목적하는 한천 또는 아가로오스가 함유된 젤란검 하이드로겔을 제조할 수 있다.According to the present invention, through the above process, a gellan gum hydrogel containing agar or agarose as desired in the present invention can be prepared.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면 이러한 하이드로겔 조성물은 인체에 적합한 조직공학적 특성을 가지면서 생체 적합성을 가진다.According to a preferred embodiment of the present invention, such a hydrogel composition has biocompatibility while having tissue engineering properties suitable for the human body.

한편, 본 발명에 따르면 상기와 같은 한천 또는 아가로오스가 함유된 하이드로겔 조성물은 연골재생 및 골관절염 치료 및 예방용 조성물로 사용될 수 있다.Meanwhile, according to the present invention, the hydrogel composition containing agar or agarose as described above can be used as a composition for cartilage regeneration and osteoarthritis treatment and prevention.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 이러한 치료 및 예방용 조성물로 사용하는 경우, 첨가제로서 약학적으로 허용 가능한 부형제가 사용될 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, when used as such a composition for treatment and prevention, a pharmaceutically acceptable excipient may be used as an additive.

상기 부형제의 예로서는 콜라겐, 알지네이트, 탈미네랄화된 골분, 젤란검, 실크, 히알루론산, PLGA 중에서 선택된 하나 이상이 적합한 약제학성 특성과 제형화의 특성 부여를 위해 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As an example of the excipient, at least one selected from collagen, alginate, demineralized bone meal, gellan gum, silk, hyaluronic acid, and PLGA may be used to impart suitable pharmaceutical properties and formulation characteristics, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 상기와 같은 한천 또는 아가로오스가 함유된 하이드로겔 조성물은 연골부위의 재생과 치료 목적의 필러로도 적용 가능하므로, 본 발명은 이러한 용도의 적용도 포함한다. 이러한 필러는 마모, 파열, 퇴행성관절염으로 손상된 연골의 치료의 용도로 사용될 수 있다.In addition, in the present invention, since the hydrogel composition containing agar or agarose as described above can be applied as a filler for the purpose of regeneration and treatment of cartilage, the present invention also includes the application of these uses. These fillers can be used for the treatment of cartilage damaged by abrasion, rupture, and degenerative arthritis.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기와 같은 본 발명의 연골재생 및 골관절염 치료 및 예방용 조성물은 예컨대, 일회용 주사기에 충전된 키트 형태로 제조될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the composition for treating and preventing cartilage regeneration and osteoarthritis of the present invention as described above may be prepared in the form of a kit filled in, for example, a disposable syringe.

상기 키트는 고압증기멸균방법, 방사선 멸균 등으로 진공 포장하여 위생상태가 유지되도록 할 수 있으며, 키트당 조성물의 충전 량은 0.1~1ml 등의 일회용 충전 단위로 구성할 수 있다.The kit may be vacuum-packed by an autoclave method, radiation sterilization, etc. to maintain hygiene, and the amount of the composition per kit may be composed of disposable charging units such as 0.1 to 1 ml.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 연골재생 및 골관절염 치료 및 예방용 조성물은 인체에 직접 주입하여 사용할 수 있으며, 이 경우 예컨대 상기와 같은 키트를 바람직하게 사용할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the composition for cartilage regeneration and osteoarthritis treatment and prevention may be used by direct injection into the human body, and in this case, for example, the above kit may be preferably used.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 연골재생 및 골관절염 치료 및 예방용 조성물은 연골이나 관절 부위에 주사기로 직접 주입하여 투여할 수 있으며, 해당 부위가 비정상적인 환자나 수술 전ㆍ후에 또는 수술 과정에서 수술 직후에 바람직하게 주입하여 사용할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the composition for cartilage regeneration and osteoarthritis treatment and prevention may be administered by injecting directly into the cartilage or joint area with a syringe, and the site is abnormal, before or after surgery or immediately after surgery in the course of surgery. It can be preferably injected and used.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 연골재생 및 골관절염 치료 및 예방용 조성물은 일반 환자의 경우, 성인 기준으로 0.1~1ml의 투여량으로 직접 주사 주입하여 투여할 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the composition for the treatment and prevention of cartilage regeneration and osteoarthritis may be administered by direct injection in a dosage of 0.1 to 1 ml based on an adult in the case of a general patient.

수술 후 환자의 경우에는 성인 기준으로 0.1~1ml의 투여량으로 주입하여 투여할 수 있다. 이러한 투여량은 환자의 상태에 따라 조절할 수 있으며, 최대 1ml, 최소 0.1ml의 투여량으로 주입하는 것이 필요하고, 연골손상 정도나 재생 정도에 따라 1주 또는 1개월 단위로 반복하여 투여가 가능하다.In the case of a patient after surgery, it can be administered by injecting at a dosage of 0.1 to 1 ml based on an adult. This dosage can be adjusted according to the patient's condition, and it is necessary to inject at a maximum of 1 ml and at least 0.1 ml, and it can be administered repeatedly every one week or one month depending on the degree of cartilage damage or regeneration. .

본 발명에 따르면 상기와 같은 본 발명에 따른 한천 또는 아가로오스가 함유된 젤란검 하이드로겔을 사용하는 경우, 기존의 연골치료 수술법에서 문제가 되었던 수술 후 부작용이나 치료 지연 등 여러 가지 문제점을 일거에 해소할 수 있으며, 특히 추가적 수술과 부작용을 최소화하는 방법으로 적용이 가능하고, 또한 연골 세포의 증식과 기능유지에 효과적인 조직공학적 생체재료이므로, 연골 손상부분을 효과적으로 재생시킬 수 있는 것이다.According to the present invention, when using the agar according to the present invention or gellan gum hydrogel containing agarose according to the present invention, various problems such as side effects or delayed treatment after surgery, which have been a problem in the existing cartilage treatment surgery method, are solved at once. It can be solved, and in particular, it can be applied as a method of minimizing additional surgery and side effects, and since it is a tissue engineering biomaterial that is effective in proliferation and function maintenance of cartilage cells, it is possible to effectively regenerate damaged parts of cartilage.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔은 기존의 다른 하이드로겔의 제조방법보다 간단하고, 겔 형태를 유지할 수 있으며 보관이 용이하다. 또한, 세포의 성장이 완결된 후에는 자연적으로 생분해되어 몸에 흡수되기 때문에, 다른 재료보다 생체 적합한 장점을 가진다.As described above, the gellan gum hydrogel containing agar or agarose according to the present invention is simpler than other conventional methods for preparing hydrogels, maintains a gel form, and is easy to store. In addition, after cell growth is completed, it is naturally biodegraded and absorbed by the body, so it has the advantage of being biocompatible over other materials.

또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 하이드로겔의 압출력을 줄이기 위하여 하이드로겔 용액을 주사기에 넣어 굳히고, 각 크기의 바늘을 이용하여 입자 크기를 감소하게 하면, 원하는 압출력의 조성물을 제조할 수 있다.In addition, according to a preferred embodiment of the present invention, in order to reduce the extrusion force of the hydrogel, the hydrogel solution is hardened by putting it in a syringe, and when the particle size is reduced using a needle of each size, a composition having a desired extrusion force can be prepared. I can.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하겠는 바, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by examples, and the following examples are for illustrative purposes only, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.

실시예Example 1: 한천- 1: agar- 젤란검Gellan gum 하이드로겔Hydrogel 제조방법 Manufacturing method

3차 증류수 90 ℃에 0.2 중량(%), 0.4 중량(%), 0.6 중량(%), 0.8 중량(%)의 한천을 넣고 30분 동안 교반하였다. 이 후 한천이 다 용해되면 한천용액을 80℃로 낮추고, 젤란검 1 중량%를 넣고 30분 동안 교반하였다. 0.2 wt (%), 0.4 wt (%), 0.6 wt (%), 0.8 wt (%) agar was added to 90° C. of distilled water and stirred for 30 minutes. Thereafter, when the agar was completely dissolved, the agar solution was lowered to 80° C., gellan gum 1% by weight was added and stirred for 30 minutes.

0.03 중량(%)의 CaCl2를 넣고 10분 동안 교반한 후, 50 mL의 용액을 제조하기 위해 한천 0.1g, 0.2g, 0.3g, 0.4g을 90℃의 3차 증류수에 용해시켰다. 0.03 wt (%) of CaCl 2 was added and stirred for 10 minutes, and then 0.1 g, 0.2 g, 0.3 g, and 0.4 g of agar were dissolved in tertiary distilled water at 90° C. to prepare a 50 mL solution.

각 한천 용액에 0.5g의 젤란검을 첨가하고, CaCl2 0.015g을 각 용액에 첨가하였다. 가교 결합후, 생성된 용액을 실온(25℃)에서 페트리 접시에 부어 하이드로겔을 제조하였다. 상기에서 제조한 하이드로겔을 사용에 따라 펀치에 의해 다양한 크기로 제작하였다.0.5 g of gellan gum was added to each agar solution, and 0.015 g of CaCl 2 was added to each solution. After crosslinking, the resulting solution was poured into a Petri dish at room temperature (25°C) to prepare a hydrogel. The hydrogel prepared above was manufactured in various sizes by punching according to use.

도 1은 상기 실시예 1의 제조방법에 따라, 한천을 각 함량별 (0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 중량%)로 첨가하여 제조한 하이드로겔을 나타내는 사진이다.1 is a photograph showing a hydrogel prepared by adding agar in each content (0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8% by weight) according to the manufacturing method of Example 1 above.

실시예Example 2: 무릎 연골세포의 채취 및 배양 2: Collection and culture of knee cartilage cells

연골세포는 6주령 White New Zealand 토끼에서 채취한 무릎연골에서 분리하였다. 연골을 채취한 후, PBS에 넣어 2~3회 세척히였다. Chondrocytes were isolated from knee cartilage collected from a 6-week-old White New Zealand rabbit. After collecting the cartilage, it was put in PBS and washed 2-3 times.

세척 후 연골을 1 mm2 이하의 크기로 잘게 썰어, 10 mg/ml 콜라게네이즈 A (Roche Diagnostics GmbH), 1 mg/ml 히알루로니데이즈(Roche Diagnostics GmbH), 0.7 mg/ml DNase(Roche Diagnostics GmbH)을 섞은 용액에 넣어 37℃, 5% CO2의 조건에서 오버나잇 시켰다.After washing, chop the cartilage into 1 mm 2 or less, 10 mg/ml Collagenase A (Roche Diagnostics GmbH), 1 mg/ml Hyaluronidase (Roche Diagnostics GmbH), 0.7 mg/ml DNase (Roche Diagnostics GmbH). ) Into the mixed solution and overnight at 37°C and 5% CO 2 .

분해시킨 용액을 1200rpm, 3분의 조건으로 원심분리하여, 셀컬쳐 디쉬에서 10% 소태아혈청(Hyclone technologies)과 1% 페니실린/아스코르브산이 포함된 D-MEM/F12 배지에서 배양하였다.The digested solution was centrifuged under conditions of 1200 rpm for 3 minutes, and cultured in D-MEM/F12 medium containing 10% fetal bovine serum (Hyclone technologies) and 1% penicillin/ascorbic acid in a cell culture dish.

실시예Example 3: 3: 하이드로겔Hydrogel 내 연골세포 파종 Seeding my chondrocytes

연골 세포는 세포 캡슐화를 위해 하이드로겔 내에 배양되었다. 40℃의 한천-젤란검 하이드로겔 용액에 2x106 cells/mL의 세포 밀도로 잘 혼합하고. 직경 6 mm 및 높이 3 mm로 된 실리콘 몰드에 100 μL 하이드로겔을 분주하여 상온에서 굳혔다. Chondrocytes were cultured in hydrogels for cell encapsulation. Mix well at a cell density of 2×10 6 cells/mL in agar-gellan gum hydrogel solution at 40°C. 100 μL hydrogel was dispensed into a silicone mold having a diameter of 6 mm and a height of 3 mm, and then hardened at room temperature.

이 후 24 웰 플레이트에서 넣어 배양 배지 1mL씩 넣어(10 % FBS가 첨가된 DMEM/F12 배지(Lonza, USA)) 5% CO2, 37℃의 조건에서 인큐베이팅 시켰다. After that, it was put in a 24-well plate and incubated under conditions of 5% CO 2 , 37°C, and 1 mL of culture medium added (10% FBS-added DMEM/F12 medium (Lonza, USA)).

실험예Experimental example 1 : 한천- 1: agar- 젤란검Gellan gum 하이드로겔의Hydrogel 특성 characteristic

한천-젤란검 하이드로겔의 물성 평가를 위해, 제작된 지지체에 1N의 힘을 10mm/sec의 속도로 지지체 표면에 힘을 가해 압축강도를 측정한 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에서 보는 바와 같이, 압축강도는 한천이 증가할수록 증가하는 것을 확인하였고, 최대 약 2.5배까지 증가하였다.In order to evaluate the physical properties of the agar-gellan gum hydrogel, the results of measuring the compressive strength by applying a force of 1N to the prepared support to the surface of the support at a speed of 10 mm/sec are shown in FIG. 2. As shown in Figure 2, it was confirmed that the compressive strength increased as the agar increased, and increased up to about 2.5 times.

하이드로겔의 주사 가능성을 확인하기 위해 압출력 테스트를 한 결과를 도 3에 나타내었다. 이때, 바늘 크기는 23G로 측정하였는데, 도 3에서 보는 바와 같이, 한천을 넣을수록 압출력이 증가하였다.Fig. 3 shows the results of the extrusion force test to confirm the possibility of injection of the hydrogel. At this time, the needle size was measured as 23G. As shown in FIG. 3, the extrusion force increased as the agar was added.

또한, 하이드로겔의 수분흡수량을 측정한 결과를 도 4에 나타내었는데, 도 4에서 보는 바와 같이, 대조군보다 0.2 중량(%)에서 약간 증가하다가, 한천을 넣을수록 감소하는 경향을 보였다.In addition, the result of measuring the water absorption of the hydrogel is shown in FIG. 4. As shown in FIG. 4, it slightly increased at 0.2 weight (%) than the control group, and then decreased as agar was added.

실험예Experimental example 2 : 2 : 하이드로겔의Hydrogel 세포독성평가 Cytotoxicity assessment

하이드로겔의 독성을 알아보기 위하여, MTT 세포독성 평가를 진행한 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5에서 보는 바와 같이, 컨트롤 군은 높은 세포독성을 보였고, 한천을 넣을수록 최대 70% 이상의 세포생존률을 보였으며, 독성이 감소하는 것을 알 수 있다.In order to investigate the toxicity of the hydrogel, the results of the MTT cytotoxicity evaluation are shown in FIG. 5. As shown in FIG. 5, the control group showed high cytotoxicity, and as the agar was added, the cell survival rate was at least 70%, and the toxicity decreased.

실험예Experimental example 3 : 세포의 생존, 세포 사멸, 증식 및 3: cell survival, cell death, proliferation and 모폴로지Morphology 확인 Confirm

연골세포가 파종된 한천-젤란검 하이드로겔을 Scanning Electron Microscopy(SEM), MTT assays, Confocal Laser Scanning Microscope(CLSM)을 이용하여 세포의 생존비율, 모폴로지, 증식 등을 관찰하였다. The agar-gellan gum hydrogel seeded with chondrocytes was observed using Scanning Electron Microscopy (SEM), MTT assays, and Confocal Laser Scanning Microscope (CLSM) to observe the survival rate, morphology, and proliferation of cells.

토끼 연골세포를 채취한 후 하이드로겔에 파종한 다음, 일정 시간 동안 배양하고 실험에 맞게 각각 처리하였다. Rabbit chondrocytes were collected, seeded on hydrogel, cultured for a certain time, and treated according to the experiment.

세포 증식 및 모폴로지를 측정하기 위해, 파종된 하이드로겔을 2.5% 글루타르알데하이드를 이용해 고정한 후, SEM을 이용하여 확인한 결과를 도6a 및 도 6b에 나타내었다. In order to measure cell proliferation and morphology, the seeded hydrogel was fixed with 2.5% glutaraldehyde, and the results confirmed using SEM are shown in FIGS. 6A and 6B.

도 6a 및 도 6b에서 보는 바와 같이, 한천의 양이 증가할수록 세포증식이 더 잘되었고, 세포 모폴로지도 하이드로겔에 잘 부착되어 있는 것을 확인할 수 있다. ECM 또한 더욱 증가하는 것을 볼 수 있다. 그리고 각 하이드로겔의 다공크기도 증가하는 모습을 보였다. As shown in FIGS. 6A and 6B, as the amount of agar increased, cell proliferation was better, and cell morphology was well attached to the hydrogel. ECM can also be seen to increase further. In addition, the pore size of each hydrogel also increased.

세포의 증식률을 확인하기 위한 MTT assays 결과를 도 7에 나타내었는데, 도 7에서 보는 바와 같이, 0.8 중량%의 한천을 넣은 군이 가장 증식률이 좋은 것을 확인할 수 있다. The results of MTT assays for confirming the proliferation rate of cells are shown in FIG. 7. As shown in FIG. 7, it can be seen that the group containing 0.8% by weight of agar has the best proliferation rate.

또한, Live and dead 형광 염색을 통해 세포들을 염색한 후, CLSM을 통해 세포의 생존 비율을 관찰한 결과를 도 8에 나타내었는데, 도 8에서 보는 바와 같이, 한천을 넣을 수록 연골세포의 생존 비율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.In addition, after staining the cells through live and dead fluorescence staining, the result of observing the survival rate of the cells through CLSM is shown in FIG. 8. As shown in FIG. 8, the survival rate of chondrocytes increases as agar is added. It could be confirmed that it increases.

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 통상의 기술자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. As described above, the present invention has been described with reference to the preferred embodiments of the present invention, but those skilled in the art of the present invention have the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. It will be appreciated that various modifications and changes can be made to the invention.

Claims (11)

젤란검 하이드로겔을 주성분으로 포함하고, 보조성분으로 한천 또는 아가로오스를 포함하는, 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물.A gellan gum hydrogel composition comprising agar or agarose, comprising a gellan gum hydrogel as a main component and agar or agarose as an auxiliary component. 청구항 1에 있어서, 상기 젤란검은 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.5~2 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물.The gellan gum hydrogel composition comprising agar or agarose according to claim 1, wherein the gellan gum is contained in an amount of 0.5 to 2% by weight based on the total weight of the composition. 청구항 1에 있어서, 상기 한천은 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.2~2 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물.The gellan gum hydrogel composition according to claim 1, wherein the agar contains 0.2 to 2% by weight based on the total weight of the composition. 청구항 1에 있어서, 상기 아가로오스는 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.2~3 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물.The gellan gum hydrogel composition according to claim 1, wherein the agarose is contained in an amount of 0.2 to 3% by weight based on the total weight of the composition. 청구항 1에 있어서, 상기 한천 또는 아가로오스는 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.2~0.5 중량% 포함되고, 가교제로 염화칼슘이 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.02~0.05 중량(%) 포함되는 것을 특징으로 하는 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물. The agar according to claim 1, wherein the agar or agarose is contained in an amount of 0.2 to 0.5% by weight based on the total weight of the composition, and calcium chloride as a crosslinking agent is contained in an amount of 0.02 to 0.05% by weight based on the total weight of the composition. Or gellan gum hydrogel composition comprising agarose. 청구항 1에 있어서, 상기 조성물은 주사 가능한 것을 특징으로 하는 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물. The gellan gum hydrogel composition according to claim 1, wherein the composition is injectable. 한천 또는 아가로오스를 증류수에 용해시켜서 한천 또는 아가로오스 용액을 제조하는 단계;
젤란검 수용액을 제조하고 가열하는 단계; 및
상기 가열된 젤란검 수용액을 식힌 다음, 여기에 상기 한천 또는 아가로오스 용액을 가하고 혼합하는 단계;를 포함하는 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물의 제조방법.
Dissolving agar or agarose in distilled water to prepare an agar or agarose solution;
Preparing and heating an aqueous gellan gum solution; And
After cooling the heated gellan gum aqueous solution, adding and mixing the agar or agarose solution thereto; a method for producing a gellan gum hydrogel composition comprising agar or agarose.
제7항에 있어서, 상기 젤란검 수용액을 제조하고 가열하는 단계는 젤란검 파우더를 80-100℃의 온도로 가열한 증류수에 넣고, 교반 하에 10-40분 가열하여 젤란검 수용액을 제조하는 것을 특징으로 하는 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물의 제조방법.The method of claim 7, wherein the step of preparing and heating the gellan gum aqueous solution is characterized in that the gellan gum powder is added to distilled water heated to a temperature of 80-100°C and heated for 10-40 minutes under stirring to prepare an aqueous gellan gum solution Method for producing a gellan gum hydrogel composition comprising agar or agarose. 제7항에 있어서, 상기 가열된 젤란검 수용액을 식힌 다음. 여기에 한천 또는 아가로오스 용액을 가하고 혼합하는 단계는, 상기 가열된 젤란검 수용액을 40~70℃로 식힌 후에 상기 한천 또는 아가로오스 용액을 혼합하되,
상기 젤란검은 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.5~2 중량%가 되고, 상기 한천은 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.2~2 중량%가 되며, 상기 아가로오스는 상기 조성물의 전체 중량 대비 0.2~3 중량%가 되도록 혼합하는 것을 특징으로 하는 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물의 제조방법.
The method of claim 7, after cooling the heated gellan gum aqueous solution. In the step of adding and mixing the agar or agarose solution, the agar or agarose solution is mixed after cooling the heated gellan gum aqueous solution to 40 to 70°C,
The gellan gum is 0.5 to 2% by weight based on the total weight of the composition, the agar is 0.2 to 2% by weight based on the total weight of the composition, and the agarose is 0.2 to 3% by weight based on the total weight of the composition Method for producing a gellan gum hydrogel composition comprising agar or agarose, characterized in that mixing so as to be.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 따른 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물 및 약제학적으로 허용 가능한 부형제를 포함하는 연골재생과 골관절염 치료 및 예방을 위한 조성물.A composition for cartilage regeneration and osteoarthritis treatment and prevention comprising a gellan gum hydrogel composition comprising agar or agarose according to any one of claims 1 to 6 and a pharmaceutically acceptable excipient. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 따른 한천 또는 아가로오스를 포함하는 젤란검 하이드로겔 조성물이 충전되어 있는 연골재생과 골관절염 치료 및 예방을 위한 의료용 키트.A medical kit for cartilage regeneration and osteoarthritis treatment and prevention, in which a gellan gum hydrogel composition comprising agar or agarose according to any one of claims 1 to 6 is filled.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114507361A (en) * 2022-02-28 2022-05-17 新疆农业大学 Agar activated carbon hydrogel for soilless culture seeds and preparation method thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120091717A (en) 2011-02-09 2012-08-20 전남대학교산학협력단 Anti-adhesion agent comprising curdlan and gellan gum, and process for producing the same
KR20180046685A (en) * 2016-10-28 2018-05-09 전북대학교산학협력단 Injectable Curcumin/Gellan Gum Hydrogels for Cartilage Regeneration
KR20190012593A (en) * 2017-07-28 2019-02-11 전북대학교산학협력단 Gellan-gum hydrogels composition containing hesperidin

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120091717A (en) 2011-02-09 2012-08-20 전남대학교산학협력단 Anti-adhesion agent comprising curdlan and gellan gum, and process for producing the same
KR20180046685A (en) * 2016-10-28 2018-05-09 전북대학교산학협력단 Injectable Curcumin/Gellan Gum Hydrogels for Cartilage Regeneration
KR20190012593A (en) * 2017-07-28 2019-02-11 전북대학교산학협력단 Gellan-gum hydrogels composition containing hesperidin

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Acta Biomater, 10(8):3650-63 (2014)
E. Amici et al., "Interpenetrating network formation in agarose-sodium gellan gel composite", Carbohydrate Polymers(2001), Vol. 46, pp. 383-391* *
Khalid Mahmood Zia et al., "Recent trends on gellan gum blends with natural and synthetic polymers: A review", International Journal of Biological Macromolecules, Vol.109, pp.1068-1087* *
Osteoarthritis and Cartilage, 14, 13-29 (2006)
Shipra Sharma et al, "Strain and strain rate dependence of gellan, agar and agar-gellan gelsas model systems", Journal of Food Engineeringjournal, Vol.141, pp.93-98* *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114507361A (en) * 2022-02-28 2022-05-17 新疆农业大学 Agar activated carbon hydrogel for soilless culture seeds and preparation method thereof
CN114507361B (en) * 2022-02-28 2024-01-19 新疆农业大学 Agar activated carbon hydrogel for soilless culture seeds and preparation method thereof

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