KR20210012834A

KR20210012834A - 플라즈마를 이용한 플라스틱 스텐트의 제조방법

Info

Publication number: KR20210012834A
Application number: KR1020190091267A
Authority: KR
Inventors: 명병철
Original assignee: 주식회사 비씨엠
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2021-02-03
Also published as: JP2021020061A; US20210022892A1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 플라스틱 스텐트의 제조방법은 플라스틱 소재의 스텐트 표면을 세정하여 전처리하는 제1과정, 상기 전처리된 스텐트 표면을 플라즈마 처리하는 제2과정 및 상기 플라즈마 전처리된 스텐트 표면에 친수성 작용기를 도입하는 제3과정을 포함한다.

Description

플라즈마를 이용한 플라스틱 스텐트의 제조방법{Method for manufacturing plastic stent using plasma surface modification}

본 발명은 플라스틱 스텐트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면 개질 기술을 이용하여 플라스틱 스텐트의 세균 생물막 및 담즙 앙금형성과 내강 협착을 줄인 플라스틱 스텐트에 관한 것이다.

스텐트(stent)는 혈관, 위장관, 담관 등에서 혈액이나 체액의 흐름이 악성 혹은 양성질환의 발생으로 순조롭지 못할 때 외과적 수술을 시행하지 않고 X-선 투시 하에서 좁아지거나 막힌 부위에 삽입하여 그 흐름을 정상화 시키는 데 사용되는 원통형의 의학용 재료를 지칭한다.

스텐트라는 용어가 중재적 방사선학 분야에서 전세계적으로 적용되어 왔지만, 근래에는 이 용어가 주로 관강의 개통성을 만들거나 유지하기 위한 관상 구조물의 의미로 이해되고 있다.

악성 담관 폐쇄는 췌장암을 비롯한 유두부암, 담관암, 담낭암과 악성 담관 주변부 림프절 전이나 전이성 암종 등 여러 다양한 악성질환에 의해 발생할 수 있는데, 수술적 치료가 불가능한 악성담관폐쇄 환자에서 황달을 경감시키고 잔여 생존 기간동안 전신 상태를 개선시켜 삶의 질을 향상시킬 목적으로 고식적 치료방법의 하나로 악성 협착부에 스텐트 유치술이 널리 시행되어 왔다.

통상적으로 췌, 담관 질환에서 담즙 배액을 목적으로 사용되어 왔던 스텐트에는 플라스틱 스텐트와 금속 스텐트 두 종류가 있다.

플라스틱 스텐트는 금속 스텐트에 비해 시술과 제거가 쉽고, 경제적인 반면, 내강직경이 작고, 개존 기간이 짧은 것이 단점이다. 또한, 플라스틱 스텐트는 담즙앙금(biliary sludge)에 의해서 폐쇄되기 쉬우며, 세균 생물막(bacterial biofilm)의 형성과도 밀접한 관계가 있는 것으로 알려져 있다. 플라스틱 스텐트의 막힘은 혼합 세균 감염과 식이 섬유와 연관이 있는 담즙앙금과 세균 생물과 관련이 있다.

플라스틱 스텐트의 단점을 극복하여 장기간 동안 적절한 담즙 배액을 유지하기 위한 여러 가지 시도들이 있었다. 하지만, 플라스틱 스텐트의 모양이나, 재질을 다르게 하여 장기적인 배액 효과를 증대 시키기 위한 시도는 큰 효과를 보지 못하였다. 플라스틱 스텐트의 직경을 비교한 연구에서 10 Fr 이상의 직경에서는 배액의 효과를 증대시키지 못하였다. 그 밖에도 플라스틱 스텐트의 막힘을 극복하기 위한 노력으로 담즙앙금과 세균 생물막에 대한 생체 내성 개선에 초점을 맞춘 여려 시도들이 있었다.

세균의 부착과 생물막 형성이 플라스틱 스텐트의 개존에 영향을 미치는 것에 착안하여 친수성 고분자 물질로 코팅된 플라스틱 스텐트를 가지고 시행한 in vitro 연구에서는 친수성 고분자물질로 코팅된 플라스틱 스텐트가 대조군에 비하여 세균의 부착과 생물막 형성이 감소시킨 기술이 있다. 그러나, 이 경우에도 in vivo에서 시행한 여러 연구들에서 플라스틱 스텐트의 개존 기간을 연장시키지는 못하였다. 이는 플라스틱 스텐트를 삽입하는 내시경 역행성 담췌관조영술 때 사용되는 유도선에 의한 손상이나, 실제 친수성 고분자물질로 코팅이 매우 부서지기 쉬어 in vivo에서 시간이 지날수록 분해가 되어 생기는 차이 때문이다.

따라서, 플라스틱 스텐트의 세균의 부착과 생물막 형성을 감소시키는 기술이 필요한 실정이다.

상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

특허문헌 001 : 특허등록공보 제10-1430339호(2014.08.13)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 표면의 세균 생물막 및 담즙 앙금 형성과 내강 협착을 줄일 수 있는 플라스틱 스텐트의 제조방법을 제공하는 데 있다.

위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 의한 플라스틱 스텐트의 제조방법은 플라스틱 소재의 스텐트 표면을 세정하여 전처리하는 제1과정, 상기 전처리된 스텐트 표면을 플라즈마 처리하는 제2과정 및 상기 플라즈마 전처리된 스텐트 표면에 친수성 작용기를 도입하는 제3과정을 포함한다.

상기 제1과정은 에틸알코올 70~80% 용액에 플라스틱 소재의 스텐트를 침적하고 초음파를 이용할 수 있다.

상기 제2과정은 수분 및 산소가스를 챔버에 공급하면서 550 ~ 600 V 플라즈마로 5 ~ 7분 동안 수행될 수 있다.

상기 제3과정은 상기 플라스틱 스텐트를 상기 작용기 도입을 위한 반응용액에 침적한 후 플라즈마 처리한 후에 다시 상기 반응용액에 침적한 후 건조할 수 있다.

상기 제3과정에서 상기 플라즈마 처리는 수분 및 산소가스를 챔버에 공급하면서 550 ~ 600 V 플라즈마로 5 ~ 7분 동안 수행될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 플라스틱 스텐트는 표면에 플라즈마 처리에 개질하여 친수성을 부여한 것을 특징으로 한다.

상기 플라즈마 처리에 의한 개질은 표면에 친수성의 작용기를 부착하는 것일 수 있다.

상기 플라즈마 처리는 플라스틱 소재의 스텐트 표면을 세정하여 전처리하는 제1과정, 상기 전처리된 스텐트 표면을 플라즈마 처리하는 제2과정, 및 상기 플라즈마 전처리된 스텐트 표면에 친수성 작용기를 도입하는 제3과정을 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 플라스틱 스텐트의 제조방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

플라스틱 스텐트의 표면에 친수성이 향상되어 생물학적 오염을 방지할 수 있다. 따라서, 표면처리되지 않은 플라스틱 스텐트에 비해 표면의 세균 생물막 및 담즙 앙금 형성과 내강 협착을 줄일 수 있다. 세균 생물막 및 담즙앙금 형성과 내강 협착의 감소는 플라스틱 스텐트를 거치하는 동안 주변 조직의 손상을 줄여주는 것으로서 일반 플라스틱 스텐트보다 담관에서 더 안전하게 사용할 수 있다.

또한, 개존기간이 증가하여 교체주기를 늘릴 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 효과를 확인하기 위한 동물실험 과정을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 PE 플라스틱 스텐트를 삽입 후 1개월 경과된 동물들의 혈액 검사결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 PE 플라스틱 스텐트를 삽입 후 3개월 경과된 동물들의 혈액 검사결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 PE 플라스틱 스텐트를 삽입 후 3개월 경과된 동물들의 혈액 검사결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 PE 플라스틱 스텐트 삽입 후에 1개월 추적관찰 실험 동물의 표면 개질 친수성 PE 플라스틱 스텐트와 표면 개질을 하지 않은 PE 플라스틱 스텐트의 횡단면과 종단면을 비교하여 개존율과 생물막 및 담즙앙금률을 비교한 결과이다.
도 6은 PE 플라스틱 스텐트 삽입 후에 3개월 추적관찰 실험 동물의 표면 개질 친수성 PE 플라스틱 스텐트와 표면 개질을 하지 않은 PE 플라스틱 스텐트의 횡단면과 종단면을 비교하여 개존율과 생물막 및 담즙앙금률을 비교한 결과이다.
도 7은 PE 플라스틱 스텐트 삽입 후에 5개월 추적관찰 실험 동물의 표면 개질 친수성 PE 플라스틱 스텐트와 표면 개질을 하지 않은 PE 플라스틱 스텐트의 횡단면과 종단면을 비교하여 개존율과 생물막 및 담즙앙금률을 비교한 결과이다.
도 8 은 1개월 추적관찰 실험 동물에서 표면 개질을 통한 친수성 PE 플라스틱 스텐트와 표면 개질을 하지 않은 PE 플라스틱 스텐트의 단면사진이다.
도 9는 3개월 추적관찰 실험 동물에서 표면 개질을 통한 친수성 PE 플라스틱 스텐트와 표면 개질을 하지 않은 PE 플라스틱 스텐트의 단면사진이다.
도 10은 5개월 추적관찰 실험 동물에서 표면 개질을 통한 친수성 PE 플라스틱 스텐트와 표면 개질을 하지 않은 PE 플라스틱 스텐트의 단면사진이다.
도 11은 각각 다른 기간동안 거치하였던 PE 플라스틱 스텐트들의 주사전자현미경 단면들을 나타낸 도면이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명은 플라스틱 스텐트의 표면에 친수성을 부여하기 위해 플라즈마 처리를 하는 것이 가장 큰 특징이다. 플라즈마를 이용한 플라스틱 표면처리는 환경오염이 적고 에너지 절약형 공정이며, 고분자의 기본적인 물성을 보호하면서 표면에만 물리-화학적 특성화 반응을 일으켜 여러가지 효과를 나타낼 수 있다.

본 발명에 따른 플라스틱 스텐트의 제조방법은 플라스틱 소재의 스텐트 표면을 세정하여 전처리하는 제1과정, 상기 전처리된 스텐트 표면을 플라즈마 처리하는 제2과정 및 상기 플라즈마 전처리된 스텐트 표면에 친수성 작용기를 도입하는 제3과정을 포함한다.

플라스틱 소재의 스텐트는 다양한 고분자 소재가 사용될 수 있으나, 통상적으로 폴리에틸렌을 소재로 사용한다.

상기 제1과정은 플라스틱 소재의 스텐트의 표면을 세척하기 위한 과정이다. 표면에 부착될 수 있는 불순물을 제거하기 위함이다. 다양한 방식으로 세정을 할 수 있다. 구체적으로는 세정액으로 사용하기 위해 에틸알코올 용액에 침적하여 초음파를 이용할 수 있다. 상기 에틸알코올의 농도는 약 70~80%일 수 있다. 초음파를 이용하는 경우 차후 플라즈마 처리를 할 때 이물질에 의해 발생될 수 있는 의도하지 않은 반응을 방지할 수 있다.

상기 제2과정은 세정된 플라스틱 스텐트 표면에 플라즈마를 부가하여 작용기를 도입할 수 있도록 처리하는 과정이다. 이 때 사용되는 플라즈마 장비는 직접 방전식 전극장치와 40~60kHz 교류전력(AC Power)를 이용한 저진공 플라즈마 장비를 사용한다. 우선 수분과 함께 산소 가스를 챔버에 약 20 sccm(standard cubic centimeters per minute)으로 주입하고 동시에 배기하며 챔버 내 압력을 약 100 mTorr로 유지한다. 그 후에, 550-600V의 플라즈마로 5-7 분 동안 처리한 후 꺼내어 에틸알코올 용액에 침적한 후, 상온에서 2시간 동안 방치 과정을 거쳐, 건조기에서 완전 건조시킨다.

상기 제3과정은 플라스틱 스텐트의 표면에 친수성을 부여할 수 있는 작용기를 부여하기 위한 과정이다. 소재와 작용기를 부여하기 위한 반응용액에 침적시킨다.

반응용액은 플라스틱 스텐트의 표면에 친수성의 반응기를 도입할 수 있는 구성이면 제한없이 적용이 가능하다. 예를 들어 친수성 고분자를 표면에 도입하는 것이 가능하다. 친수성 고분자 제조를 위한 친수성 단량체 반응용액을 사용할 수 있다. 이러한 반응 용액은 아크릴계 고분자가 함유된 용액을 사용할 있다. 이 경우에 표면에는 친수성 고분자가 코팅될 수 있다.

사용될 수 있는 고분자 수지로는 아미노기, 카르복실기, 히드록실기, 술폰산기, 인산기, 카르보닐기 등의 친수성 작용기를 갖는 고분자 수지가 있다.

그 구체적인 예로는 수용성 고분자 형태인 검류, 메틸셀룰로스, 알긴산염, 전분류, 젤라틴, 카제인, 폴리비닐메틸에테르, 폴리비닐알콜, 폴리아세트산비닐수지류, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌글리콜, 폴리피롤리돈, 하이드록시 에틸셀룰로스 폴리비닐아세테이트코크로톤산, 폴리비닐포스폰산, 폴리비닐설페이트포타슘염, 폴리비닐설폰산소듐염, 폴리비닐알코올보론산, 폴리비닐알콜에틸렌에틸렌, 술폰산계 고분자인 폴리안에톨술폰산소듐염, 폴리소듐4스티렌술폰산, 폴리4스티렌술폰산코말레인산소듐염과 글루코만난, 크탄산검, 알루긴산나트륨, 구아검, 카르복시메틸에테르소듐염, 에틸에테르,에틸하이드록시에틸에테르, 하이드로시에틸에테르, 메틸하이드로시에틸에테르, 덱스트린, 카르복시메틸셀룰로즈, 폴리2에틸2옥사졸린, 폴리2이소프로페닐2옥사졸린코메틸메타아크릴레이트, 2도데세닐석신폴리글리세롤, 글리세롤프로폭실레이트, 아크릴릭산중합체, 말레익산 중합체, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산소다와 폴리술폰산, 폴리아크릴산 등이 있다.

여기서, 폴리술폰산, 폴리아크릴산과 같이 탄소 사슬에 친수성 관능기 즉, OH, COOH, S0₄H, CO, C-O-C 등의 결합일 경우도 친수성 고분자 수지로 사용될 수 있다.

이와 같은 친수성 고분자는 친수성 고분자는 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴산 및 폴리아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 친수성 아크릴계 고분자이며, 또는 상기 고분자에 C1~C10의 알킬기 또는 C1~C10의 알콕시기가 치환된 그들의 유도체, 공중합체 및 블렌드로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나를 사용하는 것이다.

반응용액을 다른 친수성 고분자를 사용하는 것도 가능하다. PVA(polyvinyl alcohol), PEO(Poly ethylene oxide), PVP(Poly vinyl pyrolidone), PEGMEA(Polyethylene glycol methyl ether acetate) 등 친수성 기능기을 갖는 고분자 용액을 사용할 수 있다.

이때, 반응용액에는 다양한 촉매가 함유될 수 있다. 백금화합물촉매, 규소화합물촉매 등이 사용될 수 있다.

반응용액에 침적한 후에 플라스틱 스텐트를 플라즈마 처리를 2회 반복하여 처리 후 다시 반응 용액에 침적하여 초음파처리를 1-5분 행한다. 마지막으로 초음파처리가 끝나면 주정에 침적하여 약4시간 동안 침적 방치 후 건조를 거쳐 약 60

에서 약 1시간 동안 반응 시킨 후 냉각시키는 과정을 거친다. 반응 시간동안 플라스틱 표면에는 친수성의 반응기가 도입될 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

플라스틱 스텐트의 제조

상용화되어 있는 Polyethylene(PE) 소재로 두께 10Fr, 길이 90mm의 central bend type의 플라스틱 스텐트를 제작하였다. 제작된 원형(Prototype)의 플라스틱 스텐트에 진공 플라스마 (Vacuum plasma)를 이용한 표면 개질 (Surface modification) 공정 을 이용하여 친수성 플라스틱 스텐트를 제작하였다.

Polyethylene(PE) 소재 플라스틱을 반응성 처리와 플라즈마 처리를 통한 복합공정의 반응성 표면 형성을 위하여 70-80％ ethyl alcohol (주정)을 이용한 초음파 전처리 세정 공정을 거쳤다. 다음으로 플라즈마 전 처리로 직접 방전식 전극장치와 40-60kHz 교류전력 (AC power)을 이용하여 저 진공 플라즈마 장비로 처리한다. 수분과 함께 산소 가스를 챔버(Chamber)에 20sccm (Standard Cubic Centimeters per Minute)으로 주입과 동시에 배기하며 챔버 내 압력을 100mTorr로 유지하였다. 그 후, 550-600V의 플라즈마로 5-7 분 동안 처리한 후 꺼내어 주정에 침적한 후, 상온에서 2시간 동안 방치 과정을 거쳐, 건조기에서 완전 건조시켰다. 백금(Pt)과 규소 (Si) 촉매화합물 및 기타 촉매를 첨가한 반응 용액에 침적시킨 후에 위에서 행한 플라즈마 처리를 2회 반복하여 처리 후 반응 용액에 침적하여 초음파처리를 1-5분 행하였다.마지막으로 초음파처리가 끝나면 주정에 침적하여 4시간 동안 침적 방치 후 건조를 거쳐 60℃에서 1시간 동안 반응 시킨 후 냉각시켰다. 이와 같이 플라즈마 처리를 통하여 처리된 폴리에틸렌 플라스틱 스텐트는 친수성 작용기에 의해 친수성 성질로 표면 개질이 된다.

<실험예1>

접촉각 측정

플라즈마 처리로 처리된 폴리에틸렌 플라스틱 스텐트의 표면 개질이 되었는지 확인하기 위해 Kr

ss Drop Shape Analyser(DSA 10, Kr

ss GmbH, Hamburg, Germany)을 이용하여 폴리에틸렌 플라스틱 스텐트 위로 물방울을 떨어뜨려 접촉각 (Contact angle)을 측정하였다. 접촉각의 측정은 Sessile Drop Technique을 이용하여 측정하였다. 친수성 표면 개질을 위한 플라즈마 처리 공정을 거친 폴리에틸렌 플라스틱 스텐트는 대조군인 플라즈마 처리가 되지 않은 폴리에틸렌 플라스틱 스텐트에 비해 접촉각이 더 작았다. 또한, 플라즈마 처리된 폴리에틸렌 플라스틱 스텐트 내강의 표면 거칠기(Surface Roughness)가 대조군 폴리에틸렌 플라스틱 스텐트에 비해 감소되었다.

<실험예 2>

동물실험

도 1은 본 발명의 효과를 확인하기 위한 동물실험 과정을 간략하게 나타낸 도면이다. 동물 실험은 크게 4단계로 나누어 실시되었다 (Fig 2). 1단계는 실험 동물 준비 단계로 실험 동물 입고에서 실험 전, 실험 동물의 환경 적응 단계에 해당한다. 2단계는 협착모델 형성 단계로 내시경 역행성 담췌관조영술을 이용해 담도 내 고주파 열 치료법 전극 (Intraductal Radio Frequency Ablation electrode, RFA)으로 담도 소작 후, 2 주간 의 실험 동물 상태 모니터링이 해당된다. 3단계는 C 암 투시경 (C-arm fluoroscopy)을 이용하여 동물 협착을 확인 후, 플라스틱 스텐트를 삽입하는 단계이다. 실험 동물을 수확 (Harvesting)하는 마지막 4단계에서는 1개월, 3개월 그리고 5개월 각각 2 마리씩의 실험 동물을 수확하였다.

1) 실험동물준비

총 6마리의 평균 체중 50kg의 생후 10~12 주 Female Micro pig M-type (Micro pig M-type; Medi Kinetics Co., Ltd, Pyeongtaek, Gyeonggi-do, Korea) 을 대상으로 하였다. 실험 시작 전, 1주일간의 적응 기간을 거쳤으며, 건강한 동물만을 동물실험에 사용 하였다. 모든 실험은 온도 23±2℃ 상대습도 50±5%, 환기횟수 10~12회/시간, 조명시간 08:00~20:00 조도 약 400 lux로 설정된 동물 사육실에서 사육하였다. 검역기간 및 실험기간 중 한 개의 케이지 당 한 마리씩 넣어 고형사료 (퓨리나)를 업무 시작 전 1회, 오후 4시 1회, 하루 총 2회 공급하고, 1회 공급 시, 0.8~1.2 kg 공급하였다. 시술 전일 24시간은 금식 후, 실험을 진행하였다. 본 연구는 AAALAC International(Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care International) 인증 기관 인 삼성생명과학연구소 동물실험윤리위원회의 검토와 승인을 거쳤으며, 위원회의 실험동물의 관리와 사용에 관한 지침을 준수하여 시행하였다 (IACUC Approval Number: 20160712001).

2) 담도 협착 실험동물 모델 생성

총 6마리의 Female Micro pig M-type을 무작위적으로 1개월, 3개월, 5개월 모니터링할 수 있도록 각각 2마리씩 배정하였다. 담도 내 고주파 열 치료법 전극 담도 소작술을 이용한 담도 협착 모델은 본 연구 팀에서 Shin JU 등에 의해서 발표 된 방법을 기초하여 시행하였다. 담도 협착 모델 시술 전 24 시간 동안 금식 후 다음날 실험을 진행하였다. 시술 당일, 실험 동물들은 수의사에 의해 ketamine® 50mg/ml 20mg/kg, zolazepam의 근육 주사 (Zoletil®; 6 mg/kg) 및 xylazine (Rompun®; 2 mg/kg)을 사용하여 진정(Sedation) 한 후, 기관 삽관을 시행하였다. 기관 삽관 후, 마취 (Anesthesia)는 2% isoflurane을 사용하여 유지하였다. 심전도, 심박수, 혈압, 산소 포화도 (Oxygen Saturation) 및 호기말 이산화탄소 분압 CO₂ (End-tidal CO₂)는 수의사에 의해 모니터링되었다. 시술 전, 2일 후까지 시술로 인한 담관염을 예방하기 위해 Enrofloxacin (2.5mg/kg)를 근주하였으며, 시술 당일, 통증 조절을 위해 Ketoprofen (2 mg/kg) 근육 내 투여 하였다. 치료용 측시경인 TJF240 (Olympus America, Inc, Melville, NY)를 삽입 후, 십이지장 유두부 (Duodenal Papilla)를 찾았다. 투시경 하에서 유도선을 이용하여 담도 도관 (Biliary Catheter)을 선택 삽관 (Selective Cannulation)하는 유도선-안내삽관법 (Wire-guided Cannulation)을 이용하여 시술하였다. 그 후, 유도선을 따라 Hurricane balloon catheter (Boston Scientific Corp., 10 mm diameter)로 유두부를 확장시킨 후, 담도 내로 담도내 고주파 열 치료법 전극을 총담관 (Common Bile Duct)에 삽입하였다. 총담관에 거치 된 담도내 고주파 열 치료법 전극(Intraductal Radio Frequency Ablation electrode; ELRA electrode; STARmed Co. Ltd, Goyang, Gyeogi-do, Korea)을 이용하여 10W, 80C, 90 sec 동안 소작하였다

3) 실험동물 담도 협착확인 및 스텐트 삽입

실험 동물에서 담도내 고주파 열 치료법 (RFA) 시행 2 주일 후, 측시경인 TJF240을 이용하여 십이지장 유두부 삽관 후, 25 ml의 조영제 (Contrast agent)를 이용한 담도 투시경을 이용하여 담도 협착을 확인하였다. 혈액 검사는 WBC (White Blood Cell), AST(Aspartate Transaminase), ALT (Alanine Transaminase), ALP (Alkaline Phosphatase), GGT (Gamma-Glutamyl Transferase)와 CRP (C-Reactive Protein) 를 포함하여 검사는 총3회로 협착 모델 시술 전, 시술 후, 최종 Follow-up 시 검사하였다. 담도 투시경 하0.035-inch 유도선 (Hydrophilic Tipped Guidewire, Boston Scientific Corp., Natick, USA)을 이용하여 담도내 PE 플라스틱 스텐트를 각각 2개씩 거치시켰다. PE 플라스틱 스텐트의 근위부 선단은 각각 다른 분지의 간내 담관에 위치하도록 거치시켰다.

4) 실험동물 수확

폴리에틸렌 플라스틱 스텐트 삽입 후, 1개월, 3개월, 5개월 경과 시점에 각각 2 마리씩의 돼지 들을 시술 당일과 마찬가지로 수의사에 의해 ketamine® 50mg/ml 20mg/kg, zolazepam의 근육 주사 (Zoletil®; 6 mg/kg) 및 xylazine (Rompun®; 2 mg/kg)을 사용하여 진정(Sedation) 한 후, 기관 삽관을 시행하였다. 기관 삽관 후, 마취 (Anesthesia)는 2% isoflurane을 사용하여 유지하였다. 심전도, 심박수, 혈압, 산소 포화도 (Oxygen Saturation) 및 호기말 이산화탄소 분압 CO2 (End-tidal CO2)는 수의사에 의해 모니터링되었다. 모든 돼지들의 개복술 (Open laparotomy)은 한 명의 매우 숙련된 수의사에 의해서 집도 되었다. 정중 절개 (Median Incision)를 하고 십이지장을 적출하였다. 적출된 십이지장을 종 방향 (Longitudinal direction)으로 절개하여 PE 플라스틱 스텐트를 수확하였다. 수확된 플라스틱 스텐트의 내부 협착도와 PE 플라스틱 스텐트의 개존율과 생물막 및 담즙앙금을 측정하고자 하였으며, 조직검사를 시행하여 조직학적 점수를 비교하였다.

돼지 (Micro pig)를 이용한 실험 동물 6마리 모두에서 담도내 고주파 열 치료법 전극을 이용한 담도 협착 모델 생성에 성공하였다. 또한 담도 협착의 시술이 성공적으로 이루어진 모든 실험 동물 6마리에서 총 12개의 플라스틱 스텐트 (진공 플라즈마 공정 표면 개질 친수성 플라스틱 스텐트, N=6; 일반 플라스틱 스텐트, N=6)들을 모두 출혈, 천공 등과 같은 시술 관련 합병증 없이 성공적으로 삽입하였다. 모든 실험 동물들은 PE 플라스틱 스텐트를 삽입 후, 시술 후 합병증 없이 수확 기간 동안 생존하였다. 1개월, 3개월 그리고 5개월 째 각각 2마리씩의 실험 동물을 희생 후, PE 플라스틱 스텐트의 개존율 및 생물막 및 담즙앙금률을 평가하였다.

플라스틱 스텐트의 개존율 및 생물막 평가

1개월, 3개월 및 5개월 각각 2개씩 돼지들의 담도에서 실험을 진행한 뒤 수확된 폴리에틸렌 플라스틱 스텐트의 내강 (Lumen)의 협착 정도를 분석하기 위하여 광학현미경(Light Microscope)과 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope)로 내강 협착 정도를 분석하였다. 이를 위해 본 실험에서는 개존율 (Patency rate, %)과 생물막 및 담즙앙금률(Bioflim and sludge rate, %)을 사용하였다. 개존율은 실험 전에 측정된 폴리에틸렌 플라스틱 스텐트의 내강 면적 (Luminal Area_Base) 중 수확된 PE 플라스틱 스텐트의 내강 면적(Luminal Area_Test)이 차지하는 비율로 정의한다. 따라서 수확된 PE 플라스틱 스텐트의 내강 면적 (Luminal Area_Test)을 실험 전 측정된 PE 플라스틱 스텐트의 내강 면적(Luminal Area_Base)으로 나눈 값에 100을 곱한 값으로 단위는 %이다. ImageJ 1.47v를 이용하여 PE 플라스틱 스텐트의 종단면과 횡단면 광학현미경이미지 (Image)로 PE 플라스틱 개존율은 아래의 수식을 통해 계산하였다.

생물막 및 담즙앙금률 (Bioflim and sludge rate, %)은 실험 전 측정된 PE 플라스틱 스텐트의 내강 면적 (Luminal Area_Base) 중 생물막 및 담즙앙금이 차지하는 비율로 정의한다. PE 플라스틱 스텐트의 내강 면적을 측정 시, 생물막과 담즙앙금을 광학현미경 상에서 정확하게 구분하여 측정하기 어렵기 때문에 생물막과 담즙앙금률을 구하여 정량적인 비교를 하고자 하였다. 따라서 실험 전 측정된 PE 플라스틱 스텐트의 내강 면적(Luminal Area_Base) 중 수확된 PE 플라스틱 스텐트의 생물막 및 담즙앙금 면적(Luminal Area_Test)이 차지하는 비율로 정의한다. 따라서 수확된 PE 플라스틱 스텐트의 생물막 및 담즙앙금 면적 (Luminal Area_Test)을 실험 전 측정된 PE 플라스틱 스텐트의 내강 면적 (Luminal Area_Base)으로 나눈 값에 100을 곱한 값으로 단위는 %이다. 역시 ImageJ 1.47v를 이용하여 플라스틱 스텐트의 종단면과 횡단면 광학현미경 이미지로 생물 막 및 담즙앙금률은 아래의 수식을 통해 계산하였다.

돼지의 담도에서 수확한 PE 플라스틱 스텐트를 특별 제작한 틀에 고정 후, R35 eather disposable microtome blades (Feather Safety Razor Co., Osaka, Japan)를 이용10mm 간격으로 절단한다 (Fig 5A, B). 10mm 간격의 PE 플라스틱 스텐트의 양끝 선단을 각각 1mm 간격으로 절단 후, 광학현미경 상으로 플라스틱 스텐트의 관내를 관찰하였다(Fig 5C). 광학현미경을 이용한 관찰을 통해 PE 플라스틱 스텐트 내강의 개존율 및 생물막 정량적으로 측정하고자 하였다. 이를 위해 ImageJ 1.47v (National Institute of Health, Bethesda, MD, USA)을 사용하였다 (Fig 6). 기본 면적 (Luminal Area_Base)을 측정하기 위해 각각 진공 플라즈마 공정을 이용한 표면 개질로 제작된 친수성 PE 플라스틱 스텐트와 대조군의 시술 전 면적을 측정해놓았다.

광학현미경 관찰을 위해 절단 후에 남은 PE 플라스틱 스텐트의 분절에서 4mm 간격으로 절단 하였다. 절단된 PE 플라스틱 스텐트를 백금 (Pt)으로 표면을 코팅한 후에 주사 전자현미경 (Scanning electron microscopy, SEM, S-4800; Hitachi, Tokyo, Japan)을 이용하여 PE 플라스틱 스텐트의 내부를 관찰하였다. 주사전자현미경관찰을 통해서 PE 플라스틱 스텐트 내강의 개존 정도와 생물막 및 담즙앙금을 관찰함으로써 정성적 관찰하고자 하였다.

모든 실험은 3회 이상 동일하게 시행하여 측정하였으며, 표면 개질 공정으로 처리된 PE 플라스틱 배액관과 대조군 PE 플라스틱 배액관의 개존율과 생물막 및 담즙앙금률을 비교하기 위해서 Hierarchical Linear Model를 사용하였다. 분석 결과 p 값이 0.05 (p-value <0.05) 미만인 경우 통계 학적으로 유의한 결과로 정의하였다. 통계 프로그램은 IBM SPSS version 24.0 (IBM Corp.,Armonk, NY, USA)을 사용하였다.

PE 플라스틱 스텐트를 삽입 후, 1개월, 3개월 그리고 5개월 경과된 실험 동물들의 혈액 검사 결과를 협착 시술 전, 협착 시술 후 (PE 플라스틱 스텐트 삽입 시), 실험 동물 수확 전으로 나누어 도식화 하였다. 도 2는 PE 플라스틱 스텐트를 삽입 후 1개월 경과된 동물들의 혈액 검사결과를 나타낸 도면이다. 도 3은 PE 플라스틱 스텐트를 삽입 후 3개월 경과된 동물들의 혈액 검사결과를 나타낸 도면이다. 도 4는 PE 플라스틱 스텐트를 삽입 후 3개월 경과된 동물들의 혈액 검사결과를 나타낸 도면이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 1개월, 3개월 및 5개월 모두 협착 시술 후에 WBC, AST, ALT, ALP, GGT 와 CRP가 상승된 후, PE 플라스틱 배관을 삽입 한 뒤에는 감소하는 소견이 관찰되었다. 도 2의 H, I는 PE 플라스틱 스텐트 삽입 후에 1개월 추적관찰 하는 실험 동물 1, 2 의 협착 시술 2 주 후, 담도 투시경 소견이다. 도 3의 H, I는 PE 플라스틱 스텐트 삽 입 후에 3개월 추적관찰한 실험 동물 3, 4 의 협착 시술 2 주 후, 담도 투시경 소견이다. 도 4의 H, I는 PE 플라스틱 스텐트 삽입 후에 5개월 추적관찰한 실험 동물 3, 4 의 협착 시술 2 주 후, 담도 투시경 소견이다. 여섯 마리 모두에서 성공적인 담도 협착이 이루어 졌음을 확인 할 수 있었다.

도 5 내지 도 7은 PE 플라스틱 스텐트 삽입 후에 1개월, 3개월과 5개월 추적관찰 실험 동물의 표면 개질 친수성 PE 플라스틱 스텐트와 표면 개질을 하지 않은 PE 플라스틱 스텐트의 횡단면과 종단면을 비교하여 개존율과 생물막 및 담즙앙금률을 비교한 결과이다. 1개월 추적관찰 실험 동물의 PE 플라스틱 스텐트의 횡단면과 종단면을 비교하여 보았다. 횡단면의 경우는 표면 개질을 통한 친수성 PE 플라스틱 스텐트의 개존율이 높았다 (82.4± 21.3 vs. 68.3 ± 22.9 %, p = 0.256). 생물막 및 담즙앙금 형성은 표면 개질을 통한 친수성 PE 플라스틱 스텐트에서 낮은 경향을 보였으나 (17.6 ± 21.3 vs. 31.7 ± 22.9 %, p = 0.256) 통계적으로 유의하지는 않았다. PE 플라스틱 스텐트의 종단면을 비교하여 본 결과 통계적으로 유의할 정도의 개존율 향상이 관찰되었으며 (93.23 ± 6.6 vs. 42.7 ± 5.6 %, p = 0.016), 생물막 및 담즙앙금 형성 또한 표면 개질을 통한 친수성 PE 플라스틱 스텐트에서 낮게 관찰되었다 (6.7 ± 6.6 vs. 57.3 ± 5.6 %, p =0.016)(도 5). 3개월 추적관찰 실험 동물의 PE 플라스틱 스텐트의 횡단면과 종단면을 비교에서도 1개월 결과와 마찬가지로 횡단면의 경우는 표면 개질을 통한 친수성 PE 플라스틱 스텐트의 개존율이 높게 나타났으며 (79.0 ± 22.3 vs. 56.5 ± 32.8 %, p = 0.136), 생물막 및 담즙앙금 형성은 낮은 경향 (21.0 ± 23.0 vs. 43.5 ± 32.8 %, p = 0.136)을 보였으나, 통계적으로 유의하지는 않았다. 종단면의 경우는 표면 개질을 통한 친수성PE 플라스틱 스텐트에서 통계적으로 유의할 정도의 개존율 향상 (85.9 ± 1.2 vs. 32.1± 2.8 %, p = 0.009)과 생물막 및 담즙앙금 형성 저하 (14.1 ± 1.2 vs. 67.9 ± 2.8 %, p = 0.009)가 관찰되었다(도6 참조). 5개월 추적관찰 실험 동물의 PE 플라스틱 스텐트의 횡단면의 경우는 표면 개질을 통한 친수성 PE 플라스틱 스텐트의 개존율은 높았으며 (69.1 ± 30.3 vs. 53.4 ± 29.5 %, p = 0.083), 생물막 및 담즙앙금 형성은 낮은 경향 (30.9 ± 30.3 vs. 46.6 ± 29.5 %, p = 0.083)을 보였으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다. 종단면의 결과에서도 표면 개질을 통한 친수성 PE 플라스틱 스텐트의 개존율 높게 (53.0 ± 6.9 vs. 39.5 ± 12.1 %, p = 0.113), 생물막 및 담즙앙금 형성은 낮은 경향 (47.0 ± 6.9 vs. 60.5 ± 12.1 %, p = 0.113)을 보였으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다. 그러나 표면 개질을 하지 않은 PE 플라스틱 스텐트의 횡단면과 종단면에서 개존율 0%인 부위가 관찰되었다 (도 7 참조).

주사전자현미경을 이용하여 1개월, 3개월, 5개월 추적관찰 실험 동물에서 표면 개질을 통한 친수성 PE 플라스틱 스텐트와 표면 개질을 하지 않은 PE 플라스틱 스텐트의 단면을 관찰하였다. 도 8 내지 도 10은 1개월, 3개월, 5개월 추적관찰 실험 동물에서 표면 개질을 통한 친수성 PE 플라스틱 스텐트와 표면 개질을 하지 않은 PE 플라스틱 스텐트의 단면사진이다. A와 B는 표면 개질을 통한 친수성 PE 플라스틱 스텐트이며, C와 D는 개질을 하지 않은 PE 플라스틱 스텐트이다.

먼저 같은 기간 동안 거치되었던 PE 플라스틱 스텐트들의 단면을 주사전자현미경을 이용하여 비교하였다. 1개월 동안 PE 플라스틱 배액관을 거치하였던 실험 동물의 경우, 표면 개질을 통한 친수성 PE 플라스틱 스텐트 (도 8 의A (x100, B(x1000))에서 개질을 하지 않은 PE 플라스틱 스텐트 (도 8의C (x100), D(x1000)) 보다 현저하게 적은 생물막 및 담즙앙금이 형성되었음을 확인할 수 있었다. 1개월 거치하였던 PE 플라스틱 스텐트와 마찬가지로 3개월 동안 PE 플라스틱 스텐트를 거치하였던 스텐트의 경우에서도 생물막 및 담즙앙금의 형성이 표면 개질을 하지 않은 PE플라스틱 스텐트 (도 9의C (x100), D(x1000))에서 보다 많이 형성되었음을 확인 하였다. 5개월 거치 된 경우에서도 표면 개질한 친수성 PE 플라스틱 스텐트 (도 10의 A (x100), B(x1000))에서 보다 적게 생물막 및 담즙앙금이 형성되었다.

도 11은 각각 다른 기간동안 거치하였던 PE 플라스틱 스텐트들의 주사전자현미경 단면들을 나타낸 도면이다. PE+HP는 표면 개질한 친수성 PE 플라스틱 스텐트이며, PE는 개질을 하지 않은 PE 플라스틱 스텐트이다.

생물막 및 담즙앙금은 PE 플라스틱 스텐트를 1개월 동안 거치하였던 경우 보다 3개월 거치하는 경우에서 더 두껍게 형성이 되었다. 5개월 동안 거치한 실험 동물에서 수확된 PE 플라스틱 스텐트의 경우, 표면 개질을 통한 친수성 플라스틱 스텐트와 표면 개질을 하지 않은 플라스틱 스텐트 모두 1개월과 3개월 보다 유관상 현저한 생물막 및 담즙앙금 두께가 증가하였음을 확인 하였다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

플라스틱 소재의 스텐트 표면을 세정하여 전처리하는 제1과정;
상기 전처리된 스텐트 표면을 플라즈마 처리하는 제2과정; 및
상기 플라즈마 전처리된 스텐트 표면에 친수성 작용기를 도입하는 제3과정;을 포함하는 플라스틱 스텐트의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1과정은 에틸알코올 70~80% 용액에 플라스틱 소재의 스텐트를 침적하고 초음파를 이용하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스텐트의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제2과정은 수분 및 산소가스를 챔버에 공급하면서 550 ~ 600 V 플라즈마로 5 ~ 7분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스텐트의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제3과정은 상기 플라스틱 스텐트를 상기 작용기 도입을 위한 반응용액에 침적한 후 플라즈마 처리한 후에 다시 상기 반응용액에 침적한 후 건조하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스텐트의 제조방법.
청구항 4에 있어서,
상기 제3과정에서 상기 플라즈마 처리는 수분 및 산소가스를 챔버에 공급하면서 550 ~ 600 V 플라즈마로 5 ~ 7분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스텐트의 제조방법.
표면에 플라즈마 처리에 개질하여 친수성을 부여한 플라스틱 스텐트.
청구항 6에 있어서,
상기 플라즈마 처리에 의한 개질은 표면에 친수성의 작용기를 부착하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스텐트.
청구항 7에 있어서,
상기 플라즈마 처리는
플라스틱 소재의 스텐트 표면을 세정하여 전처리하는 제1과정;
상기 전처리된 스텐트 표면을 플라즈마 처리하는 제2과정; 및
상기 플라즈마 전처리된 스텐트 표면에 친수성 작용기를 도입하는 제3과정;을 포함하는 플라스틱 스텐트.