KR20210029884A - 안전성이 향상된 조직확장기의 표면 코팅방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면은 (a) 젤라틴 메타크릴로일(GelMA) 및 온도감응성 하이드로젤을 조직확장기 상에 고온 또는 광조사 조건에서 분사하여 표면 코팅하는 단계; (b) 상기 표면 코팅 후, 상기 젤라틴 메타크릴로일 또는 온도감응성 하이드로젤을 제거하는 단계;를 포함하는 조직확장기의 표면 코팅방법을 제공한다.
Description
본 발명은 조직확장기의 표면 코팅방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 세포외기질(ECM) 표면을 구현하여 안전성이 향상된 조직확장기의 표면 코팅방법에 관한 것이다.
통상 조직확장기의 경우 이식기간이 약 1~6개월이며, 이 시기 동안의 생체 안전성은 매우 중요한 요소이다. 또한 생체 내에서의 적절한 형태의 조직 확장을 위해 조직확장기의 형태가 고정되어 있는 것이 일반적이며, 이러한 경우 생체 내에서 위치 변화가 발생하지 않게 하는 것이 또 하나의 중요한 포인트가 된다.
이러한 관점에서 현 시대의 조직확장기의 경우 조직 내부에서의 안전성을 확보하기 위해 표면에 250~400㎛ 거칠기(Macro texture)의 불규칙한 형태의 거칠기 표면형상을 보유하고 있다. 이러한 거칠기는 생체 내부에서의 벨크로 효과를 통해 조직확장기를 고정할 뿐만 아니라, 생체 내 주요 부작용인 구형 구축을 최소화한다는 점에서 일반적으로 사용되고 있다.
구체적으로, 외부 물질이 생체 내부에 삽입되게 되면, 생체의 외부 물질을 조직으로부터 분리하려는 방어기전으로 인해 피막(capsule)을 형성하게 되며, 과도한 피막구축은 신체 반응에 의해 콜라겐-섬유 피막이 비후되어 통증을 유발하고 보형물의 변형을 초래할 수 있다.
또한 외부에서 삽입된 인공 보형물 및 조직확장기는 생체 내에서 외부 물질로 인식되어 체액 내의 각종 단백질이 흡착되고, 이어지는 각종 생화학적 과정을 통해 혈전 형성, 면역 반응, 조직 변형, 괴사 및/또는 퇴행을 수반한다.
따라서 보형물의 표면을 생체 적합성 물질로 코팅하여 외부 물질로 인식되는 것을 예방하는 것은 조직확장기 개발에 있어 중요한 요소라고 할 수 있다.
또한, 전술된 거칠기 표면은 최근 그 문제점으로 생체 내 장기 이식 시 림프종의 발생 위험도를 증가시키는 것으로 알려져 있어, 전세계적으로 250~400㎛ 크기의 거칠기를 가지는 경우의 보형물 및 조직확장기의 판매가 중지되고 있는 실정이다.
이에, 250~400㎛ 크기의 거칠기의 표면을 가지는 조직확장기를 대체할 수 있으면서, 보다 안전성이 확보된 표면을 구현함으로서, 림프종의 위험을 최소화하고, 생체 내 벨크로 효과 등의 적절한 구현으로 부작용을 최소화할 수 있는 방법에 대한 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 안전성이 확보된 표면을 구현함으로써 림프종의 위험을 최소화하고 생체 내 벨크로 효과 등의 적절한 구현으로 부작용이 최소화된 조직확장기의 표면 코팅방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은 (a) 젤라틴 메타크릴로일(GelMA) 및 온도감응성 하이드로젤을 조직확장기 상에 고온 또는 광조사 조건에서 분사하여 표면 코팅하는 단계; (b) 상기 표면 코팅 후, 상기 젤라틴 메타크릴로일 또는 온도감응성 하이드로젤을 제거하는 단계;를 포함하는 조직확장기의 표면 코팅방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 젤라틴 메타크릴로일 및 온도감응성 하이드로젤을 혼합물 상태로 분사하여 표면 코팅할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 젤라틴 메타크릴로일 및 온도감응성 하이드로젤을 층상(LBL, Layer by layer)으로 분사하여 표면 코팅할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계에서 고온 조건에서 표면 코팅하는 경우, 상기 (b) 단계에서 상기 젤라틴 메타크릴로일을 제거할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계에서 광조사 조건에서 표면 코팅하는 경우, 상기 (b) 단계에서 저온 조건에서 상기 온도감응성 하이드로젤을 제거할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 온도감응성 하이드로젤은 아크릴로나이트릴(AN), 아크릴아미드(AA), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리부틸렌글리콜(PBG), 폴리프로필렌글리콜(PPG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리부틸렌옥사이드(PBO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리-N-아이소프로필아크릴아미드(PNIPAAm) 폴리락트산(PLLA), 폴리락트산-글리콜산(PLGA)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상이한 두가지 종류의 하이드로젤을 이용하여 벨크로 효과의 적절한 구현을 통한 구형구축, 림프종의 위험을 최소화하는 등의 안전성이 확보되면서도 표면 거칠기를 구현할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조직확장기의 표면 코팅방법을 도식화한 것이다.
이하에서는 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 " 간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명의 일 측면은 (a) 젤라틴 메타크릴로일(GelMA) 및 온도감응성 하이드로젤을 조직확장기 상에 고온 또는 광조사 조건에서 분사하여 표면 코팅하는 단계; (b) 상기 표면 코팅 후, 상기 젤라틴 메타크릴로일 또는 온도감응성 하이드로젤을 제거하는 단계;를 포함하는 조직확장기의 표면 코팅방법을 제공한다.
본 발명에서 사용된 용어 “조직확장기”는 이식형 장치 또는 이식된 장치를 의미하며, 대상(인간 도는 동물)의 신체 내로 외과적으로 또는 의학적으로, 또는 자연개구부 안으로 의학적 개입에 의해 완전히 또는 부분적으로 도입되어, 상기 시술 후 남아있도록 의도된 임의의 종류의 의료 장치를 의미한다. 통상적으로 이식형 장치는 장치 몸체 및 표면층을 포함할 수 있으며, 상기 장치 몸체는 대상으로 이식되면 특정한 기능을 수행할 수 있다.
상기 이식형 장치의 종류로는 연조직 임플란트(ex, 유방 임플란트, 근육 인공 삽입물), 이식형 바이오센서(ex, 혈당 모니터), 물질 전달 장치(ex, 약물 주입 장치), 면역경리 장치, 전기자극 장치, 조직 확장기, 조직 스캐폴드(조직 성장 지지용), 위장의 라이너, 수술용 메쉬 임플란트 및 경피소자(예, 카데터, 공급 튜브, 투석 포트)를 포함하며, 본 발명에서 사용된 조직확장기 이외에도 생체 내 이식형 장치에 다양하게 표면 코팅방법으로 적용될 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용된 용어 “젤라틴 메타크릴로일”은 “젤라틴 메타크릴로일 하이드로젤”을 의미한다.
상기 하이드로젤은 많은 양의 수분을 포함한 삼차원 가교 구조체로서, 천연의 세포외기질(ECM, extracellular matrix)을 닮은 특성을 가지고 있다. 상기 세포외기질과 유사한 표면을 구현함으로서, 생체 내 안전성을 구현해낼 수 있다.
또한 상기 하이드로젤은 생체적합성이 좋고, 세포 및 생리활성물질을 캡슐화할 수 있고, 기계적 물성을 쉽게 조절할 수 있는 장점을 가지고 있으나, 생물활성물질이 없는 단점이 있다.
다만, 이를 개선하기 위해 화학가교제 및 효소물질을 함께 사용하나, 이 또한 가교제의 독성 무제와 함께 가교를 시간 및 공간적으로 제어하기 어려운 단점이 있다.
이에 따라, 젤라틴 메타크릴로일은 젤라틴 메타크릴아미드(gelatin methacrylamide, -NH-CO-C(CH3)=CH2) 및 젤라틴 메타크릴레이트(gelatin methacrylate, -O-CO-C(CH3)=CH2)를 포함하고 있으며, 젤라틴 고유의 생체적합성, 세포 부착성, 생분해성을 그대로 보유하고 있고, 빛(광)을 이용하여 가교 가능하여 기계적 물성을 상대적으로 쉽게 조절할 수 있다.
상기 젤라틴 메타크릴로일(GelMA, gelatin methacryloyl)은 광감응성 하이드로젤의 한 종류로서, 상기 젤라틴 메타크릴로일은 비침습적이며 시공간적으로 원격제어가 가능하고, 특정한 파장의 빛에 반응하여 구조가 변화하거나 분해되는 광반응성 그룹을 고분자에 도입시키는 방식으로 형성될 수 있다.
상기 젤라틴 메타크릴로일 내 젤라틴 메타크릴레이트는 자외선 및 가시광선 범위에서 경화반응이 일어나며, 상기 경화반의 광조사 조건이 350~450㎚일 수 있으나, 이는 함께 코팅되는 물질인 온도감응성 하이드로젤과 혼합 또는 적층됨에 따라 다소 상이할 수 있어, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에서 사용된 용어 “광감응성”은 “광경화성”과 동일하게 사용될 수 있으며, 또한 “온도감응성” 은 “온도경화성”과 동일한 의미로 사용될 수 있다.
상기 온도감응성 하이드로젤은 외부 온도에 따라서 그 성질이 바뀌며, 특정 온도에서 가역적인 졸-겔(젤) 상전이 또는 부피 상전이가 일어날 수 있다. 졸-겔(젤) 상전이 시스템은 온도로 인해 물리적인 하이드로젤을 형성하는 시스템으로서, 가역적인 상전이 현상을 보인다고 알려져 있다. 또한 부피 상전이 시스템은 수용액 상에 용해되지 않고, 온도 변화에 따라 팽창-응축 현상을 보일 수 있다.
상기 온도감응성 하이드로젤은 아크릴로나이트릴(AN), 아크릴아미드(AA), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리부틸렌글리콜(PBG), 폴리프로필렌글리콜(PPG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리부틸렌옥사이드(PBO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리-N-아이소프로필아크릴아미드(PNIPAAm) 폴리락트산(PLLA), 폴리락트산-글리콜산(PLGA)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으며, 바람직하게는 2 이상의 조합에 의해 이루어진 공중합체일 수 있으며, 더 바람직하게는 삼원블록공중합체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 폴리에틸렌글리콜 및 폴리프로필렌글리콜로 이루어진 삼원블록공중합체인 폴록사머(Poloxamer, PEG-PPG-PEG)일 수 있으며, 상기 폴록사머는 화학식 1로 이루어지며, 하기 a, b, c의 범위는 한정되지 않는다.
[화학식 1]
HO(CH2CH2O)a[CH(CH3)CH2O]b(CH2CH2O)cH
또한, 상기 폴록사머의 분자량은 1,100~14,000g/mol일 수 있으며, 폴리에틸렌글리콜 및 폴리프로필렌글리콜의 비율이 1:9~8:2의 비율로 존재할 수 있고, 상기 폴록사머 하이드로젤은 마이셀이 일정한 구조로 패킹되면서 이루어진 구조이다.
구체적으로, 상기 폴록사머는 BASF사로부터 플루로닉이라는 상품명으로 판매되는 다양한 공중합체들이 사용될수 있으며, 구체적인 예로는 F로 시작하는 F38, F68, F77, F77, F98, F108, F127, F407 유도체와, L로 시작하는 L31, L42, L43, L44, L62, L72, L101 유도체와, P로 시작하는 P75, P103, P104 유도체가 포함되며, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 폴록사머, 즉, PEG-PPG-PEG 공중합체는 바스프사(BASF)에서 생산되는 폴리에테르글리콜 및 폴리프로필렌글리콜의 비율에 따라 여러 종류로 나뉠 수 있으며, 폴록사머 407로 알려져 있는 PEG-PPG-PEG 공중합체는 폴리프로필렌글리콜의 분자량이 4,000 g/mol이고, 70% 폴리에틸렌글리콜의 함량을 갖는다.
또한 폴록사머 188로 알려져 있는 이 고분자의 폴리프로필렌글리콜의 분자량이 1,800 g/mol이고, 80% 폴리에틸렌글리콜의 함량을 갖는다. 이러한 폴리에틸렌글리콜과 폴리프로필렌글리콜의 비율이나 분자량 및 산도와 첨가제에 따라 겔 화 및 물성에 영향을 준다.
특히, 상기 PEG-PPG-PEG 공중합체는 폴리에틸렌글리콜의 함량이 서로 다른 2종의 PEG-PPG-PEG 공중합체를 사용할 수 있으며, PEG-PPG-PEG 공중합체 내의 폴리에틸렌글리콜의 함량은 제형의 친수성을 결정하는 중요한 인자이므로 그 함량이 너무 적을 경우 제형 혼합이 어려울 수 있다.
상기 폴리부틸렌옥사이드는 폴리프로필렌옥사이드에 비해 상대적으로 더 소수성 특징을 나타내며, 이로 인해 하부임계용액온도(LCST, low critical solution temperature)가 낮게 나타날 수 있다.
본 발명에서 사용된 “하부임계용액온도(LCST)”는 온도를 내렸을 때 혼합물의 구성성분이 모든 조성물에 대해 혼합할 수 있는 임계온도를 뜻하며, “상부임계용액온도(UCST)”는 구성성분이 모든 조성물에 대해 혼합할 수 있는 임계온도를 의미한다.
즉, 상기 온도감응성 물질의 경우, 하부임계용액온도 이하에서 한 가지 상(phase)으로 존재하고, 상기 하부임계용액온도 이상에서는 2가지 상으로 존재한다.
또한, 상기 공중합체는, 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드-폴리에틸렌옥사이드(이하, PEO-PPO-PEO) 공중합체, 폴리에틸렌글리콜-폴리락트산글리콜산-폴리에틸렌글리콜 공중합체(이하, PEG-PLGA-PEG), 폴리락트산글리콜산-폴리에틸렌글리콜-폴리락트산글리콜산(이하, PLGA-PEG-PLGA)일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 PEO-PPO-PEO 공중합체는 0 내지 100도 범위에서 친수성인 폴리에틸렌옥사이드와 15도 이상에서 소수성인 폴리프로필렌옥사이드로 구성된 양친화적인 특징을 가지고 있으며, 상기 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리프로필렌옥사이드의 조성에 따라 온도 조건이 상이할 수 있다.
또한, 상기 PEG-PLGA-PEG 공중합체는 수용액 상에서 실온에서는 졸 상태이다가 생체 온도에서는 젤 상태가 되는 특징을 보인다. 상기 PEG-PLGA-PEG 공중합체는 하부임계용액온도 및 상부임계용액온도를 동시에 가지고 있으며, 하부임계용액온도에서 졸에서의 젤로의 상전이는 소수성에 의한 마이셀의 성장에 의해 나타날 수 있으며, 상기 상부임계용액온도에서는 이러한 겔(젤) 상태에서 졸 상태로 바뀔 수 있다.
또한, 폴리프로필렌글리콜 대신에 상기 폴리부틸렌글리콜을 사용하기도 하며, 이는 중합 도중 폴리프로필렌글리콜에 비해 사슬이동이 적어서 분자량 조절 등이 더 용이한 장점이 있을 수 있다.
상기 폴리-N-아이소프로필아크릴아미드는 충분한 물이 존재할 때 용해되지 않고, 평형에 해당하는 물을 함유하는 물질을 의미하는 물리적 하이드로젤일 수 있으며, 하부임계용액온도를 가지는 대표적인 물질로서, 하부임계용액온도는 32℃이고, 이에 소수성이 큰 공중합체를 결합시킬수록 하부임계용액온도가 낮아질 수 있다.
상기 (b) 단계를 포함하여, 종래 매크로 텍스쳐를 구현하여 발생하는 문제점을 극복할 수 있는 마이크로 텍스쳐를 구현할 수 있다.
구체적으로, 상기 마이크로 텍스쳐는 매크로 텍스쳐에 비해 상대적으로 미세하고 고운 돌기를 가지고 있고, 매크로 텍스쳐과 매끄러운(스무스) 텍스쳐의 중간정도의 표면 거칠기를 가지고 있어, 매끄러운 텍스쳐의 단점 및 매크로 텍스쳐의 단점을 극복할 수 있고, 상기 거칠기는 벨크로 효과의 적절한 구현을 통해 구형 구축의 문제를 최소화하면서, 움직임을 최소화하며, 상대적으로 고운 돌기로 인해 생체 친화성을 향상시킬 수 있다.
상기 젤라틴 메타크릴로일 및 온도감응성 하이드로젤을 혼합물 상태로 분사하여 코팅할 수 있다. 상기 혼합물 형태로 분사하여 표면 코팅하는 경우, 상대적으로 고르게 코팅이 이루어질 수 있다. 다만, 상기 젤라틴 메타크릴로일 및 온도감응성 하이드로젤의 조성에 따라 혼합이 어려운 경에는, 젤라틴 메타크릴로일 및 온도감응성 하이드로젤을 층상(LBL, Layer by layer)으로 분사하여 코팅하는 방법으로 적절하게 표면 코팅할 수 있다.
상기 LBL은 상기 조직확장기 상에 순차적으로 분사 및 건조를 반복하여 분사하여 코팅하는 방법을 의미하며, 그 횟수는 한정되지 않는다.
상기 (a) 단계에서 고온 조건에서 표면 코팅하는 경우, 상기 (b) 단계에서 상기 젤라틴 메타크릴로일을 제거할 수 있다. 상기 고온 조건이란, 온도감응성 하이드로젤의 온도 경화하기 위한 조건을 의미하는 것이며, 이는 사용되는 물질, 구체적으로 폴록사머의 조성에 따라 변화될 수 있고, 그에 따라 온도 조건을 적절히 변화하여 적용하는 것이 가능하다.
상기 (a) 단계에서 고온 조건에서 표면 코팅하는 경우, 광감응성 하이드로젤인 젤라틴 메타크릴로일은 경화반응이 일어나지 않아 세척을 통해 편리하게 제거할 수 있다.
상기 (a) 단계에서 광조사 조건에서 표면 코팅하는 경우, 상기 (b) 단계에서 저온 조건에서 상기 온도감응성 하이드로젤을 제거할 수 있다. 상기 광 조사 조건이란, 광 감응성 하이드로젤인 젤라틴 메타크릴로일이 광 경화하기 위한 조건을 의미하는 것이며, 통상적으로, 자외선 및 가시광선 범위일 수 있으며, 바람직하게는 가시광선 범위일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 (a)단계에서 광조사 조건에서 표면 코팅하는 경우, 온도감응성 하이드로젤은 경화반응이 일어나지 않아 세척을 통해 편리하게 제거될 수 있다.
전술한 것과 같이 광 감응성 하이드로젤 및 온도감응성 하이드로젤을 함께 코팅을 한 후, 광감응성 하이드로젤 또는 온도감응성 하이드로젤을 제거하는 경우, 기존의 표면 거칠기 구현방식과는 다른 방식으로 구현될 수 있는 장점을 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 종래 구현되던 매크로 텍스쳐가 아닌, 상기 매크로 텍스쳐에 비해 상대적으로 미세한 마이크로 텍스쳐로 구현할 수 있고, 하이드로젤을 사용하여 세포외기질(ECM) 표면을 구현할 수 있어 종래 기술에 비해 생체 안전성을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (6)
- (a) 젤라틴 메타크릴로일(GelMA) 및 온도감응성 하이드로젤을 조직확장기 상에 고온 또는 광조사 조건에서 분사하여 표면 코팅하는 단계;
(b) 상기 표면 코팅 후, 상기 젤라틴 메타크릴로일 또는 온도감응성 하이드로젤을 제거하는 단계;를 포함하는 조직확장기의 표면 코팅방법. - 제1항에 있어서,
상기 젤라틴 메타크릴로일 및 온도감응성 하이드로젤을 혼합물 상태로 분사하여 코팅하는, 조직확장기의 표면 코팅방법. - 제1항에 있어서,
상기 젤라틴 메타크릴로일 및 온도감응성 하이드로젤을 층상(LBL, Layer by layer)으로 분사하여 코팅하는, 조직확장기의 표면 코팅방법. - 제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서 고온 조건에서 표면 코팅하는 경우, 상기 (b) 단계에서 상기 젤라틴 메타크릴로일을 제거하는, 조직확장기의 표면 코팅방법. - 제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서 광조사 조건에서 표면 코팅하는 경우, 상기 (b) 단계에서 저온 조건에서 상기 온도감응성 하이드로젤을 제거하는, 조직확장기의 표면 코팅방법. - 제1항에 있어서,
상기 온도감응성 하이드로젤은 아크릴로나이트릴(AN), 아크릴아미드(AA), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리부틸렌글리콜(PBG), 폴리프로필렌글리콜(PPG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리부틸렌옥사이드(PBO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리-N-아이소프로필아크릴아미드(PNIPAAm) 폴리락트산(PLLA), 폴리락트산-글리콜산(PLGA)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인, 조직확장기의 표면 코팅방법.
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