KR20210095551A

KR20210095551A - 자가치유능을 가지는 신경봉합 패치 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20210095551A
Application number: KR1020200168213A
Authority: KR
Inventors: 박종웅; 손동희; 신미경
Original assignee: 고려대학교 산학협력단; 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2020-01-23
Filing date: 2020-12-04
Publication date: 2021-08-02
Also published as: KR102528666B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 자가치유능을 가지는 신경봉합 패치와 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 자가치유 고분자와 하이드로겔을 포함하는 자기치유 신경봉합 패치와 이의 제조방법에 관한 것이다. 상기 신경봉합 패치는, 하이드로겔의 접착성에 의해 패치가 신경외피에 빠른 속도로 부착되어 손상된 신경을 용이하게 봉합할 수 있다.

Description

자가치유능을 가지는 신경봉합 패치 및 이의 제조방법{Patch for nerve suture with self-healing and manufacturing method thereof}

본 발명은 자가치유능을 가지는 신경봉합 패치 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신경외피와 화학적 결합이 가능한 자가치유능을 가지는 신경봉합 패치와 이의 제조방법에 관한 것이다.

말초 신경 손상은 사회생활 하는데 심각한 장애를 일으킨다. 말초 신경 손상 환자는 외상 환자의 2.8%가 발생한다. 예를 들면, 미국 내에서 매년 360,000명의 심각한 마비 증상을 보이는 환자가 발생하여 결국 8,648,000명이 일상 생활에 제약을 받고 이중 4,916,000명이 침대에 누워있어야 하며 또한 말초 신경 시술은 매우 흔하게 발생하며, 유럽에서 매년 300,000명 시술하고, 미국에서 매년 200,000명이 시술하고 있다.

말초신경도관이란 절단된 말초신경이나 중추 신경을 연결하여 신경이 재생되도록 가이드하는 연결관이다. 사고나 수술 등으로 절단된 손발의 신경은 그 절단부위를 치밀하게 봉합하지 않으면 연결이 어렵다.

그러나 절단면들이 5 mm 이상 떨어져 있으면 직접 봉합이 불가능하며, 이런 경우에 자가신경이식 이외에는 방법이 없지만, 자가이식에는 자신의 신경을 사용해야 하는 단점이 있고, 채취 가능한 신경에도 제한이 있는 등의 단점이 존재한다.

절단된 신경은 말초부위에서 매일 1 mm 정도의 속도로 자라나는 성질을 가지고 있으므로, 이런 특성을 이용하여 절단부위에 튜브형태의 신경도관을 도입하면 절단된 신경의 재생이 가능하다.

신경도관은 결손된 신경조직을 연결하고 신경섬유를 재생하는 통로 역할을 하는 것으로서, 신경도관을 이용할 경우 절단된 신경의 양쪽 끝을 이 도관에 연결하면 도관 내에서 신경의 한쪽에서 신경섬유가 자라나 신경이 재생되게 되는 원리를 이용한 것이다.

신경도관의 사용은 1990년에 Lundborg가 실리콘 튜브를 이용해 최초 로 성공하였다. 그러나 실리콘의 특성상 분해되기 어려우므로, 신경이 완전히 수복된 후에 재수술하여 튜브를 제거해야 하는 번거로움이 있었다. 또한, 비흡수성 실리콘 도관들은 도관 주위로 다공성이 없어 영양 물질이 통하지 못하여 신경 재생이 힘들고 또 재생이 된다고 하더라도 그 속도가 느린 단점이 있었다.

한편 일본에서는 좀더 긴 결손부위에 적용할 목적으로 동일한 생체 분해성 고분자를 기본재료로 하고, 내측을 조직친화성이 우수한 콜라겐 스폰지(collagen sponge)로 충진하고 외측은 콜라겐(collagen) 용액으로 수차례에 걸쳐 도포한 형태의 신경도관이 개발되어, 동물실험을 실시한 결과, 8 cm 가량 결손된 말초신경 부위에서 완전한 수복이 이루어 졌음이 확인되었고, 2002년부터 임상에 적용되고 있다.

하지만, 이들 신경도관의 경우, 기본재료로 사용되는 PLA의 특성상, 유연성이 결여되어 있으므로, 보강재료를 사용하여 물성을 강화하지 않으면, 체내 이식 후 빈번한 근육운동으로 인하여 완전한 신경조직 수복 전까지는 원래의 내경 확보 및 형태유지가 곤란하게 되며, 동시에 절단된 신경과의 봉합시에도 부스러지는 문제점이 존재한다.

한편, 종래 신경도관은 일정한 형태를 갖는 도관 주형에 도관형성 물질을 주입하거나 도관 주형 주위로 도관형성 물질을 묻혀서 도관을 제조한 후, 도관 내부에 섬유를 삽입하여 얻어진다. 이러한 종래 제조방법은 도관 주형을 이용하기 때문에 도관 주형의 제조과정을 거쳐야 하며, 도관 주형에 따라 신경도관의 크기를 어느 수준 이하로는 제조할 수 없으며, 또한 도관 주형을 제거하는 단계를 거쳐야 하는 단점을 가지고 있다.

아울러, 종래의 신경도관은 말초신경의 모듈러스와 상이하기 때문에 신경압박이 매우 심하게 작용하는 경우가 있었다. 이러한 경우, 말초신경내 혈관을 통해 산소공급이 부족하여 신경괴사를 일으키는 문제가 발생할 수 있다.

따라서, 종래의 신경도관이 갖는 문제점을 해결할 수 있는 신경봉합 기술 개발이 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허 제10-0718073호

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 우수한 신축성을 갖고 있으며, 말초신경과 화학적 결합이 가능한 자가치유능을 가지는 신경봉합 패치와 이의 제조방법을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여,

본 발명은 자가치유 고분자(self-healing polymer) 및 하이드로겔 패치를 포함하며,

상기 하이드로겔 패치는 알지네이트, 폴리아크릴아미드(PAA, poly acrylamide), 폴리에테르이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트(PHEMA), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리(N- 이소프로필아크릴아미드)(PNIPAM), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리락트산(PLA), 폴리 글리콜산(PGA), 폴리카프로락톤 (PCL), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(collagen), 카라기난, 하이드록시알킬셀룰로오스, 알킬셀룰로오스, 실리콘, 고무, 아가, 카르복시비닐 공중합체, 폴리디옥솔란, 폴라아크릴아세테이트, 폴리비닐클로라이드, 피브린(fibrin) 마트리젤(Matrigel), 젤라틴 메타크릴레이트(GelMA), 무수말레인산/비닐에테르, 키토산(Chitosan), 및 보론산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함 하는 것을 특징으로 하는, 자가치유 신경봉합 패치를 제공한다.

본 발명의 일구현예로서, 상기 하이드로겔 패치는 알지네이트 및 보론산을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구현예로서, 상기 하이드로겔 패치는 보론산이 알지네이트에 접합된 컨쥬게이트 고분자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 구현예로서, 상기 하이드로겔 패치는 신경 성장인자를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 구현예로서, 상기 자가치유 고분자는, 폴리메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide, PEO), 퍼플루오로폴리에테르(Perfluoropolyether, PFPE), 폴리부틸렌(polybutylene, PB), 폴리(에틸렌-코-1-부틸렌)(poly(ethylene-co-1-butylene)), 폴리(부타디엔)(poly(butadiene)), 하이드로제네이티드 폴리(부타디엔)(hydrogenated poly(butadiene)), 폴리부틸렌(polybutylene) 및 폴리(에틸렌 옥사이드)-폴리(프로필렌 옥사이드)(poly(ethylene oxide)-poly(propylene oxide)) 블록 공중합체 또는 랜덤 공중합체, 및 폴리(하이드록시알카노에이트)(poly(hydroxyalkanoate))로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자 골격과, 4,4'-메틸렌비스(페닐우레아)(4,4′(phenylurea), MPU))를 포함하는 제1모이어티 및

아이소포론 비스우레아(isophorone bisurea, IU) 를 포함하는 제2모이어티를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 구현예로서, 상기 자가치유 고분자는 1 내지 3000 kPa 의 영률(Young's modulus)을 나타내며, 1200 내지 3000 의 신장률을 나타내는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 자가치유 고분자를 기판 위에 도포한 후 건조하여 자가치유 고분자 필름을 제조하는 단계(S1);

상기 필름의 표면에 플라즈마 처리하는 단계(S2); 및

상기 플라즈마 처리된 필름의 표면에 하이드로겔을 적층하는 단계(S3)를 포함하는, 자가치유 신경봉합 패치의 제조방법을 제공한다.

상기 자가치유 고분자는 응력완화 특성이 우수하여 말초신경에 적용하였을 때, 신경 압박이 거의 없으며, 함께 적용되는 하이드로겔은 기계적 모듈러스가 말초신경의 모듈러스와 유사하여 전단력(shear force) 및 압박이 최소가 될 수 있다.

도 1은 본 발명에서 하이드로겔 패치 및 자가치유 고분자 필름이 말초신경에 적용되었을 때를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자가치유능을 갖는 신경봉합 패치의 접착력 및 물성을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자가치유능을 갖는 신경봉합 패치를 절단된 신경에 도입하여 신경이 봉합되는 것을 확인한 결과를 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명에서, “포함한다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상 에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하 지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 자가치유능을 가지는 신경봉합 패치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신경외피와 화학적 결합이 가능한 자가치유능을 가지는 신경봉합 패치에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에서,

자가치유 고분자(self-healing polymer) 및 하이드로겔 패치를 포함하며,

상기 하이드로겔 패치는 알지네이트, 폴리아크릴아미드(PAA, poly acrylamide), 폴리에테르이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트(PHEMA), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리(N- 이소프로필아크릴아미드)(PNIPAM), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리락트산(PLA), 폴리 글리콜산(PGA), 폴리카프로락톤 (PCL), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(collagen), 카라기난, 하이드록시알킬셀룰로오스, 알킬셀룰로오스, 실리콘, 고무, 아가, 카르복시비닐 공중합체, 폴리디옥솔란, 폴라아크릴아세테이트, 폴리비닐클로라이드, 피브린(fibrin) 마트리젤(Matrigel), 젤라틴 메타크릴레이트(GelMA), 무수말레인산/비닐에테르, 키토산(Chitosan), 및 보론산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함 하는 것을 특징으로 하는, 자가치유 신경봉합 패치를 제공한다. 상기 자가치유 신경봉합 패치에 대하여, 이하 보다 상세하게 설명한다.

설명에 앞서, 본 발명에서 사용하는 용어들 중 "자가치유 고분자 (self-healing polymer)"란 손상 내지 흠집 부위를 스스로 인식하여 이전 상태로 복구시키는 고분자를 의미할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에서는 자가치유 고분자의 dynamic stress relaxation 특성과 하이드로젤의 낮은 모듈러스의 조합에 의해서 신경 압박에 의한 신경괴사 방지와 신경재생에 용이한 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 자가치유 신경봉합 패치를 말초신경에 도입하는 과정을 나타낸 모식도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자가치유 신경봉합 패치는 자가치유 고분자(self-healing polymer) 및 하이드로겔 패치를 포함한다. 구체적으로, 자가치유 고분자 필름의 일면에 하이드로겔 패치를 포함할 수 있으며, 상기 자가치유 신경봉합 패치가 신경외피에 적용될 때, 하이드로겔 패치가 상기 신경외피에 부착될 수 있다.

특정 양태로서, 상기 하이드로겔 패치는, 상기 하이드로겔 패치는 알지네이트, 폴리아크릴아미드(PAA, poly acrylamide), 폴리에테르이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트(PHEMA), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리(N-이소프로필아크릴아미드)(PNIPAM), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리 카프로락톤 (PCL), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(collagen), 카라기난, 하이드록시알킬셀룰로오스, 알킬셀룰로오스, 실리콘, 고무, 아가, 카르복시비닐 공중 합체, 폴리디옥솔란, 폴라아크릴아세테이트, 폴리비닐클로라이드, 피브린(fibrin), 마트리젤(Matrigel), 젤라틴 메타크릴레이트(GelMA), 무수말레인산/비닐에테르, 키토산(Chitosan), 및 보론산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 하이드로겔 패치는 알지네이트 및 보론산을 포함하는 것으로, 보론산이 알지네이트에 접합된 컨쥬게이트 고분자를 포함할 수 있다.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로겔 패치는, 신경 성장 인자(NGF, neurotrophic factor)를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 신경 성장인자는 신경 봉합시 신경재생에 용이할 수 있다.

상기 하이드로겔 패치는 겔 형성제 및 가교화제를 조합하여 제조된 것으로, 패치 형태를 갖는 경피흡수제제를 설계함으로써, 종래의 피부자극의 문제, 잔류 용매 및/또는 미반응의 단량체로 인한 독성문제, 장시간 동안의 가교화 문제를 근본적으로 해결할 수 있다.

나아가, 자가치유 고분자는 polydimethylsiloxane(PDMS) polyethyleneoxide (PEO), Perfluoropolyether(PFPE), polybutylene(PB), poly(ethylene-co-1-butylene), poly(butadiene), hydrogenated poly(butadiene), polybutylene 및 poly(ethylene oxide)-poly(propylene oxide) 블록 공중합체 또는 랜덤 공중합체, 및 poly(hydroxyalkanoate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자 골격과, 4,4′ (phenylurea) (MPU)를 포함하는 제1모이어티 및 isophorone bisurea(IU) 를 포함하는 제2모이어티를 포함할 수 있으며, 상기 자가치유 고분자는, 1 내지 3000 kPa 의 영률(Young's modulus)을 나타내며, 1200% 내지 3000% 의 신장률을 나타낼 수 있다. 본 발명의 자가치유 고분자는 상기와 같은 영률 및 신장률을 가짐으로써, 말초신경의 모듈러스와 유사한 모듈러스를 가지게 되며, 이를 통해 손상된 신경에 감싸 접촉시킬 때, 전단력(shear force) 및 압박이 최소가 될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 자가치유 고분자는 하기 화학식 1을 나타내는 PDMS-MPU_x-IU_1-x 고분자일 수 있다. 한편, x는 0.3 내지 0.6 의 범위일 수 있다.

[화학식 1]

나아가, 상기 자가치유 고분자로 생성된 고분자 필름에 알지네이트-보론산 컨쥬게이트 고분자가 도포되어, 자가치유 신경봉합 패치가 제조되는 것이다. 상기 알지네이트 전체 고분자 사슬의 10%가 보론산으로 치환될 수 있고, 이를 통해 접착성을 가져 신경에 용이하게 부착될 수 있는 것이다.

상기 신경봉합 패치는 상술한 바와 같이, 자가치유 고분자 (Self-healing polymer) 및 접착성 고분자 필름을 포함하고, 접착성 고분자 필름은 알지네이트와 같은 다당류 물질을 포함한다.

이와 같이 상기 다당류 물질이 자가치유 고분자에 얇게 코팅된 패치를 신경 부분에 적용할 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 패치는 절단된 신경을 용이하게 봉합할 수 있다.

또한, 상기 신경봉합 패치는 알지네이트-보론산 컨쥬게이트 고분자에 신경 성장인자(NGF)를 추가로 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 기존의 신경도관이 말초신경의 모듈러스와 상이한 모듈러스를 가짐으로써 신경압박을 발생시킴과 달리, stress relaxation 특성이 우수한 자가치유 고분자를 포함하는 패치를 이용함으로써 신경 압박을 완화하고, 상기 자가치유 고분자에 10~99 kPa의 기계적 모듈러스를 갖는 하이드로젤을 접목함으로써 말초신경 모듈러스와 유사한 신경 봉합 패치 키트를 제 공함으로서 신경압박을 제거할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 신경봉합용 키트를 이용하여 신경 접합 방법을 제공할 수 있으며, 상기 신경 접합 수술 방법은 하기 단계를 포함할 수 있다:

(1) 절단된 신경의 양 절단부를 상기 자가치유 신경봉합 패치로 감싸 접촉시키는 단계;

(2) 상기 접촉 후, 방치하는 단계; 및

(3) 상기 신경봉합 패치를 제거하는 단계.

아울러, 본 발명은 자가치유 고분자를 기판 위에 도포한 후 건조하여 자가치유 고분자 필름을 제조하는 단계(S1);

상기 필름의 표면에 플라즈마 처리하는 단계(S2); 및

상기 플라즈마 처리된 필름의 표면에 하이드로겔을 적층하는 단계(S3)를 포함하는, 자가치유 신경봉합 패치의 제조방법을 제공할 수 있다.

상기 플라즈마 처리는 산소플라즈마 처리로서, 자가치유 고분자의 표면을 친수성 개질함으로써, 하이드로겔이 용이하게 적층될 수 있도록 하는 것이다.

이하, 하기 실시예를 통하여 본 발명에 대해 설명하고자 한다. 다만, 실시예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위를 하기 실시예로 한정하는 것은 아니다.

<실시예>

실시예 1. 자가치유능을 가지는 신경봉합 패치의 제조

1-1. 고분자 필름의 제조

하기 화학식 1의 PDMS-MPU_x-IU_1-x의 고분자를 이용하여 자가치유 고분자 필름을 제조하였다.

[화학식 1]

PDMS-MPU_0.4-IU_0.6 필름을 제조하였다. 구체적으로, CHCl₃에 PDMS-MPU_0.4-IU_0.6 4 g을 50 ℃에서 3시간 동안 교반한 후 실온에서 냉각시켰다. 그리고, 상기 용액을 OTS 처리된 규소 기판 위에(예를 들면 4인치) 붓고, 실온에서 6시간 건조시킨 다음 약 80℃에서 감압(약 100 torr)하에 3시간 동안 건조시켰다.

이에 따라 자가치유 고분자 필름을 제조하였다. 상기 고분자 필름은 두께 0.5 mm 였다. 그리고, 상기 필름을 1 cm×1 cm 크기로 절단하였다.

제조한 자가치유 고분자 필름 표면에 산소플라즈마 처리를 하여 자가치유 고분자 필름 표면을 친수성으로 개질하였다. 그리고, 상기 자가치유 고분자 필름 표면에 적층하기 위한 점착성 고분자를 합성하였다.

1-2. 알지네이트-보론산 제조방법

알지네이트 고분자 1g을 250 mL의 0.1M MES 버퍼 (pH 4.5)에 녹였다. 1-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide hydrochloride 700 mg, N-hydroxysuccinimide 100 mg을 10 mL의 3차 증류수에 녹여 알지네이트 용액에 첨가하였다. 이 후 3-Aminophenylboronic acid hydrochloride (300 mg) 를 10 mL의 3차 증류수에 녹여 위 용액에 첨가하였다. 12시간 반응 후, 3일간의 투석과정을 거쳤고, 동결건조를 통해 건조된 고분자를 수득하였다. 아울러, 상기 용액에 신경 성장인자를 첨가하여 혼합하였다.

1-3. 신경봉합 패치의 제조

상기에서 제조한 자가치유 고분자 필름에 동일한 방법으로 알지네이트-보론산 컨쥬게이트를 얇게 코팅하였다.

실시예 2. 신경봉합 패치의 접착력 및 물성

2-1. 신경봉합 패치의 접착력 측정

신경의 경우 신축성과 탄력이 강하여 신체적 활동을 통한 응력이 생김으로 수술 부위에 부담된 힘을 분산시켜주는 모듈러스가 요구된다. 본 신경봉합패치의 자가치유 고분자의 경우 신경 조직과 비슷한 유연한 성질로 인해 조직과 부착된 부분에 가해진 응력을 분산시켜 접착력 향상 효과를 나타낼 수 있다. 해당 내용을 입증하기 위해 만능재료시험기(universal test machine)를 통해 자가치유 고분자 기반 신경봉합 패치와 일반 실리콘(PDMS) 기반 봉합 패치를 실시예 1과 동일하게 만들고 가로 0.5 cm, 세로 1 cm 크기로 준비하였다. 해당 필름의 접착고분자가 없는 뒷면과 조직에 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름(backing film)을 붙인 뒤, 조직과 접착 패치를 붙이고 10 N 로드셀을 사용하여 위로 분당 20 mm 속도로 샘플을 늘려서 측정하였다. 모든 실험은 3번이상 측정되었으며, 실리콘 기반 봉합 패치보다 자가치유 고분자를 활용한 봉합 패치가 도 2 (a)에서 나타낸 것과 같이 접착력을 10배 이상 향상시켰다.

2-2. 신경봉합 패치의 물성 측정

본 신경봉합 패치는 신경 주변을 감싸 신경의 재생을 돕는 형태이다. 따라서 신경이 수축 및 인장에서 발생되는 패치의 신축성이 요구되며 추가로 압박으로 인하여 신경재생에 악영향을 주어선 안된다. 기존의 PDMS와 같은 고분자는 이러한 특성으로 인하여 신경의 손상 유발 가능성이 있지만, 본 패치에 사용되는 자가치유고분자는 시간이 지남에 따라 이러한 압박이 극적으로 감소된다. 해당 물성을 측정하기 위해 만능재료시험기(Universal test machine)에 본 패치의 고분자인 자가치유 고분자를 가로 5 mm, 세로 10 mm로 설치하고 20 mm/min의 속도로 인장하였다. 고분자가 늘어남에 따라 장비에 가해지는 힘이 증가하고, 그 힘이 0.3 N이 되었을 때 고분자의 인장을 멈춘 뒤 시간에 따른 고분자의 응력을 분석하였다. 도 2b에 나타낸 것과 같이, 고분자의 응력이 7 kPa로 나타남을 확인하였다.

시간에 따른 응력을 초기 고분자에 가해진 응력(0.3N)으로 나누어 시간에 따른 고분자의 응력완화 효과를 확인하였다. 도 2(c)에 나타낸 것과 같이 초기 고분자에 가해지는 힘이 1분 이내에 초기대비 절반으로 줄어들었고, 이후에도 지속적으로 감소함을 확인하였다. 이러한 특성은 신경에 적용 시 신경의 압박을 최소화하여 신경의 괴사를 막고 재생을 돕는다.

<실험예>

실험예 1. 동물 준비 및 신경봉합 패치의 이식

모든 동물 실험은 한국 과학 기술 연구원 기관 동물 보호 및 이용위원회 (승인 번호 2018-067)의 규정에 따라 수행되고 처리되었다. 실험 절차는 실험실 동물의 관리 및 사용 안내서에 따라 수행되었다. 신경봉합 패치의 이식을 위해, Zoletil 및 Xylize 칵테일 (3 : 1 mg / kg)을 복강 내 주사로 사용하여 Sprague- Dawley 쥐 (수컷, 300g)를 마취시켰다. 깊은 수준의 마취가 이루어진 후에, 피부 절개가 뒷발 근육의 노출을 위해 발의 등면으로 확장되었다. 대퇴-이두근과 반건양 근 근육을 확인하고 좌골 신경을 근육으로부터 노출시킨 후 신경을 절단하였다(도 3(a)).

도 3(b) 및 3(c)에 나타낸 것과 같이, 실시 예 1에서 제조한 신경봉합 패치를 절단된 양쪽 신경을 필름 중간에 놓은 후 패치를 감아 수술하였다. 이때 소요된 시간을 비교하면, 도 3(f)에 나타낸 것과 같이, 70초 정도로 기존 봉합사를 활용한 수술 시간 대비 10배 이상 절약할 수 있었다.

도 3(d) 및 3(e)에 나타낸 것과 같이, 신경 수술 10일 후 패치를 열어본 결과 신경 주변에 섬유화가 진행되지 않았으며 절단된 신경이 회복된 것을 관찰할 수 있었다. 수술 후 회복된 정도를 파악을 위해 좌골신경 기능지수(sciatic functional index, SFI) 평가 방법과 수초의 두께(g-ratio, axon diameter/total fiber diameter, 정상 범위: 0.6-0.8) 측정방법을 사용하였다.

도 3(g)는 좌골신경 지수를 측정하기 위한 실험 디자인을 나타낸 것이다. 쥐의 앞뒤 발에 검은색 잉크를 염색 후 검은색 상자 안으로 유인하고 이때 찍힌 발자국을 바탕으로 좌골신경 지수 수치를 측정한다. 좌골신경 지수의 경우 전체 발바닥 길이(PL), 첫 번째 발가락에서 다섯 번째 발가락 사이의 거리 (TS), 두 번째와 네 번째 발가락과 중간 발가락 사이의 거리(IT)를 공식에 대입하여 구할 수 있으며, 신경 기능성이 없는 -100부터 정상 기능성을 가진 0까지 표현한다. 도 3(h)에 나타낸 것과 같이 봉합사 대비 신경 봉합 패치가 신경의 기능성 회복이 더 향상된 것을 확인하였다. 또한, 신경 회복 시 내부 Axon의 직경 대비 전체 외경의 비율을 수초의 두께 (G-ratio)를 통해 구함으로 신경 전도도에 따른 회복률을 측정할 수 있다. 도 3(i)에 나타낸 것과 같이 정상 범위는 0.6-0.8 정도로 12주 후 봉합사와 동일한 회복률을 관찰하였다.

상기 결과를 통해, 본 발명의 신경봉합 패치에는 절단된 신경의 회복 효과가 우수하다는 것이 확인되었다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims

자가치유 고분자(self-healing polymer) 및 하이드로겔 패치를 포함하며,
상기 하이드로겔 패치는 알지네이트, 폴리아크릴아미드, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트, 폴리비닐알코올, 폴리(N-이소프로필아크릴아미드), 폴리비닐피롤리돈, 폴리락트산, 폴리 글리콜산, 폴리카프로락톤, 젤라틴, 콜라겐, 카라기난, 하이드록시알킬셀룰로오스, 알킬셀룰로오스, 실리콘, 고무, 아가, 카르복시비닐 공중합체, 폴리디옥솔란, 폴라아크릴아세테이트, 폴리비닐클로라이드, 피브린, 마트리젤, 젤라틴 메타크릴레이트, 무수말레인산/비닐에테르, 키토산, 및 보론산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함 하는 것을 특징으로 하는, 자가치유 신경봉합 패치.
제1항에 있어서,
상기 하이드로겔 패치는 알지네이트 및 보론산을 포함하는 것을 특징으로 하는, 자가치유 신경봉합 패치.
제2항에 있어서,
상기 하이드로겔 패치는 보론산이 알지네이트에 접합된 컨쥬게이트 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자가치유 신경봉합 패치.
제1항에 있어서,
상기 하이드로겔 패치는 신경 성장인자를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 자가치유 신경봉합 패치.
제1항에 있어서,
상기 자가치유 고분자는,
폴리메틸실록산, 폴리에틸렌옥사이드, 퍼플루오로폴리에테르, 폴리부틸렌, 폴리(에틸렌-코-1-부틸렌), 폴리(부타디엔), 하이드로제네이티드 폴리(부타디엔), 폴리부틸렌 및 폴리(에틸렌 옥사이드)-폴리(프로필렌 옥사이드) 블록 공중합체 또는 랜덤 공중합체, 및 폴리(하이드록시알카노에이트) 로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자 골격과, 4,4'-메틸렌비스(페닐우레아)를 포함하는 제1모이어티 및
아이소포론 비스우레아를 포함하는 제2모이어티를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자가치유 신경봉합 패치.
제5항에 있어서,
상기 자가치유 고분자는 1 내지 3000 kPa 의 영률(Young's modulus)을 나타내며, 1200% 내지 3000% 의 신장률을 나타내는 것을 특징으로 하는 자가치유 신경봉합 패치.
자가치유 고분자를 기판 위에 도포한 후 건조하여 자가치유 고분자 필름을 제조하는 단계(S1);
상기 필름의 표면에 플라즈마 처리하는 단계(S2); 및
상기 플라즈마 처리된 필름의 표면에 하이드로겔을 적층하는 단계(S3)를 포함하는, 자가치유 신경봉합 패치의 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 하이드로겔은 알지네이트, 폴리아크릴아미드, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트, 폴리비닐알코올, 폴리(N-이소프로필아크릴아미드), 폴리비닐피롤리돈, 폴리락트산, 폴리 글리콜산, 폴리카프로락톤, 젤라틴, 콜라겐, 카라기난, 하이드록시알킬셀룰로오스, 알킬셀룰로오스, 실리콘, 고무, 아가, 카르복시비닐 공중합체, 폴리디옥솔란, 폴라아크릴아세테이트, 폴리비닐클로라이드, 피브린, 마트리젤, 젤라틴 메타크릴레이트, 무수말레인산/비닐에테르, 키토산 및 보론산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함 하는 것을 특징으로 하는, 자가치유 신경봉합 패치의 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 하이드로겔 패치는 보론산이 알지네이트에 접합된 컨쥬게이트 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자가치유 신경봉합 패치의 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 제조방법은, 하이드로겔은 신경 성장인자를 더 포함하는 것인, 자가치유 신경봉합 패치의 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 자가치유 고분자는,
폴리메틸실록산, 폴리에틸렌옥사이드, 퍼플루오로폴리에테르, 폴리부틸렌, 폴리(에틸렌-코-1-부틸렌), 폴리(부타디엔), 하이드로제네이티드 폴리(부타디엔), 폴리부틸렌 및 폴리(에틸렌 옥사이드)-폴리(프로필렌 옥사이드) 블록 공중합체 또는 랜덤 공중합체, 및 폴리(하이드록시알카노에이트) 로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자 골격과, 4,4'-메틸렌비스(페닐우레아)를 포함하는 제1모이어티 및
아이소포론 비스우레아를 포함하는 제2모이어티를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자가치유 신경봉합 패치의 제조방법.