KR20210106349A - Bone graft composition comprising cancellous bone grafts as an active ingredient - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a bone graft material composition having excellent bone differentiation promoting activity by utilizing bio-silica bone fragments obtained from sponges, and thus, can provide a bone graft material having an excellent effect not only on bone support but also on bone regeneration.

Description

해면 골편을 유효성분으로 포함하는 골 이식재 조성물{Bone graft composition comprising cancellous bone grafts as an active ingredient}Bone graft composition comprising cancellous bone grafts as an active ingredient

본 발명은 해면동물의 골편을 유효성분으로 포함하는 골 이식재 조성물 등에 관한 것이다. The present invention relates to a bone graft material composition comprising a spongy bone fragment as an active ingredient.

해면(海綿; Porifera)은 후생동물(後生動物) 중 가장 하등한 동물문에 속하며, 갯솜동물이라고도 하고, 원생동물에서 후생동물로 진화하는 과정 중 옆길로 발달한 동물이라고 생각하여 측생동물(側生動物)이라고도 한다. 이러한 해면은 수심 10 내지 9,000미터의 깊은 바다 속까지 분포해 있으며, 멍게류, 패류 등의 갑각 위에 붙어 있기도 하고 진흙바닥에 꼿꼿이 서 있는 종류도 있다. 또한 해면동물은 움직임 없이 바위나 바닥에 붙은 채로 생활하기 때문에 얼핏 보면 식물로 생각하기 쉽지만 소공과 대공을 통해 먹이를 섭취한다. Sponges (Porifera) belong to the lowest phylum among metazoans, and are also called sponge animals. ) is also called These sponges are distributed to the depths of the sea at a depth of 10 to 9,000 meters, and are attached to the shells of sea squirts and shellfish, and there are types that stand upright on the muddy bottom. Also, since sponges live on rocks or the ground without movement, it is easy to think of them as plants at first glance, but they consume food through small and large pores.

해면동물은 골편의 특징에 다라 석회해면강·육방해면강·보통해면강·동골해면강의 4강으로 나눈다. 석회해면류는 적회성 골편을 가지며, 얕은 바다에 산다. 전 세계에 약 500종 이상이 발견되었으며 한국에서는 현재 9종 정도가 밝혀져 있다. 싸리버섯해면·우테나팔해면·흰나팔해면·오목해면 등을 포함하고 있다. 보통해면류는 규질의 골편을 가지고 있으나 없는 종류도 있으며, 대부분 얕은 바다나 호수에서 산다. 해면동물 중 가장 많은 종을 포함하고 있는데, 한국에서는 약 114종 정도가 알려져 있다. 목욕해면·보라해면·민물해면·화산해면·꼭지해면·그물눈해면·해로동굴해면 등이 이에 속한다. 육방해면류는 골편은 규질이며 3축이 기본형이나, 1축에서 6축에 이르기까지 여러 종류가 있다. 특히 골편에는 육방성체나 양반체라는 작은 골편이 붙어 있어, 둘 중 어느 것이 있는가에 따라 다시 육방성 아강과 양반 아강으로 분류하고 있다. 모두 깊은 바다에 살고 있으며, 한국에는 2종만이 알려져 있다. 바다수세미·상모끝 등이 이에 속한다. 동골해면목은 2개의 과로 구성되어 있다. 골편의 크기는 10 μm내외로 현미경을 통하여 관찰될 수 있다. 해면동물의 섬유성 골격은 모세관 현상에 따른 흡수 능력을 가지고 있어 목욕용, 의료용, 미술용, 화장용, 석판 인쇄용, 기계청소용으로 사용되기도 한다. 다른 한편으로 몇몇 해면은 요오드, 브롬 및 알루미늄과 같은 원소와 신진대사를 촉진시킬 수 있는 인산염을 포함하고 있는 것으로 알려져 있다.Sponges are divided into four rivers: Lime spongy river, Hexagon spongy river, Normal spongy river, and Donggol spongy river according to the characteristics of bone fragments. Lime sponges have red ash ossicles and live in shallow waters. More than 500 species have been discovered around the world, and about 9 species have been identified in Korea. It includes shiitake mushroom sponges, Utenpal sponges, white bugle sponges, and concave sponges. Common sponges have siliceous skeletal fragments, but some types do not, and most of them live in shallow seas or lakes. It contains the most species of sponges, and about 114 species are known in Korea. These include Bath sponges, Bora sponges, freshwater sponges, volcanic sponges, Tapjip sponges, Metnun sponges, and Haero cave sponges. Hexagonal Sponges have siliceous bone fragments and three axes are the basic type, but there are several types ranging from one axis to six axes. In particular, small bone fragments called hexagonal bodies or yangban bodies are attached to bone fragments, and they are further classified into hexagonal subclasses and yangban subclasses depending on which of them is present. All live in the deep sea, and only two species are known from Korea. These include the sea sponge and the tip of the top hair. Donggol spongy neck is composed of two families. The size of the bone fragments is about 10 μm and can be observed through a microscope. The fibrous skeleton of sponges has the ability to absorb due to capillary action, so it is also used for bathing, medical, art, makeup, lithography, and machine cleaning. On the other hand, some sponges are known to contain elements such as iodine, bromine and aluminium, as well as phosphates that can promote metabolism.

해면동물은 불순물이 제거되고 건조되어 분말 형태로 만들어지거나 또는 해면 골편에 유효성분을 흡수시키는 형태로 치료제의 제조를 위하여 사용될 수 있다. 해면동물 또는 해면 골편이 특정 질병의 치료 (피부)를 위하여 적용되는 기술은 개시되어 있지만, 국내에 해면동물의 실리카 골편을 함유한 골 재생 및 지지체로서의 치료 조성물 또는 이의 제조 기술은 아직 개시되어 있지 아니하다.The sponge animal may be used for the manufacture of a therapeutic agent in a form in which impurities are removed and dried to be made into a powder or to absorb an active ingredient in a spongy bone fragment. Although the technology in which sponges or spongy bone fragments are applied for the treatment (skin) of a specific disease has been disclosed, a therapeutic composition containing silica bone fragments of sponges and a support for bone regeneration and manufacturing thereof in Korea has not yet been disclosed. do.

KR 10-1762594KR 10-1762594

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 해면 골편을 이용하여 골 재생 및 지지를 위한 골 이식재를 제공하고, 골 이식재 제조를 위한 해면 골편 수득방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a bone graft material for bone regeneration and support using cancellous bone fragments, and to provide a method for obtaining a cancellous bone fragment for manufacturing a bone graft material.

그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 해면 골편을 유효성분으로 포함하는 골 이식재 조성물을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a bone graft composition comprising cancellous bone fragments as an active ingredient.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 조성물은 인산 칼슘 화합물을 추가로 포함할 수 있으며, 상기 인산 칼슘 화합물은 하이드록시 아파타이트, 트리칼슘 포스페이트(TCP), 모노칼슘 포스페 이트, 테트라칼슘 포스페이트, 디칼슘 포스페이트 또는 이의 조합일 수 있고, 바람직하게는 트리 칼슘 포스페이트일 수 있고, 더욱 바람직하게는 베타 트리 칼슘 포스페이트일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the composition may further include a calcium phosphate compound, wherein the calcium phosphate compound is hydroxyapatite, tricalcium phosphate (TCP), monocalcium phosphate, tetracalcium phosphate, dicalcium. It may be phosphate or a combination thereof, preferably tricalcium phosphate, and more preferably beta tricalcium phosphate.

본 발명의 다른 구현예로서, 상기 조성물은 콜라겐을 추가로 포함하여 해면 골편과 인산 칼슘 화합물의 균질한 혼합을 유도할 수 있으며 골 분화를 보다 촉진시킬 수 있다.In another embodiment of the present invention, the composition may further include collagen to induce homogeneous mixing of the spongy bone fragments and the calcium phosphate compound, and may further promote bone differentiation.

본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 해면은 아젤라스 종(Agelas sp.), 얼키니아 종(Ircinia sp.), 및 스틸리사 종(Stylissa sp.)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.As another embodiment of the present invention, the sponge may be at least one selected from the group consisting of Agelas sp., Ircinia sp., and Stylissa sp. .

본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 조성물은 해면 골편 1 중량부 기준으로 인산 칼슘 화합물을 1. 3 내지 7 중량부 포함하는 것일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 해면 골편 1 중량부를 기준으로 인산 칼슘 화합물 7 중량부를 포함하는 것일 수 있다. As another embodiment of the present invention, the composition may contain 1.3 to 7 parts by weight of the calcium phosphate compound based on 1 part by weight of the spongy bone fragment, and more preferably, the calcium phosphate compound based on 1 part by weight of the spongy bone fragment. It may include 7 parts by weight.

본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 조성물은 해면 골편을 10 중량%, 인산 칼슘 화합물을 70 중량%, 및 콜라겐을 20 중량% 포함할 수 있다.As another embodiment of the present invention, the composition may contain 10% by weight of spongy bone fragments, 70% by weight of a calcium phosphate compound, and 20% by weight of collagen.

또한, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 골 이식재 제조방법을 제공한다:In addition, the present invention provides a method for producing a bone graft material comprising the steps of:

해면동물을 메탄올(Methanol) 및 디클로로메탄(Dichloromethane) 용액에 침지시켜 유기물 및 불순물을 제거하는 단계; removing organic matter and impurities by immersing the sponges in methanol and dichloromethane solution;

상기 해면동물을 5~10 시간 동안 600~800?로 가열하여 정제된 해면 골편을 수득하는 단계;heating the sponge to 600 to 800°C for 5 to 10 hours to obtain purified spongy bone fragments;

상기 수득된 해면 골편을 증류수로 세척하고 동결 건조하는 단계;washing the obtained spongy bone fragments with distilled water and freeze-drying;

상기 건조된 해면 골편을 메쉬망에 1~3회 통과시켜 골편의 크기를 조절하는 단계;passing the dried spongy bone fragments through a mesh network 1 to 3 times to control the size of the bone fragments;

상기 해면 골편을 콜라겐 및 0.2M 아세트산과 혼합하여 혼합물 1을 제조하는 단계;mixing the spongy bone fragments with collagen and 0.2M acetic acid to prepare a mixture 1;

상기 혼합물 1에 트리칼슘 포스페이트(TCP)을 혼합하여 혼합물 2를 제조하는 단계; 및preparing a mixture 2 by mixing tricalcium phosphate (TCP) with the mixture 1; and

상기 혼합물 2를 몰드에 부어 성형하는 단계. Molding the mixture 2 by pouring it into a mold.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 골 이식재는 골 재생 및 지지용일 수 있으며, 상기 트리칼슘 포스페이트는 해면 골편 1 중량부 기준으로 7중량부 혼합하는 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the bone graft material may be used for bone regeneration and support, and the tricalcium phosphate may be mixed in 7 parts by weight based on 1 part by weight of the spongy bone fragments.

또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 골 이식재를 제공한다. In addition, the present invention provides a bone graft material prepared by the above method.

본 발명은 해면동물로부터 얻은 바이오 실리카 골편을 활용하여 골 분화 촉진 활성이 우수한 골 이식재 조성물을 제공하는 바, 골 지지 뿐만 아니라 골 재생에도 우수한 효과가 있는 골 이식재를 제공할 수 있다. The present invention provides a bone graft material having excellent bone differentiation promoting activity by utilizing bio-silica bone fragments obtained from a sponge, and thus it is possible to provide a bone graft material having excellent effects not only on bone support but also on bone regeneration.

도 1은 유기물이 제거된 후 건조된 4종의 해면 파편 이미지, 이들의 소결 후 이미지, 및 주사 전자 현미경(SEM)으로 관찰한 이미지이다.
도 2는 성분과 그 성분비율을 달리한 골 이식재의 표면을 주사 전자 현미경으로관찰한 이미지이다. 각 이식재의 성분과 그 비율은 아래와 같다:
A: β-TCP 50mg 과 collagen 50 mg으로 제조한 골이식재,
B: 해면 001 50mg과 collagen 50mg으로 제조한 골이식재,
C: 해면 003 80mg과 collagen 20mg으로 제조한 골이식재
도 3A는 각 제조 골이식재에 세포를 접종하여 7일 후 세포 생존력을 MTS 분석으로 분석한 결과이며, 도 3B는 7일 후 alkaline phosphatase 활성 분석 결과이다.
도 4는 각 제조 골이식재에 골분화 촉진 정도를 확인할 수 있는 골분화 인자인 alkaline phosphatase (ALP), Type I collagenase (Col1), bone sialoprotein (BSP), osteocalcin (OCN)의 발현을 비교 분석한 결과이다.
1 is an image of four types of spongy debris dried after organic matter has been removed, an image after their sintering, and an image observed with a scanning electron microscope (SEM).
2 is an image of the surface of a bone graft material having different components and different component ratios observed with a scanning electron microscope. The components of each graft and their proportions are as follows:
A: Bone graft material prepared with 50 mg of β-TCP and 50 mg of collagen,
B: Bone graft material prepared with 50 mg of sponge 001 and 50 mg of collagen,
C: Bone graft material prepared with 80 mg of sponge 003 and 20 mg of collagen
FIG. 3A shows the results of cell viability analysis by MTS analysis 7 days after inoculation of cells into each prepared bone graft material, and FIG. 3B shows the results of alkaline phosphatase activity analysis 7 days later.
4 is a result of comparative analysis of the expression of alkaline phosphatase (ALP), Type I collagenase (Col1), bone sialoprotein (BSP), and osteocalcin (OCN), which are bone differentiation factors that can confirm the degree of promoting bone differentiation in each prepared bone graft material. am.

본 발명자들은 골 지지체로 이식되어 우수한 세포 부착능과 골세포 분화를 촉진시키는 재료에 대해 예의 연구하여 본 발명을 완성하였다. The present inventors have completed the present invention by intensively researching a material that is implanted into a bone scaffold and promotes excellent cell adhesion and osteocytic differentiation.

본 발명에서 해면은 해면동물문의 무척추동물 종에서 유래한 것으로, 해면동물이라고도 한다. 약 5,000종의 생존하고 있는 해면종이 해면동물문으로 분류되며, 이것은 3개의 상이한 군, 즉, 육방해면강(Hexactinellida)(유리 해면), 보통해면강(Demospongia) 및 석회해면강(Calcarea)(석회질 해면)으로 구성된다. 해면은 골편으로 알려진 침상 구조체로 구성되는 경질의 골격에 의해 지지되는 젤리형의 단백질 매트릭스에 현탁된 연질의 조직으로 구성되며, 탄산칼슘, 또는 실리카 및 콜라겐을 주요 성분으로 포함한다.In the present invention, the sponge is derived from an invertebrate species of the Spongea phylum, and is also referred to as a sponge. About 5,000 surviving sponge species are classified in the phyla Sponga, which are divided into three different groups: Hexactinellida (free sponges), Demospongia and Calcarea (calcarea sponges). ) is composed of Sponge is composed of soft tissue suspended in a jelly-like protein matrix supported by a hard skeleton composed of acicular structures known as skeletal fragments, and contains calcium carbonate, or silica and collagen as major components.

본 발명에서 해면 골편은 하기의 단계 수행하여 수득될 수 있다:In the present invention, cancellous bone fragments can be obtained by performing the following steps:

(1) 해면동물을 메탄올(Methanol) 및 디클로로메탄(Dichloromethane) 용액에 침지시켜 유기물 및 불순물을 제거하는 단계; (1) removing organic matter and impurities by immersing the sponges in methanol and dichloromethane solution;

(2) 상기 해면동물을 5~10 시간 동안 600~800℃로 가열하여 정제된 해면 골편을 수득하는 단계;(2) obtaining purified spongy bone fragments by heating the spongy animal to 600 to 800° C. for 5 to 10 hours;

(3) 상기 수득된 해면 골편을 증류수로 세척하고 동결 건조하는 단계; 및(3) washing the obtained spongy bone fragments with distilled water and freeze-drying; and

(4) 상기 건조된 해면 골편을 메쉬망에 1~3회 통과시켜 골편의 크기를 조절하는 단계.(4) passing the dried spongy bone fragments through a mesh network 1 to 3 times to control the size of the bone fragments.

상기 (2) 단계는 전기로에서 수행되는 것일 수 있으며, 전기로에서 수분율 10% 미만, 바람직하게는 8% 미만의 해면동물을 가열하여 유기물을 제거하는 것일 수 있다. 가열 이후의 (3) 단계 수득된 해면 골편은 고순도의 실리카 함량이 높은 실리카로 이루어진 것일 수 있다. Step (2) may be performed in an electric furnace, and may be to remove organic matter by heating sponges having a moisture content of less than 10%, preferably less than 8%, in an electric furnace. The spongy bone fragments obtained in step (3) after heating may be made of high-purity silica having a high silica content.

발명에서 사용되는 용어 "골 이식재 조성물"은 골 결손부에 이식되어 이를 충진하는 재료, 즉 골 결손부 보충재로서 사용되는 조성물을 의미한다. 구체적으로, 본 발명에서, 골 이식재 조성물은 인산 칼슘 화합물을 기초로 한 합성 골 이식재(Alloplastic, Synthetic bone graft materials) 조성물을 의미한다.The term “bone graft composition” used in the present invention refers to a material that is implanted in a bone defect and fills it, that is, a composition used as a bone defect replacement material. Specifically, in the present invention, the bone graft material composition refers to a synthetic bone graft material (Alloplastic, Synthetic bone graft materials) composition based on a calcium phosphate compound.

본 발명의 골 이식재 조성물은 해면 골편을 유효성분으로 포함하며, 인산 칼슘 화합물 및/또는 골분화 유도(또는 촉진) 인자를 추가로 포함할 수 있다. The bone graft material composition of the present invention includes cancellous bone fragments as an active ingredient, and may further include a calcium phosphate compound and/or a bone differentiation inducing (or promoting) factor.

본 발명에서 해면 골편은 아젤라스 종(Agelas sp.), 얼키니아 종(Ircinia sp.), 및 스틸리사 종(Stylissa sp.)으로부터 획득되는 것일 수 있으나, 상기 해면동물에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the spongy bone fragments may be obtained from Agelas sp., Ircinia sp., and Stylissa sp., but is not limited to the above sponges.

본 발명에서 인산 칼슘 화합물은 인산과 칼슘을 포함하는 천연 골 유사 성분으로 골이 전도되어 자랄 수 있도록 유도한다. 본 발명의 구체적인 실험에서는 인산 칼슘은 β-트리칼슘 포스페이트(β-TCP, Ca3(PO4)2)를 이용하였으나, 이에 제한되지 아니하고, 파타이트, 트리칼슘 포스페이트(TCP), 모노칼슘 포스페이트, 테트라칼슘 포스페이트, 디칼슘 포스페이트 등이 이용될 수 있다. In the present invention, the calcium phosphate compound is a natural bone-like component including phosphoric acid and calcium to induce bone conduction and growth. In a specific experiment of the present invention, calcium phosphate was used as β-tricalcium phosphate (β-TCP, Ca 3 (PO 4 ) 2 ), but is not limited thereto, but is not limited thereto. Tetracalcium phosphate, dicalcium phosphate, and the like can be used.

한편, 본 발명은 구체적인 실험을 통해 해면 골편과 β-TCP의 혼합비를 달리하여 골 이식재를 제조하고 골 세포의 부착능 및 분화 정도를 확인한 결과, 골 이식재 조성물에 포함된 해면 골편의 함량과 β-TCP의 혼합비가 중요함을 확인하였다.On the other hand, the present invention prepared a bone graft material by varying the mixing ratio of cancellous bone fragment and β-TCP through a specific experiment and confirmed the adhesion ability and differentiation level of bone cells. It was confirmed that the mixing ratio of TCP is important.

본 발명의 골 이식재 조성물은 해면 골편 1 중량부 기준으로 인산 칼슘 화합물1.3 내지 7 중량부 포함할 수 있으며, 바람직하게는 인산칼슘 화합물 7 중량부 포함할 수 있다.The bone graft material composition of the present invention may contain 1.3 to 7 parts by weight of the calcium phosphate compound, preferably 7 parts by weight of the calcium phosphate compound, based on 1 part by weight of the spongy bone fragments.

또한, 본 발명은 상기 조성물을 이용하여 골 이식재 제조방법을 제공하며, 그 방법은 하기의 단계를 포함한다:In addition, the present invention provides a method for preparing a bone graft material using the composition, the method comprising the following steps:

해면동물을 메탄올(Methanol) 및 디클로로메탄(Dichloromethane) 용액에 침지시켜 유기물 및 불순물을 제거하는 단계; removing organic matter and impurities by immersing the sponges in methanol and dichloromethane solution;

상기 해면동물을 5~10 시간 동안 600~800℃로 가열하여 정제된 해면 골편을 수득하는 단계;heating the sponge to 600 to 800° C. for 5 to 10 hours to obtain purified spongy bone fragments;

상기 수득된 해면 골편을 증류수로 세척하고 동결 건조하는 단계;washing the obtained spongy bone fragments with distilled water and freeze-drying;

상기 건조된 해면 골편을 메쉬망에 1~3회 통과시켜 골편의 크기를 조절하는 단계;passing the dried spongy bone fragments through a mesh network 1 to 3 times to control the size of the bone fragments;

상기 해면 골편을 콜라겐 및 0.2M 아세트산과 혼합하여 혼합물 1을 제조하는 단계;mixing the spongy bone fragments with collagen and 0.2M acetic acid to prepare a mixture 1;

상기 혼합물 1에 트리칼슘 포스페이트(TCP)을 혼합하여 혼합물 2를 제조하는 단계; 및preparing a mixture 2 by mixing tricalcium phosphate (TCP) with the mixture 1; and

상기 혼합물 2를 몰드에 부어 성형하는 단계.Molding the mixture 2 by pouring it into a mold.

본 발명의 방법에 의해 제공되는 골 이식재는 세포 부착 및 골 분화 유도 활성이 뛰어난 바, 골 재생 및 지지용 이식재로 제공될 수 있다.Since the bone graft material provided by the method of the present invention has excellent cell adhesion and bone differentiation inducing activity, it may be provided as a bone graft material for bone regeneration and support.

또한, 본 발명은 해면골편 및 인산 칼슘 화합물을 포함하는 골 이식재 제조 키트를 제공하며, 상기 키트는 콜라겐을 추가로 포함할 수 있다. In addition, the present invention provides a bone graft material manufacturing kit comprising cancellous bone fragments and a calcium phosphate compound, and the kit may further include collagen.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하 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 변환, 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.The present invention can apply various transformations and can have various embodiments. Hereinafter, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

[실시예][Example]

실시예 1. 해면동물로부터 실리카 골편 준비Example 1. Preparation of silica bone fragments from sponges

아젤라스 종(Agelas sp.), 얼키니아 종(Ircinia sp.), 및 스틸리사 종(Stylissa sp.)의 해면동물을 준비하고, 상기 각각의 해면동물을 메탄올(Methanol) 용액과 디클로로메탄(Dichloromethane) 용액에 침지시켜 유기물 및 불순물을 제거하여 해면 골편을 수득하였다. 이어서, 수득한 해면 골편을 700?의 전기로에서 6시간 동안 가열하여, 정제된 순수한 실리카 골편을 수득하였다. 이후 수득한 실리카 골편을 증류수로 세척한 후 동결 건조하고, 메쉬 체거름망을 이용하여 일정한 크기를 가지는 실리카 골편을 얻었다. 각 해면동물에서 정제된 실리카 골편 4종의 성분은 하기 표 1과 같다.Sponges of Agelas sp., Ircinia sp., and Stylissa sp. were prepared, and each of the sponges was treated with a methanol solution and dichloromethane ) was immersed in the solution to remove organic matter and impurities to obtain spongy bone fragments. Then, the obtained spongy bone fragments were heated in an electric furnace at 700° C. for 6 hours to obtain purified pure silica bone fragments. Thereafter, the obtained silica bone fragments were washed with distilled water and then freeze-dried, and silica fragments having a certain size were obtained using a mesh sieve. The components of four types of silica bone fragments purified from each sponge are shown in Table 1 below.

No.No. Bell Si Atomic % Si Atomic % Si Atomic % (Calcinated)Si Atomic % (Calcinated) Ca Atomic % (Calcinated)Ca Atomic % (Calcinated) P Atomic % (Calcinated)P Atomic % (Calcinated) 0101 Agelas sp.Agelas sp. 0.580.58 4.694.69 6.656.65 2.472.47 0202 Ircinia sp.Ircinia sp. 0.260.26 1.241.24 5.375.37 9.069.06 0303 Stylissa sp.Stylissa sp. 1.081.08 28.7728.77 0.770.77 0.340.34 0404 Stylissa sp.Stylissa sp. 0.690.69 12.9912.99 7.547.54 3.383.38

실시예 2. 골 이식재 제조Example 2. Preparation of bone graft material

상기 실시예 1에서 준비한 실리카 골편을 콜라겐(Collagen)과 혼합하여 골 지지체를 제조하였다. 비교를 위해 해면 골편 대신에 베타-트리칼슘 포스페이트(beta-tricalcium phosphate: bTCP)과 콜라겐을 혼합한 matrix로 골 지지체를 제조하였다. 골 지지체 제조를 위한 각 matrix의 성분과 혼합비는 하기 표 2에 나타내었다. A bone scaffold was prepared by mixing the silica bone fragments prepared in Example 1 with collagen. For comparison, instead of spongy bone fragments, a bone scaffold was prepared using a matrix in which beta-tricalcium phosphate (bTCP) and collagen were mixed. The components and mixing ratios of each matrix for preparing the bone scaffold are shown in Table 2 below.

MaterialMaterial Matrix A
(bTCP)
Matrix A
(bTCP)
matrix B
(해면 01)
matrix B
(Sponge 01)
matrix C
(해면 03)
matrix C
(Sponge 03)
SpiculeSpicule -- 50mg50mg 80mg80mg β-TCPβ-TCP 50mg50mg -- -- CollagenCollagen 50mg50mg 50mg50mg 20mg20mg TotalTotal 100mg100mg

보다 구체적으로, 먼저 정제 소결된 해면 골편, 콜라겐, 및 0.2 M 아세트산 (Acetric aicd)를 혼합하여 빠른 속도로 진탕하였다. 상기 혼합물에 베타-트리칼슘 포스페이트를 섞어 몰드 (5mm x 2 mm)에 담아 24시간동안 자연 건조하였다. Matrix A는 beta TCP를 몰드에 넣어 24시간 동안 자연 건조하였다.More specifically, first, purified and sintered spongy bone fragments, collagen, and 0.2 M acetic acid (Acetric aicd) were mixed and shaken at high speed. The mixture was mixed with beta-tricalcium phosphate, put in a mold (5 mm x 2 mm), and dried naturally for 24 hours. Matrix A put beta TCP in a mold and air-dried for 24 hours.

제조한 골 이식재의 SEM 이미지는 도 2에 나타내었다. (도 2A ~ 2C).The SEM image of the prepared bone graft material is shown in FIG. 2 . (Figures 2A-2C).

실시예 3. 골이식재에 골세포의 부착 및 분화 확인Example 3. Confirmation of adhesion and differentiation of osteocytes to bone graft material

상기 실시예 2에서 제작된 골 이식재를 배양배지에 하루 동안 담그고, 새 96 well plate에 옮긴 후 각 well 당 preosteoblast인 MC3T3 E1 세포를 1 ㅧ 105 cells을 접종하였다. 3일 동안 배양배지에서 배양 후 4일 째에 분화배지로 교체하여 4일동안 골 분화를 유도하였다. 배양 배지는 10% Fetal bovine serum (FBS) 과 1% 항생제가 포함된 alpha-MEM 배지이고, 분화배지는 상기 배양배지에 10mM beta-glycerophosphate와 50 M ascorbic acid을 추가로 포함된 alpha-MEM 배지이다. 7일간 배양 후 MTS 분석으로 세포증식를 확인하고 골분화마커인 alkaline phosphatase (ALP) 활성을 측정하였다. 1주일 배양 후 Matrix C로 제작한 골이식재에서 세포 생존력과 ALP 활성이 가장 높게 나타났다 (도 3). The bone graft material prepared in Example 2 was immersed in a culture medium for one day, transferred to a new 96-well plate, and 1 × 10 5 cells of preosteoblast MC3T3 E1 cells were inoculated into each well. After culturing in the culture medium for 3 days, the differentiation medium was replaced on the 4th day to induce bone differentiation for 4 days. The culture medium is an alpha-MEM medium containing 10% Fetal bovine serum (FBS) and 1% antibiotics, and the differentiation medium is an alpha-MEM medium additionally containing 10 mM beta-glycerophosphate and 50 M ascorbic acid in the culture medium. . After 7 days of culture, cell proliferation was confirmed by MTS analysis, and alkaline phosphatase (ALP) activity, a marker of bone differentiation, was measured. After one week of culture, the bone graft material made of Matrix C showed the highest cell viability and ALP activity (FIG. 3).

실시예 4. 해면 04 골편과 베타-트리칼슘 포스페이트 비율에 따른 골분화 인자 발현 Example 4. Spongy 04 bone fragments and beta-bone differentiation factor expression according to the ratio of tricalcium phosphate

해면 골편과 bTCP의 혼합 및 그 혼합비에 따른 골 이식재의 골분화 촉진 정도를 확인하고자 하였다. 골 이식재 제조를 위한 구체적인 성분과 그 혼합비는 하기 표 3에 나타내었다. The purpose of this study was to determine the degree of promotion of bone differentiation of bone graft materials according to the mixing ratio of cancellous bone fragments and bTCP. Specific components for preparing the bone graft material and their mixing ratios are shown in Table 3 below.

MaterialMaterial S4:T4S4:T4 S3:T5S3:T5 S2:T6S2:T6 S1:T7S1:T7 S0:T8S0:T8 SpiculeSpicule 40 mg40 mg 30 mg30 mg 20 mg20 mg 10 mg10 mg -- β-TCPβ-TCP 40 mg40 mg 50 mg50 mg 60 mg60 mg 70 mg70 mg 80 mg80 mg CollagenCollagen 20mg20mg TotalTotal 100mg100mg

먼저 정제 소결된 해면 골편, 콜라겐, 및 0.2 M 아세트산 (Acetric aicd)를 혼합하여 빠른 속도로 진탕하였다. 이어서, 상기 혼합물에 bTCP를 혼합한 기질을 몰드 (5mm x 2 mm)에 담아 24시간동안 자연 건조하여 골 이식재를 제조하였다. 제작된 골이식재를 배양배지에 하루 동안 담그고, 새 96 well plate에 옮긴 후 각 well 당 preosteoblast인 MC3T3 E1 세포 1 ㅧ 105 cells을 접종하였다. 3일 동안 배양배지에서 배양 후 4일 째에 분화배지로 교체하여 4일동안 골 분화를 유도하였다. 배양 배지는 10% Fetal bovine serum (FBS) 과 1% 항생제가 포함된 alpha-MEM 배지이고, 분화배지는 상기 배양배지에 10mM beta-glycerophosphate와 50 M ascorbic acid을 추가로 포함된 alpha-MEM 배지이다. First, purified and sintered spongy bone fragments, collagen, and 0.2 M acetic acid (Acetric aicd) were mixed and shaken at high speed. Then, the substrate mixed with bTCP in the mixture was placed in a mold (5 mm x 2 mm) and dried naturally for 24 hours to prepare a bone graft material. The prepared bone graft material was immersed in culture medium for one day, transferred to a new 96-well plate, and 1 × 10 5 preosteoblast MC3T3 E1 cells were inoculated into each well. After culturing in the culture medium for 3 days, the differentiation medium was replaced on the 4th day to induce bone differentiation for 4 days. The culture medium is an alpha-MEM medium containing 10% Fetal bovine serum (FBS) and 1% antibiotics, and the differentiation medium is an alpha-MEM medium additionally containing 10 mM beta-glycerophosphate and 50 M ascorbic acid in the culture medium. .

7일간 배양 후 각 샘플에서 세포의 골분화 정도를 확인하기 위하여 골분화 마커의 발현 정도를 RT-qPCR을 수행하여 확인하였다. RNA 추출은 ReliaPrep RNA Cell Miniprep 시스템 (Promega)을 이용하였으며, cDNA 합성은 ReverTra Ace RT Master Mix (Toyobo, Japan)를 사용하여 제조업체의 지침에 따라 수행되었다. qPCR은 StepOnePlus real-time PCR system (Applied Biosystems)에서 Maxima SYBR Green/ROX qPCR Master Mix (ThermoFisher Scientific Korea, 서울)를 사용하여 수행하였다. After culturing for 7 days, the expression level of bone differentiation markers in each sample was confirmed by performing RT-qPCR. RNA extraction was performed using a ReliaPrep RNA Cell Miniprep system (Promega), and cDNA synthesis was performed using ReverTra Ace RT Master Mix (Toyobo, Japan) according to the manufacturer's instructions. qPCR was performed using Maxima SYBR Green/ROX qPCR Master Mix (ThermoFisher Scientific Korea, Seoul) in the StepOnePlus real-time PCR system (Applied Biosystems).

골분화 촉진 정도를 확인하기 확인한 골분화 마커는 alkaline phosphatase (ALP), Type I collagenase (Col1), bone` sialoprotein (BSP), 및 osteocalcin (OCN) 이고, Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH)는 골분화 마커 유전자 발현의 정상화 (normalization)를 위하여 사용되었다. qPCR에 사용되는 프라이머 서열은 하기 표 4와 같고, 각 샘플에서 골분화 마커 유전자의 발현량은 7일째에 해면 골편이 포함되지 않은 골지지체상의 세포 발현 수준에 대한 평균 배수로 표현하여 도 4에 나타내었다.Bone differentiation markers confirmed to check the degree of promoting osteodifferentiation were alkaline phosphatase (ALP), Type I collagenase (Col1), bone` sialoprotein (BSP), and osteocalcin (OCN), and glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) was It was used for normalization of marker gene expression. The primer sequences used for qPCR are shown in Table 4 below, and the expression level of the osteodifferentiation marker gene in each sample is expressed as an average multiple of the expression level of cells on the bone scaffold that does not contain cancellous bone fragments on the 7th day. .

NameName primerprimer 5’ to 3’5’ to 3’ ALPALP ForwardForward ACCGCTGCCCGAATCCACCGCTGCCCGAATCC ReverseReverse TCTCCTCGCCCGTGTTGTTCTCCTCGCCCGTGTTGT BSPBSP ForwardForward CCAAGAAGGCTGGAGATGCACCAAGAAGGCTGGAGATGCA ReverseReverse TCCTCGTCGCTTTCCTTCACTCCTCGTCGCTTTCCTTCAC COL1COL1 ForwardForward CTTCACCTACAGCACCCTTGTGCTTCACCTACAGCACCCTTGTG ReverseReverse TGACTGTCTTGCCCCAAGTTCTGACTGTCTTGCCCCAAGTTC OCNOCN Forwa`rdForward GTGAGCTTAACCCTGCTTGTGAGTGAGCTTAACCCTGCTTGTGA ReverseReverse TGCGTTTGTAGGCGGTCTTCTGCGTTTGTAGGCGGTCTTC GAPDHGAPDH ForwardForward CCTGGCCAAGGTCATCCATGCCTGGCCAAGGTCATCCATG ReverseReverse GCAGGAGACAACCTGGTCCTGCAGGAGACAACCTGGTCCT

해면 04와 β-TCP를 1:7 비율로 섞은 경우 β-TCP 단독보다 2배 이상의 골분화 인자들의 발현이 증가하였다. 해면 골편과 β-TCP의 비율이 1:7에서 3:5 사이의 혼합의 경우 전반적으로 TCP 단독보다 증가된 골분화 인자의 발현을 확인할 수 있었다. When Sponge 04 and β-TCP were mixed in a ratio of 1:7, the expression of osteodifferentiation factors was increased more than twice that of β-TCP alone. When the ratio of cancellous bone fragments to β-TCP was 1:7 to 3:5, it was confirmed that the expression of osteodifferentiation factor was increased overall compared to TCP alone.

상기 결과로부터 해면 골편이 포함된 기질로 제조된 골 이식재는 β-TCP 만이 포함된 골 이식재보다 골 세포의 부착 및 분화가 활발하고, 골 분화에는 골 이식재에 포함된 해면 골편의 함량이 중요함을 알 수 있었다. From the above results, it was found that the bone graft material prepared with the matrix containing the spongy bone fragments exhibited more active attachment and differentiation of bone cells than the bone graft material containing only β-TCP, and that the content of the cancellous bone fragments contained in the bone graft material is important for bone differentiation. Could know.

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.As the specific parts of the present invention have been described in detail above, for those of ordinary skill in the art, it is clear that these specific descriptions are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (10)

해면 골편을 유효성분으로 포함하는 골 이식재 조성물. A bone graft material composition comprising cancellous bone fragments as an active ingredient. 제1항에 있어서,
상기 조성물은 인산 칼슘 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 골 이식재 조성물.
According to claim 1,
The composition is characterized in that it further comprises a calcium phosphate compound, bone graft composition.
제1항에 있어서,
상기 인산 칼슘 화합물은 하이드록시 아파타이트, 트리칼슘 포스페이트(TCP), 모노칼슘 포스페 이트, 테트라칼슘 포스페이트, 디칼슘 포스페이트 또는 이의 조합인, 골 이식재 조성물.
According to claim 1,
The calcium phosphate compound is hydroxyapatite, tricalcium phosphate (TCP), monocalcium phosphate, tetracalcium phosphate, dicalcium phosphate or a combination thereof, bone graft composition.
제3항에 있어서,
상기 트리칼슘 포스페이트는 β-트리칼슘 포스페이트(β-TCP)인, 골 이식재 조성물.
4. The method of claim 3,
The tricalcium phosphate is β-tricalcium phosphate (β-TCP), the bone graft composition.
제1항에 있어서,
상기 조성물은 콜라겐을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 골 이식재 조성물.
According to claim 1,
The composition is characterized in that it further comprises collagen, a bone graft composition.
제1항에 있어서,
상기 해면은 아젤라스 종(Agelas sp.), 얼키니아 종(Ircinia sp.), 및 스틸리사 종(Stylissa sp.)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 골 이식재 조성물.
According to claim 1,
The sponge is at least one selected from the group consisting of Agelas sp., Ircinia sp., and Stylissa sp., Bone graft material composition.
제2항에 있어서,
상기 인산 칼슘 화합물은 해면 골편 1 중량부 기준으로 1.3 내지 7 중량부 포함된 것을 특징으로 하는, 골 이식재 조성물.
3. The method of claim 2,
The bone graft material composition, characterized in that the calcium phosphate compound is included in an amount of 1.3 to 7 parts by weight based on 1 part by weight of the spongy bone fragments.
제1항에 있어서,
상기 조성물은 인산 칼슘 화합물 및 콜라겐을 추가로 포함하고,
상기 조성물은 해면 골편을 10 중량%, 인산 칼슘 화합물을 70 중량%, 및 콜라겐을 20 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는, 골 이식재 조성물.
According to claim 1,
The composition further comprises a calcium phosphate compound and collagen,
The composition is a bone graft material composition, characterized in that it contains 10% by weight of cancellous bone fragments, 70% by weight of a calcium phosphate compound, and 20% by weight of collagen.
해면동물을 메탄올(Methanol) 및 디클로로메탄(Dichloromethane) 용액에 침지시켜 유기물 및 불순물을 제거하는 단계;
상기 해면동물을 5~10 시간 동안 600~800℃로 가열하여 정제된 해면 골편을 수득하는 단계;
상기 수득된 해면 골편을 증류수로 세척하고 동결 건조하는 단계;
상기 건조된 해면 골편을 메쉬망에 1~3회 통과시켜 골편의 크기를 조절하는 단계;
상기 해면 골편을 콜라겐 및 0.2M 아세트산과 혼합하여 혼합물 1을 제조하는 단계;
상기 혼합물 1에 트리칼슘 포스페이트(TCP)을 혼합하여 혼합물 2를 제조하는 단계; 및
상기 혼합물 2를 몰드에 부어 성형하는 단계;를 포함하는 골 재생 및 지지용 이식재 제조방법.
removing organic matter and impurities by immersing the sponges in methanol and dichloromethane solution;
heating the sponge to 600 to 800° C. for 5 to 10 hours to obtain purified spongy bone fragments;
washing the obtained spongy bone fragments with distilled water and freeze-drying;
passing the dried spongy bone fragments through a mesh network 1 to 3 times to control the size of the bone fragments;
mixing the spongy bone fragments with collagen and 0.2M acetic acid to prepare a mixture 1;
preparing a mixture 2 by mixing tricalcium phosphate (TCP) with the mixture 1; and
A method of manufacturing a graft material for bone regeneration and support, including the step of molding by pouring the mixture 2 into a mold.
제9항에 있어서,
상기 트리칼슘 포스페이트는 해면 골편 1 중량부 기준으로 7중량부 혼합하는 것을 특징으로 하는, 제조방법.
10. The method of claim 9,
The tricalcium phosphate is characterized in that the mixing of 7 parts by weight based on 1 part by weight of the spongy bone fragments, the manufacturing method.
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