KR20230070969A - Bone graft material derived from starfish, a marine-derived material, and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
해양 유래 소재인 불가사리 유래의 골 이식재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 일 양상에 따른 불가사리 유래의 골 이식재의 제조 방법에 의하면, 불가사리 골편의 고유의 미세다공 및 미량원소를 그대로 포함하고 있는 상태로, 다공성이 현저히 향상된 골 이식재를 제조할 수 있는 효과가 있고, 상기 방법에 의해 제조된 골 이식재에 의하면, 세포 증식, 골모세포로의 분화, 또는 골 재생 또는 형성을 현저히 증가시켜 골 이식재로 유용하게 사용될 수 있는 효과가 있다. It relates to a bone graft material derived from a starfish, which is a material of marine origin, and a method for manufacturing the same. There is an effect of manufacturing a bone graft material with significantly improved porosity, and according to the bone graft material manufactured by the above method, cell proliferation, differentiation into osteoblasts, or bone regeneration or formation are remarkably increased to be useful as a bone graft material. There are possible effects.
Description
불가사리 유래의 골 이식재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.It relates to a bone graft material derived from starfish and a manufacturing method thereof.
골 이식용 생체재료들은 개발 초기에는 생체 내에서 불활성을 갖는 특징에 의존하였으나, 시술 후 주위 조직의 감염 및 염증반응에 의해 사용에 많은 제약이 있었다. 이후 금속, 세라믹, 고분자를 이용한 생체재료 기술의 급속한 발달과 함께 생체불활성 (bioinert)보다는 생체적합성 (biocompatible)을 갖는 재료를 설계 및 개발하여 사용부위 및 목적에 따라 다양한 종류의 골조직 재생용 생체활성 지지체의 개발에 이르렀다. 이러한 골조직 재생용 생체활성 지지체는 이식되는 위치에 따라 사용되는 물리적 성질이 다르고 주위조직에 대한 독성반응이 없어야 하며 다른 인공장기에 비해 비교적 높은 기계적 물성이 요구된다. 이러한 골조직 재생용 생체활성 지지체는 그 원재료의 특성과 사용목적에 따라 다양한 생체재료로 시판 및 개발되고 있다.Biomaterials for bone grafting depended on their characteristics of being inactive in vivo in the early stages of development, but there were many limitations in their use due to infection and inflammatory reactions in surrounding tissues after the procedure. Since then, with the rapid development of biomaterial technology using metals, ceramics, and polymers, we have designed and developed materials that are biocompatible rather than bioinert to provide various kinds of bioactive scaffolds for bone tissue regeneration depending on the site and purpose of use. has reached the development of These bioactive scaffolds for regenerating bone tissue have different physical properties depending on the implantation site, have no toxic reaction to surrounding tissues, and require relatively high mechanical properties compared to other artificial organs. These bioactive scaffolds for bone tissue regeneration are marketed and developed as various biomaterials depending on the characteristics of the raw materials and the purpose of use.
이러한 골조직 이식용 생체재료로서 천연 유래의 하이드록시아파타이트가 부상하고 있으나 이에 대한 연구는 아직 미비한 실정이다 (한국 출원번호 10-2019-7020453).Natural hydroxyapatite is emerging as a biomaterial for bone tissue transplantation, but research on it is still insufficient (Korean Application No. 10-2019-7020453).
따라서, 상기 골조직 이식용 생체재료를 가공하여 골 이식재로서 사용하기 위해 더 높은 세포 증식능 및 부착능을 가지는 천연 유래 재료의 개발이 필요한 실정이다.Therefore, in order to process the biomaterial for bone tissue transplantation and use it as a bone graft material, it is necessary to develop a naturally-derived material having higher cell proliferation and adhesion.
일 양상은 (a) 불가사리로부터 골편을 분리하는 단계; (b) 상기 분리된 골편에 산성 수용액을 첨가하여 반응시키는 단계; (c) 상기 (b) 단계에서 수득된 골편에 대해 수열화 반응을 수행하는 단계; (d) 상기 수열화 반응이 완료된 골편에 대해 소결 공정을 수행하는 단계; 및 (e) 상기 소결 공정을 거친 골편을 냉각하는 단계를 포함하는 다공성을 가지는 불가사리 유래 골 이식재를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.One aspect includes (a) separating bone fragments from starfish; (b) reacting by adding an acidic aqueous solution to the separated bone fragments; (c) performing a hydrothermal reaction on the bone fragments obtained in step (b); (d) performing a sintering process on the bone fragments on which the hydrothermalization reaction is completed; and (e) cooling the bone fragments that have undergone the sintering process.
다른 양상은 상기 방법에 의해 제조된 불가사리 유래 골 이식재를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a starfish-derived bone graft material prepared by the above method.
또 다른 양상은 불가사리 유래의 다공성 골편을 포함하는 골 이식재를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a bone graft material comprising a starfish-derived porous bone fragment.
또 다른 양상은 상기 골 이식재를 유효성분으로 포함하는 골 질환 예방 또는 치료용 약제학적 조성물을 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a pharmaceutical composition for preventing or treating bone disease comprising the bone graft material as an active ingredient.
일 양상은 (a) 불가사리로부터 골편을 분리하는 단계; (b) 상기 분리된 골편에 산성 수용액을 첨가하여 반응시키는 단계; (c) 상기 (b) 단계에서 수득된 골편에 대해 수열화 반응을 수행하는 단계; (d) 상기 수열화 반응이 완료된 골편에 대해 소결 공정을 수행하는 단계; 및 (e) 상기 소결 공정을 거친 골편을 냉각하는 단계를 포함하는 다공성을 가지는 불가사리 유래 골 이식재를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.One aspect includes (a) separating bone fragments from starfish; (b) reacting by adding an acidic aqueous solution to the separated bone fragments; (c) performing a hydrothermal reaction on the bone fragments obtained in step (b); (d) performing a sintering process on the bone fragments on which the hydrothermalization reaction is completed; and (e) cooling the bone fragments that have undergone the sintering process.
용어 "골 이식재 (bone graft)"는 골 결손의 보전, 골형성의 자극, 관절 유합, 관절의 제동 및 탈구 방지에 사용될 수 있는 재료로서, 골 이식술 (bone grafting)에 사용될 수 있는 것을 의미할 수 있다. 따라서, 상기 골 이식재는 골 결손 치료용인 것일 수 있다. 용어 "골이식재"는 "골충진재", "골대체물", "골지지체" 등과 상호교환적으로 사용될 수 있다.The term "bone graft" can mean a material that can be used for preservation of bone defects, stimulation of bone formation, joint union, immobilization of joints and prevention of dislocation, and can be used for bone grafting. there is. Accordingly, the bone graft material may be for treating bone defects. The term "bone graft material" may be used interchangeably with "bone filler", "bone substitute", "bone scaffold" and the like.
상기 골 이식재는 예를 들어, 사골 (ethmoid), 전두골 (frontal), 비골 (nasal), 후두골 (occipital), 두정골 (parietal), 측두골 (temporal), 하악골 (mandible), 상악골 (maxilla), 관골 (zygomatic), 자궁경부의 척추골 (cervical vertebra), 흉부의 척추골 (thoracic vertebra), 요추 척추골 (lumbar vertebra), 천골 (sacrum), 늑골 (rib), 흉골 (sternum), 쇄골 (clavicle), 견갑골 (scapula), 상박골 (humerus), 요골 (radius), 척골 (ulna), 손목뼈 (carpal bones), 중수골 (metacarpal bones), 지골 (phalanges), 장골 (ilium), 좌골 (ischium), 치골 (pubis), 대퇴골 (femur), 경골 (tibia), 비골 (fibula), 슬개골 (patella), 종골 (calcaneus), 족근골 (tarsal), 또는 척골 (metatarsal bones)에 적용할 수 있다. The bone graft material may be, for example, ethmoid, frontal, nasal, occipital, parietal, temporal, mandible, maxilla, zygomatic bone ( zygomatic, cervical vertebra, thoracic vertebra, lumbar vertebra, sacrum, rib, sternum, clavicle, scapula ), humerus, radius, ulna, carpal bones, metacarpal bones, phalanges, ilium, ischium, pubis, It can be applied to the femur, tibia, fibula, patella, calcaneus, tarsal, or metatarsal bones.
용어 "다공성 (porosity)"은 내부에 많은 구멍을 가지고 있는 성질을 의미할 수 있다. 다공성이 높다는 것은, 다수의 포어 (pore)가 존재하며, 상기 포어의 지름이 크다는 것을 의미할 수 있다.The term “porosity” can refer to the property of having many pores within. High porosity may mean that there are a large number of pores and that the diameter of the pores is large.
상기 다공성을 가지는 불가사리 유래 골 이식재는 다공성이 향상된 불가사리 유래 골 이식재일 수 있다. 즉, 상기 방법에 의하여 제조된 불가사리 유래 골 이식재는 기존 골 이식재와 비교하여 현저히 향상된 다공성을 가지는 것일 수 있다.The starfish-derived bone graft material having porosity may be a starfish-derived bone graft material having improved porosity. That is, the starfish-derived bone graft material prepared by the above method may have significantly improved porosity compared to existing bone graft materials.
상기 불가사리 유래 골 이식재를 제조하는 방법은 불가사리로부터 골편을 분리하는 단계 ((a) 단계)를 포함할 수 있다.The method of manufacturing the starfish-derived bone graft material may include a step (step (a)) of separating a bone fragment from the starfish.
상기 (a) 단계는 불가사리로부터 골편을 분리하기 위하여 물리적인 방법 및 화학적인 방법을 모두 사용할 수 있다.In the step (a), both physical and chemical methods may be used to separate the bone fragments from the starfish.
상기 불가사리는 아무르 불가사리 (Asterias amureasis), 거미 불가사리 (Ophioplocus japonicus), 빨강 불가사리 (Certonardoa semiregularis), 별 불가사리 (Asterina pectinifera), 햇님 불가사리 (Solarstar borealis), 막대 불가사리 (Solarstar paxillatus), 가시단풍 불가사리 (Astropecten polyacantbus), 및 가시 불가사리 (Marthasterias glaciallis)로 구성된 군에서 선택된 1 종 이상의 불가사리인 것일 수 있다.The starfish is Asterias amureasis, spider starfish (Ophiolocus japonicus), red starfish (Certonardoa semiregularis), star starfish (Asterina pectinifera), sun starfish (Solarstar borealis), rod starfish (Solarstar paxillatus), thorn maple starfish (Astropecten polyacantbus), and at least one starfish selected from the group consisting of Marthasterias glaciallis.
상기 불가사리 유래 골 이식재를 제조하는 방법은 상기 분리된 골편에 산성 수용액을 첨가하여 반응시키는 단계 ((b) 단계)를 포함할 수 있다.The method of manufacturing the starfish-derived bone graft material may include a step (step (b)) of reacting the separated bone fragment with an acidic aqueous solution.
상기 (b) 단계의 상기 산성 수용액의 pH는 약 0.1 내지 6인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 산성 수용액의 pH는 약 0.1 내지 6, 약 0.1 내지 5, 약 0.1 내지 4, 약 0.1 내지 3, 약 1 내지 6, 약 2 내지 6, 또는 약 3 내지 6일 수 있다.The pH of the acidic aqueous solution in step (b) may be about 0.1 to 6. Specifically, the acidic aqueous solution may have a pH of about 0.1 to 6, about 0.1 to 5, about 0.1 to 4, about 0.1 to 3, about 1 to 6, about 2 to 6, or about 3 to 6.
상기 산성 수용액은 염산, 황산, 질산, 인산, 브롬화수소산, 요오드화수소산, 타타르산, 포름산, 시트르산, 아세트산, 트리클로로아세트산, 트리플로로아세트산, 글루콘산, 벤조산, 락트산, 푸마르산, 말레인산, 살리신산, 메탄설폰산, 에탄술폰산, 벤젠설폰산, 또는 p-톨루엔설폰산의 수용액인 것일 수 있다.The acidic aqueous solution is hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, tartaric acid, formic acid, citric acid, acetic acid, trichloroacetic acid, trifluoroacetic acid, gluconic acid, benzoic acid, lactic acid, fumaric acid, maleic acid, salicylic acid, It may be an aqueous solution of methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, or p-toluenesulfonic acid.
상기 (b) 단계는 상기 분리된 골편에 산성 수용액을 첨가한 후 교반하는 단계를 더 포함할 수 있다.The step (b) may further include adding an acidic aqueous solution to the separated bone fragments and then stirring them.
상기 (b) 단계는 상기 분리된 골편에 산성 수용액을 첨가하여 약 10 내지 50시간 동안 반응시키는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 (b) 단계는 상기 분리된 골편에 산성 수용액을 첨가하여 약 12 내지 48시간 동안 반응시키는 것일 수 있다. 일 구체예에 따르면, 상기 (b) 단계에서 약 50시간을 초과하는 시간 동안 상기 반응을 수행하면, 구멍의 크기가 지나치게 커져 골편의 형태가 온전히 유지되지 못하고 조각나버릴 수 있고, 약 10시간 미만의 시간 동안 상기 반응을 수행하면, 공극률이 현저히 감소할 수 있고, 이로 인해, 상기 방법에 의해 제조된 골 이식재의 줄기세포 증식 촉진 효과, 줄기세포의 골모세포로의 분화 촉진 효과, 또는 골 재생 또는 형성 촉진 효과가 현저히 감소할 수 있다.Step (b) may be adding an acidic aqueous solution to the separated bone fragments and reacting for about 10 to 50 hours. Preferably, the step (b) may be to react for about 12 to 48 hours by adding an acidic aqueous solution to the separated bone fragments. According to one embodiment, if the reaction is performed for a time exceeding about 50 hours in the step (b), the size of the hole becomes excessively large, and the shape of the bone fragment may not be maintained intact and may be fragmented, and less than about 10 hours When the above reaction is performed for a time of , the porosity can be significantly reduced, and thus, the effect of promoting the proliferation of stem cells of the bone graft material prepared by the method, the effect of promoting the differentiation of stem cells into osteoblasts, or bone regeneration or The formation-promoting effect may be significantly reduced.
상기 (b) 단계는 초음파를 처리하여 반응시키는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 초음파 처리는 상기 (b) 단계에서 분리된 골편에 산성 수용액을 첨가하여 상기 산성 수용액에 침지된 골편에 초음파를 처리하는 것일 수 있다.Step (b) may be to react by treating with ultrasonic waves. Specifically, the ultrasonic treatment may include adding an acidic aqueous solution to the bone fragments separated in step (b) and then treating the bone fragments immersed in the acidic aqueous solution with ultrasonic waves.
상기 (b) 단계에서의 초음파 처리는 상기 분리된 골편에 산성 수용액을 첨가하는 것과 동시에 수행되거나, 상기 분리된 골편에 산성 수용액을 첨가한 후 수행되거나, 상기 분리된 골편에 산성 수용액을 첨가한 후 교반하는 단계에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 초음파 처리는 초음파 반응기 내부에 상기 분리된 골편 및 산성 수용액을 투여하고, 약 20분의 조사 간격을 두고 약 5분 동안 초음파를 조사하여 수행되는 것일 수 있다. 상기 조사 간격은 약 10 내지 40분, 약 10 내지 35분, 약 10 내지 30분, 약 15 내지 30분, 또는 약 15 내지 25분일 수 있으며, 상기 조사 시간은 약 1 내지 15분, 약 1 내지 13분, 약 1 내지 10분, 약 1 내지 8분, 또는 약 3 내지 8분일 수 있다. The ultrasonic treatment in step (b) is performed simultaneously with adding an acidic aqueous solution to the separated bone fragments, after adding an acidic aqueous solution to the separated bone fragments, or after adding an acidic aqueous solution to the separated bone fragments. It may be performed in the step of stirring. The ultrasonic treatment may be performed by administering the separated bone fragment and an acidic aqueous solution into an ultrasonic reactor, and irradiating ultrasonic waves for about 5 minutes with an irradiation interval of about 20 minutes. The irradiation interval may be about 10 to 40 minutes, about 10 to 35 minutes, about 10 to 30 minutes, about 15 to 30 minutes, or about 15 to 25 minutes, and the irradiation time is about 1 to 15 minutes, about 1 to 25 minutes. 13 minutes, about 1 to 10 minutes, about 1 to 8 minutes, or about 3 to 8 minutes.
상기 (b) 단계에서의 초음파 처리는 약 10 내지 70 kHz의 초음파를 처리하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 (b) 단계에서의 초음파 처리는 약 15 내지 70, 약 20 내지 70, 약 25 내지 70, 약 30 내지 70, 약 35 내지 70, 약 40 내지 70, 약 10 내지 65, 약 15 내지 65, 약 20 내지 65, 약 25 내지 65, 약 30 내지 65, 약 35 내지 65, 약 40 내지 65, 약 10 내지 60, 약 15 내지 60, 약 20 내지 60, 약 25 내지 60, 약 30 내지 60, 약 35 내지 60, 또는 약 40 내지 60 kHz의 초음파를 처리하는 것일 수 있다. 일 구체예에 따르면, (b) 단계에서 약 70 kHz 초과의 초음파를 처리하는 경우, 구멍의 크기가 지나치게 커져 골편의 형태가 온전히 유지되지 못하고 조각나버릴 수 있고, 약 10 kHz 미만의 초음파를 처리하는 경우, 공극률이 현저히 감소할 수 있고, 이로 인해, 상기 방법에 의해 제조된 골 이식재의 줄기세포 증식 촉진 효과, 줄기세포의 골모세포로의 분화 촉진 효과, 또는 골 재생 또는 형성 촉진 효과가 현저히 감소할 수 있다.The ultrasonic treatment in step (b) may be about 10 to 70 kHz ultrasonic treatment. Specifically, the ultrasonic treatment in step (b) is about 15 to 70, about 20 to 70, about 25 to 70, about 30 to 70, about 35 to 70, about 40 to 70, about 10 to 65, about 15 to 65, about 20 to 65, about 25 to 65, about 30 to 65, about 35 to 65, about 40 to 65, about 10 to 60, about 15 to 60, about 20 to 60, about 25 to 60, about 30 to 60, about 35 to 60, or about 40 to 60 kHz. According to one embodiment, in step (b), when ultrasonic waves of more than about 70 kHz are processed, the size of the hole becomes excessively large, and the shape of the bone fragment may not be maintained intact and may be fragmented, and ultrasonic waves of less than about 10 kHz are treated In this case, the porosity can be significantly reduced, and as a result, the effect of promoting the proliferation of stem cells, the effect of promoting the differentiation of stem cells into osteoblasts, or the effect of promoting bone regeneration or formation of the bone graft material prepared by the above method is significantly reduced. can do.
상기 불가사리 유래 골 이식재를 제조하는 방법은 상기 (b) 단계에서 수득된 골편에 대해 수열화 반응을 수행하는 단계 ((c) 단계)를 포함할 수 있다.The method of manufacturing the starfish-derived bone graft material may include a step (step (c)) of performing a hydrothermal reaction on the bone fragment obtained in step (b).
용어 "수열화 반응"은 고온의 물 또는 고온, 고압의 물의 존재 하에서 이루어지는 물질의 합성 반응을 의미할 수 있다.The term "hydrothermalization reaction" may refer to a synthesis reaction of a material in the presence of high-temperature water or high-temperature, high-pressure water.
상기 (c) 단계는 인산을 제공할 수 있는 화합물을 함유하는 수용액에 상기 (b) 단계에서 수득된 골편을 첨가하는 단계; 및 상기 인산을 제공할 수 있는 화합물을 함유하는 수용액에 첨가된 골편에 대해 수열화 반응을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 인산을 제공할 수 있는 화합물의 예는 (NH4)H2PO4, H3PO4, Na3PO4, 또는 Na2HPO4 등을 포함할 수 있다.Step (c) includes adding the bone fragments obtained in step (b) to an aqueous solution containing a compound capable of providing phosphoric acid; and performing a hydrothermal reaction on the bone fragments added to an aqueous solution containing a compound capable of providing phosphoric acid. Examples of the compound capable of providing the phosphoric acid may include (NH 4 )H 2 PO 4 , H 3 PO 4 , Na 3 PO 4 , or Na 2 HPO 4 .
상기 (c) 단계는 상기 (b) 단계에서 수득된 골편에 대해 마이크로웨이브 (microwave)를 처리하여 수열화 반응을 수행하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.Step (c) may include performing a hydrothermal reaction by treating the bone fragment obtained in step (b) with microwaves.
용어 "마이크로웨이브 (microwave)"는 파장이 짧아 직진성이나 반사, 굴절, 간섭 따위의 성질이 빛과 비슷한 전자기파를 의미할 수 있다. 상기 마이크로웨이브는 진동수가 약 1 내지 300 GHz이고, 파장이 약 1mm 내지 1m인 전자기파인 것일 수 있다.The term "microwave" may refer to electromagnetic waves having a short wavelength and properties such as straightness, reflection, refraction, and interference similar to those of light. The microwave may be an electromagnetic wave having a frequency of about 1 to 300 GHz and a wavelength of about 1 mm to 1 m.
구체적으로, 상기 (c) 단계는 상기 (b) 단계에서 수득된 골편에 대해 약 300 MHz 내지 300 GHz의 마이크로웨이브를 약 100 내지 1500 W의 양으로 약 0.5분 내지 48시간 동안 처리하여 수열화 반응을 수행하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.Specifically, in step (c), the bone fragments obtained in step (b) are treated with microwaves of about 300 MHz to 300 GHz in an amount of about 100 to 1500 W for about 0.5 minutes to 48 hours, resulting in a hydrothermal reaction. It may include the step of performing.
상기 (c) 단계의 수열화 반응은 약 30 내지 600℃에서 약 2 내지 40시간 동안 이루어지는 것일 수 있다.The hydrothermal reaction of step (c) may be performed at about 30 to 600 ° C for about 2 to 40 hours.
상기 수열화 반응은 적어도 약 30℃, 약 50℃, 약 80℃, 또는 약 100℃이상에서, 예를 들면, 약 30 내지 600℃, 약 80 내지 600℃, 약 100 내지 600℃, 약 100 내지 500℃, 약 100 내지 400℃, 또는 약 100 내지 300℃에서 약 2 내지 40시간, 약 2 내지 30시간, 약 10 내지 40시간, 또는 약 12 내지 36시간 동안 수열화 반응시키는 것일 수 있다.The hydrothermalization reaction is carried out at at least about 30 ° C, about 50 ° C, about 80 ° C, or about 100 ° C or more, for example, about 30 to 600 ° C, about 80 to 600 ° C, about 100 to 600 ° C, about 100 to about 100 ° C It may be a hydrothermal reaction at 500 ° C, about 100 to 400 ° C, or about 100 to 300 ° C for about 2 to 40 hours, about 2 to 30 hours, about 10 to 40 hours, or about 12 to 36 hours.
상기 불가사리 유래 골 이식재를 제조하는 방법은 상기 수열화 반응이 완료된 골편에 대해 소결 공정을 수행하는 단계 ((d) 단계)를 포함할 수 있다.The method of manufacturing the starfish-derived bone graft material may include a step (step (d)) of performing a sintering process on the bone fragments for which the hydrothermalization reaction has been completed.
용어 "소결 공정"은 분말체를 적당한 형상으로 가압 성형한 것을 가열하여 서로 단단히 밀착된 결합체로 만드는 열처리 가공 방법의 하나를 의미한다. 예컨대, 상기 소결 공정은, 상기 수열화 반응이 완료된 골편으로서 표면에 하이드록시아파타이트 결정체가 형성된 골편을 가열하여 하이드록시아파타이트를 포함하여 골편을 구성하는 여러 성분들이 단단히 밀착된 결합체로 만드는 공정을 의미할 수 있다.The term "sintering process" refers to one of heat treatment processing methods in which press-molded powders into an appropriate shape are heated to form a tightly adhered assembly. For example, the sintering process means a process of heating the bone fragments on which hydroxyapatite crystals are formed on the surface of the bone fragments after the hydrothermalization reaction has been completed to form a tightly adherent combination of various components constituting the bone fragments, including hydroxyapatite. can
상기 (d) 단계의 소결 공정은 약 1 내지 20 ℃/min의 속도로 약 400 내지 800℃까지 승온시킨 후 약 1 내지 8시간 유지하는 단계; 및 약 1 내지 20 ℃/min의 속도로 약 600 내지 1500℃까지 승온시킨 후 약 1 내지 8시간 유지하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.The sintering process of step (d) includes raising the temperature to about 400 to 800° C. at a rate of about 1 to 20° C./min and maintaining the temperature for about 1 to 8 hours; and raising the temperature to about 600 to 1500 °C at a rate of about 1 to 20 °C/min and maintaining the temperature for about 1 to 8 hours.
상기 소결 공정은 약 1 내지 18, 약 1 내지 15, 약 1 내지 10, 또는 약 3 내지 8 ℃/min의 속도로 약 400 내지 700, 약 500 내지 700, 또는 약 550 내지 650℃까지 승온시킨 후 약 3 내지 8, 약 4 내지 8, 또는 약 5 내지 7시간 유지하는 단계; 및 약 1 내지 18, 약 1 내지 15, 약 1 내지 10, 또는 약 3 내지 8 ℃/min의 속도로 약 600 내지 1300, 약 700 내지 1300, 약 700 내지 1200, 약 800 내지 1200, 약 800 내지 1100, 약 800 내지 1000, 또는 약 850 내지 950℃까지 승온시킨 후 약 3 내지 8, 약 4 내지 8, 또는 약 5 내지 7시간 유지하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.The sintering process is performed after raising the temperature to about 400 to 700, about 500 to 700, or about 550 to 650 ° C at a rate of about 1 to 18, about 1 to 15, about 1 to 10, or about 3 to 8 ° C / min holding for about 3 to 8, about 4 to 8, or about 5 to 7 hours; and from about 600 to 1300, from about 700 to 1300, from about 700 to 1200, from about 800 to 1200, from about 800 to about 18, from about 1 to 15, from about 1 to 10, or from about 3 to 8 °C/min. It may include a step of raising the temperature to 1100, about 800 to 1000, or about 850 to 950 ° C and then maintaining it for about 3 to 8, about 4 to 8, or about 5 to 7 hours.
다른 양상은 상기 방법에 의해 제조된 불가사리 유래 골 이식재를 제공한다.Another aspect provides a starfish-derived bone graft material prepared by the above method.
일 구체예에 따르면, 상기 방법에 의해 제조된 불가사리 유래 골 이식재는 인공적으로 합성된 골 이식재 (또는 시판되는 골 이식재) 및 상기 방법에 의하지 않고 단순히 불가사리로부터 분리된 골편과 비교하여 다공성이 현저히 향상된 구조를 가질 수 있고, 이로 인해, 고유의 화학적 및 구조적 특성을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 상기 방법에 의해 제조된 불가사리 유래 골 이식재는 불가사리 골편의 고유의 미세다공 및 미량원소를 그대로 포함하면서, 다공성이 현저히 향상된 상태일 수 있다. 이로 인해, 상기 방법에 의해 제조된 불가사리 유래 골 이식재는 인공적으로 합성된 골 이식재 (또는 시판되는 골 이식재) 및 상기 방법에 의하지 않고 단순히 불가사리로부터 분리된 골편과 비교하여 현저히 향상된 세포 증식 촉진 효과, 조골세포 (또는 골모세포)로의 분화 촉진 효과, 또는 골 재생 또는 형성 촉진 효과를 나타내는 것일 수 있다. According to one embodiment, the starfish-derived bone graft material prepared by the above method has significantly improved porosity compared to artificially synthesized bone graft materials (or commercially available bone graft materials) and bone fragments simply isolated from starfish without using the above method. It can have, and because of this, it can exhibit unique chemical and structural properties. Specifically, the starfish-derived bone graft material prepared by the above method may have a remarkably improved porosity while containing microporosity and trace elements inherent in starfish bone fragments. For this reason, the starfish-derived bone graft material prepared by the above method has significantly improved cell proliferation promoting effect and osteoblast compared to artificially synthesized bone graft materials (or commercially available bone graft materials) and bone fragments simply isolated from starfish without using the above method. It may exhibit an effect of promoting differentiation into cells (or osteoblasts) or an effect of promoting bone regeneration or formation.
상기 방법에 의해 제조된 불가사리 유래 골 이식재는 하이드록시아파타이트 (Hydroxyapatite) 및/또는 트리칼슘포스페이트 (Tricalcium phosphate) 등을 포함할 수 있다.The starfish-derived bone graft material prepared by the above method may include hydroxyapatite and/or tricalcium phosphate.
상기 방법에 의해 제조된 불가사리 유래 골 이식재는 약 50 내지 80%의 공극률을 가지는 것일 수 있다. 일 구체예에 따르면, 상기 골 이식재는 약 60 내지 80, 약 65 내지 80, 약 70 내지 80, 약 75 내지 80, 또는 약 70 내지 75%의 공극률을 가지는 것일 수 있다. 일 구체예에 따르면, 상기 범위를 초과할 시엔, 골 이식재 구조가 붕괴될 수 있으며, 상기 범위에 미치지 못할 시엔 다공성이 지나치게 낮아 골 이식재의 내부에 골세포가 침투하여 증식하기가 어려울 수 있고, 이로 인해, 상기 방법에 의해 제조된 골 이식재의 줄기세포 증식 촉진 효과, 줄기세포의 골모세포로의 분화 촉진 효과, 또는 골 재생 또는 형성 촉진 효과가 현저히 감소할 수 있다.The starfish-derived bone graft material prepared by the above method may have a porosity of about 50 to 80%. According to one embodiment, the bone graft material may have a porosity of about 60 to 80, about 65 to 80, about 70 to 80, about 75 to 80, or about 70 to 75%. According to one embodiment, when the above range is exceeded, the structure of the bone graft material may be collapsed, and when the above range is not reached, the porosity is too low, and it may be difficult for bone cells to penetrate and proliferate inside the bone graft material. As a result, the bone graft material prepared by the above method may significantly reduce the effect of promoting stem cell proliferation, the effect of promoting the differentiation of stem cells into osteoblasts, or the effect of promoting bone regeneration or formation.
용어 "공극률"이란 고체의 전체 부피에 대한 공극의 비율로서, 퍼센트 (%)로 표기된다.The term "porosity" is the ratio of voids to the total volume of a solid, expressed as a percentage (%).
상기 방법에 의해 제조된 불가사리 유래 골 이식재의 포어의 지름은 약 15 내지 50 um일 수 있다. 구체적으로, 상기 포어의 지름은 약 20 내지 50, 약 25 내지 50, 약 30 내지 50, 약 35 내지 50, 약 15 내지 45, 약 20 내지 45, 약 25 내지 45, 약 30 내지 45, 약 35 내지 45, 약 30 내지 40, 또는 약 35 내지 40 um일 수 있다. 일 구체예에 따르면, 상기 범위를 초과할 시엔, 골 이식재 구조가 붕괴될 수 있으며, 상기 범위에 미치지 못할 시엔 다공성이 지나치게 낮아 골 이식재의 내부에 골세포가 침투하여 증식하기가 어려울 수 있고, 이로 인해, 상기 방법에 의해 제조된 골 이식재의 줄기세포 증식 촉진 효과, 줄기세포의 골모세포로의 분화 촉진 효과, 또는 골 재생 또는 형성 촉진 효과가 현저히 감소할 수 있다.The pore diameter of the starfish-derived bone graft material prepared by the above method may be about 15 to 50 um. Specifically, the diameter of the pore is about 20 to 50, about 25 to 50, about 30 to 50, about 35 to 50, about 15 to 45, about 20 to 45, about 25 to 45, about 30 to 45, about 35 to 45, about 30 to 40, or about 35 to 40 um. According to one embodiment, when the above range is exceeded, the structure of the bone graft material may be collapsed, and when the above range is not reached, the porosity is too low, and it may be difficult for bone cells to penetrate and proliferate inside the bone graft material. As a result, the bone graft material prepared by the above method may significantly reduce the effect of promoting stem cell proliferation, the effect of promoting the differentiation of stem cells into osteoblasts, or the effect of promoting bone regeneration or formation.
상기 방법에 의해 제조된 불가사리 유래 골 이식재는 복수의 입자로 구성될 수 있다. 상기 방법에 의해 제조된 불가사리 유래 골 이식재의 입자 사이즈는 약 0.1 내지 3 mm일 수 있다. 따라서, 상기 방법에 의해 제조된 불가사리 유래 골 이식재는 다양한 조직 부위에 이식되기 용이한 형태를 나타낼 수 있다. 예컨대, 상기 방법에 의해 제조된 불가사리 유래 골 이식재를 골 손상 부위에 채워 넣음으로써 골 손상 부위의 모양 및 두께에 상관없이 결손 부위를 복구할 수 있으며, 큰 절개 없이 손상 부위에 상기 골 이식재를 주입식으로 이식할 수 있다.The starfish-derived bone graft material prepared by the above method may be composed of a plurality of particles. The particle size of the starfish-derived bone graft material prepared by the above method may be about 0.1 to 3 mm. Therefore, the starfish-derived bone graft material prepared by the above method may exhibit a form that is easy to be transplanted to various tissue sites. For example, by filling the bone damage site with starfish-derived bone graft material prepared by the above method, the defect site can be repaired regardless of the shape and thickness of the bone damage site, and the bone graft material can be injected into the damaged site without a large incision. can be transplanted
일 구체예에 따르면, 상기 방법에 의해 제조된 불가사리 유래 골 이식재는 세포 증식 촉진 효과, 세포부착능, 또는 조골세포 (또는 골모세포)로의 분화 촉진 효과를 나타내는 것일 수 있다. 또한, 일 구체예에 따르면, 상기 방법에 의해 제조된 불가사리 유래 골 이식재는 치과 (치아 임플란트), 성형외과, 또는 정형외과 등에서 사용될 수 있으며, 현저히 향상된 골 재생 또는 형성능, 골 전도능, 또는 골 유도능을 나타내는 것일 수 있다. According to one embodiment, the starfish-derived bone graft material prepared by the above method may exhibit an effect of promoting cell proliferation, cell adhesion, or differentiation into osteoblasts (or osteoblasts). In addition, according to one embodiment, the starfish-derived bone graft material prepared by the above method can be used in dentistry (dental implant), plastic surgery, or orthopedics, and has significantly improved bone regeneration or formation, bone conduction, or bone induction. It may be indicative of skill.
용어 "골 형성능"은 골아세포 (osteoblast)에 의한 골 기질 형성 및 골 재생 (osteoanagensis)을 유도하거나 촉진하는 기능을 의미하며, 연골성 골 형성, 결합 조직성 골 형성, 및 전조식 골 형성을 모두 포함하는 것이다.The term "osteogenic potential" refers to the function of inducing or promoting bone matrix formation and bone regeneration (osteoanagensis) by osteoblasts, including both cartilaginous bone formation, connective tissue bone formation, and preformal bone formation. to include
용어 "골 전도능"은 골아세포를 끌어당겨 골아세포의 골 기질 형성을 유도하거나 촉진하는 기능을 의미한다.The term "bone conduction ability" refers to a function of inducing or promoting bone matrix formation of osteoblasts by attracting osteoblasts.
용어 "골 유도능"은 골 조직 재생에 유용한 세포 및 물질만을 결손부에 접근시켜 원하는 골 조직으로의 재생을 유도하는 기능을 의미한다.The term "bone inducing ability" refers to a function of inducing regeneration into a desired bone tissue by accessing only cells and substances useful for bone tissue regeneration to a defect.
상기 방법에 의해 제조된 불가사리 유래 골 이식재에서 언급된 용어 또는 요소 중 상기 제조 방법에 대한 설명에서 언급된 것과 같은 것은, 앞에서 상기 제조 방법에 대한 설명에서 언급된 바와 같은 것으로 이해된다.Among the terms or elements mentioned in the starfish-derived bone graft material manufactured by the method, the same ones mentioned in the description of the manufacturing method are understood to be the same as those mentioned in the description of the manufacturing method above.
또 다른 양상은 불가사리 유래의 다공성 골편을 포함하는 골 이식재를 제공한다.Another aspect provides a bone graft material comprising a starfish-derived porous bone fragment.
용어 "골편 (spicule)"은 무척추동물의 체내에 있는 골격의 기능을 지닌 미세한 구조물을 의미하고, 침골이라고도 한다. 구체적으로, 상기 골편은 무척추동물의 몸 속에 있는 작은 뼛조각을 의미할 수 있다.The term "spicule" refers to a fine structure having a function of a skeleton in the body of an invertebrate animal, and is also called an incus. Specifically, the bone fragment may refer to a small bone fragment in the body of an invertebrate animal.
상기 골편 또는 골 이식재는 하이드록시아파타이트 및/또는 트리칼슘포스페이트 등을 포함할 수 있다.The bone fragment or bone graft material may include hydroxyapatite and/or tricalcium phosphate.
상기 불가사리 유래의 다공성 골편은 일반적인 불가사리 유래 골편과 비교하여 현저히 향상된 다공성을 가지는 것일 수 있다. 또한, 상기 골 이식재는 상기 불가사리 유래의 다공성 골편을 포함하므로, 다공성을 가지는 골 이식재일 수 있다.The starfish-derived porous bone fragments may have significantly improved porosity compared to general starfish-derived bone fragments. In addition, since the bone graft material includes the porous bone fragment derived from the starfish, it may be a bone graft material having porosity.
상기 골 이식재는 약 50 내지 80%의 공극률을 가지는 것일 수 있다. 일 구체예에 따르면, 상기 골 이식재는 약 60 내지 80, 약 65 내지 80, 약 70 내지 80, 약 75 내지 80, 또는 약 70 내지 75%의 공극률을 가지는 것일 수 있다. 일 구체예에 따르면, 상기 범위를 초과할 시엔, 골 이식재 구조가 붕괴될 수 있으며, 상기 범위에 미치지 못할 시엔 다공성이 지나치게 낮아 골 이식재의 내부에 골세포가 침투하여 증식하기가 어려울 수 있고, 이로 인해, 상기 골 이식재의 줄기세포 증식 촉진 효과, 줄기세포의 골모세포로의 분화 촉진 효과, 또는 골 재생 또는 형성 촉진 효과가 현저히 감소할 수 있다.The bone graft material may have a porosity of about 50 to 80%. According to one embodiment, the bone graft material may have a porosity of about 60 to 80, about 65 to 80, about 70 to 80, about 75 to 80, or about 70 to 75%. According to one embodiment, when the above range is exceeded, the structure of the bone graft material may be collapsed, and when the above range is not reached, the porosity is too low, and it may be difficult for bone cells to penetrate and proliferate inside the bone graft material. As a result, the effect of promoting stem cell proliferation, the effect of promoting the differentiation of stem cells into osteoblasts, or the effect of promoting bone regeneration or formation of the bone graft material may be significantly reduced.
상기 골 이식재의 포어의 지름은 약 15 내지 50 um일 수 있다. 구체적으로, 상기 포어의 지름은 약 20 내지 50, 약 25 내지 50, 약 30 내지 50, 약 35 내지 50, 약 15 내지 45, 약 20 내지 45, 약 25 내지 45, 약 30 내지 45, 약 35 내지 45, 약 30 내지 40, 또는 약 35 내지 40 um일 수 있다. 일 구체예에 따르면, 상기 범위를 초과할 시엔, 골 이식재 구조가 붕괴될 수 있으며, 상기 범위에 미치지 못할 시엔 다공성이 지나치게 낮아 골 이식재의 내부에 골세포가 침투하여 증식하기가 어려울 수 있고, 이로 인해, 상기 골 이식재의 줄기세포 증식 촉진 효과, 줄기세포의 골모세포로의 분화 촉진 효과, 또는 골 재생 또는 형성 촉진 효과가 현저히 감소할 수 있다.The diameter of the pores of the bone graft material may be about 15 to 50 um. Specifically, the diameter of the pore is about 20 to 50, about 25 to 50, about 30 to 50, about 35 to 50, about 15 to 45, about 20 to 45, about 25 to 45, about 30 to 45, about 35 to 45, about 30 to 40, or about 35 to 40 um. According to one embodiment, when the above range is exceeded, the structure of the bone graft material may be collapsed, and when the above range is not reached, the porosity is too low, and it may be difficult for bone cells to penetrate and proliferate inside the bone graft material. As a result, the effect of promoting stem cell proliferation, the effect of promoting the differentiation of stem cells into osteoblasts, or the effect of promoting bone regeneration or formation of the bone graft material may be significantly reduced.
상기 골 이식재는 복수의 입자로 구성될 수 있다. 상기 골 이식재의 입자 사이즈는 약 0.1 내지 3 mm일 수 있다. 따라서, 상기 골 이식재는 다양한 조직 부위에 이식되기 용이한 형태를 나타낼 수 있다. 예컨대, 상기 골 이식재를 골 손상 부위에 채워 넣음으로써 골 손상 부위의 모양 및 두께에 상관없이 결손 부위를 복구할 수 있으며, 큰 절개 없이 손상 부위에 상기 골 이식재를 주입식으로 이식할 수 있다.The bone graft material may be composed of a plurality of particles. The particle size of the bone graft material may be about 0.1 to 3 mm. Accordingly, the bone graft material may exhibit a form that is easy to be transplanted to various tissue sites. For example, by filling the bone damaged area with the bone graft material, the defective area can be repaired regardless of the shape and thickness of the bone damaged area, and the bone graft material can be injected into the damaged area without a large incision.
일 구체예에 따르면, 상기 골 이식재는 줄기세포 증식 촉진 효과, 줄기세포의 골모세포로의 분화 촉진 효과, 또는 골 재생 또는 형성 촉진 효과를 나타내는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 골 이식재는 인공적으로 합성된 골 이식재 (또는 시판되는 골 이식재) 및 상기 방법에 의하지 않고 단순히 불가사리로부터 분리된 골편과 비교하여 다공성이 현저히 향상된 구조를 가질 수 있고, 이로 인해, 고유의 화학적 및 구조적 특성을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 상기 골 이식재는 불가사리 골편의 고유의 미세다공 및 미량원소를 그대로 포함하면서, 다공성이 현저히 향상된 상태일 수 있다. 이로 인해, 상기 골 이식재는 인공적으로 합성된 골 이식재 (또는 시판되는 골 이식재) 및 상기 방법에 의하지 않고 단순히 불가사리로부터 분리된 골편과 비교하여 현저히 향상된 줄기세포 증식 촉진 효과, 줄기세포의 골모세포로의 분화 촉진 효과, 또는 골 재생 또는 형성 촉진 효과를 나타내는 것일 수 있다.According to one embodiment, the bone graft material may exhibit an effect of promoting stem cell proliferation, an effect of promoting the differentiation of stem cells into osteoblasts, or an effect of promoting bone regeneration or formation. Specifically, the bone graft material may have a structure with significantly improved porosity compared to an artificially synthesized bone graft material (or a commercially available bone graft material) and a bone fragment simply isolated from a starfish without using the above method. Chemical and structural properties can be displayed. Specifically, the bone graft material may have significantly improved porosity while containing microporosity and trace elements inherent in starfish bone fragments. As a result, the bone graft material has a significantly improved stem cell proliferation promoting effect, stem cell transformation into osteoblasts, compared to artificially synthesized bone graft materials (or commercially available bone graft materials) and bone fragments simply isolated from starfish without using the above method. It may exhibit a differentiation promoting effect or a bone regeneration or formation promoting effect.
상기 골 이식재에 의하여 증식 또는 분화가 촉진되는 줄기세포는 골 분화능을 가지는 세포일 수 있다.Stem cells whose proliferation or differentiation is promoted by the bone graft material may be cells having bone differentiation potential.
용어 "골 분화능을 가지는 세포"는 골 형성 세포 (예컨대, 조골세포 (또는 골모세포), 연골세포, 골아세포 등)로 분화할 수 있는 능력을 가지는 모든 세포를 지칭한다. The term "cells with bone differentiation potential" refers to all cells that have the ability to differentiate into osteogenic cells (eg, osteoblasts (or osteoblasts), chondrocytes, osteoblasts, etc.).
구체적으로, 상기 골 이식재에 의하여 증식 또는 분화가 촉진되는 줄기세포는 중간엽 줄기세포, 골전구 세포, 조골세포, 및 연골세포로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것일 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다. Specifically, the stem cells whose proliferation or differentiation is promoted by the bone graft material may be at least one selected from the group consisting of mesenchymal stem cells, bone progenitor cells, osteoblasts, and chondrocytes, but is not limited thereto.
용어 "골전구 세포"란 골 세포가 될 잠재성을 갖고, 골막 및 골수에 존재하는 세포를 의미할 수 있다.The term "osteocyte progenitor cells" can refer to cells that have the potential to become bone cells and are present in the periosteum and bone marrow.
용어 "조골세포 (또는 골모세포)" 또는 "연골세포"는 이미 조골세포 (또는 골모세포) 또는 연골세포로 분화 방향이 결정된 세포인 전구 세포까지도 포함하는 개념이다.The term “osteoblasts (or osteoblasts)” or “chondrocytes” is a concept that includes even progenitor cells, which are cells whose differentiation direction has already been determined into osteoblasts (or osteoblasts) or chondrocytes.
상기 골 이식재는 세포, 예를 들면, 체세포 또는 줄기세포를 더 포함할 수 있다. The bone graft material may further include cells, for example, somatic cells or stem cells.
용어 "줄기세포"는 다른 세포로의 분화능을 갖는 미분화 세포를 의미할 수 있다. 상기 줄기세포는 배아줄기세포, 성체줄기세포, 유도만능줄기세포, 또는 중간엽줄기세포일 수 있다. 상기 중간엽줄기세포는 다양한 조직, 다양한 인종, 또는 다양한 나이의 인간으로부터 분리된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 중간엽줄기세포는 지방 조직 유래, 태반 유래, 제대혈 유래, 근육 조직 유래, 각막 조직 유래, 또는 골수 조직 유래의 중간엽줄기세포일 수 있다. 또한, 예를 들면, 상기 중간엽줄기세포는 지방줄기세포, 골수줄기세포, 제대혈줄기세포, 신경줄기세포, 태반줄기세포, 또는 제대혈줄기세포인 것일 수 있다.The term “stem cell” may refer to undifferentiated cells having the ability to differentiate into other cells. The stem cells may be embryonic stem cells, adult stem cells, induced pluripotent stem cells, or mesenchymal stem cells. The mesenchymal stem cells may be isolated from humans of various tissues, various races, or various ages. For example, the mesenchymal stem cells may be mesenchymal stem cells derived from adipose tissue, placenta, umbilical cord blood, muscle tissue, corneal tissue, or bone marrow tissue. Also, for example, the mesenchymal stem cells may be adipose stem cells, bone marrow stem cells, cord blood stem cells, neural stem cells, placental stem cells, or cord blood stem cells.
상기 골 이식재는 결합제 (binding agent)를 더 포함할 수 있다. 상기 결합제는 상기 골 이식재를 구성하는 입자 또는 성분을 물리적으로 고정, 결합, 또는 응집시킴으로서, 골 이식재를 골 결손부에 적용시 골 이식재가 골 결손부에서 곧바로 이탈하지 않게 할 수 있는 재료를 의미할 수 있다. 결합제의 예로는, 덴탈 레진 시멘트 (dental resin cement), 글라스 이오노머 시멘트 (glass ionomer cement), 콜라겐 접착제 (collagen based glues), 인산 아연 (zinc phosphate), 또는 인산 마그네슘 (magnesium phosphate)과 같은 인산 시멘트 (phosphate-based cements); 또는 카르복실 아연 (zinc carboxylate), 피브린 글루 (fibrin glues), 또는 접착 단백질 (mussel-derived adhesive proteins)과 같은 단백질 결합제 (protein-based binders)와 같은 공지된 생체 적합성 물질을 포함할 수 있다. The bone graft material may further include a binding agent. The binder may refer to a material that physically fixes, binds, or aggregates the particles or components constituting the bone graft material, thereby preventing the bone graft material from immediately leaving the bone defect when the bone graft material is applied to the bone defect. can Examples of binders include dental resin cement, glass ionomer cement, collagen based glues, zinc phosphate, or phosphate cement such as magnesium phosphate ( phosphate-based cements); or known biocompatible materials such as protein-based binders such as zinc carboxylate, fibrin glues, or mussel-derived adhesive proteins.
상기 골 이식재는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 골 결손부의 감염을 방지하거나, 골 이식재의 골 형성능, 골 전도능, 또는 골 유도능을 보다 향상시키기 위해 첨가되는 의학적으로 허용되는 추가 성분일 수 있다. 첨가제의 예로는, 항바이러스제, 항균제, 항생제, 항암제, 또는 혈관생성제 (angiogenic drugs)와 같은 약물; 다당류 수용액; 아미노산; 펩타이드; 비타민; 단백질 합성에 대한 보조 인자; 소마토트로핀 (somatotropin)과 같은 성장 호르몬; 내분비 조직 단편; 콜라게나제 (collagenase), 펩티다제 (peptidases), 또는 옥시다제 (oxidases)와 같은 효소; 연골 단편 (cartilage fragments), 연골세포 (chondrocytes), 또는 골수 세포 (bone marrow cells)와 같은 살아있는 세포; 면역억제제; 지방산 에스테르; 또는 핵산을 포함하지만, 이에 한정되지는 않으며, 당업자는 골 결손 부위 및 적용 대상의 상태에 따라 적합한 첨가제를 1종 이상 선택할 수 있다.The bone graft material may further include additives. The additive may be a medically acceptable additional component added to prevent infection of a bone defect or to further improve the bone formation, bone conduction, or bone induction function of the bone graft material. Examples of additives include drugs such as antiviral agents, antibacterial agents, antibiotics, anticancer agents, or angiogenic drugs; polysaccharide aqueous solution; amino acid; peptide; vitamin; cofactors for protein synthesis; growth hormones such as somatotropin; endocrine tissue fragments; enzymes such as collagenase, peptidases, or oxidases; live cells such as cartilage fragments, chondrocytes, or bone marrow cells; immunosuppressants; fatty acid esters; or nucleic acids, but is not limited thereto, and those skilled in the art may select one or more suitable additives according to the bone defect site and the condition of the target to be applied.
상기 골 이식재는 통상의 방법에 따라 산제, 현탁액, 에멀전, 연고제, 또는 주사제의 형태로 제형화되어 골 결손 부위 또는 주변 부위에 적용될 수 있다.The bone graft material may be formulated in the form of a powder, suspension, emulsion, ointment, or injection according to a conventional method and applied to a bone defect site or surrounding area.
용어 "투여량"은 이를 필요로 하는 대상 부위에 적용됨으로서 골 형성 또는 재생을 유도하거나, 촉진하기에 충분한 양을 의미한다. 상기 골 이식재의 투여량은 환자의 체중, 연령, 성별, 건강상태, 및 골 결손 정도에 따라 달라질 수 있으며, 당업자에 의해 적절하게 선택될 수 있다.The term "dosage" means an amount sufficient to induce or promote bone formation or regeneration by being applied to a target site in need thereof. The dose of the bone graft material may vary depending on the patient's weight, age, sex, health condition, and degree of bone defect, and may be appropriately selected by a person skilled in the art.
상기 골 이식재는 줄기세포의 증식 및 골 형성 분화를 촉진시키기 위하여 배지, 분화 촉진 인자 또는 단백질, 줄기세포의 성능을 개선시키는 유전자 등을 더 포함할 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다. The bone graft material may further include, but is not limited to, a medium, a differentiation promoting factor or protein, and a gene for improving the performance of stem cells in order to promote proliferation and osteogenic differentiation of stem cells.
또한, 상기 골 이식재는 손상된 골조직의 빠른 회복을 위하여 골 이식재 내에 약물을 추가적으로 적용할 수 있다. 상기 약물로서, 조직 재생에 관여하는 유전자, 줄기세포의 성능을 개선시키는 유전자, 재생 단백질 등을 사용할 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다. In addition, the bone graft material may additionally apply a drug to the bone graft material for rapid recovery of damaged bone tissue. As the drug, genes involved in tissue regeneration, genes improving the performance of stem cells, regeneration proteins, etc. may be used, but are not limited thereto.
상기 골 이식재에서 언급된 용어 또는 요소 중 상기 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 불가사리 유래 골 이식재에 대한 설명에서 언급된 것과 같은 것은, 앞에서 상기 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 불가사리 유래 골 이식재에 대한 설명에서 언급된 바와 같은 것으로 이해된다.Among the terms or elements mentioned in the bone graft material, the same as those mentioned in the description of the manufacturing method and the starfish-derived bone graft material manufactured by the method are the same as those mentioned above in the manufacturing method and the starfish-derived bone graft material manufactured by the method. It is understood as the same as mentioned in the description of.
또 다른 양상은 상기 골 이식재를 유효성분으로 포함하는 골 질환 예방 또는 치료용 약제학적 조성물을 제공한다.Another aspect provides a pharmaceutical composition for preventing or treating bone disease comprising the bone graft material as an active ingredient.
용어 "유효성분 (effective ingredient)"은 이롭거나 바람직한 임상적 또는 생화학적 결과에 영향을 주는 적절한 유효량의 성분을 의미한다. 구체적으로는, 유효량의 골 이식재를 의미할 수 있다.The term "effective ingredient" means an appropriately effective amount of an ingredient that affects a beneficial or desirable clinical or biochemical outcome. Specifically, it may mean an effective amount of bone graft material.
상기 유효량은 한번 또는 그 이상 투여될 수 있고, 질병을 예방하거나, 질병 상태를 비제한적으로, 증상의 완화, 질병 범위의 감소, 질병 상태의 안정화 (즉, 악화되지 않음), 질병 진행의 지연 또는 속도의 감소, 또는 질병 상태의 개선 또는 일시적 완화 및 경감 (부분적이거나 전체적으로)을 위한 적절한 양일 수 있다.The effective amount can be administered once or more and prevent disease, or, without limitation, alleviation of symptoms, reduction of disease extent, stabilization of disease state (i.e., not worsening), delay of disease progression, or It may be an appropriate amount for reduction in rate, or amelioration or palliation and alleviation (partial or total) of the disease state.
용어 "예방 (prevention)"은 질환의 발생을 미리 차단하거나, 질환을 억제하거나 진행을 지연시키는 모든 행위를 의미한다.The term "prevention" refers to any action that prevents the occurrence of a disease in advance, suppresses the disease, or delays the progression of the disease.
용어 "치료 (treatment)"는 치료학적 치료 및 예방적 또는 예방조치 방법 모두를 의미한다. 또한, 질환의 증상이 호전 또는 이롭게 변경되는 모든 행위를 의미한다.The term "treatment" refers to both therapeutic treatment and prophylactic or prophylactic measures. In addition, it means any action that improves or beneficially changes the symptoms of a disease.
상기 골 질환은 골연화증, 구루병, 골감소증, 칼슘조절이상 등의 대사성 골 질환, 암세포의 골전이나 인공관절의 피로잔해 (wear debrid) 등에 의해 초래되는 뼈의 용해 (osteolysis), 내분비 질환 또는 약물에 의한 이차성 골손실 (secondary bone loss), 파젯병 (Paget disease), 골결손, 치주염에 의한 치조골 결손, 골괴사, 및 섬유성 골염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것일 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다.The bone disease is osteomalacia, rickets, osteopenia, metabolic bone disease such as calcium dysregulation, osteolysis caused by bone metastases of cancer cells or wear debrid of artificial joints, endocrine diseases, or secondary diseases caused by drugs. It may be at least one selected from the group consisting of secondary bone loss, Paget disease, bone defect, alveolar bone defect due to periodontitis, osteonecrosis, and fibrous osteitis, but is not limited thereto.
상기 약제학적 조성물은 약제학적 조성물의 제조에 통상적으로 사용하는 적절한 담체, 부형제, 또는 희석제를 추가로 포함할 수 있다. 사용가능한 담체, 부형제 또는 희석제로는, 락토즈, 덱스트로즈, 수크로스, 솔비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨, 말티톨, 전분, 아카시아 고무, 알지네이트, 젤라틴, 칼슘 포스페이트, 칼슘 실리케이트, 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 미정질 셀룰로스, 폴리비닐 피롤리돈, 물, 메틸히드록시벤조에이트, 프로필히드록시벤조에이트, 탈크, 마그네슘 스테아레이트, 또는 광물유 등을 들 수 있다.The pharmaceutical composition may further include suitable carriers, excipients, or diluents commonly used in the preparation of pharmaceutical compositions. Usable carriers, excipients or diluents include lactose, dextrose, sucrose, sorbitol, mannitol, xylitol, erythritol, maltitol, starch, gum acacia, alginate, gelatin, calcium phosphate, calcium silicate, cellulose, methyl cellulose, microcrystalline cellulose, polyvinyl pyrrolidone, water, methylhydroxybenzoate, propylhydroxybenzoate, talc, magnesium stearate, or mineral oil; and the like.
상기 조성물에서 언급된 용어 또는 요소 중 상기 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조된 불가사리 유래 골 이식재, 및 상기 골 이식재에 대한 설명에서 언급된 것과 같은 것은, 앞에서 상기 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조된 불가사리 유래 골 이식재, 및 상기 골 이식재에 대한 설명에서 언급된 바와 같은 것으로 이해된다.Among the terms or elements mentioned in the composition, the same as those mentioned in the description of the manufacturing method, the starfish-derived bone graft material produced by the method, and the bone graft material, are the same as those mentioned in the above manufacturing method and starfish manufactured by the method. It is understood as mentioned in the derived bone graft material, and in the description of said bone graft material.
또 다른 양상은 상기 골 이식재 또는 이를 유효성분으로 포함하는 골 질환 예방 또는 치료용 약제학적 조성물을 개체에 투여하는 단계를 포함하는 골 질환을 예방 또는 치료하는 방법을 제공한다.Another aspect provides a method for preventing or treating bone disease comprising administering the bone graft material or a pharmaceutical composition for preventing or treating bone disease containing the bone graft material as an active ingredient to a subject.
상기 골 이식재 또는 이를 유효성분으로 포함하는 약제학적 조성물의 투여 방식에는 특별한 제한이 없으며, 예컨대, 골 손상 또는 골 질환 부위 주입이나 상기 부위 수술 시 점적에 의할 수 있다. 예컨대, 상기 골 이식재를 골 손상 부위에 채워 넣음으로써 골 손상 부위의 모양 및 두께에 상관없이 결손 부위를 복구할 수 있으며, 큰 절개 없이 손상 부위에 상기 골 이식재를 주입식으로 이식할 수 있다.The administration method of the bone graft material or the pharmaceutical composition containing the same as an active ingredient is not particularly limited, and may be, for example, injection into a bone damaged or diseased area or instillation during surgery of the area. For example, by filling the bone damaged area with the bone graft material, the defective area can be repaired regardless of the shape and thickness of the bone damaged area, and the bone graft material can be injected into the damaged area without a large incision.
용어 "투여하는", "도입하는", 및 "이식하는"은 상호교환적으로 사용되고, 일 구체예에 따른 골 이식재 또는 이를 유효성분으로 포함하는 약제학적 조성물을 원하는 부위로의 적어도 부분적 국소화를 초래하는 방법 또는 경로에 의한 개체내로의 배치를 의미할 수 있다. 일 구체예에 따른 골 이식재 또는 이를 유효성분으로 포함하는 약제학적 조성물은, 생존하는 개체내에서의 원하는 위치로 전달하는 임의의 적절한 경로에 의해 투여될 수 있다.The terms "administering", "introducing", and "implanting" are used interchangeably and result in at least partial localization of the bone graft material according to one embodiment or a pharmaceutical composition comprising the same as an active ingredient to a desired site. It can mean placement into an object by a method or path. The bone graft material according to one embodiment or a pharmaceutical composition containing the bone graft material as an active ingredient may be administered to a desired location in a living subject by any suitable route.
상기 개체는 인간 또는 인간을 제외한 포유동물일 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 개체는 질병의 예방 또는 치료를 필요로 하는 대상을 의미하고, 인간, 비인간인 영장류, 생쥐, 개, 고양이, 말, 및 소 등의 포유류를 의미할 수 있다.The subject may be a human or a non-human mammal. More specifically, the subject means a subject in need of prevention or treatment of a disease, and may mean mammals such as humans, non-human primates, mice, dogs, cats, horses, and cows.
상기 치료 방법에서 언급된 용어 또는 요소 중 상기 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조된 불가사리 유래 골 이식재, 상기 골 이식재, 및 상기 조성물에 대한 설명에서 언급된 것과 같은 것은, 앞에서 상기 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조된 불가사리 유래 골 이식재, 상기 골 이식재, 및 상기 조성물에 대한 설명에서 언급된 바와 같은 것으로 이해된다.Among the terms or elements mentioned in the treatment method, the same as those mentioned in the description of the manufacturing method, the starfish-derived bone graft material produced by the method, the bone graft material, and the composition, are the same as those mentioned in the above manufacturing method and the method. It is understood as mentioned in the description of the starfish-derived bone graft material prepared by, the bone graft material, and the composition.
일 양상에 따른 불가사리 유래 골 이식재를 제조하는 방법에 의하면, 불가사리 골편의 고유의 미세다공 및 미량원소를 그대로 포함하고 있는 상태로, 다공성이 현저히 향상된 골 이식재를 제조할 수 있는 효과가 있고, 상기 방법에 의해 제조된 골 이식재에 의하면, 세포 증식, 골모세포로의 분화, 또는 골 재생 또는 형성을 현저히 증가시켜 골 이식재로 유용하게 사용될 수 있는 효과가 있다. According to the method for manufacturing a bone graft material derived from starfish according to one aspect, there is an effect of manufacturing a bone graft material with remarkably improved porosity while containing micropores and trace elements inherent in starfish bone fragments as they are. According to the bone graft material prepared by, cell proliferation, differentiation into osteoblasts, or bone regeneration or formation are significantly increased, so that it can be usefully used as a bone graft material.
도 1은 일 구체예에 따른 불가사리 유래 골편의 구조를 주사전자현미경으로 확인한 결과이다.
도 2는 일 구체예에 따른 다공성 향상 공정을 거친 불가사리 유래 골 이식재의 변화를 주사전자현미경으로 확인한 결과이다 (A: 다공성 향상 공정 전; B: 다공성 향상 공정 후).
도 3은 일 구체예에 따른 다공성 향상 공정을 거친 불가사리 유래 골 이식재의 성분 분석 결과 (A) 및 구조적 특성을 확인한 결과 (B)이다.
도 4는 일 구체예에 따른 다공성 향상 공정을 거친 불가사리 유래 골 이식재의 세포 증식 촉진 효과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 일 구체예에 따른 다공성 향상 공정을 거친 불가사리 유래 골 이식재의 골 분화 촉진 효과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 일 구체예에 따른 다공성 향상 공정을 거친 불가사리 유래 골 이식재의 골 형성 촉진 효과를 나타내는 그래프 (A) 및 이미지 (B)이다.1 is a result of confirming the structure of a starfish-derived bone fragment according to one embodiment with a scanning electron microscope.
2 is a result of confirming the change of the starfish-derived bone graft material subjected to the porosity improvement process according to one embodiment with a scanning electron microscope (A: before the porosity improvement process; B: after the porosity improvement process).
3 is a result of component analysis (A) and a result of confirming structural characteristics (B) of a starfish-derived bone graft material subjected to a porosity improvement process according to an embodiment.
4 is a graph showing the cell proliferation promoting effect of the starfish-derived bone graft material subjected to the porosity improvement process according to one embodiment.
5 is a graph showing the bone differentiation promoting effect of the starfish-derived bone graft material subjected to the porosity improvement process according to one embodiment.
6 is a graph (A) and an image (B) showing the bone formation promoting effect of the starfish-derived bone graft material subjected to a porosity improvement process according to one embodiment.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, these examples are intended to illustrate the present invention by way of example, and the scope of the present invention is not limited to these examples.
[비교예][Comparative example]
비교예 1: 일반 골 이식재Comparative Example 1: General bone graft material
비교예로는 화학양론적으로 합성한 HAp 입자 (순수한 HAp, 200-500 μm 범위의 입자크기)를 사용하였다.As a comparative example, stoichiometrically synthesized HAp particles (pure HAp, particle size in the range of 200-500 μm) were used.
비교예 2: 불가사리 유래 골편Comparative Example 2: Starfish-derived bone fragments
불가사리 유래 골편은 하기와 같이 제조하였다. 서해 연안에서 채집한 아무르 불가사리 (Asterias amurensis) 종을 사용하였다. 아무르 불가사리 개체를 약 5x5 cm2 정도로 잘라 약 10% NaOCl 용액에서 침지하여, 약 24시간 동안 교반을 수행하였다. 1차 세척 후 다시 약 10% NaOCl 용액에서 약 12시간 동안 교반하고 충분한 양의 증류수로 3회 이상 세척하여 골편을 분리하였다. 분리한 골편은 약 60℃ 오븐에서 약 24시간 동안 건조하였다. 그 후, 추가적인 다공성 향상 공정을 수행하지 않은 상태인 건조한 골편을 비교예로서 사용하였다. Starfish-derived bone fragments were prepared as follows. Amur starfish ( Asterias amurensis ) species collected from the west coast were used. Amur starfish individuals were cut to about 5x5 cm 2 and immersed in about 10% NaOCl solution, followed by stirring for about 24 hours. After the first washing, the bone fragments were separated by stirring in about 10% NaOCl solution for about 12 hours and washing three or more times with a sufficient amount of distilled water. The separated bone fragments were dried in an oven at about 60°C for about 24 hours. Then, bone fragments dried in a state in which no additional porosity enhancement process was performed were used as comparative examples.
[실시예][Example]
실시예 1 내지 12: 다공성이 향상된 불가사리 유래 골 이식재의 제조Examples 1 to 12: Preparation of starfish-derived bone graft materials with improved porosity
다공성이 향상된 불가사리 유래 골 이식재를 하기와 같이 제조하였다.A starfish-derived bone graft material having improved porosity was prepared as follows.
(1) 불가사리로부터 골편의 분리(1) Separation of bone fragments from starfish
상기 비교예 2와 동일한 방법을 사용하여, 불가사리로부터 골편을 분리하여 불가사리 유래 골편을 수득하였다.Using the same method as in Comparative Example 2, bone fragments were separated from starfish to obtain starfish-derived bone fragments.
(2) 산성 수용액 및 초음파의 처리(2) treatment of acidic aqueous solution and ultrasonic
불가사리 유래 골편 약 5 g을 약 0.2 pH HCl 수용액 약 100 mL에 침지하였다. 프로펠러 교반기를 이용하여 약 60 rpm의 속도로 약 30분간 혼합 후 약 25℃에서 하기 표 1과 같이, 6, 12, 24, 48, 72, 또는 96시간 반응시켰다.About 5 g of starfish-derived bone fragments were immersed in about 100 mL of an aqueous solution of about 0.2 pH HCl. After mixing for about 30 minutes at a speed of about 60 rpm using a propeller stirrer, the mixture was reacted at about 25° C. for 6, 12, 24, 48, 72, or 96 hours as shown in Table 1 below.
동시에, 상기 산성 수용액의 처리 반응에서 반응의 촉진을 위하여 초음파 반응기를 이용하여 약 20분 마다 약 5분 동안 하기 표 2와 같이, 약 20, 40, 60, 80, 또는 100 kHz의 초음파를 가하는 초음파 공정을 수행하였다. At the same time, as shown in Table 2 below, ultrasonic waves of about 20, 40, 60, 80, or 100 kHz are applied for about 5 minutes every about 20 minutes using an ultrasonic reactor to promote the reaction in the treatment reaction of the acidic aqueous solution. process was carried out.
산성 수용액 및 초음파의 처리 반응이 끝난 골편 시료는 증류수를 이용하여 세척 후 3일간 계속적으로 침지 세척과정을 거쳐 약 60℃ 오븐에서 약 24시간 동안 건조하였다.After the acidic aqueous solution and ultrasonic treatment were completed, the bone fragment samples were washed with distilled water, continuously immersion washed for 3 days, and then dried in an oven at about 60 ° C for about 24 hours.
(3) 수열화 반응(3) hydrothermal reaction
상기 골편 시료를 분쇄기로 잘게 잘라 체반에 걸러 일정한 사이즈의 골편을 분리 수집하고 수열화 반응을 시행하였다. 약 2 M 농도인 (NH4)H2PO4에 골편을 침지시키고 이를 수열화 용기에서 약 200℃에서 약 24시간 동안 반응시켰다. 이후 골편을 증류수로 충분히 세척하고 이를 약 60℃ 오븐에서 약 24시간 동안 건조하였다.The bone fragment sample was cut into small pieces with a grinder and filtered through a sieve to separate and collect bone fragments of a certain size, and a hydrothermal reaction was performed. The bone fragments were immersed in (NH 4 )H 2 PO 4 at a concentration of about 2 M and reacted at about 200° C. for about 24 hours in a hydrothermal vessel. Thereafter, the bone fragments were sufficiently washed with distilled water and dried in an oven at about 60° C. for about 24 hours.
(4) 소결 반응(4) sintering reaction
상기 수열화 반응이 끝난 골편 시료를 분당 약 5℃씩 온도를 상승시켜 약 600℃에 도달시킨 후 약 6시간 동안 가열한 후, 다시 분당 약 5℃씩 온도를 약 900℃에 도달시킨 후 약 6시간 동안 가열하였다. After the hydrothermalization reaction was completed, the bone fragment sample was heated at a rate of about 5 ° C per minute to reach about 600 ° C, heated for about 6 hours, and then heated again at about 5 ° C per minute to reach about 900 ° C, followed by about 6 heated for an hour.
그 후, 상온까지 자연 냉각을 수행하여 최종적으로 실시예 1 내지 12의 다공성이 향상된 불가사리 유래 골 이식재를 제조하였다.Thereafter, natural cooling was performed to room temperature to finally prepare starfish-derived bone graft materials having improved porosity of Examples 1 to 12.
[실험예][Experimental Example]
실험예 1: 불가사리 유래 골 이식재의 구조의 확인Experimental Example 1: Confirmation of structure of starfish-derived bone graft material
본 실험예에서는, 불가사리 유래 골 이식재의 구조적 특성을 확인하기 위하여 하기와 같은 실험을 실시하였다.In this experimental example, the following experiments were conducted to confirm the structural characteristics of the starfish-derived bone graft material.
구체적으로, 비교예 2의 불가사리 유래 골편을 대상으로 하여, 주사전자현미경을 사용하여 진공 하에서 관찰하였다.Specifically, the starfish-derived bone fragments of Comparative Example 2 were observed under vacuum using a scanning electron microscope.
그 결과, 도 1에 나타난 바와 같이, 불가사리 유래 골편은 다공성을 가진 물질이어서 골 이식재의 재료로 쓰일 가능성이 있음을 확인할 수 있었다.As a result, as shown in FIG. 1, it was confirmed that the starfish-derived bone fragment is a porous material and thus has the potential to be used as a material for a bone graft material.
실험예 2: 추가 공정에 의한 불가사리 유래 골 이식재의 다공성 향상 여부 확인Experimental Example 2: Confirmation of porosity improvement of starfish-derived bone graft material by additional process
(1) 산성 수용액 처리 반응 시간에 따른 다공성 향상 여부 확인(1) Check whether porosity is improved according to the acidic aqueous solution treatment reaction time
본 실험예에서는, 상기 비교예 2의 불가사리 유래 골편에 대하여 다양한 시간 동안 산성 수용액 처리 반응의 추가 공정을 수행하면서 동시에, 약 40 kHz의 초음파를 처리하여 반응시킨 후, 수열화 반응 및 소결 반응을 수행하여 제조된 상기 표 1의 실시예 1 내지 6의 불가사리 유래 골 이식재의 다공성이 향상되었는지 확인하기 위하여 공극률 및 다공 평균직경을 측정하는 실험을 실시했다.In this experimental example, the starfish-derived bone fragments of Comparative Example 2 were subjected to an additional process of treatment with an acidic aqueous solution for various times, and at the same time treated with ultrasonic waves at about 40 kHz to react, followed by a hydrothermal reaction and a sintering reaction. In order to confirm whether the porosity of the starfish-derived bone graft materials of Examples 1 to 6 in Table 1 was improved, an experiment was conducted to measure the porosity and average pore diameter.
구체적으로, 상기 비교예 2 및 실시예 1 내지 6에 대하여, 주사전자현미경을 사용하여 진공 하에서 관찰하였다. 다공성에 관한 특성은 다공 평균직경 및 공극률을 수은관입법에 의해 자동 공극률 측정기 (automated mercury porosimeter)를 이용하여 측정하였다. 수치는 평균 ± 표준편차 (SD)로 표현되고, 통계적 분석은 일원분산분석 (one-way analysis of variance, ANOVA)으로 수행한 후 GraphPad Prism version 5.3 (GraphPad Software, SanDiego, CA, USA)을 사용한 Dunnett's post-hoc test를 이용하여 수행하였다. P <0.05는 통계적으로 유의한 것으로 간주되었다.Specifically, with respect to Comparative Example 2 and Examples 1 to 6, they were observed under vacuum using a scanning electron microscope. As for the porosity characteristics, the average pore diameter and porosity were measured using an automated mercury porosimeter by the mercury tube method. Values are expressed as mean ± standard deviation (SD), statistical analysis was performed by one-way analysis of variance (ANOVA) followed by Dunnett's using GraphPad Prism version 5.3 (GraphPad Software, SanDiego, CA, USA). It was performed using a post-hoc test. P<0.05 was considered statistically significant.
그 결과, 하기 표 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 6이 비교예 2 보다 더 뛰어난 공극률 및 더 큰 다공 평균직경을 나타냈으며, 약 48시간 동안 산성 수용액 처리 반응의 추가 공정을 수행한 실시예 4의 골 이식재가 가장 뛰어난 공극률 및 가장 큰 다공 평균직경을 나타냄을 확인하였다. 특히, 약 72시간 이상 동안 공정을 수행하면, 구멍의 크기가 지나치게 커져 골편의 형태가 온전히 유지되지 못하고 조각나버린 모습이 관찰되었고, 약 6시간 이하 동안 공정을 수행하면, 공극률이 현저히 감소함을 확인하였다.As a result, as shown in Table 3 below, Examples 1 to 6 showed superior porosity and larger average pore diameter than Comparative Example 2, and an example in which an additional process of acidic aqueous solution treatment reaction was performed for about 48 hours. It was confirmed that the bone graft material of No. 4 exhibited the most excellent porosity and the largest average pore diameter. In particular, when the process was performed for about 72 hours or more, the size of the hole increased too much, and the shape of the bone fragments could not be maintained intact and fragmented. did
또한 도 2에 나타낸 바와 같이, 비교예 2를 나타낸 도 2A보다 실시예 4를 나타낸 도 2B의 구멍 크기 및 개수가 현저히 증가한 것을 알 수 있었다.In addition, as shown in FIG. 2, it was found that the size and number of holes in FIG. 2B showing Example 4 were significantly increased compared to FIG. 2A showing Comparative Example 2.
이러한 결과는 산성 수용액 처리 반응의 추가적인 다공성 향상 공정을 수행한 실시예 1 내지 4의 골 이식재가 비교예 2 보다 다공성이 현저히 향상되어 골 이식재로서 더 적합함을 의미한다. 특히, 약 48시간 동안 산성 수용액 처리 반응의 추가 공정을 수행한 실시예 4의 골 이식재가 가장 뛰어난 다공성을 나타내어 골 이식재로서 가장 적합함을 의미한다.These results indicate that the bone graft materials of Examples 1 to 4 subjected to the additional porosity improvement step of the acidic aqueous solution treatment reaction were significantly improved in porosity compared to Comparative Example 2, making them more suitable as bone graft materials. In particular, the bone graft material of Example 4, which was subjected to an additional process of treatment with an acidic aqueous solution for about 48 hours, showed the most excellent porosity, which means that it was most suitable as a bone graft material.
(2) 초음파 세기에 따른 다공성 향상 여부 확인(2) Check whether the porosity is improved according to the ultrasonic intensity
본 실험예에서는, 상기 비교예 2의 불가사리 유래 골편에 대하여 약 48시간 동안 산성 수용액 처리 반응의 추가 공정을 수행하면서 동시에, 다양한 kHz의 초음파를 처리하여 반응시킨 후, 수열화 반응 및 소결 반응을 수행하여 제조된 상기 표 2의 실시예 7 내지 12의 불가사리 유래 골 이식재의 다공성이 향상되었는지 확인하기 위하여 공극률 및 다공 평균직경을 측정하는 실험을 실시했다.In this experimental example, the starfish-derived bone fragments of Comparative Example 2 were subjected to an additional process of treatment with an acidic aqueous solution for about 48 hours, and at the same time treated with ultrasonic waves of various kHz to react, followed by a hydrothermal reaction and a sintering reaction. In order to confirm that the porosity of the starfish-derived bone graft materials of Examples 7 to 12 in Table 2 was improved, an experiment was conducted to measure the porosity and average pore diameter.
구체적으로, 상기 비교예 2 및 실시예 7 내지 12에 대하여, 주사전자현미경을 사용하여 진공 하에서 관찰하였다. 다공성에 관한 특성은 다공 평균직경 및 공극률을 수은관입법에 의해 자동 공극률 측정기 (automated mercury porosimeter)를 이용하여 측정하였다. 수치는 평균 ± 표준편차 (SD)로 표현되고, 통계적 분석은 일원분산분석 (one-way analysis of variance, ANOVA)으로 수행한 후 GraphPad Prism version 5.3 (GraphPad Software, SanDiego, CA, USA)을 사용한 Dunnett's post-hoc test를 이용하여 수행하였다. P <0.05는 통계적으로 유의한 것으로 간주되었다.Specifically, with respect to Comparative Example 2 and Examples 7 to 12, they were observed under vacuum using a scanning electron microscope. As for the porosity characteristics, the average pore diameter and porosity were measured using an automated mercury porosimeter by the mercury tube method. Values are expressed as mean ± standard deviation (SD), statistical analysis was performed by one-way analysis of variance (ANOVA) followed by Dunnett's using GraphPad Prism version 5.3 (GraphPad Software, SanDiego, CA, USA). It was performed using a post-hoc test. P<0.05 was considered statistically significant.
그 결과, 하기 표 4에 나타낸 바와 같이, 초음파를 처리하여 제조된 실시예 8 내지 12가 초음파 처리없이 제조된 비교예 2 및 실시예 7 보다 더 뛰어난 공극률 및 더 큰 다공 평균직경을 나타냈으며, 약 40 내지 60 kHz의 세기로 초음파를 처리하여 제조된 실시예 9 및 10의 골 이식재가 가장 뛰어난 공극률 및 가장 큰 다공 평균직경을 나타냄을 확인하였다. 특히, 약 80 kHz 이상의 세기로 초음파를 처리하면, 구멍의 크기가 지나치게 커져 골편의 형태가 온전히 유지되지 못하고 조각나버린 모습이 관찰되었고, 약 20 kHz 이하의 세기로 초음파를 처리하면, 공극률이 현저히 감소함을 확인하였다.As a result, as shown in Table 4 below, Examples 8 to 12 prepared by ultrasonic treatment showed superior porosity and larger average pore diameter than Comparative Examples 2 and 7 prepared without ultrasonic treatment, and about It was confirmed that the bone graft materials of Examples 9 and 10 prepared by treating with ultrasonic waves at an intensity of 40 to 60 kHz exhibited the highest porosity and the largest average pore diameter. In particular, when ultrasound was treated at an intensity of about 80 kHz or higher, the size of the hole increased too much, and the shape of the bone fragment was not maintained intact and fragmented. confirmed that.
이러한 결과는, 산성 수용액 처리 반응 및 초음파 처리의 추가적인 다공성 향상 공정을 수행하여 제조된 실시예 8 내지 10의 골 이식재는, 산성 수용액 처리 반응 및 초음파 처리를 모두 수행하지 않은 채 제조된 비교예 2 및 초음파 처리 없이 산성 수용액 처리 반응만을 수행하여 제조된 실시예 7 대비 다공성이 현저히 향상되어 골 이식재로서 더 적합함을 의미하며, 특히, 약 40 내지 60 kHz의 세기로 초음파를 처리하여 제조된 실시예 9 및 10의 골 이식재가 가장 뛰어난 다공성을 나타내어 골 이식재로서 가장 적합함을 의미한다.These results indicate that the bone graft materials of Examples 8 to 10 prepared by performing the acidic aqueous solution treatment reaction and the additional porosity improvement process of ultrasonic treatment were compared to those of Comparative Example 2 and Compared to Example 7 prepared by performing only the acidic aqueous solution treatment reaction without ultrasonic treatment, the porosity is significantly improved, which means that it is more suitable as a bone graft material. and 10 showed the most excellent porosity, meaning that it was most suitable as a bone graft material.
실험예 3: 다공성이 향상된 불가사리 유래 골 이식재의 화학적 및 구조적 특성 확인Experimental Example 3: Confirmation of chemical and structural properties of starfish-derived bone graft material with improved porosity
본 실험예에서는, 다공성이 향상된 불가사리 유래 골 이식재의 화학적 및 구조적 특성을 확인하기 위하여 하기와 같은 실험을 실시하였다.In this experimental example, the following experiments were conducted to confirm the chemical and structural properties of the starfish-derived bone graft material with improved porosity.
구체적으로, 실험예 2에서 가장 다공성이 뛰어난 실시예 4의 골 이식재를 선별하여 실험을 수행하였다. 실시예 4의 골 이식재의 조성을 분석하기 위해, CuKα 방사선을 이용한 X-선 회절 분석 (XRD; D8, Bruker AXS, Karlsruhe, Germany)을 수행하였고, 스캔속도 약 0.02°/분 (2θ), 약 50 kV, 약 10-80°범위의 약 30mÅ의 조건으로 분석하였다. 샘플의 이온 조성은 X-선 형광분광법 (XRF, Bruker)으로 평가하였다. 수치는 평균 ± 표준편차 (SD)로 표현되고, 통계적 분석은 일원분산분석 (one-way analysis of variance, ANOVA)으로 수행한 후 GraphPad Prism version 5.3 (GraphPad Software, SanDiego, CA, USA)을 사용한 Dunnett's post-hoc test를 이용하여 수행하였다. P <0.05는 통계적으로 유의한 것으로 간주되었다.Specifically, the experiment was performed by selecting the bone graft material of Example 4 having the most excellent porosity in Experimental Example 2. In order to analyze the composition of the bone graft material of Example 4, X-ray diffraction analysis (XRD; D8, Bruker AXS, Karlsruhe, Germany) using CuKα radiation was performed, and the scan speed was about 0.02°/min (2θ), about 50 It was analyzed under the condition of about 30 mÅ in the range of kV, about 10-80 °. The ionic composition of the samples was evaluated by X-ray fluorescence spectroscopy (XRF, Bruker). Values are expressed as mean ± standard deviation (SD), statistical analysis was performed by one-way analysis of variance (ANOVA) followed by Dunnett's using GraphPad Prism version 5.3 (GraphPad Software, SanDiego, CA, USA). It was performed using a post-hoc test. P<0.05 was considered statistically significant.
실시예 4의 골 이식재의 마이크로 구조 및 표면형태는 주사전자현미경 (SEM; EM-30, COXEM, 대전, 한국)을 사용하여 진공 하에서 관찰되었다. 실시예 4의 골 이식재의 다공 사이즈 및 기공율을 수은관입법에 의해 자동 공극률 측정기 (automated mercury porosimeter)를 이용하여 측정하였다.The microstructure and surface morphology of the bone graft material of Example 4 were observed under vacuum using a scanning electron microscope (SEM; EM-30, COXEM, Daejeon, Korea). The pore size and porosity of the bone graft material of Example 4 were measured using an automated mercury porosimeter by the mercury tube method.
그 결과, 도 3에 나타난 바와 같이, XRD 분석 결과 실시예 4의 골 이식재는 하이드록시아파타이트를 주성분으로 하며, 제조가 완료된 후에도 이식재 표면에 하이드록시아파타이트 결정체가 고루 형성되어 있으며, 특이적인 다공성 형태를 유지하고 있음을 확인하였다.As a result, as shown in FIG. 3, as a result of XRD analysis, the bone graft material of Example 4 has hydroxyapatite as a main component, and hydroxyapatite crystals are evenly formed on the surface of the graft material even after manufacturing is completed, and a specific porous form is obtained. confirmed to be maintained.
이는 다공성이 향상된 불가사리 유래 골 이식재가 화학적 및 구조적 특이성으로 인하여 뛰어난 골 이식재가 될 수 있음을 의미한다.This means that the starfish-derived bone graft material with improved porosity can be an excellent bone graft material due to its chemical and structural specificity.
실험예 4: 다공성이 향상된 불가사리 유래 골 이식재의 세포 증식 촉진 확인Experimental Example 4: Confirmation of cell proliferation promotion of starfish-derived bone graft material with improved porosity
본 실험예에서는, 다공성이 향상된 불가사리 유래 골 이식재의 세포 증식 촉진 효과를 확인하기 위하여 세포의 성장율을 확인하였다. 세포 성장율 확인 실험의 과정은 하기와 같으며, 비교예로서, 인공적으로 합성된 골 이식재 (비교예 1) 및 다공성 향상 공정을 거치지 않은 불가사리 유래 골편 (비교예 2)을 사용하였다.In this experimental example, starfish-derived with improved porosity In order to confirm the effect of promoting cell proliferation of the bone graft material, the cell growth rate was confirmed. The process of the cell growth rate confirmation experiment is as follows. As a comparative example, artificially synthesized bone graft materials (Comparative Example 1) and starfish-derived bone fragments not subjected to the porosity improvement process (Comparative Example 2) were used.
구체적으로, 골 이식재의 세포 적합성은 인간 유래 중간엽 줄기세포 (hMSC)를 사용하여 평가하였다. 세포는 약 5% CO2 및 약 37℃ 조건 하에서 약 10% 소 태아 혈청 (FBS)을 함유하는 a-MEM (Gibco-BRL, MD Gaitherburg, MD)에서 배양하여 6 단계 이하의 계대 배양한 세포를 본 실험에 사용하였다. 세포 증식은 CellTiter96® Aqueous One solution (MTS assay, Invitrogen, Carlsbad, CA, USA)을 이용한 미토콘드리아 활성 기반 분석으로 평가하였다. hMSC를 약 1x104 cells/well의 농도로 1, 3, 6, 9, 및 12일 동안 비교예 및 실시예 4에 시딩 (seeding)하고 배양하였다. 미리 결정된 시점에서, 약 50 μL의 CellTiter96® 시약 용액을 약 250 μL의 정상배지와 혼합한 후, 각 well에 첨가하였다. 세포 배양 약 4시간 후, 상청액을 수집하여 ELISA plate reader (SpectraMAX M3; Molecular Devices, Sunnyvale, CA)를 사용하여 약 490 nm에서 흡광도를 측정하였다. 수치는 평균 ± 표준편차 (SD)로 표현되고, 통계적 분석은 일원분산분석 (one-way analysis of variance, ANOVA)으로 수행한 후 GraphPad Prism version 5.3 (GraphPad Software, SanDiego, CA, USA)을 사용한 Dunnett's post-hoc test를 이용하여 수행하였다. P <0.05는 통계적으로 유의한 것으로 간주되었다.Specifically, the cytocompatibility of the bone graft material was evaluated using human-derived mesenchymal stem cells (hMSC). Cells were cultured in a-MEM (Gibco-BRL, Gaitherburg, MD) containing about 10% fetal bovine serum (FBS) under conditions of about 5% CO 2 and about 37°C, and cells subcultured for up to 6 stages were obtained. used in this experiment. Cell proliferation was evaluated by a mitochondrial activity-based assay using CellTiter96 ® Aqueous One solution (MTS assay, Invitrogen, Carlsbad, CA, USA). hMSCs were seeded and cultured in Comparative Example and Example 4 at a concentration of about 1x10 4 cells/well for 1, 3, 6, 9, and 12 days. At a predetermined time point, about 50 μL of CellTiter96 ® reagent solution was mixed with about 250 μL of normal medium and added to each well. After about 4 hours of cell culture, the supernatant was collected and absorbance was measured at about 490 nm using an ELISA plate reader (SpectraMAX M3; Molecular Devices, Sunnyvale, CA). Values are expressed as mean ± standard deviation (SD), statistical analysis was performed by one-way analysis of variance (ANOVA) followed by Dunnett's using GraphPad Prism version 5.3 (GraphPad Software, SanDiego, CA, USA). It was performed using a post-hoc test. P<0.05 was considered statistically significant.
그 결과, 도 4에 나타난 바와 같이, 불가사리 유래의 비교예 2 및 실시예 4의 흡광도가 인공적으로 합성된 비교예 1의 흡광도에 비해 현저히 높게 나타났다. 특히, 다공성이 향상된 불가사리 유래 골 이식재인 실시예 4의 흡광도가 가장 높게 나타났다.As a result, as shown in FIG. 4, the absorbance of starfish-derived Comparative Example 2 and Example 4 was significantly higher than that of artificially synthesized Comparative Example 1. In particular, the absorbance of Example 4, which is a starfish-derived bone graft material with improved porosity, was the highest.
이는 불가사리 유래 골 이식재의 세포 증식 촉진 효과가 시판되는 골 이식재보다 높아 골 이식재로서 우수한 성능을 가짐을 의미하며, 추가적인 다공성 향상 공정을 거친 다공성이 향상된 불가사리 유래 골 이식재는 가장 뛰어난 골 이식재로서의 성능을 가짐을 의미한다.This means that the cell proliferation promoting effect of the starfish-derived bone graft material is higher than that of commercially available bone graft materials, which means that it has excellent performance as a bone graft material. means
실험예 5: 다공성이 향상된 불가사리 유래 골 이식재의 골모세포로의 분화 촉진 확인Experimental Example 5: Confirmation of promotion of differentiation of starfish-derived bone graft material with improved porosity into osteoblasts
본 실험예에서는, 다공성이 향상된 불가사리 유래 골 이식재의 골모세포로의 분화 촉진 효과를 확인하기 위하여 골 분화 관련 유전자인 ALP, Runx2, 및 오스테오칼신 (osteocalcin, OC)의 발현 수준을 정량적 실시간중합효소연쇄반응 (RT-PCR)을 통해 분석하였다. 골 분화 마커 유전자 발현량의 측정 과정은 하기와 같으며, 비교예로서, 인공적으로 합성된 골 이식재 (비교예 1) 및 다공성 향상 공정을 거치지 않은 불가사리 유래 골편 (비교예 2)을 사용하였다.In this experimental example, starfish-derived with improved porosity In order to confirm the differentiation promoting effect of the bone graft material into osteoblasts, the expression levels of ALP, Runx2, and osteocalcin (OC), which are bone differentiation related genes, were analyzed through quantitative real-time polymerase chain reaction (RT-PCR). The measurement process of bone differentiation marker gene expression level is as follows. As a comparative example, an artificially synthesized bone graft material (Comparative Example 1) and starfish-derived bone fragments not subjected to a porosity improvement process (Comparative Example 2) were used.
구체적으로, 골모세포로의 분화를 위해, 실험예 4의 hMSC가 이식된 비교예 및 실시예 4에 자극제 (약 0.1 mM 덱사메타손 (dexamethasone), 약 0.1 M b-글리세로포스페이트 (b-glycerophosphte), 약 50 ug/mL 아스코르브산 (ascorbic acid))를 세포 배양 시에 첨가하였다. 정상 성장 배지와 골형성 자극제 함유 배지는 실험이 진행되는 동안 2일 마다 교체하였다. 골형성 자극제 함유 배지에서 7일간 배양 후 총 mRNA를 세포에서 단리하고, cDNA를 역전사효소 (Invitrogen) 및 올리고 (dT) 프라이머로 전사하였다. cDNA는 TaqMan Universal PCR Master mix (Applied Biosystem)와 ALP (Hs01029144_m1), Runx2, 및 OC (Hs01587814_g1)에 대한 프라이머 및 TaqMan 프로브 세트로 증폭시켰다. 모든 TaqMan PCR은 StepOne Plus RPCR 시스템 (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA)을 통해 수행하였고, 18S rRNA 유전자를 내부표준으로서 공동 증폭시켰다. 수치는 평균 ± 표준편차 (SD)로 표현되고, 통계적 분석은 일원분산분석 (one-way analysis of variance, ANOVA)으로 수행한 후 GraphPad Prism version 5.3 (GraphPad Software, SanDiego, CA, USA)을 사용한 Dunnett's post-hoc test를 이용하여 수행하였다. P <0.05는 통계적으로 유의한 것으로 간주되었다.Specifically, for differentiation into osteoblasts, stimulants (about 0.1 mM dexamethasone, about 0.1 M b-glycerophosphte), About 50 ug/mL ascorbic acid) was added during cell culture. The normal growth medium and the medium containing the osteogenic stimulant were replaced every 2 days during the experiment. Total mRNA was isolated from the cells after 7 days of culture in a medium containing an osteogenic stimulant, and cDNA was transcribed with reverse transcriptase (Invitrogen) and oligo (dT) primers. cDNA was amplified with TaqMan Universal PCR Master mix (Applied Biosystem) and primers for ALP (Hs01029144_m1), Runx2, and OC (Hs01587814_g1) and TaqMan probe sets. All TaqMan PCRs were performed via the StepOne Plus RPCR system (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA), and the 18S rRNA gene was co-amplified as an internal standard. Values are expressed as mean ± standard deviation (SD), statistical analysis was performed by one-way analysis of variance (ANOVA) followed by Dunnett's using GraphPad Prism version 5.3 (GraphPad Software, SanDiego, CA, USA). It was performed using a post-hoc test. P<0.05 was considered statistically significant.
그 결과, 도 5에 나타낸 바와 같이, 불가사리 유래의 비교예 2 및 실시예 4의 골 분화 관련 마커 유전자의 발현 수준이 인공적으로 합성된 비교예 1에 비해 현저히 높게 나타났다. 특히, 다공성이 향상된 불가사리 유래 골 이식재인 실시예 4의 골 분화 관련 마커 유전자의 발현 수준이 가장 높게 나타났다.As a result, as shown in FIG. 5 , the expression levels of bone differentiation-related marker genes of starfish-derived Comparative Example 2 and Example 4 were significantly higher than those of artificially synthesized Comparative Example 1. In particular, the expression level of marker genes related to bone differentiation in Example 4, which is a starfish-derived bone graft material with improved porosity, was the highest.
이는 불가사리 유래 골 이식재의 골 분화 촉진 능력이 시판되는 골 이식재보다 높아 골 이식재로서 우수한 성능을 가짐을 의미하며, 추가적인 다공성 향상 공정을 거친 다공성이 향상된 불가사리 유래 골 이식재는 가장 뛰어난 골 이식재로서의 성능을 가짐을 의미한다.This means that the ability to promote bone differentiation of the starfish-derived bone graft material is higher than that of commercially available bone graft materials, which means that it has excellent performance as a bone graft material. means
실험예 6: 다공성이 향상된 불가사리 유래 골 이식재의 골 재생 또는 형성 촉진 확인Experimental Example 6: Confirmation of promotion of bone regeneration or formation of starfish-derived bone graft material with improved porosity
본 실험예에서는, 다공성이 향상된 불가사리 유래 골 이식재의 골 재생 또는 형성 촉진 효과를 확인하기 위하여 골 재생율 분석 및 MT 특수염색을 수행하였다. 실험 과정은 하기와 같으며, 비교예로서, 인공적으로 합성된 골 이식재 (비교예 1) 및 다공성 향상 공정을 거치지 않은 불가사리 유래 골편 (비교예 2)을 사용하였다.In this experimental example, starfish-derived with improved porosity Bone regeneration rate analysis and MT special staining were performed to confirm the effect of the bone graft material on promoting bone regeneration or formation. The experimental procedure is as follows. As a comparative example, an artificially synthesized bone graft material (Comparative Example 1) and starfish-derived bone fragments not subjected to a porosity improvement process (Comparative Example 2) were used.
구체적으로, 근육 내 용량의 케타민 (ketamine, 약 35 mg/kg; 유한양행, 서울) 및 자일라진 (xylazine, 약 5 mg/kg; 바이엘 코리아, 서울)을 사용하여 성인 수컷 (연령> 3 개월 이상) 뉴질랜드산 흰 토끼 (약 2.5-3.0 kg) 4 마리를 마취시켰다. 그리고 약 2% 리도카인 용액을 사용하여 국소마취를 시행하였다. 조직 절제 후, 외경이 약 6 mm인 트레핀 (trephine)을 사용하여 분리된 원형 형태의 두개골 결함을 3군데 만들었다. 3개의 결함을 각각, 비교예 1의 골 이식재, 비교예 2의 골편, 또는 실시예 4의 골 이식재 약 40 mg으로 채웠다.Specifically, adult males (age > 3 months) using intramuscular doses of ketamine (ketamine, approximately 35 mg/kg; Yuhan Corporation, Seoul) and xylazine (approximately 5 mg/kg; Bayer Korea, Seoul) ) 4 New Zealand white rabbits (approximately 2.5–3.0 kg) were anesthetized. And local anesthesia was performed using about 2% lidocaine solution. After tissue resection, three isolated circular skull defects were made using a trephine with an outer diameter of about 6 mm. Each of the three defects was filled with about 40 mg of the bone graft material of Comparative Example 1, the bone fragment of Comparative Example 2, or the bone graft material of Example 4, respectively.
상기 비교예 1, 2, 또는 실시예 4를 결함 내에 이식 후 8주 동안 치유과정을 관찰하였고, 8주 후에 뉴질랜드산 흰 토끼를 안락사 시킨 후, 상기 비교예 1, 2, 또는 실시예 4가 이식된 결함을 주변의 골 조직과 함께 토끼의 골로부터 절개하여 골 조직 표본을 제조하였다. 추가 분석하기 전, 분리된 골 조직 표본 (specimens)을 약 4℃에서 7일간 고정액 (phosphate buffered 4% paraformaldehyde solution, pH 7.2)에 두었다. 새로 형성된 골은 마이크로 컴퓨터 단층 촬영 (Micro-CT)(Sky-Scan 1172TM, Skyscan, Kontich, Belgium)에 의해 하기와 같은 조건으로 병리학적으로 평가되었다.After transplanting Comparative Examples 1, 2, or Example 4 into the defect, the healing process was observed for 8 weeks, and after 8 weeks, the New Zealand white rabbit was euthanized, and the Comparative Examples 1, 2, or Example 4 were transplanted Bone tissue specimens were prepared by excising the defective defect from the rabbit bone together with the surrounding bone tissue. Before further analysis, the isolated bone tissue specimens were placed in a fixative (phosphate buffered 4% paraformaldehyde solution, pH 7.2) at about 4°C for 7 days. The newly formed bone was pathologically evaluated by micro-computed tomography (Micro-CT) (Sky-Scan 1172TM, Skyscan, Kontich, Belgium) under the following conditions.
골 조직 표본을 약 0.5 mm 알루미늄 필터를 사용하여 약 60 kV의 전압 및 약 167 μA의 전류조건으로 셋팅된 X-선을 이용하여 분석하였다. Micro-CT 결과를 바탕으로, 3D 소프트웨어 (CTVol, Skyscan) 기반의 3D 재구성 이미지로 결함의 정성적 이미지를 관찰하고, 이미지 분석 소프트웨어 (CTanalyzer TM, Skyscan)를 사용하여 골 부피의 비율 (bone volume, BV)을 다음과 같이 계산하였다:Bone tissue specimens were analyzed using X-rays set at a voltage of about 60 kV and a current of about 167 μA using an about 0.5 mm aluminum filter. Based on the Micro-CT results, a qualitative image of the defect was observed with a 3D reconstruction image based on 3D software (CTVol, Skyscan), and the ratio of bone volume (bone volume, BV) was calculated as follows:
<식 1><
골 부피의 비율 (골 형성율; BV, Bone volume, %)=(신생 골 부피)-(잔여 이식재의 부피) / 총 결함 부피.The ratio of bone volume (bone formation rate; BV, bone volume, %) = (new bone volume) - (volume of residual graft material) / total defect volume.
또한, 골 조직 표본에 조직학적 분석을 수행하였다. 골 조직 표본을 약 8% 포름산/약 8% HCl로 석회질을 제거한 후, 단계별 알코올 수용액 (약 70-100 %)으로 탈수시켰다. 마지막으로 골 조직 표본을 파라핀에 넣었다. rotary microtone (Microm, Walldorf, Germany)을 사용하여 약 5 μm 구획으로 절단하였다. 각 샘플의 중앙부분으로부터 5개의 구획을 hematoxylin-eosin (HE) 및 Goldner's masson trichromand (MT)로 염색하였다. 그리고 샘플을 무작위 선택하여 현미경으로 새로운 골 형성을 관찰하였다 (DMR, Leica, Nussloch, Germany). 수치는 평균 ± 표준편차 (SD)로 표현되고, 통계적 분석은 일원분산분석 (one-way analysis of variance, ANOVA)으로 수행한 후 GraphPad Prism version 5.3 (GraphPad Software, SanDiego, CA, USA)을 사용한 Dunnett's post-hoc test를 이용하여 수행하였다. P <0.05는 통계적으로 유의한 것으로 간주되었다.In addition, histological analysis was performed on bone tissue specimens. Bone tissue specimens were decalcified with about 8% formic acid/about 8% HCl and then dehydrated with graded aqueous alcohol solutions (about 70-100%). Finally, bone tissue specimens were embedded in paraffin. Sections of about 5 μm were cut using a rotary microtone (Microm, Walldorf, Germany). Five sections from the central part of each sample were stained with hematoxylin-eosin (HE) and Goldner's masson trichromand (MT). Then, samples were randomly selected and new bone formation was observed under a microscope (DMR, Leica, Nussloch, Germany). Values are expressed as mean ± standard deviation (SD), statistical analysis was performed by one-way analysis of variance (ANOVA) followed by Dunnett's using GraphPad Prism version 5.3 (GraphPad Software, SanDiego, CA, USA). It was performed using a post-hoc test. P<0.05 was considered statistically significant.
그 결과, 도 6A에 나타낸 바와 같이, 비교예 1의 골 이식재는 평균 약 23%의 골 형성율을 보였다. 반면, 비교예 2의 골편을 이식한 경우 평균 약 35%의 골 형성율을 보였으며, 실시예 4의 골 이식재는 평균 약 43%의 가장 높은 골 형성율을 보였다.As a result, as shown in FIG. 6A, the bone graft material of Comparative Example 1 showed an average bone formation rate of about 23%. On the other hand, when the bone fragments of Comparative Example 2 were transplanted, the bone formation rate was about 35% on average, and the bone graft material of Example 4 showed the highest bone formation rate of about 43% on average.
또한, 도 6B에 나타난 바와 같이, 비교예 1의 골 이식재는 내부 다공성이 없어 내부쪽으로의 신생골 형성이 전혀 없는 반면, 비교예 2의 골편은 다공성 미세구조에 의한 공간에 신생골이 형성되고 있음이 관찰되었고, 이러한 이식재 내부에의 신생골 형성 양상은 실시예 4의 골 이식재에서 더욱 증가된 것을 확인할 수 있었다.In addition, as shown in FIG. 6B, it was observed that the bone graft material of Comparative Example 1 had no internal porosity and thus no new bone was formed inward, whereas the bone fragment of Comparative Example 2 formed new bone in the space due to the porous microstructure. It was confirmed that the new bone formation pattern inside the graft material was further increased in the bone graft material of Example 4.
이는 불가사리로부터 유래된 골 이식재는 기존 합성 골 이식재에 비하여 유의성 있는 신생골 형성 촉진 효과를 나타내므로, 우수한 골 이식재임을 의미한다. 특히, 고유의 불가사리 유래 골편에 비하여 다공성이 향상된 불가사리 유래 골 이식재에서 신생골 형성이 현저히 증가하는 바, 이는 다공성이 향상된 불가사리 유래 골 이식재가 더 뛰어난 골 이식재임을 의미한다.This means that the bone graft material derived from starfish is an excellent bone graft material because it exhibits a significant new bone formation promoting effect compared to existing synthetic bone graft materials. In particular, new bone formation is significantly increased in the starfish-derived bone graft material with improved porosity compared to the original starfish-derived bone fragment, which means that the starfish-derived bone graft material with improved porosity is a superior bone graft material.
Claims (17)
(b) 상기 분리된 골편에 산성 수용액을 첨가하여 반응시키는 단계;
(c) 상기 (b) 단계에서 수득된 골편에 대해 수열화 반응을 수행하는 단계;
(d) 상기 수열화 반응이 완료된 골편에 대해 소결 공정을 수행하는 단계; 및
(e) 상기 소결 공정을 거친 골편을 냉각하는 단계를 포함하는 다공성을 가지는 불가사리 유래 골 이식재를 제조하는 방법.(a) separating bone fragments from starfish;
(b) reacting by adding an acidic aqueous solution to the separated bone fragments;
(c) performing a hydrothermal reaction on the bone fragments obtained in step (b);
(d) performing a sintering process on the bone fragments on which the hydrothermalization reaction is completed; and
(e) a method of manufacturing a starfish-derived bone graft material having porosity comprising the step of cooling the bone fragments that have undergone the sintering process.
1 내지 20 ℃/min의 속도로 600 내지 1500℃까지 승온시킨 후 1 내지 8시간 유지하는 단계를 포함하는 것인, 방법.The method according to claim 1, wherein the sintering process of step (d) comprises: raising the temperature to 400 to 800 °C at a rate of 1 to 20 °C/min and maintaining the temperature for 1 to 8 hours; and
The method comprising raising the temperature to 600 to 1500 °C at a rate of 1 to 20 °C/min and maintaining the temperature for 1 to 8 hours.
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