WO2016047834A1 - 연부조직 수복용 매트릭스 및 그 제조방법 - Google Patents

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WO2016047834A1
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collagen
soft tissue
tissue repair
producing
matrix
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PCT/KR2014/009078
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김기수
유지철
여세근
최상범
고창권
서동삼
장정호
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세원셀론텍(주)
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    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/34—Materials or treatment for tissue regeneration for soft tissue reconstruction

Definitions

  • the present invention relates to a biocompatible bilayer soft tissue repair matrix and a method for manufacturing the same, and more particularly, for the treatment of soft tissue damage such as tendons and ligaments and rotator cuffs or for repair of damaged soft tissues, thereby As it greatly improves quality and reliability, it can satisfy various needs (users) of consumers as users, so that they can plant good images.
  • tendons and ligaments, rotator cuffs which are one of the soft tissues, are strong fibers that connect muscles to bones or bones to bones, but these sites can rupture, break, or separate from bones for various reasons.
  • soft tissue damage is generally due to direct trauma to relaxed soft tissue, soft tissue weakness due to old age, eccentric loading, repetitive movements, excessive exercise and / or increased stress or activity, or As a result it can happen.
  • Such acute damage causes long-term pain and acts as a barrier to free exercise.
  • tendon tissue, ligament and rotator cuff injury Another feature of tendon tissue, ligament and rotator cuff injury, is that degenerative changes in the tendon and ligament due to age increase can result in rupture of the tendon or ligament with minor impact or without trauma. It is a common occurrence.
  • the tendons, ligaments and rotator cuffs generally have a slower healing process than other soft tissues due to poor blood supply and lack of cells for tissue regeneration in case of injury.
  • the area where the gun attaches to the bone is a site where anatomical tissues with different physical properties are connected, and undergoes a complex transition process to the stage of dry calcified fibrocartilage and calcified fibrocartilage.
  • tendons, ligaments and rotator cuffs are much more complex than other tissues and show a variety of histological and biomechanical features. It is difficult to predict the results and it is known that it takes a long time for treatment.
  • the rupture of the biceps is divided into the proximal (close) and distal (distant) forms; And flexor tendons of the hand, such as complex flexors and intestinal flexors.
  • flexor tendons of the hand such as complex flexors and intestinal flexors.
  • the most common areas of ligament rupture, ligament breakage, or separation from bone are the anterior cruciate ligament (ACL), the posterior cruciate ligament (PCL), and the medial collateral ligament (MCL).
  • ACL anterior cruciate ligament
  • PCL posterior cruciate ligament
  • MCL medial collateral ligament
  • surgery is the most common course of treatment to secure the tendon or ligaments to their bones, or to reconnect the ruptured or broken ends of the affected tendon / ligaments.
  • Achilles tendon both athletes and non-athletes are at risk of developing injuries at all ages, with most injuries occurring in men aged 30 to 50 (Boyden, E., et al., Clin Orthop, 317: 150-158 (1995); Hattrup, S. and Johnson, K, Foot and Ankle, 6: 34-38 (1985); Jozsa, L., et al., Acta Orthop Scandinavica, 60: 469-471 (1989)]. Achilles tendinitis and tenderness are also common in individuals working on stressing their ankles and feet and in "weekend warriors" who are less trained and only participate in physical education on weekends or rarely.
  • the scarcity of the graft material is one of the problems pointed out by current procedures for repair and regeneration of soft tissues.
  • the materials required for transplantation are limited to the supply of human or animal tendons and ligaments. have.
  • Biomaterials are substances that do not cause rejection even when implanted into the human body. Biomaterials are attempting to replace or regenerate damaged tissues and organs with normal tissues. There is a growing interest in suitable materials. The human body rejects when another substance is implanted in the body. For this reason, it is very difficult to implant other substances at the site of injury, and the development of biocompatible materials without rejection in the body has contributed greatly to the development of surgical medicine.
  • Artificial materials are materials that are not lifeless themselves, and are made of metals, inorganic materials, ceramics, synthetic polymers, etc., which are rejected when they are inserted into the body and come into contact with surrounding tissues.
  • collagen which is a structural protein component. It consists of soft tissues such as dermis, tendons / ligaments, and blood vessels, and hard tissues such as bone and cartilage. It accounts for about one third of protein.
  • collagen type I which forms skin, tendons, tendons, and bones, accounts for about 90% of collagen.
  • the structure of collagen is a protein with a molecular weight of 300,000 Daltons (about 100,000 Daltons) consisting of three strands, and Glycine, the smallest unit of amino acids (the smallest molecular weight), is repeatedly (-GXY-Glycine is Over and over again, X and Y are connected. Therefore, glycine accounts for 1/3 of the amino acids constituting collagen.
  • collagen contains about 10% of the amino acid Hydroxyproline, which is used for quantitative analysis of collagen.
  • hemostatic agents a product called Aviten, a collagen powder extracted from calf skin in 1974, was developed for the first time. have.
  • Collagen has lower tensile strength and tearing strength than other polymers, so other materials (GAG), synthetic polymers (biocompatible synthetic polymers, PGA / PLA, etc.), water-soluble polymers (PVA, PVP), and natural materials (alginate, jennypin) There are many products to mix.
  • biocompatible water-soluble polymers such as poly vinyl alcohol, poly vinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, and the natural substance is alginate ( Alginate) and Genipin, one of the best choices to complement the weak physical properties of collagen and develop a therapeutic material with sufficient degradation period necessary for regeneration, biocompatible film formulation that has an excellent effect on soft tissue repair and regeneration It can manufacture.
  • Patent Document 1 Korean Registered Patent Publication No. 1053792 (2011. 07. 28) (biosynthetic matrix and its use) has been registered.
  • the present invention has been made in order to solve all the problems of the prior art as described above, domestic production through the in-house development of the problems of the limited material of the implant products used in conventional soft tissues and high insurance costs due to overseas production
  • This study was designed to solve the problem of developing a double-membrane soft tissue treatment agent by combining the collagen absorption layer to help regeneration of tissue and the support layer made by mixing biocompatible collagen and water-soluble polymer that can control adhesion and degradability.
  • the second object is to prepare an absorbent layer using neutral collagen on one surface of the double membrane to absorb antibiotics and tissue regenerating agents or therapeutic agents to develop a formulation that can be regenerated and treated faster during the implantation procedure.
  • the third purpose is to accept biocompatible collagen and By producing a film formulation using a mixture of sex polymers, we develop a support surface with properties different from those of the neutral collagen surface to prevent adhesion to other tissues and organs when transplanted into the body and regenerate other tissues than the therapeutic tissue.
  • the fourth object is to solve the problem that can not be used during the procedure due to the low tensile strength and the suture strength, which is a problem of the formulation prepared only with collagen
  • the fifth purpose is to solve the high insurance cost and limitation of material supply due to autograft, allograft, or the use of foreign company's products.
  • the purpose of this study was to develop the formulation, and the seventh objective was to develop the formulation for easier and effective treatment and to facilitate the supply of graft materials through domestic production. It is for solving the problem that a layer rupture leads to a full layer rupture.
  • the eighth purpose is to compensate for the limitations of materials for regenerative therapy through the combination of collagen and water-soluble polymers among the previously filed patents (not as a direct substance for tissue regeneration, but as a support for culturing cells constituting tissues). And soft tissue repair matrix and its manufacture to develop biocompatible soft tissue repair and regeneration material that can be directly implanted into soft tissue by solving the problem of single layer material used only for dressing for skin wound treatment. Provide a method.
  • the present invention provides a soft tissue repair matrix prepared by the manufacturing method of each step.
  • the present invention provides a soft tissue repair composition
  • a soft tissue repair composition comprising a double membrane of a support layer capable of preventing adhesion to other tissues and controlling degradability by mixing the absorbent layer using the collagen and the collagen and the biocompatible water-soluble polymer. It is.
  • the present invention can be implanted into the soft tissue of the defect by manufacturing a matrix composition of a double-membrane structure consisting of a support layer by mixing the absorbent layer using a bio-compatible material neutral collagen and a biocompatible material collagen and a water-soluble polymer by the above technical configuration
  • tissue repair in the form of effective regeneration, it is possible to induce soft tissue repair and regeneration faster and more effectively, while reducing the burden associated with surgery of mammals other than humans.
  • FIG. 1 is a block diagram of a soft tissue repair matrix applied to the present invention.
  • Figure 2 is a view of the acrylic mold for gamma crosslinking applied to the present invention.
  • Figure 3 is a photograph of the acrylic mold for gamma crosslinking applied to the present invention.
  • Soft tissue repair matrix applied to the present invention and its manufacturing method is configured as shown in Figs.
  • the present invention comprises the steps of preparing the absorbent layer 11 of the sheet formulation using biocompatible neutral collagen on one side constituting the double membrane; And preparing a film forming support layer 12 by mixing collagen with a water-soluble polymer and a natural substance on the other side of the double membrane; Combining the absorbent layer (11) and the support layer (12) to prepare a soft tissue repair matrix (10) having a double-membrane structure for the treatment of non-human mammal soft breakfast damage or repair of damaged soft tissue; It provides a method for producing a soft tissue repair matrix.
  • the step of preparing the absorbing layer 11 the step of preparing neutral collagen using high concentration collagen; Gelling the neutral collagen using a crosslinking agent; Freeze drying the gelled neutral collagen into a sheet formulation; Dehydrothermal (DHT) treating collagen in the form of a lyophilized sheet; And compressing the sheet formulation treated with DHT to a certain thickness.
  • DHT Dehydrothermal
  • the present invention is to prepare a solution of a concentration of 0.5 ⁇ 8.0% (w / w) in the neutral collagen solution using purified water, and then to prepare a neutral collagen semi-finished product at pH 7.0 using NaOH.
  • the concentration is less than 0.5%, the moisture content is too high compared to the collagen content, so that the dry formulation easily breaks during lyophilization, making it difficult to maintain the sheet form, and in the case of more than 8%, the viscosity is too high due to the high collagen concentration.
  • Difficulties exist when dispensing for drying, the present invention is preferably 0.5 to 8.0% (w / w).
  • the neutral collagen is preferably stirred at least 80 minutes using a stirrer in a reaction tank of 4 °C or less.
  • the present invention preferably crosslinks the collagen using a glutaraldehyde solution (Glutaraldehyde Solution) to the neutral collagen solution.
  • glutaraldehyde Solution Glutaraldehyde Solution
  • the content of the crosslinking agent is preferably 0.4ml (50% glutaraldehyde) or less per 1g of collagen, the biocompatible titration concentration when the content of the crosslinking agent is 0.4ml (50% glutaraldehyde) or more per 1g of collagen It is preferable to use 0.4 ml (50% glutaraldehyde) or less because it is exceeded.
  • the cross-linking semi-finished product containing the cross-linking agent is preferably cross-linked at a refrigeration temperature for 2 hours or more.
  • the neutral collagen solution is partially cross-linked by the cross-linking agent. It is preferable to crosslink for 2 hours or more because crosslinking occurs in the present form.
  • 162 ⁇ 198g of the cross-linked semifinished product solution applied to the present invention is dispensed into 230 x 230 mm Square Dish, and then crosslinked by gelation for 4 hours or more at room temperature after reaction for 24 hours or more at refrigeration temperature.
  • the present invention requires crosslinking of a neutral collagen solution that can be used as an absorbing layer when the reaction is performed for a predetermined time or more, so that the sheet can be manufactured.
  • the step of dehydrothermal (DHT) treatment of the lyophilized sheet-type collagen applied to the present invention the freeze-dried sheet formulation using a dry heat dryer vacuum freeze-dried for more than 4 hours at a low temperature to prepare a sponge-like sheet Then, the sponge-like sheet is pressed to prepare a freeze-dried sheet.
  • DHT dehydrothermal
  • the step of preparing the support layer 12 applied to the present invention comprises the steps of dissolving and mixing collagen, water-soluble polymers and natural materials; And crosslinking the mixed collagen.
  • collagen of 5 mg / mL or less is sterilized using a 0.22 um filter, and the collagen is concentrated through aseptic operation, and the concentration of collagen, which is a concentration condition for the filter, is It is used in the concentration range of 5-100 mg / mL.
  • the bio-collagen powder sterilized in 0.1M HCl solution between pH 3.0 ⁇ 4.0 mixed with 0.5 ⁇ 2% (w / v) and stirred for more than 24 hours
  • a water-soluble polymer it is used after dissolving in water of 30 ° C. or higher at 3-10% (w / v).
  • the content of the collagen applied in the present invention is mixed so as to contain 0.3 ⁇ 1.0% (w / v), the content of the water-soluble polymer is used to mix so as to contain 0.9 ⁇ 2.5% (w / v).
  • the water-soluble polymer material applied to the present invention is selected from polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, and a mixture of two or more materials. Done.
  • the ratio of the collagen and the water-soluble polymer is preferably mixed at a ratio of 1: 7, 1: 3, and 7: 9 to prepare a mixed solution. If the content of collagen is less than 1: 7 in the total ratio, the repair and regeneration treatment agent As a result, there is no functionality, and when the ratio of the water-soluble polymer is higher than 7: 9, there is a possibility that there is a problem in the degradability since the natural decomposition does not occur as a biomaterial.
  • the present invention is injected into the mold and the foam is removed using a pressure reducer to seal the gamma crosslinking.
  • the crosslinking method is preferably crosslinked using physical crosslinking (UV crosslinking, gamma irradiation crosslinking) or chemical crosslinking (Sodium trimetaphosphate).
  • the gamma dose is preferably 5 to 40 kGy, which means that the gelation of the support layer is not performed at a dose of less than 5 kGy, and at a dose of 40 kGy or more, the gel formulation shrinks due to a high dose in the gelation process of the support layer.
  • the gamma dose is preferably 5 to 40 kGy.
  • the natural material applied to the present invention is preferably used alginate (Alginate).
  • the present invention by using the bio collagen powder to prepare 1.0% (w / v) acidic collagen, to prepare a 3.0% (w / v) water-soluble polymer aqueous solution, the content of collagen in the total weight of the two aqueous solution is 0.3 Harmless film formulation through gamma crosslinking using a gamma irradiation amount of 5-40 kGy after the mixture was prepared to contain ⁇ 0.7% (w / v) and the water-soluble polymer contained 0.9-2.5% (w / v).
  • the support layer of will be manufactured.
  • the present invention provides a soft tissue repair matrix prepared by the above-described manufacturing method.
  • the present invention may be variously modified and may take various forms in applying the above configuration.
  • soft tissue repair matrix and the manufacturing method configured as described above are as follows.
  • the present invention is for the treatment of soft tissue damage such as tendons, ligaments and rotator cuffs or for repair of damaged soft tissues.
  • the sheet formulation uses 2, 4% (w / w) collagen in collagen content, and the content of crosslinking agent (Glutaraldehyde) uses a crosslinking agent of 0.4 ml (50% glutaraldehyde) or less per g of collagen.
  • the most suitable thickness of the absorber layer is used by compressing to 0.4 ⁇ 0.6mm.
  • the collagen content is less than 2%, the dried sheet form is easily broken and difficult to maintain.
  • 4% or more the dried sheet form is broken due to lack of flexibility after bonding with the supporting layer.
  • the crosslinking agent when the content of the crosslinking agent is more than 0.4ml per 1g of collagen, since the biocompatibility concentration is exceeded, 0.4ml (50% glutaraldehyde) or less is used.
  • the thickness of the sheet formulation often has to cover the damaged area during the procedure for repair and regeneration of soft tissues, which is the purpose of the present invention.
  • the formulation of the matrix with a lot of inconvenience during the procedure does not meet the purpose of the present invention.
  • the prepared neutral collagen semi-finished product is stirred in a reaction tank at a temperature of 4 ° C. or lower for at least 80 minutes. If you do not stir for more than a certain time, a problem arises in that a large amount of neutral collagen diluted to a low concentration is present in the lump rather than a uniform solution.
  • Glutaraldehyde a crosslinking agent
  • the mixed collagen solution at a concentration of 0.4 ml (50% glutaraldehyde) per g of collagen and stirred at a temperature of 4 ° C. or less for 2 hours or more.
  • the crosslinking is performed for 2 hours or more at the refrigeration temperature. If it is not stirred for more than 2 hours, the crosslinking agent partially crosslinks the neutral collagen solution, and crosslinking occurs in the form of small lumps.
  • DHT treatment of freeze-dried sheet formulation at 110 °C ⁇ 140 °C for 4 hours using dry heat dryer If the treatment is less than 110 °C and less than 4 hours a problem occurs that DHT does not occur completely. In addition, the problem occurs when the sheet formulation burns when proceeding at 140 °C or more.
  • the most appropriate gamma dose is set to less than 5kGy, so that the crosslinking does not proceed due to too small dose, and the dose of gel does not occur during crosslinking due to too large dose.
  • the problem of shrinkage occurs and the problem of distorting the shape even in the drying process of the gelled formulation was set to 5 ⁇ 40kGy as the appropriate dose.
  • the water-soluble polymer content of 0.9 ⁇ 2.5% (w / v) at least 24 hours do.
  • the collagen content is less than 0.3%, the collagen content is too low as a medical device for soft tissue repair and regeneration, which is the purpose of the present invention.
  • a problem occurs.
  • the content of the water-soluble polymer is less than 0.9%, it may be difficult to maintain the shape of the support layer and the tensile strength, which is a physical property, and when the content of the water-soluble polymer is more than 2.5%, problems in degradability may occur due to the content of too much water-soluble polymer.
  • stirring for 24 hours or less the mixing of the mixed solution does not occur properly may cause a problem of mixing unevenly.
  • the physical properties of the matrix formulation prepared by combining with the support layer are measured using UTM.
  • the conditions are as follows.
  • the technical idea of the soft tissue repair matrix of the present invention and the method of manufacturing the same can be repeated in practice.
  • the present invention can be promoted and contributed to industrial development, which is worth protecting. .

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Abstract

본 발명은 연부조직 수복용 매트릭스 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 이를 위해 이중 막을 구성하는 한쪽 면에 생체적합성 중성 콜라겐을 이용하여 시트 제형의 흡수층(11)을 제조하는 단계; 이중 막의 또 다른 한쪽 면에 콜라겐과 수용성 중합체 및 천연물질의 혼합을 통해 필름제형 지지층(12)을 제조하는 단계; 및 흡수층(11)과 지지층(12)을 결합하여 사람 이외의 포유동물 연부조식 손상 치료 또는 손상된 연부조직의 수복을 위한 이중막 구조의 연부조직 수복용 매트릭스(10)를 제조하는 단계;가 포함된다. 상기와 같이 구성된 본 발명은 건 및 인대, 회전근개와 같은 연부조직 손상의 치료 또는 손상된 연부조직의 수복을 위한 것이며, 이로 인해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시키므로 사용자인 소비자들의 다양한 욕구(니즈)를 충족시켜 좋은 이미지를 심어줄 수 있도록 한 것이다.

Description

연부조직 수복용 매트릭스 및 그 제조방법
본 발명은 생체 적합성 이중막 연부조직 수복용 매트릭스 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건 및 인대, 회전근개와 같은 연부조직 손상의 치료 또는 손상된 연부조직의 수복을 위한 것이며, 이로 인해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시키므로 사용자인 소비자들의 다양한 욕구(니즈)를 충족시켜 좋은 이미지를 심어줄 수 있도록 한 것이다.
주지하다시피 연부 조직 중 하나인 건 및 인대, 회전 근개는 근육을 뼈에 또는 뼈를 뼈에 연결하는 튼튼한 섬유이지만, 이 부위는 다양한 이유로 파열되거나, 단절되거나, 뼈로부터 분리될 수 있다. 그러한 연부조직의 손상은 일반적으로 이완된 연부조직에 대한 직접적인 외상, 고령으로 인한 연부조직의 약화, 편심성 부하 (eccentric loading), 반복적인 동작, 운동 과다 및/또는 증가된 스트레스 또는 활동으로 인해 또는 그 결과로 일어날 수 있다. 그러한 급성 손상은 장기적인 통증을 유발하며 자유로운 운동을 방해하는 요인으로 작용하게 된다.
해부학적으로 연부조직에 해당되는 어깨관절의 회전근개 무릎관절의 십자인대 및 측부인대 슬개건 발목관절의 아킬레스건과 내측 및 외측 인대 수부 수지골의 신전건 또는 굴곡건 대퇴사두건과 햄스트링(hamstring) 등이 우리 몸에서 흔하게 발생하는 건과 인대 손상 부위이다.
연부 조직 중 하나인 건과 인대 및 회전근개 손상의 또 다른 특징은 연령증가로 인해 건과 인대 내에 퇴행성 변화가 발생하면서 사소한 충격에 의해 또는 외상없이도 건파열 또는 인대파열 등이 발생할 수 있으며 노년층에서 매우 흔하게 발생하고 있다.
최근 연구에 의해 알려진바에 의하면 50세 이후 회전근개파열은 급격히 증가하며 일반적으로 부분층 파열이 발생하였다가 전층 파열로 진행 또는 악화된다고 보고되고 있고 부분층 파열 환자의 50%가 전층 파열로 진행하게 되며 60대는 50%, 80대에서는 80%에서 회전근개 파열이 관찰되고 있다.
건 및 인대와 회전근개는 혈액공급이 빈약하고 손상 시 조직의 재생에 이용할 수 있는 세포가 부족하여 다른 연부조직에 비하여 일반적으로 치유과정의 속도가 느리다. 또한, 건이 골에 부착하는 부위는 서로 다른 물성을 지닌 해부학적 조직이 연결되는 부위로 건비석회화 섬유연골 석회화 섬유연골의 단계로 복잡한 이행과정을 거치게 된다.
이렇듯 건과 인대 및 회전근개는 다른 조직보다 훨씬 복합적이고 다양한 조직학적 및 생역학적 특징을 보여주며 건 골결합부 손상 후에 건의 단독 손상 또는 골의 단독손상 후의 치료과정과는 전혀 다른 양상을 보여 치료의 결과를 예측하기 어렵고 치료시에도 장기간의 시간이 소요되는 것으로 알려져 있다.
건 파열, 건 단절, 또는 뼈로부터 분리의 가장 일반적인 부위는, 사두근 (quadricep) (1군의 4개의 근육: 외측광근, 내측광근, 중간광근, 및 대퇴직근) (이들은 무릎뼈 (슬개골) 바로 위에서 함께 슬개건을 형성한다); 아킬레스 (Achilles) 건 (이는 뒤꿈치 바로 위의 발의 뒤 (후방) 부분에 위치함. 아킬레스건은 종아리 근육 (장딴지근)을 발의 뒤꿈치 (종골)에 부착하는 역할을 한다); 회전근개 (rotator cuff) (이는 어깨에 위치하고 4개의 근육 (극상근 (파열되는 가장 일반적인 건), 극하근, 소원근, 및 견갑하근)으로 이루어짐); 팔의 이두근 (biceps) (이는 팔꿈치의 굴근으로서 기능함. 이두근의 파열은 근위 (가까운) 형 및 원위 (먼) 형으로 분류된다); 및 손의 굴근 건, 예를 들어 단지굴근 및 장지굴근이다. 인대 파열, 인대 단절, 또는 뼈로부터 분리의 가장 일반적인 부위는 전방 십자인대 (ACL), 후방 십자인대 (PCL), 및 내측 측부 인대(MCL)이다. 거의 모든 건 및 인대 손상에 대해, 상당한 통증 (급성 또는 만성), 운동 제한 및 이환된 관절 또는 사지의 쇠약이 존재할 수 있다. 파열된 또는 분리된 건/인대에 대해, 건 또는 인대를 그의 뼈에 고정하기 위해 또는 이환된 건/인대의 파열된 또는 단절된 단부를 재연결하기 위해 수술이 가장 일반적인 치료 과정이다.
다른 건/인대 손상에 대해, 일반적인 치료는 휴식, 얼음, NSAID, 코르티코스테로이드 주사, 열, 및 초음파를 포함한다. 그러나, 이들 손상에 대한 수십 년의 연구와 증가하는 임상적인 관심에도 불구하고, 그들의 임상 성과는 여전히 예측 불가능하다.
아킬레스건에 관하여, 운동선수 및 비-운동선수 모두가 모든 연령에서 손상을 발생할 위험이 있고, 대부분의 손상은 30 내지 50세의 남성에서 일어난다 ([Boyden, E., et al., Clin Orthop, 317:150-158 (1995)]; [Hattrup,S. and Johnson, K, Foot and Ankle, 6: 34-38 (1985)]; [Jozsa, L., et al., Acta Orthop Scandinavica,60:469-471 (1989)]). 발목 및 발에 스트레스를 가하는 일을 하는 개체에서 및 덜 단련되고 주말에만 또는 드물게 체육에 참여하는 "주말 병사 (weekend warrior)"에서 아킬레스 건염 및 건증이 또한 흔하다.
회전근개 손상의 경우에, 외과적 기기 및 기술의 진보에도 불구하고, 현재의 기술은 오래가는 수복을 생성하기에 부족하고, 일부 연구에서는 실패율이 94%로 높은 것으로 언급하고 있다. 건 수복의 실패는 손상된 건의 불량한 치유 및 뼈에 대한 손상된 건의 불량한 재부착을 일으킬 수 있다.
많은 인대 재건 절차를 위해 뼈에 대한 인대의 견고한 부착이 또한 필수적이다. 성공적인 인대 치환 절차, 예를 들어 전방 십자인대 재건에는 뼈 및 건 사이에서 생물학적 부착을 생성하기 위해, 뼈 터널 (tunnel) 내로 건이식편의 고정 및 건 내로 뼈의 진행성 내성장 (ingrowth)이 요구된다. 조직학적 및 생물기계적 연구에서는 뼈내성장, 건-뼈 부착, 무기질침착 (mineralization), 및 건 및 뼈 사이에서 보다 큰 콜라겐-섬유 연속성을 달성하기 위해 뼈로 건 이식편의 이식 후에 일반적으로 6 내지 12주가 필요함을 보여준다 ([Rodeo S.A. et al.,Tendon-Healing in a Bone Tunnel, 75(12): 1795-1803 (1993)] 참조).
따라서, 수술적 수복 또는 다른 비-수술적 치료와 연관된 치유 반응을 개선하기 위해, 다양한 건/인대 손상에 대한 치료를 위한 새로운 조성물 및 새로운 방법을 제공할 필요가 있다.
현재 시행되는 연부조직의 수복 및 재생을 위한 시술의 문제점으로 지적되는 부분이 이식 재료에 대한 희소성이다. 현재 대부부의 연부조직 재건을 위한 치료제는 자가이식 (autograft)와 동종이식 (allograft)을 이용한 방법이 많이 사용되는데 이러한 이식 수술에 필요한 재료는 사람이나 동물의 건, 인대로써 재료 공급의 한계성을 지니고 있다.
뿐만 아니라 자기이식(autograft)의 경우 채취부위의 통증이 심하고, 회복기간도 오래 걸리는 어려움이 따른다.
그리고, 동종이식(allograft)의 경우, 멸균에 따른 이식 장기의 약화, 면역 거부반응, 간염이나 AIDS와 같은 감염의 가능성이 있다는 치명적인 단점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 최근 들어 손상된 연부 조직 수술 적 요법으로 연부 조직의 재생에 도움을 주는 생체적합물질 이식을 이용하고자하는 시도가 다수 있다.
생체 적합 물질이란, 인간의 몸속에 이식하여도 거부반응이 일어나지 않는 물질로써, 생체 적합 물질을 이용하여 손상된 조직 및 장기를 정상적인 조직으로 대체하거나 재생시키려는 시도를 하고 있으며, 이에 따라 체내에 이식 가능한 생체 적합 물질에 대한 관심이 높아지고 있다. 인체는 신체 내에 다른 물질이 이식되었을 경우 거부반응을 나타낸다. 이러한 이유로 손상 부위에 다른 물질을 이식하는 것은 매우 어려워 체내에서 거부 반응이 없는 생체 적합성 물질의 개발은 외과 의학의 발전에 많은 공헌을 하고 있다.
현재 체내에 삽입되어 사용되는 이식용 의료기기는 인공재료와 천연재료를 이용하여 제작되고 있다.
인공재료는 그 자체가 생명력이 없는 물질로써 체내에 삽입되어 주위조직과 접촉하였을 경우 거부 반응이 나타나지 않는 금속이나 무기물, 세라믹, 합성고분자 등으로 이루어진 재료들이 있다.
천연재료는 콜라겐, 히알루론산, 키토산, 피부린 등 여러 물질들이 연구개발되어 제품화되고 있다.
천연재료 중 많이 사용되는 물질은 콜라겐으로써 콜라겐은 구조 단백질 성분인데, 진피(dermis), 건/힘줄(tendon/ligament), 혈관 등 연조직 그리고 뼈, 연골과 같은 경조직을 구성되어, 포유류의 경우, 전체 단백질의 1/3 정도를 차지하고 있다.
콜라겐의 형태는 20가지 이상으로 알려져 있으며, 피부나 건/힘줄, 뼈 등을 구성하는 콜라겐 type I 이 콜라겐 중 90% 정도를 차지하고 있다.
콜라겐의 구조는 3가닥으로 구성된 분자량(molecular weight) 300,000 달톤(Dalton) (한가닥 100,000 Dalton정도) 의 단백질이고, 아미노산 중 가장 작은 단위(분자량이 가장 작은)인 Glycine 이 반복적으로( - G X Y - Glycine은 계속 반복적으로, X, Y 는 달라지는 구성) 연결되어 있다. 따라서, Glycine이 콜라겐을 구성하는 아미노산에서 1/3 을 차지하고 있다. 그리고 특이적으로 콜라겐에 Hydroxyproline 이라는 아미노산이 약 10% 포함되어 있어, 이 아미노산을 콜라겐 정량분석방법에 활용하고 있다.
콜라겐을 현재 의료용으로 사용하고 있는 분야는 지혈제, 창상피복제, 인공혈관, 주름개선용 등에 사용되고 있으며, 지혈제의 경우엔 1974년 calf skin 에서 추출한 콜라겐 분말형태인 Aviten 이라는 제품이 최초로 개발되어 현재까지도 사용되고 있다.
만드는 방법에 따라서 특장점이 있을 수 있겠지만, 순수한 콜라겐으로 만드는 제품의 경우에는 물성(인장강도,tensile strength)가 약하여 봉합하는 수술에는 사용하기에 다소 어려움이 있으나, 제품의 안전성과 순도에 있어서는 우수한 제품이라고 할 수 있다. 콜라겐은 다른 고분자보다 인장강도나 찢김강도가 약하기 때문에 다른 물질(GAG)이나 합성고분자(biocompatible synthetic polymer, PGA/PLA 등), 수용성 중합체(PVA, PVP), 천연물질(알지네이트, 제니핀)등과 같이 혼합하는 제품들이 많이 있다.
이러한, 콜라겐은 낮은 항원성 / 높은 생체적합성 및 생체흡수성 / 세포의 부착, 성장 및 분화 유도 / 혈액 응고 / 지혈 효과 / 다른 고분자와의 적합성 등의 장점을 가지고 있다.
하지만, 물성 특성 및 부피를 유지하는 특성이 부족하고 순수한 콜라겐은 가격이 비싸다는 단점이 있다.
이러한 콜라겐의 단점을 극복하기 위해 생체적합성 수용성 중합체인 폴리비닐 알코올(Poly vinyl alcohol), 폴리비닐 피롤리돈(Poly vinyl pyrrolidone), 폴리에틸렌 글리칸(Polyethylene glycol) 중 택 1이며, 천연물질은 알지네이트(Alginate), 제니핀(Genipin) 중 택 1등과 혼합함으로써 콜라겐의 약한 물성을 보완하고 재생에 필요한 충분한 분해기간을 지닌 치료 물질을 개발함으로써 연부조직의 수복 및 재생에 탁월한 효과가 있는 생체적합성 필름제형을 제조할 수 있다.
또한 많은 문제점과 부작용을 지닌 연부조직 재생(손상된 회전근개 및 건, 인대를 대체하기 위한 대체재 혹은 보완재 연구)을 위한 국내 의료기기의 개발의 경우 활발한 활동과 연구를 진행하는 외국과는 달리 국내 기업에서는 아직까지 대체재에 대한 연구는 초기단계이며 그 성과는 매우 미비한 실정이다.
이러한 이유들로 인해 현재 연부조직의 재생을 위한 치료제는 만은 부작용을 초래하고 있으며. 대부분 수입에 의존함으로써 높은 보험수가와 재료 공급의 한계성을 가지고 있다.
[선행기술문헌]
(특허문헌 1) 대한민국 등록특허공보 제1053792호(2011. 07. 28)(생체 합성 매트릭스 및 그의 용도)가 등록된바 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 종래 연부조직에 사용되는 이식 제품들이 가지고 있는 재료의 한계성 및 해외 생산으로 인한 높은 보험수가의 문제점을 자사개발을 통한 국내 생산을 통해 해결하고자 안출한 것으로, 조직의 재생에 도움을 주는 콜라겐 흡수층과 유착방지 및 분해성 조절이 가능한 생체적합성 콜라겐과 수용성 중합체의 혼합을 통해 만들어진 지지층을 결합하여 이루어진 이중 막 구조의 연부조직 치료제 개발을 제 1목적으로 한 것으로, 제 2 목적은 이중 막 중 한쪽 표면을 중성 콜라겐을 이용한 흡수층을 제조함으로써 항생제 및 조직 재생제 또는 치료제를 흡수하여 체내 이식 시술 시 보다 빠른 재생 및 치료가 가능한 제형을 개발하는 것이고, 제 3목적은 생체 적합성 콜라겐과 수용성 중합체 혼합을 이용하여 필름제형을 제조함으로써 중성 콜라겐 표면의 흡수층과는 다른 성질을 지닌 지지체 표면을 개발함으로써 체내에 이식하였을 경우 다른 조직이나 기관과의 유착을 방지하고 치료 조직이 아닌 다른 조직의 재생이 일어나는 것을 방지하며, 분해성 조절이 가능한 이중 막 구조의 제형을 개발하는 것이고, 제 4목적은 콜라겐만으로 제조한 제형의 문제점인 낮은 인장강도와 봉합강도로 인한 시술 시 사용할 수 없는 문제점을 해결하고자 하는 것이며, 제 5 목적은 자가이식이나 동종이식 혹은 해외업체 제품의 사용으로 인한 높은 보험수가와 재료공급의 한계성을 해결하고자 하는 것이고, 제 6목적은 체내 이식을 통해 삽입 된 연부조직 재생용 이식 제형의 자연 분해를 통해 이식제형을 제거해야 하는 2차 시술의 과정이 필요 없는 제형을 개발하기 위한 것이며, 제 7목적은 보다 쉽고 효과적인 시술을 위한 제형개발과 국내 생산을 통한 이식재료 공급의 원활화를 바탕으로 연부조직 중 회전근개 손상의 문제점인 부분층 파열의 조기치료를 통해 부분층 파열이 전층 파열로 이어지는 문제점을 해결하기 위한 것이다. 제 8목적은 이전에 출원 된 특허들 중 콜라겐과 수용성 중합체의 결합을 통한 재생치료목적의 물질들이 가지고 있는 한계성을 보완(조직재생을 위한 직접적인 물질이 아닌 조직을 구성하는 세포를 배양하는 지지체로써만 사용)하고 단순한 피부상처 치료용 드레싱으로만 사용되던 단일층으로 구성 된 물질들의 문제점을 해결함으로써 연부조직에 직접적인 이식이 가능한 생체적합성 연부조직 수복 및 재생물질을 개발하는 연부조직 수복용 매트릭스 및 그 제조방법을 제공한다.
이러한 목적 달성을 위하여 본 발명은 이중 막을 구성하는 한쪽 면에 생체적합성 중성 콜라겐을 이용하여 시트 제형의 흡수층을 제조하는 단계; 이중 막의 또 다른 한쪽 면에 콜라겐과 수용성 중합체 및 천연물질의 혼합을 통해 필름제형 지지층을 제조하는 단계; 및 흡수층과 지지층을 결합하여 사람 이외의 포유동물 연부조식 손상 치료 또는 손상된 연부조직의 수복을 위한 이중막 구조의 연부조직 수복용 매트릭스를 제조하는 단계;가 포함됨을 특징으로 하는 연부조직 수복용 매트릭스의 제조방법의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 각 단계의 제조방법으로 제조된 연부조직 수복용 매트릭스를 제공한다.
상기에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 발명은 중성 콜라겐을 이용한 흡수층과 콜라겐과 생체적합성 수용성 중합체를 혼합하여 다른 조직과의 유착을 방지하고 분해성 조절이 가능한 지지층의 이중 막으로 이루어진 연부조직 수복용 조성물이 구비되도록 한 것이다.
본 발명은 상기한 기술적 구성에 의해 생체 적합물질인 중성 콜라겐을 이용한 흡수층과 생체적합물질인 콜라겐 및 수용성 중합체를 혼합하여 지지층으로 이루어진 이중 막 구조의 메트릭스 조성물을 제조함으로써 결손된 연부 조직에 이식이 가능한 형태로 조직 수복을 도모하여 재생을 효과적으로 유도하므로 인간 이외의 포유동물의 수술과 관련한 부담을 덜 주면서 보다 빠르고 효과적으로 연부 조직 수복 및 재생을 유도할 수 있도록 한 것이다.
아울러 본 발명은 상기한 부분파열 단계에서의 예방적이고 조기적인 치료방법에 의해 연부 조직의 전층파열 단계로 이어지는 것을 예방하는 효과를 제공하게 된다.
이하에서는 이러한 효과를 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.
이하에서는 이러한 효과 달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명에 적용된 연부조직 수복용 매트릭스의 구성도.
도 2 는 본 발명에 적용된 감마가교용 아크릴 주형틀의 도면.
도 3 은 본 발명에 적용된 감마가교용 아크릴 주형틀의 사진.
도 4 는 본 발명에 적용된 감마가교 후 겔화된 콜라겐과 수용성 중합체 혼합
물 사진.
도 5 는 본 발명에 적용된 흡수층과 지지층을 결합한 후 자연건조된 메트릭
스 제형 사진.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 연부조직 수복용 매트릭스
11: 흡수층
12: 지지층
본 발명에 적용된 연부조직 수복용 매트릭스 및 그 제조방법은 도 1 내지 도 5 에 도시된 바와 같이 구성되는 것이다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
먼저, 본 발명은 이중 막을 구성하는 한쪽 면에 생체적합성 중성 콜라겐을 이용하여 시트 제형의 흡수층(11)을 제조하는 단계; 및 이중 막의 또 다른 한쪽 면에 콜라겐과 수용성 중합체 및 천연물질의 혼합을 통해 필름제형 지지층(12)을 제조하는 단계; 흡수층(11)과 지지층(12)을 결합하여 사람 이외의 포유동물 연부조식 손상 치료 또는 손상된 연부조직의 수복을 위한 이중막 구조의 연부조직 수복용 매트릭스(10)를 제조하는 단계;가 포함됨을 특징으로 하는 연부조직 수복용 매트릭스의 제조방법을 제공한다.
이때 상기 흡수층(11)을 제조하는 단계는, 고농도 콜라겐을 이용하여 중성 콜라겐을 제조하는 단계; 가교제를 이용하여 중성콜라겐을 겔화 시키는 단계; 겔화 된 중성콜라겐을 동결 건조하여 시트 제형으로 만드는 단계; 동결건조된 시트형태의 콜라겐을 DHT(dehydrothermal) 처리하는 단계; 및 DHT 처리한 시트 제형을 압축하여 일정한 두께로 만드는 단계;가 포함된다.
또한 본 발명은 상기 중성 콜라겐 용액을 정제수를 이용하여 농도 0.5~8.0%(w/w)인 용액을 제조한 뒤, NaOH를 이용하여 pH 7.0으로 중성 콜라겐 반제품을 제조하게 된다.
이때 상기 농도가 0.5% 미만일 경우 콜라겐 함량과 비교하여 수분의 함량이 너무 높아 동결건조 시 건조 제형이 쉽게 갈라짐으로써 시트형태의 유지가 어려우며, 8%이상이 경우 높은 콜라겐 농도로 인해 점도가 너무 높아 동결건조를 위한 분주 시 어려움이 존재하여 본 발명은 0.5~8.0%(w/w)가 바람직하다.
또한 본 발명은 상기 중성 콜라겐을 4℃ 이하의 반응탱크에서 교반기를 이용하여 80분 이상 교반함이 바람직하다.
또한 본 발명은 상기 중성 콜라겐 용액에 글루타르알데히드(Glutaraldehyde Solution)를 이용하여 콜라겐을 가교 결합시킴이 바람직하다.
이때 상기 가교제(Glutaraldehyde)의 함량은 콜라겐 1g 당 0.4ml(50% 글루타르알데히드) 이하임이 바람직한 것으로, 상기 가교제의 함량이 콜라겐 1g 당 0.4ml(50% 글루타르알데히드) 이상인 경우 생체적합 적정농도를 초과하기 때문에 0.4ml(50% 글루타르알데히드) 이하를 사용함이 바람직하다.
그리고 본 발명은 상기 가교제가 함유된 반제품을 가교 결합시 냉장 온도에서 2시간 이상 가교 결합시킴이 바람직한 것으로, 이때 2시간 이상 교반하지 않는 경우 가교제에 의해 중성 콜라겐 용액이 부분적인 가교가 일어나 자그마한 덩어리들이 존재하는 형태로 가교가 일어나기 때문에 2시간 이상 가교 결합시킴이 바람직하다.
또한 본 발명에 적용된 상기 가교 결합된 반제품 용액 162 ~ 198g을 230 x 230 mm 스퀘어디쉬(Square Dish)에 분주한 뒤 냉장 온도에서 24시간 이상 반응 후 상온에서 4시간 이상 겔화를 통하여 가교 결합시키게 된다. 이때 본 발명은 상기 제시한 온도조건에서 일정 시간 이상의 반응을 진행해야 흡수층으로써 사용가능한 중성콜라겐 용액의 가교가 일어나 시트제형 제조가 가능하다.
또한 본 발명에 적용된 상기 동결건조된 시트형태의 콜라겐을 DHT(dehydrothermal) 처리하는 단계는, 동결 건조된 시트 제형을 건열 건조기를 이용하여 초저온 온도에서 4시간 이상 진공 동결 건조한 후 스폰지 형태의 시트를 제조하고, 스폰지 형태의 시트를 압착하여 동결 건조된 시트를 제조하게 된다. 이때 본 발명은 4시간 이하로 처리할 경우 DHT가 완전히 일어나지 않게 된다.
한편, 본 발명에 적용된 상기 지지층(12)을 제조하는 단계는 콜라겐과 수용성 중합체 및 천연물질을 용해하고 혼합하는 단계; 및 혼합된 콜라겐을 가교 시키는 단계;가 포함된다.
이때 본 발명은 상기 콜라겐을 무균적으로 준비하기 위해, 5 mg/mL 이하의 콜라겐을 0.22 um 필터를 이용하여 멸균 처리하고 무균조작을 통하여 콜라겐을 농축하고, 필터를 위한 농도 조건인 콜라겐의 농축은 5 - 100 mg/mL 농도 범위로 사용하게 된다.
그리고 본 발명의 상기 용해하고 혼합하는 단계는, 콜라겐의 경우 pH3.0~4.0 사이의 0.1M HCl 용액에 멸균 제조한 바이오 콜라겐 파우더를 0.5~2%(w/v)으로 혼합하여 24시간 이상 교반하고, 수용성 중합체의 경우 30℃이상의 물에 3~10%(w/v)으로 용해 한 후 사용하게 된다.
또한 본 발명에 적용된 상기 콜라겐의 함량은 0.3~1.0%(w/v)가 함유되도록 혼합하고, 수용성 중합체의 함량은 0.9~2.5%(w/v)가 함유되도록 혼합하여 사용하게 된다.
그리고 본 발명에 적용된 상기 수용성 중합체 물질은 폴리비닐 알코올(Poly vinyl alcohol), 폴리비닐 피롤리돈(Poly vinyl pyrrolidone), 폴리에틸렌 글리칸(Polyethylene glycol) 중 택 1 및 두 가지 이상의 물질을 혼합한 것을 사용하게 된다.
이때 상기 콜라겐과 수용성 중합체의 비율은 1:7, 1:3, 7:9의 비율로 혼합하여 혼합액을 제조함이 바람직한 것으로, 전체 비율에서 1:7보다 콜라겐의 함량이 적을 경우 수복 및 재생 치료제로써 기능성이 나타나지 않으며, 7:9보다 수용성 중합체의 비율이 높을 경우 생체 재료로써 자연적인 분해가 일어나지 않아 분해성에 문제가 있을 가능성이 있다.
또한 본 발명은 상기 혼합액을 주형틀에 주입한 후 감압기를 이용하여 거품을 제거하고 밀봉하여 감마 가교하게 된다.
특히 상기 가교 방법은 물리적 가교(UV 가교, 감마조사량 가교) 또는 화학적 가교(Sodium trimetaphosphate)를 이용하여 가교함이 바람직하다.
이때 상기 감마 조사량은 5∼40kGy 임이 바람직한 것으로, 이는 5kGy 미만의 조사량에서는 지지층의 겔화가 이루어지지 않으며, 40kGy 이상의 조사량에서는 지지층의 겔화 과정에서 높은 조사량으로 인해 겔 제형이 수축되는 문제점이 발생되기 때문에 상기 감마 조사량은 5∼40kGy 임이 바람직하다.
한편 본 발명에 적용된 상기 천연물질은 알지네이트(Alginate)가 사용됨이 바람직하다.
또한 본 발명은 상기 바이오 콜라겐 파우더를 이용하여 1.0%(w/v) 산성콜라겐을 제조하고, 3.0%(w/v)의 수용성 중합체 수용액을 제조하고, 두 수용액을 전체 중량 중 콜라겐의 함량은 0.3~0.7%(w/v)가 함유되도록 혼합하고, 수용성 중합체의 함량은 0.9~2.5%(w/v)가 함유되도록 혼합액을 제조 후 5~40kGy의 감마조사량을 이용한 감마가교를 통해 무해한 필름 제형의 지지층을 제조하게 된다.
마지막으로 본 발명은 상기한 제조방법으로 제조된 연부조직 수복용 매트릭스를 제공한다.
한편 본 발명은 상기의 구성부를 적용함에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.
그리고 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명 연부조직 수복용 매트릭스 및 그 제조방법의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
우선, 본 발명은 건 및 인대, 회전근개와 같은 연부조직 손상의 치료 또는 손상된 연부조직의 수복을 위한 것이다.
이를 위한 본 발명의 구체적인 실시 예는 다음과 같다.
(실시예1 - 흡수층 제조 방법)
고농도 콜라겐을 0.5~8.0%(w/w) 중성콜라겐으로 제조하여 인체 내 적용 가능한 무해한 시트제형의 흡수층을 제조하는 방법. 상기 발명 중 시트제형은 콜라겐의 함량이 2, 4%(w/w) 콜라겐을 사용하며, 가교제(Glutaraldehyde)의 함유량은 콜라겐 g 당 0.4ml(50% 글루타르알데히드) 이하로 가교제를 사용한다. 또한 흡수층의 가장 적절한 두께는 0.4~0.6mm로 압축하여 사용한다. 콜라겐 함량이 2%미만일 경우 건조 된 시트제형의 형태가 쉽게 부스러지고 형태 유지가 힘든 단점이 나타나며 4%이상의 경우 건조 된 시트제형이 지지층과 결합 후 유연성이 부족하여 힘을 가하면 부셔지는 문제점이 나타남. 가교제의 경우 가교제의 함량이 콜라겐 1g 당 0.4ml 이상인 경우 생체적합 적정농도를 초과하기 때문에 0.4ml(50% 글루타르알데히드) 이하를 사용한다. 또한 시트제형의 두께는 본 발명의 목적인 연부조직의 수복 및 재생을 위한 시술 시 손상 부위를 감싸야하는 경우가 많은데 0.4mm(50% 글루타르알데히드) 이하의 경우 강도가 너무 작게 나타나며 0.6mm이상의 두께를 가진 메트릭스의 제형은 시술 시 불편함이 많아 본 발명의 목적과 부합하지 않는다.
- 2, 4% 콜라겐 함량의 중성 콜라겐 흡수층 제조
1) 5%이상의 고농도 바이오 콜라겐 용액을 정제수를 이용하여 2, 4%(w/w)농도의 콜라겐 용액을 제조한 뒤, NaOH를 이용하여 pH 7.0으로 반제품을 제조한다. 설정 농도의 경우 상기 제시한 이유와 같다. pH가 7.0이 아닌 선성이나 알칼리의 경우 신체 내 주입 시 문제를 야기할 가능성이 있어 중성콜라겐을 시트제형 제조에 이용한다.
2) 제조된 중성 콜라겐 반제품을 반응탱크에서 4℃이하의 온도에서 80분 이상 교반한다. 일정시간 이상 교반하지 않을 경우 고농도에서 저농도로 희석 된 중성콜라겐이 균일적인 용액이 아닌 덩어리가 존재하는 문제점이 발생한다.
3) 혼합된 콜라겐 용액에 가교제인 글루타르알데히드(Glutaraldehyde Solution)를 콜라겐 g당 0.4ml(50% 글루타르알데히드)의 농도로 혼합하여 4℃이하의 온도에서 2시간 이상 교반한다. 상기 가교 결합 시 냉장 온도에서 2시간 이상 가교 결합 시킨다. 2시간 이상 교반하지 않는 경우 가교제에 의해 중성 콜라겐 용액이 부분적인 가교가 일어나 자그마한 덩어리들이 존재하는 형태로 가교가 일어난다.
4) 상기 가교제를 혼합한 중성 콜라겐을 162~198g씩 230 x 230 mm 스퀘어디쉬(Square Dish)에 분주한 뒤 4℃에서 72시간 이상 반응시키고 이 후 25℃에서 8시간 이상 겔 화 반응을 진행한다. 상기 제시한 온도조건에서 일정 시간 이상의 반응을 진행해야 흡수층으로써 사용가능한 중성콜라겐 용액의 가교가 일어나 시트제형 제조가 가능하다.
5) 겔화 된 중성 콜라겐 반제품을 동결시킨 후 동결건조기를 이용하여 진공 동결 건조시킨다. 겔화 된 반제품을 동결시키지 않고 진공 동결 건조를 진행하는 경우 건조된 시트 제형의 표면에 많은 균열이 발생한다.
6) 동결 건조 된 시트제형을 건열건조기를 이용하여 110℃~140℃에서 4시간 이상 DHT 처리한다. 110℃이하 및 4시간 이하로 처리할 경우 DHT가 완전히 일어나지 않는 문제점이 발생한다. 또한 140℃ 이상에서 진행할 경우 시트제형이 타는 문제점이 발생한다.
7) 상기 시트 제형을 압축기를 이용하여 0.4~0.6mm의 일정한 두께로 압착 한다. 시트제형의 두께는 본 발명의 목적인 연부조직의 수복 및 재생을 위한 시술 시 손상 부위를 감싸야하는 경우가 많은데 0.4mm이하의 경우 강도가 너무 작게 나타나며 0.6mm이상의 두께를 가진 메트릭스의 제형은 시술 시 불편함이 많아 목적과 부합하지 않는다.
(실시예2 - 지지층 제조 후 흡수층과 결합을 통한 이중 막 메트릭스 제조 방법)
무균 바이오콜라겐 파우더를 이용하여 1.0%(w/v) 산성콜라겐으로 제조하고 3.0%(w/v)의 수용성 중합체 수용액을 제조하여 두 수용액을 전체 중량 중 콜라겐의 함량은 0.3~0.7%(w/v)가 함유되도록 혼합하여 사용하며, 수용성 중합체의 함량은 0.9~2.5%(w/v)가 함유되도록 혼합액을 제조한다. 이 과정에서 콜라겐의 함량이 0.3% 미만으로 콜라겐이 함유 될 경우 본 발명의 목적인 연부조직 수봅 및 재생용 의료기기로써 콜라겐의 함량이 너무 낮으며, 0.7%이상일 경우 지지층 제조과정에서 겔화 시 조작이 어려운 문제점이 발생한다. 또한 수용성 중합체의 함량이 0.9%미만일 경우 지지층의 형태유지 및 물리적 특성인 인장강도의 유지가 힘들 수 있으며, 2.5%이상인 경우 너무 많은 수용성 중합체의 함량으로 인해 분해성에 문제가 발생할 수 있다. 이러한 비율로 콜라겐과 수용성 중합체를 혼합 한 후 5~40kGy의 감마조사량을 이용한 감마가교를 통해 인체 내 적용 가능한 무해한 필름제형의 지지층을 제조하는 방법. 이때 사용되는 가장 적절한 감마조사량은 5~40kGy 감마조사량을 사용한다. 이때 가장 적절한 감마조사량의 설정은 5kGy미만의 조사량에서는 너무 작은 조사량으로 인해 가교가 진행되지 않아 겔화가 되지 않는 문제점이 발생하며, 40kGy 이상의 조사량의 경우 너무 큰 조사량으로 인해 가교가 진행되는 과정에서 겔이 수축하는 문제점이 발생하며 겔화 된 제형의 건조과정에서도 형태가 흐트러지는 문제점이 발생하여 상기와 같은 5~40kGy를 적정 조사량으로 설정하였다.
1) pH3.0~4.0 사이의 0.1M HCl 용액에 무균 바이오 콜라겐 파우더를 0.5~2%(w/v)로 혼합하여 24시간 이상 교반하고, 폴리비닐 알코올(Poly vinyl alcohol), 폴리비닐 피롤리돈(Poly vinyl pyrrolidone), 폴리에틸렌 글리칸(Polyethylene glycol) 중 택 1인 수용성 중합체를 30℃이상의 물에서 3~10%(w/v)으로 2시간 이상 용해한다. 이 과정에서 콜라겐 용해 시 pH3.0미만의 산성은 강한 산성으로 신체 내 주입하는 제품으로써 문제를 야기할 수 있고 pH4.0이상의 조건에서는 콜라겐 파우더가 잘 용해되지 않는 문제점이 발생한다. 또한, 수용성 중합체는 30℃이하의 온도에서 용해할 경우 용해가 일어나지 않는다.
2) 상기와 같이 구성된 생체 적합성 수용액들을 전체 중량 중 콜라겐의 함량은 0.3~0.7%(w/v), 수용성 중합체의 함량은 0.9~2.5%(w/v)의 비율로 혼합 후 24시간 이상 교반한다. 이 과정에서 콜라겐의 함량이 0.3% 미만으로 콜라겐이 함유 될 경우 본 발명의 목적인 연부조직 수복 및 재생용 의료기기로써 콜라겐의 함량이 너무 낮으며, 0.7%이상일 경우 지지층 제조과정에서 겔화 시 조작이 어려운 문제점이 발생한다. 또한 수용성 중합체의 함량이 0.9%미만일 경우 지지층의 형태유지 및 물리적 특성인 인장강도의 유지가 힘들 수 있으며, 2.5%이상인 경우 너무 많은 수용성 중합체의 함량으로 인해 분해성에 문제가 발생할 수 있다. 또한 24시간 이하로 교반할 경우 혼합액의 혼합이 제대로 일어자니 않아 불균일하게 혼합되는 문제가 발생할 수 있다.
3) 혼합 된 반제품을 100 x 100 x 5 mm / 120 x 120 x 7mm의 아크릴 주형 틀에 55~110g을 주입하고 밀봉한다. 이 때 주형틀의 크기는 인장강도 측정 규격을 위한 최소 기준치 이상으로 설정하여야 하며 혼합 된 반제품의 주입량은 주형틀의 크기에 따라 거품이 발생하지 않도록 가득 채우는 것에 주의하여야 한다.
4) 5~40kGy의 감마조사량을 이용하여 반제품을 감마 가교하여 겔화 한다. 하지만, 5kGy이하의 조사량에서는 혼합용액의 겔화가 잘 이루어지지 않으며, 40kGy이상의 조사량에서는 건조과정에서 건조 제형의 형태가 구부러지는 특성이 나타나 감마조사량 최적 조건을 5~40kGy로 설정하여 추 후 개발을 진행 하였다.
5) 이렇게 5~40kGy 감마조사량에서 가교가 완료되어 겔 화 된 생체적합성 혼합물에 상기에서 제조한 중성 콜라겐 흡수층을 도포하여 48시간이상 자연건조를 통해 완전히 건조시켜 메트릭스 형태의 이중 막 연부조직 재생 조성물을 제조한다. 48시간 이하로 건조할 경우 불완전하게 건조된 제형이 형성될 수 있다.
본 발명 흡수층 중성콜라겐의 농도 차이에 따른 물성 변화와 지지층의 콜라겐 및 수용성 중합체 혼합 비율 및 감마조사량에 따른 물성 비교는,
1) 흡수층 중성 콜라겐 농도에 따른 물성 변화
흡수층의 콜라겐 함유량을 다르게 제작한 후 지지층과 결합하여 제작 된 메트릭스 제형의 고형물을 UTM을 이용하여 물성 측정 한다. 조건은 다음과 같다.
- 측정 항목 : 인장강도. 연신율
- 로드셀 : 20N, 200N
- 시험 속도 : 5mm/min
- 지간 거리 : 30mm
- 시험온도 : (23±2) ℃, (50±5) % RH
- 시편 폭 : 10mm
- 수화 조건 : DI water에 시료를 10분간 침지
- 결과는 다음과 같다.
- 콜라겐 함량이 다른 흡수층과 지지층이 결합하였을 경우의 물성 변화(감마조사량 5~40kGy)
표 1
구분 2% 중성 콜라겐 4% 중성콜라겐
제형 인장강도 제형 인장강도
Collagen 0.3% +수용성 중합체 2.1%
Figure PCTKR2014009078-appb-I000001
 4.01
Figure PCTKR2014009078-appb-I000002
 4.33
Collagen 0.5% +수용성 중합체 1.5%
Figure PCTKR2014009078-appb-I000003
 3.44
Figure PCTKR2014009078-appb-I000004
 4.26
Collagen 0.7% +수용성 중합체 0.9%
Figure PCTKR2014009078-appb-I000005
 3.92
Figure PCTKR2014009078-appb-I000006
 3.93
2) 지지층의 콜라겐과 수용성 중합체 혼합 비율에 따른 물성 변화(감마조사량 5~40kGy)
표 2
혼합 비율
Collagen 0.3% : 수용성 중합체 2.1% Collagen 0.5% : 수용성 중합체 1.5% Collagen 0.7% : 수용성 중합체 0.9%
제형 인장강도 제형 인장강도 제형 인장강도
Figure PCTKR2014009078-appb-I000007
 3.92
Figure PCTKR2014009078-appb-I000008
 3.44
Figure PCTKR2014009078-appb-I000009
 4.01
3) 감마조사량에 따른 물성 변화
- 콜라겐 함유량이 2%인 흡수층과 0.3~0.7%(w/v)의 콜라겐 함량과0.9~2.5%(w/v)의 수용성 중합체를 혼합한 후 각기 다른 감마조사량으로 제작한 지지층과 결합하여 제작 된 메트릭스 제형의 고형물을 UTM을 이용하여 물성 측정 한다. 조건은 다음과 같다.
- 측정 항목 : 인장강도. 연신율
- 로드셀 : 20N, 200N
- 시험 속도 : 5mm/min
- 지간 거리 : 30mm
- 시험온도 : (23±2) ℃, (50±5) % RH
- 시편 폭 : 10mm
- 수화 조건 : DI water에 시료를 10분간 침지
- 결과는 다음과 같다.
표 3
조사 량 10 kGy 25 kGy 40 kGy
혼합 비율 0.3 : 2.1 0.5 : 1.5 0.7 : 0.9 0.3 : 2.1 0.5 : 1.5 0.7 : 0.9 0.3 : 2.1 0.5 : 1.5 0.7 : 0.9
인장 강도 3.92 3.44 4.01 4.38 2.04 6.95 2.87 6.18 4.77
본 발명 연부조직 수복용 매트릭스 및 그 제조방법의 기술적 사상은 실제로 동일결과를 반복 실시 가능한 것으로, 특히 이와 같은 본원발명을 실시함으로써 기술발전을 촉진하여 산업발전에 이바지할 수 있어 보호할 가치가 충분히 있다.

Claims (21)

  1. 이중 막을 구성하는 한쪽 면에 생체적합성 중성 콜라겐을 이용하여 시트 제형의 흡수층(11)을 제조하는 단계;
    이중 막의 또 다른 한쪽 면에 콜라겐과 수용성 중합체 및 천연물질의 혼합을 통해 필름제형 지지층(12)을 제조하는 단계; 및
    흡수층(11)과 지지층(12)을 결합하여 사람 이외의 포유동물 연부조식 손상 치료 또는 손상된 연부조직의 수복을 위한 이중막 구조의 연부조직 수복용 매트릭스(10)를 제조하는 단계;가 포함됨을 특징으로 하는 연부조직 수복용 매트릭스의 제조방법.
  2. 청구항 1 에 있어서,
    상기 흡수층(11)을 제조하는 단계는,
    고농도 콜라겐을 이용하여 중성 콜라겐을 제조하는 단계;
    가교제를 이용하여 중성콜라겐을 겔화 시키는 단계;
    겔화 된 중성콜라겐을 동결 건조하여 시트 제형으로 만드는 단계;
    동결건조된 시트형태의 콜라겐을 DHT(dehydrothermal) 처리하는 단계; 및
    DHT 처리한 시트 제형을 압축하여 일정한 두께로 만드는 단계;가 포함됨을 특징으로 하는 연부조직 수복용 매트릭스의 제조방법.
  3. 청구항 2 에 있어서,
    상기 중성 콜라겐 용액을 정제수를 이용하여 농도 0.5~8.0%(w/w)인 용액을 제조한 뒤, NaOH를 이용하여 pH 7.0으로 중성 콜라겐 반제품을 제조함을 특징으로 하는 연부조직 수복용 매트릭스의 제조방법.
  4. 청구항 2 또는 3 에 있어서,
    상기 중성 콜라겐을 4℃ 이하의 반응탱크에서 교반기를 이용하여 80분 이상 교반함을 특징으로 하는 연부조직 수복용 매트릭스의 제조방법.
  5. 청구항 2 또는 3 에 있어서,
    상기 중성 콜라겐 용액에 글루타르알데히드(Glutaraldehyde Solution)를 이용하여 콜라겐을 가교 결합시킴을 특징으로 하는 연부조직 수복용 매트릭스의 제조방법.
  6. 청구항 2 에 있어서,
    상기 가교제(Glutaraldehyde)의 함량은 콜라겐 1g 당 0.4ml(50% 글루타르알데히드) 이하임을 특징으로 하는 연부조직 수복용 매트릭스의 제조방법.
  7. 청구항 2 또는 6 에 있어서,
    상기 가교제가 함유된 반제품을 가교 결합시 냉장 온도에서 2시간 이상 가교 결합시킴을 특징으로 하는 연부조직 수복용 매트릭스의 제조방법.
  8. 청구항 2 또는 6 에 있어서,
    상기 가교 결합된 반제품 용액 162 ~ 198g을 230 x 230 mm 스퀘어디쉬(Square Dish)에 분주한 뒤 냉장 온도에서 24시간 이상 반응 후 상온에서 4시간 이상 겔화를 통하여 가교 결합함을 특징으로 하는 연부조직 수복용 매트릭스의 제조방법.
  9. 청구항 2 에 있어서,
    상기 동결건조된 시트형태의 콜라겐을 DHT(dehydrothermal) 처리하는 단계는,
    동결 건조된 시트 제형을 건열 건조기를 이용하여 초저온 온도에서 4시간 이상 진공 동결 건조한 후 스폰지 형태의 시트를 제조하고, 스폰지 형태의 시트를 압착하여 동결 건조된 시트를 제조함을 특징으로 하는 연부조직 수복용 매트릭스의 제조방법.
  10. 청구항 1 에 있어서,
    상기 지지층(12)을 제조하는 단계는,
    콜라겐과 수용성 중합체 및 천연물질을 용해하고 혼합하는 단계; 및
    혼합된 콜라겐을 가교 시키는 단계;가 포함됨을 특징으로 하는 연부조직 수복용 매트릭스의 제조방법.
  11. 청구항 10 에 있어서,
    상기 콜라겐을 무균적으로 준비하기 위해,
    5 mg/mL 이하의 콜라겐을 0.22 um 필터를 이용하여 멸균 처리하고 무균조작을 통하여 콜라겐을 농축하고,
    필터를 위한 농도 조건인 콜라겐의 농축은 5 - 100 mg/mL 농도 범위임을 특징으로 하는 연부조직 수복용 매트릭스의 제조방법.
  12. 청구항 10 에 있어서,
    상기 용해하고 혼합하는 단계는,
    콜라겐의 경우 pH3.0~4.0 사이의 0.1M HCl 용액에 멸균 제조한 바이오 콜라겐 파우더를 0.5~2%(w/v)으로 혼합하여 24시간 이상 교반하고,
    수용성 중합체의 경우 30℃이상의 물에 3~10%(w/v)으로 용해 한 후 사용함을 특징으로 하는 연부조직 수복용 매트릭스의 제조방법.
  13. 청구항 10 에 있어서,
    상기 콜라겐의 함량은 0.3~1.0%(w/v)가 함유되도록 혼합하고,
    수용성 중합체의 함량은 0.9~2.5%(w/v)가 함유되도록 혼합하여 사용함을 특징으로 하는 연부조직 수복용 매트릭스의 제조방법.
  14. 청구항 10 에 있어서,
    상기 수용성 중합체 물질은 폴리비닐 알코올(Poly vinyl alcohol), 폴리비닐 피롤리돈(Poly vinyl pyrrolidone), 폴리에틸렌 글리칸(Polyethylene glycol) 중 택 1 및 두 가지 이상의 물질을 혼합한 것을 사용함을 특징으로 하는 연부조직 수복용 매트릭스의 제조방법.
  15. 청구항 10 에 있어서,
    상기 콜라겐과 수용성 중합체의 비율은 1:7, 1:3, 7:9의 비율로 혼합하여 혼합액을 제조함을 특징으로 하는 연부조직 수복용 매트릭스의 제조방법.
  16. 청구항 15 에 있어서,
    상기 혼합액을 주형틀에 주입한 후 감압기를 이용하여 거품을 제거하고 밀봉하여 감마 가교함을 특징으로 하는 연부조직 수복용 매트릭스의 제조방법.
  17. 청구항 16 에 있어서,
    상기 가교 방법은 물리적 가교(UV 가교, 감마조사량 가교) 또는 화학적 가교(Sodium trimetaphosphate)를 이용하여 가교함을 특징으로 하는 연부조직 수복용 매트릭스의 제조방법.
  18. 청구항 16 에 있어서,
    상기 감마 조사량은 5∼40kGy 임을 특징으로 하는 연부조직 수복용 매트릭스의 제조방법.
  19. 청구항 10 에 있어서,
    상기 천연물질은,
    알지네이트(Alginate)가 사용됨을 특징으로 하는 연부조직 수복용 매트릭스의 제조방법.
  20. 청구항 12 에 있어서,
    상기 바이오 콜라겐 파우더를 이용하여 1.0%(w/v) 산성콜라겐을 제조하고, 3.0%(w/v)의 수용성 중합체 수용액을 제조하고,
    두 수용액을 전체 중량 중 콜라겐의 함량은 0.3~0.7%(w/v)가 함유되도록 혼합하고,
    수용성 중합체의 함량은 0.9~2.5%(w/v)가 함유되도록 혼합액을 제조 후 5~40kGy의 감마조사량을 이용한 감마가교를 통해 무해한 필름 제형의 지지층을 제조함을 특징으로 하는 연부조직 수복용 매트릭스의 제조방법.
  21. 청구항 1 의 제조방법으로 제조된 연부조직 수복용 매트릭스.
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