WO2021158072A2 - 콜라겐을 포함하는 마이크로 젤 조성물 및 제조 방법 - Google Patents

콜라겐을 포함하는 마이크로 젤 조성물 및 제조 방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a microgel composition comprising collagen and hyaluronic acid and a method for preparing the same.
  • Microgels are micro-sized hydrogels and are manufactured by chemically or physically crosslinking hydrophilic polymers to build a network structure.
  • a microgel is prepared by dispersing an inner phase containing a hydrophilic polymer in an outer phase containing a surfactant, and then crosslinking the inner phase.
  • microgels can be manufactured in various sizes and shapes and can be good candidates for cell scaffolds because they can control physical properties such as crosslinking density. Therefore, beta-glucan-based hydrogel research is still in the basic stage.
  • the hydrogel has excellent hydrophilicity, so it can easily absorb water and can easily change strength, shape, etc., and thus is used as a tissue engineering scaffold or drug delivery.
  • Hydrogel absorbs a large amount of water in an aqueous solution or in an aqueous environment due to the hydrophilicity of the constituent material and swells, but does not dissolve due to the cross-linked structure. Therefore, hydrogels having various shapes and properties can be made depending on the components and manufacturing methods, and since they generally contain a large amount of water, it is characterized by having intermediate properties between liquid and solid.
  • collagen which is widely used as a biocompatible polymer for hydrogels, is the most commonly found protein in the human body and the most abundant protein in mammals, accounting for about 25-35% of the total protein. In particular, it is a major component of bones, tendons, and ligaments and mainly plays a role in maintaining the structure of organs. It can be easily extracted from the skin of cattle or pigs.
  • hyaluronic acid is the most widely used natural polymer and exists in connective tissues of skin, cartilage, bone, synovial fluid, and the like. Hyaluronic acid has excellent properties as a biomaterial because it has viscoelasticity, non-immunogenic response, biodegradability, and swelling properties. Therefore, it can be used in various applications such as viscosupplementation, drug delivery, and scaffold for wound healing.
  • the present inventors have completed the present invention by confirming the optimal ratio of collagen and hyaluronic acid that can effectively prepare microgels without a chemical crosslinking agent.
  • One aspect is to provide a microgel composition comprising 7.5% (w/v) to 20% (w/v) collagen and 1% (w/v) to 5% (w/v) hyaluronic acid.
  • One aspect is to provide a three-dimensional scaffold comprising 7.5% (w/v) to 20% (w/v) collagen and 1% (w/v) to 5% (w/v) hyaluronic acid.
  • Another aspect is to provide a tissue engineering scaffold comprising 7.5% (w/v) to 20% (w/v) collagen and 1% (w/v) to 5% (w/v) hyaluronic acid.
  • Another aspect is ion-bonded collagen-hyaluronic acid complex by reacting with 7.5% (w/v) to 20% (w/v) collagen and 1% (w/v) to 5% (w/v) hyaluronic acid forming a; preparing a dispersion by homogenizing the collagen-hyaluronic acid complex; and naturally precipitating the dispersion; It is to provide a method for preparing a microgel composition comprising a.
  • microgel composition comprising 7.5% (w/v) to 20% (w/v) collagen and 1% (w/v) to 5% (w/v) hyaluronic acid.
  • One aspect provides a three-dimensional scaffold comprising 7.5% (w/v) to 20% (w/v) collagen and 1% (w/v) to 5% (w/v) hyaluronic acid.
  • tissue engineering scaffold comprising 7.5% (w/v) to 20% (w/v) collagen and 1% (w/v) to 5% (w/v) hyaluronic acid.
  • hydrogel may refer to a three-dimensional network structure made by cross-linking a hydrophilic polymer through a covalent or non-covalent bond. Due to the hydrophilicity of the constituent material, it absorbs a large amount of water in aqueous solution and in an aqueous environment and swells, but does not dissolve due to the cross-linked structure. Therefore, hydrogels having various shapes and properties can be made depending on the components and manufacturing methods, and since they generally contain a large amount of water, they may have intermediate properties between liquid and solid.
  • the double microgel refers to a micro-sized hydrogel, which is produced by chemically or physically crosslinking a hydrophilic polymer to construct a network structure.
  • the “collagen” is the most commonly found protein in the human body, the most abundant protein in mammals, and accounts for about 25-35% of the total protein. In particular, it is a major component of bones, tendons, and ligaments and is known to mainly play a role in maintaining the structure of organs, and can be easily extracted from the skin of cattle or pigs.
  • the collagen may include, in addition to pure collagen, a collagen derivative.
  • its kind (source) is not particularly limited, and for example, various collagens derived from mammals, fish, for example, bovine bone, bovine skin, porcine bone, porcine skin, and the like can be used.
  • the collagen may have a molecular weight of 100,000 to 250,000, 120,000 to 240,000, or 150,000 to 200,000.
  • hyaluronic acid is used interchangeably with “hyaluronan”, “hyaluronate” or “HA”, and the formula of Formula 1 or its pharmaceutically acceptable salts such as sodium hyaluronate (NaHA), potassium hyaluronate, magnesium hyaluronate, and combinations thereof.
  • n is the number of repeating units.
  • Hyaluronic acid of any origin including bacterial and algal origin, is useful.
  • Useful hyaluronic acid is from about 0.3MDa to about 6.0MDa, such as from about 1.5MDa to about 6.0MDa, from about 2.5MDa to about 6.0MDa, from about 3.5MDa to about 6.0MDa, from about 0.3MDa to about 5.0MDa, about 0.3 It may range in molecular weight from MDa to about 4.0 MDa, or from about 0.3 MDa to about 3.0 MDa.
  • the composition may substantially not contain an additional crosslinking agent.
  • the terms “does not contain,” “is free of,” “substantially free of” refer to the cross-linking agent, e.g., a chemical cross-linking agent, to fulfill its full role. It may mean that it is not included in an insufficient amount, that is, an effective amount. specifically less than about 1%, less than 0.5%, less than 0.1%, and, in some cases, less than about 0.05%, and in other cases, none of the total composition.
  • the collagen may be included in about 7.5 to about 12.5% (w / v) of the total composition. Specifically, the collagen is about 8 to about 12% (w/v), about 8.5 to about 11.5% (w/v), about 9 to about 11% (w/v), or about 9.5 to about 10.5% ( w/v), or may also be, for example, about 10% (w/v).
  • the hyaluronic acid may be included in about 1 to about 5% (w / v) of the total composition. Specifically, the hyaluronic acid is about 2 to about 4.5% (w / v), about 2 to about 4% (w / v), about 2.5 to about 3% (w / v), about 3.5 to about 4% ( w/v), or about 2.5% (w/v).
  • the size of the microgel included in the composition may be, for example, 10 ⁇ m to 250 ⁇ m, 20 ⁇ m to 200 ⁇ m, 10 ⁇ m to 50 ⁇ m, 20 to 40 ⁇ m, 80 ⁇ m to 220 ⁇ m, or 100 ⁇ m to 200 ⁇ m. .
  • the composition may have a pH of 4 to 11, and in the above pH range, the zeta potential of the microgel composition may be -50mV to -30mV.
  • the composition may be loaded with cells.
  • the composition may further contain a growth factor or a differentiation factor.
  • the cells may include cells to be cultured in the microgel composition, tissue, or cells to be differentiated into other cells, or cells to be used for tissue regeneration. Examples of the cells may be stem cells, sensory cells, brain cells, germ cells, epithelial cells, immune cells, cancer cells, or a combination thereof.
  • the stem cell may refer to a cell having a differentiation ability, and the cell having the differentiation ability is, for example, a blast cell, a hepatocyte, a fibroblast, a myoblast, an adult stem cell, a mesenchymal stem cell, an adipose-derived mesenchymal stem cell, It may include bone marrow-derived mesenchymal stem cells, neural-derived mesenchymal stem cells, placental-derived mesenchymal stem cells, or umbilical cord blood stem cells or a combination thereof.
  • the growth factor may refer to a substance capable of regulating the growth and function of cells.
  • the differentiation factor may refer to a substance that induces differentiation of cells into tissues or into other cells.
  • the growth factor or differentiation factor is transforming growth factor (TGF), vascular endothelial growth factor (VEGF), fibroblast growth factor (FGF), epidermal growth factor (EGF), platelet-derived endothelial growth factor (PDGF) ), hepatocyte growth factor (HGF), insulin-like growth factor (IGF), cytokines, chemokines, or a combination thereof.
  • TGF transforming growth factor
  • VEGF vascular endothelial growth factor
  • FGF fibroblast growth factor
  • EGF epidermal growth factor
  • PDGF platelet-derived endothelial growth factor
  • HGF hepatocyte growth factor
  • IGF insulin-like growth factor
  • cytokines cytokines
  • chemokines cytokines
  • chemokines cytokines
  • the three-dimensional scaffold is a non-woven fabric; fabric form; knitted form; fiber bundle form; It may be in the form of a cylinder having a fiber bundle and a tube into which the fiber bundle is inserted, or a mixture of two or more thereof.
  • the scaffold may perform functions such as cell culture, cell delivery, or drug delivery by using the space formed by the fibers included in the fibrous structure.
  • tissue engineering scaffold refers to a material that replaces a part of an organ or tissue damaged in vivo and can supplement or replace its function.
  • the polymer support may include a biodegradable polymer material, which may be completely decomposed and disappear in vivo after the support is maintained until it sufficiently performs its function and role.
  • tissue engineering scaffold of the present invention In order for the tissue engineering scaffold of the present invention to perform a function of replacing a living body for a certain period of time, it is preferably physically stable.
  • the tissue engineering scaffold of the present invention includes a polyphenol bound to a cross-linkage having an ether bond to a biodegradable polymer hydrogel, and has improved resistance to hyaluronidase, antibacterial activity and antioxidant activity, resulting in a high stability tissue engineering scaffold can be used as
  • the composition may include a therapeutically effective amount of at least one anesthetic, for example lidocaine.
  • the composition according to one embodiment has biocompatibility, it can induce tissue regeneration of cells semi-permanently, and can be usefully used as a three-dimensional scaffold or a support for tissue engineering. Also, for example, the composition may last for at least 3 months, at least 6 months, or up to 1 year after being introduced into the skin.
  • Another aspect is ion-bonded collagen-hyaluronic acid complex by reacting with 7.5% (w/v) to 20% (w/v) collagen and 1% (w/v) to 5% (w/v) hyaluronic acid forming a; preparing a dispersion by homogenizing the collagen-hyaluronic acid complex; and naturally precipitating the dispersion; It provides a method for preparing a microgel composition comprising a.
  • the natural precipitation step is performed at a temperature range of 20 to 30 ° C. for, for example, 12 to 36 hours, or 18 to 28 hours, 20 to 26 hours, 22 to 25 hours, or 24 hours. it may be
  • the reaction of the non-antigenic collagen or collagen derivative obtained above with hyaluronic acid can be carried out by preparing each as a solution.
  • the solution may contain collagen at a concentration of 7.5% (w/v) to 20% (w/v) and hyaluronic acid at a concentration of 1% (w/v) to 3% (w/v), but is not limited thereto. does not
  • the homogenization is a step for facilitating ionic bonding between collagen-hyaluronic acid, and may be performed using a conventional method known in the art, for example, a homogenizer or a bead beater.
  • microgel composition according to an aspect is composed of a natural biocompatible material and has not only no toxicity, but also has an effect of exhibiting high mechanical stability or long lasting, useful for microgel compositions, three-dimensional scaffold compositions, and tissue engineering scaffolds can be used
  • 1 is a view showing the final results of the collagen microgel formation experiment after sedimentation and collagen suspension prepared by varying the collagen concentration.
  • FIG. 2 is a view showing the results of confirming the collagen suspension prepared by varying the collagen concentration with an optical microscope.
  • 3 is a view showing the result of confirming the measured pH and pKa (pI) values of distilled water when the polysaccharide-containing collagen microgel is produced and the microgel is formed.
  • FIG. 4 is a view showing an image confirming the final result of the collagen microgel formation experiment after the collagen-hyaluronic acid suspension and sedimentation crushed by varying the collagen concentration.
  • FIG. 5 is a view showing the results of confirming the collagen-hyaluronic acid suspension crushed by varying the collagen concentration with an optical microscope ( FIG. 5A ) and confirming the SEM image of the specific structure of the microgel ( FIG. 5B ).
  • Figure 6a is a view showing an image of the addition of hyaluronic acid and collagen with different concentrations of hyaluronic acid.
  • 6b is a view showing an image confirming the collagen-dissolved suspension of hyaluronic acid of various concentrations.
  • 6c is a view showing an image confirming the results of the collagen microgel formation experiment after sedimentation of the collagen-dissolved suspension of hyaluronic acid of various concentrations.
  • FIG. 7 is a result of confirming the 10% (w / v) collagen and hyaluronic acid suspension with an optical microscope (FIG. 7A) and the SEM image of the specific structure of the microgel with different concentrations of hyaluronic acid in 10% collagen ( Fig. 7B) is a view showing.
  • FIG. 8 is a diagram showing the results confirmed through SEM images of microgels in the case of 10% (w/v) collagen alone and in the case of adding 2.5% (w/v) hyaluronic acid to 10% (w/v) collagen am.
  • FIG. 9 is a diagram schematically illustrating the characteristics (elasticity and microgel size) of microgel fibers generated when the concentration of collagen and the concentration of hyaluronic acid are different.
  • FIG. 10 is a view showing an image confirming the collagen-hyaluronic acid suspension with different pH.
  • 11 is a view showing the result of measuring the zeta potential of microgels formed according to pH.
  • FIG. 12 is a diagram schematically illustrating the form of a microgel formed by the pH of a suspension of collagen and added polysaccharide.
  • microgels were prepared by varying the concentration of the added collagen. Specifically, 1% (w / v), 5% (w / v), 7.5% (w / v) and 10% (w / v) collagen gel was prepared and then the aggregates of the prepared collagen gel were evenly dispersed. For this, 10 ⁇ L of collagen gel was added to 1 mL of distilled water, and then, using a bead beater with a homogenizer, the collagen gel was crushed into a microgel suspension by applying for 10 seconds under the condition of 2000 opm (oscillations per minute). Thereafter, the crushed gel suspension was allowed to settle and allowed to stand at room temperature for 24 hours to prepare collagen microgels. The final results of the experiment for forming the collagen microgels after the crushed collagen suspension and sedimentation with different concentrations are shown in FIG. 1 , and the results of checking the suspension with an optical microscope are shown in FIG. 2 .
  • microgels Since it is difficult to manufacture microgels using only collagen, an experiment was performed to find polysaccharides having anions that lowered the elasticity of collagen and made it possible to form a microgel by forming a complex through electrostatic bonding with collagen. Therefore, in order to prepare a microgel containing polysaccharides having various charges, chitosan, a polysaccharide having a cation, and alginate or hyaluronic acid, a polysaccharide having an anion, are prepared and mixed in a collagen gel, respectively, and finally mixed. A collagen gel solution containing 10% (w/v) collagen and 2.5% (w/v) polysaccharide was prepared.
  • the microgel prepared only with collagen was not visually confirmed in a dissolved state, and it was confirmed that the same was true for chitosan, a polysaccharide having a cation.
  • polysaccharide having an anion when polysaccharide having an anion was added, it was confirmed that the microgel was produced in the form of a whiter precipitate. In the case of alginate with anions, some white precipitate was confirmed, and it was confirmed that a bright white precipitate was produced even when hyaluronic acid was added.
  • FIG. 6a shows an image of adding hyaluronic acid and collagen with different concentrations of hyaluronic acid
  • Fig. 6b shows an image confirming the crushed suspension as an experimental result
  • FIG. 7A SEM image of the specific structure of microgels with different concentrations of hyaluronic acid in 10% collagen
  • FIG. 7B SEM image of the specific structure of microgels with different concentrations of hyaluronic acid in 10% collagen
  • FIG. 8 shows the results of confirming microgels through SEM images.
  • the size of the microgel was confirmed to be 100 to 200 ⁇ m, and when 5% of hyaluronic acid was added, the size of the microgel was 20 to 40 ⁇ m. It was confirmed that the structure of the microgel was also formed in the form of fibers.
  • microgel made of only 10% collagen did not show any white precipitate in the pH range of 3 to 10.
  • microgels with 2.5% hyaluronic acid added to 10% collagen formed white precipitates in the pH range of 4 to 11, confirming that microgels were effectively formed.
  • the pH range of 4 to 11 is the optimal collagen-hyaluronic acid microgel is formed.
  • the zeta potential of the collagen-only microgels exhibited a positive value in most of the pH range.
  • collagen-hyaluronic acid microgel exhibited a constant zeta potential value of about -50mv to -30mv within the optimum pH range of 4 to 11.

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Abstract

콜라겐 및 히알루론산을 포함하는 마이크로 젤 조성물과 그 제조방법에 관한 것이다. 일 양상에 따른 마이크로 젤 조성물은 천연 생체적합성 물질로 구성되어 있어 독성이 없을 뿐만 아니라, 높은 기계적 안정성, 또는 긴 지속성을 나타내는 효과가 있어, 마이크로 젤 조성물, 3차원 스캐폴드 조성물 및 조직 공학용 지지체에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

콜라겐을 포함하는 마이크로 젤 조성물 및 제조 방법
콜라겐 및 히알루론산을 포함하는 마이크로 젤 조성물과 그 제조방법에 관한 것이다.
마이크로젤은 마이크로 크기의 하이드로젤로, 친수성 고분자를 화학 또는 물리적으로 가교하여 네트워크 구조를 구축하여 제조된다. 일반적으로 계면활성제가 포함된 외상(outer phase)에 친수성 고분자가 포함된 내상(inner phase)을 분산시킨 후, 내상을 가교하여 마이크로젤을 제조한다. 한편, 마이크로젤은 다양한 크기와 형태로 제조할 수 있으며, 가교 밀도 등 물성을 제어할 수 있기 때문에 세포 지지체의 좋은 후보가 될 수 있다. 따라서 아직까지 베타글루칸 기반의 하이드로젤 연구는 기초 단계에 머무르고 있다.
상기 하이드로젤은 친수성이 우수하여 물을 쉽게 흡수할 수 있을 뿐 아니라 강도, 모양 등을 쉽게 바꿀 수 있어 조직공학용 지지체 또는 약물전달 등에 사용되고 있다. 하이드로젤은 구성 물질의 친수성으로 인해 수용액 내 또는 수성환경 하에서 많은 양의 물을 흡수하며 팽윤하지만 가교 구조에 의해 용해되지 않는 성질을 가지고 있다. 따라서 구성성분과 제조방법에 따라 다양한 형태와 성질을 가진 하이드로겔이 만들어질 수 있으며 일반적으로 다량의 수분을 함유하고 있으므로 액체와 고체의 중간성질을 갖는 것이 특징이다.
한편, 하이드로겔의 생체적합성 고분자로 많이 사용되는 콜라겐은 인체에서 가장 흔하게 발견하는 단백질로 포유류에서 가장 많은 단백질이며 전체 단백질의 약 25-35%를 차지한다. 특히 뼈, 힘줄, 인대를 구성하는 주요한 성분이며 주로 장기의 구조를 유지하는 역할을 한다. 소나 돼지의 피부에서 쉽게 추출할 수 있다. 또한 히알루론산은 가장 널리 이용되고 있는 천연 고분자로서 피부 결합조직(connective tissues of skin), 연골, 뼈, 윤활액(synovial fluid) 등에 존재한다. 히알루론산은 점탄성, 비 면역 반응(non-immunogenic response), 생분해성, 그리고 팽윤특성이 있어 생체재료로서 우수한 특성들을 지니고 있다. 그래서 점성보충(viscosupplementation), 약물전달, 및 상처치유를 위한 스캐폴드(scaffold for wound healing)와 같은 다양한 응용분야에서 사용이 가능하다.
이에, 본 발명자들은 화학적 가교제 없이도, 마이크로 젤을 효과적으로 제조할 수 있는 콜라겐과 히알루론산의 최적 비율을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
일 양상은 7.5%(w/v) 내지 20%(w/v) 콜라겐 및 1%(w/v) 내지 5%(w/v)의 히알루론산을 포함하는 마이크로 젤 조성물을 제공하는 것이다.
일 양상은 7.5%(w/v) 내지 20%(w/v) 콜라겐 및 1%(w/v) 내지 5%(w/v)의 히알루론산을 포함하는 3차원 스캐폴드를 제공하는 것이다.
다른 양상은 7.5%(w/v) 내지 20%(w/v) 콜라겐 및 1%(w/v) 내지 5%(w/v)의 히알루론산을 포함하는 조직 공학용 지지체를 제공하는 것이다.
또 다른 양상은 7.5%(w/v) 내지 20%(w/v) 콜라겐 및 1%(w/v) 내지 5%(w/v)의 히알루론산과 반응시켜 이온결합된 콜라겐-히알루론산 복합체를 형성시키는 단계; 상기 콜라겐-히알루론산 복합체를 균질화시켜 분산액을 제조하는 단계; 및 상기 분산액을 자연침강시키는 단계; 를 포함하는, 마이크로 젤 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
일 양상은 7.5%(w/v) 내지 20%(w/v) 콜라겐 및 1%(w/v) 내지 5%(w/v)의 히알루론산을 포함하는 마이크로 젤 조성물을 제공한다.
일 양상은 7.5%(w/v) 내지 20%(w/v) 콜라겐 및 1%(w/v) 내지 5%(w/v)의 히알루론산을 포함하는 3차원 스캐폴드를 제공한다.
다른 양상은 7.5%(w/v) 내지 20%(w/v) 콜라겐 및 1%(w/v) 내지 5%(w/v)의 히알루론산을 포함하는 조직 공학용 지지체를 제공한다.
본 명세서에서 용어 "하이드로겔(hydrogel)"은 친수성 고분자가 공유 또는 비공유 결합으로 가교되어져 만들어진 3차원 망상구조물을 의미할 수 있다. 구성 물질의 친수성으로 인해 수용액 내 및 수성 환경 하에서 많은 양의 물을 흡수하며 팽윤하지만 가교 구조에 의해 용해되지 않는 성질을 가지고 있다. 따라서 구성성분과 제조방법에 따라 다양한 형태와 성질을 가진 하이드로겔이 만들어질 수 있으며 일반적으로 다량의 수분을 함유하고 있으므로 액체와 고체의 중간성질을 갖는 것일 수 있다. 이중 마이크로 젤은 마이크로 크기의 하이드로젤로, 친수성 고분자를 화학 또는 물리적으로 가교하여 네트워크 구조를 구축하여 제조되는 것을 말한다.
상기 “콜라겐”은 인체에서 가장 흔하게 발견하는 단백질로 포유류에서 가장 많은 단백질이며 전체 단백질의 약 25-35%를 차지한다. 특히 뼈, 힘줄, 인대를 구성하는 주요한 성분이며 주로 장기의 구조를 유지하는 역할을 수행하는 것으로 알려져 있고, 소나 돼지의 피부에서 쉽게 추출할 수 있다. 상기 콜라겐은, 순수 콜라겐 외에, 콜라겐 유도체를 포함할 수 있다. 콜라겐과 관련하여, 그의 종류 (원천)은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 포유류, 어류, 예를 들면, 소 뼈, 소 피부, 돼지 뼈, 돼지 피부 등으로부터 유래된 다양한 콜라겐을 사용할 수 있다. 또한, 상기 콜라겐은 분자량이 100,000 내지 250,000, 120,000 내지 240,000, 또는 150,000 내지 200,000 인 것일 수 있다.
본 명세서에서 용어 "히알루론산(hyalruronic acid)"은 "히알루로난(hyaluronan)", "히알루로네이트(hyaluronate)" 또는 "HA"와 호환적으로 사용되고, 하기 식 1의 화학식 또는 그의 약제학적으로 허용가능한 염, 예를 들면, 히알루론산나트륨 (NaHA), 히알루론산칼륨, 히알루론산마그네슘, 및 그 조합을 포함할 수 있다.
Figure PCTKR2021001569-appb-I000001
(1)
식 1 중 n은 반복단위 (repeating unit) 수이다. 박테리아 및 조류 기원을 포함한, 모든 기원의 히알루론산이 유용하다. 유용한 히알루론산은 약 0.3MDa 내지 약 6.0MDa, 예를 들면, 약 1.5MDa 내지 약 6.0MDa, 약 2.5MDa 내지 약 6.0MDa, 약 3.5MDa 내지 약 6.0MDa, 약 0.3MDa 내지 약 5.0MDa, 약 0.3MDa 내지 약 4.0MDa, 또는 약 0.3MDa 내지 약 3.0MDa의 분자량 범위일 수 있다.
따라서, 일 구체예에 따른 마이크로 젤 조성물, 3차원 스캐폴드 및 조직공학용 지지체 조성물 또는 바이오 잉크 조성물에 있어서, 상기 조성물은 추가적인 가교제를 실질적으로(substantially) 함유하지 않는 것일 수 있다.
본 명세서에서 용어 "함유하지 않다(does not contain)", "없는(is free of)", "실질적으로 없는(substantially free of)"은 상기 가교제, 예를 들면, 화학적 가교제가 완전한 역할을 수행하기에 부족한 양, 즉 유효량으로 포함되어 있지 않는 것을 의미할 수 있다. 상세하게는 전체 조성물 중 약 1중량%미만, 0.5 중량%미만, 0.1중량% 미만, 및 일부 경우에 있어서, 약 0.05중량% 미만, 및 다른 경우에 있어서, 없는 것을 의미할 수 있다.
일 양상에 있어서, 상기 콜라겐은 전체 조성물 중 약 7.5 내지 약 12.5%(w/v)로 포함되는 것일 수 있다. 상세하게는 상기 콜라겐은 약 8 내지 약 12 %(w/v), 약 8.5 내지 약 11.5 %(w/v), 약 9 내지 약 11 %(w/v), 또는 약 9.5 내지 약 10.5 %(w/v)로 포함되거나, 또한, 예를 들면, 약 10%(w/v)일 수 있다.
일 양상에 있어서, 상기 히알루론산은 전체 조성물 중 약 1 내지 약 5%(w/v)로 포함되는 것일 수 있다. 상세하게는 상기 히알루론산은 약 2 내지 약 4.5%(w/v), 약 2 내지 약 4%(w/v), 약 2.5 내지 약 3%(w/v), 약 3.5 내지 약 4%(w/v), 또는 약 2.5%(w/v)로 포함되는 것일 수 있다.
상기 조성물 내 포함된 마이크로 젤의 크기는 예를 들면 10μm 내지 250 μm, 20 μm 내지 200 μm, 10 μm 내지 50 μm, 20 내지 40 μm, 80 μm 내지 220 μm, 또는 100 μm 내지 200 μm일 수 있다.
또한 상기 조성물은 pH가 4 내지 11일 수 있으며, 상기 pH 범위일 경우, 마이크로 젤 조성물의 제타전위가 -50mV 내지 -30mV일 수 있다.
또 다른 구체예에 있어서, 상기 조성물은 세포가 적재된 것일 수 있다. 또한, 상기 조성물은 성장인자, 또는 분화인자가 더 포함되어 있는 것일 수 있다. 상기 세포는 마이크로젤 조성물 내에서 배양하고자 하는 세포, 조직, 또는 다른 세포로 분화시키고자 하는 세포, 또는 조직 재생에 사용하고자 하는 세포를 포함할 수 있다. 상기 세포의 예는 줄기세포, 감각세포, 뇌세포, 생식세포, 상피세포, 면역세포, 암세포 또는 그들의 조합일 수 있다. 상기 줄기세포는 분화능을 갖는 세포를 의미할 수 있으며, 상기 분화능을 갖는 세포는 예를 들면, 아세포, 간세포, 섬유아세포, 근육아세포, 성체줄기세포, 중간엽줄기세포, 지방유래 중간엽줄기세포, 골수유래 중간엽줄기세포, 신경유래 중간엽줄기세포, 태반유래 중간엽줄기세포, 또는 제대혈줄기세포 또는 그의 조합을 포함할 수 있다. 상기 성장인자는 세포의 성장과 기능을 조절할 수 있는 물질을 의미할 수 있다. 상기 분화인자는 세포의 조직으로의 분화, 또는 다른 세포로의 분화를 유도하는 물질을 의미할 수 있다. 예를 들면, 상기 성장인자 또는 분화인자는 형질전환성장인자(TGF), 혈관내피 성장인자(VEGF), 섬유아세포 성장인자(FGF), 표피 성장인자(EGF), 혈소판-유도 내피 성장인자(PDGF), 간세포 성장인자 (HGF), 인슐린 유사 성장인자 (IGF), 사이토카인, 캐모카인 또는 그의 조합을 포함할 수 있다.
상기 3차원 스캐폴드는 부직포 형태; 직물 형태; 편물 형태; 섬유 다발 형태; 섬유 다발 및 상기 섬유 다발이 삽입되는 튜브를 구비하는 실린더 형태, 또는 이들의 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 상기 스캐폴드는 이러한 섬유 구조체에 포함되어 있는 섬유들에 의해 형성되는 공간을 이용하여 세포배양, 세포전달 또는 약물전달 등의 기능을 수행할 수 있다.
본 발명에서 용어 "조직 공학용 지지체"는 생체 내에서 손상된 장기나 조직의 일부를 대체하며 이들의 기능을 보완 또는 대신할 수 있는 물질을 의미한다. 구체적으로 상기 고분자 지지체는 생분해성 고분자 소재를 포함할 수 있으며, 이로 인해 지지체가 기능과 역할을 충분히 수행할 때까지 유지된 후 생체 내에서 완전히 분해되어 없어질 수 있다.
본 발명의 조직 공학용 지지체가 일정 기간 동안 생체를 대체하는 기능을 수행하기 위해, 물리적으로 안정한 것이 바람직하다. 본 발명의 조직 공학용 지지체는 생분해성 고분자 하이드로겔에 에테르 결합을 가지는 가교(cross-linkage)에 결합한 폴리페놀을 포함하여 히알루로니다제에 대한 저항성, 항균능 및 항산화능이 향상되어 안정성 높은 조직 공학용 지지체로 사용될 수 있다.
상기 조성물은 치료학적으로 유효한 양의 적어도 하나의 마취제, 예를 들어, 리도카인을 포함할 수 있다.
일 구체예에 따른 상기 조성물은 생체 친화성을 가지므로 반영구적으로 세포의 조직 재생을 유도할 수 있어, 3차원 스캐폴드 또는 조직 공학용 지지체에 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 예를 들면, 상기 조성물은 피부로 도입된 후 3 개월 이상, 6 개월 이상, 또는 최대 1년까지 지속될 수 있다.
또 다른 양상은 7.5%(w/v) 내지 20%(w/v) 콜라겐 및 1%(w/v) 내지 5%(w/v)의 히알루론산과 반응시켜 이온결합된 콜라겐-히알루론산 복합체를 형성시키는 단계; 상기 콜라겐-히알루론산 복합체를 균질화시켜 분산액을 제조하는 단계; 및 상기 분산액을 자연침강시키는 단계; 를 포함하는, 마이크로 젤 조성물의 제조방법을 제공한다.
상기 방법에 있어서, 상기 자연침강 시키는 단계는 20 내지 30 ℃의 온도 범위에서 예를 들면, 12 내지 36시간 동안, 또는 18 내지 28 시간, 20 내지 26 시간, 22 내지 25시간, 또는 24시간 동안 수행되는 것일 수 있다.
상기에서 수득된 비항원성 콜라겐 또는 콜라겐 유도체의 히알루론산과의 반응은 각각을 용액으로 제조하여 수행될 수 있다. 상기 용액은 콜라겐을 7.5%(w/v) 내지 20%(w/v)로, 히알루론산을 각각 1 %(w/v) 내지 3 %(w/v) 농도로 함유할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.
상기 균질화는 콜라겐-히알루론산 간의 이온결합을 용이하게 하기 위한 단계로서, 당업계에 알려진 통상의 방법, 예를 들어, 균질기(homogenizer) 혹은 비드 비터(bead beater)를 이용하여 수행될 수 있다.
일 양상에 따른 마이크로 젤 조성물은 천연 생체적합성 물질로 구성되어 있어 독성이 없을 뿐만 아니라, 높은 기계적 안정성, 또는 긴 지속성을 나타내는 효과가 있어, 마이크로 젤 조성물, 3차원 스캐폴드 조성물 및 조직 공학용 지지체에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 콜라겐 농도를 달리하여 제조한 콜라겐 현탁액 및 침강 이후 콜라겐 마이크로 젤의 형성실험의 최종 결과를 나타낸 도이다.
도 2는 콜라겐 농도를 달리하여 제조한 콜라겐 현탁액을 광학 현미경으로 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 3은 다당류 함유 콜라겐 마이크로 젤의 제조 결과 및 마이크로 젤이 형성 되는 경우 증류수의 측정된 pH 및 pKa(pI) 값을 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 4는 콜라겐 농도를 달리하여 파쇄한 콜라겐-히알루론산 현탁액과 침강 이후 콜라겐 마이크로 젤의 형성실험의 최종 결과를 확인한 이미지를 나타낸 도이다.
도 5는 콜라겐 농도를 달리하여 파쇄한 콜라겐-히알루론산 현탁액을 광학 현미경으로 확인한 결과(도 5A) 및 마이크로 젤의 구체적인 구조의 SEM 이미지를 확인한 결과(도 5B) 를 나타낸 도이다.
도 6a는 히알루론산의 농도를 달리한 히알루론산과 콜라겐을 첨가한 이미지를 나타낸 도이다.
도 6b는 콜라겐-다양한 농도의 히알루론산을 파쇄한 현탁액을 확인한 이미지를 나타낸 도이다.
도 6c는 콜라겐-다양한 농도의 히알루론산을 파쇄한 현탁액의 침강 이후 콜라겐 마이크로 젤의 형성실험의 결과를 확인한 이미지를 나타낸 도이다.
도 7은 10%(w/v) 콜라겐과 히알루론산 현탁액을 광학 현미경으로 확인한 결과(도 7A) 및 10% 콜라겐에서의 히알루론산의 농도를 달리한 마이크로 젤의 구체적인 구조의 SEM 이미지를 확인한 결과(도 7B) 를 나타낸 도이다.
도 8은 10%(w/v) 콜라겐 단독의 경우와 10%(w/v) 콜라겐에 2.5%(w/v)의 히알루론산을 첨가한 경우 마이크로 젤의 SEM 이미지를 통해 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 9는 콜라겐의 농도와 히알루론산의 농도를 달리한 경우에 생성되는 마이크로 젤 섬유를 특징(탄성 및 마이크로 젤 크기)을 모식화한 도이다.
도 10은 pH를 달리한 콜라겐-히알루론산 현탁액을 확인한 이미지를 나타낸 도이다.
도 11은 pH 별 형성되는 마이크로 젤의 제타 포텐셜을 측정한 결과를 나타낸 도이다.
도 12는 콜라겐과 첨가된 다당류의 현탁액 pH에 의하여 형성되는 마이크로젤의 형태를 모식화하여 나타낸 도이다.
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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
실시예 1. 콜라겐 마이크로 젤의 제조
콜라겐만을 포함한 마이크로 젤을 제조하기 위하여, 첨가된 콜라겐의 농도를 달리하여 마이크로 젤을 제조하였다. 구체적으로 1% (w/v), 5%(w/v), 7.5%(w/v) 및 10%(w/v) 콜라겐 젤을 제조한뒤 상기 제조된 콜라겐 젤의 응집물을 고르게 분산시키기 위하여 1mL의 증류수에 10μL의 콜라겐 젤을 넣은 후 균질기로 비드 비터를 사용하여, 2000 opm(oscillations per minute) 의 조건으로 10초 동안 가하여 콜라겐 젤을 마이크로 젤 현탁액으로 파쇄하였다. 이후, 파쇄한 겔 현탁액을 침강시키고 실온에서 24시간동안 두어 콜라겐 마이크로 젤을 제조하였다. 농도를 달리한 실험결과로 파쇄한 콜라겐 현탁액 및 침강 이후 콜라겐 마이크로 젤의 형성실험의 최종 결과를 도 1에 나타내었고, 상기 현탁액을 광학 현미경으로 확인한 결과를 도 2에 나타내었다.
상기 도 1에서 확인한 바와 같이, 비드 비터로 균질화시켜 파쇄한 경우 콜라겐은 투명하고 육안으로 확인되지 않았으며, 이는 침강시킨 이후에도 마찬가지임을 확인하였다. 또한 도 2에서 확인한 바와 같이, 실험을 통해 확인한 콜라겐 포함 현탁액에서 농도가 높아질수록 콜라겐 입자를 비드 비터로 파쇄하는 것이 매우 힘든 것을 확인하였다. 특히 콜라겐의 농도가 높아질수록 탄성이 높아져 파쇄가 힘들어 확인되는 콜라겐의 입자가 큰 것이 확인되었고, 이에 따라 마이크로 젤 역시 농도가 높아질수록 형성이 어려운 것을 확인하였다. 또한 콜라겐의 농도가 낮은 경우, 마이크로 젤이 형성이 되지 않았는데 이는 콜라겐 섬유의 밀도가 낮고, 콜라겐의 섬유 두께가 거의 변하지 않기 때문에 발생하는 것임을 확인하였다.
실시예 2. 다당류 포함 콜라겐 마이크로 젤의 제조
콜라겐만을 활용한 마이크로 젤은 제조가 어려우므로 콜라겐의 탄성을 낮춰주면서 콜라겐과 정전기적 결합을 통한 복합체를 형성하여 마이크로 젤을 형성 가능하게 하는 음이온을 가진 다당류를 찾아내기 위한 실험을 수행하였다. 이에, 다양한 전하를 가진 다당류를 포함시킨 마이크로 젤을 제조하기 위하여, 콜라겐 젤에 양이온을 가진 다당류인 키토산, 음이온을 가진 다당류인 알지네이트(alginate) 또는 히알루론산(hyalruronic acid) 을 각각 준비하여 섞어서 최종적으로 10% (w/v) 콜라겐과 2.5% (w/v) 다당류가 들어간 콜라겐 젤 용액을 제조하였다. 이렇게 만들어진 콜라겐 젤 용액 10μL를 1mL의 증류수에 첨가하고, 볼텍싱을 통하여 마이크로젤로 파쇄하였다. 파쇄한 이후 증류수의 pH를 측정하였으며, 파쇄한 겔 현탁액을 침강시키고 실온에서 24시간동안 두어 다당류 포함 콜라겐 마이크로 젤을 제조하였다. 침강시킨 이후 다당류 콜라겐 마이크로 젤의 제조 결과 및 마이크로 젤이 형성 되는 경우 증류수의 측정된 pH 및 pKa(pI) 값을 도 3에 나타내었다.
도 3에서 확인한 바와 같이, 콜라겐만으로 제조한 마이크로 젤은 용해된 상태로 육안으로 확인되지 않았으며, 이는 양이온을 가진 다당류인 키토산인 경우에도 마찬가지임을 확인하였다. 반면 음이온을 가진 다당류를 첨가한 경우에는 보다 하얀색 침전물의 형태로 마이크로 젤이 제조되는 것을 확인할 수 있었다. 음이온을 가진 알지네이트의 경우에는 일부 하얀색 침전물이 확인되었으며 특히 히알루론산을 첨가한 경우에도 선명한 하얀색 침전물이 제조되는 것을 확인할 수 있어, 다른 어떤 다당류보다 콜라겐과 히알루론산을 첨가하는 경우 마이크로 젤이 효과적으로 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 종합적으로 최종적인 증류수의 pH 값이 콜라겐의 pI값이 pH보다 작고(pH < pI), 다당류의 pKa값 보다 큰 경우(pH > pKa)가 콜라겐이 양전하를 띌수 있으며, 알지네이트 및 히알루론산이 음이온을 띌수 있어 마이크로 젤이 하얀색 침전물의 형태로 제조될 수 있음을 확인하였다.
실시예 3. 최적의 마이크로 젤 형성을 위한 콜라겐의 농도 확인
양이온을 가진 콜라겐과 이온결합을 통해 마이크로 젤을 형성할 수 있는 히알루론산에 첨가될 수 있는 최적의 콜라겐 농도를 찾기 위한 실험을 수행하였다. 콜라겐과 히알루론산을 섞어서 최종적으로 2.5%(w/v) 히알루론산에 1%(w/v), 5%(w/v), 7.5%(w/v), 10%(w/v), 12.5%(w/v), 및 15%(w/v) 콜라겐이 들어간 콜라겐 젤 용액을 제조하였다. 상기 제조된 콜라겐 젤 용액의 응집물을 고르게 분산시키기 위하여, 콜라겐 젤 용액의 10μL을 1mL의 증류수에 첨가한 후 균질기로 비드 비터를 사용하고, 2000 opm의 조건으로 10초 동안 가하여 마이크로 젤 현탁액으로 파쇄하였다. 이후, 파쇄한 겔 현탁액을 침강시키고 실온에서 24시간동안 두어 마이크로 젤을 제조하였다. 콜라겐 농도를 달리한 실험결과로 파쇄한 현탁액과 침강 이후 콜라겐 마이크로 젤의 형성실험의 최종 결과를 확인한 이미지를 도 4에 나타내었고, 상기 현탁액을 광학 현미경으로 확인한 결과를 도 5A에, 마이크로 젤의 구체적인 구조의 SEM 이미지를 확인한 결과를 도 5B에 나타내었다.
도 4에서 확인한 바와 같이, 2.5%(w/v) 히알루론산을 첨가하더라도, 1%(w/v)의 콜라겐을 첨가한 경우에는 최종적으로 하얀색 침전물이 확인되지 않아 마이크로 젤이 형성되지 않는 것을 확인하였으며, 5%(w/v) 콜라겐에서부터 형성되는 것에 확인되었으며, 7.5%(w/v) 내지 12.5%(w/v)의 콜라겐이 첨가된 경우에 다량의 하얀색 침전물이 발생하는 것을 확인하였다. 도 5A 및 5B에 나타난 바와 같이, 1%(w/v)의 콜라겐의 경우에는 마이크로 젤의 형태가 나타나지 않았으며, 콜라겐 농도가 높아질수록 콜라겐 섬유가 두꺼워지는 것을 확인할 수 있었다. 7.5%(w/v) 내지 12.5%(w/v)의 콜라겐이 첨가된 경우에 최적의 콜라겐-히알루론산 결합이 나타나 복합체가 가장 많이 형성되는 것을 확인하였다. 종합적으로 7.5%(w/v) 내지 12.5%(w/v)의 콜라겐의 농도에서 최적의 마이크로 젤 형성이 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 4. 최적의 마이크로 젤 형성을 위한 히알루론산의 농도 확인
양이온을 가진 콜라겐에 이온결합을 통해 최적의 마이크로 젤을 형성할 수 있는 히알루론산의 농도를 찾기 위한 실험을 수행하였다. 콜라겐과 히알루론산을 섞어서 최종적으로 1% (w/v), 5%, 7.5%, 및 10% 콜라겐에 각각 0% (w/v), 0.5%, 1%, 2.5%, 5% 히알루론산이 들어간 콜라겐 젤 용액을 제조하였다. 상기 제조된 콜라겐 젤 용액의 응집물을 고르게 분산시키기 위하여, 콜라겐 젤 용액의 10μL을 1mL의 증류수에 첨가한 후 균질기로 비드 비터를 사용하고, 2000 opm의 조건으로 10초 동안 가하여 마이크로 젤 현탁액으로 파쇄하였다. 이후, 파쇄한 겔 현탁액을 침강시키고 실온에서 24시간동안 두어 마이크로 젤을 제조하였다. 히알루론산의 농도를 달리한 히알루론산과 콜라겐을 첨가한 이미지를 도 6a에, 실험결과로 파쇄한 현탁액을 확인한 이미지를 도 6b에, 침강 이후 콜라겐 마이크로 젤의 형성실험의 최종 결과를 확인한 이미지를 도 6c에 나타내었고, 상기 10% 콜라겐에서의 히알루론산의 농도를 달리한 현탁액을 광학 현미경으로 확인한 결과를 도 7A에, 10% 콜라겐에서의 히알루론산의 농도를 달리한 마이크로 젤의 구체적인 구조의 SEM 이미지를 확인한 결과를 도 7B에 나타내었다. 아울러, 10% 콜라겐 단독의 경우와 10% 콜라겐에 2.5%의 히알루론산을 첨가한 경우에 있어서 마이크로 젤을 SEM 이미지를 통해 확인한 결과를 도 8에 나타내었다.
도 6a 내지 6c에서 확인한 바와 같이, 1%의 콜라겐을 첨가한 경우에는 어떤 농도의 히알루론산을 첨가하더라도 최종적으로 하얀색 침전물이 확인되지 않아 마이크로 젤이 형성되지 않는 것을 확인하였으며, 5% 내지 10% 콜라겐에서부터 마이크로 젤이 형성되었으며 히알루론산의 농도가 높아질수록 침강 이후 용액이 탁한 것을 확인할 수 있었다. 히알루론산의 농도가 2.5%이상이 될수록 선명한 다량의 하얀색 침전물이 발생하는 것을 확인하였다. 도 7A 및 7B에 나타난 바와 같이, 히알루론산의 농도가 증가할 수록 콜라겐 마이크로 젤의 형태와 사이즈가 일정해지고, 형태 역시 섬유-구조가 나타나는 것을 확인하였다. 0.5%, 1% 및 2.5%의 히알루론산이 첨가된 경우는 마이크로 젤의 사이즈가 100 내지 200μm인 것으로 확인되었고, 5%의 히알루론산이 첨가된 경우는 마이크로 젤의 사이즈가 20 내지 40μm으로 나타나면서 마이크로 젤의 구조도 섬유 형태로 형성되는 것이 확인되었다.
종합적으로 도 9에 나타난 바와 같이, 콜라겐의 농도가 높아질수록 탄성이 높아지고 더불어서 마이크로젤의 크기가 증가되었으며, 농도가 낮을수록 콜라겐 밀도가 낮으면서 콜라겐 섬유의 두께 역시 얇고 탄성이 낮은 것을 확인하였다. 히알루론산이 콜라겐 마이크로 젤에 첨가되는 경우 첨가되는 히알루론산에 의하여 콜라겐 사이의 가교가 방해 받아 섬유의 두께가 얇아져 탄성이 약해질 수 있어 보다 마이크로 젤이 효과적으로 형성될 수 있음을 확인되었고, 히알루론산의 첨가되는 농도가 높아질수록 마이크로 겔의 사이즈가 작아지는 것을 확인할 수 있어, 최적 농도의 콜라겐과 히알루론산의 농도를 찾는 것이 최적의 탄성과 크기를 가지는 마이크로 젤을 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.
실시예 5. 최적의 마이크로 젤 형성을 위한 용액 내 pH의 확인
양이온을 가진 콜라겐에 음이온을 가진 히알루론산이 이온결합을 통해 마이크로 젤을 형성할 수 있으므로, 어느 정도의 pH 농도에서 최적의 마이크로 젤 형성이 가능한지를 확인하기 위한 실험을 수행하였다. 콜라겐과 히알루론산을 섞어서 최종적으로 10% 콜라겐에 2.5% 히알루론산이 들어간 콜라겐 젤 용액을 제조하였다. 상기 제조된 콜라겐 젤 용액의 응집물을 고르게 분산시키기 위하여, 콜라겐 젤 용액의 10μL을 1mL의 증류수에 첨가한 후 볼텍싱을 통해 마이크로 젤 현탁액으로 파쇄하였다. 이때, 증류수의 pH는 3 내지 11의 범위로서, NaOH 또는 HCl로 pH를 조절하였으며, 이후, 파쇄한 겔 현탁액을 침강시키고 실온에서 24시간동안 두어 마이크로 젤을 제조하였다. 파쇄한 현탁액을 확인한 이미지를 도 10에, pH 별 형성되는 마이크로 젤의 제타 포텐셜을 측정한 결과를 도 11에 나타내었다.
도 10에서 확인한 바와 같이, 10% 콜라겐만으로 이루어진 마이크로 젤은 pH 3 내지 10의 범위에서 하얀색 침전물이 나타나지 않는 것을 확인할 수 있었다. 반면 10% 콜라겐에 2.5% 히알루론산을 첨가한 마이크로 젤은 pH 4 내지 11의 범위에서 하얀색 침전물이 형성되어 마이크로 젤이 효과적으로 형성되는 것이 확인되었으며, pH 3 에서는 불투명하고, 육안으로 보았을 때 고르지 않은 침전물이 생기는 것을 확인하였다. 이에 따라, pH 4 내지 11의 범위가 최적의 콜라겐-히알루론산 마이크로 젤이 형성되는 pH임을 확인할 수 있었다. 또한 도 11에서 확인한 바와 같이, 콜라겐만의 마이크로 젤은 pH 범위 대부분에서 제타전위가 양의 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 반면 콜라겐-히알루론산 마이크로 젤은 최적의 pH 4 내지 11 범위 내에서 약 -50mv 내지 -30mv의 일정한 제타전위값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (11)

  1. 7.5% (w/v) 내지 20%(w/v) 콜라겐 및 1% (w/v) 내지 5%(w/v)의 히알루론산을 포함하는 마이크로 젤 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 마이크로 젤의 크기는 10μm 내지 250 μm인 것인 마이크로 젤 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 조성물은 pH가 4 내지 11인 것인 마이크로 젤 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 조성물은 제타전위가 -50mV 내지 -30mV인 것인 마이크로 젤 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 조성물은 세포가 적재된 것인 마이크로 젤 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 조성물은 화학적 가교제를 더 포함하지 않는 것인 마이크로 젤 조성물.
  7. 7.5%(w/v) 내지 12.5%(w/v) 콜라겐 및 1% (w/v) 내지 5%(w/v)의 히알루론산을 포함하는 3차원 스캐폴드.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 스캐폴드는 부직포 형태; 직물 형태; 편물 형태; 섬유 다발 형태; 섬유 다발 및 상기 섬유 다발이 삽입되는 튜브를 구비하는 실린더 형태, 또는 이들의 2종 이상의 혼합물인 3차원 스캐폴드.
  9. 7.5%(w/v) 내지 20%(w/v) 콜라겐 및 1%(w/v) 내지 5%(w/v) 의 히알루론산을 포함하는 조직 공학용 지지체.
  10. 7.5%(w/v) 내지 20%(w/v) 콜라겐 및 1%(w/v) 내지 5% (w/v)의 히알루론산과 반응시켜 이온결합된 콜라겐-히알루론산 복합체를 형성시키는 단계;
    상기 콜라겐-히알루론산 복합체를 균질화시켜 분산액을 제조하는 단계; 및
    상기 분산액을 자연침강시키는 단계; 를 포함하는, 마이크로 젤 조성물의 제조방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 자연침강 시키는 단계는 20 내지 30 ℃의 온도 범위에서 12 내지 36시간 동안 수행되는 것인 마이크로 젤 조성물의 제조방법.
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KR100846311B1 (ko) 2006-02-28 2008-07-15 박정극 다공성 콜라겐-히아루론산 복합 소재 및 이의 제조방법
KR101027630B1 (ko) * 2008-06-18 2011-04-07 주식회사 제네웰 연골 재생용 다공성 히알루론산-콜라겐 천연 고분자 지지체의 제조방법
KR101340458B1 (ko) * 2010-11-02 2013-12-11 서울대학교산학협력단 하이드로겔을 포함하는 연골 이식용 조성물
KR102034645B1 (ko) * 2011-07-26 2019-10-22 주식회사 차메디텍 콜라겐 및 히알루론산 유도체를 포함하는 의료용 복합 생체 소재
KR20130083596A (ko) * 2012-01-13 2013-07-23 한림대학교 산학협력단 콜라겐 및 히알루론산을 함유하는 창상 치료용 진피 대체물의 제조방법 및 이로부터 제조된 진피 대체물
KR102168094B1 (ko) * 2018-10-02 2020-10-20 한국과학기술연구원 하이드로겔 조성물 및 그를 포함하는 바이오 잉크 조성물
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