KR102067211B1 - Porous bone substitutes comprising dialdehyde starch and collagen, and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다공성 골 이식재 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 디알데히드 전분, 콜라겐, 및 헤파린의 고분자 복합체를 포함하는 다공성 골 이식재, 및 상기 다공성 골 이식재를 제조하는 방법을 제공한다. The present invention relates to a porous bone graft and a method for producing the same, provides a porous bone graft comprising a polymer complex of dialdehyde starch, collagen, and heparin, and a method for producing the porous bone graft.
Description
디알데히드 전분 및 콜라겐을 포함하는 다공성 골 이식재, 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.A porous bone graft comprising dialdehyde starch and collagen, and a method of making the same.
골 조직은 유기 화합물과 무기 화합물의 복합체로 구성된다. 상기 유기 화합물로는 교원질(collagen), 비교원질 단백질(proteoglycan) 등으로 구성되며, 제1형 콜라겐이 유기 성분의 90%를 차지하는 주성분이다. 무기 성분의 주 성분은 인산칼슘 계통의 무기화합물인 수산화 인회석이다. 골 조직은 피질골(cortical bone), 망상골(cancellous bone), 골막(periosteum), 및 골내막(endosteum)으로 구성되어 있다. 피질골은 골의 외면을 구성하며, 골 조직을 보호하는 역할을 하며, 골 조직의 85%를 차지한다. 골 조직의 내부는 다공성이 높은 망상골로 구성되어 있으며, 골 조직의 약 15%를 차지한다. 유무기 복합체로 구성된 골조직은 단단하면서도 유연성이 있는 기계적 특성을 가지며, 인체 내에서 발생하는 다양한 대사 작용에 관여하는 칼슘을 저장하거나 신속하게 제공하는 기능을 수행한다. 따라서 골 조직은 인체의 구조적 기능을 수행할 뿐만 아니라, 생물학적 기능에도 중요한 역할을 한다. 그럼에도 불구하고 골 조직에 대한 연구는 다른 생체조직들에 비해 미진한 상황이다. Bone tissue consists of a complex of organic and inorganic compounds. The organic compound is composed of collagen, proteoglycan, and the like, and
한편, 손상된 골조직을 대체 및 재생하기 위한 다양한 형태의 골 이식 재료에 대한 연구가 진행되고 있다. 손상된 골 조직을 대체하기 위한 이식재료는 기본적으로 형태학적으로나 기계적인 역할과 함께 골 조직이 수행하는 생물학적 기능을 촉진시킬 수 있도록 설계되어야 한다. 또한, 생체 적합성이 우수하여야 하며, 독성, 발암성, 알러지, 염증, 및 이물 반응 등을 유발시키지 않아야 하며, 이와 동시에 골유착성(osteointegration) 및 골전도성(osteoconduction)이 우수하여야 한다. 골 이식재로 사용되는 재료로는 자가골(autograft), 동종골(allograft), 이종골(xenograft), 합성골(alloplastic material)로 분류할 수 있다. 자가골은 2차적인 수술에 대한 부담과 공급량의 제한의 문제점을 지니고 있으며, 동종골 및 이종골은 면역반응의 유발 또는 감염 등의 위험이 존재한다. 합성골은 다양한 형태와 성분으로 제조 및 대량생산이 가능하며, 신체에 대한 충격을 최소화할 수 있다는 장점이 있다. 골 조직의 대체 물질에 대한 연구에서, 초기에는 골 조직의 높은 강도를 대체하기 위한 목적으로 주로 금속 및 금속합금 등이 활용되었으나, 최근에는 재료의 생체 적합성, 생분해성 등을 고려하여 고분자나 세락믹이 활용되고 있으며, 특히, 골 조직의 독특한 기계적 특성을 모사하기 위해 복합 재료에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다(한국 등록특허 10-0957546).Meanwhile, various types of bone graft materials for replacing and regenerating damaged bone tissue have been studied. Implants to replace damaged bone tissue should be designed to facilitate the biological functions performed by bone tissue, along with their morphological and mechanical roles. In addition, it should be excellent in biocompatibility, and should not cause toxicity, carcinogenicity, allergy, inflammation, foreign body reaction, etc., and at the same time, it should be excellent in osteointegration and osteoconduction. Materials used as bone grafts can be classified into autograft, allograft, xenograft, and synthetic material. Autologous bones have problems of secondary surgery and limitation of supply, and allogeneic bone and xenograft have risks of inducing immune response or infection. Synthetic bone can be manufactured and mass-produced in various forms and components, and has the advantage of minimizing the impact on the body. In the study of substitute material of bone tissue, metals and metal alloys were mainly used for the purpose of replacing high strength of bone tissue, but recently, in consideration of the biocompatibility and biodegradability of materials, polymers or ceramics In particular, research on composite materials has been actively conducted to simulate the unique mechanical properties of bone tissue (Korean Patent Registration 10-0957546).
이러한 배경 하에서, 본 발명자들은 우수한 생체 적합성 및 강도를 갖는 고분자 유래의 골 이식재를 개발하기 위하여, 예의 노력한 결과, 디알데히드 전분 및 콜라겐 기반 골 이식재의 우수한 효능을 실험적으로 확인하고, 이에 기초하여 본 발명을 완성하였다. Under this background, the present inventors have experimentally confirmed the excellent efficacy of dialdehyde starch and collagen-based bone grafts based on the present invention to develop a bone graft derived from a polymer having excellent biocompatibility and strength. Was completed.
일 양상은 디알데히드 전분 용액, 콜라겐 용액, 및 헤파린 용액을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계; 상기 혼합 용액을 중화시켜 겔을 형성시키는 단계; 및 상기 형성된 겔을 동결 건조하는 단계를 포함하는, 다공성 골 이식재를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. One aspect includes mixing a dialdehyde starch solution, a collagen solution, and a heparin solution to prepare a mixed solution; Neutralizing the mixed solution to form a gel; And it provides a method for producing a porous bone graft, comprising the step of lyophilizing the gel formed.
다른 양상은 상기 방법에 의한 제조된 다공성 골 이식재를 제공하는 것이다. Another aspect is to provide a porous bone graft produced by the method.
본 출원의 다른 목적 및 이점은 첨부한 청구범위와 함께 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확해질 것이다. 본 명세서에 기재되지 않은 내용은 본 출원의 기술 분야 또는 유사한 기술 분야 내 숙련된 자이면 충분히 인식하고 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.Other objects and advantages of the present application will become apparent from the following detailed description taken in conjunction with the appended claims. Content not described herein is omitted because it can be sufficiently recognized and inferred by those skilled in the art or similar technical field of the present application.
일 양상은 디알데히드 전분 용액, 콜라겐 용액, 및 헤파린 용액을 혼합하여 단계; 상기 혼합 용액을 중화시켜 겔을 형성시키는 단계; 및 상기 형성된 겔을 동결 건조하는 단계를 포함하는, 다공성 골 이식재를 제조하는 방법을 제공한다. One aspect includes mixing a dialdehyde starch solution, a collagen solution, and a heparin solution; Neutralizing the mixed solution to form a gel; And it provides a method for producing a porous bone graft, comprising the step of lyophilizing the gel formed.
상기 다공성 골 이식재를 제조하는 방법을 각각의 단계별로 상세하게 설명하면, 다음과 같다. The method for producing the porous bone graft is described in detail for each step, as follows.
우선, 상기 방법은 디알데히드 전분 용액, 콜라겐 용액, 및 헤파린 용액을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. First, the method may include mixing a dialdehyde starch solution, a collagen solution, and a heparin solution to prepare a mixed solution.
일 구체예에 있어서, 상기 혼합하는 단계는 상기 디알데히드 전분 용액, 콜라겐 용액, 및 헤파린 용액을 동시에 또는 순차적으로 혼합하는 것일 수 있으며, 예를 들어, 상기 디알데히드 전분 용액과 상기 콜라겐 용액을 혼합하여 디알데히드 전분-콜라겐 혼합 용액을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 디알데히드 전분-콜라겐 혼합 용액에 헤파린 용액을 첨가하여 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. In one embodiment, the step of mixing may be to mix the dialdehyde starch solution, collagen solution, and heparin solution simultaneously or sequentially, for example, by mixing the dialdehyde starch solution and the collagen solution Preparing a dialdehyde starch-collagen mixed solution; And adding and mixing the heparin solution to the prepared dialdehyde starch-collagen mixed solution.
일 구체예에 있어서, 상기 디알데히드 전분 용액의 농도는 12 내지 30%(w/v)일 수 있다. 상기 범위를 벗어나 용액 내 디알데히드 전분의 농도가 너무 낮으면, 기계적 강도가 지나치게 약해지거나 제조된 골 이식재가 시간의 경과에 따라 수축될 우려가 있고, 반대로 디알데히드 전분의 농도가 너무 높으면, 디알데히드 전분이 균질하게 용해되지 않아 성형에 어려움을 겪을 수 있다. 예를 들어, 상기 디알데히드 전분 용액의 농도는 12 내지 25%(w/v), 12 내지 20%(w/v), 12 내지 15%(w/v), 14 내지 30%(w/v), 14 내지 25%(w/v), 14 내지 20%(w/v), 14 내지 15%(w/v), 16 내지 30%(w/v), 16 내지 25%(w/v), 16 내지 20%(w/v), 18 내지 30%(w/v), 18 내지 25%(w/v), 또는 18 내지 20%(w/v)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment, the concentration of the dialdehyde starch solution may be 12 to 30% (w / v). If the concentration of the dialdehyde starch in the solution is too low outside the above range, the mechanical strength may be too weak or the manufactured bone graft may shrink over time, on the contrary, if the concentration of the dialdehyde starch is too high, the dialdehyde Starch may not be homogeneously dissolved and may have difficulty molding. For example, the concentration of the dialdehyde starch solution is 12 to 25% (w / v), 12 to 20% (w / v), 12 to 15% (w / v), 14 to 30% (w / v). ), 14 to 25% (w / v), 14 to 20% (w / v), 14 to 15% (w / v), 16 to 30% (w / v), 16 to 25% (w / v) ), 16 to 20% (w / v), 18 to 30% (w / v), 18 to 25% (w / v), or 18 to 20% (w / v), but is not limited thereto. no.
일 구체예에 있어서, 상기 콜라겐 용액의 농도는 5 내지 10%(w/v)일 수 있다. 상기 범위를 벗어나 용액 내 콜라겐의 농도가 너무 낮으면 생체 적합성이 저하될 수 있으며, 반대로 콜라겐의 농도가 너무 높으면, 균질하게 용해되지 않거나, 제조된 골 이식재가 시간의 경과에 따라 수축될 우려가 있다. 예를 들어 콜라겐 용액의 농도는 5 내지 9%(w/v), 5 내지 8%(w/v), 5 내지 7%(w/v), 5 내지 6%(w/v), 6 내지 10%(w/v), 6 내지 9%(w/v), 6 내지 8%(w/v), 6 내지 7%(w/v), 7 내지 10%(w/v), 7 내지 9%(w/v), 7 내지 8%(w/v), 8 내지 10%(w/v), 8 내지 9%(w/v), 또는 9 내지 10%(w/v)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment, the concentration of the collagen solution may be 5 to 10% (w / v). If the concentration of collagen in the solution out of the above range is too low, the biocompatibility may be lowered, on the contrary, if the concentration of collagen is too high, it may not dissolve homogeneously or the bone graft produced may shrink over time. . For example, the concentration of the collagen solution may be 5 to 9% (w / v), 5 to 8% (w / v), 5 to 7% (w / v), 5 to 6% (w / v), 6 to 10% (w / v), 6 to 9% (w / v), 6 to 8% (w / v), 6 to 7% (w / v), 7 to 10% (w / v), 7 to Number of 9% (w / v), 7-8% (w / v), 8-10% (w / v), 8-9% (w / v), or 9-10% (w / v) However, it is not limited thereto.
상기 디알데히드 전분 및 콜라겐은 추후 진행되는 가교 반응을 통해 고분자 복합체를 형성하게 되며, 이러한 복합체의 형성에 따라 이들은 골 조직의 주요한 기능인 구조적 지지체와 같은 역할을 할 수 있다. 상기 혼합되는 디알데히드 전분 용액 및 콜라겐 용액의 부피비는 1:6 내지 1:12일 수 있으며, 예를 들어, 1:6 내지 1:10, 1:6 내지 1:8, 1:8 내지 1:12, 1:8 내지 1:10, 또는 1:10 내지 1:12일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The dialdehyde starch and collagen will form a polymer complex through a cross-linking reaction to be carried out later, according to the formation of these complexes may serve as a structural support which is a major function of bone tissue. The volume ratio of the mixed dialdehyde starch solution and collagen solution may be 1: 6 to 1:12, for example, 1: 6 to 1:10, 1: 6 to 1: 8, 1: 8 to 1: 12, 1: 8 to 1:10, or 1:10 to 1:12, but is not limited thereto.
일 구체예에 있어서, 상기 헤파린 용액의 농도는 0.01 내지 1%(w/v)일 수 있으며, 예를 들어, 0.01 내지 0.5%(w/v), 0.01 내지 0.1%(w/v), 0.05 내지 1%(w/v), 0.05 내지 0.5%(w/v), 0.05 내지 0.1%(w/v), 0.1 내지 1%(w/v), 또는 0.1 내지 0.5%(w/v)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 헤파린은 골 이식재에 분포함으로써, 외부로부터 제공되거나 생체 내 존재하는 성장 인자와 골 이식재간 결합 또는 접착을 가능하게 하며, 이를 통해 골유착성 및 골전도성 등을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 용액 형태의 헤파린 염, 예를 들어, 헤파린 나트륨 염의 첨가는 파우더 형태의 헤파린을 사용한 경우에 비해, 골 이식재 내 헤파린을 균질하게 분포시킬 수 있었는바, 골 이식재로서의 효능을 향상시킬 수 있다. In one embodiment, the concentration of the heparin solution may be 0.01 to 1% (w / v), for example, 0.01 to 0.5% (w / v), 0.01 to 0.1% (w / v), 0.05 To 1% (w / v), 0.05 to 0.5% (w / v), 0.05 to 0.1% (w / v), 0.1 to 1% (w / v), or 0.1 to 0.5% (w / v) days May be, but is not limited thereto. The heparin is distributed in the bone graft material, thereby enabling binding or adhesion between the growth factor and the bone graft material provided from the outside or existing in vivo, and thereby may play a role in improving osteoadhesion and bone conduction. According to one embodiment, the addition of heparin salt in solution form, for example, heparin sodium salt, was able to homogeneously distribute heparin in bone grafts compared to the use of heparin in powder form, thereby improving efficacy as a bone graft. You can.
한편, 상기 방법은 상기 다공성 골 이식재를 성장 인자가 포함된 용액에 담지시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. On the other hand, the method may further comprise the step of supporting the porous bone graft in a solution containing a growth factor.
일 구체예에 있어서, 상기 단계는 다공성 골 이식재를 성장 인자가 포함된 용액에 담지시킨 후, 상기 용액을 특정 조건 하에서 보관 또는 방치함으로써, 다공성 골 이식재 표면의 헤파린과 성장 인자간 결합을 유도하는 것일 수 있다. 예를 들어, 2 내지 10℃의 온도 조건에서 6 내지 24시간 동안 상기 용액을 방치함으로써, 다공성 골 이식재 표면의 헤파린과 성장 인자간 결합을 유도하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment, the step is to induce binding between heparin and growth factors on the surface of the porous bone graft by immersing the porous bone graft in a solution containing growth factors, and then storing or leaving the solution under specific conditions. Can be. For example, by leaving the solution for 6 to 24 hours at a temperature of 2 to 10 ℃, it may be to induce binding between heparin and growth factors on the surface of the porous bone graft, but is not limited thereto.
상기 성장 인자로는 예를 들어, BMP(bone morphogenic protein), PDGF(Platelet-derived growth factor), TGF-beta(Transgenic growth factor), IGF-I(Insulin-like growth factor), IGF-II, FGF(Fibroblast growth factor), BGDF-II(beta-2-microglobulin), 오스테오칼신(osteocalcin), 본사이알로프로테인(bonesialo protein), 및 오스테오게닌(osteogenin), 등을 사용할 수 있고, 예를 들어, BMP2, BMP4, BMP7 / PDGF-AA, PDGF-BB, PDGF-AB, FGF-1, FGF-2, FGF-4, FGF-7, FGF-9, FGF-18, FGF-20, FGF-22, FGF-23일 수 있으나, 상기 상장 인자는 인체에 무해하고 골 성장을 촉진하는 물질이라면 제한없이 사용이 가능하다.The growth factors include, for example, bone morphogenic protein (BMP), platelet-derived growth factor (PDGF), transgenic growth factor (TGF-beta), insulin-like growth factor (IGF-I), IGF-II, and FGF. (Fibroblast growth factor), BGDF-II (beta-2-microglobulin), osteocalcin, boneloloprotein (bonesialo protein), and osteogenin (osteogenin), and the like can be used, for example, BMP2, BMP4, BMP7 / PDGF-AA, PDGF-BB, PDGF-AB, FGF-1, FGF-2, FGF-4, FGF-7, FGF-9, FGF-18, FGF-20, FGF-22, FGF- 23, the listing factor is harmless to the human body and can be used without limitation as long as it promotes bone growth.
이후, 상기 방법은 상기 혼합 용액을 중화시켜 겔을 형성시키는 단계를 포함할 수 있다. Thereafter, the method may include neutralizing the mixed solution to form a gel.
일 구체예에 있어서, 상기 겔을 형성시키는 단계는 혼합 용액에 중화 용액을 첨가하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 중화 용액은 염기성 용액일 수 있고, 암모니아, 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 수산화아연, 수산화세슘, 수산화바륨, 수산화루비듐, 수산화제1철, 수산화제2철, 수산화알루미늄, 메틸아민, 에틸아민, n-프로필아민, n-부틸아민, 탄산칼슘, 중탄산칼륨, 탄산나트륨 및 중탄산나트륨 용액으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으며, 예를 들어, 수산화 나트륨을 포함하는 용액일 수 있다. 여기에서, 상기 용액 내 수산화나트륨의 농도는 0.5 내지 1N일 수 있다. 예를 들어, 농도는 0.5 내지 0.9N, 0.5 내지 0.8N, 0.5 내지 0.7N, 0.5 내지 0.6N, 0.6 내지 1N, 0.6 내지 0.9N, 0.6 내지 0.8N, 0.6 내지 0.7N일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment, the step of forming the gel may include adding a neutralizing solution to the mixed solution, the neutralizing solution may be a basic solution, ammonia, lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide , Magnesium hydroxide, zinc hydroxide, cesium hydroxide, barium hydroxide, rubidium hydroxide, ferrous hydroxide, ferric hydroxide, aluminum hydroxide, methylamine, ethylamine, n-propylamine, n-butylamine, calcium carbonate, potassium bicarbonate , Sodium carbonate and sodium bicarbonate solution may be at least one selected from the group consisting of, for example, may be a solution containing sodium hydroxide. Here, the concentration of sodium hydroxide in the solution may be 0.5 to 1N. For example, the concentration may be 0.5 to 0.9 N, 0.5 to 0.8 N, 0.5 to 0.7 N, 0.5 to 0.6 N, 0.6 to 1 N, 0.6 to 0.9 N, 0.6 to 0.8 N, 0.6 to 0.7 N, but is not limited thereto. It doesn't happen.
일 구체예에 있어서, 상기 겔을 형성시키는 단계는 30 내지 37℃의 조건에서 1 내지 10분 동안 실시되는 것일 수 있다. 예를 들어, 온도 조건은 30 내지 35℃, 30 내지 33℃, 30 내지 31℃, 32 내지 37℃, 32 내지 35℃, 32 내지 33℃, 34 내지 37℃, 34 내지 35℃, 또는 36 내지 37℃의 조건에서 실시될 수 있으며, 가교 반응 시간은 1 내지 9분, 1 내지 8분, 1 내지 7분, 1 내지 6분, 1 내지 5분, 1 내지 4분, 1 내지 3분, 또는 1 내지 2분일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment, the step of forming the gel may be performed for 1 to 10 minutes at 30 to 37 ℃ conditions. For example, the temperature conditions are 30 to 35 ° C, 30 to 33 ° C, 30 to 31 ° C, 32 to 37 ° C, 32 to 35 ° C, 32 to 33 ° C, 34 to 37 ° C, 34 to 35 ° C, or 36 to It may be carried out at 37 ℃ conditions, crosslinking reaction time is 1 to 9 minutes, 1 to 8 minutes, 1 to 7 minutes, 1 to 6 minutes, 1 to 5 minutes, 1 to 4 minutes, 1 to 3 minutes, or It may be 1 to 2 minutes, but is not limited thereto.
일 실시예에 따른 겔을 형성시키는 단계에서, 상기 중화 용액의 농도 및/또는 가교 반응 시간은 골 이식재의 강도 및 다공성 구조에 영향을 미칠 수 있다.In the step of forming a gel according to an embodiment, the concentration of the neutralization solution and / or the crosslinking reaction time may affect the strength and the porous structure of the bone graft.
일 구체예에 있어서, 상기 겔을 형성시키는 단계는 가교(Cross linking) 반응을 유도하는 것으로서, 상기 콜라겐은 디알데히드 전분과 이민 결합을 형성하고, 상기 헤파린은 콜라겐과 아마이드 결합을 형성하는 것일 수 있다.In one embodiment, the step of forming the gel induces a cross linking reaction, wherein the collagen may form an imine bond with dialdehyde starch, and the heparin may form an amide bond with collagen. .
구체적으로, 상기 콜라겐은 디알데히드 전분에 의해 가교되어 이민 결합을 형성한다(Schiff's base reaction). 이와 같은 콜라겐에 대한 디알데히드 전분의 첨가는 콜라겐의 라이신 또는 히드록시라이신 측쇄의 -아미노 그룹과 디알데히드 전분의 그룹간 Schiff's base 형성으로 C=N 그룹으로 변환되어 가교 결합을 형성한다. 상기 반응에 의해, 상기 콜라겐은 디알데히드 전분과 이민 결합에 의해 상호 가교되며, 상기 콜라겐과 디알데히드 전분간 가교는 전술한 바와 같이 우수한 기계적 강도와 물성을 부여할 수 있다. Specifically, the collagen is cross-linked by dialdehyde starch to form an imine bond (Schiff's base reaction). Such addition of dialdehyde starch to collagen is converted into C = N group by Schiff's base formation between the -amino group of the lysine or hydroxylysine side chain of collagen and the group of dialdehyde starch to form a crosslink. By the above reaction, the collagen is crosslinked with each other by dialdehyde starch and imine bond, and the crosslinking with collagen and dialdehyde starch may impart excellent mechanical strength and physical properties as described above.
또한, 상기 헤파린은 콜라겐과 아마이드 결합에 의해 상호 연결되어 COL-DAS-HEP 복합체를 형성하며, 상기 헤파린과의 가교는 전술한 바와 같이 성장인자와의 결합을 향상시키는데 기여할 수 있다. In addition, the heparin is interconnected by collagen and amide bonds to form a COL-DAS-HEP complex, crosslinking with the heparin may contribute to improving the binding to growth factors as described above.
한편, 겔을 형성시키는 단계 전 또는 그 이후, 손상된 골 조직의 형태에 맞추어 골 조직을 성형하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 일례로서, 상기 혼합 용액 또는 겔을 압출기가 연결된 실린지에 주입한 후, 3차원 쾌속 조형법에 기초하여 압출기에 압력을 가하는 방식으로 성형체를 제조할 수 있으며, 이때, 압출기는 피스톤 또는 스크류 방식을 사용하여 재료에 압력을 가해 압출시킬 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 일례로서, 당업계에 알려진 공지의 3차원 프린팅 방법을 사용하여 성형체를 제조할 수 있다. 이때, 3차원 프린터의 노즐, 방사 형태 등의 세부 조건들은 손상된 골 부위의 형태 및 면적 등에 따라 적의 변경 가능하다. Meanwhile, before or after forming the gel, the method may further include shaping the bone tissue according to the shape of the damaged bone tissue. As an example, the mixed solution or gel may be injected into a syringe to which an extruder is connected, and then a molded body may be manufactured by applying pressure to the extruder based on a three-dimensional rapid molding method, wherein the extruder uses a piston or screw method. To extrude by applying pressure to the material, but is not limited thereto. As another example, the molded body may be manufactured using a three-dimensional printing method known in the art. At this time, the detailed conditions, such as the nozzle, the radial shape of the three-dimensional printer can be changed according to the shape and area of the damaged bone.
이후, 상기 방법은 상기 형성된 겔을 동결 건조하는 단계를 포함할 수 있다. Thereafter, the method may comprise freeze drying the formed gel.
일 구체예에 있어서, 상기 동결 건조하는 단계는 상기 형성된 겔에 글리세롤을 첨가한 후, 동결 건조하는 것일 수 있다. In one embodiment, the freeze-drying step may be to freeze-dried after adding glycerol to the formed gel.
일 실시예에 따르면, 상기 동결 건조하는 단계에서 글리세롤의 첨가 또는 사용은 골 이식 수술에 적합한 상태의 물리적 특성, 예를 들어, 봉합 가능성과 같은 물성을 골 이식재에 부여할 수 있다. 또한, 상기 단계는 형성된 겔을 -70 내지 -90℃에서 동결하고 2일 내지 5일간 건조하여 실시할 수 있으나, 이는 적의 변경 가능하다. According to one embodiment, the addition or use of glycerol in the freeze-drying step may impart physical properties to the bone graft material, such as physical properties, such as suture potential, suitable for bone graft surgery. In addition, the step may be carried out by freezing the gel formed at -70 to -90 ℃ and dried for 2 to 5 days, it is possible to change the enemy.
다른 양상은 상기 방법에 의한 제조된 다공성 골 이식재를 제공한다. Another aspect provides a porous bone graft produced by the method.
하기 다공성 골 이식재에서 언급된 용어 또는 요소 중 상기 제조하는 방법에 대한 설명에서 언급된 것과 같은 것은, 상기한 바와 같다.Among the terms or elements mentioned in the following porous bone grafts, those mentioned in the description of the method of making the same are as described above.
일 실시예에 따르면, 상기 골 이식재는 디알데히드 전분 및 콜라겐을 특정 범위의 농도로 포함함으로써, 골 조직 구조와 유사한 수준의 강도 및 다공성을 모사할 수 있었으며, 용액 형태의 헤파린을 혼합시킴으로써 성장 인자와의 접착력이 유의적으로 향상되었다. 또한, 동결 건조 과정에서 글리세롤의 첨가는 골 이식 수술에 적합한 상태의 골 이식재를 제공할 수 있도록 하였다. 따라서, 상기 골 이식재는 손상된 골조직의 대체제로서 유용하게 활용될 수 있다. According to one embodiment, the bone graft material containing a dialdehyde starch and collagen in a specific range of concentration, it was possible to mimic the strength and porosity similar to the bone tissue structure, by mixing heparin in the form of a solution with growth factors The adhesion of was significantly improved. In addition, the addition of glycerol in the freeze-drying process has made it possible to provide a bone graft material suitable for bone graft surgery. Therefore, the bone graft can be usefully used as a substitute for damaged bone tissue.
상기 골 이식재는 다공성 구조를 포함함으로써, 세포가 부착하고 증식할 수 있는 공간을 제공하며, 영양분과 대사 폐기물의 흐름을 원활하게 하고, 세포 접착에 적합한 표면 화학 특성과 세포 성장에 충분한 표면적을 가질 수 있도록 한다. The bone graft includes a porous structure, which provides space for cells to attach and proliferate, facilitates the flow of nutrients and metabolic waste, and has sufficient surface area for cell growth and surface chemistry suitable for cell adhesion. Make sure
일 구체예에 있어서, 상기 골 이식재는 4 내지 8% (w/v)의 콜라겐, 0.05 내지 0.15% (w/v)의 헤파린, 및 1 내지 2% (w/v)의 디알데히드 전분을 포함하는 것일 수 있다. In one embodiment, the bone graft comprises 4-8% (w / v) collagen, 0.05-0.15% (w / v) heparin, and 1-2% (w / v) dialdehyde starch. It may be.
일 구체예에 있어서, 상기 골 이식재는 헤파린이 균질하게 분포되어 있는 것일 수 있다. 상기 헤파린의 균질한 분포는 성장 인자와 골 이식재간 결합을 증진시켜, 골유착성 및 골전도성 등을 향상시키는데 기여할 수 있다.In one embodiment, the bone graft may be a homogeneous distribution of heparin. The homogeneous distribution of heparin may promote binding between growth factors and bone grafts, thereby contributing to improving osteoadhesion and bone conduction.
일 구체예에 있어서, 상기 골 이식재는 전술한 성장 인자를 추가로 포함하는 것일 수 있다. 또한, 골 이식재의 성형성을 증가시키기 위한 다양한 재료가 더 첨가될 수 있다. 즉, 생체적합성이 뛰어난 선형의 소재, 튜브형의 소재, 입자형의 소재 및 부정형의 소재 등이 더 첨가되어 상기 골 재생용 지지체의 물리적 특성을 향상시킬 수 있다. 이러한 형태의 소재들은 카르복시메틸셀룰로오스(CMC, carboxymethylcellulose) 또는 동물 유래 젤라틴 등의 소재로부터 선택될 수 있으며, 이식 대상에 면역반응을 유발하지 않는다면, 비제한적으로 적용될 수 있다. In one embodiment, the bone graft may further comprise the growth factor described above. In addition, various materials may be added to increase the moldability of the bone graft. That is, a linear material, a tubular material, a particulate material, an amorphous material, and the like, which are excellent in biocompatibility, may be further added to improve physical properties of the support for bone regeneration. Materials of this type may be selected from materials such as carboxymethylcellulose (CMC) or animal-derived gelatin, and may be applied without limitation, as long as it does not cause an immune response to the transplant target.
일 양상에 따른 다공성 골 이식재를 제조하는 방법에 따르면, 특정 함량을 갖는 디알데히드 전분 용액 및 콜라겐 용액을 사용함으로써, 우수한 생체 적합성 및 강도를 갖는 다공성 골 이식재를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 실온 조건에서 짧은 시간 내에 대량 생산이 가능하다는 장점이 있다. According to the method for producing a porous bone graft according to one aspect, by using a dialdehyde starch solution and a collagen solution having a specific content, it is possible to produce a porous bone graft with excellent biocompatibility and strength, as well as at room temperature The advantage is that mass production is possible in a short time.
일 양상에 따른 다공성 골 이식재에 따르면, 골 이식재로서의 기계적 물성, 즉 우수한 강도 및 다공성과 함께, 성장인자와의 우수한 결합력을 지니므로, 효과적으로 손상된 골 조직을 대체할 수 있다. According to the porous bone graft material according to one aspect, having mechanical properties as a bone graft material, that is, excellent strength and porosity, and excellent binding to the growth factor, it can effectively replace damaged bone tissue.
도 1은 일 실시예에 따른 다공성 골 이식재의 제조 과정을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 다공성 골 이식재의 제조 과정에서, 성형 및 압출하는 과정을 예시적으로 나타낸 도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 다공 성 골 이식재에서, 디알데히드 전분의 농도에 따른 골 이식재의 강도 변화를 육안으로 확인한 것으로, 도 3의 A는 6%Col-10%DAS 및 6%Col-20%DAS 골 이식재를 관찰한 결과이며, 도 3의 B는 8%Col-10%DAS 및 8%Col-20%DAS 골 이식재를 관찰한 결과이다.
도 4는 일 실시예에 따른 다공성 골 이식재에서, 디알데히드 전분의 농도에 따른 골 이식재의 다공성 변화를 육안 및 현미경을 통하여 확인한 결과이다.
도 5는 일 실시예에 따른 다공성 골 이식재에서, 재구성 용액 내 수산화나트륨의 농도에 따른 골 이식재의 물리적 특성 변화를 확인한 것으로서, 도 5의 A는 골 이식재의 강도를 비교한 결과이며, 도 5의 B는 가교 반응 시간을 비교한 결과이다.
도 6은 일 실시예에 따른 다공성 골 이식재에서, 골 이식재에 분포하는 헤파린을 톨루엔 블루 염색을 통해 확인한 것으로, 도 6의 A는 헤파린 파우더를 사용하여 제조된 골 이식재 내 헤파린 분포를 확인한 결과이고, 도 6의 B는 헤파린 용액을 사용하여 제조된 골 이식재 내 헤파린 분포를 확인한 결과이다.
도 7은 일 실시예에 따른 다공성 골 이식재의 제조 과정에서, 글리세롤에 침지 또는 전 처리없이 동결 건조한 경우, 상기의 처리 공정이 골 이식재에 대한 봉합에 미치는 영향을 확인한 결과이다.
도 8은 성장인자의 첨가에 따른 세포의 프로테오글라이칸 생성능 변화를 확인한 결과이다.
도 9는 일 실시예에 따른 다공성 골 이식재에서, 성장인자의 첨가에 따른 세포의 이동성 변화를 확인한 것으로, 도 9의 A는 본 실험에 대한 개략적인 모식도를 나타낸 것이고, 도 9의 B는 DAS-COL-HEP 및 PDGF-BB를 포함하는 골 이식재가 위치하는 영역을 현미경으로 관찰한 결과이며, 도 9의 C는 DAS-COL-HEP을 포함하는 골 이식재가 위치하는 영역을 현미경으로 관찰한 결과이다.
도 10은 일 실시예에 따른 다공성 골 이식재에서, 성장인자의 첨가에 따른 효능 향상을 확인한 결과이다. 1 is a view schematically showing a manufacturing process of a porous bone graft material according to an embodiment.
2 is a view illustrating a process of forming and extruding in the manufacturing process of the porous bone graft material according to an embodiment.
Figure 3 is a porous bone graft according to an embodiment, the strength change of the bone graft material according to the concentration of dialdehyde starch visually confirmed, Figure 3A is 6% Col-10% DAS and 6% Col-20 The results of observing the% DAS bone graft, and Figure 3 B is the result of observing 8% Col-10% DAS and 8% Col-20% DAS bone graft.
4 is a result of confirming the porosity change of the bone graft material according to the concentration of dialdehyde starch in the porous bone graft material according to an embodiment through visual and microscope.
Figure 5 is a porous bone graft according to an embodiment, confirming the change in physical properties of the bone graft material according to the concentration of sodium hydroxide in the reconstitution solution, Figure 5A is a result of comparing the strength of the bone graft material, Figure 5 B is the result of comparing crosslinking reaction time.
Figure 6 is a porous bone graft according to an embodiment, heparin distributed in the bone graft was confirmed through toluene blue staining, Figure 6 A is a result of confirming the distribution of heparin in the bone graft prepared using heparin powder, 6B is a result of confirming the distribution of heparin in the bone graft prepared by using the heparin solution.
7 is a result of confirming the effect of the treatment process on the suture to the bone graft when lyophilized without immersion or pre-treatment in glycerol in the manufacturing process of the porous bone graft according to one embodiment.
8 is a result of confirming the change in proteoglycan production capacity of the cell according to the addition of the growth factor.
Figure 9 is a porous bone graft according to one embodiment, confirming the change in the mobility of the cells according to the addition of growth factors, Figure 9A is a schematic diagram for the present experiment, Figure 9B is DAS- The result of microscopic observation of the area where the bone graft containing COL-HEP and PDGF-BB is located, C of FIG. 9 is the result of microscopic observation of the area where the bone graft containing DAS-COL-HEP is located. .
10 is a result of confirming the improvement of efficacy according to the addition of the growth factor in the porous bone graft 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 with reference to Examples. However, these examples are for illustrative purposes only and the scope of the present invention is not limited to these examples.
실시예 1. 다공성 골 이식재의 제조Example 1 Preparation of Porous Bone Grafts
1-1. 실험 재료 1-1. Experimental material
디알데히드 전분(C9H16O4, 분자량: 188.223g/mol, DAS)은 MONOMER-POLYMER AND DAJAC LABS(미국)으로부터 입수하였고, 제1형 또는 제2형 콜라겐(COL), 헤파린 나트륨 염(H3129, HEP), 및 아세트산은 시그마-알드리치로부터 입수하였다. 10× DPBS(10×Dulbecco's Phosphate-Buffered Salines)는 써모피셔사이언티픽으로부터 입수하였고, 페놀 레드 용액, 탄산수소나트륨(NaHCO3), HEPES 나트륨 염(4-(2-Hydroxyethyl)piperazine-1-ethanesulfonic acid sodium salt), 및 수산화 나트륨은 시그마-알드리치로부터 입수하였다.Dialdehyde starch (C 9 H 16 O 4 , molecular weight: 188.223 g / mol, DAS) was obtained from MONOMER-POLYMER AND DAJAC LABS (USA),
1-2. 실험 준비1-2. Experiment preparation
DAS를 10×DPBS에 용해시켜 20%(w/v) DAS 용액을 제조하였으며, 상기 용해 과정은 90℃조건의 가열 블록 상에서 500-700rpm 조건의 교반과 함께 진행하였다. The DAS was dissolved in 10 × DPBS to prepare a 20% (w / v) DAS solution, which proceeded with stirring at 500-700 rpm on a heating block at 90 ° C.
8%(w/v)의 콜라겐을 1mM의 아세트산 용액에 첨가하여, 8%(w/v) COL 용액을 제조하였으며, 상기 용해 과정은 700rpm 조건의 교반과 함께 진행하였다. 예시적으로, 3ml의 COL 용액을 제조하기 위하여, 240mg의 콜라겐 파우더를 1mM의 아세트산 용액 (2.7ml)에 첨가하였다. 8% (w / v) collagen was added to 1 mM acetic acid solution to prepare an 8% (w / v) COL solution, the dissolution process proceeded with stirring at 700 rpm. By way of example, to prepare 3 ml of COL solution, 240 mg of collagen powder was added to 1 mM acetic acid solution (2.7 ml).
0.1%(w/v)의 헤파린 나트륨 염을 10ХDPBS에 용해시켜 HEP 용액을 제조하였다. 예시적으로, 3mg의 헤파린 파우더가 375ul의 10×DPBS에 용해되었다.HEP solution was prepared by dissolving 0.1% (w / v) heparin sodium salt in 10ХDPBS. As an example, 3 mg of heparin powder was dissolved in 375 ul of 10 × DPBS.
2.2% (w/v)의 탄산수소나트륨 및 200mM의 HEPES를 0.75N의 수산화 나트륨 용액에 용해시켜 pH 중화를 위한 재구성 용액을 제조하였다. 예시적으로, 300ml의 재구성 용액을 제조하기 위하여, 6.6g의 탄산수소나트륨 및 15.9mg의 HEPES을 0.75N의 수산화 나트륨 용액에 용해시켰다. A reconstituted solution for pH neutralization was prepared by dissolving 2.2% (w / v) sodium bicarbonate and 200 mM HEPES in 0.75N sodium hydroxide solution. By way of example, 6.6 g of sodium bicarbonate and 15.9 mg of HEPES were dissolved in 0.75 N sodium hydroxide solution to prepare 300 ml of reconstitution solution.
0.5% 페놀 레드를 10×DPBS에 첨가하여, pH의 변화 측정을 위한 페놀 레드 용액을 제조하였다. 0.5% phenol red was added to 10 × DPBS to prepare a phenol red solution for measuring the change in pH.
1-3. 다공성 골 이식재의 제조1-3. Preparation of Porous Bone Grafts
일 실시예에 따른 다공성 골 이식재의 제조 과정은 도 1에 나타낸 바와 같다. 우선, 0.3ml의 20%(w/v) DAS 용액과 2.7ml의 8% COL 용액을 1:9의 부피 비율로 혼합하여, 3ml의 DAS-COL 혼합 용액을 제조하였다. 이후, 상기 DAS-COL 혼합 용액에 HEP 용액을 첨가하여, DAS-COL-HEP 혼합 용액을 제조하였다. 이후, 상기 DAS-COL-HEP 혼합 용액을 실린지에 충진한(filling) 뒤, 커넥터를 사용하여 상기 충진된 실린지에 빈 실린지를 연결하였으며, 피스톨을 사용하여 실린지 내에 존재하는 DAS-COL-HEP 혼합 용액을 수 차례 혼합하였다. 여기에 12.5% (v/v), 즉 0.375ml의 재구성 용액을 첨가하고 상기와 동일한 방법으로 혼합하여, DAS-COL-HEP 혼합 용액을 중화하였다. 이후, 상기 중화된 혼합 용액을 성형된 금형에 주입하고, 약 37 ℃에서 약 1 내지 30분간 겔화를 진행한 뒤, 이를 압출하였다. 상기 압출된 겔을 글리세롤에 침지시킨 후, 이를 -80℃에서 동결하고 3일간 건조시킴으로써, 다공성 골 이식재를 제조하였다. A process for preparing a porous bone graft according to one embodiment is shown in FIG. 1. First, 3 ml of DAS-COL mixed solution was prepared by mixing 0.3 ml of 20% (w / v) DAS solution and 2.7 ml of 8% COL solution in a volume ratio of 1: 9. Thereafter, a HEP solution was added to the DAS-COL mixed solution to prepare a DAS-COL-HEP mixed solution. Thereafter, after filling the syringe with the DAS-COL-HEP mixed solution, the empty syringe was connected to the filled syringe using a connector, and the DAS-COL-HEP mixture existing in the syringe using a pistol. The solution was mixed several times. To this was added 12.5% (v / v), i.e. 0.375 ml of reconstituted solution and mixed in the same manner as above to neutralize the DAS-COL-HEP mixed solution. Thereafter, the neutralized mixed solution was injected into the mold, and gelled at about 37 ° C. for about 1 to 30 minutes, and then extruded. After immersing the extruded gel in glycerol, it was frozen at -80 ° C and dried for 3 days to prepare a porous bone graft.
추가적으로, 일 실시예에 따른 골이식재와의 효능 비교를 위하여, 상기 제조 과정에서 1) DAS 및 콜라겐 용액의 농도, 2) 가교 시간, 3) 헤파린의 첨가 방식, 및 4) 글리세롤 첨가 유무에 대한 조건을 변형시켜, 비교 혼합 용액 또는 비교 골 이식재를 제조하였다. 한편, 6%(w/v) 콜라겐 용액을 사용하여 골 이식재를 제조한 경우, 상기 다공성 골 이식재는 4.8% (w/v)의 콜라겐, 0.08% (w/v)의 헤파린, 및 1.6% (w/v)의 디알데히드 전분을 포함하였다. 또한, 8%(w/v) 콜라겐 용액을 사용하여 골 이식재를 제조한 경우, 상기 다공성 골 이식재는 6.4% (w/v)의 콜라겐, 0.08% (w/v)의 헤파린, 및 1.6% (w/v)의 디알데히드 전분을 포함하였다.Additionally, in order to compare the efficacy with the bone graft material according to one embodiment, conditions for 1) the concentration of DAS and collagen solution, 2) crosslinking time, 3) mode of addition of heparin, and 4) presence of glycerol in the manufacturing process Was modified to prepare a comparative mixed solution or comparative bone graft. On the other hand, when bone grafts were prepared using 6% (w / v) collagen solution, the porous bone graft was 4.8% (w / v) collagen, 0.08% (w / v) heparin, and 1.6% ( w / v) dialdehyde starch. In addition, when bone grafts were prepared using 8% (w / v) collagen solution, the porous bone graft had 6.4% (w / v) collagen, 0.08% (w / v) heparin, and 1.6% ( w / v) dialdehyde starch.
실험예 1. 디알데히드 전분의 농도에 따른 골 이식재의 물리적 특성 변화Experimental Example 1. Changes in physical properties of bone graft material according to the concentration of dialdehyde starch
본 실험예에서는 디알데히드 전분의 농도에 따른 골 이식재의 물리적 특성 변화를 확인하고자 하였다. 이를 위하여, 6%(w/v) 또는 8%(w/v) 콜라겐 용액과 20%(w/v) 디알데히드 전분 용액을 혼합하여 제조한 일 실시예에 따른 골 이식재(6%Col-20%DAS, 및 8%Col-20%DAS)와 6%(w/v) 또는 8% 콜라겐 용액과 10%(w/v) 디알데히드 전분 용액을 혼합하여 제조한 골 이식재(6%Col-10%DAS, 및 8%Col-10%DAS)를 육안 및 현미경으로 관찰하여, 이들의 강도 및 다공성 변화를 확인하였다. In this experimental example, the physical properties of the bone graft material were examined according to the concentration of dialdehyde starch. To this end, a bone graft (6% Col-20) according to one embodiment prepared by mixing a 6% (w / v) or 8% (w / v) collagen solution and a 20% (w / v) dialdehyde starch solution Bone graft (6% Col-10) prepared by mixing% DAS and 8% Col-20% DAS) with 6% (w / v) or 8% collagen solution and 10% (w / v) dialdehyde starch solution % DAS, and 8% Col-10% DAS) were visually and microscopically observed to confirm their strength and porosity changes.
그 결과, 도 3에 나타낸 바와 같이, 10%(w/v) 디알데히드 전분 용액을 사용하여 제조된 골 이식재에 비해, 20%(w/v) 디알데히드 전분 용액을 사용한 경우, 골 이식재의 강도가 유의적으로 향상됨을 육안으로 확인하였다. 또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 증가된 디알데히드 전분의 농도는 골 이식재 내부의 다공성 구조를 더욱 향상시킴을 알 수 있었다. 즉, 이러한 실험 결과는 디알데히드 전분의 농도를 증가시킴으로써, 손상된 부위에 삽입되어 구조를 지탱할 수 있는 우수한 기계적 강도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 뼈의 생물학적 기능을 수행하는데 관여하는 망상 구조, 즉, 다공성 구조를 재현할 수 있음을 나타내는 것이다. As a result, as shown in FIG. 3, the strength of the bone graft when 20% (w / v) dialdehyde starch solution was used as compared to the bone graft prepared using the 10% (w / v) dialdehyde starch solution. It was visually confirmed that is significantly improved. In addition, as shown in Figure 4, the increased concentration of dialdehyde starch was found to further improve the porous structure inside the bone graft. That is, the results of these experiments show that by increasing the concentration of dialdehyde starch, not only can a good mechanical strength be inserted into the damaged site to support the structure, but also the network structure that is involved in the biological function of bone, that is, porous It indicates that the structure can be reproduced.
실험예 2. 재구성 용액의 농도에 따른 골 이식재의 물리적 특성 변화Experimental Example 2 Changes in Physical Properties of Bone Graft Materials with Concentration of Reconstituted Solution
본 실험예에서는 재구성 용액 내 수산화나트륨의 농도에 따른 골 이식재의 물리적 특성 변화를 확인하고자 하였다. 구체적으로, 8%(w/v)의 콜라겐 용액을 사용하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조된 DAS-COL-HEP 혼합 용액에, 각각 0.25N, 0.5N, 0.75N의 수산화나트륨을 포함하는 재구성 용액을 첨가함으로써, 겔화, 즉, 가교 반응을 유도하였다. 이후, 상기 겔화된 골 이식재의 강도 및 가교 반응 시간을 비교하였다. In this experimental example, the physical properties of the bone graft material were examined according to the concentration of sodium hydroxide in the reconstitution solution. Specifically, DAS-COL-HEP mixed solution prepared in the same manner as in Example 1 using 8% (w / v) collagen solution, each containing 0.25N, 0.5N, 0.75N sodium hydroxide By addition of the reconstitution solution, gelation, ie crosslinking reaction was induced. The strength and crosslinking reaction time of the gelled bone grafts were then compared.
그 결과, 도 5에 나타낸 바와 같이, 0.75N(normality)의 수산화나트륨을 포함하는 재구성 용액을 첨가한 경우, 골 이식재의 강도가 현격하게 향상되었고, 이때, 가교 반응 시간은 약 3-4분 정도로서 매우 빠른 가교 반응이 진행됨을 알 수 있었다. 즉, 이러한 실험 결과는 재구성 용액 내 수산화나트륨의 농도가 증가될 수록 골 이식재의 강도를 향상시키고, 가교 반응 시간을 단축시킬 수 있음을 나타내는 것이다. 또한, 골 이식재의 제조에 적용 가능한 조건으로서, 재구성 용액 내 수산화나트륨 농도는 약 0.75N, 가교 반응시간은 3-4분임을 도출할 수 있었다. As a result, as shown in Figure 5, when the reconstitution solution containing 0.75N (normality) sodium hydroxide was added, the strength of the bone graft significantly improved, wherein the crosslinking reaction time is about 3-4 minutes It was found that a very fast crosslinking reaction proceeded. That is, these experimental results indicate that as the concentration of sodium hydroxide in the reconstitution solution is increased, the strength of the bone graft can be improved and the crosslinking reaction time can be shortened. In addition, as a condition applicable to the production of bone graft material, it was derived that the sodium hydroxide concentration in the reconstitution solution is about 0.75N, the crosslinking reaction time is 3-4 minutes.
실험예 3. 헤파린 용액의 혼합 및 글리세롤의 첨가에 따른 골 이식재의 물리적 특성 변화Experimental Example 3 Changes in Physical Properties of Bone Grafts by Mixing Heparin Solution and Addition of Glycerol
3-1. 헤파린 용액과의 혼합에 따른 성장인자와의 접착력 변화 3-1. Changes in Adhesion to Growth Factors after Mixing with Heparin Solution
본 실험예에서는 가교 시간에 따른 골 이식재의 물리적 특성 변화를 확인하고자 하였다. 구체적으로, 실시예 1에서 제조된 골 이식재를 대상으로 톨루엔 블루 염색을 실시하여, 상기 골 이식재에 분포해 있는 헤파린을 확인하였다. 비교군으로는 DAS-COL 혼합 용액에 헤파린 용액이 아닌, 헤파린 파우더를 첨가하여 제조된 골 이식재를 사용하였다. In this experimental example, the physical properties of the bone graft material were examined with crosslinking time. Specifically, toluene blue staining was performed on the bone graft prepared in Example 1 to confirm heparin distributed in the bone graft. In the comparative group, a bone graft prepared by adding heparin powder, not heparin solution, to the DAS-COL mixed solution was used.
그 결과, 도 6에 나타낸 바와 같이, 헤파린 파우더를 사용하여 제조된 골 이식재에서는 헤파린이 불균질하게 분포하는 반면, 헤파린 용액을 사용하여 제조된 골 이식재에서는 헤파린이 균질하게 분포하고 있음을 확인하였다. 즉, 이러한 결과는 일 실시예에 따른 골 이식재는 헤파린이 골고루 분포하고 있어 내인성 성장인자와의 결합이 보다 용이할 것임을 나타내는 것이다. As a result, as shown in Figure 6, heparin was heterogeneously distributed in the bone graft prepared using heparin powder, while heparin was homogeneously distributed in the bone graft prepared using heparin solution. In other words, these results indicate that the bone graft material according to an embodiment may be more readily distributed with endogenous growth factors because heparin is evenly distributed.
3-2. 동결 건조 공정에서 글리세롤 첨가에 따른 물리적 특성 변화 3-2. Changes in Physical Properties of Glycerol Addition in Freeze-Drying Process
본 실험예에서는 동결 건조 공정에서 글리세롤의 첨가가 골 이식재의 물리적 특성에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. 구체적으로, 상기 실시예 1의 겔화 및 중화된 혼합 용액을 글리세롤에 침지시키거나, 별도의 전 처리없이 동결 건조한 후, 상기 골 이식재에 대하여 봉합을 실시하였다. In this experimental example, the effect of the addition of glycerol in the freeze-drying process on the physical properties of the bone graft. Specifically, the gelled and neutralized mixed solution of Example 1 was immersed in glycerol or lyophilized without any pretreatment, and then sutured to the bone graft.
그 결과, 도 7에 나타낸 바와 같이, 전 처리없이 동결건조한 골 이식재는 봉합 과정에서 그 구조를 유지할 수 없었던 반면, 글리세롤에 침지시킨 후 동결건조한 골 이식재는 봉합사가 적절하게 삽입되어 고정됨을 확인하였다. 즉, 이러한 실험결과는 동결 건조 과정에서 글리세롤의 사용은 골 이식 수술에 적합한 상태의 물리적 특성을 부여함을 나타내는 것이다. As a result, as shown in Figure 7, the freeze-dried bone graft without pretreatment was unable to maintain its structure during the suture process, while the freeze-dried bone graft after immersion in glycerol was confirmed that the suture is properly inserted and fixed. In other words, these results indicate that the use of glycerol in the freeze-drying process confers physical properties in a state suitable for bone graft surgery.
실험예 4. 성장인자를 함유하는 골 이식재의 효능 평가Experimental Example 4. Evaluation of efficacy of bone graft containing growth factor
4-1. 성장인자의 첨가에 따른 세포의 활성 변화 4-1. Changes in Cell Activity with Growth Factors
DAS-COL-HEP 혼합 용액을 사용하여 제조된 골 이식재에 1×107 세포/ml의 세포를 담지시킨 후, 이를 50mg/ml의 TGF-beta3를 함유하는, ITS(Insulin-Transferrin-Sele)가 보충된 DMEM 배지에 21일간 배양하였다. 이후, 상기 골 이식재에 담지된 세포에 의해 생성된 프로테오글라이칸(proteoglycan)을 사프라닌-O 염색을 통해 관찰하였다. Insulin-Transferrin-Sele (ITS), which contains 1 × 10 7 cells / ml of cells in a bone graft prepared using a DAS-COL-HEP mixed solution, contains 50 mg / ml of TGF-beta3. Incubated for 21 days in supplemented DMEM medium. Thereafter, proteoglycans produced by the cells supported on the bone graft were observed through safranin-O staining.
그 결과, 도 8에 나타내 바와 같이, TGF-beta3를 함유하는 배지에서 배양된 골 이식재 내 세포는 대조군에 비해 보다 증진된 프로테오글라이칸의 생성을 보여주었고, 이는 세포의 성장이 보다 활발하였음을 의미한다. 즉, 이러한 실험 결과는 골 이식재에 성장인자를 추가 또는 함유시킴으로써, 이식 부위에 존재하는 세포의 성장 및 증식을 향상시킬 수 있음을 나타내는 것이다. As a result, as shown in FIG. 8, the cells in the bone graft cultured in the medium containing TGF-beta3 showed enhanced production of proteoglycans compared to the control group, indicating that the growth of the cells was more active. it means. In other words, these experimental results indicate that by adding or containing a growth factor in the bone graft material, it is possible to improve the growth and proliferation of cells present in the transplant site.
4-2. 성장인자에 의한 세포 이동성 변화 4-2. Cell Mobility Changes by Growth Factors
세포를 10cm dish에서 평판 배양하였으며, 배지에 존재하는 세포가 배지의 면적 대비 90% 이상이 되면, 배지의 중앙부에 존재하는 세포를 cell scratch tool로 제거하였다(scratched zone의 생성). 이후, 도 9의 A에 나타낸 바와 같이, 일 측에는 DAS-COL-HEP 및 PDGF-BB를 포함하는 골 이식재, 그 반대측에는 DAS-COL-HEP를 포함하는 골 이식재를 포함하는 슬라이드 글라스를 상기 scratched zone에 위치시켰다. 상기 슬라이드 글라스는 커버 슬립으로 덮어두어 평판 배지 내에서 이동되지 않도록 고정시켰다. 이로부터 3일 경과 후, 상기 scratched zone으로 이동한 세포의 수를 관찰하였다. Cells were plated in a 10 cm dish, and when cells present in the medium were more than 90% of the area of the medium, cells in the center of the medium were removed with a cell scratch tool (creation of scratched zones). Thereafter, as shown in FIG. 9A, one side of the bone graft containing DAS-COL-HEP and PDGF-BB, and the other side of the scratched glass slide containing the bone graft containing DAS-COL-HEP Located in The slide glass was covered with a cover slip and fixed so as not to move in the flat medium. After 3 days, the number of cells moved to the scratched zone was observed.
그 결과, 도 9의 B 및 C에 나타낸 바와 같이, DAS-COL-HEP 및 PDGF-BB를 포함하는 골 이식재가 위치하는 영역에서 현저하게 많은 수의 세포가 관찰되었다. 즉, 이러한 실험 결과는 골 이식재에 성장인자를 추가 또는 함유시킴으로써, 이식 부위 주변에 존재하는 세포의 이동성을 향상시킬 수 있음을 나타내는 것이다. As a result, as shown in B and C of FIG. 9, a remarkably large number of cells were observed in the region where the bone graft including DAS-COL-HEP and PDGF-BB is located. In other words, these experimental results indicate that by adding or containing a growth factor to the bone graft material, it is possible to improve the mobility of the cells around the transplant site.
4-3. 성장인자를 함유하는 골 이식재의 효능 평가 4-3. Evaluation of efficacy of bone graft containing growth factor
실시예 1에서 제조된 골 이식재를 성장 인자(TGF-beta3)를 포함하는 PBS 용액에 담지시킨 후, 4℃ 조건에서 12시간 동안 방치하였다. 이러한 공정을 통하여, 상기 골 이식재의 표면에 존재하는 헤파린과 성장 인자를 결합시킴으로써, 성장인자를 함유하는 골 이식재, 즉 DAS-COL-HEP를 제조하였다. 이후, 소뼈에 직경 3mm 결손부를 만든 후, DAS-COL-HEP 및 50mg/ml의 TGF-beta3를 포함하는 골 이식재, 또는 DAS-COL-HEP를 포함하는 골 이식재를 상기 골 결손부에 충진하였다. 이로부터 3주 경과 후, 이식재가 충진된 영역 주변에 존재하는 세포에 의해 생성된 프로테오글라이칸을 사프라닌-O 염색을 통해 관찰하였다. The bone graft prepared in Example 1 was immersed in a PBS solution containing growth factor (TGF-beta3), and then left at 4 ° C. for 12 hours. Through this process, by combining heparin and growth factors present on the surface of the bone graft, a bone graft containing growth factors, that is, DAS-COL-HEP was prepared. Thereafter, a 3 mm diameter defect was made in the bovine bone, and then a bone graft containing DAS-COL-HEP and 50 mg / ml TGF-beta3, or a bone graft containing DAS-COL-HEP was filled into the bone defect. Three weeks later, proteoglycans produced by cells present around the region filled with the graft were observed via safranin-O staining.
그 결과, 도 10에 나타내 바와 같이, TGF-beta3를 포함하는 골 이식재를 충진한 경우, 대조군에 비해 프로테오글라이칸의 생성이 보다 증진되었고, 이는 골 결손부의 복구가 보다 활발하게 이루어졌음을 나타내는 것이다. As a result, as shown in Fig. 10, when the bone graft containing TGF-beta3 was filled, the production of proteoglycans was more enhanced than that of the control group, indicating that the repair of bone defects was more actively performed. will be.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.
Claims (15)
상기 혼합 용액에 0.5 내지 1N 농도의 염기성 용액을 첨가하여 겔을 형성시키는 단계; 및
상기 형성된 겔을 글리세롤에 침지시켜 동결 건조하는 단계를 포함하며,
상기 디알데히드 전분 용액 및 콜라겐 용액은 1:6 내지 1:12의 부피비로 혼합되는 것인, 다공성 골 이식재를 제조하는 방법. Dialdehyde starch (DAS) solution at 16-25% (w / v) concentration, collagen (COL) solution at 6-8% (w / v) concentration, and Heparin solution Preparing a mixed solution;
Adding a basic solution of 0.5 to 1N concentration to the mixed solution to form a gel; And
Immersing the formed gel in glycerol and freeze-drying;
The dialdehyde starch solution and the collagen solution is mixed in a volume ratio of 1: 6 to 1:12, a method for producing a porous bone graft.
상기 제조된 디알데히드 전분-콜라겐 혼합 용액에 헤파린 용액을 첨가하여 혼합하는 단계를 포함하는 것인, 방법.The method of claim 1, wherein the mixing comprises: preparing a dialdehyde starch-collagen mixed solution by mixing the dialdehyde starch solution and the collagen solution; And
Heparin solution by adding to the prepared dialdehyde starch-collagen mixture solution, and mixing.
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