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골 이식재 조성물, 이의 제조 방법 및 골 이식재 조성물 키트

박명진

2020-06-30

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박명진

골이식재

결손된 골의 재건을 위해서는 다양한 재료와 다양한 방식이 사용될 수 있고, 예를 들어, 골분말, 골칩, 골블록 등과 같은 골 이식재를 사용하거나, 결손된 골의 재건을 위해서 자가 이식, 동종 이식, 타종 이식 등과 같은 방법이 사용될 수 있다. 결손된 골의 재건을 위해 사용되는 골 이식재는 정형외과, 신경외과 및 치과 등에서 사용될 수 있으며, 예를 들어, 디스크 수술 시 골 결손부에 사용되어 골 재생을 유도할 수 있고, 임플란트 시술 및 구강 악 골 결손 수복 등에도 사용될 수 있다. 결손된 골의 재건을 위해서는 다양한 재료와 다양한 방식이 사용될 수 있고, 예를 들어, 골분말, 골칩, 골블록 등과 같은 골 이식재를 사용하거나, 결손된 골의 재건을 위해서 자가 이식, 동종 이식, 타종 이식 등과 같은 방법이 사용될 수 있다. 결손된 골의 재건을 위해 사용되는 골 이식재는 정형외과, 신경외과 및 치과 등에서 사용될 수 있으며, 예를 들어, 디스크 수술 시 골 결손부에 사용되어 골 재생을 유도할 수 있고, 임플란트 시술 및 구강 악 골 결손 수복 등에도 사용될 수 있다. 한편, 한국등록특허 제10-0401941호는 골 이식재 및 그 제조방법에 관한 기술을 개시하고 있는데, 이와 같이 생체 세라믹 분말로 구성되고 3차원적으로 연통된 연통기공구조를 갖는 망상골을 사용하는 경우 생체 적합성, 기계적 물성, 독성 등의 측면에서 골 이식 효과에 한계가 있을 수 있다. 본 발명의 일 과제는 골 형성 활성화, 생체적합성, 사용편의성 효과가 우수한 골 이식재 조성물, 이의 제조 방법 또는 골 이식재 조성물 키트를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 따른 골 이식재 조성물, 이의 제조 방법 또는 골 이식재 조성물 키트는, 골 형성 활성화, 생체적합성, 사용편의성 효과가 우수할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태의 실시예들은, 다공성 골 이식재 및 hydroxypropyl methylcellulose를 포함함으로써, 골 형성 활성화, 생체적합성, 사용편의성 효과가 우수할 수 있는 골 이식재 조성물에 관한 것이다. 다만, 본 실시형태에 대한 설명은 보다 명확하고 간결한 설명을 위해 다른 실시형태와 중복되는 부분은 생략하도록 하며, 그 설명이 생략되었다고 해서 그 부분이 본 발명에서 제외되는 것은 아니며 그 권리 범위는 다른 실시형태와 동일하게 인정되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다. 본 발명에 있어서, 화학식으로 표시되는 반복 단위, 화합물 또는 수지가 그의 이성질체가 있는 경우에는, 반복 단위, 화합물 또는 수지를 표시하는 해당 화학식은, 그 이성질체까지 포함하는 대표 화학식을 의미한다. 이하, 본 발명의 구체적인 실시예들을 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 골 이식재 조성물은 다공성 골 이식재 및 hydroxypropyl methylcellulose를 포함한다. 골 이식재 조성물은 골 결손부에 이식되어 이를 충진하여 골 결손부의 수복에 사용될 수 있다. 골 이식재는 천연 유래 골일 수 있고, 예를 들어, 자가골, 동종골, 이종골일 수 있다. 천연 유래 골을 사용함으로써, 생체적합성이 우수하고, 아울러, 다수의 기공을 포함함으로써 젖음성, 흡습성이 좋아 골 형성 효과가 우수할 수 있다. 또한, 결손된 골의 재건을 위해서 사용될 수 있는데 정형외과, 신경외과 및 치과 등에서 사용될 수도 있다. 골 이식재 조성물은 hydroxypropyl methylcellulose를 포함함으로써 골 이식재 조성물의 골 결손부에 대한 부착성을 가질 수 있다. 부착성이 우수할 경우 상악에 골 이식재 조성물을 적용하더라도 흘러내리지 않을 수 있고, 저작 운동 등으로 인한 충격이 있더라도 골 이식재 조성물이 골 결손부로부터 이탈되지 않도록 도움이 줄 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 골 이식재 조성물 중 hydroxypropyl methylcellulose의 함량은 다공성 골 이식재 1중량부 대비 0.15 내지 6중량부일 수 있고, 바람직하게는 0.2 내지 0.4일 수 있다. hydroxypropyl methylcellulose의 함량이 다공성 골 이식재 1중량부 대비 0.15중량부 미만일 경우 골 결손부에 대한 부착성이 미흡하여 사용 시 골 결손부로부터 떨어질 가능성이 높고, 다공성 골 이식재 1중량부 대비 6중량부 초과일 경우에는 이종골의 흡습성, 젖음성 등을 방해하여 골 형성을 방해할 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태의 골 이식재 조성물 키트는 전술한 골 이식재 조성물 및 이를 실장하는 실린지를 포함한다. 골 이식재 조성물을 바로 포함하는 실린지를 제공함으로써, 사용편의성을 확보할 수 있고, 아울러, 사용 도중 발생할 수 있는 오염의 가능성을 획기적으로 줄일 수 있다. 다만, 본 실시형태에 대한 설명은 보다 명확하고 간결한 설명을 위해 다른 실시형태와 중복되는 부분은 생략하도록 하며, 그 설명이 생략되었다고 해서 그 부분이 본 발명에서 제외되는 것은 아니며 그 권리 범위는 다른 실시형태와 동일하게 인정되어야 한다. 본 발명의 다른 실시형태의 골 이식재 조성물의 제조 방법은 용매에 골 형성 단백질을 투입 또는 골 형성 단백질을 용매에 투입하여 용매에 골 형성 단백질을 녹여 골 형성 단백질 용액을 제조하는 단계; 미리 마련된 이식재 파우더에 상기 골 형성 단백질 용액을 흘려주거나 상기 골 형성 단백질 용액에 상기 이식재 파우더를 낙하시킴으로써 이식재 파우더를 상기 골 형성 단백질 용액으로 침지하여 이식재 파우더에 골 형성 단백질을 흡착시키는 단계; 상기 골 형성 단백질이 흡착된 이식재 파우더 및 hydroxypropyl methylcellulose 파우더를 혼합 및 교반하여 점성을 가지는 겔을 형성시키는 단계; 및 혼합 및 교반된 상기 이식재 파우더 및 상기 hydroxypropyl methylcellulose 파우더의 혼합물을 진공 상태에서 낮은 온도로 동결시키면서 건조시켜 다수의 기공을 포함하는 구조를 포함하는 스펀지 형태를 형성시키는 단계를 포함함으로써, 골 형성 활성화, 생체적합성, 사용편의성 효과가 우수할 수 있다. 다만, 본 실시형태에 대한 설명은 보다 명확하고 간결한 설명을 위해 전술한 실시형태와 중복되는 부분은 생략하도록 하며, 그 설명이 생략되었다고 해서 그 부분이 본 발명에서 제외되는 것은 아니며 그 권리 범위는 전술한 실시형태와 동일하게 인정되어야 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 골 이식재 조성물의 제조 방법 순서를 개략적으로 나타낸 도면이다. 먼저, 용매에 골 형성 단백질을 녹여 골 형성 단백질 용액을 제조한다. 용매에 골 형성 단백질을 투입 또는 골 형성 단백질을 용매에 투입하여 용매에 골 형성 단백질을 녹여 골 형성 단백질 용액을 제조할 수 있다. 골 형성 단백질은 BMP-2, BMP-3, BMP-3b, BMP-4, BMP-5, BMP-6, BMP-7, BMP-8, BMP-9, BMP-10, BMP-11, BMP-12, BMP-13, BMP-14, BMP-15, BMP-16, BMP-17, BMP-18, 이들의 재조합 골 형성 단백질 및 이와 등가인 골 형성 단백질로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있고, 본 발명의 골 형성 효과 측면에서 바람직하게 rhBMP-2일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 골 형성 단백질 용액의 골 형성 단백질 농도는 0.05 내지 0.15 mg/ml일 수 있고, 바람직하게 0.08 내지 0.12 mg/ml일 수 있다. 상기 농도 범위를 만족함으로써 골 형성 단백질의 골 형성이 활성화될 수 있고, 골 형성 단백질 농도가 0.05 미만일 경우 신생골 형성능이 저하될 수 있고, 0.15 초과일 경우 부작용이 초래될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 골 형성 단백질 용액의 산도는 예를 들어, pH 4.6 내지 5일 수 있다. 상기 산도 범위를 만족함으로써 골 형성 단백질의 골 형성이 활성화될 수 있고, 골 형성 단백질 용액의 산도가 pH 4.6 미만일 경우 신생골 형성능이 저하될 수 있고, 5 초과일 경우 신생골 형성능 발현이 저하될 수 있다. 예를 들어, 산도는 phosphate buffer saline을 이용해 조절될 수 있는 데, 산도를 phosphate buffer saline 조절할 경우 신생골 형성능 효과가 있을 수 있다. 다음으로, 이식재 파우더를 상기 골 형성 단백질 용액으로 침지하여 이식재 파우더에 골 형성 단백질을 흡착시킨다. 미리 마련된 이식재 파우더에 상기골 형성 단백질 용액을 흘려주거나 상기 골 형성 단백질 용액에 상기 이식재 파우더를 낙하시킴으로써 이식재 파우더를 상기 골 형성 단백질 용액으로 침지하여 이식재 파우더에 골 형성 단백질을 흡착시킬 수 있다. 이식재 파우더는 자가골, 동종골, 이종골일 수 있다. 예를 들어, 이식재 파우더는 스냅 튜브에 주입하는 방법으로 마련할 수 있다. 이식재 파우더의 평균입경(D50)은 200 내지 5,000㎛일 수 있고, 바람직하게는 250 내지 1,000㎛일 수 있다. 파우더의 평균입경이 200㎛미만일 경우 이식재가 빨리 흡수되어 골형성에 필요한 골전도가 부족할 수 있고, 5,000㎛초과일 경우 환자에게 적용 시 정밀한 가공이 어려울 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이식재 파우더에 상기 골 형성 단백질을 흡착시키는 단계는 냉장원심분리기를 사용하여 흡착시키는 단계를 포함할 수 있다. 경우에 따라, 골 형성 단백질은 용액 내에서 부유될 수 있는데, 원심분리기를 사용하여 빠르게 회전시킬 경우 흡착시킬 경우, 골 형성 단백질이 용액 내에서 부유되는 것을 방지할 수 있어 이식재 파우더의 표면 또는 기공 내에 골 형성 단백질이 잘 흡착될 수 있다. 빠르게 회전시키면서 흡착시켜야 골 형성 단백질이 이식재 파우더로부터 떨어져 나와 다시 부유되지 않을 수 있다. 느리면 골 형성 단백질이 부유될 수 있어 흡착이 잘 안 될 수 있음. 이식재 파우더의 표면 또는 기공 내에 골 형성 단백질이 빠르게 흡착될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장원심분리기의 회전속도는 4000rpm 이상일 수 있다. 원심분리기를 사용하여 흡착시킬 경우, 회전속도가 높을수록 흡착이 잘 될 수 있는데, 예를 들어, 원심분리기의 회전속도는 4000rpm 이상일 수 있고, 전술한 범위를 만족할 경우 골 형성 단백질이 용액 내에서 부유되는 것을 방지할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉장원심분리기를 사용하여 흡착시키는 단계는 5℃ 이하의 냉장온도로 수행될 수 있다. 냉장원심분리기를 사용하여 흡착시키는 단계를 5℃ 이하의 냉장온도로 수행함으로써, 회전에 따른 용액의 온도 상승을 방지하여 열에 약한 골 형성 단백질 변형을 방지하면서 회전을 통한 골 형성 단백질의 이식재 파우더의 표면 또는 기공 내 흡착 효과를 극대화할 수 있다. 상기 냉장은 용액이 얼지 않는 온도일 수 있고, 예를 들어, 5℃ 이하일 수 있고, 바람직하게는 0.5 내지 1.5 ℃일 수 있다. 다음으로, 골 형성 단백질을 흡착시킨 이식재 파우더 및 hydroxypropyl methylcellulose 파우더를 혼합 및 교반하여 겔을 형성시킨다. 이로써 점성을 가지는 겔을 형성시킬 수 있는데, 형성된 겔은 이식재 파우더의 부착성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 교반은 믹서로 수행될 수 있다. 이식재 파우더를 파우더 형태의 hydroxypropyl methylcellulose과 교반을 함으로써 품질이 균질한 결과물을 수득할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 골 형성 단백질을 흡착시킨 이식재 파우더 및 hydroxypropyl methylcellulose 파우더의 부피비는 1 : 0.2 내지 1 : 0.6 일 수 있다. 상기 hydroxypropyl methylcellulose 파우더의 부피비가 0.2 미만일 경우 겔 형성이 어렵고, 0.6 초과일 경우 이식재 파우더의 부피보다 겔의 부피가 커져 효과적인 골 이식재 조성물을 형성하기 어려울 수 있다. 발명의 효과 측면에서 바람직하게 골 형성 단백질을 흡착시킨 이식재 파우더 및 hydroxypropyl methylcellulose 파우더의 부피비는 1 : 0.25 내지 1: 0.35일 수 있다. 다음으로, 혼합 및 교반된 이식재 파우더 및 hydroxypropyl methylcellulose 파우더 혼합물을 진공 동결건조하여 다공성 구조를 포함하는 스펀지 형태를 형성시킨다. 혼합 및 교반된 상기 이식재 파우더 및 상기 hydroxypropyl methylcellulose 파우더의 혼합물을 진공 상태에서 낮은 온도로 동결시키면서 건조시켜 다수의 기공을 포함하는 구조를 포함하는 스펀지 형태를 형성시킬 수 있다. 진공동결건조 처리함으로써 다공성 구조를 포함하는 스펀지 형태를 형성할 수 있다. 이식재 파우더에 겔이 흡수됨으로써 다공성 구조를 포함하는 스펀지 형태를 형성할 수 있고, 다공성 구조를 포함하는 스펀지 형태의 형성은 진공 처리가 주된 기여를 하는 것으로 판단된다. 본 발명의 일 실시예의 골 이식재 조성물의 제조 방법은 포장 단계를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예의 골 이식재 조성물의 제조 방법은 제조된 상기 다수의 기공을 포함하는 구조를 포함하는 스펀지 형태를 포함하는 골 이식재 조성물을 실린지에 삽입될 수 있는 크기의 스냅 튜브에 실장하는 단계를 더 포함할수 있다. 실린지에 삽입될 수 있는 크기의 스냅 튜브에 실장하는 단계를 더 포함함으로써, 실린지에 삽입될 수 있는 크기를 가짐으로써 별도의 공정 없이 실린지에 바로 삽입될 수 있어 골 이식재 조성물을 제조하는 과정에서 작업 용이할 수 있다. 본 발명의 일 실시예의 골 이식재 조성물의 제조 방법은 스냅 튜브에 실장된 상기 다수의 기공을 포함하는 구조를 포함하는 스펀지 형태를 포함하는 골 이식재 조성물을 실린지에 넣고 밀봉하는 단계를 더 포함할 수 있다. 골 이식재 조성물을 실린지에 구비함으로써 사용편의성을 확보할 수 있고, 아울러, 사용 도중 발생할 수 있는 오염의 가능성을 획기적으로 줄일 수 있다. 본 발명의 일 실시예의 골 이식재 조성물의 제조 방법은 멸균 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 Ethylene Oxide Gas를 통해 다수의 기공을 포함하는 구조를 포함하는 스펀지 형태를 포함하는 골 이식재 조성물을 멸균 처리할 수 있다. 예를 들어, Ethylene Oxide Gas 농도는 450 내지 1200mg/l일 수 있다. Ethylene Oxide Gas 농도는 450mg/l 미만일 때는 살균이 부족할 수 있고, 1200mg/l 초과일 때는 골 형성 단백질의 변형이 발생할 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 감마선 조사를 통해 상기 다수의 기공을 포함하는 구조를 포함하는 스펀지 형태를 포함하는 골 이식재 조성물을 멸균 처리할 수 있다. 예를 들어, 감마선의 조사량은 10 내지 25kGy일 수 있다. 상기 감마선 조사량 10kGy 미만일 때는 살균이 부족할 수 있고, 25 kGy 초과일 때는 골 형성 단백질의 변형이 발생할 수 있다. 이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다. 실험예 1. 이식재의 젖음성 동종골, 이종골, 합성골의 가장자리에 0.1ml, 0.2ml, 0.3ml의 Blood 를 떨구어 이식재가 Blood를 잘 흡수하는지 관찰하였다. 하기 표 1에 그 결과를 나타내었다. 【표 1】 - ○○ : 우수, ○ : 좋음, △ : 보통 - 각 실험은 Blood 양 별로 10회 시행 모든 이식재가 Blood 흡수성은 양호하나 합성골의 경우는 Blood를 이식재에 가두지 못하여 골 형성능력이 저하되었다. Blood는 골 형성에 있어 중요한 역할을 하고, 이식재의 젖음성이 골 형성 효과를 향상시키는 것을 확인할 수 있었다. 2. 골 이식재와 hydroxypropyl methylcellulose 비율에 따른 젖음성 동종골, 이종골, 합성골에 각각 hydroxypropyl methylcellulose을 비율을 달리하여 골 이식재 조성물을 제조하였고(각 실험은 비율 별 100회 실행), 각각에 대한 함량 및 그에 따른 결과는 표 2 내지 표 4에 나타내었다. 【표 2】【표 3】【표 4】 hydroxypropyl methylcellulose는 중량 0.05g 이상에서 Putty형으로 모두 적합하게 형성되었고, 이식재의 젖음성을 극대화 하는 범위의 비율은 0.05 내지 0.13g범위인 것으로 확인하였다. 이식재의 Blood 젖음성은 골 결손 부위의 신생골 형성과 관련하여 중요한 점일 수 있다. 3. 이식재의 접착성 치아 상악 모형 틀을 준비하고 대구치 부위를 결손 부위로 정하였다. 이식재 Putty형을 결손부위에 이식(접착) 후 피딩백 공급용기를 통하여 Blood(20cc/hr)가 결손부위에 영향을 미치게 하였다. 동종골, 이종골, 합성골에 각각 실험하였고(각 실험은 비율 별 100회 실행), 각각에 대한 함량 및 그에 따른 결과는 표 5 내지 표 7에 나타내었다. 【표 5】【표 6】【표 7】 - 이식재의 접착성은 실제 임상에서 이식재 이식 후 시술자의 봉합 소요시간이 2 내지 5분 소요됨을 고려하여 각 실시예들에 대한 접착성을 실험하였으며 Putty형 이식재의 모든 실험 결과 HPMC 0.05g이상에서 모두 5분 이상의 접착성을 확인할 수 있었다. 또한, Putty형 이식재의 비율이 다공성 골 이식재 1중량부 대비 0.2 내지 0.4중량부일 때 바람직한 효과를 내는 것을 확인할 수 있었다.