KR101262321B1

KR101262321B1 - 조직 유착방지력이 향상된 하이드로겔

Info

Publication number: KR101262321B1
Application number: KR1020120137511A
Authority: KR
Inventors: 김상진; 최명; 김정용
Original assignee: 최명
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2013-05-08

Abstract

본 발명은 생체 적용이 용이하면서도 생체 친화성이 우수하고, 생체 내에 주입되어 조직 간의 유착방지 효능이 우수하여 외과 수술용 조직 유착방지제 또는 피부미용용 필러제로 유용한 하이드로겔에 관한 것이다.

Description

조직 유착방지력이 향상된 하이드로겔 {Hydrogel with improved tissue adhesion prevention}

현재 외과의 개복수술은 일상적인 수술 중의 하나이다. 외과 수술 후 흔히 발생하는 장기 및 조직의 유착은 손상된 조직 세포가 증식하고 재생하는 과정에서 일어나는 자연현상 중의 하나이다. 그러나 수술 후 기능장애 및 유착 박리를 위한 재수술이 필요하기도 하며, 그로 인해 생명을 위협하는 요인이 되기도 한다. 조직 유착은 복부, 골반 수술에 의해 불가피하게 나타나며 복부 수술 후 모든 환자의 93% 까지 발생된다. 따라서 수술 후 조직 유착의 문제점을 최소화하기 위해서는 유착방지제를 이용하여 수술 후 조직 간의 유착성을 억제하는 방법이 있다. 대표적으로 필름 형태 및 겔 형태 등이 있으며, 문제점으로는 필름형태는 주변 조직의 봉합부위에서 새로운 유착이 발생할 확률이 높고 또한 복잡한 형태 및 도관형태의 수술부위에 적용이 어렵다. 겔 형태는 상처가 치유되기 전에 생체 내에서 쉽게 분해, 흡수되어 유착방지제로서의 효능이 낮다. 따라서 종래의 조직 유착 방지제의 단점을 보완한 새로운 제품이 필요로 하고 있는 실정이다.

한편 조직 유착방지용 재료로 폴리에틸렌(PEO)-폴리프로필렌(PPO)-폴리에틸렌(PEO) 공중합체에 알긴산나트륨을 혼합하여 염화칼슘 및 기타 2가 양이온을 사용하여 가교반응시켜 제조된 하이드로겔이 알려져 있다. [Journal of the Korean Surgical Society 71(4), pp. 280-289(2006); Journal of Biomedical Materials Research. Part A. 72(3), pp. 306-316 (2005)] 그러나, 상기 하이드로겔은 친수성 재료로 조직내에 적용되어 쉽게 체내에 흡수되고, 점착력이 미흡하여 적용된 조직으로부터 흘러내려서 조직 유착방지제로서 또는 미용용 필러제로서의 제기능을 원하는 기간 동안 발현하는데 한계가 있다.

따라서 조직 유착방지제로서 원하는 기간 동안 안정되게 생체내 조직에 점착되어 제기능을 발현할 수 있는 새로운 소재의 개발이 절실히 요구된다.

본 발명은 생체 내 주입되어 조직 간의 유착 방지 효능 및 조직에의 점착력이 개선된 하이드로겔을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기한 하이드로겔을 외과 수술용 조직 유착 방지제 또는 피부 미용용 필러제로 사용하는 용도를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

상기한 과제 해결을 위하여, 본 발명은

ⅰ) 한쪽 말단이 락틱 에시드로 치환시키고, 다른 한쪽 말단이 에틸렌글리콜로 치환시켜 개질된 폴리에틸렌(PEO)-폴리프로필렌(PPO)-폴리에틸렌(PEO) 공중합체 100 중량부;

ⅱ) 히알루론산(HA), 아디프산디하이드라지드(ADH) 및 소듐알지네이트(SA) 중에서 선택된 2종 이상의 가교제가 결합된 복합가교제 1∼2 중량부; 및

ⅲ) 칼슘, 마그네슘, 바륨, 아연, 스트론튬 및 철(Ⅱ)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원자가 2의 금속화합물 00.1∼0.1 중량부;

를 가교반응하여 제조된 하이드로겔을 그 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기의 하이드로겔을 외과 수술용 조직 유착 방지제 또는 피부 미용용 필러제로 사용하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명이 하이드로겔 제조를 위해 사용하고 있는 폴리에틸렌(PEO)-폴리프로필렌(PPO)-폴리에틸렌(PEO) 공중합체는 양쪽 말단이 락틱 에시드와 에틸렌글리콜에 의해 각각 개질되어 있음으로써, 개질 전의 공중합체 재료에 비교하여 체내 주입시 쉽게 흡수되지 않으면서 원하는 상처부위 및 조직에 안정적으로 점착되어 유착 방지제 혹은 필러제로서의 기능을 유지하는 효과가 있다. 따라서 본 발명의 하이드로겔은 조직 유착방지제 또는 피부미용용 필러제로 유용한 효과가 있다.

또한, 본 발명의 하이드로겔은 실온에서 졸(sol) 상태로 존재하므로 주사 주입에 의한 간단한 시술이 가능한 효과가 있다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 하이드로겔은 양쪽 말단이 락틱 에시드와 에틸렌글리콜에 의해 각각 치환시킨 개질된 폴리에틸렌(PEO)-폴리프로필렌(PPO)-폴리에틸렌(PEO) 공중합체와, 2종 이상의 가교제가 결합된 복합가교제와, 그리고 원자가 2의 금속화합물을 가교반응하여 제조된다. 즉, 개질된 PEO-PPO-PEO 삼원공중합체와 복합가교제가 물 용매 하에서 가교반응을 수행하여 교차결합된 고분자 네트워크 구조물을 형성하고, 상기 네트워크 구조 내에 존재하는 기공에는 용매로 사용된 물이 채워진 다공성의 하이드로겔을 형성한다. 본 발명의 하이드로겔은 생체 내에 주입되어 원하는 조직에 쉽게 점착되고, 또한 점착된 조직 부위에서 장기간 동안 안정적으로 유지하는 것이 가능하다. 따라서 본 발명의 하이드로겔은 조직 유착방지제 또는 피부미용용 필러제로 적용되어서는 수 개월간 생체 내에서 안정적으로 제 역할을 수행하게 된다.

본 발명에 따른 하이드로겔을 제조하기 위해 사용되는 각 성분에 대해 보다 구체적으로 설명하면 하기와 같다.

전술한 바대로 폴리에틸렌-폴리프로필렌-폴리에틸렌 공중합체 (이하, 'PEO-PPO-PEO 공중합체'라 약함)는 친수성이 강하고 조직에의 점착력이 약하여 유착방지제 및 미용필러제로서의 소재로 적용하기에는 많은 문제가 있다. 이에 본 발명에서는 PEO-PPO-PEO 공중합체의 양쪽 말단 각각을 락틱 에시드와 에틸렌글리콜으로 개질시켜 소수성 및 점착력을 적절히 부여함으로써 생체에 적용되어서는 체내에서 쉽게 흡수되지 않으면서도 원하는 조직에 장기간 동안 안정적으로 유지될 수 있도록 하였다.

본 발명이 하이드로겔 제조를 위해 사용하는 개질된 PEO-PPO-PEO 공중합체의 제조방법을 간략히 설명하면 하기와 같으며, 본 발명이 하기의 공중합체 개질방법에 의해 한정되는 것은 아니다.

먼저, PEO-PPO-PEO 공중합체를 락틱 에시드 또는 이의 유도체와 반응시켜 한쪽 말단을 락틱 에시드로 치환하고, 그런 다음 에틸렌글리콜과 반응시켜 반대쪽 말단을 에틸렌글리콜을 치환하여 개질된 PEO-PPO-PEO 공중합체를 제조한다. 상기 락틱 에시드를 치환하는 반응은 pH 5 내지 6의 약산성 조건에서 수행하며, 트리에틸아민 등의 유기염기와 알코올탈수소효소와 니코틴아마이드(NAD) 조효소가 존재하는 조건에서 상온(25∼30℃)에서 진행된다. 그리고, 상기 에틸렌글리콜을 치환하는 반응은 pH 9 내지 10의 조건 및 상온(25∼30℃)에서 수행한다.

상기 락틱 에시드 치환반응을 위해 사용되는 개질제로서 락틱 에시드 또는 이의 유도체는 락틱 에시드 또는 이의 알칼리금속 또는 토금속염을 포함하며, 경우에 따라서는 락틱 에시드의 탄소골격에는 OH, NO₂, CN, C_1-20알킬 등이 치환기로서 도입될 수도 있다. 구체적으로 락틱 에시드 또는 이의 유도체는 락틱 에시드, 소듐 락테이트, 칼슘 락테이트, 칼슘 스테아릴락테이트 등이 포함될 수 있다. 상기 에틸렌글리콜 치환반응에서는 개질제로서 분자량이 40 내지 90 범위인 에틸렌글리콜을 사용할 수 있다. 그리고, 상기 락틱 에시드 치환을 위하여 알코올탈수소효소 및 그와 유사한 작용을 하는 효소를 사용할 수 있으며, 본 발명은 이들 효소 선택에 특별한 제한을 두지 않는다. 본 발명에서 사용될 수 있는 알코올탈수소효소로서 시중에서 구입 가능한 제품으로는 Alcohol Dehydrogenase™ (시그마 알드리치 사, ≥300 units/mg proten), Aldehyde Dehydrogenase™ (시그마 알드리치 사, Potassium-activated), β-Nicotinamide adenine dinucleotide hydrate™ (시그마 알드리치 사) 등이 있다. 락틱 에시드 치환을 위한 약산성 조건(pH 5∼6)을 유지하기 위하여, 무기산(황산, 인산, 질산, 염산) 및 유기산(개미산, 아세트산, 구연산, 아스코브산) 등을 0.01 N 내지 0.1 N 농도로 희석하여 사용할 수 있다. 또한, 에틸렌글리콜 치환을 위한 염기성 조건(pH 9.0∼10.0)을 유지하기 위하여, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화바륨 등을 사용할 수 있다.

상기에서 PEO-PPO-PEO 공중합체의 개질제로 사용된 락틱 에시드 또는 이의 유도체, 또는 에틸렌글리콜은 각각 PEO-PPO-PEO 공중합체 100 중량부를 기준으로 5 내지 10 중량부 범위로 사용될 수 있다. 상기의 범위내에서 개질된 PEO-PPO-PEO 공중합체에 대해 핵자기공명(NMR) 분석기 또는 적외선(IR) 분광 분석기를 통해 확인해 볼 수 있다. 예를 들면, NMR 분석에 의하면 락틱 에시드에 해당되는 피크가 1.6±0.2 ppm에서 관측되고, 적분값으로 계산하면 PEO-PPO-PEO 공중합체에 치환된 락틱 에시드의 함량은 4 내지 7 몰% 범위이다. 그리고 NMR 분석에 의하면 에틸렌글리콜에 해당되는 피크가 2.2±0.2 ppm에서 관측되고, 적분값으로 계산하면 PEO-PPO-PEO 공중합체에 치환된 에틸렌글리콜의 함량은 3 내지 6 몰% 범위이다. 상기의 락틱 에시드와 에틸렌글리콜의 치환율 범위를 유지하는 것이 본 발명이 목적하는 점착력 및 조직 유착방지력이 개선된 하이드로겔 제조용 재료로서 적합하다. 즉, PEO-PPO-PEO 공중합체에 치환된 락틱 에시드의 함량이 상기 범위 미만으로 적으면 공중합체는 친수성이 커서 하이드로겔로 제조되어 생체에 적용되어서는 체내에 쉽게 흡수되는 문제가 있다. 반면에, PEO-PPO-PEO 공중합체에 치환된 에틸렌글리콜의 함량이 상기 범위 미만으로 적으면 하이드로겔의 점착력이 열악하여 생체에 적용되어서는 조직에 쉽게 점착되지 못하고 흘러내리는 문제가 있다. 따라서, 본 발명이 목적하는 점착력 및 조직 유착방지력이 개선된 하이드로겔 제조를 위해서는 PEO-PPO-PEO 공중합체의 말단에 치환되는 락틱 에시드와 에틸렌글리콜의 치환율은 상기 범위를 유지하는 것이 좋다.

또한, 본 발명이 목적하는 생체적합성 하이드로겔은 실온(27±3℃) 조건에서는 졸(sol) 상태로 존재하고, 생체 내에서는 겔(gel) 상태로 변화되는 특성을 가지고 있으므로 주사제로 제조하여 쉽게 생체에 주입이 가능하다. 또한, 생체 내에서는 겔(gel) 상태로 변화되는 특성을 가지고 있으므로 원하는 조직 부위에 점착되어 겔 상태로 안정하게 장시간 체류하는 것이 가능하다. 이로써 조직에 점착되어 있는 겔에 의해 상처와 조직이 원천적으로 분리되어 조직간의 유착을 방지하거나, 또는 피부에 볼륨감을 부여하는 것이 가능하다. 본 발명에 적용되기에 최적합한 하이드로겔은 고형분의 농도가 20∼25 중량%(w/w)인 조건에서 측정한 저임계 용액 온도(LCST)가 24∼30℃인 하이드로겔이다.

본 발명에서는 하이드로겔의 저저임계 용액 온도(LCST)를 PEO-PPO-PEO 공중합체의 PEO 단위체 함량과 중량평균분자량을 통하여 조절하였다. 즉, 본 발명에서는 PEO 단위체의 함량이 65∼85 중량%이고, 중량평균분자량이 7,000∼16,000 g/mol인 PEO-PPO-PEO 공중합체를 사용한다. 보다 좋기로는 상기에서 제안하는 PEO 단위체 함량과 중량평균분자량을 만족시키는 PEO-PPO-PEO 공중합체를 2종 이상 적절한 중량비로 혼합 사용하는 것이다. 즉, PEO 단위체 함량이 상대적 높으면서 중량평균분자량이 상대적으로 적은 PEO-PPO-PEO 공중합체와, 반대로 PEO 단위체 함량이 상대적 적으면서 중량평균분자량이 상대적으로 높은 PEO-PPO-PEO 공중합체를 혼합 사용하는 것이다. 구체적으로는 PEO 단위체의 함량이 74∼82 중량%이고, 중량평균분자량(Mw)이 7,500∼12,000 g/mol인 PEO-PPO-PEO 공중합체(이하, '공중합체 1'이라 약함) 70∼95 중량%와; PEO 단위체의 함량이 69∼73 중량%이고, 중량평균분자량이 12,500∼16,000 g/mol인 PEO-PPO-PEO 공중합체(이하, '공중합체 2'라 약함) 5∼30 중량%로 이루어진 공중합체 혼합물을 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 하이드로겔 제조를 위한 가교제로서 히알루론산(HA), 아디프산디하이드라지드(ADH) 및 소듐알지네이트(SA) 중에서 선택된 2종 이상의 가교제 화합물이 결합되어 있는 복합가교제를 사용한다. 상기 복합가교제를 구체적으로 예시하면, 히알루론산-아디프산디하이드라지드-소듐알지네이트(HA-ADH-SA), 히알루론산-아디프산디하이드라지드-히알루론산(HA-ADH-HA), 소듐알지네이트-아디프산디하이드라지드-소듐알지네이트(SA-ADH-SA) 등으로 이루어진 복합가교제로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 복합가교제에 있어 바람직하기로는 히알루론산-아디프산디하이드라지드-소듐알지네이트(HA-ADH-SA)를 사용하는 것이다. 상기 복합가교제는 카르복실레이트기, 술페이트기와 같은 가교반응성 그룹을 더 포함할 수도 있다.

종래에도 PEO-PPO-PEO 공중합체의 혼합제로서 히알루론산(HA), 소듐알지네이트(SA) 및 가교제로서 2가 양이온 금속화합물을 사용한 바 있으나, 이들 가교제 화합물은 체내에서 24시간 이내에서 흡수 및 배출되므로 유착방지제로서 제기능을 발현하는데 한계가 있다. 이에 반하여, 본 발명에서는 2종 이상의 가교제 화합물이 화학적으로 결합된 복합가교제를 사용하고, 이러한 복합가교제의 말단 아민그룹이 개질된 PEO-PPO-PEO 공중합체의 말단 카르복실그룹과 가교결합을 통해 연결됨으로써 체내에서 흡수 및 배출되는 시간을 7일 이상으로 유지시키고, 그리고 조직 또는 장기에 대한 점착성을 향상시킬 수 있어 유착방지제 또는 필러로서 체내에서 충분히 제기능을 발현하는 것이 가능해졌다.

본 발명에서 사용되는 복합가교제는 히알루론산(HA), 아디프산디하이드라지드(ADH) 및 소듐알지네이트(SA) 중에서 선택된 2종 이상의 가교제 화합물을 결합반응하여 제조할 수 있다. 상기 결합반응은 통상의 결합제(coupling agent) 예를 들면 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드 염산염(EDC)를 사용하여 진행할 수 있다. 예를 들면, 히알루론산(HA)과 아디프산디하이드라지드(ADH)의 결합반응은 pH 4 내지 5의 산성 조건에서 통상의 결합제를 사용하여 진행할 수 있다. 그리고 소듐알지네이트(SA)와 아디프산디하이드라지드(ADH)의 결합반응은 pH 8 내지 9의 염기성 조건에서 통상의 결합제를 사용하여 진행할 수 있다. 상기한 결합반응을 통해 제조된 복합가교제는 HA-ADH-SA, HA-ADH-HA, SA-ADH-SA 등의 혼합물로 제조된다. 제조된 복합가교제의 혼합물의 조성을 FT-IR 및 ¹H-NMR로 확인하면, HA-ADH-SA 80∼90 중량%, HA-ADH-HA 0.1∼1.0 중량%, 및 SA-ADH-SA 19.9∼9 중량%의 비율로 포함되어 있다. 본 발명에서는 이러한 복합가교물의 혼합물을 각각 분리하여 사용할 수도 있겠으나, 별도의 분리공정을 거치지 않고 복합가교물 혼합물로서 하이드로겔 제조에 직접 사용하는 것도 무방하다.

상기 복합가교제는 기재로 사용된 개질된 PEO-PPO-PEO 공중합체 100 중량부를 기준으로 0.5∼3 중량부 범위, 바람직하기로는 1∼2 중량부 범위로 사용한다. 복합가교제의 사용량이 너무 적으면 고분자 네트워크 구조물이 형성되지 않을 수 있고, 그 사용량이 너무 많으면 고분자 네트워크 구조물 내의 기공 부피가 감소되어 온도 감응성 하이드로겔을 제조할 수 없게 된다.

본 발명에서는 개질된 제 1 공중합체 및 개질된 제 2 공중합체 와 복합가교제의 고분자 네트워크 구조물의 형성을 촉진시키기 위하여 원자가 2의 금속화합물을 사용한다. 원자가 2의 금속화합물은 칼슘, 마그네슘, 바륨, 아연, 스트론튬, 철(Ⅱ)과 같은 2가 금속이 포함된 화합물로부터 선택된 1종 이상을 사용한다. 구체적으로는 칼슘, 마그네슘, 바륨, 아연, 스트론튬, 또는 철(Ⅱ) 중에서 선택된 2가 금속이 포함된 할로겐화물, 황산염, 질산염, 또는 아세트산염이 사용될 수 있다. 상기한 원자가 2의 금속화합물은 기재로 사용된 개질된 PEO-PPO-PEO 공중합체 100 중량부를 기준으로 원자가 2의 금속화합물을 0.1∼1 중량부 범위로 사용한다. 이때, 원자가 2의 금속화합물의 사용량이 너무 적으면 고분자 네트워크 구조물이 형성되지 않을 수 있고, 그 사용량이 너무 많으면 고분자 네트워크 구조물 내의 기공 부피가 감소되어 온도감응 특성 및 부분적인 겔이 형성되어 그 기능이 오히려 저하될 수 있다. 또한 원자가 2의 금속화합물을 사용함에 있어, 그 농도를 0.001∼0.01 M 농도 범위로 조절하여 사용하도록 한다. 그 이유는 원자가 2의 금속화합물 농도가 너무 낮으면 공중합체의 전체의 부피가 증가하는 동시에 공중합체의 농도가 낮아져 온도감응 특성이 저하될 수 있고, 원자가 2의 금속화합물 농도가 너무 높으면 가교 반응 중에 화합물이 급격이 겔화되는 현상이 발생할 수 있기 때문이다. 본 발명이 제안하는 바대로 원자가 2의 금속화합물을 0.001∼0.01 M 농도로 조절하여 개질된 PEO-PPO-PEO 공중합체 100 중량부를 기준으로 원자가 2의 금속화합물을 0.1∼1 중량부 범위로 사용할 때, 가교반응 완료 후의 고분자 중량평균분자량이 90,000∼130,000 g/mol 범위를 가지는 부분적으로 반고체 상태의 겔(gel)이 형성된다.

본 발명에 따른 하이드로겔의 제조방법에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 개질된 PEO-PPO-PEO 공중합체를 멸균수에 넣고 교반한다. 멸균수의 사용량은 공중합체 용액의 농도가 20∼25 %(w/w) 범위를 유지하는 양으로 조절하는 것이 좋다. 이때, 멸균수의 사용량이 너무 적으면 즉, 공중합체 용액의 농도가 너무 높으면 공중합체를 용해시키기 위한 시간이 장기화될 뿐만 아니라 블랜딩 중에 부분적으로 급격한 반응으로 인해 겔화 현상이 발생할 수 있다. 또한 멸균수의 사용량이 너무 많으면 즉, 공중합체 용액의 농도가 너무 묽으면 저임계 용액 온도(LCST)가 증가하거나 존재하지 않을 수 있는 동시에 가교가 원활하게 이루어지지 않아 고분자 네트워크 구조물이 형성되지 않을 수 있다. 이때, 공중합체 용액의 교반온도는 4∼10℃가 적당하며, 교반온도가 너무 높으면 용해 과정 중에 작은 기포가 발생하는 동시에 점도가 높아져 다음 물질의 투입이 어려워 질 수 있으며, 또한 개질된 제 1 공중합체 및 개질된 제 2 공중합체의 카르복실 그룹 과 복합가교제의 아민기와의 결합이 원활히 이루어질수 없다. 그리고 교반온도가 너무 낮으면 결빙이 생겨 원활한 반응이 일어날 수 없다. 교반속도는 80∼150 rpm이 적당하며, 교반속도가 너무 느리면 교반이 되지 않고, 교반 속도가 너무 빠르면 기포가 발생하여 다음 공정이 어려워진다.

상기 공중합체 용액에 복합가교제와 원자가 2의 금속화합물을 첨가하여 가교반응을 수행한다. 상기 공중합체 용액을 교반하면서 가교화합물과 원자가 2의 금속화합물을 첨가하며, 교반온도가 너무 높으면 가교반응 중 발생하는 반응열에 의해 가교반응이 촉진되어 목적하는 네트워크 구조물을 형성되지 않을 수 있다. 따라서, 가교반응은 4∼10℃의 비교적 낮은 온도를 유지하고, 교반속도는 80∼150 rpm를 유지하는 것이 적당하다. 상기 첨가가 완료되면, 반응기의 내부온도를 서서히 증가시켜 미 반응된 아민기와 카르복실기의 반응을 최대 40℃까지 승온하여 가교화를 시킨다. 만약 40℃를 장시간 유지하면 복합가교제의 히알루로닉의 구조가 변형이 일어날 수 있으며, 이때, 승온속도는 0.1∼5℃/10초를 유지하는 것이 좋다. 최고온도를 유지시키면서 가교반응을 완결시킨 후에는 진공압력을 가해주면서 서서히 냉각시켜 반응 시 발생되는 기포를 공정 중에 자연스럽게 제거하는 것이 좋다. 이때, 진공압력은 0.07∼0.08 MPa의 범위를 유지하고, 냉각속도는 0.1∼5℃/10초를 유지하면서 최소온도 4℃까지 냉각한다. 냉각과정 중에도 반응기의 교반속도는 80∼150 rpm을 유지하는 것이 좋다.

또한, 본 발명에 따른 하이드로겔은 고형분의 농도가 20∼25 중량%(w/w)인 조건에서 측정한 임계용액온도(LCST)가 24∼30℃인 특성을 가진다. 또한, 가교화합물과 원자가 2의 금속화합물의 혼합용액을 투입하기 직전의 고분자 중량평균분자량(Mw)은 7,000±15,000 g/mol이며, 가교반응 완료 후의 고분자 중량평균분자량(Mw)은 90,000∼130,000 g/mol인 특징을 가지고 있다. 또한, 하이드로겔은 진피에서의 겔(gel) 형태로 1개월 이상 존재한다. 통상의 폴리에틸렌옥사이드를 함유하는 공중합체가 겔 형태로 생체 내에서 수일 밖에 존재하지 못하고 체내에 흡수되었으나, 본 발명의 하이드로겔은 특정 조성성분으로 이루어짐으로써 생체 내에서 보다 장시간 안정하게 존재할 수 있게 된 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 하기의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

[제조예]

제조예 1. 복합가교제 제조

멸균수 250 g에, 평균분자량이 2백만 달톤인 히알루론산 4 g, 1,4-결합 글루코피라노시드우론산 12 g과 1,4-결합 α-D-만노피라노시드우론산 60 g을 희석하여 pH 4 내지 5 범위로 조절하였다. 여기에 아디프산 디하이드라지드 4 g과 EDC 결합제 80 ug을 투입하고 10℃ 내지 15℃ 온도에서 24시간 정도 교반한 후 에탄올 및 이소프로필 알콜을 과량으로 첨가하여 반응을 종결시킨 다음, 상온에서 건조시켰다.

상기에서 제조한 히알루론산과 아디프산의 결합물을 멸균수에 10 중량배로 희석시킨 다음, 약염기성(pH 8∼9)하에서 소듐 알지네이트 20 g, EDC 결합제 80 ug를 첨가하고 10℃ 내지 15℃ 온도에서 24시간 정도 교반한 후 에탄올 및 이소프로필 알콜을 과량으로 첨가하여 반응을 종결시킨 다음, 필터로 섬유상의 복합가교제를 분리한 후 상온에서 건조시켰다. 그런 다음 멸균수에 2 중량배로 희석하고 3500 Da의 투석막을 이용하여 정제한 후 -70℃로 동결하여 -42℃에서 동결건조하였다.

제조된 복합가교제의 조성을 FT-IR 및 ¹H-NMR로 확인하였다. 그 결과 히알루론산(HA)-아디프산디하이드라지드(ADH)-소듐알지네이트(SA) 90 중량%, 히알루론산(HA)-아디프산디하이드라지드(ADH)-히알루론산(HA) 1 중량%, 및 소듐알지네이트(SA)-아디프산디하이드라지드(ADH)-소듐알지네이트(SA) 9 중량%의 혼합물을 얻을 수 있었다. 제조된 복합가교물 혼합물은 별도의 분리공정을 거치지 않고, 복합가교물 혼합물로서 하기 실시예의 하이드로겔 제조에 직접 사용하였다.

제조예 2. 개질된 PEO 70-1 공중합체의 제조

멸균수 100 g에, PEO 단위체의 함량이 평균 70 중량%이고, 중량평균분자량이 12,309 g/mol인 PEO-PPO-PEO 공중합체(이하, 'PEO 70-1'이라 약함) 60 g을 멸균수에 15중량부로 희석하였다. 상기 공중합체 용액에 칼슘 락테이트 수화물 ([CH₃CH(OH)COO]₂Ca·xH₂O, 분자량 220 g/mol) 3 g, 트리에틸아민 880 ㎕, 알코올탈수소효소 (상품명 Alcohol Dehydrogenase, from Saccharomyces cerevisiae) 880 ㎕, 니코틴아마이드 (NAD) 880 ㎕를 첨가하고 30℃ 부근의 상온에서 24시간 교반시켰다. 그리고 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 소재의 맴브레인 (0.5 ㎛, 90 mm)를 이용하여 락틱산이 치환된 PEO-PPO-PEO 공중합체를 여과 분리하였다.

멸균수 100 g에, 락틱산이 치환된 PEO-PPO-PEO 공중합체 15 g, 에틸렌 글리콜(중량평균분자량 70) 2.5g, 1N NaOH을 투입하여 PH 9∼10로 조절하고 60℃에서 2시간 교반시켜 개질화 시킨다. 그리고 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 소재의 맴브레인 (0.5 ㎛, 90 mm)를 이용하여 NaCl 5 %(w/v) 용액으로 여과한 후, -70℃에서 동결 및 동결 건조하여, 한쪽 말단이 락틱 에시드로 치환시키고, 다른 한쪽 말단이 에틸렌글리콜로 치환시켜 개질된 PEO 70-1 공중합체를 제조하였다.

개질된 PEO 70-1 공중합체에 대하여 핵자기 공명 분석기(NMR)을 통해 락틱 에시드의 치환율와 에틸렌 글리콜의 치환율을 측정하였다. 그 결과, NMR 적분값을 기준으로 락틱 에시드의 치환율은 4 몰%이고, 에틸렌 글리콜의 치환율은 3 몰% 이었다.

제조예 3. 개질된 PEO 80-1 공중합체의 제조

PEO 단위체의 함량이 평균 80 중량%이고, 중량평균분자량이 7,972 g/mol인 PEO-PPO-PEO 공중합체(이하, 'PEO 80-1'이라 약함)를 사용하여, 상기 제조예 2와 같은 방법으로 한쪽 말단이 락틱 에시드로 치환시키고, 다른 한쪽 말단이 에틸렌글리콜로 치환시켜 개질된 PEO 80-1 공중합체를 제조하였다.

개질된 PEO 80-1 공중합체에 대하여 핵자기 공명 분석기(NMR)을 통해 락틱 에시드의 치환율와 에틸렌 글리콜의 치환율을 측정하였다. 그 결과, NMR 적분값을 기준으로 락틱 에시드의 치환율은 4 몰%이고, 에틸렌 글리콜의 치환율은 3 몰% 이었다.

비교제조예 1. 비 개질된 PEO 70-2 공중합체의 제조

PEO 단위체의 함량이 평균 70 중량%이고, 중량평균분자량이 12,309 g/mol인 PEO-PPO-PEO 공중합체(이하, 'PEO 70-2'이라 약함)를 사용하였다.

비교제조예 2. 비 개질된 PEO 80-2 공중합체의 제조

PEO 단위체의 함량이 평균 80 중량%이고, 중량평균분자량이 7,972 g/mol인 PEO-PPO-PEO 공중합체(이하, 'PEO 80-2'이라 약함)를 사용하였다.

[실시예]

실시예 1. 하이드로 겔의 제조

하기 표 1에 나타낸 조성비로 반응시켜 하이드로겔을 제조하였다.

구체적으로는 반응기의 내부온도 10℃, 교반속도 100 rpm을 유지하면서 멸균된 정제수 250 g에 개질된 PEO-PPO-PEO 공중합체 90 g, 상기 제조예 5에서 제조된 복합가교제 5.1 g, 염화칼슘 수용액 0.34 g을 첨가하고 교반하였다.

반응기의 온도를 1 ℃/10초의 승온속도로 증가시켜 최대 40℃ 까지 올려서 1시간동안 교반하여 가교반응을 완결하였다. 가교반응이 완결되면, 0.08 MPa의 진공압력을 유지하면서, 반응기 온도를 1℃/10초의 냉각속도로 감온시켜 최소 4℃까지 냉각시켰다. 그 후 반응기 내부 온도를 10∼15℃, 교반 속도 100 rpm을 유지시키며 24 시간동안 교반시켜 반응을 종결시켰다.

상기와 같은 제조방법으로 제조된 하이드로겔은 4℃에서 24 시간동안 보관하여 안정화시킨 다음, 5∼12 kGy 감마선을 4∼8시간 동안 조사하여 멸균시켰다.

구분	공중합체(중량%)				첨가제, 중량부¹⁾
구분	PEO 70-1	PEO 70-2	PEO 80-1	PEO 80-2	복합 가교제²⁾	가교제 혼합물³⁾	염화 칼슘
실시예 1	100	-	0	-	1	-	0.1
실시예 2	90	-	10	-	1	-	0.1
실시예 3	80	-	20	-	1	-	0.1
실시예 4	70	-	30	-	1	-	0.1
비교예 1	-	100	-	0	1	-	0.1
비교예 2	-	90	-	10	1	-	0.1
비교예 3	-	80	-	20	1	-	0.1
비교예 4	-	70	-	30	1	-	0.1
비교예 5	-	100	-	0	-	1	0.1
비교예 6	-	90	-	10	-	1	0.1
비교예 7	-	80	-	20	-	1	0.1
비교예 8	-	70	-	30	-	1	0.1
1) 첨가제는 공중합체 100 중량부를 기준으로 한 첨가제의 사용량을 중량부로 표기함. 2) 복합가교제: 제조예 1에서 얻은 복합가교제 3) 가교제 혼합물: HA(히알루론산)/SA(소듐알지네이트)=1/1 중량비를 이루는 가교제 혼합물

[실험예]

실험예 1. 하이드로겔의 점착력 및 친수도 측정

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 하이드로겔 각각의 점착력 및 친수도를 측정하여 하기 표 2에 정리하여 나타내었다.

구분	점착력(kgf/cm, 36℃)¹⁾	친수도²⁾
실시예 1	0.017±0.005	34±1°
실시예 2	0.020±0.005	35±1°
실시예 3	0.018±0.005	32±1°
실시예 4	0.015±0.005	30±1°
비교예 1	0.007±0.002	16±1°
비교예 2	0.010±0.002	17±1°
비교예 3	0.008±0.002	15±1°
비교예 4	0.005±0.002	14±1°
비교예 5	0.005±0.0015	15±1°
비교예 6	0.006±0.0015	16±1°
비교예 7	0.004±0.0015	13±1°
비교예 8	0.003±0.0015	10±1°
1) 점착력: 0.1 kgf/cm 인장기기를 이용하여 ABS 재질을 1*1 cm로 시료를 부착한 후 실내온도 36℃에서 수직으로 당겨 점착력을 측정함. 2) 친수도: 제조된 하이드로겔을 상온에서 건조하여 두께가 0.1 mm의 필름을 제조하여 15℃ 증류수를 한방울 적가하여 30초 후 접촉각을 측정하였다.

상기 표 2의 결과에 의하면, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4의 하이드로겔은 생체온도인 36℃에서의 점도가 높게 유지되고 있으므로, 생체내의 원하는 조직에 안정적으로 점착될 수 있음을 알 수 있다. 이에 반하여, 비교예 1 내지 8의 하이드로겔은 36℃에서의 점도가 미약하여 생체내에서 원하는 조직으로부터 쉽게 떨어져 나갈 수 있다.

또한 상기 표 2의 결과에 의하면, 하이드로겔의 친수도와 점착력은 밀접한 관련이 있음을 알 수 있었다. 특히 비교예 4의 하이드로겔은 실시예 2에 비해 높은 친수도를 유지하였고, 36℃에서의 점도가 특히 낮게 유지됨을 알 수 있다.

실험예 2. 하이드로겔의 LCST

in vitro 상에서의 온도 감응성 하이드로겔의 LCST (Lower Critical Solution Temperature)를 측정하기 위해 하기의 방법으로 실험을 실시하였다. 11% CO₂ 인큐베이터에서 30분당 1℃씩 상승하여 졸-겔 여부를 측정하였다. 각 온도당 10개 이상의 샘플을 사용하여 통계범위 내에서 평균 데이터를 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 3에 나타내었다.

실험예 3. 동물실험

본 발명의 하이드로겔이 생체내에서 존재여부 및 조직에 유착되는지에 대해 확인하여 위하여, 하기와 같은 방법으로 동물실험을 실시하였다.

실험동물은 생후 2개월 된 수컷의 뉴질랜드산 화이트 토끼를 사용하였다. 실험동물을 에틸에테르에 마취 후 복부를 절개하고, 복벽의 표피부분에 1 세제곱 센티미터의 상처를 만들고 맹장에 표피가 살짝 벗겨질 정도의 상처를 수술기구를 이용하여 형성시켰다. 그런 다음, 상기 실시예 1∼4 또는 비교예 1∼8에서 제조한 하이드로겔을 상처부위에 두 배 가량의 영역에 도포하고 봉합하였다. 7일 후 수술 부위를 재 절개하여 하이드로겔의 존재여부 및 조직의 유착여부를 판단하였다.

하기 표 3에는 육안으로 확인된 하이드로겔의 존재여부 및 조직의 유착여부를 나타내었고, 하기 표 4에는 Hooker score 및 Knightly score로서 조직의 유착여부를 판단하여 나타내었다.

구 분	LCST(℃) in vitro	7일 후 하이드로겔 존재 여부	7일 후 조직 유착 여부
실시예 1	23±1	◎	유착하지 않음
실시예 2	27±1	◎	유착하지 않음
실시예 3	32±1	◎	유착하지 않음
실시예 4	36±1	◎	유착하지 않음
비교예 1	19±2	●	부분적 유착발생
비교예 2	23±2	●	부분적 유착발생
비교예 3	26±2	●	부분적 유착발생
비교예 4	31±2	●	부분적 유착발생
비교예 5	17±2	×	유착 발생함
비교예 6	20±2	×	유착 발생함
비교예 7	25±2	×	유착 발생함
비교예 8	28±2	×	유착 발생함
하이드로겔 존재 여부 판단: ◎: 하이드로겔이 조직 주변에 균일하게 겔로 존재함을 의미함. ●: 하이드로겔이 조직 주변에 불균일하게 부분적으로 겔로 존재함을 의미함. ××하이드로겔이 조직 주변에 존재하지 않음을 의미함.

상기 표 3의 LCST 실험결과에 의하면, 본 발명에 따른 실시예 1∼4에서 제조된 하이드로겔은 비교예 1∼4 및 비교예 5∼8에 비하여 체내 주입, 수술실 환경 에 의한 졸-겔 전이현상 및 유착발생의 편차가 적고 보다 안정적인 물리적 특성을 표를 통해 확인할 수 있다. 또한, 비교예 1∼4 및 비교예 5∼8의 하이드로겔은 상기 표 2에 나타낸 바와 같이 생체내 온도 영역에서의 점착력이 낮음은 물론이고, LCST 역시 높거나 불안정하여 시술하기가 불편함을 확인할 수 있다.

또한 동물실험에 의하면, 본 발명에 따른 실시예 1∼4에서 제조된 하이드로겔은 7일후 개복하였을 때 하이드로겔이 존재하고 조직의 유착이 전혀 발생되지 않았으나, 비교예 1∼4에서 제조된 하이드로겔은 7일후 개복하였을 때 하이드로겔이 존재하지 않았거나 하이드로겔이 존재하더라도 부분적으로 존재하고, 또한 비교예 5∼8에서는 하이드로겔이 존재하지 않으며 유착이 발생되었다. 따라서 실시예 1∼4에서 처럼 고른 분포를 보이지 않아서 효과적인 조직 유착방지제로서의 기능을 하지 못함을 알 수 있다.

구 분	Hooker score	Knightly score
실시예 1	1.24±0.74	1.27±0.75
실시예 2	0.70±0.86	1.01±1.06
실시예 3	1.21±0.71	1.23±0.84
실시예 4	1.51±0.84	1.81±0.81
비교예 1	2.74±0.87	3.21±1.00
비교예 2	2.42±0.78	2.98±0.91
비교예 3	2.55±0.91	3.10±1.01
비교예 4	2.91±0.81	3.76±0.90
비교예 5	2.97±0.85	3.42±1.21
비교예 6	2.58±0.79	3.01±0.87
비교예 7	2.89±0.89	3.25±1.04
비교예 8	2.98±0.97	3.89±0.95

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 하이드로겔은 생체 적합성, 온도감응성, 조직 유착 방지하는 기능을 가지고 있으므로 외과 수술에서 사용되는 유착 방지제 또는 피부성형을 위한 필러제로서 광범위하게 이용될 수 있다.

Claims

ⅰ) 한쪽 말단이 락틱 에시드로 치환시키고, 다른 한쪽 말단이 에틸렌글리콜로 치환시켜 개질된 폴리에틸렌-폴리프로필렌-폴리에틸렌 공중합체 100 중량부,
ⅱ) 히알루론산, 아디프산디하이드라지드 및 소듐알지네이트 중에서 선택된 2종 이상의 가교제가 결합된 복합가교제 1∼2 중량부, 및
ⅲ) 칼슘, 마그네슘, 바륨, 아연, 스트론튬 및 철(Ⅱ)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원자가 2의 금속화합물 0.1∼1 중량부
를 가교반응하여 제조된 것을 특징으로 하는 하이드로겔.
제 1 항에 있어서,
상기 공중합체는 락틱 에시드의 함량이 4 내지 7 몰%이고, 에틸렌글리콜의 함량이 3 내지 6 몰%인 것을 특징으로 하는 하이드로겔.
제 1 항에 있어서,
상기 공중합체는 폴리에틸렌(PEO) 단위체의 함량이 65∼85 중량%이고, 중량평균분자량이 7,000∼16,000 g/mol인 것을 특징으로 하는 하이드로겔.
제 3 항에 있어서,
상기 공중합체는 폴리에틸렌(PEO) 단위체의 함량이 74∼82 중량%이고, 중량평균분자량이 7,500∼12,000 g/mol인 폴리에틸렌-폴리프로필렌-폴리에틸렌 공중합체 70∼95 중량%와; 폴리에틸렌(PEO) 단위체의 함량이 69∼73 중량%이고, 중량평균분자량이 12,500∼16,000 g/mol인 폴리에틸렌-폴리프로필렌-폴리에틸렌 공중합체 5∼30 중량%로 이루어진 공중합체 혼합물인 것을 특징으로 하는 하이드로겔.
제 1 항에 있어서,
상기 복합가교제는 히알루론산-아디프산디하이드라지드-소듐알지네이트의 복합가교제, 히알루론산-아디프산디하이드라지드-히알루론산의 복합가교제, 및 소듐알지네이트-아디프산디하이드라지드-소듐알지네이트의 복합가교제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 하이드로겔.
제 1 항에 있어서,
상기 복합가교제는 히알루론산-아디프산디하이드라지드-소듐알지네이트의 복합가교제인 것을 특징으로 하는 하이드로겔.
제 1 항에 있어서,
상기 원자가 2의 금속화합물은 Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Be²⁺, Cr²⁺, Co²⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Sn²⁺, Ni²⁺, 및 Zn²⁺로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속이 포함된 금속화합물인 것을 특징으로 하는 하이드로겔.
제 1 항에 있어서,
상기 하이드로겔은 고형분의 농도 20∼35 중량%(w/w)에서의 저임계 용액 온도(LCST)가 24∼30℃인 것을 특징으로 하는 하이드로겔.
제 1 항에 있어서,
상기 하이드로겔은 분말상으로 제조된 것을 특징으로 하는 하이드로겔.
제 1 항 내지 제 9 항 중에서 선택된 어느 한 항의 하이드로겔인 것을 특징으로 하는 외과 수술용 조직 유착방지제.
제 1 항 내지 제 9 항 중에서 선택된 어느 한 항의 하이드로겔인 것을 특징으로 하는 피부 미용용 필러제.