인 시튜 조직재생용 지능형 다공성 생분해 고분자 지지체 및 이의 제조방법 document_id A220623061156

조직공학(tissue engineering)이란 과학의 발달과 함께 등장한 새로운 분야의 하나로서 생명과학과 공학, 의학 등의 기본개념과 과학기술을 통합 응용하는 다학제간 학문으로 생체조직의 구조와 기능 사이의 상관관계를 이해하고 더 나아가 손상된 조직이나 장기를 정상적인 조직으로 대체하거나 재생시키기 위해 체내에 이식이 가능한 인공조직을 만들어 우리 몸의 기능을 유지, 향상 또는 복원하는 것을 목적으로 하는 응용학문이다. 대표적인 조직공학 기법을 요약하면 다음과 같다. 우선, 환자의 몸에서 필요한 조직을 채취하고 그 조직편으로부터 세포를 분리한 후 분리된 세포를 배양을 통해 필요한 양만큼 증식시킨다. 증식된 세포를 다공성 생분해 고분자 지지체에 심어 일정기간 동안 체외 배양하여 얻어지는 하이브리드형 세포/고분자 구조물을 다시 인체 내에 이식한다. 이식된 세포들은 대부분의 조직이나 장기에서 신생 혈관이 형성될 때까지는 체액의 확산에 의해 산소와 영양분을 공급받다가 체내에 혈관이 자라서 들어와 혈액의 공급이 이루어지면 세포들이 증식, 분화하여 새로운 조직 및 장기를 형성하고 고분자 지지체는 그동안 분해되어 없어지게 되는 기법을 응용하는 것이다. 이러한 조직공학 연구를 위해서는 우선 생체 조직과 유사한 생분해성 고분자 지지체를 제조하는 일이 중요하다. 인체 조직의 재생을 위해 사용되는 지지체 재료의 주된 요건은 조직세포가 재료 표면에 유착하여 3차원적 구조를 가진 조직을 형성할 수 있도록 세포친화성의 역할을 충분히 해내야 하고 이식된 세포와 숙주 세포 사이에 위치하는 중간 장벽으로서의 역할도 할 수 있어야 한다는 것이다. 이는 이식 후 혈액 응고나 염증 반응이 일어나지 않는 무독성의 생체적합성을 가져야 함을 의미한다. 또한, 새로운 조직이 형성되면서 분해되어, 궁극적으로 신체에 외래 물질을 남기지 않는 생분해성 폴리머가 지지체 형성용 물질(scaffolding material)로서 매력적인 후보이다. 현재 널리 사용되고 있는 생분해성 고분자로는 폴리글리콜산(PGA), 폴리락트산(PLA), 폴리락트산-글리콜산 공중합체(PLGA), 폴리-ε-카프로락톤(PCL), 폴리아미노산, 폴리안하이드라이드, 폴리오르쏘에스테르 및 이들의 공중합체 등이 있다. 그러나 현재까지는 PGA, PLA, PLGA 등만이 미국 식품의약청(FDA)으로부터 인체에 사용 가능한 생분해성 고분자로 승인되어 인체 조직의 체내 재생을 위한 다공성 생분해 고분자 지지체 재료로서 사용되고 있다. 이러한 생분해성 고분자를 이용하여 다공성 지지체를 제조하기 위한 방법으로는 염 침출(salt leaching), 가스를 이용한 거품형성(gas foaming), 동결 유탁(emulsion freeze-drying), 3차원 프린팅, 상 분리(phase separation) 등과 같은 기법들이 개발되었다. 염 침출과 상 분리를 병행하는 방법은 먼저 생분해성 고분자를 녹일 수 있는 적당한 용매와 고분자는 녹이지 않고 상기 용매와만 섞일 수 있는 비용매를 사용하여 용매/비용매 혼합용매를 만든 다음 생분해성 고분자를 이 혼합용매에 용해시키고, 여기에 다공성 생성을 위한 비등성 혼합물을 첨가하여 고분자 혼합용액을 제조한다. 이러한 방법으로 제조되는 다공성 생분해 고분자 지지체는 표면적과 다공도가 높고 기공 크기의 조절이 용이할 뿐만 아니라 기공간 열린(open) 구조를 가지며, 특히 표면의 기공 막힘 현상을 해결할 수 있어 보다 쉽게 세포를 지지체 내부로 유도할 수 있는 장점이 있다. 그러나 체내에 이식하였을 경우 조직재생을 유도하는 생리활성물질의 부재로 줄기세포에서 특정 세포로의 분화에 어려움을 가지고 있다. 최근에 줄기세포의 세포분화능을 향상시키기 위하여 고분자 지지체 내에 성장인자나 리간드 펩타이드와 같은 생리활성물질을 포함시키는 다양한 연구들이 시도되었는데, 예를 들면 성장인자를 이용하여 세포를 활성화시키는 방법(T. Motoki 등, Cell and Tissue Research 285: 205, 1996), 거품형성/염 침출을 이용하여 성장인자를 방출하는 방법(J.J. Yoon 등, Biomaterials 24: 2323, 2003), 성장인자를 함유한 다공성 젤라틴 미립구를 이용하여 골 조직을 형성하는 방법(Z.S. Patel 등, Bone 43: 931, 2008) 등이 보고되었다. 그러나 상기 방법들은 비교적 복잡한 제조과정을 거쳐야 하고, 고분자 열분해 등을 통해 표면을 개질할 때 분자량이 낮은 고분자의 경우 다공성 생분해 고분자 지지체의 변형이 유발되기도 하며, 세포의 증식이나 분화를 유도할 수 있는 기능에 있어서 특정 조직으로의 분화능 및 조직재생 시 세포친화성이 저하되는 문제점을 가지고 있다. 본 발명자들은 이러한 문제점을 인식하고 고분자 지지체의 표면에 리간드 펩타이드 또는 성장인자를 결합시켜 세포친화성을 향상시킨 다공성 고분자 지지체를 개발한 바 있다(대한민국 특허등록 제10-654329호). 표면에 결합된 생리활성물질로 인해 다공성 고분자 지지체의 세포친화성이 향상되긴 하였지만, 상기 다공성 고분자 지지체는 단일 종류의 생리활성물질이 고분자 지지체의 표면에만 결합되어 있기 때문에 체외에서 일정기간 동안 추가적인 생리활성물질이 함유된 분화액에서 줄기세포와 함께 분화를 유도한 후 어느 정도 분화가 이루어진 상태에서 세포/고분자 구조물 형태로 체내에 이식해야만 한다. 즉, 상기 다공성 고분자 지지체는 줄기세포로부터 원하는 조직이나 장기의 분화에 따른 재생을 직접 생체 내에서 유도할 수 없다는 문제점을 가지고 있다. 이에 본 발명자들은 다공성 생분해 고분자 지지체를 이용하여 생체 내에서 근골격계 조직재생을 효과적으로 유도할 수 있는 방법에 대해 연구를 계속한 결과, 고분자 지지체의 표면에 세포분화능 및 세포친화성을 향상시킬 수 있는 생리활성물질을 결합시킬 뿐만 아니라 그의 내부에도 상기한 생리활성물질을 포함시켜 줄기세포와의 체외 배양을 하지 않고도 인 시튜(in situ)에서 줄기세포로부터 근골격계 조직재생을 효과적으로 유도할 수 있는 고기능성 지능형 다공성 생분해 고분자 지지체를 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.