KR20130056874A

KR20130056874A - 조직공학용 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20130056874A
Application number: KR1020127031552A
Authority: KR
Inventors: 제임스 젠크 리우
Original assignee: 바이오2 테크놀로지스, 아이엔씨.
Priority date: 2010-05-05
Filing date: 2011-05-03
Publication date: 2013-05-30

Abstract

생체 활성 조직 지지체가 생체 활성 조성물을 함유하는 견고한 3차원 다공성 매트릭스를 형성하는 유리섬유로 제조된다. 서로 연결된 공극 형태의 다공률은 다공성 매트릭스의 유리 섬유 사이의 공극에 의해 제공된다. 강도, 탄성 계수 및 공극 크기 분포와 같은 기계적 성질은 결합하여 중복되고 서로 얽혀 있는 섬유가 형성하는 3차원 매트릭스에 의해 제공된다. 생체 활성 조직 지지체는 생체 활성을 나타내지 않지만, 생체 활성 물질의 전구체인 원재료로 형성할 수 있다. 생체 활성 조직 지지체는 손상된 및/또는 질병에 걸린 뼈 조직의 수복에 이용되는 흡수성 조직 지지체로서 조직의 내 성장을 지지하여 골전도성을 제공한다.

Description

조직공학용 장치 및 방법{DEVICES AND METHODS FOR TISSUE ENGINEERING}

본 발명은 일반적으로 다공성 섬유 의료 임플란트 분야에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 생체 내 환경에 적용하는, 뼈 자극 성질이 있는 생체 활성 섬유질 임플란트에 관한 것이다.

보철 장치는 흔히 외과와 정형외과 수술에서 뼈 조직의 결손을 수복하는 데 필요하다. 보철의 필요성은 점점 더 늘어나고 있는데, 이는 노령화 인구에서 질병에 걸렸거나 저하된 뼈 조직을 대체하거나 수복하고자 그리고 심각한 외상이나 퇴행성 질환으로 말미암은 근골격 부상의 빠른 치유를 가져오는 신체의 자체 기전을 향상하고자 함이다.

뼈의 결손을 수복하고자 자가이식술과 동종이식술이 개발되었다. 자가이식술에서는 뼈 조직의 재생을 촉진하고자 골이식 편을 환자의 제공 부위, 예를 들어 장골릉에서 채취하여 수복 부위에 이식한다. 그러나 자가이식술은 특히 침습성이어서 채취 부위에 감염의 위험 및 불필요한 고통과 불편을 가져온다. 동종이식술에서는 동종의 제공자로부터 채취한 골이식 편을 이용하지만, 이러한 재료의 이용은 종교적인 반대뿐만 아니라 감염, 질병 전이 및 면역 반응의 위험을 불러일으킬 수 있다. 따라서 자가이식과 동종이식에 대한 대안으로 합성 재료 및 합성 재료의 이식방법이 모색되어 왔다.

내구성 있고 영구적인 수복을 제공하기 위해 뼈 조직 성장을 촉진하면서 천연 뼈 물질의 기계적 성질을 나타내는 재료를 제공하려는 시도로 뼈 조직 결손 수복을 위한 합성 보철 장치가 개발된 바 있다. 뼈의 구조와 생물역학적 성질에 대한 지식과 뼈 치유 과정에 대한 이해는 뼈 수복을 위한 이상적인 합성 보철 장치의 바람직한 성질과 특징에 관한 지침을 제공한다. 이러한 특징은 장치가 해로운 부작용 없이 체내에서 효율적으로 용해되도록 하는 생체 흡수성, 상처가 치유되면서 장치 내로 뼈 조직이 내 증식하도록 촉진하는 골 자극성 및/또는 골 전도성, 및 내구성 있는 수복을 촉진하고자 상처가 치유되면서 수복 부위는 지지하지만 뼈 조직에는 운동이 되도록 하는 하중 지지성 또는 체중 분담성을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.

현재까지 개발된 재료는 소기의 특징 중 최소한 일부를 달성하는 데 성공했지만, 거의 모든 재료가 이상적인 경조직 지지체의 생체역학적 요건 중에서 적어도 일부 측면을 양보하고 있다.

본 발명의 목적은 생체 흡수성, 골 자극성 및 하중 지지성을 나타내는 재료를 제공하여 뼈 결손 수복을 위한 효과적인 합성 뼈 보철물을 제공하는 데 있다.

본 발명은 견고한 3차원의 다공성 매트릭스를 형성하기 위해 섬유질의 적어도 일부분에 생체 활성 유리 결합을 함유한, 생체 활성 유리섬유로 이루어진 생체 흡수성(즉, 재흡수성) 조직 지지체를 제공한다. 상기 다공성 매트릭스는 뼈 조직에 이식하였을 때 골 전도성을 제공하고자 약 10㎛ 내지 약 500㎛ 범위의 공극 크기 분포와 40% 내지 85%의 다공률을 나타내는 서로 연결된 공극을 함유한다. 본 발명의 실시예는 이원적인 공극 크기 분포를 나타내는 공극을 포함한다.

또한, 가소적으로 형성할 수 있는 배치 물질(batch material)을 제공하기 위하여 유리섬유를 결합제, 공극 형성제 및 액체와 혼합하는 단계를 포함하는, 본 발명에 따른 합성 뼈 보철물 제조방법이 제공된다. 이 방법에서, 유리섬유 조성물과 결합제는 각각 생체 활성 조성물의 전구체이다. 상기 형성할 수 있는 배치를 유리섬유와 결합제, 공극 형성제 및 바인더(binder)가 균일하게 분산되도록 혼합하고 반죽하여, 원하는 형태로 형성한다. 그 다음, 형성된 형태를 건조하여 액체를 제거하고, 공극 형성제를 제거한다. 그 다음, 형성된 형태를 가열하여, 상기 유리섬유를 결합제와 반응시켜 생체 활성 조성물을 함유하는 다공성 섬유 지지체를 형성시킨다.

또한, 다공성 섬유 지지체에 전구물질을 도포하여, 이후에 생체 활성 조성물로 반응을 통해 형성시키는 단계를 포함하는, 본 발명에 따른 합성 뼈 보철물의 대안적인 제조방법이 제공된다.

본 발명의 방법은 일반적으로 섬유 전구체의 형태와 상대적인 위치를 유지하면서, 섬유 전구체를 포함하는, 생체 활성 조성물에 대한 전구체인 원재료를 이용하여 생체 활성 조성물을 반응 형성시키는 과정을 수반한다.

본 발명의 이러한 특성과 기타 특성은 다음과 같은 기술내용으로부터 명백할 것이며, 첨부된 특허청구범위에서 특별히 언급한 수단과 조합에 의해 실현될 수 있다.

첨부도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 전술한 목적과 기타 목적, 특성 및 장점은 본 발명의 여러 실시예에 대한 다음과 같은 상세한 설명으로부터 명백할 것이며, 이때 동일한 도면부호는 서로 다른 관점을 통틀어 동일한 부분을 나타낸다. 도면은 반드시 그 크기를 변경할 필요는 없으며, 오히려 도면은 본 발명의 원리를 분명히 하기 위한 것임을 강조하는 바이다.
도 1은 배경기술에 따른 소다 석회 유리의 3상 상태도이다.
도 2는 본 발명에 따른 생체 활성 조직 지지체의 실시예를 나타낸 약 100배율의 전자 현미경 사진이다.
도 3은 도 1의 생체 활성 조직 지지체 형성을 위한 본 발명 방법의 실시예를 나타낸 흐름도이다.
도 4는 도 3의 방법에 따른 경화 단계의 실시예를 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 방법에 따라 제조된 목적물의 실시예를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명 방법의 휘발성 성분 제거 단계 완료 시의 도 5의 목적물을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명 방법의 반응 형성 단계 완료 시의 도 6의 목적물을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 8은 도 1의 생체 활성 조직 지지체를 형성하기 위한 본 발명의 대안적인 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 9는 척추 임플란트로 제조한 본 발명에 따른 생체 활성 조직 지지체의 측면도이다.
도 10은 척추 사이 공간에 이식한 도 9의 척추 임플란트를 함유하는 척추의 측면 투시도이다.
도 11은 절골술용 쐐기(osteotomy wedge)로 제조한 본 발명에 따른 생체 활성 조직 지지체의 등각 투상도를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 12는 절골술에 의한 뼈의 개구부에 삽입되도록 조작할 수 있는 도 11의 절골술용 쐐기의 분해도를 개략적으로 나타낸 것이다.
상기 도면은 현재 개시한 실시예를 나타내지만, 다른 실시예 또한 논의에서 명시한 바와 같이 고려된다. 이러한 개시는 제한이 아닌 대표로 예시적인 실시예를 나타낸다. 당업자는 현재 개시된 실시예에 관한 원리 범위와 정신 내에 속하는 여러 가지 다른 변경과 실시예를 고안할 수 있다.

본 발명은 조직 결손 수복을 위한 합성 보철 조직 지지체를 제공한다. 다양한 형태로 본원에 사용한 용어 "합성 보철 조직 지지체"와 "뼈 조직 지지체", "조직 지지체", "합성 뼈 보철물"은 전체가 상호 교환적으로 이용될 수 있다. 일실시예에서, 상기 합성 보철 조직 지지체는 일단 살아있는 조직에 이식 시 생체 흡수성을 나타낸다. 일실시예에서, 상기 합성 보철 조직 지지체는 일단 살아있는 조직에 이식 시 골 전도성을 나타낸다. 일실시예에서, 상기 합성 보철 조직 지지체는 일단 살아있는 조직에 이식 시 골 자극성을 나타낸다. 일실시예에서, 상기 합성 보철 조직 지지체는 일단 살아있는 조직에 이식 시 하중 지지성을 나타낸다.

자연적인 뼈 조직의 성질을 모방하고 조직의 치유와 수복을 촉진하는 합성 보철 기기를 제공하려는 시도로 다양한 유형의 합성 임플란트가 조직 공학 분야 적용을 위해 개발되었다. 금속성과 생체 지속성이 있는 구조는 새로운 조직의 성장을 촉진하는 다공성 구조에 고도의 강도를 제공하기 위하여 개발되었다. 그러나 이러한 재료들은 생체 내로 흡수되지 않아, 후속적인 외과 수술에서 제거하거나 평생 환자의 체내에 놓아두어야만 한다. 생체 지속적인 금속성 및 생체 적합성 임플란트의 단점은 무거운 하중을 지지하는 능력이 임플란트를 둘러싼 재생 조직으로 전달되지 않는다는 점이다. 경조직이 형성될 때, 응력 부하는 더 강한 조직으로 이어지지만, 금속성 임플란트는 새롭게 형성된 뼈가 이러한 응력을 받는 것을 차단한다. 뼈 조직의 응력 차단은 따라서 신체가 실질적으로 흡수할 수 있는 약한 뼈 조직으로 이어지고, 이는 보철물 해리의 개시자이다.

살아있는 조직으로의 이식은 임플란트의 조성물과 같은 여러 가지 요인에 의존하는 생물학적 반응을 불러일으킨다. 생물학적으로 비활성인 물질은 흔히 섬유성 조직으로 피막을 형성하여 임플란트를 숙주로부터 격리시킨다. 금속과 대부분의 고분자는 알루미나 또는 지르코니아와 같은 거의 비활성인 세라믹과 마찬가지로 이러한 계면 반응을 나타낸다. 생물학적으로 활성이 있는 물질 또는 생체 활성 물질은 임플란트 재료를 살아있는 조직에 고정하는 계면 결합을 생성할 수 있는 생물학적 반응을 유도하며, 이는 자연적인 조직이 스스로 수복할 때 형성되는 계면과 아주 비슷하다. 이러한 계면 결합은 골상 내의 지지체 또는 임플란트를 안정시키는 계면을 유도하여, 결합된 계면을 가로질러 지지체로부터 뼈 조직으로 응력을 전달할 수 있게 한다. 하중이 수복 부위에 가해질 때, 재생된 뼈 조직을 포함하는 뼈 조직이 응력을 받게 되고, 따라서 응력 차단 때문에 뼈 조직 흡수를 제한한다. 생체 활성 물질은 다양한 생체 활성을 나타낼 수 있는데, 낮은 수준의 생체 활성은 살아있는 조직에 결합하는 속도가 느리지만, 높은 수준의 생체 활성은 살아있는 조직에 결합하는 속도가 상대적으로 빠르다. 생체 흡수성 물질은 생체 활성 물질과 동일한 반응을 유도할 수 있지만, 체액에 의한 완전한 화학적 분해도 나타낼 수 있다.

생물학적으로 활성이 있고 흡수성이 있는 물질을 이용하여 흡수할 수 있는 조직 지지체를 개발하는 데 있어서 과제는 뼈 조직의 성장을 촉진하기에 충분한 다공성을 나타내는 하중 지지 강도를 달성하는 일이다. 다공질 형태로 된 종래의 생체 활성 바이오 유리와 바이오 세라믹 물질은 합성 보철물 또는 임플란트처럼 본질적으로 하중 지지 강도를 제공할 만큼 강하다고 알려진 바 없다. 골 자극성을 나타낼 정도로 충분한 다공성이 있는 조직 지지체로 제조한 종래의 생체 활성 물질은 하중 지지 강도를 나타내지 않았다. 마찬가지로, 충분한 강도를 제공하는 형태의 종래의 생체 활성 물질은 골 자극성을 나타낸다고 간주할 수 있는 공극 구조를 나타내지 않는다.

섬유를 기초로 한 구조는 같은 조성물로 이루어진 분말을 기초로 하거나 입자를 기초로 한 물질보다 개별적인 섬유의 강도가 상당히 클 수 있음을 고려할 때, 섬유를 기초로 한 구조는 흔히 본질적으로 높은 강도 대 무게비를 제공하는 것으로 알려져 있다. 섬유는 파괴 전파(failure propagation)에 대한 응력 집중 형성에 이바지하는 비교적 적은 불연속부로 생산할 수 있다. 이와는 대조적으로, 분말을 기초로 하거나 입자를 기초로 한 물질은 각 인접 입자 사이에서 결합을 형성해야 하고, 각각의 결합 계면이 잠재적으로 응력 집중을 만들어낸다. 나아가, 섬유를 기초로 한 구조가 어느 하나의 개별 섬유의 손상이 인접 섬유를 통해 전파되지 않는 정도의 압력을 받을 때, 상기 섬유를 기초로 한 구조는 응력을 경감시켜 더 센 강도를 나타낸다. 따라서 섬유를 기초로 한 구조는 같은 조성물로 이루어진 분말을 기초로 한 물질과 비교할 때, 동등한 크기와 다공성에 비해 우수한 기계적 강도 특성을 나타낸다.

생체 활성 유리 물질의 예로는 다양한 범위의 조성물 내에 SiO₂, Na₂O, CaO 및 P₂O₅로 이루어진 물질을 포함한다. B₂O₃와 소량의 Al₂O₃ 및 기타 성분을 포함하는 다른 조성물이 생체 활성의 수준과 생체 내 흡수 속도를 결정하는 조성물 보충재(compositional makeup)와 함께 포함될 수 있다. 도 1은 SiO₂-CaO-Na₂O로 이루어진 조성물이 배경기술에 따른 생체 활성을 나타내는 것으로 밝혀진 영역들을 표시한, 소다 석회 유리(10)의 3상 상태도이다.도 1에서 생체 활성 영역(A 11)은 물질이 생체 활성을 의미하는 다양한 정도의 뼈 결합 및/또는 흡수성을 나타낸 조성물 범위이다. 생체 적합성 영역(B 12)은 물질이 살아있는 조직에서 임플란트로 적합하지만, 생체 활성은 관찰되지 않았던 조성물 범위이다. 생체 적합성 영역(B 12)의 조성물 범위 내의 물질은 높은 실리카 함량 덕분에 쉽게 섬유 형태로 형성된다. 이와 대조적으로, 생체 적합성 영역(C 13)은 생체 활성은 나타내지 않지만 살아있는 조직에 임플란트로 적합할 수 있는 조성물 범위이지만, 이러한 물질은 쉽게 섬유 형태로 제공되지 않는다. 생체 활성 영역(A 12)의 물질은 그 조성물 범위가 실리카 성분이 높은 쪽에 있을 경우 섬유로 형성될 수 있지만, 상기 물질은 실리카 함량이 낮은 조성물 범위에 대해서는 쉽게 섬유 형태로 형성될 수 없다.

SiO₂-NaO₂-CaO-P₂O₅-B₂O₃-Al₂O₃과 같은 다중 성분 시스템에서는, 조성물 보충재 대 생체 활성의 관계를 도 1과 같은 2차원 도해로 표현할 수 없다. 나아가, 생체 활성을 증진시키기 위하여 다양한 성분을 첨가할 경우, 물질을 쉽게 섬유 형태로 제공할 수 있는 능력을 억제할 수 있다. 정반대로, 물질을 섬유로 형성할 수 있는 능력을 증진시키기 위한 성분, 예를 들어 알루미나와 같은 성분을 첨가할 경우, 생체 활성 수준이 낮아질 수 있다. 따라서 생체 활성으로 이어지는 상기 물질의 요소와 성분은 종래의 섬유 형성 과정 및 방법에 있어서 어려움을 초래할 수 있다.

본 발명은 하중 지지 능력과 함께 생체 흡수성이 있고, 뼈의 내 성장 촉진을 위해 조절할 수 있고 최적화할 수 있는 공극 구조와 함께 골 자극성이 있으며, 쉽게 얻어진 섬유질 원료물질로부터 형성할 수 있는 조직 공학 분야 적용을 위한 섬유를 기초로 한 물질을 제공한다. 생체 활성 조성물의 전구체이지만,원료 섬유질 물질 형태에서 반드시 생체 활성을 나타내지는 않는 섬유 물질이 생체 활성을 나타내는 섬유를 기초로 한 물질을 만드는 데 이용된다.

도 2는 본 발명의 생체 활성 조직 지지체(100)의 실시예를 나타내는 약 100배율의 광학 현미경 사진이다. 생체 활성 조직 지지체(100)는 강도와 공극 형태학에서 뼈의 구조를 모방하는 구조를 형성하는 견고한 3차원 매트릭스(110)이다. 본원에 사용한 "견고한"이라는 용어는 자연 뼈가 견고한 구조로 여겨지는 것과 같은 방식으로, 응력 적용 시 골절이 될 때까지 상기 구조가 많이 부서지지 않음을 의미한다. 지지체(100)는 보통 서로 결합되어 있는 공극(120)으로 이루어진 망을 함유하는 다공성 물질이다. 일실시예에서,서로 결합된 공극(120) 망은 골 전도성을 제공한다. 본원에 사용한 "골 전도성"의 의미는 상기 물질이 뼈 조직의 내 성장을 촉진할 수 있음을 의미한다. 전형적인 인간의 해면뼈는 약 4 내지 약 12MPa의 압축 파쇄 강도와 약 0.1 내지 약 0.5GPa의 탄성계수를 나타낸다. 아래에서 나타내는 바와 같이, 본 발명의 생체 활성 조직 지지체(100)는 50%를 초과하는 다공률과 4MPa 초과, 22MPa을 초과하기까지의 압축 파쇄 강도를 나타내는 생체 활성 물질에 다공성의 골자극성 구조를 제공할 수 있다.

일실시예에서, 상기 3차원 매트릭스(110)는 생체 흡수성을 나타내는 조성물과 함께, 결합되어 견고한 구조로 융합된 섬유로부터 형성된다. 상기 3차원 매트릭스(110)를 형성하기 위한 원료물질로서 섬유를 이용할 경우, 종래의 생체 활성 또는 생체 흡수성 분말을 기초로 한 원료물질을 이용할 때보다 명백한 장점을 제공한다. 일실시예에서, 상기 섬유를 기초로 한 원료 물질은 주어진 다공률에서 분말을 기초로 한 구조보다 더 큰 강도를 나타내는 구조를 제공한다. 일실시예에서, 주요 원료물질로서 섬유를 이용할 경우, 체액에서 더욱 균일하고 제어된 용해도를 나타내는 생체 활성 물질이 된다.

일실시예에서, 상기 3차원 매트릭스(110)의 섬유를 기초로 한 물질은 분말을 기초로 하거나 입자를 기초로 한 시스템 내의 동일한 조성물에 비해 탁월한 생체 흡수성 특성을 나타낸다. 예를 들어, 상기 물질이 분말을 기초로 한 물질 형태와 같이 결정 입계를 나타내거나 상기 물질이 결정 상(crystalline phase)일 때, 용해도가 점점 더 가변성을 나타내고, 따라서 예측할 수 없다. 입자를 기초로 한 물질이 체액에 용해될 때에는 강도의 급격한 감소를 나타내며, 입자의 결정 입계에서 균열 진행에 따른 피로로 말미암아 파괴가 일어남이 밝혀진 바 있다. 섬유 형태의 생체 활성 유리 또는 세라믹 물질은 일반적으로 무정형이며, 본 발명 방법의 가열 처리 공정은 정연한 구조와 결정도의 양과 정도를 더 잘 제어할 수 있으므로, 본 발명의 조직 지지체(100)는 더욱 높은 강도와 함께, 더욱 제어된 용해도를 나타낼 수 있다.

본 발명의 생체 활성 조직 지지체(100)는 골 전도성을 향상시키는 공극 형태학과 결합된, 바람직한 기계적 및 화학적 특성을 제공한다. 공극(120) 망은 자연 뼈 구조를 모방한 구조 내에서 서로 얽혀 있는, 부직성의 섬유 물질 사이의 공간에서 비롯한, 자연스럽게 상호 연결된 다공성을 나타낸다. 나아가, 본원에 기술한 방법을 이용하여, 지지체(100)와 재생된 뼈 안의 혈액과 체액의 흐름을 향상시키고자 공극 크기를 조절하고 최적화할 수 있다. 예를 들어, 공극 형성제와, 지지체(100) 형성 과정에서 휘발되는 유기 바인더를 선택함으로써, 공극 크기와 공극 크기의 분포를 조절할 수 있다. 공극 형성제의 입자 크기와 입자 크기 분포가 단일 모드의 공극 크기, 이원적인 공극 크기 분포 및/또는 다원적인 공극 크기 분포를 포함하는, 공극 크기와 공극 크기 분포를 결정할 수 있다. 지지체(100)의 다공률은 약 40% 내지 약 85%의 범위일 수 있다. 일실시예에서, 일단 살아있는 조직에 이식 시, 이러한 범위는 하중 지지 강도를 나타내면서, 재생하는 조직의 골 유도 과정을 촉진한다.

본 발명에 따른 지지체(100)는 생체 활성 조성물을 생성하는 원료 물질로서 섬유를 이용하여 제조한다. 상기 섬유는 생체 활성 물질에 대한 전구체 재료로 이루어질 수 있다. 본원에 사용한 용어 "섬유(질)"는 형상비가 1 보다 크며, 연신(drawn), 방사(spun), 블로운(blown)과 같은 섬유 형성 과정, 또는 섬유상 물질 또는 고 형상비 물질의 형성에 일반적으로 이용하는 다른 비슷한 공정으로부터 형성된 연속 또는 불연속 형태의 필라멘트 또는 가늘고 긴 부재를 기술하기 위한 것이다.

마그네슘 산화물, 소듐 산화물, 포타슘 산화물, 칼슘 산화물, 인 산화물 및 붕소 산화물과 같은 개질제를 포함한, 그러나 이에 한정되지는 않는, 생체 활성을 가져오는 특정 조성물 개질제를 함유한, 실리카 또는 인산을 기초로 한 유리 물질과 같은 생체 활성 물질은, 상기 개질제가 생체 활성 물질의 실투 온도를 효과적으로 낮추기 때문에 좁은 작업 온도 범위를 나타낸다. 유리 물질의 작업 온도 범위는 일반적으로 물질이 쉽게 형성될 수 있도록 유연하게 되는 온도 범위로 알려져 있다. 유리섬유 형성 공정에서, 빌릿(billet) 또는 프릿(frit) 형태의 유리 물질은 전형적으로 상기 유리 물질을 녹여서 연속성 또는 불연속성 섬유로 연신 또는 블로운할 수 있는 작업 범위의 온도까지 가열된다. 유리 물질의 실투 온도가 작업 온도 범위와 극도로 가깝거나 상기 물질의 작업 온도 범위 내에 있기 때문에, 생체 활성 유리 물질의 작업 온도 범위는 본질적으로 좁다. 바꾸어 말하면, 섬유를 기초로 한 생체 활성 유리 조성물 형성을 위한 전형적인 공정에서, 섬유를 연신, 블로운, 또는 다른 방식으로 형성할 수 있는 온도는 생체 활성 유리 조성물의 실투 온도와 가깝다. 특정 생체 활성 유리 물질이 실투 온도 또는 실투 온도 근처에서 섬유 형태로 연신 또는 블로운될 때, 용융된 또는 유연하게 된 유리는 섬유의 연속적인 형성을 저해하는 결정화를 통한 상 변화를 겪는다.

도 3과 관련하여, 생체 활성 조직 지지체(100)를 형성하는 방법(200)의 실시예가 도시되어 있다. 아래에서 상술하는 바와 같이, 상기 방법(200)은 반응을 통해 생체 활성 조성물 내에 3차원 매트릭스(110)를 형성하는 생체 활성 조성물의 전구체인 전구체 섬유(210)를 포함하는 원료물질을 이용하여, 생체 활성 조직 지지체를 제조하는 방법을 제공한다. 일반적으로, 벌크(bulk) 전구체 섬유(210)는 결합제(220), 바인더(230) 및 액체(250)와 혼합되어 가소적으로 성형 가능한 물질을 형성하며, 이 물질은 이후에 경화되어 생체 활성 조직 지지체(100)를 형성한다. 경화 단계(280)는 혼합물의 휘발성 성분들을 선택적으로 제거하여, 공극(120)을 개방되고 서로 연결된 상태가 되게 만들고, 생체 활성 조성물의 견고한 3차원 매트릭스(110) 안으로 섬유(210)를 효과적으로 융합시키고 결합시킨다.

벌크 섬유(210)는 벌크 형태로, 또는 생체 활성 물질의 전구체인 조성물 내에 절단 섬유로서 제공할 수 있다. 생체 활성 물질의 전구체인 섬유(210)는 바람직한 생체 활성 조성물의 적어도 하나의 구성성분인 조성물을 함유하는 섬유를 포함한다. 예를 들어, 상기 섬유(210)는 실리카 섬유일 수 있고, 또는 인산 섬유, 또는 바람직한 생체 활성 조성물을 형성하는 데 이용되는 임의의 조성물의 조합일 수 있다. 상기 섬유(210)의 지름은 약 1 내지 약 200㎛의 범위이며, 일반적으로는 약 5 내지 약 100㎛ 사이일 수 있다. 이러한 유형의 섬유(210)는 상대적으로 좁고, 제어된 섬유 지름 분포를 나타내도록 생산할 수 있으며, 또는 상기 섬유 제조를 위해 이용하는 방법에 따라, 상대적으로 넓은 섬유 지름 분포를 나타내도록 생산할 수 있다. 주어진 지름의 벌크 섬유(210)를 이용할 수 있으며, 또는 다양한 범위의 지름을 나타내는 섬유 혼합물을 이용할 수 있다. 섬유(210)의 지름은 3차원 매트릭스(110)의 크기와 두께뿐만 아니라, 그 결과로 얻어지는 공극 크기, 공극 크기 분포, 강도 및 다공질 구조의 탄성계수에 영향을 미칠 것이며, 이는 지지체(100)의 골 전도성뿐만 아니라, 살아있는 조직에 이식될 때 지지체(100)가 체액에 의해 용해되는 속도와, 압축 강도와 탄성 계수를 포함한, 그 결과로 얻어지는 강도 특성에 영향을 미칠 것이다.

본원에 기술한 바와 같이, 본 발명에 따라 이용한 섬유(210)는 일반적으로 연속성 및/또는 절단된 유리섬유이다. 본원에서 상술한 바와 같이, 일부 생체 활성 유리 조성물은 상기 물질의 작업 온도 범위가 매우 좁기 때문에, 섬유로 형성하기가 어렵다. 다양한 조성물의 실리카 유리는 연속성 또는 불연속성 섬유로 쉽게 연신될 수 있지만, 실리카를 기초로 한 생체 활성 조성물을 제조하는 데 필수적인 산화칼슘 및/또는 인산 화합물이야말로 실리카를 기초로 한 유리의 작업 온도 범위 감소를 초래하는 화합물이다. 소기의 생체 활성 조성물의 전구체인 조성물을 함유하는 섬유(210) 이용 시, 쉽게 얻어지고 쉽게 형성되는 섬유 물질을 제공하여, 조직 지지체 형성 과정에서 소기의 생체 활성 조성물로 전환되는 다공질의 섬유를 기초로 한 구조를 형성한다.

본 발명에 따라 이용할 수 있는 섬유(210)의 예로는 실리카 유리 또는 석영 유리섬유를 포함한다. 산화칼슘을 중량 기준으로 30% 미만 함유하는 실리카를 기초로 한 물질은 전형적으로 섬유 형태로 연신 또는 블로운화할 수 있다. 실리카를 기초로 한 유리 물질은 일반적으로 알루미나 함량이 중량 기준으로 2% 미만이어야 하며, 상기 범위를 초과하는 임의의 알루미나 양은 그 결과로서 얻어지는 구조의 생체 활성 특성을 저하할 것이기 때문이다. 인산 유리는 생체 활성 조성물의 전구체이며, 섬유 형태로 쉽게 제공될 수 있다. 충분한 작업 온도 범위를 나타내는 이들 전구물질은 다양한 방법 중 어느 하나의 용융을 통해 섬유 형태로 제조할 수 있다. 예시적인 방법은 원심 방사와 기체 감쇠(gaseous attenuation)의 조합을 수반한다. 적합한 점도의 유리 스트림은 노에서 분당 수천 번의 회전수로 회전하는 스피너 플레이트 위로 연속적으로 흐른다. 원심력은 상기 유리를 수천 개의 구멍을 함유한 스피너 벽으로 내보낸다. 유리는 다시 원심력에 의해 상기 구멍을 통과하여, 불어오는 가열 공기에 의해 수집되기 전에 감쇠된다. 다른 예시적 방법에서, 용융 상태의 유리는 주어진 지름의, 하나 이상의 구멍이 뚫린 용기 내에서 가열된다. 용융된 유리는 흘러, 이들 구멍을 통해 연신되어, 개별 섬유를 형성한다. 섬유는 가닥으로 합쳐져 맨드릴에 수집된다.

섬유 형태의 생체 활성 조성물의 전구물질을 생산하는 대안적인 방법은 전구물질의 녹는점보다 낮은 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 졸-겔 섬유 연신법은 적당한 점도를 나타내는 전구체의 졸-겔 용액을 섬유 가닥으로 뽑거나 짜고, 이 섬유 가닥은 이후에 가열 처리되어 상기 물질과 결합하여 접착성을 나타내는 섬유가 된다. 아래에서 상세히 기술한 바와 같이, 반응 형성(330) 단계에서 소기의 생체 활성 조성물을 생성하기 위해, 졸-겔 섬유는 전구물질로부터, 또는 서로 및/또는 결합제(220)와 반응하는 하나 이상의 전구물질의 조합으로부터 형성될 수 있다. 또 다른 대안적인 방법들이 전구체 섬유(210)를 제공하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 규산-마그네슘 유리 또는 규산-칼슘 유리로 코팅된 실리카 석영 유리와 같은, 코팅된 섬유의 복합체 조성물로 함께 연신할 수 있는 실리카 석영 유리와 같이, 하나의 전구체 조성물로부터 섬유를 연신할 수 있다. 마그네슘 산화물, 소듐 산화물, 포타슘 산화물, 칼슘 산화물 및 인의 산화물 전구체를 포함하는 추가적인 결합제(220)와의 반응 형성(330) 단계에서 생체 활성 조성물을 생성하기 위해, 함께 연신한 섬유는 실리카와 마그네시아 또는 실리카와 산화칼슘을 13-93 유리와 같은 생체 활성 조성물의 전구체로 제공한다.

바인더(230)와 액체(250)는 섬유(210)와 혼합될 때, 섬유(210)가 배치 전반에 균일하게 분포될 수 있게 하는, 가소적으로 형성 가능한 배치 혼합물을 형성하며, 상기 배치 물질이 후속 형성 단계(270)에서 소기의 형상으로 형성될 수 있게 하는 생강도(green strength)를 제공한다. 메틸셀룰로스, 하이드록시프로필 메틸셀룰로스(HPMC), 에틸셀룰로스 및 이의 조합과 같은 유기 바인더 물질을 바인더(230)로 이용할 수 있다. 바인더(230)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐, 폴리스티렌, 아세트산 폴리비닐, 폴리에스터, 아이소탁틱 폴리프로필렌, 어택틱 폴리프로필렌, 폴리술폰, 폴리아세탈 고분자, 폴리메틸 메타크릴산, 퓨마론-인단 공중합체, 에틸렌 비닐 아세트산 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 아크릴 고무, 폴리비닐 부티랄, 아이노머 수지, 에폭시 수지, 나일론, 페놀 포름알데히드, 페놀 푸르푸랄, 파라핀 왁스, 왁스 에멀젼, 미세결정 왁스, 셀룰로스, 덱스트린, 염소화 탄화수소, 정제 알긴산, 전분, 젤라틴, 리그닌, 고무, 아크릴, 역청, 카제인, 검류, 알부민, 단백질, 글리콜, 하이드록시에틸 셀룰로스, 소듐 카르복시메틸 셀룰로스, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리에틸렌 산화물, 폴리아크릴아미드, 폴리에테르아민, 한천, 아가로스, 당밀, 덱스트린, 전분, 리그노술폰산, 리그닌 리큐어(liquor), 소듐 알긴산, 아라빅검, 잔탄검, 트라가칸스검, 카라야검, 로커스트빈검, 아이리시 모스(irish moss),스크렐로글루칸, 아크릴 및 양이온성 갈락토만난, 또는 이들의 조합과 같은 물질을 포함할 수 있다. 위에서 몇 가지 바인더(230)를 나열하였지만, 다른 바인더를 이용할 수 있음을 인정할 것이다. 바인더(230)는 원하는 목적물을 형성하기 위하여, 그리고 생체 활성 물질에 대해 비활성 상태를 유지하면서 상기 목적물이 형성되는 동안 상기 혼합물 내에서 섬유(210)의 상대적인 위치를 유지하기 위해 플라스틱 배치 물질의 소기의 레올로지와 응집 강도를 제공한다. 바인더(230)의 물리적 성질은 지지체(100) 공극(120)의 공극 크기와 공극 크기 분포에 영향을 미칠 것이다. 바람직하게는, 바인더(230)는 섬유(210)를 포함한 생체 활성 성분들의 화학적 조성에 영향을 미치지 않고 열붕해(thermal disintegration) 또는 선택적 용해를 할 수 있다.

이후의 형성 단계(270)에서 플라스틱 배치 물질을 원하는 목적물로 형성하기에 적합한, 플라스틱 배치 물질의 소기의 레올로지를 얻기 위하여, 상기 액체(250)를 필요에 따라 첨가한다. 전형적으로 물을 이용하지만, 다양한 유형의 용매를 활용할 수 있다. 형성 단계(270) 전에 혼합물의 가소성과 응집 강도를 측정하기 위하여, 혼합 단계(260)에서 레올로지 측정을 할 수 있다.

생체 활성 지지체(100)의 공극(120)을 향상시키기 위하여, 공극 형성제(240)를 혼합물에 포함할 수 있다. 공극 형성제는 혼합 단계(260)와 형성 단계(270)의 플라스틱 배치 물질에서 부피를 차지하는 비 반응성 물질이다.공극 형성제 사용 시, 공극 형성제(240)의 입자 크기와 크기 분포는 그 결과로 얻어지는 지지체(100) 공극(120)의 공극 크기와 공극 크기 분포에 영향을 미칠 것이다. 입자 크기는 일반적으로 약 25㎛이하 내지 약 450㎛ 이상의 범위일 수 있고, 또는 대안적으로, 공극 형성제의 입자 크기는 섬유(210) 지름의 약 0.1 내지 약 100배의 범위에 이르는 섬유(210) 지름과의 함수 관계에 있을 수 있다. 공극 형성제(240)는 주변 섬유(210)의 상대적인 위치를 많이 방해하지 않으면서, 경화 단계(28) 중에 쉽게 제거할 수 있어야 한다. 본 발명의 일실시예에서, 공극 형성제(240)는 경화 단계(280)에서 높은 온도에서 열분해(pyrolysis) 또는 열열화(thermal degradation), 또는 휘발을 통해 제거할 수 있다. 예를 들어, 미세왁스 에멀젼, 페놀성 수지 입자, 밀가루, 전분, 또는 탄소 입자가 공극 형성제(240)로서 혼합물 내에 포함될 수 있다. 다른 공극 형성제(240)는 카본 블랙, 활성탄, 편상 흑연, 합성 흑연, 목재 가루, 변형 전분, 셀룰로스, 코코넛 껍질(coconut shell husks), 라텍스 구체(latex spheres), 새 모이, 톱밥, 열분해할 수 있는 고분자, 폴리(알킬 메타크릴산), 폴리메틸 메타크릴산, 폴리에틸 메타크릴산, 폴리 n-부틸 메타크릴산, 폴리에테르, 폴리 테트라하이드로퓨란, 폴리(1, 3-디옥살론), 폴리(알칼렌산화물), 폴리에틸렌 산화물, 폴리프로필렌 산화물, 메타크릴산 공중합체, 폴리이소부틸렌, 폴리트리메틸렌 탄산염, 폴리에틸렌 옥살산, 폴리 베타-프로피오락톤, 폴리 델타-발레로락톤, 폴리에틸렌 탄산염, 폴리프로필렌 탄산염, 비닐 톨루엔/알파-메틸스티렌 공중합체, 스티렌/알파-메틸 스티렌 공중합체 및 올레핀-이산화황 공중합체를 포함할 수 있다. 공극 형성제(240)는 일반적으로 유기 또는 무기로 규정할 수 있으며, 유기 공극 형성제는 일반적으로 무기 공극 형성제보다 더 낮은 온도에서 연소한다. 위에서 몇 가지 공극 형성제(240)를 나열하였지만, 다른 공극 형성제(240)를 이용할 수 있음을 인정할 것이다. 공극 형성제(240)는 가공 중에 지지체(100)로부터 제거되므로, 완전히 생체 적합성을 나타낼 수 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다.

3차원 매트릭스(110)의 생체 활성 조성물 형성과 그 결과로 얻어지는 생체 활성 지지체(100)의 강도와 성능 촉진을 위해, 소기의 생체 활성 물질에 대한 추가적인 전구체를 섬유(210)의 조성물과 결합시키기 위한 결합제(220)로 제공할 수 있다. 결합제(220)는 벌크 섬유(210)와 동일한 조성으로 된, 분말을 기초로 하는 물질을 포함할 수 있고, 또는 다른 조성의 분말을 기초로 하는 물질을 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, 결합제(220)는 사이징(sizing) 또는 코팅제로 섬유(210)상에 코팅할 수 있다. 이 실시예에서, 생체 활성 조성물에 대한 추가적인 전구체가 예를 들어, 사이징 또는 코팅제로 상기 섬유에 첨가된다. 대안적인 실시예에서, 결합제(220)는 혼합 단계(260)에서 또는 그 이전에 상기 섬유에 첨가되는 사이징 또는 코팅제이다. 결합제(220)는 섬유 위에 적층되는, 용매 또는 액체 내에 용해된 고체 및/또는 상기 액체 또는 용매가 제거될 때의 다른 결합제(220)의 전구체일 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명하는 바와 같이, 결합제(220)가 섬유(210)와 반응하여 소기의 생체 활성 조성물을 형성할 때, 결합제(220)를 기초로 하는 첨가제는 인접하고 교차하는 섬유(210) 사이의 결합 형성을 통해, 3차원 매트릭스(110)를 형성하는, 서로 얽혀 있는 섬유(210)의 결합 강도를 향상시킨다. 섬유(210)와 결합제(220)의 상대적인 양은 일반적으로 그 결과로 얻어지는 3차원 매트릭스(110)의 조성물을 결정한다.

벌크 섬유(210), 바인더(230) 및 액체(250)를 포함한 각 물질의 상대적인 양은 생체 활성 조직 지지체(100)에서 원하는 전체 다공률에 의존한다. 예를 들어, 약 60%의 다공률을 나타내는 지지체(100)를 제공하기 위해서는, 섬유(210)와 같은 비휘발성 성분(275)이 부피 기준으로 혼합물의 약 40%에 이를 것이다. 바인더(230)와 액체(250) 같은 휘발성 성분(285)의 상대적인 양은 부피 기준으로 혼합물의 약 60%에 이를 것이며, 여기서 바인더 대 액체의 상대적인 양은 혼합물의 원하는 레올로지에 의해 결정된다. 나아가, 공극 형성제(240)를 이용하여 향상된 다공률을 나타내는 지지체(100)를 생산하기 위해서는, 휘발성 성분(285)의 양을 휘발성 공극 형성제(240)를 포함하도록 조정한다. 이와 마찬가지로, 결합제(220)에 의해 향상된 강도를 나타내는 지지체(100)를 생산하기 위해서는, 비휘발성 성분(275)의 양을 비휘발성 결합제(220)를 포함하도록 조정할 것이다. 경화 단계(280)에서 상기 성분들의 반응으로 말미암아 물질의 밀도가 달라질 수 있으므로, 비휘발성 성분(275)과 휘발성 성분(285)의 상대적인 양과 그 결과 얻어지는 지지체(100)의 다공률은 달라지리라는 점은 인정할 수 있다. 특정 예를 이하에서 제공한다.

혼합 단계(260)에서, 섬유(210), 바인더(230), 액체(250), 공극 형성제(240) 및/또는 만일 포함된다면, 결합제(220)는 가소적으로 변형할 수 있으며 균일한 혼합물의 균질한 덩어리로 혼합된다.혼합 단계(260)는 섬유(210)를 비섬유 물질로 분해 및 분산 또는 탈 응집시키는 데 필요한 전단력을 부과하면서 상기 물질을 균질한 덩어리에 고르게 분산시키는 데 필수적일 수 있는 건식 혼합, 습식 혼합, 전단 혼합, 그리고 반죽을 포함할 수 있다. 이후의 형성 단계(270)에서 목적물을 형성하기에 바람직한 레올로지 성질과 함께, 혼합물 내에서 균일하고 일관된 상기 물질의 분산을 달성하기 위한 혼합, 전단 및 반죽의 양과 그러한 혼합 공정의 지속기간은 혼합 단계(260)에 이용한 혼합 장비 유형의 선택과 함께, 섬유(210)와 비섬유 물질의 선택에 달려 있다. 혼합은 배치 혼합기, 전단 혼합기 및/또는 반죽기와 같은 산업적인 혼합 장비를 이용하여 수행할 수 있다. 상기 섬유를 배치 내의 나머지 섬유와 서로 겹치고 얽히는 관계로 배열시킨 균질한 덩어리로 이루어진 형성 가능한 배치를 제공하기 위하여, 혼합 단계(260)의 반죽 요소는 섬유(210)를 결합제(220) 및 바인더(230)와 함께 분산시킨다.

형성 단계(270)는 혼합 단계(260)의 상기 혼합물을 생체 활성 조직 지지체(100)로 될 목적물로 형성한다. 지지체(100)를 제공하고자 경화 단계(280)에서 경화시킬 수 있는, 대충 성형한 목적물을 제공하기 위해, 형성 단계(270)는 거의 임의의 원하는 형태로의 압출, 전조, 압력 주조 또는 성형(shaping)을 포함할 수 있다. 경화 단계(280)에서 예상되는 목적물의 수축 때문에 지지체(100)의 최종 규모는 형성 단계(270)에서 형성된 목적물과 다를 수 있으며, 추가적인 기계 가공 및 최종 성형이 지정된 규모 요건을 충족하는 데 필수적일 수 있음을 인정할 수 있다. 기계적 시험과 생체 외 및 생체 내 시험을 위한 시료를 제공하기 위한 예시적인 실시예에서, 형성 단계(270)는 혼합물이 원형 다이를 통과하도록 힘을 가하는 피스톤 압출기를 이용하여 상기 혼합물을 원통형 막대로 압출 성형한다.

그런 다음, 도 4에 관하여 추가로 기술하는 바와 같이, 경화 단계(280)에서 상기 목적물을 생체 활성 조직 지지체(100)로 경화시킨다. 도 4에 나타낸 실시예에서, 경화 단계(280)는 건조 단계(310), 휘발성 성분 제거 단계(320) 및 반응 형성 단계(330)의 연속적인 3단계로 수행될 수 있다. 첫 번째 단계인 건조 단계(310)에서, 액체를 단계적으로 제거하기 위한 강제대류를 동반하거나 그렇지 않은 채로, 약간 높은 온도의 열을 이용하여 액체를 제거하여 형성된 목적물을 건조한다. 가열된 공기의 대류 난방, 진공 동결건조, 용매 추출법, 극초단파 또는 전자기/무선 주파수(RF) 건조법을 포함한, 그러나 이에 한정되지 않는, 상기 목적물을 가열하는 다양한 방법들이 이용될 수 있다. 수축으로 말미암은 건조 균열을 막기 위하여, 형성된 목적물 내의 액체는 바람직하게는 너무 급격히 제거하지 않는다. 목적물의 크기와 형상 때문에 실질적인 건조 시간은 다를 수 있으며, 더 크고, 중량감이 있는 목적물일수록 건조시키는 데 더 오래 걸릴 수 있지만, 일반적으로는 수성 기반 시스템을 위하여 약 1시간 동안 약 90℃ 내지 약 150℃의 온도에 노출시킬 때,상기 형성된 목적물을 건조시킬 수 있다. 극초단파 또는 RF 에너지 건조법의 경우에는, 액체 그 자체 및/또는 상기 목적물의 다른 성분들이 방사된 에너지를 흡수하여 물질 전반에 걸쳐 더욱 고르게 열을 발생시킨다. 건조 단계(310) 과정에서, 휘발성 성분으로 이용되는 물질의 선택에 따라, 후속적인 취급을 위하여 목적물에 견고함과 강도를 부여하기 위한 더 큰 생강도를 제공하고자, 바인더(230)를 응고시키거나 교질화할 수 있다.

건조 단계(310)에 의해 일단 상기 목적물이 건조되거나 혹은 액체 성분(250)이 상당히 없어지게 되면, 다음의 경화 단계(280)는 휘발성 성분 제거 단계(320)로 진행한다.이 단계는 목적물로부터 휘발성 성분(예를 들어, 바인더(230)와 공극 형성제(240))을 제거하여 조직 지지체(100)의 3차원 매트릭스(110)를 형성하는 비휘발성 성분만을 남긴다. 휘발성 성분은 예를 들어, 열분해를 통해 또는 열열화 또는 용매 추출법으로 제거할 수 있다. 휘발성 성분 제거 단계(320)가 연속적으로 성분들을 제거할 수 있도록 휘발성 성분(285)을 선택할 때, 상기 휘발성 성분 제거 단계(320)는 바인더 소진 단계(340) 다음에 공극 형성제 제거 단계(350)와 같은 연속적인 성분 제거 단계로 더 세분할 수 있다. 예를 들어, 바인더(230)로서 이용한 HPMC는 약 300℃에서 열분해할 것이다. 흑연 공극 형성제(220)는 산소가 존재할 때 약 600℃까지 가열하면, 이산화탄소로 산화할 것이다. 마찬가지로, 공극 형성제(220)로서 밀가루 또는 전분을 이용할 경우, 이들은 약 300℃ 내지 약 600℃의 온도에서 열분해할 것이다. 따라서 HPMC로 이루어진 결합제(230)와 흑연 입자로 이루어진 공극 형성제(220)로 구성되어 형성된 목적물은, 바인더(230)를 제거한 다음, 공극 형성제(220)를 제거하기 위한 2단계의 소성 일정에 상기 목적물을 투입함으로써 휘발성 성분 제거 단계(320)에서 처리할 수 있다. 이러한 예에서, 바인더 소진 단계(340)는 일정 기간 적어도 약 300℃, 그러나 약 600℃보다 낮은 온도에서 수행할 수 있다. 그런 다음, 공극 형성제 제거 단계(350)는 가열 용기에 산소를 포함시키고, 적어도 약 600℃까지 온도를 상승시켜 수행할 수 있다. 이렇게 열적으로 연속된 휘발성 성분 제거 단계(320)는 형성된 목적물 내에서 비휘발성 성분(275)의 상대적인 위치를 유지하는 한편, 휘발성 성분(285)의 제어된 제거를 돕는다.

도 5는 휘발성 성분 제거 단계(320) 이전에 형성된 목적물의 다양한 성분들을 개략적으로 도시한 것이다. 섬유(210)는 결합제(220), 바인더(230) 및 공극 형성제(240)의 혼합물 내에 서로 얽혀있다. 도 6은 휘발성 성분 제거 단계(320) 완성 시의 형성된 목적물을 개략적으로 도시한 것이다. 휘발성 성분(285)이 제거되는 동안, 섬유(210)와 결합제(220)는 섬유(210)와 휘발성 성분(285)의 혼합물로부터 결정된 바와 같은 상대적인 위치를 유지한다. 휘발성 성분(285) 제거 완료 시, 목적물의 기계적 강도는 다소 취약할 수 있으며, 따라서 이러한 상태의 목적물 취급은 조심해서 이루어져야 한다. 일실시예에서, 경화 단계(280)의 각 단계는 동일한 오븐 또는 가마에서 이루어진다. 일실시예에서, 취급 손상을 최소화하기 위하여, 취급 쟁반이 제공되며, 목적물을 이 취급 쟁반 위에서 처리할 수 있다.

도 7은 경화 단계(280)의 마지막 단계인 반응 형성 단계(330) 완료 시 형성된 목적물을 개략적으로 도시한 것이다. 바인더(230)와 공극 형성제(240)가 제거된 곳의 결합되고 서로 얽힌 섬유들 사이에 공극(120)이 만들어지고, 섬유(210)와 결합제(220)가 3차원 매트릭스(110)로 융합되고 결합된다. 공극 형성제(240)의 크기 및/또는 공극 형성제(240)의 입자 크기 분포 및/또는 바인더(230)의 상대적인 양을 포함한 휘발성 성분(285)의 특징들이 함께 작용하여, 그 결과로 얻어지는 조직 지지체(100)의 공극 크기, 공극 크기 분포 및 공극의 상호 연결성을 미리 결정한다. 3차원 매트릭스(110)의 중복 교점(610)과 인접 교점(620)을 형성하는 결합제(220)와 유리의 결합은 그 결과로 얻어지는 생체 활성 조성물을 함유하는 3차원 매트릭스(110)의 구조적 완결성을 제공한다.

다시 도 4와 관련하여, 반응 형성 단계(330)는 휘발성 성분(275)의 제거로 생겨난 공극(120)을 유지하고, 섬유(210)의 상대적인 위치 선정을 유지하는 한편, 벌크 섬유(210)를 포함한 비휘발성 성분(275)을 조직 지지체(100)같이 생체 활성 조성물을 함유하는 견고한 3차원 매트릭스(110)로 변환시킨다. 반응 형성 단계(330)는 벌크 섬유(210)가 결합제(220)와 반응하여 생체 활성 조성물을 형성하고, 인접하고 중복되는 섬유(210)와 결합하는 온도까지, 그리고 섬유(210)를 녹이거나 그렇지 않으면 비휘발성 성분(275)의 상대적인 위치 선정을 파괴하지 않으면서 상기 반응이 일어나서 결합을 형성하기에 충분한 지속기간 동안 비휘발성 성분(275)을 가열한다. 상기 반응과 결합 형성 온도 및 지속기간은 벌크 섬유(210)를 포함한 비휘발성 성분(275)의 화학적 조성에 의존한다. 특정 조성물로 이루어진 생체 활성 유리섬유 또는 분말은 유리 전이온도에서 연화와 파열 없는 플라스틱 변형 능력을 나타낸다. 유리 물질은 일반적으로 무정형의 유리 구조가 결정화하는 실투온도를 나타낸다. 본 발명의 일실시예에서, 반응 형성 단계(330)의 반응 및 결합 형성 온도는 유리 전이온도와 생체 활성 물질에 대한 전구체의 실투 온도 사이의 작업 온도 범위 내이다. 예를 들어, 13-93 생체 활성 유리 조성물에 대한 전구체가 13-93 생체 활성 조성물을 형성하는 데 이용될 경우, 반응 온도는 약 606℃의 유리 전이온도보다 높으면서 약 1,140℃의 실투 온도 미만일 수 있다.

반응 형성 단계(330)에서, 형성된 목적물은 섬유 구조의 중복 교점(610)과 인접 교점(620)에서 유리 결합의 형성을 가져오는 반응 및 결합 형성 온도까지 가열된다. 섬유(210) 주변을 흐르는 결합제(220)가 섬유(210)와 반응하여 유리 코팅제 및/또는 유리 결합을 포함하는 생체 활성 조성물을 형성하는 반응을 통해, 상기 결합은 섬유 구조의 중복 교점(610)과 인접 교점(620)에서 형성된다. 반응 형성 단계(330)에서, 섬유(210)로 이루어진 물질은 결합제(220)와의 화학적 반응에 참여한다. 또한, 벌크 섬유(210)는 생체 활성 조성물 내에서 3차원 매트릭스(110)를 만들기 위해 반응 형성 결합에 참여하는 섬유(210)의 일부 또는 전부와의 섬유 조성물의 혼합물일 수 있다.

반응 형성 단계(330)의 지속기간은 반응 형성 단계(330)의 온도 프로파일에 의존하며, 이때 섬유(210)의 반응 및 결합 형성 온도에서의 시간은 상대적으로 짧은 지속시간에 한정되므로, 그 결과, 벌크 섬유(210)를 포함하는 비휘발성 성분(275)의 상대적인 위치가 크게 변하지 않는다. 형성된 목적물 내의 공극 크기, 공극 크기 분포 및 공극 사이의 상호 연결성은 휘발성 성분(285)에 의한 벌크 섬유(210)의 상대적인 위치에 의해 결정된다. 결합 형성 온도에 도달할 때까지 휘발성 성분(285)은 형성된 목적물로부터 쉽게 소진되지만, 섬유(210)와 비휘발성 성분(275)의 상대적인 위치 선정은 크게 변경되지 않는다. 형성된 목적물은 반응 형성 단계(330)에서 아마도 가벼운 또는 작은 고밀화를 겪을 것이지만, 공극 크기 및 공극 크기 분포의 제어는 유지될 수 있으며, 따라서 약간 큰 입자의 공극 형성제(240)를 선택하거나 예상되는 고밀화의 원인이 되는 휘발성 성분(285)의 상대적인 양을 조정하여, 공극 크기 및 공극 크기 분포의 제어를 미리 결정할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 결합제(220)는 미세한 분말 또는 나노 입자(예를 들어, 1 내지 100나노미터) 형태의, 생체 활성 물질에 대한 전구체이다. 이 실시예에서, 작은 입자 크기는 반응 형성 단계(330)에서 섬유(210)와 더욱 빠르게 반응한다. 본 발명의 일실시예에서, 결합제(220)와 섬유(210) 사이의 반응은, 또한 섬유 물질이 유리 전이온도나 그 근처의 반응 온도에 노출되어 주목할 만큼 영향을 받기 전에, 섬유 구조의 중복 교점(610)과 인접 교점(620)을 덮어 결합하는 유리를 형성한다. 이 실시예에서, 결합제(220)가 벌크 섬유(210)보다 더욱 반응성을 나타낼 수 있게 하려면, 입자 크기가 섬유(210)의 지름보다 1 내지 1,000배 더 작은 범위, 예를 들어, 10미크론 지름의 벌크 섬유(210)를 이용할 때, 10미크론 내지 10나노미터의 범위에 있을 수 있다. 나노 입자 크기의 분말은 볼 분쇄기 또는 미디어 분쇄기(media mill)에서 충격 분쇄 또는 마멸 분쇄와 같이, 분쇄 또는 세분 공정에서 생체 활성 유리 물질을 분쇄하여 생산할 수 있다.

결정화의 양을 제어하고 및/또는 그 결과로 얻어지는 3차원 매트릭스(110)의 실투를 최소화하기 위해, 반응 형성 단계(330)의 온도 프로파일을 제어할 수 있다. 상술한 바와 같이, 물질의 접근할 수 있는 결정 입계의 양이 최소화될 때, 생체 활성 유리와 생체 흡수성 유리 화합물은 살아있는 조직에서 더욱 제어되고 예측 가능한 용해도를 나타낸다. 섬유(210)로 제조될 때 물질의 무정형 구조와 결합 형성 단계(330)의 가열 처리 공정 도중에 발생하는 제어된 결정화도 덕분에, 이러한 생체 활성 및 생체 흡수성 물질은 생체 활성 장치로서 탁월한 성능을 나타낸다. 따라서 본 발명의 방법의 일실시예에서, 비휘발성 물질(275)의 결정 입계를 증가시키지 않으면서, 생체 활성 조성물을 형성하고 섬유 구조에 결합시키기 위해, 반응 형성 단계(330)의 온도 프로파일을 조정한다.

본 발명의 방법의 일실시예에서, 반응 및 결합 형성 온도는 결합 형성 단계(330)의 벌크 섬유(210)의 실투 온도를 초과한다. 전구체로부터 얻어지는 생체 활성 유리 조성물은 유리 전이온도와 결정화 온도 사이의 좁은 작업 온도 범위를 나타낼 수 있다. 이 실시예에서, 생체 활성 조성물의 형성과 구조 내 섬유(210)의 중복 교점과 인접 교점 사이의 결합 형성을 촉진하기 위하여, 결과로 얻어지는 구조의 결정화를 피하지 못할 수 있다. 예를 들어, 45S5 조성물의 생체 활성 유리는 약 610℃, 약 800℃ 및 약 850℃에서 다양한 상의 결정화 온도와 함께, 약 550℃의 초기 유리 전이온도와 약 580℃의 실투 온도를 나타낸다.이렇게 좁은 작업 온도 범위로는 45S5 조성물 형성을 달성하기 어려울 수 있으며, 그러한 반응 및 결합 형성 온도는 구조를 형성하기 위해 약 900℃를 초과하는 온도를 요구할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 반응 및 결합 형성 온도는 생체 활성 조성물에 대한 전구체의 적어도 일부분의 결정화 온도를 초과할 수 있으며, 그러면서도 나머지 전구물질의 작업 온도 범위 내에 해당할 수 있다. 이 실시예에서, 제1 전구체 조성물의 섬유(210)는 생체 활성 조성물을 형성하는 동안, 섬유 구조의 중복 교점 및 인접 교점에서 형성하는 제2 전구체 조성물의 유리 결합과 결정화할 수 있다. 예를 들어, 복합체 형성 목적물을 형성하기 위해, 13-93 조성물의 유리 전이온도보다 높지만, 13-93 조성물의 실투 온도보다 낮고, 45S5 유리섬유 조성물의 실투 온도를 초과하는 유리 결합을 형성하려면, 결합제(220)로서 분말 형태의 13-93 조성물을 45S5 조성물 내의 생체 활성 유리섬유와 함께 이용할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 반응 및 결합 형성 온도에 빠르게 그리고 잠시 도달하도록, 그리고 그 결과로 얻어지는 생체 활성 물질의 실투를 방지하도록 빠르게 냉각하여, 반응 형성 단계(330)의 온도 프로파일을 구성할 수 있다. 이러한 가열 프로파일을 제공하기 위해 가마에서의 강제 대류, 불꽃, 레이저에서 목적물의 직접 가열, 또는 기타 집중 가열 방법과 같은 다양한 가열 방법을 이용할 수 있다. 이러한 실시예에서, 집중 가열 방법은 가마 또는 오븐 가열 장치와 같은 제1 가열 방법을 보충하는 제2의 가열 방법이다. 제2의 가열 방법은 그 결과로 얻어지는 3차원 매트릭스(110)의 실투를 피하고자, 결합 형성 온도로의 짧은 열적 일탈(thermal excursion)과 유리 전이온도보다 낮은 온도로의 신속한 회복을 제공한다.

본 발명의 일실시예에서, 결합 형성 단계(330) 도중 목적물 전반에 빠르고 균일한 가열을 제공하기 위하여 공극 형성제(240)의 연소를 이용할 수 있다. 이러한 실시예에서, 공극 형성제 제거 단계(350)는 일반적으로 반응 형성 단계(330)에서 일어난다. 공극 형성제(240)는 탄소 또는 흑연, 전분, 폴리메틸 메타크릴산과 같은 유기물 또는 고분자, 또는 생체 활성 유리섬유 물질(210)의 실투 온도보다 낮거나 같은, 높은 온도에서 발열적으로 산화하는 기타 물질과 같은 가연성 물질이다. 일반적으로, 열적 분석, 예를 들면 열무게 분석(TGA) 또는 시차열 분석(DTA), 또는 질량 손실과 열적 반응 모두를 검출하는 동시적 DTA/TGA와 같은 TGA와 DTA의 조합으로 확인할 수 있는 바와 같이, 물질이 연소를 개시하는 온도를 기초로 하여 공극 형성제(240)를 선택한다. 예를 들어, 표 1은 다양한 물질의 발열성 발화점을 확인하기 위한 DTA/TGA 분석 결과를 나타낸다.

공극 형성제 제거 단계(350)가 일반적으로 반응 형성 단계(330) 도중에 일어나도록 조정한 경화 단계(280)에서, 공극 형성제 연소는 실질적으로 균일하게, 그리고 목적물 전반에 걸쳐 늘어난 속도로 형성된 목적물 온도를 증가시킨다. 이러한 방식으로, 소기의 결합 형성 온도가 상당히 빠르게 얻어질 수 있다. 일단 공극 형성제가 완전히 연소되면, 공극 형성제 연소로 형성된 목적물의 내부 온도와 가마 또는 오븐 안의 주변 환경의 온도 사이의 온도 경사 때문에, 형성된 물질의 내부 온도가 감소할 것이다. 그 결과, 경화 단계(280)의 열 프로파일은 그 결과로 얻어지는 3차원 매트릭스(110)의 생체 활성 조성물의 실투 온도에서 또는 그와 가까운 온도에서 날카롭고 짧은 열적 일탈을 포함할 수 있다.

경화 단계(280)에 대한 추가적인 제어는 가마 환경을 조절하여 제공할 수 있다. 예를 들어, 가마 또는 오븐 환경 내의 불활성 또는 침체된 공기는 휘발성 성분(285)이 제거되는 지점을 늦추거나,휘발성 성분이 제거되는 속도를 조절할 수 있다. 또한, 공극 형성제 제거 단계(340)는 온도가 공극 형성제의 연소 온도보다 높아질 때까지 그리고 소기의 반응 및 결합 형성 온도에 가까워질 때까지 질소와 같은 불활성 기체로 퍼지(purge)하여 환경에 의해 더 제어할 수 있다. 산소를 고온에서 도입할 수 있으며, 그 결과, 공극 형성제가 산화할 때, 전구체의 유리 전이온도 또는 그 이상으로, 또는 공극 형성제가 완전히 연소될 때까지 반응 및 결합 형성 온도 또는 그 이상으로 비휘발성 물질의 온도를 국부적으로 증가시킬 수 있다. 그 지점에서, 실투 및/또는 그 결과로 얻어지는 구조와 그 내부의 결정 입계의 성장을 피하고자 온도를 줄일 수 있다.

이제 도 8과 관련하여, 본 발명의 대안적인 실시예를 나타내었다. 이 실시예에서, 대안적인 방법(360)은 전구체 섬유(210)로부터 형성된 섬유를 기초로 한 조직 지지체를 제공한다. 도 8에 나타난 바와 같이, 전구체 섬유(210)는 단계(370)에서 유리섬유 지지체를 형성하는 데 이용되며, 거기서 전구체는 이후 단계(375)에서 도포되고, 단계(380)에서 생체 활성 조성물로 반응 형성된다.

이러한 대안적인 방법(360)에서, 형성 단계(370)는 도 3 및 도 4와 관련하여 상술한 방법과 비슷할 수 있으며, 여기서 그 결과로 얻어지는 지지체는 생체 활성 조성물로 완전히 전환되지 않거나 낮은 수준의 생체 활성을 나타내는 생체 활성 조성물로 전환된다. 다시 말하자면, 형성 단계(370)에서, 전구체 섬유(210)와 유리섬유 지지체를 형성하는 데 이용할 수 있는 임의의 첨가제는 생체 활성 지지체로 완전히 바뀌지 않는다. 도포 단계(375)의 후처리는 지지체 물질을 생체 활성 조성물로 완전히 전환하거나 지지체 물질의 생체 활성을 증가시킬 수 있는 전구물질을 반응 단계(380)에서 도포한다. 대안적으로는, 이 방법은 공극 크기 분포의 제어와 도 3 및 도 4와 관련하여 상술한 방법이 제공할 수 있는 다른 특성을 제공하지는 못하지만, 지지체 물질을 형성하기 위하여 형성 단계(370)는 벌크 전구체 섬유(210)를 소결시킬 수 있다.

전구체 도포 단계(375)는 단계(370)에서 생산된 유리섬유 지지체에 대한 전구체를 도입하기 위한 여러 가지 방법으로 수행할 수 있다. 예를 들어, 전구체는 지지체에 침지 도포할 수 있거나 진공을 이용하여 섬유 지지체의 다공성 매트릭스로 흡인시킬 수 있는 콜로이드 용액일 수 있다. 대안적으로, 전구체는 침지 후 건조로 도포할 수 있는 액체 형태 또는 용매에 용해된 상태일 수 있다. 더 많은 예로는 전구체의 화학적 증착법 또는 전구체 조성물의 기타 기체상 증착을 포함한다.

반응 단계(380)는 전구체 유리섬유를, 도포한 전구체와 함께 가마 또는 로에서, 도포한 전구체가 전구체 섬유와 반응하여 소기의 생체 활성 조성물을 형성하기에 충분한 지속시간 동안 반응 형성 온도까지 가열하는 단계일 수 있다. 이러한 반응 단계(380)에서, 단계(375)에서 도포한 전구체는 전구체 섬유(210)과 반응하여 생체 활성 조성물을 형성한다.

대안적인 방법(360)의 일례에서, 약 27.4% 칼슘과 72.6% 규산을 함유한 칼슘-규산 유리섬유는 연속성 섬유 형태로 쉽게 제조할 수 있는 전구체 섬유(210)일 수 있다. 칼슘-규산 유리섬유를 세절된 형태로 약 655℃로 약 30분간 소결시켜 3차원 다공성 매트릭스를 형성하는 데 이용하며, 칼슘-규산 유리섬유를 냉각시켜 유리섬유 지지체를 형성한다. 칼슘-실리카 유리섬유 지지체 전구체의 약 27%의 고형물을 채우기 위하여, 소듐 산화물(22% Na₂O), 마그네슘 산화물(19% MgO), 인 산화물(14.8% P₂O₅) 및 포타슘 산화물(44.4% K₂O) 전구체의 콜로이드 용액을 도포하여 건조시킨다. 전구체가 칼슘-실리카 유리섬유와 반응하여 53% SiO₂, 5% MgO, 6% Na₂O, 12% K₂O, 20% CaO 및 4% P₂O₅(중량 기준)로 이루어진 균일한 조성물을 함유하는 생체 활성 조성물을 형성하도록 지지체와 도포 전구체를 약 60분간 800℃ 가마에 침체된 공기에서 연소시킨다.

본 발명의 일실시예에서, 형성된 목적물을 경화 단계(280) 이후에 또는 경화 단계(280)에서 어닐링하여 조직 지지체(100)의 강도 및 내구성을 향상시킬 수 있다. 반응 형성 단계(330)에서, 비휘발성 성분(275)을 반응 및 결합 형성 온도로 가열한 후 냉각시킬 때, 물질 내 온도 경사가 이후의 냉각 단계에서 발생할 수 있다. 냉각 시의 물질 내 온도 경사는 응력을 구조에 미리 부과하는 내부 응력을 유도할 수 있으며, 이는 기계적 파괴 전에 목적물이 견딜 수 있는 외부 응력량을 효과적으로 줄인다. 조직 지지체(100)의 어닐링은 물질의 응력 경감 지점 온도, 즉, 유리 물질이 모양과 형태를 유지하기에는 여전히 단단하지만, 임의의 내부 응력을 경감시키기에는 충분한 온도까지 목적물을 가열하는 단계를 수반한다. 어닐링 온도는 그 결과로 얻어지는 구조의 조성물(즉, 물질의 점도가 응력 경감 지점까지 연화되는 온도)에 의해 결정되며, 어닐링 과정의 지속시간은 내부 구조의 상대적인 크기와 두께(즉, 온도가 목적물 전반에 걸쳐 정상 상태에 도달하는 시간)에 의해 결정된다. 어닐링 과정은 물질의 열용량, 열전도도 및 열팽창 계수로 제한되는 속도로 서서히 냉각시킨다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 14밀리미터 지름으로 압출된 원기둥 모양의, 13-93 조성물을 함유하는 다공성 생체 활성 조직 지지체는 500℃의 가마 또는 오븐에서 6시간 동안 목적물을 가열한 다음, 약 4시간 동안 실온으로 냉각시켜 어닐링할 수 있다.

본 발명의 생체 활성 조직 지지체는 절골술(예를 들어, 넓적다리관절, 무릎, 손과 턱)과 같은 수술, 구조적인 척추 손상 수복(예를 들어, 추간 보철물, 라미나 보철물, 엉치뼈 보철물, 척추체 보철물 및 면관절 보철물), 뼈 결손 충전재, 골절 교정술, 종양 절제술, 넓적다리관절 및 무릎 보철물, 뼈 증대술, 발치, 장골 관절고정술, 거골하 임플란트를 포함한 발목과 발 관절고정술 및 고정 나사 핀에 이용할 수 있다. 본 발명의 생체 활성 조직 지지체는 갈비뼈, 빗장뼈, 다리의 넙다리뼈, 정강이뼈 및 종아리뼈, 팔의 위팔뼈, 노뼈 및 자뼈, 손과 발의 손바닥뼈와 발허리뼈, 및 손가락과 발가락의 지골을 포함하는, 그러나 이에 한정되지 않는, 장골에 이용할 수 있다. 본 발명의 생체 활성 조직 지지체는 다른 종자뼈와 함께, 손목뼈와 발목뼈, 무릎뼈를 포함하는, 그러나 이에 한정되지 않는, 단골에 이용할 수 있다. 본 발명의 생체 활성 조직 지지체는 머리뼈, 아래턱뼈, 앞가슴뼈, 척추뼈 및 엉치뼈를 포함하는, 그러나 이에 한정되지 않는, 다른 뼈에 이용할 수 있다. 일실시예에서, 본 발명의 조직 지지체는 종래의 장치와 비교할 때, 높은 하중 지지 능력을 나타낸다. 일실시예에서, 본 발명의 조직 지지체는 종래의 장치와 비교할 때, 더 적은 이식 재료를 필요로 한다. 나아가, 본 발명의 조직 지지체 이용 시, 물질의 강도 덕분에 보조적인 고정을 덜 필요로 한다. 이렇게 하여, 장치를 이식하는 외과적 수술은 덜 침습적이고, 더욱 쉽게 수행되며, 기구 및 보조적인 고정을 제거하기 위한 후속적인 외과 수술이 불필요하다.

특정한 하나의 응용예에서, 상술한 바와 같이 제조된 본 발명의 조직 지지체는 도 9와 도 10에 도시한 바와 같이 척추 임플란트(800)로 이용할 수 있다. 도 9 및 도 10과 관련하여, 척추 임플란트(800)는 공간(S)을 유지하기 위해 인접한 척추(V) 사이의 공간(S) 내로 진입할 수 있는 크기의 벽(820)이 있는 본체(810)를 포함한다. 상기 장치(800)는 원하는 크기로 절단하거나 기계 제작할 수 있는 원기둥 형상을 형성하기 위해 압출법을 이용하여 원하는 형상으로 형성할 수 있는 생체 활성 유리섬유로 형성된다. 상기 벽(820)은 공간(S)의 높이(H)에 대응하는 높이(h)를 나타낸다. 일실시예에서, 상기 벽(820)의 높이(h)는 척추 사이 공간(S)의 높이(H)보다 약간 더 크다. 상기 벽(820)은 도 10에 나타난 바와 같이 인접한 척추(V)로 진입할 수 있게 구성된 상부 진입 면(840)과 하부 진입 면(850)과 그 사이에 잇닿아 있다.

특정한 다른 응용예에서, 상술한 바와 같이 제조된 본 발명의 조직 지지체는 도 11과 도 12에 도시한 바와 같이 절골술용 쐐기 임플란트(1000)로 이용할 수 있다. 도 11 및 도 12와 관련하여, 절골술용 임플란트(1000)는 일반적으로 예를 들어, 정강이뼈의 해부학적 단면에 합치하도록 디자인된 쐐기로 기술할 수 있으며, 정강이뼈 표면의 상당한 부분에 기계적 지지를 제공한다. 절골술용 임플란트는 압출 성형된 장방형 블록으로부터 형성할 수 있으며, 원하는 크기로 윤곽을 만든 쐐기 형상으로 절단하거나 기계 제작할 수 있는 다공성 물질로 결합되고 융합된 생체 활성 유리섬유로 형성된다. 상기 임플란트(1000)의 몸에서 가까운 측면(1010)은 곡선으로 이루어진 윤곽을 특징으로 한다. 말단 측면(1020)은 이식된 위치의 정강이뼈 형상에 따른다. 상기 임플란트(1000)의 두께는 환자의 사이즈와 기형도에 따라 약 5밀리미터 내지 약 20밀리미터로 다양할 수 있다. 쐐기의 상면과 하면 사이의 모서리 부분의 각도 또한 다양할 수 있다.

도 12는 비정상적으로 각진 무릎을 교정하기 위한 절골술용 쐐기 임플란트(1000)를 이용하는 하나의 방법을 나타낸다. 정강이뼈의 안쪽 측면으로 횡단 절개를 하되, 정강이뼈의 옆 부분은 그대로 두고, 정강이뼈의 윗부분(1050)과 아랫부분(1040)을 미리 결정한 각도로 정렬하여 공간(1030)을 만든다. 본원에 기술한 바와 같이 체내에 임플란트(1000)가 용해되면서 원하는 위치를 향해 치유하면서 정강이뼈 부분들을 안정화하기 위해, 대체로 쐐기 형상으로 된 임플란트(1000)를 공간(1030)으로 삽입한다. 뼈가 재생하면서 이식 위치를 치유함에 따라 정강이뼈를 안정화하는 데 필요한 경우, 고정핀을 적용할 수 있다.

일반적으로, 본 발명의 흡수성 뼈 조직 지지체를 골이식 편으로 이용 시, 자가이식 또는 동종이식용 골이식 편 이용 시와 비슷한 외과 수술을 수반한다. 골이식은 이식 위치를 충전하고 안정화하는 데 충분한 물질을 사용한다면 흔히 단일 수술로 수행할 수 있다. 일실시예에서, 고정핀을 주변의 천연 뼈 안으로 및/또는 흡수성 뼈 조직 지지체 안으로 그리고 흡수성 뼈 조직 지지체를 통과시켜 삽입할 수 있다. 흡수성 뼈 조직 지지체를 상기 이식 위치에 삽입시켜, 위치를 고정한다. 그런 다음 해당 영역을 봉하면, 일정한 치유 및 성숙 기간 후에는 뼈가 재생되어 단단하게 융합될 것이다.

본 발명의 흡수성 뼈 조직 지지체를 뼈 결손 충전재로서 이용 시, 단일 수술 또는 수복 단계 또는 국면에서 여러 차례의 수술로 수행할 수 있는 외과적 수술을 수반한다. 일실시예에서, 본 발명의 흡수성 조직 지지체를 뼈 결손 위치에 위치시켜, 고정핀 또는 나사를 이용하여 뼈에 부착시킨다. 대안적으로는, 흡수성 조직 지지체를 버팀대를 이용하여 외부적으로 제자리에 고정할 수 있다. 그런 다음 해당 영역을 봉하면, 일정한 치유 및 성숙 기간 후에는 뼈가 재생되어 결손을 수복할 것이다.

뼈의 결손을 충전하는 방법은 뼈 조직의 내 성장을 촉진하는 공극 크기 분포를 함유하는 다공성 매트릭스 내에 결합된 생체 활성 섬유를 포함하는 흡수성 조직 지지체로 뼈의 공간을 충전하는 단계; 및 흡수성 조직 지지체를 뼈에 부착시키는 단계를 포함한다.

절골을 치료하는 방법은 뼈 조직의 내 성장을 촉진하는 공극 크기 분포를 함유하는 다공성 매트릭스 내에 결합된 생체 활성 섬유를 포함하는 흡수성 조직 지지체로 뼈의 공간을 충전하는 단계; 및 흡수성 조직 지지체를 뼈에 부착시키는 단계를 포함한다.

척추의 구조적 파괴를 치료하는 방법은 뼈 조직의 내 성장을 촉진하는 공극 크기 분포를 함유하는 다공성 매트릭스 내에 결합된 생체 활성 섬유를 포함하는 흡수성 조직 지지체로 뼈의 공간을 충전하는 단계; 및 흡수성 조직 지지체를 뼈에 부착시키는 단계를 포함한다.

합성 뼈 보철물 제조방법은 생체 활성 섬유를 바인더, 공극 형성제 및 액체와 혼합하여 가소적으로 형성할 수 있는 배치를 제공하는 단계; 서로 얽혀 있고 중복되는 생체 활성 섬유의 균질한 덩어리인 형성할 수 있는 배치를 반죽하여 생체 활성 섬유를 공극 형성제 및 바인더와 분산시키는 단계; 형성할 수 있는 배치를 원하는 형상으로 형성하여 성형된 형태로 제공하는 단계; 성형된 형태를 건조시켜 액체를 제거하는 단계; 성형된 형태를 가열하여 바인더와 공극 형성제를 제거하는 단계; 및 성형된 형태를 제1 열 공급원과 제2 열 공급원을 이용하여 결합 형성 온도로 가열하여 서로 얽혀 있고 중복되는 생체 활성 유리섬유 사이에 결합을 형성시키는 단계를 포함한다.

일실시예에서, 본 발명은 한 세트의 화학적 물질(전구체)의 다른 화학적 물질(생체 활성 조성물)로의 변태를 가져오는 화학적 반응을 통해 생체 활성 조성물을 함유하는 다공성 매트릭스를 형성하기 위한 전구체의 이용을 개시한다. 상기 반응은 일정 시간 지속되는 높은 온도에서 이루어진다.

일실시예에서, 본 발명은 생체 활성 조성물을 함유하는 다공성 매트릭스 내에 결합된 섬유의 이용을 개시하며, 여기서 다공성 매트릭스는 뼈 결손 치료를 위해 뼈 조직의 내 성장을 촉진하는 공극 크기 분포를 나타낸다.

일실시예에서, 본 발명은 생체 활성 조성물을 함유하는 다공성 매트릭스 내에 결합된 섬유의 이용을 개시하며, 여기서 다공성 매트릭스는 절골 치료를 위해 뼈 조직의 내 성장을 촉진하는 공극 크기 분포를 나타낸다.

일실시예에서, 본 발명은 생체 활성 조성물을 함유하는 다공성 매트릭스 내에 결합된 섬유의 이용을 개시하며, 여기서 다공성 매트릭스는 척추의 다양한 부분의 구조적 파괴를 치료하기 위해 뼈 조직의 내 성장을 촉진하는 공극 크기 분포를 나타낸다.

본 발명은 여기서 일부 예시적이고 특정한 실시예와 관련하여 상세히 기술되어 있으며, 첨부된 청구항의 정신과 범위에서 벗어나지 않은 채 다수의 변경이 가능하므로, 본 발명이 상기 기술 내용에 한정된다고 간주하여서는 안 된다.

Claims

유리섬유를 결합제, 공극 형성제 및 액체와 혼합하여 가소적으로 형성할 수 있는 배치를 제공하는 단계; 유리섬유를 결합제와 공극 형성제와 함께 분산시키기 위해 가소적으로 형성할 수 있는 배치를 혼합하여 균질한 덩어리의 형성 가능한 배치를 제공하는 단계; 형성 가능한 배치를 원하는 형상으로 형성하여 성형된 형태를 제공하는 단계; 성형된 형태를 건조하여 실질적으로 상기 액체 전부를 제거하는 단계; 공극 형성제를 제거하는 단계; 및 성형된 형태를 가열하여 유리섬유를 결합제와 반응시켜 생체 활성 조성물을 함유하는 다공성 섬유 지지체를 형성하는 단계를 포함하며, 유리섬유를 결합제, 공극 형성제 및 액체와 혼합하여 가소적으로 형성할 수 있는 배치를 제공하는 단계에서 상기 유리섬유와 상기 결합제는 생체 활성 조성물의 전구체인 조성물을 함유하며, 유리섬유를 결합제와 공극 형성제와 함께 분산시키기 위해 가소적으로 형성할 수 있는 배치를 혼합하여 균질한 덩어리의 형성 가능한 배치를 제공하는 단계에서 상기 유리섬유는 중복되고 서로 얽히는 관계로 배열되는 것을 특징으로 하는 합성 뼈 보철물의 제조방법.
제1항에 있어서,
결합제는 산화칼슘을 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 뼈 보철물의 제조방법.
제1항에 있어서,
결합제는 인산염을 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 뼈 보철물의 제조방법.
제1항에 있어서,
결합제는 산화칼슘과 인산염의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 뼈 보철물의 제조방법.
제1항에 있어서,
유리섬유는 실리카 유리섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 뼈 보철물의 제조방법.
제1항에 있어서,
유리섬유는 산화칼슘 함량이 중량 기준 30% 미만인 칼슘-규산 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 뼈 보철물의 제조방법.
제1항에 있어서,
유리섬유는 인산 유리섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 뼈 보철물의 제조방법.
제1항에 있어서,
결합제는 유리섬유 위에 코팅제를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 뼈 보철물의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 성형된 형태는 생체 활성 조성물의 실투 온도를 초과하는 온도까지 가열되는 것을 특징으로 하는 합성 뼈 보철물의 제조방법.
제1항에 있어서,
성형된 형태에 전구물질을 도포하는 단계와 상기 유리섬유를 전구물질과 반응시키고자 제2의 가열 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 뼈 보철물의 제조방법.