PVDF/Calcium Phosphate 복합막의 제조 및 특성분석 : Preparation and Characterization of Poly(vinylidene fluoride)/Calcium Phosphate Composite Membrane

런슈오 명지대학교 일반대학원 2007 국내석사

Calcium phosphate는 바이오 물질들과 좋은 친화성을 가지고 있는 것으로 잘 알려져 있다. 그러나, 복잡한 stress 분야에서의 낮은 기계적 강도는 생물의학의 적용에 제한이 따른다. 멤브레인의 기계적 특성과 바이오 친화성 사이의 균형을 유지하기 위한 복합 물질의 사용은 이러한 문제를 개선할 수 있었다. 이 연구에서, 다양한 바이오 복합물질로 사용될 수 있는 PVDF-calcium phosphate 복합 멤브레인은 poly(vinylidene fluoride) 와 calcium phosphate을 다양한 원료조건 및 운전조건하에서phase-inversion 방법으로 제조되었다. Polyvinyl pyrrolidone은 폴리머 매트릭스에 calcium phosphate를 일정하게 분산시키는 분산제로 사용하였고, 또한 3차원 구조의 형성을 위한 기공 발생제로 사용되었다. 제조된 복합 멤브레인의 화학적 구조 (FTIR-ATR), 열에 의한 거동(DSC, TGA), 형태학적 특성(SEM), 다공도(CFP), 기계적 물성(UTM) 등을 조사하였다. PVDF-calcium phosphate 복합 멤브레인은 α 와 β-상의 PVDF 결정, 다공성 구조와 400 °C 근처에서의 좋은 열적 안정성과 좋은 탄성력을 가지고 있는 것을 찾았으며, 이러한 결과들은 생물의학의 적용에 가능성이 있음을 보여준다. Calcium phosphate is a popular material known for its good compatibility with biomaterials. However, its poor mechanical strength under complex stress stages limits its biomedical applications. The use of composite materials, which maintains a balance between their mechanical properties and biocompatibility, could remedy this problem. In this study, PVDF-calcium phosphate composite membranes, which could be used as parts of orthopedic implants were prepared via phase-inversion method by varying ratios of poly(vinylidene fluoride) and calcium phosphate. Polyvinyl pyrrolidone was used as dispersant to uniformly disperse calcium phosphate in polymer matrix and also as a pore generator for forming three dimensional structures. The resulting composite membranes were examined to determine chemical structure using FTIR-ATR, thermal behaviors using DSC and TGA, morphological properties using SEM, porosity using CFP, and mechanical properties using UTM. PVDF-calcium phosphate, composite membranes were found to have α and β-phase PVDF crystalline, porous structures with good thermal stability around 400 °C and good elastic properties, which shows its potential for biomedical applications.

연골조직 재생을 촉진하기 위한 히알루론산-인산칼슘 복합박막 제조 및 연골세포에 미치는 영향에 관한 연구

홍윤정 단국대학교 대학원 2011 국내석사

Bioinspired surface coating and polymorph control of calcium based minerals for biomaterials

여기백 고려대학교 대학원 2021 국내박사

Calcium carbonate (CaCO3) is a biocompatible material that exists widely in nature and can transform polymorphism in an aqueous environment, and is a material commonly used in biomedical fields. There are three representative polymorphisms of calcium carbonate: vaterite, aragonite, and calcite. Vaterite can form various shapes, but most of them have a wide plate shape as a basic structure, and they form a hexagonal column or a sphere to form a round shape as a whole. Aragonite is characterized by needle-like structures. Calcite has a rhombohedral structure surrounded by a rhombus. Vaterite and aragonite are thermodynamically unstable, so when exposed to an aqueous environment, they are naturally converted to calcite, which is the most stable form fo CaCO3. Therefore, most studies on biomedical materials using calcium carbonate have synthesized and used calcite, a stable form. As such, calcium carbonate is widely used in the form of calcite, but vaterite and aragonite have not been studied much as biomaterials. A study recently reported comparing particle types of vaterite, aragonite, and calcite in bone cell culture solution and comparing the difference between calcium carbonate polymorphism. Like this, most of the researches using vaterite are manufactured in the form of particles or powder. The reason is that since vaterite is unstable in an aqueous solution, it must be collected from the aqueous solution as soon as it is formed to prevent conversion to calcite. Such a material in the form of particles or powder has a difficult problem to apply to the cultivation of bone cells that require immobilized support. Therefore, an additional process to immobilize vaterite is needed. However, there is a concern that vaterite will turn into calcite during this process. So there is a limit to the development of material for bone regeneration using vaterite. Until now, there has been no research on surface coating using vaterite other than particle type vaterite. Recent research suggests that certain additives can stabilize vaterite or aragonite in aqueous environments. It has been reported that aragonite is stabilized in a solution containing alkaline earth metals such as magnesium, strontium, and barium. In a solution containing aspartic acid and glutamic acid, vaterite is produced and stabilized. In this study, the vaterite structure was coated and stabilized on the titanium surface through the mineral growth method using aspartic acid. Vaterite and aragonite were coated on the titanium surface, and bone cell differentiation was compared with conventional calcite. In particular, when vaterite was exposed to a solution containing phosphate, it quickly formed a calcium phosphate by itself, and through this, bone cell differentiation was promoted. Furthermore, calcium phosphate was coated by biosilica using silica forming peptide. The silica-coated calcium phosphate showed more improved cell adhesion and osteogenic differentiation. This method is easy to introduce additional biomolecules during mineral growth or calcium phosphate conversion of vaterite because all processes are performed under biological conditions. So it can be used as a multi-purpose coating technology as well as biomedical materials such as implants. 탄산칼슘(CaCO3)은 자연계에 널리 존재하는 생체적합성 물질이며 수성환경에서 일어나는 다형성 변환능력을 지닌, 생물의학 분야에서 폭넓게 사용되는 물질이다. 탄산칼슘의 다형성에는 대표적으로 vaterite, aragonite, calcite 3가지가 있다. Vaterite는 여러 가지 모양을 형성할 수 있으나 대부분 넓적한 판형을 기본구조로 이들이 모여 육각기둥을 형성하거나 구체를 형성하여 전체적으로 둥근 형태를 지닌다. Aragonite는 침상구조가 모여 뾰족한 형태를 이루는 특징이 있다. Calcite는 마름모로 둘러싸인 능면체 구조를 가진다. Vaterite와 aragonite는 열역학적으로 불안정한 상태이므로 수성환경에 노출될 경우 자연적으로 가장 안정된 형태인 calcite로 변환된다. 따라서 기존의 탄산칼슘을 이용한 생물의학 재료에 관한 연구들은 대부분 안정한 형태인 calcite를 합성하여 사용하고 있다. 이처럼 탄산칼슘은 calcite 형태로 널리 사용되고 있지만 불안정한 형태인 vaterite는 수성환경에 노출될 수밖에 없는 생물의학소재로는 연구가 많이 이루어지지 않았다. 최근에는 particle 형태의 vaterite, aragonite, calcite를 골세포배양액에 섞어주고 탄산칼슘의 다형성에 의해 어떤 차이가 나타나는지 비교한 연구가 있다. 이처럼 대부분의 vaterite를 이용한 연구는 파티클이나 파우더 형태로 제조하여 사용하고 있다. 그 이유는 vaterite가 수용액상에서 불안정하기 때문에 형성되는 즉시 수용액으로부터 수거하여 calcite로의 전환을 방지해야 하기 때문이다. 이러한 파티클이나 파우더 형태의 재료는 고정화된 지지체를 필요로 하는 골세포 배양에 적용하기 어려운 문제가 있다. 따라서 vaterite를 고정화 시키기 위한 추가적인 공정이 필요하며, 이로 인해 calcite로 전환될 우려가 있으므로 vaterite를 이용한 골재생용 소재 개발에는 한계가 있었다. 이처럼 파티클 형태의 vaterite를 이용하는 연구를 벗어나 물질표면을 vaterite로 코팅하고 이를 이용하여 골재생을 유도할 수 있는 임플란트 소재나 생물의학 소재로 응용하는 연구는 전무하다. 최근 연구에 따르면 특정한 첨가물에 의해 수성환경에서 vaterite 또는 aragonite가 안정화될 수 있다고 한다. Magnesium, strontium, barium과 같은 alkaline earth metal이 포함된 환경에서는 aragonite가 안정화되며, aspartic acid, glutamic acid가 포함된 환경에서는 calcite의 형성이 억제되고 vaterite가 형성되며 수용액 상태에서도 안정적으로 유지된다고 보고되었다. 본 연구에서는 aspartic acid를 이용하여 mineral growth 방식을 통해 티타늄 표면에 vaterite 구조체를 코팅하고 안정화 시켰다. vaterite와 aragonite를 티타늄 표면에 코팅하고 기존 calcite와 골세포분화를 비교하였다. 특히 vaterite는 phosphate가 포함된 용액에 노출 시 스스로 망상구조의 calcium phosphate를 빠르게 형성하였으며 이를 통해 골세포분화가 촉진되는 결과를 보였다. 더 나아가 calcium phosphate 표면에 silica forming peptide를 도입하고 biosilica를 코팅하여 더욱 향상된 세포부착성과 골세포분화 기능을 확인할 수 있었다. 본 방법은 모든 과정이 생체 친화적인 조건에서 이루어지기 때문에 mineral growth 과정이나 vaterite의 calcium phosphate 변환과정에서 추가적인 생분자 도입이 용이하므로 임플란트와 같은 생체의료용 소재뿐만 아니라 다용도의 코팅기술로 활용할 수 있을 것이다.

Oral gene delivery using nanocomplex of calcium-phosphate and DNA for therapeutic protein

신정미 세종대학교 대학원 2010 국내석사

Although non-viral vectors have lower transfection efficiency than viral vectors, the formers’ excellent safety profile is appealing for gene therapy. Calcium -phosphate nanoparticles has a high potential for transferring DNA molecules into cells because of its cationic properties. The calcium-phosphate nanoparticle method points to the precipitation condition’s decisive importance for cell transfection efficiency. The main parameters are pH, salt, DNA concentration, temperature, and the time between precipitation and transfection. The present study examined, key parameters for preparing calcium-phosphate/DNA nanocomplexes and suggested optimal conditions for highly efficient transduction in vitro and in vivo. To evaluate the effects of particles’ size on transfection efficiency, the study carefully evaluated all the factors that affect transfection efficiency. When Ca-phosphate particles were filtered after sonication, they could be stored for a long -time month, without significant loss of transfection efficiency. Pre-formed Ca-phosphate particles maintained stable and reproducible high- transfection efficiency in vitro. SD rats were fed calcium -phosphate that (contained a pEPO gene). The study tested this oral gene delivery system as to DNA concentration, gender and age. Before and after the gene was delivered orally, blood samples were collected from the tail and the reticulocyte count method was used to show the physiological effects of pEPO. The reticulocyte ratio shows that calcium-phosphate/DNA nanocomplexes increased red blood cell (erythrocyte) counts. This study on the formulation and oral gene delivery of these calcium-phosphate nanoparticles have demonstrated their efficacy for enhancing drug uptake and promoting gene expression.

다공성 구조를 지닌 인산염계 골 대체재의 제조 및 골 재생 효과에 관한 연구

이윤일 대구가톨릭대학교 대학원 2015 국내석사

Bone graft substitutes are used to the treatment and reconstruction of the bone damage caused by accident, disease, and aging. Bioceramic materials such as calcium phosphate(CaP) and magnesium phosphate(MgP) are have the excellent biocompatibility, bioactivity and osteoconduction properties. Calcium phosphate based bioceramics such as hydroxyapatite(HAp), β-tricalcium phosphate(β-TCP) and HAp/β-TCP composites(Biphasic calcium phosphate; BCP), have been widely used in dental and orthopedic applications. however, the problems have been pointed out of deformation and damage by high thermal energy in the manufacturing process of calcium phosphate. Magnesium phosphates have recently attracted attention as an alternative to calcium phosphate due to their similar biocompatibility and excellent mechanical properties to calcium phosphoate. The purpose of this study is a simple and highly efficient method of development for bone graft substitutes. Microporous HAp granules were easily manufactured using alginic acid(AA). Then microporous MgP scaffolds were manufactured without the sintering process. HAp nanoparticle was synthesized by an co-precipitation with AA from aqueous solution of calcium nitrate solution and ammonium phosphate dibasic solution. The Ca/P molar ratio 1.67 and pH value of 10 to 10.4 were controlled using ammonia. Synthesization of HAp nanoparticle was rinsed and then centrifuged. This particle was fabricated lastly using a feeze drying. Microporous spherical HAp granules are prepared by AA solution mixed with different ratios of HAp and β-TCP. The slurry was dropped into Ca2+ solution using a 23G needle syringe with a drop/s rate that allowed spherically-shaped granules to form instantaneously. The fabricated granules were sintered at 1150℃ for 2 hours in a high-temperature furnace. MgP scaffolds are prepared by Diwater mixed with dead burnt magnesia(MgO) and sodium phosphate. Sodium carbonate and citric acid triggers the CO2 gas generation, increases the pore of scaffold. Dipped the scaffold into the ammonium phosphate to get rid of nonreactive element. curing velocity is controlled through the ratio of sodium phosphate monobasic and dibasic. Surface and internal structure were observed by SEM, and the physicochemical properties were analysized with ATR-FTIR, UTM and TGA. Osteoblast growth behavior was examined using the MTT assay method. Osteocalcin and ALP activity measured on the deposition behavior of the mineral was investigated.

인산칼슘의 엽면시비가 토마토 생육에 미치는 영향

김종집 대구대학교 2005 국내석사

인산칼슘 엽면시비가 토마토 생육에 미치는 영향을 방사성동위원소 [32P]를 함유한 인산칼슘을 잎의 앞면과 뒷면에 기공이 열리는 오전과 기공이 닫히는 오후에 엽면시비 하였을 경우, 흡수 시간에 따른 인산칼슘의 흡수량을 조사하였으며, 시판되고 있는 인산칼슘과 인산칼슘에 효모 등 미생물을 혼합한 인산칼슘제 1,000배 용액을 엽면에서의 기공이 열리는 아침 엽면시비, 기공이 닫히는 저녁 엽면시비, 아침 엽면시비 후 저녁에 엽면 세척, 저녁 엽면시비 후 아침에 엽면을 세척하여 토마토에 엽면시비 하였을 경우 엽면시비에 따른 토마토의 생육과 과실의 특성 변화를 조사하였다. 인산칼슘을 엽면시비 할 경우 식물체에서의 흡수는 인산칼슘의 물리적인 형태로 보아 일부는 수용액 또는 이온의 형태로, 일부는 극히 미세한 고체의 형태로 흡수되는 것으로 생각된다. 방사성동위원소[32P]를 함유한 인산칼슘을 토마토에 엽면 시비한 결과 오전과 오후 엽면에 시비할 때 오후 처리에서의 흡수량이 많았고, 잎의 앞면과 뒷면에 엽면시비 할 때는 뒷면에서의 흡수가 앞면의 흡수 보다 4배정도 많았으며, 흡수 되는 속도에서는 차이가 나타났으나 같은 부위에서는 흡수량에 큰 차이가 없었으며, 기공이 닫히는 저녁에 엽면시비를 하였을 경우에서 더 효과적인 것으로 나타났다. 엽면시비용으로 시판되는 인산칼슘과 인산칼슘에 효모 등 미생물을 함유한 인칼균을 엽면시비 한 결과 엽면시비는 저녁에 처리하는 것이 가장 효과가 좋았으며, 인칼균을 저녁에 엽면시비 할 때 인산칼슘 흡수량이 많고, 과실 및 생육 특성에서도 가장 좋은 결과를 나타내는 경향을 보였다. 이와 같이 같은 성분의 인산칼슘을 엽면시비 하더라도 인산칼슘의 특성에 따라 시비 방법과 시비 시간에 따라 인산칼슘의 흡수되는 양이 다르고 토마토의 생육과 과실 특성에 미치는 효과도 다르게 나타나는 경향을 보였다. 본 실험에서 인산칼슘제의 엽면시비 방법과 시간에 따른 토마토에서의 흡수 기작을 알 수 있어, 토마토 시설 재배지에서 유용하게 이용 될 수 있을 것으로 생각 되어진다. The pot experiments under the vinyl house condition were conducted to evaluate the effect of calcium phosphate on the growth of tomato plant. The 500 times of diluted calcium phosphate solution with radioisotope [32P] was applied to the ventral and dorsal surface of tomato leaf to find out the penetration into the leaves of the foliar applied materials and the 1,000 times diluted solutions of two different kinds of calcium phosphate, ordinary one for foliar application and calcium phosphate with a mixture of some yeasts and lactobacillus were applied to the tomato leaves at 5 different treatments, morning, morning and evening washing of leaves, evening, evening and morning washing of leaves, and non application at 2 days interval during the tomato cultivation to find out the effect of foliar application on the growth of tomato plants. The penetration of the 1,000 times diluted foliar applied material into the leaves was considered to be partly as a solution, ionic state with counter ions and solid state to compare the solute potential of the calcium phosphate. The absorption rate of the foliar applied calcium phosphate into the leaves in the evening during the stomata closed was higher than in the morning during the stomata opened and was higher (4 times) in the ventral surface than the dorsal surface of the leaves. The greatest potential for yield response to foliar application seemed to be the evening spray due mainly to the increasing rate of calcium and phosphorus absorption by the plant and fruit. The results of Incalgyun foliar application on the tomato plant showed that the highest quality fruit such as yields, cracking, sugar and acid, was found in the treatment of evening foliar spray.

Fabrication and Evaluation of Porous Calcium Phosphate?Collagen Composites for Biomedical Applications

성윤정 서울대학교 대학원 2019 국내박사

생체재료에 다공성을 부여하면 골조직과 유사한 기계적 성질을 얻을 수 있고, 넓은 접촉 면적을 통하여 세포와 조직의 반응을 높이며, 기공 내 담지를 통한 약물과 성장인자의 전달이 가능해진다. 따라서 복제법, 공간 보유자법, 직접 발포법 등의 다양한 방법을 통하여 재료에 다공성을 부여해왔다. 이러한 방법들 중 동결 주조법을 이용하면 3차원으로 잘 연결된 개방형 다공성 구조를 구현할 수 있으며, 특히 동결매체로써 캠핀을 사용하면 동결된 상태에서 유연한 성질 때문에 추가적인 공정 작업이 가능하다. 본 연구에서는 캠핀을 이용하여 이상성 인산 칼슘(BCP) 세라믹에 특정한 형태의 다공성 구조를 구현하고, 여기에 콜라겐을 접합하거나 코팅하여 세포 이주 촉진, 약물 전달, 주입성 등의 성능을 부여하고자 했다. 첫 번째 연구에서는 골연골 재생의 증진을 위하여 골수 줄기 세포의 이동을 촉진하는 지지체를 개발하였다. 연골은 세포의 밀도가 낮고 혈관이 없어서 자가 재생 능력이 매우 낮으며, 연골 손상은 그 하부의 골 손상까지 초래하여 심각한 질환인 골연골 손상으로 이어진다. 이 때 연골 치유를 위한 수술 방법인 골수 자극술을 응용하여, 세포 이동을 위한 정렬된 채널과 기공 구조를 갖도록 생체 모방형 지지체를 제작 및 평가하였다. 연골과 뼈의 조성과 유사하도록 각각 콜라겐과 BCP로 이루어진 이중층의 구조로 형성되었으며, 각각 일방향 냉각 방법 및 캠핀 심을 포함한 순차적 공압출 방법을 통하여 제작되었다. 무작위 다공성 구조와 비교하여 정렬된 채널을 갖는 다공성 구조에서 압축 강도가 향상되었을 뿐만 아니라, BCP 채널 내부에 콜라겐이 침투 및 고정되어 콜라겐 층과 BCP 층의 계면 접합 강도 또한 향상되었다. 시험관 내 평가에서, 정렬된 구조는 무작위 구조에 비하여 세포가 신장된 형태로 표면에 부착되도록 하고 축 방향으로 빠르게 이주하도록 유도함이 확인되었다. 생체 내 평가 결과, 정렬된 구조는 무작위 구조에 비해 골연골 조직 재생을 향상시켰을 뿐만 아니라, 재생된 연골은 주로 2형 콜라겐으로 이루어진 정상적인 유리질 연골의 조성을 보였으며, 생성된 연골세포는 고유의 배열 형태를 나타내었다. 또한 채널 직경은 조직 재생에 크게 영향을 미쳤는데, 실험조건 중 채널 직경이 약 270 μm 인 경우에 충분한 영양 공급 및 적절한 조직의 내성장으로 인하여 최적의 재생을 나타냈다. 두 번째 연구에서는 불규칙한 골 손상에 고루 적용할 수 있는 이식재를 개발하였다. 마이크로스피어는 다양한 모양의 결함을 채우고 세포의 부착을 위한 넓은 표면적을 제공하는데 유용하며, 특히 다공성 마이크로스피어는 약물, 성장 인자, 및 세포와 같은 생체 활성 물질을 전달할 수 있기 때문에 보다 유망하다. 따라서 캠핀을 기공 발생제로 사용하고 유중수 유화 기술을 이용하여 다공성 BCP 마이크로스피어가 제조되었으며, 이를 콜라겐 용액에 반복적으로 딥 코팅하여 콜라겐이 기공 내부로 침투 및 코팅된 다공성 BCP-콜라겐 복합체 마이크로스피어가 제작되었다. 시험관 내 평가에서 복합체 마이크로스피어가 골 형성 유도 단백질 (BMP)을 지속적으로 전달하였으며, 이로 인하여 골아세포의 분화가 증진되었다. 또한 생체 내 평가를 통하여, 마이크로스피어가 결함을 효과적으로 충진하며 그 사이로 신생골이 내성장하여 재생됨을 확인하였다. 이 때, 복합체 마이크로스피어에서 콜라겐은 세 가지 효과를 나타내며 BCP 마이크로스피어에 비하여 그 성능을 향상시켰다. 콜라겐이 혈액을 흡수하고 골아세포의 접착을 증진시켜서 골 재생이 개선되었고, 마이크로스피어 표면의 콜라겐 코팅이 외부의 충격을 흡수하는 쿠션 효과를 제공하였으며, 콜라겐과 BMP의 정전기적 인력으로 인하여 BMP의 서방출 효과가 있었다. 결과적으로, 상기 연구들에서 캠핀을 이용한 동결 주조법을 통하여 독특한 구조의 인산칼슘과 콜라겐의 다공성 복합체를 제작하였다. 이를 통하여 일축 정렬된 구조로 골연골 재생을 촉진함을, 다공성 마이크로스피어로 약물 전달 및 골 재생을 촉진함을 확인하였다. 이러한 발견은 캠핀과의 동결 주조를 이용하여 생물학적 형태를 모방하거나 독특한 기능을 부여하는 다양한 다공성 구조를 구현할 수 있으며, 복합체 시스템으로 그 성능이 더욱 향상될 수 있음을 시사한다. The porous structure of the biomaterial provides mechanical properties similar to that of bone tissue, increases the reaction between cells and tissues through a wide contact area, and enables the delivery of the drugs and growth factors by loading them into the pores. For these purposes, porosity has been imparted to the biomaterials through diverse techniques such as a replication method, space holder method, and the direct foaming method. Among these methods, the freeze casting method fabricates the 3-dimensionally interconnected open porous structure. In particular, by using camphene as a freezing medium, the additional process can be performed due to its flexibility in a frozen state. In this study, porous biphasic calcium phosphate (BCP) ceramics were fabricated using camphene, and collagen was bonded or coated thereon to impart functions such as improving cell migration, drug delivery, and injectability. In the first study, we developed a scaffold to enhance osteochondral regeneration by promoting the migration of bone marrow stem cells. The articular cartilage is avascular tissue and has low cell density, thus, its self-repair capability is very low. In addition, cartilage injury leads to damage of subchondral bone resulting in osteochondral defect, which is a serious disease requiring insertion of implants. Thus, bi-layered scaffolds with aligned channels and pore structures were fabricated for osteochondral regeneration by inducing cell migration. BCP layer for bone was prepared by the sequential co-extrusion with camphene rods and the collagen layer for cartilage was fabricated by the unidirectional freezing method. Compressive strength was improved in the aligned structure compared with the random porous structure, and collagen penetration and anchoring inside the BCP channels improved the interfacial bonding strength between the collagen layer and the BCP layer. In the in vitro evaluation, it was confirmed that the aligned structures induce the cells to attach on the surface in an elongated form and to migrate rapidly as compared with the random structure. In in vivo evaluation, the aligned structure improved the osteochondral regeneration compared with the random structure, and the regenerated cartilage showed the normal hyaline cartilage composed mainly of type Ⅱ collagen with a regular shape and arrangement of chondrocytes. Furthermore, the channel diameter had a significant effect on tissue regeneration, and optimal regeneration was achieved in 270-μm-diameter channels in the experimental groups due to appropriate nutrient supply and adequate tissue ingrowth. In the second study, we developed implants that can be applied to irregular shape damage. Microspheres are useful for filling defects of various shapes and providing a large surface area for attachment of cells, and porous microspheres are more promising because they can deliver drugs, growth factors, and cells. Thus, porous BCP microspheres were prepared by water-in-oil emulsification technique using camphene. Furthermore, they were repeatedly dip coated in collagen solution to penetrate the collagen into the pores, thereby forming porous BCP–Collagen composite microspheres. In in vitro evaluation, composite microspheres continuously delivered bone morphogenetic protein (BMP) and promoted the differentiation of osteoblasts. In vivo assessment revealed that the microspheres filled the defect well and that bone could be regenerated through the microspheres. Furthermore, composite microspheres exhibited three effects of collagen, showing improved performance compared to BCP microspheres; i) Collagen absorbed blood and promoted adhesion of osteoblasts to improve bone regeneration, ii) Collagen coating on the surface of microspheres provided a cushioning effect that absorbed the external impact and remained the structure, and iii) The electrostatic attraction of collagen and BMP resulted in the sustained release of BMP and improved bone regeneration. As a result, these studies have produced porous calcium phosphate–collagen composites of a unique structure by freeze casting method using camphene. It was confirmed that osteochondral regeneration was promoted by an aligned structure with channels, and drug delivery and bone regeneration were promoted by porous microspheres. These findings suggest that various porous structures can be achieved by freeze casting using camphene to mimic biological structures or to impart unique functions, and the performance can be further enhanced by the composite system.

Aminosteril ped 를 함유한 신생아 TPN용액중의 calcium과 phosphate의 용해도

김현정 숙명여자대학교 일반대학원 1998 국내석사

The purpose of this study was to determine the solubility of co-administered clacium and phosphate in neonatal TPN solutions containing a commercially available amino acid solutions(Aminosteril?? ped). Eight different TPN solutions were prepared with Aminosteril?? ped, 50% dextrose, and steril water for injection. The final amino acids concentration was 1% or 2% and the final dextrose concentration was 10% or 20%. Electrolytes, heprarin, multi-vitamins, and trace elements were also added. After the pH of each solution was measured, the solutions were divided into 17.6 to 19.7 ml aliquots. Also, potassium phosphate monobasec and calcium gluconate were added to each aliquot to achieve phosphate concentration of 10 to 30 mmol/L and calcium concentrations of 5 to 50 mEq/L. The total volume of each sample was 20 ml/vial. All samples were stored at room temperature for 24 hours and then place in a water bath at 37℃ for 30 minutes. Solutions was inpected under a microscope for precipitation. Calcium and phosphate solubility curves were obtained by plotting maximal solubility without showing any precipitation. These curves were drawn against amino acids and dextrose concentration, pH, and addition of sodium acetate. Calcium and phosphate solubility was higher in the solutions with high concentrations of amino acids and dextrose and without sodium acetate. A guideline for adding calcium and phosphate to the neonatal TPN containging Aminosteril?? ped was proposed based on the results.

Maxillary sinus augmentation using biphasic calcium phosphate : 3-6 year results of a case series on dimensional stability

김진구 Graduate School, Yonsei University 2021 국내박사

이 연구는 BCP(70% hydroxyapatite and 30% β-tricalcium phosphate)를 사용하여 상악동 거상술을 시행한 증례들에서 장기적인 치유기간 동안 BCP의 흡수 양상을 관찰하고, BCP의 흡수에 영향을 주는 요소들을 조사를 목표로 하였다. 2009년부터 2012년 까지 연세대학교 치과대학병원에서 BCP를 사용한 상악동 거상술과 임플란트 식립술을 받은 환자를 연구의 대상으로 하였다. 최종적으로 총 22명 환자의 27개 상악동, 47개의 임플란트에 대하여 술전, 수술 직후, 술후 36개월, 술후 72개월을 조사하였다. 모든 연구 대상 환자는 술전의 상악동까지 잔존골량이 5mm 이하였다. Modified Caldwell Luc 수술을 통해 상악동 점막을 거상하고, BCP를 이식하였다. 상악동 window 부위는 콜라겐 차폐막으로 피개하였다. 임플란트는 상악동 수술과 동시에 식립되거나 또는 술후에 지연 식립되었다. 순차적인 방사선학적 분석은 최장 술후 6년까지 이루어졌다. 본 연구의 추적관찰 기간동안 임플란트의 상실은 없었다. 평균적인 추적관찰 기간은 53개월이었으며, 최장 75개월 동안 관찰하였다. 술전 상악동저의 평균 높이는 4.27±1.78mm였고, 술후에 평균적으로 13.74mm 정도의 높이 증가를 보였다. 평균적인 상악동의 높이 감소는 술 후 36개월에서 0.27±1.08mm이었고, 72개월에서 0.89±1.39 mm이었다. 많은 양의 골이식재(p=0.021)와 긴 치유기간(p=0.035)이 이식된 상악동의 높이 감소에 유의하게 영향을 주었다. 특히, 40개월 이상의 치유기간은 이식된 상악동 높이의 감소에 영향이 있었다. 그 외에 임플란트의 위치, 임플란트의 길이, 식립된 임플란트의 수, 식립 시기, 상악동의 모양 등은 결과에 유의한 차이를 보이지 않았다. BCP는 상악동 거상술 후 장기간의 치유기간 동안 적절한 체적 안정성과 아주 적은 양의 상악동 내 골이식재 흡수를 보였다. 흡수가 잘 되지 않는 골이식재로 알려진 소 뼈 유래 이종골 등과 비교했을 때에도, 거의 통계적인 차이가 없는 흡수율을 보였다. 치유기간과 상악동에 이식된 골 이식재의 양은 BCP의 흡수에 영향을 줄 수 있다. Purpose: This study was designed to observe the resorption pattern of biphasic calcium phosphate (BCP) for long-term healing period in maxillary sinus augmentation, and to investigate the factors that may have affected the resorption of BCP. Materials and methods: A total of 47 implants placed in 27 sinuses of 22 patients were investigated for the present study. All patients had residual bone height less than 5mm at baseline. Modified Cald-well Luc approach was used to elevate maxillary sinus membrane and BCP (70% hydroxyapatite and 30% β-tricalcium phosphate) was filled. Implant placement was done simultaneously or delayed. Serial radiographic analysis was performed up to 6 year postoperatively. Results: During the follow-up period, no implant loss was found. The mean reduced height of augmented sinus was 0.27±1.08mm at 36 months, and 0.89±1.39 mm at 72 months postoperatively. Large amount of graft material (p=0.021) and long healing period (p=0.035) influence significantly on the reduced height of augmented sinus. Especially, there was significant influence between the healing periods over 40 months and reduced height of augmented sinus. Conclusions: It can be concluded that the BCP would achieve the proper dimensional stability with minimal reduced grafted height in long-term healing period of maxillary sinus augmentation. Healing time and amount of graft material could be influencing factors on resorption of BCP.

Minipig에서 외과적으로 형성한 일벽성 치주 결손부에 이식한 macroporous biphasic calcium phosphate(MBCP)와 fluorohydroxyapatite(Algipore)의 조직학적 평가:

이중석 연세대학교 대학원 2007 국내석사

Periodontal regenerative therapy and tissue engineering on defects destructed by severe periodontitis need maintaining of space, which provides the environment for cell migration, proliferation and differentiation. Application of bone grafts may offer this environment in periodontal defects. This study evaluated bone graft materials, MBCP? and Algipore?, in surgically created 1-wall periodontal intrabony defects of minipigs by histological analysis. Critical sized(4mmX4mm), one wall periodontal intrabony defects were surgically produced at the proximal aspect of mandibular premolars in either right and left jaw quadrants in four minipigs. The control group was treated with debridement alone, and experimental group was treated with debridement and MBCP? and Algipore? application. The healing processes were histologically observed after 8 weeks and the results were as follows. 1. In the control group, limited new bone formation was observed. 2. In MBCP group, more new bone formation was observed compared to other groups. 3. Histologically, dispersed mixture of new bone, biomaterial particles and connective tissue were shown and osteoblasts, osteoclasts and new vessels were present in this area. 4. Defects with Algipore showed limited new bone formation and biomaterial particles capsulated by connective tissue. 5. Histologically, lots of osteoclasts were observed around the biomaterial but relatively small numbers of osteblasts were shown. Within the limitation to this study protocol, MBCP? application in 1-wall intrabony defect enhanced new bone formation rather than Algipore? application. 골결손부에 적용되는 골이식재는 응고된 혈액의 안정화를 이루고 골형성에 관여하는 세포들이 분화되고 증식할 수 있는 골격을 형성해주며 자가골, 동종골 이종골, 합성골로 분류할 수 있다. 최근 개발된 여러 합성골중에서, hydroxyapatite의 공간유지능력과 tricalcium phosphate의 신생골 형성능력을 혼합한 macroporous biphasic calcium phosphate(MBCP?), 해조류에서 추출한 calcium carbonate를 변형시킨 fluorohydroxyapatite (Algipore?)는 여러 연구에서 성공적인 골형성을 보여주었다. 본 연구는 minipig 하악 소구치 주위에 외과적으로 형성한 일벽성 치주 결손부에 적용한 MBCP?와 Algipore?가 치주 조직 치유, 특히 골형성에 미치는 효과를 조직학적으로 평가해보고자 하였다.본 연구에서는 4마리의 minipig의 하악 제2소구치 원심면과 제4소구치 근심면에 1벽성 치주결손을 외과적으로 형성하여 각 골이식재를 평가해보았다. 각 결손부에 MBCP?를 이식한 군을 제1 실험군으로 설정하였으며, Algipore?를 이식한 군을 제2 실험군으로 하였다. 치은박리수술만 시행하여 봉합한 부위를 대조군으로 설정하였다. 각 군은 수술 후 8주의 치유 기간을 두고 희생하여 조직학적으로 관찰하였으며, 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.1.치은박리소파술만 시행한 대조군에서는 매우 제한적인 신생골 형성이 관찰되었다.2.Macroporous biphasic calcium phosphate(MBCP?)가 이식된 치주 결손 모델에서 상대적으로 많은 신생골 형성을 관찰할 수 있었으며, 신생골과 이식재, 결합 조직이 혼재되어 있는 양상이 관찰되었다.3.Macroporous biphasic calcium phosphate(MBCP?) 입자와 신생골 주위의 결합 조직에서 다수의 조골 세포와 파골 세포, 혈관이 관찰되었으며, 이는 신생골 형성이 진행중인 것으로 사료된다.4.Fluorohydroxyapatite(Algipore?) 가 이식된 치주 결손 모델에서 제한적인 신생골 형성과 결합 조직에 둘러싸인 이식재 입자를 관찰할 수 있었다.5.이식된 fluorohydroxyapatite(Algipore?) 입자 주위에서 파골 세포의 배열을 관찰할 수 있었으나 조골 세포는 제한적으로 관찰되었다.이상의 관찰을 통해 macroporous biphasic calcium phosphate 와 fluorohydroxyapatite 모두 이식재 주위에 신생골 형성을 관찰하여 효과적인 골전도성 이식재로서의 가능성을 관찰할 수 있었으며, macroporous biphasic calcium phosphate가 fluorohydroxyapatite 에 비해 조직학적으로 더 우수한 신생골 형성을 보여 치주 재생 치료 영역에서의 임상적 사용 가능성을 보여주었다.