생체분해성 폴리카프로락톤(PCL) 미세혈관 문합커플러의 사출성형조건에 따른 문합강도 및 in-vitro 분해능 평가 Evaluation of Anastomotic Strength and in-vitro Degradability with Microvascular Anastomosis Coupler Based on Injection Molding Condition made by Biodegradable Polycaprolactone(PCL)원문보기
최근 미세혈관 문합수술 시 봉합사 대신 기계식 문합커플러를 사용하는 수술례가 증가하고 있다. 그러나 기존의 비분해성 문합커플러는 염증반응 뿐만 아니라 수술 후 영구적으로 인체 내에 잔존한다는 한계성이 있다. 따라서 본 연구에서는 기존 비분해성 문합커플러의 한계성을 극복하기 위해 사출성형공정을 이용한 생분해성PCL 문합커플러 제작을 채택하였다. 사출성형 공정조건 중 실린더온도와 사출압력에 따른 수축률을 계산하고 이에 따른 문합강도를 측정하였다. 그 결과 핀보다는 홀 파트의 수축률 변화가 크게 나타났다. 또한 수축률은 실린더온도가 상승할수록 증가하였으나 반대로 사출압력이 높아질수록 감소하는 경향이 나타났다. PCL 문합 커플러의 in-vitro 분해거동을 12주간 평가한 결과, 수분흡수는 증가하고 분자량은 감소하여 생체분해를 동반한 질량 및 문합강도의 감소를 확인할 수 있었다. 그러나 문합강도의 저하 수준이 전임상 요구조건을 충분히 상회하기에 PCL 문합커플러는 미세혈관수술에 적합한 후보재료임을 파악할 수 있었다.
최근 미세혈관 문합수술 시 봉합사 대신 기계식 문합커플러를 사용하는 수술례가 증가하고 있다. 그러나 기존의 비분해성 문합커플러는 염증반응 뿐만 아니라 수술 후 영구적으로 인체 내에 잔존한다는 한계성이 있다. 따라서 본 연구에서는 기존 비분해성 문합커플러의 한계성을 극복하기 위해 사출성형공정을 이용한 생분해성 PCL 문합커플러 제작을 채택하였다. 사출성형 공정조건 중 실린더온도와 사출압력에 따른 수축률을 계산하고 이에 따른 문합강도를 측정하였다. 그 결과 핀보다는 홀 파트의 수축률 변화가 크게 나타났다. 또한 수축률은 실린더온도가 상승할수록 증가하였으나 반대로 사출압력이 높아질수록 감소하는 경향이 나타났다. PCL 문합 커플러의 in-vitro 분해거동을 12주간 평가한 결과, 수분흡수는 증가하고 분자량은 감소하여 생체분해를 동반한 질량 및 문합강도의 감소를 확인할 수 있었다. 그러나 문합강도의 저하 수준이 전임상 요구조건을 충분히 상회하기에 PCL 문합커플러는 미세혈관수술에 적합한 후보재료임을 파악할 수 있었다.
The use of mechanical anastomosis coupler instead of sutures has been increasing in microvascular anastomosis surgery. However, non-biodegradable anastomosis coupler has problems such as not only inflammatory reaction but also remaining permanently in operation wound. Therefore, we fabricated biodeg...
The use of mechanical anastomosis coupler instead of sutures has been increasing in microvascular anastomosis surgery. However, non-biodegradable anastomosis coupler has problems such as not only inflammatory reaction but also remaining permanently in operation wound. Therefore, we fabricated biodegradable anastomosis coupler using injection molding process to overcome the limitation of non-biodegradable anastomosis coupler. In various injection molding process conditions, the shrinkage was calculated with different cylinder temperatures and injection molding pressures and anastomotic strength was measured. As a result, changes in shrinkage hole part larger than the pin part. In addition, the shrinkage in the cylinder at higher temperatures increase. However, the higher the injection pressure, shrinkage tends to decrease, respectively. In-vitro degradation behavior of PCL anastomotic coupler evaluated for 12 weeks, water uptake was increased and molecular weight was accompanied by a reduction in mass of the biological degradation and reduction of anastomotic strength was confirmed. However, decreased levels of anastomotic strength enough to exceed the requirements of preclinical surgery, PCL microvascular anastomosis coupler suitable candidate materials that could identify.
The use of mechanical anastomosis coupler instead of sutures has been increasing in microvascular anastomosis surgery. However, non-biodegradable anastomosis coupler has problems such as not only inflammatory reaction but also remaining permanently in operation wound. Therefore, we fabricated biodegradable anastomosis coupler using injection molding process to overcome the limitation of non-biodegradable anastomosis coupler. In various injection molding process conditions, the shrinkage was calculated with different cylinder temperatures and injection molding pressures and anastomotic strength was measured. As a result, changes in shrinkage hole part larger than the pin part. In addition, the shrinkage in the cylinder at higher temperatures increase. However, the higher the injection pressure, shrinkage tends to decrease, respectively. In-vitro degradation behavior of PCL anastomotic coupler evaluated for 12 weeks, water uptake was increased and molecular weight was accompanied by a reduction in mass of the biological degradation and reduction of anastomotic strength was confirmed. However, decreased levels of anastomotic strength enough to exceed the requirements of preclinical surgery, PCL microvascular anastomosis coupler suitable candidate materials that could identify.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
6(a)를 통해 보다 구체적이고 정량적인 값으로 파악할 수 있었다. 단, 본 논문에서 언급된 실린더온도 및 사출압력의 실제값은 당사의 PCL 문합커플러 제품화를 위한 회사기밀정보에 해당되므로 T1~T3 등의 형태로 표기한 점에 대해 깊은 양해를 구하는 바이다. Fig.
특히 실린더온도와 사출압력은 성형품의 완성도에 절대적인 영향을 미친다. 따라서 본 연구에서는 실린더온도 및 사출압력에 따른 PCL 문합커플러의 수축률 변화를 우선적으로 관찰하였다. 완성도가 매우 높은 PCL 문합커플러를 제작하기 위해 오랜 시간과 인내력을 투자한 결과, Fig.
그러나 PCL 링파트는 가수분해되더라도 금속의 마이크로핀은 영구적으로 인체내에 잔존한다는 더 큰 문제점이 발생될 수밖에 없었다. 따라서 본 연구에서는 우선적으로 PCL이 문합커플러의 후보재료로 타당성이 있는가를 판단하기 위해 사출성형기법을 이용하여 마이크로핀과 문합링이 PCL로만 구성된 일체형 문합커플러를 제작하였다. 그리고 수축률, 문합강도 및 in-vitro 분해특성, 분해에 의한 문합강도변화 등을 평가하였다.
본 연구에서는 기존 비분해성 문합커플러의 술후 인체내 영구잔존이라는 한계성을 극복하기 위해 양산화에 유리한 정밀사출성형공정을 통해 생체분해성 PCL 문합커플러를 제작하였다. 사출공정조건 중 실린더온도와 사출압력이 문합커플러의 수축률에 미치는 영향을 계산하고, 그 수축률이 문합커플러의 문합강도에 어떠한 영향을 미치는지 판단하였다.
그 이유는 PCL 문합커플러의 결합력은 핀과 홀 파트의 전단력에 의해 결정되기 때문에 in-vitro 분해실험 중 PBS에 의한 문합부의 전단결합력 감소로 인해 1주 후 문합강도가 감소한 것으로 사료된다. 본 절에서도 주목할 점은 혈관 내막간의 완벽한 결합이 이루어지는 2주 경과동안 과연 얼마만큼의 문합강도 저하가 발생했는가를 살펴보는 것이다. 앞 절의 최대인장강도 및 탄성계수의 2주간 하락세가 PCL 문합커플러의 역할수행에 큰 영향을 미치지 않는 결과를 유도할 수 있었듯이 문합강도 또한 우려할 수준의 강도하락세는 전혀 나타나지 않았다는 점에서 단언컨대 PCL은 차세대 생체분해성 문합커플러의 후보재료로 매우 타당함을 재차 입증하는 것이다.
본 연구에서는 기존 비분해성 문합커플러의 술후 인체내 영구잔존이라는 한계성을 극복하기 위해 양산화에 유리한 정밀사출성형공정을 통해 생체분해성 PCL 문합커플러를 제작하였다. 사출공정조건 중 실린더온도와 사출압력이 문합커플러의 수축률에 미치는 영향을 계산하고, 그 수축률이 문합커플러의 문합강도에 어떠한 영향을 미치는지 판단하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
가설 설정
이와 같은 비분해성 문합커플러의 한계성을 극복하고자 최근에는 생체분해성 문합커플러를 개발하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.(4~6) 생체분해성 미세혈관 문합커플러의 후보재료가 보유해야 할 요구조건으로는 1) 대량생산공정이 가능해야하고, 2) 동일한 생산품의 확보 등 품질관리가 용이해야하고, 3) 이물반응 및 감염증 등 생체자극성을 최소화시켜야하고, 4) 물성제어가 용이해야한다.(7) 요구조건1)과2)를 유추해보면 아직까지는 3D프린팅기술보다는 정밀사출성형기술이 상용화에 더 적합하다는 사실을 알 수 있다.
제안 방법
그리고 수축률, 문합강도 및 in-vitro 분해특성, 분해에 의한 문합강도변화 등을 평가하였다. 세부적인 연구내용으로는1) 사출공정조건이 PCL 문합커플러의 형상변화및 수축률(shrinkage)에 미치는 영향,2) 수축률의 차이가 결합된 문합커플러의 문합강도(anastomotic strength) 에 미치는 영향, 3) in-vitro 분해실험을 통한 PCL 문합커플러의 생체내 분해거동 예측, 4) PCL 분해에 따른 문합강도 변화 등을 연구하였다. 본 연구결과들을 바탕으로 최적의 PCL 문합커플러의 사출성형 공정조건을 정립할 수 있었고 PCL 문합커플러의 in-vivo 분해거동을 예측할 수 있는 좋은 기초자료로 활용할 수 있었다.
본 연구에서의 PCL 문합커플러는 기존 비분해성 문합커플러와 달리 SUS계열의 마이크로핀이 존재하지 않고 핀과 홀 파트가 모두 PCL 일체형으로 구성되어 있기에 사출성형 공정조건에 따른 수축률은 문합강도에 절대적인 영향을 미친다. PCL 문합커플러의 문합강도를 평가하기 위해 측정용 바(bar) 를 부착하고, 만능시험기을 이용하여 문합강도를 평가하였다. 문합강도시험 시 크로스헤드 이동속도 (cross-head speed)=6mm/min를 적용하였다.
PBS는 첫주 동안은 2일에 한 번씩 교환해 주었고, 나머지 기간 동안은 3일에 한 번씩 교환해주었다. PCL 문합커플러의 분해거동 평가를 위해 수분흡수, 분자량 및 질량손실을 측정하였다. 분해거동 실험 전 각 커플러의 초기무게 (initial weight, Wi)는 전자저울을 이용하여 측정하였다.
분해거동 실험 전 각 커플러의 초기무게 (initial weight, Wi)는 전자저울을 이용하여 측정하였다. 각 분석을 위해 수화상태의 젖은무게(wet weight, Ww)를 측정하고, 표면의 PBS를 제거한 뒤 48시간 동안 동결건조시켰다. 그 후, 건조무게(dried weight, Wd)를 측정하여 수분흡수 및 질량손실을 계산하였다.
분해기간 동안의 분자량 변화는 GPC(gel permeation chromatography)를 이용하여 측정하였다. 건조된 커플러를 클로로포름(chloroform)에 1mg/ml의 농도로 녹인 후, 1ml/min의 유동 속도를 적용하여 분자량을 분석 하였다. 12주 동안의 분해거동 평가 결과, PCL 문합커플러의 수분흡수는 증가하고 분자량은 감소하여 이에 따른 질량손실이 나타난 것을 Fig.
각 분석을 위해 수화상태의 젖은무게(wet weight, Ww)를 측정하고, 표면의 PBS를 제거한 뒤 48시간 동안 동결건조시켰다. 그 후, 건조무게(dried weight, Wd)를 측정하여 수분흡수 및 질량손실을 계산하였다. 수분흡수 및 질량손실에 대한 계산식은 식 (2) 및 식 (3)과 같다.
따라서 본 연구에서는 우선적으로 PCL이 문합커플러의 후보재료로 타당성이 있는가를 판단하기 위해 사출성형기법을 이용하여 마이크로핀과 문합링이 PCL로만 구성된 일체형 문합커플러를 제작하였다. 그리고 수축률, 문합강도 및 in-vitro 분해특성, 분해에 의한 문합강도변화 등을 평가하였다. 세부적인 연구내용으로는1) 사출공정조건이 PCL 문합커플러의 형상변화및 수축률(shrinkage)에 미치는 영향,2) 수축률의 차이가 결합된 문합커플러의 문합강도(anastomotic strength) 에 미치는 영향, 3) in-vitro 분해실험을 통한 PCL 문합커플러의 생체내 분해거동 예측, 4) PCL 분해에 따른 문합강도 변화 등을 연구하였다.
그렇다고 저온저압으로 성형사출할 경우 오히려 미성형 PCL 문합커플러가 발생되기도 한다. 따라서 in-vitro 분해거동 평가를 위한 PCL 문합커플러는 저온고압조건인 T1, P3를 채택하여 사출성형하였다. 그 결과 안정적인 PCL 문합커플러를 제작할 수 있었다.
(14) 따라서 그 기간 동안 PCL 문합커플러는 혈관 문합을 지지하는 지지체 역할을 한다. 본절에서는 PCL 문합커플러의 인체내 삽입 후 12주 분해기간 경과에 따른 최대인장강도 및 탄성계수의 변화를 평가하였다. 인장시험시 크로스헤드 이동속도는 20mm/min로 적용하였다.
PCL 문합커플러의 분해거동 평가를 위해 수분흡수, 분자량 및 질량손실을 측정하였다. 분해거동 실험 전 각 커플러의 초기무게 (initial weight, Wi)는 전자저울을 이용하여 측정하였다. 각 분석을 위해 수화상태의 젖은무게(wet weight, Ww)를 측정하고, 표면의 PBS를 제거한 뒤 48시간 동안 동결건조시켰다.
분해기간 동안의 분자량 변화는 GPC(gel permeation chromatography)를 이용하여 측정하였다. 건조된 커플러를 클로로포름(chloroform)에 1mg/ml의 농도로 녹인 후, 1ml/min의 유동 속도를 적용하여 분자량을 분석 하였다.
전세계 미세혈관문합수술분야에서 20년 넘게 적용되어왔던 HDPE로 가공된 혈관문합링과 본 논문을 통해 완성된 PCL 문합링을 각각 자체적으로 제작한 후 전임상 검증을 위해 H&E staining 조직학 분석을 수행하여 비교한 결과를 Fig. 12에 나타냈다.
대상 데이터
본 연구에서 개발한 PCL 문합커플러는 Fig. 2와 같이 문합링과 마이크로핀 파트가 모두 PCL로 구성된 일체형 구조(상품명 : BanaFix®)이다.
이론/모형
2와 같이 문합링과 마이크로핀 파트가 모두 PCL로 구성된 일체형 구조(상품명 : BanaFix®)이다. 대량생산의 효율성 및 문합정확성을 향상시키기 위해서는 자웅동체의 일체형 구조의 특허기술(10)을 적용하였다. PCL 문합커플러는 Fig.
성능/효과
(*p<0.05) 결과적으로 T3 조건에서 제작된 PCL 문합커플러는 두 혈관의 내막-내막(intima-to-intima)간 결합을 2주간 단단히 유지시켜 누혈을 방지하고 개존율(patency rate) 100%를 보장할 수 있는 조건을 갖추게 될 것이라고 예측된다.
(1) 실린더온도 및 사출압력이 핀과 홀 파트의 수축률에 미치는 영향을 각각 계산한 결과, 핀보다는 홀 파트의 수축률 변화가 크게 나타났다. 또한 실린더온도가 상승할수록 수축률은 증가하였으나 사출압력이 높아질수록 수축률은 감소하였다.
(2) 핀과 홀의 수축률 변화에 따른 문합강도 변화에서 사출압력보다는 실린더온도에 의한 영향이 더 크게나타났으며, 실린더온도가 상승할수록 문합강도가 증가하는 것을 알 수 있었다.
(3) In-vitro 분해실험 결과, 분해 1주 후에 8%의 극한강도 감소가 나타났고, 2주 후 12% 감소한 것을 확인할 수 있었다. 또한 분해 12주 후 대조군보다 약 20% 감소한 것을 확인할 수 있었다.
(4) PCL 문합커플러의 링간 결합력은 핀과 홀 파트의 전단력에 의해 결정되기 때문에 in-vitro 분해실험 중 PBS에 의한 문합부의 전단결합력 감소로 인해 1주 후 10%정도 문합강도 저하가 발생된 것으로 사료된다. 혈관 내막간의 완벽한 결합이 이루어지는 2주 경과동안 우려할 수준의 문합강도 하락세는 나타나지 않았다.
Fig. 6(b)에서 T1, T2의 수축률에 비해 T3가 더 높게 나타난 사실을 유추해보면 본 공정범위 내에서 수축률 20% 이내의 최적사출온도가 존재함을 예측할 수 있었다.
Fig. 9(b)의 탄성계수 역시 분해기간 동안 감소하는 경향을 나타냈으나 분해 2주 후 약 5% 감소로 그 차이가 매우 미약하여 지지체로서 충분히 그 역할을 수행하는 것을 알 수 있었다. 결과적으로 문합 후 혈관 내막 끼리 완벽하게 결합되는 2주 후 PCL 문합커플러의 최대인장강도 및 탄성계수의 감소세는 더욱 심화되지만 이는 지지체로서 2주간 역할을 충분히 수행한 이후의 시점이므로 큰 문제가 되지 않는다.
8과 같이 확인할 수 있었다. 12주 분해기간 동안 수분흡수는 약 10% 정도 증가하였지만 분자량은 약 20%정도 감소하였고, 약 6%정도의 질량손실을 확인할 수 있었다. 이는 수분흡수를 통한 고분자사슬파괴가 일어난 후 질량손실이 일어나므로 본 실험에서의 가장 큰 감소를 보인 분자량 감소를 통해 추후 계속되는 분해실험에서는 질량손실이 증가할 것으로 유추할 수 있다.
그러나 12주라는 주어진 기간 동안 과연 1차 그래프 형태의 비례적인 하강세를 보이는가? 혹은 특정기간 이후 급격히 분해속도가 가속화 되는가?는 매우 흥미로운 질의이며 in-vitro 테스트를 수행해야만 그 결과를 정확히 알 수 있다. in-vitro 분해거동 평가 결과, 12주 경과동안 최대인장강도와 탄성계수의 구체적인 하락세 경향을 명확히 파악할 수 있었다. 그러나 PCL 문합커플러의 궁극적인 적용목표는 단절된 두 미세혈관간의 결합이므로 12주 분해경과 동안 문합강도가 과연 얼마만큼 저하되는가를 평가하는 것은 매우 중요하다.
9(b)의 탄성계수 역시 분해기간 동안 감소하는 경향을 나타냈으나 분해 2주 후 약 5% 감소로 그 차이가 매우 미약하여 지지체로서 충분히 그 역할을 수행하는 것을 알 수 있었다. 결과적으로 문합 후 혈관 내막 끼리 완벽하게 결합되는 2주 후 PCL 문합커플러의 최대인장강도 및 탄성계수의 감소세는 더욱 심화되지만 이는 지지체로서 2주간 역할을 충분히 수행한 이후의 시점이므로 큰 문제가 되지 않는다. 분해 2주 이후 최대인장강도 및 탄성계수의 감소는 오히려 PCL 문합커플러가 생체 내에서 빠르게 분해가 진행되고 있다는 반증이므로 매우 긍정적인 결과이다.
따라서 in-vitro 분해거동 평가를 위한 PCL 문합커플러는 저온고압조건인 T1, P3를 채택하여 사출성형하였다. 그 결과 안정적인 PCL 문합커플러를 제작할 수 있었다. 완성된 PCL 문합커플러를 일정 튜브에 넣고 phosphate buffered saline(PBS, pH7.
(12) 핀 수축률에 비해 홀 수축률이 더 크기 때문에 역후크응력 (reverse Hooke stress) 형태의 전단응력에 의해 문합강도가 증가한다. 따라서 가장 높은 실린더온도 및 사출 압력 조건에서 최대문합강도가 나타날 것으로 기대되었으나 Fig. 7과 같이 사출압력에 의한 영향은 의외로 미비하였고 실린더온도에 의한 문합강도 변화가 더 크게 작용함을 확인할 수 있었다. 즉 실린더온도가 상승 할수록 링과 홀 사이의 역후크응력 증가로 문합강도는 증가함을 확인하였다.
분해실험을 진행하지 않은 대조군(intact)과 비교했을때 분해 1주 후 약 8%의 극한강도 감소가 나타났고, 분해 2주 후 약 12% 감소한 것을 확인할 수 있었다. 또한 분해 12주 후 대조군보다 약 20% 감소한 것을 확인할 수 있었다. 혈관 내막간 완전결합되는 술후 2주까지는 PCL 문합커플러의 극한강도가 크게 감소하지 않았다.
(1) 실린더온도 및 사출압력이 핀과 홀 파트의 수축률에 미치는 영향을 각각 계산한 결과, 핀보다는 홀 파트의 수축률 변화가 크게 나타났다. 또한 실린더온도가 상승할수록 수축률은 증가하였으나 사출압력이 높아질수록 수축률은 감소하였다.
세부적인 연구내용으로는1) 사출공정조건이 PCL 문합커플러의 형상변화및 수축률(shrinkage)에 미치는 영향,2) 수축률의 차이가 결합된 문합커플러의 문합강도(anastomotic strength) 에 미치는 영향, 3) in-vitro 분해실험을 통한 PCL 문합커플러의 생체내 분해거동 예측, 4) PCL 분해에 따른 문합강도 변화 등을 연구하였다. 본 연구결과들을 바탕으로 최적의 PCL 문합커플러의 사출성형 공정조건을 정립할 수 있었고 PCL 문합커플러의 in-vivo 분해거동을 예측할 수 있는 좋은 기초자료로 활용할 수 있었다.
그러나 앞 절을 통해 본 실험조건 중 수축률 20% 이내의 최적조건이 존재하고 있다는 소중한 사실을 유추할 수 있었다. 본 연구에서의 PCL 문합커플러는 기존 비분해성 문합커플러와 달리 SUS계열의 마이크로핀이 존재하지 않고 핀과 홀 파트가 모두 PCL 일체형으로 구성되어 있기에 사출성형 공정조건에 따른 수축률은 문합강도에 절대적인 영향을 미친다. PCL 문합커플러의 문합강도를 평가하기 위해 측정용 바(bar) 를 부착하고, 만능시험기을 이용하여 문합강도를 평가하였다.
이는 PCL 분해기간 12주 동안 크로스링킹된고분자 가교사슬이 서서히 단절을 진행하면서 최대인장강도는 분해경과가 진행될수록 감소한 것으로 사료 된다. 분해실험을 진행하지 않은 대조군(intact)과 비교했을때 분해 1주 후 약 8%의 극한강도 감소가 나타났고, 분해 2주 후 약 12% 감소한 것을 확인할 수 있었다. 또한 분해 12주 후 대조군보다 약 20% 감소한 것을 확인할 수 있었다.
6(a)는 실린더온도 상승에 따른 수축률 변화를 나타낸 그래프이다. 실린더온도가 상승할수록 핀과 홀의 수축률도 서서히 증가하는 것을 확인할 수 있고, 핀보다는 홀 파트의 수축률이 6배 이상 더 높다는 사실을알 수 있었다. 이는 용융압출 후, 냉각과정동안 사출금형과 용융된 PCL의 온도차에 의한 열수축의 영향으로 실린더온도가 상승할수록 수축률이 증가하는 일반적인 현상을 Fig.
12에 나타냈다. 염색 결과 기존 HDPE 문합링의 수술결과 못지않게 PCL 문합링의 경우도 혈관내막간의 결합(intima-to-intima)이 완벽하게 잘 이루어졌음을 확인할 수 있었고 혈전 및 염증반응 또한 전혀 존재하지 않고 있음을 확인할 수 있 었다. 본 논문을 통해 제작된 PCL 문합링의 전임상 검증에 대한 논문은 별도로 게재할 예정이다.
따라서 본 연구에서는 실린더온도 및 사출압력에 따른 PCL 문합커플러의 수축률 변화를 우선적으로 관찰하였다. 완성도가 매우 높은 PCL 문합커플러를 제작하기 위해 오랜 시간과 인내력을 투자한 결과, Fig. 5와 같이 사출성형공정을 통한 고완성도의 PCL 문합커플러를 제작할 수 있었다. 본 사출성형공정에 대해서는 특허등록(6)을 통해 해당 기술을 보호받게 되었다.
7과 같이 사출압력에 의한 영향은 의외로 미비하였고 실린더온도에 의한 문합강도 변화가 더 크게 작용함을 확인할 수 있었다. 즉 실린더온도가 상승 할수록 링과 홀 사이의 역후크응력 증가로 문합강도는 증가함을 확인하였다.(*p<0.
또한 분해 12주 후 대조군보다 약 20% 감소한 것을 확인할 수 있었다. 혈관 내막간 완전결합이 이루어지는 2주 후까지 PCL 문합커플러의 극한강도는 크게 감소하지 않았다. 탄성계수 역시 분해기간 동안 감소하는 경향을 나타냈으나 2주 후 약 5% 감소로 그 차이가 매우 미약하다.
후속연구
또한 PCL은 생체분해성 문합커플러의 후보재료로 언급된 바 있는 폴리글리콜산(poly(glycolic acid), PGA), 폴리락트산(poly(lactic acid), PLA), 폴리디옥사논(polydioxanone, PDO) 등에 비해 월등히 분해속도가 느리며 완전히 소멸되는 기간이 거의 2년에 가깝다. 따라서 본 실험기간으로 설정한 12주 이후부터 2년 사이에 인체 내 잔존기간동안 문제를 야기할 가능성은 없는가를 걱정하지 아니할 수 없는데, 본 연구팀의 자체 전임상실험(뉴질랜드화이트래빗)을 통해 최소 1년차까지는 아무런 문제점이 없음을 직접 확인한 바 있으며 이에 대해서는 별도의 전임상논문으로 상세히 기재할 예정이다. 오히려 PCL 느린 분해속도는 혈관문합술 측면에서는 큰 축복이라 할 수 있다.
염색 결과 기존 HDPE 문합링의 수술결과 못지않게 PCL 문합링의 경우도 혈관내막간의 결합(intima-to-intima)이 완벽하게 잘 이루어졌음을 확인할 수 있었고 혈전 및 염증반응 또한 전혀 존재하지 않고 있음을 확인할 수 있 었다. 본 논문을 통해 제작된 PCL 문합링의 전임상 검증에 대한 논문은 별도로 게재할 예정이다.
12주 분해기간 동안 수분흡수는 약 10% 정도 증가하였지만 분자량은 약 20%정도 감소하였고, 약 6%정도의 질량손실을 확인할 수 있었다. 이는 수분흡수를 통한 고분자사슬파괴가 일어난 후 질량손실이 일어나므로 본 실험에서의 가장 큰 감소를 보인 분자량 감소를 통해 추후 계속되는 분해실험에서는 질량손실이 증가할 것으로 유추할 수 있다. Fig.
탄성계수 역시 분해기간 동안 감소하는 경향을 나타냈으나 2주 후 약 5% 감소로 그 차이가 매우 미약하다. 이를 통해 PCL 문합커플러가 인체내 이식 이후에도 지지체로서의 역할을 충분히 수행할 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
봉합사 문합법의 문제점은?
인체 결손조직을 재건하기 위한 유리피판술(free-flap)은 미세수술기법 중 가장 중요한 술식으로 혈관문합술의 대표적 사례이다.(1) 기존의 고식적인 혈관문합술은 봉합사 문합법이 일반적이었으나 봉합사의 혈관 관통에 의한 혈관내막손상, 혈관 내에 봉합사 잔존에 의한 혈전(thrombus)생성, 긴수술시간, 고난이도의 술기 등 많은 문제점이 최근까지 지속되고 있다.(1,2) 따라서 1960년대 이후 고식적인 미세혈관문합분야의 한계성을 극복하고자 기계식 문합장치가 개발되었고 이후 혈관문합술에 적용되는 사례가 급격히 증가하고 있다.
기계식 문합커플러를 이용한 문합술의 단점은?
(2) 또한 금속재질의 마이크로핀에 혈관을 외번(eversion)하여 내막-내막간(intima-to-intima) 결합을 유도하기 때문에 기존 봉합사방식처럼 혈관 내에 이물질이 존재하지 않는다. 그러나 비분해성 문합커플러는 수술후 영구적으로 인체 내에 잔존하기 때문에 외부항원으로 인식되어 염증반응(inflammatory reaction)이 유도될 수 있다. 이와 같은 비분해성 문합커플러의 한계성을 극복하고자 최근에는 생체분해성 문합커플러를 개발하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
유리피판술이란?
인체 결손조직을 재건하기 위한 유리피판술(free-flap)은 미세수술기법 중 가장 중요한 술식으로 혈관문합술의 대표적 사례이다.(1) 기존의 고식적인 혈관문합술은 봉합사 문합법이 일반적이었으나 봉합사의 혈관 관통에 의한 혈관내막손상, 혈관 내에 봉합사 잔존에 의한 혈전(thrombus)생성, 긴수술시간, 고난이도의 술기 등 많은 문제점이 최근까지 지속되고 있다.
참고문헌 (14)
Jung, Y. J., Son, D. G. and Kim, H. J., 2006, "MAC System for Microanastomosis of Free Flap," The Korean Society of Microsurgery, Vol.15, No.2, pp.51-57.
Chung, N. Y, Lim H. C., Lee, S. H., Park, J. H. and Park, J. W., 2008, "Easy and Fast Anastomosis using Microvascular Anastomotic Coupler System," Journal of Korean Orthopeadic Association, Vol.43, No.1, pp.36-42.
Nakayama, K., Yamamoto, K., Tamiya, T., 1962, "A New Simple Apparatus for Anastomosis of Small Vessels. Preliminary Report," The International College of Surgeons, Vol.38, pp.12-26.
Middleton, J. C. and Tipton, A. J., 2000, "Synthetic Biodegradable Polymers as Orthopedic Devices," Biomaterials, Vol.21, pp.2335-2346.
Barrows, T. H., 1986, "Degradable Implant Materials: A Review of Synthetic Absorbable Polymers and Their Applications," Clinical Materials, Vol.1, pp.233-257.
Kim, C. W., Ahn, G. S., Han, G. B., Park, J. K. and Hwang, J. H., 2013, "Method for Manufacturing Anastomosis Coupler Using Bio-degradable Polycaprolactone," The Korean Intellectual Property Office, Patent No.10-1308133, Korea.
Kim, S. H. and Kim, S. H., 2007, "Biofunctional Biodegradable Polymer," Polymer Science and Technology, Vol.18, pp.450-457.
Joji, S., Muneshige, H. and Ikuta, Y., 1999, "Experimental Study of Mechanical Microvascular Anastomosis with New Biodegradable Ring Device," British Journal of Plastic Surgery, Vol.52, No.7, pp.559-564.
Qu, W., Muneshige, H. and Ikuta, Y., 1999, "An Absorbable Pinned-ring Device for Microvascular Anastomosis of Vein Grafts: Experimental studies," Microsurgery, Vol.19, No.3, pp.128-134.
Kim, C. W., Yang, Y. K., 2012, "Isomorphic Anastomosis Ring," The Korean Intellectual Property Office, Patent No.10-1126220, Korea.
Jung, Y. D., Kim, Y. S., Kim, I. K. and Jung, H. C., 1997, "Research of Shrinkage Phenomenon on Metal Insert Injection Molded Parted," The Korean Society for Power System Engineering, Vol.12, pp.127-131.
Ueda, K., Mukai, T., Ichinose, S., Koyama, Y. and Takakuda, K., 2010, "Bioabsorbable Device for Small-caliber Vessel Anastomosis," Microsurgery, Vol.30, No.6, pp.494-501.
Shim, J. H., Kim, J. Y., Park, J. K., Hahn, S. K., Rhie, J. W., Kang, S. W., Lee, S. H. and Cho, D. W., 2010, "Effect of Thermal Degradation of SFF-Based PLGA Scaffolds Fabricated Using a Multi-head Deposition System Followed by Change of Cell Growth Rate," Journal of Biomaterials Science, Vol.21, pp.1069-1080.
Ueda, K., Mukai, T., Ichinose, S., Koyama, Y. and Takakuda, K., 2010, "Bioabsorbable Device for Small-caliber Vessel Anastomosis," Microsurgery, Vol.30, No.6, pp.494-501.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.