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ISSN : 1598-6721(Print)
ISSN : 2288-0771(Online)
The Korean Society of Manufacturing Process Engineers Vol.16 No.6 pp.95-100
DOI : https://doi.org/10.14775/ksmpe.2017.16.6.095

Biocompatible Material Design Minimizing Hypertrophic Injury and Treatment Effects using a Mini-pig

Yong-Hwan Kim HWASEUNG EXWILL Co.Ltd. 8F Changchun B/D 1079 Jungang-daero Yeonje-gu Busan 47540 Korea
Jong-Woo Kim HWASEUNG EXWILL Co.Ltd. 8F Changchun B/D 1079 Jungang-daero Yeonje-gu Busan 47540 Korea
Seong-Hun Jin Department of chemical engineering Inha University Incheon 22212 Korea
I-Su Kim Su-Bio Co.Ltd. #1 16 beongil Mandeok 3-ro Bu-ku Busan 46570 Korea
Myung-Chang Kang# Graduate school of convergence science Pusan National University Busan 46241 Korea
Corresponding Author : kangmc@pusan.ac.kr+85-51-510-2361 +82-51-510-7396
20171118 20171125 20171126

Abstract

Recently, biomedical-grade texture material gauze has often been used to treat wounds. At this time, it is difficult to remove scratches and pushed gauze; if you remove it with force, the tissue may separate and bleeding may occur again. In this study, we studied a method to apply medical-grade silicone material. Similar to the research result that hypertrophic wounds reduce the thickness of scar marks. Through mini-pig experiments, we evaluated the effects on scar treatment. The test results showed that the silicone cover layer applied to the wound site had a sealing effect on the wound area, skin temperature, and histopathological examination. In conclusion, gel treatment utilizing a biocompatible substance had the effect of minimizing hypertrophic scars.


비대성 흉터를 최소화하는 생체적합성 재료설계와 미니돼지에 대한 치료 효과

김 용환 (주)화승엑스윌
김 종우 (주)화승엑스윌
진 성훈 인하대학교 화학공학과
김 이수 수바이오
강 명창# 부산대학교 융합학부

초록


    © The Korean Society of Manufacturing Process Engineers. All rights reserved.

    This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

    1.서 론

    일반적으로 넓은 면적의 창상이나 화상 환자를 위한 치료는 천(Texture) 조직의 거즈(Gauze)로 상처 드레싱(Dressing)을 하는 경우가 많다. 이때 가장 불 편한 점은 거즈가 상처와 눌러 붙어 제거가 어렵다 는 점이다. 힘을 주어 떼어내면 조직이 떨어져 나 와 환자들은 심한 고통을 호소하고, 환부에선 다시 출혈이 발생하기도 한다. 이러한 문제점을 해결하 기 위해 상처 드레싱으로 실리콘 겔(Silicone gel), 하이드로콜로이드(Hydrocolloid), 라텍스(Latex), 플라 스틱 수지(Plastic resin), 폴리에틸렌망(Polyethylene matrix) 등의 다양한 생체적합성 재료가 대체 사용 되고 있다[1-2]. 생체적합성 재료란 살아 있는 생체조 직에 직접 접촉하는 재료로써 혈액, 체액 등과 접 촉시 생체거부반응이나 독성반응 등을 나타내지 않 는 물질을 의미한다.

    최근 생체적합성 재료를 활용한 다양한 연구가 국내외에서 활발하게 진행되고 있다. 생체적합성 재료에 대한 연구동향은 화상후 손의 경직에 관한 치료[3-4], 개방 심장수술 후 실리콘겔을 활용한 흉터 치료[5], 안면 화상환자의 비대성 흉터 개선을 위한 실리콘 압박 마스크 치료의 효과 분석[6], 개질 실리 콘 오일과 하이포아염소산(Hypochlorous acid) 을 혼 합하여 분무하고 반투명 흉터 겔 제형으로 흉터 치 료한 것에 대한 연구[7], 다양한 첨가제와 실리콘 기 반의 피부 흉터 치료에 대한 연구[8] 등이 있다. 그 러나 이러한 손상된 피부 조직의 정상적인 재생을 위해 사용하는 피복제들은 여전히 해결해야 할 난 제들로써, 사용자의 생활에 불편함을 주는 늦은 휘 발성과 과도한 끈적임은 개선해야 할 과제이다.

    따라서 본 연구에서는 창상피복용 겔 연고의 적 정한 휘발성과 끈적임을 확보한 생체적합성 재료를 설계하고, 미니돼지(Mini-pig)의 외과적 수술로 유도 된 창상에 대하여 시험물질의 피부 도포가 치료에 미치는 효과을 평가하고자 한다.

    2.생체적합성 하이브리드 액상실리콘 겔 설계 및 제작

    휘발성이 강하여 피부 접촉시 수분 내로 증발하 면서 끈적이는 성질을 최소화시킨 하이브리드재료 특성을 설계한 생체적합성 하이브리드 액상실리콘 겔(HS-TS-1110)의 화학성분과 함량은 Table 1에 나 타내었다.

    데 카 메 칠 사 이 클 로 펜 타 실 록 산 ( D e c a m e t h y l cyclopentasiloxane; BRB DM 55, DeWolf Chemical) 을 69%, 실록산–실리콘(Siloxanes-Silicones; BRB SG 516, DeWolf Chemical)을 15%, 페닐트리메틸실록산 (Phenyltrimethylsiloxane; DC-556, Dow Corning)을 10%, 폴리실리콘-11(Polysiicone-11; Gransil PM, Grant Industries)을 5%, 폴리실리콘-15(Poly silicone -15; PARSOL SLX, DSM)를 0.8%, 그리고 비타민 E(DSM)를 0.2%를 첨가하여 Fig. 1과 같이 제조 하 였다.

    3.미니돼지를 이용한 창상치료 효과 시험

    3.1.창상치료 효과시험 재료

    실리콘 겔의 효력 평가를 위해 특정병원체가 없 는 미니돼지(MEDIKINETICS, Korea)를 사용하였다.

    본 시험에 사용한 미니돼지는 피부조직이 인간과 유사하여 피하주사를 통한 약물의 전달시험에 적합 한 것으로 알려져 있다. 또한, 의약품 및 의료기기 의 약물동력학 및 약효시험에 널리 사용되고 있다 [9]. 입수시 체중은 약 20kg이었다. 검역 및 순화기 간은 입수 후 6일로 순화기간 중 일반증상을 관찰 사용하였다. 시험개시시 체중범위는 약 20-25kg이 하여 건강상태를 확인하고 건강한 동물을 시험에 었다. 시험은 온도 23±3℃, 상대습도 55±15%, 환기 횟수 10∼20회/hr, 조명시간 12시간 (오전 8시 점등 ∼오후 8시 소등) 및 조도 150∼300Lux로 설정한 주식회사 노터스 비설치류 사육구역에서 실시하였 다. 사육기간 중 동물실의 온습도, 환기횟수 및 조 도 등의 환경조건은 정기적으로 측정하였고, 환경 측정결과 시험결과에 나쁜 영향을 끼칠만한 점은 관찰되지 않았다. 사료는 돼지사료(DAEHANFEED, Korea)를 섭취하도록 하였고, 물은 자외선 살균기 및 미세여과장치로 소독한 상수도수를 자동급수장 치를 통하여 자유롭게 섭취하도록 하였다. 실험 기 간 동안 돼지용 스테인레스재 사육상자(1200mm x 1700mm x 1700mm)에서 사육하였다.

    3.2.시험 방법 및 검사 항목

    창상 시험 동물의 적용 부위와 처치 내용은 Table 2와 같다. 1–5번은 무처치 대조유발군(G1)이 고, 6-10번은 시험물질 투여군(G2)이다. 시험물질 (HS-TS-1110)의 투여는 피부 도포를 선택하였다. 투 여 횟수는 1회/일, 14일간 총 14회 도포하였다.

    시험 순서 및 검사 항목은 다음과 같다. 창상 유 발, 체중 측정, 창상 사진 촬영 및 면적 분석, 체표 면 온도 측정, 조직병리학적 검사 순이다.

    창상은 Zoletil 50 (VIRBAC, France) 및 Xylazine (Rompun®, Bayer AG, Germany)을 이용하여 마취 및 포비돈을 이용하여 피부를 소독한다. 척추선을 중심으로 약 2cmⅹ2cm 크기로 Table 2와 같이 창 상 10 개를 유발하며, 진피부분까지 제거한다.

    체중은 창상 유발 전, 그 이후에는 1회/주 측정하 였다. 창상 사진은 창상유발 직후, 창상 유발 후 1, 3, 5, 7, 10 및 14 일째에 창상 유발부위에 대한 사 진을 촬영하였다. 면적분석은 ImageJ Software (Bethesda, MD, USA)를 이용하여 창상 면적에 대한 분석을 실시하였다. 체표면 온도측정은 창상유발 직후 (Day 0), 창상 유발 후 1, 3, 5, 7, 10 및 14 일 째에 열화상 카메라를 이용하여 상처 부위의 체표 면 온도를 측정하였다. 조직병리학적 검사는 투여 후 14 일째에 시험물질을 적용한 피부 부위(G2)를 10% 중성완충포르말린 용액에 고정한다. 고정된 조 직은 삭정, 탈수, 파라핀 포매, 헤마톡실린 및 에오 신 염색 등 일반적인 조직처리 과정을 거쳐 조직병 리학적 검사를 위한 검체를 제작한 다음, 광학현미 경(Olympus BX53, Japan)으로 조직병리학적 변화를 관찰하였다. 창상조직에 대한 판독은 Table 3에 제 시된 Barati 등이 평가한 방법을 점수화하였다[10].

    본 실험의 모든 결과에 대하여 자료의 정규성을 가정하고, 분산의 동질성은 Levene Test로 검정하였 으며[11], Student T-Test로 검정하였다.

    통계학적 분석은 PASW Statistics 18.0 (SPSS Inc., USA)를 이용하여 실시하며, p값이 0.05 미만일 경 우, 통계학적으로 유의한 것으로 판정하였다[12].

    4.실험 결과 및 고찰

    4.1.시험체 체중 및 창상 면적

    본 창상 효과여부 시험은 돼지 한 마리로 수행하 였으며, 시험기간 중 체중은 Table 4와 같이 수술후 23.70kg, 7일째 21.30kg, 14일째 20.70kg 이었다.

    창상 유발 및 시험물질 도포개시후 0, 1, 3, 5, 7, 10 및 14일 경과후 창상부위를 촬영하여 ImageJ software를 이용하여 창상면적의 변화를 분석한 결 과는 다음과 같다. G1 그룹은 수술후 100%, 1일째 102.32%, 3일째 101.63%, 5일째 101.49%, 7일째 98.58%, 10일째 87.32%, 14일째 78.70% 이었다.G2 그룹은 수술후 100%, 1일째 98.43%, 3일째 95.23%, 5일째 93.47%, 7일째 89.39%, 10일째 77.72%, 14일째 71.74% 이었다. Fig. 2처럼 G2에서 창상 면적이 더욱 감소하는 것을 확인할 수 있었 다.

    4.2.체표면 온도

    Fig. 3에서 시험물질 투여 후 14일째에 시험물질 투여군의 온도 수준은 유발대조군에 비하여 유의하 게 높은 것으로 나타났다. G1 그룹은 수술후 33.1, 1일째 31.9, 3일째 36.1, 5일째 36.2, 7일째 35.1, 10 일째 33.5, 14일째 33.8℃ 이었다. G2 그룹은 수술 후 33.5, 1일째 32.4, 3일째 35.8, 5일째 36.1, 7일째 35.1, 10일째 33.8, 14일째 34.6℃ 이었다. 결과적을 로 G1과 G2에서 체표면 온도가 거의 유사함을 확 인할 수 있었다.

    4.3.조직병리학적 검사

    Table 5와 Fig. 4의 조직병리학적 검사결과를 통 해 분석결과 시험물질 투여군의 염증(Inflammation) 및 결합조직증생(Fibroplasia) 수준은 유발대조군에 비하여 유의하게 낮았다 (p<0.05). 그리고 혈관형성 (Angiogenesis) 수준은 시험물질 투여군과 유발대조 군이 유의수준 내에서 유사함을 알았다. 한편, 시험 물질 투여군의 상피화(Epithelialization) 수준은 유발 대조군에 비하여 유의수준 이상으로 높은 것으로 나타났다 (p<0.05).

    Fig. 5는 조직병리학적 검사결과로서, 실제 상피 (Epidermis)의 치료효과를 촬영한 것이다. 시험물질 투여군의 염증, 결합조직증생 및 상피화 수준은 유 발대조군 대비 유의한 변화 경향을 나타내었다.

    창상 면적 분석에서도 시험물질 투여군은 유발대 조군에 비하여 낮은 수준을 나타내었다. 따라서, 돼 지 창상 모델에서 시험물질의 피부도포는 창상 회 복에 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.

    5.결 론

    본 연구에서는 미니돼지의 비대칭 흉터인 창상에 대하여 생체적합성 재료의 피부 도포가 미치는 효 과를 시험하여 다음과 같은 주요 결과를 얻었다.

    • 1. 두 시험군간 평균 창상면적은 유발대조군 G1이 21.3%, 시험물질 투여군 G2가 28.3% 감소하였다. G2가 G1 보다 7% 더 감소 효과가 있었다.

    • 2. 평균 체표면 온도는 시험물질 투여 후 14일째에 유발대조군 G1이 33.82℃, 시험물질 투여군인 G2가 34.60℃로 상승하였고 체표면온도 측면에서는 양 시험 사이에 큰 차이가 없음을 알 수 있었다.

    • 3. 조직병리학적 검사에서 염증과 결합조직증생은 G2가 G1에 비해 33% 감소하였고, 혈관형성은 8% 감소하였다. 그러나 상피형성은 80% 증가하였다.

    Figure

    KSMPE-16-95_F1.gif
    Weighing and mixing chemical compositions by 8minutes 1900 rpm : (a) Weighing liquid siloxanes according to composition ratio, (b) Weighing additives powder according to composition ratio and (c) Mixing chemical compositions in planetary mixer
    KSMPE-16-95_F2.gif
    Wound area of mini-pig according to taken days at cause control group G1 and test substance group G2
    KSMPE-16-95_F3.gif
    Variation of Skin temperature of mini-pig cause control group G1 and test substance group G2
    KSMPE-16-95_F4.gif
    Histopathologically results with inflammation, fibroplasia, angiogenesis, and epithelialization at cause control group G1 and test substance group G2
    KSMPE-16-95_F5.gif
    As histopathological examination results, inflammation, connective tissue enlargement, and epithelialization of the test substance administration group showed a tendency to change significantly compared with the induced control group

    Table

    Composition of silicone gel including polysilicone-15 and vitamin E
    Application areas of the wound test mini-pig and their treatment contents
    Histopathological parameters and scores for scar test of mini-pig
    According to taken day at body weight 23.70kg after surgery with one mini-pig
    Histopathological examination values of mini-pig

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