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보고서 상세정보

조직공학적 관절연골의 성능 및 안전성 평가기술개발
Development of Guidance for Function and Safety of Tissue-Engineered Articular Cartilage

  • 주관연구기관

    서울대학교 의과대학
    Seoul National University

  • 연구책임자

    이명철

  • 보고서유형

    최종보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2001-11

  • 주관부처

    식품의약품안전청

  • 사업 관리 기관

    식품의약품안전청
    Korea Food & Drug Administration

  • 등록번호

    TRKO201000015892

  • 키워드

    관절연골.연골세포.조직공학.지지체.안전성.성능.생체적합성.평가기준.Articular cartilage.Chondrocyte.Tissue engineering.Scaffold.Safety.Effectiveness.Guidance.

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    Guidance of tissue engineered medical products is very important for the safety of patients and nation's well-fare. This tissue-e...

    Guidance of tissue engineered medical products is very important for the safety of patients and nation's well-fare. This tissue-engineered cartilage rely on the use of a cellular component, We have developed a guidance for the function, biocompatibilty and safety tests of tissue-engineered cartilages. The guidance is divided into two categories and contains a synthesis of cartilage scaffolds, their general and specific test methods and biocompatibilty of the tissue-engineered cartilages. They described an establishment of functions and biocompatibilty in vitro and in vivo test methods of the cartilage scaffolds and tissue-engineered cartilages". Both guidances were based on the reviews of the published research results and the tissue-engineered products guidances based on the ASTM, 'US FDA as well as the practical experiments perfoirned in the laboratories of Seoul National University Hospital and Seoul National University of Technology as well as othe~ well-known research institutes in Korea.
    The first examples deal with an establishment of cartilage cell protocols. The first step was an isolation of large amount of human cartilage cells with enzymes, and then their proliferation and freezing method. The cells were isolation from 10 patients and its average number of cell obtained was $10^{3}$cells/mg tissue with their viability of 84%. The second step was a validation of the experiment with an observation of their viability of over 96% after freezing and thawing process. The third step was a validation of safety with observations of free of bacteria, mycoplasma and endotoxin during and after the experiment. Further more we have observed cellular morphology, proliferation rate, synthesis of proteoglycan and expression of type I and II collagens and the cartilage cell type was maintained for upto 2 weeks. We have concluded that the cell culture could be performed upto 2 weeks on a 2 dimensional tissue culture flask and then the cells should be transplanted.
    The second examples deal with guidances of scaffolds synthesis methods, general test methods and biocompatibilty including toxicity, hemolytic lysis, glycosaminoglycan synthesis and histology. The scaffold polymers employed for scaffold synthesis were hy~rid polymers, polylactide and its derivatives such as polyOactic acid-eo-glycolic acid) with various ratios such as 98:15, 75:25 and 65:35. The hybrid scaffolds were the blending of polylactide and natural polymers as bioactive agents such as chitosan, gelatin and hyaluronic add. Those scaffolds have been tested by various methods such as physical tests of pore size and porosity, surface property tests with scanning electron microscoPY and x-ray photoelectron microscopy and bulk tests such as degradation tests.
    We believe that adoption of this guidance of tissue-engineered cartilage would lead to products that are more consistent in Quality and performance as well as more rapidly developed with its safety.


    내용 : 제 1세부과제에서는 자가연골세포 이식술에 필요한 연골세포의 성능 및 안전성 평가기술을 개발하기 위해서 첫째, US FDA 등의 해외자료를 수집, 정리하여 이를 토대로 국내 실정에 알맞은 평가 방법 및 평가기준을 설정, 제안...

    내용 : 제 1세부과제에서는 자가연골세포 이식술에 필요한 연골세포의 성능 및 안전성 평가기술을 개발하기 위해서 첫째, US FDA 등의 해외자료를 수집, 정리하여 이를 토대로 국내 실정에 알맞은 평가 방법 및 평가기준을 설정, 제안하였다. 둘때, 사람 슬관절의 소량의 연골조직으로부터 다량의 세포를 추출하고 배양, 증폭 및 동결 보존하는 방법을 확보하고 임상 적용에 적절한 배양 조건과 배양 기간을 결정하였다. 셋째, 사람의 배양연골 세포에서의 bacteria, mycoplasma, endotoxin 오염에 대한 screening 방법을 표준화하고, 동시에 AATB 수준의 검사체계를 갖추었다.
    제 2세부과제는 생분해성의 인공연골지지체의 새로운 개발과 동시에 지지체의 일반적 평가방법을 개발하고 개발된 지지체의 생체적합성 평가방법을 개발하였다. 지지체에 대한 평가방법들의 제시는 미국 FDA의 평가방법과 현재까지 한국을 포함한 전세계의 연구결과들을 기준으로 하여 지지체의 평가방법 및 생체적합성 등을 기준으로 연골지지체의 평가방법과 안전성에 대한 평가기술방법을 제시하였다. 제시된 연골지지체의 개발방법들 중에서 ammonium bicarbonate 염을 이용한 염침출법을 채택하여 고분자 지지체를 합성하였다. PLA나 PLGA와 같은 기존의 고분자 지지체가 갖는 생물학적으로 수동적인 인공연골을 생물학적 활성을 가진 지지체로 개발하고자 키토산, 젤라틴 및 히알론산을 모델 기능성 제제(biologically active agents)로 선택을 하여 하이브리드 인공연골지지체를 새로이 개발하였다. 개발된 하이브리드 인공연골의 벌크특성을 지지체 분해현상, SEM, XPS 등과 같은 방법으로 평가하고, 표면현상은 SEM, XPS 등과 같은 방법으로 평가하였으며 물리적 현상은 porosimetry 방법으로 평가를 하였다. 제 2세부과제의 두번째 파트에서는 조직공학기술에 의한 이식물의 한 종류인 조직공학적 인공연골을 모델로 하여 생체적합성 평가를 위한 시험의 가이드라인을 제시하고자 한다. 조직공학기술에 의한 이 식물의 개발에 사용되는 지지체(Scaffold) 재료 및 조직공학적 인공연골의 위해도 또는 독성을 평가하기 위한 전임상 수준의 생물학적 시험을 다루고자 인공연골 지지체에 이식, 배양된 세포로 형성된 조직공학적 인공연골의 생물학적 안전성 평가를 함으로써 체내 안전성 평가의 객관적 기준을 마련하고자 하였다.
    범위 : 1 세부과제의 지침서는 자가연골세포 이식술을 환자에게 적용하는데 필요한 연골세포의 성능 및 안전성 평가를 위한 시험항목의 선정과 시험법에 국한한다. 이론적 실험적 고찰을 토대로 임상적으로 기능상의 안정성과 생물학적 안전성을 부여하기 위한 평가항목을 선정하였으며 각 평가기술을 확립하였다. 10례의 자가연골이식술에 대하여 선정된 평가기술에 대하여 여러가지 시험을 수행하여 이 결과를 바탕으로 자가연골세포이식술의 체내 성능 및 안전성 평가의 객관적 기준을 제시하고자 하였다.
    2 세부과제 지침서는 생분해성의 고분자 지지체에 연골세포배양을 통하여 조직공학화 된 인공연골 상품을 환자에 적용하는 데 사용될 수 있는 생분해성 고분자 지지체의 제조 방법과 성능 및 안전성 평가를 위한 지지체 합성과 평가방법에 국한된다. 임상적으로 안전한 기능성과 안전성을 부여하기 위하여 조직공학화 된 인공연골에 사용되는 생분해성 고분자 지지체에 대한 여러 가지 테스트 방법에 대하여 전반적인 평가기술에 대한 이론적 및 실험적 제시와 함께 새로운 생물학적 기능성을 가진 차세대 지지체를 개발하여 테스트하고 인공연골 상품화에 대한 가이드 라인을 제시함과 동시에 조직공학적 인공연골의 생물학적 안전성 평가를 함으로써 체내 안전성 평가의 객관적기준을 제시하고자 하였다.


  • 목차(Contents) 

    1. 표지...1
    2. 최종보고서...3
    3. 제출문...5
    4. 요약문...6
    5. SUMMARY...9
    6. 목차...10
    7. 제1장 서론...12
    8. 제1절 연구개발의 필요성...12
    9. 1. 관절연골 손상에 대한 치료의 중요성...12
    10. 2. 연골결손의 조직...
    1. 표지...1
    2. 최종보고서...3
    3. 제출문...5
    4. 요약문...6
    5. SUMMARY...9
    6. 목차...10
    7. 제1장 서론...12
    8. 제1절 연구개발의 필요성...12
    9. 1. 관절연골 손상에 대한 치료의 중요성...12
    10. 2. 연골결손의 조직공학적 치료방법에 대한 평가기술 현황 및 문제점...12
    11. 3. 연구 개발의 필요성...12
    12. 제2절 연구개발의 목적...13
    13. 제2장 국내외 기술개발 현황...13
    14. 제1절 국내외 관련분야에 대한 기술개발 현황...13
    15. 1. 관절연골 결손부 치유를 위한 기술개발 현황...14
    16. 2. 자아연골세포이식술...14
    17. 3. 세포지지체를 이용한 이식술...14
    18. 4. 조직공학적 인공연골의 성능 및 안전성 평가기술...15
    19. 제2절 연구결과의 국내외 기술개발 현황에서 차지하는 위치...16
    20. 1. 조직공학적 인공관절의 성능 및 안전성 평가기술의 확립...16
    21. 2. 조직공학을 이용한 다른 장기의 평가기술에 대한 모델...16
    22. 3. 국가 의료의 질 향상...16
    23. 제3장 연구개발수행 내용 및 결과...17
    24. 제1절 1세부 : 자가연골세포 이식술에 필요한 연골세포의 성능 및 안전성 평가기술개발...17
    25. 1. 이론적/실험적 접근방법...17
    26. 가. 사람 연골세포의 안전성 평가...17
    27. 나. 사람 연골세포의 성능 평가...19
    28. 2. 연구내용...19
    29. 가. 사람 연골세포의 추출 및 배양...19
    30. 나. 사람 연골세포 배양 System에서의 안전성 시험...20
    31. 다. 사람 연골세포의 성능 시험...21
    32. 3. 연구결과...22
    33. 가. 사람 연골세포 배양 System에서의 안전성 시험...22
    34. 나. 시험관내 연골세포 분화및 연골형성 측정...32
    35. 제2절 2세부 : 연골세포 지지체들의 생체적합성 및 구조적 기능성 평가 확립...36
    36. 1. 이론적/실험적 접근방법...36
    37. 가. 인공연골 지지체의 제조방법...36
    38. 나. 인공연골 지지체의 평가방법...37
    39. 2. Scaffold 합성과 분석방법...41
    40. 가. 생분해성 다공성 인공연골 지지체의 제조...41
    41. 나. 인공연골 지지체의 테스트...42
    42. 3. Scaffold 평가결과...44
    43. 가. 인공연골 지지체의 제조...44
    44. 나. 인공연골 지지체의 분석...44
    45. 4. Scaffold의 생체적합성 평가방법...56
    46. 가. 시험 검체와 검액의 제조...56
    47. 나. 체외 세포독성시험...56
    48. 다. 용혈성시험...58
    49. 라. 체내 독성 시험...59
    50. 마. 기계적, 화학적 성능시험...62
    51. 5. 조직공학적 인공연골의 생체적합성 평가방법...63
    52. 가. 성능 평가...63
    53. 나. 안전성 평가...65
    54. 제3절 앞으로의 연구방향에 대한 제안...71
    55. 제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도...73
    56. 제5장 연구개발결과의 활용성과 및 계획...73
    57. 제6장 기타 중요변경사항...74
    58. 제7장 참고문헌...74
    59. 연구과제(세부과제)요약서...81
  • 참고문헌

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