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초희 맹
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1 Biomaterials Research (2009) 13(2):65-69 Biomaterials Research C The Korean Society for Biomaterials 칼슘알지네이트드레싱재의창상치유특성 Effect of Calcium Alginate Dressings on Wound Healing 이수복 1 정호윤 2 정동준 3 최진현 4 김원근 1 이범훈 1 * Soo Bok Lee 1, Ho Yun Chung 2, Dong Jun Chung 3, Jin Hyeon Choe 4, Won Keun Kim 1, and Bum Hoon Lee 1 * 1 텍산메드테크 ( 주 ) 부설연구소, 2 경북대학교의과대학성형외과, 3 성균관대학교고분자시스템공학과, 4 경북대학교농업생명과학대학천연섬유학과 1 R&D Center of Texanmedtech. Co. Ltd., Jeongwang-Dong, Siheung, Kyunggi-Do, Korea, 2 Department of Plastic and Reconstructive Surgery, Kyungpook National University Hospital, 1370 Sangyeok-Dong, Buk-Gu, Daegu, Korea 3 Department of Polymer Science and Engineering, Sungkyunkwan University, 300 Chunchun-Dong, Jangan-Gu, Suwon, Korea 4 Department of Natural Fiber Science, Kyungpook National University, 1370 Sangyeok-Dong, Buk-Gu, Daegu, Korea (Received April 18, 2009/Acccepted May 13, 2009) Needle punched non woven alginate wound dressing(tm-m14) was made of high M type calcium alginate fiber which was prepared by wet spinning process. The physical properties and healing effect of TM-M14 on fresh wound compared with Algisite M TM. The absorbency of TM-M14 and Algisite M TM was 14.8 g/g and 11.7 g/g in BS standard solution and they also absorbed 13.1 g/g and 16.5 g/g in 0.9% saline, respectively. TM-M14 is good to applicate as wound dressing for fresh wound healing as a result from wound contraction, epithelization and total healing. Key words : Calcium alginate, Nonwoven, dressing, wound healing 알 서 긴산은해양생물의하나인갈조류에서추출한것으로 1881년영국의 Standford에의해처음발견되었다. 1) 알긴산은만루론산 (M) 블록과글루론산 (G) 블록및그중간의 M/G 블록이 1,4-글리코시드로결합된공중합체이다. 분자속에우론산의카르복시기 (COOH-) 가있으므로산의성질을나타내는데, 보통은나트륨염형태로이용되고있다. 인체에무독성이며가공하기가쉽고, 물에용해되어고점성을나타내므로식품, 의약품, 섬유공업에서증점, 안정, 유화등의목적으로사용되고있다. 2) 알긴산은금속이온을포집하는성질을가지고있으므로금속염과가교결합을형성시켜겔화되는중요한특성을가진다. M/ G 블록은금속이온과결합되는성질이다르므로 M/G비를제어하는것으로겔특성을변화시키는것이가능하다. 3) 알긴산섬유는이러한겔화특성을이용한것으로알긴산의나트륨염수용액을염화칼슘용액을응고욕으로습식방사하여쉽게섬유화될수있는것으로알려져있다. 1860년 E.C.C. Stanford가해조류로부터알긴산을추출한이후 1940년 Speakman에의하여비스코스레이온과유사한물성을보이는칼슘알지네이트섬유가처음으로개발되었다. 개발초창기에 론 * 책임연락저자 : denys@texanmedtech.com 는알긴산섬유의수용성을이용하여패턴용, 자수지지체, burn out lace 물질의지지체등의용도로사용되었으나물에용해성이우수한 PVA 섬유의개발과함께경제성측면에서우위를점하지못하고점차시장에서사라지게되었다. 그러나, 나트륨이온과칼슘이온의치환으로인한겔화특성, 인체무해성, 등알긴산섬유가가지고있는특성이상처의치유에도움이되는것으로알려지면서부터창상피복재의주된소재로서다시주목받기시작하였다. 이러한관점에서칼슘알지네이트섬유의특성을살펴보면수불용성칼슘알지네이트섬유의칼슘이온이나트륨이온과치환되면수용성을가지며칼슘이온과나트륨이온이적당한비율로존재할경우완전히용해되지않고겔의형태로팽윤된섬유로존재하게되는특성을가진다. 4) 따라서칼슘알지네이트섬유의칼슘이온이혈액이나삼출물중의나트륨이온과치환되면혈액이나삼출물을흡수하여겔화되고겔화된섬유는창면에용이하게부착되어상처치료에용이한습윤환경을유지시켜주고나아가치환된칼슘이온은혈액응고인자의하나로상처의지혈에도움을주는작용을하게된다. 또한창면에서제거할때생리식염수에녹아창면에부착된섬유를용해시켜제거할수있는등의장점을가지고있다. 또한창면에서제거할때생리식염수에녹아창면에부착된섬유를용해시켜제거할수있는등의장점을가지고있으므로하이드로콜로이드, 폼과함께 3 대습윤계창상피복재로서자리매김하게되었다. 5) 65

2 66 이수복 정호윤 정동준 최진현 김원근 이범훈 최근의섬유소재는의류용에서부터산업용자재에이르기까지다양한용도로확대되어사용되고있으며특히소재의고기능성을통하여고부가가치를창출하기위한연구개발이진행되고있다. 그중의료용섬유소재 (Medical Textile) 은기존의타소재와차별화를두고인체의손상된피부, 장기를치유또는대체할수있는소재로관심의대상이되고있다. 6) 본고에서는칼슘알지네이트섬유를방사하여섬도에따른물성을비교한후드레싱용부직포를제조하여신선창상에적용하여선진제품인 Algisite M TM 과창상치유특성을비교분석하였다. 재료및방법 재료및시약알긴산나트륨 (Alginic acid, sodium salt) 은점도, 분자량분포, 반복단위의구성비등을고려하여방사성이우수하고만루론산의함량이글루론산에비하여비교적높은원료를실험에사용하였다. 응고욕에사용된염화칼슘이수화물 (CaCl 2 2H 2 O, SAMCHUN) 및기타시약은시약급을사용하였으며 Smith & Nephew 사의 Algisite M TM 은구매하여그대로사용하였다. High M type 칼슘알지네이트섬유제조만루론산의함량이많은알지네이트원료의특성에맞추어도프의농도 8% 방사용액을제조하고여과 / 탈포의과정을통하여방사원액을제조하였다. 제조된도프를 0.1, 6,000H nozzle 을이용하여 5%CaCl 2 2H 2 O 의농도로제조된응고욕조에토출시켜 High M type 의칼슘알지네이트섬유를제조하였다. 방사조건은다음식에의하여설정하였다. c = d W V t sk d:denier c: 토출량 (g/min) W: 공정수분율 V: 방사속도 (m/min) t: 사수축률 + 슬립율 s: 비중 K: 방사원액농도 연신비를 1.1 로고정하고토출량을조절하여 2.1, 3.0, 3.9, 5.4 denier 의 High M type 의칼슘알지네이트섬유의섬도를제어하여섬도별물성을비교분석하였으며선진제품의섬도와가장유사한 3.0 denier 섬도를갖는섬유를부직포제조에사용하였다. High M type 칼슘알지네이트드레싱제조 High M type 의칼슘알지네이트부직포는주요부직포의 공정별로최적부직포제조조건을설정하여 140(TM-M14), 160(TM-M16), 180(TM-M18), 200(TM-M20) (g/m 2, gsm) 의칼슘알지네이트부직포를제조하였다. 칼슘알지네이트섬유를 Opening 후 Doffer 27 rpm, cycinder 600 rpm, feed 100 rpm 으로 carding 한후 traverse width 1150 으로 lapping 하여 web 를얻었다. 얻어진 web 를 Neddle rpm, neddle-2, 1,100 rpm, 3 m/min 로 neddling 하여부직포를제조한후섬유파편율을줄이고표면을깨끗하게하기위하여 120 도로 calendering 을하여폭 1m 인부직포를제조하였다. 제조한부직포중물리적특성, 흡수성등이기존의제품과유사한특성을갖는 140 gsm 의부직포를선정, 클린룸에서재단하여 EO/CO 2 혼합 gas 로멸균하여 High M type 의칼슘알지네이트드레싱재 (TM-M14) 를제조하여세포독성및동물실험에사용하였다. 물성분석제조된섬유의물성은칼슘알지네이트섬유를표준상태에 24시간방치후 Automatic Fibre Test System FAVIMAT- ROBOT(TEXTECHNO) 를사용하여로드셀 210 cn 파지거리 15 mm, test speed 15 mm/min 로강신도를측정하였다. 칼슘알지네이트드레싱재의물성은 UTM(OTT-011, ORIENTAL) 을사용하여로드셀 100 cn, 파지거리 200 mm, test speed 100 mm/min로제조된부직포의물성을기계방향 (MD) 과수직방향 (CD) 으로각각측정하였다. 이때시료의크기는 5.0 cm 20 cm로설정하였다. 흡수성은 BS EN ( Test methods for primary wound dressings ) 의방법으로실시하였으며 Smith & Nephew사의 Algisite M TM 제품과비교분석하였다. 동물실험체중 g 의백서 (Sprague-Dawley) 60 마리를일정한온도및습도의사육사에서사육하였으며, 생성된신선창상에 21 마리씩드레싱제재에따라나누었으며, A 군은텍산메드테크 ( 주 ) 의 TM-M14 제재, B 군은양성대조군 (positive control) 으로기존의알지네이트제재인 Algisite M TM 을 C 군은음성대조군 (negative control) 으로시중에시판중인 gamma radiation 으로살균된거즈를사용하여드레싱을하였다. 수술시마취를유도하기위해 kg 당 10 mg 의 Xylazine- HCl(Rompun, Bayer Korea, Korea) 과 kg 당 100 mg 의 Ketamine-HCl(Ketamine-HCl, Huons, Korea) 를혼합하여복강내에주사하였다. 마취가유도된뒤엎드린자세에서백서의등부위에난털을깨끗이면도하고 betadine 과 alcohol 로소독한후 15 번수술칼과 metzembaum 을이용하여백서의등에지름 2cm 의원형의전층피부결손창상을 2 군데에생성하였다. 각각의창상을생성한후 TM-M14 제재, Algisite M TM 거즈의순서로위치를달리하며드레싱제재를적용하여창상의위치에따른변수를최소화하였다. 드레싱이탈락되는것을방지하기위해몸통에거즈를덮은뒤탄력붕대를이용 Biomaterials Research 2009

3 칼슘알지네이트드레싱재의창상치유특성 67 Table 1. The Effect of Linear Density on Physical Properties Denier(d) Tenacity(g/d) Elongation(%) Absorbency(g/g)* *Test methods for primary wound dressing(bs EN :2002) Figure 1. Principles of gel dressing based on alginates. 하여가볍게고정하였으며, 모든창상이치유될때까지관찰하였다. 창상생성직후및 4, 6, 8, 10, 14 일째에따라육안적평가, 조직학적평가및단백질분석을통하여실험결과를평가하였다. 결과및고찰 High M type 칼슘알지네이트드레싱의물성도프조의농도및연신비에따른영향을배제하기위하여토출량을조절하여 2.1, 3.0, 3.9, 5.4 denier 의칼슘알지네이트섬유를제조하였으며섬도에따른물성을 Table 1 에나타내었다. 섬도가 2.1 denier 에서 5.4 denier 로증가하면서 elongation 은 8.1% 에서 11.4% 로크게증가하는경향을나타내었고 tenacity 는 2.5 g/d 에서 2.0 g/d 로다소감소하는것으로나타났다. 만루론산단량체가많은경우글루론산단량체가많은섬유에비하여응고욕조에서칼슘이온과의가교결합이비교적약하기때문에나타나는현상으로판단된다. 7) 또한흡수도는 5.8 g/g 에서 4.3 g/g 으로단위중량에비하여흡수되는양이감소하는것으로나타났는데이는단위중량에존재하는섬유의본수가굵기가가늘수록많아져생기는것으로생각된다. 섬유의강신도및흡수도를고려하여 3.0 denier 의섬유를이후드레싱제조에사용하였다. High M type 칼슘알지네이트드레싱용부직포를제조하기위하여니들펀칭부직포의공정별로섬유장, 해섬성, 크림프갯수및강도, doffer, cylinder, feedeer speed, needleing 횟수및 speed 및 calender 조건등을조절하였다. 부직포제 Table 2. Physical Properties of Calcium Alginate Nonwovens Weight (g/m 2 ) Strength (N) Elongation (%) TM-M14 TM-M16 TM-M18 TM-M MD CD MD CD 조공정을개발하기위한세부테스트결과섬유의섬도, 방사유제, 크림프갯수와상관관계를가지는것을알수있었으며해섬성과섬유의유연성을높이면크림프갯수, 크림프강도가저하되어부직포작업성이저하되었다. 따라서섬유의강신도와흡수성을고려하여 3.0 denier 의칼슘알지네이트섬유를인치당 10~12 개의크림프가들어가도록조절하여 51 mm 의길이로절단한단섬유를제조한후 140, 160, 180, 200 (g/m 2 ) 의 High M type 의칼슘알지네이트부직포를제조하였다. 칼슘알지네이트부직포의중량이 140 에서 200 으로증가함에따라기계방향 (MD) 와수직방향 (CD) 의강도는월등히증가하였고신도는다소감소하는것으로나타났다 (Table 2). Figure 1 은칼슘이온과나트륨이온의교환반응에의한칼슘알지네이트섬유의겔화반응을모식화한것이다. 칼슘이온으로가교결합된칼슘알지네이트섬유는나트륨이온이존재할경우칼슘이온이나트륨이온과치환되면수용성을가지며칼슘이온과나트륨이온이적당한비율로존재할경우완전히용해되지않고겔의형태로팽윤된섬유로존재하게되는특성을가진다. 이러한원인으로인하여 BS EN 에서제시하고있는 0.37% 칼슘, 0.83% 나트륨이온혼합용액을사용한경우가 0.9% saline 을사용한경우에비하여흡수성이다소떨어지는것으로나타났다 (Table 3). 또한부직포의단위중량당흡수되는양은시판제품에비하여우수하게나타났으며부직포의중량이 140 g/m 2 에서 200 g/m 2 으로증가할수록흡수량이증가하는것으로나타났는데이는부직포가가지고 Table 3. Absorbency of Calcium Alginate Nonwovens Time Algisite M TM-M14 TM-M16 TM-M18 TM-M20 Absorbency 30min (g/g)* 24hr Absorbency 30min (g/g)** 24hr *0.9% saline, **BS standard solution Vol. 13, No. 2

4 68 이수복 정호윤 정동준 최진현 김원근 이범훈 Figure 2. Effect of Alginate Dressings on Wound Healing; a) wound contration, b) wound ephithelization, c) total wound healing. 있는벌키성에의하여섬유와섬유간공극에도다량의용액이흡수되는것에기인한것으로판단된다. 8) 따라서드레싱용으로사용할부직포의경우에는섬유의굵기뿐만아니라부직포의중량, 밀도등도함께고려해야할것으로생각되며본연구에서는시판제품과유사한중량을가지는 TM-M14 를클린룸에서재단하여 EO/CO 2 혼합 gas 로멸균하여 High M type 의칼슘알지네이트드레싱재를제조하여동물실험에사용하였다. 동물실험결과육안적평가는총 63 마리의백서에대하여 VISITRAK Grid (Smith & Nephew, UK) 필름과 VISITRAK Digital (Smith & Nephew, UK) 면적분석장치를이용하였다. 창상생성직후및 4, 6, 8, 10, 14 일째에각각디지털사진을촬영하고 VISITRAK Grid 필름에창상을그린뒤전체창상면적과상 피화된창상면적을계산하였으며, 이값을토대로창상치유에따른창상수축율, 창상치유율, 창상상피화율을계산하였다. 측정된값들은분산분석법 (ANOVA test) 과쉐페법 (Scheffe's test) 을이용하여시간에따른실험군간의상호비교로평가한결과창상은시간이경과함에따라창상의수축과상피화가동시에진행되어상피화되지않은육아조직이점점감소하면서창상이치유되는것을관찰할수있었다 (Figure 2). 창상수축율은창상치유전체과정동안 TM-M14 제재군과 Algisite M TM 군이거즈군에비해통계적으로유의하게높았다 (p<0.05). 창상치유율과창상상피화율은 TM-M14 제재군과 Algisite M TM 군이창상생성후 14 일째까지거즈군에비해통계적으로유의하게높았다 (p<0.05). 또한조직학적평가를위해창상생성후 4, 6, 8, 10, 14, 21 일째에주변의정상조직일부를포함한창상전체를적출하여 10% 중성포르말린에고정시키고파라핀포매한후조직절편을만들어 Hematoxylin and Eosin 염색과 Masson's trichrome 염색을하였다. 이를광학현미경하에서창상부의염증반응, 혈관신생, 교원섬유의형성과배열상태및상피의재생여부를관찰한결과창상생성후 6 일째까지모든군에서전층피부결손부상층에삼출물과다핵구및림프구등의염증세포침윤이층을이루어관찰되었으며, 다른군에비해 Algisite M TM 군에서많은염증세포침윤을보였다. 창상생성후 6 일째에거즈군을제외한다른군에서증식된혈관이관찰되었다. 교원섬유의형성은창상생성후 14 일째에 Algisite M TM 군에서더욱밀집되고규칙적인배열을보였으며, TM-M14 제재군은거즈군에비해교원섬유의형성이많이관찰되었다. 창상치유완료시점에서 Algisite M TM 군에서다른군들에비해교원섬유의밀집되고규칙적인배열이관찰되었으며, TM-M14 제재군과 Algisite M TM 군에서두껍고성숙된재생상피를관찰할수있었다 (Figure 3). 창상치유과정에서나타나는세포외기질중섬유결합소 (fibronectin), 창상치유를촉진하는성장인자인 TGF-b (transforming growth factor-beta), 기저막의구성단백질중의하나인라미닌 α-3(laminin α-3) 에대한분석으로면역학적블로팅 (immunoblotting) 중하나인웨스턴블로팅 (western blotting) 을시행하였다. 조직을용해완충액 (lysis buffer solution, Invitrogen, USA) 에넣고완충액에담긴조직을균질분쇄기 (homogenizer) 로갈아분쇄시킨후 4 o C 에서약 30 분간교반시켜완전히용해시켰다. 용해액의단백질농도를측정한뒤동일한양의단백질을부하완충액 (loading buffer) 에녹이고 12% SDS 폴리아크릴아마이드겔 (sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel, Invitrogen, U.S.A) 에부하시켜분별시킨후니트로셀룰로스막 (nitrocellulose membrane, Amersham, Netherlands) 에전이 (transfer) 시켰다. 니트로셀룰로스막을 1: 1000 희석농도의섬유결합소항체 (fibronectin antibody, Santa cruz, USA), TGF-b 항체 (anti-tgf-b, Santa cruz, USA), 라미닌 α-3 항체 (laminin α-3 antibody, Santa cruz, USA ) 용액에실온에서 2 시간동안반응시킨후세척하였다. Biomaterials Research 2009

5 칼슘알지네이트드레싱재의창상치유특성 69 Figure 3. H&E staining of TM-M14, Algisite M and Gauze; a) 6 day, b) 10 day, c) 14 day, d) 21 day. 그후 1 : 5000 희석농도의홍당무과산화효소 (horseradish peroxidase) 를복합시킨항토끼 IgG 항체 (anti-rabbit IgG antibody, Sigma, USA) 를이차항체로이용하여실온에서 1 시간동안반응시켰다. 마지막으로반응이끝난니트로셀룰로스막을 ECL 시스템 (extended chemiluminescent system, Amersham, Netherland) 으로현상하여단백질발현을본결과섬유결합소, 라미닌 α-3, TGF-b 에대한웨스턴블로트검사에서전반적으로 TM-M14 제재를사용한군에서의발현이나머지두군보다높게나타나는양상을보여주었다. 창상초기 4 일째섬유결합소에대한발현정도는 Algisite M TM 군에서가장강하게발현되었다. 창상중전반기인 7 일째 TGF-b 에대한분석을살펴보면 TM-M14 제재군과 Algisite M TM 군에서강한발현을볼수있었다. 또한후반기인 17 일째라미닌 α-3 의발현에서 TM-M14 제재군과 Algisite M TM 군에서강한발현을관찰할수있고 TM-M14 에서가장높은발현을관찰할수있었다. 결 습식방사를통하여 3.0 denier 급칼슘알지네이트섬유를원료로사용하여니들펀칭형부직포형태인 High M type 의칼슘알지네이트드레싱을제조하였다. 140 g/m 2 중량의칼슘알지네이트드레싱의경우단위중량당 14.8 g 의높은흡수성을보였다. 제조된칼슘알지네이트드레싱을신선창상모델을이용하여동물실험한결과조직학적으로창상생성후 6 일째혈관증식이관찰되었고 14 일째교원섬유의형성이많이관찰되었고창상치유율과창상상피화율에서창상생성후 14 일 론 째까지거즈군에비하여통계적으로유의하게높게관찰되어우수한창상피복재로적용할수있을것으로기대된다. 감사의글 본연구는 2007 년도지식경제부중기거점기술개발사업 ( 습윤성창상피복재의소재및제품개발 ; ) 의지원으로수행되었으며이에감사드립니다. 참고문헌 1. R.W. Moncrieff Man-made fibers, Whitefriars Press Ltd., 1975, p A. Steinbuchel, and R. H Marchessault Ed. Biopolymers for medical and pharmaccutical application, 2005, p Y. Qin, Ion-exchange properties of alginate fibers, Textile Res. J., 75(2), (2005). 4. Y. Qin, H. Hu, and A. Luo, The conversion of calcium alginate fibers into alginic acid fibers and sodium alginate fibers, J. Appl. Polym. Sci., 101, (2006). 5. J. Sayag, S. Meaume, and S. Bohbot, Healing properties of calcium alginate, J. Wound Care, 5(8), (1996). 6. S. Rajendran, and S.C. Anand, Development in medical textiles, Textile Progress, (2002). 7. S. Moe, G. Skjak-braek, O. Smidsrod, and H. Ichijo, Calcium alginate gel fibers: Influence of alginate source and gel structure on fiber strength, J. Appl. Polym. Sci., 51, (1994). 8. Y. Qin, The characterization of alginate wound dressings with different fiber and textile structure, J. Appl. Polym. Sci., 100, (2006). Vol. 13, No. 2

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<30382D323628C0CCB9FCC8C6292E666D> Biomaterials Research (2008) 12(4) : 161-166 Biomaterials Research C The Korean Society for Biomaterials 칼슘알지네이트부직포의제조및특성분석 Preparation and Characterization of Calcium Alginate Nonwovens 이수복 1 김원근 1 노드레