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KR20070100230A - Bone implant device coated with hyaluronic acid - Google Patents

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KR20070100230A
KR20070100230A KR1020077007824A KR20077007824A KR20070100230A KR 20070100230 A KR20070100230 A KR 20070100230A KR 1020077007824 A KR1020077007824 A KR 1020077007824A KR 20077007824 A KR20077007824 A KR 20077007824A KR 20070100230 A KR20070100230 A KR 20070100230A
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KR
South Korea
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implant device
hyaluronic acid
polymer
substrate
amine
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020077007824A
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Korean (ko)
Inventor
지안루카 가차
Original Assignee
베이코 테크 리미티드
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Filing date
Publication date
Application filed by 베이코 테크 리미티드 filed Critical 베이코 테크 리미티드
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Abstract

The present invention relates to a bone implant device, particularly for dental and orthopaedic prosthesis on the vertebral column, having a quicker osteo-integration compared to the prior art devices. Particularly, the present invention relates to an implant device, of metal or polymer nature, a layer of hyaluronic acid being chemically bound on the surface thereof, for use in applications in contact with the bone, with activity of stimulating the bone tissue growth, as well as a process for preparing the same.

Description

히알루론산으로 코팅된 골 임플란트 장치{HYALURONIC ACID COATED BONE IMPLANT DEVICE}HYALURONIC ACID COATED BONE IMPLANT DEVICE coated with hyaluronic acid

본 발명은 골 임플란트 장치, 특히 이전 문헌의 장치보다 신속히 골-융합(osteo-integration) 을 제공하는 척주에서의 정형외과용 인공삽입물 및 치과보철물에 관한 것이다.The present invention relates to orthopedic prostheses and dental prostheses in the spinal column that provide osteo-integration faster than bone implant devices, especially those of the previous literature.

골 조직에 영구적으로 이식가능한 금속 장치는 다양한 분야의 의약에 널리 사용된다. 예를 들어, 치과용 임플란트 수술은 치근을 상실했거나 더이상 기능을 하지못하는 치근을 인공적으로 교체하기 위해 일반적으로 티타늄으로 제조된 나사를 하악골 또는 상악골에 사용한다. 정형외과에서, 골절 고정, 척주 운동성의 감소, 척주 수술에 사용하기 위한 몇몇 장치들은 일반적으로 골 조직에 이식된다.Metal devices permanently implantable into bone tissue are widely used in medicine in a variety of fields. For example, dental implant surgery generally uses screws made of titanium in the mandible or maxilla to artificially replace the root that lost or no longer functions. In orthopedic surgery, some devices for use in fracture fixation, reduced spinal motility, and spinal surgery are generally implanted into bone tissue.

이러한 사용에 있어서, 이식된 장치는 새로이 형성된 골 조직의 성장에 기인하여 상기 이식된 장치와 직접적으로 접촉되도록 임플란트 부위에 견고하게 고정되어 있다. 골-융합(osteo-integration : 이식된 임 플란트 장치가 주변의 인체의 골 자체와 같이 인식되는 현상)으로 공지된 이러한 현상은 특히, 티타늄 장치를 통해 골 임플란트 수술과 관련된 기술적-과학 문헌의 분야에서 널리 연구되고 있고 기술되어 있다. 조직에 외부 물질을 이식하는 다른 과정에 반하여, 섬유성 물질로의 캡슐화, 즉 섬유 융합(fiber integration) 을 수반하여, 장치와 직접적으로 접촉한 골 조직의 성장으로 인해 상기 장치가 견고하게 고정되며, 이로 인해 장치가 부하하중을 견디기에 적합하게 되어 구조적 과업을 수행하게 된다.In this use, the implanted device is firmly anchored to the implant site so that it is in direct contact with the implanted device due to the growth of newly formed bone tissue. This phenomenon, known as osteo-integration, is a phenomenon in which the implanted implant device is perceived as the bones of the surrounding human body itself, particularly in the technical and scientific literature related to bone implant surgery via titanium devices. Is widely researched and described in. In contrast to other processes of implanting foreign material into tissues, the device is firmly fixed due to the growth of bone tissue in direct contact with the device, encapsulating into fibrous material, ie fiber integration, This makes the device suitable to withstand the load and performs structural tasks.

골-융합을 기저로 한 분야가 최근에 커다란 성공을 이루고 점차적으로 사용이 증가하고 있지만, 해결해야 하는 여러가지 문제점들이 여전히 남아있다. 특히, 가능한 한 골-융합 과정을 가속화시키는 것이 중요하며, 이로 인해 임플란트의 삽입과 상기 임플란트 위에 실제적인 부하하중 간의 시간이 감소된다. 예를 들어, 치의학에서, 임플란트는 일반적으로 "부하하중(loaded)"되지 않으며, 이로 인해 골 조직 치료를 가능케 하고 골-융합을 유도하기 위해, 중재(intervention) 후에 1 개월 내지 4 개월의 시간 동안 환자는 임플란트를 통하여 저작기능을 수행할 수 없다. 더욱이, 건강하고 젊은 사람들은 일반적으로 뼈가 쉽게 치료되는 반면에, 늙고 골다공증에 걸린 사람들은 일반적으로 서서히 치료되며, 다시 말해, 이러한 사람들은 이러한 중재를 좀더 필요로 하며 이들 중 현저한 수의 환자들에게 외상 또는 척추 운동성의 고정을 위한 임플란트 수술이 필요하다.While the field based on bone-fusion has been a great success in recent years and is increasingly being used, there are still many problems to be solved. In particular, it is important to accelerate the bone-fusion process as much as possible, which reduces the time between the insertion of the implant and the actual load on the implant. For example, in dentistry, implants are generally not "loaded", thereby allowing for bone tissue treatment and inducing bone-fusion for a period of one to four months after intervention. The patient cannot perform chewing function through the implant. Moreover, healthy and young people are usually treated with bones easily, while older and osteoporotic people are usually treated slowly, that is, these people need more of this intervention and a significant number of patients There is a need for implant surgery to fix trauma or spinal motility.

임플란트 장치의 표면 특성이 임플란트에 반응하는 조직에 기본 역할을 한다는 것이 일반적으로 공지되어 있기 때문에, 이식가능한 장치의 표면을 변형시킴으로써 골-융합 과정을 향상시키기 위한 많은 연구들이 수행되어 왔다. 이러한 연구들의 상세한 사진은 Puleo 및 Nancy 의 문헌 Biomaterials 1999 ; 20:2311-2321 의 "The bone-biomaterial interface", 또는 EM SQUARED, Toronto 2000 에 의해 발간된 Davies 의 the textbook Bone Engineering 에 나타나 있다. 이러한 서적을 연구하고 시판 중인 장치를 평가하는 것에 의해, 상기 표면 특성은 표면 거칠어짐 {surface roughening, 예를 들어, 샌드블라스트(sandblasting), 플라즈마-스프레이 침착(plasma-spray deposition) 또는 산 처리} 을 통해 종종 향상되는 것으로 이해된다. 수산화인회석 또는 소위 생체유리와 같은 높은 골 친화도를 갖는 세라믹 물질로 이루어진 층 침착이 또한 연구 및 사용되고 있다.Since it is generally known that the surface properties of the implant device play a fundamental role in tissues that respond to the implant, many studies have been conducted to improve the bone-fusion process by modifying the surface of the implantable device. Detailed photographs of these studies can be found in Puleo and Nancy, Biomaterials 1999; 20: 2311-2321, "The bone-biomaterial interface", or Davies, the textbook Bone Engineering, published by EM SQUARED, Toronto 2000. By studying these books and evaluating commercially available devices, the surface properties can be characterized by surface roughening (eg, sandblasting, plasma-spray deposition or acid treatment). Is often understood to improve. Layer deposition of ceramic materials with high bone affinity, such as hydroxyapatite or so-called bioglass, is also being studied and used.

이러한 방법에 더하여, 임플란트 장치의 표면 상에 골 성장을 촉진시킬 수 있는 생물학적 분자를 도입하는 것에 관심이 집중되어 있다. 연구된 대부분의 분자 중에서, 임플란트 티타늄 나사의 표면에 고정되는 경우에 있어서 콜라겐은 골-융합 속도를 증가시킬 수 있다는 것이 보고되었다. 특정한 펩티드, 즉, 특히 골 세포와 상호작용할 수 있는 단백질성 분자를 구성하는 소형 분자 단편을 생체내에서 시험하는 경우 효과적임이 또한 입증되었다. Puleo 및 Nancy 의 상기문헌에서는 임플란트 표면을 생물학적 변형시키는데 사용되는 여러 분자가 연구되었다.In addition to these methods, interest is focused on introducing biological molecules that can promote bone growth on the surface of the implant device. Among most of the molecules studied, it has been reported that collagen can increase the rate of bone-fusion when anchored to the surface of implant titanium screws. It has also been proven to be effective when tested in vivo for specific peptides, in particular small molecule fragments that make up proteinaceous molecules that can interact with bone cells. In the publications of Puleo and Nancy, several molecules used to biologically modify the implant surface have been studied.

임플란트 표면을 생물학적으로 변형시키는 것이 과학적이고 이론적으로 관심이 집중되는 분야임에도 불구하고, 임플란트 표면을 생물학적으로 변형시키는 것을 실질적으로 적용시키는 것은 여전히 문제점을 가지고 있다. 예를 들어, 출처가 분명하지 않은 동물에서 유래되거나(특히, 소 콜라겐) 또는 서로 상이한 종 간의 가능한 부적합성 반응에 의한 거부반응이 유발되기 때문에 콜라겐은 오염 문제점을 가지고 있다. 상기한 펩티드는 화학적인 관점에서 비용이 많이 들고 안정성이 떨어지므로, 임플란트 표면을 처리하는데 있어서 예를 들어, 멸균과 같은, 분야의 일반적인 방법에 의지하는 것은 매우 어렵다.Although biologically modifying the implant surface is an area of scientific and theoretical interest, there is still a problem in the practical application of biologically modifying the implant surface. For example, collagen has a contamination problem because it originates from animals of unknown origin (especially bovine collagen) or because rejection is caused by possible incompatible reactions between different species. Since the peptides described above are expensive and inferior in stability from a chemical point of view, it is very difficult to rely on general methods in the field, such as, for example, sterilization, in treating the implant surface.

히알루론산은 생명체의 모든 조직 내에 확산되어 있는 글리코사미노글리칸이며, 종마다 다르지 않다. 상기 히알루론산은 매우 흥미로운 생물학적 및 수화 특성을 가지고 있으며, 이러한 이유로 생물의학적 분야에서 광범위하게 연구되었으며 다양한 특제품에 사용된다. 후자 의 경우는 예를 들어, 히알루론산에 관한 주요 의회의 회보를 포함하는 몇몇 문헌에 개략적으로 기재되어 있다 : "The Biology of Hyaluronan", D. Evered and J. Whelan, Eds. Wiley, Chichester, 1989, "The Chemistry, Biology and Medical Applications of Hyaluronan and its Derivatives", T. C Laurent, Ed., Portland Press Ltd, London, 1998, "Redefining Hyaluronan", G. Abatangelo and P. H. Weigel, (Eds.), Elsevier, Amsterdam, 2000, "Hyaluronan", J. F. Kennedy, G. O. Phillips, P. A. Williams, V. Hascall, Eds., Woddhead Publishing Limited, 2002.Hyaluronic acid is a glycosaminoglycan that spreads in all tissues of life and does not vary from species to species. The hyaluronic acid has very interesting biological and hydrating properties, and for this reason it has been extensively studied in the biomedical field and used in various special products. The latter case is outlined in several documents, including, for example, the major congressional newsletter on hyaluronic acid: "The Biology of Hyaluronan", D. Evered and J. Whelan, Eds. Wiley, Chichester, 1989, "The Chemistry, Biology and Medical Applications of Hyaluronan and its Derivatives", T. C Laurent, Ed., Portland Press Ltd, London, 1998, "Redefining Hyaluronan", G. Abatangelo and PH Weigel, ( Eds.), Elsevier, Amsterdam, 2000, "Hyaluronan", JF Kennedy, GO Phillips, PA Williams, V. Hascall, Eds., Woddhead Publishing Limited, 2002.

예를 들어, Bernard 등의 상기문헌 "Redefining Hyaluronan", G. Abatangelo and P. H. Weigel,(Eds.), Elsevier, Amsterdam, 2000, p.215 에 기재되어 있는 바와 같이, 균질상 내의 분자로서 히알루론산은 골 형성 과정에 중요한 역할을 수행한다.For example, as described in Bernard et al., "Redefining Hyaluronan", G. Abatangelo and PH Weigel, (Eds.), Elsevier, Amsterdam, 2000, p.215, hyaluronic acid as a molecule in a homogeneous phase Plays an important role in the process of bone formation.

이러한 이유로, 골 형성 단백질 또는 성장 인자의 흡수된 히알루론산-기저 겔은 골 자극 시험에 성공적으로 사용되어 왔다. 더욱이, 골형성 특성을 가지고 있는 덱사메타손 약물과 선택적으로 결합되는 히알루론산 용액은 Zou 등의 Biomaterials, 2004 ; 5375-5385, 25 에 기재되어 있는 바와 같이 간질세포의 골세포에서의 분화에 긍정적인 효과를 미친다는 것이 입증되었다.For this reason, absorbed hyaluronic acid-based gels of bone forming proteins or growth factors have been used successfully for bone stimulation testing. Furthermore, hyaluronic acid solutions that selectively bind to dexamethasone drugs with osteogenic properties are described in Zou et al., Biomaterials, 2004; It has been demonstrated that it has a positive effect on the differentiation of stromal cells in bone cells as described in 5375-5385, 25.

그러나, 겔 형태이거나 또는 용액 형태의 히알루론산, 또는 조직 내에 존재하는 히알루론산의 흥미로운 골형성 가능성은 상기한 바와 같은 골 조직 이식 장치에 바로 사용할 수 없다. 사실상, 히알루론산은 수용액에 잘 용해되며, 윈위치 영속시간이 매우 짧다. 교차-결합, 화학적 변형 또는 표면 고정화와 같은, 이식 부위에서의 히알루론산의 영속성을 지속시키는 화학적 기술은 히알루론산의 구조 및 분자 입체구조를 변형시킬 수 있고, 수용체-리간드 특이 상호작용에 부정적인 영향을 끼칠 수 있으며, 이로 인해 분자의 생물활성 작용이 감소하게 된다. 사실상, 히알루론산의 생물활성 특성은 CD44 또는 RHAMM 과 같은 세포 벽에 위치한 특정 수용체와의 상호작용의 능력에 기인한 것이다. J. Lesley 등의 J Biol Chem. 2000, Sep 1 ; 275(35) : 26967-75 에 기재되어 있는 바와 같이, 이러한 유형의 상호작용은 매우 협동적이며, 효과를 나타내기 위해서는 히알루론산과 단일 수용체의 매우 반복적인 동시 상호작용이 요구된다. 상호작용의 협동 성질은 용액 내 분자의 전형적인 운동성을 부여하며, 이로 인해 충분히 강한 특이적인 상호작용이 확립될 수 없어서 어떠한 세포 부착도 일어나지 않는 표면에서도 물질 표면 상 히알루론산의 고정화가 이루어졌으며, 이러한 내용은 Morra and Cassinelli, Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition, 1999 ; 10(10) : 1107-24 에 기재되어 있다. 히알루론산이 고정된 표면에서 세포 또는 생물분자의 부착이 감소된다는 것은 다양한 과학 문헌에 기재되어 있 으며, Witt 등의 "Hyaluronan", J. F. Kennedy, G. O. Phillips, P. A. Williams, V. Hascall, Eds,. Woddhead Publishing Limited, 2002, volume 2, p. 27 에 기재되어 있는 바와 같이 이러한 특성은 외과 수술로 인한 유착 현상을 감소시키기 위해 사용된다. 금속 기질 및 장치 상의 히알루론산의 고정화는 Journal of Biomedical Materials Research, vol. 68, p. 95, 2004 에서 발행된 Pitt 등의 문헌 "Attachement of hyaluronan to metallic surfaces" 에 기재되어 있다. 상기와 같은 인용문헌에 기재되어 있는 바와 같은 일반적인 지식에 따르면, 히알루론산이 고정된 표면은 "생체 수동성(biopassive)"을 나타내거나 또는 불충분한 세포 부착을 갖는다. 상기문헌의 저자는 고정된 히알루론산 층에 의해 부여된 불충분한 생물학적 부착을 비-특이적 부착을 예방하는데 사용할 수 있는 방법 ; 특이적인 생체-부착 효과를 수득하기 위해 이러한 비-부착 매트릭스와 부착 펩티드의 결합의 필요성에 중점을 두었다.However, the interesting osteogenic potential of hyaluronic acid in gel form or in solution form, or hyaluronic acid present in tissues, is not readily available for bone tissue transplantation devices as described above. In fact, hyaluronic acid is well soluble in aqueous solutions and has a very short winch duration. Chemical techniques that persist the hyaluronic acid persistence at the site of implantation, such as cross-linking, chemical modification, or surface immobilization, can alter the structure and molecular conformation of hyaluronic acid and negatively affect receptor-ligand specific interactions. This can reduce the bioactive activity of the molecule. In fact, the bioactive properties of hyaluronic acid are due to their ability to interact with specific receptors located on cell walls such as CD44 or RHAMM. J. Biol Chem. J. Lesley et al. 2000, Sep 1; As described in 275 (35): 26967-75, this type of interaction is very cooperative and requires very repetitive simultaneous interaction of hyaluronic acid with a single receptor to be effective. The cooperative nature of the interactions imparts typical motility of the molecules in solution, resulting in immobilization of hyaluronic acid on the material surface even on surfaces where no sufficiently strong specific interactions could be established, resulting in no cell adhesion. Morra and Cassinelli, Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition, 1999; 10 (10): 1107-24. Reduction of adhesion of cells or biomolecules on surfaces to which hyaluronic acid is immobilized has been described in various scientific literature and described by Witt et al., "Hyaluronan", J. F. Kennedy, G. O. Phillips, P. A. Williams, V. Hascall, Eds ,. Woddhead Publishing Limited, 2002, volume 2, p. As described in 27, this property is used to reduce the adhesions resulting from surgical operations. Immobilization of hyaluronic acid on metal substrates and devices is described in Journal of Biomedical Materials Research, vol. 68, p. 95, 2004, Pitt et al., "Attachement of hyaluronan to metallic surfaces." According to the general knowledge as described in such a citation, the surface on which hyaluronic acid is immobilized shows "biopassive" or has insufficient cell adhesion. The authors of the above document describe a method in which insufficient biological attachment conferred by a fixed layer of hyaluronic acid can be used to prevent non-specific attachment; Emphasis was placed on the necessity of binding such non-adhesive matrices with attachment peptides to obtain specific bio-adhesive effects.

본질적으로, 고체 표면 상에 고정된 히알루론산 층이 생물학적 부착에 대한 저항 특성을 갖는다는 것은 일반적으로 공지되어 있지만, 이와는 대조적으로, 생물학적 부착은 이식 장치 상에 고정된 히알루론산의 생물활성 작용에 의해 수득되는 것이 바람직하며, 이러한 경우에 골 조직에 대한 임플란트의 특이적인 세포 부착은 골-융합에 매우 중요하다.In essence, it is generally known that a layer of hyaluronic acid immobilized on a solid surface has resistance to biological adhesion, but in contrast, biological attachment is achieved by the bioactive action of hyaluronic acid immobilized on an implantation device. It is desirable to obtain, in which case the specific cell attachment of the implant to bone tissue is very important for bone-fusion.

골 신생 과정이 표면에 결합하는 칼슘 이온에 의해 촉진되는 무기질침착(mineralization) 단계를 필요로 한다는 것 또한 공지되어 있다. Bernard 등의 상기문헌에 기재되어 있는 바와 같이, 사실상 히알루론산은 이러한 단계에서 활성적인 효과를 나타내며, 이로 인해 석회화 과정에 현저하게 기여하게 된다. 사실상, 히알루론산 카르복실레이트기는 무기질침착 과정에 긍정적인 효과를 미침으로써 칼슘 이온을 킬레이트화하거나 또는 복합시킬 수 있다. 그러나, 임플란트 장치의 표면 상에 히알루론산이 고정된다는 것은 일반적으로 칼슘 이온과 킬레이트화시킬 수 있는, 결합된 히알루론산의 카르복시기가 결론적으로 제거되면서 기질 상에 존재하는 아민(amminic) 또는 히드록시 작용기와 히알루론산 카르복시기가 결합된다는 것을 의미한다. 따라서, 공지된 방법으로 이러한 장치의 표면 상에 히알루론산을 고정시키는 것은 골-융합 과정을 개선시키지 못한다.It is also known that bone angiogenesis requires a mineralization step that is facilitated by calcium ions binding to the surface. As described in Bernard et al., In fact, hyaluronic acid has an active effect at this stage, which contributes significantly to the calcification process. In fact, hyaluronic acid carboxylate groups can chelate or complex calcium ions by having a positive effect on the mineral deposition process. However, the immobilization of hyaluronic acid on the surface of the implant device generally means that the amine groups or amine functional groups present on the substrate are consequently removed from the carboxyl groups of the bound hyaluronic acid, which can chelate with calcium ions. It means that the hyaluronic acid carboxyl group is bonded. Thus, immobilizing hyaluronic acid on the surface of such devices in a known manner does not improve the bone-fusion process.

대조적으로, 본 출원은 첨부된 청구범위에 기재되어 있는 바와 같이, 임플란트 나사에 고정된 히알루론산은, 요구되는 어떠한 추가적인 펩티드 고정 없이도 생체내 골-융합 과정에 활성적인 효과를 나타낼 수 있으며, 본 발명의 고정된 히알루론산 층을 갖는 골 조직과의 접촉에 의해 이식가능한 장치의 이러한 특성이 통상적인 장치가 나타내는 특성에 비해 현저하게 향상되었음을 밝혀냈다.In contrast, the present application, as described in the appended claims, hyaluronic acid immobilized on an implant screw, can exert an active effect on the bone-fusion process in vivo without any additional peptide fixation required, and the present invention It has been found that this property of the implantable device has been significantly improved over the properties exhibited by conventional devices by contact with bone tissue having a fixed hyaluronic acid layer of.

본 발명의 광범위한 실시형태에서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위 제 1 항에 청구하고 있는 바와 같은, 임플란트 장치의 표면 상에 화학적으로 결합된 히알루론산의 금속 또는 중합체 성질을 갖는 층으로 이루어진 골 조직 임플란트 장치(이하 "임플란트 장치" 라 함)에 관한 것이다. 상기 장치에 접촉된 골 조직의 성장 또는 일반적인 골 조직 성장 자극을 제공하는데 사용하도록 설계된 경우에, 상기 장치의 형태 또는 성질을 설계하는데 있어서는 한계가 없다.In a broad embodiment of the invention, the invention is a bone tissue consisting of a layer having metal or polymer properties of hyaluronic acid chemically bound on the surface of an implant device, as claimed in the appended claims. An implant device (hereinafter referred to as an "implant device"). There is no limit to the design or shape of the device when it is designed for use to provide growth or general bone tissue growth stimulation in contact with the device.

본 발명의 특히 이로운 실시형태에서, 상기 장치는 척수 또는 골격을 고정시키기 위한 바람직하게 티타늄 또는 이의 합금으로 제조된 치과용 임플란트 나사, 또는 바람직하게 티타늄 또는 이의 합금으로 제조된 나사로 이루어져 있거나 또는 바람직하게 일반적으로 사용되는 티타늄, 이의 합금 또는 코발트-크로뮴 합금 또는 금속 합금으로 제조된 추간원판(intervertebral disc) 또는 바람직하게 티타늄 또는 이의 합금으로 제조된 케이지(cage)로 이루어져 있다.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the device consists of or preferably is a dental implant screw, preferably made of titanium or an alloy thereof, or preferably made of titanium or an alloy thereof, for securing the spinal cord or skeleton. It consists of an intervertebral disc made of titanium, an alloy thereof or a cobalt-chromium alloy or a metal alloy, or a cage made of titanium or an alloy thereof.

바람직하게 0.5 nm 내지 10000 nm, 더 바람직하게 1 nm 내지 1000 nm, 좀 더 바람직하게 1.5 nm 내지 100 nm 의 두께를 갖는 히알루론산의 얇은 층은 이러한 합금으로 이루어진 표면 상에 고정된다.A thin layer of hyaluronic acid, preferably having a thickness of 0.5 nm to 10000 nm, more preferably 1 nm to 1000 nm, more preferably 1.5 nm to 100 nm, is immobilized on the surface made of this alloy.

본 발명의 임플란트 장치 상에 히알루론산을 고정시키는 방법은 상기 장치의 표면 상에 아민 작용기를 도입시키고 히알루론산 히드록시기의 기능화에 의한 히알루론산과 상기 아민기를 결론적으로 결합시킨다. 사실상 히알루론산은 50,000 과 8,000,000 사이의 분자량을 가지며 작용가능한 1 차 알콜기를 포함하는 뮤코다당이며, 상기 화합물은 다음의 식이 반복적으로 나타난다 :

Figure 112007026448397-PCT00001
The method of immobilizing hyaluronic acid on the implant device of the present invention introduces an amine functional group on the surface of the device and consequently binds the hyaluronic acid and the amine group by functionalization of the hyaluronic acid hydroxy group. In fact, hyaluronic acid is a mucopolysaccharide having a molecular weight between 50,000 and 8,000,000 and containing a functional primary alcohol group, which compound is represented by the following formula:
Figure 112007026448397-PCT00001

따라서, 본 발명은 아민기를 갖는 기질로 코팅되는 임플란트 장치에 관한 것이며, 여기에서 히알루론산은 상기 히알루론산의 히드록시기의 기능화에 의해 상기 기질에 결합된다.Accordingly, the present invention relates to an implant device coated with a substrate having an amine group, wherein hyaluronic acid is bound to the substrate by functionalization of the hydroxyl group of the hyaluronic acid.

아민기를 포함하는 기질은 본 분야에 널리 공지되어 있는 방법에 따라 임플란트 장치의 표면 상에 코팅될 수 있다. 아민기를 포함하는 분자의 플라즈마 침착으로 임플란트 장치의 표면 상에 아민 작용기를 갖는 기질의 도입을 제공하는 기술이 특히 유용하다. 본 발명의 목적에 사용되는 분자의 일반적인 예로는 알릴아민, 헥실- 또는 헵틸-아민과 같은 알킬아민, 일반적으로 플라즈마 상에서 요구되는 휘발성의 특성을 갖는 아민 작용기를 갖는 유기 분자가 있다. 아민의 플라즈마 침착은 다음의 조건에서 수행한다 : 80 mTorr 과 300 mTorr 사이의 압력, 5 W 와 200 W 사이의 입력 동력(input power), 1 ms 와 300 s 사이의 침착 시간. 플라즈마 침착은 또한 분자 분열(molecular fragmentation)을 최소화하고 아민기의 최대 농도를 유지하기 위해 1 ms 와 100 ms 사이의 활성 및 불활성 플라즈마의 사이클로 펄스 플라즈마(pulsed plasma) 조건 하에서 수행할 수 있다. 아민의 플라즈마 침착 처리는 표면을 세척하고 기질에 부착되는 것을 증가시키기 위해, 예를 들어, 공기 또는 산소 플라즈마와 같은 다른 플라즈마 처리에 의해 진행될 수 있다.Substrates comprising amine groups can be coated on the surface of an implant device according to methods well known in the art. Particularly useful are techniques that provide for the introduction of a substrate with amine functional groups on the surface of an implant device by plasma deposition of molecules containing amine groups. General examples of molecules used for the purposes of the present invention are alkylamines such as allylamine, hexyl- or heptyl-amine, and organic molecules with amine functionalities which generally have the volatile properties required on the plasma. Plasma deposition of amines is carried out under the following conditions: pressure between 80 mTorr and 300 mTorr, input power between 5 W and 200 W, deposition time between 1 ms and 300 s. Plasma deposition may also be performed under pulsed plasma conditions with a cycle of active and inactive plasma between 1 ms and 100 ms to minimize molecular fragmentation and maintain maximum concentrations of amine groups. Plasma deposition treatment of amines may be performed by other plasma treatments, such as, for example, air or oxygen plasma, to clean the surface and increase its adherence to the substrate.

히알루론산은 물을 포함하는 디메틸술폭시드 또는 이의 혼합물, 물을 포함하는 디메틸포름아미드 또는 이의 혼합물, 물을 포함하는 N-메틸 피롤리돈 또는 이의 혼합물과 같은 수용액 또는 적합한 용매 용액(solvent soultiion)에 의해 아민 층에 결합되거나, 또는 히드록시기의 기능화 및 특히 히드록시기를 다음과 같은 아민-유형의 결합으로 치환시키는 것에 대하여 본 분야에 공지되어 있는 방법에 의해 아민 층에 결합될 수 있다 : Ial-OH + Sub-NH2 -> R-NH-R' 이 식에서, Ial 은 히알루론산의 잔기이며 Sub 는 아민 작용기를 갖는 기질의 잔기이다. 상기한 바와 같이, 본 발명의 방법은 경우에 따라 사용되는 반응 및 적용되는 반응 조건에 따라, 반응적인 히알루론산의 히드록시기의 일부뿐만 아니라 모든 히드록시기의 기능화를 제공한다. 그러나, 히알루론산의 히드록시기의 기능화 반응으로 인해, XPS 또는 ESCA 로 공지되어 있는 X-선 광전자분광법으로 평가한, 히알루론산이 차지한 표면 부분이 0.6 보다 크다는 것을 나타내는 부분 포함범위(fractional coverage)로 결합되는 히알루론산 층이 형성된다는 것은 필수적이다. 시험 방법은 the Surface and Interface Analysis magazine, 26, 742-746(1998)에서 발행한 Marco Morra and Clara Cassinelli 의 문헌 "Simple model for the XPS analysis of polysaccharide-coated surfaces"에 기재되어 있다.Hyaluronic acid may be added to an aqueous solution or a suitable solvent solution such as dimethyl sulfoxide or mixtures thereof containing water, dimethylformamide or mixtures thereof containing water, N-methyl pyrrolidone or mixtures thereof containing water. Or to the amine layer by methods known in the art for the functionalization of the hydroxy group and in particular for the substitution of the hydroxy group with an amine-type bond as follows: Ial-OH + Sub -NH2-> R-NH-R 'wherein Ial is a residue of hyaluronic acid and Sub is a residue of a substrate having amine functionality. As mentioned above, the process of the present invention provides functionalization of all hydroxyl groups as well as some of the hydroxyl groups of the reactive hyaluronic acid, depending on the reaction used and the reaction conditions applied. However, due to the functionalization reaction of the hydroxyl group of hyaluronic acid, it is bound by partial coverage indicating that the surface portion occupied by hyaluronic acid is greater than 0.6, evaluated by X-ray photoelectron spectroscopy known as XPS or ESCA. It is essential that a hyaluronic acid layer is formed. The test method is described in Marco Morra and Clara Cassinelli, "Simple model for the XPS analysis of polysaccharide-coated surfaces," published by the Surface and Interface Analysis magazine, 26, 742-746 (1998).

아민 기질과 히알루론산의 히드록시기의 기능화 반응은 본 분야의 숙련자들에게 공지되어 있는, 다음(개략적인 예로 열거되어 있음)과 같은 다양한 방법에 따라 수행할 수 있다 : - 메실레이트, 토실레이트 또는 유사한 유리기의 형성, 예를 들어, 히알루론산과 메실 또는 토실 클로라이드의 반응에 의한 히드록시기의 활성화 후에 발생하는 활성화된 히드록시기와 아민기와의 반응 ; - 예를 들어, 히알루론산, 및 티오닐 클로라이드나 카본 테트라브로마이드 및 트리페닐포스핀과의 반응에 의해 히드록시를 염소, 브롬 또는 요드와 같은 할로로 치환시킨 후에 발생하는 할로겐화 히알루론산 및 아민의 반응 ; - 디에틸아자디카르복실레이트 및 트리페닐포스핀의 존재 하에서의 히알루론산과 아민의 미쯔노브 반응(Mitusunobu reaction) ; - 1 차 히드록시기를 알데히드로 산화시킨 후 발생하는 환원성 아미노화 반응.The functionalization reaction of the amine substrate with the hydroxyl group of the hyaluronic acid can be carried out according to various methods known to those skilled in the art, such as the following (listed as schematic examples): mesylate, tosylate or similar free groups. Reaction of an activated hydroxy group with an amine group that occurs after activation of a hydroxy group by formation of, for example, a reaction of hyaluronic acid with mesyl or tosyl chloride; Reactions of, for example, hyaluronic acid and halogenated hyaluronic acid and amines which occur after substitution of hydroxy with halo such as chlorine, bromine or iodine by reaction with thionyl chloride or carbon tetrabromide and triphenylphosphine ; The Mitsunobu reaction of hyaluronic acid with amines in the presence of diethylazadicarboxylate and triphenylphosphine; Reductive amination reactions which occur after oxidizing primary hydroxy groups to aldehydes.

상기에 인용된 방법 중에서, 히알루론산 히드록시기를 알데히드로 산화시킨 다음에 형성된 알데히드의 환원성 아미노화 반응을 제공하는 합성 경로가 바람직하다.Among the methods cited above, a synthetic route is preferred in which the hyaluronic acid hydroxy group is subjected to aldehyde oxidation and then provides a reductive amination reaction of the aldehyde formed.

1 차 알콜기를 알데히드로 산화시키는 반응은 삼산화크롬, 과요드산 나트륨 또는 과요드산 칼륨과 같은 알콜기의 모든 선택적인 산화제를 사용하여 수행될 수 있다. 과요드산 나트륨은 본 반응에서 바람직한 시약이다.The reaction of aldehyde oxidizing the primary alcohol group can be carried out using all selective oxidants of the alcohol group such as chromium trioxide, sodium perate or potassium perate. Sodium peridate is the preferred reagent in this reaction.

다음에 나타낸 비-제한적인 예와 같은 적절한 환원제의 존재 하에서 환원성 아미노화 반응에 의해 알킬-아민 또는 아릴-아민의 아민기와 형성된 알데히드기를 반응시켰다 : 레이니 니켈(Raney nickel) 또는 PtO2 와 같은 적절한 촉매제의 존재 하에서의 수소 ; 알루미늄, 알루미늄 아말감 또는 Al/HgCl2 ; 데카보란과 같은 보란 ; 예를 들어 PS-이소시아네이트, PS-벤즈알데히드 또는 MP-TsOH 와 같은 적절한 스캐빈저의 존재 하에서 고체상 합성을 위해 수지에 고정시킨 MP-시아노보로하이드라이드, MP-트리아세톡시보로하이드라이드와 같은 소듐 시아노보로하이드라이드 또는 수소화붕소나트륨.The aldehyde groups formed by alkyl-amine or aryl-amine amine groups were reacted by a reducing amination reaction in the presence of a suitable reducing agent such as the following non-limiting examples: a suitable catalyst such as Raney nickel or PtO 2. Hydrogen in the presence of; Aluminum, aluminum amalgam or Al / HgCl 2 ; Boranes such as decaborane; Sodium cyanide such as MP-cyanoborohydride, MP-triacetoxyborohydride, immobilized on a resin for solid phase synthesis in the presence of a suitable scavenger such as, for example, PS-isocyanate, PS-benzaldehyde or MP-TsOH Noborohydride or sodium borohydride.

환원성 아미노화 반응을 위한 바람직한 시약은 소듐 시아노보로하이드라이드이다.A preferred reagent for reductive amination reactions is sodium cyanoborohydride.

히드록시기를 알데히드로 산화시키는 반응 및 알데히드의 환원성 아미노화 반응에 사용된 반응 조건은 하기의 실시예에서 예시한 바와 같이 이러한 유형의 반응에서 일반적으로 사용되는 조건이다.The reaction conditions used for the oxidative reaction of hydroxy groups with the aldehyde and the reductive amination of aldehydes are the conditions generally used in this type of reaction as illustrated in the examples below.

카르복시기 대신에 히알루론산 히드록시기의 기능화의 장점은 이러한 방법이 칼슘 이온과의 상호작용을 충분히 가능하게 하는 카르복시기를 이탈하게 하여, 골 무기질침착을 증진시키는 히알루론산의 활성도를 극대화시킬 수 있게 하는 점이다.An advantage of the functionalization of hyaluronic acid hydroxy groups instead of carboxyl groups is that this method leaves the carboxyl groups capable of sufficient interaction with calcium ions, thereby maximizing the activity of hyaluronic acid to promote bone mineral deposition.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따라, 결합된 히알루론산 층 이외에도 임플란트 장치는 골 조직의 성장을 증진시키는 방출가능한 약물 또는 생물활성제를 포함할 수 있다. 본 실시형태에서, 약물 또는 생물활성 성분을 탐식(englobing)시키거나, 흡수시키거나 또는 흡착시킬 수 있는 중합체 또는 세라믹 층을 장치에 바람직하게 첫 번째로 코팅시킨 다음에 상기에 기재한 기술에 따라 상기의 층 위에 히알루론산을 고정시킬 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, in addition to the bound hyaluronic acid layer, the implant device may comprise a releasable drug or bioactive agent that promotes the growth of bone tissue. In this embodiment, the device is preferably first coated with a polymer or ceramic layer capable of enveloping, absorbing or adsorbing the drug or bioactive component, and then according to the techniques described above. The hyaluronic acid can be fixed on the layer of.

본 발명에 따라 사용된 약물 또는 생물활성 성분 중에서, 골 성장 자극물질로서의 역할을 수행하는 물질들이 특히 바람직하다. 이들 중에서, 덱사메타손 약물, 덱사메타손-포스페이트 또는 이의 아세테이트 가용성 형태, 이의 다양한 형태의 비타민 D, 성장 인자, 골형성 단백질로서 공지된 단백질 군(family), 에파린(eparine)과 같은 다당류 형태의 분자, 콘드로이틴 술페이트(condroitin sulphate) 및 히알루론산이 특히 바람직하다.Of the drugs or bioactive ingredients used according to the invention, substances which serve as bone growth stimulants are particularly preferred. Among them, dexamethasone drugs, dexamethasone-phosphate or acetate soluble forms thereof, various forms of vitamin D, growth factors, a family of proteins known as osteogenic proteins, molecules in the form of polysaccharides such as eparine, chondroitin Particular preference is given to sulfate (condroitin sulphate) and hyaluronic acid.

고유한 독성의 부재 이외에도, 약물 또는 생물활성 성분을 탐식한 층의 성질을 화학적으로 제한할 수 없으며, 약물 또는 생물활성 성분의 특성 및 바람직한 동역학적 방출(kinetic release)에 따라 이의 조성을 맞출 수 있다. 개략적인 예는 실리콘, 올레핀 또는 폴리메틸디실록산, 폴리부타디엔, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트, 폴리우레탄, 불소화 중합체, 폴리에스테르, 폴리-히드록시에틸메타크릴레이트 또는 폴리-히드록시부틸메타크릴레이트와 같은 친수성 아크릴레이트와 같은 아크릴 유형의 중합체이며 ; 임의의 세라믹 층은 알루민 기저 불활성 세라믹, 실리케이트 기저 불활성 세라믹 또는 실리코-알루미네이트 기저 불활성 세라믹, 또는 인산칼슘 또는 수산화인회석과 같은 생물활성 세라믹으로 구성될 수 있다. 이러한 층은 동역학적 방출의 조절의 필요에 따라 컴팩트 형(compact form) 또는 다공성 형 둘 중 하나 일 수 있다.In addition to the absence of inherent toxicity, it is not possible to chemically limit the properties of the layer in which the drug or bioactive component is obtained, and its composition can be tailored according to the properties and desired kinetic release of the drug or bioactive component. Schematic examples include silicones, olefins or polymethyldisiloxanes, polybutadienes, polymethylmethacrylates, polyethylmethacrylates, polybutylmethacrylates, polyurethanes, fluorinated polymers, polyesters, poly-hydroxyethylmethacrylates Polymers of the acrylic type such as hydrophilic acrylates such as late or poly-hydroxybutyl methacrylate; Any ceramic layer may be composed of an alumine based inert ceramic, a silicate based inert ceramic or a silico-aluminate based inert ceramic, or a bioactive ceramic such as calcium phosphate or hydroxyapatite. This layer can be either compact form or porous form depending on the needs of controlling the kinetic release.

액침(immersion), 일반적인 스프레이건(spray gun) 및 초음파 스프레이 둘 다에 의한 스프레이(spraying), 기상(vapour-phase)이나 플라즈마 침착에 의한 일반적인 기술에 따라 중합체 또는 세라믹 층을 침착시켰다. 세라믹 층의 경우에서, 졸-겔(sol-gel) 기술도 사용될 수 있다.The polymer or ceramic layer was deposited according to conventional techniques, such as immersion, spraying by conventional spray guns and ultrasonic sprays, vapor-phase or plasma deposition. In the case of ceramic layers, sol-gel techniques may also be used.

일반적인 용액, 현탁액 또는 에멀젼으로부터의 스프레이와 같은 일반적인 기술, 또는 용액, 현탁액 또는 에멀젼에서의 액침의 일반적인 과정에 의해 약물 또는 활성 성분을 지지층(support layer)에 침착시키거나, 탐식시키거나, 흡수시키거나 또는 흡착시킬 수 있다.General techniques, such as spraying from common solutions, suspensions or emulsions, or by the general procedure of immersion in solutions, suspensions or emulsions to deposit, devour, or absorb a drug or active ingredient in a support layer Or adsorbed.

본 발명의 본질 내에서, 상기에 기재한 방법에 따라 아민기를 운반하는 기질을 침착시킨 다음에 상기 기질에 히알루론산을 공유 결합시켜 약물 또는 활성 성분이 탐식된 층을 차례로 변형시킬 수 있다. 예를 들어, 약물 또는 활성 성분이 탐식된 층을 적용한 후에, 수용액에서 알릴아민 또는 알킬아민, 및 히알루론산의 플라즈마 침착 과정을 수행하였다. 중합체 또는 세라믹 매트릭스에 초과량의 약물 또는 생물활성 성분을 탐식시킴으로써 이러한 단계에서의 약물의 임의적 방출 및 손실에 대하여 초기에 측정된 과잉 투여량의 균형을 맞출 수 있다. 이러한 과잉 투여량은 일반적으로 30 % 까지, 보다 바람직하게 10 % 까지의 화학양론적 양(stoichiometrical amount)이 될 것이다.Within the nature of the present invention, a substrate carrying an amine group can be deposited according to the method described above, followed by covalent bonding of hyaluronic acid to the substrate, which in turn can modify the layer in which the drug or active ingredient is devised. For example, after applying a layer devoid of drug or active ingredient, a plasma deposition process of allylamine or alkylamine, and hyaluronic acid in an aqueous solution was performed. By incorporating excess drug or bioactive components into the polymer or ceramic matrix, the initially measured excess dose can be balanced against any release and loss of drug at this stage. Such excess dosage will generally be a stoichiometrical amount of up to 30%, more preferably up to 10%.

하기의 본원에서 작성된 실험적인 테스트로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 놀랍게도 문헌 데이터에 따라 예상된 바와는 대조적으로 골에 이식된 임플란트 장치에 고정시킨 히알루론산이 현저한 골융합 작용(osteointegrative action)을 수행하는 사실을 발견하였다. 따라서, 골-접촉 임플란트 장치를 제조하는데 있어서, 히알루론산을 상기 임플란트 장치의 표면에 고정시키는데 골-융합 증진제와 같은 히알루론산을 사용하는 것 또한 본 발명의 목적이다. As can be understood from the experimental tests made herein below, surprisingly, the fact that hyaluronic acid immobilized on an implant device implanted into a bone performs a significant osteointegrative action, as expected, according to literature data. Found. Accordingly, it is also an object of the present invention to use hyaluronic acid, such as a bone-fusion enhancer, to fix hyaluronic acid to the surface of the implant device in making a bone-contact implant device.

실시예 1 고정된 히알루론산 층을 갖는 티타늄 샘플 플라즈마 처리를 위해 Gambetti Kenologia 반응기를 사용하여 세 개의 1 cm-측면 정사각형 형태의 99.7 % 의 티타늄 샘플(Sigma-Aldrich 에서 입수)을 가지고 알릴아민의 플라즈마 침착 과정을 수행하였다. 특히, 침착 과정을 100 mTorr 압력에서 10 ms 사이클(cycle)을 사용하여 펄스 플라즈마로 수행하였다. 입력 동력은 50 W 이며, 처리 시간은 30 초이다. 처리가 끝난 시점에, 나사를 0.5 % 농도의 물로 예비-처리한 히알루론산 용액에 두었다. 히알루론산은 미국 미네소타 체스카에 소재하는 Lifecore Biomedical 에서 제조되었으며, 배치 번호 제 B22157 호로 확인되었다. 히알루론산 수용액을 과요드산 나트륨을 갖는 인산염 완충액(16 mg/100 cc)에서 16 시간 동안 예비-처리하고, 1 mg/cc 소듐 시아노보로하이드라이드를 함유하는 동일한 부피의 아세트산 완충액을 반응물에 혼합하였다. 샘플을 밤새 용액에 둔 다음에 물로 세척하고 층류 플럭스 후드(laminar flux hood)에서 건조시켰다. Example One Fixed Hyaluronic acid layer Having titanium sample Plasma deposition of allylamine was carried out using a Gambetti Kenologia reactor for plasma treatment with 99.7% titanium samples (obtained from Sigma-Aldrich) in the form of three 1 cm-sided squares. In particular, the deposition process was performed with pulsed plasma using a 10 ms cycle at 100 mTorr pressure. The input power is 50 W and the processing time is 30 seconds. At the end of the treatment, the screw was placed in a hyaluronic acid solution pre-treated with 0.5% concentration of water. Hyaluronic acid was manufactured by Lifecore Biomedical, Chesca, Minnesota, USA, and identified under batch number B22157. The aqueous hyaluronic acid solution was pre-treated in phosphate buffer with sodium perirate (16 mg / 100 cc) for 16 hours and the same volume of acetic acid buffer containing 1 mg / cc sodium cyanoborohydride was mixed into the reaction. It was. Samples were placed in solution overnight then washed with water and dried in a laminar flux hood.

실시예 2 샘플의 세포 비-부착력의 평가 세 개의 유사한 크기의 히알루론산으로 코팅시키지 않은 티타늄 샘플 및 실시예 1 의 세 개의 샘플을 Brescia Institute of Zooprophylaxis 에서 공급된 골아세포 유형의 세포(MG-63)와 함께 세포 부착 테스트를 하였다. 일반적인 방법에 따라 배양된 세포를 히알루론산으로 코팅시킨 두 개의 샘플 및 코팅시키지 않은 티타늄으로 구성된 두 개의 대조군에 접종하였다. 3 일 배양 후에, 샘플을 인산염 완충액으로 정교하게 세척하고 부착된 세포를 트립신으로 제거하고 혈구계로 계수하였다. 다음의 결과를 수득하였다 :

Figure 112007026448397-PCT00002
Example 2 Evaluation of Cell Non-adherence of Samples Titanium samples not coated with three similarly sized hyaluronic acid and three samples of Example 1 were tested for cell adhesion with osteoblast type cells (MG-63) supplied from the Brescia Institute of Zooprophylaxis. Cells cultured according to the general method were inoculated into two samples consisting of two samples coated with hyaluronic acid and an uncoated titanium. After 3 days incubation, the samples were carefully washed with phosphate buffer and attached cells were removed with trypsin and counted by hemocytometer. The following results were obtained:
Figure 112007026448397-PCT00002

본 데이터는 상기에 인용된 문헌 데이터에 따라 히알루론산으로 코팅시킨 표면에 존재하는 세포의 수가 상당히 감소되었음을 나타내었다.The data indicated that the number of cells present on the surface coated with hyaluronic acid was significantly reduced according to the literature data cited above.

실시예 3 고정된 히알루론산 층을 갖는 티타늄 나사 Agliati s.r.l 로부터 제조된 티타늄 임플란트 나사에 실시예 1 의 실험을 반복하였다. 표면층 약 8 nm 의 깊이까지의 물질의 화학적 조성을 제공하는 표면 테스트 기술인 X-선 광전자분광법(XPS)으로 나사를 시험하였다. 다음의 결과를 수득하였다(데이터를 원자 % 로 나타내었음) :

Figure 112007026448397-PCT00003
Example 3 Fixed Hyaluronic acid layer Having titanium screws The experiment of Example 1 was repeated on a titanium implant screw made from Agliati s.r.l. The screws were tested by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), a surface testing technique that provides the chemical composition of the material to a depth of about 8 nm. The following results were obtained (data expressed in atomic%):
Figure 112007026448397-PCT00003

관찰된 화학양론(stoichiometry), 특히 질소, C/O 및 C/N 비율은 문헌 데이터에 따라 결합 반응의 유형학에 의해 예측된 바와 같이 히알루론산의 얇은 표면층의 비율과 일치하였다.The stoichiometry observed, in particular nitrogen, C / O and C / N ratios, was consistent with the proportion of thin surface layers of hyaluronic acid as predicted by the typology of the binding reaction according to literature data.

실시예 4 생체 내에서의 증진된 골융합 특성의 확인 본 발명에 따라 수득한 생체 내에서의 이식가능한 티타늄 장치의 특성을 평가하기 위해, 토끼에게 몇몇 테스트를 수행하였다. 특히, 10 마리의 성인 토끼의 대퇴골 골간의 피질성골에 2 mm 의 직경 및 10 mm 의 길이의 총 10 개의 코팅된 나사 및 10 개의 코팅되지 않은 대조군을 이식하였다. 동물을 4 주 후에 희생시키고 대퇴골을 조직학적 검사 및 기계적 테스트를 하였다. 특히, 측정된 파라미터는 다음과 같다 : - 친화력 지수(affinity index), 즉 섬유상 조직의 중재가 없는 경계면의 반대편의 직접적인 골길이에 대해 경계면의 총 길이의 비율에 100 을 곱하여 나타냄. - 골 성장률, 즉 조직학적 검사 부분에서 관찰된 바와 같이 나사 및 나선의 두정(vertexes of a spire) 사이에 둘러싸인 전체 영역에 대한 골로 채워진 영역(bone-filled area)의 비율의 백분율. - 인발력(pull out force), 즉 인발(pull out) 테스트 기계에 의하여, 골로부터의 나사를 뽑아내는데 필요한 측정된 최대 힘. Example 4 Enhanced in vivo Bone fusion Identification of characteristic To test the properties of the implantable titanium device in vivo obtained according to the present invention, rabbits were subjected to several tests. In particular, the cortical bones of the femoral bones of 10 adult rabbits were implanted with a total of 10 coated screws and 10 uncoated controls, 2 mm in diameter and 10 mm in length. The animals were sacrificed after 4 weeks and the femurs were histologically and mechanically tested. In particular, the measured parameters are as follows:-the affinity index, i.e. the ratio of the total length of the interface multiplied by 100 for the direct bone length opposite the interface without fibrotic mediation. Bone growth rate, ie the percentage of bone-filled area to the total area enclosed between the screws and the vertexes of a spire as observed in the histological examination. Pull out force, ie the measured maximum force required to pull the screw from the bone by means of a pull out test machine.

다음의 결과를 수득하였다 :

Figure 112007026448397-PCT00004
The following results were obtained:
Figure 112007026448397-PCT00004

고정된 히알루론산에 대한 현재의 지식에 따라 예측된 바와 같이, 히알루론산으로 코팅된 골에 이식한 나사가 생체 수동성 효과 및 항-부착성 효과를 나타내지 않지만, 상기 히알루론산으로 코팅된 나사가 코팅되지 않은 나사와 비교하여 명확하게 증진된 골-융합 특성을 가짐을 조직학적 데이터 및 기계적 테스트 둘 다를 통해 명확하게 알 수 있다.As predicted according to current knowledge of immobilized hyaluronic acid, screws implanted into bone coated with hyaluronic acid do not show biopassive and anti-adhesive effects, but the threads coated with hyaluronic acid are not coated. It can be clearly seen from both histological data and mechanical tests that they have clearly enhanced bone-fusion characteristics compared to unscrewed screws.

실시예 5 약물 방출 및 히알루론산을 고정시킨 층을 갖는 티타늄 나사 몇몇 티타늄 나사를 가지고 실시예 1 에 기재된 반응기를 사용하여 프로필렌의 플라즈마 침착 과정을 초기에 수행하였다. 그 다음에, 얇은 중합체 층을 나사에 코팅시키고 하기에 기재한 용액을 넣은 스프레이건(Conrad-Bartoli 로부터 입수)을 사용하여 덱사메타손을 나사에 코팅시켰다 : 아세톤 및 메틸 알콜의 50-50 혼합물에 용해시킨 0.5 % 폴리부틸메타크릴레이트 및 0.1 % 덱사메타손(둘 다 Sigma Aldrich 에서 입수). Example 5 Drug release and hyaluronic acid Fixed Titanium screws with layers The plasma deposition process of propylene was initially performed using the reactor described in Example 1 with several titanium screws. The thin polymer layer was then coated on the screw and dexamethasone was coated on the screw using a spray gun with the solution described below (obtained from Conrad-Bartoli): dissolved in a 50-50 mixture of acetone and methyl alcohol. 0.5% polybutyl methacrylate and 0.1% dexamethasone (both obtained from Sigma Aldrich).

수득한 나사를 가지고 실시예 1 및 3 에 기재되어 있는 방법을 수행하여, 골 성장을 증진시키는 약물을 방출하는 특성 및 히알루론산으로 코팅된 생물활성 표면을 갖는 특성을 결합시킨 티타늄 나사를 제조하였다.The method described in Examples 1 and 3 was carried out with the screws obtained to produce titanium screws combining the properties of releasing drugs that promote bone growth and of having a bioactive surface coated with hyaluronic acid.

실시예 6 고정된 히알루론산 층을 갖는 티타늄 장치로부터의 덱사메타손의 방출 실시예 5 에 기재되어 있는 바와 같이 수득한 나사를 2 cc 의 생리식염수에 담그고 37 ℃ 의 항온기에 두었다. 주어진 시간에서, 용 액을 제거하고 덱사메타손의 최대 흡광도 파장인 242.4 nm 에서 UV-Vis 흡광도 스펙트럼으로 측정하였다. 도 1 에 나타낸 바와 같이 방출 곡선을 시간의 함수로 나타내었다. Example 6 Release of Dexamethasone from a Titanium Device with a Fixed Hyaluronic Acid Layer The screws obtained as described in Example 5 were immersed in 2 cc of physiological saline and placed in a thermostat at 37 ° C. At a given time, the solution was removed and measured by UV-Vis absorbance spectrum at 242.4 nm, the maximum absorbance wavelength of dexamethasone. As shown in FIG. 1 the emission curve is expressed as a function of time.

수득한 골 조직 임플란트 장치는 상기에 기재된 바와 같이 히알루론산으로 코팅된 표면의 생물활성도와 골형성 과정에 영향을 미치는 약물의 방출을 함께 나타내는 장치이다.The resulting bone tissue implant device is a device that exhibits the bioactivity of the surface coated with hyaluronic acid and the release of drugs that affect the bone formation process as described above.

본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 임플란트 장치를 제공할 수 있는 가능한 변형물 중에서, 임플란트 장치는 예를 들어 일반적인 스테인리스 스틸과 같은 티타늄 이외에 이의 합금 또는 코발트-크로뮴의 물질로 제조될 수 있다. 이는 본 발명의 장치로 수득할 수 있는 특정 골융합 효과에 의해 허용된다.Among the possible variants that can provide the implant device without departing from the scope of the present invention, the implant device can be made of a material of cobalt-chromium or alloys thereof, in addition to titanium, for example stainless steel in general. This is tolerated by the specific osteofusion effects obtainable with the device of the invention.

Claims (34)

골 조직의 성장에 관한 활성을 자극하며, 임플란트 장치의 표면 상에 화학적으로 결합된 히알루론산의 금속 또는 중합체 성질을 갖는 층으로 이루어진, 골-접촉(bone-contact) 에 사용하기 위한 임플란트 장치.An implant device for use in bone-contact, which stimulates activity on the growth of bone tissue and consists of a layer having metal or polymer properties of hyaluronic acid chemically bound on the surface of the implant device. 제 1 항에 있어서, 상기 장치는 치과용 임플란트 나사, 척수나 골격 고정 나사, 추간원판(intervertebral disc) 또는 케이지(cage) 임을 특징으로 하는 임플란트 장치.The implant device of claim 1, wherein the device is a dental implant screw, a spinal or skeletal fixation screw, an intervertebral disc, or a cage. 제 2 항에 있어서, 상기 나사 및 케이지는 티타늄 또는 이의 합금으로 제조된 것임을 특징으로 하는 임플란트 장치.The implant device of claim 2, wherein the screw and cage are made of titanium or an alloy thereof. 제 2 항에 있어서, 상기 추간원판은 티타늄, 이의 합금 또는 코발트-크로뮴 합금으로 제조된 것임을 특징으로 하는 임플란트 장치.The implant apparatus of claim 2, wherein the intervertebral disc is made of titanium, an alloy thereof, or a cobalt-chromium alloy. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 아민기를 갖는 기질의 코팅을 포함하며, 여기에서 히알루론산은 상기 히알루론산의 히드록시기의 기능화에 의해 상기 기질에 결합됨을 특징으로 하는 임플란트 장치.The implant device of claim 1, comprising a coating of a substrate having an amine group, wherein hyaluronic acid is bound to the substrate by functionalization of the hydroxyl group of the hyaluronic acid. 제 5 항에 있어서, 아민기를 갖는 상기 기질은 알릴아민 또는 바람직하게 헥실-아민 또는 헵틸-아민 중에서 선택한 알킬아민 단위를 포함함을 특징으로 하는 임플란트 장치.6. The implant device of claim 5, wherein the substrate having an amine group comprises allylamine or preferably an alkylamine unit selected from hexyl-amine or heptyl-amine. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 히알루론산의 층은 0.5 nm 와 10000 nm 사이의 두께를 가짐을 특징으로 하는 임플란트 장치.7. The implant device of claim 5 or 6, wherein the layer of hyaluronic acid has a thickness between 0.5 nm and 10000 nm. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 히알루론산의 층은 1 nm 와 1000 nm 사이의 두께를 가짐을 특징으로 하는 임플란트 장치.7. The implant device of claim 5 or 6, wherein the layer of hyaluronic acid has a thickness between 1 nm and 1000 nm. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 히알루론산의 층은 1.5 nm 와 100 nm 사이의 두께를 가짐을 특징으로 하는 임플란트 장치.7. The implant device of claim 5 or 6, wherein the layer of hyaluronic acid has a thickness between 1.5 nm and 100 nm. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히알루론산의 층은 X-선 광전자분광법 기술에 의해 평가된, 0.6 보다 큰 부분 포함범위 (fractional coverage) 를 가짐을 특징으로 하는 임플란트 장치.The implant device of claim 1, wherein the layer of hyaluronic acid has a fractional coverage of greater than 0.6, as assessed by X-ray photoelectron spectroscopy techniques. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 골 조직의 성장을 증진시킬 수 있는 방출가능한 약물 또는 생물활성제를 추 가로 포함함을 특징으로 하는 임플란트 장치.The implant device of claim 1, wherein the device further comprises a releasable drug or bioactive agent capable of enhancing the growth of bone tissue. 제 11 항에 있어서, 상기 약물 또는 생물활성제는 중합체 또는 세라믹 층에 탐식되고(englobed), 흡수되거나 또는 흡착됨을 특징으로 하는 임플란트 장치.The implant device of claim 11, wherein the drug or bioactive agent is entrapped, absorbed or adsorbed to the polymer or ceramic layer. 제 12 항에 있어서, 히알루론산이 고정된 상기 기질은 약물 또는 생물활성 성분이 탐식되고, 흡수되거나 또는 흡착된 중합체 또는 세라믹 층에 침착됨을 특징으로 하는 임플란트 장치.13. The implant device of claim 12, wherein the substrate to which hyaluronic acid is immobilized is deposited on a polymer or ceramic layer onto which the drug or bioactive component is devoured, absorbed or adsorbed. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 약물 또는 생물활성제는 다음 중에서 선택한 것임을 특징으로 하는 임플란트 장치The implant device of claim 12 or 13, wherein the drug or bioactive agent is selected from 덱사메타손, 덱사메타손-포스페이트 또는 이의 아세테이트 가용성 형태, 이의 다양한 형태의 비타민 D, 성장 인자, 골형성 단백질로 공지된 단백질 군, 에파린(eparine)과 같은 다당류 형태의 분자, 콘드로이틴 술페이트 및 히알루론산.Dexamethasone, dexamethasone-phosphate or acetate soluble forms thereof, various forms thereof, vitamin D, growth factors, a group of proteins known as osteogenic proteins, molecules in the form of polysaccharides such as eparine, chondroitin sulfate and hyaluronic acid. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 중합체 기질은 실리콘, 올레핀 또는 아크릴 형태의 중합체를 포함하며, 이러한 중합체는 바람직하게 다음 중에서 선택한 것임을 특징으로 하는 임플란트 장치14. An implant device according to claim 12 or 13, wherein said polymer matrix comprises a polymer in the form of silicone, olefin or acrylic, said polymer preferably being selected from 폴리메틸디실록산, 폴리부타디엔, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타 -크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트, 폴리우레탄, 불소화 중합체, 폴리에스테르, 폴리히드록시에틸메타크릴레이트 또는 폴리히드록시부틸 -메타크릴레이트에서 바람직하게 선택한 친수성 폴리아크릴레이트.Polymethyldisiloxane, polybutadiene, polymethylmethacrylate, polyethylmethacrylate, polybutylmethacrylate, polyurethane, fluorinated polymer, polyester, polyhydroxyethylmethacrylate or polyhydroxybutyl-meth Hydrophilic polyacrylates preferably selected from acrylates. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 세라믹 층은 알루미나-기저 불활성 세라믹, 실리케이트-기저 불활성 세라믹 또는 실리코-알루미네이트-기저 불활성 세라믹, 또는 인산칼슘이나 수산화인회석과 같은 생물활성 세라믹을 포함함을 특징으로 하는 임플란트 장치.15. The method of claim 12 or 13, wherein the ceramic layer comprises alumina-based inert ceramics, silicate-based inert ceramics or silica-aluminate-based inert ceramics, or bioactive ceramics such as calcium phosphate or hydroxyapatite. An implant device characterized in that. 제 16 항에 있어서, 상기 세라믹 층은 컴팩트(compact) 형 또는 다공성 형임을 특징으로 하는 임플란트 장치.18. The implant device of claim 16 wherein the ceramic layer is compact or porous. 다음 단계를 포함하는, 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항의 임플란트 장치를 제조하는 방법18. A method of manufacturing the implant device of any one of claims 1 to 17, comprising the following steps: - 금속 또는 중합체 임플란트 장치를 제공하는 단계 ;Providing a metal or polymer implant device; - 상기 임플란트 장치의 표면을 아민기를 갖는 기질로 코팅시키는 단계 ;Coating the surface of the implant device with a substrate having an amine group; - 히알루론산의 히드록시기의 기능화(functionalization) 에 의해 상기 기질의 아민기에 상기 히알루론산을 결합시키는 단계.Binding the hyaluronic acid to the amine group of the substrate by functionalization of the hydroxyl group of hyaluronic acid. 제 18 항에 있어서, 아민기를 갖는 기질로 상기 임플란트 장치의 표면을 코팅시키는 단계는 다음 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법19. The method of claim 18, wherein coating the surface of the implant device with a substrate having an amine group comprises the following steps: - 플라즈마-상에서의 휘발성의 특성을 갖는 아민을 선택하는 단계 ;Selecting an amine having the property of volatility in the plasma-phase; - 상기 임플란트 장치의 표면 상에 플라즈마-상의 상기 아민을 침착 시켜 기능화 가능한 아민기를 함유하는 기질층을 형성하는 단계.Depositing the amine on the plasma-phase on the surface of the implant device to form a substrate layer containing a functionalizable amine group. 제 19 항에 있어서, 아민의 상기 플라즈마 침착은 다음의 조건에서 시행함을 특징으로 하는 방법20. The method of claim 19, wherein said plasma deposition of amines is carried out under the following conditions. 80 mTorr 과 300 mTorr 사이의 압력, 5 W 와 200 W 사이의 입력 동력(input power), 1 ms 와 300 s 사이의 침착 시간.Pressure between 80 mTorr and 300 mTorr, input power between 5 W and 200 W, and deposition time between 1 ms and 300 s. 제 20 항에 있어서, 아민의 상기 플라즈마 침착은 1 ms 와 100 ms 사이에 포함된 활성 및 불활성 플라즈마의 사이클로 펄스 플라즈마(pulsed plasma)의 조건에서 시행함을 특징으로 하는 방법.21. The method of claim 20, wherein said plasma deposition of amines is carried out under conditions of a pulsed plasma with a cycle of active and inert plasma comprised between 1 ms and 100 ms. 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 아민의 플라즈마 침착의 상기 처리는 임플란트 장치의 표면을 세척하고 기질에 부착되는 것을 증가시키기 위해 공기 또는 산소 플라즈마로 처리하여 진행함을 특징으로 하는 방법.22. The process of any of claims 19 to 21, wherein the treatment of plasma deposition of amines proceeds by treating the surface of the implant device with an air or oxygen plasma to increase adhesion to the substrate. Way. 제 19 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아민은 알릴아민, 헥실아민 및 헵틸아민 중에서 선택한 것임을 특징으로 하는 방법.23. The method of any of claims 19 to 22, wherein the amine is selected from allylamine, hexylamine and heptylamine. 제 18 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 히알루론산의 히드록시기의 기능화에 의해 기질의 아민기에 상기 히알루론산을 결합시키는 단계는 다음의 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법24. The method of any one of claims 18 to 23, wherein the step of binding the hyaluronic acid to the amine group of the substrate by functionalizing the hydroxyl group of hyaluronic acid comprises the following steps. - 히알루론산의 알콜기를 알데히드기로 선택적으로 산화시키는 단계 ;Selectively oxidizing the alcohol group of hyaluronic acid to an aldehyde group; - 환원성 아미노화 반응에 의해 기질의 상기 아민기에 히알루론산의 상기 알데히드기를 결합시키는 단계.Bonding said aldehyde group of hyaluronic acid to said amine group of a substrate by a reductive amination reaction. 제 24 항에 있어서, 히드록시기를 알데히드기로 선택적으로 산화시키는 단계는 과요드산나트륨 존재하에 시행함을 특징으로 하는 방법.25. The method of claim 24, wherein the step of selectively oxidizing the hydroxy group to the aldehyde group is carried out in the presence of sodium periodate. 제 24 항 또는 제 25 항에 있어서, 환원성 아미노화 반응은 소듐 시아노보로하이드라이드 존재하에 시행함을 특징으로 하는 방법.26. The method of claim 24 or 25, wherein the reductive amination reaction is carried out in the presence of sodium cyanoborohydride. 제 24 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히알루론산은 물을 포함하는 디메틸술폭시드 또는 이의 혼합물, 물을 포함하는 디메틸포름아미드 또는 이의 혼합물, 물을 포함하는 N-메틸 피롤리돈 또는 이의 혼합물과 같은 수용액 또는 적절한 용매 용액(solvent solution) 에 의해 결합됨을 특징으로 하는 방법.27. The method of any one of claims 24 to 26, wherein the hyaluronic acid comprises dimethyl sulfoxide or mixtures thereof comprising water, dimethylformamide or mixtures thereof comprising water and N-methyl pyrrolidone comprising water. Or by an aqueous solution such as a mixture thereof, or a suitable solvent solution. 제 18 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 다음 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법28. The method of any one of claims 18 to 27, comprising the following steps: - 금속 또는 중합체 임플란트 장치를 제공하는 단계 ;Providing a metal or polymer implant device; - 중합체 또는 세라믹 층으로 상기 임플란트 장치의 표면을 The surface of the implant device with a polymer or ceramic layer 코팅시키는 단계 ;  Coating step; - 골 조직의 성장을 증진시킬 수 있는 방출가능한 약물 또는-A releasable drug that can promote the growth of bone tissue or 생물활성 성분이 상기 중합체 또는 세라믹 층에 탐식되고,  A bioactive component is incorporated into the polymer or ceramic layer, 흡수되고 또는 흡착되는 단계 ;  Absorbed or adsorbed; - 상기 약물 또는 생물활성 화합물이 탐식되고, 흡수되고 또는The drug or bioactive compound is devoured, absorbed or 흡착된 상기 중합체 또는 세라믹 층 상에 아민기를 갖는  Having an amine group on the polymer or ceramic layer adsorbed 기질을 침착시키는 단계 ;  Depositing a substrate; - 히알루론산의 히드록시기의 기능화에 의해 상기 기질의 아민기에 상기 히알루론산을 결합시키는 단계. Binding the hyaluronic acid to the amine group of the substrate by functionalizing the hydroxyl group of hyaluronic acid. 제 28 항에 있어서, 중합체 또는 세라믹 층으로 임플란트 장치의 표면을 코팅시키는 단계는 액침(immersion), 일반적인 스프레이건(spray gun) 과 초음파 스프레이 둘 다에 의한 스프레이(sparying), 기상(vapour-phase) 이나 플라즈마 침착, 또는 세라믹 층의 경우에 졸-겔 기술에 의해 시행됨을 특징으로 하는 방법.29. The method of claim 28, wherein coating the surface of the implant device with a polymer or ceramic layer comprises immersion, spraying with both conventional spray guns and ultrasonic sprays, and vapor-phase. Or plasma deposition, or sol-gel techniques in the case of ceramic layers. 제 28 항 또는 제 29 항에 있어서, 상기 약물 또는 생물활성 성분은 일반적인 용액, 현탁액, 에멀젼으로부터의 스프레이, 또는 일반적인 용액, 현탁액, 에멀젼에서의 액침 과정에 의해 상기 중합체 또는 세라믹 층에 탐식되고, 흡수되고 또는 흡착됨을 특징으로 하는 방법.30. The method of claim 28 or 29 wherein the drug or bioactive component is entrained in and absorbed by the polymer or ceramic layer by spraying from a common solution, suspension, emulsion, or by immersion in a common solution, suspension, emulsion. And / or adsorbed. 제 28 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체 또는 세라믹 층에 약물 또는 생물활성 성분이 탐식되고, 흡수되고 또는 흡착되는 단계는 30 % 까지의 화학양론적 양(stoichiometrical amount), 바람직하게 10 % 까지의 화학양론적 양의 과량의 약물 또는 생물활성 성분 존재하에서 시행됨을 특징으로 하는 방법.31. The method of any of claims 28-30, wherein the step of enveloping, absorbing or adsorbing a drug or bioactive component to the polymer or ceramic layer is a stoichiometrical amount, preferably up to 30%. Preferably in the presence of an excess of stoichiometric amount of drug or bioactive component. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 임플란트 장치는 제 18 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 수득가능함을 특징으로 하는 임플란트 장치.The implant device according to any one of claims 1 to 17, wherein the implant device is obtainable by the method according to any one of claims 18 to 31. 골 조직과 접촉한 임플란트 장치의 골-융합(osteo-integration)을 증진시키는 임플란트 장치를 제조하기 위한 히알루론산의 용도이되, 상기 히알루론산이 상기 임플란트 장치에 고정됨을 특징으로 하는 히알루론산의 용도.Use of hyaluronic acid to produce an implant device for promoting osteo-integration of an implant device in contact with bone tissue, wherein the hyaluronic acid is immobilized on the implant device. 제 33 항에 있어서, 상기 장치는 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 기재된 바와 같음을 특징으로 하는 용도.34. Use according to claim 33, wherein the device is as described in any one of claims 1 to 17.
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