의료 기기라는 단어를 Google에 입력하면 정교한 병원 장비 및 진단 기기의 사진을 보실 수 있습니다. 실제로 term 의료 기기는 그보다 더 넓으며 사람이나 동물의 치료 목적으로 사용하도록 고안된 뼈대와 붕대에서 골관절을 이식하는 임플란트 및 이식 가능한 심장 박동기까지 다양한 종류의 완제품을 포괄합니다. 우리는 이전에 상처 보호 제품에서(wound care products) MFC의 역할에 대해 서술한 적이 있으며, 오늘날 의료 기기, 특히 국소 및 이식 가능한 나노 셀룰로오스의 현재 상태에 대해서 보다 세부적인 단계로 나가 보겠습니다.

BIOMEDICAL MATERIALS

우리 일상 생활의 여러 재료는 영구적 혹은 임시 용도로 의료 기기에 사용됩니다. 영구 임플란트에 일반적으로 사용되는 재료의 예로는 티타늄, 실리콘, 인회석(apatite), 테플론 및 폴리 프로필렌이 있습니다.  임시 구조가 필요한 경우에는 폴리락트산(PLA), 폴리카프로락톤(PCL) 및 폴리글리콜산(PGA)과 같은 흡수성 중합체가 사용됩니다. 현재의 화합물에 대한 주요 도전 과제는 심각한 생리학적 문제를 일으킬 수 있는 이물 반응(foreign body response)입니다. 인간의 조직을 이물질로 인식하지 못하는 방식으로 모방한 고분자가 분명히 필요합니다.

CELLULOSE FIBRILS

코튼 및 셀룰로오스 기재 부직포 제품은 우수한 생체 적합성으로 인해 상처 치료를 위해 수십 년 동안 사용되어 왔습니다. 따라서 나노 셀룰로오스가 여러 유형의 의료 기기에 대한 생물 의학 재료로서 많은 주목을 받았다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 나노 셀룰로오스의 높은 생체 적합성과 기계적 강도는 적절한 물리적 특성과 결합되어 여러 의료 분야에서 유력한 후보자로 인식되고 있습니다.

건조한 상태의 나노 셀룰로오스의 기계적 및 물리적 특성은 인간의 뼈와 유사하지만 젖은 나노 셀룰로스 필름의 특성은 더 많은 세포외 매트릭스(ECM,extracellular matrix)와 유사합니다. 기계적 성질 외에도 나노 셀루로스와 다른 고분자와의 높은 상용성으로 인해 높은 성능과 우수한 생체 적합성을 가진 제품을 개발할 수 있습니다. 셀룰로오스는 셀룰로오스 분해 효소가 없기 때문에 인체에서 쉽게 분해되지 않지만, 이물질 반응이 없기 때문에 상업적 개발에도 문제가 되지 않습니다.

물리적 특성, 독성학 및 생체 적합성에 대한 자세한 내용은 Ning Lin의 생의학 분야에서의 나노 셀룰로오스 사용에 대한 검토를 면밀히 살펴보십시오.(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0014305714002493)

현재 시장에서의 제품들

나노 셀룰로오스의 서브 클래스인 박테리얼 셀룰로오스(Bacterial cellulose)는 오랜 기간 생물 의학뿐만 아니라 식품에도 사용되어 왔습니다. 발효에 의한 코코넛 물로 만들어진 전통 필리핀 식품인 Nata de coco는 여러 아시아 국가에서 인기있는 디저트이며 동시에 박테리얼 셀룰로오스의 전형적인 예입니다.

한편, 박테리얼 셀룰로오스를 기반으로 하는 여러 가지 상처 치료제가 전 세계적으로 지속적으로 사용되고 있습니다. 주로 단기간 사용을 목적으로 한 이들 제품은 96% 물(Suprasorb® X) 또는 Nanoderm ™, Cuticell® Epigraft 및 Nexfill과 같은 건식 박막(~50μm)을 함유한 하이드로 겔 시트 형태로 판매됩니다. 일반적으로 항균제로 은 입자 또는 항균제가 포함되어 있습니다. DePuy Synthes는 장기간 사용을 목표로 한 제품도 있습니다. 그들은 SYNTHECEL® Dura Repair라고 불리는 경막기(뇌의 바깥 층)의 회복을 위해 2015년에 박테리얼 셀룰로오스 시트를 들여 썼습니다. 이것은 셀룰로오스 피브릴로 만들어진 장기(long-term) 신체 일부 회복을 목표로 한 첫 번째 구체적인 제품이며 동시에 나노 셀룰로오스의 생체 적합성의 훌륭한 예입니다.

박테리얼 셀룰로오스의 사용과 관련된 도전은 있으며 그 중 가장 큰 것은 생산 방식입니다. 그것은 사실상 셀룰로오스를 통상적으로 시트 형태로 원하는 최종 형태로 성장시키는 것을 필요로 합니다. 또한, 입자(활성 화합물)의 박테리아 셀룰로스 막내(membranes)로의 첨가/담금(addition/immersion)은 어렵습니다. 오늘날, 유일한 실용적인 방법은 침전(precipitation)하여 도입시키는 것입니다.

셀룰로오스 섬유질을 사용하면 두 가지 문제점을 해결할 수 있습니다. 첫째, 제품의 액상 형태는 활성 성분(분말 또는 액체)의 혼합을 가능하게 하고 둘째, 셀룰로오스 피브릴은 비교적 용이하게 상이한 형상으로 성형되거나 몰딩될 수 있습니다.

박테리얼 셀룰로오스가 이미 식품, 국소 및 이식 가능한 용도에 길을 열어 놓아 규제 관점에서 셀룰로오스 섬유에 필요한 노력을 줄일 수 있습니다. 특히, 상업적으로 입수할 수 있는 셀룰로오스 섬유와 같은 고순도 셀룰로스계 제품일 경우에는 더욱 그러합니다. 셀룰로오스 섬유가 다른 구조, 예를 들어 3D 프린팅에 의해 쉽게 형성될 수 있거나 또는 생체 적합성을 증가시키기 위해 의료 장치를 코팅하기 위해 사용될 수 있기 때문에 가능성이 높습니다. 어떤 유형의 제품이 시장에 먼저 진입할 것인지, 얼마나 빨리 시장에 진입할 것인지를 보는 일은 매우 흥미로울 것입니다.