Development of Poloxamer Bone Wax and Evaluation of Hemostatic Performance

Abstract

Bone wax is an essential material for bone hemostasis in orthopedic surgery, thoracic surgery, and neurosurgery, and is generally defined as a substance used to physically control bleeding caused by bone fractures. Especially, when physically pressed on the fractured or cut surface of a bone, it forms a physical barrier on the bone surface to prevent bleeding. Bone wax can be divided into non-absorbable and absorbable products according to their characteristics. Non-absorbable bone wax products are not metabolized or absorbed in the body and remain indefinitely at the application site, which causes many complications. In the case of absorbable bone wax products, poloxamer multi-block copolymer (CAS No. 9003-11-6, synonym; Pluronic, Polyoxypropylene-polyoxyethylene Block Copolymer, PEG-PPG-PEG, PEO-PPO-PEO) was used to overcome the shortcomings of non-absorbable bone wax products in order to achieve the characteristics of ease of topical application, physical barrier formation, biocompatibility, and possibility of absorption and excretion in the body. However, existing absorbable bone wax products still have several limitations that have not been overcome (limited physical properties, poor bone adhesion, poor hemostatic quality, and interference with bone union), so that when applied to the affected area, they dissolve too quickly in blood and body fluids, and the physical barrier cannot be maintained for a certain period, which reduces the hemostatic effect. In this study, we developed a new type of absorbable bone wax (Hans Bone Wax; HBW) using two poloxamer multi-block copolymers with different molecular weight ranges and compared it with existing absorbable bone wax products (OSTENE, NOVOSEAL) in terms of physicochemical properties, efficacy evaluation through animal testing, biological safety, etc., to demonstrate the possibility of a new product that improves the limitations of existing absorbable bone wax products. In vitro, the adhesive strength, yield load, and solubility of each product were compared and evaluated, and in vivo, the hemostasis of the bone amputation site and the absorption/degradation were evaluated through animal experiments. In addition, a biological safety (Cytotoxicity) evaluation according to the ISO 10993 guideline was conducted on the newly developed HBW. In conclusion, HBW, a new type of absorbable bone wax, was superior in the evaluation of hemostasis of the bone amputation site and biological response through histological analysis. It is thought that this can improve the clinical environment by providing convenient usability, excellent hemostatic performance, and biocompatibility in stopping bleeding at the bone amputation site.

뼈 왁스는 정형외과 수술, 흉부 수술 및 신경 수술 등 뼈 지혈에 필수적인 재료로 일반적으로 뼈 골절로 인한 출혈을 물리적으로 제어하는 데 사용되는 물질로 정의되고 있습니다. 특히 뼈의 골절 또는 절단 표면에 물리적으로 압착하였을 때, 골 표면에 물리적인 차단막을 형성함으로써 출혈을 막아줍니다. 뼈 왁스는 특성에 따라 비흡수성 제품과 흡수성 제품으로 나눌 수 있습니다. 비흡수성 뼈 왁스 제품의 경우, 체내에서 대사되거나 흡수 되지 않아 도포 부위에 무기한 남아 있기 때문에 많은 합병증을 기인합니다. 흡수성 뼈 왁스 제품의 경우, 국소 적용의 용이성, 물리적인 차단막 형성, 생체 적합성, 체내 흡수 및 배출 가능성 등의 특성을 이루기 위해 폴록사머 다중 블록 공중합체(CAS No. 9003-11-6, 동의어; Pluronic, Polyoxypropylene-polyoxyethylene Block Copolymer, PEG-PPG-PEG)를 사용하여 비흡수성 뼈 왁스 제품의 단점을 극복했습니다. 하지만, 기존 흡수성 뼈 왁스 제품의 경우, 아직도 몇 가지 극복하지 못한 한계점들(제한된 물리적 성질, 아쉬운 뼈 부착력, 지혈 품질 부족, 뼈 결합 방해)이 있어 환부 적용 시 혈액 및 체액에 의해 너무 빠르게 용해되어 물리적 장벽을 일정 시간 유지하지 못해 지혈작용이 저하되고 있습니다. 본 연구에서는 분자량 범위가 서로 다른 두 가지의 폴록사머 다중 블록 공중합체를 사용하여, 새로운 형태의 흡수성 뼈 왁스(Hans Bone Wax; HBW)를 개발하였고, 기존 흡수성 뼈 왁스 제품들(OSTENE, NOVOSEAL)과 물리화학적 특성 분석, 동물실험을 통한 유효성 평가, 생물학적 안전성 등의 비교평가를 진행하여, 기존 흡수성 뼈 왁스 제품의 한계점을 개선한 새로운 제품의 가능성을 입증하고자 합니다. In vitro상에서 각 제품의 접착력, 항복하중, 용해도를 비교 평가하였고, 동물실험(In vivo)을 통하여 골 절단 부위의 지혈에 대한 평가 및 흡수/분해에 대한 평가를 하였습니다. 그리고 새로 개발된 HBW에 대해 ISO 10993 가이드라인에 따른 생물학전 안전성(세포독성) 평가도 진행하였습니다. 결론적으로 골 절단 부위의 지혈 및 조직학적 분석을 통한 생물학적 반응 평가에서 새로운 형태의 흡수성 뼈 왁스인 HBW가 우수하였습니다. 이는 골 절단 부위의 출혈을 지혈하는데 있어, 편리한 사용성과 뛰어난 지혈 성능 및 생체적합성을 제공하여 임상환경을 개선할 수 있을 것으로 생각됩니다.