KR100813224B1 - Thermo-reversible coacervate combination gels for protein delivery - Google Patents

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KR100813224B1
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김용희
진광미
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

A drug delivering gel is provided to be easy to handle in a sol state at room temperature and be rapidly converted into a gel state in according to the temperature increase after being injected in the body to show the continuous releasing pattern of the combined gel for a long time, thereby being useful for delivering a protein drug. A drug delivering gel comprises: a complex coacervate consisting of a positively charged protein and a negatively charged polysaccharide; and a negative thermo-reversible polysaccharide including a salted-out salt, wherein the positively charged protein is selected from the group consisting of gelatin, bovine pancreatic trypsinogen, basic fibroblast growth factor, fibronectin, aggrecan, and casein, the negatively charged polysaccharide is selected from the group consisting of chondrotin sulfate, heparin, heparan sulfate, hyaluronan, dermatan sulfate and keratan sulfate, the salted-out salt is selected from the group consisting of salted-out salts including a Hofmeister series anion such as SO4^2-, HPO4^2-, F^-, Cl^-, Br^-, NO3^-, I^-, ClO4^-, and SCN^-, and the negative thermo-reversible polysaccharide is selected from the group consisting of methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, ethylhydroxyethylcellulose, carrageenan, and scleroglucan. A method for preparing the drug delivering gel comprises the steps of: (a) mixing the positively charged protein with the negatively charged polysaccharide to form the complex coacervate; and (b) mixing the complex coacervate with the negative thermo-reversible polysaccharide including the salted-out salt.

Description

단백질 약물전달용 온도 가역성 코아세르베이트 조합 겔{THERMO-REVERSIBLE COACERVATE COMBINATION GELS FOR PROTEIN DELIVERY}Temperature reversible coacervate combination gel for protein drug delivery {THERMO-REVERSIBLE COACERVATE COMBINATION GELS FOR PROTEIN DELIVERY}

본 발명은 약물 전달용 겔에 관한 것이다. 더 구체적으로 본 발명은 단백질 약물 전달에 유용한, 복합 코아세르베이트와 온도 가역성 다당류의 조합 겔에 관한 것이다.The present invention relates to a gel for drug delivery. More specifically, the present invention relates to a combination gel of complex coacervates and temperature reversible polysaccharides useful for protein drug delivery.

가장 간단한 일반적인 약물 전달 시스템은 경구 또는 주사나 패치 형태를 들 수 있다. 그러나, 약물의 종류가 다양해지면서 이와 같은 고전적인 형태의 약물전달 시스템이 부적합한 성질을 가지는 경우가 발생하였다. The simplest common drug delivery system is oral, or in the form of an injection or patch. However, as the types of drugs have been diversified, such classic forms of drug delivery systems have been inadequate.

단백질 약물의 경우, 일반적으로 정제 등의 경구 투여나 수술을 통한 투약이 이루어지고 있다. 그러나, 경구 투여의 경우에는 장내 소화효소에 의하여 목적하는 단백질 약물이 대부분 분해되어 약물의 목적하는 효과가 미미하고, 수술을 통하는 방법은 위험성과 비용 측면에서 비효율적이다.In the case of protein drugs, generally, oral administration such as tablets or surgery is performed. However, in the case of oral administration, the desired protein drug is mostly degraded by intestinal digestive enzymes, and thus the desired effect of the drug is insignificant, and the method through surgery is inefficient in terms of risk and cost.

더욱이, 경구 투여 등의 전신을 대상으로 하는 약물 전달 시스템은 약효가 필요하지 않거나 좋지 않은 영향을 미치는 질병외 부위에까지 약물을 동일 농도로 전달하여 바람직하지 않은 효과를 나타내는 큰 단점이 있다. Moreover, the drug delivery system for the whole body such as oral administration has a big disadvantage in that the drug is delivered at the same concentration to the non-disease site which does not need or adversely affect the drug, thereby showing an undesirable effect.

따라서, 특정 질병부위를 표적화하여 치료하기 위한 약물전달 시스템의 필요성이 급증할 뿐 아니라, 잦은 투여로 인한 번거로움이나 위험성을 줄이기 위하여 표적 부위에 정확히 작용하면서도 되도록 장기간 약물이 서서히 방출되는 최적의 약물전달 시스템에 대한 필요성이 있다.Therefore, not only the need for a drug delivery system for targeting and treating a specific disease area is rapidly increased, but also optimal drug delivery for a long time release of the drug so as to precisely act on the target site to reduce the hassle or risk of frequent administration. There is a need for a system.

근래 수년간, 약물전달 및 조직배양처리(tissue engineering)를 포함한 다양한 생물학적 의학용도로 인시튜(in situ)-형성 시스템이 보고되었다 (R.L. Dunn 등, Biodegradable in-situ forming implants and methods of producing the same, US Patent 4 (1990) 938-763; B.O. Haglund 등, J. Control. Release 41 (1996) 229-235; 및 Y. An 등, J. Control. Release 64 (2000) 205-215 참조). In recent years, in situ-forming systems have been reported for a variety of biological medical uses, including drug delivery and tissue engineering (RL Dunn et al., Biodegradable in-situ forming implants and methods of producing the same, US Patent 4 (1990) 938-763; BO Haglund et al., J. Control.Release 41 (1996) 229-235; and Y. An et al., J. Control.Release 64 (2000) 205-215).

예를 들어, 용매교환(solvent exchange), pH 변화, 자외선(UV)조사, 이온 교차결합 및 온도전이와 같은 몇 가지 기전에 의해, 인시튜 겔 형성에 도달할 수 있게 되었다. 낮은 용액임계온도 (Lower Critical Solution Temperature (LCST))를 가지는 네거티브 온도 감응성 고분자 또는 가열이나 냉각 시에 가역적 겔-졸 전이행태(sol-gel transition behavior)를 나타내는 온도-가역적 하이드로겔은 약물전달용 자극-감응적 고분자 시스템의 가장 보편적으로 연구된 분야이다. 몇 가지 합성 고분자들이 체온에서 온도-가역적 겔화 행동을 나타내는 것으로 보고된 바 있고 약물전달에 사용된 바 있으나, 자체의 생체적합성(biocompatibility) 문제와 생체분해성(biodegradation)에 관련된 문제가 여전히 남아있는 실정이다.For example, several mechanisms, such as solvent exchange, pH change, ultraviolet (UV) irradiation, ion crosslinking and temperature transition, have made it possible to reach in situ gel formation. Negative temperature sensitive polymers with a Low Critical Solution Temperature (LCST) or temperature-reversible hydrogels exhibiting a reversible sol-gel transition behavior upon heating or cooling can be used to stimulate drug delivery. It is the most commonly studied field of sensitive polymer systems. Although several synthetic polymers have been reported to exhibit temperature-reversible gelling behavior at body temperature and have been used for drug delivery, problems with their biocompatibility and biodegradation remain. .

고분자량 천연 셀룰로오스는 분자내- 및 분자간 수소결합으로 인해 수용액에서 불용성인 경우가 많다(Gels Handbook, Vol. 4; Osaka, Y., Kanji, K., Eds, 역자: Hatsuo Ishida; Academic Press: San Diego, CA (2001)). 일부 히드록실기가 예컨대 메틸이나 히드록실프로필과 같은 소수성 기로 치환되면, 일부 수소결합이 파괴되어 수용성, 소수성으로 변성된(hydrophobically modified) 셀룰로오스가 만들어지게 된다 (Guenet, J, Thermoreversible Gelation of Polymers and Biopolymers, Academic Press: London (1992); 및 Kabayashi, K. 등, Macromolecules 32 (1999) 7070 참조). High molecular weight natural cellulose is often insoluble in aqueous solutions due to intramolecular and intermolecular hydrogen bonding (Gels Handbook, Vol. 4; Osaka, Y., Kanji, K., Eds, Hatsuo Ishida; Academic Press: San Diego, CA (2001). When some hydroxyl groups are substituted with hydrophobic groups such as methyl or hydroxylpropyl, some of the hydrogen bonds are broken down, resulting in soluble, hydrophobically modified cellulose (Guenet, J, Thermoreversible Gelation of Polymers and Biopolymers). , Academic Press: London (1992); and Kabayashi, K. et al., Macromolecules 32 (1999) 7070).

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메틸셀룰로오스 (MC)는 수용액에서 온도 가역적인 물리적 겔을 형성하는, 소수성으로 변성된 비이온성 셀룰로오스 유도체이다. 메틸셀룰로오스는 치환도가 높은 소수성 영역과 치환도가 낮거나 치환이 일어나지 않은 친수성 영역으로 이루어진 비균질성 교호식(alternative) 블록공중합체 구조이다(Kundu, K.K, Polymer. 42 (2001) 2015-2020 참조). 소수성 영역은 물 구조를 국소적으로 안정화시키고, 가열시에는 물 구조가 파괴되어 소수성 상호작용을 증강시킴으로써 결과적으로는 겔화 현상을 초래하게 된다. 치환도(DS)가 1.4-2.0인 시판되는 MC는 물속에서 MC의 농도 1.0-2.5%에서 가열시에 졸-겔 전이를 수행한다. 이 같은 상-전이 특성은 식품 및 제약산업에 광범위하게 응용되어 결합제 또는 증점제로 사용된다.Methylcellulose (MC) is a hydrophobically modified nonionic cellulose derivative that forms a physically reversible physical gel in aqueous solution. Methylcellulose is an inhomogeneous alternating block copolymer structure consisting of a hydrophobic region with a high degree of substitution and a hydrophilic region with low or no substitution (see Kundu, KK, Polymer. 42 (2001) 2015-2020). . The hydrophobic region locally stabilizes the water structure, and upon heating, the water structure is destroyed to enhance hydrophobic interactions, resulting in gelation. Commercial MCs with a degree of substitution (DS) of 1.4-2.0 undergo sol-gel transitions upon heating at 1.0-2.5% of the MC concentration in water. These phase-transfer properties are widely used in the food and pharmaceutical industries and are used as binders or thickeners.

셀룰라아제는 셀룰로오스를 베타-글루코오스로 분해시키는 효소 복합체이다. 사람을 포함한 대부분의 동물들은 이러한 효소를 생산하지 않기 때문에 식물체의 에너지를 독립적으로 활용할 수 없다. 그러나, 셀룰라아제는 진균류 및 미생물 유기체에 광범위하게 풍부하게 존재하며, 사람의 보건위생상 식품보조제로 사용되어 식물체의 다당류(polysaccharide)를 가수분해하여 분해시킬 수 있도록 한다. 어떤 진 균류는 셀룰로오스의 산화작용을 촉매하는 효소를 분비한다. 페록시다아제는 과산화수소를 분비하여 셀룰로오스의 C2-C3 위치에 있는 자유 라디칼을 공격함으로써 알데히드 셀룰로오스를 형성하게 되는데, 이것은 반응성이 매우 높으며 보다 저분자량의 분획들로 가수분해를 진행시킨다. 박테리아는 셀룰로오스를 분해시키는 내인성(엔도-)- 및 외인성(엑소-)- 효소를 분비하여 탄수화물 영양소를 생산하기도 한다(Aubert, J.P., Beguin, P., Millet, J. Biochemistry and Genetics of Cellulose Degradation. Academic, New York (1988) 참조).Cellulase is an enzyme complex that breaks down cellulose into beta-glucose. Most animals, including humans, do not produce these enzymes and thus cannot use the energy of plants independently. However, cellulase is present in a wide variety in fungal and microbial organisms, and can be used as a food supplement for human health and hygiene to hydrolyze and decompose plant polysaccharides. Some fungi secrete enzymes that catalyze the oxidation of cellulose. Peroxidase secretes hydrogen peroxide to attack free radicals in the C 2 -C 3 position of the cellulose to form aldehyde cellulose, which is highly reactive and promotes hydrolysis to lower molecular weight fractions. Bacteria also produce carbohydrate nutrients by secreting endogenous (endo-)-and exogenous (exo-)-enzymes that degrade cellulose (Aubert, JP, Beguin, P., Millet, J. Biochemistry and Genetics of Cellulose Degradation. See Academic, New York (1988).

MC를 체온에서 겔화되는 인시튜-형성 약물전달 시스템으로 응용하기 위해서는, 예컨대 중합체, 비전해질 또는 염과 같은 첨가제를 사용하여 MC의 네거티브 열-겔화 기작을 변성시킬 필요가 있다. MC의 겔화 온도는 MC의 농도를 증가시켜서 저하시킬 수도 있지만, 용액의 점도가 높아져 취급이 어려워진다. In order to apply MC as an in-situ-forming drug delivery system that gels at body temperature, it is necessary to modify the negative heat-gelling mechanism of MC using additives such as polymers, non-electrolytes or salts, for example. The gelation temperature of MC can be lowered by increasing the concentration of MC, but the viscosity of the solution becomes high, making handling difficult.

겔화 온도를 변성시키는 간단한 방법은 수용성 중합체의 상(phase) 변화에 현저한 영향을 주는 것으로 공지된 염석(salting-out) 염(salt)류를 사용하는 것이다(Schott, M.; Royce, A. E.; Han, S. K. J Colloid Interface Sci 98 (1984) 196 참조). 염류의 음이온(anion)은 비극성 용질이나 거대분자의 소수성을 안정화시키기 위해 양이온보다 훨씬 효과적인 것으로 알려져 있다. 호프마이스터 시리즈(Hofmeister series) (Collins, K. D.; Washabaugh, M. W. Q Rev Biophys. 4 (1985) 323) 또는 친액성 시리즈 (Lyotropic series)(M. Khairy 등, Journal of Polymer Science (2003) 3547-3559)에 따르면, 음이온의 염석 농도는 다음과 같다:A simple way to modify the gelation temperature is to use salting-out salts known to have a significant effect on the phase change of the water soluble polymer (Schott, M .; Royce, AE; Han , SK J Colloid Interface Sci 98 (1984) 196). Anions of salts are known to be much more effective than cations to stabilize nonpolar solutes or hydrophobicity of macromolecules. Hopemeister series (Collins, KD; Washabaugh, MW Q Rev Biophys. 4 (1985) 323) or Lyotropic series (M. Khairy et al., Journal of Polymer Science (2003) 3547-3559) According to the salt concentration of the anion is:

호프마이스터 시리즈 (Hofmeister series) : Hopemeister series:

SO4 2- > HPO4 2 - > F- > Cl- > Br- > NO3- > I- > ClO4 - > SCN- SO 4 2-> HPO 4 2 -> F -> Cl -> Br -> NO3 -> I -> ClO 4 -> SCN -

친액성 시리즈 (Lyotropic series) : Lyotropic series:

Al3 +>Ca2 +>Mg2 +>K+=NH4 +>Na+>Li+ , PO4 3 ->SO4 2 ->Cl->NO3 - Al 3 +> Ca 2 +> Mg 2 +> K + = NH 4 +> Na +> Li +, PO 4 3 -> SO 4 2 -> Cl -> NO 3 -

코아세르베이트 형성(Coacervation)은 하전된 거대분자의 균질용액이 액상-액상 분리를 수행하여 중합체가 풍부한 고밀도 상을 생성하게 되는 과정이다. 반대 극성으로 대전된 2개의 거대분자(또는 고분자전해질이나 반대극성으로 대전된 콜로이드)는 정전기적 작용 및 추가의 상호작용을 거쳐서 복합 코아세르베이트 형성 과정을 수행할 수 있다.
코아세르베이트는 단백질 정제 및 약물전달에 광범위하게 적용되어 왔다(Xia, J. 및 Dubin, P. L., Protein-polyelectrolyte complexes. In: Dubin, P. L., Bock, J., Davis, R., Schulz, D. N., 및 Thies, C., Eds. Macromolecular Complexes in Chemistry and Biology. Berlin: Springer-Verlag (1994) 247-271; Poznansky MJ, Juliano RL., Pharmacol Rev 36 (1984) 277-335; 및 Gombotz WR., Bioconjugate Chem 6 (1995) 332-51).
Coacervate formation is a process in which a homogeneous solution of charged macromolecules undergoes liquid-liquid phase separation to produce a polymer rich high density phase. Two macromolecules charged with opposite polarity (or polyelectrolytes or colloids charged with opposite polarity) may undergo complex coacervate formation through electrostatic and additional interactions.
Coacervates have been widely applied for protein purification and drug delivery (Xia, J. and Dubin, PL, Protein-polyelectrolyte complexes.In: Dubin, PL, Bock, J., Davis, R., Schulz, DN, and Thies) , C., Eds.Macromolecular Complexes in Chemistry and Biology.Berlin: Springer-Verlag (1994) 247-271; Poznansky MJ, Juliano RL., Pharmacol Rev 36 (1984) 277-335; and Gombotz WR., Bioconjugate Chem 6 (1995) 332-51).

복합 코아세르베이트는 수성 매질에서 반대로 하전된 고분자전해질을 혼합시킬 때 동시적으로 형성될 수 있다. 단백질-단백질, 단백질-다당류, 및 다당류-다당류 조합물은 약물전달용 및 생-의학적용도로 빈번히 연구되어 왔다. 예를 들어, 다가 양이온이나 양쪽성 이온으로서의 젤라틴 A 및 다가 음이온으로서의 콘드로이틴 6-황산염(CS)으로 이루어진 복합 코아세르베이트 형성에 의한 마이크로스피어(microsphere)는 치료용 단백질의 관절내 전달시스템으로 효율적인 것으로 보고되었다 (Kimberly EB, Arthritis&Rheumatism (1998) 2185-2195). 특히 다가 이온들은 연골(cartilage)과 활막(synovium)의 세포외 매트릭스의 주성분이므로, 마이크로스피어는 염증유발성 사이토킨에 의해 유발된 매트릭스 메탈로프로테아제(matrix metalloprotease, MMP)에 대하여 감응성을 가진다. Composite coacervates can be formed simultaneously when mixing the oppositely charged polyelectrolytes in an aqueous medium. Protein-proteins, protein-polysaccharides, and polysaccharide-polysaccharide combinations have been frequently studied for drug delivery and bio-medical use. For example, microspheres by complex coacervate formation consisting of gelatin A as a polyvalent cation or zwitterion and chondroitin 6-sulfate (CS) as polyanion have been reported to be efficient as an intraarticular delivery system for therapeutic proteins. (Kimberly EB, Arthritis & Rheumatism (1998) 2185-2195). In particular, since polyvalent ions are the main component of the extracellular matrix of cartilage and synovium, microspheres are sensitive to matrix metalloprotease (MMP) induced by proinflammatory cytokines.

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따라서, 종래 약물전달 시스템의 상기와 같은 단점을 보완할 수 있는, 주로 치료 등의 목적으로 단백질을 표적 부위에 효율적으로 전달하면서도 인체 적용 부위에서 장시간 지속적으로 단백질이 방출되어 목적하는 효과를 지속할 수 있는 약물 내지 단백질 전달 시스템의 필요가 있다.Therefore, while efficiently delivering the protein to the target site mainly for the purpose of treatment, etc., which can compensate for the above disadvantages of the conventional drug delivery system, the protein is continuously released for a long time at the site of human application to maintain the desired effect. There is a need for a drug to protein delivery system.

본 발명자들은 놀랍게도 반대 전하로 하전된 두 가지의 생체 고분자물질로 형성된 복합 코아세르베이트를 네거티브 온도-가역성 다당류와 공동제형화하면, 실온에서는 물과 같은 상태로 투여가 용이한 상태로 존재하다가 인체에 주입하였을 때는 즉시 겔이 형성되어 겔 내에 함유된 단백질을 천천히 지속 방출한다는 사실을 발견하여 복합 코아세르베이트와 온도-가역성 다당류 겔의 조합으로 이루어지는 단백질 전달용 겔 및 그 제조방법으로 이루어진 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors have surprisingly found that when co-formulated coacervates formed from two biopolymers charged with opposite charges are co-formulated with negative temperature-reversible polysaccharides, they are present in water-like conditions at room temperature and then injected into the human body. When the gel was formed immediately, it was found that the sustained release of the protein contained in the gel was completed to complete the present invention consisting of a protein delivery gel consisting of a combination coacervate and a temperature-reversible polysaccharide gel and a preparation method thereof.

본 발명자들은 특히, 화학적으로 가교 결합되지 않고 물리적으로 조합된 겔로서, 천연 단백질이나 치료용 단백질과 다당류로 이루어진 2 개의 하전된 생체 거대분자를 가하여 형성되는 복합 코아세르베이트를 제공한다. 이러한 복합 코아세르베이트를 온도-가역적 고분자와 함께 더 공동제형화(co-formulating)함으로써, 주사용 및 지능형 (intelligent) 약물 전달 시스템을 제조한다. 이러한 복합 코아세르베이트 형성 및 온도 반응성 겔의 두 가지 장점을 가지는 최적화된 신규 전달 시스템을 도입함으로써 효과적 단백질 전달시스템으로서의 가치가 입증되었다.The present inventors provide, in particular, complex coacervates formed by adding two charged biomacromolecules consisting of natural or therapeutic proteins and polysaccharides as physically combined gels that are not chemically crosslinked. Such complex coacervates are further co-formulated with temperature-reversible polymers to produce injectable and intelligent drug delivery systems. The introduction of an optimized novel delivery system with the two advantages of such complex coacervate formation and temperature reactive gels has proven its value as an effective protein delivery system.

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이하에서는 본 발명을 더 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 한 양태에서는 양전하를 띠는 단백질과 음전하를 띠는 다당류로 이루어진 복합 코아세르베이트 및 염석 염을 함유하는 네거티브 온도 가역성 다당류의 조합으로 이루어지는 약물 전달용 겔을 제공한다.In one aspect of the invention there is provided a drug delivery gel consisting of a combination of a negative temperature reversible polysaccharide containing complex coacervate and salt salts consisting of a positively charged protein and a negatively charged polysaccharide.

본 발명에 의하여 효과적으로 전달되는 약물의 종류는 제한되지 않는다. 생체 내 전달이 요구되는 어떠한 약물도 본 발명의 겔을 사용하여 전달될 수 있다. 바람직하게는 약물은 치료 용도의 단백질 또는 유전자 제제이다.The type of drug that is effectively delivered by the present invention is not limited. Any drug that requires delivery in vivo can be delivered using the gel of the invention. Preferably the drug is a protein or genetic preparation for therapeutic use.

양전하를 띠는 단백질은 복합 코아세르베이트의 생성에 통상적으로 사용되는 임의의 단백질이다. 본 발명에 바람직하게 사용될 수 있는 양전하를 띠는 단백질의 예는 젤라틴, 소 이자 트립시노겐, 달걀 리소자임, 염기성 섬유아세포 성장 인자, 피브로넥틴, 아그레칸, 카제인 등이 있다. Positively charged proteins are any proteins commonly used to produce complex coacervates. Examples of positively charged proteins that can be preferably used in the present invention include gelatin, bovine trypsinogen, egg lysozyme, basic fibroblast growth factor, fibronectin, agrecan, casein and the like.

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가장 바람직하게는, 양전하를 띠는 단백질은 젤라틴이다.Most preferably, the positively charged protein is gelatin.

음전하를 띠는 다당류는 복합 코아세르베이트의 생성에 통상적으로 사용되는 임의의 천연 다당류일 수 있다. 본 발명에 바람직하게 사용될 수 있는 음전하를 띠는 다당류의 예는 콘드로이틴 황산염, 헤파린/헤파란 설페이트(HS), 히알루로난, 데르마탄 설페이트, 케라탄 설페이트 등이 사용될 수 있다.The negatively charged polysaccharide can be any natural polysaccharide commonly used for the production of complex coacervates. Examples of negatively charged polysaccharides that can be preferably used in the present invention can be used chondroitin sulfate, heparin / heparan sulfate (HS), hyaluronan, dermatan sulfate, keratan sulfate and the like.

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가장 바람직하게는, 음전하를 띠는 다당류는 콘드로이틴 6-황산염이다.Most preferably, the negatively charged polysaccharide is chondroitin 6-sulfate.

가장 안정한 복합 코아세르베이트의 형성을 위한, 양전하를 띠는 단백질과 음전하를 띠는 다당류 사이의 구성 비율은 당업자에게 알려진 임의의 방법을 사용하여 복합 코아세르베이트 형성 정도가 가장 우수한 비율을 측정할 수 있다. 바람직하게는, 구성 비율은 코아세르베이트 형성 혼합물의 혼탁도를 측정함에 의하여 결정할 수 있다.For the formation of the most stable complex coacervate, the compositional ratio between the positively charged protein and the negatively charged polysaccharide can be determined by using any method known to those skilled in the art to determine the ratio of the best degree of complex coacervate formation. Preferably, the composition ratio can be determined by measuring the turbidity of the coacervate forming mixture.

본 발명에 바람직하게 사용될 수 있는 네거티브 온도 가역성 다당류의 예는 메틸 셀룰로스(MC), 히드록시프로필 메틸 셀룰로스(HPMC), 에틸히드록시에틸셀룰로스(EHEC), 카라기난, 스클레로글루칸 등이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 네거티브 온도 가역성 다당류는 메틸 셀룰로스이다.Examples of negative temperature reversible polysaccharides that can be preferably used in the present invention may be methyl cellulose (MC), hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC), ethyl hydroxyethyl cellulose (EHEC), carrageenan, scleroglucan and the like. . Preferably, the negative temperature reversible polysaccharide is methyl cellulose.

본 발명에서 네거티브 온도 가역성 다당류에는 겔화 온도를 낮추기 위하여 염석 염을 첨가한다. 본 발명에서 바람직하게 사용될 수 있는 염석 염의 예는 암모늄 설페이트, 소듐 도데실 설페이트, 글리세로포스페이트, 소듐 카르보네이트, 소듐 퍼클로레이트, 황산, 탄산수소나트륨 등이 있다. 사용되는 염석 염의 종류는 다당류의 종류 및 특성에 따라 선택될 수 있다. 본 발명에서는 암모늄 설페이트가 가장 바람직하다.In the present invention, a salt salt is added to the negative temperature reversible polysaccharide in order to lower the gelation temperature. Examples of salt salts that can be preferably used in the present invention include ammonium sulfate, sodium dodecyl sulfate, glycerophosphate, sodium carbonate, sodium perchlorate, sulfuric acid, sodium bicarbonate and the like. The type of salt salt used may be selected according to the type and properties of the polysaccharide. Most preferred is ammonium sulfate in the present invention.

본 발명의 다른 양태에서는 양전하를 띠는 단백질과 음전하를 띠는 다당류를 혼합하여 복합 코아세르베이트를 형성하는 단계, 및 복합코아세르베이트를 염석 염을 함유하는 네거티브 온도 가역성 다당류에 혼합하는 단계를 포함하는 약물 전달용 조합 겔의 제조방법을 제공한다.In another aspect of the invention, a drug delivery method comprising mixing a positively charged protein and a negatively charged polysaccharide to form a complex coacervate, and mixing the complex coacervate with a negative temperature reversible polysaccharide containing a salt salt. Provided is a method for preparing a combination gel.

복합 코아세르베이트의 형성 및 복합 코아세르베이트와 네거티브 온도 가역성 다당류의 조합 겔의 형성 조건은 성분의 선택에 따라 온도와 완충액을 적당하게 선택하여 혼합하는 당업계에 잘 알려진 임의의 어떤 방법을 사용하여도 무관하다.The formation conditions of the composite coacervate and the formation of the combination gel of the composite coacervate and the negative temperature reversible polysaccharide may be used using any method well known in the art for appropriately selecting and mixing the temperature and the buffer according to the component selection.

당업자는 구체적 구성성분에 따라 조건을 변화시켜가며 가장 안정한 코아세르베이트를 형성할 수 있다.Those skilled in the art can vary the conditions according to the specific components and form the most stable coacervates.

본 발명의 또 다른 양태에서는 양전하를 띠는 단백질과 음전하를 띠는 다당류를 혼합하여 복합 코아세르베이트를 형성하는 단계, 복합코아세르베이트를 염석 염을 함유하는 네거티브 온도 가역성 다당류에 혼합하는 단계, 및 목적하는 약물을 혼합하는 것을 특징으로 하는 약물 전달용 조합 겔의 제조방법을 제공한다.In another embodiment of the present invention, the method comprises mixing a positively charged protein with a negatively charged polysaccharide to form a complex coacervate, mixing the complex coacervate with a negative temperature reversible polysaccharide containing a salt salt, and the desired drug. It provides a method for producing a combination gel for drug delivery, characterized in that the mixing.

본 발명에 따르는 복합 코아세르베이트와 온도-가역적 고분자 겔로 이루어진 최적화된 신규 약물 전달 시스템을 사용하면, 효과적으로 체내로 단백질 약물을 전달할 수 있다. Using an optimized novel drug delivery system consisting of the complex coacervates and temperature-reversible polymer gels according to the invention, it is possible to effectively deliver protein drugs into the body.

또한, 본 발명의 방법에 따라 제조되는 온도 가역적 복합 코아세르베이트 겔은 복합 코아세르베이트와 온도 가역적 고분자가 화학적으로 가교 결합되지 않고 물리적으로 조합되어 생분해성 및 생적합성이 뛰어나고 반응과정이 단순하여 용이하게 제조될 수 있다.In addition, the temperature reversible composite coacervate gel prepared according to the method of the present invention may be easily prepared because the composite coacervate and the temperature reversible polymer are physically combined without chemically crosslinking and have excellent biodegradability and biocompatibility, and a simple reaction process. have.

또한, 본 발명에 따르는 전달시스템은 투여가 용이하고, 독성 유기용매 없는 수성환경의 관점에서도 장점을 가진다.In addition, the delivery system according to the present invention has advantages in terms of ease of administration and an aqueous environment free of toxic organic solvents.

본 발명의 생분해가능하고 온도-가역적인 주사용 물리적 겔은, 2개의 대전된 생체 거대분자들 간의 복합 코아세르베이트를 형성한 후, 염석 염을 함유한 네거티브 온도 감응성 다당류와 함께 공동제형화함으로써 제조되었다. The biodegradable and temperature-reversible injectable physical gels of the present invention were prepared by forming complex coacervates between two charged biomacromolecules and then coforming with negative temperature sensitive polysaccharides containing salt salts.

이와 같이 제조된 생분해가 가능하고 온도-가역적인 본 발명의 겔은 래트에 피하주사한 후 곧 구형 디포가 형성되는데, 그 디포의 형태와 굳기는 1주일간 견실히 유지되었다.The biodegradable and temperature-reversible gel of the present invention thus prepared formed a spherical depot shortly after subcutaneous injection into the rat, and the form and firmness of the depot were firmly maintained for 1 week.

복합 코아세르베이트와 온도-가역적 겔의 조합물은 단백질의 방출속도 및 인시튜 겔 디포 형성에서 상승효과를 입증하였다. 겔은 모델 단백질이 초기의 최소 방출개시후 25일에 걸쳐 지속적으로 방출되는 패턴을 보인다. 지속적인 단백질 방출을 위해서, 등전위점(pI)에 따라 대전된 고분자전해질을 가지는 안정한 복합 코아세르베이트가 제공되었고, 염석 염을 함유한 네거티브 온도 감응성 다당류 (본 실시예에서는 MC 겔)과 함께 동시적으로 제형화되었다.The combination of complex coacervate and temperature-reversible gel demonstrated a synergistic effect on release rate of protein and in situ gel depot formation. The gel shows a pattern in which the model protein is released continuously over 25 days after the initial start of release. For sustained protein release, a stable complex coacervate with a polyelectrolyte charged according to the isoelectric point (pI) was provided and formulated simultaneously with the negative temperature sensitive polysaccharide (MC gel in this example) containing salt salts. It became.

복합 코아세르베이트 형성 및 온도 반응성의 2가지 장점을 가지는 본 발명의 최적화된 신규의 인시튜 겔 디포 시스템이 개발되었다. 이러한 시스템은 투여의 용이성, 독성 유기용매가 없는 수성 환경, 및 제조방법의 단순화 측면에서 효과적인 단백질 약물전달 용도로의 가치를 입증하였다.An optimized novel in situ gel depot system of the present invention has been developed which has two advantages of complex coacervate formation and temperature reactivity. Such systems have proven valuable for effective protein drug delivery in terms of ease of administration, an aqueous environment free of toxic organic solvents, and simplicity of preparation.

1. GA와 CS간의 복합 코아세르베이트 형성1. Complex coacervate formation between GA and CS

pH7.4에서 젤라틴과 콘드로이틴 6-황산염(CS) 간의 다이온성(polyionic) 복 합체형성(복합 코아세르베이트)을 평가하는 간단한 방법으로서, 450nm에서의 흡광도에 의해 혼합용액의 혼탁도(turbidity)를 측정하여 젤라틴과 CS간의 최적 비율을 찾아내어 안정한 복합 코아세르베이트를 형성시켰다. A simple method for assessing polyionic complex formation (composite coacervate) between gelatin and chondroitin 6-sulfate (CS) at pH 7.4, by measuring the turbidity of the mixed solution by absorbance at 450 nm. The optimum ratio between gelatin and CS was found to form a stable complex coacervate.

도 1은 25℃의 PBS(pH7.4)에서 다양한 농도의 젤라틴과 CS 혼합물에 대한 혼탁측정 적정곡선을 도시한 것이다. 적정에 양이온성 GA를 사용하였을 경우, 혼합용액은 CS/GA 중량비0.1에서 최대 혼탁도를 나타내었으며, 이는 복합체 형성시간이 경과됨에 따라 증가되었다. 그러나, 예상대로, 음이온성(anionic) GB는 pH7.4에서 CS와 함께 코아세르베이트를 형성하지는 않았다.Figure 1 shows turbidity titration curves for gelatin and CS mixtures of various concentrations in PBS (pH7.4) at 25 ℃. When cationic GA was used for the titration, the mixed solution had a maximum turbidity at a CS / GA weight ratio of 0.1, which increased with time of complex formation. However, as expected, anionic GB did not form coacervate with CS at pH 7.4.

Bungenberg de Jong 은 상분리(Phase separation) 현상을 보고한 바 있는데, 이는 2개의 대전된 분자들이 상호작용을 하고 용매가 미약한 생중합체 상(biopolymer phase)을 형성한다는 것이다 (Kimberly EB, Arthritis & Rheumatism (1998) 2185-2195). 생중합체들간의 주된 상호작용은 pH와 이온농도값에 따른 정전기 의존성이며, 복합 코아세르베이트에 영향을 주는 현저한 요인은 전하이다. Bungenberg de Jong has reported a phase separation phenomenon, in which two charged molecules interact and form a biopolymer phase with a weak solvent (Kimberly EB, Arthritis & Rheumatism ( 1998) 2185-2195). The main interaction between the biopolymers is the electrostatic dependence of pH and ion concentration values, and the prominent factor affecting composite coacervates is the charge.

도 2는 점도 및 유량계(rheometer)로 측정한 GA와 CS 코아세르베이트간의 겔형성시간을 도시한다. GA와 CS로 형성된 코아세르베이트 혼합물에 대해서, 25℃에서 점도가 급상승하였다. 그러나, 혼합물이 37℃로 가열되었을 때, 점도가 현저히 감소되고 코아세르베이트 겔이 졸 상태로 변환되었다. 젤라틴이 온도 상승에 따라 점도의 감소를 나타내는 포지티브 열-감응성 바이오폴리머이기 때문에, 젤라틴의 단백질 사슬 활동도(mobility)는 37℃에서 증가하였으며, 이는 GA와 CS간의 코아세르베이트 겔 파괴를 초래한다. 이러한 결과에 이르기까지 본 방법을 사용하여 나머 지 실험을 수행하였다. FIG. 2 shows gel formation time between GA and CS coacervates measured by viscosity and rheometer. For the coacervate mixture formed of GA and CS, the viscosity rose sharply at 25 ° C. However, when the mixture was heated to 37 ° C., the viscosity was significantly reduced and the coacervate gel was converted to the sol state. Since gelatin is a positive heat-sensitive biopolymer that exhibits a decrease in viscosity with increasing temperature, the protein chain mobility of the gelatin increased at 37 ° C., leading to coacervate gel breakdown between GA and CS. To this result, the rest of the experiments were carried out using this method.

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2. 네거티브 온도-가역적 메틸셀룰로스 (MC) 겔의 제조2. Preparation of Negative Temperature-Reversible Methylcellulose (MC) Gel

상기와 같은 특성을 가지는 복합 코아세르베이트를 약물전달 시스템, 특히 인시튜 형성 겔에 적용시키기 위해서, 상기 복합체는 안정해야 하고 체온에서 순간 점성 겔을 형성할 수 있어야 한다. MC겔을 혼입형 복합 코아세르베이트와 함께 주사용 제형으로 테스트하였다. 실온에서 MC 수용액은 투명한 졸 상태이다. 약 50℃로 가열하면, 용액은 불투명한 겔이 된다. 편의상, MC 겔화 온도는 농도를 조절하거나 예컨대 중합체, 고분자 전해질 또는 염과 같은 첨가제를 사용하여 저하시킬 수 있다. MC 농도를 증가시켜 겔화 온도를 체온 이하로 저하시키는 방법은 점도를 제한하게 되어 취급이 어려워져 바람직하지 않다. In order to apply complex coacervates having such properties to drug delivery systems, especially in situ forming gels, the complex must be stable and able to form instant viscous gels at body temperature. MC gels were tested in injectable formulations with incorporating complex coacervates. At room temperature, the MC aqueous solution is in a clear sol state. When heated to about 50 ° C., the solution becomes an opaque gel. For convenience, the MC gelling temperature can be lowered by adjusting the concentration or using additives such as polymers, polymer electrolytes or salts, for example. Increasing the MC concentration to lower the gelling temperature below the body temperature limits the viscosity and makes handling difficult, which is undesirable.

겔화 온도를 저하시킬 목적으로, 예컨대 AS와 같은 염석 염을 첨가하는 것은 MC 수용액의 겔화 온도를 저하시키는 간단하고도 효과적인 방법이다.For the purpose of lowering the gelling temperature, the addition of a salt salt such as AS is a simple and effective way to lower the gelling temperature of the aqueous MC solution.

도 3은 2중량% MC 용액의 겔화 온도를 AS농도의 함수로서 도시한 것이다. AS농도가 상승함에 따라, 겔화 온도는 급격히 저하되어 MC가 5% 및 9%일 때 겔화 온도는 각각 37 ℃ 및 29 ℃가 된다.3 shows the gelation temperature of a 2 wt% MC solution as a function of AS concentration. As the AS concentration rises, the gelation temperature drops rapidly, and the gelation temperatures are 37 ° C and 29 ° C, respectively, when MC is 5% and 9%.

2.2. 복합 코아세르베이트를 함유하는 온도-가역적 겔의 최적화2.2. Optimization of Temperature-Reversible Gels Containing Complex Coacervates

GA-CS 복합 코아세르베이트를 함유하는 온도-가역적 겔을 제조하기 위해, 다양한 비율의 GA 및 CS 혼합물들을 AS가 9% 함유된 2중량% MC 용액에 첨가하여, 체온 부근의 온도에서 졸 상태로부터 겔 상태로 변성시켰다.To prepare a temperature-reversible gel containing a GA-CS complex coacervate, various proportions of GA and CS mixtures were added to a 2% by weight MC solution containing 9% AS, gelled from the sol state at temperatures near body temperature. Denatured.

시판되는 GA에는 분자량 분포가 불균일하기 때문에, 체온 부근의 온도에서 안정한 겔을 형성하기가 어렵다. 이러한 목적으로, 에탄올 용해에 의해 고분자량 GA를 제조하였고 이것을 사용하여 MC 겔을 함유하는 복합 코아세르베이트를 제조하였다.Since commercially available GA has a nonuniform molecular weight distribution, it is difficult to form a gel that is stable at a temperature near body temperature. For this purpose, high molecular weight GA was prepared by ethanol dissolution which was used to prepare a composite coacervate containing MC gel.

도 4a는 pH7.4의 PBS에서 다양한 농도의 고분자량 GA (HMw GA) 및 CS의 혼탁도 측정 적정곡선을 도시한 것이다. 고분자량 GA (HMw GA)를 사용하여 적정할 때, 혼합용액은 최대 혼탁도를 나타내며, 이는 복합체 형성 시간에 따라 상승한다. 4A shows turbidity measurement titration curves of high molecular weight GA (HMw GA) and CS at various concentrations in PBS at pH 7.4. When titrated with high molecular weight GA (HMw GA), the mixed solution shows maximum turbidity, which rises with time of complex formation.

도 4b에서, HMw GA/CS의 안정한 복합 코아세르베이트가 적정 중량비 1에서 형성됨에 따라 혼탁도는 급격히 상승한다. 유의적인 점은, MC를 코아세르베이트와 혼합했을 때, 혼탁도가 코아세르베이트보다 높았다는 점이며, 이는 복합 코아세르베이트 형성에 대한 MC의 시너지 효과를 입증하는 것이다.In FIG. 4B, the turbidity rises rapidly as a stable complex coacervate of HMw GA / CS is formed at an appropriate weight ratio 1. Significantly, turbidity was higher than coacervate when MC was mixed with coacervate, demonstrating the synergistic effect of MC on complex coacervate formation.

코아세르베이트 유무와 관련된 다양한 겔 제형의 농도를 25℃ 와 37℃에서 비교하였다. 최적 비율의 CS/GA코아세르베이트 유무와 관련된 MC및 AS 혼합용액은 25℃에서 졸 상태였고, 37℃에서 안정한 겔 상태였다. 그러나, 코아세르베이트의 겔 농도는 보통의 겔보다 낮았으며, 이는 젤라틴에 의해 탄력성이 증가되었기 때문인 것으로 추정되었다.The concentrations of the various gel formulations with and without coacervate were compared at 25 ° C and 37 ° C. The MC and AS mixed solution associated with the optimum ratio of CS / GA coacervate was sol at 25 ° C. and stable gel at 37 ° C. However, the gel concentration of coacervate was lower than that of normal gels, presumably due to the increased elasticity by gelatin.

3 시험관 내 방출 연구3 in vitro release studies

3.1. FITC-BSA 방출시험3.1. FITC-BSA Release Test

도 7에 도시된 바와 같이, 겔로부터 모델 단백질 FITC-BSA의 방출 프로필에서는 초기의 최소 방출로부터 25일간에 걸쳐 지속적인 방출 패턴을 시사하였다. CS와 GA를 다양한 비율로 포함하는 겔(gel)들중에서는 방출 속도에 있어서 현저한 차이가 없었지만, 코아세르베이트를 함유한 조합 겔로부터의 방출속도는 통상의 MC 및 AS 겔보다 약간 빠르며, 이는 점도측정으로부터 예견되었던 바이다. 그러나, 코아세르베이트를 함유한 조합 겔로부터의 방출특성이 장기간에 걸쳐 지속적인 패턴을 나타내고 겔이 더욱 탄력적으로 되어 피하주사 후에 통증과 염증유발을 줄일 수 있게 된다는 것은 언급할 필요가 있다. 방출시험의 약 30일 후, 겔은 투명한 용액으로 변환된다.As shown in FIG. 7, the release profile of the model protein FITC-BSA from the gel suggested a sustained release pattern over 25 days from the initial minimal release. There was no significant difference in release rates among gels containing various ratios of CS and GA, but release rates from combination gels containing coacervate were slightly faster than conventional MC and AS gels. It was foreseen. However, it should be noted that the release characteristics from the combination gel containing coacervate show a long-lasting pattern and the gel becomes more resilient to reduce pain and inflammation after subcutaneous injection. After about 30 days of the release test, the gel is converted into a clear solution.

3.2. 젤라틴 A 방출시험3.2. Gelatin A Release Test

FITC-BSA 방출 및 점도 결과에서는, GA와 CS 코아세르베이트의 혼입이 보통의 MC 겔에 비해 MC 겔의 점도를 저하시키고, FITC-BSA 방출을 증가시키는 것으로 시사되었으므로, 모델 단백질의 방출속도는 안정한 복합 코아세르베이트가 대전된 고분자 전해질과 함께 형성되어 MC겔에 부수적으로 첨가될 때 지체될 수 있다는 가설이 성립될 수 있다.FITC-BSA release and viscosity results suggest that the incorporation of GA and CS coacervates lowers the viscosity of the MC gel and increases FITC-BSA release compared to normal MC gels, so that the release rate of the model protein is a stable complex coacervate. It can be hypothesized that is formed together with the charged polymer electrolyte and may be delayed when added to the MC gel concomitantly.

이러한 가설을 테스트하기 위해, GA/CS 코아세르베이트를 함유하는 MC 조합 겔로부터 모델 단백질로서의 GA의 방출속도를 측정하였다. 도 6에 도시된 바와 같이, 코아세르베이트를 CS/GA 비율 0.1로 함유하는 MC 조합 겔로부터 GA의 방출속도는, 보통의 MC 겔보다 느리고, 코아세르베이트를 비-최적(non-optimum) 비율로 함유하는 MC 조합 겔보다 훨씬 느리다. 감소된 방출속도는 단백질 조절방출에 대한 복합 코아세르베이트 및 온도-가역적 겔의 상승적 효과를 시사한다.To test this hypothesis, the release rate of GA as a model protein from the MC combination gel containing GA / CS coacervate was measured. As shown in FIG. 6, the release rate of GA from an MC combination gel containing coacervate at a CS / GA ratio of 0.1 is slower than a normal MC gel and MC containing coacervate at a non-optimum ratio. Much slower than combination gels. Reduced release rates suggest a synergistic effect of complex coacervates and temperature-reversible gels on protein controlled release.

4. 생체 내 겔 디포 형성 (In vivo gel depot formation)4. In vivo gel depot formation

도 8에 도시된 바와 같이, 26GX게이지 주사기를 사용하여 다양한 MC 겔 제형들[(a) MC+AS, (b) MC+AS+GA, and (c) MC+AS+CS/GA(=0.1)]을 래트의 등에 피하주사하고, 곧 구형 디포의 형성을 관찰하였다. 디포의 형태와 굳기는 코아세르베이트를 함유(MC+AS+CS/GA(=0.1))하는 MC 조합 겔과 함께 견실히 유지되었다.As shown in FIG. 8, various MC gel formulations using a 26GX gauge syringe [(a) MC + AS, (b) MC + AS + GA, and (c) MC + AS + CS / GA (= 0.1). )] Was injected subcutaneously in the rat's back and the formation of spherical depots was observed immediately. The depot's morphology and firmness remained robust with the MC combination gel containing coacervate (MC + AS + CS / GA (= 0.1)).

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이러한 실시예들로 본 발명의 범위를 한정하려는 의도는 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, these examples are not intended to limit the scope of the invention.

<실시예><Example>

재료 및 시약Materials and reagents

메틸셀룰로오스(MC, Mn = 86,000, 점도 = 4,000 cps), 젤라틴 타입 A (GA, PI = 8.6, 산-처리된 조직 (Bloom No. 300)으로부터 유래된 돼지 가죽에서 채취), 젤라틴 타입 B (GB, PI = 4.7, from 산-처리된 조직 (Bloom No. 300)으로부터 유래된 소 가죽에서 채취), 콘드로틴(chondroitin) 6-황산염(sulfate)(CS, 상어 연골조직으로부터 유래됨), 플루오레세인 이소티오시안산염으로 콘주게이트된 우혈청알부민(FITC-BSA), 및 황산암모늄(AS)을 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)로부터 입수하였다. 모든 다른 화합물들은 분석용 등급이었다.Methylcellulose (MC, M n = 86,000, viscosity = 4,000 cps), gelatin type A (GA, PI = 8.6, from pig skin derived from acid-treated tissue (Bloom No. 300)), gelatin type B ( GB, PI = 4.7, from bovine hides derived from acid-treated tissue (Bloom No. 300), chondroitin 6-sulfate (CS, derived from shark cartilage tissue), fluorine Bovine serum albumin (FITC-BSA) conjugated with lecein isothiocyanate, and ammonium sulfate (AS) were obtained from Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA). All other compounds were of analytical grade.

실시예Example 1. 복합  1. Composite 코아세르베이트Coacervate 형성 및 혼탁도( Formation and turbidity ( turbidityturbidity ) 측정) Measure

1.1. 고분자량 젤라틴 용액의 제조1.1. Preparation of High Molecular Weight Gelatin Solution

변형된 에탄올 탈용매법(ethanol desolvation method)에 따라 에탄올 고분자량 젤라틴 용액을 제조하였다. GA를 50℃의 PBS에 용해시키고, 같은 분량의 에탄올을 가하여 용매를 휘발시킨 후 고분자량 젤라틴을 침전시켰다. 상층액을 따라내고 침전물을 50℃의 PBS에 재용해시켰다. Ethanol high molecular weight gelatin solution was prepared according to the modified ethanol desolvation method. GA was dissolved in PBS at 50 ° C., and the same amount of ethanol was added to volatilize the solvent to precipitate high molecular weight gelatin. The supernatant was decanted and the precipitate was redissolved in PBS at 50 ° C.

1.2. 복합 코아세르베이트 형성 및 혼탁도(turbidity) 측정 1.2. Complex coacervate formation and turbidity measurement

GA 또는 4 중량% 고분자량 GA를 pH 7.4, 50℃의 PBS에 1시간동안 용해시켰다. pH 7.4의 PBS 중의 CS를 다양한 중량 비율로 젤라틴 용액과 혼합하였다 (CS/GA = 0.002, 0.01, 0.02, 0.1, 0.2 및 1.0). 혼합물 용액의 혼탁도 증가를 450 nm에서의 흡광도에 의해 측정하였다(DU 730, Life science UV/Vis spectrophotometer, Beckman Coulter, Fullerton, CA, USA).GA or 4 wt% high molecular weight GA was dissolved in PBS at pH 7.4, 50 ° C. for 1 hour. CS in PBS at pH 7.4 was mixed with the gelatin solution in various weight ratios (CS / GA = 0.002, 0.01, 0.02, 0.1, 0.2 and 1.0). The increase in turbidity of the mixture solution was measured by absorbance at 450 nm (DU 730, Life science UV / Vis spectrophotometer, Beckman Coulter, Fullerton, CA, USA).

실시예Example 2. 온도 가역적 복합  2. Temperature Reversible Composite 코아세르베이트Coacervate 조합  Combination 겔의Gel 제조 Produce

2.1. 메틸셀룰로오스 수용액의 제조 2.1. Preparation of Methyl Cellulose Aqueous Solution

MC 분말을 90℃로 예열된 필요량 절반 가량의 인산염 완충 식염수(PBS)에 분산시키고 완전히 젖을 때까지 저어서 순수 0.3-2.5 중량% MC 용액을 제조하였다. 잔여 분량의 냉 PBS를 첨가하고 혼합물을 빙냉조에서 30분간 서서히 교반하여 무색 투명한 용액을 제조하였다. 용액을 잘 흔들어 냉동하였다.MC powder was dispersed in about half the required amount of phosphate buffered saline (PBS) preheated to 90 ° C. and stirred until completely wet to prepare a pure 0.3-2.5 wt% MC solution. The remaining portion of cold PBS was added and the mixture was slowly stirred in an ice cold bath for 30 minutes to produce a colorless clear solution. The solution was shaken and frozen.

2.2.열가역적 복합 코아세르베이트 조합 겔의 제조2.2 Preparation of Thermoreversible Composite Coacervate Combination Gel

25-60℃ 온도범위에 걸쳐서 5분 간격으로 0.5℃씩 온도를 상승시키면서 튜브 전환법(tube inverting method)에 의해 0.3-2.5 중량% MC 수용액의 겔화 온도를 측정하였다. 염석 염작용제 AS를 MC 용액에 가하여 동일한 방법으로 유의적 젤라틴 겔화 온도를 측정하였다.The gelation temperature of a 0.3-2.5 wt% MC aqueous solution was measured by a tube inverting method while raising the temperature by 0.5 ° C. at 5 minute intervals over a 25-60 ° C. temperature range. Salted salt agonist AS was added to the MC solution to determine significant gelatin gelation temperature in the same manner.

조합 겔을 제조하기 위해, 양이온성 GA 및 음이온성 CS로 이루어진 복합 코아세르베이트를 AS함유 MC용액에 가하였다. 혼합 용액을 실온에서 5-10분간 와동시키고 37°C 의 수조에서 인큐베이션하였다. To prepare the combination gel, a composite coacervate consisting of cationic GA and anionic CS was added to the AS containing MC solution. The mixed solution was vortexed for 5-10 minutes at room temperature and incubated in a 37 ° C. water bath.

실시예Example 3. 겔 형성 및 점도 측정 3. Gel Formation and Viscosity Measurement

박동성 혈류계 (Bohlin, Malvern, UK)를 사용하여, 0-60℃의 온도범위 이내에서 원추형 및 평판형 기하학적(cone and plate geometry) 방법으로 다양한 온도에서의 겔 형성 및 점도 측정을 수행하였다. 시료(500㎕)는 500㎛ 간격을 두고 분리된 2 개의 20mm 평행 플레이트 사이에 두었다.Using pulsatile blood flow meters (Bohlin, Malvern, UK), gel formation and viscosity measurements at various temperatures were performed by cone and plate geometry methods within the temperature range of 0-60 ° C. Samples (500 μl) were placed between two 20 mm parallel plates separated at 500 μm intervals.

실시예Example 4. 생체 내 방출특성 연구 4. In vivo release

조합 겔들로부터 코아세르베이트 형성된 GA 및 FITC-BSA의 방출 특성을 37℃에서 측정하였다. 4 중량% 고분자량 GA와 0.4 중량% CS로부터 조합 겔을 제조하고, 9 중량% AS 를 함유하는 2 중량% MC와 공동-제형화하였다. 겔 수용액에 FITC-BSA를 첨가하였다. 시료 바이알(vial)를 37℃의 수조에 놓아 두어서 겔을 형성시키고, pH 7.4의 미리 가온시킨 PBS를 덮은 후 150rpm으로 진동시켰다. 예정 시간 간격에, 매질을 방출하여 흘려보내고 새 완충액으로 교체하였다. UV 스펙트로포토미터로 단백질 농도를 측정하였다.The release properties of coacervate formed GA and FITC-BSA from the combination gels were measured at 37 ° C. Combination gels were prepared from 4 wt% high molecular weight GA and 0.4 wt% CS and co-formulated with 2 wt% MC containing 9 wt% AS. FITC-BSA was added to the aqueous gel solution. Sample vials were placed in a 37 ° C. water bath to form gels, covered with pre-warmed PBS at pH 7.4 and vibrated at 150 rpm. At predetermined time intervals, the medium was released and drained and replaced with fresh buffer. Protein concentration was measured with a UV spectrophotometer.

실시예Example 5. 생체 내 실험 5. In vivo experiment

염산케타민(90mg/kg)과 염산크실라진(5mh/kg)을 근육내 투여(90mg/kg)하여 Sprague-Dawley 래트(200-250g, SLC, 일본 도쿄)를 마취시켰다. 이 실험동물의 모든 취급 및 관리는 미국 국립보건원(National Institute of Health) 발행 "실험동물의 관리와 활용에 관한 안내서(the Guide for the Care and Use of Laboratory Animals)"(NIH 간행물 85-23, 1985 개정)에 따라 수행하였다.Sprague-Dawley rats (200-250 g, SLC, Tokyo, Japan) were anesthetized by intramuscular administration (90 mg / kg) of ketamine hydrochloride (90 mg / kg) and xylazine hydrochloride (5 mh / kg). All handling and care of these laboratory animals is published in the National Institute of Health, "The Guide for the Care and Use of Laboratory Animals" (NIH Publication 85-23, 1985). Revised).

다양한 제형((a) MC+AS, (b) MC+AS+GA, 및 (c) MC+AS+CS/GA (0.1)) 의 샘플(0.5 ml)을 26G X 1/2 게이지의 멸균된 피하주사용 주사기로 래트의 등에 피하주사하고, 주사 후에 회수하였다.Samples (0.5 ml) of various formulations ((a) MC + AS, (b) MC + AS + GA, and (c) MC + AS + CS / GA (0.1)) were sterilized in a 26G X 1/2 gauge Subcutaneous injections were performed subcutaneously on the back of rats and recovered after injection.

도 1는 젤라틴 타입 A 및 타입 B와 CS 사이의 혼합물의 혼탁도 측정용 적정을 나타내는 그래프이다. 도 1a는 젤라틴 A를 도 1b는 젤라틴 B를 사용하여 25℃의 PBS(pH7.4)중의 다양한 농도에서 젤라틴과 CS혼합물의 혼탁도 측정하여 그래프로 나타낸 것이다. ( ● : 6시간, ○ : 12시간, ▼ : 24시간 )1 is a graph showing the titration for measuring turbidity of gelatin type A and mixtures between type B and CS. Figure 1a is a graphical representation of the gelatin A, Figure 1b using gelatin B to measure the turbidity of the gelatin and CS mixture at various concentrations in PBS (pH7.4) at 25 ℃. (●: 6 hours, ○: 12 hours, ▼: 24 hours)

도 2는 25℃ 및 37 ℃에서 혈류계에 의한 점도 및 겔 형성시간 측정한 그래프이다. 점도 및 젤 형성 시간은 스트레인이 탄성 성분으로서의 탄성 고체내에서 회수될 때의 에너지의 탄성적 축적을 표현하는 저장계수, 및 흐름의 영구 변형을 통해 에너지의 점성 소실(손실)을 표현하는 손실계수로 나타낸다. Figure 2 is a graph measuring the viscosity and gel formation time by a blood flow meter at 25 ℃ and 37 ℃. Viscosity and gel formation time are storage coefficients representing the elastic accumulation of energy when strain is recovered in an elastic solid as an elastic component, and loss coefficients representing the loss of energy (loss) through permanent deformation of the flow. Indicates.

도 3은 MC 용액 겔화 온도에 미치는 AS 농도의 영향을 나타낸다. AS 농도에 대한 2% MC 용액의 겔화 온도를 함수로 나타낸 그래프이다.3 shows the effect of AS concentration on MC solution gelling temperature. It is a graph showing the gelation temperature of 2% MC solution as a function of AS concentration.

도 4는 고분자량 젤라틴 및 CS에 의한 복합 코아세르베이트 형성시 시간 경과에 따르는 혼탁도를 측정한 그래프이다. 도 4a는 PBS(pH7.4) 중의 다양한 농도에서 고분자량 젤라틴 및 CS 코아세르베이트 혼합물의 혼탁도를 시간 경과에 따라( ●:10min, ○:30min, ▼:1h, △:3h, ■:6h, □:12h, ◆:1d, ◇:2d ) 나타낸 것이고, 도 4b는 복합 코아세르베이트 및 온도 감응성 겔의 조합물의 혼탁도 측정 막대 그래프이다. ( 1 : HMw GA, 2: HMw GA/AS, 3 : MC/AS, 4 : HMw GA/MC, 5: HMw GA/MC/AS, 6 : CS/HMw GA(1), 7 : CS/HMw GA(1)/AS, 8 : CS/HMw GA(1)/MC/AS, 9 : CS/HMw GA(0.1), 10 : CS/HMw GA(0.1)/AS, 11 : CS/HMw GA(0.1)/MC/AS, 12 : CS/HMw GA(0.01), 13 : CS/HMw GA(0.01)/AS, 14 : CS/HMw GA(0.01)/MC/AS)Figure 4 is a graph measuring the turbidity over time when forming complex coacervate by high molecular weight gelatin and CS. Figure 4a shows the turbidity of the high molecular weight gelatin and CS coacervate mixtures at various concentrations in PBS (pH7.4) over time (•: 10 min, ○: 30 min, ▼: 1 h, Δ: 3 h, :: 6 h, : 12h, ◆: 1d, ◇: 2d), and FIG. 4B is a barometric measurement bar graph of the combination of composite coacervate and temperature sensitive gel. (1: HMw GA, 2: HMw GA / AS, 3: MC / AS, 4: HMw GA / MC, 5: HMw GA / MC / AS, 6: CS / HMw GA (1), 7: CS / HMw GA (1) / AS, 8: CS / HMw GA (1) / MC / AS, 9: CS / HMw GA (0.1), 10: CS / HMw GA (0.1) / AS, 11: CS / HMw GA ( 0.1) / MC / AS, 12: CS / HMw GA (0.01), 13: CS / HMw GA (0.01) / AS, 14: CS / HMw GA (0.01) / MC / AS)

도 5는 온도 함수로서의 점도 및 겔 형성 시간을 나타내는 그래프이다. 25℃ 및 37 ℃에서 코아세르베이트 유무에 따른 다양한 겔 제형들의 점도를 나타낸다. 도 5a는 MC/AS로 이루어진 겔 제형의 점도를 도 5b는 CS/HMw GA/MC/AS(0.4% HMw GA, CS/HMw GA(1), 2% MC, 9% AS)로 이루어진 겔 제형의 점도를 나타낸다.5 is a graph showing viscosity and gel formation time as a function of temperature. The viscosity of various gel formulations with and without coacervate at 25 ° C. and 37 ° C. is shown. Figure 5a is a viscosity of the gel formulation consisting of MC / AS Figure 5b is a gel formulation consisting of CS / HMw GA / MC / AS (0.4% HMw GA, CS / HMw GA (1), 2% MC, 9% AS) The viscosity of

도 6. 젤라틴 방출을 시험한 결과를 나타내는 그래프이다. GA와 CS간의 최적비 0.1로 코아세르베이트를 함유하는 MC조합 겔로부터 GA의 방출속도를 MC 겔로부터의 방출속도와 비교한 것이다. (●:HMw GA/MC/AS, ○: CS/HMw GA(2)/MC/AS, ▼: CS/HMw GA(1)/MC/AS)6 is a graph showing the results of testing gelatin release. The release rate of GA from the MC combination gel containing coacervate at an optimal ratio of 0.1 between GA and CS is compared with the release rate from the MC gel. (●: HMw GA / MC / AS, ○: CS / HMw GA (2) / MC / AS, ▼: CS / HMw GA (1) / MC / AS)

도 7은 HMw GA-CS 코아세르베이트를 함유하는 네거티브 열감응성 겔의 방출시험결과를 도시한 것이다. 4% 젤라틴을 사용하였다. (△: HMw GA/MC/AS, ● CS/HMw GA(1)/MC/AS, ▼ CS/HMw GA(0.5)/MC/AS, ○ CS/HMw GA(0.1)/MC/AS, ■ CS/HMw GA(0.05)/MC/AS, □ CS/HMw GA(0.01)/MC/AS, ◆MC/AS) Figure 7 shows the results of the release test of the negative thermosensitive gel containing HMw GA-CS coacetate. 4% gelatin was used. (△: HMw GA / MC / AS, CS / HMw GA (1) / MC / AS, ▼ CS / HMw GA (0.5) / MC / AS, ○ CS / HMw GA (0.1) / MC / AS, ■ CS / HMw GA (0.05) / MC / AS, □ CS / HMw GA (0.01) / MC / AS, ◆ MC / AS)

겔로부터 FITC-BSA 모델단백질의 방출특성, 25일간의 지속성 방출패턴을 시사함 Release of FITC-BSA protein from gels, suggesting 25-day sustained release pattern

도 8은 열가역성 복합 코아세르베이트 겔인 다양한 MC 겔 제형((a) MC/AS, (b) MC/AS/GA, (c) MC/AS/CS/HMw GA(1))들을 래트의 등에 피하주사하였을 때 관찰되는 구형의 디포 형성의 사진이다.FIG. 8 is a subcutaneous injection of various MC gel formulations (a) MC / AS, (b) MC / AS / GA, (c) MC / AS / CS / HMw GA (1)) which are thermoreversible composite coacervate gels. This is a photograph of spherical depot formation observed.

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Claims (17)

(a) 양전하를 띠는 단백질과 음전하를 띠는 다당류로 이루어진 복합 코아세르베이트 및 (b) 염석 염을 함유하는 네거티브 온도 가역성 다당류의 조합으로 이루어지는 약물 전달용 겔로서, 상기 양전하를 띠는 단백질은 젤라틴, 소 이자 트립시노겐, 달걀 리소자임, 염기성 섬유아세포 성장 인자, 피브로넥틴, 아그레칸 및 카제인로 이루어지는 군으로부터 선택되고, 상기 음전하를 띠는 다당류는 콘드로이틴 황산염, 헤파린, 헤파란 설페이트, 히알루로난, 데르마탄 설페이트 및 케라탄 설페이트로 이루어지는 군으로부터 선택되고, 상기 염석 염은 SO4 2-, HPO4 2-, F-, Cl-, Br-, NO3-, I-, ClO4 - 및 SCN-로부터 선택되는 호프마이스터 시리즈 음이온을 포함하는 염석염으로부터 선택되고, 상기 네거티브 온도 가역성 다당류는 메틸 셀룰로스, 히드록시프로필 메틸 셀룰로스, 에틸히드록시에틸셀룰로스, 카라기난 및 스클레로글루칸로 이루어지는 셀룰로스 유도체로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 약물 전달용 겔.A drug delivery gel comprising a combination of (a) a complex coacervate consisting of a positively charged protein and a negatively charged polysaccharide, and (b) a negative temperature reversible polysaccharide containing salt salts, wherein the positively charged protein is gelatin, Selected from the group consisting of bovine and trypsinogen, egg lysozyme, basic fibroblast growth factor, fibronectin, agrecan and casein, the negatively charged polysaccharides include chondroitin sulfate, heparin, heparan sulfate, hyaluronan, der dermatan sulfate, and Ke is selected from the group consisting of sulfate, rattan, the salting out salt is SO 4 2-, HPO 4 2-, F -, Cl -, Br -, NO3 -, I -, ClO 4 - and SCN - selected from Is selected from salt salts comprising Hofmeister series anions, wherein the negative temperature reversible polysaccharides are methyl cellulose, hydroxyprop Methyl cellulose, ethyl hydroxyethyl cellulose, carrageenan and Klee's gel for drug delivery, characterized in that the cellulose derivative is selected from consisting of a glucan. 제 1 항에 있어서, 약물은 단백질 제제인 것을 특징으로 하는 겔.The gel of claim 1 wherein the drug is a protein preparation. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 양전하를 띠는 단백질은 젤라틴인 것을 특징으로 하는 겔.The gel according to claim 1 or 2, wherein the positively charged protein is gelatin. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 음전하를 띠는 다당류는 콘드로이틴 6-황산염인 것을 특징으로 하는 겔.The gel according to claim 1 or 2, wherein the negatively charged polysaccharide is chondroitin 6-sulfate. 삭제delete 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 셀룰로스 유도체는 메틸셀룰로스인 것을 특징으로 하는 겔.The gel according to claim 1 or 2, wherein the cellulose derivative is methylcellulose. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 염석염은 암모늄 설페이트인 것을 특징으로 하는 겔.The gel according to claim 1 or 2, wherein the salt salt is ammonium sulfate. (a) 양전하를 띠는 단백질과 음전하를 띠는 다당류를 혼합하여 복합 코아세르베이트를 형성하는 단계;(a) mixing a positively charged protein and a negatively charged polysaccharide to form a complex coacervate; (b) 단계 (a)의 복합코아세르베이트를 염석 염을 함유하는 네거티브 온도 가역성 다당류에 혼합하는 단계를 포함하는 약물 전달용 겔의 제조방법으로서, 상기 양전하를 띠는 단백질은 젤라틴, 소 이자 트립시노겐, 달걀 리소자임, 염기성 섬유아세포 성장 인자, 피브로넥틴, 아그레칸 및 카제인로 이루어지는 군으로부터 선택되고, 상기 음전하를 띠는 다당류는 콘드로이틴 황산염, 헤파린, 헤파란 설페이트, 히알루로난, 데르마탄 설페이트 및 케라탄 설페이트로 이루어지는 군으로부터 선택되고, 상기 염석 염은 SO4 2-, HPO4 2-, F-, Cl-, Br-, NO3-, I-, ClO4 - 및 SCN-로부터 선택되는 호프마이스터 시리즈 음이온을 포함하는 염석염으로부터 선택되고, 상기 네거티브 온도 가역성 다당류는 메틸 셀룰로스, 히드록시프로필 메틸 셀룰로스, 에틸히드록시에틸셀룰로스, 카라기난 및 스클레로글루칸로 이루어지는 셀룰로스 유도체로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 약물 전달용 겔의 제조방법.(b) a method for preparing a drug delivery gel comprising mixing the complex coacervate of step (a) with a negative temperature reversible polysaccharide containing a salt salt, wherein the positively charged protein is gelatin, small isy trypsinogen , Egg lysozyme, basic fibroblast growth factor, fibronectin, agrecan and casein, wherein the negatively charged polysaccharides are chondroitin sulfate, heparin, heparan sulfate, hyaluronan, dermatan sulfate and keratan is selected from the group consisting of sulfate, the salting out salt is SO 4 2-, HPO 4 2-, F -, Cl -, Br -, NO3 -, I -, ClO 4 - and SCN - Hope Meister series anion selected from And the negative temperature reversible polysaccharides are selected from methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, ethyl hydroxy. A method for producing a drug delivery gel, characterized in that it is selected from cellulose derivatives consisting of tilcellulose, carrageenan and scleroglucan. 제 8 항에 있어서, 단계 (b) 이후에 목적하는 약물을 혼합하는 것을 특징으로 하는 약물 전달용 겔의 제조방법.10. The method of claim 8, wherein the desired drug is mixed after step (b). 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 약물은 단백질인 것을 특징으로 하는 약물 전달용 겔의 제조방법.10. The method of claim 8 or 9, wherein the drug is a protein. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 양전하를 띠는 단백질은 젤라틴인 것을 특징으로 하는 약물 전달용 겔의 제조방법.10. The method of claim 8 or 9, wherein the positively charged protein is gelatin. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 음전하를 띠는 다당류는 콘드로이틴 6-황산염인 것을 특징으로 하는 약물 전달용 겔의 제조방법.10. The method of claim 8 or 9, wherein the negatively charged polysaccharide is chondroitin 6-sulfate. 삭제delete 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 셀룰로스 유도체는 메틸셀룰로스인 것을 특징으로 하는 약물 전달용 겔의 제조방법.10. The method of claim 8 or 9, wherein the cellulose derivative is methylcellulose. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 염석염은 암모늄 설페이트인 것을 특징으로 하는 약물 전달용 겔의 제조방법.10. The method of claim 8 or 9, wherein the salt salt is ammonium sulfate. 삭제delete 삭제delete
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