KR100236771B1 - 히아루론산을 이용한 약물의 서방성 미세입자 제형 - Google Patents

히아루론산을 이용한 약물의 서방성 미세입자 제형 Download PDF

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Abstract

본 발명은 히아루론산 또는 이의 무기염에 단백질 또는 펩티드 약물을 포함시킨 고체상의 미세입자 제형에 관한 것으로서, 약물이 생물학적 활성을 유지하면서 장기간 지속적으로 방출된다. 제형은 평균이경 0.1 내지 40㎛의 크기를 갖는 것이다. 또한 본 발명에 따른 제형은 점성이 낮은 주세제 용액에 분산함으로써 주사제로 만들거나, 또는 에어로솔 제제로 만들어 간편하게 투여할 수 있다.

Description

히아루론산을 이용한 약물의 서방성 미세입자 제형
본 발명은 체내에서 단백질 약물의 생물학적 활성을 유지하고 지속적으로 약물을 방출할 수 있도록 제제화한 서방성 미세입자 제형에 관한 것으로, 보다 상세하게는 히아루론산 또는 이의 무기염에 단백질 또는 펩티드 약물을 포함시킨 고체상의 미세입자 제형으로서, 약물이 생물학적 활성을 유지하면서 장기간 지속적으로 방출되도록 하는 평균입경 0.1 내지 40㎛의 서방성 고체 미세입자 제형에 관한 것이다.
단백질 또는 펩티드 약물은 대다수가 체내에서 활성이 유지되는 기간이 짧고, 주사 이외의 투여방법으로는 흡수율이 낮기 때문에, 장기간 약물을 투여하는 치료가 필요한 경우에는 이들 약물을 반복해서 계속적으로 주사하여야 한다. 예를 들면 뇌하수체 결핍성 어린이 왜소증 치료를 목적으로 투여되는 인간 성장 호르몬의 경우, 매일 또는 이틀에 한 번씩 6개월 이상 계속 주사하고 있는 실정이다. 이와 같은 불편을 해소하기 위하여 1회 투여로 약물을 지속적으로 방출하는 서방성 제형이 요구되고 있다.
인간 성장 호르몬과 같은 단백질 또는 펩티드 약물의 서방성 제형은 이들 약물을 생분해성 고분자 매트릭스 물질로 둘러싼 형태의 미세입자로 만들어, 매트릭스 물질이 체내에서 분해되어 천천히 제거되면서 약물이 서서히 방출되도록 한 것이다. 즉, 생체 적합성을 가지며, 생분해되는 폴리에스테르 계열의 플리락타이드(polylactide), 폴리글리콜라이드(polyglycoide), 이들의 공중합체인 폴리(락타이드-코-글리콜라이드)(poly(actide-co-glycolide)), 폴리-오르토-에스터(poly-ortho-ester)또는 폴리안하이드라이드(polylanhydride) 등을 사용하여 단백질 약물을 포함하는 미세입자를 제조하여 이들이 체내에서 가수분해에 의해 소모되면서 단백질 약물이 서서히 방출되도록 하는 서방성 제형을 만드는 연구가 활발히 진행되고 있다(M. Chasin ＆ R. Langer, et al., Biodegradable polymer as Drug Delivery Systemsm, Marcel Dekker, (1990); J. Heller, Adv. Drug Del. Rev., 10, 163(1993)). 이같은 합성 고분자를 사용한 단백질 약물의 서방성 제형은 합성 고분자의 분해속도가 느리기 때문에 약물의 방출이 수주일 내지 수개월 동안 지속된다.
한편, 천연 고분자 물질을 이용하여 이에 약물을 포함시킨 서방성 제형도 연구되고 있는데, 천연 고분자 물질로는 젤라틴, 콜라겐, 키토산, 카르복실메틸 셀룰로즈, 알기네이트 또는 히아루론산 등이 있다. 이들 천연 고분자는 일반적으로 수분을 쉽게 흡수하여 젤(gel)을 형성하여, 점도가 큰 젤은 단백질 약물의 전달속도가 느리기 때문에 서방성 효과를 얻을 수 있으며, 체내에는 이들 천연 고분자의 분해 효소가 존재하므로 천연 고분자를 이용한 제형의 약물방출 지속시간은 통상 수일 미만이다.
히아루론산 또는 이의 무기염은 천연 고분자 물질로써 생체내에 존재하므로 동물에서 추출하거나 또는 미생물을 이용한 발효에 의해 얻을 수 있으며, 이들은 일반적으로 나트륨 등의 무기염 형태로 물에 녹여서 젤을 만들어 안과수술 보조제 또는 관절염 치료제 등으로써 사용될 뿐만 아니라, 형성된 젤은 점도가 매우 커져서 약물의 확산속도를 줄이는 효과를 냄으로써 서방성 제형으로 사용될 수 있다.
예를 들어, 미합중국 특허출원 제5416017호에서는 히아루론산의 농도가 0.01 내지 3%인 젤을 이용한 적혈구 형성 자극인자(erythropoietin)의 서방성 주사제, 일본특허공개 제1-287041(1989)호에서는 인슐린을 히아루론산 1% 농도의 젤에 함유시킨 서방성 주사제, 또한 일본 특허공개 제2-213(1990)호에서는 칼시토닌, 엘카노닌 또는 인간 성장 호르몬을 5% 농도의 히아로론산에 함유시킨 서방성 제형 및 콜로니 자극인자(G-CSF)를 0.5 내지 4% 농도의 히아루론산 젤에 함유시킨 서방성 제형 등을 보고한 바 있다(James Meyer, et al., J, Controlled Rel., 35, 67(1995)).
이와같은 제형에 있어서, 히아루론산의 젤내에 용해되어 있는 단백질 약물은 점도가 큰 젤 매트릭스를 느린 속도로 통과하게 됨으로써 지속적인 방출효과는 얻을 수 있으나, 수% 농도의 히아루론산 젤은 107센티포이즈 정도의 높은 점도를 가지므로 주사 투여시 구경이 큰 주사바늘을 사용하여야 한다는 불편함이 있을 뿐만 아니라 젤 형태의 히아루론산 제형에서 단백질 약물과 히아루론산은 모두 주사투여 이전에 물에 용해된 상태이고 주사후 체액에 의해 쉽게 젤이 희석되므로 약물의 방출이 1일 이상 지속되지 않는다는 단점이 있다. 예를 들면, 일본 특허공개 제1-287041(1989)호에서는 인슐린을 히아루론산 1% 농도의 젤에 함유시킨 서방성 주사제형을 토끼에 주사한 경우 인슐린에 의한 글루코스의 혈중 농도의 강하 효과가 24시간 이상 지속되지 않으며, 콜로니 자극인자(G-CSF)를 히아루론산 2% 젤에 함유시킨 제형(James Meyer, et al., J. Controlled Rel., 35, 67(1995)), 인터페론-α를 혈장 단백질과 함께 히아루론산 1.5% 젤에 혼합한 제형(미합중국 특허 제 5416017호)을 실험 동물에 투여시 혈장에서의 이들 단백질 약물의 농도는 24시간 이내에 최초 농도의 1/10 이하로 급격히 떨어짐을 발견하였다. 아울러 이들 히아루론산 젤 제형 투여 동물에서 단백질 약물의 혈중농도의 변화양상은, 히아루론산이 없는 수용액상의 단백질 투여한 대조군 동물과 비교하였을 때 큰 차이가 없다.
이상의 보고들은 보면 천연형 히아루론산 젤 제형에서 단백질 또는 펩티드약물의 변성 가능성은 나타나지 않으나, 체내 투여시 젤이 체액에 의해 희석되어 방출기간이 1일 이상 지속되지 않는 결점이 있다.
천연형 히아루론산 또는 이의 무기염은 물에만 녹으며, 이때 저농도에서도 점도가 상당히 큰 젤을 형성한다. 이러한 특성 때문에 아직까지 천연형 히아루론산 또는 이의 무기염을 사용한 고체상의 미세입자 형태의 서방성 제형을 제조한 사례는 없다.
한편, 천연형 히아루론산의 카르복실기에 벤질알콜을 결합 반응시킨 합성형 히아루론산-벤질에스터 HYAFFTM은 물에 녹지 않고 디메틸설폭사이드 같은 유기용매에 녹는다. 이같은 소수성을 지닌 히아루론산 유도체를 사용하여 에멀젼 용매추출법으로 고체상의 미세입자를 제조한 예들이 있다(N. S. Nightlinger, et al., prioceed. Intern. Symp. Control. Rel. Bioact. Mater., 22nd, Paper No. 3205(1995); L. Ⅰlum, et al., J. Controlled Rel., 29. 133(1994)). 이 방법을 간단히 설명하면, 단백질 약물 입자를 히아루론산-벤질에스터가 녹아 있는 디메틸설폭사이드 용액에 분산시키고, 이 분산액을 미네랄 오일에 가하여 에멀젼을 형성시킨다. 에멀젼에 디메틸설폭사이드와 섞이는 에틸아세테이트 같은 용매를 첨가하여 디메틸설폭사이드를 추출하면 단백질 약물 입자와 히아루론산-벤질에스터로 구성된 미세입자를 얻을 수 있다.
히아루론산-벤질에스터를 사용한 미세입자의 경우에는 입자 제조시에 유기용매를 사용하여야 하며, 이 경우 단백질이 소수성인 유기용매와 접촉함으로써 변성의 우려가 있고, 또한 히아루론산-벤질에스터의 소수성으로 인한 단백질의 변성 가능성이 높다. 실제로 히아루론산-벤질에스터를 사용한 GM-CSF 서방성 미세입자의 방출실험에서 히아루론산의 카르복실기에 벤질에스터가 100% 형성된 경우 미세입자로부터 GM-CSF가 최초 1 내지 2일 동안에 25% 정도가 방출되고 이후 17일 까지는 더 이상 방출되지 않음을 보고한 바 있다(N. S. Nightlinger, et al., proceed. Intern. Symp. control. Rel. Bioact. Mater., 22nd, Paper No. 3205(1995)). 이 경우 3시간 이내에 미세입자 내의 함수율이 75%로 팽윤이 되었음에도 불구하고 방출이 지속되지 않음은 단백질 약물과 히아루론산-벤질에스터, 또는 단백질과 유기용매와의 상호작용으로 인한 단백질 약물의 변성 가능성을 시사하고 있다.
본 발명의 목적은 체내에서 단백질 약물의 생물학적 활성을 유지하고 지속적으로 약물을 방출할 수 있도록 제제화한 서방성 미세입자 제형, 이를 포함하는 주사제 및 에어로솔(aerosol) 제제를 제공하는 것이다.
제1도는 본 발명의 인간 성장 호르몬(hGH)을 포함하는 서방성 고체 미세입자제형의 체외용출 실험결과를 나타낸 것이다.
제2도는 본 발명의 hGH를 포함하는 서방성 고체 미세입자 제형의 약물 안정성을 역상 고성능 액체 크로마토그래피(RP-HPLC)하여 관찰한 결과로서, (a)는 본 발명의 미세입자 제형에서 용출된 hGH를 나타내고, (b)는 수용액상의 hGH를 나타낸다.
제3도는 본 발명의 hGH를 포함하는 서방성 고체 미세입자 제형의 약물 안정성을 크기 배제 크로마토그래피(SEC)하여 관찰한 결과로서, (a)는 본 발명의 미세입자 제형에서 용출된 hGH를 나타내고, (b)는 수용액상의 hGH를 나타낸다.
제4도는 본 발명의 실시예 1의 서방성 고체 미세입자 제형을 주사제 용액인 프로필렌글리콜과 에탄올의 혼합액에 분산시킨 주사제를 실험동물에 투여후 시간에 따른 평균체중 증가를 나타낸 그래프이다.
제5도는 본 발명의 실시예 2의 서방성 고체 미세입자 제형을 주사제 용액인 면실유에 분산시킨 주세제를 실험동물에 투여한 후 시간에 따른 평균체중 증가를 나타낸 그래프이다.
제6도는 본 발명의 hGH를 포함하는 서방성 고체 미세입자 제형의 혈액중의 인간 성장 호르몬의 양을 측정함으로써 약물의 체내 방출 지속기간을 나타낸 그래프이다.
제7도는 본 발명의 서방성 고체 미세입자 제형 및 히아루론산 젤 제형을 실험동물에 투여한 후 시간에 따른 평균 체중증가를 나타낸 그래프이다.
상기 목적에 따라, 본 발명에서는 천연형 히아루론산 또는 이의 무기염에 단백질 또는 펩티드 약물을 포함시킨 고체상의 미세입자 제형으로서, 약물이 생물학적 활성을 유지하면서 장기간 지속적으로 방출되도록 하는, 평균입경 0.1 내지 40㎛의 서방성 고체 미세입자 제형, 이를 주사제용 용액에 분산시킨 주사제 및 에어로솔 제제를 제공한다.
본 발명의 고체상의 미세입자 제형은 기존의 히아루론산 젤을 이용한 서방성 제형보다 약물 장출지속 기간이 길다. 또한 기존의 젤 제형은 점성이 커서 주사의 불편함이 있으나, 본 발명의 제형은 미세입자이므로 점성이 낮은 주사제 용액에 분산함으로써 점도가 낮은 주사제로 만들거나, 에어로솔 제제로 만들어 간편하게 투여할 수 있는 특징이 있고, 히아루론산-벤질에스터와 같이 유기용매에 녹는 소수성 물질을 사용하였을 때에 발생하는 단백질의 변성이 일어나지 않아 약물이 100% 방출될때까지 변성되지 않는 특징이 있다.
본 발명의 미세입자는 단백질 또는 펩티드 약물이 천연형 히아루론산 또는 이의 무기염에 포함된 평균입자 0.1 내지 40㎛, 바람직하게는 1 내지 10㎛의 고체상 입자로 제조된다. 고체상 미세입자는 분무건조법 또는 동결건조법 등의 방법에 의해 제조될 수 있으며, 필요에 따라 약물의 안정성을 높이기 위해 안정제가 포함될 수 있다. 본 발명의 고체상 미세입자에 사용될 수 있는 약물로는 인간 성장호르몬, 소성장 호르몬, 돼지 성장 호르몬, 성장호르몬 방출호르몬, 성장 호르몬 방출 펩티드, 과립구-콜로니 자극인자(granulocyte-colony stimulation factor), 과립구 마크로파지-콜로니(granulocyte macrophage-colony stimulation factor), 마크로지파지 콜로니 자극인자(macrophage-colony stimulation factor), 에리트로포이에틴(erythropoietin), 골격 형태발생 단백질(bone morphogenic protein), 인터페론(interferon), 인슐린(insulin), 아트리오펩틴-Ⅲ(atriopeptin-Ⅲ), 모노클로날 항체(monoclonal antibody), 종양과시인자(TNF), 마크로파지 활성인자(macrophage activating factor), 인터루킨(interleukin), 종양변성인자(tumor degenerating factor), 인슐린-유사 성장인자(insulin-like growth factor), 표면 성정인자(epidermal growth factor), 조직 프라스미노겐 활성체(tissue plasminogen activator) 및 유로키나제(urokinase)등이 있다. 또한 추가로 포함될 수 있는 안정제로는 탄수화물, 단백질, 아미노산, 지질, 지방산, 무기염 및 계면활성제가 있다.
본 발명의 천연형 히아루론산을 사용한 고체상의 미세입자에서 단백질(또는 펩티드) 약물의 함량은 미세입자 제형의 총량을 기준으로하여 1 내지 90% 범위가 바람직하며, 또한 안정제는 미세입자 제형의 총량을 기준으로하여 1 내지 90% 범위로 추가 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 천연형 히아루론산을 이용한 고체상의 미세입자 제형은 주사제용 용액에 분산시킴으로써 서방성 주사제로 제조될 수 있다. 주사제용 용액으로는 완충수용액, 에탄올, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 식용유, 미네랄 오일(mineral oil), 스쿠알렌(squalene), 대구 간유(cod liver oil), 모노(mono)-, 디(di)- 및 트리-글리세라이드(tri-glyceride), 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 식용유에는 옥배유(corn oil), 올리브유(olive oil), 대두유(soybean oil), 홍화유(safflower oil), 면실유(cotton seed oil), 땅콩유(peanut oil), 호마유(sesame oil) 또는 이들의 혼합물이 포함된다. 또한 필요에 따라서는 분산제 또는 방부제가 추가로 포함될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 천연형 히아루론산을 사용한 고체상의 미세입자 제형은 코점막이나 기관지 점막을 통해 흡수되도록 하는 에어로솔(aerosol) 제제로도 제조될 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀더 상세하게 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일뿐, 본 발명의 범위가 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
인간 성장 호르몬(hGH)가 2㎎/㎖의 농도로 용해되어 있는 5mM 인산염 완충용액에 계면활성제인 트윈 80을 0.01 중량%로 첨가하였다. 여기에 분자량 1,000,000인 히아루론산 나트륨을 2㎎/㎖로 용해시켜 최종용액을 만든 후 이를 3㎖/분 유량으로 분무건조기(Buchi 190)에 공급하여 미세입자를 제조하였다. 이때 분무 건조기로 유입되는 건조 공기의 온도는 85℃이고 얻어진 미세입자의 평균입경은 3㎛이다.
[실시예 2]
hGH가 1㎎/㎖의 농도로 용해되어 있는 5mM 인산염 완충용액에 계면활성제인 트윈 80을 0.01 중량%로 첨가하였다. 여기에 분자량 2,000,000인 히아루론산 나트륨을 1㎎/㎖로 용해시켜 최종용액을 만든 후 이를 3㎖/분 유량으로 분무건조기(Buchi 190)에 공급하여 미세입자를 제조하였다. 이때 분무 건조기로 유입된 건조 공기의 온도는 85℃이고 얻어진 미세입자의 평균입경은 2㎛이다.
[실시예 3]
hGH가 0.1㎎/㎖의 농도로 용해되어 있는 5mM 인산염 완충용액에 계면활성제인 트윈 80을 0.01 중량%로 첨가하였다. 여기에 분자량 2,000,000인 히아루론산 나트륨을 0.9㎎/㎖로 용해시켜 최종용액을 만든 후 이를 3㎖/분 유량으로 분무건조기(Buchi 190)에 공급하여 입자를 제조하였다. 이때 분무 건조기로 유입되는 건조 공기의 온도는 85℃이고 얻어진 미세입자의 평균입경은 2㎛이다.
[시험예 1]
[체외 방출시험]
상기의 실시예 1, 2 및 3에서 제조한 인간 성장 호르몬이 포함된 히라루론산 미세입자 제형을 pH 7.4인 완충용액(염화나트륨 150mM, 인산염 10mM, 소디움 아자이드 0.05%)에 hGH의 농도가 1.0㎎/㎖되도록 분산시켰다. 이 분산액을 37℃의 교반기에 넣고 hGH의 방출시험을 실시하였다. 일정 반응시간 후 분산액을 800g에서 10분간 원심 분리하여 전체 분산액의 1/10양의 상층액을 취하고 동일한 양의 완충액을 채운 후 다시 37℃에서 방출시험을 계속하였다.
상층액에서의 hGH의 농도는 라우리법 및 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)법으로 측정하였고, 시간에 따른 인간 성장 호르몬의 방출량을 구하였다.
제1도는 본 발명의 인간 성장 호르몬(hGH)을 포함하는 서방성 고체 미세입자 제형의 체외용출 실험결과를 나타낸 것이다. 여기에서 보듯이, 히아루론산의 분자량이 클수록 그리고 hGH의 함량이 작을수록, 즉 실시예 3의 히아루론산 제형에서의 인간 성장 호르몬의 방출속도가 느린 것으로 관찰되었다. 따라서 히아루론산의 분자량, 단백질 함량 등의 조건에 따라 방출지속기간의 조절이 가능함을 알 수 있었다. 또한 본 발명에서는 제조된 고체 미세입자 제형의 체외 방출속도는 체내 방출속도와 일치하지는 않지만, 초기의 급격한 방출이 없고 70% 정도의 방출이 있기까지 일정한 속도를 보임을 알 수 있다.
[시험예 2]
[미세입자 내의 인간 성장 호르몬의 안정성 시험]
히아루론산 미세입자 제형내에 있는 인간 성장 호르몬이 미세입자 제형 제조에 사용한 수용액상의 인간 성장 호르몬과 동일한지의 여부를 판단하기 위하여 체외 방출시험에서 방출된 인간 성장 호르몬을 역상 HPLC, 크기 배제 크로마토그래피(size exclusion chromatograpy; SEC) 방법을 사용하여 분석하였다. 역상 HPLC에서는 산화(oxidation), 탈아미드화(deamidation)에 의한 변성을 확인할 수 있으며, SEC로는 응집(aggregation)에 의한 변성을 확인할 수 있다.
제2도는 본 발명의 hGH를 포함하는 서방성 고체 미세입자 제형의 약물 안정성을 역상 고성능 액제 크로마토그래피(RP-HPLC)하여 관찰한 결과로서, (a)는 본 발명의 미세입자 제형에서 용출된 hGH를 나타내고, (b)는 수용액상의 hGH를 나타낸다.
제3도는 본 발명의 hGH를 포함하는 서방성 고체 미세입자 제형의 약물 안정성을 크기 배제 크로마토그래피(SEC)하여 관찰한 결과로서, (a)는 본 발명의 미세입자 제형에서 용출된 hGH를 나타내고, (b)는 수용액상의 hGH를 나타낸다. 제2도 및 제3도에서 보듯이, 히아루론산 미세입자 제형에서 용출된 인간 성장 호르몬의 RP-HPLC 및 SEC 결과 모두가 원료로 사용한 수용액상의 인간 성장 호르몬과 동일하였으며, 단량체의 함량이 95% 이상으로 미세입자 제조과정과 37℃에서의 용출과정에서 단백질의 변성이 없음을 알 수 있다.
[시험예 3]
[동물 실험에서 서방성 미세입자 제형의 효과]
생후 7주령인 암컷 난쟁이 쥐(dwarf rat)를 실험 동물로하여 히아루론산 서방성 고체 미세입자 제형의 서방성 효과를 확인하였다. 난쟁이 쥐는 유전적으로 성장 호르몬의 분비가 정상 쥐보다 낮은 종자로 인간 성장 호르몬을 투여하면 성장이 촉진된다.
실시예 1에서 제조된 서방성 미세입자를 프로필렌글리콜과 에탄올이 7 : 3의 비로 혼합된 용액에 인간 성장 호르몬의 농도가 5㎎/㎖가 되도록 분산한 후 이를 pH 7.4의 완충 수용액(150mM NaCl, 인산염 10mM)으로 희석하여 인간 성장 호르몬의 농도가 0.5㎎/㎖가 되도록 최종 분산액을 만들어 난쟁이 쥐에 매일 0.1㎖씩, 즉 인간 성장 호르몬 50㎍씩 14일 동안 피하주사로 투여하였다. 본 발명의 제형효과를 비교하기 위하여 기존의 수용액상 제형으로 시판중인 LG화학의 유트로핀
Figure kpo00002
을 인간 성장 호르몬 용량 50㎍씩 매일 투여한 군 및 무투여 대조군을 설정하였다. 각 군의 개체수는 각각 6마리로 하였고, 투여후의 몸무게 증가로 효과를 비교하였다.
제4도는 본 발명의 실시예 1의 서방성 고체 미세입자 제형을 주사제 용액인 프로필렌글리콜과 에탄올의 혼합액에 분산시킨 주사제를 실험동물에 투여후 시간에 따른 평균체중 증가를 나타낸 그래프이다. 여기에서 보듯이, 본 발명의 히아루론산을 이용한 미세입자 제형의 투여군은 수용액상 제형인 유트로핀
Figure kpo00003
투여군에 비해 2주일간 꾸준히 더 큰 몸무게의 증가를 나타내며, 무투여 대조군 비해서는 월등한 증가를 보인다. 즉, 본 발명의 히아루론산을 이용한 서방성 고체 미세입자 제형은 시험예 1에서 나타난 서방성 제형의 특성으로 인하여 기존의 수용액상 제형보다 효력이 우수함을 알 수 있다.
[시험예 4]
[동물 시험에서 서방성 미세입자 제형의 효과]
실시예 2에서 제조된 히아루론산을 사용한 인간 성장 호르몬의 서방성 고체 미세입자를 면실유에 인간 성장 호르몬의 농도가 1.5㎎/㎖가 되도록 분산한 주사용액을 난쟁이 쥐에 3일에 한 번씩 0.1㎖(인간 성장 호르몬양 150㎍) 2주일 동안 투여하였다. 본 발명의 제형효과를 비교하기 위하여 기존의 수용액상 제형으로 시판중인 LG화학의 유트로핀
Figure kpo00004
을 인간 성장 호르몬 용량 50㎍씩 매일 투여한 군과 유트로핀
Figure kpo00005
을 인간 성장 호르몬 용량 150㎍씩 3일에 1회 투여한 군 및 무투여 대조군을 설정하였다. 각 군의 개체수는 각각 6마리로 하였고, 투여후의 몸무게 증가로 효과를 비교하였다.
제5도는 본 발명의 실시예 2의 서방성 고체 미세입자 제형을 주사제 용액인 면실유에 분산시킨 주사제를 실험동물에 투여후 시간에 따른 평균체중 증가를 나타낸 그래프이다. 여기에서 보듯이, 본 발명의 제형의 몸무게 증가는 유트로핀3일에 1회 투여한 군 및 무투여 대조군 보다 크며, 유트로핀
Figure kpo00007
을 3일에 1회 투여한 군은 주사후 1일에는 상당한 몸무게 증가가 있었고, 2일과 3일째에는 무투여 대조군보다 몸무게 증가율이 작았다. 본 발명의 서방성 고체 미세입자 제형과 유트로핀
Figure kpo00008
을 50㎍씩 매일 투여한 군은 꾸준한 몸무게 증가를 나타내었다. 따라서, 본 발명의 제형은 체내에서 약물 방출이 최소한 3일 이상 지속되는 서방성 특성을 보유하고 있음을 알 수 있다.
[시험예 5]
[동물 실험에서 서방성 미세입자 제형의 효과]
실시예 2에서 제조된 히아루론산을 사용한 인간 성장 호르몬의 서방성 고체 미세입자를 면실유에 인간 성장 호르몬의 농도가 1.5㎎/㎖가 되도록 분산한 주사용액을 몸무게 2.5㎏인 토끼에 인간 성장 호르몬양 3,700㎍을 주사하여 6일간 혈액을 1일에 1회 채취하여 혈액중의 성장 호르몬의 양을 RIA(radioimmunoassay)법으로 정량하였다. 본 발명의 제형효과를 비교하기 위하여 무투여 대조군을 설정하여 1일 1회 혈액을 채취하여 성장 호르몬의 양을 RIA법으로 정량하였다. 각 군의 개체수는 각각 4마리로 하였다.
제6도는 본 발명의 hGH를 포함하는 서방성 고체 미세입자 제형의 혈액중의 인간 성장 호르몬의 양을 측정함으로써 약물의 체내 방출 지속시간을 나타낸 그래프이다. 여기에서 보듯이, 인간 성장 호르몬의 혈중농도는 투여 1일 이후 4일까지는 0 내지 11㎎/㎖의 범위에서 거의 일정하게 유지되고 5일 이후에는 점차 감소하는 경향을 나타내었다. 이로서 본 발명에서 제조한 서방성 고체 미세입자 제형은 약물 방출속도가 4일까지 일정하며 이후에는 감소하는 특성이 있음을 알 수 있고, 이와 같은 특성은 체외 방출시험, 즉 시험예 1에서 약물의 70% 방출까지 방출속도가 선형으로 나타난 것과 일치함을 알 수 있다. 한편, 무투여 대조군의 혈액중의 인간 성장 호르몬의 농도는 6일 동안 RIA법의 감지 농도 이하(1㎎/㎖)로 무시할 수 있는 범위였다.
[실시예 4]
소 성장 호르몬(bST)이 2㎎/㎖의 농도로 용해되어 있는 5mM 인산염 완충용액에 계면활성제인 트윈 80을 0.01 중량%로 첨가하였다. 여기에 분자량 1,000,000인 히아루론산 나트륨을 2㎎/㎖로 용해시켜 최종용액을 만든 후 이를 3㎖/분 유량으로 분무건조기(Buchi 190)에 공급하여 입자를 제조하였다. 이때 분무 건조기로 유입되는 건조 공기의 온도는 85℃이고 얻어진 미세입자의 평균입경은 3㎛이다.
제조된 히아루론산 미세입자 제형의 체외 용출 실험에서 크기 배제 크로마토그래피로 정량 및 정성분석을 한 결과, 72시간 동안 85% 이상이 용출되었고, 용출된 bST가 변성되지 않았음을 확인하였다.
[실시예 5]
돼지 성장 호르몬(pST)이 2㎎/㎖의 농도로 용해되어 있는 5mM 인산염 완충용액에 계면활성제인 트윈 80을 0.01 중량%로 첨가하였다. 여기에 분자량 1,000,000인 히아루론산 나트륨을 2㎎/㎖로 용해시켜 최종용액을 만든 후 이를 3㎖/분 유량으로 분무건조기(Buchi 190)에 공급하여 입자를 제조하였다. 이때 분무 건조기로 유입되는 건조 공기의 온도는 85℃이고 얻어진 미세입자의 평균입경은 3㎛이다.
제조된 히아루론산 미세입자 제형의 체외 용출 실험에서 크기 배제 크로마토그래피로 정량 및 정성분석을 한 결과, 72시간 동안 90% 이상이 용출되었고, 용출된 pST가 변성되지 않았음을 확인하였다.
[실시예 6]
과립구 마크로파지-콜로니 자극인자(granulocyte-colony stimulating factor, GM-CSF)가 0.4㎎/㎖의 농도로 용해되어 있는 5mM 인산염 완충용액에 계면활성제인 트윈 80을 0.01 중량%로 첨가하였다. 여기에 분자량 1,000,000인 히아루론산 나트륨을 1.6㎎/㎖로 용해시켜 최종용액을 만든 후 이를 3㎖/분 유량으로 분무건조기(Buchi 190)에 공급하여 입자를 제조하였다. 이때 분무 건조기로 유입되는 건조 공기의 온도는 85℃이고 얻어진 미세입자의 평균입경은 3㎛이다.
제조된 히아루론산 미세입자 제형의 체외 용출 실험에서 크기 배제 크로마토그래피로 정량 및 정성분석을 한 결과, 72시간 동안 92% 이상이 용출되었고, 용출된 GM-CSF가 변성되지 않았음을 확인하였다.
[실시예 7]
에리트로포이에틴(erythropoietin, EPO)이 1000 IU/㎖, 혈장알부민이 0.5㎎/㎖의 농도로 용해되어 있는 5mM 인산염 완충용액에 계면활성제인 트윈 80을 0.01 중량%로 첨가하였다. 여기에 분자량 1,000,000인 히아루론산 나트륨을 2.5㎎/㎖로 용해시켜 최종용액을 만든 후 이를 3㎖/분 유량으로 분무건조기(Buchi 190)에 공급하여 입자를 제조하였다. 이때 분무 건조기로 유입되는 건조 공기의 온도는 85℃이고 얻어진 미세입자의 평균입경은 3.5㎛이다.
제조된 히아루론산 미세입자 제형의 체외 용출 실험에서 크기 배제 크로마토그래피로 정량 및 정성분석을 한 결과, 72시간 동안 70% 이상이 용출되었고, 용출된 EPO가 변성되지 않았음을 확인하였다.
[실시예 8]
인터페론-알파(interferon-α)가 2×105IU/㎖, D-만니톨 0.2㎎/㎖, 혈장 알부민 0.2㎎/㎖인 용액에 계면활성제인 트윈 80을 0.01 중량%로 첨가하였다. 여기에 분자량 1,000,000인 히아루론산 나트륨을 2.5㎎/㎖로 용해시켜 최종용액을 만든 후 이를 3㎖/분 유량으로 분무건조기(Buchi 190)에 공급하여 입자를 제조하였다. 이때 분무 건조기로 유입되는 건조 공기의 온도는 105℃이고 얻어진 미세입자의 평균입경은 3.5㎛이다.
제조된 히아루론산 미세입자 제형의 체외 용출 실험에서 역상 HPLC로 정량 및 정성분석을 한 결과, 72시간 동안 90% 이상이 용출되었고, 용출된 인터페론-알파가 변성되지 않았음을 확인하였다.
[실시예 9]
인터페론-감마(interferon-γ)가 2×105IU/㎖, 글리신 0.2㎎/㎖, 혈장 알부민 0.2㎎/㎖인 용액에 계면활성제인 트윈 80을 0.01 중량%로 첨가하였다. 여기에 분자량 1,000,000인 히아루론산 나트륨을 2.5㎎/㎖로 용해시켜 최종용액을 만든 후 이를 3㎖/분 유량으로 분무건조기(Buchi 190)에 공급하여 입자를 제조하였다. 이때 분무 건조기로 유입되는 건조 공기의 온도는 105℃이고 얻어진 미세입자의 평균입경은 3.5㎛이다.
제조된 히아루론산 미세입자 제형의 체외 용출 실험에서 역상 HPLC로 정량 및 정성분석을 한 결과, 72시간 동안 85% 이상이 용출되었고, 용출된 인터페론-감마가 변성되지 않았음을 확인하였다.
[실시예 10]
인슐린(insulin)이 20 IU/㎖의 농도로 용해되어 있는 10mM 인산염 완충용액에 계면활성제인 트윈 80을 0.01 중량%로 첨가하였다. 여기에 분자량 1,000,000인 히아루론산 나트륨을 2㎎/㎖로 용해시켜 최종용액을 만든 후 이를 3㎖/분 유량으로 분무건조기(Buchi 190)에 공급하여 입자를 제조하였다. 이때 분무 건조기로 유입되는 건조 공기의 온도는 85℃이고 얻어진 미세입자의 평균입경은 3㎛이다.
제조된 히아루론산 미세입자 제형의 체외 용출 실험에서 역상 HPLC로 정량 및 정성분석을 한 결과, 72시간 동안 95% 이상이 용출되었고, 용출된 인슐린이 변성되지 않았음을 확인하였다.
[실시예 11]
인슐린-유사 성장인자(insulin-like growth factor)가 2㎎/㎖의 농도로 용해되어 있는 5mM 인산염 완충용액에 계면활성제인 트윈 80을 0.01 중량%로 첨가하였다. 여기에 분자량 1,000,000인 히아루론산 나트륨을 2㎎/㎖로 용해시켜 최종용액을 만든 후 이를 3㎖/분 유량으로 분무건조기(Buchi 190)에 공급하여 입자를 제조하였다. 이때 분무 건조기로 유입되는 건조 공기의 온도는 85℃이고 얻어진 미세입자의 평균입경은 3㎛이다.
제조된 히아루론산 미세입자 제형의 체외 용출 실험에서 역상 HPLC로 정량 및 정성분석을 한 결과, 72시간 동안 90% 이상이 용출되었고, 용출된 인슐린-유사 성장인자가 변성되지 않았음을 확인하였다.
[비교예 1]
[히아루론산 젤 제형의 체외 용출시험]
hGH 2.3㎎/㎖의 농도로 용해된 5mM 인산염 완충용액에 분자량 2,000,000 히아루론산 나트륨을 20㎎/㎖로 용해시킴으로써, 2%의 히아루론산 젤에 hGH가 포함된 젤 제형을 제조하였다.
이를 시험예 1과 동일한 방법으로 체외 용출시험을 실시하였다. 결과, 1 시간 이내에 hGH가 100% 상층액으로 방출되었다. 즉, 젤 제형은 물에 의해 쉽게 희석되어 체외 방출 지속기간이 고체상의 미세입자 보다 매우 짧음을 알 수 있다.
[비교예 2]
[히아루론산 젤 제형의 동물실험]
hGH가 1.5㎎/㎖의 농도로 용해된 5mM 인산염 완충용액에 분자량 2,000,000인 히아루론산 나트륨을 20㎎/㎖로 용해시켜 유동성이 없는 젤을 형성하였다. 이 히아루론산 젤(2%) 1㎖를 2㎖의 면실유에 분산하고 호모게나이저로 처리하여 에멀젼을 형성시킨다. 이 히아루론산 젤이 포함된 에멀젼 0.3㎖를, 즉 인간성장 호르몬 량 150㎍을 난쟁이 쥐에 투여하여 몸무게 증가를 6일간 관찰하였다.
비교 대상으로 실시예 2에서 제조한 본 발명의 제형을 인간 성장 호르몬의 량이 150㎍이 되도록 하여 면실유에 분산하여 투여한 군, 수용액상 제형인 유트로핀
Figure kpo00009
을 인간 성장 호르몬량 150㎍을 투여한 군 및 무투여 대조군을 설정하였다.
제7도는 본 발명의 서방성 고체 미세입자 제형 및 히아루론산 젤 제형을 실험동물에 투여한 후 시간에 따른 평균 체중증가를 나타낸 그래프이다. 여기에서 보듯이, 히아루론산 젤 제형의 투여군은 수용액상 제형인 유트로핀
Figure kpo00010
을 투여한 군과 유사한 경향을 보인다. 즉, 투여 2일 또는 3일 후 몸무게가 감소하고 이후 몸무게는 무투여 대조군과 거의 비슷한 정도를 유지하였다. 그러나, 본 발명의 제형을 투여한 군은 6일 동안 지속적인 몸무게 증가가 있었으며, 다른 군에 비하여 150% 정도의 몸무게 증가를 6일 동안 나타내었다.
[비교예 3]
[소디움-카르복실메틸셀룰로즈를 사용한 미세입자 제형의 체외 용출시험 및 동물실험]
hGH이 0.2㎎/㎖의 농도로 용해되어 있는 5mM 인산염 완충용액에 계면활성제인 트윈 80을 0.01중량%로 첨가하였다. 여기에 탄수화물계의 천연 고분자인 소디움-카르복실메틸셀룰로즈(sodium-carboxylmethyl cellulose, Na-CMC, medum viscosity grade)를 1.8㎎/㎖로 용해시켜 최종용액을 만든 후 이를 3㎖/분의 유량으로 분무건조기(Buchi 190)에 공급하여 입자를 제조하였다. 이때 분무건조기로 유입되는 건조공기의 온도는 85℃이고 얻어진 미세 입자의 평균 입경은 3㎛이다.
이를 시험예 1과 동일한 방법으로 체외 용출시험을 실시하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
Figure kpo00011
여기에서 보듯이, 상기에서 제조한 미세입자에서는 인간 성장 호르몬의 체외 방출양상이 히아루론산을 사용한 본 발명의 미세입자 제형의 경우와 다름을 알 수 있다. 즉, 초기 1시간 동안 30% 이상이 방출되고, 이후 48시간까지 나머지 30% 정도가 방출되며, 그 이후에는 거의 방출되지 않는 매우 불균일한 방출 양상을 나타내었다. 이로부터 히아루론산과 같은 탄수화물계의 천연 고분자이더라도 히아루론산보다 더욱 소수성이 강한 물질을 매트릭스로 사용할 경우에는 단백질 약물과 매트릭스 물질간의 상호작용으로 인해 약물의 방출 양상이 불균일할 뿐만 아니라, 약물의 변성 가능성이 매우 높음을 알 수 있다.
또한 상기 제조된 미세입자를 면실유에 hGH의 양이 300g이 되게 분산하여 이들 난쟁이 쥐에 투여하여 7일 동안 난쟁이 쥐의 몸무게 증가를 관찰하였다. 그 결과를 몸무게의 누적치(g)로써 하기 표 2에 나타내었다.
Figure kpo00012
여기에서 보듯이, 비교예 2에서의 히아루론산 젤 제형의 것과 비슷하게 투여후 첫날에만 무게 증가가 있었고, 2일에는 무게 감소를 보이며 이후에는 무투여군의 무게 증가보다 오히려 낮은 증가율을 나타내면서 7일에는 무투여군과 별차이가 없었다. 이상의 체외 방출 시험 및 동물실험의 결과로부터 Na-CMC제형은 히아루론산과 같은 다당류인 탄수화물계의 천연고분자임에도 불구하고 히아루론산 입자제형보다 훨씬 열등한 방출 특성 및 역가를 갖는 것을 알 수 있다.
[비교예 4]
천영형 히아루론산과 벤질알콜을 화학반응을 통하여 히아루론산-벤질 에스터에 hGH가 포함된 입자 제형을 제조하였다. 먼저, hGH가 2㎎/㎖의 농도로 용해되어 있는 5mM 인산염 완충용액에 계면활성제인 트윈 80을 0.01중량%로 첨가하였다. 이 용액을 3㎖/분의 유량으로 분무건조기(Buchi 190)에 공급하여 입자를 제조하였다. 이때 분무건조기로 유입되는 건조공기의 온도는 85℃이고 얻어진 미세 입자의 평균 입경은 3㎛이다.
제조된 hGH 미세입자를 히아루론산-벤질에스터가 6% 농도로 녹아있는 디메틸설폭사이드(DMSO) 용액에 분산시키고, 이 분산액을 계면활성제(Aracel ATM)가 포함된 미네랄 오일에 가한 후 호모게나이저를 이용하여 마이크로 에멀젼을 만들었다. 형성된 마이크로 에멀젼은 미네랄 오일을 연속상으로, hGH 미세입자가 분산되어 있는 히아루론산-벤질에스터/DMSO 용액이 분산상으로 구성된다. 이 마이크로 에멀젼계에 에틸아세테이트를 가하면서 교반하면, DMSO가 에틸아세테이트로 추출되면서 히아루론산벤질에스터가 경화되 hGH 입자가 함유된 히아루론산-벤질에스터 입자를 얻을 수 있다. 얻어진 최종입자의 크기는 5.5㎛이며 hGH의 함량은 45%이다.
이를 시험예 1과 동일한 방법으로 체외 용출시험을 실시하여, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
Figure kpo00013
여기에서 보듯이, 히아루론산-벤질에스터를 사용함으로써 천연형 히아루론산에 소수성이 부여하여 제조된 미세입자 제형에서 약물인 hGH의 방출은 초기 5시간 이후에는 거의 없었다. 이처럼 hGH가 방출되지 않는 이유는 단백질 약물(hGH)과 매트릭스인 히아루론산-벤질에스터와의 상호작용이 너무 크기 때문이다.
또한 상기 제조된 미세입자를 면실유에 hGH의 양이 300g이 되도록 분산한 용액을 난쟁이 쥐에 투여하여 7일 동안 관찰한 몸무게 누적치(g)를 하기 표 4에 나타내었다.
Figure kpo00014
여기에서 보듯이, 히아루론산-벤질에스터 입자제형의 효과는 1일 이후 거의 없음을 알 수 있다.
본 발명의 히아루론산을 이용한 서방성 고체 미세입자 제형은 기존의 히아루론산 젤을 이용한 서방성 제형보다 체내 약물 방출지속 기간이 긴 6일 이상의 약물방출 지속기간을 가지며, 점성이 낮은 주사제 용액에 분산함으로써 점도가 낮은 주사제로 만들거나, 에어로솔 제제로 만들어 간편하게 투여할 수 있으며, 약물이 100% 방출될 때까지 약물인 단백질의 변성이 일어나지 않는 장점이 있다.

Claims (11)

  1. 히아루론산 또는 이의 무기염에 단백질 또는 펩티드 약물을 포함시킨 고체상의 미세입자 제형으로서, 평균입경 0.1 내지 40㎛인 서방성 고체 미세입자 제형.
  2. 제1항에 있어서, 상기 미세입자 제형에 약물의 안정제가 추가로 포함된 제형.
  3. 제1항에 있어서, 상기 미세입자 평균입경이 1 내지 10㎛인 제형.
  4. 제1항에 있어서, 상기 약물이 인간 성장호르몬, 소성장 호르몬, 돼지 성장 호르몬, 성장호로몬 방출호로몬, 성장 호르몬 방출 펩티드, 과립구-콜로니 자극인자(granulocyte-colony stimulation factor), 과립구 마크로파지-콜로니 자극인자(granulocyte macrophage-colony stimulation factor), 마크로지파지 콜로니 자극인자(macrophage-colony stimulation factor), 에리트로포이에틴(erythropoietin), 골격 형태발생 단백질(bone morphogenic protein), 인터페론(interferon), 인슐린(insulin), 아트리오펩틴-Ⅲ(atriopeptin-Ⅲ), 모노클로날 항체(monoclonal antibody), 종양과시인자(TNF), 마크로파지 활성인자(macrophage activating factor), 인터루킨(interleukin), 종양변성인자(tumor degenerating factor), 인슐린-유사 성장인자(insulin-like growth factor), 표면 성정인자(epidermal growth factor), 조직 프라스미노겐 활성체(tissue plasminogen activator) 및 유로키나제(urokinase)로 이루어진 그룹에서 선택된 것임을 특징으로 하는 제형.
  5. 제1항에 있어서, 상기 히아루론산의 무기염이 히아루론산의 나트륨, 칼륨, 암모늄, 칼슘, 마그네슘, 아연, 구리 및 코발트의 염으로 이루어진 그룹에서 선택된 것임을 특징으로 하는 제형.
  6. 제2항에 있어서, 상기 안정제가 탄수화물, 단백질, 아미노산, 지질, 지방산, 무기염 및 계면활성제로 이루어진 그룹에서 선택된 것임을 특징으로 하는 제형.
  7. 제1 내지 제6항중 어느 한 항의 제형을 주사제용 용액에 분산시킨 주사제.
  8. 제7항에 있어서, 상기 주사제에 분산제 또는 방부제가 추가로 포함된 주사제.
  9. 제7항에 있어서, 상기 주사제 용액이 완충수용액, 에탄올, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 식용유, 미네랄 오일(mineral oil), 스쿠알렌(squalene), 대구 간유(cod liver oil), 모노(mono)-, 디(di)- 및 트리-글리세라이드(tri-glyceride),또는 이들의 혼합물임을 특징으로 하는 주사제.
  10. 제9항에 있어서, 상기 식용유가 옥배유(corn oil), 올리브유(olive oil), 대두유(soybean oil), 홍화유(safflower oil), 면실유(cotton seed oil), 땅콩유(peanut oil), 호마유(sesame oil) 또는 이들의 혼합물임을 특징으로 하는 주사제.
  11. 제1 내지 6항중 어느 한 항의 제형을 포함하는 에어로솔(aerosol) 제제.
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