KR100366600B1 - 졸-겔 상변이를 일으키는 액상 고분자 혈관폐색 물질 및그의 용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생체내 조건(온도, 이온 강도, pH)에서 졸-겔 상변이를 일으키는 액상 고분자 혈관폐색물질 및 그의 용도에 관한 것으로서, 본 발명의 혈관폐색물질은 온도 민감성 물질인 이소프로필아크릴아미드를 기본물질로 하고, 여기에 이온 강도 또는 pH 민감성인 단량체가 공중합된 공중합체이다. 본 발명의 공중합체는 혈관폐색 시술 및 세포배양을 위한 세포외 지지체 및 항암제 약물전달계로서 사용될 수 있다.

Description

졸-겔 상변이를 일으키는 액상 고분자 혈관폐색 물질 및 그의 용도{Liquified Embolic Materials Using Sol-Gel Phase Transition and Use of the Same}
본 발명은 생체내 조건(온도, 이온 강도, pH)에서 졸-겔 상변이를 일으키는 액상 고분자 혈관폐색물질 및 그의 용도에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 혈관폐색물질은 온도 민감성 물질인 이소프로필아크릴아미드를 기본물질로 하고, 여기에 이온 강도 또는 pH 민감성인 단량체가 공중합된 공중합체이다. 그리고, 본 발명은 상기 혈관폐색물질을 액체상태로 포함하는 혈관 폐색용 제약 조성물에 관한 것이다.
혈관폐색 치료 기술(embolotheraphy)은 기형인 혈관을 폐색시켜 왜곡된 혈류를 정상화시키거나 병소(암) 부위의 혈류를 차단함으로써 병소(암)의 크기를 축소시키고 병소(암) 발생 부위의 고사를 유도하며, 병소(암) 부위 제거 수술을 간소화시켜 출혈을 최소화시키는 기술이다.
혈관을 폐색시키기 위하여서는 혈관의 종류나 크기, 또는 부위에 따라 여러 가지 형태의 혈관폐색물질 또는 장치 (device)가 사용되어진다. 이러한 혈관 폐색 물질들은 입자성 합성고분자 물질, 인체 조직 파편, 그리고 용액상태의 경화 물질 등으로 구분되며, 분해도에 따라 생분해성과 비분해성으로 구분되기도 한다.
혈관폐색 물질의 이상적인 조건으로서는 1) 목표 혈관의 완전한 폐색, 2) 최소의 독성 및 주변 조직 부작용, 3) 최소의 고통과 안전성, 4) 폐색의 높은 성공률과 혈류의 재발생방지, 5) 쉬운 조작술, 6) 낮은 비용, 그리고 7) 다양한 부위의 혈관폐색에 사용되어질 수 있을 것 등이 요구된다. 그러나, 기존의 혈관 폐색물질은 혈관의 위치, 기관, 부위, 병적 상태등 다양한 요인으로 말미암아 모든 혈관폐색에 사용되기에는 매우 어려운 점이 있다. 혈관폐색을 위하여 입자성재료, 또는 풍선형 (balloon) 카테타와 같은 여러 종류의 장치가 사용되고 있으며, 최근에는 주입이 용이하며 미세한 혈관을 폐색하기 위하여 용액 상태의 혈관폐색 물질이 주목을 받고 있다. 이러한 용액상태의 혈관폐색 물질에는 다음과 같은 것들이 있다.
-부크릴레이트 (Bucrylate (isobutyl-2 cyanoacrylate))
이 물질은 현재 사용되고 있는 대표적인 용액상태의 혈관폐색 물질로 흔히 순간접착제로 알려져 있으며 물과 반응하여 음이온 중합 매카니즘에 의하여 고분자로 중합되며, 의료분야에서는 조직 접착제로 사용되기도 한다. 이 물질은 중합속도가 매우 빠르므로 혈관 폐색용으로 사용될 때에는 빙초산과 혼합하여 반응속도를 조절한다. 이 물질의 단점은 단량체의 중합조절이 매우 어려워 혈관 폐색시 고도의숙련된 기술을 요구되며 주입용 카테타의 막힘 현상이 자주 일어나므로 특수한 주입용 카테타가 필요하다는 것이다. 또한 이 물질은 발암 가능성을 내포하고 있어서 생명이 위독한 경우에만 사용이 추천되고 있다. 또한, 생분해 과정과 분해 산물에 대하여서는 아직도 많은 논란이 되고 있다.
-실리콘
실리콘은 올리고머와 가교제, 그리고 반응 촉매를 혼합하여 동시에 혈관 내에 주입하고, 혼합비에 따라 가교 속도가 조절되도록 하는 것이다 (USP4,551,132, 1982). 실리콘 물질의 장점은 혈액 적합성이 우수하고 발암성이 없으며 가교시간 조절이 용이할 뿐만 아니라, 실리콘은 생체 내에서 다른 물질과 비교시 상대적으로 독성이 적다는 것을 들 수 있으나, 용액의 점도가 높아 주입이 불편하고, 혈관구경이 작을 경우 선택적인 폐색이 어렵다는 단점이 있다.
-순수 에탄올
순수 에탄올은 혈관 내피세포를 손상시키고 조직의 단백질을 변성시켜 혈액의 응고를 유발시키므로 미세 혈관 폐색에 사용된다. 혈관 폐색 물질로 순수 에탄올을 사용할 때 에탄올의 역류를 방지하기 위하여 흔히 풍선형 카테타와 병행하여 사용하기도 한다. 이러한 이유로 에탄올은 뇌혈관 폐색 등에는 사용하기 곤란한 단점이 있다.
-온도 민감성 혈관 폐색 물질
최근에는 온도 민감성 고분자를 액체상태로 주입하였을 때 이 액상 고분자가 인체내에서 고체상으로 상변이가 일어나는 성질을 이용하는 혈관 폐색 방법이 알려져 있다 (USP5,525,334, 1996). 이 고분자는 이소프로필아크릴아미드만을 이용하여 중합한 것으로 상온에서는 액체상을 유지하다가 인체에 주입되면 인체내 온도인 37oC 에서 고체로 상변이를 일으켜 혈관을 폐색시킨다. 그러나, 이 물질은 상변이가 온도차이에만 의존하기 때문에 카테터 관 안에서 상변이가 일어나서 카테타가 막히는 단점을 가지고 있을 뿐만 아니라, 겔 형태를 만들 수가 없어 완벽한 혈관 폐색이 어려운 문제점을 가지고 있었다.
이밖에도, 가교된 폴리아크릴아미드와 같은 고분자로 구형의 미세 겔을 형성하여 이용한 예가 있고[USP4,172,066, 1977 참조], 아크릴로니트릴 유도체, 아크릴릭 에시드 및 에스테르 또는 유도체들과 설포닐 또는 포스포닐 유도체 등의 고분자 물질을 겔 형태로 사용한 예도 있다[USP4,358,355, 1985 참조]. 또한, 이소프로필아크릴아미드를 이온 단량체의 형태로 중합시켜 이온 겔을 만든 후 이를 이용한 예도 있다[USP4,732,930, 1988 참조]. 이러한 겔은 용매의 조성, 온도, pH, 그리고 이온 조성에 반응하여 급격한 부피변화를 보여주는 장점이 있다. 그러나 이러한 외부 변화에 의하여 급격한 부피 변화를 보여주는 겔 형태의 혈관 폐색 물질은 혈관을 완벽하게 차단하지 못하여 겔이 누출될 수 있다는 단점이 있다.
본 발명은 종래의 액상 혈관 폐색 물질이 갖는 상기와 같은 단점을 극복하기 위한 것으로, 단량체의 중합조절, 주입용 카테타의 막힘 현상, 폐색 혈관의 선택성 결여 등을 해결할 수 있으며, 목표 혈관을 완벽하게 폐색 시킬 수 있으면서, 재발이 방지되고, 독성이나 부작용이 최소화된, 새로운 액상 고분자 혈관폐색 물질을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한 상기 혈관폐색물질을 포함하는 혈관폐색용 제약조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서 제공되는 액상 고분자 혈관폐색물질은 온도와 이온 강도 또는 pH가 잘 조화되어야 겔이 만들어지기 때문에 기존의 온도 민감성 고분자의 경우처럼 카테타 내부에서 겔이 되어 관을 막을 걱정이 없으며, 온도와 이온 강도 또는 pH가 적절할 때에는 순간적으로 겔이 되기 때문에 병소 외부로의 누출을 막을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 이미 중합 정제된 고분자를 혈관폐색물질로 사용하므로 인체 내에서의 고분자 반응을 피할 수 있고, 유기 용매를 사용하지 않으므로 용매 유출에 의한 부작용을 피할 수 있으며, 반응에 민감한 부위를 포함한 광범위한 부분의 혈관 폐색에 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 제공되는 합성 공중합체는 비분해성이므로 폐색시킨 혈관에서 혈류의 재발방지 효과를 거둘 수 있다.
또한, 본 발명에서 제공되는 합성 공중합체는 단량체의 조성비 및 중합화 방법에 따라 다양한 분자량 및 점성 특성을 갖는 공중합체로 제조될 수 있으므로, 여러 종류의 혈관 폐색에 사용될 수 있어서 그 유용성이 크다.
또한, 본 발명에 따른 중합체 고분자는 이소프로필아크릴아미드만으로 이루어진 단일 중합체 고분자보다 겔 안정성이 크고, 다른 입자성 폐색 재료 즉, 약물을 봉입할 수 있는 천연(단백질, 다당류등) 및 합성고분자(PVA, PEG-PLLA공중합체등)등으로 이루어진 0.1-100μm 크기를 갖는 마이크로스피어 및 겔의 안정성에 도움을 주는 천연고분자(hyaluronic acid, carboxylated curdlan, pullulan, alginic acid)와 혼합하여 사용할 경우 더욱 뛰어난 겔 안정성을 보인다.
예를 들어, 인공장기를 만드는 조직공학 측면에서 살펴 보면, 인공장기를 만들기 위해서는 많은 양의 세포가 필요하고 이러한 세포는 3 차원적으로 배양하여 얻는다. 세포배양을 위하여는 어떤 지지체 (matrix)에 세포를 고정시켜 배양하고 세포배양이 끝난 다음에는 자발적 분해 또는 인위적인 제거를 통하여 배양된 세포와 지지체를 분리하여야 한다. 그런데, 본 발명에 의해 제조된 고분자를 이 지지체로 사용하면, 세포 배양을 위한 상태(37oC)에서는 고분자 지지체가 겔상태 유지하고 세포배양이 끝난 후 온도를 저하시키면 본 발명의 고분자 지지체가 졸의 액체상태가 되므로 세포와 지지체를 쉽게 분리할 수 있게 된다. 한편, 종래의 이소프로필아크릴아미드만으로 이루어진 중합체는 세포배양을 위한 온도인 37℃에서 지지체로 사용될 수 있을 만큼의 단단한 겔을 형성하지 못하기 때문에 세포배양을 위한 지지체로 사용될 수 없었다.
또한, 항암 치료를 위한 항암제의 전달시스템 측면에서 살펴 보면, 기존 항암제 치료제는 비록 암 세포 부위에 투여하여도 즉시 약물이 확산되어 다른 정상 세포에도 영향을 주어 여러 가지 부작용을 유발시킨다. 그러나, 본 발명에 의해 제조된 고분자와 항암제, 또는 항암제가 봉입된 10 - 1000 nm 크기의 입자 및 1 -1000μm 크기의 입자를 혼합하여 사용하면, 본 발명에 따른 고분자는 투여되는 암 부위의 생리적 상태(온도)에서 즉시 단단한 겔이 되므로 암 부위 이외의 다른 부위로의 약물의 확산을 막아 종래 항암제의 여러 가지 부작용을 줄일 수 있다. 또한, 암 부위는 정상세포 부위와 달리 pH 6.8 정도의 낮은 pH를 갖는 것으로 알려져 있으므로, 암 부위의 pH, 온도에서 단단한 겔이 되는 중합체를 항암제와 혼합하여 사용하면, 암 부위에서 즉시 단단한 겔이 형성되어 항암제가 다른 부위로 확산되는 것을 막을 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 액상 고분자 물질은 항암제 전달 시스템으로도 사용될 수 있다.
도1은 다양한 온도 및 pH에서 Poly(NiPAAm-co-SA)의 수용성/수불용성 영역의 변화를 보여준다(이온 강도 0.15, 농도 0.5 wt%).
본 발명의 혈관폐색물질은 온도에 민감한 물질인 N-이소프로필아크릴아미드(N-isopropylacrylamide, 이하 "NiPAAm"라 함)를 기본 물질로하여 여기에 이온 강도 또는 pH 민감성을 가지고 있는 단량체를 공중합하여 제조되는 고분자이다.
구체적으로 본 발명의 혈관폐색물질은, 약 80% 내지 99% (몰비)의 N-이소프로필아크릴아미드 및 약 1 내지 20%(몰비)의 이온강도 또는 pH 민감성 단량체를 공중합하여 제조되고 분자량이 500,000 내지 5,000,000인 액상 고분자이다.
N-이소프로필아크릴아미드는 온도 민감성 고분자, 공중합체 또는 하이드로겔등에 사용되는 대표적인 단량체이다. 중합된 이소프로필아크릴아미드 호모폴리머 (Poly(NiPAAm))는 수용액 상태에서, 저임계용액온도(Low Critical Solution Temperature;LCST)인 30∼32 ℃ 이상에서는 침전이나 하이드로겔이 수축된 형태를가지고, 저임계용액온도 이하의 온도에서는 물과의 수소결합이 우세하여 용해된 상태이어서 혈관폐색물질로 사용되어 왔다. 즉, 이 고분자를 저온에서 용해시켜 카테타를 통하여 인체에 주입하게 되면, 인체에서 이 용액은 졸 상태에서 고형상태로 바뀌면서 혈관을 폐색시키게 된다. 그러나, 이소프로필아크릴아미드만으로 이루어진 고분자 용액을 혈관폐색에 이용하면 인체내에 삽입되어 있는 카테타가 체온에 의해 온도가 상승하게되면서 카테타 내부에 용액상태로 존재하던 고분자가 겔로 상변이를 일으켜 카테타를 막는 현상이 발생한다. 또한, 이 고분자는 온도에 따라 친수성과 소수성이 급격히 바뀌기 때문에 겔이 생성되는 온도 영역도 매우 좁아 완벽한 겔로 존재하기보다는 고분자의 침전이나 하이드로겔이 수축된 형태로 존재하여 완벽한 혈관폐색을 하기에는 많은 문제점이 있다.
따라서, 본 발명에서는 겔로 상변이되는 온도가 이온 강도 또는 pH에 따라 달라지는 공중합 고분자를 개발함으로써 상기 단점을 해소하였다. 새롭게 개발된 공중합체 고분자는 이온 강도 또는 pH에 의해 상변이를 보이는 임계온도가 변화되기 때문에 카테타를 통하여 고분자 용액을 주입할 때 카테타안에서 겔화가 일어나지 않아 카테타를 막을 염려가 없으며, 보다 넓은 온도 영역에서 겔화 됨으로 완벽한 혈관 폐색을 이룰 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 제조에 사용될 수 있는 이온강도 민감성 단량체의 예로는 아크릴산, 비닐이미다졸, N-acryloyl-histidine, N-acryloyl-histamine, urocanic acid, 2-(1-imidazole)ethylmethacrylate, 4-vinylimidazole, quarternized vinylimidazole 등이 있다.
본 발명에 따른 고분자 제조에 사용될 수 있는 pH 민감성 단량체의 예로는 술파피리딘, 술파메톡시피리다진, 설피조미딘, 술파메타진, 술파디아진 및 술파메티졸와 같은 술폰아미드 그룹과 메타아크릴릭 엑시드등과 같은 카르복실기를 갖는 단량체와 (N,N-dimethylamino)ethyl methacrylate 같은 아민 그룹의 단량체등이 있다.
본 발명에서 특히 개발된 민감성 고분자의 대표적인 예 및 그 특성은 다음과 같다.
- 폴리(N-이소프로필아크릴아미드/아크릴산)
(이하 "Poly(NiPAAm-co-AAc)" 라 칭함)
: 이 고분자는 N-이소프로필아크릴아미드와 아크릴산의 공중합체로서 온도와 이온 강도에 민감한 특성을 가지고 있음.
- 폴리(N-이소프로필아크릴아미드/아크릴산/소듐아크릴레이트)
(이하 "Poly(NiPAAm-co-AAc-co-SAA)" 라 칭함)
: 이 고분자는 Poly(NiPAAm-co-AAc)의 아크릴산 부분을 나트륨으로 치환시킨 것으로 높은 온도에서도 고정화된 겔이 수축된 겔의 형태로 바뀌지 않음.
- 폴리(N-이소프로필아크릴아미드/비닐이미다졸)
(이하 "Poly(NiPAAm-co-VI)" 라 칭함)
: 이 고분자는 N-이소프로필아크릴아미드와 비닐이미다졸의 공중합체로서 poly(NiPAAm-co-AAc)의 경우와 마찬가지로 온도와 이온 강도에 민감한 특성을 가지고 있음.
- 폴리(N-이소프로필아크릴아미드/술폰아미드)
(이하 "Poly(NiPAAm-co-SA)" 라 칭함)
: 이 고분자는 N-이소프로필아크릴아미드와 술폰아미드의 공중합체로 온도와 pH에 민감한 특성을 가지고 있음.
이상을 하기 표에 요약하였다.
고분자 약칭 단량체1 단량체2 특성
Poly(NiPAAm-co-AAc) N-이소프로필아크릴아미드 아크릴산 온도 및 이온강도에 민감
Poly(NiPAAm-co-AAc-co-SAA) N-이소프로필아크릴아미드 아크릴산(아크릴산 부분을 나트륨으로 치환한 것) 높은 온도에서도 고정화된 겔이 수축된 겔의 형태로 바뀌지 않음
Poly(NiPAAm-co-VI) N-이소프로필아크릴아미드 비닐이미다졸 온도와 이온 강도에 민감
Poly(NiPAAm-co-SA) N-이소프로필아크릴아미드 술폰아미드 온도와 pH에 민감
본 발명에서 합성된 공중합체는 수용액 상에서 상변이 형태가 네 가지로 확실히 구별된다. 즉, 투명한 액체상(clean solution), 불투명한 액체상(opaque solution), 안정된 겔상(gel), 그리고 수축된 겔상(shrunken state)이 그것이다. 본명세서에서 "상변이 온도"란 달리 언급이 없는 한 불투명한 액체상에서 안정된 겔상으로 전이되는 온도를 말하고, 이는 바이알을 뒤집었을 때 겔 상태가 1분동안 유지 될 때의 온도로 정하여진다.
이들 공중합체의 액상에서 겔상으로의 상변이는 온도의 지연이나 용매의 방출 없이 이루어진다. 따라서, 겔이 형성된 이후에는 용매를 첨가하여도 다른 전이 온도로 변화시키기 전까지는 녹거나 용매가 흡수되지 않고 그 형태를 유지하는 특성이 있다.
본 발명에서 이온 강도에 민감한 Poly(NiPAAm-co-AAc)와 Poly(NiPAAm-co-VI)은 낮은 이온 강도에서는 액체에서 겔로 상변이를 보이는 온도가 올라가는 특성을 가진다. 따라서 인체에 주입하기전 이 공중합체를 이온 강도 0.15 (인체의 이온 강도) 미만에서 용해시킨 후, 이를 기형혈관에 주입하게되면 카테타 내부에서는 액체상태를 유지하다가 혈액과 만나는 부분에서 비로소 겔이 되도록 할 수 있다.
낮은 이온 강도에서 상변이 온도가 올라가는 이유는 다음과 같이 설명된다. 낮은 이온 강도에서 이들 고분자에 포함되어 있는 아크릴산과 비닐 이미다졸의 용해도는 높은 이온 강도에 비해 증가할 수 있고, 또 이들 고분자와 수소결합을 하고 있는 물들이 이온을 녹이기 위하여 빠져나갈 확률(salt-out 효과)이 적어 친수성을 보인다. 따라서, 낮은 이온 강도에서 이 고분자들은 이소프로필아크릴아미드만의 영향으로 겔이 되어야하며, 또한 온도가 상승할 경우 Poly(NiPAAm)에 비해 더 친수성을 띄기 때문에 상변이를 위해 더 많은 소수성 그룹을 필요로 한다. 따라서, 더 많은 소수성 그룹이 만들어지는 상대적으로 높은 온도에서 상변이가 나타난다. 하지만, 이온 강도가 상대적으로 클 때에는 아크릴산과 비닐 이미다졸이 소수성으로 작용하므로, 약간의 소수성 그룹만 만들어져도 상변이가 일어나게 된다.
Poly(NiPAAm-co-VI)은 이온 강도 0에서 불투명한 액체상이 60oC이상까지 유지되었지만, 이온 강도 0.025부터는 겔화가 진행되며, Poly(NiPAAm-co-AAc)와는 다르게 불투명한 액체상이 아주 작은 온도구간에서 나타나는 특징이 있다. 특히, 이온 강도 0.15에서 불투명한 액체상은 32oC 근방에서 아주 작게 나타난다.
또한, pH 민감성 공중합체인 Poly(NiPAAm-co-SA)의 경우, 술폰아미드가 일정 pH이상에서는 이온화되어 친수성을 보이다 그 이하에서는 소수성을 보이기 때문에 pH가 증가할수록 상변이를 보이는 온도가 올라가게 된다. 그러므로, 인체에 주입하기전 공중합체를 pH 7.4 (인체의 pH) 초과에서 용해시킨 후, 이를 기형혈관에 주입하게되면 카테타 내부에서는 액체상태를 유지하다 혈액과 만나는 부분에서 겔이 된다.
술폰아미드(sulfonamide)는 항생제 또는 킬레이트제 (chelating agent)로 사용되는 물질로 지금까지 15,000종 이상의 유도체가 알려져 있으며, 각기 다른 pKa 값을 가지고 있다. 특히, 이들이 갖는 pKa 값은 생리 pH인 7.4 근처로 다른 pH 민감성 물질보다는 매우 유용하게 사용될 수 있다. 이러한 술폰아미드와 N-이소프로필아크릴아미드가 공중합 될 경우, 이 공중합체가 겔화를 보이는 온도영역은 높은 pH로 갈수록 넓어진다. 즉, pH 7.3에서 겔화 온도영역이 29∼34oC 보였지만, pH 7.8에서는 32∼52oC를 보였다.
또한, 본 발명의 공중합체를 혈관폐색 물질로 사용하기 위해서는 겔 영역이 크면 클수록 유리하므로, 본 발명에서는 위의 공중합체가 안정된 겔상에서 수축된 겔상으로 상변이를 보이지 않도록 하는 것이 유리하다. 본 발명자들은 Poly(NiPAAm-co-AAc)가 온도가 올라가면서 AAc의 카르복실 부분이 탈이온화 되어 소수성으로 바뀌면서 안정된 겔을 이루고 있는 친수/소수 균형이 깨어져 결국 수축된 겔상으로 변한다는 실험결과에 기초하여, 수산화나트륨(NaOH)를 첨가하여 산-염기 반응시켜 폴리이소프로필아크릴아미드/아크릴산/소듐아크릴에이트 (Poly(NiPAAm-co-AAc-co-SAA))를 제조하였다. .
상기 이온강도 민감성 공중합체를 혈관 폐색 물질로 이용하기 위해서는, 이온 강도 0.15 미만에서는 겔화가 일어나는 온도가 37oC이상이어야 하고 0.15에서 32∼36oC 가 되어야 적당하다.
본 발명에 따른 공중합체의 제조에서 N-이소프로필아크릴아미드의 비율은 다른 민감성 단량체에 비해 많은 비중을 차지하게 된다. 바람직하게는 공중합체중 N-이소프로필아크릴아미드가 차지하는 비율이 80∼99 몰% 정도가 되도록 한다. 도1은 N-이소프로필아크릴아미드 비율에 따른 수용성/수불용성 영역의 온도 및 pH 의존적 변화를 보여주는 그래프이다. 이 그래프로부터 N-이소프로필아크릴아미드의 비율이 증가할수록 온도 민감성이 커지고, 술폰아미드 비율이 증가할수록 pH 민감성이 증가하는 것을 알 수 있다.
또한, 혈관 폐색에 이용하기 위해서는 혈류에 의해 분산되지 않고 목적하는 부위에서 겔화를 유도하기 위하여 어느 정도의 점도를 가져야 하는 반면, 점성이 너무 높을 경우 주입시 조작하기 힘들다는 문제가 발생한다. 본 발명자들은 공중합체의 분자량이 500,000∼5,000,000 정도일때 그 점도가 본 발명에 사용되기에 적합하다는 것을 발견하였다.
한편, 본 발명은 본 발명에 따른 액상 고분자 혈관폐색물질을 3-20% 농도로 함유하는 것을 특징으로 하는 혈관폐색용 제약조성물에 관한 것이고, 궁극적으로이 제약조성물을 이용한 혈관폐색 시술에 관한 것이다. 이 제약조성물은 필요에 따라 고분자 겔의 안정성을 향상시키기 위하여 천연다당류 0.1-10%와 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 액상 고분자 혈관폐색물질은 생체내 생리 조건, 즉 온도 37 ℃ 및 이온 강도 0.15 또는 pH 7.4에서 겔화가 되는 특성을 필수적으로 갖고 있다. 따라서, 인체에 주입하기전 본 발명에 따른 혈관폐색물질을 pH 7.4 (인체의 pH) 초과 또는 이온강도 0.15 미만에서 용해시킨 후, 이를 카테타를 통하여 기형혈관에 주입하게 되면, 카테타 내부에서는 액체상태를 유지하다가 혈액과 만나는 부분에서 겔이 되도록 할 수 있고, 이로써 이 물질을 혈관폐색 시술에 사용할 수 있다. 주입환경이 인체와 너무 차이날 경우에는 인체에 손상을 줄 수 있기 때문에 주입환경의 이온 강도는 0∼0.14사이, pH는 7.6∼7.9 사이가 적당하다.
본 발명에 따른 이온강도 민감성 공중합체를 혈관 폐색에 이용하기 위해서는 상변이 온도가 이온 강도 0.15 미만에서는 36 ℃ 이상이 적당하고, 이온 강도 0.15에서는 30∼35 ℃ 정도일 것이 가장 적합하다.
본 발명에 따른 공중합체는 상변이 온도가 공중합체의 농도에 의해서도 변화된다. 이는 공중합체의 농도가 증가함에 따라 물분자가 고분자에 대한 접근성이 감소되고 더불어 이소프로필 그룹간의 소수성작용이 증가되어, 고분자를 둘러싼 물분자의 활동을 감소시키기 때문이라고 생각된다. 소수성 작용에서 중요한 작용을 하는 수소결합과 반데르발스 인력과 같은 상호작용은 고분자간의 거리에 반비례하므로 소수성작용은 고분자 농도와 연관된다.
따라서 본 발명의 공중합체를 혈관 폐색에 이용하기 위한 농도는 상변이 온도가 이온 강도 0.15에서 30∼35 ℃ 범위내이고, 37 ℃에서 안정한 겔을 형성하며 온도를 43℃ 이상까지 올렸다가 내려도 히스테리시스(hysterisis)가 일어나지 않는 농도로 선택하여야 한다. 본 발명자들의 실험결과 3-20 %의 농도가 적합하였다. 일단 형성된 겔은 온도가 43℃까지 상승하여도 수축된 겔로 상변이가 일어나지 않는 게 바람직하다. 수축된 겔로의 상변이 온도가 높을수록 좋은데 이는 겔이 그 만큼 안정하다는 것을 의미하기 때문이다. 따라서, 더욱 바람직하게는 80℃까지 승온하여도 안정된 겔에서 수축된 겔로의 상변이가 없는 고분자 공중합체가 본 발명에 가장 적합하다.
본 발명의 고분자는 그 단량체의 조성비 및 중합화 방법에 따라 다양한 중합체를 제조할 수 있어서 다양한 부위의 혈관폐색에 사용될 수 있다. 예를 들어 혈류가 빠른 부위의 경우 혈류에 의하여 겔이 제거되는 것을 방지하기 위하여 고 점성인 이소프로필아크릴아미드와 아크릴산 공중합체를 7 %이상의 농도로하여 사용하는 것이 유리하고, 비교적 혈류가 느린 부위에서는 주입시 편의성을 고려하여 이소프로필아크릴아미드와 비닐이미다졸 또는 술폰아마이드와의 공중합체가 유리하다.
이하 본 발명을 다음의 실시예와 시험예에 의하여 더욱 상세히 설명하고자 한다. 그러나 이들 실시예와 시험예는 본 발명의 이해를 더욱 용이하게 하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> Poly(NiPAAm-co-AAc)의 합성
N-이소프로필아크릴아미드에 대하여 2.0 몰%의 아크릴산을 함유한 공중합체의 합성을 다음과 같이 수행하였다. 용매로써 단량체 농도의 10 wt%의 벤젠을 사용하였으며 개시제로 7×10-3(몰/몰)의 아조비스이소부틸로니트릴(AIBN)을 사용하였다. 중합 전에 반응물을 건조한 질소가스로 30분간 버블링 하고, 다시 30분간 탈기하여 반응이 용이한 상태로 만들었다. 60 ℃에서 16시간동안 반응을 수행하면, 고분자가 침전되었다. 이 침전물을 아세톤/메탄올(90/10V/V%)에 녹이고 이 용액을 다시 디에틸 에테르에 침전시키고, 3일간 진공 하에서 건조시켰다. 건조된 반응물을 분자량 15,000 크기의 반투과막을 이용하여 증류수 하에서 투석시켜 미 반응 단량체를 일주일간 제거하고, 동결 건조시켜 결과물을 수득하였다.
<실시예 2> Poly(NiPAAm-co-AAc)의 합성
다른 몰 비의 Poly(NiPAAm-co-AAc) 공중합체를 실시예 1과 같은 실험 방법으로 합성하였다. 사용된 이소프로필아크릴아미드와 아크릴산의 사용 몰 비는 표 2와 같다.
Poly(NiPAAm-co-AAc)의 주입 몰 비
실시예 이소프로필아크릴아미드 몰 비 아크릴산 몰 비
1 98 2
2 95 5
<실시예 3> Poly(NiPAAm-co-AAc-co-SAA)의 합성
실시예 1에 의해 제조된 공중합체 5 wt%를 3차 증류수에 녹인 후 여기에 포함되어 있는 아크릴산의 몰 비와 같은 몰 비의 수산화나트륨을 넣고 상온에서 24시간 동안 반응시켰다. 반응 후 이 물질을 디에틸 에테르에 침전시키고, 3일간 진공하에서 건조하여 표제의 고분자를 얻었다.
<실시예 4∼7> Poly(NiPAAm-co-AAc-co-SAA)의 합성
일련의 Poly(NiPAAm-co-AAc-co-SAA) 시리즈를 실시예 3과 같은 실험방법을 이용하여 합성하였다. 사용된 Poly(NiPAAm-co-AAc)와 수산화나트륨의 사용 몰 비가 표 3에 표시되어 있다.
Poly(NiPAAm-co-AAc-co-SAA)의 조성
실시예 Poly(NiPAAm-co-AAc) 중 AAc의 몰 수 NaOH의 사용 몰 수
3 2 2
4 2 1
5 2 0.66
6 2 0.50
7 2 0.25
<실시예 8> Poly(NiPAAm-co-VI)의 합성
이소프로필아크릴아미드에 대하여 2.0 몰%의 비닐이미다졸을 함유한 공중합체를 다음과 같이 합성하였다. 용매로써 단량체 농도의 10 wt%의 벤젠과 7×10-3(몰/몰)의 개시제인 AIBN을 사용하여 공중합하였다. 중합 전에 건조한 질소가스로 30분간 버블링 하고, 다시 30분간 탈기하여 반응이 용이한 상태로 만들었다. 60 ℃에서 16시간동안 반응시키면 고분자가 침전되었다. 반응 후 열을 가하면서 아세톤/메탄올(90/10V/V%)에 녹이고 이 용액을 디에틸 에테르에 침전시키고, 3일간 진공 하에서 건조시켰다. 건조된 반응물을 분자량 15,000 크기의 반투과막을 이용하여 증류수 하에서 투석시켜 미 반응물을 일주일간 정제하고, 동결 건조시켜 결과물을 수득하였다.
<실시예 9> Poly(NiPAAm-co-VI)의 합성
다른 몰 비를 갖는 Poly(NiPAAm-co-VI) 공중합체를 실시예 8와 같은 실험 방법에 의하여 합성하였다. 사용된 이소프로필아크릴아미드와 비닐이미다졸의 사용 몰 비는 표 4에 표시되어 있다.
Poly(NiPAAm-co-VI)의 조성
실시예 이소프로필아크릴아미드 몰 비 비닐이미다졸 몰 비
8 98 2
9 95 5
<실시예 10> 이중결합을 갖는 술폰아미드 단량체의 합성
10 mmole의 술폰아미드(술파메톡시피리다진)과 10 mmole의 메타크릴로일 클로라이드를 40-60 mL의 물/아세톤 공용매상에 용해 시킨 후 10 mmole 수산화나트륨(NaOH)을 넣고 10oC에서 하루동안 격렬하게 반응시킨 후 침전물을 여과하여 25oC, 진공하에서 이틀간 건조시켜 이중 결합구조를 갖는 술폰아미드 단량체를 합성하였다.
<실시예 11> Poly(NiPAAm-co-SA)의 합성
이소프로필아크릴아미드에 술폰아미드 단량체를 97.5:2.5의 몰 비로 하여 디메칠술폭시드 (DMSO)에 50 wt/v%가 되도록 용해시킨 후 개시제인 AIBN (0.2 몰%)을 사용하여 공중합하였다. 중합전에 건조한 질소가스로 30분간 버블링 하고, 다시 30분간 탈기하여 반응이 용이한 상태로 만들었다. 반응은 65 ℃에서 24시간동안 진행시켰다. 반응물은 1주일간 투석 막 (Cutoff: 2,500)을 이용하여 투석시켰다. 이런과정을 pH를 조정하면서 10회 반복하였다. 동결 건조 후 최종 생성물을 수득하였다.
<실시예 12∼15> Poly(NiPAAm-co-SA)의 합성
일련의 Poly(NiPAAm-co-SA) 시리즈를 실시예 11과 같은 실험방법을 이용하여 합성하였다. 이소프로필아크릴아미드와 술폰아미드의 사용 몰 비가 표 5에 표시되어 있다.
Poly(NiPAAm-co-SA)의 조성
실시예 이소프로필아크릴아미드 몰 비 썰폰아미드 몰 비
11 97.5 2.5
12 95 5
13 90 10
14 85 15
15 80 20
<시험예 1> 다양한 이온 강도에서 Poly(NiPAAm-co-AAc)의 상변이
실시예 1, 2에 의해 제조된 두 종류의 Poly(NiPAAm-co-AAc) 공중합체는 이온 강도에 따라 상변이 온도가 변화되는 것이 관찰되었다. 상변이 온도 측정 방법은 각각의 농도 수용액 5 wt%를 0.5 ℃씩 온도를 올려가며 항온조에서 5시간마다 측정한다. 투명한 액체상과 불투명한 액체상의 구분은 처음 용액의 투과도를 100 %로 보고 이 투과도가 50 %로 떨어질 때의 온도로 정하며, 졸-겔 전이 온도는 바이알을 뒤집었을 때 겔 상태가 1분을 유지 될 때를 겔 상변이 온도로 정한다.
실시예 1에 의해 제조된 공중합체의 상변이 특성은 표 6에 표시되었다.
5 wt%의 Poly(NiPAAm-co-AAc)(실시예 1의 경우) 상변이 온도(단위 : ℃)
이온 강도 투명한 액체상에서불투명한 액체상으로 상변이되는 온도
불투명한 액체상에서 겔로 상변이되는 온도 안정된 겔에서 수축된 겔로 상변이되는 온도
0 32
36 45
0.15 30
33 42
위의 결과는 실시예 2에 의해 만들어진 5 wt%의 Poly(NiPAAm-co-AAc) (95:5) 공중합체에서도 유사하게 관찰되었다.
<시험예 2> 다양한 농도에서의 Poly(NiPAAm-co-AAc)의 상변이
공중합체의 상변이 온도는 수용액중 고분자의 농도에 영향을 받는다. 특히 졸-겔 상변이 온도가 가장 큰 영향을 받는다. 이 결과를 보면 실시예 1에 의해 공중합된 공중합체의 농도가 3 wt% 이상의 농도에서 겔이 형성되지만, 3∼4 wt%의 농도에서 형성되는 겔은 상당히 불안정한 겔이 만들어진다. 그러나 5 wt%이상의 농도에서는 37 ℃에서 안정한 겔을 형성하며 온도를 43 ℃까지 올렸다가 내려도 히스테리시스 (hysterisis)가 일어나지 않음을 알 수 있었다.
실시예 1에 의해 제조된 공중합체의 다양한 농도에서의 상변이 온도가 표 7에 표시되었다.
다양한 농도에서의 Poly(NiPAAm-co-AAc)(실시예 1의 경우) 상변이 온도의 변화 (이온 강도 0.15)(단위 : ℃)
농도 투명한 액체상에서불투명한 액체상으로 상변이되는 온도 불투명한 액체상에서 겔로 상변이되는 온도 안정된 겔에서 수축된 겔로 상변이되는 온도
3 32 37 41
4 32 35 42
5 30 33 42
6 30 32 43
7 29 31 43
8 29 31 44
9 29 30 44
10 29 30 45
<시험예 3> 빛 산란법을 이용한 Poly(NiPAAm-co-AAc)의 겔화 현상 분석
Poly(NiPAAm-co-AAc)의 이온화 강도에 따른 겔화 현상을 규명하기 위하여 빛 산란법을 이용하였다. Poly(NiPAAm-co-AAc) 5.0 wt%를 각각 이온 강도를 0과 0.15로 맞추어 온도를 올려가며 Poly(NiPAAm-co-AAc) 공중합체의 입자크기의 변화를 관찰한 결과, 이온 강도가 0일 경우 입자의 크기는 온도가 30 ℃를 넘어서면서 증가함을 알 수 있었다. 이렇게 증가한 입자의 크기는 33 ℃에서 약 2500 nm까지 증가한 후 감소하여 35 ℃에서 200 nm를 보인다음 다시 증가하여 38 ℃에서 8700 nm로 가장 큰 크기를 보여준다. 33 ℃에서 큰 입자 크기를 보이는 이유는, 29 ℃에서 Poly(NiPAAm-co-AAc)가 투명한 액체상에서 불투명한 액체상으로 상변이를 일으켜 미세한 입자를 형성한 후, 거대한 구조인 겔을 이루기 위하여 미세 입자들이 서로 응집하여 거대 입자를 형성하기 때문으로 생각되며, 온도가 더 올라갔을 때 입자 크기가 작게 나오는 이유는, 이 보다 더 큰 입자는 빛 산란 장치를 이용하여 측정하기 불가능하였기 때문이라고 생각된다. 또한, 38 ℃에서 가장 큰 입자크기를 보인 이유는 공중합체가 겔화 되었다가, 겔이 수축된 겔 (shrunken state)의 형태로 변화되면서 수축된 겔들에 있는 소수성 그룹들간의 상호작용으로 인하여 큰 응집체가 만들어지기 때문이라고 생각된다.
이온 강도가 0.15일 경우 입자의 크기는 이온 강도가 0일 때와 마찬가지로 온도가 30 ℃를 넘어서면서 증가하여 33 ℃까지 증가하였지만, 그때의 입자 크기는 약 250 nm로 이온 강도 0일 때의 2500 nm보다는 훨씬 적었다. 이러한 현상은 Poly(NiPAAm) 자체의 소수결합에 의한 겔화를 의미하는데, 이러한 겔화는 이소프로필아미드 단량체가 아크릴산과 공중합체를 형성할 때 아크릴산의 반응성이 커서 아크릴산이 먼저 중합이 되어 이소프로필아크릴아미드가 Poly(NiPAAm)으로만 형성되어져 있는 부분이 존재하기 때문이다. 또한, 43 ℃에서 10000 nm이상으로 크게 나타난 후 다시 줄어드는 이유는 공중합된 아크릴산이 이온 강도에 민감하여 겔에서 수축된 겔의 형태로 변화되는데 영향을 주었기 때문이라고 생각된다.
<시험예 4> Poly(NiPAAm-co-AAc-co-SAA)의 상변이
실시예 3∼7에 의해 제조된 공중합체의 상변이 특성이 표 8에 표시되었다. 이 결과를 보면 NaOH가 0.25몰이상 첨가되었을 때 이 고분자는 안전된 겔에서 수축된 겔로의 상변이가 일어나지 않음을 알 수 있다. 이것은 겔의 안정성이 매우 향상되었음을 의미한다.
Poly(NiPAAm-co-AAc-co-SAA)의 상변이 온도의 변화 (단위 : ℃)(5 wt%, 이온강도 0)
실시예 투명한 액체상에서불투명한 액체상으로 상변이되는 온도 불투명한 액체상에서 겔로 상변이되는 온도 안정된 겔에서 수축된 겔로 상변이되는 온도
3 34 41 상변이 없음
4 33 37 상변이 없음
5 32 36 상변이 없음
6 32 36 상변이 없음
7 32 35 상변이 없음
<시험예 5> Poly(NiPAAm-co-VI)의 이온 강도에 따른 겔화
실시예 8∼9에 의해 제조된 Poly(NiPAAm-co-VI) (5 wt%)의 이온 강도에 따른 상변이 결과가 관찰되었다. 그 결과는 표 9, 10에 나타나 있다.
5 wt%의 Poly(NiPAAm-co-VI) (실시예 8의 경우) 상변이 온도(단위 : ℃)
이온 강도 투명한 액체상에서불투명한 액체상으로 의 상변이되는 온도 불투명한 액체상에서 겔이되는 상변이되는 온도 안정된 겔에서 수축된 겔로 상변이되는 온도
상변이 없음
0 33 75
0.03 32 34
45
0.05 32 33
70
0.10 31 33
37
0.15 31 32
35
0.30 30 31
45
0.40 29 30
33
표9와 같이 Poly(NiPAAm-co-VI)은 이온강도가 0인 경우, 아주 높은 온도에서도 겔화나 수축된 겔로의 상변이를 보이지 않는다. 이는 실제로 사람의 몸속으로 카테터를 통하여 주입했을 때 단순히 온도에 의해서 상변이가 되지 않음을 말해주고 카테터 역시 이러한 상변이에 의해서는 막히지 않음을 보여주고 있다. 이온 강도의 증가는 이온 강도 0인 경우와 달리, 겔화와 수축된 겔로의 상변이를 유도하였다. 이러한 이온 강도 증가에 따른 상변이는 사람의 생리조건인 이온 강도 0.15에서 겔화됨을 알 수 있다.
5 wt%의 Poly(NiPAAm-co-VI) (실시예 9의 경우) 상변이 온도(단위 : ℃)
이온 강도 투명한 액체상에서불투명한 액체상으로 상변이되는 온도 불투명한 액체상에서 겔로 상변이되는 온도 안정된 겔에서 수축된 겔로 상변이되는 온도
0 35 65 상변이 없음
0.03 33.5 35 38
0.05 33 34 44
0.10 32 33 55
0.15 32 33 56
0.20 31 32 55
0.30 30 31 42
0.40 29 30 32
표 9와 마찬가지로, 고분자 용액은 이온 강도 0에서는 불투명한 용액으로의 상변이 이외에는 어떠한 상변이도 나타내지 않았다. 이온 강도의 증가에 따라 안정된 겔화가 이루어졌고 생리 조건(이온 강도 0.15, 체온 37 ℃)에서도 혈관 폐색에 알맞은 안정된 겔화의 상태를 유지하였다.
<시험예 6> Poly(NiPAAm-co-VI)의 농도에 따른 겔화
실시예 8∼9에서 제조된 두 종류 Poly(NiPAAm-co-VI) 공중합체의 농도에 따른 겔화 실험이 3∼10 wt% (이온 강도 0.15) 용액에서 행해졌다. 실시예 8의 경우, 3∼6 wt%까지 32∼37oC의 겔화 구간을 보였으며, 7 wt%이상의 농도에서는 30∼35oC로 나타났다. 실시예 9의 경우에는 실험된 모든 농도에서 겔화가 시작된 온도는 약 32∼33oC 이었으며, 약간의 차이는 있었지만 모두 유사한 값을 가졌다. 또한 겔화 온도구간는 3 wt%에서 33∼42oC까지 이였고, 농도가 증가함에 따라 겔 구간이 증가하여, 7 wt% 에서는 33∼70oC로 매우 넓은 구간을 가지게 되었다. 하지만, 8∼10 wt% 농도에서는 32∼37oC까지의 좁은 겔화 구간을 나타냈었다. 자세한 내용은 표 11∼12에 나타내었다.
다양한 농도에서의 Poly(NiPAAm-co-VI)(실시예 8의 경우) 상변이 온도의 변화 (pH 7.4, 이온 강도 0.15)(단위 : ℃)
농도 투명한 액체상에서불투명한 액체상으로 의 상변이되는 온도
불투명한 액체상에서 겔이되는 상변이되는 온도 안정된 겔에서 수축된 겔로 상변이되는 온도
3 31
32 35
4 31
32 35
5 31
32 35
6 31.5
32 35
7 29
31 35
8 29
31 35
9 29
31 35
10 29
31 36
표11에서 보는 바와 같이, 농도에 따른 고분자 용액의 상변이가 사람의 생리조건에서 관찰되었다.
다양한 농도에서의 Poly(NiPAAm-co-VI)(실시예 9의 경우) 상변이 온도의 변화 (pH 7.4, 이온 강도 0.15)(단위 : ℃)
농도 투명한 액체상에서불투명한 액체상으로 의 상변이되는 온도 불투명한 액체상에서 겔이되는 상변이되는 온도 안정된 겔에서 수축된 겔로 상변이되는 온도
3 32 33 42
4 32 33 49
5 32 33 47
6 32 33 41
7 31.5 32 70
8 31 32 37
9 31 32 37
10 31 32 37
표 12 역시 농도에 따른 고분자 용액의 상변이가 사람의 생리조건에서 관찰되었다. 혈관 폐색 물질로서의 적절한 농도 조건을 찾기 위해 3-10 wt%까지 조사되었으며 모든 온도 구간에서 안정된 겔을 보여주었다. 그러나 실제 혈관으로 주입시 너무 높은 점도는 일정한 양의 고분자 용액을 주입하기 어렵게 함으로 5-7 wt%가 가장 적당하다.
<시험예 7> 빛 산란법을 이용한 Poly(NiPAAm-co-VI)의 겔화 현상 분석
Poly(NiPAAm-co-AAc)와 비슷하게 빛 산란법을 이용하여 Poly(NiPAAm-co-VI)의 겔화 현상이 규명되었다. 실시예 9의 공중합체 0.2 wt%의 경우, 이온 강도 0에서 온도가 25oC에서 33oC로 증가시킬 때 입자의 크기는 40∼45 nm로 거의 비슷하였지만, 33oC부터 입자크기가 크게 증가하여 37oC에서는 68 nm를 보였다. 이러한 크기는 온도가 45oC까지 계속 증가하여도 거의 변화가 없었다. 이러한 결과는 Poly(NiPAAm-co-AAc)의 경우와는 다른 결과로 Poly(NiPAAm-co-VI)의 경우는 이온 강도 0에서는 겔이되지 않고 입자형태로 존재한다는 것을 의미한다.
<시험예 8> 다양한 온도와 pH에서 Poly(NiPAAm-co-SA)의 수용성/불수용성 영역의 변화
Poly(NiPAAm-co-SA) 공중합체들의 온도와 pH에 의한 수용성과 불수용성이 투과도를 이용하여 측정되었다 [도 1]. 투과도가 50 %이하로 떨어지는 경우를 불수용성으로 한다. 이 공중합체는 술폰아미드 비율이 크면 클수록 pH에 의해 수용성과 불수용성이 구별되어지지만, 반대로 술폰아미드의 비율이 적어지면 온도에 의해 수용성과 불수용성 영역이 구별된다.
<시험예 9> Poly(NiPAAm-co-SA) (실시예 12)의 pH에 의한 상변이 온도
실시예 12에 의해 제조된 공중합체는 pH에 따라 상변이 온도가 민감하게 변화됨을 보였다. 이 공중합체는 pH 7.3에서 투명한 액체상에서 불투명한 액체상으로 상변이가 일어나는 온도는 25oC 이였으며, pH 7.8까지 이 온도는 크게 변화되지 않았다. 하지만, 겔화의 온도영역은 pH 7.3에서 29∼34oC, pH 7.8에서는 32∼52oC로 각기 틀리게 나타남을 보였다 [표 13].
다양한 농도에서의 Poly(NiPAAm-co-SA)(실시예 12의 경우) 상변이 온도의 변화 (이온 강도 0.15)(단위 : ℃)
pH 투명한 액체상에서불투명한 액체상으로 상변이되는 온도 불투명한 액체상에서 겔로 상변이되는 온도 안정된 겔에서 수축된 겔로 상변이되는 온도
7.3 25 29 34
7.4 25.5 30 37
7.5 25.5 30.5 41
7.6 26 32 44
7.7 26 33 47
7.8 26 32 52
<시험예 10> 동물실험에 의한 혈관폐색 확인
실시예 1에 의해 제조된 P(NiPAAm-co-AAc)를 이온 강도 0.10, pH 7.4의 용액에 농도를 5, 10 wt%로 용해시켜 5마리의 실험용 개에 주입한 후 고분자 용액의 혈관 폐색능을 살펴보았다. 그 결과 공중합체가 카테터를 통해 주입되어 혈류에 도달하였을 때 혈류의 유속에 따라 혈관 폐색이 달라짐을 관찰하였다. 5 wt%의 경우 공중합체의 점성이 낮아 혈류가 빠른 곳에서는 겔화 현상을 보이지 못하고 흩어져 버리는 현상이 관찰되었다. 하지만 용액들이 모세혈관과 같은 혈류가 그다지 빠르지 않은 곳에서는 혈관에 실타래와 같은 모양으로 쌓여 혈관을 폐색 하는 것이 관찰되었다. 이에 반하여 10 w%의 공중합체를 혈관 폐색 물질로 사용하였을 경우 공중합체 수용액이 카테터에서 혈관으로 빠져 나오면서 겔을 형성하는 것이 관찰되었다. 이는 혈류가 빠른 큰 혈관에서 이 공중합체가 큰 효과를 나타냄을 알 수 있었다.
<시험예 11> 생체외(in vitro) 모델에서의 겔의 형태 확인
실시예 4 에 의해 제조된 Poly(NiPAAm-co-VI)를 이온 강도 0인 용액에 5 wt%로 용해시킨 후 1 m 길이의 카테타를 이용하여, 이온 강도 0.15, 온도 37oC, pH 7.4의 가상혈액에 주입한다. 카테타를 타고 주입된 이 공중합체는 가상혈액과 접촉되었을 때, 접촉부분에서부터 순간적으로 겔이 생성되었고, 겔은 풍선이 부푼 형태로 확장됨이 관찰되었다.
<시험예 12> Poly(NiPAAm-co-AAc) 분자량 측정
실시예 1, 2에 의해 합성된 Poly(NiPAAm-co-AAc)의 분자량은 빛 산란법에 의해 측정된다. 먼저, 제조된 고분자를 각각 4개의 다른 농도(0.1, 0.2, 0.3, 0.4 W/V%)로 메탄올에 녹여서 주사기용 여과막(공극 크기 0.2μm)을 이용하여 불순물을 제거한다. 이렇게 제조된 용액은 일단 각 농도에 따라 굴절율을 측정한 다음 25℃에서 He/Ne 레이저를 사용하여 40°∼ 140°에서 빛 산란이 측정된다. 중량 평균 분자량은 Zimm 도표로 계산되고 1,050,000∼1,800,000 사이의 값을 가진다.
<시험예 13> Poly(NiPAAm-co-VI) 분자량 측정
실시예 8, 9에 의해 합성된 Poly(NiPAAm-co-VI)의 분자량은 시험예 10과 같은 방법으로 측정된다. 중량 평균 분자량은 Zimm 도표로 계산되고 1,000,000∼1,500,000 사이의 값을 가진다.
본 발명에서 제조된 액상고분자 혈관폐색물질은 온도와 이온 강도 또는 pH가 잘 조화되어야 겔이 만들어지기 때문에 기존의 온도 민감성 고분자의 경우처럼 카테타 내부에서 겔이 되어 관을 막을 걱정이 없으며, 온도와 이온 강도 또는 pH가 적절할 때에는 순간적으로 겔이 되기 때문에 병소 외로의 누출을 막을 수 있다는 장점이 있으며, 목표혈관의 완벽한 폐색이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 혈관폐색물질을 이용한 혈관폐색 치료법에서는, 중합후 정제단계를 거친 액상고분자를 투여하므로 생체 내에서의 불순물 고분자로 인한 부작용을 피할 수 있고 유기 용매를 사용하지 않으므로 용매 유출에 의한 부작용을 피할 수 있으며, 중합화 반응에 민감한 부위를 포함한 광범위한 부분의 혈관 폐색에 사용할 수 있다는 장점을 갖는다.
또한, 본 발명 따른 액상 고분자 공중합체 혈관폐색물물질은 비분해성이므로 폐색시킨 혈관에서의 혈류의 재발방지 효과를 거둘 수 있다.
본 발명에서는 단량체의 조성비 및 중합화 방법을 조절하여 다양한 분자량 및 점성의 특성을 갖는 공중합체를 제조할 수 있어서, 여러 종류의 혈관 폐색에도 사용될 수 있어서 그 응용성이 크다.
또한, 이들 고분자는 겔안정성이 우수한 단단한 겔을 형성하는 특징이 있으며, 다른 입자성 폐색 재료 및 겔의 안정성에 도움을 주는 천연고분자와 혼합하여 사용할 경우 더욱 뛰어난 겔 안정성을 보이므로, 본 발명의 고분자는 세포배양을 위한 세포외 지지체(extracellular matrix) 또는 항암제 약물 전달 시스템으로 사용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 약 80% 내지 99% (몰비)의 N-이소프로필아크릴아미드 및 약 1 내지 20%(몰비)의 이온강도 또는 pH 민감성 단량체를 공중합하여 제조되고 분자량이 500,000 내지 5,000,000인 액상 고분자 혈관폐색물질.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이온강도 민감성 단량체가 아크릴산인 액상 고분자 혈관폐색물질.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이온강도 민감성 단량체가 비닐이미다졸인 액상 고분자 혈관폐색물질.
  4. 제1항에 있어서, 상기 pH 민감성 단량체가 술폰아미드 유도체인 액상 고분자 혈관폐색물질.
  5. 제4항에 있어서, 상기 술폰아미드 유도체가 술파피리딘, 술파메톡시피리다진, 설피조미딘, 술파메타진, 술파디아진 및 술파메티졸로 이루어진 군에서 선택되는 액상 고분자 혈관폐색물질.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 43℃ 이하에서 안정된 겔에서 수축된 겔로의 상변이가 없는 것을 특징으로 하는 액상 고분자 혈관폐색물질.
  7. 제6항에 있어서, 80℃ 이하에서 안정된 겔에서 수축된 겔로의 상변이가 없는 것을 특징으로 하는 액상 고분자 혈관폐색물질.
  8. 제2항에 있어서, 상기 액상 고분자중 아크릴산 부분을 나트륨으로 치환시켜 제조되는 폴리(N-이소프로필아크릴아미드/아크릴산/소듐아크릴레이트)인 액상 고분자 혈관폐색물질.
  9. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 따른 액상 고분자 혈관폐색물질을 3-20%의 농도로 함유하고, 임의로 겔안정화 물질을 0.1 내지 10% 함유하는 것을 특징으로 하는 혈관폐색용 제약조성물.
  10. 제9항에 있어서, 상기 겔안정화 물질이 천연고분자 또는 합성고분자인 제약조성물.
  11. 세포외 지지체(extracellular matrix)로서 사용되는 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 따른 액상 고분자물질.
  12. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 따른 액상 고분자 물질 및 임의의 항암제를 혼합하여 제조되는 약물계로서 암 부위에 투여시 즉시 겔화되는 것을 특징으로 하는 항암제전달계.
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