KR100449893B1 - 폴리에틸렌글리콜을 포함하는 생분해성 고분자를 이용한제자리 임플란트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생분해성 고분자를 이용한 제자리 임플란트 조성물로서,

폴리에틸렌글리콜과 지방족 폴리에스테르계 고분자의 공중합체를 포함하는 생분해성 고분자와, 상기 생분해성 고분자를 용해하기 위해 적절히 선택된 용매 및, 상기 용매에 균일하게 분산되며 생분해성 고분자를 매개하여 체내 전달이 요구되는 소정의 의약제제가 포함됨을 특징으로 하는 제자리 임플란트 조성물을 개시한다. 상기 구성에 의하면 고분자 메트릭스의 용해도가 개선되며, 산도저하에 의한 단백질 약물의 변성문제가 동시에 해결가능하다.

Description

폴리에틸렌글리콜을 포함하는 생분해성 고분자를 이용한 제자리 임플란트 조성물{Composition of In Situ Implant Using Biodegradable Polymer Containing Polyethyleneglycol}

본 발명은 생분해성 고분자를 이용한 제자리 임플란트 조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 기존의 고분자 메트릭스에 수정을 가하여 용해도가 개선되며, 산도저하에 의한 단백질 약물의 변성문제가 동시에 해결되는 신규 임플란트 조성물을 개시한다.

생분해성 고분자 메트릭스의 임플란트를 이용한 약물 전달은 다음과 같은 장점이 있다. 첫째 고분자-약물 복합체의 체내 투입 후에 생분해성 고분자의 가수분해에 의한 약물전달의 조절이 용이하고, 둘째, 체내 생성된 임플란트의 제거에 있어서 외과수술과 같은 과정이 필요없다.

또한 고분자-약물 복합체를 미립구 형태로도 제조하는 것이 가능하지만 제조 과정이 복잡하며, 체내로 주입된 후에 합병증이 유발될 경우 제거하기가 어렵다는 단점이 있다. 그리고, 대부분의 경우, 미립구의 제조나 주입에 인체에 유해한 유기용매가 필요하기 때문에 이로 인한 단백질의 변성 또는 방출시의 단백질 재현성 문제와 용매의 체내 유해성 문제 등이 발생하며, 미립구 제조공정이 복잡하여 제조단가가 높아지는 단점이 있다.

제자리 임플란트의 경우 주사용 용매에 녹아있는 고분자에 약물을 분산한 복합체를 주사하게되면 고분자가 체내의 물과 접촉함으로써 고형화되어 순간적으로 약물을 고분자 메트릭스에 가두게 되어, 외과 수술의 도움없이도 체내에서 신속하게 임플란트를 형성하는 장점이 있다. 즉, 근육조직이나 피하조직에 주사제를 투입하였을 경우 고분자 메트릭스의 물에 대한 불용성과 주사제와 물의 용해성 때문에 주사제가 체내로 확산되고, 고분자 메트릭스가 고형화되어 임플란트가 형성된다. 특히 제자리 임플란트 시스템에서는 기존의 의료용으로 사용되고 있는 주사제를 용매로 사용하고 있기 때문에 용매의 단백질과 체내에서의 유해성이 없으며, 제조 공정이 간단하고 환자에게 혐오감을 주지 않는다는 장점이 있다.

그러나 이러한 장점에도 불구하고 지금까지의 제자리 임플란트 시스템의 경우 고분자의 용매에 대한 용해도가 낮고 점도가 높아 주사시 환자의 고통이 수반되며, 주사 후 고분자 메트릭스의 분해에 따른 급격한 카르복실산의 증가로 인해 고분자 매트릭스의 산도가 저하되고 따라서 단백질 약물의 변성이 문제시되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같이 종래 제자리 임플란트 시스템이 가지는 문제에 대한 해결 방안으로서 고분자 메트릭스의 용매에 대한 용해도를 개선하면서, 메트릭스의 분해에 따른 산도 저하를 방지할 수 있는 신규 고분자 메트릭스를 포함하는 임플란트 조성물을 제공함에 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 제자리 임플란트 사진

(a) 대조구(PLGA2), (b) PLLA-g-PEG

도 2는 본 발명에 의한 제자리 임플란트를 대상으로 한 단백질 약물방출 특성 결과그래프

도 3은 본 발명에 의한 제자리 임플란트를 대상으로 한 점도측정 결과그래프

도 4는 본 발명에 의한 제자리 임플란트의 표면사진

(a) 대조구(PLGA 2), (b) PLGA1-b-PEG

도 5는 본 발명에 의한 제자리 임플란트의 산도측정 결과그래프

도 6은 단백질의 안정성 측정결과사진[(a) 마커, (b) bST, (c) PLGA2, (d) PLGA3, (e) PLGA1-b-PEG, (f) 및 (g) PLLA-g-PEG.]

본 발명은 제자리 임플란트 조성물로서,

폴리에틸렌글리콜과 지방족 폴리에스테르계 고분자의 공중합체를 포함하는 생분해성 고분자, 상기 생분해성 고분자를 용해하기 위해 적절히 선택된 용매 및 상기 용매에 균일하게 분산되며 생분해성 고분자를 매개하여 체내 전달이 요구되는 소정의 의약제제가 포함됨을 특징으로 하는 제자리 임플란트 조성물을 포함한다.

생분해성 고분자는 생체적합하여야 하며, 사용되는 용매에 대한 용해도가 우수한 고분자 중에서 선택되어져야 한다. 본 발명에 사용가능한 생분해성 고분자의 예로서는 락틱산, 글리콜릭산, 카프로락톤, 디옥사논, 트리메틸 카보네이트에서 선택된 단일중합체 또는 이들의 공중합체 등으로 구성되는 지방족 폴리에스테르계 고분자가 있다. 하지만 이들 고분자 자체만으로는 상기한 바와 같은 문제점을 지니고 있어 메트릭스 자체에 대한 수정이 요구된다.

본 발명의 제자리 임플란트용 생분해성 고분자는 용해도의 개선과 산도저하에 의한 단백질 약물의 변성문제를 동시에 해결하기 위해 폴리에틸렌글리콜을 도입한다. 폴리에틸렌 글리콜의 도입은 상기 적어도 1종의 지방족 폴리에스테르계 고분자와의 공중합에 의해 구현이 가능하며, 바람직하기로는 블록 공중합 또는 그라프트 공중합의 방법에 의하나 이들 방법에 한정되지 아니하고 타 중합 방법에 의해 구현되어도 무방하다.

또한 상기 폴리에틸렌 글리콜이 공중합된 생분해성 고분자에 추가적으로 폴리에틸렌 글리콜 또는 폴리에틸렌 글리콜이 공중합된 다른 생분해성 고분자를 추가적으로 블렌딩하여 사용할 수도 있다.

본 발명에 도입가능한 폴리에틸렌글리콜에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니나 분자량 350∼20,000인 것이 본 발명의 실시에 있어 보다 바람직하다. 이러한 이유는 폴리에틸렌 글리콜 단독으로 적용하는 경우 분자량이 350 미만인 경우에는 체내에서 염증을 유발할 우려가 있고, 20,000을 초과하는 경우에는 신장에서 걸러지지 않을 우려가 있기 때문인 것에 기인한다.

블록 또는 그라프트 중합에 의해 폴리에틸렌글리콜을 도입하는 경우 폴리에틸렌글리콜의 비율을 다양하게 변화시킴으로써 고분자 메트릭스의 내부 및 표면 특성과 분해 특성을 조절할 수 있는 이점이 있다. 이때 도입가능한 폴리에틸렌글리콜의 비율은 방출하고자 하는 약물에 의해 요구되는 메트릭스의 특성에 따라 당업자에 의해 적의 선택가능한 사항으로 특별한 한정을 요하지 아니한다.

이와 같은 과정을 통해 도입된 폴리에틸렌글리콜은 생분해성 고분자의 용매에 대한 용해도를 높여 점도를 낮추며, 체내에서 빠르게 분해되어 메트릭스 내부와 표면에서 카르복시산이 빠져나갈 수 있는 채널을 형성하여 고분자 메트릭스 내에서의 산도의 저하를 방지한다.

본 발명의 임플란트용 조성물은 상기 생분해성 고분자와 이를 용해할 수 있는 적당한 용매 및 체내 주입을 원하는 소정의 물질을 포함한다. 체내주입을 요하므로 상기 용매는 인체적합성이 우수하여야만 한다. 따라서 종래 주사제로 사용가능한 용매 중에서 상기 생분해성 고분자를 용해할 수 있는 것인 한 특별히 한정되지는 아니한다. 이러한 용매로서 현재 널리 사용되는 주사제로서 예를 들면 폴리에틸렌글리콜 모노테트라히드로퍼퓨릴에테르(이하 글리콜퓨롤이라 약칭한다)를 들 수있다. 글리콜퓨롤은 상기 생분해성 고분자에 대한 용해도가 우수하며, 현재까지 안전하게 사용되어지고 있는 인체 주사제로서 0.07㎖/㎏/day의 사용한계를 가지고 있다.

체내에 주입되어질 물질로는 주입의 목적에 따라 다양하여 특별히 한정되지 않는다. 이들 물질은 각종 질병에 치료목적으로 제공되는 의약제제(약물)를 포함하며 상기 용매에 고루 분산되어 존재한다. 이러한 의약제제의 예로는 유전자 재조합 기술로 제조된 단백질로서 bST(보빈 소마토트로핀), pST(포신 소마토트로핀), G-CSF(그래뉼로사이트 콜로니 자극인자), 인간성장호르몬 등을 들 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예로서 상기 폴리에틸렌글리콜을 포함하는 생분해성 고분자는 특별한 한정을 요하는 것은 아니지만 용매와 생분해성 고분자의 무게비가 100:1∼1:1이며, 생분해성 고분자와 의약제제와의 무게비는 바람직하기로는 10,000:1∼1:1로 하여 실시할 수 있다. 상기와 같은 조성비는 어디까지나 본 발명의 실시가능한 실예시로서 설명된 것 일뿐 이들 조성비만이 본 발명과의 관계에서 특정 의미를 가지는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이들에 한정되어 해석될 수 없다.

본 발명의 내용을 바람직한 실시예를 통해 설명하기로 한다. 먼저 실시예에 사용되는 성분으로는 다음과 같다.

요주입 물질(약물)은 소의 우유생산을 늘리는 호르몬으로서 유전자 재조합을통해 만들어진 분자량 26,000~29,000 사이의 bST로 하고,

생분해성 고분자로는 공지의 중합방법에 의해 제조되는 락티드와 글리콜리드의 65:35의 공중합체(이하 PLGA1)와 폴리에틸렌글리콜(분자량: 약 5,000)과의 50:50 블록공중합체(이하 PLGA-b-PEG, 분자량: 약 16,000) 또는 폴리에틸렌글리콜(분자량: 약 350)이 폴리락티드(이하 PLLA)에 그라프트된 공중합체(이하 PLLA-g-PEG, 분자량: 약 10,000, 그라프트율 8%)로 하고,

용매 주사제로는 글리콜퓨롤을 사용하였다.

이와 함께 본 발명에 의한 효과를 비교하기 위한 대조구에는 생분해성 고분자로 락티드와 글리콜리드의 50:50(이하 PLGA2) 또는 65:35(이하 PLGA3)의 공중합체(분자량 약 40,000)가 사용되었다.

이하 상기 실시예의 내용을 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 예시일 뿐 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1,2> 제자리 임플란트 조성물

하기 표 1과 같이 대조구로서 PLGA2, PLGA3과 함께 본 발명에 의한 PLGA1-b-PEG 및 PLLA-g-PEG의 생분해성 고분자를 글리콜퓨롤에 용매대비 15중량%로 완전히 녹여 용해하였다. 제조된 용액 2g을 바이알병에 취한 후, 여기에 bST 100mg을 혼합기를 이용해 완전히 섞이도록 분산시켰다.

<표 1>

	고분자	단백질 약물	단백질/고분자 중량%	고분자/용매 중량%
실시예 1	PLGA1-b-PEG	bST	33	15
실시예 2	PLLA-g-PEG	bST	33	15
대조구 1	PLGA2	bST	33	15
대조구 2	PLGA3	bST	33	15

<시험예 1> 단백질 방출특성

제조된 임플란트 조성물 중 0.5ml를 피펫으로 채취하여 10ml 포스페이트 완충 용액(pH: 7.4)에 주입하였다. 이와 같이 제조된 제자리용 임플란트를 도 1에 나타내었다[(a) PLGA 2, (b) PLLA-g-PEG]. 제조된 제자리 임플란트의 시간에 따른 단백질 방출 특성을 평가하였다. 제조된 각각의 임플란트를 37℃ 인큐베이터에 넣은 후, 시간에 따라 포스페이트 완충용액의 상청액을 채취하여 단백질의 농도를 측정하였다. 이 때 방출된 단백질의 농도는, bST의 UV 스펙트럼에서의 특성 피크가 280㎚에서 나타나는 것을 이용하여 농도를 알고 있는 표준 용액으로 표준검량곡선을 작성한 후, 미지 시료의 흡수 스펙트럼을 측정하여 구하였다. 그리고 완충용액을 완전히 제거한 후 새로운 포스페이트 완충용액으로 물을 갈아주었다.

시간에 따른 각각의 제자리 임플란트의 단백질 약물 방출 특성을 도 2에 나타내었다. 폴리에틸렌글리콜이 도입된 실시예 1, 2의 제자리 임플란트의 경우 대조구에 비해 초기에 빠른 방출 속도를 보였지만 시간에 따라 꾸준하게 도입된 단백질의 모든 양을 방출하였다. 대조구의 경우는 60%내외의 총방출량을 보였으며, 이것은 PLGA의 표면에서 더 이상의 분해가 일어나지 않음을 의미하며, 이는 표면이 경화된 것에서 기인하는 것으로 생각된다. 반면 실시예 1, 2의 경우는 폴리에틸렌글리콜이 PLGA 또는 PLLA 고분자 메트릭스 사이에서 부분적으로 수화되어 히드로겔과 같은 구조를 형성하여 모든 단백질 약물이 꾸준히 방출될 수 있는 표면 구조를 형성하는 것으로 생각되며, 히드로겔 구조가 지속적인 약물 방출을 가능케 하는 것으로 생각된다.

<시험예 2> 점도 측정

상기 실시예 1, 2에 사용된 생분해성 고분자를 글리코퓨롤에 용매 대비 5중량%로 녹인 후, 그 용액을 상온에서 레오미터를 이용하여 점도를 측정하였다. 각각의 고분자 용액의 점도를 도 3에 나타내었다. 친수성인 폴리에틸렌글리콜이 블록 또는 그라프트 형태로 도입된 실시예 1, 2의 생분해성 고분자는 부분적으로 친수성의 성질을 가지므로, 친수성인 글리코퓨롤에 녹인 결과 용해도가 증가하였으며, 그 결과 대조구 1, 2에 비해 점도가 낮아지는 결과를 얻을 수 있었다.

<시험예 3> 표면 관찰

상기 실시예 1, 2에 사용된 생분해성 고분자를 단백질이 분산되지 않은 조건에서 실시예 3의 임플란트 형성 방법을 이용해 제자리 임플란트를 제조하고 시간에 따라 시료를 채취, 동결건조한 후 SEM으로 표면변화를 관찰하였다. 8일 후의 제자리 임플란트의 표면사진을 도 4에 나타내었다. 도면에 나타난 실시예 1(b)의 생분해성 고분자는 블록 형태로 도입된 폴리에틸렌글리콜이 수화되면서 히드로겔과 같은 구조를 형성하여 고분자 메트릭스 표면에는 대조구 1(a)의 고분자 표면에 비해 월등히 많은 기공(채널)이 형성되었다.

<시험예 4> 산도 측정

상기 시험예 1에서와 같이 약물, 생분해성 고분자의 분해 산물이 방출된 완충용액을 채취한 후, 채취한 완충용액을 pH 미터를 이용해 산도를 측정하여 산도 저하를 관찰하였으며 그 결과는 도 5에서와 같다. 폴리에틸렌글리콜이 도입된 고분자의 경우 산도저하가 대조구 1, 2에 비해 비슷하거나 증가함을 확인하였다. 산도감소가 증가함은 지방족 폴리에스테르계 고분자의 분해산물인 카르보닐산이 메트릭스 외부로 잘 배출됨으로써 적어도 메트릭스 내의 단백질의 안정성은 유지된다고 할 수 있다.

<시험예 5> 단백질의 안정성

상기 시험예 1에서 채취한 단백질 약물의 안정성은 SDS-page(Sodium Dodecyl Sulfate-page)를 이용해 측정하였다. 이 방법은 단백질 약물의 1차원 안정성을 평가하는 방법으로 방출된 단백질의 분자량을 측정함으로써 단백질의 변성 여부를 판단하는 방법이다. 임플란트 형성 후, 24시간이 경과했을 때의 단백질 약물을 채취하여 동결건조한 후, 얻어진 고체 형태의 단백질 2㎎을 1㎖ 초순수에 녹여서 SDS-page에 전개시켜 단백질의 분자량을 측정하였다. SDS-page를 이용해 측정한 결과는도 6에서와 같이 모든 경우의 제자리 임플란트에서 분자량의 변화없이 안정적으로 단백질이 방출됨을 확인하였다.

본 발명에 의한 임플란트 조성물은 생분해성 고분자의 용매에 대한 용해도가 높고, 폴리에틸렌글리콜의 빠른 분해를 통해 매트릭스 내부와 표면에서 고분자 매트릭스의 분해로 생성되는 카르복시산의 이동통로가 형성되어 특히 고분자 메트릭스 내부의 단백질 약물의 변성을 방지할 수 있다. 또한 폴리에틸렌 글리콜의 도입을 통해 체내로 전달하고자 하는 물질 및 전달부위에서 요구되는 고분자 구조 및 물성의 조절이 가능하여 원하는 제자리 임플란트를 얻을 수 있다.

Claims (9)

1. 생분해성 고분자로서 폴리에틸렌글리콜이 폴리락티드에 그라프트된 공중합체와, 상기 생분해성 고분자를 용해시키기 위한 용매로서 폴리에틸렌글리콜 모노테트라히드로퍼퓨릴에테르 및 상기 용매에 균일하게 분산되며 상기 생분해성 고분자를 매개하여 체내전달이 요구되는 소정의 의약제제가 포함됨을 특징으로 하는 제자리 임플란트 조성물
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,

   폴리에틸렌글리콜은 분자량 350∼20,000인 것임을 특징으로 하는 제자리 임플란트 조성물.
7. 제 1항에 있어서,

   생분해성 고분자와 의약제제와의 무게비는 10,000:1∼1:1임을 특징으로 하는 제자리 임플란트 조성물.
8. 제 1항에 있어서,

   용매와 생분해성 고분자의 무게비는 100:1∼1:1임을 특징으로 하는 제자리 임플란트 조성물.
9. 제 1항에 있어서,

   의약제재는 유전자 재조합 기술로 제조된 단백질을 포함함을 특징으로 하는 제자리 임플란트 조성물.