KR100534622B1 - 에리트로포이에틴과 인간 혈청알부민의 포합체 - Google Patents

에리트로포이에틴과 인간 혈청알부민의 포합체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에리트로포이에틴과 인간 혈청알부민의 포합체에 관한 것으로서, 이것은 에리트로포이에틴의 체내로부터의 소실속도, 특히 신장의 사구체 여과에 의한 체내로부터의 배출속도를 현저히 감소시킴으로써 유효혈중농도를 장시간 유지시킬 수 있어 에리트로포이에틴의 지속성 제제의 제조에 사용될 수 있다.

Description

에리트로포이에틴과 인간 혈청알부민의 포합체
본 발명은 에리트로포이에틴(erythropoietin, 이하 "EPO"라 한다)과 인간 혈청알부민(human serum albumin, 이하 "HSA"라 한다)의 포합체(conjugate)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 EPO의 체내로부터의 소실속도, 특히 신장에서의 사구체 여과에 의한 체내로부터의 배출속도를 감소시켜 유효혈중농도를 장시간 유지시킬 수 있는 EPO와 HSA의 포합체에 관한 것이다.
EPO는 콜로니 자극인자(colony stimulating factor; CSF) 중에서 최초로 동정된, 분자량 34,000∼39,000의 당단백질(glycoprotein)이다. 생체내에서 EPO는 신장에서 주로 생성되며 간에서도 소량 생성되는 것으로 알려져 있으며, CFU-E(colony forming unit erythroid)와 BFU-E(burst forming unit erythroid)와 같은 적혈구 계열 전구세포의 성장 및 분화를 촉진시켜 성숙한 적혈구의 생성을 도와줌으로써 헤마토크리트 & 헤모글로빈(hematocrit & hemoglobin) 값을 상승시키는 역할을 하므로, 신장기능 장해로 인한 빈혈, 골수이식성 빈혈, 류마티스성 빈혈, 암 또는 항암제 관련 빈혈, AIDS성 빈혈 등의 치료에 광범위하게 이용되고 있다.
EPO는 통상적으로 정맥 또는 피하주사 등의 경로로 투여되지만 충분한 치료효과를 거두기 위해서는 1주일에 2∼3회 투여하여야 하는데, 1회의 투약으로 유효혈중농도를 장시간 유지시킬 수 있는 지속성 제제는 투여빈도를 감소시킬 수 있어 치료에 편리하고 환자의 부담을 경감시킬 수 있을 뿐 아니라 혈중농도의 유지가 잘 이루어져 약효발현도 안정적이라는 여러 가지 장점을 갖게 할 것이다.
의약품의 체내이행을 약시하면 다음과 같은 바,
지속성 제제를 제조하기 위해서는 의약품의 용출속도(흡수속도)를 조절하는 방법과 체내로부터의 소실속도를 감소시키는 방법이 있으며, 특히 후자의 방법에는 불활성화의 방지, 화학분해의 감소 또는 배출속도의 감소 등의 방법이 있다.
한편 EPO의 체내로부터의 소실기작은 신장에서의 사구체 여과에 의한 소실과 간에서의 당단백질 수용체에 의한 소실로 대별할 수 있다. EPO의 혈중농도의 생물학적 반감기가 5/6-신적출(腎摘出)(nephrectomized) 쥐에서는 정상 쥐에서 보다 1.4∼2배 길어지고(문헌[Kinoshita et al., Arzneim-Forsh/Drug Res. 42(1) pp682∼686, 1992]), 뇨관 결찰(ureteral ligation) 쥐에서는 정상 쥐에서 1.5시간이었던 것이 3.8시간으로 길어지는 것으로 보고한 바 있는 등, 신장해(腎臟害)시에 EPO의 반감기가 길어지는 것으로부터 신장이 EPO의 체내로부터의 소실에 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있다. 또한 쥐의 간을 통과하는 동안 EPO의 혈중농도가 크게 감소하고, 간 관류계 실험에서 EPO가 주로 간에서 소실된다고 보고되어 있다. 간에서 EPO가 소실되는 기작은 간세포에 존재한 갈락토스 수용체를 매개로 한다. EPO는 분자량의 약 40%가 탄수화물인 시알산(sialic acid)과 결합된 시알산화(sialated) 단백질인데, 인 비트로에서는 시알산의 존재유무가 EPO의 활성에 영향을 미치지 아니하나 인 비보에서는 시알산이 활성에 필수적인 바, 시알산과 결합하지 않은 EPO는 시알산과 결합한 EPO 보다 훨씬 빨리 혈중으로부터 소실되어 활성이 관찰되지 않는다. 즉 시알산이 탈락하면 갈락토스 잔기가 노출되고 이것은 간세포의 갈락토스 수용체에 의해 인식되어 간세포에 포획되어 대사되기 때문이다. 실제로 쥐의 간관류계에서 탈시알산화 EPO는 천연형 EPO 보다 훨씬 빨리 소실되는 것으로 보고되어 있다.
EPO의 지속성 제제를 제조하는 방법으로서, 미국특허 제 4990336 호(1991)는 EPO에 적당한 중합체 등을 가하여 EPO의 용출이 지속적으로 일어나게 하는 방법을 개시하였다. 이 방법은 EPO의 용출이 지속적으로 이루어지도록 하는 효과를 갖지만 생체흡수율이 저조하다는 문제점을 갖는다.
또한 일본공개특허 제 평3-63299 호(1991. 3. 19. 공개)는 덱스트란, 폴리에틸렌글리콜, 아미노산 폴리머 등과 같은 고분자 물질로 수식된 EPO에 관해 개시한 바 있다. 상기 공개특허에서는 EPO에 분자량이 40,000 또는 70,000인 덱스트란, 폴리-L-글루타민산을 수식한 것을 투여하여 혈중망상적혈구량을 측정하였으나, 실제로 특정 고분자 물질이 EPO의 체내로부터의 소실속도를 현저하게 감소시킬 수 있다는 사실은 밝힌 바 없을 뿐 아니라, HSA를 EPO에 포합시켰을 경우 EPO의 유효혈중농도를 장시간 유지시킬 수 있다는 사실에 대해서는 전혀 언급한 바 없다.
이에 따라 본 발명자들은 EPO에 HSA를 포합시킨 EPO와 HSA의 포합체를 제공함으로써 신장에서의 사구체 여과에 의한 체내로부터의 배출속도를 감소시킬 수 있을 것이라는 점에 착안하여 본 발명을 완성하였다. 그 뿐만 아니라, 본 발명은 간의 갈락토스 수용체에의 접근도 어렵게 하여 간에서의 소실도 지연시킬 수 있는 것으로 추측된다.
따라서, 본 발명의 목적은 EPO의 체내로부터의 소실속도, 특히 신장에서의 사구체 여과에 의한 체내로부터의 배출속도를 현저히 감소시킬 수 있어 유효혈중농도를 장시간 유지시킬 수 있는 EPO와 HSA의 포합체를 제공하기 위한 것이다.
첫째, 본 발명은 EPO와 HSA의 몰비가 1:1∼1:10인 EPO와 HSA의 포합체를 유효성분으로 함유하는 EPO의 지속성 제제를 제공한다. 상기 지속성 제제는 정맥 또는 피하주사제로 제형화되는 것이 바람직하다.
둘째, 본 발명은 완충액에 용해시킨 EPO에 산화된 HSA를 1:1∼1:10의 몰비로 가하여 포합반응시키고, 그 반응액에 환원제를 가하여 포합반응을 종료시키고, 투석 및 겔 여과에 의하여 생성된 포합체를 분리하여 EPO와 HSA의 포합체를 제조하는 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 하기와 같다.
본 발명에서는 EPO의 지속성 제제를 제공하기 위하여 EPO에 고분자 물질을 포합시켜 체내로부터의 소실속도를 감소시키는 방법을 사용하는 바, 포합시키는 고분자 물질의 종류에 따라 체내로부터의 소실속도를 감소시키는 효과의 정도가 크게 좌우된다.
혈청알부민은 혈장 단백질중에 가장 다량으로 존재하는(약 60%) 단백질이며, 특히 HSA는 약 69,000의 분자량을 갖는다. 혈청알부민은 삼투 조절 및 조직간 난용성 대사산물, 특히 유리 지방산의 수송에 관여하며, 동일하지 않은 크기의 4개의 구형 단편을 연결하는 탄수화물-결핍 폴리펩티드쇄로 이루어지고 17개의 S-S 브릿지에 의해 안정화된다. 본 발명자들은 HSA, 다양한 분자량을 갖는 덱스트란과 같은 고분자 물질을 EPO에 포합시켜 혈중농도의 경시적 변화를 직접 측정해 보았으며, 그 결과 EPO에 HSA를 포합시킨 경우 덱스트란을 포합시킨 경우 보다 EPO의 유효혈중농도를 더욱 장시간 유지시킬 수 있다는 새로운 사실을 발견하고 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명에서는 EPO와 HSA의 포합체를 제공하는 바, 신장의 사구체를 통과할 수 있는 물질은 분자량 50,000 이하의 것들로 제한되므로 EPO를 분자량이 약 69,000에 달하는 HSA로 포합시킴으로써 신장에서의 사구체 여과에 의한 체내로부터의 배출속도를 감소시킬 수 있게 된다. 그 뿐만 아니라, EPO에 HSA가 포합됨으로써 간의 갈락토스 수용체에의 접근도 어렵게 하여 간에서의 소실도 지연시킬 수 있는 것으로 추측된다.
본 발명에 있어서 EPO와 HSA의 포합체(conjugate)라 함은 EPO와 HSA의 공유결합체를 의미한다.
본 발명에 따른 EPO와 HSA의 포합체는 1:1~1:10의 몰비를 갖는 것이 바람직한 바, HSA의 양이 지나치게 증가할 경우 적혈구 계열 전구세포의 성장 및 분화를 촉진시키는 EPO 고유의 기능에 영향을 미칠 우려가 있기 때문이다.
본 발명은 또한 EPO와 HSA의 포합체를 약제학적 분야에서 통상적으로 허용되는 담체와 배합하여 약제학적 분야에서 통상적인 제제로 제형화시킬 수 있으나, 특히 주사용 용액 또는 현탁액, 또는 주사시 주사용 증류수로 재조제하여 사용할 수 있는 즉시 사용형 주사용 건조분말 등의 형태의 주사용 제제 등으로 제형화시키는 것이 바람직하다. 주사용 제제로 제형화하는 경우, 본 발명에서 사용될 수 있는 담체로는 약제학적 분야에서 통상적인 것으로, 예를 들면 보존제, 무통화제, 가용화제 또는 안정화제 등이 있다. 이렇게 제조된 약제학적 제제는 예를 들면 정맥 또는 피하로 투여될 수 있는 바, 이 경우 투여량이 바로 흡수량이므로 투여계획의 수립과 혈중농도 조절에 편리하다는 장점도 갖는다.
이하 본 발명의 구성 및 작용을 바람직한 실시에 및 비교예에 의거 더욱 상세히 설명하고자 하나, 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
[실시예] EPO와 HSA의 포합체(EPO-HSA)의 제조
50mg의 HSA를 0.3M NaHCO3 완충액 3㎖에 용해시켰다. 이것을 2㎖ 취하여 500㎕의 1% 2,4-디니트로플루오로벤젠(FDNB) 용액을 가한 후 실온에서 1시간 동안 반응시켰다. 여기에 500㎕의 0.1M NaIO4를 가하고 실온에서 1시간 동안 방치시켰다. 그 후, 400㎕의 1.6M 에틸렌글리콜을 가하고 실온에서 1시간 동안 반응시켰다. 이 반응액을 0.01M NaHCO3 완충액에 대해 4℃에서 MWCO가 12∼14kd인 막을 이용하여 18∼24시간 동안 투석함으로써 산화된 HSA를 수득하였다.
5mg의 EPO(상품명 'CJ 에포카인', CJ사로부터 얻음)를 0.1M, pH 7.0∼9.5의 완충액 1㎖에 용해시키고 여기에 수득한 산화 HSA를 가하여 실온에서 2시간 동안 방치하여 포합반응시켰다. 여기에 100㎕의 NaBH4를 가하여 포합반응을 종료시키고 4℃에서 밤새 방치하였다. 이 반응액을 냉암소에서 NaHCO3 완충액으로 24시간 동안 평형투석하고 세파덱스 G200 칼럼에 가하여 인산나트륨 완충액으로 용출시켜 EPO와 HSA의 포합체를 분리·수득하였다.
각 분획중의 단백질 농도는 바이오-래드사의 단백질 분석 키트(CAT#, 500-0002)를 이용하여 측정하였다. 그 결과를 도 1a에 도시하였다.
[비교예 1] EPO와 덱스트란 70,000의 포합체(EPO-DEX70K)의 제조
약 100mg의 NaIO4를 10㎖의 증류수에 용해시켰다. 여기에 평균분자량 70,000의 덱스트란 1g을 가하여 용해시킨 후 실온에서 24시간 동안 방치하여 산화 덱스트란을 제조하였다. 차광하에 산화 덱스트란을 동결건조시켜 사용할때까지 냉장보관하였다. 10mg의 EPO를 0.1M, pH 9.5의 붕산 완충액 1㎖에 용해시키고 여기에 미리 제조해 둔 산화 덱스트란을 가하였다. 이 반응액을 실온에서 24시간 방치한 후 NaBH4 적당량을 가하여 반응을 종료시켰다. 이 반응액을 냉암소에서 탄산나트륨 완충액으로 24시간 동안 평형투석하고 세파덱스 G75 칼럼에 가하여 인산나트륨 완충액으로 용출시켜 EPO와 덱스트란의 포합체를 분리·수득하였다.
각 분획중의 EPO 농도는 베링거 만하임사의 EPO-ELISA 키트(CAT#, 1 693 417)를 이용하여 측정하였고, 각 분획중의 단백질 농도는 바이오-래드사의 단백질 분석 키트(CAT#, 500-0002)를 이용하여 측정하였다. 그 결과를 도 1b에 도시하였다.
[비교예 2] EPO와 덱스트란 40,000의 포합체(EPO-DEX40K)의 제조
상기 비교예 1에서, 분자량 40,000인 덱스트란을 사용한 것을 제외하고는 실질적으로 동일하게 실시하였다. 그 결과를 도 1c에 도시하였다.
[비교예 3] EPO와 덱스트란 12,000의 포합체(EPO-DEX12K)의 제조
상기 비교예 1에서, 분자량 12,000인 덱스트란을 사용한 것을 제외하고는 실질적으로 동일하게 실시하였다. 그 결과를 도 1d에 도시하였다.
도 1a 내지 도 1d로부터 EPO-HSA, EPO-DEX70K, EPO-DEX40K 및 EPO-DEX12K는 세파덱스 칼럼으로부터 단일 피크로 용출됨을 알 수 있다.
[실험예 1] EPO의 혈중농도의 경시적 변화
나트륨 펜토바비탈(sodium pentobarbital)로 마취한 SD계 웅성 흰쥐의 대퇴동맥과 대퇴정맥을 PE-50 튜빙으로 삽관(揷管)한 후, 천연형 EPO 및 상기 실시예 및 비교예로부터 수득한 제 20∼제 23의 분획을 합한 EPO-HSA, EPO-DEX70K, EPO-DEX40K 및 EPO-DEX12K를 대퇴정맥을 통해 각각 투여한 후 대퇴동맥으로부터 경시적으로 채혈하였다. 혈액은 즉시 원심분리하여 혈장을 얻고 혈장중의 EPO 농도를 베링거 만하임사의 EPO-ELISA 키트(CAT#, 1 693 471)를 이용하여 측정하였다. 그 결과를 도 2에 도시하였으며, 이로부터 EPO-HSA의 포합체가 천연형 EPO, EPO-DEX70K, EPO-DEX40K 및 EPO-DEX12K의 포합체 보다 혈장으로부터의 소실이 현저히 지연되었음을 알 수 있다.
[실험예 2] EPO와 고분자 물질의 포합체의 소실상 반감기
상기 실험예 1로부터 수득한 혈장중 EPO의 농도를 2-컴파트먼트 모델에 비선형최소자승법을 이용하여(SCIENTISTR, CO. USA) 커브 피팅(curve fitting)하여 소실상에서의 혈장중 반감기를 계산하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[표 1]
소실상 반감기
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 EPO-HSA의 혈장중 반감기는 13.8시간으로 천연형 EPO와 비교하여 약 4.2배 증가하였고, EPO-DEX 포합체중 반감기가 가장 긴 EPO-DEX70K와 비교하여서도 약 3배 증가한 것을 알 수 있는 바, 본 발명의 EPO-HSA가 EPO의 유효혈중농도를 장시간 유지시키는 효과가 탁월함을 알 수 있다.따라서 본 발명에 따른 EPO-HSA 포합체는 1회의 투약으로 유효혈중농도를 장시간 유지시키는 지속성 제제를 제조하는데 유용하게 사용될 수 있다.
이하 상기 실시예로부터 수득한 EPO-HSA 포합체를 유효성분으로 함유하는 제제예에 대해 기술한다.
상기한 조성에 따라 실시예로부터 수득한 EPO-HSA의 포합체를 주사용 증류수에 용해시켜 주사액을 제조하였다.
본 발명에 따른 EPO와 HSA의 포합체는 EPO의 체내로부터의 소실속도, 특히 신장의 사구체 여과에 의한 체내로부터의 배출속도를 현저히 감소시켜 유효혈중농도를 장시간 유지시킬 수 있으므로, EPO의 지속성 제제의 제조에 사용될 수 있다.
도 1a는 EPO와 HSA의 포합체의 세파덱스 칼럼으로부터의 용출양상을 나타내는 그래프;
도 1b는 EPO와 DEX70K의 포합체의 세파덱스 칼럼으로부터의 용출양상을 나타내는 그래프;
도 1c는 EPO와 DEX40K의 포합체의 세파덱스 칼럼으로부터의 용출양상을 나타내는 그래프;
도 1d는 EPO와 DEX12K의 포합체의 세파덱스 칼럼으로부터의 용출양상을 나타내는 그래프; 및
도 2는 천연형 EPO, 및 EPO와 HSA, DEX70K, DEX40K 및 DEX12K의 포합체를 투여한 후 혈장중 EPO 농도의 경시적 변화를 비교하여 나타낸 그래프.

Claims (3)

  1. 에리트로포이에틴과 인간 혈청알부민의 몰비가 1:1∼1:10인 에리트로포이에틴과 인간 혈청알부민의 공유결합체를 유효성분으로 함유하는 에리트로포이에틴의 지속성 제제.
  2. 제 1 항에 있어서, 피하 또는 정맥주사제로 제형화되는 에리트로포이에틴의 지속성 제제.
  3. 완충액에 용해시킨 에리트로포이에틴에 산화된 인간 혈청알부민을 1:1∼1:10의 몰비로 가하여 포합반응시키고, 반응액에 환원제를 가하여 포합반응을 종료시키고, 투석 및 겔 여과에 의하여 생성된 공유결합체를 분리하여 에리트로포이에틴과 인간 혈청알부민의 공유결합체를 제조하는 방법.
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