KR100574341B1 - 썰폰아마이드 이용 ｐＨ 민감성 블록공중합체의 제조 방법및 그에 의한 블록공중합체와 마이셀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 썰폰아마이드를 이용한 pH 민감성 블록공중합체 마이셀 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 보다 상세하게는 폴리에틸렌글리콜과 폴리락타이드, 폴리글리콜라이드, 폴리카프로락톤의 공중합물을 이용한 썰폰아마이드와 커플링하는 것을 특징으로 하는 썰폰아마이드 이용 pH 민감성 블록공중합체 제조 방법을 제공하고 이에 의하여 제조된 블록공중합체와 마이셀을 제공함을 목적으로 한다.

양친성 고분자 블록공중합체 마이셀은 pH에 따라서 이온화정도가 달라져서 pH 민감성을 갖는 썰폰아마이드가 블록공중합체 내에 존재하게 되면 블록공중합체가 pH에 따라서 마이셀이 형성되고 붕괴되기도 한다. 이와 같이 pH의 변화에 따라 마이셀이 형성되는 블록공중합체는 체내에서 정상세포와 다른 pH를 갖는 비정상세포에 도달하게 되면 마이셀이 붕괴됨으로 인해서 비정상세포를 치료하기 위한 약물을 전달하거나, 비정상세포의 위치를 확인할 수 있도록 하는 발광물질의 전달이 용이하게 된다. 지금까지 약물 전달분야에서 마이셀이나 pH 민감성에 대한 연구가 다수 이루어졌지만, 본 발명에서처럼 pH 7~7.5 부근에서 마이셀을 형성하고 pH 7이하에서 마이셀이 붕괴되는 현상을 발견한 것은 찾아 볼 수 없다. 본 발명에서 pH에 따라 나타나는 마이셀의 전이 거동은 약물전달분야뿐 아니고, 여러 가지 진단분야, 그리고 여러 의료용 분야에서 응용될 수 있다.

썰폰아마이드, 블록공중합체, 마이셀

Description

썰폰아마이드 이용 ｐＨ 민감성 블록공중합체의 제조 방법 및 그에 의한 블록공중합체와 마이셀{A method of producing pH-sensitive block copolymer using sulfonamide and the block copolymer and micelle hereby}

도 1은 본 발명에 의한 블록공중합체의 pH에 따른 마이셀 농도 변화에 관한 그래프이다.

본 발명은 썰폰아마이드를 이용한 pH 민감성 블록공중합체 마이셀 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 보다 상세하게는 친수성과 소수성을 동시에 갖는 블록공중합체의 제조방법을 제공함으로써 표적지향적인 마이셀을 제공하는 것을 목적으로 한다.

기능성 고분자의 개발과 연구는 약물전달(drug delivery)에 있어서 중요한 테마이다. Ringsdorf 등이 약물전달의 개념을 처음으로 도입한 이후 여러 종류의 약물이 약물전달체계에 이용되는 것에 많은 연구가 집중되고 있으며, 특히 고분자 마이셀은 열역학적 안정성과 나노미터 크기의 균일한 구조를 갖도록 제조가 가능한 특성 때문에 선택적 약물전달체계에 관하여 많은 연구가 이루어지고 있다.

일반적으로 마이셀이라는 것은 친수성기와 소수성기를 동시에 갖는 저분자량의 물질들이 이루는 열역학적으로 안정한 구형의 매우 일정한 구조를 가지는 것을 말한다. 저분자로 형성된 마이셀은 비수용성 약물을 녹여 주사제로 사용 가능하게 한다. 그러나 대부분의 저분자 마이셀은 약물에 대한 효율이 떨어지고, 독성을 나타낸다. 또한 약물 주입 후에 혈액내에서 마이셀이 깨져버림으로 인해 약물이 혈액내에 침전되어 버릴 위험이 있다. 그러나 블록공중합체 마이셀은 다양한 구조적인 성질로 인해 저분자 마이셀과는 다른 성질을 나타낸다.

최근에는 친수성인 폴리에틸렌글리콜과 소수성인 폴리락타이드(또는 폴리글리콜라이드, 폴리카프로락톤)를 중합한 블록공중합체에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 친수성기와 소수성기를 동시에 가지는 블록공중합체는 수용액상에서 자발적으로 마이셀을 형성한다. 또한 물에 녹지 않는 대부분의 약물이 녹을 수 있게 되어지고, 친수성기의 마이셀의 외부가 약물을 보호함으로써 원하는 부분에 도달하여서 표적(targeting)이 가능해진다. 동시에 소수성인 약물들의 독성을 감소시킬 수도 있다. 이러한 블록공중합체 마이셀은 생체적합성과 생분해성을 갖고 있을 뿐 아니라 높은 약물의 담지능력을 가지고 있다.

미국특허 제 5,384,333 호, 제 5,702,717호, 제 5,612,052호, 제 5,599,552호 등에서 친수성 부분과 소수성 부분으로 이루어진 블록공중합체를 이용한 약물의 방출과 특성에 대한 내용을 제시하고 있다. 그리고 대한민국특허청 특허출원 제10-1999-0060349, 제2000-0006745 등에서 블록공중합체의 제조방법과 약물방출 거동에 대해서 설명하고 있다. 그러나 앞에서 나온 블록공중합체의 경우 유기용매를 사용 하여 인체에 독성을 나타낼 수 있고, 또는 표적지향적인 약물방출이 아니기 때문에 적절한 부위에서의 약물방출이 어려운 경우가 대부분이다.

블록공중합체 마이셀은 유전자 전달, 약물 전달 분야 뿐 아니라 병의 진단을 위한 물질을 비정상 세포에 전달함으로써 진단을 할 수 있도록 하여 주는 진단 이미징(diagnostic imaging)에 응용될 수 있다. 이러한 목적으로 활발히 마이셀에 대한 연구가 이루어지고 있다.

마이셀을 사용할 경우 약물의 담지뿐 아니라 효과적인 전달체로서의 역할을 하여야 한다. 그러나 기존의 마이셀은 약물의 담지는 가능하지만 적절한 부위에 효과적으로 전달할 수 있는 표적지향적이지 못했다고 할 수 있다. 그리고 pH 민감성을 갖는 고분자에 대한 연구는 지금까지 대부분이 좁은 pH 범위에서의 의미가 아니고, 넓은 범위에 속해 있었다고 할 수 있다.

“썰폰아마이드기를 포함하는 pH 민감성 고분자 및 그의 제조방법”(대한민국특허청 특허출원 10-1998-0031572)에서는 마이셀의 형성과 붕괴로 인한 약물의 방출이 아니고 블록공중합체의 응집으로 인한 크기의 변화와 약물 방출에 대한 현상을 나타내고 있다. 그리고 높은 pH에서는 풀어지고 낮은 pH에서는 응집되는 현상을 나타낸다. 비정상세포의 경우 정상세포보다 낮은 pH를 유지하기 때문에 낮은 pH에서 약물이 방출되어야 한다. 그러나 앞선 연구에서는 높은 pH에서는 약물이 방출되어지고 낮은 pH에서 약물을 담지하고 있는 상태가 된다. 이러한 특징 때문에 실질적으로 암세포와 같은 비정상세포에 대한 응용에 무리가 있다.

따라서 본 발명에서는 pH 0.5 이내에서 민감성을 나타낼 수 있도록 하였다. 본 발명에 의하면 pH에 따라 마이셀의 형성과 붕괴가 가능하기 때문에 앞서 설명한 암세포와 같은 정상세포와 다른 부위에 대한 표적지향(targeting)이 가능하다. 본 발명은 이처럼 표적지향적인 마이셀을 제조하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명자들은 상기의 목적을 달성할 수 있는 pH 민감성 마이셀을 제조하기 위하여 말단에 하이드록시기를 갖는 폴리에틸렌과 폴리락타이드(폴리글리콜라이드, 폴리카프로락톤)의 공중합체를 두개의 카르복시기를 갖도록 개질한 썰폰아마이드와 커플링시킴으로 가운데에 pH 민감성을 띠는 썰폰아마이드를 갖고, 양쪽에 이중공중합체(diblock)가 붙어있는 형태의 삼중공중합체(triblock)를 제조하였다. 따라서 본 발명은 친수성-소수성-썰폰아마이드-소수성-친수성의 구조배열을 갖는 공중합체의 제조방법을 제공한다.

화학식 1

MPEG-PLGA diblock copolymer

화학식 2

Sulfisomidine

화학식 3

MPEG-PLGA-SI-PLGA-MPEG copolymer

상기식에서, 화학식 1은 친수성인 폴리에틸렌글리콜과 소수성인 폴리글리콜라이드와 폴리락타이드의 공중합체를 나타낸다.

화학식2는 pH 민감성을 위해 도입될 썰폰아마이드의 한 종류인 썰피소미딘을 나타낸다.

화학식3은 이중블록공중합체와 썰폰아마이드를 커플링시킨 삼중블록공중합체를 보여주고 있다.

본 발명에서는 우선 한쪽 말단에 하이드록시기를 갖는 이중블록공중합체를 제조하기 위해, 개환중합을 이용하였다. 옥토산 주석(stannous octoate)를 촉매로 하고, 폴리에틸렌글리콜을 개시제로 락타이드와 글리콜라이드 단량체의 첨가량을 달리하면서 분자량을 조절하였다.(반응식 1 참조)

반응식 1

하이드록시기를 갖는 이중블록공중합체와의 반응을 위해서는 썰폰아마이드의 아민(-NH2)을 카르복실기(-COOH)로 개질하여야 한다. 탄산칼륨수용액을 브로모아세트산 수용액에 떨어뜨려서 섞어준 후 썰폰아마이드와 80℃에서 12시간 반응하여주면 2개의 카르복시기를 갖는 썰폰아마이드가 얻어진다.(반응식 2 참조)

반응식 2

반응식 1과 2에서 얻어진 이중블록공중합체와 카르복시메틸썰피소미딘을 커플링시키기 위해서 DIPC(1,3-디이소프로필카르보디이미드)와 촉매인 DPTS(4-디메틸아미노피리디늄-4-톨루엔썰포네이트)를 이용하였다. 상온에서 반응이 이루어지기 때문에, 용매로 메틸렌 클로라이드에서 24시간동안 반응시키면 커플링을 통해 썰폰아마이드를 갖고 있는 삼중블록공중합체가 얻어진다.(반응식 3 참조)

반응식 3

이와 같은 방법으로 제조되어진 폴리에틸렌글리콜-폴리락타이드/글리콜라이드-썰피소미딘-글리콜라이드/폴리락타이드-폴리에틸렌글리콜 삼중블록공중합체는 FT-IR 및 1H-NMR을 이용하여 각각의 작용기들의 도입 및 말단기들의 반응을 확인할 수 있었다. GPC(Gel Permeation Chromatography)와 MALDI-TOF(Matrix Assisted Laser Desorption Ionization-Time Of Flight)를 이용하여 이중블록공중합체와 삼중블록공중합체의 분자량을 비교한 결과 완전한 구조의 삼중블록공중합체를 얻었음을 확인할 수 있었다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위하여 pH 민감성을 나타내는지 확인 하기 위한 실험을 실시예를 통하여 기재한다. Fluorescence spectrometer를 이용하여 pH 변화에 따른 마이셀의 농도 변화를 측정함으로써 마이셀의 pH민감성 여부를 확인하였다.

실시예 1

Fluorescence spectrometer를 통해 micelle자체의 형성 여부를 알 수 없기 때문에 이를 알기 위해 소수성 발광물질인 파이렌(pyrene)을 이용하였다.

먼저, 10-6M의 파이렌을 함유한 pH8.5인 버퍼용액을 만들었다. 그후 0.3mg/ml의 농도로 삼중블록공중합체를 녹인후 진한농도의 염산수용액을 떨어뜨려 pH를 변화시켜 가면서 fluorescence spectrometer를 통해 마이셀의 농도 변화로 인해 나타나는 방출되는 에너지의 변화를 측정한 결과가 도 1과 같다.

도 1에 의하면, pH 8.5에서는 낮은 농도의 마이셀이 형성되고, pH 7 부근으로 갈수록 높은 농도의 마이셀이 형성됨을 알 수 있다. 이는 곧 pH 8.5에서는 마이셀의 형성이 어렵다는 것이고 pH 7 부근에서는 마이셀이 점점 많이 형성된다는 것이다. 그리고 보다 낮은 pH인 7이하에서는 점점 마이셀의 농도가 감소하는 것을 알 수 있다. 이러한 현상은 pH7보다 낮은 pH 환경에서는 마이셀이 붕괴되고 있는 것을 의미한다. 이처럼 삼중블록 공중합체가 체내에 주입되었을 때 마이셀을 형성하고 있다가 암세포와 같이 국소적으로 pH가 낮은 곳에 도달하게 되면 마이셀이 붕괴됨으로써 담지하고 있던 약물의 방출이 가능해질 것이다. 그리고 진단용으로의 이용도 가능할 것이다.

이와 같은 현상이 나타날 수 있는 주된 원인은 썰폰아마이드의 영향때문이 다. 높은 pH와 낮은 pH에서는 이온화가 됨으로써 썰폰아마이드 자체가 친수성으로 인식되어서 삼중블록공중합체가 마이셀을 형성하는데 있어서 방해작용이 일어나는 것이고, pH7 부근인 중간 정도의 환경에서는 썰폰아마이드가 이온화가 되지 않기 때문에 소수성으로 받아들여져서 삼중블록공중합체가 마이셀을 형성하도록 하기 때문에 나타나는 현상이다.

예전의 여러 연구에서는 썰폰아마이드의 썰폰아마이드기(-SO2NH-)의 효과만 생각함으로써 높은 pH에서의 역할만 고려를 했지만 본 발명에서는 아민기(-NH-)의 효과에 주목하여 중성에서 낮은 pH로 변화할 때 형성되었던 마이셀이 붕괴되는 것을 측정할 수 있었던 것이다.

앞에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 pH에 민감한 블록공중합체 및 마이셀을 얻을 수 있고, 이를 통하여 암과 같이 정상세포와 pH가 차이가 나는 세포에 대한 치료와 진단 분야에서 유용하게 사용될 수 있다. 예를 들어 암치료제의 경우 체내에서 독성이 강하기 때문에 부작용이 심하나, 본 발명에서와 같이 pH에 따라서 변화하는 마이셀을 이용하면 약물 전달이 보다 용이해질 것이다. 또한 마이셀이 발광물질을 담고 있게 되면 pH 환경이 다른 비정상 조직에서 마이셀이 붕괴됨으로써 발광물질을 전달할 것이고, 이로써 질병의 진단이 가능해질 것이다.

Claims (5)

1. 폴리에틸렌글리콜과 폴리락타이드, 폴리글리콜라이드, 폴리카프로락톤의 공중합물을 이용한 썰폰아마이드와 커플링하는 것을 특징으로 하는,

   썰폰아마이드 이용 pH 민감성 블록공중합체 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,

   썰폰아마이드는 두 개의 카르복시기를 갖도록 개질된 것을 특징으로 하는,

   썰폰아마이드 이용 pH 민감성 블록공중합체 제조 방법.
3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,

   썰폰아마이드는 썰피소미딘인 것을 특징으로 하는,

   썰폰아마이드 이용 pH 민감성 블록공중합체 제조 방법.
4. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 의하여 제조된 썰폰아마이드 이용 pH 민감성 블록공중합체.
5. 제4항에 있어서,

   블록공중합체는 pH 7.0 ~ 7.5의 수용액 상에서 마이셀로 형성되는 것을 특징으로 하는,

   썰폰아마이드 이용 pH 민감성 블록공중합체.

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