KR100954612B1 - 양자점을 이용한 약물전달체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양자점을 이용한 약물전달체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 -바이러스 치료제에 양자점을 분산시키고 이를 실리카로 코팅함으로써 세포 이미징도 가능하면서 약물이 특정 세포에 전달되어 약물을 투약함으로써 약효까지 높일 수 있는 새로운 약물전달체에 관한 것이다.

양자점, 약물전달체, 실리카, 코팅, 세포 이미징

Description

양자점을 이용한 약물전달체{Drug deliveror by using quantum dots}

본 발명은 양자점을 이용한 약물전달체에 관한 것이다.

최근 종양을 표적화하여 진단하는 방법이 다양하게 개발되고 있으며, 형광물질의 광학 영상을 이용하는 방법이 새롭게 개발되었다. 이때 사용되는 형광체는 유기물로만 이루어져 있어서 pH 또는 용해도 등의 환경적 요 인에 의해 형광 강도가 크게 좌우될 뿐만 아니라, 빛의 노출에 따른 비가역적인 광표백 및 강한 소수성으로 인하여, 생체 내에서 사용되는데 한계를 갖는다. 따라서, 양자점을 이용한 생체 내 광학 영상을 얻어내는 일이 중요하다. 양자점을 이용한 다양한 기능을 가진 나노입자의 탐침자는 종양 및 생체내의 다양한 반응을 모니터링할 수 있다. 이와 같은 나노입자는 동물 모델에서 표적 물질 개발과 영상을 관찰하는 데 용이하다. 먼저, 양자점에 극성/비극성의 성질을 띄는 양친매성 물질로 코팅하고, 암세포 표면의 특이적 리셉터에 반응하는 생체물질로 표식한다. 나노입자를 살아 있는 마우스에 정맥 주사하여, 동물 내에 존재하는 종양세포와 반응하여 암세포 자체를 검출할 수 있다. 나노 입자를 이용하여 생체 또는 세포내에서 일어나는 생물학적 변화를 분자 수준에서 실시간으로 관찰가능하고 생명현상 및 질 환에 대한 분자 수적의 근원적 이해를 가능하게 한다. 하지만, 나노 입자 자체의 독성에 의해 세포/동물 모델에 적용하기가 어렵다. 그리고 수식되어진 나노 입자의 세포 내로 유입되어지는 기술을 극복해야 하는 과제를 안고 있다. 또한, 형광을 나타내는 나노입자의 개발 및 생체 내에서의 나노입자 특성을 장기간 유지할 수 있는 형광물질을 개발하여야 한다. 또한, 기존의 약은 특정 부분을 이미징하고 동시에 약을 투여하는 시스템이 아니다. 즉, 기존의 약물 전달 시스템은 특정 부분에 대한 정밀한 데이터 획득 및 관찰이 용이 하지 않고 또한 몸 전체에 영향을 주는 문제점이 있다.

이에, 본 발명자들은 독성에 의해 세포에 직접 적용이 어려웠던 기존 나노입자의 문제점과 세포이미징이 어려웠던 기존 약물의 문제점을 모두 해결하기 위하여 연구한 결과, 세포 표적에 용이하나 독성이 있던 양자점을 바이러스 치료 약물과 함께 실리카로 표면 처리하여 세포에 직접 적용할 수 있도록 약물전달체를 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 세포 이미징과 약물전달 기능이 동시에 가능한 새로운 약물전달체를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 약물 내 양자점이 분산되어 있고, 표면이 실리카로 코팅되어 세포부착성이 향상된 약물전달체를 그 특징으로 한다.

본 발명은 세포부착력이 향상되어 세포 이미징이 가능하고 약물을 특정 세포에 전달할 수 있어 약물을 투약함으로써 약효를 높일 수 있어, 기존 제약 회사 및 각 연구소에서 좀 더 많은 정보를 제공할 수 있는 약물전달 시스템으로서 매우 유용하리라 기대된다.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 약물에 양자점을 분산시키고 이를 실리카로 코팅함으로써 세포 이미징도 가능하면서 약물이 특정 세포에 전달되어 약물을 투약함으로써 약효까지 높일 수 있는 새로운 약물전달체에 관한 것이다.

본 발명에 따른 양자점은 2B ~ 6B족 화합물 및 3B ~ 5B족 화합물 중에서 선택된 단일 화합물 또는 2종 이상의 화합물을 함유되어 이루어지며, 단일 코어(core) 혹은 코어/쉘(shall) 구조로 이루어질 수 있다.

상기 양자점으로 2B ~ 6B족 화합물은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe 및 CdTeSe 중에서 선택된 화합물을, 3B ~ 5B족 화합물은 InAs, InP, GaP 및 GaN 중에서 선택된 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 양자점은 1 ~ 10 nm의 크기를 사용하는 것이 가시광선에서 근 자외선 영역의 빛을 발하는 이유로 바람직하며, 빛 및 전자기장에 반응하는 것이 적합하다. 상기 양자점을 바이러스 치료 약물 용액에 분산한다. 이때, 양자점은 약물에 혼합된 상태로 존재하며, 양자점과 약물의 혼합비율이 1 : 0.5 ~ 5 몰비가 바람직하다. 상기 혼합 범위를 벗 어나면 약물의 치료 효과가 미비하거나 세포 독성이 강해지는 문제가 있다. 또한, 상기 바이러스 치료 약물로는 항바이러스제이면 모두 가능하나 구체적으로는 헤르피스바이러스 치료 약물인 아시클로비어(Acyclovir), 갠씨클로비어(Ganciclovir), 펜씨글로비어(Penciclovir) 등이 바람직하다.

상기 양자점의 경우에는 독성을 가지고 있어 직접 세포에 적용하기 어려우므로 약물에 분산된 양자점을 실리카로 표면 처리하여 안전하게 세포에 표적되어 약물 전달을 가능하게 한다. 상기 실리카는 양자점 1 몰에 대하여 0.3 ~ 50의 몰로 사용하는 것이 바람직하다. 만일 실리카가 0.3 몰 보다 적게 사용하는 경우에는 코팅 두께가 너무 얇아 적정 세포에 부착하기 전에 약물이 빠져나가는 문제가 있고, 50 몰 보다 많이 사용하는 경우에는 양자점의 발광 효율이 감소되어 표적 소자로써의 기능이 떨어지는 문제가 있어 바람직하지 못하다.

즉, 약물에 분산된 양자점에 실리카 코팅을 위하여 실리카 졸을 형성시킨다. 제조된 실리카 졸을 양자점이 분산된 약물 용액에 투입한 후 이것을 증류수와 분산제 및 계면활성제가 섞여 있는 용액에 넣고 강하게 교반하여 준다. 이 용액에 (3-아미노프로필)트리에톡시실란을 이용하여 양자점과 함께 약물이 포함된 실리카 쉘을 형성하게 된다. 이때, 약물에 대한 양자점의 농도는 0.001 ~ 0.15 M가 적은 농도로 빛을 효율적으로 발광할 수 있기에 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.005 ~ 0.05 M 정도가 적당하다. 제조된 실리카 코팅 약물전달체의 크기는 500 nm 이하(10 ~ 500 nm)의 크기가 세포에 침투할 수 있는 이유로 바람직하다. 더욱 바람직하게는 100 nm 이하(10 ~ 100 nm)의 크기가 더욱 적합하다.

이렇게 제조된 약물전달체를 항원-항체 결합특성을 이용하여 세포 내에 존재하는 표적분자를 검출하는 세포 이미징 실험을 하여 양자점의 활용도를 조사하였다.

그 결과, 세포 부착력이 기존 약물전달체에 비해 월등히 향상되었고, 약물전달능 또한 탁월함을 확인하게 되어 본 발명의 약물전달체는 세포 이미징이 가능하면서 약물전달 모두 가능한 새로운 약물전달 시스템으로서, 향후 효능이 좋은 약 개발, 약의 세포내 현상 추적, 약의 세포내 작용 메케니즘의 추적 등에 매우 유용하리라 기대된다.

이하, 본 발명은 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명은 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 약물전달체의 제조

(1) CdTe/CdS 양자점 제조

Cd(NO₃)₂ㆍ4H₂O 0.4535 g을 도데실아민(Dodecylamine) 5 g과 트리옥틸포스핀 옥사이드(Trioctylphosphine oxide) 5 g이 혼합된 용액에 넣어서 녹인 후, Te 0.16 g을 트리옥틸포스핀 5 g에 녹인 용액을 첨가한 후 가열하여 CdTe 코어를 제조하였다. 제조된 코어를 클로로포름과 메탄올을 이용하여 원심분리를 통하여 분리 및 세척하였다. 제조된 코어에 CdS 쉘을 형성하기 위하여 제조된 코어를 도데 실아민 20 g에 분산시킨 후, Cd(NO₃)₂ㆍ4H₂O 0.907 g과 황 0.198 g을 5 g에 각각 녹인 후, 두 용액을 코어가 분산된 도데실아민 용액에 넣고 가열하여 CdTe 표면에 CdS 쉘을 형성하였다. 제조된 코어/쉘을 클로로포름과 메탄올을 이용하여 원심분리를 통하여 분리 및 세척하였다. 이렇게 제조된 양자점을 투과전자현미경으로 관찰하였다[도 2].

(2) 실리카 쉘 형성

상기 (1)에서 제조된 CdTe/CdS 양자점을 아시클로비어(Acyclovir)가 녹아 있는 용액 20 ml에 분산시켰다. 양자점과 약물은 1: 2 ~ 3 몰비로 혼합하였다. TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate), 증류수와 염산(11.5:1:0.1 부피비)으로 제조한 실리카 졸 5 ml(실리카 0.022 mol)를 상기 아시클로비어에 분산된 코어/쉘 용액에 넣고 교반하여 양자점(코어 농도 0.004 mol)이 포함된 약물 용액을 준비하였다. 증류수 200 ml에 트리톤 X-100과 PVA를 녹였다. 이 용액에 상기 양자점이 포함된 약 용액을 붓고 10,000 rpm의 강력한 교반을 실시하였다. 교반하면서 (3-아미노프로필)트리에톡시실란 용액을 넣어주었다. 이때, 실리카 쉘이 코팅된 약물 전달체가 제조되었다. 이 용액을 원심분리를 통하여 약물전달체를 분리하였다. 이 약물 전달체를 투과전자현미경으로 관찰하였다[도 3].

실시예 2: 세포 이미징 실험

상기 실시예 1에서 제조된 약물전달체를 물에 분산시킨 후 생체 분자의 상호 작용 중 하나인 항체-항원 결합특성을 활용하여 세포 내에 존재하는 표적분자를 검출하였다.

실리카 코팅 되어진 약물전달체에 항체를 부착시킨 후 고정화되어진 세포에 항체부착 약물전달체를 첨가시켜 형광 현미경을 이용하여 표적분자를 검출하였다. 특이 결합을 확인하기 위하여, 항체부착 약물전달체를 1:100 ~ 1: 1000(중량비)으로 희석하여 세포에 첨가하고 1 시간 교반하여 실험구로 하였다. 대조구로 표면에 항체가 부착되지 않은 약물전달체를 동일 농도로 첨가하여 준비하였다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 항체 부착 약물전달체는 바이러스에 의해 병변을 나타내는 세포를 찾아서 정확히 결합하는 것을 볼 수 있다. 특이성을 부여하지 않은 약물의 경우, 정상세포와 바이러스 감염 세포를 구분 없이 모든 세포에 작용하므로 약물에 의한 세포독성을 나타내게 된다. 따라서, 특이성을 부여한 약물전달체는 정상세포에 대한 작용은 억제하고 병변세포만 찾아 약효를 발휘함으로써 약물의 약효를 증대시킬 수 있는 장점을 가지게 된다.

실시예 3: 약물 전달체의 약효 검색

상기 실시예 1에서 제조된 약물전달체의 약효 검색을 하였다.

약효검색은 바이러스가 유도된(virus-induced) CPE(cytopathic effect) 저해법을 이용하였으며, 바이러스 흡착이 끝난 후에 약물이 첨가되었다. 즉, 96-웰 플레이트에 Vero 세포를 증식시킨 다음, 배양액에 희석된 바이러스를 각 웰에 접종 량이 100 CCID₅₀ (50% cell culture inhibitory dose)이 되도록 접종하고 배양기에서 흡착시켰다. 흡착이 끝난 후, 바이러스를 제거하고 각 농도로 희석된 약물전달체를 각 100 ㎕씩 첨가하고 3일 배양한 다음 MTT 검색법으로 50%의 세포를 살아남도록 한 약물의 농도를 EC₅₀(50% effective concentration)로 결정하였다. 약물전달체의 독성이 약효에 끼치는 영향을 알 수 있도록 바이러스 접종시 바이러스가 첨가되지 않은 배양액을 세포에 더해진 다음(mock-infected) 바이러스로 접종된 세포와 같은 방법으로 처리되었다. 즉, 한 시간 배양 후 배지가 제거되었고 배양액에 희석된 약물전달체를 첨가하였다. 3일 배양 후 MTT 검색법으로 약물전달체가 첨가된 각 웰의 살아남은 세포수를 약물이 첨가되지 않은 세포 대조군 웰과 비교하여 50%의 세포를 죽도록 한 약물전달체의 농도를 CC₅₀(50% cytotoxic concentration)으로 결정하였다. 대조구로 약물전달체 제조 시 사용된 약물만을 이용하여 약효검색과 세포독성 검사를 하였다.

[표 1]

도 5와 표 1에 나타낸 바와 같이, 약물전달체의 독성은 약물만 사용한 대조구와 비슷한 수준의 세포 독성을 보였으며 바이러스에 대한 약효는 약물전달체가 대조구에 비해 4 ~ 6배 가량 우수한 효과를 보여주고 있다. 이는 약물만 사용할 때보다 더 작은 양으로도 더 많은 치료효과를 낼 수 있어 약물 단독으로 사용하는 것보다 약물전달체를 사용하는 것이 더 효과적임을 잘 보여주고 있다.

도 1은 본 발명에 따른 약물전달체의 모식도이고,

도 2는 실시예 1의 (1)에 의하여 제조된 양자점의 투과전자현미경 사진이고,

도 3은 실시예 1에서 제조된 약물전달체의 투과전자현미경 사진이고,

도 4는 실시예 1에서 제조된 약물전달체의 세포 이미징 사진이다.

도 5는 실시예 1에서 제조된 약물전달체와 대조구의 약효 평가를 나타낸 것이다.

Claims (6)

1. CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, CdTeSe, InAs, InP, GaP 및 GaN 중에서 선택된 하나 또는 2종 이상의 화합물을 함유하여 이루어진 양자점이 바이러스 치료 약물 내에 분산되어 양자점과 약물의 혼합비율이 1 : 0.5 ~ 5 몰비로 혼합된 상태에서 함께 실리카로 코팅된 것을 특징으로 하는 약물전달체.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 양자점은 단일 코어 또는 코어/쉘 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 약물전달체.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 양자점은 직경이 1 ~ 10 nm인 것을 특징으로 하는 약물전달체.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 약물전달체는 직경이 10 ~ 500 nm인 것을 특징으로 하는 약물전달체.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 약물전달체는 세포이미징이 가능한 것임을 특징으로 하는 약물전달체.

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