KR101072666B1 - 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체 및 이의 제조방법 - Google Patents

산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산화가돌리늄 나노입자체에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체는 뇌혈관관문을 통과하기 용이하여, 뇌질환과 같은 질병의 진단을 위한 조영제로 사용될 수 있으며, 이의 제조방법이 여타 조영제의 제조방법보다 간단하여, 제조 비용이 낮다는 장점이 있어서, 의학 진단 분야에 유용하게 사용될 수 있다.
가돌리늄, 조영제

Description

산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체 및 이의 제조방법{COATED GADOLINIUM OXIDE NANOPARTICLES BY BIOCOMPATIBLE LIGAND AND SYNTHESIZING THEREOF}
본 발명은 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
자기공명영상(MRI, Magnetic Resonance Imaging)은 자기장 안에서 수소 원자의 스핀이 이완되는 현상을 이용해 신체의 해부학적, 생리학적, 생화학적 정보 영상을 얻는 방법으로서, 인간이나 동물의 신체기관을 비침습적이며 실시간 영상화할 수 있는 뛰어난 영상 진단 장비중의 하나이다.
생명과학이나 의학 분야에서 MRI를 다양하고 정밀하게 활용하기 위해서 외부에서 물질을 주입하여 영상 대조도를 증가하는 방법을 사용하는데, 이러한 물질을 조영제라고 한다. MRI 이미지 상에서 조직들 사이의 대조도(contrast)는 조직 내의 물분자 핵스핀(nuclear spin)이 평형상태로 돌아가는 이완작용(relaxation)이 조직 별로 다르기 때문에 생기는 현상인데, 조영제는 이러한 이완작용에 영향을 끼쳐 조직간 이완도의 차이를 벌리고 MRI 시그널의 변화를 유발하여 조직간의 대조를 보다 선명하게 하는 역할을 한다.
조영제는 특징과 기능, 주입하는 대상에 따라 활용도와 정밀도의 차이가 생긴다. 조영제들을 이용한 증강된 대조는 특정 생체기관과 조직들의 주변과 영상신호를 높이거나 낮추어서 보다 선명하게 영상화하게 해 준다. MRI 영상을 얻기를 원하는 신체부위의 영상신호를 주위보다 상대적으로 높게 만드는 조영제를 'positive' 조영제라고 하며, 이와 반대로 주위보다 상대적으로 낮게 만드는 조영제를 'negative' 조영제라고 한다.
조영제의 제조에 사용되는 상자성 나노입자로는 Mn, Gd 등이 있으며, 이들 상자성 나노입자는 비수용성 및 독성 등과 같은 문제을 가지고 있어서, 이를 해결하기 위하여 상자성 나노입자 표면을 다양한 물질로 코팅하려는 시도가 있다.
아울러, 뇌 신경조직에는 특정한 물질들이 혈관으로부터 들어가는 것을 막는 일종의 장벽이 존재한다. 이러한 기능적인 장벽을 뇌혈관장벽(blood-brain barrier, BBB, 뇌혈관관문)이라고 한다. 예를 들어, 트라이판 블루(trypan blue)를 정맥내에 주사한 후 관찰하면 이 염료는 다른 모든 세포 사이 공간에 나타나지만, 중추신경계에만은 나타나지 않는다. 여러 종류의 약물과 대사물질들은 뇌혈관장벽을 투과하지 못하기 때문이다. 이러한 뇌의 특징으로 인해서 일반적인 조영제로는 뇌에 존재하는 질병을 확인하기 어려워, 뇌혈관장벽을 통과하여 뇌의 질환을 진단 하기 위한 MRI 조영제가 활발히 연구되고 있다.
종래에 조영제의 기능을 높이기 위한 대한민국 공개특허 제2007-0088392호에는 양친매성 화합물을 이용한 자성 나노복합체 및 이를 포함하는 약제학적 조성물에 관해서 기재되어 있으며, 보다 구체적으로, 자성 나노입자가 하나 이상의 소수성 영역과 하나 이상의 친수성 영역을 가지는 양친매성 화합물에 의해 둘러싸여 있고, 상기 친수성 영역에 존재하는 하나 이상의 친수 활성성분 결합영역이 조직 특이적 결합 성분과 결합되어 있으며, 상기 소수성 영역에 약제학적 활성성분이 결합 또는 봉입되어 있는 것을 특징으로 하는 자성 나노복합체에 관해서 기재되어 있다.
또한, 미국특허공보 US 6,638,494호는 산화철과 같은 금속을 포함한 초상자성 나노입자에 관한 것으로서, 나노입자의 표면에 특정한 카르복실산을 부착하여 중력 또는 자기장에서 나노입자가 응집 및 침전되는 것을 방지하는 방법을 개시하고 있다. 상기 특정한 카르복실산으로는 말레산, 타르타르산, 또는 글루카르산과 같은 지방족 디카르복실산, 또는 시트르산, 시클로헥산, 또는 트리카르복실산과 같은 지방족 폴리디카르복실산이 이용되었다.
상기 대한민국 공개특허 제2007-0088392호에는 양친매성 화합물이 결합시키고, 친수성 영역에 존재하는 하나 이상의 친수활성성분을 결합시켜 조직 특이적인 결합을 형성하는 것을 특징하고 있으며, 미국특허공보 US 6,638,494호에는 초상자성 나노입자에 카르복실산을 부착하여 나노입자가 응집 및 침전되는 것을 방지하는 방법에 대해서 기재되어 있다. 그러나, 상기 선행문헌으로 제조되는 조영제는 제조 방법이 복잡할 뿐만 아니라, 뇌혈관장벽을 통과하여 뇌 질환을 진단 및 평가할 수 있는 방법에 대해서는 기재되어 있지 않다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 나노입자가 응집 및 침전되는 것을 방지하면서도 제조방법이 간단하여 제조 비용을 낮추고, 뇌혈관장벽을 통과하여 뇌 질환을 진단 및 평가할 수 있는 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체를 제공한다.
또한, 본 발명은
단계 1) 극성 유기용매에 금속전구체 및 생체적합성 리간드를 첨가하여 혼합물을 얻는 단계;
단계 2) 상기 단계 1)의 혼합물에 공기를 공급하면서 고온에서 교반하여 반응물을 얻는 단계; 및
단계 3) 상기 반응물에 유기용매를 첨가하여 최종산물을 얻는 단계로 이루어지는 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체는 뇌혈관관문을 통과하기 용이하여, 뇌질환과 같은 질병의 진단을 위한 조영제로 사용될 수 있으며, 이의 제조방법이 여타 조영제의 제조방법보다 간단하여, 제조 비용이 낮다는 장점이 있어서, 의학 진단 분야에 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명은 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체를 제공한다.
본 발명에 따른 상기 생체적합성 리간드에 항체 또는 단백질을 결합시켜 사용할 수도 있다. 상기 항체는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 생체 내 특이적인 부위에 대한 친화도를 증가시키기 위해 가변부위 또는 불변부위가 변이된 것을 사용할 수도 있다. 더불어, 상기 단백질은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 치료용 단백질 또는 단백질성 호르몬을 사용할 수 있다. 상기 단백질은 생체의 특이적인 부위에 대한 친화도를 증가시키기 위해 변이된 것을 사용할 수도 있다.
상기 생체적합성 리간드는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 생체적합성이 좋은 고분자이면 한정하지 않으며, 바람직하게는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 락토바이오닉산(lactobionic acid), D-글루쿠로닉산(D-glucuronic acid) 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체의 직 경는 생체흡수가 용이한 크기이면 한정하지 않으며, 본 발명에 따른 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체는 0.5 ~ 10 ㎚일 수 있다. 상기 산화가돌리늄 나노입자체가 10 ㎚를 초과할 경우에는 뇌혈관관문을 통과하기 힘들어, 뇌질환 진단을 위한 조영제로 사용하기 어렵다.
또한, 본 발명은
단계 1) 극성 유기용매에 금속전구체 및 생체적합성 리간드를 첨가하여 혼합물을 얻는 단계;
단계 2) 상기 단계 1)의 혼합물에 공기를 공급하면서 고온에서 교반하여 반응물을 얻는 단계; 및
단계 3) 상기 반응물에 유기용매를 첨가하여 최종산물을 얻는 단계로 이루어지는 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체의 제조방법을 제공한다.
상기 단계 1)은 극성 유기용매에 금속전구체 및 생체적합성 리간드를 첨가하여 혼합물을 얻는 단계이다.
상기 단계 1)의 극성 유기용매 특별히 한정하는 것은 않으며, 금속전구체 및 생체적합성 리간드의 반응을 유도할 수 있는 극성 유기용매이면 한정하지 않으며, 바람직하게는 트리에틸렌글리콜, 트리프로필렌글리콜 등을 사용할 수 있다.
상기 금속전구체는 특별히 한정하지 않으며, 바람직하게는 가돌리늄 전구체를 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 GdCl3·6H20, Gd(NO3)3 등을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 생체적합성 리간드에 항체 또는 단백질이 결합시킨 것을 사용할 수도 있다. 상기 항체는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 생체내 특이적인 부위에 대한 친화도를 증가시키기 위해 가변부위 또는 불변부위가 변이된 것을 사용할 수도 있다. 더불어, 상기 단백질은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 치료용 단백질 또는 단백질성 호르몬을 사용할 수 있다. 상기 단백질은 생체의 특이적인 부위에 대한 친화도를 증가시키기 위해 변이된 것을 사용할 수도 있다.
상기 생체적합성 리간드는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 생체적합성이 좋은 고분자이면 한정하지 않으며, 바람직하게는 폴리에틸렌 글리콜, 락토바이오닉산, D-글루쿠로닉산 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 금속전구체 및 생체적합성 리간드는 1 ~ 0.5 : 0.5 ~ 1 몰비로 혼합하여 금속전구체에 생체적합성 리간드를 코팅시킬 수 있다.
상기 단계 2)는 단계 1)의 혼합물에 공기를 공급하면서 고온에서 교반하여 반응물을 얻는 단계이다.
상기 공기는 특별히 한정하지는 않으며, 대기중에 있는 공기를 사용할 수도 있다. 바람직하게는 산소가 5 ~ 50% 함유된 것을 사용할 수 있다. 상기 고온은 금속전구체에 생체적합성 리간드를 코팅시킬 수 있는 온도이면, 특별히 한정하지 않으며, 바람직하게는 200 ~ 300 ℃하여 반응시킬 수 있다. 상기 반응을 용이하게 하기 위하여 20 ~ 30 시간 동안 교반시키며 반응시킬 수 있다. 상기 온도가 200 ℃ 미만일 경우에는, 금속전구체에 생체적합성 리간드를 코팅시키는 반응을 유도하기 어렵고, 300 ℃를 초과할 경우에는 온도 증가에 따른 반응 속도가 더 이상 증가하지 않는다.
상기 단계 3) 상기 반응물에 유기용매를 첨가하여 최종산물을 얻는 단계이다.
상기 유기용매는 상기 단계 2)의 반응물을 침전시킬 수 있는 유기용매이면 한정하지 않는다.
상기 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체의 제조 과정을 더욱 상세하게 설명하자면, 트리에틸렌 글리콜과 같은 유기용매에 가돌리늄 전구체 및 폴리에틸렌글리콜, 락토바이오닉산 또는 D-글루쿠로닉산을 첨가하고, 이 혼합물에 공기를 흘려주면서 260 ℃에서 24시간 동안 교반하여 반응시켰다.
위와 같은 합성 단계를 마친 반응 생성물에는 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체와 함께, 반응물의 사용량에 따라 극성 유기용매 및 미반응 물질이 포함될 수 있다. 이러한 반응 생성물로부터 산화가돌리늄 나 노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체를 분리, 수득하기 위한 분리 단계가 진행된다.
상기 분리 단계는 막 여과법 등을 이용하여 반응 생성물로부터 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체를 분리, 수득할 수 있으나, 바람직하게는 침전 분리법을 이용한다. 구체적으로, 반응 생성물에 침전제를 첨가하여 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체를 침전시킨다. 그리고 반응기로부터 상등액을 제거하여 침전물(산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체)을 분리, 수득한다. 상기 침전제는, 특별히 한정하는 것은 아니지만 아세톤 및 메틸에틸케톤 등의 케톤류를 사용할 수 있다. 이때, 상기 생체적합성 리간드가 코팅된 산화가돌리늄 침전물을 건조시켜 분말 상으로 제품화할 수 있다. 또한, 상기 건조된 분말을 증류수 등에 녹여 액상으로 제품화될 수 있으며, 건조된 분말은 증류수에 우수한 분산성을 갖는다.
이상에서 설명한 본 발명의 제조방법에 따르면, 한 공정(One-step), 즉 하나의 합성 공정(One-step synthesis)에 의해 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체가 간단하게 제조된다. 즉, 상기 언급된 바와 같이, 상기 반응을 수반하는 합성 단계에 의해, 금속 전구체가 나노 크기 입자의 금속산화물로 산화되면서, 이와 동시에 상기 금속산화물의 입자 표면에는 생체적합성 리간드가 코팅된다. 또한, 본 발명에 따른 최종산물은 초미세 크기로 제조되어 인체 흡수가 빠르며, 제조비용이 저렴하다는 장점이 있다. 아울러, 합성이 반응기에서 한 번에 진행되므로, 반응기 스케일을 크게 설계하면 대량 생산이 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 산화가돌리늄 나노입자체는, 금속산화물의 표면에 생체 적합성 리간드가 코팅된 코어-쉘(core-shell) 구조를 갖는다.
본 발명에 따른 산화가돌리늄 나노입자체의 크기는 한정하지 않으나, 바람직하게는 0.5 ~ 10 ㎚이다.
본 발명의 산화가돌리늄 나노입자체의 스핀이완율을 알아보기 위하여, 산화가돌리늄 나노입자체를 증류수로 현탁하여 0.0625, 0.125, 0.25, 0.5 mM 농도로 하여 시료를 제조하였다. 이를 이용하여 T1 및 T2 map image를 구하였다. 본 발명의 T1 및 T2 map image는 도 6에서 보는 바와 같이, 농도가 높을수록 어둡게 나옴을 볼 수 있는데 이는 산화가돌리늄 나노입자체의 농도가 높을수록 이완율이 높게 나타나기 때문이다. T1 및 T2 이완율 시간값을 역수로 하여 농도로 도시한 다음 기울기로 부터, 각각 r1 및 r2의 값을 구할 수 있다. 표 1에서 보는 바와 같이, r1의 기울기 값은 11.6이고, r2의 기울기 값은 13.4로 나타났다. 이는 r2/r1으로 계산할 경우 1에 가까운 값이 나올 수 있는데, 이는 r1의 이완율이 r2와 유사한 값을 갖음을 알 수 있다. 이는 T1의 스핀이완율 값인 r1의 기울기 값이 높게 나타남을 알 수 있다. 기존에 사용되고 있는 가돌리늄계 조영제의 r1 기울기 값이 3 ~ 5의 값을 나타내는 반면에 본 발명에 따른 산화가돌리늄 나노입자체는 이보다 2 ~ 3배 높은 기울기 값을 보였다. 이는 이전의 가돌리늄 복합체보다 저농도를 사용하여도 같은 조영효과 를 볼 수 있을 뿐만 아니라, 같은 농도를 사용할 경우, 보다 분명한 조영 영상을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 산화가돌리늄 나노입자체는, 특별히 한정하는 것은 아니지만 MRI의 조영제 및 약물 전달 시스템 등의 다양한 용도로 사용될 수 있으며, 코어(core)를 구성하는 금속산화물이 산화가돌리늄이므로, MRI에서 T1 조영제로서 유용하게 사용될 수 있다.
가돌리늄 계열의 조영제는 뇌혈관관문을 통과하지 못하며, 일부는 독성을 나타내어 뇌 질환을 위한 조영제로는 부적합하다. 그러나, 본 발명의 조영제는 폴리에틸렌글리콜과 같이 독성을 감소시키기 위해 사용되는 생체적합성 리간드로 나노크기의 산화가돌리늄을 코팅하여, 간 대사가 더디게 이루어지며, 뇌혈관관문을 통과하면서도, 생체적합성 리간드 코팅을 통해서 조영제의 독성을 감소시키는 결과를 가져왔다. 특히, 가돌리늄은 T1 조영제로 사용하기에 가장 적합한 원소이나, 독성으로 인해서 인체 사용이 제한되었으나, 본 발명은 가돌리늄의 이러한 단점을 극복하면서, 뇌질환을 위한 조영제를 완성하였다.
본 발명에 따른 제조방법으로 제조되는 산화가돌리늄 나노입자체를 유효성분으로 포함하는 MRI 조영제의 유효성분 안정성을 높이기 위하여 보조 성분을 추가할 수 있으며, 바람직한 보조성분으로는 소듐시트레이트(sodium citrate) 등을 혼합하여 본 발명에 따른 산화가돌리늄 나노입자체의 안정성을 높일 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1> 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체의 제조
실시예 1-1: 폴리에틸렌글리콜이 코팅된 산화가돌리늄 나노입자체의 제조
GdCl3·6H2O 5 m㏖, 폴리에틸렌글리콜 5 m㏖ 및 트리에틸렌글리콜 40 ㎖를 혼합한다. 이 혼합물에 대기중의 공기로 버블링하면서 260 ℃에서 24시간 동안 자기막대로 교반하면서 반응시켰다. 상기 혼합물을 실온으로 하여 냉각시킨 후, 반응물에 아세톤을 첨가하여 폴리에틸렌글리콜이 코팅된 산화가돌리늄 나노입자체를 침전시킨다. 상층액은 제거하고, 침전물은 공기중에서 건조시켜 분말을 수득하였다.
실시예 1-2: 락토바이오닉산이 코팅된 산화가돌리늄 나노입자체의 제조
폴리에틸렌글리콜 5 m㏖ 대신에 락토바이오닉산 5 m㏖ 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 하여 락토바이오닉산이 코팅된 산화가돌리늄 나노입자체를 제조하였다.
실시예 1-3: D- 글루쿠로닉산이 코팅된 산화가돌리늄 나노입자체의 제조
폴리에틸렌글리콜 5 m㏖ 대신에 D-글루쿠로닉산 5 m㏖ 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 하여 D-글루쿠로닉산이 코팅된 산화가돌리늄 나노입자체를 제조하였다.
< 실험예 1> 산화가돌리늄 나노입자체 크기 측정
상기 실시예 1-1 ~ 1-3에서 제조된 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체를 전자현미경으로 측정하기 위하여, 상기 산화가돌리늄 나노입자체를 메탄올에 분산처리를 한 후, 시편을 제작하였다. 이를 고해상도 전자현미경(제작사: JEOL, 모델: JEM 2100F)으로 측정하였다. 그 결과를 하기 도 1 ~ 3에 나타내었다.
도 1 ~ 3에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 생체적합성 리간드가 코팅된 산화가돌리늄 나노입자체는 균일하고, 0.5 ~ 3 ㎚ 입자 크기를 보였다. 이는 본 발명에 따른 산화가돌리늄이 인체 흡수가 용이하게 이루어질 수 있음을 간접적으로 보여주며, 특히 본 발명에 따른 산화가돌리늄 나노입자체가 뇌혈관관문을 통과하기 용이함을 알 수 있다.
< 실험예 2> 산화가돌리늄 나노입자체의 상자성 측정
본 발명에 따른 제조방법에 의해서 제조된 실시예 1-1을 SQUID 자기력측정장 치(SQUID magnetometer, 제작사: Quantum Design, 모델: MPMS 7)에 투입하고 측정하였다. 그 결과를 하기 도 4(a) 및 4(b)에 나타내었다.
도 4(a)는 자기장을 일정하게 한 상태에서 실시예 1-1의 시편을 측정한 것이다. 실시예 1-1의 산화가돌리늄 나노입자체는 온도가 높아질수록 자기장의 모멘트 값이 하락함을 볼 수 있다.
또한, 도 4(b)는 온도를 일정하게 한 상태에서 자기장의 변화에 따른 실시예 1-1의 시편의 변화를 살펴본 것이다. 실시예 1-1의 산화가돌리늄은 자기장이 0 Oe가 되었을때 모멘트 값도 0 emu/g가 됨을 알 수 있었다.
상기 결과로 보아, 본 발명에 따른 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체는 상자성을 띄고 있음을 확인할 수 있었다.
< 실험예 3> 산화가돌리늄 나노입자체의 생체고분자 코팅 측정
본 발명에 따른 제조방법에 의해서 제조된 실시예 1-1을 FT-IR 적외선분광광도계(Fourier Transform Infrared Spectrophotometer, 제작사: Mattson Instruments Ins., 모델: Galaxy 7020A)에 투입하고 측정하였다. 그 결과를 하기 도 5 (a) 및 (b)에 나타내었다.
도 5(a) 는 폴리에틸렌글리콜의 FT-IR 스팩트럼이고, 도 5(b)는 폴리에틸렌글리콜가 코팅된 산화가돌리늄 나노입자체의 FT-IR 스팩트럼이다. 먼저 도 5(b)에 폴리에틸렌글리콜의 작용기 피크가 관찰되는 것으로 보아 산화가돌리늄 나노입자에 폴리에틸렌글리콜이 코팅된 것을 알 수 있다. 또한 도 5(b)에 1600 cm-1 위치에 C=O 피크는 폴리에틸렌글리콜의 카보닐기가 산화가돌리늄 나노입자에 화학결합된 것을 알 수 있다.
< 실험예 4> 농도에 따른 산화가돌리늄 나노입자체의 이완성 및 상자성 측정
실시예 1-1에서 제조된 산화가돌리늄 나노입자체를 증류수로 현탁하여 0.0625, 0.125, 0.25, 0.5 mM 농도로 하여 시료를 제조하였다. 이를 MRI 장치(제작사: Mattson Instruments Ins., 모델: Galaxy 7020A)로 측정하고, 그 결과를 하기 도 6(a), 6(b) 및 7에 나타내었다.
도 6(a) 및 6(b)에 나타난 바와 같이, 산화가돌리늄 나노입자체의 농도가 높을 수록 이완율 시간이 짧아지는 현상을 보이는데, 본 발명에 따른 산화가돌리늄 나노입자체는 농도 의존적인 T1 및 T2 map image가 나타남을 알 수 있었다. T1 및 T2 map image를 측정하고, 그 값을 역수값을 취하여, r1 및 r2값을 구하고, 그 결과를 도 7 및 표 1에 도식하였다.

방정식
y=a + bx

Adj. R-Square
0.98
0.99


값
표준오차

이완율(r1)
y 절편
0.7
0.01

이완율(r2)
기울기
11.6
0.16

이완율(r1)
y 절편
0.8
0.06

이완율(r2)
기울기
13.4
0.48
도 7에 나타난 바와 같이, r1 및 r2값을 대입하여 얻은 방정식의 기울기는 각각 11.6 및 13.4임을 알 수 있었다. 이를 r2/r1으로 계산하여 보면, 1에 가까운 값이 나옴을 알 수 있었다. 이는 이론적으로 항상 r2 기울기 값이 r1 기울기 값보다 높게 나타나지만, 유사함을 나타내고 이는 본 발명에 따른 조영제가 상자성을 갖음을 알 수 있었다. 또한, 본 발명에 따른 산화가돌리늄 나노입자체의 이완율인 r1의 기울기 값이 11.6로 나타났다. 이는 기존에 사용되고 있는 가돌리늄 복합체의 이완율 값이 평균 r1이 4로 나타나는 것에 비교하였을 때, 본 발명의 산화가돌리늄 나노입자체의 이완율 값이 더 높게 나타남을 알 수 있었다. 이는 본 발명에 따른 산화가돌리늄 나노입자체가 기존에 사용되고 있는 조영제 낮은 농도를 사용하더라도, 같은 조영효과를 보일 수 있음을 나타냈다. 그러므로, 본 발명에 따른 산화가돌리늄 나노입자체는 낮은 농도로도 효과적인 조영제로 사용될 수 있음 알 수 있었다.
< 실험예 5> 본 발명에 따른 조영제의 생체 내 조영효과
뇌 종양이 유발된 350 g의 실험용 쥐(SD-rat, 효창사이언스)를 이소플루란(isoflurane, 중외제약)을 N2O 및 O2와 혼합하여 마취시킨 후, 이를 지속적으로 흡입시켜 마취를 유지시킨다. 마취가 된 실험용 쥐에 본 발명의 실시예 1-3에 따른 조영제 520 ㎕(0.007 mM)를 쥐 꼬리정맥을 통하여 주입하고, 상기 실험 동물을 MRI 장비(제작사: GE, 모델: Excite)에 넣고, 측정하였다. 그 결과를 하기 도 8(a) 및 (b)에 나타내었다.
도 8(a)는 본 발명에 따른 조영제를 투여하기 전의 실험용 쥐의 뇌 영상이고, 도 8(b)는 실시예 1-3의 조영제를 투여한 뇌 영상이다. 본 도면에서 보는 바와 같이, 도 8(b)에서는 본 발명에 따른 조영제를 투여하였을 경우, 도 8(b)에 표기되어 있는 것과 같이 실험용 쥐 내에 유발되어 있는 종양을 볼 수 있다.
따라서, 본 발명에 따라 제조된 산화가돌리늄 나노입자체는 조영제로서 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드인 폴리에틸렌글리콜로 코팅된 나노입자체의 전자현미경 사진이고,
도 2는 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드인 락토바이오닉산으로 코팅된 나노입자체의 전자현미경 사진이고,
도 3은 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드인 D-글루쿠로닉산으로 코팅된 나노입자체의 전자현미경 사진이고,
도 4는 본 발명에 따른 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체의 절대온도와 자기장의 변화에 따른 특징을 나타낸 도이고,
도 5는 본 발명에 따른 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체의 FT-IR 스펙트럼에 관한 것이고,
도 6은 농도에 따른 본 발명의 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체의 map image에 관한 것이고,
도 7은 농도에 따른 본 발명의 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체의 이완율에 관한 것이고,
도 8은 본 발명에 따른 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체를 포함하는 조영제를 투여한 실험용 쥐의 뇌 MRI 사진이다.

Claims (17)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 단계 1) 극성 유기용매에 금속전구체 및 생체적합성 리간드를 첨가하여 혼합물을 얻는 단계;
    단계 2) 상기 단계 1)의 혼합물에 공기를 공급하면서 고온에서 교반하여 반응물을 얻는 단계; 및
    단계 3) 상기 반응물에 유기용매를 첨가하여 최종산물을 얻는 단계로 이루어지는 산화가돌리늄 나노입자에 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 단계 1)의 극성 유기용매는 트리에틸렌 글리콜 및 트리프로필렌 글리콜으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 나노입자체의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 단계 1)의 금속전구체는 GdCl3·6H20 및 Gd(NO3)3으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 나노입자체의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제5항에 있어서, 상기 단계 1)의 생체적합성 리간드에 항체 또는 단백질이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 나노입자체의 제조방법.
  10. 제5항에 있어서, 상기 단계 1)의 생체적합성 리간드는 폴리에틸렌 글리콜, 락토바이오닉산 및 D-글루쿠로닉산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 나노입자체의 제조방법.
  11. 제5항에 있어서, 상기 단계 1의 금속전구체 및 생체적합성 리간드는 1 ~ 0.5 : 0.5 ~ 1 몰비로 첨가되는 것을 특징으로 하는 나노입자체의 제조방법.
  12. 제5항에 있어서, 상기 단계 2)의 공기는 산소가 5 ~ 50%로 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 나노입자체의 제조방법.
  13. 제5항에 있어서, 상기 단계 2)의 고온은 200 ~ 300 ℃인 것을 특징으로 하는 나노입자체의 제조방법.
  14. 제5항에 있어서, 상기 단계 2)에서 교반은 20 ~ 30 시간 동안 하는 것을 특징으로 하는 나노입자체의 제조방법.
  15. 제5항에 있어서, 상기 단계 3)의 유기용매는 아세톤, 메틸에틸케톤으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 나노입자체의 제조방법.
  16. 제5항에 있어서, 상기 생체적합성 리간드가 코팅된 나노입자체의 직경은 0.5~10 ㎚인 것을 특징으로 하는 나노입자체의 제조방법.
  17. 삭제
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