KR101086055B1 - 온도 민감성 풀루란-락타이드 공중합체, 이로부터 형성된 나노입자, 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풀루란 및 락타이드가 에스테르 결합에 의해 공중합되어 형성되는, 온도 민감성 풀루란-락타이드 공중합체, 그 풀루란-락타이드 공중합체의 자기집합에 의해 형성된 약물이 봉입된 온도 민감성 나노입자, 및 이들의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 풀루란-락타이드 공중합체는 약물이 봉입되는 온도 민감성 나노입자를 형성할 수 있으며, 이러한 온도민감성 나노입자는 온도를 조절함으로써 나노 입자의 형성이 제어되어 약물의 포집 및 방출 제어가 용이한 효율적인 약물 전달체로서 사용될 수 있다.

Description

온도 민감성 풀루란-락타이드 공중합체, 이로부터 형성된 나노입자, 및 그 제조방법{A thermosensitive pullulan-lactide copolymer, a nanoparticle formed from the same, and a process for the preparation thereof}
본 발명은 온도 민감성 풀루란-락타이드 공중합체, 그 공중합체가 자기집합되어 형성된 나노입자, 및 이들의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 풀루란-락타이드 공중합체의 온도 민감성으로 인해 그로부터 제조된 나노입자가 온도 민감성을 가져 온도에 따라 약물 방출 거동을 조절할 수 있는, 온도 민감성 풀루란-락타이드 공중합체, 그 공중합체가 자기집합되어 형성된 나노입자, 및 이들의 제조방법에 관한 것이다.
암의 발병율은 계속해서 증가하고 있으며, 이에 따른 암 치료방법 및 약물의 개발이 끊임없이 이루어지고 있다. 현재 사용되고 있는 암 치료법은 암세포만을 외과수술로 제거하는 수술요법, 방사선 요법, 세포독성을 보이는 항암제를 이용한 화학요법 등이다. 항암제를 이용한 화학요법은 암 치료에 널리 사용되는 방법이지만, 암세포 뿐만 아니라 정상세포에까지 세포 독성을 나타내므로 부작용의 위험성이 따른다. 따라서, 항암제를 이용한 화학요법 분야에서는 항암제의 부작용은 줄 이면서 암 치료 효과는 극대화시키기 위한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.
나노입자는 항암제를 비롯한 약물의 선택적 표적부위 전달을 위한 약물 전달체중 하나로서, 직경이 수 nm 내지 수백 nm인 입자 크기를 갖는 넓은 표면적을 가진 콜로이드 상의 불균일 분산입자를 의미한다. 나노입자는 특정적인 입자의 크기 때문에, 정상 혈관 조직을 투과하지 않는데 반해, 암, 염증 등의 조직에 존재하는 혈관은 매우 약하며 느슨한 구조를 가져 암, 염증 등의 부위의 조직에 존재하는 혈관에서는 잘 투과되므로, 정상조직에 비해 상대적으로 암, 염증 등의 부위의 조직으로 잘 전달될 수 있다(EPR effect: Enhanced Permeability and Retention effect). 나노입자의 크기적인 특성 외에도 암세포에만 특별히 존재하는 항원에 대한 수용체를 나노입자에 부착하여 선택적 전달 효율을 높일 수 있어, 나노입자는 약물의 선택적 전달을 가능하게 할 수 있다. 또한, 나노입자는 약물의 방출을 지연시킬 수 있어 약물의 서방성을 위해 사용되기도 한다.
따라서, 이러한 나노입자는 활발히 연구되어 다양한 특성을 갖는 나노입자들이 개발되어 왔다. 한국특허등록 0868724는 온도의 변화에 따라 친수성 및 소수성을 가역적으로 나타내는 온도 민감성 고분자를 친수성 고분자와 함께 중합체를 형성시켜, 임계온도 전, 후에서 양친매성을 상실 또는 획득에 의해 자기 집합체를 형성하는 나노 수준의 약물 전달체를 개발하였다. 이 특허에서는 온도 민감성 고분자로 알려져 있던 폴리(N,N-디메틸아크릴아마이드) 또는 폴리(N-이소프로필아크릴아마이드)를 이용하였다.
이러한 온도 민감성 나노입자는 온도 변화에 따라 가역적으로 나노 입자의 형성 및 방출 거동을 보이므로, 온도를 조절함으로써 나노 입자의 형성이 제어되어 약물의 포집 및 방출 제어가 용이한 효율적인 약물 전달체로서 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 온도 민감성 나노입자의 개발이 많이 이루어지지 않고 있다.
이에 본 발명자들은 온도변화에 따라 나노입자의 형성이 제어되는 온도 민감성 나노입자의 개발을 위해 연구한 결과, 온도의 변화에 따라 나노입자를 형성할 수 있는 능력이 달라지는 온도 민감성 고분자 중합체 및 그러한 온도 민감성 고분자 중합체로 제조되는 온도 민감성 나노입자를 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 온도의 변화에 따라 나노입자를 형성할 수 있는 능력이 제어되는 온도 민감성 고분자 중합체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 온도 민감성 고분자 중합체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 온도의 변화에 따라 나노 입자의 형성이 제어되는 온도 민감성 나노입자를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 온도 민감성 나노입자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 온도 민감성 나노입자를 포함하는 주사제를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 풀루란 및 락타이드가 에스테르 결합에 의해 공중합되어 형성되는, 온도 민감성 풀루란-락타이드 공중합체를 제공한 다.
상기 온도 민감성 풀루란-락타이드 공중합체는
풀루란 및 락타이드를 용매 중에 용해하는 단계;
상기 풀루란과 락타이드의 혼합용액을 풀루란에 락타이드가 충분히 결합되도록 교반하여 반응시키는 단계; 및
상기 반응물을 투석막에 넣고 수중에서 투석에 의해 용매, 미반응물, 및 불순물을 제거하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 온도 민감성 풀루란-락타이드 공중합체 및 약물 포함하고, 온도의 변화에 따라 풀루란-락타이드 공중합체가 자기집합에 의해 나노입자를 형성하고 약물이 그 나노입자에 봉입되는 온도 민감성 나노입자를 제공한다.
상기 온도 민감성 나노입자는
풀루란-락타이드 공중합체 및 약물을 용매에 용해하는 단계;
상기 풀루란-락타이드 공중합체 용액을 투석막에 넣고 수중에서 투석함으로써 물이 투석막 내부로 유입되면서 풀루란-락타이드 공중합체가 자기집합되어 나노입자를 형성하는 단계; 및
상기 형성된 나노입자를 동결건조하여 나노입자를 회수하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 온도 민감성 나노입자를 포함하는 주사제를 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에서는 생체 적합성을 갖는 친수성 고분자인 풀루란에 다수 존재하는 히드록시기에 락타이드를 에스테르 결합시켜 형성되는 풀루란-락타이드 공중합체가 전이온도 미만에서는 나노입자를 형성할 수 없는데 반해 전이온도 이상에서는 자기집합에 의해 나노입자를 형성하는 온도 민감성을 나타낸다는 것을 발견하였다.
따라서, 본 발명은 일 측면에 있어서, 풀루란 및 락타이드가 에스테르 결합에 의해 공중합되어 형성되는, 온도 민감성 풀루란-락타이드 공중합체를 제공한다.
상기 온도 민감성 풀루란-락타이드 공중합체는 친수적 성질을 갖는 풀루란에 양친매성을 유도하기 위해 소수적 성질을 갖는 락타이드를 에스테르 결합에 의해 중합시킨 것이다.
상기 온도 민감성 풀루란-락타이드 공중합체를 구성하는 풀루란은 흑효모라고 불리우는 Aureobasidium pullulans가 세포외로 생산하는 수용성 다당류이다. 풀루란은 주로 3개의 글루코스가 α-1,4 결합된 말토트리오즈가 α-1, 6결합으로 반복 결합된 직쇄상의 글루칸이며, 풀루란은 무미무취하고 부정형의 백색분말로 각종 독성, 변이원성 시험결과에 아무 문제가 없어 일본에서는 식품으로 인가되었다. 풀루란은 화학적으로 합성된 일반 고분자 재료와는 달리 장내세균의 풀루라네이즈(pullulanase)나 아이소풀루라네이즈(isopullulnanase)등에 의해 쉽게 생분해되어 포도당으로 바뀌는 무독성 고분자이다. 그리하여 풀루란은 천연첨가물로서 인정되어 증점제, 점착제, 안정제, 생분해성 포장재, 플라스틱 결착재, 필름형 구강청정제등에 제조에 이용되고 있는 고분자이다.
풀루란은 예를 들어 하기 화학식 1의의 구조를 가질 수 있다.
Figure 112009013943812-pat00001
상기 풀루란은 수용성 천연 고분자로서 다수의 히드록시기를 포함하고 있어 반응성이 좋으므로 촉매제에 의해 활성화되어 락타이드의 카르복실기와 에스테르 결합에 의해 결합하여 풀루란-락타이드 공중합체를 형성할 수 있다.
상기 온도 민감성 풀루란-락타이드 공중합체를 구성하는 락타이드는생분해성 및 생체적합성 등의 장점들 때문에 생물의학과 환경 분야에 널리 이용되는 화합물로서, 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.
Figure 112009013943812-pat00002
상기 락타이드는 풀루란과 에스테르 결합시 고리 열림 중합반응에 의해 풀루란에 결합하게 되므로, 하기 화학식 3과 같은 형태로 풀루란에 결합되어 풀루란-락타이드 공중합체를 형성하게 된다.
Figure 112009013943812-pat00003
상기 락타이드는 풀루란에 다양한 비율로 공중합될 수 있다. 풀루란에 존재한 히드록시기의 수는 매우 많으며, 이러한 히드록시기의 일부에 락타이드가 에스테르 결합에 의해 공중합되는 것이다. 본 발명에 따른 풀루란-락타이드 공중합체는 온도 민감성을 나타내기 위해, 바람직하게는 풀루란의 말토트리오즈 1 유닛당 결합되는 락타이드의 결합 분자수가 작은 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 말토트리오즈 1 유닛당 결합되는 락타이드의 결합 분자수가 0.5 내지 2.0, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 1.5이다.
상기 본 발명에 따른 풀루란-락타이드 공중합체는 온도의 변화에 따라 자기집합에 의한 나노입자 형성능이 변화하는 온도민감성을 나타낸다. 상기 풀루란-락타이드 공중합체의 온도 민감성은 하기 기재된 실험예에서 확인되었다. 하기 실험예 2에 따르면 풀루란-락타이드 공중합체 샘플을 증류수에 녹여주고, 이 용액을 25-45℃ 범위에서 1℃씩 증가시켜 가면서 UV 분광광도계로 투과도를 측정한 결과, 약 27-33℃를 임계점으로 하여 투과도가 현격히 감소하는 것으로부터 나노입자가 형성되는 것이 확인되었다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 풀루란-락타이드 공중합체는 나노입자 형성을 위한 전이온도가 약 27-33℃라는 것을 알 수 있다.
또한, 발명에 따른 나노입자는 온도의 증가에 따라 약물의 방출 속도가 달라질 수 있다. 하기 실험예 4에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 독소루비신이 봉입된 나노입자는 방출 온도를 달리하여 약물의 방출 거동을 측정한 결과, 온도가 증가할수록 약물의 방출속도가 증가하는 것으로 나타났다. 이는 온도가 증가할수록, 약물을 감싸고 있던 플루란-락타이드 공중합체가 수축 및 응집에 의해 약물을 압착(squeezing)하기 때문인 것으로 보인다. 따라서, 본 발명에 따른 나노입자는 나노입자의 형성 뿐만 아니라, 약물의 방출 속도에 대해서도 온도 민감성을 갖는다고 할 수 있다. 이는 실제 임상 치료시, 온열치료와 병행함으로써 나노입자가 타겟팅된 부분에서 약물의 방출을 촉진시킬 수 있어, 암 치료에 매우 효과적으로 이용될 수 있을 것으로 보인다.
또한, 일반적으로 소수성 항암제는 다양한 계면활성제를 이용하여 물에 분산된 형태로 제제화하여 사용하며, 이러한 경우 계면활성제 자체가 갖는 독성이 문제가 되어 또 다른 부작용을 유발할 수 있는데 반해, 본 발명에 따른 나노입자는 독성 계면활성제를 사용하지 않게 되므로 계면활성제 사용으로 인한 부작용을 대폭 줄일 수 있다.
상기 온도 민감성 풀루란-락타이드 공중합체는
풀루란 및 락타이드를 용매 중에 용해하는 단계;
상기 풀루란과 락타이드의 혼합용액을 풀루란에 락타이드가 충분히 결합되도록 교반하여 반응시키는 단계; 및
상기 반응물을 투석막에 넣고 수중에서 투석에 의해 용매, 미반응물, 및 불 순물을 제거하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
상기 풀루란의 글루코오스 단량체의 락타이드 분자에 대한 비율은 최종적으로 제조하고자 하는 풀루란-락타이드 중합체에서의 락타이드 비율에 따라 적절히 조정할 수 있으나, 바람직하게는 풀루란의 글루코오스 단량체의 락타이드 분자에 대한 비율이 1:1.8 내지 1:2.2의 비율이 되도록 풀루란 및 락타이드를 용해할 수 있다.
상기 풀루란 및 락타이드를 용해하는데 사용되는 용매는 풀루란과 락타이드가 모두 용해될 수 있는 임의의 용매가 이용될 수 있으며, 예를 들어 디메틸술폭시드 등이 이용될 수 있다.
상기 풀루란에 락타이드가 충분히 결합되도록 하기 위해, 풀루란의 히드록시기와 락타이드의 친핵성 치환반응에 의한 에스테르 결합을 촉진할 수 있는 촉매가 이용될 수 있으며, 예를 들어 트리에틸아민, 스테노우스 옥테이트(stanous octate) 등이 이용될 수 있다. 상기 풀루란과 락타이드의 혼합용액의 반응 온도는 65-80℃로 할 수 있으며, 바람직하게는 70-75℃이다. 반응시간은 약 7 시간 내지 18시간, 바람직하게는 약 10-14 시간 동안 수행할 수 있다.
풀루란과 락타이드의 공중합 반응이 완료된 다음에는 투석막을 통해 수중에서 투석을 수행함으로써, 미반응물, 불순물 및 상기 사용된 유기용매를 제거할 수 있다. 그리하여 정제된 형태로 얻어지는 온도 민감성 풀루란-락타이드 공중합체는 동결건조 과정을 추가로 더 수행하여 최종적으로 순수한 형태로 얻어질 수 있다.
상기 온도 민감성 풀루란-락타이드 공중합체가 풀루란 및 락타이드로부터 형 성되는 반응식을 도 1에 나타내었다.
상기 본 발명에 따른 온도 민감성 풀루란-락타이드 공중합체는 양친매성을 가지므로 미셀화와 같은 자기집합에 의해 나노입자를 형성할 수 있으며, 나노입자의 내부에 약물을 봉입할 수 있다. 따라서, 상기 온도 민감성 풀루란-락타이드 공중합체는 약물 전달체로서 사용되는 나노입자를 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명은 다른 측면에 있어서, 상기 본 발명에 따른 풀루란-락타이드 공중합체을 포함하고, 온도의 변화에 따라 풀루란-락타이드 공중합체가 자기집합에 의해 나노입자를 형성하는 온도 민감성 나노입자를 제공한다.
상기 나노 입자의 온도 민감성은 하기 기재된 실험예에서 확인되었다. 하기 실험예 2에 따르면 풀루란-락타이드 공중합체 샘플을 증류수에 녹여주고, 이 용액을 25-45℃ 범위에서 1℃씩 증가시켜 가면서 UV 스펙트로미터로 투과도를 측정한 결과, 약 27-33℃를 전이온도로 하여 투과도가 현격히 감소하는 것으로 나타났으며, 이러한 결과로부터 나노입자가 형성되는 것이 확인되었다.
상기 본 발명에 따른 나노입자는 약물을 나노입자 내부에 봉입시켜 약물의 전달체로서 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 또한, 상기 풀루란-락타이드 공중합체 및 약물을 포함하고, 온도의 변화에 따라 풀루란-락타이드 공중합체가 자기집합에 의해 나노입자를 형성하며 상기 약물이 상기 나노입자에 봉입되는 온도 민감성 나노입자를 제공한다.
상기 약물은 상기 온도민감성 나노입자에 봉입될 수 있는 임의의 약물일 수 있으며, 예를 들어 소수성 약물일 수 있다. 이러한 소수성 약물은 독소루비신, 탁 솔, 캄토테신, 아드리아마이신, 파클리탁셀, 시스플라틴, 미토마이신-C, 도노마이신(daunomycin), 및 5-플루오로우라실로 구성된 그룹에서 선택될 수 있다.
상기 온도 민감성 나노입자는
상기 본 발명에 따른 풀루란-락타이드 공중합체를 용매에 용해하는 단계;
상기 풀루란-락타이드 공중합체 용액을 투석막에 넣고 수중에서 투석함으로써 물이 투석막 내부로 유입되면서 풀루란-락타이드 공중합체가 자기집합되어 나노입자를 형성하는 단계; 및
상기 형성된 나노입자를 동결건조하여 나노입자를 회수하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 약물이 봉입된 온도 민감성 나노입자를 제조하기 위해서는, 풀루란-락타이드 공중합체를 용매에 용해하는 단계에서 약물을 함께 용해시키거나 별도로 약물을 용해한 약물 용액을 혼합하면 된다.
상기 풀루란-락타이드 공중합체를 용해하는 용매는 나노입자의 형성을 방해하지 않는 한, 풀루란-락타이드 공중합체를 용해하는 용매 혹은 풀루란-락타이드 공중합체 및 상기 약물을 용해하는 임의의 용매가 이용될 수 있으며, 예를 들어 디메틸술폭시드, 1,4-다이옥세인 등이 이용될 수 있다.
상기 나노입자를 형성시키기 위해서는 나노입자의 형성을 위한 투석 시의 온도를, 사용한 풀루란-락타이드의 나노입자 형성을 위한 전이온도 이상이 되도록 하여야 한다.
상기 약물로서 독소루비신을 사용할 경우에는, 시중에 시판되는 독소루비신 염산염을 친수성을 제거하기 위해 트리에틸아민을 가하여 염산을 제거하는 것이 바 람직하다. 상기 풀루란-락타이드 공중합체 및 약물을 포함하는 용액을 투석막에 넣고 투석하기 위해 사용되는 외부의 물은, 사용되는 약물의 특성에 따라 당업자가 적절히 선택한 완충제를 함유한 수용액으로서 이용될 수 있다. 예를 들어 독소루비신을 사용할 경우 독소루비신의 아민기의 안정성을 유지하기 위하여 pH9 이상의 완충용액을 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들어 붕산염 완충염 완충용액을 사용할 수 있다.
상기 투석에 사용되는 투석막은 풀루란과 결합되지 못한 락타이드의 분자량을 고려하여 락타이드는 통과할 수 있으면서 풀루란-락타이드 공중합체는 통과할 수 없는 투석막을 사용할 수 있으며, MWCO 500-1000 범위의 투석막을 사용할 수 있다. 독소루비신과 같이 소수성 항암제를 봉입한 나노입자를 제조할 경우에는 소수성 항암제의 종류에 따라 달라질 수도 있으나, 통상적으로는 분자량 1,000 이하의 물질만 제거할 수 있는 범위의 투석막을 이용할 수 있다. 상기 투석과정에 의해, 투석막을 통해 유입된 물에 의해서 양친매성 풀루란-락타이드 공중합체가 미셀화와 같은 자기집합에 의해 나노입자를 형성할 수 있고, 약물이 함께 존재한다면 내부에 약물을 봉입하면서 자기집합하여 나노입자화 될 수 있다. 이러한 나노입자의 형성과 함께, 부산물로서 형성될 수 있는 불순물 및 용매가 제거될 수 있고, 봉입되지 않은 약물 및 중합되지 않은 락타이드가 제거될 수 있다.
상기 투석과정에 의해 정제된 나노 입자의 수용액은 동결건조시킴으로써 순수한 나노입자만을 회수할 수 있다.
본 발명에 따른 나노입자는 풀루란-락타이드 공중합체가 약 27-33℃를 임계 점으로 하여 나노입자를 형성하는 특성을 가지므로, 실온에서의 풀루란-락타이드 공중합체 및 약물을 용매 중에 포함하는 용액의 형태로 존재하다가, 37℃ 이상인 생체에 투여시 생체 내에서 비로소 나노입자가 형성되도록 하는 제제로서 제조될 수도 있다.
상기 본 발명에 따른 나노입자는 소수성 약물을 비롯한 각종 약물의 전달체로서 사용될 수 있으며, 나노입자의 제조에 이용된 풀루란-락타이드 공중합체의 나노입자의 형성을 위한 전이온도 이상의 온도에서 자기집합에 의해 나노입자를 형성할 수 있는 온도민감성을 나타낸다. 이러한 온도민감성으로 인해 온도 변화에 따라 가역적으로 나노 입자의 형성을 보이므로, 온도를 조절함으로써 나노 입자의 형성이 제어되어 약물의 포집 및 방출 제어가 용이한 효율적인 약물 전달체로서 사용될 수 있다. 또한, 나노입자 가지고 있는 본연의 특성인 약물의 서방성을 기대할 수 있으며 항암제의 약물 전달체로서 사용하여 수동적 암표적화에 의해 항암제의 여러 가지 부작용을 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 약물 봉입된 온도 민감성 나노입자는 주사에 의해 생체에 투여할 수 있다. 따라서, 본 발명은 또 다른 측면에 있어서, 상기 본 발명에 따른 나노입자를 포함하는 주사제를 제공한다.
이러한 주사제는 당해 기술분야에 공지되어 있는 통상의 주사제 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 주사제는 환자에게 투여 시 그대로 이용될 수 있도록 멸균 매질에 분산된 형태일 수도 있으며, 투여 시 주사용 증류수를 가해 적절한 농도로 분산시킨 다음 투여하는 형태일 수도 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 풀루란-락타이드 공중합체는 온도의 변화에 따라 약물을 봉입한 나노입자를 형성할 수 있다. 그리하여, 본 발명에 따른 온도 민감성 나노입자는 온도를 조절함으로써 나노 입자의 형성이 제어되어 약물의 포집 및 방출 제어가 용이한 효율적인 약물 전달체로서 사용될 수 있다. 또한, 나노입자가 가지고 있는 본연의 특성인 약물의 서방성을 기대할 수 있으며 항암제의 약물 전달체로서 사용하여 수동적 암표적화에 의해 항암제의 여러 가지 부작용을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 나노입자는 나노입자의 형성 뿐만 아니라, 약물의 방출 속도에 대해서도 온도 민감성을 가져, 암 치료시 온열요법과 병용하여 약물의 타겟팅 및 치료 효과를 극대화할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 어떤 의미로든 본 발명의 범위가 이들에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1: 풀루란-락타이드 공중합체의 제조
분자량 100,000의 풀루란과 L 형의 락타이드(L-Lactide)를 각각 풀루란의 글루코즈 단량체의 L 형의 락타이드 단량체에 대한 비율을 각각 1:1.8(PUPL1의 제조), 1:2(PUPL2의 제조), 및 1:2.2(PUPL3의 제조)로 하여 질소 충전 상태에서 디메틸 설폭시드에 충분히 녹였다. 이후 촉매인 트리에틸아민을 풀루란의 글루코즈 단량체와 1:1의 비율이 되도록 질소충전상태를 유지하기 위해 주사기를 이용하여 가해주고 풀루란에 락타이드가 충분히 결합되도록 70-75℃의 오일 중탕기에서 12 시간 동안 중탕하였다.
반응 과정을 통해 얻어진 반응물은 투석막(MWCO 3,500)을 이용하여 수중에서 투석함으로써 유기 용매인 디메틸설폭시드와 미반응물과 불순물등을 제거하였다. 투석을 통해 정제된 풀루란-락타이드 공중합체를 동결건조를 통하여 온도민감성 풀루란-락타이드 공중합체를 회수하였다. 생성물을 각각 샘플 PUPL1, PUPL2, PUPL3로서 표시하였다.
실시예 2: 나노 입자 제조(1)
항암제인 독소루비신 염산을 디메틸설폭시드에 녹이고, 염산을 제거하기 위하여 트리에틸아민(Triethylamine;TEA)을 4-5방울 가하고, 충분히 혼합하여 6 시간동안 교반시키면서(stirring) 반응시켰다.
상기 실시예 1에서 제조한 풀루란-락타이드 공중합체 샘플 PUPL1, PUPL2, PUPL3을 디메틸 설폭시드에 가하여 용해시킨 용액을 상기 독소루비신 용액과 혼합하였다. 그런 다음, 혼합액을 투석막(MWCO 500-1000)에 넣고 투석함으로써, 약물이 봉입된 나노입자를 형성시킴과 동시에, 유기용매인 디메틸설폭시드, 독소루비신 염산의 염산을 제거하기 위한 촉매로 사용된 트리에틸아민, 및 봉입되지 않은 독소루비신을 제거하였다. 투석을 위한 외부 용액은, 독소루비신 염산의 아민기의 pKa 값이 8.4인 것을 고려하여 pH 9.4의 붕산 완충용액으로 하였으며, 투석시의 온도는 20℃로 하여, 24 시간동안 수행하였다.
그리하여 제조된 나노 입자 수용액을 동결 건조기를 사용하여 건조시켜 순수한 나노 입자만을 회수하였다. 각각의 샘플을 PUPL-NP1, PUPL-NP2, PUPL-NP3로서 표시하였다.
실험예 1: 프로톤-핵자기공명( 1 H-NMR)
상기 실시예 1에서 제조한 풀루란-락타이드 공중합체의 각각의 샘플 10 mg을 용매인 디메틸설폭시드에 녹이고 핵자기공명 튜브에 넣어 300 MHz 1H-NMR 분광광도계를 사용하여 풀루란과 락타이드가 결합하여 공중합체를 형성하였는지 여부를 분석하였다. 대표적으로, PUPL1에 대한 결과를 도 2에 나타내었다.
분석 결과, 풀루란의 말토트리오즈 1 유닛당 결합된 락타이드의 비율은 아래의 표 1과 같다. 아래의 표 1에 따르면, 풀루란-락타이드 공중합체 제조를 위해 락타이드를 많이 넣어주었을 때 풀루란에 결합된 락타이드의 비율이 높아지는 것을 알 수 있다.
풀루란의 말토트리오즈 1 유닛당 결합된 락타이드의 양
PUPL1 0.81
PUPL2 0.87
PUPL3 1.42
실험예 2: 투과도 변화 측정
상기 실시예 1에서 제조한 풀루란-락타이드 공중합체의 온도 민감성을 확인하기 위해 풀루란-락타이드 공중합체 각각의 샘플 10 mg을 증류수 1 mL을 가하여 보르텍싱(voltexing)하여 충분히 녹여주었다. 이 용액을 UV 분광광도계를 사용하여 투과도를 측정하였다. 투과도는 25℃∼45℃의 온도범위에서 1℃의 간격으로 측정하였으며, 1℃의 온도변화를 유도하기 위해서 특정 온도에서 15분간 안정화하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3에 나타난 결과에 따르면, 풀루란에 락타이드가 결합된 비율에 따라서 UV의 투과도가 변화되는 온도가 다르다는 것을 확인할 수 있다. UV의 투과도가 갑작스럽게 변화하는 전이온도는 PUPL1의 경우 약 33℃이고, PUPL2의 경우 약 28℃이고, PUPL3의 경우 약 27℃인 것으로 나타났다. 락타이드가 결합된 비율에 따라서 투과도가 변화되는 전이온도가 달라지는 것을 알 수 있다. 이러한 투과도의 갑작스런 변화는 풀루란-락타이드 공중합체가 자기집합에 의해 나노입자를 형성하는 것을 의미하므로, 도 3의 결과는 본 발명에 따른 풀루란-락타이드 공중합체가 온도 민감성의 나노입자를 형성할 수 있다는 것을 보여준다.
실험예 3: 나노 입자 크기 측정
상기 실시예 2에서 제조한 독소루비신이 봉입된 풀루란-락타이드 공중합체 나노입자 1 mg을 증류수 1 mL에 분산시켜 나노입자의 크기를 측정하는 실험을 수행하였다(20℃). 나노입자의 크기는 Zetasizer Nano Series instrument(Malvern, UK)를 사용하여 측정하였다. 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4의 결과에 따르면, 나노입자의 크기는 140-200 nm 사이의 크기를 가지는 것으로 확인되었다. 수동적 암표적화에 의해 암 조직에 축적될 수 있는 최적의 나노입자 크기는 아직 정확하게 알려져 있지 않지만, 나노입자를 이용한 연구에서 암 조직에서 혈관의 구멍크기는 대략 200 nm-1.2 μm정도로 알려져 있으며, 암혈관을 직접 관찰한 결과 200 nm에서 2 μm 정도로 암 종류에 따라 구멍의 크기는 다르다. 따라서, 암조직의 혈관의 구멍크기보다 작은 크기 분포를 갖는 나노입자는 수동적 표적화에 의해 악성 암세포에 축적이 잘 되는 것으로 알려져 있다. 이러한 종래 알려진 사실에 비추어봤을 때, 본 발명에 따른 온도민감성 나노입자는 수동적 암표적화에 의해 암 조직에 축적될 수 있을 것을 기대된다.
실험예 4: 약물방출거동 측정
상기 실시예 2에서 제조한 독소루비신이 봉입된 나노입자 1 mg을 pH 7.4 10 mM의 인산완충용액에 분산시켜 분자량 1,000인 투석막에 넣고 50 mL 코니칼 튜브(Conical centrifuge tube)에 10 mL의 pH 7.4 10 mM의 인산 완충용액을 넣고 4℃, 20℃, 및 37℃ 중탕기에 넣고 일정시간마다 방출된 약물의 농도를 측정하여 방출율을 계산하였다. 일정 간격(30분, 1시간, 2시간, 3시간, 5시간, 7시간, 11시간, 23시간, 48시간)의 시간마다 pH 7.4, 10 mM의 인산완충용액 10 mL를 교환해 주었다. 그 결과를 도 5, 도 6, 및 도 7에 나타내었다.
도 5 내지 7의 결과에 따르면, 나노입자의 방출이 이루어지는 온도에 따라 약물의 방출 속도에 있어 많은 차이가 있는 것으로 나타났다. 이러한 온도에 따른 약물 방출율의 차이는 본 발명에 따른 나노입자가 온도 민감성이라는 것을 더욱 뒷받침한다. 또한, 도 5 내지 7의 결과에 따르면, 나노입자를 구성하는 풀루란-락타이드 중합체의 락타이드 비율에 따라 동일한 온도에서의 약물 방출율이 달라지는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 나노입자는 나노입자를 구성하는 풀루란-락타이드 중합체의 락타이드 비율에 따라서도 나노입자의 약물 방출 거동을 조절할 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 1은 풀루란 및 락타이드가 에스테르 결합에 의해 풀루란-락타이드 공중합체를 형성하는 반응식을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풀루란-락타이드 공중합체 샘플 PUPL1에 대한 핵자기공명(nuclear magnetic resonance;NMR) 분석 결과이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풀루란-락타이드 공중합체의 수용액 샘플을 온도의 변화에 따라 UV의 투과도를 측정하여 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 독소루비신이 봉입된 풀루란-락타이드 공중합체 나노입자 1 mg을 증류수 1 mL에 분산시켜 나노입자의 크기를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 독소루비신이 봉입된 나노입자 샘플 PUPL-NP1의 4℃, 20℃, 및 37℃에서 시간에 경과에 따른 in vitro 방출특성을 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 독소루비신이 봉입된 나노입자 샘플 PUPL-NP2의 4℃, 20℃, 및 37℃에서 시간에 경과에 따른 in vitro 방출특성을 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 독소루비신이 봉입된 나노입자 샘플 PUPL-NP3의 4℃, 20℃, 및 37℃에서 시간에 경과에 따른 in vitro 방출특성을 보여주는 그래프이다.

Claims (10)

  1. 풀루란 및 락타이드가 풀루란의 말토트리오즈 1 유닛당 락타이드의 결합 분자수 0.8 내지 1.5의 비율로 에스테르 결합에 의해 공중합되어 형성되는, 온도 민감성 풀루란-락타이드 공중합체.
  2. 삭제
  3. 풀루란의 글루코오스 단량체의 락타이드 분자에 대한 비율이 1:1.8 내지 1:2.2의 비율이 되도록 풀루란 및 락타이드를 용매 중에 용해하는 단계;
    상기 풀루란과 락타이드의 혼합용액을 풀루란에 락타이드가 충분히 결합되도록 교반하여 반응시키는 단계; 및
    상기 반응물을 투석막에 넣고 수중에서 투석에 의해 용매, 미반응물, 및 불순물을 제거하는 단계를 포함하는 제1항에 따른 온도 민감성 풀루란-락타이드 공중합체를 제조하는 방법.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서, 풀루란과 락타이드를 용매 중에 용해하는 단계에서, 트리에틸아민, 스테노우스 옥테이트(Stanous octate)을 촉매로서 더 가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 따른 풀루란-락타이드 공중합체 및 약물을 포함하고, 온도의 변화에 따라 풀루란-락타이드 공중합체가 자기집합에 의해 나노입자를 형성하고 약물이 그 나노입자에 봉입되는 온도 민감성 나노입자.
  7. 제6항에 있어서, 상기 약물은 소수성 약물인 것을 특징으로 하는 온도 민감성 나노입자.
  8. 제7항에 있어서, 상기 소수성 약물은 독소루비신, 탁솔, 캄토테신, 아드리아마이신, 파클리탁셀, 시스플라틴(cis-platin), 미토마이신-C, 도노마이신(daunomycin), 포피린 (porphyrin) 유도체, 클로린 (chlorine) 유도체, 및 5-플루오로우라실(5-fluorouracil)로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 온도 민감성 나노입자.
  9. 제1항에 따른 풀루란-락타이드 공중합체 및 약물을 용매에 용해하는 단계;
    상기 풀루란-락타이드 공중합체 용액을 투석막에 넣고 수중에서 투석함으로써 물이 투석막 내부로 유입되면서 풀루란-락타이드 공중합체가 자기집합되어 나노 입자를 형성하는 단계; 및
    상기 형성된 나노입자를 동결건조하여 나노입자를 회수하는 단계를 포함하는, 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 나노입자를 제조하는 방법.
  10. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 나노입자를 포함하는 주사제.
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