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.
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.
상기 락타이드는 풀루란과 에스테르 결합시 고리 열림 중합반응에 의해 풀루란에 결합하게 되므로, 하기 화학식 3과 같은 형태로 풀루란에 결합되어 풀루란-락타이드 공중합체를 형성하게 된다.
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.