KR101221808B1 - 탄수화물 다량체 2 개 이상이 단일 앵커링 에이전트에 결합된 거대 탄수화물 다량체 및 그 용도 - Google Patents

탄수화물 다량체 2 개 이상이 단일 앵커링 에이전트에 결합된 거대 탄수화물 다량체 및 그 용도 Download PDF

Info

Publication number
KR101221808B1
KR101221808B1 KR1020100001914A KR20100001914A KR101221808B1 KR 101221808 B1 KR101221808 B1 KR 101221808B1 KR 1020100001914 A KR1020100001914 A KR 1020100001914A KR 20100001914 A KR20100001914 A KR 20100001914A KR 101221808 B1 KR101221808 B1 KR 101221808B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbohydrate
group
multimer
formula
multimers
Prior art date
Application number
KR1020100001914A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110081654A (ko
Inventor
김지연
이돈욱
박경민
김기문
안영주
Original Assignee
포항공과대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 포항공과대학교 산학협력단 filed Critical 포항공과대학교 산학협력단
Priority to KR1020100001914A priority Critical patent/KR101221808B1/ko
Publication of KR20110081654A publication Critical patent/KR20110081654A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101221808B1 publication Critical patent/KR101221808B1/ko

Links

Images

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)

Abstract

본 발명은 쿠커비투릴 유도체 단일 분자에 공유결합된 탄수화물 다량체 2 개 이상이, 상기 쿠커비투릴 유도체의 공동에 비공유 결합에 의해 포접될 수 있는 작용기 B를 2 개 이상 갖는 단일 앵커링 에이전트(단, 작용기 B는 앵커링 에이전트의 임의의 부위에 위치하며, 작용기 B의 수는 상기 결합되는 탄수화물 다량체의 수보다 크거나 같고, 2 개 이상의 작용기 B는 서로 동일하거나 다를 수 있다)에 상기 쿠커비투릴 유도체의 공동을 통해 끼워져, 상기 공동과 상기 작용기 B 간의 비공유 결합에 의해 형성되는, 탄수화물 다량체 2 개 이상이 단일 앵커링 에이전트에 결합된 거대 탄수화물 다량체, 및 그 다량체를 단백질 저해제, 미생물의 응집 또는 분리제, 항부착제, 또는 항미생물제로서 사용하는 용도를 제공한다:

Description

탄수화물 다량체 2 개 이상이 단일 앵커링 에이전트에 결합된 거대 탄수화물 다량체 및 그 용도{Giant multimeric carbohydrate in which at least two multimeric carbohydrates are bonded to a single anchoring agent and a use thereof}
본 발명은 탄수화물 다량체 2 개 이상이 단일 앵커링 에이전트에 결합된 거대 탄수화물 다량체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 쿠커비투릴 유도체에 탄수화물 유도체가 결합되어 형성된 탄수화물 다량체 2 개 이상이 단일 앵커링 에이전트에 쿠커비투릴 유도체의 공동을 통해 끼워져 비공유 결합에 의해 결합된 거대 탄수화물 다량체, 및 그 용도에 관한 것이다.
세포표면의 탄수화물은 효소, 항체 그리고 렉틴과 같은 단백질과 상호 작용함으로써 발생, 분화, 면역 등 다양한 생물학적인 반응을 개시한다. 뿐만 아니라, 독성 물질, 박테리아, 바이러스 등의 감염 과정도 탄수화물과 단백질의 상호작용에 의해 일어난다. 이와 같이, 세포 표면의 탄수화물은 생물학적인 특이적 인지 과정에서 중요한 매개체로 작용한다.
탄수화물과 단백질간의 상호작용은 매우 특이적인 것으로 알려져 있으나, 이러한 탄수화물과 단백질간의 일대일 결합력은 매우 낮다(Kd = 10-3~10-6 M). 이러한 낮은 결합력을 보상하기 위하여, 자연계는 리간드와 그들의 수용체를 다량으로 복제하여 리간드와 수용체가 밀집된 상태에서 협력적으로 강하게 결합할 수 있도록 하였다. 이것을 소위 다가 효과라 부른다. 이러한 자연계의 다가 효과를 모방하여 다수의 탄수화물이 공유적으로 결합된 탄수화물 다량체들의 합성에 관한 연구가 이루어져 왔다. 탄수화물 중합체와 소중합체, 탄수화물 덴드리머, 탄수화물 계면활성제 집합체, 탄수화물 금속 복합체, 탄수화물 나노응집체, 탄수화물 단분자막 등 다양한 탄수화물 다량체가 합성되었다. 이 외에도 아자크라운 에테르(azacrown ether), 캘릭스아렌, 및 시클로덱스트린과 같은 거대 고리 화합물를 기본 골격으로 하여 탄수화물 다량체를 합성한 결과들이 보고 되었으며, 이러한 거대 고리 화합물 기반의 탄수화물 다량체들과 렉틴 단백질과의 상호작용을 연구한 결과들도 보고 되고 있다(Lindhorst, T. K. et al. Tetrahedron Lett. 1998, 39, 2307, Aoyama, Y. et al. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 6676 및 Stoddart, J. F. et al. Bioconjugate Chem. 2001, 12, 655). 기존의 탄수화물 다량체와는 달리, 위와 같은 거대고리 화합물을 기반으로 하여 합성된 탄수화물 다량체의 경우, 탄수화물 잔기에서의 단백질과의 상호작용뿐 아니라 거대 고리 화합물 공동에서의 주인-손님 상호작용을 추가적으로 응용할 수 있다.
본원발명의 발명자들은 거대 고리 화합물 하나인 쿠커비투릴 유도체를 이용하여 탄수화물 다량체를 개발한 바 있다. 다수의 탄수화물을 쿠커비투릴 골격에 공유결합시킨 형태의 탄수화물 다량체를 합성하였으며, 그 탄수화물 다량체는 약물 전달체로서 이용될 수 있다. 쿠커비투릴에 잘 포접(inclusion)되는 작용기를 갖는 앵커링 에이전트에 약리활성물질을 공유결합시킨 다음, 그것을 상기 탄수화물 다량체에 쿠커비투릴을 통해 포접시킴으로써 상기 탄수화물 다량체를 약물 전달체로서 사용할 수 있다. 상기 약물 전달체는 상기 탄수화물 다량체에 존재하는 탄수화물과 결합하는 단백질이 존재하는 세포에 선택적으로 작용할 수 있으므로, 표적으로 하는 세포에 존재하는 단백질에 특이적인 탄수화물을 함유하는 탄수화물 다량체는 표적지향성 약물전달시스템으로서 사용할 수 있다. 또한, 상기 탄수화물 다량체는 탄수화물이 특정 단백질과 상호작용 함으로써 그 자체로도 특정한 단백질이 중재하는 생물학적인 과정을 방해하는 단백질 저해제로 사용될 수 있다(한국특허등록 0670948, Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 7393).
그러나, 상기 특허등록 0670948에 개시된 탄수화물 다량체보다 더 높은 단백질과의 상호작용을 나타내어 현저히 더 우수한 단백질 저해 효과를 나타낼 수 있는 화합물의 필요성이 여전히 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은 탄수화물-단백질 상호작용에 의해 단백질이 중재하는 생물학적인 과정을 방해하는 단백질 저해효과가 보다 우수한 탄수화물 다량체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 탄수화물 다량체를 포함하는 단백질 억제제를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 탄수화물 다량체를 포함하는 미생물의 응집제 또는 분리제를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 탄수화물 다량체를 포함하는 미생물의 항부착제를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 탄수화물 다량체를 포함하는 항미생물제를 제공하는 것이다.
본 발명은 1 개 이상의 탄수화물 유도체가 하기 화학식 1의 쿠커비투릴 유도체 단일분자의 A1 또는 A2와 공유결합하여 형성되며, 상기 탄수화물 유도체가 하기 화학식 1의 쿠커비투릴 유도체에 공유결합되는 부분은 하기 화학식 2의 당 구조를 갖는, 쿠커비투릴 유도체 단일 분자에 공유결합된 탄수화물 다량체 2 개 이상이,
상기 쿠커비투릴 유도체의 공동에 비공유 결합에 의해 포접될 수 있는 작용기 B를 2 개 이상 갖는 단일 앵커링 에이전트(단, 작용기 B는 앵커링 에이전트의 임의의 부위에 위치하며, 작용기 B의 수는 상기 결합되는 탄수화물 다량체의 수보다 크거나 같고, 2 개 이상의 작용기 B는 서로 동일하거나 다를 수 있다)에 상기 쿠커비투릴 유도체의 공동을 통해 끼워져, 상기 공동과 상기 작용기 B 간의 비공유 결합에 의해 형성되는,
탄수화물 다량체 2 개 이상이 단일 앵커링 에이전트에 결합된 거대 탄수화물 다량체를 제공한다:
[화학식 1]
Figure 112010001347268-pat00001
상기 화학식 1에서,
n은 4 내지 20의 정수이고,
A1 및 A2는 각각 독립적으로 말단이 불포화결합인 C1-C20 알케닐옥시기, C1-C20 알키닐옥시기, C1-C20 알킬기를 갖는 카르복시알킬설파닐옥시기, C2-C8 알킬기를 갖는 카르복시알킬옥시기, C2-C8 알킬기를 갖는 아미노알킬옥시기, 및 C2-C8 알킬기를 갖는 히드록시알킬옥시기로 구성된 그룹에서 선택된다;
[화학식 2]
Figure 112010001347268-pat00002
상기 화학식 2에서,
m은 3 또는 4의 정수이고,
R은 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, C1-C8 히드록시알킬기, C1-C8 알킬기를 갖는 알킬옥시기로 구성된 그룹에서 선택되고,
R'은 C3-C8를 갖는 알킬티올, C3-C8 알킬아민, C3-C8의 알킬기를 갖는 에폭시알킬옥시알킬, C3-C8의 알킬기를 갖는 이소시안염, C3-C8의 알킬기를 갖는 이소티오시안염, 및 C3-C8의 알킬아지도로 구성된 그룹에서 선택되며,
상기 탄수화물 다량체를 구성하는 1 개 이상의 탄수화물 유도체는 서로 동일하거나 다를 수 있다.
상기 본 발명이 제공하는 거대 탄수화물 다량체는 단백질 억제제, 미생물의 응집제, 분리제 또는 항부착제, 또는 항미생물제로서 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에서는 보다 우수한 효과의 탄수화물 다량체를 제조하기 위해, 앵커링 에이전트에 종래 특허등록 0670948에 개시된 탄수화물 다량체 2 개 이상을 그 탄수화물 다량체의 쿠커비투릴 공동을 통해 포접에 의해 결합시켜, 탄수화물 다량체 2 개 이상이 단일 앵커링 에이전트에 결합된 거대 탄수화물 다량체를 개발하였다. 단일 앵커링 에이전트에 탄수화물 다량체 2 개 이상을 포접에 의해 결합시킨 거대 복합체를 형성시킴으로써 하나의 복합체 화합물에 탄수화물 다량체가 2 개 이상 존재하여 탄수화물에 의한 다가 효과의 증진을 얻을 수 있는 신규 복합체를 형성하게 된 것이다.
이러한 본 발명이 제공하는 거대 탄수화물 다량체는
1 개 이상의 탄수화물 유도체가 하기 화학식 1의 쿠커비투릴 유도체 단일분자의 A1 또는 A2와 공유결합하여 형성되며, 상기 탄수화물 유도체가 하기 화학식 1의 쿠커비투릴 유도체에 공유결합되는 부분은 하기 화학식 2의 당 구조를 갖는, 쿠커비투릴 유도체 단일 분자에 공유결합된 탄수화물 다량체 2 개 이상이,
상기 쿠커비투릴 유도체의 공동에 비공유 결합에 의해 포접될 수 있는 작용기 B를 2 개 이상 갖는 단일 앵커링 에이전트(단, 작용기 B는 앵커링 에이전트의 임의의 부위에 위치하며, 작용기 B의 수는 상기 결합되는 탄수화물 다량체의 수보다 크거나 같고, 2 개 이상의 작용기 B는 서로 동일하거나 다를 수 있다)에 상기 쿠커비투릴 유도체의 공동을 통해 끼워져, 상기 공동과 상기 작용기 B 간의 비공유 결합에 의해 형성되는,
탄수화물 다량체 2 개 이상이 단일 앵커링 에이전트에 결합된 거대 탄수화물 다량체이다:
[화학식 1]
Figure 112010001347268-pat00003
상기 화학식 1에서,
n은 4 내지 20의 정수이고,
A1 및 A2는 각각 독립적으로 말단이 불포화결합인 C1-C20 알케닐옥시기, C1-C20 알키닐옥시기, C1-C20 알킬기를 갖는 카르복시알킬설파닐옥시기, C2-C8 알킬기를 갖는 카르복시알킬옥시기, C2-C8 알킬기를 갖는 아미노알킬옥시기, 및 C2-C8 알킬기를 갖는 히드록시알킬옥시기로 구성된 그룹에서 선택된다;
[화학식 2]
Figure 112010001347268-pat00004
상기 화학식 2에서,
m은 3 또는 4의 정수이고,
R은 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, C1-C8 히드록시알킬기, C1-C8 알킬기를 갖는 알킬옥시기로 구성된 그룹에서 선택되고,
R'은 C3-C8를 갖는 알킬티올, C3-C8 알킬아민, C3-C8의 알킬기를 갖는 에폭시알킬옥시알킬, C3-C8의 알킬기를 갖는 이소시안염, C3-C8의 알킬기를 갖는 이소티오시안염, 및 C3-C8의 알킬아지도로 구성된 그룹에서 선택되며,
상기 탄수화물 다량체를 구성하는 1 개 이상의 탄수화물 유도체는 서로 동일하거나 다를 수 있다.
상기 본 발명이 제공하는 거대 탄수화물 다량체를 구성하는 2 개 이상의 탄수화물 다량체 및 그 제조방법은 한국특허등록 0670948에 개시되어 있으며, 상기 특허문헌은 전체가 본 명세서에 통합되어 있으며, 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 화학식 1의 화합물을 합성하기 위한 원료인 히드록시쿠커비투릴과 그 모체인 쿠커비투릴은 본 출원과 출원인이 동일한 한국특허공개 2003-60053, 2003-3901, 및 2001-39661 등에 개시되어 있으며, 이러한 문헌들은 전체가 참고로 본 명세서에 통합되어 있다. 이러한 문헌에 개시되어 있는 히드록시쿠커비투릴을 원료로 하여 유기합성 분야에 공지되어 있는 통상의 방법에 따라 상기 화학식 1의 화합물을 제조할 수 있다.
상기 탄수화물 다량체를 구성하는, 상기 화학식 1의 쿠커비투릴 유도체에 공유결합되는 탄수화물 유도체는 단당류, 이당류, 또는 다당류 등 탄수화물 다량체의 제조 목적에 따라 어떠한 탄수화물 다량체도 사용될 수 있다. 다만, 이러한 탄수화물 유도체는 상기 화학식 1의 쿠커비투릴 유도체와 공유결합하기 위해 쿠커비투릴 유도체와 결합되는 부분의 당 구조는 쿠커비투릴 유도체와 공유결합되기에 적절한 구조를 가져야 하며, 상기 화학식 2와 같은 구조를 가질 수 있다.
상기 화학식 2의 화합물은 산소를 포함하는 헤테로 고리가 오각형 또는 육각형 구조의 오탄당 또는 육탄당 구조를 가질 수 있으며, 구체적으로는 화학식 2의 화합물로서 글루코오스, 갈락토오스, 만노오스, 알로오스, 알트로스, 굴로스, 아이도스, 탈로스, 리보오스, 아라비노스, 자일로스, 라익소스, 프사이코스, 프룩토스, 솔보스, 타가로스 등의 하나의 작용기가 R'으로 변형된 것들이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 2의 탄수화물 유도체들은 종래에 유기 합성 분야에 공지되어 있는 합성방법에 의해 제조할 수 있다. 예를 들어, 아세틱안하이드라이드를 이용하여 탄수화물의 히드록시기를 O-아세틸기로 전환할 수 있으며, 브롬산과의 반응에 의해 상기 탄수화물의 O-아세틸기를 브로모기로 바꿀 수 있다. 그런 다음, 브로모기를 티오우레아와 반응시키면 티올기로 바꿀 수 있고, 브로모기를 소듐아자이드와 반응시키면 아지도기로 바꿀 수 있고, 브로모기를 포타슘 티오시아네이트와 반응시키면 이소티오시아네이트기로 바꿀 수 있다. 이와 같이, 여러 가지 탄수화물 유도체의 합성은 종래에 당해 기술분야에 공지되어 있는 합성 방법에 따라 제조할 수 있다.
본 발명이 제공하는 거대 탄수화물 다량체를 구성하는 탄수화물 다량체는 화학식 1의 쿠커비투릴 유도체에 화학식 2와 같은 당 구조를 포함하는 탄수화물 유도체를 하나 이상 공유결합시켜 형성된 것이다. 즉, A1 또는 A2의 말단에 카르복실산, 아민, 히드록시기, 알릴기, 또는 프로파질기가 치환된 화학식 1의 쿠커비투릴에 작용기 중 하나가 아민, 에폭시, 티올기 또는 아지드기와 같은 작용기로 변경된 탄수화물 유도체를 반응시켜 공유결합의 형성에 의해 생성되는 것이다.
따라서, 상기 탄수화물 다량체는 화학식 2의 당 구조를 포함하는 탄수화물 유도체를 유기 합성분야에 공지되어 있는 통상의 방법을 이용하여 화학식 1의 쿠커비투릴 유도체의 A1 또는 A2에 공유결합시킴으로써 제조될 수 있다. 이러한 제조방법은 화학식 1의 A1 또는 A2 그리고 화학식 2의 R' 기에 따라 달라질 것이며, 이에 따라 달라지는 공유결합 방법은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 선택할 수 있다.
구체적으로, 상기 탄수화물 유도체의 일부인 화학식 2의 당 구조가 상기 화학식 1의 쿠커비투릴 유도체 단일 분자에 결합되는 구조는 하기 화학식 3 내지 7과 같은 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 하기 화학식 3 내지 7에서는 편의상 쿠커비투[n]릴을
Figure 112010001347268-pat00005
로 표시하였으며, 공유결합된 탄수화물을 유도체를 한 개만 표시하였으나, 실질적으로는 공유결합된 탄수화물 유도체는 1 개 이상 존재할 수 있음을 포괄적으로 나타낸 것으로 이해하여야 한다. 또한, 이하에서는 하기 화학식 3 내지 7과 함께 그러한 결합 구조를 갖는 경우의 구체적인 제조방법을 함께 나타내었다.
[화학식 3]
Figure 112010001347268-pat00006
상기 화학식 3에서,
m 및 R은 상기 화학식 2에서 정의된 바와 같고,
p1, q1, 및 r1은 각각 독립적으로 0 내지 20의 정수이다;
상기 화학식 3의 화합물은 설피도 결합에 의해 쿠커비투릴과 탄수화물 유도체가 공유결합 되어 얻어진 것으로서, 티올이 치환된 탄수화물 유도체와 알케닐옥시쿠커비투릴과의 라디칼 반응을 통해 얻을 수 있다.
상기 라디칼 반응을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같지만, 상기 화합물의 제조방법이 이것만으로 한정되는 것은 아니다:
1) 알케닐옥시쿠커비투릴을 유기용매, 예를 들어 클로로포름과 메탄올 용매에 녹이는 단계;
2) 수정관을 반응용기로 하여 라디칼 개시제로서 AIBN(2,2-아조비스이소부티니트릴)을 촉매량만큼 부가하는 단계;
3) 티올이 치환된 탄수화물 유도체를 상기 반응용액에 가하는 단계;
4) 질소나 아르곤을 반응용액에 흘려주어 잔존하는 산소를 제거하는 단계;
5) 자외선 조사기에 반응용기를 수일간, 예를 들어 3일간 방치하는 단계;
6) 과량의 유기용매를 사용하여 반응 혼합물을 세척한 후, 여과하여 탄수화물 유도체가 설피도기로 연결된 쿠커비투릴을 얻는 단계;
7) 탄수화물 유도체가 설피도기로 연결된 쿠커비투릴을 유기용매, 예를 들어 메탄올에 녹이는 단계;
8) 촉매량의 소듐메톡시드를 가해 탄수화물의 보호기를 히드록시기로 치환하는 단계; 및
9) 상기 반응 혼합물에 물을 가한 후, 여과하고 건조하여 탄수화물이 설피도기로 연결된 쿠커비투릴을 얻는 단계.
상기 방법중 자외선 조사기를 사용하는 대신 80 내지 120℃ 사이의 열을 가함으로써 탄수화물이 설피도 결합으로 연결된 쿠커비투릴을 얻을 수도 있다.
[화학식 4]
Figure 112010001347268-pat00007
상기 화학식 4에서,
m 및 R은 상기 화학식 2에서 정의된 바와 같고,
X는 C1-C20 알킬기를 갖는 알킬설피도알킬기 또는 C1-C20 알킬기이고, 이들 알킬기 중의 적어도 하나 이상의 수소원자는 할로겐원자, 히드록시기, 시아노기, 아미노기, 또는 니트로기로 구성된 그룹에서 선택된 치환기로 치환될 수 있으며,
q2 는 0 내지 20의 정수이다.
상기 화학식 4의 화합물은 아미드 결합에 의해 쿠커비투릴과 탄수화물 유도체가 공유결합 되어 얻어진 것으로서, 카르복실산이 치환된 쿠커비투릴과 아민기가 치환된 탄수화물 유도체를 반응시켜 아미드 결합을 형성시킴으로써 얻어질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 4의 화합물은 다음과 같은 방법에 의해 얻어질 수 있지만, 이것은 예시적인 것에 불과하며 이와 같은 방법만으로 한정되는 것은 아니다:
1) 증류한 디메틸포름아미드에 카르복실산이 치환된 쿠커비투릴을 녹인 후 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카보이미드하이드로클로라이드와 N-히드록시석신이미드 또는 N,N-디메틸아세트아미드를 가하는 단계;
2) 아미노기가 치환된 탄수화물 유도체를 상기 반응 용액에 넣고 상온에서 12시간 이상 교반하는 단계;
3) 물과 유기용매를 사용하여 반응 혼합물을 세척 후 건조하여 탄수화물 유도체가 아미드 결합에 의해 연결된 쿠커비투릴을 획득하는 단계;
4) 탄수화물 유도체가 아미드 결합으로 연결된 쿠커비투릴을 유기용매, 예를 들어 메탄올에 녹이는 단계;
5) 촉매량의 소디움메톡사이드를 가해 탄수화물의 보호기를 히드록시기로 치환하는 단계; 및
6) 반응 혼합물에 물을 가한 후, 여과하고 건조하여 탄수화물이 아미드 결합으로 연결된 쿠커비투릴을 얻는 단계.
[화학식 5]
Figure 112010001347268-pat00008
상기 화학식 5에서,
m 및 R은 상기 화학식 2에서 정의된 바와 같고,
p3, q3, 및 r3은 각각 독립적으로 0 내지 20의 정수이다.
상기 화학식 5의 화합물은 에테르 결합에 의해 쿠커비투릴과 탄수화물 유도체가 공유결합 되어 얻어진 것으로서, 히드록시기가 치환된 쿠커비투릴과 에폭시기가 치환된 탄수화물 유도체의 친핵성 치환반응을 통해 얻어질 수 있다.
상기 친핵성 치환 반응은 다음과 같이 수행할 수 있다:
1) 말단에 히드록시기를 갖는 히드록시알킬옥시쿠커비투릴을 디메틸포름아미드에 용해시키는 단계;
2) 에폭시기가 치환된 탄수화물 유도체와 촉매량의 삼염화붕소를 서서히 가하는 단계;
3) 상온에서 1 내지 24시간 정도 교반한 후 85℃에서 추가적으로 1 내지 24시간 동안 교반하는 단계;
4) 물과 유기용매로 반응 혼합물을 세척한 후, 건조하여 목적물인 탄수화물 유도체가 에테르기로 연결된 쿠커비투릴을 합성하는 단계;
5) 탄수화물 유도체가 에테르기로 연결된 쿠커비투릴을 유기용매, 예를 들어 메탄올에 녹이는 단계;
6) 촉매량의 소듐 메톡시드를 가해 탄수화물의 보호기를 히드록시기로 치환하는 단계;
7) 반응혼합물에 물을 가한 후, 여과하고 건조하여 탄수화물이 에테르기로 연결된 쿠커비투릴을 얻는 단계.
[화학식 6]
Figure 112010001347268-pat00009
상기 화학식 6에서,
m 및 R은 상기 화학식 2에서 정의된 바와 같고,
p4, q4, 및 r4은 각각 독립적으로 0 내지 20의 정수이다.
상기 화학식 6의 화합물은 아미노 결합을 통해 쿠커비투릴과 탄수화물 유도체가 공유결합되어 얻어진 것으로서, 아민이 치환된 쿠커비투릴과 에폭시기가 치환된 탄수화물 유도체의 친핵성 치환 반응을 통하여 얻어질 수 있다.
말단에 에폭시기가 치환된 탄수화물 유도체와 말단에 아미노기를 갖는 아미노알킬옥시쿠커비투릴의 친핵성 치환반응은 다음과 같이 수행될 수 있다.
1) 말단에 아미노기를 갖는 아미노알킬옥시쿠커비투릴을 포스페이트 완충용액(pH 7 내지 10)에 가하는 단계;
2) 에폭시기가 치환된 탄수화물 유도체를 상기 반응 용액에 가하는 단계;
3) 상온에서 1시간 내지 24시간 동안 교반하는 단계;
4) 물과 유기용매로 반응혼합물을 세척한 후 건조하여 목적물인 탄수화물 유도체가 아미노기로 연결된 쿠커비투릴을 합성하는 단계;
5) 탄수화물 유도체가 아미노기로 연결된 쿠커비투릴을 유기용매, 예를 들어 메탄올에 녹이는 단계;
6) 촉매량의 소듐메톡사이드를 가해 탄수화물의 보호기를 히드록시기로 치환하는 단계; 및
7) 상기 반응 혼합물에 물을 가한 후, 여과하고 건조하여 탄수화물이 아미노기로 연결된 쿠커비투릴을 얻는 단계.
[화학식 7]
Figure 112010001347268-pat00010
상기 화학식 7에서,
m 및 R은 상기 화학식 2에서 정의된 바와 같고,
p5, q5, 및 r5는 각각 독립적으로 0 내지 20의 정수이다.
상기 화학식 7의 화합물은 트리아졸 결합을 통해 쿠커비투릴과 탄수화물 유도체가 공유결합되어 얻어진 것으로서, 알키닐옥시기가 치환된 쿠커비투릴과 아지도기가 치환된 탄수화물 유도체의 1,3-양극성 시클로 부가 반응을 통하여 얻어질 수 있다.
말단에 아지도기가 치환된 탄수화물 유도체와 말단에 알키닐옥시기를 갖는 알키닐옥시쿠커비투릴 사이의 1,3-양극성 시클로 부가반응은 다음과 같이 수행될 수 있다:
1) 말단에 알키닐기를 갖는 알키닐옥시쿠커비투릴을 9:1의 톨루엔:피리딘 용액에 가하는 단계;
2) 에폭시기가 치환된 탄수화물 유도체를 상기 반응 용액에 가하는 단계;
3) 용매를 환류시켜 1 시간 내지 24 시간 동안 교반한 후 상온에서 추가적으로 1 내지 24 시간동안 교반하는 단계;
4) 물과 유기용매로 반응혼합물을 세척한 후 건조하여 목적물인 탄수화물 유도체가 트라이아졸 결합으로 연결된 쿠커비투릴을 합성하는 단계;
5) 탄수화물 유도체가 트라이아졸 결합으로 연결된 쿠커비투릴을 유기용매, 예를 들어 메탄올에 녹이는 단계;
6) 촉매량의 소듐메톡시드를 가해 탄수화물의 보호기를 히드록시기로 치환하는 단계; 및
7) 상기 반응 혼합물에 물을 가한 후, 여과하고 건조하여 탄수화물이 트라이아졸 결합으로 연결된 쿠커비투릴을 얻는 단계.
상기 전반적인 제조방법에 사용되는 유기용매로는 메탄올, 에탄올, 클로로포름, 메틸렌클로라이드, 디메틸포름아미드 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 방법으로 생성될 수 있는 본 발명의 쿠커비투릴 유도체에 공유결합된 탄수화물 다량체는 생성물을 물과 다양한 유기용매로 충분히 세척하여 반응하지 않고 남아있는 불순물을 제거한 후 건조 및 정제 단계를 더 거치는 것이 보다 바람직하다.
상기 본 발명이 제공하는 거대 탄수화물 다량체를 구성하는 앵커링 에이전트는, 상기 탄수화물 다량체 2 개 이상을 탄수화물 다량체의 쿠커비투릴 공동을 통해 비공유 결합에 의한 포접에 의해 결합할 수 있는 임의의 앵커링 에이전트가 이용될 수 있다. 상기 앵커링 에이전트는 예를 들어 쿠커비투릴에 잘 포접되는 작용기 B를 지니는 중합체나 소중합체, 덴드리머 등이거나, 쿠커비투릴에 잘 포접되는 작용기 B를 지니는 계면활성제 형태의 분자로 이루어진 자기 조립체(예: 리포좀, 단분자막, 또는 비지클)이 이용될 수 있으며, 이외에도 작용기 B를 포함하는 금속 나노입자, 생체분자 유도체, 또는 고체기판이 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 생체분자 유도체로는 DNA 또는 단백질 등이 있고, 상기 고체기판으로는 유리, ITO 유리, 실리콘, 수정, 또는 금 기판 등이 이용될 수 있다.
상기 앵커링 에이전트는 쿠커비투릴 유도체의 공동에 비공유 결합에 의해 포접될 수 있는 작용기 B를 2 개 이상 가져야 하며, 상기 본 발명에 따른 거대 탄수화물 다량체를 제조하기 위해 결합되는 탄수화물 다량체의 수보다 작용기 B를 동일하거나 더 많이 가져야 한다. 작용기 B는 결합하고자 하는 탄수화물 다량체를 구성하는 쿠커비투릴에 잘 포접되는 작용기로서 1,3-디아미노프로판, 1,4-디아미노부탄, 1,5-디아미노펜탄, 1,6-디아미노헥산, 스퍼민, 스퍼미딘, 프로필아민, 부틸아민, 펜틸아민, 헥실아민, 바이올로진, 피리딘, 아닐린, 페로센, 아미노산 등의 구조로부터 유래할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 작용기 B는 서로 동일하거나 다를 수 있으며, 앵커링 에이전트의 말단 및/또는 내부 어디에나 존재할 수 있고, 연속적 혹은 비연속적으로, 규칙적 혹은 비규칙적으로 존재할 수 있다. 상기 예시한 구조는 앵커링 에이전트에 존재하는 위치에 따라 적절한 가수를 가진 화학 구조로 존재할 수 있다. 상기 앵커링 에이전트는 천연에 존재하는 임의의 앵커링 에이전트가 사용될 수도 있고, 당업자가 통상적인 유기 합성 방법에 따라 적절하게 합성하여 이용할 수도 있다.
상기 앵커링 에이전트는 보다 구체적으로는 폴리 아민, 폴리비닐아민, 폴리바이올로진, 폴리아닐린, 폴리에틸렌이민, 폴리라이신, 폴리벤즈이미다졸, 폴리비닐이미다졸, 폴리비닐피리딘, 폴리비닐N-메틸피리딘, 폴리아이소프로페닐피리딘, 폴리피리딘, 폴리페로세닐다이메틸실렌, 폴리비닐카바졸, 폴리코니딘, 키토산, 또는 이들의 공중합체과 같은 아민 함유 고분자일 수 있다. 앵커링 에이전트가 폴리바이올로진이며, 쿠커비투[6]릴에 설피도 결합에 의해 만노오스가 결합된 탄수화물 다량체(ManCB[6])가 포접에 의해 결합할 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 거대 탄수화물 다량체가 탄수화물 다량체 및 앵커링 에이전트로부터 형성되는 과정을 나타낸 모식도를 도 1에 나타내었다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 탄수화물 다량체(ManCB[6])가 다양한 수로 폴리바이올로진에 결합하여 복합체를 형성할 수 있으며, 결합되는 탄수화물 다량체의 수가 많을수록 탄수화물 다량체에 의한 다가 효과가 더 클 것으로 기대할 수 있다. 상기 고분자 앵커링 에이전트는 반드시 선형인 것은 아니며, 분지된 형태일 수도 있다.
상기 본 발명에 따른 초분자 상호작용으로 형성되는 거대 탄수화물 다량체는 앵커링 에이전트에 탄수화물 다량체를 다량으로 비공유 결합시켜 제조할 수 있다. 구체적으로는, 앵커링 에이전트에 과량의 탄수화물 다량체를 단순히 혼합하거나, 필요에 따라 열 혹은 초음파 처리하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 앵커링 에이전트가 바이올로진 작용기를 지니는 폴리바이올로진의 경우, 폴리바이올로진을 과량의 탄수화물 다량체와 혼합하면, 탄수화물 다량체가 폴리바이올로진의 주사슬에 비공유 결합에 의해 꿰어진 형태의 거대 탄수화물 다량체를 제조할 수 있다. 경우에 따라 꿰어지지 않은 탄수화물 다량체는 투석법으로 제거할 수 있다. 이외에도, 폴리아닐린, 폴리에틸렌이민, 폴리라이신, 또는 키토산과 같은 아민 함유 고분자를 과량의 탄수화물 다량체와 혼합함으로써, 상기 아민 함유 고분자의 주사슬 혹은 부사슬에 탄수화물 다량체가 꿰어진 형태의 거대 탄수화물 다량체가 제조될 수 있다.
상기 앵커링 에이전트가 쿠커비투릴에 잘 포접되는 작용기 B를 지니는 계면활성제 형태의 분자로 이루어진 자기 조립체일 경우, 상기 계면활성제 자기조립체를 과량의 탄수화물 다량체와 혼합함으로써 계면활성제 자기 조립체에 탄수화물 다량체가 결합된 본 발명에 따른 거대 탄수화물 다량체를 제조할 수 있다. 필요에 따라, 열 혹은 초음파 처리하여 제조할 수 있으며, 필요에 따라 결합되지 않은 탄수화물 다량체는 투석법으로 제거할 수 있다.
본 발명이 제공하는 상기 거대 탄수화물 다량체는 그것을 구성하는 탄수화물 다량체의 탄수화물 종류에 따라 단백질 억제제로서 사용될 수 있다. 다수의 탄수화물 다량체가 꿰어진 형태의 거대 탄수화물의 다량체는 소위 다가 효과에 의해 생체 내에서 그 탄수화물과 특이적으로 결합하는 단백질과 결합함으로써 해당 단백질이 중재하는 생체 내 생물학적 과정을 방해하는 작용을 할 수 있다.
본 발명에 따른 거대 탄수화물 다량체를 어떤 단백질의 억제제로서 사용할 수 있는가 하는 것은 탄수화물 다량체를 구성하는 탄수화물이 특이적으로 결합할 수 있는 단백질이 무엇인지에 따라 달라질 것이며, 어떠한 탄수화물이 어떤 종류의 단백질의 작용을 특이적으로 억제할 수 있는지는 당해 기술분야에 다수 공지되어 있다.
상기 특이적인 탄수화물-단백질 상호작용으로는 예를 들어, 글루코오스-ConA(Concanavalin A) 상호작용, 글루코오스-완두 렉틴(pea lectin) 상호작용, 갈락토오스-PNA(peanut lectin) 상호작용, 갈락토오스-GSI(Griffonia simplicifolia I), 만노오스-ConA(Concanavalin A) 상호작용, N-아세틸글루코오스아민-WGA(wheat germ agglutinin) 상호작용, N-아세틸글루코오스아민-EcorL(Erythrina corallodendron) 상호작용, N-아세틸락토오스아민-WGA(wheat germ agglutinin) 상호작용, N-아세틸락토오스아민-EcorL(Erythrina corallodendron) 상호작용 등이 있으나, 이에 한정된 것은 아니다.
본 발명에 따른 거대 탄수화물 다량체는 또한 생체 내에서의 특정 단백질이 아닌, 특정 단백질을 지닌 미생물과 상호작용하여, 그들을 응집시키거나 분리시킬 수 있으며, 미생물이 숙주세포를 인지하는 부착과정을 막는 항부착제로서 사용될 수도 있다. 본 발명에 따른 거대 탄수화물 다량체는 종래의 탄수화물 다량체보다 더 크기가 큰 거대 다량체를 구현함으로써, 단순한 단백질 저해 뿐 아니라, 그보다 더 큰 크기를 갖는, 표면에 단백질을 가진 특정 세포, 바이러스, 박테리아 등과 결합하여, 그들을 응집시키거나, 분리해내는데 사용할 수 있으며, 그들이 중재하는 숙주세포와의 상호작용을 저해하는데 시용할 수 있게 된 것이다.
본 발명에 따른 거대 탄수화물 다량체가 미생물이 숙주세포에 부착하는 과정을 억제하는 양상의 모식도를 도 2에 나타내었다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 세균과 같은 미생물이 그 표면상의 특정 단백질을 이용하여 숙주세포의 탄수화물 수용체에 결합하려고 하기 전에, 본 발명에 따른 거대 탄수화물 다량체가 미생물의 표면 상의 특정 단백질을 인식하여 결합함으로써 미생물이 숙주세포에 부착하는 것을 차단할 수 있게 된다.
상기 미생물은 세포, 세균, 바이러스, 진균, 또는 조류 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 특이적인 탄수화물-미생물 상호작용은 당해 기술분야에 다수 공지되어 있다. 예를 들어, 갈락토오즈-휴먼T임파구백혈병세포, 만노즈-대식세포, 만노즈-대장균(타입 1 섬모), 갈라비오스-대장균(P 섬모), 시알릴 갈락토즈-대장균(S 섬모), 갈라비오스-돼지연쇄상구균, 시알릴 락토오즈-헬리코박터 파이로리균 상호작용 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기한 바와 같이, 본 발명이 제공하는 거대 탄수화물 다량체는 특정한 단백질이 중재하는 생물학적인 과정을 방해하는 단백질 저해제로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 탄수화물 다량체에 비해 다수의 탄수화물을 하나의 복합체 화합물에 가질 수 있어 다가 효과에 의해 현저히 더 우수한 효과를 갖는 단백질 저해제로서 사용될 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 거대 탄수화물 다량체는 표면상에 특정 단백질을 지닌 미생물과 상호작용하여, 그들을 응집 또는 분리시킬 수 있으며, 미생물이 숙주세포를 인지하는 부착과정을 막는 항부착제로서 효과적으로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 거대 탄수화물 다량체가 탄수화물 다량체 및 앵커링 에이전트로부터 형성되는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 거대 탄수화물 다량체가 미생물이 숙주세포에 부착하는 과정을 억제하는 기전을 나타낸 모식도이다.
도 3은 만노즈 리셉터가 발현된 ORN178 대장균에 대해 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리바이올로진에 ManCB[6]이 끼워진 폴리바이올로진 만노즈 다량체를 부가하여 세균 응집 실혐을 한 결과를 시간의 경과에 따라 촬영한 사진이다.
도 4는 만노즈 리셉터가 발현된 ORN178 대장균 및 미발현된 ORN208 대장균에 대해, 쿠커비투[6]릴에 설피도 결합에 의해 만노오스가 결합된 탄수화물 다량체(ManCB[6]) 또는 본 발명의 일 실시예에 따라 얻어진 폴리바이올로진 만노즈 다량체(ManCB[6]@PV)를 부가하여 세균 응집 실혐을 한 결과 얻어진 박테리아 응집 효율을 산출한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 만노즈 리셉터가 발현된 ORN178 대장균 및 숙주세포로서 요로상피세포인 UROtsa 세포를 이용하여, 만노즈 단량체, 쿠커비투[6]릴에 설피도 결합에 의해 만노오스가 결합된 탄수화물 다량체(ManCB[6]), 또는 본 발명의 일 실시예에 따라 얻어진 폴리바이올로진 만노즈 다량체(ManCB[6]@PV)가 대장균이 숙주세포에 대한 부착을 억제하는 정도를, UROtsa 세포에 부착된 ORN178 대장균을 유세포 형광 분석법으로 확인한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 보다 상세히 설명한다. 이들 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어져서는 안된다.
실시예 1
폴리바이올로진에 만노즈 다량체가 결합된 거대 만노즈 다량체의 제조
Figure 112012044115732-pat00019

4,4'-바이피리딘 (20.00 g, 0.128 mol)과 1,10-다이브로모도데칸 (38.43 g, 0.128 mol) 을 메탄올/DMF (1:1, 128 mL)에 녹인 후 50℃에서 열흘 동안 반응시켰다. 초록빛의 침전물질이 생긴 반응혼합액에 적은 양의 물을 첨가하니, 노란색의 투명한 용액이 얻어졌다. 여기에 3L정도의 아세톤을 가하니 노란색 침전이 생겨, 이 침전을 여과하여 얻은 후, 물에 다시 녹여 5일간 투석여과(MWCO: 3500)를 하였다. 그 후 용액을 동결 건조하여 고체상태의 폴리바이올로진(PV)을 얻었다. 이렇게 얻어진 (바이올로진 모노머 10개가 중합된 형태의) 폴리바이올로진 0.5 mg과 쿠커비투[6]릴에 설피도 결합에 의해 만노오스가 결합된 탄수화물 다량체(이하, 만노즈 다량체 또는 ManCB[6]라고도 함, 제조방법은 한국특허등록 0670948 및 문헌 Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 7393에 개시됨) 4.0 mg를 1 mL의 물에 녹인 후, 50℃에서 5 시간 교반하여 평균 10 개의 ManCB[6]이 끼워진 폴리바이올로진 만노즈 다량체(10ManCB[6]@PV)를 제조하였다.
1H-NMR (500 MHz, D2O): δ= 9.42 (s, 40H), 8.95 (d,1H), 8.82(d, 1H), 8.58 (m, 40H), 8.40 (d, 1H), 8.03(d, 1H), 5.57 (m, 120H), 5.35 (s, 120H), 4.50 (br d, J = 2.6 Hz, 240H), 3.99 (s, 240H), 3.73 (m, 360H), 3.67 (d, J = 8.85 Hz, 120H), 3.59 (m, 240H), 2.97 (br d, J = 6.4 Hz, 120H), 2.90 (br d, J = 6.4 Hz, 120H), 2.11 (br s, 240H), 2.02 (m, 20H), 1.35 (m, 6H), 0.96 (br s, 20H), 0.78 (br s, 20H), 0.33 (br s, 20H).
실시예 2
폴리바이올로진에 만노즈 다량체가 결합된 거대 만노즈 다량체의 제조(2)
Figure 112012044115732-pat00020
상기 실시예 1에서 쿠커비투[6]릴에 설피도 결합에 의해 만노오스가 결합된 탄수화물 다량체(ManCB[6])를 4.0 mg 대신 1.2 mg 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여, 폴리바이올로진(PV)에 평균 3 개의 ManCB[6]이 끼워진 폴리바이올로진 만노즈 다량체(3ManCB[6]@PV)를 제조하였다.
1H-NMR (500 MHz, D2O): δ= 9.42 (s, 12H), 9.12 (s, 28H), 8.95 (d,1H), 8.82(d, 1H), 8.58 (m, 40H), 8.40 (d, 1H), 8.03(d, 1H), 5.57 (m, 36H), 5.35 (s, 36H), 4.50 (br d, J = 2.6 Hz, 72H), 3.99 (s, 72H), 3.73 (m, 108H), 3.67 (d, J = 8.85 Hz, 36H), 3.59 (m, 72H), 2.97 (br d, J = 6.4 Hz, 36H), 2.90 (br d, J = 6.4 Hz, 36H), 2.11 (br s, 80H), 2.02 (m, 12H), 1.35 (m, 30H), 0.96 (br s, 12H), 0.78 (br s, 12H), 0.33 (br s, 12H).
실험예 1
폴리바이올로진에 만노즈 다량체의 단백질 저해 실험
단당류인 만노즈 단량체, 또는 쿠커비투[6]릴에 설피도 결합에 의해 만노오스가 결합된 탄수화물 다량체(만노즈 다량체)에 비하여, 상기 실시예 2에서 제조된 폴리바이올로진 만노즈 다량체가 효과적으로 ConA(Concanavalin A) 단백질을 저해하는가를 알아보기 위해 적혈구 항응집 실험을 실시하였다.
먼저, 원심분리기를 이용해(2500 rpm, 10분) 시트르산나트륨 버퍼 용액에 담긴 혈액형 O형의 적혈구 세포를 혈액으로부터 분리한 후, 농도가 3%가 되도록 PBS 완충용액에 가하여, 적혈구 세포 용액을 준비하였다. PBS 완충용액을 사용하여 0.1 mg/mL의 농도가 되도록 ConA 용액을 제조하였다. V 형태의 96-well 플레이트에 만노즈 단분자, 만노즈 다량체(ManCB[6]), 또는 폴리바이올로진 만노즈 다량체를 각각 순차적으로 희석시켜 다양한 농도로 준비한 후, 각각 25 ㎕씩 well에 가한 후, ConA 용액을 각각 25 ㎕씩 가하여 1 시간동안 상온에 두었다. 그 후, 각 웰에 3% 적혈구 용액을 50 ㎕씩 가하여 1 시간 더 상온에서 변화를 관찰하였다. 만노즈 화합물이 첨가되지 않은 대조군의 경우(ConA와 적혈구 세포만 있는 경우), ConA와 적혈구의 상호작용으로 인한 적혈구 응집으로 인해, V-well의 아래로 가라앉지 못하고 용액 내에 퍼져있는 반면, 만노즈 화합물을 처리한 경우, 특정 농도 이상에서는 만노즈와 ConA의 상호작용으로 인하여, ConA가 적혈구를 응집시키지 못하게 되는 농도가 나타났다. 그 결과 나타난 각각의 적혈구 응집 방해의 최소 농도(Minimum Inhibitory Concentration, MIC)를 표 1에 나타내었다. 상대 강도(Relative potency)는 만노즈 다량체에 존재하는 다량의 만노즈 분자를 하나의 만노즈 분자로 환산하였을 때 보이는 상대적인 저해 능력을 외삽한 것이다.
화합물 IC50 (mM) rel potency
만노즈 3.1 1.00
만노즈 다량체(ManCB[6])(만노즈 12개) 0.06 4.31
폴리바이올로진 만노즈 다량체(만노즈 36개) 0.001 86.1
상기 표 1에 나타난 결과에 따르면, 만노즈 다량체(ManCB[6])의 경우, 만노즈 단량체 보다 약 4.31 배의 응집 저해 능력을 보였고, 폴리바이올로진 만노즈 다량체의 경우, 3 개의 ManCB[6]가 결합된 것임에도 불구하고 약 86 배의 응집 저해 능력을 보이는 것으로 나타났다. 따라서, 본 발명에 따른 거대 탄수화물 다량체가 종래의 탄수화물 자체, 또는 쿠커비투릴에 탄수화물이 결합된 탄수화물 다량체에 비해 현저히 높은 단백질 저해능력을 갖는다고 할 수 있다.
실험예 2
폴리바이올로진 만노즈 다량체의 박테리아 응집 실험
상기 본 발명에 따른 폴리바이올로진 만노즈 다량체가 특정 박테리아를 선택적으로 인지하여 응집시키는가를 확인하기 위하여, 다음과 같은 응집 테스트를 실시하였다. 박테리아로는 두 종류의 대장균을 사용하였다. 표면에 만노즈 리셉터가 존재하는 ORN 178 대장균과, 만노즈 리셉터가 존재하지 않는 ORN 208 대장균을 각각 10 μg/mL의 테트라사이클린 항생제가 함유된 Luria-Bertani 배지에서 하루동안 배양한 후, 원심 분리기를 이용하여 박테리아만을 분리해 내고, PBS 완충용액을 가하여, 농도가 2 x 108 CFU/mL가 되도록 각각의 박테리아 용액을 준비하였다. 각각의 박테리아 용액 1 mL를 Conical 튜브에 담고, 여기에 다양한 농도로 준비한, 만노즈 다량체(ManCB[6]) 또는 실시예 2에서 제조된 폴리바이올로진 만노즈 다량체를 각각 20 ㎕씩 가하여, 시간에 따른 변화를 관찰하였다. 대장균 ORN208의 경우 시간이 지나도 용액에 변화가 없는 반면, 만노즈 리셉터가 발현된 대장균 ORN178의 경우, 수 분 내에 뿌연색의 박테리아 용액에서 박테리아가 응집되면서 하얀 박테리아 응집체가 튜브의 아래로 가라앉기 시작하였다. 만노즈 리셉터가 발현된 ORN178 대장균에 대해 실시예 2에서 제조된 폴리바이올로진 만노즈 다량체를 부가하여 세균 응집 실혐을 한 결과를 시간의 경과에 따라 촬영한 사진을 도 3에 나타내었다.
만노즈 다량체 또는 폴리바이올로진 만노즈 다량체를 가한 지 30 분 경과 후, 상층액에 존재하는 박테리아의 농도를 알아보기 위하여 600 nm 파장에서 흡광도를 측정하였고, 만노즈 다량체 처리 전의 박테리아 용액의 흡광도 값과 비교함으로써, 응집된 박테리아의 양을 알아내었으며, 이로부터 각 복합체 화합물의 박테리아 응집 효율을 산출할 수 있었다. 그 결과를 그래프로서 도 4에 나타내었다.
도 4의 결과에 따르면, 만노즈 다량체와 폴리바이올로진 만노즈 다량체 모두 대장균 ORN208에 처리 시에는 박테리아 응집이 거의 일어나지 않은 반면 (검은색, 파란색 점선 그래프), 대장균 ORN178에 처리시에는 처리한 농도가 증가함에 따라 전반적으로 박테리아가 응집됨을 확인하였다. 이로써 선택적인 응집 능력이 확인되었다. 또한, 두 종류의 화합물의 응집 능력을 비교해 보면, 만노즈 다량체의 경우 수천 나노몰 이상의 농도에서도 50% 이하의 응집 능력을 보인 반면, 폴리바이올로진 만노즈 다량체의 경우, 수십 나노 몰에서도 100%에 가까운 응집능력을 보여주는 것을 확인하였다. 이러한 결과로부터 본 발명에 따른 거대 탄수화물 다량체가 단백질 저해 뿐 아니라, 그보다 더 큰 크기의 박테리아와 같은 세포를 응집시키는 데에도 단일 탄수화물 다량체에 비해 현저히 더 우수한 것으로 확인되었다.
실험예 3
폴리바이올로진 만노즈 다량체의 박테리아-숙주세포 상호작용 저해 실험
폴리바이올로진 만노즈 다량체가 특정 박테리아와 숙주세포 상호작용을 저해하는지를 확인하기 위하여, 다음과 같이 실험하였다. 먼저 ORN178 대장균을 Luria-Bertani 배지에서 하루동안 배양한 후, 원심 분리기를 이용하여 대장균을 분리해냈다. 여기에 1 mg/mL의 FITC(Fluorescein isothiocyanate)가 녹아있는 0.15 M 염화나트륨, 0.1M 탄산나트륨 완충용액(pH 9.0)을 5 mL 가하여 4℃에서 1 시간동안 반응시켰다. 이후, 원심분리를 이용하여(4000 rpm, 15분) PBS 완충용액으로 여러 번 세척하여, FITC가 표지된 ORN178 대장균을 준비하였다.
요로상피세포인 UROtsa 세포는 5% FBS, 1% 페니실린/스트렙토마이신이 포함된 DMEM 배양액으로, 5% CO2, 37 ㅀC에서 배양하였다. UROtsa 세포를 6-well 플레이트에 한 well 당 1 x 106 개씩 처리하여 24 시간 배양하여 well의 바닥에 부착시켰다. 이후, 대조 실험군으로서, ORN178 박테리아를 세포:박테리아 비율이 1:500이 되도록 UROtsa 세포 표면에 가하였다. 이때 각각 PBS, 만노즈 단량체, 만노즈 다량체, 폴리바이올로진 만노즈 다량체(각각 만노즈 기준 농도 = 15 μM)를 ORN178 박테리아와 함께 혼합하여 UROtsa 세포에 처리하였다. 1 시간 배양후, 세척과정을 통해, UROtsa 세포에 부착되어 있지 않은 ORN178 박테리아를 떼어내었다. 이후, UROtsa 세포에 부착되어 있는 ORN178 박테리아를 유세포 형광 분석법으로 확인하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에 나타난 결과에 따르면, PBS를 처리한 경우(1), 즉 부착저해제가 없는 경우, UROtsa 세포의 FITC 형광이 평균 258로 측정된 반면, 만노즈 단량체를 처리한 경우(2), 형광의 평균이 227로 감소하였고, 만노즈 다량체를 처리한 경우(3) 형광이 평균 138로 감소하였으며, 폴리바이올로진 만노즈 다량체(4)를 처리한 경우 형광이 평균 13으로 감소하는 것으로 나타나, 폴리바이올로진 만노즈 다량체의 경우가 박테리아의 숙주세포에 대한 항부착 효과가 비교할 수 없을 정도로 현저히 높은 것으로 나타났다.
따라서, 본 발명에 따른 거대 탄수화물 다량체가 종래의 탄수화물 단량체 또는 탄수화물 다량체에 비해 월등히 박테리아-숙주세포 부착을 저해하는 것으로 확인하였다.

Claims (10)

1 개 이상의 탄수화물 유도체가 하기 화학식 1의 쿠커비투릴 유도체 단일분자의 A1 또는 A2와 공유결합하여 형성되며, 상기 탄수화물 유도체가 하기 화학식 1의 쿠커비투릴 유도체에 공유결합되는 부분은 하기 화학식 2의 당 구조를 갖는, 쿠커비투릴 유도체 단일 분자에 공유결합된 탄수화물 다량체 2 개 이상이,
상기 쿠커비투릴 유도체의 공동에 비공유 결합에 의해 포접될 수 있는 작용기 B를 2 개 이상 포함하는 단일 앵커링 에이전트에 상기 쿠커비투릴 유도체의 공동을 통해 끼워져, 상기 공동과 상기 작용기 B 간의 비공유 결합에 의해 형성되는,
탄수화물 다량체 2 개 이상이 단일 앵커링 에이전트에 결합된 거대 탄수화물 다량체로서,
상기 앵커링 에이전트는 작용기 B를 포함하는 중합체, 소중합체, 덴드리머, 계면활성제 자기조립체, 또는 고체기판이며,
상기 작용기 B는 각각 독립적으로 1,3-디아미노프로판, 1,4-디아미노부탄, 1,5-디아미노펜탄, 1,6-디아미노헥산, 스퍼민, 스퍼미딘, 프로필아민, 부틸아민, 펜틸아민, 헥실아민, 바이올로진, 피리딘, 아닐린, 페로센, 또는 아미노산의 구조를 포함하고,
상기 작용기 B는 상기 앵커링 에이전트의 임의의 부위에 위치하며, 작용기 B의 수는 상기 결합되는 탄수화물 다량체의 수보다 크거나 같은, 거대 탄수화물 다량체:
[화학식 1]
Figure 112012044115732-pat00011

상기 화학식 1에서,
n은 4 내지 20의 정수이고,
A1 및 A2는 각각 독립적으로 말단이 불포화결합인 C2-C20 알케닐옥시기, C2-C20 알키닐옥시기, C1-C20 알킬기를 갖는 카르복시알킬설파닐옥시기, C2-C8 알킬기를 갖는 카르복시알킬옥시기, C2-C8 알킬기를 갖는 아미노알킬옥시기, 및 C2-C8 알킬기를 갖는 히드록시알킬옥시기로 구성된 그룹에서 선택된다;
[화학식 2]
Figure 112012044115732-pat00012

상기 화학식 2에서,
m은 3 또는 4의 정수이고,
R은 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, C1-C8 히드록시알킬기, C1-C8 알킬기를 갖는 알킬옥시기로 구성된 그룹에서 선택되고,
R'은 C3-C8를 갖는 알킬티올, C3-C8 알킬아민, C3-C8의 알킬기를 갖는 에폭시알킬옥시알킬, C3-C8의 알킬기를 갖는 이소시안염, C3-C8의 알킬기를 갖는 이소티오시안염, 및 C3-C8의 알킬아지도로 구성된 그룹에서 선택되며,
상기 탄수화물 다량체를 구성하는 1 개 이상의 탄수화물 유도체는 서로 동일하거나 다를 수 있다.
제 1 항에 있어서, 상기 탄수화물 유도체는 단당류, 이당류, 또는 다당류인 것을 특징으로 하는 거대 탄수화물 다량체.
제 1 항에 있어서, 상기 화학식 2의 당 구조가 상기 화학식 1의 쿠커비투릴 유도체 단일 분자에 하기 화학식 3과 같이 공유결합되는 것을 특징으로 하는 거대 탄수화물 다량체:
[화학식 3]
Figure 112010001347268-pat00013

상기 화학식 3에서,
m 및 R은 제 1 항에서 정의된 바와 같고,
p1, q1, 및 r1은 각각 독립적으로 0 내지 20의 정수이다.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 중합체나 소중합체는 폴리 아민, 폴리비닐아민, 폴리바이올로진, 폴리아닐린, 폴리에틸렌이민, 폴리라이신, 폴리벤즈이미다졸, 폴리비닐이미다졸, 폴리비닐피리딘, 폴리비닐N-메틸피리딘, 폴리아이소프로페닐피리딘, 폴리피리딘, 폴리페로세닐다이메틸실렌, 폴리비닐카바졸, 폴리코니딘, 키토산, 또는 이들의 공중합체인 것을 특징으로 하는 거대 탄수화물 다량체.
삭제
삭제
제 1 항 내지 제 3 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 거대 탄수화물 다량체를 포함하는 항미생물제용 약학 조성물.
제 9 항에 있어서, 상기 미생물은 세균, 진균, 조류 또는 바이러스인 것을 특징으로 하는 항미생물제용 약학 조성물.
KR1020100001914A 2010-01-08 2010-01-08 탄수화물 다량체 2 개 이상이 단일 앵커링 에이전트에 결합된 거대 탄수화물 다량체 및 그 용도 KR101221808B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100001914A KR101221808B1 (ko) 2010-01-08 2010-01-08 탄수화물 다량체 2 개 이상이 단일 앵커링 에이전트에 결합된 거대 탄수화물 다량체 및 그 용도

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100001914A KR101221808B1 (ko) 2010-01-08 2010-01-08 탄수화물 다량체 2 개 이상이 단일 앵커링 에이전트에 결합된 거대 탄수화물 다량체 및 그 용도

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110081654A KR20110081654A (ko) 2011-07-14
KR101221808B1 true KR101221808B1 (ko) 2013-01-14

Family

ID=44920117

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100001914A KR101221808B1 (ko) 2010-01-08 2010-01-08 탄수화물 다량체 2 개 이상이 단일 앵커링 에이전트에 결합된 거대 탄수화물 다량체 및 그 용도

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101221808B1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130019597A (ko) 2011-08-17 2013-02-27 삼성전자주식회사 액정패널조립체 및 그를 구비한 액정디스플레이 장치
WO2015084075A1 (ko) * 2013-12-04 2015-06-11 기초과학연구원 쿠커비투릴-당 복합체 및 이의 제조방법
CN109528715B (zh) * 2018-12-21 2020-12-04 贵州大学 一种八元瓜环的应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050080068A1 (en) 2003-09-04 2005-04-14 Lyle Isaacs Cucurbit [n] uril compounds and analogs, and methods of making and using the same
KR20050101914A (ko) * 2004-04-20 2005-10-25 학교법인 포항공과대학교 이치환 쿠커비투릴이 결합된 실리카겔
KR100670948B1 (ko) 2005-04-21 2007-01-19 학교법인 포항공과대학교 쿠커비투릴 유도체 단일 분자에 공유결합된 탄수화물다량체

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050080068A1 (en) 2003-09-04 2005-04-14 Lyle Isaacs Cucurbit [n] uril compounds and analogs, and methods of making and using the same
KR20050101914A (ko) * 2004-04-20 2005-10-25 학교법인 포항공과대학교 이치환 쿠커비투릴이 결합된 실리카겔
KR100670948B1 (ko) 2005-04-21 2007-01-19 학교법인 포항공과대학교 쿠커비투릴 유도체 단일 분자에 공유결합된 탄수화물다량체

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110081654A (ko) 2011-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jaiswal et al. Methyl methacrylate modified chitosan: Synthesis, characterization and application in drug and gene delivery
Zheng et al. pH and thermal dual-responsive nanoparticles for controlled drug delivery with high loading content
Kim et al. pH-Responsive NIR-absorbing fluorescent polydopamine with hyaluronic acid for dual targeting and synergistic effects of photothermal and chemotherapy
Bao et al. pH‐sensitive carbon quantum dots− doxorubicin nanoparticles for tumor cellular targeted drug delivery
CN107661504B (zh) 一种树枝状大分子修饰的金纳米粒子及其制备方法和应用
Sarkar et al. Preparation of low toxic fluorescent chitosan-graft-polyethyleneimine copolymer for gene carrier
Lu et al. Water-soluble BODIPY-conjugated glycopolymers as fluorescent probes for live cell imaging
Sarkar et al. Preparation of low molecular weight N-maleated chitosan-graft-PAMAM copolymer for enhanced DNA complexation
Huang et al. Novel drug delivery nanosystems based on out-inside bifunctionalized mesoporous silica yolk–shell magnetic nanostars used as nanocarriers for curcumin
Xu et al. Multifunctional drug carriers comprised of mesoporous silica nanoparticles and polyamidoamine dendrimers based on layer-by-layer assembly
Horo et al. Synthesis of functionalized silk-coated chitosan-gold nanoparticles and microparticles for target-directed delivery of antitumor agents
Guo et al. An enzyme-responsive controlled release system of mesoporous silica coated with Konjac oligosaccharide
Lu et al. Zwitterionic choline phosphate functionalized chitosan with antibacterial property and superior water solubility
CN107641201B (zh) 快速氧化/还原双重响应性含双硒键的嵌段共聚物制备方法及其应用
Guo et al. Glucose-sensitive polyelectrolyte nanocapsules based on layer-by-layer technique for protein drug delivery
KR101221808B1 (ko) 탄수화물 다량체 2 개 이상이 단일 앵커링 에이전트에 결합된 거대 탄수화물 다량체 및 그 용도
US8822550B2 (en) Temperature-, pH- or salt concentration-sensitive separation material and use thereof
CN110538149B (zh) 一种pH响应与肿瘤靶向的抗癌药物载体及其制备方法
Hu et al. Synthetic sugar-only polymers with double-shoulder task: bioactivity and imaging
Ghosh et al. Solvent‐and Substrate‐Induced Chiroptical Inversion in Amphiphilic, Biocompatible Glycoconjugate Supramolecules: Shape‐Persistent Gelation, Self‐Healing, and Antibacterial Activity
Zhang et al. Multidentate Comb-Shaped Polypeptides Bearing Trithiocarbonate Functionality: Synthesis and Application for Water-Soluble Quantum Dots
CN113278094B (zh) 一种环糊精衍生物及其制备方法和应用
CN107929261B (zh) 一种荷载化疗药物的pH敏感的靶向纳米粒制剂及其制备方法
Foulady-Dehaghi et al. Drug delivery with solvent-free synthesized polyimide-COF/amino-functionalized MCM-41 nanohybrid
Nouri et al. Preparation of amylose-poly (methyl methacrylate) inclusion complex as a smart nanocarrier with switchable surface hydrophilicity

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee