KR101253282B1

KR101253282B1 - 피톤치드 방출 스텐트

Info

Publication number: KR101253282B1
Application number: KR1020110037976A
Authority: KR
Inventors: 한동근; 박귀덕; 강종희; 강성남; 김시은; 이재의; 구재환; 정명호
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2011-04-22
Filing date: 2011-04-22
Publication date: 2013-04-10
Also published as: KR20120119786A

Abstract

본 발명은 생분해성 고분자 및 피톤치드의 혼합물을 포함하는 스텐트에 관한 것이다. 일 구체예에 따른 피톤치드 방출 스텐트에 의하면, 생체 내에서 피톤치드가 더욱 효율적으로 방출될 수 있다.

Description

피톤치드 방출 스텐트{Phytoncide releasing stent}

본 발명은 생분해성 고분자 및 피톤치드의 혼합물을 포함하는 스텐트에 관한 것이다.

혈관 스텐트는 동맥경화, 협심증, 심근경색 등 심혈관계 질환 환자의 막힌 혈관을 뚫고 혈관을 확장시켜 주는 스프링 형태의 이식물로 그 사용량은 점차 증가하고 있다. 그러나 기존에 금속 스텐트는 이식할 때 혈관 내피의 손상으로 신생내막 과형성(neointimal hyperplasia)이 일어나게 된다(J. Holmes, Am . J. Cardiol ., 91, 50A, 2003). 이로 인해 혈관은 수개월 내에 재협착(restenosis)되고 다시 수술을 해야 하기 때문에, 신생내막 과형성을 막기 위하여 약물이 고분자와 함께 스텐트 표면에 코팅되어 있는 약물 방출 스텐트가 개발되었다(K. Lee 등, Atherosclerosis, 189, 106, 2009). 그 중 약물 방출 스텐트는 단순 금속 스텐트에서 나타나는 문제점인 신생 내막의 생성으로 인한 재협착을 방지하기 위해 약물을 담지하고 있는 것이다.

기존에 사용되고 있는 약물 방출 스텐트는 비분해성 고분자와 시롤리무스가 도포된 스텐트(Cypher, J&J, 미국)나 파클리탁셀이 도포된 스텐트(Taxus, Boston Scientific, 미국)가 있다. 현재 사용되고 있는 시롤리무스나 파클리탁셀 약물은 합성 약물로서 과도한 약물 반응과 고가의 가격으로 인한 여러 가지 문제점을 나타내는 것으로 다양한 연구에서 밝혀지고 있다. 그 문제점 중 스텐트 삽입 후 후기 혈전 형성에 관한 연구들이 보고되어 있다(Circulation. 2007;115:1051-1058). 하지만 기존의 연구들은 시롤리무스 계열의 약물이나 파클리탁셀을 이용한 실험들이 진행되었으며, 대표적으로 Medtronic사 연구팀이 연구한 인지질을 전달체로 이용한 조타롤리무스 방출 스텐트(Endeavor, Medtronic, 미국), 에베롤리무스 방출 스텐트(Xience V, Abbott, 미국)들이 상품화되었다. 하지만 여전히 기존에 약물 방출 스텐트로부터 존재하는 후기 혈전증 유발 및 재내피화 억제 등의 문제점이 있는 것으로 보고되고 있다.

한편, 피톤치드(phytoncide)는 식물이 해충이나 미생물로부터 자신을 방어하기 위하여 만들어 내는 살균성 물질을 총칭한다. 피톤치드의 주요성분은 테르펜(terpene)류 화합물로 이들은 독특한 방향성을 가지며, 심폐기능 강화, 혈관기능 강화, 호흡기 강화 및 피부살균 작용 등 여러 가지 산림욕 효과에 가장 크게 기여하는 물질이라고 알려져 있다. 테르펜은 다수의 이소프렌(isoprene, C5H8)이 결합하여 이루어진 탄화수소의 일종으로, 식물은 일반적으로 태양 에너지의 광합성작용을 통하여 0.01∼5％ 가량의 테르펜을 합성한다. 피톤치드의 방출량과 그에 함유된 성분은 수목마다 다르며 침엽수는 활엽수에 비해 두 배 이상의 피톤치드를 발산하는 것으로 알려져 있다. 테르펜 정유는 주로 잣나무, 소나무, 편백나무, 화백나무 등과 같은 침엽수와 귤, 탱자와 같은 운향과 식물에 특히 많이 함유되어 있는 것으로 알려지고 있다. 그리고 식물의 테르펜 정유 함량은 극소량에서부터 5%에 이르고 있으며, 계절 및 수종에 따라 조금씩 달리하고 있다. 피톤치드는 삼림욕을 하게 되면 식물에서 나오는 항생물질인 피톤치드로 인해 말초 혈관 단련 및 심폐 기능 강화와 기관지 천식과 폐결핵 치료, 심장강화, 항생 효과 증진 및 항산화 효과에 영향을 미치는 것으로 보고되고 있으며 이를 이용해 여러 상품에 피톤치드를 적용되고 있다.

본 발명자들은 기존의 시롤리무스나 파클리탁셀과 같은 합성 약물의 방출 스텐트를 대체할 수 있는 스텐트를 연구 개발한 결과, 천연 항균제인 피톤치드를 포함하며, 이를 방출할 수 있는 스텐트를 개발하였다.

일 구체예는 생분해성 고분자 및 피톤치드의 혼합물을 포함하는 스텐트를 제공한다.

일 양태는 표면에 생분해성 고분자 및 피톤치드의 혼합물이 코팅된 코팅층을 포함하는 피톤치드 방출 스텐트를 제공한다.

용어, "스텐트(stent)"는 혈관이나 카테터(catheter)에 삽입시켜 관의 내경을 열어놓은 상태로 유지하면서 유체의 흐름을 원활하도록 하기 위해서 사용되는 튜브로, 그 관이 외부로부터 가해지는 압력이나 협착으로 인해 폐쇄되는 것을 방지하기 위한 의료 용구이다. 일 구체예에 따르면, 상기 스텐트는 예를 들어, 스테인리스 스틸, 코발트-크롬, 백금-크롬, 탄탈륨, 티타늄, 니티놀, 금, 백금, 은 및 그의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 비분해성 금속 재질일 수 있다.

본 발명의 피톤치드 방출 스텐트는 스텐트의 종류에 따라 알맞은 코팅 방법을 사용해서 심혈관의 질환이 있는 혈관에 경피적 풍선성형술과 같은 방법에 의해 혈관 내에 삽입되어 고정될 수 있다. 혈관 내에 고정된 상기 피톤치드 방출 스텐트는 혈관 내에서 피톤치드를 방출함으로서, 혈관 내의 재협착을 방지하고, 혈전증을 감소시킬 수 있으며, 혈관이 확장된 상태를 장기간 유지할 수 있다.

일 구체예에 따르면, 상기 생분해성 고분자는 폴리글리콜산, 폴리-L-락트산, 폴리-D-락트산, 폴리-D,L-락트산, 폴리-e-카프로락톤, 폴리락트산-글리콜산 공중합체(PLGA), 폴리-L-락트산-e-카프로락톤 공중합체(PLCL), 폴리에틸렌글리콜, 폴리아미노산, 폴리안하이드라이드, 폴리오르쏘에스테르, 폴리디옥사논, 폴리포스파겐, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 트리 아세테이트 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 또한, 상기 생분해성 고분자는 예를 들어, 1,000 내지 500,000의 분자량 또는 2,000 내지 200,000의 분자량을 가질 수 있다. 상기 생분해성 고분자의 분자량이 너무 작으면, 스텐트의 표면에 코팅이 잘 되지 않으며, 표면이 평활하지 못하고, 분자량이 너무 높으면 스텐트의 표면에 분사하기 위한 용매에 잘 용해되지 않고, 코팅 두께 조절이 어려우며, 코팅을 위한 분사 노즐이 막히기 때문에 코팅이 잘 되지 않을 수 있다.

일 구체예에 따르면, 상기 생분해성 고분자는, 예를 들어, 0.001 중량% 내지 40 중량%, 또는 0.01 중량% 내지 20 중량%의 농도로 상기 코팅층 내에 포함될 수 있다. 코팅층 내에 포함되는 고분자의 농도는 코팅의 두께를 결정하는 중요한 요소이다. 상기 생분해성 고분자의 농도가 너무 낮으면 스텐트의 표면에 코팅이 잘 되지 않고, 코팅하는데 시간이 많이 소요되며, 생분해성 고분자의 농도가 너무 높으면 코팅을 위한 분사 노즐이 막히기 때문에 분사가 잘 이루어지지 않고, 표면이 평활하게 되지 않으며, 코팅막 두께의 조절이 어려울 수 있다.

일 구체예에 따르면, 상기 피톤치드에 대한 생분해성 고분자의 중량비는 0.01:1 내지 90:1일 수 있다. 피톤치드의 농도가 고분자 농도의 0.01 중량% 이하인 경우에는 코팅층 내에 포함된 피톤치드의 함량이 적기 때문에 피톤치드의 효과가 떨어지고, 90 중량% 이상으로 사용하는 경우에는 스텐트 표면에 균일한 코팅이 어려우며, 과도한 피톤치드 방출에 의한 독성이 야기될 수 있다.

일 구체예에 따르면, 상기 피톤치드는 생분해성 고분자 대비 1 중량% 내지 100 중량%의 농도를 가질 수 있다. 상기 농도가 1 중량% 이하로 낮으면, 피톤치드의 효과가 없게 되며, 또한, 상기 농도를 최대 100 중량%로 조절하여 생분해성 고분자없이 피톤치드만으로 코팅할 수 있다.

한편, 상기 각각의 코팅층은, 예를 들어, 0.01 내지 100 ㎛, 또는 0.1 내지 50 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 이는 혈관 내에서 방출하고자 하는 피톤치드의 방출량 및 방출 시간에 따라 조절할 수 있다.

상기 혼합액을 제조하기 위한 용매는 아세톤, 클로로포름, 다이옥산, 테트라히드로퓨란, 아세토니트릴, 메틸렌 클로라이드, 사염화탄소, 톨루엔, 자일렌, 벤젠, 디메틸포름아미드 및 헥사플루오로이소프로판올로 이루어진 군으로부터 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 상기 용매를 결정하는 가장 중요한 요소는 생분해성 고분자 및 제1 약물의 용해도이며, 코팅의 방법에 따라 비점이 높은 용매를 사용하기도 한다. 본 발명의 다중 코팅 스텐트를 만들기 위해 예를 들어, 침액 코팅(dip coating)법 또는 스프레이 코팅(spray coating)법을 사용하여 상기 혼합액을 스텐트 표면에 증착시킬 수 있다. 가장 바람직하게는 초음파 스프레이 장치에 의한 스프레이 코팅법을 사용할 수 있다. 상기 혼합액이 스텐트에 코팅된 후, 상기 스텐트를 건조시키는 과정이 추가로 포함될 수 있다. 스텐트를 건조시키는 과정에서 용매는 증발되면서 제거되고 생분해성 고분자 및 약물이 표면에 남아 얇은 막을 형성하게 된다.

상기 스텐트에 포함되는 피톤치드의 효과를 확인하기 위해 사용될 수 있는 세포는, 예를 들어, 인간 제정맥 내피세포, 인간 대동맥 내피세포, 인간 관상동맥 내피세포, 인간 장골 동맥 내피세포, 인간 폐동맥 내피세포, 인간 제동맥 내피세포, 인간 관상동맥 평활근 세포, 인간 대동맥 평활근 세포, 인간 기관지 평활근 세포, 인간 폐 평활근 세포, 인간 제동맥 평활근 세포, 인간 자공 평활근 세포, 인간 방광 평활근 세포 및 인간 전립선 평활근 세포로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.

일 구체예에 따르면, 세포 생존성 실험에 사용되는 플레이트는 6, 12, 24, 48 또는 96 웰을 포함하는 플레이트를 사용할 수 있으며, 세포 배양을 위한 디쉬는 30, 60, 100 또는 150 cm²의 크기를 갖는 것을 사용할 수 있다. 상기 세포 생존성 실험에 필요한 세포의 수는 플레이트에 따라, 예를 들어, 1×10³ 내지 1×10⁶개의 세포를 사용할 수 있으며, 바람직하게는, 3×10³내지 2×10⁴개의 세포 수가 피톤치드의 효과를 확인하기에 가장 적절하다. 상기 세포 생존성 실험에 사용되는 배지는 예를 들어, EGM-2, SMGM-2, DMEM, MEM-a 및 M199으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 한정하지는 않으며, 사용되는 플레이트에 따라 100 내지 1000 ㎕의 배지가 사용될 수 있다. 상기 세포 생존성 실험에 처리되는 약물(예를 들어, 피톤치드)의 농도는 0.1 내지 100 ㎍일 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 25 ㎍일 수 있다. 그 이상의 농도에서는 거의 모든 세포들이 사멸하여 농도에 따른 약물 효과를 비교할 수 없다. 세포의 계수에는 세포 수 계산 키트-8(CCK-8)를 사용할 수 있다.

일 구체예에 따른 피톤치드 방출 스텐트에 의하면, 생체 내에서 피톤치드가 더욱 효율적으로 방출될 수 있다.

도 1은 일 구체예에 따른 피톤치드에 의한 인간 제정맥 내피세포에서의 세포독성에 대한 세포 생존성을 %로 수치화하여 시롤리무스와 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 2는 일 구체예에 따른 피톤치드에 의한 인간 관상동맥 평활근 세포에서의 세포독성에 대한 세포 생존성을 %로 수치화하여 시롤리무스와 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 3은 일 구체예에 따른 피톤치드 방출용 스텐트에서 피톤치드가 용액 내에서 방출되는 거동을 나타내는 그래프이다.

이하 하나 이상의 구체예를 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 하나 이상의 구체예를 예시적으로 설명하기 위한 것으로 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 피톤치드가 코팅된 스텐트의 제조 및 세포 생존성 실험 (1)

생분해성 폴리락트산-글리콜산 공중합체(PLGA, 분자량: 50,000 이하)를 아세토니트릴과 다이옥산의 혼합한 용매에 0.5 중량%로 용해시키고, 피톤치드를 폴리락트산-글리콜산 공중합체에 대하여 10 중량%로 용해시켜 코팅 용액을 제조한 다음, 코발트-크롬 스텐트 표면에 전기분사법에 의해서 코팅하였다. 주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM)으로 코팅 표면을 관찰한 결과, 표면이 평활하게 코팅되었고, 코팅 두께는 5 ㎛이었다.

상기 제작된 피톤치드가 코팅된 스텐트를 인간 제정맥 내피세포 또는 인간 관상동맥 평활근 세포가 배양된 배양액에 넣은 다음, 상기 세포에서의 세포 독성에 대한 세포 생존성을 IC₅₀ 수치로 나타낸 결과, 도 1 및 도 2와 같이, 상기와 동일한 세포에서 상기 제작된 시롤리무스가 코팅된 스텐트에 대한 IC₅₀ 수치와 유사한 결과를 나타내었다.

또한, 상기 스텐트로부터 피톤치드의 방출 여부를 측정하기 위해서, 상기 피톤치드가 코팅된 스텐트를 37℃, PBS 용액의 수조에 침적하여 100 rpm으로 흔들어 주었다. 1일, 3일, 5일, 7일, 14일, 21일 및 28일 동안 피톤치드가 방출된 각각의 용액을 채취하여 HPLC(high-performance liquid chromatography)를 통해서 분석한 결과, 상기 용액 중에 피톤치드가 방출되었음을 확인하였다. 그 결과, 도 3과 같이 피톤치드가 용액 내에서 방출되는 거동을 나타내었다.

실시예 2: 피톤치드가 코팅된 스텐트의 제조 및 세포 생존성 실험 (2)

생분해성 폴리-L-락트산(PLLA, 분자량: 100,000 이상)을 메틸렌클로라이드와 다이옥산의 혼합한 용매에 0.2 중량%로 용해시키고, 피톤치드를 폴리-L-락트산에 대하여 30 중량%로 용해시켜 코팅 용액을 제조한 다음, 스테인리스 스틸 스텐트 표면에 초음파 나노코팅 분사법에 의해서 코팅하였다. 주사전자현미경으로 코팅 표면을 관찰한 결과, 표면이 평활하게 코팅되었고, 코팅 두께는 7 ㎛이었다.

상기 제작된 피톤치드가 코팅된 스텐트를 인간 제정맥 내피세포 또는 인간 관상동맥 평활근 세포가 배양된 배양액에 넣은 다음, 상기 세포에서의 세포 독성에 대한 세포 생존성을 IC₅₀ 수치로 나타낸 결과, 도 1 및 도 2에서 나타낸 바와 유사하게, 상기와 동일한 세포에서 시롤리무스가 코팅된 스텐트에 대한 IC₅₀ 수치와 유사한 결과를 나타내었으며, 그 결과, 도 3과 같이 피톤치드가 용액 내에서 방출되는 거동을 나타내었다.

실시예 3: 피톤치드가 코팅된 스텐트의 제조 및 세포 생존성 실험 (3)

생분해성 폴리카프로락톤(PCL, 분자량: 80,000 이상)을 메틸렌클로라이드와 다이옥산의 혼합한 용매에 5 중량%로 용해시키고, 피톤치드를 폴리카프로락톤에 대하여 5 중량%로 용해시켜 코팅 용액을 제조한 다음, 백금-크롬 스텐트 표면에 초음파 나노코팅 분사법에 의해서 코팅하였다. 주사전자현미경으로 코팅 표면을 관찰한 결과, 표면이 평활하게 코팅되었고, 코팅 두께는 6 ㎛이었다.

실시예 4: 피톤치드가 코팅된 스텐트의 제조 및 세포 생존성 실험 (4)

생분해성 폴리-D,L-락트산(PDLLA, 분자량: 50,000 이상)을 클로로포름 용매에 10 중량%로 용해시키고, 피톤치드를 폴리-D,L-락트산에 대하여 50 중량%로 용해시켜 코팅 용액을 제조한 다음, 니티놀 스텐트 표면에 초음파 나노코팅 분사법에 의해서 코팅하였다. 주사전자현미경으로 코팅 표면을 관찰한 결과, 표면이 평활하게 코팅되었고, 코팅 두께는 8 ㎛이었다.

상기 제작된 피톤치드가 코팅된 스텐트를 인간 제정맥 내피세포 또는 인간 관상동맥 평활근 세포가 배양된 배양액에 넣은 다음, 상기 세포에서의 세포 독성에 대한 세포 생존성을 IC₅₀ 수치로 나타낸 결과, 도 1 및 도 2에서 나타낸 바와 유사하게, 상기와 동일한 세포에서 시롤리무스가 코팅된 스텐트에 대한 IC₅₀ 수치와 유사한 결과를 나타내었으며, 피톤치드가 용액 내에서 방출되는 거동은 실시예 1과 유사한 결과를 나타내었다.

실시예 5: 피톤치드가 코팅된 스텐트의 제조 및 세포 생존성 실험 (5)

생분해성 폴리-L-락트산-카프로락톤(PLCL, 분자량: 130,000 이상)을 테트라히드로퓨란 용매에 0.1 중량%로 용해시키고, 피톤치드를 폴리-L-락트산-카프로락톤에 대하여 80 중량%로 용해시켜 코팅 용액을 제조한 다음, 미그네슘 스텐트 표면에 초음파 나노코팅 분사법에 의해서 코팅하였다. 주사전자현미경으로 코팅 표면을 관찰한 결과, 표면이 평활하게 코팅되었고, 코팅 두께는 4 ㎛이었다.

상기 제작된 피톤치드가 코팅된 스텐트를 인간 제정맥 내피세포 또는 인간 관상동맥 평활근 세포가 배양된 배양액에 넣은 다음, 상기 세포에서의 세포 독성에 대한 세포 생존성을 IC₅₀ 수치로 나타낸 결과, 도 1 및 도 2에서 나타낸 바와 유사하게, 상기와 동일한 세포에서 시롤리무스가 코팅된 스텐트에 대한 IC₅₀ 수치와 유사한 결과를 나타내었으며, 피톤치드가 용액 내에서 방출되는 거동은 실시예 3과 유사한 결과를 나타내었다.

Claims

표면에 생분해성 고분자 및 피톤치드의 혼합물이 코팅된 코팅층을 포함하는 혈관 재협착 방지용 피톤치드 방출 스텐트.
제1항에 있어서, 상기 스텐트는 스테인리스 스틸, 코발트-크롬, 백금-크롬, 탄탈륨, 티타늄, 니티놀, 금, 백금, 은 및 그의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 재질인 것인 피톤치드 방출 스텐트.
제1항에 있어서, 상기 생분해성 고분자는 폴리글리콜산, 폴리-L-락트산, 폴리-D-락트산, 폴리-D,L-락트산, 폴리-e-카프로락톤, 폴리락트산-글리콜산 공중합체(PLGA), 폴리-L-락트산-e-카프로락톤 공중합체(PLCL), 폴리에틸렌글리콜, 폴리아미노산, 폴리안하이드라이드, 폴리오르쏘에스테르, 폴리디옥사논, 폴리포스파겐, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 트리 아세테이트 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것인 피톤치드 방출 스텐트.
제1항에 있어서, 상기 생분해성 고분자는 2,000 내지 200,000의 분자량을 갖는 것인 피톤치드 방출 스텐트.
제1항에 있어서, 상기 생분해성 고분자는 0.01 중량% 내지 20 중량%의 농도인 것인 피톤치드 방출 스텐트.
제1항에 있어서, 상기 피톤치드는 생분해성 고분자 대비 1 중량% 내지 100 중량%의 농도를 갖는 것인 피톤치드 방출 스텐트.