KR101306641B1 - 작용화된 자성 나노입자 및 이의 사용방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 작용기를 포함하는 작용화된 자성 나노입자를 제공하는데, 여기에서 작용화된 자성 나노입자는 뇌 조직, 뼈 및 혈관 조직을 포함하는 조직에 대해 차별적으로 결합하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 또한 작용화된 자성 나노입자를 포함하는 약학적 조성물을 포함하는 조성물을 제공한다. 본 발명은 또한 작용화된 자성 나노입자를 사용하는 것을 포함하는 진단 및 조사 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 자기 공명 영상(MRI)에서 가시화되는 약물 전달 시스템 및, 이의 합성 방법을 제공한다. MRI에서 가시화되는 약물 전달 시스템은 MRI를 사용하는 약물 분배의 측정 뿐 아니라, 조직 특이적인 약물 전달의 측정에도 사용된다.
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MRI, 작용화, 나노입자, 뇌 조직, 약물 전달 장치

Description

작용화된 자성 나노입자 및 이의 사용방법{FUNCTIONALIZED MAGNETIC NANOPARTICLES AND METHODS OF USE THEREOF}
교차참조
본 출원은 2005년 3월 21일에 출원된 미국 특허 가출원 제60/664,046호를 우선권으로서 주장하며 상기 출원은 본원에 참조로서 인용된다.
발명의 분야
본 발명은 자성 나노입자와, 이의 영상화에서의 용도, 예를 들면 조직의 자기 공명 영상화에서의 용도에 관한 것이다.
나노입자란, 전형적으로는 이의 직경이 작게는 1 나노미터에서부터 크게는 수백 나노미터에까지 이르는 매우 작은 입자를 말한다. 이의 작은 크기 때문에 염료 및 안료; 심미적 또는 기능적 코팅; 생물학적 연구, 의학적 영상화 및 치료를 위한 도구; 자기 기록 매체; 양자점(quantum dots); 및 고르고 일정한 나노크기 반도체 등과 같은 각종 제품을 제조하는데 이용될 수 있다.
자성 나노입자는 각종 생의학적 용도로 사용될 것이 제안되었는데, 이러한 용도에는 자기 공명 영상화, 악성 세포의 고열처리, 및 약물 전달이 포함된다. 영상화에서 주요 과제는 병든 조직과 정상 조직을 구분해낼 수 있는 능력이다. 본 발 명은 이러한 필요에 부응하여 이와 관련된 이점을 제공한다.
참조문헌
U.S. Patent Nos. 6,548,264, 6,767,635; Berry and Curtis (2003) J Phys . D: Applied Physics 36:R198-R206; Pankhurst et al. (2003) J Phys . D: Applied Physics 36:R167-R181; Dousset et al. (1999) Am . J. Neuroradiol. 20:223-227; Dunning et al. (2004) J Neurosci. 24:9799-9810; Dousset et al. (1999) Magnetic Resonance in Medicine 41:329-333; Moghimi et al. (2001) Pharmacol . Rev. 53:283-318.
발명의 개요
본 발명은 작용기를 포함하는 작용화된 자성 나노입자를 제공하는데, 여기에서 작용화된 자성 나노입자는 뇌 조직, 뼈, 및 혈관 조직을 포함하는 조직에 차별적으로 결합하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 또한 작용화된 자성 나노입자를 포함하는 약학적 조성물을 포함하는 조성물을 제공한다. 본 발명은 또한 작용화된 자성 나노입자를 사용하는 것을 포함하는 진단 및 조사 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 자기 공명 영상(MRI)에서 가시화되는 약물 전달 시스템, 및 이의 합성 방법을 제공한다. MRI에서 가시화되는 약물 전달 시스템은 MRI를 사용하는 약물 분배의 측정 뿐 아니라, 조직 특이적인 약물 전달의 측정에도 사용된다.
도 1은 작용화된 자성 나노입자의 개략적인 예시적 양태를 도시한다.
도 2A-D는 AMT-MNP로 주사한 후 0시간째(도 2A), 6시간째(도2B)의 카인산 처 리된 래트의 뇌의 자기 공명 영상 사진과, 작용화되지 않은 MNP로 주사한 후 0시간째(도 2C), 및 6시간째(도 2D)의 카인산 처리된 래트의 뇌의 자기 공명 영상 사진을 도시한다.
도 3A-D는 인간 혈청 알부민 매트릭스내 AMT-MNP 입자의 주사전자현미경(TEM) 사진을 도시한다.
도 4A 및 4B는 폴리(부틸 시아노아크릴레이트)-MNP의 TEM 사진을 도시한다.
정의
본원에 사용된 "나노입자"라는 용어는 이의 직경이 약 1 내지 1000 nm인 입자를 가리키는 것이다. 마찬가지로, "나노입자들"이라는 용어는 평균 직경이 약 1 내지 1000 nm인 다수의 입자들을 가리키는 것이다.
나노입자의 "크기"는 나노입자의 가장 긴 방향의 길이를 가리키는 것이다. 예를 들면, 완전한 구형 나노입자의 크기는 이의 직경이 된다.
본원에 사용된 "특이적으로 결합하는(specifically binds)"이라는 용어는 어떠한 분자(제 1 분자)가 샘플내 특정한 다른 분자(제 2 분자)를 인식하여 결합하지만, 샘플내에 있는 그외 다른 분자를 실질적으로 인식하고 결합하지는 않는 상황을 가리키는 것이다. 예를 들면, 미리선택한 항원에 "특이적으로 결합하는" 항체는 약 10-7 M보다 큰 결합 친화도를 가지고, 예를 들면 적어도 약 10-7 M의 결합 친화도, 적어도 약 10-8 M의 결합 친화도, 또는 적어도 약 10-9 M의 결합 친화도를 가지고, 또는 10-9 M보다 큰 결합 친화도를 가지고 항원에 결합하는 항체를 말한다.
본원에 사용된 "작용기"라는 용어는 "작용성 잔기" 및 "작용성 리간드"와 호환하여 사용되며, 화학적 작용기를 갖게 되는 것(예를 들면, 나노입자)에 대해 특정한 작용을 하도록 부여하는 화학적 작용기를 가리킨다. 예를 들면, 작용기는 특정 분자와 결합하는 것으로 공지되어 있는 항체, 올리고뉴클레오타이드, 바이오틴, 또는 스트렙타비딘과 같은 물질; 또는 아민, 카복실레이트 등과 같은 소형 화학적 작용기를 포함할 수 있다.
본원에 사용된 "대상(subject)" 또는 "개체(individual)" 또는 "환자(patient)"라는 용어는 진단, 예후, 또는 치료가 요구되는 임의의 대상을 가리키는 것이고, 일반적으로는 본 발명에 따라 수행되는 진단 방법, 예후 방법, 또는 치료 방법의 수여자를 가리키는 것이다. 대상은 임의의 척추동물일 수 있지만, 전형적으로는 포유류일 것이다. 포유류라면 대상은 다수의 양태에서 인간이 될 것이지만, 또한 가축류, 실험 동물, 또는 애완 동물이 될 수도 있다.
본원에 사용된 "치료", "치료하다" 등의 용어는 바람직한 약학적 및/또는 생리학적 효과를 수득하는 것을 가리킨다. 그 효과는 질병이나 이의 증후를 완전히 또는 부분적으로 방지하는 측면에서 예방적 효과 및/또는 질병 및/또는 질병에서 기인한다고 생각되는 해로운 효과에 대해 부분적 또는 완전히 치료한다는 측면에서 치료적 효과일 수 있다. 본원에 사용된 "치료"라는 용어는 포유류, 구체적으로는 인간에서의 질병의 임의의 치료를 모두 포괄하는 용어이며, 여기에는 (a) 질병에 걸릴 가능성이 있으나 질병(예를 들면, 1차 질병과 관련되거나 이에 의해 유발될 수 있는 질병을 포함한다)을 갖는 것으로는 진단되지는 않은 대상에 발생할 수 있 는 질병 또는 질병의 증후를 예방하고; (b) 질병을 차단하며, 즉 질병의 발전을 정지시키며; (c) 질병을 완화하는, 즉 질병의 퇴보를 유발하는 것을 포함한다.
본 발명을 자세히 설명하기에 앞서, 본 발명은 기술된 특정 양태에 국한되는 것은 아니고, 물론 다양한 형태로 변형될 수 있다는 점을 숙지해야 할 것이다. 또한 본원에 사용된 용어는 특정 양태를 설명하기 위한 목적으로만 사용되는 것이며 본 발명의 범위를 국한시킬 목적으로 사용되는 것은 아닌데, 본 발명의 범위는 하기의 청구의 범위에 의해서만 결정될 것이기 때문이다.
수치의 범위가 제공되는 경우, 명세서에서 명확히 언급하지 않는 한, 그 범위의 상한 및 하한과 언급된 범위의 어떤 다른 언급된 또는 게재한 값 사이에서 하한의 단위의 십분의 일까지 각 중간값은 본 발명 안에 포함되는 것으로 이해된다. 이들 작은 범위의 상한 및 하한은 독립적으로 작은 범위에 포함될 수 있으며, 또한 언급된 범위에서 특별히 제외된 하한 및 상한을 조건으로 하여 본 발명 안에 포함된다. 언급된 범위가 하한 및 상한의 한쪽 또는 양쪽을 포함하는 경우에는 하한 및 상한의 한쪽 또는 양쪽을 포함하는 범위도 본 발명에 포함된다.
달리 언급하지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술 용어 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 분야의 당업자가 보통 이해하는 바와 동일한 의미를 갖는다. 본원에 기재된 것과 유사하거나 동등한 임의의 방법 및 물질도 본 발명의 실시나 시험에 사용될 수 있지만, 바람직한 방법 및 물질을 본원에 기술하고 있다. 본원에 언급된 모든 문헌은 문헌이 기재된 곳과 관련된 방법 및/또는 물질을 기술하기 위한 참조의 목적으로서만 사용되는 것이다.
본원에 기재되고 청구의 범위에 기재된 단수 형태의 표현은 명세서에서 특별히 언급하지 않는 한 복수의 대상도 포함한다. 따라서 예를 들면, "작용화된 자성 나노입자(a functionalized magnetic nanoparticle)"라는 용어는 다수의 이러한 나노입자를 포함하고, "약물(the drug)"이라는 용어는 당업자에게 공지된 한가지 이상의 약물 및 등가물을 가리키는 것이다. 또한 청구항은 임의 선택적 요소는 배제하고 작성될 수 있음을 유의해야 한다. 그 자체로 이러한 언급은 청구범위 요소들의 언급과 관련, "단독으로(solely)", "~만"이라는 배제적 용어, 또는 "네거티브(negative)" 제한이 사용되는 것에 대한 선행하는 토대로서의 역할을 하도록 의도하는 것이다.
본원에 기재된 문헌은 본 출원의 출원일보다 먼저 공개된 것만 제공하였다. 본 발명이 선행 발명에 의해 선행 공개문헌보다 앞서는 것으로 권리가 부여되지 않음을 승인하는 것으로 해석되지 않는다. 또한 제공된 문헌의 발행일은 실제 공개일과는 다를 수 있으므로 개별적으로 확인할 필요가 있을 수 있다.
본 발명은 컨쥬게이팅된 작용성 잔기를 갖는 작용화된 자성 입자를 제공하는데, 여기에서 작용화된 자성 나노입자는 특정 유형의 조직, 예컨대 뇌 조직, 뼈, 또는 혈관 조직에 차별적으로 결합하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 또한 작용화된 자성 나노입자를 포함하는 조성물을 제공한다. 본 발명은 또한 작용화된 자성 나노입자를 사용하는 것을 포함하는 진단, 예후, 치료, 및 조사 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 자기 공명 영상(MRI)에서 가시화되는 약물 전달 시스템; 및 이의 합성 방법을 제공한다. MRI에서 가시화되는 약물 전달 시스템은 MRI를 사용하는 약물 분배의 측정 뿐 아니라 조직 특이적인 약물 전달의 측정에도 사용된다.
작용화된 자성 나노입자
본 발명은 컨쥬게이팅된 작용성 잔기를 갖는 작용화된 자성 나노입자(MNP)를 제공하는데, 여기에서 작용화된 자성 나노입자는 특정 유형의 조직, 예를 들면, 뇌, 뼈, 또는 혈관 조직에 차별적으로 결합하는 것을 특징으로 한다. 작용화된 자성 나노입자는 각종 진단, 예후, 치료, 및 조사 용도로 유용하다.
자성 나노입자
나노입자는 일반적으로 그 평균 크기가 약 1 nm 내지 약 1000 nm, 예를 들면, 약 1 nm 내지 약 10 nm, 약 10 nm 내지 약 50 nm, 약 50 nm 내지 약 100 nm, 약 100 nm 내지 약 250 nm, 약 250 nm 내지 약 500 nm, 약 500 nm 내지 약 750 nm, 또는 약 750 nm 내지 약 1000 nm 범위이다. 일부 양태에서 평균 직경은 약 10 nm 내지 약 1000 nm, 예를 들면 약 10 nm 내지 약 20 nm, 약 20 nm 내지 약 40 nm, 약 40 nm 내지 약 60 nm, 약 60 nm 내지 약 80 nm, 약 80 nm 내지 약 100 nm, 약 100 nm 내지 약 200 nm, 약 200 nm 내지 약 400 nm, 약 400 nm 내지 약 600 nm, 약 600 nm 내지 약 800 nm, 또는 약 800 nm 내지 약 1000 nm 범위일 것이다.
나노입자는 분자의 단순한 응집체일 수 있거나, 상이한 물질이 2 이상의 층으로 구조체를 이룰 수 있다. 예를 들면, 자철광(magnetite) 또는 자적철석(maghemite)으로 구성된 단순형 나노입자가 사용하기에 적합하다. 참조: 예를 들면, Scientific and Clinical Applications of Magnetic Microspheres, U. Hafeli, W. Schutt, J. Teller, and M. Zborowski (eds.) Plenum Press, New York, 1997; and Tiefenauer et al., Bioconjugate Chem. 4:347, 1993. 보다 복합형인 나노입자는 1 이상의 물질로 만들어진 코어(core)와, 그외의 다른 물질(들)로 만들어진 1 이상의 쉘(shells)로 구성될 수 있다. "자성 나노입자"는 상자성 나노입자, 반자성 나노입자, 및 강자성 나노입자를 포함하는 용어이다.
본 발명에 따른 나노입자 중 전형적인 코어 물질은 일반식 MeOxFe2O3의 페라이트(ferrites)인데, 여기에서 Me는 Co, Mn, 또는 Fe와 같이 2가 금속이다. 다른 적당한 물질에는 γ-Fe2O3, 순수 금속인 Co, Fe, Ni, 그리고 카바이드 및 니트라이드와 같은 금속 화합물이 있다. 코어 물질은 일반적으로 MRI에서 가시화되는 제제이다. 코어 물질은 전형적으로는 코팅처리되어 있다. 적당한 코팅제에는 덱스트란, 알부민, 녹말, 실리콘 등이 포함되나, 이에 국한되는 것은 아니다.
수많은 각종 소립자(나노입자 또는 마이크론 크기의 입자)는 하기를 포함하는 다수의 제조업체로부터 구입할 수 있다: Bangs Laboratories (Fishers, Ind.); Promega (Madison, Wis.); Dynal Inc.(Lake Success, N. Y.); Advanced Magnetics Inc.(Surrey, U.K.); CPG Inc.(Lincoln Park, N.J.); Cortex Biochem (San Leandro, Calif.); European Institute of Science (Lund, Sweden); Ferrofluidics Corp. (Nashua, N.H.); FeRx Inc.; (San Diego, Calif); Immunicon Corp.; (Huntingdon Valley, Pa.); Magnetically Delivered Therapeutics Inc. (San Diego, Calif); Miltenyi Biotec GmbH (USA); Microcaps GmbH (Rostock, Germany); PolyMicrospheres Inc. (Indianapolis, Ind.); Scigen Ltd.(Kent, U.K.); Seradyn Inc.; (Indianapolis, Ind.); 및 Spherotech Inc. (Libertyville, Ill.). 이러한 입자들 중 대부분은 분쇄 및 제분, 에멀젼 중합화, 블록 공중합화, 및 마이크로에멀젼과 같은 통상의 기술을 사용하여 만들어진다.
실리카 나노입자의 제조방법 또한 보고된 바 있다. 이 방법은 미소결정(crystallite) 코어 응집단계(Philipse et al, Langmuir, 10:92, 1994); 삽입된(intercalated) 실리카로 초상자성 중합체 나노입자를 포티피케이션(fortification)하는 단계(Gruttner, C and J Teller, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 194:8, 1999); 및 극초단파 매개 자가 조립 단계(Correa-Duarte et al., Langmuir, 14:6430, 1998)를 포함한다.
나노입자 코어는 자성을 띠고 자철광, 자적철석, 및 그레이자이트(greigite)로 구성된 군 중에서 선택된 금속을 포함할 수 있다. 자성 나노입자는 자철광, 자적철석, 및 그레이자이트와 같은 자성 물질을 코어의 일부로서 사용하여 만들어질 수 있다. 이러한 자성 코어의 전체적인 크기와 모양을 변화시킴으로써, 초상자성 또는 안정한 싱글-도메인(자기장에서 제거한 후에도 안정한 자기 모멘트를 유지하는 입자)으로 만들 수 있다. 코어 크기는 자성 나노입자가 초상자성 또는 싱글-도메인인지 여부와 관련이 있다. 따라서, 상대적으로 크기가 일정한 초상자성인 입자는 일반적으로 50 내지 80 nm보다 작은 크기의 코어를 가진다. 상기 범위의 상한 이상의 크기에서는 내부 자기 에너지를 최소화하기 위하여, 방향이 다른 자기 벡터의 도메인으로 분리되어 입자의 자기화가 일어난다.
일부 양태에서 코어는 안료를 포함할 수 있는데, 안료는 포타슘 퍼망가네이트, 포타슘 다이크로메이트, 니켈 설페이트, 코발트클로라이드, 철(III) 클로라이드, 또는 구리 니트레이트와 같은 무기 염일 수 있다. 마찬가지로, 코어는 Ru/Bpy, Eu/Bpy 등과 같은 염료; 또는 Ag 및 Cd와 같은 금속을 포함할 수 있다.
일부 양태에서, 변형된 나노입자는 코어와 코어를 둘러싸고 있는 실리카 쉘을 포함한다. 작용기는 예를 들면 미국 특허 제6,548,264호에 기술된 바와 같이 실리카 쉘에 컨쥬게이팅된다. 실리카에 작용기를 부착시키는 각종 공지된 방법은 본 발명에서 사용하기 위해 변형시킬 수 있다. 참조: 예를 들면 Ralph K. Iler, The Chemistry of Silica: Solubility, Polymerization, Colloid and Surface Properties, and Biochemistry, Wiley-Interscience, NY, 1979; VanDerVoort, P. and Vansant, E. F., Journal of Liquid Chromatography and Related Technologies, 19:2723-2752, 1996; 및 Immobilized Enzymes. Antigens, Antibodies, and Peptides: Preparation and Characterization, Howard H. Weetall (ed.), M. Dekker, NY, 1975. 실리카로 코팅된 나노입자에 작용기를 붙이는 전형적인 방법은, 나노입자의 실리카 표면과 결합하여 화학적 작용기를 커플링시키는 실란화제로 나노입자를 처리하는 단계를 포함한다. 화학적 작용기는 그 자체로 작용기일 수 있거나, 아니면 커플링될 수 있는 작용기에 대한 기질로서 작용할 수도 있다.
예를 들면, 예시적인 방법에서, 실리카로 코팅된 나노입자는 상기와 같이 제조되며, 입자 표면은 실리카 표면에 1차 아민기를 부착시키는 트라이메틸실일프로필-디에틸렌트라이아민(DETA) 실란화제를 사용하여 실란화된다. 시아노겐 브로마이드(CNBR) 방법을 사용하면 항체 또는 다른 단백질을 실란화된 표면에 공유적으로 커플링시킬 수 있다. 일 실시예로서, CNBR 매개 커플링은 2M 소듐 카보네이트 완충액 중에 DETA로 먼저 실란화된 실리카 코팅된 나노입자를 현탁시키는 단계와 혼합물을 초음파처리하여 입자 현탁액을 생성시키는 단계에 의해 달성할 수 있다. 이어서 CNBR 용액(예를 들면, 2 g CNBR/1 ml 아세토니트릴)을 입자 현탁액에 첨가하여 나노입자를 활성화한다. 나노입자를 중성 완충액(예를 들면, PBS, pH 8)으로 세척한 다음에, 항체 용액을 활성화된 나노입자 현탁액에 첨가하여 항체가 나노입자에 결합하도록 한다. 남아있는 미반응 부위를 차단하기 위하여 항체로 코팅된 나노입자에 글라이신 용액을 첨가할 수 있다.
일부 양태에서, 자성 나노입자는 덱스트란으로 코팅된다. 자성 나노입자는 임의의 공지된 방법을 사용하여 만들어진다. 예를 들면, 자성 철-덱스트란 입자는 10 ml의 50%(w/w) 수성 덱스트란 T-40(Pharmacia)를 1.51 g FeCl3-6H2O 및 0.64 g FeCl2-4H2O를 함유하는 동량의 수용액과 혼합함으로써 제조된다. 교반하면서, 15분간 수조에서 60-65℃까지 가열된 7.5% (v/v) NH4OH를 한방울씩 떨어뜨리면서 pH 10-11까지 혼합물을 적정한다. 그 다음 저속 임상용 원심분리기에서 600 g로 5분간 3회 원심분리하여 응집체를 제거한다. Sephacryl-300에서 겔여과 크로마토그래피하여 결합하지 않은 덱스트란에서 강자성 철-덱스트란 입자를 분리해낸다. 반응 혼합물 중 5 ml를 2.5 x 33 cm 컬럼에 걸고, 0.1 M 소듐 아세테이트 및 0.15 M NaCl로 pH 6.5에서 용리한다. 빈 용기에 수집된 정제된 강자성 철-덱스트란 입자는 건식 중량 분석에 의해 결정된 바로는 7-10 mg/ml의 농도를 가질 것이다. 참조: Molday and Mackenzie (1982) Journal of Immunological Methods 52:353-367. 참조: (Xianqiao (2003) China Particuology VoL l, No.2, 76-79).
일부 양태에서는, 작용화된 자성 나노입자는 M-(L)-Z 식을 가지는데, L과 Z 사이의 연결 부위는 작용기가 공유 결합되어 있고, M은 자성 코어 입자를 나타내고, L은 임의적인 링커기를 나타내며, Z는 작용기를 나타낸다. 다른 양태에서, 작용화된 자성 나노입자는 M-S-(L)-Z 식을 가지는데, S와 L 및 L과 Z 사이의 연결 부위는 작용기가 공유 결합되어 있고, M은 자성 코어 입자를 나타내고, S는 M에 고정된 생물학적으로 사용가능한 기질을 나타내며, M은 자성 코어 입자를 나타내며, L은 임의적인 링커기를 나타내며, Z는 작용기를 나타낸다. 작용기는 특정 조직 유형이나 세포 유형에 결합하게 하는 잔기; BBB를 통과하게 하는 잔기; 치료제 등을 포함한다.
일부 양태에서, 작용화된 자성 나노입자는 동일한 코어 입자에 부착된 2 이상의 상이한 작용기를 포함한다. 예를 들면, 일부 양태에서, 작용화된 자성 나노입자는 화학식 M-(L)-Z1Z2, 또는 M-S-(L)-Z1Z2인 것인데, 여기에서 Z1 및 Z2는 각각 상이한 작용기이다. 일부 양태에서, 예를 들면, Z1은 조직 특이적인 결합 잔기이고, Z2는 치료제이다. 다른 양태에서, 예를 들면, Z1은 세포 유형에 특이적인 결합 잔기이고, Z2는 치료제이다. 다른 양태에서, 예를 들면, Z1은 BBB를 통과할 수 있게 하는 잔기이고, Z2는 치료제이다. 다른 양태에서, 예를 들면, Z1은 BBB를 통과할 수 있게 하는 잔기이고, Z2는 조직 특이적인 결합 잔기이다. 다른 양태에서, 예를 들면, Z1은 병든 조직에 결합하게 하는 잔기이고, Z2는 치료제이다. 일부 양태에서, 작용화된 자기 나노입자는 적어도 3번째 작용성 잔기 Z3를 포함한다.
자성 코어 입자는 자철광, 자적철석, 일반식 MeOxFe2O3의 페라이트로 구성되고 상기 식에서 Me는 상기 기술한 바와 같이 2가 금속, 예컨대 코발트, 망간, 철이거나, 또는 코발트, 철, 니켈, 철 카바이드, 또는 철 니트라이드이다. 존재하는 경우 기질 S는 다당류 또는 올리고당 또는 이의 유도체, 예컨대 덱스트란, 카복시메틸덱스트란, 녹말, 다이알데하이드 녹말, 키틴, 알지네이트, 셀룰로스, 카복시메틸셀룰로스, 단백질 또는 이의 유도체, 에컨대 알부민, 펩타이드, 합성 중합체, 예컨대 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌이민, 폴리메트아크릴레이트, 이작용성 카복실산 및 이의 유도체, 예컨대 머캅토석신산 또는 하이드록시카복실산과 같은 화합물에 의해 형성된다.
링커기 L은 폴리- 및 다이카복실산, 폴리하이드록시카복실산, 다이아민, 아미노산, 펩타이드, 단백질, 지질, 리포단백질, 글리코단백질, 렉틴, 올리고당, 다당류, 올리고뉴클레오타이드 및 알킬화된 이의 유도체, 및 단일 스트랜드 또는 이중 스트랜드 형태로 존재하는 핵산(DNA, RNA, PNA) 및 알킬화된 이의 유도체와 같은 화합물의 반응에 의해 형성되며, 이 화합물은 적어도 두개의 동일한 또는 상이한 작용기를 포함한다.
작용화된 자성 나노입자는 뇌-혈류 장벽(brain-blood barrier, BBB)을 통과할 수 있다. 예를 들면 작용화된 자성 나노입자는 나노입자에 부착된, 또는 나노입자와 함께 제형된 형태로, 또는 나노입자를 코팅하는 1 이상의 중합체를 포함할 수 있다. 뇌-혈류 장벽을 통과하는 것을 촉진하는 적당한 중합체에는 폴리소베이트(예를 들면, Tween® 20, 40, 60 및 80); Pluronic® F 68과 같은 폴록사머와 같은 표면활성제가 포함될 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다. 일부 양태에서, 작용화된 자성 나노입자는 폴리소베이트, 예컨대, Tween® 80(폴리옥시에틸렌-80-소비탄 모노올레이트), Tween® 40(폴리옥시에틸렌 소비탄 모노팔미테이트); Tween® 60(폴리옥시에틸렌 소비탄 모노스테아레이트); Tween® 20(폴리옥시에틸렌-20-소비탄 모노로레이트); 폴리옥시에틸렌 20 소비탄 모노팔미테이트; 폴리옥시에틸렌 20 소비탄 모노스테아레이트; 폴리옥시에틸렌 20 소비탄 모노올레이트 등으로 코팅될 수 있다. 또한 사용하기에 적합한 것으로 수용성 중합체가 있는데, 수용성 중합체에는 예를 들자면 폴리에테르, 예를 들면 폴리알킬렌 옥사이드, 에컨대 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리에틸렌 옥사이드-co-폴리프로필렌 옥사이드(PPO), co-폴리에틸렌 옥사이드 블록 또는 랜덤 공중합체, 및 폴리비닐 알콜(PVA); 폴리(비닐 피롤리돈)(PVP); 폴리(아미노산); 덱스트란, 및 알부민과 같은 단백질이 포함된다. 블록 공중합체는 사용하기에 적합한데, 예를 들면 폴리에틸렌 옥사이드-폴리프로필렌 옥사이드-폴리에틸렌-옥사이드(PEO-PPO-PEO) 트라이블록 공중합체(예를 들면, Pluronic® F68) 등이다. 참조: 예를 들면 미국 특허 제6,923,986호. 뇌-혈류 장벽을 통과하기 위한 다른 방법은 각종 문헌, 예컨대 Chen et al. (2004) Curr. Drug Delivery 1:361-376을 포함하는 각종 문헌에 기술되어 있다.
일부 양태에서, 작용화된 MNP는 세망내피계(RES)에 침입하게 하는 1 이상의 제제를 포함한다. RES에 침입하게 하는 제제에는 블록 공중합체 비이온성 표면활성제, 예컨대 폴록사민, 예를 들자면, 폴록사민 508, 폴록사민 908, 폴록사민 1508 등이 포함되나, 이에 국한되는 것은 아니다. 일부 양태에서, 작용화된 MNP는 약 1 %의 폴록사민을 포함한다.
나노입자는 또한 뇌-혈류 장벽(BBB)에 존재하는 특이적인 전달 채널을 활용함으로써 뇌-혈류 장벽을 통과할 수 있다. 비제한적인 하나의 예로서, 알파-메틸 트립토판을 나노입자에 부착시키면 이러한 입자가 트립토판 채널에 대해 수용성(receptive)이도록 하여 BBB를 통과하여 전달하는 것을 돕는다. 다른 기작으로서, BBB에 존재하는 채널의 매개를 통한, 또는 통하지 않는 트랜스사이토시스(transcytosis) 및 누출성출혈(diapedesis)이 있다.
작용화된 자성 나노입자는 신경외과적 기술을 사용하면 중추신경계(CNS)에 전달될 수 있다. 예컨대 교통사고 환자나 각종 형태의 치매를 앓고 있는 중증 환자의 경우에는 그에 수반되는 위험에도 불구하고 수술을 받는 것이 권장된다. 예를 들면, 작용화된 자성 나노입자는 심장내 또는 포막내(intrathecal) 주사와 같이 직접적이고 물리적으로 CNS내에 전달할 수 있다. 심장내주사는 심장용 카테터, 예를 들면, 리저버, 예컨대 오마야(Ommaya) 리저버에 부착된 심장용 카테터에 의해 촉진될 수 있다. 도입 방법은 충전가능한 또는 생분해가능한 장치에 의해 제공될 수 있다. 다른 접근방법은 뇌-혈류 장벽의 투과도를 증가시키는 물질에 의해 뇌-혈류 장벽을 파괴하는 것이다. 예에는 마니톨과 같이 거의 확산되지 않는 제제, 에토포사이드(etoposide)와 같이 뇌혈류내 투과도를 증가시키는 약물, 또는 류코트리엔(leukotriene)과 같은 혈관수축제의 동맥내 혼입이 포함된다. 참조: Neuwelt and Rappoport (1984) Fed. Proc. 43:214-219; Baba et al. (1991) J. Cereb. Blood Flow Metab. 11 :638-643; 및 Gennuso et al. (1993) Cancer Invest. 11 :638-643.
또한, 작용화된 자성 나노입자를 진단이나 치료가 필요한 부위에 국소적으로 투여하는 것이 바람직할 수 있는데, 이것은 예를 들면 수술동안에 주사, 카테터 이용, 또는 임플란트를 이용하여 국소적으로 혼입시킴으로써 달성될 수 있고, 상기의 임플란트는 실라스틱(silastic) 멤브레인과 같은 멤브레인, 또는 섬유를 포함하는 세공성, 비세공성, 또는 젤라틴성 물질이다.
작용화된 자성 나노입자는 작용화된 자성 나노입자가 뇌-혈류 장벽을 통과할 수 있도록 하는 화학적 변형을 포함하는 약학적 기술을 사용하여 전달할 수 있다. 작용화된 자성 나노입자는 나노입자에 대한 소수도를 높이거나, 나노입자의 전체 전하나 분자량을 감소시키거나, 또는 뇌-혈류 장벽을 보통 통과할 수 있는 것과 비슷할 수 있도록 변형시킬 수 있다. 참조: Levin (1980) J. Med. Chem. 23:682-684; Pardridge (1991) in: Peptide Drug Delivery to the Brain; and Kostis et al. (1994) J. Clin. Pharmacol. 34:989-996.
작용화된 자성 나노입자를 소수성 환경에, 예컨대 리포좀에 캡슐화하는 것은 CNS로 약물을 전달하기 위해 효과적이다. 예를 들면 WO 91/04014에서는 약물이 리포좀에 캡슐화되는 리포좀 약물 전달 시스템을 기술하는데, 이 약물 전달 시스템은 보통은 뇌-혈류 장벽을 통과하여 수송되는 분자가 첨가되어 있는 형태이다.
뇌-혈류 장벽을 통과하는 작용화된 자성 나노입자를 제형하는 다른 방법은 자성 나노입자를 사이클로덱스트린에 캡슐화하는 것이다. 뇌-혈류 장벽을 통과하는 임의의 적당한 사이클로덱스트린을 사용할 수 있는데, 여기에는 α-사이클로덱스트린, β-사이클로덱스트린 및 이의 유도체가 포함되나 이에 국한되는 것은 아니다. 참조: 일반적으로 미국 특허 제5,017,566호, 제5,002,935호 및 제4,983,586호. 이러한 조성물은 미국 특허 제5,153,179호에 기술된 것과 같은 글리세롤 유도체를 포함할 수도 있다.
일부 양태에서, 작용화된 자성 나노입자는 뇌내의 세포에 들어갈 수 있는데, 예를 들면, 세포막을 통과하여 세포의 원형질에 들어갈 수 있다. 뇌내 세포에 들어가는 기작은 적당한 막 채널의 매개를 통한, 또는 통하지 않는 트랜스사이토시스 및 누출성출혈을 포함한다.
치료제
일부 양태에서, 작용화된 자성 나노입자는 예를 들면, 병든 뇌 조직, 병든 혈관 조직, 또는 병든 뼈 조직과 같은 특정 조직에 표적화된 전달을 위해, 조직에 전달하기 위한 1 이상의 치료제를 추가로 포함한다. 치료제의 성질은 치료되어야 할 증상 또는 병리에 일부는 의존한다. 예를 들면, 질병이 간질이면, 적당한 치료제에는 항발작제가 포함되나 이에 국한되는 것은 아니다. 질병이 뇌 종양이면, 적당한 치료제에는 항종양제가 포함되나 이에 국한되는 것은 아니다. 질병이 혈관 조직이나 뼈 조직의 염증 증상이면 적당한 치료제에는 항염증제가 포함되나 이에 국한되는 것은 아니다.
적당한 치료제에는 시냅스틈 및 신경효과기 접합 부위에서 작용하는 약물; 오피오이드(opioid) 진통제 및 길항제와 같은 일반적 및 국소적 진통제 및 마취제; 수면제 및 진정제; 우울증, 정신분열증과 같은 정신질환을 치료하기 위한 약물, 항간질약 및 항경련제; 헌팅턴병, 노화 및 알쯔하이머병을 치료하기 위한 약물; 신경보호제(예컨대 흥분성 아미노산 길항제 및 향신경성 인자) 및 신경재생제; 영양 인자, 예컨대 뇌유래 향신경성 인자, 섬유 향신경성 인자, 또는 신경 성장 인자; CNS 외상 또는 뇌졸중의 치료를 위한 약물; 및 약물 중독 및 남용을 치료하기 위한 약물; 오타코이드(autacoid) 및 항염증제; 기생충 감염 및 미생물로 인한 질병을 치료하기 위한 화학치료제; 면역억제제 및 항암제; 호르몬 및 호르몬 길항제; 중금속 및 중금속 길항제; 비금속 독성 제제에 대한 길항제; 암을 치료하기 위한 세포증식억제제; 방사선 치료 면역활성제 및 면역반응제제; 및 기타 다수의 제제, 에컨대 신경전달물질 및 이의 수용성 리셉터 작용제 및 길항제, 이의 수용성 전구체 또는 대사제; 항생제, 진경제, 항히스타민제, 항구토제, 이완제, 자극제, "센스" 및 "안티-센스" 올리고뉴클레오타이드, 뇌 확장약, 향정신제, 항조증제, 혈관 확장약 및 축소약, 항고혈압약, 편두통 치료제, 수면제, 저혈당약 또는 고혈당약, 무기질 또는 영양제, 항비만약, 단백동화제(anabolics) 및 항천식약이 포함되나, 이에 국한되는 것은 아니다.
다수의 적당한 치료제는 Gilman et al. (1990), "Goodman and Gilman's-The Pharmacological Basis of Therapeutics", Pergamon Press, New York에 기재되어 있으며, 여기에는 하기와 같은 제제가 포함된다:
아세틸콜린 및 합성 콜린 에스터, 천연 발생한 콜린자극성 알칼로이드 및 이의 합성 이성체(congener), 항콜린에스터라아제 제제, 신경절 자극제, 아트로핀(atropine), 스코폴라민(scopolamine) 및 관련 항무스카리닉제(antimuscarinic drugs), 카테콜아민 및 교감신경흥분제, 예컨대, 에피네프린, 노르에피네프린 및 도파민, 아드레날린 작용제, 아드레날린 수용체 길항체, 신경전달물질, 예컨대 GABA, 글라이신, 글루타민, 아세틸콜린, 도파민, 5-하이드록시트립타민, 및 히스타민, 신경활성 펩타이드; 진통제 및 마취제, 예컨대 오피오이드 진통제 및 길항제; 전마취약 및 마취약, 예컨대 벤조다이아제핀(benzodiazepines), 바비투레이트(barbiturates), 항히스타민제(antihistamines), 페노티아진(phenothiazines) 및 부틸페논(butylphenones); 오피오이드; 구토방지제; 항콜린제, 예컨대 아트로핀, 스코폴라민 또는 글리코피롤레이트(glycopyrrolate); 코케인; 클로랄 유도체(chloral derivatives); 에트클로로비놀(ethchlorvynol); 글루테티마이드(glutethimide); 메티프릴론(methyprylon); 메프로바메이트(meprobamate); 파라알데하이드; 디설피람(disulfiram); 모르핀(morphine); 펜타닐(fentanyl) 및 날옥손(naloxone); 중추신경작용성 진해제(centrally active antitussive agents); 정신병약, 예컨대 페노티아진(phenothiazines), 티오잔텐(thioxanthenes) 및 기타 헤테로사이클릭 화합물(예컨대 할페리오돌(halperiodol)); 트라이사이클릭 항우울증제(tricyclic antidepressants), 예컨대 데스이미프라민(desimipramine) 및 이미프라민(imipramine); 부정형의 항우울제(예컨대 플루오제틴(fluoxetine) 및 트라조돈(trazodone)), 모노아민 옥시다아제 억제제, 예컨대 이소카복사지드(isocarboxazid); 리튬 염; 불안완화제, 예컨대 클로르다이아제폭시드(chlordiazepoxyd) 및 다이아제팜(diazepam); 하이단토인, 경련방지성 바비투레이트, 이미노스틸빈(iminostilbines)(예컨대 카바마제핀(carbamazepine)), 석신이미드(succinimides), 발프로산(valproic acid), 옥사졸리딘다이온(oxazolidinediones) 및 벤조다이아제핀을 포함하는 항간질약; 항파킨슨병 약물, 예컨대 L-DOPA/CARBIDOPA, D2 및 D3 작용제 및 길항제, 아포모르핀(apomorphine), 아만타딘(amantadine), 에르골린(ergolines), 셀레젤린(selegeline), 로피노롤(ropinorole), 브로모크립틴 메실레이트(bromocriptine mesylate) 및 항콜린제; 항경련제, 예컨대 바클로펜(baclofen), 다이아제팜(diazepam) 및 댄트롤렌(dantrolene); 신경보호제, 예컨대 흥분성 아미노산 길항제, 향신경성 인자 및 뇌유래 향신경성 인자, 섬유 향신경성 인자, 또는 신경 성장 인자; 뉴로트로핀(neurotrophin, NT) 3 (NT3); NT4 및 NT5; 강글리오사이드(gangliosides); 신경발생제; 오피오이드 길항제 및 항우울증제를 포함하는 약물 중독 및 남용 치료제; 오토코이드 및 항염증제, 예컨대 히스타민, 브래드키닌(bradykinin), 칼리딘(kallidin) 및 이의 수용성 작용제 및 길항제; 기생충 감염 및 미생물 질병에 대한 화학치료제; 알킬화제(예컨대, 니트로소우레아(nitrosoureas)) 및 항대사제를 포함하는 항암제; 질소 머스타드, 에틸렌아민 및 메틸멜라민; 알킬설포네이트; 엽산 유사체; 피리미딘 유사체; 퓨린 유사체; 빈카(vinca) 알칼로이드; 및 항생제.
작용성 잔기
다양한 작용기(잔기)가 자성 나노입자에 부착될 수 있다. 자성 나노입자에 부착하기에 적합한 작용기는 미리 선택한 특정 뇌 조직, 혈관 조직, 또는 뼈 조직에 차별적으로 또는 선택적으로, 직접적으로 또는 간접적으로 결합한다. 상기 언급한 바와 같이, 일부 양태에서 작용기는 치료제이다.
특정 조직(예를 들면, 뇌 조직, 혈관 조직, 또는 뼈 조직)에 "차별적으로 결합" 또는 "선택적으로 결합"한다는 것은 제 1 뇌, 혈관, 또는 뼈 조직에 대한 결합이 제 2 뇌, 혈관, 또는 뼈 조직에 대한 결합과는 구분되도록 하는 방식으로, 제 1 조직에 작용화된 자성 나노입자가 결합하는 것을 말한다. 예를 들면, 일부 양태에서, 작용화된 자성 나노입자는 제 1 뇌 조직에 대한 결합이 제 2 뇌 조직에 대한 결합과는 구분되는 방식으로 제 1 뇌 조직에 결합한다. 다른 양태에서, 작용화된 자성 나노입자는 제 1 혈관 조직에 대한 결합이 제 2 혈관 조직에 대한 결합과는 구분되는 방식으로 제 1 혈관 조직에 결합한다. 또다른 양태에서, 작용화된 자성 나노입자는 제 1 뼈 조직에 대한 결합이 제 2 뼈 조직에 대한 결합과는 구분되는 방식으로 제 1 뼈 조직에 결합한다.
예를 들자면, 작용화된 자성 나노입자는 일부 양태에서 제 2 뇌 조직에 비해 적어도 약 20%, 적어도 약 30%, 적어도 약 40%, 적어도 약 50%, 적어도 약 70%, 적어도 약 90%, 적어도 약 2배, 적어도 약 2.5배, 적어도 약 3배, 적어도 약 4배, 적어도 약 5배, 적어도 약 10배, 또는 적어도 약 50배, 또는 그 이상의 제 1 뇌 조직에 대한 결합 친화도를 가지고 결합한다. 또 예를 들자면, 작용화된 자성 나노입자는 일부 양태에서 제 2 혈관 조직에 비해 적어도 약 20%, 적어도 약 30%, 적어도 약 40%, 적어도 약 50%, 적어도 약 70%, 적어도 약 90%, 적어도 약 2배, 적어도 약 2.5배, 적어도 약 3배, 적어도 약 4배, 적어도 약 5배, 적어도 약 10배, 또는 적어도 약 50배, 또는 그 이상의 제 1 혈관 조직에 대한 결합 친화도를 가지고 결합한다. 예를 들자면, 작용화된 자성 나노입자는 일부 양태에서 제 2 뼈 조직에 비해 적어도 약 20%, 적어도 약 30%, 적어도 약 40%, 적어도 약 50%, 적어도 약 70%, 적어도 약 90%, 적어도 약 2배, 적어도 약 2.5배, 적어도 약 3배, 적어도 약 4배, 적어도 약 5배, 적어도 약 10배, 또는 적어도 약 50배, 또는 그 이상의 제 1 뼈 조직에 대한 결합 친화도를 가지고 결합한다.
일부 양태에서, 제 1 뇌 조직은 병든 뇌 조직이고, 제 2 뇌 조직은 정상적인 병들지 않은 뇌 조직이다. 다른 양태에서, 제 1 뇌 조직은 정상적인 (병들지 않은) 뇌 조직이고, 제 2 뇌 조직은 병든 뇌 조직이다. 또다른 양태에서, 제 1 뇌 조직은 제 1 조직 유형의 첫번째 병들지 않은 뇌 조직이고, 제 2 뇌 조직은 제 2 조직 유형의 두번째 병들지 않은 뇌 조직이다. 또다른 양태에서, 제 1 뇌 조직은 외부 또는 내부 자극으로 자극을 주기 전의 뇌 조직이고; 제 2 뇌 조직은 외부 또는 내부 자극으로 자극을 준 후의 동일한 뇌 조직이다.
일부 양태에서, 제 1 혈관 조직은 병든 혈관 조직이고, 제 2 혈관 조직은 정상적인 (병들지 않은) 혈관 조직이다. 다른 양태에서, 제 1 혈관 조직은 정상적인 (병들지 않은) 혈관 조직이고, 제 2 혈관 조직은 병든 혈관 조직이다. 병든 혈관 조직은 예를 들면, 염증성 혈관 조직을 포함하는데, 예를 들면 염증 반응은 혈관 조직에서 또는 그 근처에서 발생한다. 또다른 양태에서, 제 1 혈관 조직은 임의의 외부 또는 외부 원인에 의해 면역 반응이 제대로 발휘되지 못하기(compromised) 전의 혈관 조직이고, 제 2 혈관 조직은 동일한 외부 또는 내부 원인에 의해 면역 반응이 제대로 발휘되지 못하게 된 후의 동일한 혈관 조직이다. 면역 반응이 제대로 발휘되지 못하는 혈관 조직은 적어도 하나의 생리학적 파라미터가 정상 혈관 조직과는 구분되도록 하는 임의의 방식으로 병들거나 방해된다. 염증성 혈관 조직은 면역 반응이 제대로 발휘되지 못하는 혈관 조직의 예이다.
일부 양태에서, 제 1 뼈 조직은 병든 뼈 조직이고, 제 2 뼈 조직은 정상적인 병들지 않은 뼈 조직이다. 다른 양태에서, 제 1 뼈 조직은 정상적인 (병들지 않은) 뼈 조직이고, 제 2 뼈 조직은 병든 뼈 조직이다. 병든 뼈 조직은 예를 들면, 염증성 뼈 조직을 포함하는데, 예를 들면 염증 반응은 뼈 조직에서 또는 그 근처에서 발생한다(예를 들면, 골다공증, 류마티스성 관절염, 당뇨병 등과 같은 염증성 뼈 흡수성 질환에서의 뼈 파괴). 또다른 양태에서, 제 1 뼈 조직은 임의의 외부 또는 내부 원인에 의해 면역 반응이 제대로 발휘되지 못하기 전의 뼈 조직이고, 제 2 뼈 조직은 동일한 외부 또는 내부 원인에 의해 면역 반응이 제대로 발휘되지 못하게 된 후의 동일한 뼈 조직이다. 면역 반응이 제대로 발휘되지 못하는 뼈 조직은 적어도 하나의 생리학적 파라미터가 정상 뼈 조직과는 구분되도록 하는 임의의 방식으로 병들거나 방해된다.
일부 양태에서, 작용성 잔기는 병들지 않은 정상적인 뇌 조직에 비해, 병든 뇌 조직에 더욱 큰 친화도를 가지고 결합하는 것을 말한다. 다른 양태에서, 작용성 잔기는 병든 뇌 조직에 비해 정상적인 뇌 조직에 더 큰 친화도를 가지고 결합하는 것을 말한다. 일부 양태에서, 작용성 잔기는 제 2 병들지 않은 뇌 조직보다 제 1 병들지 않은 뇌 조직에 더 큰 친화도를 가지고 결합하는 것을 말한다. 다른 양태에서, 작용성 잔기는 외부 또는 내부 자극으로 자극을 주기 전의 뇌 조직보다 동일한 외부 또는 내부 자극을 준 후의 제 1 뇌 조직에 더 큰 친화도를 가지고 결합하는 것을 말한다.
일부 양태에서, 작용성 잔기는 병들지 않은 정상적인 혈관 조직보다 병든 혈관 조직에 더 큰 친화도를 가지고 결합하는 것을 말한다. 다른 양태에서, 작용성 잔기는 병든 혈관 조직보다 정상적인 혈관 조직에 더 큰 친화도를 가지고 결합하는 것을 말한다. 다른 양태에서, 작용성 잔기는 외부 또는 내부의 원인에 의해 면역 반응이 제대로 발휘되지 못하기 전의 제 1 혈관 조직보다 동일한 외부 또는 내부의 원인에 의해 면역 반응이 제대로 발휘되지 못하게 된 후의 제 1 혈관 조직에 더 큰 친화도를 가지고 결합하는 것을 말한다.
일부 양태에서, 작용성 잔기는 병들지 않은 정상의 뼈 조직보다 병든 뼈 조직에 더 큰 친화도를 가지고 결합하는 것을 말한다. 다른 양태에서, 작용성 잔기는 병든 뼈 조직보다 정상적인 뼈 조직에 더 큰 친화도를 가지고 결합하는 것을 말한다. 다른 양태에서, 작용성 잔기는 임의의 외부 또는 내부의 원인에 의해 면역 반응이 제대로 발휘되지 못하기 전의 제 1 뼈 조직보다 동일한 외부 또는 내부 원인에 의해 면역 반응이 제대로 발휘되지 못하게 된 후의 제 1 뼈 조직에 더 큰 친화도를 가지고 결합하는 것을 말한다.
적당한 작용기에는 뇌, 혈관, 또는 뼈 조직에 존재하는 에피토프(들)에 특이적으로 결합하는 항체; 뇌, 혈관, 또는 뼈 조직의 세포의 원형질막에 존재하는 리셉터에 특이적으로 결합하는 리간드; 뇌, 혈관, 또는 뼈 조직의 세포의 원형질에 존재하는 리셉터에 특이적으로 결합하는 리간드; 뇌 조직내에 존재하거나, 뇌, 혈관, 또는 뼈 조직에 존재하는 세포 상에 존재하는 성분에 특이적으로 결합하는 리셉터 또는 리셉터 절편 등과 같은 것을 포함하나 이에 국한되는 것은 아니다. 예를 들면 작용기에는 항체; 신경전달물질(예를 들면, GABA, 글루타민, NMDA, 오피에이트(opiates), 오피에이트 유사체, 세로토닌, 5HT1A, MPPA 등); 사이토카인(예를 들면, 인터루킨, 예컨대 IL-1 내지 IL-16, IFN-γ, INF-α, INF-β); 리셉터 길항제 등이 포함되나 이에 국한되는 것은 아니다. 작용기가 항체인 경우 적당한 항체는 전체 항체(예를 들면 IgG), 항체 절편, 예컨대 Fv, F(ab')2 및 Fab, 그리고 키메릭 항체 등이 있다.
병든 조직(예를 들면, 뇌 조직, 혈관 조직, 또는 뼈 조직)은 작용화된 자성 나노입자를 사용하여 영상화할 수 있다. 병든 뇌 조직이 영상화될 수 있는 신경성 질병 및 질환에는 뇌 종양; 다발성경화증(MS); 디빅스병(Devic's disease)(디빅스 증후군 또는 뉴로미엘리티스 옵티카(Neuromyelitis Optica)); 인간 면역결핍 바이러스(HIV) 감염; 발레리안(Wallerian) 파괴; 간질; 파킨슨병; 헌팅턴병; 근위축성 측삭 경화증(ALD); 알쯔하이머병(AD); 크로쯔펠트-제이콥병(CJD); 약물의존성 질환, 예컨대 항우울증제, 불안완화 화합물, 할루시노겐 화합물, 또는 다른 정신질환 화합물에 대한 의존성; 양극 정서 장애, 정신분열증 등과 같은 정신질환 등이 포함되나, 이에 국한되는 것은 아니다.
작용화된 자성 나노입자를 사용하여 영상화될 수 있는 혈관 질병 및 질환에는 혈관 수술을 통한 재문합이나 이식의 결과로서 발생하는 염증 및/또는 재협착, 또는 당뇨병과 같은 질병에서 유래한 말초혈관 또는 중추혈관의 염증성 질병이 포함되나, 이에 국한되는 것은 아니다.
작용화된 자성 나노입자를 사용하여 영상화될 수 있는 뼈 질환 및 변화에는 당뇨병 또는 화합물 또는 약물에서 유래한 염증 반응에서 유발된 뼈 변화, 및 뼈 조직에서 유래한 암 질병 또는 뼈 조직에 전이된 질병이 포함되나, 이에 국한되는 것은 아니다.
일부 양태에서는 작용성 잔기는 뇌내 간질성 조직에 더 높거나 더 낮은 친화도를 가지고 결합하는 것을 말한다. 이러한 작용성 잔기의 예에는 하기 1)-10)의 것이 포함되나, 이에 국한되는 것은 아니다: 1) 글루코스 또는 플루데옥시글루코스와 같은 글루코스 유도체, 여기에서 글루코스는 정상적인 비간질성 조직에 비해 간질성 조직에 의해 차별적으로 흡수된다; 2) N-메틸-D-아스파테이트(NMDA), 여기에서 NMDA는 세포 상의 NMDA 리셉터의 증가 또는 감소에 따라 차별적으로 간질성 조직 세포의 리셉터에 결합한다; 3) α-메틸 트립토판, 여기에서 α-메틸 트립토판은 결절성 경화증을 앓는 소아에서의 고치기 어려운 간질에서 간질을 일으키는 튜버(tuber)에 의해 선택적으로 취해지는 것이다; 4) 암사멸인자(TNF)와 같은 사이토카인, 및 IL-1, IL-6, 및 IL-10과 같은 인터루킨, 여기에서 IL-1 리셉터, IL-6 리셉터, 또는 IL-10 리셉터의 발현이 간질성 조직에서 증가되면 간질성 조직에 의한 IL-1 컨쥬게이팅 또는 IL-6 컨쥬게이팅된 자성 나노입자의 흡수가 더욱 많이 이루어진다; 5) γ-아미노부티르산(GABA), 여기에서 GABAA(GABAA-α1-6, GABAA-β1-3, GABAA-γ2, GABAA-δ, 및 GABAA-ε) 리셉터의 수준에서, 리셉터내 신경발생 유도성 손실은 덴테이트 이랑(dentate gyrus) 및 기타 해마 부위의 일부에서의 리셉터 서브유닛의 현저히 변화된 발현에 의해 달성되는데, 이는 변화된 GABAA 리셉터의 생리학적 및 약학적 특징을 나타내는 것이다; 6) 오피에이트 또는 오피오이드, 예컨대 알페타닐(alfentanil), 부프레노르핀(buprenorphine), 카펜타닐(carfentanil), 코데인(codeine), 다이하이드로코데인(dihydrocodeine), 다이프레노르핀(diprenorphine), 에토르핀(etorphine), 펜타닐(fentanyl), 헤로인(heroin), 하이드로코돈(hydrocodone), 하이드로모르폰(hydromorphone), LAAM, 레보파놀(levorphanol), 메페리딘(meperidine), 메타돈(methadone), 모르핀(morphine), 날옥손(naloxone), 날트레존(naltrexone), β-하이드록시-3-메틸펜타닐, 옥시코돈(oxycodone), 옥시모르폰(oxymorphone), 프로폭시펜(propoxyphene), 레미펜타닐(remifentanil), 서펜타닐(sufentanil), 틸이딘(tilidine), 트라마돌(tramadol) 등; 7) 세로토닌, 예를 들면, 5-하이드록시트립타민-1A(5TH1A), 및 기타 세로토닌 리셉터 작용제; 8) 3-메틸포스피니코프로피오닉 (MPPA, 3-methylphosphinicopropionic); 9) 벤조다이아제핀(benzodiaxepine), 예컨대 플루마제닐(flumazenil), 로라제팜(lorazepam), 다이아제팜(diazepam), 알프라졸람(alprazolam), 브로티졸람(brotizolam), 클로르다이아제폭사이드(chlordiazepoxide), 클로바잠(clobazam), 클로라제팜(clorazepam), 클로라제페이트(clorazepate), 데목제팜(demoxepam), 에스타졸람(estazolam), 플루라제팜(flurazepam), 할라제팜(halazepam), 미다졸람(midazolam), 니트라제팜(nitrazepam), 노르다제팜(nordazepam), 옥사제팜(oxazepam), 프라제팜(prazepam), 쿼제팜(quazepam), 테마제팜(temazepam), 및 트리아졸람(triazolam); 10) 글루타메이트; 및 11) 아세틸콜린 및 기타 아세틸콜린 리셉터 작용제.
일부 양태에서, 작용성 잔기는 도파민 신경 말단에 차별적으로 결합하는 것이다(예를 들면, D2 및 D3 작용제 및 길항제). 코케인 인식 부위는 도파민 트랜스포터 상에 위치하는데, 도파민 트랜스포터는 도파민 신경 말단에 위치한다. 이러한 부위에 결합하는 약물은 하기를 포함하는 잠재적인 용도를 갖는다: (i) 신경퇴행성 질환에 대한 영상화 탐침; 및 (ii) 도파민 트랜스포터/코케인 결합 부위에 대한 영상화 탐침. 도파민 신경 말단에 차별적으로 결합하는 적당한 작용성 잔기에는 N-할로알릴 노르트로판 유도체, 예컨대 아이도알트로판이 포함된다. 이러한 유도체의 예에 대해서는 미국 특허 제5,853,696호를 참조하면 된다. N-할로알릴 노르트로판 유도체로 작용화된 자성 나노입자는 도파민 신경 말단의 손실과 관련된 신경퇴행성 질환, 예컨대 파킨슨병을 포함하는 질환을 영상화하는데 유용하다.
적당한 작용성 잔기에는 알쯔하이머병(AD)과 관련된 병든 뇌 조직에 차별적으로 결합하는 잔기를 포함한다. 적당한 작용성 잔기에는 β-아밀로이드 플라그에 차별적으로 결합하는 제제; 신경섬유 탱글(neurofibrillary tangle, NTF)에 차별적으로 결합하는 잔기; CCR1 리셉터에 결합하는 잔기(참조: 예컨대 미국 특허 제6,676,926호에 기술된 화합물 등)가 포함되나, 이에 국한되는 것은 아니다. 적당한 작용성 잔기에는 미국 특허 제6,274,119호에 기재된 화합물; β-아밀로이드 단백질에 대한 항체; NFT의 성분에 대한 항체 등이 포함되나, 이에 국한되는 것은 아니다.
적당한 작용성 잔기에는 뇌 종양에 차별적으로 결합하는 잔기, 예를 들면, 뇌 종양 세포의 표면에 발현된 에피토프에 차별적으로 결합하는 잔기가 포함된다. 뇌 종양 마커에는 글리오마(gliomas), 아스트로사이토마(astrocytomas) 등이 포함된다. 참조: 예를 들면, Lu et al. (2001) Proc . Natl . Acad . ScI USA 98:10851; Boon et al. (2004) BMC Cancer 4(1):39.
적당한 작용성 잔기에는 다발성 경화증에 감염된 뇌 조직에 차별적으로 결합하는 잔기; 및 MS의 병리를 매개하고 뇌 또는 MS에 감염된 다른 CNS 조직 근처에서 발견될 수 있는 단핵구 및/또는 CD4+ T 세포의 표면에 발현된 잔기가 포함된다.
적당한 작용성 잔기에는 외부 또는 내부 자극에 대한 노출 전의 뇌 조직에 비해, 외부 또는 내부 자극에 노출된 후의 뇌 조직에 차별적으로 결합하는 잔기가 포함된다. 이러한 작용성 잔기에는 외부 또는 내부 자극에 대한 노출 후에 상승조절되는 리셉터(예를 들면 세포 표면 리셉터)에 결합하는 항체; 외부 또는 내부 자극에 노출된 후 상승조절되는 리셉터에 결합하는 리셉터 리간드; 외부 또는 내부 자극에 노출된 후에 하향조절되는 리셉터(예를 들면 세포 표면 리셉터)에 결합하는 항체; 외부 또는 내부 자극 후에 하향조절되는 리셉터에 결합하는 리셉터 리간드 등이 포함된다. 외부 및 내부 자극에는 전기적 자극; 약물, 예를 들면, 정신질환에 효과가 있는 화합물, 항우울증제(오피오이드, 합성 마약 예컨대 카펜타닐, 바비투레이트, 글루테티마이드, 메티프릴론, 에트클로르비놀, 메타퀄론, 알콜); 불안완화제(플루마제닐, 다이아제팜, 클로르다이아제폭사이드, 알프라졸람, 옥사제팜, 테마제팜); 자극원(암페타민, 메탐페타민, 코케인); 및 할루시노겐(LSD), 메스칼린(mescaline), 페이오트(peyote), 마리화나 등; 소리; 열; 빛; 생각; 스트레스 등이 포함되나, 이에 국한되는 것은 아니다.
조성물
본 발명은 작용화된 자성 나노입자를 포함하는 약학적 조성물을 포함하는 조성물을 추가로 제공한다. 작용화된 자성 나노입자를 포함하는 조성물은 염, 완충액, pH 조정제, 비이온성 계면활성제, 프로티아제 억제제, 뉴클리아제 억제제 등 중 1 이상을 포함할 것이다.
작용화된 자성 나노입자를 포함하는 약학적 조성물은 1 이상의 약학적으로 수용가능한 담체를 포함할 것이다. 본원에 사용된 "약학적으로 수용가능한 담체"라는 용어는 조성물의 활성 성분과 배합된 경우 개체의 면역계나 다른 생리학적 기능에 대해 파괴적인 반응을 일으키지 않고 활성 성분이 생물학적 활성을 유지하도록 하는 임의의 물질을 말한다. 그 예로는 임의의 표준 약학적 담체, 예컨대 포스페이트 버퍼드 셀라인 용액, 물, 오일/물 에멀젼과 같은 에멀젼, 및 각종 유형의 습윤제가 포함되나, 이에 국한되는 것은 아니다. 에어로졸 또는 비경구용 투여를 위한 예시적인 희석제로는 포스페이트 버퍼드 셀라인 또는 보통의(0.9%) 식염수가 있다. 이러한 담체를 포함하는 조성물은 통상의 공지된 방법에 의해 제형한다(참고: 예를 들면, Remington's Pharmaceutical Sciences, Chapter 43, 14th Ed., Mack Publishing Col, Easton PA 18042, USA). 약학적으로 수용가능한 부형제도 각종 문헌에 기술된 바 있으며, 이러한 문헌에는 예를 들면 A. Gennaro (2000) "Remington: The Science and Practice of Pharmacy," 20th edition, Lippincott, Williams, & Wilkins; Remington's Pharmaceutical Sciences, 14th Ed. or latest edition, Mack Publishing Col, Easton PA 18042, USA; Pharmaceutical Dosage Forms and Drug Delivery Systems (1999) H.C. Ansel et al., eds., 7th ed., Lippincott, Williams, & Wilkins; 및 Handbook of Pharmaceutical Excipients (2000) A.H. Kibbe et al., eds., 3rd ed. Amer. Pharmaceutical Assoc이 포함된다.
작용화된 자성 나노입자는 수성 또는 비수성 용매, 예컨대 식물유 또는 기타 유사한 기름, 합성 지방산 글리세라이드, 고지방산 또는 프로필렌 글리콜의 에스터에 용해하고 현탁화 또는 에멀젼화하는 단계; 그리고 원하는 경우에 용해제, 등장화제, 현탁제, 에멀젼화제, 안정제 및 보존제와 같은 통상의 첨가제를 첨가하는 단계에 의해 주사용으로 제형되어 제조될 수 있다.
뇌-혈류 장벽을 통과하는 작용화된 자성 나노입자의 제조방법
본 발명은 또한 뇌-혈류 장벽(BBB)을 통과하는 작용화된 자성 나노입자의 제조 방법을 제공한다. 방법은 일반적으로는 작용기를 직접적으로 또는 링커를 사용하여 자성 나노입자에 부착하는 단계를 포함한다. 일부 양태에서, 자성 나노입자는 작용기 또는 링커기가 공유 또는 비공유 결합하는 층으로 코팅되어 있다. 작용화된 MNP는 임의의 여러가지 방법으로 BBB를 통과하도록 제조된다.
일부 양태에서, 작용화된 MNP는 작용화된 MNP에 부착된 아포리포단백질(예를 들면, apoA, apoB, 또는 apoE)를 추가로 포함한다. 아포리포단백질은 BBB의 내피세포에 결합하도록 하여, 결국 작용화된 MNP가 BBB를 통과하도록 해 준다.
일부 양태에서, 작용화된 MNP는 작용화된 MNP에 인간 혈청 알부민 및/또는 아포리포단백질을 부착시킴으로써 추가로 가공된다. 인간 혈청 알부민(HSA)은 아세틸기를 통해, 아미노기를 통해, 폴리(에틸렌 글리콜)(PEG) 링커를 통해, 또는 티올 결합을 통해, 공유 또는 비공유적으로(이온 결합을 통해) 작용화된 MNP에 결합된다. 아포리포단백질 또는 그의 작용성 단편은 공유 또는 비공유적으로 HSA에 부착된다. 참조: 예를 들면 Muller and Keck ((2004) J Nanosci . Nanotechnol. 4:471); and Kreuter et al. ((2002) J Drug Target. 10:317). 아포리포단백질의 아미노산 서열은 당업계에 공지되어 있고, 예를 들면 apoE 폴리펩타이드의 아미노산 서열은 GenBank 기탁번호 AAD02505 및 AAB59397에서 입수가능하다.
작용화된 MNP는 일부 양태에서는 하기에서 기술하는 바와 같이 HSA 매트릭스내에 캡슐화될 것이다.
다른 양태에서는, 작용화된 MNP는 폴리소베이트-80을 통해 작용화된 MNP에 부착된 아포리포단백질을 추가로 포함한다. 일부 양태에서는, 작용화된 MNP는 폴리소베이트-80을 작용화된 MNP에 공유 부착하거나, 비공유적으로 부착함으로써 추가로 가공된다. 일부 양태에서는, 폴리소베이트-80은 아세틸기를 통해, 아미노기를 통해, PEG 링커를 통해, 또는 코팅층에 직접 티올 결합하여 부착된다. 아포리포단백질은 폴리소베이트-80에 공유적 또는 비공유적으로 부착된다.
다른 양태에서, 작용화된 MNP는 폴리(부틸 시아노아크릴레이트)(PBCA) 입자와 관련이 있는데(예를 들면 폴리(부틸 시아노아크릴레이트)에 흡착되고, 공유결합되고, 비공유적으로 관련이 있다), 예를 들면, 작용화된 MNP는 PBCA 입자의 표면에 흡착된다. 다른 양태에서는, 작용화된 MNP는 공유적 또는 비공유적으로 작용화된 MNP에 부착된 폴리소베이트-80을 포함하고; 추가적으로 폴리(부틸 시아노아크릴레이트)를 포함한다.
미생물에 도입
일부 양태에서는, 작용화된 MNP 또는 비작용화된 MNP를 미생물, 예컨대 박테리아 또는 바이러스에 도입한다. 작용화된 또는 비작용화된 MNP를 포함하는 미생물은 이러한 미생물을 인비보(in vivo )에서 위치 및/또는 이동에 대해 가시화(영상화)하는데 유용하다.
MRI 에서 가시화되는 약물 전달 시스템
본 발명은 자기 공명 영상(MRI)에서 가시화되는 약물 전달 시스템과 이의 합성 방법을 제공한다. MRI에서 가시화되는 약물 전달 시스템은 상기 기술한 바와 같은 작용화된 MNP를 포함하는데, 여기에서 작용화된 MNP는 적어도 하나의 약물(예를 들면 치료제)을 포함한다. MRI에서 가시화되는 약물 전달 시스템은 체내에서의 약물의 분배를 측정하기 위한 일부 양태에서 유용하다. MRI에서 가시화되는 약물 전달 시스템은 조직 특이적인 약물 전달을 위한 다른 양태에서 유용하다. 예를 들면, 작용화된 MNP가 조직 특이적인 결합 잔기 및 치료제를 모두 포함하는 경우에, 작용화된 MNP는 조직 특이적인 약물 전달 시스템이다. 일부 양태에서, 약물 전달 시스템은 BBB를 통과하도록 변형되는데, 예를 들면, 약물 전달 시스템은 BBB를 통과할 수 있도록 하는 1 이상의 성분을 포함한다.
비제한적인 예로서, 제 1 작용기는 뇌내 간질성 조직에 대한 결합을 제공하고; 제 2 작용기는 간질을 치료하는 치료제이다. 간질을 치료하는 치료제에는 딜란틴(dilantin)(페니토인 설페이트(phenytoin sulfate)); 테그레톨(tegretol)(카바마제핀(carbamazepine)); 에필림(epilim)(소듐 발프로에이트(sodium valproate)); 자론틴(zarontin)(에토석시미드(ethosuximide)); 리버트릴(revertril)(클로나제팜(clonazepam)); 프리시윰(frisium)(클로바제팜(clobazepam)) 등이 포함되나, 이에 국한되는 것은 아니다.
용도
본 발명은 작용화된 자성 나노입자가 연구적 용도, 진단적 용도, 및 치료적 용도를 포함하는 용도로 사용가능한 각종 용도를 추가로 제공한다.
진단 방법
본 발명은 특정 뇌 조직을 동정하거나 검출하기 위한 진단 방법을 제공한다. 방법은 보통은 작용화된 자성 나노입자를 개체에 투여하는 단계; 및 작용화된 자성 나노입자가 결합된 뇌의 부위를 영상화하는 단계를 포함한다. 일반적으로는, 작용화된 자성 나노입자를 포함하는 약학적 액체 조성물을 개체에게 주사하면(예를 들면, 정맥내주사); 작용화된 자성 나노입자가 영상화 기술에 의해 검출되게 된다. 많은 양태에서, 영상화는 자기 공명 영상화에 의해 수행된다. 본 발명의 방법은 이에 따라 살아있는 대상내의 특정 뇌 조직을 영상화하도록 허용한다. 본 발명의 방법은 뇌내의 병든 조직의 검출을 허용하고, 질병을 앓고 있는 환자의 질병 진행 정도를 관찰하기 위한 방법을 의사에게 제공한다.
진단 방법은 하기를 포함하나 이에 국한되지는 않는 신경성 질병의 존재에 대해 진단하는 것 및/또는 하기를 포함하나 이에 국한되지는 않는 신경성 질병 또는 질환의 치료에 대한 개체의 반응을 관찰하는데에 유용하다: 뇌 종양; 다발성 경화증(MS); 간질; 파킨슨병; 헌팅턴병; 근위축성 측삭 경화증(ALD); 디빅스병; 알쯔하이머병(AD); 크로쯔펠트-제이콥병(CJD); 피질이형(Cortical Dysplasia); 라스무센스 뇌염(Rasmussen's encephalitis); 약물 의존성 질환, 예컨대 항우울증제, 불안완화 화합물, 할루시노게닉 화합물, 또는 다른 정신질환용 화합물에 대한 의존성 질환; 양극 정서 장애, 정신분열증과 같은 정신질환 등.
본 발명은 재협착의 위험에 처해 있는 혈관 조직의 동정 방법을 제공한다. 방법은 일반적으로는 작용화된 나성 나노입자를 개체에 투여하는 단계; 및 작용화된 자성 나노입자가 결합된 혈관 조직을 영상화하는 단계를 포함한다. 일부 양태에서, 혈관 조직은 정상 혈관 조직에 비해 염증성 혈관 조직에 차별적으로 결합하는 작용기로 작용화된 자성 나노입자를 사용하여 영상화된다. 일부 양태에서, 작용기는 염증성 사이토카인, 또는 염증성 사이토카인에 결합하는 잔기(예를 들면, 항체 또는 이의 항원 결합 절편)이다. 적당한 사이토카인은 IL-1 내지 IL-16, 및 TNF-α를 포함한다.
뿐만 아니라, 컨쥬게이팅되지 않은 MNP가 로딩된 면역학적 활성 세포는 혈관 조직의 표면에 결합하기 때문에, 혈관 조직, 예컨대 병든 혈관 조직을 동정하기 위한 방법에 사용할 수 있다. 적당한 세포는 단핵구, T 세포(예를 들면, CD4+ T 세포) 등을 포함한다.
본 발명은 또한 개체내 병든 뼈 조직을 검출하기 위한 방법을 제공한다. 방법은 보통 작용화된 자성 나노입자를 개체에 투여하는 단계; 및 작용화된 자성 나노입자가 결합된 뼈 조직을 영상화하는 단계를 포함한다. 일부 양태에서는, 뼈 조직은 병든 뼈 조직에 차별적으로 결합하는 작용기로 작용화된 자성 나노입자를 사용하여 영상화된다. 일부 양태에서, 작용기는 염증성 사이토카인, 또는 염증성 사이토카인에 결합하는 잔기(예를 들면, 항체 또는 이의 항원 결합 절편)이다. 적당한 사이토카인은 IL-1 내지 IL-16, 및 TNF-α를 포함한다.
뿐만 아니라, 컨쥬게이팅되지 않은 MNP가 로딩된 면역학적 활성 세포는 뼈 조직의 표면에 결합하기 때문에, 뼈 조직, 예컨대 병든 뼈 조직을 동정하기 위한 방법에 사용할 수 있다. 적당한 세포는 단핵구, T 세포(예를 들면, CD4+ T 세포) 등을 포함한다.
본 발명은 또한 병든 혈관 또는 뼈 조직, 예컨대 염증에 감염된 혈관 조직 또는 염증에 감염된 뼈 조직을 개체내에서 검출하기 위한 방법을 제공한다. 방법은 일반적으로는 작용화되지 않은 자성 나노입자를 개체에 투여하여, 자성 나노입자가 감염된 혈관 조직 또는 감염된 뼈 조직에 결합하게 하는 단계; 및 MRI와 같은 영상화 기술을 사용하여 병든 혈관 또는 뼈 조직을 영상화하는 단계를 포함한다.
연구 용도
본 발명은 작용화된 자성 나노입자를 사용하는 연구적 용도를 제공한다. 작용화된 자성 나노입자를 대상에 주사하면, 작용화된 자성 나노입자가 영상화에 의해 검출되게 된다. 연구적 용도는 특정 질병에 대한 소정의 시험용 제제의 효과를 분석하는 것을 포함한다. 연구적 용도는 또한 정상적인 뇌 및 병든 뇌 조직에 대한 각종 외부 및 내부 자극의 효과를 시험하는 것을 포함한다. 연구적 용도는 정상적 및 병든 혈관 또는 뼈 조직에 대해, 면역 반응이 제대로 발휘되지 못하는 원인(외부 또는 내부)의 효과를 시험하는 것을 추가로 포함한다.
스크리닝 방법
연구적 용도는 특정 질병에 대한 소정의 시험용 제제의 효과를 분석하기 위한 스크리닝 방법을 포함한다. 따라서, 일부 양태에서 본 발명은 신경 질환에 대한 후보적 치료제를 동정하는 방법을 제공하는데, 상기의 방법은 신경 질환을 앓는 실험적(인간이 아닌 것) 동물 모델(예를 들변, 다발성 경화증, 알쯔하이머병, 뇌 종양, 간질 등을 앓는 실험적 동물 모델)에 시험용 제제를 투여하는 단계; 및 존재하는 경우에, 신경 질환과 관련된 신경학적 특징에 대한 시험용 제제의 효과를 측정하는 단계를 포함한다. 시험용 제제의 효과를 측정하는 것은, 신경 질환에 감염된 또는 신경 질환과 관련된 병든 뇌 조직에 차별적으로 결합하는 작용화된 자성 나노입자를 포함하는 조성물을 인간이 아닌 동물 모델에게 투여하는 단계; 및 동물의 뇌 속에서 작용화된 자성 나노입자를 검출하는 단계에 의해 수행한다. 검출은 일반적으로는 자기 공명 영상화에 의해 수행한다.
특정 신경 질환과 관련된 신경학적 특징에는 예를 들면, 간질 병변의 크기(간질에 관해); 다발성 경화증에 감염된 뇌 부위의 크기(다발성 경화증에 관해); β-아밀로이드 플라그의 크기 및/또는 수, NFT의 크기 및/또는 수(알쯔하이머 병에 관해); 뇌 종양의 크기(뇌 종양에 관해) 등이 포함된다. 각종 신경 질환을 앓는 동물 모델은 당업계에 공지되어 있다. 예를 들면, 다발성 경화증(MS)에 관해서, 실험적 자가면역 뇌염(EAE; 또한 실험적 알러지성 뇌염으로서 문헌에 공지되어 있다) 모델은 MS의 설치류 모델이다. 각종 AD의 마우스 모델도 입수가능하다: 참조; 예를 들면 Buttini 등(1999) J Neurosci . 19(12); 4867-80.
"후보적 제제", "시험용 제제", "제제", "물질" 및 "화합물"이라는 용어는 본원에서 호환하여 사용된다. 후보적 제제는 각종 화합물 류를 모두 포함하며, 전형적으로는 합성, 반합성, 또는 천연발생적 무기 또는 유기 분자가 포함된다. 후보적 제제에는 합성 또는 천연 화합물로 이루어진 폭넓은 라이브러리에서 발견되는 것들이 포함된다. 예를 들면, 합성 화합물 라이브러리는 Maybridge Chemical Co. (Trevillet, Cornwall, UK), ComGenex (South San Francisco, CA) 및 MicroSource (New Milford, CT)에서 구입가능한 것이 있다. 흔하지는 않지만 화합물 라이브러리로서 Aldrich (Milwaukee, Wis.)에서 구입가능한 것이 있다. 대안적으로는 천연화합물의 라이브러리는 박테리아, 균류, 식물 및 동물 추출물의 형태이고 Pan Labs (Bothell, WA)에서 구입가능하거나 쉽게 제조할 수 있다.
후보적 제제는 분자량이 50 내지 약 2500 달톤인 소형의 유기 또는 무기 화합물일 수 있다. 후보적 제제는 단백질과 구조적 상호작용을 하기 위해 필요한 작용기, 특히 수소 결합을 포함할 수 있으며, 또한 적어도 하나의 아민, 카보닐, 하이드록실 또는 카복실기를 포함할 수 있으며, 적어도 2개의 화학적 작용기를 함유할 수 있다. 후보적 제제는 1 이상의 상기의 작용기로 치환된 사이클릭 탄소 또는 헤테로사이클릭 구조 및/또는 방향족 또는 폴리방향족 구조를 포함할 수 있다. 후보적 제제는 또한 펩타이드, 다당류, 지방산, 스테로이드, 퓨린, 피리미딘, 유도체, 구조적 유사체 또는 이의 배합물을 포함하는 생체분자 중에서 발견된다.
스크리닝 분석방법은 전형적으로는 대조군을 포함하는데, 여기에서 적당한 대조군은 신경 질환을 가졌지만 시험용 제제로는 처리하지 않은 실험 동물을 포함하는 것이다.
해당 시험용 제제는 시험용 제제가 부재하는 대조군에 비해, 적어도 약 10%, 적어도 약 20%, 적어도 약 25%, 적어도 약 30%, 적어도 약 35%, 적어도 약 40%, 적어도 약 45%, 적어도 약 50%, 적어도 약 55%, 적어도 약 60%, 적어도 65%, 적어도 약 70%, 적어도 약 80%, 적어도 약 90%, 또는 그 이상으로 신경 질환의 신경학적 특징을 감소시키는 것을 말한다.
본 발명은 또한, 수술이 필요한 각종 질환에서 말초 및 중추 혈관 수술이 수행될 때 혈관 문합의 재협착을 담당하는 면역 반응의 특정 매개자(들)을 동정하기 위해 유용하다. 본 발명은 또한 특이적으로 태깅된(tagged) 자성 나노입자와의 반응을 통해, 재협착되기 쉬운 특정 문합을 MRI 영상화하기 위한 방법을 제공함으로써, 혈관 문합에서 파생되는 혈관 재협착의 특이적인 예지자를 동정하는데 유용하다.
본 발명은 또한 당뇨병 때문에 발생하는 염증 및 상처를 담당하는 면역 반응의 특정 매개자(들)을 MRI를 통해 동정하는데 유용하다. 본 발명은 또한 특이적으로 태깅된 자성 나노입자(MNP)와의 반응을 통해, 염증 및 상처가 생기기 쉬운 뼈 조직을 자기 공명 영상화하기 위한 방법을 제공함으로써, 당뇨병에 기인한 뼈 염증 및 상처의 특이적인 예지자를 동정하는데 유용하다.
치료적 적용
본 발명은 작용화된 MNP의 유효량을 필요한 개체에 투여하는 단계를 일반적으로 포함하는, 질병, 질환, 또는 증상을 치료하기 위한 방법을 제공한다. 이러한 양태 중 일부에서, 작용화된 MNP는 치료제("약물") 및 조직 특이적인(예를 들면, 병든 조직에 특이적인) 표적화를 제공하는 작용성 잔기를 포함한다.
일부 양태에서, 작용화된 MNP를 포함하는 약학적 조성물을 필요로 하는 개체에게 투여하는데, 여기에서 작용화된 MNP는 치료제를 포함한다. 일부 양태에서, 작용화된 MNP를 포함하는 약학적 조성물을 필요로 하는 개체에게 투여하는데, 여기에서 작용화된 MNP는 치료제를 포함하고, 투여 경로는 비경구, 예를 들면, 정맥내, 근육내, 피하내, 종양내부에, 두개골내부에, 종양근처 등에 투여하는 것이다.
작용화된 MNP의 유효량은 질병, 질환, 또는 증상의 징후를 적어도 완화시키는 데 충분한 양을 말한다. 일부 양태에서, 작용화된 MNP의 유효량은 작용화된 MNP로 처리하지 않은 개체의 징후의 심각도 및/또는 발병율에 비해, 적어도 약 10%, 적어도 약 20%, 적어도 약 25%, 적어도 약 30%, 적어도 약 40%, 적어도 약 50%, 적어도 약 60%, 적어도 약 70%, 적어도 약 80%, 적어도 약 90%, 또는 그 이상으로 질병 또는 질환의 적어도 하나의 징후의 심각도 및/또는 발병율을 감소시키는데 충분한 양을 말한다.
작용화된 것의 유효량은 각종 인자에 따라 달라질 것인데, 이러한 인자에는 예를 들면 질병, 질환 또는 증상의 성질; 질병, 질환 또는 증상의 심각도 또는 정도; 개체의 연령이나 다른 물리학적 특징 등이 포함된다. 유효량은 예를 들면, 약 102 내지 약 1018 작용화된 MNP, 예를 들면 약 102 내지 약 103 작용화된 MNP, 약 103 내지 약 104 작용화된 MNP, 약 104 내지 약 105 작용화된 MNP, 약 105 내지 약 106 작용화된 MNP, 약 106 내지 약 107 작용화된 MNP, 약 107 내지 약 108 작용화된 MNP, 약 108 내지 약 109 작용화된 MNP, 약 109 내지 약 1010 작용화된 MNP, 약 1010 내지 약 1012 작용화된 MNP, 약 1012 내지 약 1014 작용화된 MNP, 약 1014 내지 약 1016 작용화된 MNP, 약 1016 내지 약 1018 작용화된 MNP를 포함한다.
작용화된 MNP의 단위 용량은 약 102 내지 약 1018 작용화된 MNP, 예를 들면 약 102 내지 약 103 작용화된 MNP, 약 103 내지 약 104 작용화된 MNP, 약 104 내지 약 105 작용화된 MNP, 약 105 내지 약 106 작용화된 MNP, 약 106 내지 약 107 작용화된 MNP, 약 107 내지 약 108 작용화된 MNP, 약 108 내지 약 109 작용화된 MNP, 약 109 내지 약 1010 작용화된 MNP, 약 1010 내지 약 1012 작용화된 MNP, 약 1012 내지 약 1014 작용화된 MNP, 약 1014 내지 약 1016 작용화된 MNP, 또는 약 1016 내지 약 1018 작용화된 MNP를 포함할 것이다.
일부 양태에서, 작용화된 MNP의 여러회 용량이 투여될 것이다. 예를 들면, 투여되어야 할 작용화된 MNP의 단위 용량은 1개월에 한번, 1개월에 두번, 1개월에 세번, 격주로, 1주에 한번, 1주에 두번, 1주에 세번, 1주에 네번, 1주에 다섯번, 1주에 여섯번, 격일로, 매일, 하루에 두번, 또는 하루에 세번 투여될 것이다. 일부 양태에서, 작용화된 MNP는 임의의 적당한 빈도로, 약 1일 내지 약 1주, 약 2주 내지 약 4주, 약 1개월 내지 약 2개월, 약 2개월 내지 약 4개월, 약 4개월 내지 약 6개월, 약 6개월 내지 약 8개월, 약 8개월 내지 약 1년, 약 1년 내지 약 2년, 약 2년 내지 약 4년 범위의 기간에 걸쳐, 또는 그 이상의 기간 동안에 투여된다.
치료가 필요한 개체는 임의의 각종 질환, 특히 뇌 또는 CNS 질환, 예를 들면 MS, 간질, 파킨슨병 등을 앓고 있는 개체를 포함한다. 치료가 필요한 개체는 혈관 질환, 예를 들면 당뇨병으로 인해 발생한 혈관 질환이 발생한 개체; 재협착을 가지거나 가지게 될 위험에 처해 있는 개체 등을 포함한다.
본 발명은 질병, 질환 또는 증상의 치료 방법을 제공하는데, 이 방법은 일반적으로는 필요한 개체에게 작용화된 MNP 유효량을 투여하는 단계를 포함하고, 여기에서 작용화된 MNP는 MNP의 조직 특이적인 표적화를 제공하는 작용성 잔기를 포함한다. 일부 양태에서, 예를 들면, 질병이 간질인 양태에서는 작용화된 MNP가 간질성 조직에 MNP를 표적화하기 위한 작용성 잔기를 포함한다. 작용화된 MNP를 간질을 앓는 개체에 투여하면, 작용화된 MNP가 간질성 조직에 결합하고, 그 조직을 전자기선에 노출시켜 가열함으로써 병든 조직을 제거하게 되는 것이다. 전자기선은 약 100 킬로헤르쯔(kHz) 내지 약 1000 kHz 범위의 전자기선을 포함한다.
하기에 실시예가 제공되며, 이것은 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 것이고, 본 발명을 어떻게 만드는지와 어떻게 사용하는지를 당업자에게 제공하기 위한 것으로서, 본 발명의 발명자가 의도한 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니고, 하기의 실시예를 수행된 모든 실시예나 유일한 실시예로서 삼고자 하는 것도 아니다. 사용된 수치(예를 들면, 양, 온도 등)에 관해서 정확도를 부여하기 위하여 노력하였지만 일부의 실험적 오류와 편차는 고려해주어야 할 것이다. 별달리 언급하지 않은 한, 부(part)는 중량부를 나타내며, 분자량은 평균분자량이며, 온도는 섭씨온도이고, 압력은 대기압 또는 대기압 근처이다. 표준 약어도 사용할 수 있는 데, 예를 들면, bp는 베이스페어를, kb는 킬로베이스를, pl은 피코리터를, s는 초를, min은 분을, h는 시간을, aa는 아미노산을, kb는 킬로베이스를, bp는 베이스페어를, nt는 뉴클레오타이드를, i.m.은 근육내투여를, i.p.는 복막내투여를, s.c.는 피하투여 등을 나타낸다.
실시예 1: 작용화된 자성 나노입자의 제조
나노입자 제조
인간 혈청 알부민(HSA) 200 mg을 자성 나노입자(MNP, 예를 들면 자철광 입자)를 함유하는 물 2.0 ml에 용해시킨다. 용액의 pH는 NaOH 0.01 M 및 0.1 M 용액을 한방울씩 첨가하면서 꾸준히 교반함으로써 8.4로 올린다. 10% HSA 용액의 꾸준한 교반 용해는 에탄올 8.0 ml를 한방울씩 첨가하여 수행한다. 에탄올을 첨가한 다음에는, 235 ㎕의 8% 글루타알데하이드 용액을 첨가한다. 24시간 후에, 생성된 나노입자를 3배 원심분리함으로써 정제하고(16.100 g, 8분) 물에 다시 분산시킨다. 재분산은 초음파처리 배쓰에서 수행한다. 이 방법을 사용하여 합성된 HSA-MNP는 그 평균 직경이 약 60 내지 약 990 nm이고, 직경은 제조시 pH와 비컨쥬게이팅 또는 컨쥬게이팅된 MNP의 첨가 여부에 따라 달라진다. AMT-MNP 나노입자는 직경이 대략 20 nm이고 크기는 약 10 내지 약 40 nm 범위이다.
NeutrAvidin TM -변형된 NP 의 제조
나노입자에 NeutrAvidin TM 결합
설프하이드릴 반응성 입자 시스템을 달성하기 위하여 정제된 나노입자를 크 로스링커 NHS-PEG3400-Mal(Nektar, Huntsville, USA, 여기에서 "NHS"는 N-하이드록시석신이미드이고, "Mal"은 말레이미드이고, "PEG3400"은 평균 분자량이 3400 달톤인 폴리(에틸렌 글리콜)이다)를 사용하여 활성화한다. 500 ㎕의 크로스링커 용액(PBS 완충액(pH 8.0) 중의 NHS-PEG3400-Mal 60 mg/ml)을 나노입자(NP) 분산액 2.0 ml에 첨가한다(PBS 완충액(pH 8.0) 중의 20 mg/ml). 혼합물을 실온에서 1시간 흔들면서 인큐베이팅한다. 그 후에 활성화된 나노입자를 상기에 기술된 바와 같이 원심분리 및 재분산에 의해 정제한다.
그 다음에는, 상기에 기술된 헤테로이작용성 크로스링킹법을 사용하여 NeutrAvidinTM을 활성화된 HSA-NP에 컨쥬게이팅한다. NeutrAvidinTM은 글리코실화되지 않은 아비딘이다. NeutrAvidinTM 분취액(10.0 mg)을 1.0 ml의 TEA 완충액(pH 8.0)에 용해시키고, 1.0 ml TEA 완충액(pH 8.0)중의 1.2 mg 2-이미노티올레인(트롯츠 시약(Traut's agent))을 첨가한다. 실온에서 12시간 인큐베이팅한 후에, 티올화된 단백질을 크기 배제 크로마토그래피(D-SaltTM Desalting Column)에 의해 정제한다. 1 ml의 티올화 및 정제된 NeutrAvidinTM 용액 1 ml에 대해, 1 ml의 설프히드릴 반응성 인간 혈청 알부민(HSA) 나노입자를 첨가한다. 혼합물을 실온에서 12시간 동안 흔들면서 인큐베이팅한다. 반응하지 않은 티올화 NeutrAvidinTM을, NP를 원심분리하고 물에 재분산시킴으로써 제거한다. 원심분리 단계의 상층액을 280 nm에서 스펙트럼 분석하여 커플링되지 않은 NeutrAvidinTM을 측정한다.
NeutrAvidin TM -변형된 나노입자의 ApoE 표면 변형
ApoE 바이오틴화
NeutrAvidinTM-변형된 나노입자에 apoE를 부착시키기 위해서, PFP-Biotin(Pierce, Rockford, USA)을 사용하여 표준 단백질 변형 프로토콜에 따라 apoE를 바이오틴화하였다. PFP-바이오틴은 바이오틴의 펜타플루오로페닐 에스터이다. apoE를 pH 7.0의 PBS에 167 ㎍/ml의 농도로 용해시킨다. 바이오틴화 단백질을 덱스트란 탈염 컬럼에 의해 저분자량 화합물로부터 분리한다. 바이오틴화 과정의 효율은 하기에 서술하는 바와 같이 웨스턴 블롯에 의해 측정한다.
NeutrAvidin TM -변형된 나노입자에 바이오틴화된 apoE 를 결합시킴
약물이 로딩된 NeutrAvidinTM-변형된 나노입자를 물에 재분산시켜 입자 농도가 20 mg/ml가 되게 한다. 그 다음에는, 167 ㎍의 바이오틴화된 apoE(바이오틴-apoE)를 첨가하여 최종 농도가 10 mg/ml NP 및 80 ㎍/ml apoE가 되게 한다. 12시간 인큐베이션한 후 하기에 기술하는 바와 같은 이뮤노블롯팅함으로써 결합하지 않은 apoE에 대해 NP 상층액을 분석한다.
나노입자의 약물 로딩
대략 20 mg의 정제된 NeutrAvidinTM-변형된 HSA-MNP를 에탄올/물 용액 중에서 6.6 mg 약물과 함께 인큐베이팅한다. 2시간 인큐베이팅한 후에, 결합하지 않은 약물을 원심분리 및 재분산에 의해 제거한다.
PEG 크로스링커를 통해 나노입자에 apoE 를 공유 결합시킴
상기 기술한 바와 같은 설프히드릴 반응성 입자 시스템을 달성하기 위하여 HSA 나노입자를 크로스링커 NHS-PEG3400-Mal을 사용하여 활성화한다. 그 다음에 헤테로이작용성 크로스링킹법에 의해 활성화된 HSA 나노입자에 apoE를 컨쥬게이팅한다. 각종 apoE 유도체(apoE3, apoE2, Arg142Cys, apoE Sendai)의 분취액(500 ㎍)을 1.0 ml의 TEA 완충액(pH 8.0)에 용해시키고, 2-이미노티올레인(트롯츠 반응액)을 50배 몰 과량 농도로 첨가한다. 실온에서 12시간 인큐베이션한 다음에, 티올화된 단백질을 크기 배제 크로마토그래피(D-SaltTM 컬럼)에 의해 정제한다. 컨쥬게이팅을 위해, 500 ㎍ 티올화 및 정제된 apoE를 25 mg 설프히드릴 반응성 HSA 나노입자에 첨가한다. 혼합물을 실온에서 12시간 동안 흔들면서 인큐베이팅한다. 원심분리하고 에탄올/물(2.6% 에탄올 v/v) 중에 입자를 재분산시킴으로써, 반응하지 않은 티올화된 apoE를 제거한다.
대략 20 mg의 정제된 apoE-변형된 HSA 나노입자를 에탄올/물 용액 중에 6.6 mg의 약물과 함께 인큐베이팅한다. 2시간 인큐베이팅한 다음에는 원심분리하여, 결합하지 않은 약물을 제거한다. 약물이 로딩된 apoE-PEG 나노입자를 물 중에 재분산시킨다.
폴리소베이트 80으로 코팅된 HSA 나노입자의 제조
apoE는 없지만 폴리소베이트 80으로 코팅된 나노입자(NP)를 상기에 기술된 바와 같이 NeutrAvidinTM-변형된 나노입자에 약물을 흡착시킴으로써 제조한다. 그 다음에, 약물이 로딩된 나노입자를 30분간 폴리소베이트 80(1% m/v) 용액과 함께 인큐베이팅하고 사용한다.
HSA - MNP 의 조직 특이적인 리간드 변형물의 제조
알파-메틸 트립토판(AMT), 신경전달물질 등과 같은 조직 특이적인 리간드를 HSA 중의 자유 아미노기 또는 카복실기에 커플링시키거나, 폴리카본 링커(예를 들면, PEG)를 통해, 또는 티올 결합 또는 다른 부착 잔기를 통해 커플링시킨다.
폴리 (부틸 시아노아크릴레이트 )- MNP 의 제조
0.1 g의 안정제(덱스트란 70,000 또는 Pluronic F68 중 하나)를 10 ml 0.001M HCl에 꾸준히 교반하며 첨가하였다. 두 용액을 하기와 같이 제조하였다: 1) 10 ml의 0.001 M HCl 중에 0.1 g 덱스트란 70,000(Sigma-Aldrich)가 함유된 제 1 용액 2) 10 ml 0.001 M HCl 중에 0.1 g Pluronic F68(Sigma, Inc.)이 함유된 제 2 용액. 다음과 같은 4가지 제조물을 만들었다: 1) 작용화되지 않은 MNP를 Pluronic F68 용액에 첨가하였고; 2) 작용화되지 않은 MNP를 덱스트란 용액에 첨가하였고; 3) 작용화된 MNP(AMT-MNP)를 Pluronic F68 용액에 첨가하였고; 4) 작용화된 MNP(AMT-MNP)를 덱스트란 용액에 첨가하였다. 500 rpm으로 교반하면서 100 ㎍의 시아노아크릴레이트 단량체(Sicomet, Sichel-Werke, GmbH)를 각 제조물에 천천히, 용액 표면 바로 아래에 첨가하였다.
각 용액을 2 내지 2.5시간 동안 교반하면서 두었다. 이 기간 후에, 각 용액에 990 ㎕의 0.1 N NaOH를 첨가함으로써 중화하였다. 마지막으로 각 용액을 여과하였다.
교반을 시작한 지 1분 내지 30분 사이에 약물을 용액에 첨가하였다.
안정제로서 Pluronic F68을 갖는 제조물에는 표면활성제를 첨가하지 않았다. 덱스트란이 안정제로서 사용될 때는 1 mg 폴리소베이트 80을 100 ml의 입자 용액에 첨가하였다. 상기 기술한 바와 같이 제조된 작용화된 MNP의 직경은 약 80 내지 약 350 nm이고, 제타 전위는 -10 mV 내지 -50 mV 범위, 예를 들면 약 -30 mV이다.
AMT - 작용화된 MNP 의 합성
α-메틸 트립토판(AMP)으로 작용화된 덱스트란 코팅된 자적철석(γ-Fe2O3) MNP를 다음과 같이 제조하였다.
AMT의 구조는 다음과 같다.
Figure 112007075009316-pct00001
덱스트란 중합체의 화학구조는 일반적으로 다음과 같다.
Figure 112007075009316-pct00002
반응식을 개괄적으로 도시하면 다음과 같다:
Figure 112007075009316-pct00003
여기에서,
Figure 112007075009316-pct00004
는 AMT를 나타내고, "D"는 덱스트란을 나타낸다.
α-메틸렌기를 통하여 MNP 표면에 커플링된 AMT는 다음과 같다.
Figure 112007075009316-pct00005
변형된 AMT는 다음과 같다.
Figure 112007075009316-pct00006
X는 Hal, SH, NH2, 또는 부착을 제공하는 다른 작용기이다.
작용화된 MNP 의 TEM 사진
도 3A 내지 3D는 상기에 따라 제조된, HSA 매트릭스에 포함된 AMT-MNP의 전자주사현미경(TEM) 사진을 도시한 것이다. 도 3A는 HSA-MNP 입자를 도시하는데, HSA(화살표 머리) 및 AMT-MNP(화살표 꼬리)가 보인다. 도 3B는 HSA 매트릭스 중의 AMT-MNP 입자를 도시한다. 도 3C는 MNP의 또다른 분배를 도시한 것이며, 도 3D는 도 3C의 검정 박스내 셋팅된 지역을 확대 도시한 것인데, MNP의 코어 중에 자성 입자(TEM에서 짙게 보이는 영역, 화살표 머리)가 존재하는 것이 보인다. 도 4A 및 4B는 상기와 같이 제조된 PBCA-MNP의 TEM 마이크로그래프를 도시한다. 도 4A는 PBCA 입자(화살표 머리) 및 PBCA 입자의 표면에 흡착된 AMT-MNP(화살표)를 도시한다. 도 4B는 도 4A중 검은 상자내에 셋팅된 지역을 확대 도시한다. 도 4B에 도시된 확대도에서는 PBCA 입자의 표면에 AMT-MNP가 흡착된 것(화살표)이 보인다.
실시예 2: 작용화된 MNP 의 인 비보 특징분석
비작용화된 MNP 및 AMT 컨쥬게이팅된 MNP를 간질을 앓는 카인산(KA) 모델에 투여하였다. 데이터는 AMT-MNP가 간질성 조직에 대해 친화도를 보이는 것을 증명한다.
두마리의 Lewis 래트(90일된 것)의 오른쪽 해마에 1 ㎕ KA 용액을 주사하였다. 래트에는 KA 주사후 바로 간질 상태가 나타났다. 간질 상태는 대략 주사후 48시간에 멈추었다. KA 주사한 후 3일째에 T2 씨퀀스(TR=6000 ms; TE=50 ms; 절편 두께=1.5 mm; 절편간 거리 0.25 mm)를 사용하여 기준 MRI를 찍었다. 기준 MRI를 찍은 후, 첫번째 래트에 AMT-MNP를 주사(i.v.)하고(300 μmol/kg), 두번째 래트에는 작용화되지 않은 MNP를 주사(i.v.)하였다(300 μmol/kg). 각각의 래트에 MNP를 주사한 후 6시간째에 다시 MRI를 찍었다.
도 2A는 첫번째 래트의 기준 MRI를 나타내고, 도 2B는 AMT-MNP 처리된 래트 중에서 KA 주사 부위와는 반대쪽에 있는 CA1(위쪽 화살표) 및 덴테이트 이랑(아래쪽 화살표) 중의 (네거티브) 인핸스먼트의 부위를 나타낸다. 이러한 변화는 작용화되지 않은 MNP로 처리한 래트에서 동일하게 제조된 것에서는 부재하였다(도 2C 및 2D). AMT-MNP 처리된 래트내 반대쪽 CA1 및 덴테이트 이랑내 시그널 변화는 급성 간질과 관련된 조직 변화와 상응한다. 이러한 데이터는 간질성 조직에 대한 AMT-MNP의 친화도를 시사한다.
도 2B는 AMT-MNP 주사 부위에 대해 같은쪽 해마 오른쪽의 (네거티브) 인핸스먼트(하얀색 화살표)의 부위를 나타낸다. 도 2C는 작용화되지 않은 MNP 처리된 래트의 기준 MRI를 나타낸다. 도 2D는 KA 주사 부위에 대해 같은쪽 해마 오른쪽의 (네거티브) 인핸스먼트 부위(하얀색 화살표)를 나타낸다. 모든 동물의 오른쪽 해마 에서의 시그널 변화는 KA 주사의 부위에서 예상되는 염증성 반응과 일치한다. 시그널 인핸스먼트는 레지던트 글리아 세포에 의해 나노입자가 트랜스사이토시스 또는 도입된 것을 통해 뇌 실질에 들어간 마크로파지 중에 태깅된 자성 입자 때문인 것으로 생각되며, 이러한 세포는 뇌에서 염증 반응의 매개자가 되는 것으로 생각된다.
AMT-MNP로 처리한 래트에서의 반대쪽 CA1 및 덴테이트 이랑내 시그널 변화는 급성 간질과 관련된 조직 변화와 상응하지만, 염증 반응과 관련된 것 같지는 않다. 해마내 인핸스먼트의 지역은 모든 래트에서 KA 주사에 대한 급성 염증 반응 때문이지만, CA1 및 덴테이트 이랑에서의 시그널 변화는 급성 간질성 방전과, 이러한 간질성 조직에 대한 AMT 컨쥬게이팅된 입자의 친화도에 기여할 수 있다.
본 발명은 이의 특정 양태와 관련하여 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 취지 및 범위를 일탈하지 않으면서 다양하게 변화시킬 수 있고, 등가물을 치환할 수 있음을 이해할 것이다. 뿐만 아니라, 본 발명의 목적, 취지 및 범위에 맞추어 특정 환경, 물질, 물질의 조성, 방법, 방법의 단계 또는 단계들을 변형할 수 있다. 이러한 모든 변형물 또한 하기에 첨부되는 청구의 범위내인 것으로 이해하여야 할 것이다.

Claims (35)

  1. a) 식 M-S-Z 또는 M-S-L-Z 로 표시되는 자성 나노입자(MNP)로서, 상기 식에서 M은 자성 코어, S는 중합체, L은 링커기이고, Z는 글루코스, N-메틸-D-아스파테이트, α-메틸 트립토판, 사이토카인, γ-아미노 부티르산, 오피에이트 및 오피오이드 화합물로 구성된 군에서 선택되는 뇌내 조직에 대한 차별적인 친화도를 가지는 작용기이고, 포유류 대상의 혈류에 도입되었을 때 상기 포유류 대상의 뇌-혈류 장벽을 통과할 수 있는 것을 특징으로 하는 자성 나노입자(MNP); 및
    b) 약학적으로 수용가능한 담체를 포함하는 신경 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 조직은 병든 조직인 것을 특징으로 하는 약학적 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서, 병든 조직은 뇌 종양, 간질 병변, 알쯔하이머병과 관련된 플라그, 다발성 경화증에 감염된 조직, 헌팅턴병에 감염된 조직, 파킨슨병에 감염된 조직, 및 근위축성 측삭 경화증에 감염된 조직 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 약학적 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 조직은 외부 또는 내부 자극에 대해 노출되는 조직인 것을 특징으로 하는 약학적 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 작용기는 뇌 조직에 존재하는 에피토프에 특이적으로 결합하는 것을 특징으로 하는 약학적 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 작용기는 뇌 조직에 존재하는 세포 상에 또는 세포 내에 존재하는 리셉터에 특이적으로 결합하는 것을 특징으로 하는 약학적 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, MNP는 치료제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 약학적 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, MNP는 알부민 매트릭스내에 캡슐화된 것을 특징으로 하는 약학적 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서, MNP는 아포리포단백질을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 약학적 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서, MNP는 폴리(부틸 시아노아크릴레이트)(PBCA)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 약학적 조성물.
  11. 제 10 항에 있어서, MNP는 PBCA 입자의 표면에 부착되는 것을 특징으로 하는 약학적 조성물.
  12. 제 1 항에 있어서, MNP는 표면활성제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 약학적 조성물.
  13. 제 12 항에 있어서, 표면활성제는 폴리옥시에틸렌 소비탄 모노올레이트, 폴리옥시에틸렌 소비탄 모노팔미테이트, 폴리옥시에틸렌 소비탄 모노스테아레이트, 및 폴리옥시에틸렌 소비탄 모노로레이트 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 약학적 조성물.
  14. 제 12 항에 있어서, 표면활성제는 폴리에틸렌 옥사이드 및 폴리프로필렌 옥사이드로 구성된 블록 공중합체인 것을 특징으로 하는 약학적 조성물.
  15. 제 12 항에 있어서, 표면활성제는 폴록사민인 것을 특징으로 하는 약학적 조성물.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. a) 자성 코어, 중합체 및 작용기를 포함하는 자성 나노입자(MNP)로서, 상기 작용기는 글루코스, N-메틸-D-아스파테이트, α-메틸 트립토판, 사이토카인, γ-아미노 부티르산, 오피에이트 및 오피오이드 화합물로 구성된 군에서 선택되는 뇌내 간질성 조직에 대한 차별적인 친화도를 가지는 작용기이고, 포유류 대상의 혈류에 도입되었을 때 상기 대상의 뇌-혈류 장벽을 통과하여 뇌내 간질성 조직에 특이적으로 결합할 수 있는 것을 특징으로 하는 자성 나노입자(MNP); 및
    b) 약학적으로 수용가능한 담체를 포함하는 신경 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
  20. 제 19 항에 있어서, 작용기는 글루코스인 것을 특징으로 하는 약학적 조성물.
  21. 제 19 항에 있어서, 작용기는 N-메틸-D-아스파테이트인 것을 특징으로 하는 약학적 조성물.
  22. 제 19 항에 있어서, 작용기는 α-메틸 트립토판인 것을 특징으로 하는 약학적 조성물.
  23. 제 19 항에 있어서, 작용기는 사이토카인인 것을 특징으로 하는 약학적 조성물.
  24. 제 19 항에 있어서, 작용기는 γ-아미노 부티르산인 것을 특징으로 하는 약학적 조성물.
  25. 제 19 항에 있어서, 작용기는 오피에이트 또는 오피오이드 화합물인 것을 특징으로 하는 약학적 조성물.
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  32. 뇌 질환을 앓는 인간이 아닌 동물 모델에게 시험용 제제를 투여하는 단계; 및
    뇌 질환의 신경학적 특징에 대한 시험용 제제의 효과를 측정하는 단계를 포함하는 뇌 질환을 치료하는 제제의 동정 방법으로서, 상기의 측정 단계는 i) 신경 질환에 감염된 또는 신경 질환과 관련된 병든 뇌 조직에 차별적으로 결합하고, 글루코스, N-메틸-D-아스파테이트, α-메틸 트립토판, 사이토카인, γ-아미노 부티르산, 오피에이트 및 오피오이드 화합물로 구성된 군에서 선택되는 작용기를 가지는 자성 나노입자를 포함하는 조성물을 인간이 아닌 동물 모델에게 투여하는 단계와, ii) 동물의 뇌 속에서 자성 나노입자를 검출하는 단계에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는, 뇌 질환을 치료하는 제제의 동정 방법.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기의 검출 단계는 자기 공명 영상화에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
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