KR101309036B1

KR101309036B1 - 방사선 민감도 증진용 약학 조성물

Info

Publication number: KR101309036B1
Application number: KR1020110051567A
Authority: KR
Inventors: 김수정; 이승민; 한래오; 박여명; 남도현; 강원영
Original assignee: 주식회사 코미팜
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2013-09-16
Also published as: KR20120133072A

Abstract

본 발명은 방사선 치료가 필요한 암종에서 방사선 치료와 함께 투여될 수 있는 약학 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유효량의 아비소산 알칼리금속염 또는 아비소산 알칼리토금속염을 포함함으로써 방사선 민감도를 높여 방사선 치료효과를 증진시키는 약학 조성물에 관한 것이다.

Description

방사선 민감도 증진용 약학 조성물{A pharmaceutical composition for enhancing the radiation sensitivity}

본 발명은 방사선 치료가 필요한 암종에서 방사선 치료와 함께 투여될 수 있는 약학 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유효량의 아비소산 알칼리금속염 또는 아비소산 알칼리토 금속염을 포함함으로써 방사선 민감도를 높여 방사선 치료효과를 증진시키는 약학 조성물에 관한 것이다.

세계보건기구(World Health Organization, WHO)의 Cancer Report 2008 자료에 따르면 2008년을 기준으로 전 세계 7백 6만명 이상이 암으로 사망하고 있고, 2030년에는 2천만 명 이상이 암에 걸릴 것으로 추정하고 있다. 성별로 비교해 보았을 때 남자는 폐암, 여성은 유방암 발병이 가장 높은 것으로 조사되었다.

보건복지부에 따르면 2008년 1년 동안 새롭게 암으로 진단받은 암발생자는 178,816명으로 2007년 165,942명에 비해 7.8% 증가하였고, 2008년 모든 암의 조발생률은 인구 10만명당 361.9명이었으며, 2000년 주민등록연앙인구로 보정한 연령표준화발생률은 인구 10만명당 286.8명으로, 암 발병률은 계속 증가하고 있다. 2008년 암 사망자는 인구 10만 명당 139.5명으로 그 중에서도 특히 폐암 사망률이 가장 높은 것으로 나타났다. 폐암에 이어 간암(22.9명), 위암(20.9명), 대장암(13.9명), 췌장암(7.6명), 유방암(3.5명), 백혈병(3.1명), 식도암(2.8명), 자궁암(2.6명), 전립선암(2.4명), 뇌암(2.1명) 등이 뒤를 이었다. 암 사망률은 2001년 인구 10만명당 122.9명에서 2003년 130.1명, 2005년에는 133.8명, 2007년에는 137.5명으로 꾸준히 높아지고 있다. 암은 국민건강을 위협하는 중대한 요인이며, 인구 노령화 및 생활양식의 변화 등으로 앞으로도 계속해서 암 발생 및 암 사망률은 증가할 것으로 전망된다.

암 환자 중 국내의 경우 약 35%, 미국의 경우 약 50%정도가 방사선 치료를 받고 있으며, 국내에서 방사선 치료를 받는 암환자의 수가 매년 증가하고 있는 추세여서 암치료에 있어 방사선 치료의 중요성 또한 증가하고 있다. 방사선 치료가 필요한 암종 중에서도 뇌전이암은 전신 암의 합병증으로 두개강 내 종양 중 가장 흔한 종류 중의 하나이며, 최근 발생 빈도가 증가하고 있다. 신체 각 부위의 암이 진단된 후에 뇌 전이가 발생하는 경우와 암 병력 없이 뇌병변을 가지는 경우에도 약 15%는 전이성 뇌종양으로 확인된다. 암환자의 33∼66%는 뇌전이가 원격전이의 첫 증후로서 나타나며, 뇌전이의 40∼50%는 영상학적 진단에서 단일병소로 관찰된다. 뇌전이를 유발하는 원발질환으로는 폐암이 가장 흔하며, 그 다음이 유방암이다. 종양 세포는 대부분 혈류를 통해서 중추신경계에 도달하며, 대부분 회질 및 백질의 경계부에 종양이 발생하게 된다. 뼈나 경막 등을 침범 후에 중추신경계로 도달하기도 한다.

방사선 치료는 현재 뇌전이암, 고형암 뼈전이를 치료하는데 가장 많이 이용되고 있다. 원발성 암이 잘 조절되고 있고, 방사선 치료에 반응을 잘하는 종양이거나 다발성으로 뇌에 전이된 경우에는 방사선 치료를 먼저 시행하게 된다. 또 임파종, 소세포 폐암 등은 방사선 치료에 아주 효과가 좋아 방사선 치료단독으로도 상당한 생존기간을 연장할 수 있지만, 대장암, 신장암, 비소세포 폐암, 흑색종 등은 방사선 저항성이 높으며, 뇌전이암의 경우 예후가 매우 불량한 것으로 알려져 있다.

이와 같이 방사선 치료는 현재 다양한 종류의 암에 필수적인 치료 방법으로 알려져 있으나, 암세포의 방사선 내성 획득, 고선량 방사선 치료시 정상 조직의 손상 등이 치료의 효율을 떨어뜨리는 부작용을 수반한다. 최근 방사선의 부작용을 줄이기 위해 방사선 요법과 병행하여 사용할 수 있는 방사선 증진제(radiosensitizer)에 관한 연구 개발이 이루어지고 있다. 방사선과 병용하여 투여할 때 방사선의 생물학적 효과를 증가시키는 방사선 증진제로서 현재까지 잘 알려진 것은 산소가 대표적이다.

이들 대부분의 연구는 1950년대부터 1970년대 초기에 걸쳐 많은 증진제가 연구되어 왔다. 대부분 암세포는 저산소 상태에 있다. 따라서 저산소 세포에 특이적으로 증진 효과를 나타내는 물질은 정상세포에는 장해를 주지 않고 암세포만을 선택적으로 사멸시킬 수 있기 때문에, 저산소 상태에서 더욱 효과적으로 작용하는 선택적 증진제로서 메트로니다졸(metronidazole), 니토르푸란(nitorfuran), 메소니다졸(mesonidazole) 등이 알려졌으며, 또한 악티노마이신 디(actinomycin D), 메토트렉세이트(methotrexate), 히드록시우레아(hydroxyurea), 5-플루오로우라실(5-fluorouracil) 등 항생제, 알킬화제, 대사 길항제들을 대상으로 증진효과를 시험하여 어느 정도의 방사선 증진효과가 인정되고 있으나, 대부분이 방사선 효과를 가중시키는데 그칠 뿐 진정한 증진효과가 있는 물질은 극소수에 불과하며, 이들 물질 자체가 가지고 있는 독성과 약리적 불안정성 때문에 실용화하는 데에는 문제점으로 대두되고 있다.

또한 방사선 요법은 암세포의 성장에 필요한 산소와 영양분을 공급하는 혈관을 파괴하기 위해 의도된 것이지만, 실제로 혈관들이 방사선에 저항성을 갖도록 하는 화학 경로를 유도한다는 사실이 밝혀졌다. 종양 세포로부터 분비된 성장 인자에 의해 혈관이 생존할 수 있도록 세포 생존 경로가 활성화되어 혈관이 방사선 요법에 저항성을 나타낼 수 있다. 세포 생존 경로가 이런 성장 인자들에 의해 활성화될 뿐만 아니라 방사선 요법 자체에 의해서도 활성화되고 있음이 알려졌다.

방사선이 PI3K와 Akt라 불리우는 단백질을 포함한 생화학적 신호 전달 체계를 활성화시키고, 세포 생존 경로를 활성화시켜 혈관을 구성하는 내피 세포들이 방사선에 저항성을 가지도록 한다. 따라서 워르트만닌(wortmannin), LY294002, PKI166, PKC 412, PTK 787 등과 같은 저해제를 이용하여 신호 전달 체계를 억제함으로써, 방사선에 의해 유도된 혈관 내피 세포 사멸과 세포 독성(radiation-induced cell death and cytotoxicity)을 증가시켜 종양 주위의 혈관들을 방사선에 민감하게 반응하도록 하는 연구들도 진행되고 있다. 최근에는 방사선 요법과 병행하여 암세포의 DNA 손상이나 염색체 이상의 증가를 초래하여 세포자살(apoptosis)이나 체세포사멸(mitotic cell death) 또는 노화를 촉진시킴으로써 암세포의 감수성을 높여 방사선 치료 효과를 증진시킬 수 있는 항암제 개발에 관한 연구가 이루어지고 있다.

따라서, 독성이 낮아 내약성이 우수하고, 투약이 용이한 항암제로 악성 조직을 선택적으로 감소시키며, 방사선 치료의 조사량을 줄이거나, 민감도를 높여 방사선 치료에 대한 정상 조직의 손상을 최소화할 수 있는 약재의 개발이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 방사선 치료가 필요한 암종에서 방사선 민감도를 높여 치료효과를 증진시키는 약학 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 약학 조성물은 유효량의 아비소산 알칼리금속염 또는 아비소산 알칼리토금속염을 포함하는 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로, 본 발명의 약학 조성물은 방사선 치료가 필요한 암종의 치료를 목적으로 하고, 유효량의 아비소산 알칼리금속염 또는 아비소산 알칼리토금속염 및 필요에 따라 약학적으로 허용가능한 보조제를 포함한다.

본 발명에서 사용되는 아비소산 알칼리금속염의 구체예는 하기 [화학식 1]의 소듐아르세나이트(AsO₂Na) 외에 포타슘아르세나이트, 칼슘아르세나이트 및 마그네슘아르세나이트를 포함한다.

O=As-O^-Na⁺ [화학식1]

본 발명의 약학 조성물에 있어서, 아비소산 알칼리금속염 또는 아비소산 알칼리토금속염의 유효량은, 바람직하게는 0.0001~1500㎎/단위체중㎏/일, 더욱 바람직하게는 0.01~150㎎/단위체중㎏/일, 가장 바람직하게는 0.01~50㎎/단위체중㎏/일이다.

또한, 본 발명의 약학 조성물은 약학적으로 허용가능한 담체 또는 희석제를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 약학 조성물은 경구 투약 제형으로 존재하는 것이 바람직하고, 상기 경구 투약 제형은, 예컨대, 정제, 캡슐, 분말 및/또는 약학적으로 허용가능한 담체, 희석제 또는 부형제를 포함하는 용액이다. 경구 투약용 단위 투약형 조성물 제형의 주성분으로서 적합한 담체 및 희석제는 잘 알려져 있다.

본 발명의 약학 조성물의 투여 방식으로는, 경구 투약 뿐만 아니라, 피하 투약, 근육내 투약 및 경막내 투약 및 비강내 투약, 직장 투약 또는 질투약 등의 장관외적 투약, 국소 투약, 진피 투약을 비롯한 어떠한 투약 경로라도 사용될 수 있으며, 이들에 한정되지는 아니한다. 또한, 직접적으로 종양 내 투약되거나, 또는 경피 패치를 통하여 투약되거나, 삽입 장치(특히 서방성(徐放性))를 통하여 투약될 수 있다.

본 발명의 약학 조성물은 멸균의 생리학적으로 허용가능한 (수성 또는 유기성) 용액, 콜로이드, 현탁액, 크림, 연고, 페이스트(pastes), 캐플릿(caplets), 정제 및 카세제(cachets)의 형태로 사용될 수 있다. 이 경우에도 역시 서방성 또는 지연 방출성 투약형이 포함된다.

본 발명의 약학 조성물은 방사선 치료가 필요한 암종에 대응하는 것으로 예시된 암종에 한정되지는 아니한다. 치료 대상 환자로는, 일반적으로 포유류가 포함될 것이며, 가장 바람직하기로는 인간 암환자 등의 인간 환자일 것이다.

본 발명의 약학 조성물의 투여는 방사선 치료와 병용된다.

본 발명에 따른 유효량의 아비소산 알칼리금속염 또는 아비소산 알칼리토금속염 및 필요에 따라 약학적으로 허용가능한 보조제를 포함하는 약학 조성물을 방사선 치료시에 병용하여 투여함으로써, 방사선 치료가 필요한 종양 조직에서 방사선 치료 효율이 증진되므로, 방사선 치료의 선량을 낮추면서 고선량 처리와 동일한 효과를 얻을 수 있으며, 고선량 방사선 치료시 나타나는 부작용인 정상세포의 손상을 현저히 줄일 수 있는 효과가 있어서, 방사선 치료의 효율을 극대화할 수 있다.

도 1은 방사선에 민감한 H23 폐암세포의 생존에 미치는 방사선과 소듐메타아르세나이트의 병용처리시 농도 의존적 세포사멸에 관한 평가 결과로서, H23세포에서 군집 형성 분석법(clonogenic assay)을 이용하여 방사선과 소듐메타아르세나이트 각각 0.1μM, 0.5μM를 병용처리했을 때 나타나는 세포사멸에 대한 효과를 확인하였다.
도 2는 방사선에 민감한 H23 폐암세포와 방사선에 저항성을 나타내는 PC14PE6, A549 폐암세포에 대하여, 방사선과 소듐메타아르세나이트를 각각 농도별로 처리 했을 때, 또는 방사선과 소듐메타아르세나이트를 병용처리 했을 때에 군집형성 능력을 평가한 것이다.
도 3은 방사선에 민감한 H23 폐암세포와 방사선에 저항성을 나타내는 PC14PE6, A549 폐암세포에 대하여, 방사선과 소듐메타아르세나이트를 병용처리했을 때 군집형성 능력을 평가한 것이다.
도 4는 방사선에 민감한 H23세포를 이용한 뇌전이 동소이식(Orthografts)한 동물모델에서 소듐메타아르세나이트와 방사선 병용치료 효과를 확인한 것으로, 소듐메타아르세나이트는 H23세포를 주입하고 다음날부터 5mg/kg으로 매일 경구투여하였고, 실험 15일째, 5Gy로 방사선을 조사하여 종양의 부피를 확인하였다.
도 5는 방사선에 저항성을 나타내는 PC14PE6세포를 이용한 뇌전이 동소이식(Orthografts)한 동물모델에서 소듐메타아르세나이트와 방사선 병용치료 효과를 확인한 것으로, 소듐메타아르세나이트는 PC14PE6세포를 주입하고 다음날부터 7mg/kg으로 매일 경구투여하였고, 실험 15일째, 5Gy로 방사선을 조사하고 MRI로 계측된 종양의 부피를 확인하였다.
도 6은 방사선에 저항성을 나타내는 PC14PE6세포를 이용한 뇌전이 동소이식(Orthografts)한 동물모델에서 소듐메타아르세나이트와 방사선 병용치료의 생존기간을 확인한 것이다.

이하의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명이 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

실시예

<실시예 1> 방사선에 민감한 H23세포의 군집형성 평가(clonogenic assay)

소듐메타아르세나이트 처리에 의한 방사선(Radiation, RT) 민감도 증대 효과를 확인하기 위해, 인간 폐암세포주인 H23 세포주를 6개의 웰 플레이트(well plate)에 각 웰당 적정 세포수를 넣고 배양을 시행하였다. 24시간 뒤, 각 세포주에 소듐메타아르세나이트를 각각 0.1μM, 0.5μM 처리하고, 8시간 뒤에, 감마-방사선 조사장치(Gamma-irradiator)를 이용하여, 0Gy와 1Gy로 방사선을 조사하였다. 대조군을 기준으로, 군집형성 정도를 판단한 후, 배양액을 제거하고, 메탄올로 군집형성이 이루어진 부분을 20분간 고정한 뒤, 0.01% 크리스탈 바이올렛(crystal violet)으로 염색하였다. 형성된 군집의 수를 세어서, 군집형성 능력을 의미하는 세포가 살아있는 양을 계산하여 분석한 결과, 방사선에 민감한 세포주인 H23 세포주에서는 1Gy의 방사선을 처리하고 소듐메타아르세나이트를 각각 0.1μM, 0.5μM의 농도로 처리하였을 경우, 유의적으로 군집형성 능력이 감소하였다(도 1).

<실시예 2> 방사선에 민감하거나 저항성을 나타내는 3종의 폐암 세포의 군집형성 평가(clonogenic assay)

3가지 종류의 폐암 세포주에 대하여, 소듐메타아르세나이트와 방사선의 농도별 처리에 따른 군집형성 능력을 평가하였다. 그 결과, 방사선에 민감한 세포주인 H23 세포주에서는 1.25Gy의 방사선을 처리하였을 때와, 소듐메타아르세나이트를 각각 1μM, 5μM, 10μM, 25μM의 농도로 처리하였을 경우, 유의적으로 군집형성 능력이 감소하였다(p<0.001). 방사선에 저항성을 나타내는 세포주인 PC14PE6와 A549에서는 방사선을 처리하였을 때에는 군집형성 능력에 차이가 없었지만, 소듐메타아르세나이트를 처리하였을 때에는 유의적으로 군집형성 능력이 감소되었다(p<0.001). 소듐메타아르세나이트와 방사선의 병용처리는 H23, PC14PE6, A549 세포주에 처리하였을 때에 단독처리에 비하여 세포의 군집형성 능력이 유의성 있게 감소하며, 병용처리 효과가 관찰되었다(***p<0.001 대조군과 비교; +p<0.05 또는 ++p<0.01 같은 방사선을 처리했을 때와 비교)(도 2, 도 3).

<실시예 3> H23 폐암 뇌전이 동물 모델에서 소듐메타아르세나이트 치료에 의한 방사선 감수성 증대효과

H23 폐암 뇌전이 동물 모델은 사람 폐암세포 종주(human lung cancer cell line, NSCLC)인 H23 세포주를 사용하였으며, 동물실험에 사용한 마우스는 Balb/c-nu 6주령을 사용하였다. 두개(頭蓋) 주입(Intracranial injection) 좌표는 AP 1.0mm, ML+1.7mm, DV-3.2mm 좌표로, 실험실에서 개발한 seven frame과 multi syringe injector를 이용하여 1×106cells/5ul의 세포를 HSBB에 희석하여 대뇌에 주입하였다. 10분간 Hamilton syringe를 이용해 주입하고, 5분 쉬었다가 5분 동안 syringe의 바늘을 빼고 소독 후 봉합하였다.

실험그룹은 하기 표 1과 같다. 소듐메타아르세나이트는 H23을 주입하고 다음날부터 5mg/kg으로 매일 경구투여(P.O., per oral)하였고, 실험 15일째, 5Gy로 방사선을 조사하였다. 모든 실험동물은 중앙 생존기간인 5주째 되는 날짜에 희생시켜 암세포의 크기 측정(hematoxylin 및 Eosin staining)을 하였다.

실험이 끝난 실험동물을 희생시킨 후, 뇌를 적출하여 적출한 뇌를 놓고 2mm 간격으로 절편을 만들었다. 10% 포르말린 용액에 넣어 4℃에서 24시간 고정한 후에, 파라핀 블럭을 제작하였다. 파라핀 포매 조직은 4μm 두께로 조직 절편하여, 하룻밤 동안 건조시켰다.

조직은 자일렌으로 파라핀 제거 과정을 거친 후, 점차적으로 알코올 퍼센트를 낮추어 수화[100%, 95%, 80% 에탄올, DW]과정을 거치고, Harris Hematoxylin과 Eosin으로 염색한 후, 탈수과정을 진행하였다. 이렇게 염색된 조직에서 종양의 길이와 너비를 구한 후, 다음의 식으로 종양의 부피를 계산하였다.

종양의 부피(mm³) = 종양의 길이(mm) × 종양의 너비(mm²) × 0.5

각 그룹별로 종양크기를 측정한 결과, 대조군은 17.4±1.8mm³로 측정되었으며, 소듐메타아르세나이트 또는 방사선 처리군에서는 대조군과 비교하여 각각 54.5%(소듐메타아르세나이트 5mg/kg, 7.9±0.1mm³), 67.6%(방사선 5Gy, 5.7±0.7mm³) 종양 억제효과를 보였고, 병용 처리한 군은, 88.1%(2.1±1.0mm³)의 종양 억제효과를 보이며, 대조군과 단독 처리군에 비하여 높은 종양억제효과를 보였다 (***p<0.001 vs. 대조군)(도 4, 표 2).

<실시예 4> PC14PE6세포를 이용한 폐암 뇌전이 동물 모델에서 소듐메타아르세나이트와 방사선 치료 병용 효과

PC14PE6세포를 이용한 폐암 뇌전이 동물 모델은 사람 폐암세포 종주(human lung cancer cell line, NSCLC)인 PC14PE6 세포주를 사용하였으며, 동물실험에 사용한 마우스는 Balb/c-nu 6주령을 사용하였다. 두개 주입 좌표는 AP 1.0mm, ML+1.7mm, DV-3.2mm 좌표로, 실험실에서 개발한 seven frame과 multi syringe injector를 이용하여 1×104cells/5ul의 세포를 HSBB에 희석하여 대뇌에 주입하였다. 10분간 Hamilton syringe를 이용해 주입하고, 5분 쉬었다가 5분 동안 syringe의 바늘을 빼고 소독 후 봉합하였다.

실험그룹은 하기 표 3과 같다. PC14PE6세포를 동소이식(orthografts)한 후, 다음날부터 7mg/kg으로 매일 경구투여(P.O., per oral)하였고, 9일째에 5Gy로 방사선을 처리하였다. 14일째에, 일부 개체에 한해 소동물 시험용 micro MRI로 뇌 전체 사진을 촬영하여 종양의 크기를 대조군과 비교 관찰하였으며(표 4), 나머지 실험동물의 생존기간을 측정하였다.

각 그룹의 종양크기를 MRI image를 통하여 촬영한 결과, 대조군에 비하여, 방사선 처리군의 종양크기가 감소하였고, 소듐메타아르세나이트와 병용처리한 경우, 종양의 형성여부가 확인되지 않았다(도 5).

각 그룹의 생존 기간을 측정한 결과, 대조군의 중앙 생존기간(중앙 생존일 = 19일)과 비교하여, 소듐메타아르세나이트 단독처리군은 생존 기간의 연장 효과가 없었고, 방사선군(중앙 생존일 = 22일)은 유의적인 연장효과를 보였다. 병용처리군은 중앙 생존기간이 26일로 연장되며, 소듐메타아르세나이트와 방사선 병용처리에 의해 생존기간이 대조군 및 단독처리군에 비하여 유의적으로 연장되는 것을 확인하였다(도 6, 표 5)

Claims

유효량의 소듐 메타아르세나이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 암종의 방사선 치료를 위한 방사선 민감도 증진용 약학 조성물.
제1항에 있어서, 상기 약학 조성물은 약학적으로 허용가능한 보조제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 암종의 방사선 치료를 위한 방사선 민감도 증진용 약학 조성물.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 소듐 메타아르세나이트의 유효량은 0.0001~1500㎎/단위체중㎏/일인 것을 특징으로 하는 암종의 방사선 치료를 위한 방사선 민감도 증진용 약학 조성물.
제 1항 또는 제 2항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 약학 조성물은 경구 투약 제형으로 존재하는 것을 특징으로 하는 암종의 방사선 치료를 위한 방사선 민감도 증진용 약학 조성물.
제 5항에 있어서, 상기 경구 투약 제형은 정제, 캡슐, 분말, 및 약학적으로 허용 가능한 담체, 희석제 또는 부형제를 함유하는 용액인 것을 특징으로 하는 암종의 방사선 치료를 위한 방사선 민감도 증진용 약학 조성물.
제 1항 또는 제 2항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 약학 조성물의 투약은 장관외 투약, 국소 투약, 진피 투약, 종양내 직접 투약 또는 삽입 장치를 통한 투약에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 암종의 방사선 치료를 위한 방사선 민감도 증진용 약학 조성물.