KR101324772B1

KR101324772B1 - 약물의 제어 전달이 가능한 식도 스텐트 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101324772B1
Application number: KR1020110049223A
Authority: KR
Inventors: 최영빈; 박천권
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2013-11-06
Also published as: KR20120131250A

Abstract

본 발명은 약물의 제어 전달이 가능한 식도 스텐트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기방사 방법을 이용하여 식도 스텐트를 약물이 탑재된 생체적합성 고분자로 증착시킨 약물의 제어 전달이 가능한 식도 스텐트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

약물의 제어 전달이 가능한 식도 스텐트 및 이의 제조방법{An esophageal stent for controlled delivery of a drug and a preparation method thereof}

식도암은 발병 후 5 년 생존율이 10 % 미만인 세계에서 6번째로 가장 흔하게 발병하는 악성 종양으로 알려져 있으며(W.J. Blot, Semin . Oncol ., 21, 403 (1994)), 2009년 미국에서만 15,000 명의 암 사망자를 초래하였고 세계적으로는 300,000 명의 사망자를 초래하였다(A. Jemal, et al., CA Cancer J. Clin ., 59, 225 (2009)). 식도 종양의 외과적 제거가 치료 방법으로서 이용될 수 있지만, 너무 늦은 종양 발견과 절제가 불가능한 암의 조기 장벽외 확산 또는 식도암의 진단시 방사선으로 식별가능한 전이로 인하여 식도암 환자의 단지 50 %만이 외과적 제거 방법을 이용할 수 있다(J. Muller, et al., Br . J. Surg ., 77, 845-857 (1990); P. Enzinger and R. Mayer, N. Engl . J. Med ., 349, 2241 (2003)). 그러므로, 나머지 50%의 환자들에 대한 치료는 주로 스텐트를 이용하여 폐쇄된 식도를 기계적으로 개방하여 줌으로써 음식물 섭취가 가능하게 하고 이로써 삶의 질을 증진시키는, 연하 곤란 및 연하통의 일시적 완화 치료에 중점을 둔다.

금속, 플라스틱 또는 생흡수성 고분자로 제조된, 다양한 종류의 식도 스텐트가 기술 개발되어 왔으며(M. Sundelof, et al., Scand . J. Gastroenterol ., 42, 11-16 (2007); D. Xinopoulos, et al., Dis . Esophagus, 22, 354-360 (2009); J. Ellul, et al., Br . J. Surg ., 82, 1678-1681 (1995); R.C. Eberhart, et al., J. Biomater. Sci . Polym . Ed ., 14, 299-312 (2003)), 이들 중 다수가 이미 연하 곤란을 경감시키기 위하여 임상적으로 사용되고 있다(M. Sundelof, et al., Scand . J. Gastroenterol., 42, 11-16 (2007); D. Xinopoulos, et al., Dis . Esophagus, 22, 354-360 (2009)). 이러한 스텐트들은 삽입의 용이성 및 과도한 식도 팽창 배제를 위하여 우수한 기계적 유연성을 가지도록 설계된다(M. Sundelof, et al., Scand . J. Gastroenterol ., 42, 11-16 (2007); J. Ellul, et al., Br . J. Surg ., 82, 1678-1681 (1995)). 그러나, 대부분의 경우, 식도 스텐트는 스텐트 주변 종양의 급속한 성장으로 인한 재폐색이 일어나고 이로 인하여 치료 유효 수명이 짧아지게 되어, 스텐트 교체를 위한 다수의 대수술이 필요하다(M. Sundelof, et al., Scand . J. Gastroenterol ., 42, 11-16 (2007); D. Xinopoulos, et al., Dis . Esophagus, 22, 354-360 (2009)).

이러한 점에서, 항암제의 국부적이고 지속적인 전달이 식도 스텐트 주변의 종양 성장을 억제하는데 유리할 것이다. 이러한 시스템에서, 약물은 특히 식도 내 암 조직으로 방출되어, 불필요한 고도의 전신 약물 노출없이 장기간 동안 스텐트 주변의 효과적인 약물 생체이용률을 얻을 수 있게 될 것이다. 그러나, 혈관 스텐트와 같은 다른 종류의 약물 용출 스텐트와 달리, 항암제의 전달이 가능한 식도 스텐트는 널리 연구되고 있지 않다(R. Tung, et al., Ann . Intern . Med ., 144, 913 (2006); G. Nakazawa, et al., Expert . Rev . Med . Devices, 6, 33-42 (2009)).

최근, 식도 스텐트에 항암제를 위한 전달 매질로서 에틸렌-비닐 아세테이트 (EVA) 및 실리콘과 같은 생체적합성 고분자로 코팅하여(S. Jeon, et al., Endoscopy, 41, 449 (2009); Q. Guo, S. Guo, and Z. Wang, J. Control . Release ., 118, 318-324 (2007); S.R. Guo, et al., J. Pharm . Sci ., 99, 3009-3018 (2010)), 장기간 동안 지속적인 패턴으로 약물을 방출할 수 있도록 하여, 작용 부위 근처에서의 높은 약물 생체이용률을 달성함으로써, 재발협착증을 완화하였다. 이러한 잠재적인 이점에도 불구하고, 상기에서 언급한 스텐트에 사용된 코팅 공정은, 개별적인 약물 전달 층 각각의 별도 제작과 생성된 층과 스텐트의 조립으로 구성된 다단계 과정이기 때문에, 여전히 개선의 여지가 있다. 예를 들어, 약물 탑재 실리콘 층으로 코팅된 스텐트의 경우, 상기 층을 스텐트 형상의 지그 상으로 개별적으로 제조하고, 이를 지그로부터 분리한 다음 스텐트와 조립하여 결합시켜야 한다(S. Jeon, et al., Endoscopy, 41, 449 (2009)). 또한, EVA-코팅된 스텐트도 개별적으로 제조된 약물 동봉 고분자 층을 스텐트와 조립하는 것이 필요하고, 이들의 결합을 위하여 열과 압력을 가하여야 한다(Q. Guo, S. Guo, and Z. Wang, J. Control . Release ., 118, 318-324 (2007); S.R. Guo, et al., J. Pharm . Sci ., 99, 3009-3018 (2010)). 특히 조립 과정을 위하여는, 스텐트 상에 상기 층을 적절히 배열하고 결합시키기 위한 수작업이 필요할 수 있다.

이러한 배경 하에서, 본 발명자들은 전기방사 방법을 이용하여 식도 스텐트를 약물이 탑재된 생체적합성 고분자로 용이하게 증착, 즉 코팅함으로써 약물의 제어 전달이 가능한 식도 스텐트를 제조할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 약물의 제어 전달이 가능한 식도 스텐트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 약물의 제어 전달이 가능한 식도 스텐트의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은

식도 스텐트;

상기 식도 스텐트 외부 표면에 전기방사법으로 증착된 제1 생분해성 고분자 층;

상기 제1 생분해성 고분자층 상에 전기방사법으로 증착된 약물이 탑재된 제2 생분해성 고분자층; 및

상기 제2 생분해성 고분자층 상에 전기방사법으로 증착된 제3 생분해성 고분자층을 포함하는, 약물의 제어 전달이 가능한 식도 스텐트를 제공한다.

본 발명에서 용어 '식도 스텐트'는 폐쇄된 식도를 기계적으로 개방하여 줌으로써 음식물 섭취를 가능하게 하고 연하 곤란 및 연하통을 완화시키기 위하여 식도 내에 삽입하는 스텐트를 의미한다.

종래 식도 스텐트는 스텐트 주변 종양의 급속한 성장으로 인한 재폐색이 일어나고 이로 인하여 치료 유효 수명이 짧아지게 되어, 스텐트 교체를 위한 다수의 대수술이 필요하다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 식도 스텐트를 항암제 등과 같은 약물이 탑재된 생체적합성 고분자로 코팅하여 장기간 동안 지속적인 패턴으로 약물을 방출할 수 있도록 제조한 식도 스텐트가 제공된 바 있다.

그러나, 상기에서 언급한 스텐트에 사용된 코팅 공정을 위하여는 개별적인 약물 전달 층 각각의 별도 제작과 생성된 층과 스텐트의 조립으로 구성된 다단계 과정이 필요하여 제조가 복잡하고 불편하다는 단점이 있다(S. Jeon, et al., Endoscopy, 41, 449 (2009)). 또한, 상기 조립을 위해 별도의 열과 압력을 가하여야 하기 때문에 고분자 층의 변성을 초래할 수 있다는 단점도 있다(Q. Guo, S. Guo, and Z. Wang, J. Control . Release ., 118, 318-324 (2007); S.R. Guo, et al., J. Pharm . Sci ., 99, 3009-3018 (2010)).

본 발명은 상기에서 언급한 종래 식도 스텐트의 단점들을 극복할 수 있는 것으로, 식도 스텐트의 표면에 전기방사 방법으로, 약물이 탑재되지 않은 생분해성 고분자 층, 약물이 탑재된 생분해성 고분자 층, 및 약물이 탑재되지 않은 생분해성 고분자 층으로 구성된 다층 구조의 고분자 층을 순차적으로 증착시킴으로써 약물과 고분자 용액의 단순한 전기방사를 통해 어떠한 추가적인 과정 없이 스텐트 상부에 코팅층을 직접 증착시킬 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 약물 탑재 고분자의 나노섬유는 건조 형태로 대부분 증착되므로, 이로 인하여 용매 제거를 위한 시간을 줄일 수도 있다.

본 발명에서, 상기 약물은 항암제 또는 조직 반응(tissue response)을 줄이기 위한 약물일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서, 상기 항암제는 5-FU일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서, 상기 조직 반응을 줄이기 위한 약물은 파클리탁셀일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서, 상기 생분해성 고분자는 폴리(락틱-코-글리콜산), 폴리락타이드 (Polylactide, PLA), 폴리글라이콜라이드 (Polyglycolide, PGA), 폴리카프로락톤 (Polycaprolactone, PCL) 등일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서, 상기 제1 생분해성 고분자 층과 제3 생분해성 고분자 층은, 이들 사이에 위치한 제2 생분해성 고분자 층에 탑재된 약물의 초기대량확산을 방지하는 방지벽으로서의 역할을 한다.

본 발명에서는 상기 제1 생분해성 고분자 층과 제3 생분해성 고분자 층의 두께를 조절함으로써 약물 방출 거동을 제어할 수 있다. 특히, 상기 제1 생분해성 고분자 층과 제3 생분해성 고분자 층의 두께를 더욱 두껍게 함으로써 약물의 방출을 더욱 장기간 동안 지연시킬 수 있다는 특징을 갖는다.

또한, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 약물의 제어 전달이 가능한 식도 스텐트의 제조방법을 제공한다.

1) 식도 스텐트의 표면에 전기방사법으로 제1 생분해성 고분자 층을 형성시키는 단계;

2) 상기 제1 생분해성 고분자 층 상에 전기방사법으로 약물이 탑재된 제2 생분해성 고분자 층을 형성시키는 단계; 및

3) 상기 약물이 탑재된 제2 생분해성 고분자 층 상에 전기방사법으로 제3 생분해성 고분자 층을 추가로 형성시키는 단계.

상기 단계 1)은, 식도 스텐트의 표면에 전기방사법으로 제1 생분해성 고분자 층을 형성시키는 단계로서, 식도 스텐트의 표면에 약물 확산 방지벽으로서의 역할을 하는 약물이 탑재되지 않은 제1 생분해성 고분자 층을 전기방사 방법으로 증착시키는 단계이다.

상기 단계 2)는, 상기 제1 생분해성 고분자 층 상에 전기방사법으로 약물이 탑재된 제2 생분해성 고분자 층을 형성시키는 단계로서, 상기 약물이 탑재되지 않은 제1 생분해성 고분자 층의 상부에, 제어 방출을 원하는 약물이 탑재된 제2 생분해성 고분자 층을 전기방사 방법으로 증착시키는 단계이다.

상기 단계 3)은, 상기 약물이 탑재된 제2 생분해성 고분자 층 상에 전기방사법으로 제3 생분해성 고분자 층을 추가로 형성시키는 단계로서, 상기 약물이 탑재된 제2 생분해성 고분자 층의 상부에 약물 확산 방지벽으로서의 역할을 하는 약물이 탑재되지 않은 제3 생분해성 고분자 층을 전기방사 방법으로 추가 증착시키는 단계이다.

사용 가능한 약물 및 생분해성 고분자의 종류는 상기 식도 스텐트에 대한 설명과 같다.

또한, 상기 고분자 층의 형성 방법 또한 상기 식도 스텐트에 대한 설명에서 언급한 전기방사를 이용할 수 있다.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명자들은 고분자 코팅층과 모델 항암 약물로서 각각 폴리(락틱-코-글리콜산) (PLGA)과 5-플루오로우라실 (5-FU)을 사용하여, 전기방사 방법으로 식도 스텐트를 코팅하였다. 5-FU는 기도소화관 및 식도관의 암 치료에 널리 사용되는 것으로, DNA 복제 및 복구에 필요한 뉴클레오티드 합성 효소인 티미딜레이트 신타아제를 억제하여 세포 주기 정지 및 세포사를 야기하는 것으로 알려져 있다(D. Longley, D. Harkin, and P. Johnston, Nat . Rev . Cancer, 3, 330-338 (2003)). PLGA는 체내에서 흔히 발견되는 대사산물인 유산과 글리콜산으로 분해되는 고도의 생체적합성을 갖는 것으로 알려져 있다(X.S. Wu, Encyclopedic handbook of biomaterials and bioengineering, 1015-1054 (1995)).

본 발명자들은 식도 스텐트를 약물 탑재 PLGA 나노섬유 (DPN), 또는 PLGA 나노섬유만으로, 즉 약물이 없는 PLGA 나노섬유 (PN)로 이루어지는 3 개의 다른 층으로 코팅하였다. 이에 따라, 스텐트는 DPN 층만으로 코팅되거나, 약물 방출을 더욱 잘 제어하기 위하여 상기 DPN 층 상에 PN 층을 추가적으로 코팅하였다. 본 발명자들은 PN 층의 코팅 시간을 0 분, 60 분 및 90 분으로 변화시켜 3 개의 달리 코팅된 스텐트 (즉, 각각 DPNS1, DPNS2 및 DPNS3)를 제조하였다. 스텐트 상에 DPN 층만이 코팅된 DPNS1의 경우, PLGA 나노섬유 자체가 약물 방출을 지속시키는 방지벽 물질로서의 역할을 한다. 그러나, DPNS2 및 DPNS3의 경우, DPN 층상의 PN 층은 추가적인 속도 제한 벽으로서의 역할을 하여, 약물 방출 프로파일을 PN 층의 두께에 따라 다양하게 변화시킬 수 있다.

식도 스텐트는 암 조직에 의해 막힌 식도를 기계적으로 개방하여 음식물 섭취를 가능하게 할 뿐만 아니라 환자의 삶의 질을 개선하기 위하여 임상적으로 사용하도록 허가된 것이다 (M. Sundelof, et al., Scand . J. Gastroenterol ., 42, 11-16 (2007); D. Xinopoulos, et al., Dis . Esophagus, 22, 354-360 (2009)). 이러한 목적을 위하여 다양한 종류의 식도 스텐트들이 개발되어 왔으나, 이들 중 대부분은 여전히 스텐트 주변의 종양의 급속한 성장으로 인한 재폐색 문제를 갖는다. 이는 스텐트의 유효 수명을 감소시켜 스텐트 교체를 위한 다수회의 대수술을 필요하게 한다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 스텐트의 표면을 에틸렌-비닐 아세테이트 (EVA) 및 실리콘과 같은 생체적합성 고분자로 코팅함으로써 항암 약물의 국부 전달이 가능한 식도 스텐트들이 개발되어 왔다 (S. Jeon, et al., Endoscopy, 41, 449 (2009); Q. Guo, S. Guo, and Z. Wang, J. Control . Release ., 118, 318-324 (2007); S.R. Guo, et al., J. Pharm . Sci ., 99, 3009-3018 (2010)). 이러한 고분자 코팅층에 항암 약물을 탑재하여, 약물이 장기간에 걸쳐 지속적인 방식으로 방출될 수 있게 하여, 스텐트 주변에 높은 약물 생체이용률을 제공하고, 이에 따라 재협착을 완화시켰다. 그러나, 이러한 식도 스텐트의 경우 개별적인 약물 전달 층 각각의 별도 제작과 생성된 층과 스텐트의 조립으로 구성된 다단계 과정이기 때문에, 제작이 불편하고 공정이 복잡하다는 단점이 있다.

본 발명에서는 이러한 제작상의 불편함과 복잡함을 개선하기 위하여, 스텐트의 상부에, 5-FU와 같은 항암 약물이 지속적인 방식으로 방출되도록 탑재된, PLGA와 같은 생체적합성 고분자의 나노섬유 층을 제조하기 위하여 전기방사 방법으로 스텐트를 코팅하였다 (도 1). 상기 코팅층에, 약물이 분자적 수준으로 균질하게 분포하는 것으로 나타났으며 (도 3), 이로써 층 내의 결정화된 약물 미립자에 의해 야기될 수 있는, 항암 약물인 5-FU의 국부적 독성이 발생할 가능성이 거의 없을 것임을 알 수 있었다. 완전한 약물 방출 후에, PLGA 나노섬유 층은 체내에서 흔히 발견되는 대사 산물인 유산 및 글리콜산으로 생분해되어 결국에는 사라져야만 한다 (도 5).

그러나, 고분자와 약물로 구성된 이러한 단일 층으로 (즉, DPN으로만) 코팅된 스텐트는 비교적 짧은 단지 6 일 동안의 약물 방출 기간을 갖는 제한이 있었다 (DPNS1). 그러므로, 추가로 약물 방출을 제어하기 위하여, 본 발명자들은 약물 탑재 고분자로 이루어진 나노섬유 층(즉, DPN) 및 고분자만으로 이루어진 나노섬유 층 (즉, PN)의 다층 나노섬유로 스텐트를 코팅하였다. 본 발명에서는, DPN 층을 둘러싸는 PN 층을 추가 확산 방지벽으로서 추가하였다. 이에 따라, DPN 층이 2 개의 구별되는 PN 층들 사이에 위치하였다. 결과적으로, 약물 방출이 PN 층의 두께가 증가함에 따라 21 일까지 더욱 연장될 수 있었다 (DPNS3) (도 6). 스텐트 삽입 후 식도 암 환자의 중간 생존 기간이 약 100 일임을 감안할 때(E.M.L. Verschuur, et al., Am . J. Gastroenterol ., 103, 304-312 (2008)), 약물 방출의 기간은 보다 더 저항력이 있는 확산 방지벽으로서 단순히 PN 층의 두께를 변화시킴으로써 최적화시킬 수 있을 것으로 기대되었다.

본 발명에서 식도 스텐트를 코팅하기 위하여 사용한 전기방사 방법은 단순한 제작 과정을 갖는 이점이 있다. 이전에, 약물 전달 층으로 스텐트를 코팅하기 위하여는, 각각의 코팅층을 별도로 제작한 다음, 이들의 부착을 위하여 용매 또는 열을 사용하여, 이들을 스텐트에 수작업으로 조립시켰다. 그러나, 전기방사 방법을 이용함으로써, 약물 탑재 고분자의 나노섬유를 약물 전달이 가능한 층을 형성시키기 위하여 스텐트의 상부에 직접 증착시킬 수 있었다. 그러므로, 코팅된 스텐트의 제작을 위하여, 전기방사를 위한 약물 및 고분자의 용액을 제조하기 위해 사용된 용매의 완전한 증발을 제외하고, 추가의 임의 과정이 필요하지 않았다. 그러나, 일반적으로 전기방사에 의해 생성된 나노섬유의 경우 다량의 잔여 용매를 함유하지 않으므로 건조 시간 또한 짧을 것으로 기대된다. 또한, 대면적의 나노섬유 층이 전기방사 방법으로 효과적으로 제작될 수 있어, 한 번에 다수의 스텐트를 코팅하는 대량 생산에 유리할 수 있다. 이러한 방식으로, 더 장기화된 약물 방출을 위해 사용하기 위한 더욱 두꺼운 PN 층이 단순히 PN 나노섬유를 더욱 오래 전기방사시킴으로써 얻어질 수 있다.

본 발명에서 제조한 코팅층은, 식도 스텐트의 실제 사용을 위해 요구되는, 보다 더 우수한 기계적 유연성을 제공하기 위하여 보다 더 개선될 필요가 있다. 예를 들어, 스텐트는 삽입을 위하여 수축된 다음, 식도 내에 배치된 후 완전히 팽창될 필요가 있다 (E. Verschuur, et al., Am . J. Gastroenterol ., 103, 304 (2008)). 또한, 스텐트는 일반적으로 식도의 연동으로 인한 반복적인 기계적 응력 하에 있다 (K.T. Patton and G.A. Thibodeau, ANATOMY & PHYSIOLOGY, Elsevier - Health Sciences Division, 2009). 그러므로, 보다 더 허용 가능하도록, 상기 코팅층이 탄성체와 같은 보다 더 유연한 고분자로 이루어질 필요가 있을 수 있다 (R. Shi, et al., Int J Mol Sci, 10, 4223 (2009)). PLGA 코팅층에 보다 더 유연성을 주기 위하여 폴리우레탄 및 폴리 (락틱-코-ε-카프로락톤)과 같은 가소제를 함께 병용하는 것이 또한 도움이 될 수 있다 (Y. Hong, et al., Biomacromolecules ., 9, 1200-1207 (2008); L. Wang, et al., J. Polym . Res ., 17, 77-82 (2010)).

요약하면, 식도 암 환자에서 대부분 발견되는 악성 연하 곤란 및 연하통을 경감시키기 위한 경감 치료를 위해 임상적으로 사용이 허가되어온, 식도 스텐트 상에 이전에 사용되었던 조립 공정에 비해 더욱 단순한 방식인 전기방사 방법으로 항암 약물인 5-FU를 함유하는 생체적합성 고분자인 PLGA의 나노섬유층을 코팅시킴으로써 약물 방출이 지연된 약물 전달 식도 스텐트를 제공할 수 있었다.

구체적으로, 본 발명에서는 스텐트 상부에 먼저 PLGA 만으로 구성된 나노섬유 층 (PN)을 전기방사시키고 상기 PN 층 상에 약물 탑재 나노섬유 층 (DPN)을 전기방사시킨 다음 다시 PLGA 만으로 구성된 나노섬유 층 (PN)을 전기방사시킴으로써 2개의 구별되는 PN 층 사이에 DPN 층이 위치한 구조의 다수 층으로 이루어진 코팅층이 증착된 스텐트를 제공할 수 있었다.

본 발명의 약물 탑재 나노섬유 층 (DPN)으로 코팅된 스텐트는 약물 방출을 지연시켰고 상기 약물 방출의 기간은, 보다 더 저항력이 있는 확산 방지벽으로서, DPN 층을 둘러싸는 PLGA 만으로 구성된 나노섬유 층 (PN)을 추가함으로써 더욱 지연될 수 있었다. 70 ㎛ 두께의 DPN 층으로 코팅된 스텐트는 6 일 동안 약물을 방출할 수 있었으며, 이는 122 ㎛ 및 192 ㎛ 두께의 PN 층이 상기 DPN 층의 상부 및 하부에 각각 증착되었을 때 21 일까지 연장될 수 있었다. 이에 따라 단순히 전기방사를 통해 더욱 두꺼운 PN 층을 증착시킴으로써 더욱 연장된 약물 방출 기간을 구현할 수 있을 것임을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명의 약물 전달 식도 스텐트가 식도 암 환자의 연하 곤란을 장기간 동안 치료하는데 잠재적인 가능성을 가짐을 확인할 수 있었다.

본 발명은 식도 스텐트의 표면에 전기방사 방법으로, 약물이 탑재되지 않은 생분해성 고분자 층, 약물이 탑재된 생분해성 고분자 층, 및 약물이 탑재되지 않은 생분해성 고분자 층으로 구성된 다층 구조의 고분자 층을 순차적으로 증착시킴으로써 약물과 고분자 용액의 단순한 전기방사를 통해 어떠한 추가적인 과정 없이 스텐트 상부에 코팅층을 직접 증착시킬 수 있어서 보다 용이하고 단순하게 약물의 제어 전달이 가능한 식도 스텐트를 제조할 수 있다. 또한, 약물 탑재 고분자의 나노섬유가 건조 형태로 대부분 증착되므로, 이로 인하여 용매 제거를 위한 시간을 줄일 수 있다는 장점도 갖는다.

도 1은 (a) 코팅 전 식도 스텐트 및 (b) DPN으로 코팅된 식도 스텐트의 광학 이미지를 보여준다. 이때 스케일 바는 20 mm이다.
도 2는 (a) PN 및 (b) DPN의 주사 전자 현미경 사진을 보여준다. 이때 스케일 바는 50 ㎛이다.
도 3은 5-FU 분말, 미가공 PLGA, PN 및 DPN의 X-선 회절 패턴을 보여준다.
도 4는 5-FU 분말, 미가공 PLGA, PN 및 DPN의 시차 주사 열랑계의 온도 기록도이다. 이때 점선은 미가공 PLGA, PN 및 DPN의 Tg를 나타낸다.
도 5는 초기 중량 대비 분해 후 DPNS1, DPNS2 및 DPNS3의 잔여 나노섬유층의 중량 퍼센트를 나타내는 그래프이다.
도 6은 DPNS1, DPNS2 및 DPNS3으로부터의 5-FU의 시험관 내 방출 프로파일을 나타낸다.

이하, 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 효과를 보다 더 구체적으로 설명하고자 하나, 이들 실시예는 본 발명의 예시적인 기재일뿐 본 발명의 범위가 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 재료 및 방법

재료

폴리(락틱-코-글리콜산) (PLGA; 50:50; 제품 번호 LX00195-116; i.v. = 0.46 dL·g^-1)은 레이크쇼어 바이오머티리얼스사(AL, USA)로부터 입수하였다. 5-FU는 시그마사(MO, USA)로부터 구매하였다. 디클로로메탄 (DCM), 테트라히드로퓨란 (THF) 및 디메틸포름아미드 (DMF)는 JT 베이커사(NJ, USA), 대정화금 주식회사 (한국) 및 말린크로드트사(Mallinckrodt, MO, USA)로부터 각각 입수하였다. 인산염 완충 식염수 (PBS; pH 6.5)는 서울대학교 병원 의생명연구원으로부터 입수하였다. 식도 스텐트 (E02010)는 태웅 메디컬(TaeWoongMedical, 한국)로부터 증여받았다.

코팅 식도 스텐트의 제조

식도 스텐트를 전기방사 방법에 의하여 항암 약물인 5-FU가 탑재된 PLGA 나노섬유로 코팅하였다. 먼저, 600 mg PLGA 또는 600 mg PLGA 및 18 mg 5-FU의 블렌드를 DCM, THF 및 DMF (3:1:1 = v/v/v)의 2 ml 혼합 용매 중에 용해시켜 PLGA 용액, 또는 PLGA 및 5-FU 용액을 각각 얻었다(Z.M. Huang, et al., Compos . Sci . Technol ., 63, 2223-2253 (2003)). 상기 생성된 용액을 20 kV의 인가 전압, 10 cm의 방사 거리 및 0.6 ml·h^-1의 유속 조건 하에 스텐트의 상부에 전기방사하였다(Nano NC, Korea).

스텐트를 3 개의 다른 층 특성을 갖도록 코팅하여 각각 DPNS1, DPNS2 및 DPNS3을 제조하였다. DPNS1을 제조하기 위하여는, PLGA 및 5-FU 용액을 30 분 동안 전기방사하여 DPN 층만을 형성시켰다. DPNS2 및 DPNS3을 제조하기 위하여는, PLGA 용액을 먼저 각각 60 분 및 90 분 동안 전기방사한 다음, PLGA 및 5-FU 용액을 30 분 동안 전기방사하고, PLGA 용액을 다시 각각 60 분 및 90 분 동안 전기방사하였다. 이러한 방식으로, DPNS2 및 DPNS3의 경우에는 DPN 층의 상부와 하부 모두가 추가 PN 층으로 완벽하게 덮일 수 있었다.

주사 전자 현미경 ( SEM )

스텐트로부터 나노섬유 층을 5 mm×5 mm 조각으로 분리 절단한 다음, SEM 샘플 지지대에 고정시킨 후 10 분 동안 백금으로 스퍼터링 코팅하였다(208HR, Cressington Scientific, England). 그 다음 상기 시료를 SEM으로 이미징화하였다(7501F, Jeol, Japan).

X-선 회절 패턴 ( XRD )

PN 및 DPN의 결정화도를 Ni-filtered Cu-Kα방사선 (λ= 1.5418 Å)이 장착된, X-선 회절기(D/MAX RINT 2200-Ultima, Rigaku, Japan)로 조사하였다. 시료를 유리 기판 상에 증착시킨 후 각각 40 kV 및 30 mA의 관전압 및 전류에서 연속적으로 스캔하였다(S. Cho and H. Lee, Macromol . Res ., 11, 183-188 (2003)). 또한 5-FU 및 미가공 PLGA를 대조구로서 분석하였다.

열 분석

시차주사열량계 (DSC, DSC2901, TA instruments, DE, USA)를 이용하여 PN 및 DPN의 열 특성을 분석하였다. PN 또는 DPN 층의 조각 (각 7.5 mg)을 질소 가스 흐름 하에 밀폐 팬 내에 배치하였다. 상기 팬 내의 온도를 5 ℃·min^-1의 속도로 0 ℃로부터 150 ℃까지 상승시킨 다음, 동일한 속도로 냉각시켰다. 이러한 주기를 재현성을 확인하기 위하여 5회 반복하였다.

약물 함량 측정

각각 스텐트로부터 분리해 낸, DPNS1, DPNS2 및 DPNS3 상의 코팅 층을 1 cm × 1 cm 조각으로 절단한 다음 1 ml DCM 중에 완전하게 용해시켰다. 그 후, 14 ml의 인산염 완충 식염수 (pH 6.5)를 상기 용액에 첨가하고, 5 분 동안 80 W로 초음파 처리한 후(Model 500 Digital Sonic Dismembrator, Fisher Scientific, PA, USA), 20 ℃에서 30 분 동안 4,800 rpm으로 원심분리시켰다 (Allegra 21R, Beckman, CA, USA). 상청액을 취하고, 이를 Zorbax® C18 컬럼 (4.5 mm × 25 mm, 5 ㎛; Agilent Technologies, CA, USA)을 이용하여 고성능 액체 크로마토그래피 (HPLC, Agilent 1100 series, Agilent Technologies, CA, USA)로 분석하였다. 이동상을 0.02 M 인산 수용액과 메탄올 (98:2; v/v)을 혼합하여 제조하였다. 유속과 주입 부피는 각각 0.8 ml·min^-1 및 10 ㎕이었다. 컬럼 온도는 20 ℃로 유지하고 UV 흡광도를 265 nm에서 측정하였다.

시험관 내 분해 분석

시험관 내 분해 프로파일을 조사하기 위하여, 각각 스텐트로부터 분리해 낸, DPNS1, DPNS2 및 DPNS3의 코팅 층을 1 cm × 1 cm 조각으로 절단하고 이들의 초기 중량을 측정하였다. 그 다음 각각의 시료를 pH 6.5로 완충된 2 ml 수성 배지에 넣어 3 주 동안 37 ℃에서 배양하였다. 계획된 간격으로, 시료를 취하여, 초순수로 완전하게 세척하고, 2일 이상 동안 동결 건조시켰다. 결과적으로 얻은 시료의 중량을 측정하고 이들의 초기 중량과 비교하였다.

시험관 내 약물 방출 테스트

각각 스텐트로부터 분리해 낸, DPNS1, DPNS2 및 DPNS3의 코팅 층을 1 cm × 1 cm 조각으로 절단한 다음, 이들을 37 ℃에서 pH 6.5로 완충된 수성 배지에 침지시켰다. 방출 배지를 계획된 간격으로 분취하여 시료화한 뒤 상기에서 기술한 HPLC로 분석하였다. 실험들은 통계를 위하여 3회 반복하여 수행하였다.

실시예 2: 코팅된 식도 스텐트의 특성 조사

본 실시예에서는 식도 주변의 국부적이고 지속적인 항암제 전달에 대한 이들의 잠재적인 이용을 위하여 약물 탑재 고분자 층으로 스텐트를 코팅하였다. 이러한 목적을 위하여, 본 발명자들은 장벽 물질과 모델 항암 약물로서 각각 PLGA 및 5-FU를 이용하여 전기방사함으로써 스텐트의 상부에 나노섬유층을 증착시켰다. 도 1은 코팅 전후의 식도 스텐트의 광학 이미지를 보여준다. 본 실시예에서 사용한 스텐트 (E0210, Taewoong Medical, Korea)는 삽입의 용이성을 위하여 기계적 유연성을 주기 위하여 니티놀 와이어로 짰다. 플랜지는 스텐트 이동을 피하기 위하여 근단 및 원단 모두에 형성되었으며(C. Shim, et al., Endoscopy, 33, 843-848 (2001)), 28 mm의 직경 및 15 mm의 길이였다. 스텐트의 몸체 부분은 20 mm의 직경 및 70 mm의 길이였다. 도 1(b)는 5-FU로 탑재된 PLGA의 나노섬유 층으로 코팅된 스텐트 (즉, DPNS1)의 대표적인 이미지이며, 이는 상기 스텐트가 본 실시예에서 사용한 전기방사 방법으로 고르게 코팅될 수 있음을 보여준다. 도 2에서 보여주듯이, 5-FU의 존재 여부와 상관없이 PLGA의 전기방사 층은 명백한 나노섬유 구조를 나타내었다.

약물 방출을 제어하기 위하여, 본 실시예에서는 3 개의 다른 종류의 나노섬유 층으로 스텐트를 코팅하여 각각 DPNS1, DPNS2 및 DPNS3를 얻었다 (표 1). DPNS1은 PLGA 및 5-FU의 용액으로 전기방사함으로써 스텐트를 DPN 층 (즉, PLGA 및 약물을 갖는 층)으로만 코팅하여 제조하였다. DPNS2 및 DPNS3의 경우, PLGA 용액을 먼저 전기방사하여 스텐트를 PN 층 (즉, PLGA 만을 갖는 층)으로 코팅한 후, 그 상부에 DPN 층을 코팅한 다음, PN 층을 다시 상기 DPN 층의 상부에 코팅하였다. 이러한 방식으로, DPNS2 및 DPNS3의 경우 DPN 층 주변에 추가의 확산 방지벽을 형성시킬 수 있었다. 각각의 층의 코팅 시간은, DPNS1, DPNS2 및 DPNS3의 경우 각각 0 min PN; 30 min DPN; 0 min PN, 60 min PN; 30 min DPN; 60 min PN, 및 90 min PN; 60 min DPN; 90 min PN 이었다. 생성된 층의 평균 두께는, DPNS1, DPNS2 및 DPNS3의 경우 각각 0 ㎛ PN; 70 ㎛ DPN; 0 ㎛ PN, 134 ㎛ PN; 54 ㎛ DPN; 98 ㎛ PN, 및 192 ㎛ PN; 47 ㎛ DPN; 및 122 ㎛ PN 이었다 (표 1).

특히, DPN 층이 모든 스텐트에 대해 동일한 시간 동안 (30 min) 증착되었음에도 불구하고, 스텐트 상부의 내부 PN 층의 두께가 증가함에 따라 DPN 층의 두께는 감소하였다. 이는 스텐트 상에 먼저 증착된 PN 층에 의해 형성된 전기 절연 때문인 것으로(C. Berkland, D.W. Pack, and K. Kim, Biomaterials, 25, 5649-5658 (2004)), PN 층의 두께가 증가함에 따라 전기장 강도가 감소하는 것으로 나타났다. 동일한 이유로, DPN 층의 상부에 증착된 외부 PN 층은 비록 양쪽 PN 층이 동일한 시간 동안 전기방사되었음에도 불구하고 스텐트 상부에 처음 증착된 내부 PN 층보다 더 얇았다 (표 1).

층 종류	층 조성^a	두께 (㎛)
DPNS1	PN (내부)	0 ± 0.0
	DPN (중간)	70 ± 1.6
	PN (외부)	0 ± 0.0
DPNS2	PN (내부)	134 ± 1.0
	DPN (중간)	54 ± 0.7
	PN (외부)	98 ± 1.0
DPNS3	PN (내부)	192 ± 1.1
	DPN (중간)	47 ± 0.7
	PN (외부)	122 ± 0.6
[주] 값들은 평균 ± 표준편차임. a: 내부 PN 층은 스텐트에 상부에 위치하며 외부 층은 PN, DPN 및 PN의 3 개의 층 외부에 위치함. DPN 층은 2 개의 구별되는 PN 층들 사이에 위치함.

실시예 3: 코팅층의 특성 조사

도 3은 5-FU, 미가공 PLGA, PN 및 DPN의 XRD 패턴을 보여준다. 5-FU는 2θ = 28°에서 결정 피크를 나타낸 반면, 미가공 PLGA 및 PN은 결정 피크가 없는 비결정질이었다 (S. Cho and H. Lee, Macromol . Res ., 11, 183-188 (2003); K. Dillen, et al., Int . J. Pharm., 275, 171-187 (2004)). 그러나, 5-FU의 존재에도 불구하고, DPN은 XRD 피크를 보이지 않아, 이로써 5-FU 분자들이 분명한 결정 구조를 형성하지 않고 DPN 층 내에 균질하게 분포되었음을 알 수 있었다. 도 4는 5-FU, 미가공 PLGA, PN 및 DPN의 DSC 분석 결과를 보여준다. 미가공 PLGA의 T_g는 48.1 ℃에서 얻어졌으며, 이는 PN에서 38.2 ℃로 낮아졌다. T_g의 감소는 가소제로서 공기가 충진된 PLGA 나노섬유 층의 큰 비표면적에 의한 것일 수 있다 (X. Zong, et al., Polymer, 43, 4403-4412 (2002)). T_g는 PN과 비교해 DPN에서는 크게 변화하지 않고 다만 36.8 ℃로 약간 낮아졌으며, 이는 5-FU가 존재하기 때문인 것으로 보였다.

표 2에 DPNS1, DPNS2 및 DPNS3의 각 코팅 층의 cm² 당 5-FU의 탑재량을 나타내었다. 약물 탑재량은 추가 PN 층의 두께가 증가함에 따라 감소하였으며, 이는 DPN 층의 두께가 PN 층이 존재함에 따라 감소하기 때문인 것으로 보였다. 상기에서 기술한 바와 같이, PN 층의 추가가 전기장 강도의 감소를 야기하는 절연 효과를 유도함에 따라, 전기방사된 DPN 나노섬유의 총량이 감소하였다. 따라서, 5-FU의 평균 탑재량은 DPNS1, DPNS2 및 DPNS3에 대하여 각각 cm² 당 15.66 ㎍, 12.42 ㎍ 및 10.62 ㎍이었다. 동일한 두께의 DPN 층이 전기방사되어지는 것으로 가정했을 때, 표 2의 가장 오른쪽 컬럼에서 나타내듯이, cm² 당 약물량은 모든 코팅된 스텐트에서 거의 다르지 않아야만 한다.

층 종류	DPN의 두께 (㎛)	약물량 (cm² 당 ㎍)	약물량^a (cm² 당 ㎍)
DPNS1	70 ± 1.6	15.66 ± 0.76	15.66
DPNS2	54 ± 0.7	12.42 ± 0.29	16.10
DPNS3	47 ± 0.7	10.62 ± 0.27	15.82
[주] 값들은 평균 ± 표준편차임. a: 전기방사된 DPN 층의 동일한 두께(70 ㎛)를 가정하여, cm² 당 약물량을 계산함.

실시예 4: 코팅층의 시험관 내 분해 조사

본 실시예에서는 식도에서의 생리액을 모방하는, pH 6.5의 수성 배지 내에 침지시킨 후 잔여량의 변화를 측정함으로써 DPNS1, DPNS2 및 DPNS3 유래의 나노섬유 층의 시험관 내 분해 거동을 조사하였다(N. Washington, C. Washington, and C. Wilson, Physiological pharmaceutics : barriers to drug absorption, CRC Press, 2001). 도 5는 본 발명에서 제조한 각각의 스텐트 유래의 코팅층의 잔여량 퍼센트를 보여주는 것이며, 이들 모두는 이들의 잔여량에 있어 명백한 감소를 나타내었다. DPNS1 층의 분해는 특히 처음 2 일 동안 DPNS2 및 DPNS3 층에 비해 비교적 더욱 빠른 것으로 나타났으며, 이는 DPN 층을 통한 급속한 약물 방출로 인하여 층에 기공이 남게 되어 주변 배지와 접촉하는 표면적이 커지게 되기 때문인 것으로 보였다. 다른 한편으로, DPNS2 및 DPNS3에서는 추가 PN 층이 이러한 급속한 기공 형성을 방지하는 것으로 보였으며, 이로 인하여 비교적 더 천천히 분해되었다. 침지 21 일 후에, 잔여량은 DPNS1, DPNS2 및 DPNS3에 대하여 각각 62 %, 68 % 및 68 %까지 감소하였다.

실시예 5: 시험관 내 약물 방출 프로파일 조사

본 실시예에서는 각각 DPNS1, DPNS2 및 DPNS3으로부터 분리해낸 코팅층을 이용하여 5-FU의 시험관 내 방출 프로파일을 조사하였다. 도 6에서 보여주듯이, 약 70 %의 약물이 첫 날 동안 DPNS1 층으로부터 방출되었으며, 6 일째에 약물 방출이 완료되었다. 이러한 급속한 방출은, 수성 배지 중에서 고도로 용해 가능한 것으로 알려져 있는(~12.5 mg·ml^-1), 5-FU의 친수 특성으로 인한 것일 수 있다 (A. Gennaro and A. Osol, Mack Publishing Company, 1975). 그러므로, 약물 방출을 지연시키기 위하여, 추가 확산 방지벽으로서 PN 층을 추가하였다. 그 결과로서, DPNS2 및 DPNS3의 층들은 6 일째에도 약물 방출을 지속하였고, 여전히 상기 층들 내에 약 11.3 % 및 21.7 %의 잔여 약물을 각각 함유하고 있었으며, 이에 따라 약물 방출은 또한 PN 층의 두께가 증가함에 따라 더욱 지속되었다. 약물 방출의 기간은 DPNS2 및 DPNS3에 대하여 각각 15 일 및 21 일까지 연장되었다.

Claims

식도 스텐트;
상기 식도 스텐트 외부 표면에 전기방사법으로 증착된 제1 생분해성 고분자 층;
상기 제1 생분해성 고분자층 상에 전기방사법으로 증착된 약물이 탑재된 제2 생분해성 고분자층; 및
상기 제2 생분해성 고분자층 상에 전기방사법으로 증착된 제3 생분해성 고분자층을 포함하는, 약물의 제어 전달이 가능한 식도 스텐트.
제1항에 있어서, 상기 약물은 항암제 또는 조직 반응(tissue response)을 줄이기 위한 약물인, 약물의 제어 전달이 가능한 식도 스텐트.
제2항에 있어서, 상기 항암제는 5-플루오로우라실(5-FU)인, 약물의 제어 전달이 가능한 식도 스텐트.
제2항에 있어서, 상기 조직 반응을 줄이기 위한 약물은 파클리탁셀인, 약물의 제어 전달이 가능한 식도 스텐트.
제1항에 있어서, 상기 생분해성 고분자는 폴리(락틱-코-글리콜산), 폴리락타이드 (Polylactide, PLA), 폴리글라이콜라이드 (Polyglycolide, PGA), 폴리카프로락톤 (Polycaprolactone, PCL) 또는 이의 조합인, 약물의 제어 전달이 가능한 식도 스텐트.
식도 스텐트의 표면에 전기방사법으로 제1 생분해성 고분자 층을 형성시키는 단계;
상기 제1 생분해성 고분자 층 상에 전기방사법으로 약물이 탑재된 제2 생분해성 고분자 층을 형성시키는 단계; 및
상기 약물이 탑재된 제2 생분해성 고분자 층 상에 전기방사법으로 제3 생분해성 고분자 층을 추가로 형성시키는 단계를 포함하는 약물의 제어 전달이 가능한 식도 스텐트의 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 약물은 항암제 또는 조직 반응(tissue response)을 줄이기 위한 약물인, 약물의 제어 전달이 가능한 식도 스텐트의 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 항암제는 5-플루오로우라실(5-FU)인, 약물의 제어 전달이 가능한 식도 스텐트의 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 조직 반응을 줄이기 위한 약물은 파클리탁셀인, 약물의 제어 전달이 가능한 식도 스텐트의 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 생분해성 고분자는 폴리(락틱-코-글리콜산), 폴리락타이드 (Polylactide, PLA), 폴리글라이콜라이드 (Polyglycolide, PGA), 폴리카프로락톤 (Polycaprolactone, PCL) 또는 이의 조합인, 약물의 제어 전달이 가능한 식도 스텐트의 제조방법.