KR101468306B1 - An adhesive nanoparticle comprising catechol groups grafted onto the surface thereof and uses thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 카테콜기를 포함하는 접착성 나노입자; 이의 제조방법; 상기 접착성 나노입자가 기재 상에 접착되어 있는 복합체; 및 지속적으로 약물의 제어 방출이 가능한 복합체의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to an adhesive nanoparticle comprising a catechol group; A method for producing the same; A composite in which the adhesive nanoparticles are adhered to a substrate; And a method of producing a complex capable of sustained controlled release of the drug.

Description

카테콜기가 표면에 결합되어 있는 접착성 나노입자 및 이의 용도{An adhesive nanoparticle comprising catechol groups grafted onto the surface thereof and uses thereof}An adhesive nanoparticle comprising a catechol group bonded to a surface thereof and an adhesive nanoparticle comprising grafted onto the surface thereof and uses thereof,

본 발명은 카테콜기를 포함하는 접착성 나노입자; 이의 제조방법; 상기 접착성 나노입자가 기재 상에 접착되어 있는 복합체; 및 지속적으로 약물의 제어 방출이 가능한 복합체의 제조방법을 제공한다.
The present invention relates to an adhesive nanoparticle comprising a catechol group; A method for producing the same; A composite in which the adhesive nanoparticles are adhered to a substrate; And a method of producing a complex capable of sustained controlled release of the drug.

골생성 능력을 갖는 치과용 또는 정형외과용 임플란트에서, 지속적인 성장인자 방출을 유도하기 위하여 다양한 표면 처리 접근법들이 사용되어 왔다. 성장인자를 탑재 및 방출하기 위해 생분해성 고분자인 PLGA (Poly(D,L-lactide-co-glycolide)), PDLLA (poly(D,L-lactide))의 코팅기술이 이용되고 있다. BMP-2, TGF-β 및 IGF-1을 포함하는 다양한 성장인자를 고분자 코팅 내에 탑재시킬 경우 하기와 같은 문제들이 존재한다. 첫째, 코팅 공정은 침지코팅(dip coating)으로 단백질 안정성에 해로운 영향을 줄 수 있는 유기 용매를 필요로 한다. 둘째, 코팅 용액을 임플란트 표면상에 떨어뜨리고 건조시키는 용매 코팅은 일정한 두께를 갖는 균일한 코팅층을 생성시킬 수 없다. 이에 따라, 성장인자의 계획된 제어 방출을 얻기 어렵다. 셋째, 고분자 코팅과 임플란트 표면 사이의 낮은 계면 접착으로 인해 코팅이 임플란트 표면으로부터 벗겨질 수 있다. 따라서, 안정적이고 균일하게 성장인자를 보유하면서 제어된 방식으로 상기 성장인자를 방출할 수 있는 새로운 코팅 기술을 개발할 필요성이 있다.
In dental or orthopedic implants with bone-forming ability, various surface treatment approaches have been used to induce sustained growth factor release. Coating technology of PLGA (poly (D, L-lactide-co-glycolide)) and PDLLA (poly (D, L-lactide)) as biodegradable polymers is used to mount and release growth factors. The following problems exist when various growth factors including BMP-2, TGF-? And IGF-1 are loaded in a polymer coating. First, the coating process requires an organic solvent that can adversely affect protein stability by dip coating. Second, the solvent coating that drops the coating solution onto the surface of the implant and dries can not produce a uniform coating layer having a uniform thickness. Thus, it is difficult to obtain the planned controlled release of the growth factor. Third, the coating can be stripped from the implant surface due to the low interfacial adhesion between the polymer coating and the implant surface. Therefore, there is a need to develop new coating techniques capable of releasing the growth factors in a controlled manner while retaining stable and uniform growth factors.

다양한 전달 시스템 중, 나노입자 타입 전달체는 명확하고 균일한 나노구조로 인해 계획된 방식으로 약물 또는 성장인자를 탑재 및 방출할 수 있기 때문에, 의료 기구에 있어 이상적이다. 몇몇 나노입자 시스템들이 의료 장비 상 표면 고정화를 위해 보고된 바 있다. 저 분자량 약물의 방출이 제어된 PLGA 나노입자들을 이온성 상호작용을 통해 금속 표면에 접착시킨 경우 성장인자 전달을 위해 사용될 수 없다. 이온성 상호작용이 의료 장비의 표면에 대한 나노입자의 안정적인 고정화를 보장해줄 수 없기 때문이다. 따라서, 고 분자량인 성장인자를 안전하게 담지할 수 있고 의료 장비의 표면에 안정적으로 고정화될 수 있는 나노입자 타입의 접착형 전달체의 개발이 요구되고 있다.
Of the various delivery systems, nanoparticle-type delivery vehicles are ideal for medical devices because they can mount and release drugs or growth factors in a planned manner due to a clear and uniform nanostructure. Several nanoparticle systems have been reported for surface immobilization on medical devices. The release of low molecular weight drugs can not be used for growth factor delivery when controlled PLGA nanoparticles are attached to metal surfaces via ionic interactions. Ionic interactions can not ensure stable immobilization of nanoparticles on the surface of medical devices. Therefore, there is a demand for development of a nanoparticle-type adhesive carrier capable of safely supporting a high molecular weight growth factor and being stably immobilized on the surface of medical equipment.

본 발명자들은 고분자 공중합체가 자가조립되어 형성된 나노입자의 표면에 카테콜기를 결합시킴으로써, 각종 의료 기재 표면접착력이 우수한 나노입자들을 자가조립가능한 다양한 고분자들을 사용하여 제조할 수 있고, 기재에 카테콜기를 통해 결합된 나노 입자에 이온성 성장인자와 같은 약물을 탑재한 결과, 성장인자와 같은 약물을 지속적으로 제어 방출할 수 있다는 것을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다. 본 발명은 이에 기초한 것이다.
The present inventors have succeeded in producing nanoparticles having excellent adhesion to various medical substrates by using various polymers capable of self-assembly by binding a catechol group to the surface of nanoparticles formed by self-assembly of a polymer copolymer, The present inventors have accomplished the present invention by confirming that a drug such as an ionic growth factor is loaded on the bound nanoparticles to continuously release a drug such as a growth factor. The present invention is based on this.

본 발명의 제1양태는, 약물이 결합가능한 제1고분자 하나 이상 및 제1고분자보다 소수성인 제2고분자 하나 이상을 포함하는 제3고분자를 준비하는 제1단계; 제3고분자의 자가조립을 통해 제2고분자는 내부에 제1고분자는 외부에 위치하는 나노입자를 형성시키는 제2단계; 및 상기 나노입자의 표면에, 카테콜기를 결합시키는 제3단계를 포함하는, 접착성 나노입자의 제조방법을 제공한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for preparing a drug, comprising the steps of: preparing a third polymer comprising at least one drug-binding first polymer and at least one second polymer that is more hydrophobic than the first polymer; A second step in which the first polymer forms nanoparticles located in the interior of the second polymer through self-assembly of the third polymer; And a third step of binding a catechol group to the surface of the nanoparticles.

본 발명의 제2양태는, 약물이 결합가능한 제1고분자 하나 이상 및 제1고분자 보다 소수성인 제2고분자 하나 이상을 포함하는 제3고분자의 자가조립을 통해 형성된 나노입자로서, 제2고분자는 내부에 제1고분자는 외부에 위치하여 형성된 나노입자; 및 상기 자가조립된 나노입자의 표면에 도입된 카테콜기를 포함하는 것인 접착성 나노입자를 제공한다.The second aspect of the present invention is a nanoparticle formed by self-assembly of at least one first polymer capable of binding to a drug and a third polymer comprising at least one second polymer having hydrophobicity more hydrophilic than the first polymer, Wherein the first polymer is nanoparticles formed by being positioned on the outside; And a catechol group introduced into the surface of the self-assembled nanoparticles.

본 발명의 제3양태는, 기재; 및 상기 기재 상에 카테콜기를 통해 접착되어 있는 제2양태의 접착성 나노입자 하나 이상을 포함하는 복합체를 제공한다.A third aspect of the present invention relates to a substrate, comprising: a substrate; And at least one adherent nanoparticle of the second aspect adhered to the substrate via a catecholizing agent.

본 발명의 제4양태는, 지속적으로 약물의 제어 방출이 가능한 복합체의 제조방법에 있어서, 제2양태의 접착성 나노입자 하나 이상을 카테콜기를 통해 기재에 접착시키는 제a단계; 및 상기 접착성 나노 입자에 약물을 결합시키는 제b단계를 포함하는 것인 방법을 제공한다.
In a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of producing a complex capable of continuously releasing controlled release of a drug, comprising: a) a step of adhering one or more adhesive nanoparticles of the second aspect to a substrate via a catecholizing agent; And a second step of binding the drug to the adhesive nanoparticle.

이하, 본 발명을 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 약물이 결합가능한 제1고분자 하나 이상과, 제1고분자보다 소수성인 제2고분자 하나 이상을 포함하는 제3고분자를 자가조립하여 먼저 나노입자을 형성한 후, 나노입자의 표면에 카테콜기를 결합하는 것이 특징이다.The present invention relates to a method for preparing nanoparticles by self-assembling a third polymer comprising at least one drug-binding first polymer and at least one second polymer having hydrophobicity higher than that of the first polymer, It is characterized by combining.

이때, 나노 입자 중 소수성인 제2고분자는 수용액 중 자가조립시 내부에 위치하면서, 약물이 결합가능한 제1고분자를 외부에 위치시켜 줄 수 있는 지지체 역할을 할 수 있다. 그리고, 자가조립에 의해 약물이 결합가능한 제1고분자를 외부에 노출시킨 후, 나노입자의 표면에 카테콜기를 결합시킴으로써, 카테콜기를 통해 임의의 형상 및/또는 재료의 기재 표면에 나노입자를 용이 및/또는 강력하게 결합시킬 수 있을 뿐만 아니라, 나노입자를 기재에 결합시킨 후, 나노입자의 표면에 위치한, 약물이 결합가능한 제1고분자에 용이하게 약물을 탑재시킬 수 있다.At this time, the second polymer, which is hydrophobic in the nanoparticles, can be positioned inside the aqueous solution during self-assembly, and can serve as a support capable of positioning the first polymer capable of binding the drug to the outside. After the first polymer capable of binding to the drug by self-assembly is exposed to the outside, the catechol group is bonded to the surface of the nanoparticles, and the nanoparticles can be easily grafted onto the substrate surface of any shape and / And / or strongly bind the nanoparticles to the substrate, and then the drug can be easily loaded onto the drug-binding first polymer, which is located on the surface of the nanoparticle.

따라서, 나노입자를 형성하는 제1고분자는 약물이 결합가능한 임의의 고분자가 될 수 있고, 나노입자를 형성하는 제2고분자는 제1고분자보다 소수성이기만 하면 임의의 고분자가 될 수 있다. Therefore, the first polymer forming the nanoparticles may be any polymer capable of binding the drug, and the second polymer forming the nanoparticles may be any polymer if it is more hydrophobic than the first polymer.

본 발명의 나노입자에서, 제2고분자는 소수성으로 인하여 나노입자 내부에 위치하면서 이들이 뭉쳐 일종의 하나 이상의 코어를 형성할 수 있으며, 제2고분자와 연결된 제1고분자는 친수성으로 인하여 이들 코어를 둘러싸며 나노입자의 나머지 영역(외부)을 형성할 수 있다. 이러한 방식으로 상기 나노입자는 제2고분자로 이루어진 하나 이상의 코어를 포함하면서 이를 제외한 나머지 영역과 표면이 제1고분자로 이루어진, 일종의 코어-쉘 구조일 수 있다. In the nanoparticles of the present invention, the second polymer may be located within the nanoparticles due to hydrophobicity, and they may form one or more cores, and the first polymer connected to the second polymer may be hydrophilic, (Outside) of the particle can be formed. In this manner, the nanoparticles may be a kind of core-shell structure including at least one core made of a second polymer, and the remaining region and the surface of the nanoparticle are made of the first polymer.

나노입자의 내부가 다중 코어를 형성하는 경우, 나노입자의 표면은 주로, 바람직하게는 제1고분자로만 이루어져 있을 수 있다. 이때, 나노입자의 내부에는 응집되어 있는 제2고분자와 함께 제1고분자의 일부가 위치할 수 있다. 도 2에는 제1고분자로 히알루론산, 제2고분자로 PLGA가 그래프트 중합된 제3고분자가 자가조립되어, PLGA가 나노입자 내부의 다중 코어를 형성하는 나노입자의 구조 모식도를 도시하였다.
When the interior of the nanoparticles forms multiple cores, the surface of the nanoparticles may preferably consist primarily of the first polymer. At this time, a part of the first polymer may be located together with the second polymer which is aggregated inside the nanoparticles. FIG. 2 is a structural schematic diagram of nanoparticles in which hyaluronic acid as a first polymer and a third polymer graft-polymerized with PLGA as a second polymer are self-assembled and PLGA forms multiple cores inside the nanoparticles.

한편, 제3고분자에서, 하나 이상의 제1고분자와 하나 이상의 제2고분자는 직접 또는 링커를 통해 통상의 방법에 따라 연결될 수 있다. On the other hand, in the third polymer, the at least one first polymer and the at least one second polymer may be connected directly or via a linker according to a conventional method.

제3 고분자는 제1고분자 및 제2고분자가 중합된 그래프트 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있다. 제3고분자는 제1고분자 주쇄에 제2고분자가 측쇄로 연결된 그래프트 공중합체일 수 있다. 나아가 제3고분자는 약물이 결합가능한 제1고분자를 외부에 위치시켜 줄 수 있는 자가조립을 수행할 수 있는 한, 다른 단량체 또는 고분자를 더 포함할 수 있다.The third polymer may be a graft copolymer or a block copolymer obtained by polymerizing the first polymer and the second polymer. The third polymer may be a graft copolymer in which the second polymer is linked to the first polymer main chain side chain. Furthermore, the third polymer may further include other monomers or polymers so long as the first polymer capable of binding the drug can be self-assembled so as to position the first polymer.

제2고분자는 나노입자 내부에서 단일 코어 또는 다중 코어를 형성할 수 있으며, 제1고분자는 상기 단일 코어 또는 다중 코어를 둘러싸며 외부에 위치할 수 있다. 다중 코어를 갖는 나노입자의 경우, 둘 이상의 제3고분자에 의해 형성될 수도 있고, 둘 이상의 제2고분자를 갖고 있는 하나의 제3고분자에 의해 형성될 수도 있다.
The second polymer may form a single core or multiple cores within the nanoparticles, and the first polymer surrounds the single core or multiple cores and may be located externally. In the case of nanoparticles having multiple cores, they may be formed by two or more third polymers or by one third polymer having two or more second polymers.

제1고분자는 정전기적 상호작용을 통해 이온성 약물(예, 성장인자)을 쉽게 탑재할 수 있도록, 자유 카르복실기(free carboxylate group) 또는 아민기 (amine group)를 갖는 것이 바람직하다. 특히, 자유 카르복실기를 갖음으로써 낮은 제타 전위(zeta potential)을 형성할 수 있는 다당류계 고분자가 바람직하다. 제1고분자의 비제한적인 예로는 히알루론산, 알지네이트, 헤파린, 카라지난, 덱스트란 설페이트, 카르복시메틸 셀룰로오스, 키토산 등이 있다. 히알루론산(hyaluronic acid, HA)이 대표적일 수 있다.The first polymer preferably has a free carboxylate group or an amine group so that the ionic drug (e.g., a growth factor) can be easily loaded through electrostatic interaction. Particularly, a polysaccharide polymer capable of forming a low zeta potential by having a free carboxyl group is preferable. Non-limiting examples of the first polymer include hyaluronic acid, alginate, heparin, carrageenan, dextran sulfate, carboxymethylcellulose, chitosan and the like. Hyaluronic acid (HA) may be representative.

상기 본 발명의 제1고분자의 비제한적인 예인 히알루론산, 알지네이트, 헤파린, 카라지난, 덱스트란 설페이트 및 카르복시메틸 셀룰로오스의 경우, 음이온성 다당류로써, 생리학상 pH에서 양전하를 띠는 양이온성 약물(예를 들어, BMP-2 또는 IGF-1)과 정전기적 상호작용을 통해 결합될 수 있다.In the case of hyaluronic acid, alginate, heparin, carrageenan, dextran sulfate and carboxymethylcellulose, which are non-limiting examples of the first polymer of the present invention, anionic polysaccharides are cationic drugs positively charged at physiological pH For example, BMP-2 or IGF-1, via electrostatic interactions.

다만, 본 발명의 제1고분자의 비제한적인 예 중, 키토산의 경우는 양이온성 다당류로써, 생리학상 pH에서 음전하를 띠는 음이온성 약물과 정전기적 상호작용을 통해 결합될 수 있다.
However, among the non-limiting examples of the first polymer of the present invention, chitosan is a cationic polysaccharide, which can be bound through an electrostatic interaction with an anionic drug which is negatively charged at physiological pH.

제2고분자는 생체 내에서 분해되어 물, 이산화탄소 및 메탄 등으로 분해될 수 있는 생분해성 고분자인 것이 바람직하고, 이의 비제한적인 예로는 폴리(락티드-코-글리콜리드)(PLGA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리락트산(PLA), 폴리-ε-카프로락톤(PCL), 락트산-카프로락톤 공중합체(PLCL), 생분해성 폴리우레탄(biodegradable polyurethane), 생분해성 폴리카보네이트(biodegradable polycarbonate) 등이 있다. 생분해성 고분자는 천연 또는 합성 고분자일 수 있다.The second polymer is preferably a biodegradable polymer which is decomposed in vivo and decomposed into water, carbon dioxide, methane, etc., and non-limiting examples thereof include poly (lactide-co-glycolide) (PLGA), polyglycol Polylactic acid (PCA), lactic acid-caprolactone copolymer (PLCL), biodegradable polyurethane, biodegradable polycarbonate, have. The biodegradable polymer may be a natural or synthetic polymer.

본 발명의 접착성 나노입자는 다양한 생체 이식용 의료 기재에 적용될 수 있기 때문에 생분해성 고분자를 사용하는 것이 바람직하며, 특히 폴리(락티드-코-글리콜리드)(PLGA)인 것이 바람직하다.
Since the adhesive nanoparticles of the present invention can be applied to various medical implantable medical devices, biodegradable polymers are preferably used, and poly (lactide-co-glycolide) (PLGA) is particularly preferable.

나노입자에 카테콜기(하기 화학식 2) 도입시, 카테콜기를 갖는 홍합 접착 단백질 유래 도파민(dopamine)(하기 화학식 1)을 사용할 수 있다.Dopamine derived from a mussel adhesive protein having a catechol group (represented by the following formula (1)) may be used when the catechol unit (Formula 2) is introduced into the nanoparticles.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112013041599747-pat00001
Figure 112013041599747-pat00001

[화학식 2](2)

Figure 112013041599747-pat00002
Figure 112013041599747-pat00002

본 발명의 바람직한 구현예로써, 나노입자 외부 표면에 위치하는 제1고분자 부분의 카르복실기를 활성화시킨 후, 카테콜기를 갖는 도파민과 반응시켜 연결함으로써, 나노입자 표면에 있는 제1고분자에 카테콜기를 도입시킬 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the carboxyl group of the first polymer moiety located on the outer surface of the nanoparticle is activated and then reacted with the dopamine having the catechol moiety to connect the catechol moiety to the first polymer on the surface of the nanoparticle .

상기 카르복실기 활성화는 EDC·HCl(1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimide hydrochloride), NHS(N-hydroxysuccinimide) 또는 이의 조합을 제2단계에서 형성된 나노입자에 첨가하여 달성할 수 있다.The carboxyl group activation can be achieved by adding EDC · HCl (1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide hydrochloride), NHS (N-hydroxysuccinimide) or a combination thereof to the nanoparticles formed in the second step.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 제1고분자는 히알루론산이고, 상기 제2고분자는 폴리(락티드-코-글리콜리드)(PLGA)이며, 상기 접착성 나노입자는 카테콜기, 히알루론산 및 PLGA로 이루어진 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 기본 구조로 취하는 접착성 나노입자일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the first polymer is hyaluronic acid and the second polymer is poly (lactide-co-glycolide) (PLGA), and the adhesive nanoparticles are catechol, hyaluronic acid, It may be an adhesive nanoparticle comprising a compound represented by the following formula (3) composed of PLGA as a basic structure.

[화학식 3](3)

Figure 112013041599747-pat00003
Figure 112013041599747-pat00003

상기 식에서,In this formula,

n은 10 내지 100의 정수이고,n is an integer from 10 to 100,

m은 10 내지 100의 정수이고,m is an integer of 10 to 100,

R은 히드록시기 또는

Figure 112013041599747-pat00004
이다.
R is a hydroxy group or
Figure 112013041599747-pat00004
to be.

본 발명에서 기재는 플라스틱, 유리, 세라믹, 금속 및 고분자로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 제조된 것일 수 있다. 바람직하게는 생체 이식용 임플란트, 멤브레인 또는 스텐트와 같은 의료 기재일 수 있다. 생체에 적용가능한 치과용 임플란트, 정형외과용 임플란트, 혈관 스텐트 및 비혈관계 스텐트 등의 다양한 기재일 수 있다.In the present invention, the substrate may be made of a material selected from the group consisting of plastic, glass, ceramic, metal and polymer. Preferably a medical implant, such as a bioimplant implant, membrane or stent. A dental implant applicable to a living body, an orthopedic implant, a vascular stent, and a non-vascular stent.

본 발명에 있어서, 상기 접착성 나노입자는 입자 표면에 위치하는 카테콜기가 다양한 소재로 구성되는 의료 기재에 용이하게 접착될 수 있으므로, 접착성 나노입자 조성물의 간단한 도포 또는 침지 등의 방법으로 의료 기재의 표면처리가 용이하게 가능할 수 있다.In the present invention, since the adhesive nanoparticles can be easily adhered to a medical substrate composed of various materials, the catechol groups located on the particle surface can be easily adhered to the medical substrate by a simple application or immersion of the adhesive nanoparticle composition. It is possible to easily carry out the surface treatment.

상기 나노입자들은 표면 상에 수백 개의 카테콜기를 가질 수 있으므로, Ti과 같은 금속 표면에 대한 상기 나노입자의 결합세기는 말단 카테콜기의 협력적인 접착을 통해 극히 강화될 수 있다.Since the nanoparticles can have hundreds of catechol groups on their surface, the binding strength of the nanoparticles to a metal surface such as Ti can be greatly enhanced through cooperative adhesion of the end catechol.

본 발명의 나노입자들은 상기 기재 상에 코팅시킬 수 있으며, 나노입자를 기재 상에 코팅시킨 후 나노입자에 약물을 탑재할 수도 있지만, 약물이 탑재된 나노입자를 기재에 코팅시킬 수도 있다.The nanoparticles of the present invention can be coated on the substrate. The nanoparticles may be coated on the substrate and then loaded on the nanoparticles. Alternatively, the drug-loaded nanoparticles may be coated on the substrate.

이와 같이 본 발명의 나노입자는 기재에 약물을 도입시키는 전달체로서의 역할을 수행할 있으며, 생체내 삽입후 약물을 생체내에 지속적으로 방출시키는 전달체의 역할도 수행할 수 있다. As described above, the nanoparticles of the present invention serve as a carrier for introducing a drug into a substrate, and can also serve as a carrier that continuously releases a drug in vivo after insertion into the living body.

상기 접착성 나노입자는 외부에 위치한 제1고분자를 통해, 성장인자과 같은 약물을 하나 이상 탑재시킬 수 있다. 하나의 나노입자에 복수개의 약물을 탑재할 수 있고, 이때, 약물은 동일 또는 상이할 수 있다. 또한, 서로다른 약물이 각 나노입자에 결합된 2종이상의 나노입자를 병용할 수 있다.The adhesive nanoparticles can be loaded with one or more drugs, such as growth factors, through an externally located first polymer. A plurality of drugs may be loaded on one nanoparticle, where the drugs may be the same or different. In addition, two or more nanoparticles in which different drugs are bound to each nanoparticle can be used in combination.

약물의 비제한적인 예로는, 비스포스포네이트계의 에티드로네이트 (etidronate), 클로드로네이트(clodronate), 팔미드로네이트(palmidronate), 알렌드로네이트(alendronate), 이반드로네이트(ibandronate), 리세드로네이트 (risedronate), 졸레드로네이트(zoledronate), 틸루드로네이트(tiludronate), [1-히드록시-2-(이미다조[1,2-a]피리딘-3-일)에틸리덴]-비스포스폰산 모노하이드레이트([1-hydroxy-2-(imidazo[1,2-a]pyridin-3-yl)ethylidene]-bisphosphonic acid monohydrate, YH529), 이카드로네이트(icadronate), 올파드로네이트(olpadronate), 네리드로네이트(neridronate) 및 디소듐-1-히드록시-3-(1-피롤리디닐)-프로필리덴-1,1-비스포스포네이트(disodium-1-hydroxy-3-(1-pyrrolidinyl)-propylidene-1,1-bisphosphonate, EB-1053) 등이 있다. 또한, 상기 비스포스포네이트계의 약물 이외에 파클리탁셀(paclitaxel), 도세탁셀(docetaxel), 시롤리머스(Sirolimus), 덱사메타손(dexamethasone) 등이 있다. 상기 약물은 1종 단독 또는 2종 이상의 조합으로 사용할 수 있다.Non-limiting examples of drugs include, but are not limited to, bisphosphonates such as etidronate, clodronate, palmidronate, alendronate, ibandronate, risedronate, ), Zoledronate, tiludronate, [1-hydroxy-2- (imidazo [1,2-a] pyridin-3- yl) ethylidene] -bisphosphonic acid mono (1-hydroxy-2- (imidazo [1,2-a] pyridin-3-yl) ethylidene] -bisphosphonic acid monohydrate, YH529, icadronate, olpadronate, Neridronate and disodium-1-hydroxy-3- (1-pyrrolidinyl) -propylidene-1-hydroxy-3- (1-pyrrolidinyl) -propylidene-1 , 1-bisphosphonate, EB-1053). In addition to the above-mentioned bisphosphonate-based drugs, paclitaxel, docetaxel, sirolimus, dexamethasone and the like are also available. These drugs may be used alone or in combination of two or more.

본 발명에서 약물로 성장인자를 사용할 수 있으며, 성장인자의 비제한적인 예로, 골형성 성장인자(bone morphogenetic proteins, BMPs), 섬유아세포 성장인자(fibroblast growth factors, FGFs), 혈소판 유도 성장인자(platelet-derived growth factor, PDGF), 전환 성장인자-β(transforming growth factor-β, TGF-β), 인슐린 유사 성장인자(insulin-like growth factors, IGFs), 파라티로이드 호르몬(parathyroid hormone, PTH) 및 이의 조합 등이 있다.
In the present invention, a growth factor may be used as a drug. Non-limiting examples of growth factors include bone morphogenetic proteins (BMPs), fibroblast growth factors (FGFs), platelet-derived growth factors (PDGF), transforming growth factor-beta (TGF-beta), insulin-like growth factors (IGFs), parathyroid hormone And combinations thereof.

의료 기재인 임플란트, 멤브레인 또는 스텐트 상에 약물 함유 나노입자가 제역할을 수행하기 위해서는 하기 2가지 선행 조건을 만족하는 것이 바람직하다.In order for the drug-containing nanoparticles to function as an implant, a membrane or a stent for medical use, it is preferable to satisfy the following two preconditions.

첫째, 임플란트 또는 스텐트와 같은 의료 기재는 주로 Ti를 사용하는데, Ti 표면에 단단히 접착되거나 유실될 위험성이 없는 것이 바람직하다. 둘째, 상기 나노입자들은 각각 등전점이 8.5 및 8.6이고 생리학상 pH에서 양전하를 띠는 BMP-2 및 IGF-1을 동시에 결합하도록 설계되는 것이 바람직하다. First, medical devices such as implants or stents mainly use Ti, which preferably does not have a risk of being adhered to or losing the Ti surface. Second, the nanoparticles are preferably designed to simultaneously bind BMP-2 and IGF-1 which have positive isoelectric points of 8.5 and 8.6 and which are positively charged at physiological pH.

강한 접착을 위한 첫 번째 요건을 위하여, 본 발명에서는 홍합 접착 단백질 유래 도파민 하이드로클로라이드의 카테콜기를 이용한다. 이러한 카테콜 화합물들은 이들이 금속 또는 금속 산화물 기판과 강한 공유적 및 비공유적 상호작용을 형성하기 때문에 코팅 금속 및 무기 표면에 대한 강한 결합제로서 작용할 수 있다.For the first requirement for strong adhesion, the present invention employs a catechol group of dopamine hydrochloride derived from mussel adhesive protein. These catechol compounds can act as strong binders to the coating metals and inorganic surfaces as they form strong covalent and non-covalent interactions with metal or metal oxide substrates.

두 번째 요건을 위하여, 본 발명에서는 히알루론산과 같은 음이온성 다당류계 고분자(제1고분자)를 이용한다. 이러한 설계를 위하여, 본 발명자들은 카테콜-, 음이온성 히알루론산- 및 생분해성 고분자인 PLGA-기반의 화합물(화학식 3)을 기본 구조로 취하는 Ti-접착 나노입자 시스템을 이용하였다. 상기 나노입자 시스템에 양이온성 성장인자인 BMP-2 및 IGF-1을 도입시킨 결과, 이러한 이중 성장인자가 잘 탑재되어 있음을 확인할 수 있었다(실험예 4).For the second requirement, the present invention uses an anionic polysaccharide polymer (first polymer) such as hyaluronic acid. For this design, we used a Ti-bonded nanoparticle system that takes as a base structure a PLGA-based compound (Formula 3), a catechol-, anionic hyaluronic acid- and a biodegradable polymer. As a result of introducing the cationic growth factors BMP-2 and IGF-1 into the nanoparticle system, it was confirmed that these double growth factors were well mounted (Experimental Example 4).

나아가 상기 시스템은 제어된 방식으로 수일동안 지속적으로 BMP-2 및 IGF-1을 방출함을 확인할 수 있었다(실험예 5). 따라서 본 발명의 나노입자 시스템은 미세한 홈의 Ti 표면상에 이들의 전달체 본래의 모습을 유지함으로써 급속한 골유착을 유도하며, 생물체 내에서 골형성 및 생체활성을 촉진시킬 수 있다.
Furthermore, it was confirmed that the system continuously released BMP-2 and IGF-1 for several days in a controlled manner (Experimental Example 5). Therefore, the nanoparticle system of the present invention can induce rapid osseointegration by maintaining the original appearance of these carriers on the Ti surface of fine grooves, and can promote osteogenesis and bioactivity in living organisms.

본 발명의 접착성 나노입자는 표면에 카테콜기를 함유함으로써 기재 표면접착력이 우수하며, 음이온성 제1고분자를 통하여 이온성 성장인자와 같은 약물의 탑재가 가능하고 약물의 지속적인 제어방출을 유도할 수 있으며, 복합적인 성장인자 탑재를 통하여, 생물체 내에서 골형성 및 생체활성을 촉진시킬 수 있는 효과가 있다.
The adhesive nanoparticles of the present invention have excellent adhesion to the surface of the base material due to the presence of a catechol group on the surface thereof. The adhesive nanoparticles of the present invention can mount drugs such as ionic growth factors through the anionic first polymer and induce sustained controlled release of the drug And has an effect of promoting osteogenesis and bioactivity in an organism through the use of multiple growth factors.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카테콜 함유 나노입자의 구조 확인을 위한 1H NMR 스펙트럼이다.
도 2는 BMP-2 및 IGF-1 탑재/방출을 위한 카테콜-히알루론산-PLGA 구조의 접착성 나노입자의 모습을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 접착성 나노입자의 평균 직경, 제타 전위 및 형태를 나타낸 것이다.
도 4는 Ti 기재 상에 표면-고정화된 나노입자의 모습을 보여주는 Fe-SEM 이미지이다.
도 5는 개질되지 않은 Ti 및 나노입자-고정화된 Ti 표면의 XPS survey 스펙트럼이다.
도 6은 개질되지 않은 Ti 및 나노입자-고정화된 Ti 기재 상에서의 물 접촉각을 나타낸 것이다.
도 7은 FITC-표지된 BMP-2와 TRITC-표지된 IGF-1을 개질되지 않은 Ti 기재와 나노입자-고정화된 Ti 기재 상에 적용하여, 이들에 대한 FITC 형광, TRITC 형광의 IX71 형광현미경 이미지 및 이의 조합 이미지를 나타낸 것이다.
도 8은 FITC-표지된 BMP-2와 TRITC-표지된 IGF-1을 나노입자-고정화된 Ti 기재 상에 적용하여, 성장인자 BMP-2 및 IGF-1의 in vitro 제어 방출 프로파일을 나타낸 것이다.
1 is a 1 H NMR spectrum for confirming the structure of a catechol-containing nanoparticle according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 schematically shows the appearance of the adhesive nanoparticles of the catechol-hyaluronic acid-PLGA structure for loading / releasing of BMP-2 and IGF-1.
FIG. 3 shows the average diameter, zeta potential and shape of the adhesive nanoparticles according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is an Fe-SEM image showing the appearance of surface-immobilized nanoparticles on a Ti substrate.
Figure 5 is an XPS survey spectrum of unmodified Ti and nanoparticle-immobilized Ti surfaces.
Figure 6 shows the water contact angle on unmodified Ti and nanoparticle-immobilized Ti substrate.
Figure 7 shows the FITC-labeled BMP-2 and TRITC-labeled IGF-1 applied to the unmodified Ti substrate and the nanoparticle-immobilized Ti substrate, and the IX71 fluorescence microscope image of the FITC fluorescence and TRITC fluorescence thereof And a combination image thereof.
Figure 8 shows the in vitro controlled release profile of growth factors BMP-2 and IGF-1 by applying FITC-labeled BMP-2 and TRITC-labeled IGF-1 on nanoparticle-immobilized Ti substrate.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. These embodiments are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not construed as being limited by these embodiments.

실시예Example 1:  One: PLGAPLGA (( PolyPoly (D,L-(D, L- lactidelactide -- coco -- glycolideglycolide ))와 히알루론산과의 복합 고분자의 합성)) And hyaluronic acid

탈염된(desalted) 히알루론산 0.2g과 dmPEG(dimethyl ether of poly(ethyleneglycol)) 1.0g을 혼합하고, 이러한 혼합물을 동결건조시켰다. 흰색을 띄는 히알루론산/dmPEG 복합체 혼합물을, 무수 DMSO(dimethyl sulfoxide) 12㎖ 용액에 첨가하여 80℃에서 2시간 동안 용해시키고, 상온에서 냉각시켰다. 히알루론산의 카르복실기를 활성화 시키기 위하여, DCC(dicyclohexylcarbodiimide) 206mg(1 mmol)과 DMAP(4-dimethylaminopyridine) 122mg(1 mmol)을 상기 혼합용액에 첨가하였다. 2시간 동안 교반한 후, PLGA 0.26g이 용해되어 있는 DMSO 6㎖ 용액을 천천히 상기 혼합용액에 첨가하여 반응 혼합물을 제조하였다. 반응 혼합물을 상온에서 2일 동안 교반하였다. 그다음 상기 반응 혼합물을 멤브레인(분획분자량(DMSO): 10,000 Da)을 이용하여, 무수 DMSO에 대해 1일 동안 분리(dialyzed)하고, 증류수에 대해 3일 동안 분리하여, 동결건조시켜 최종적으로 PLGA와 히알루론산과의 복합 고분자 공중합체(HA-PLGA copolymer)를 수득하였다(수율: 90%).
0.2 g of desalted hyaluronic acid and 1.0 g of dmPEG (dimethyl ether of poly (ethyleneglycol)) were mixed and the mixture was lyophilized. The whitish hyaluronic acid / dmPEG complex mixture was added to a 12 ml solution of anhydrous dimethyl sulfoxide (DMSO), dissolved at 80 ° C for 2 hours, and cooled at room temperature. To activate the carboxyl group of hyaluronic acid, 206 mg (1 mmol) of DCC (dicyclohexylcarbodiimide) and 122 mg (1 mmol) of 4-dimethylaminopyridine (DMAP) were added to the mixed solution. After stirring for 2 hours, a 6 ml solution of DMSO in which 0.26 g of PLGA was dissolved was slowly added to the mixed solution to prepare a reaction mixture. The reaction mixture was stirred at room temperature for 2 days. The reaction mixture was then dialyzed against anhydrous DMSO for one day using a membrane (cut-off molecular weight (DMSO): 10,000 Da), separated for 3 days against distilled water, lyophilized, (HA-PLGA copolymer) (yield: 90%) was obtained.

실시예Example 2:  2: 카테콜기가Kate Colegiga 결합된Combined HAHA -- PLGAPLGA 나노입자의 제조 Manufacture of nanoparticles

HA-PLGA 공중합체의 자유 카르복실기(free carboxylate group)와 도파민(dopamine)의 1급 아민기(primary amine group)간의 결합을 통하여, 카테콜-히알루론산-PLGA 중합체 및 나노입자를 합성하였다.Catechol-hyaluronic acid-PLGA polymers and nanoparticles were synthesized through a bond between a free carboxylate group of HA-PLGA copolymer and a primary amine group of dopamine.

실시예 1에서 제조된 HA-PLGA 공중합체 60mg 수용액(pH 5.5)을 상온에서 12시간 동안 교반하여, HA-PLGA 공중합체가 자가조립된 나노입자를 준비하였다. 나노입자 표면의 자유 카르복실기를 활성화시키기 위하여, EDC·HCl(1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimide hydrochloride) 9.6mg(0.05 mmol)과 NHS(N-hydroxysuccinimide) 5.8 mg(0.05 mmol)을 상기 나노입자가 형성된 용액에 첨가하였다. 2시간 뒤, 도파민 하이드로클로라이드(dopamine hydrochloride) 6.2 mg(0.033 mmol)을 상기 용액과 혼합시키고 상온에서 12시간 동안 교반하였다. 그 다음 상기 용액을 멤브레인(MWCO: 10,000 Da)을 이용하여 2일 동안 분리하고, 동결건조시켜 최종적으로 카테콜기가 결합된 HA-PLGA 나노입자를 수득하였다(수율: 95%).
The HA-PLGA copolymer self-assembled nanoparticles were prepared by stirring an aqueous solution (pH 5.5) of the HA-PLGA copolymer prepared in Example 1 at room temperature for 12 hours. 9.6 mg (0.05 mmol) of EDC · HCl (1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide hydrochloride) and 5.8 mg (0.05 mmol) of N-hydroxysuccinimide were added to activate the free carboxyl groups on the surfaces of the nanoparticles Was added to the solution in which the nanoparticles were formed. After 2 hours, 6.2 mg (0.033 mmol) of dopamine hydrochloride was mixed with the solution and stirred at room temperature for 12 hours. Then, the solution was separated using a membrane (MWCO: 10,000 Da) for 2 days and lyophilized to finally obtain HA-PLGA nanoparticles bound with catechol groups (yield: 95%).

실험예Experimental Example 1: 나노입자의 구조 확인 1: Identification of nanoparticle structure

상기 실시예 2에서 제조된 나노입자의 화학구조를 1H NMR 스펙트럼(400 MHz, Varian, USA)을 통해 분석하였다. 나노입자를 중수(D2O) 1㎖와 DMSO-d6 1㎖에 용해시켜, 1H NMR측정을 위한 각 샘플 10mg을 준비하였다. 카테콜기가 결합된 비율은 자외선 가시광선 분광법(UV-Visible spectrometry, Shimadzu, Japan)에 의해 계산되었다. 나노입자(Catechol-HA-PLGA)는 DMSO에 5g/ℓ의 농도로 용해되었고, 260-360 nm 영역에서 스팩트럼을 측정하였다.The chemical structure of the nanoparticles prepared in Example 2 was analyzed by 1 H NMR spectroscopy (400 MHz, Varian, USA). The nanoparticles were dissolved in 1 ml of heavy water (D 2 O) and 1 ml of DMSO-d 6 , and 10 mg of each sample for 1 H NMR measurement was prepared. The ratio of catechol incorporated was calculated by UV-Visible spectrometry (Shimadzu, Japan). The nanoparticles (Catechol-HA-PLGA) were dissolved in DMSO at a concentration of 5 g / l and the spectrum was measured at 260-360 nm.

그 결과를 도 1에 나타내었다.The results are shown in Fig.

도 1을 통해, 카테콜-히알루론산-PLGA의 구조를 갖는 나노입자가 합성되었음을 확인할 수 있었다. 또한, 히알루론산에 결합된 PLGA는 4.69%이며, 카테콜기가 결합된 비율은 5.51%인 나노입자를 형성한다.1, it was confirmed that nanoparticles having the structure of catechol-hyaluronic acid-PLGA were synthesized. In addition, PLGA bound to hyaluronic acid is 4.69%, and the ratio of catechol groups bound is 5.51%.

나아가 도 2와 같이, 나노입자는 기재-접착성 카테콜 부분, 히알루론산 쉘 및 PLGA 다중 코어로 이루어지는 3개의 명확하고, 구별되는 도메인을 가진 다중 코어-쉘 형태의 고분자 나노입자를 형성한다.
Further, as shown in Fig. 2, nanoparticles form polymer nanoparticles in the form of multicore-shells with three distinct, distinct domains consisting of a substrate-adhesive catechol moiety, a hyaluronic acid shell and a PLGA multi-core.

실험예Experimental Example 2: 나노입자의 물리적 특성 확인 2: Identification of physical properties of nanoparticles

상기 실시예 2에서 제조된 나노입자의 평균 입자 크기 및 입도분포(size distribution)를 동적 광산란(BrookHAVEN Instruments Cooperation, New York, USA)을 통해 계산하였다.The average particle size and size distribution of the nanoparticles prepared in Example 2 were calculated through dynamic light scattering (BrookHAVEN Instruments Cooperation, New York, USA).

수직편광된 He-Ne 레이저(632.8 nm) 광선을 산란시키고, 그 결과 산란된 광선을 90°각도로 분석하였다. 나노입자의 평균 입자 크기(mean diameter, d)는 스톡스-아인슈타인(Stokes-Einstein)식으로 계산되었으며, 다분산성 인자(polydispersity factor)는 큐물란트법(cumulant method)에 의해 계산되었다. 나노입자의 제타포텐셜(ζ)은 입도분석기(90 PLUS particle size analyzer)에 의해 측정되었다.The vertically polarized He-Ne laser (632.8 nm) light was scattered and the resulting scattered light was analyzed at a 90 degree angle. The mean particle diameter (d) of the nanoparticles was calculated by the Stokes-Einstein equation and the polydispersity factor was calculated by the cumulant method. The zeta potential (ζ) of the nanoparticles was measured by a particle size analyzer (90 PLUS).

그 결과, 상기 접착성 나노입자의 평균 입자 크기는 137.1nm인 것으로 확인되었다. 나아가, 제타포텐셜(zeta potential,ζ)은 히알루론산의 음이온성 자유 카르복실기로 인하여 상당한 음의 값이었고(-23.71), 다분산 지수는 0.180임을 확인하였다(도 3). 특히 이러한 음이온성 히알루론산 도메인은 생리학적인 pH에서 양으로 하전되는 BMP-2 및 IGF-1(BMP-2 및 IGF-1의 등전점은 각각 8.5 및 8.6임)을 위한 결합 영역으로서 이용될 수 있을 것으로 기대되었다.
As a result, it was confirmed that the average particle size of the adhesive nanoparticles was 137.1 nm. Furthermore, it was confirmed that the zeta potential (ζ) was a negative value (-23.71) due to the anionic free carboxyl group of hyaluronic acid and the polydispersity index was 0.180 (FIG. 3). In particular, these anionic hyaluronic acid domains could be used as binding sites for BMP-2 and IGF-1 positively charged at physiological pH (isoelectric points of BMP-2 and IGF-1 are 8.5 and 8.6, respectively) It was expected.

한편, 상기 실시예 2에서 제조된 나노입자를 투과 전자 현미경(TEM. CM30, Philips, CA)을 통해 관찰하였다. 1 g/ℓ의 나노입자 수용액을 준비하였고, 이의 액적을 탄소가 코팅된 200-메쉬 cooper grid상에 놓았다. 5분 뒤, 상기 수용액의 과잉양을 필터 페이퍼를 이용하여 제거하였다. 200 kV의 전압 인가 하에서 TEM 이미지(negatively stained with 2% uranyl acetate)를 얻었다.Meanwhile, the nanoparticles prepared in Example 2 were observed through a transmission electron microscope (TEM. CM30, Philips, CA). An aqueous solution of 1 g / l of nanoparticles was prepared and the droplets were placed on a carbon-coated 200-mesh cooper grid. After 5 minutes, the excess amount of the aqueous solution was removed using a filter paper. TEM images (negatively stained with 2% uranyl acetate) were obtained under a voltage of 200 kV.

조사한 결과, 구형의 균일한 나노입자가 형성되었음을 확인할 수 있었다(도 3).
As a result of the investigation, it was confirmed that spherical uniform nanoparticles were formed (FIG. 3).

실시예Example 3: 나노입자의  3: TiTi 기재 상On the substrate 고정화 Immobilization

2% 플루오린화수소산으로 5분간 식각되고, 아세톤, 이소프로필 알코올 및 증류수로 세척된 2 cm2의 표면적을 갖는 구형의 Ti 기재를 준비하였다. 그 후, 상기 구형 Ti 기재는 12시간 동안 진공 하에서 건조되었다. 상기 실시예 2에서 제조된 나노입자 수용액 1 g/ℓ, 2 g/ℓ 및 5 g/ℓ를 각각 준비하고, 상기 Ti 기재를 나노입자 수용액에 침지시켰다. 상기 각각의 Ti 기재 샘플들을 24시간 동안 가벼운 교반을 통해, 나노입자를 Ti 기재 표면에 고정화시켰다. 고정화 단계 이후에, 상기 각각의 샘플들을 증류수로 세번 세척하고, 동결건조 시킴으로써 완료하였다.
And etched for 5 minutes 2% hydrofluoric acid, it was prepared in spherical Ti base material having a surface area of 2 cm 2 and washed with acetone, isopropyl alcohol and distilled water. The spherical Ti base was then dried under vacuum for 12 hours. 1 g / l, 2 g / l and 5 g / l of the nanoparticle aqueous solutions prepared in Example 2 were prepared and the Ti base material was immersed in the nanoparticle aqueous solution. Each of the Ti-based samples was immobilized on the surface of the Ti substrate through light stirring for 24 hours. After the immobilization step, each of the samples was washed three times with distilled water and lyophilized.

실험예Experimental Example 3: 나노입자의  3: TiTi 기재 상On the substrate 고정화 조사 Immobilization investigation

주사전자현미경(FE-SEM, S-4200, Hitachi, Tokyo, Japan)을 통해 상기 실시예 3의 Ti 기재 표면상에 고정된 나노입자의 고정화밀도와 Ti 기재 표면 형태를 분석하였다.The immobilization density of the nanoparticles immobilized on the surface of the Ti substrate of Example 3 and the surface morphology of the Ti substrate were analyzed through a scanning electron microscope (FE-SEM, S-4200, Hitachi, Tokyo, Japan).

도 4에서 보여주듯이, 전계방사형 주사전자현미경(Fe-SEM)을 통해 접착성 나노입자들이 Ti 표면상에 안정적으로 고정되었음을 확인할 수 있었다. 그리고 나노입자의 농도를 조절함으로써 고정화 밀도를 제어할 수 있었다. 구체적으로 나노입자의 농도가 2 g/ℓ일 때, 밀도는 1.13×108/cm2이며, 5 g/ℓ일 때, 밀도는 1.36×108/cm2로 증가하였다.
As shown in FIG. 4, it was confirmed that the adhesive nanoparticles were stably fixed on the Ti surface through the field emission scanning electron microscope (Fe-SEM). And we could control the immobilization density by controlling the concentration of nanoparticles. Specifically, when the concentration of the nanoparticles was 2 g / l, the density was 1.13 × 10 8 / cm 2 , and when the concentration was 5 g / l, the density increased to 1.36 × 10 8 / cm 2 .

또한, Ti 표면 상의 나노입자의 고정화는 X-선 광전자 분광기(XPS, ESCALAB MK II, V.G. Scientific Co., UK) 및 접촉각 측정(Surface Electro Optics, PHOENIX 150)을 통해 조사하였다.The immobilization of the nanoparticles on the Ti surface was also examined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS, ESCALAB MK II, V.G. Scientific Co., UK) and contact angle measurement (Surface Electro Optics, PHOENIX 150).

도 5는 개질되지 않은 Ti 기재(Bare Ti)와 나노입자-고정화된 Ti 기재의 XPS survey 스펙트럼을 나타낸다. 본래 Ti 표면은 본래 표면의 산화물로부터 기인한 Ti과 O로 주로 구성되며, 탄화수소 오염물 유래의 소량의 C를 포함한다. 카테콜-히알루론산-PLGA 나노입자의 정착은 C 몰비의 유의적인 증가를 통해 확인하였다. 고정화를 위해 사용된 나노입자의 농도가 증가할수록, Ti 원자비는 감소하는 반면, 표면 C 원자비는 37.72%로부터 48.82%까지 증가하였다. 또한, 개질되지 않은 Ti 기재 상에서는 거의 검출되지 않은 N의 존재가 관찰되었으며, C 시그널의 증가 경향과 유사하게 나노입자 농도에 비례하여 N 원자비도 증가하였다. 또한, 고해상도 XPS 스펙트럼 분석 결과 고정화된 나노입자의 화학적 구조와 잘 일치하는 것으로 나타났다.Figure 5 shows the XPS survey spectrum of unmodified Ti-based (Bare Ti) and nanoparticle-immobilized Ti-based. The original Ti surface consists essentially of Ti and O originating from the oxides of the original surface and contains a small amount of C derived from the hydrocarbon contaminants. Fixation of catechol-hyaluronic acid-PLGA nanoparticles was confirmed by a significant increase in the C mole ratio. As the concentration of nanoparticles used for immobilization increased, the Ti atomic ratio decreased, whereas the surface C atomic ratio increased from 37.72% to 48.82%. In addition, the presence of N almost unrecognized on the unmodified Ti substrate was observed, and the N atom ratio was increased in proportion to the nanoparticle concentration similarly to the increasing tendency of the C signal. In addition, high-resolution XPS spectral analysis showed a good agreement with the chemical structure of the immobilized nanoparticles.

도 6에서 보여주듯이, 접촉각 변화를 통해 또한 Ti 기재 상의 나노입자 고정화를 확인하였다. 나노입자 고정화 전에, Ti 기재의 정적 물 접촉각은 As shown in Fig. 6, the contact angle change also confirmed the immobilization of the nanoparticles on the Ti substrate. Before nanoparticle immobilization, the static water contact angle of the Ti substrate was

68.47±4.87°였다. 나노입자의 고정화 이후 (1 g/ℓ), 접촉각은 57.61±0.93° 감소하였으며 나노입자의 농도가 증가함에 따라 22.87±1.56°까지 추가로 감소하였다. 이는 고정화된 나노입자로 인하여 Ti 기재의 표면 친수성이 증가함을 나타낸다. 음이온성 히알루론산 쉘이 상기 접촉각의 감소에 대한 주요 요인으로 판단된다.
68.47 占 4.87 占. After immobilization of nanoparticles (1 g / ℓ), the contact angle decreased by 57.61 ± 0.93 ° and further decreased to 22.87 ± 1.56 ° as the concentration of nanoparticles increased. This indicates that the surface hydrophilicity of the Ti substrate is increased due to the immobilized nanoparticles. An anionic hyaluronic acid shell is considered to be a major factor for the reduction of the contact angle.

실시예Example 4: 이중( 4: Double ( dualdual ) 성장인자의 탑재) Mounting of Growth Factor

BMP-2 및 IGF-1의 조합인 성장인자(기재 단위면적(cm2)당 BMP-2 50 ng + IGF-1 50 ng 또는 BMP-2 200 ng + IGF-1 200 ng)가 용해된 인산완충식염수(PBS, pH 7.4) 용액에 실시예 3의 나노입자가 고정화된 Ti 기재를 24시간 동안 가벼운 교반과 함께 침지시켰다. 그 후 이를 증류수로 세번 세척하고, 동결건조 시킴으로써 완료하였다.
(50 ng of BMP-2, 50 ng of IGF-1 or 200 ng of BMP-2 or 200 ng of BMP-2 per 1 unit of substrate area (cm 2 )), which is a combination of BMP-2 and IGF- The Ti substrate immobilized with the nanoparticles of Example 3 was immersed in a saline solution (PBS, pH 7.4) solution for 24 hours with a slight stirring. It was then washed three times with distilled water and lyophilized to complete.

실험예Experimental Example 4: 탑재된 이중 성장인자( 4: mounted double growth factor ( BMPBMP -2 및 -2 and IGFIGF -1)의 시각적 확인-1) visual confirmation

본 실험예에서는 BMP-2 및 IGF-1가 고정화된 나노입자상으로 이중으로 탑재(또는 결합)되었는지 여부를 녹색형광단백질 FITC (BMP-2 표지)와 적색형광단백질 TRITC(BMP-2 표지)를 통하여 확인하였다.In this experiment, whether or not BMP-2 and IGF-1 were double-loaded (or conjugated) with immobilized nanoparticles was investigated using green fluorescent protein FITC (BMP-2 label) and red fluorescent protein TRITC (BMP-2 label) Respectively.

나노입자는 음이온성의 히알루론산(HA) 쉘을 가지며, 이에 따라 정전기적 상호작용을 통해 양으로 하전된 BMP-2 및 IGF-1를 결합할 수 있었다. 나노입자상으로의 BMP-2 결합을 시각화하기 위하여 녹색형광단백질(FITC-표지된 BMP-2)을 사용하였고, IGF-1 결합을 시각화하기 위하여 적색형광단백질(TRITC-표지된 IGF-1)을 사용하였다. FITC 수용액(300 ㎕ 탄산나트륨 용액에 0.3 ㎍ FITC가 용해됨, pH 9.0)을 BMP-2 용액(700 ㎕ 탄산나트륨 용액에 20 ㎍ BMP-2가 용해됨)과 상온에서 2시간동안 혼합하였다. FITC-표지된 BMP-2는 멤브레인(MWCO: 3,500)을 사용하여 24시간 동안 여과(분리)하고, 동결건조 하였다. TRITC-표지된 IGF-1은 상기와 동일한 방법으로, 동일한 양을 합성하여 준비하였다. 상기 모든 과정은, FITC 와 TRITC의 형광활성을 잃지 않기 위하여, 암실에서 진행되었다.The nanoparticles have an anionic hyaluronic acid (HA) shell, which is capable of binding positively charged BMP-2 and IGF-1 through electrostatic interactions. Green fluorescent protein (FITC-labeled BMP-2) was used to visualize BMP-2 binding to the nanoparticle phase and red fluorescent protein (TRITC-labeled IGF-1) was used to visualize IGF- Respectively. FITC aqueous solution (0.3 μg FITC dissolved in 300 μl sodium carbonate solution, pH 9.0) was mixed with BMP-2 solution (20 μg BMP-2 dissolved in 700 μl sodium carbonate solution) for 2 hours at room temperature. FITC-labeled BMP-2 was filtered (separated) using a membrane (MWCO: 3,500) for 24 hours and lyophilized. TRITC-labeled IGF-1 was prepared by synthesizing the same amount in the same manner as above. All of the above procedures proceeded in the dark room in order not to lose the fluorescence activity of FITC and TRITC.

실시예 3의 나노입자가 고정화된 Ti 기재와 그렇지 않은(개질되지 않은) Ti 기재를 FITC-표지된 BMP-2와 TRITC-표지된 IGF-1의 수용액(FITC-표지된 BMP-2 100 ng 및 TRITC-표지된 IGF-1 100 ng이 인산완충식염수(PBS) 1 ㎖에 용해됨)에 가벼운 교반상태로 4℃의 온도에서 24시간동안 침지시켜 평형시켰다. 그 후, 증류수로 3번 세척하고 동결건조하였다. 형광현미경 이미지는 IX71 형광현미경(Olympus Optical Co., Tokyo, Japan)의 녹색 및 적색 필터를 이용하여 관찰하였다.The Ti substrate on which the nanoparticles of Example 3 were immobilized and the other (unmodified) Ti substrate were immersed in an aqueous solution of FITC-labeled BMP-2 and TRITC-labeled IGF-1 (100 ng of FITC-labeled BMP- 100 ng of TRITC-labeled IGF-1 was dissolved in 1 ml of phosphate buffered saline (PBS)) for 24 hours at a temperature of 4 ° C under mild agitation. Then, it was washed three times with distilled water and lyophilized. Fluorescence microscopy images were observed using the green and red filters of the IX71 fluorescence microscope (Olympus Optical Co., Tokyo, Japan).

도 7은 BMP-2 및 IGF-1이 개질되지 않은 Ti 표면상에 효과적으로 결합되지 않음을 보여준다. 그러나 나노입자-고정화된 표면에서는 나노입자상의 BMP-2의 효과적인 탑재를 나타내는 강한 FITC 형광과, IGF-1의 효과적인 탑재를 나타내는 강한 TRITC 형광이 관찰되었고, 나아가 이들의 조합 이미지를 통해 BMP-2 및 IGF-1가 이중으로 잘 탑재되어 있음을 관찰할 수 있었다.
Figure 7 shows that BMP-2 and IGF-1 are not effectively bound on the unmodified Ti surface. However, on the nanoparticle-immobilized surface, strong FITC fluorescence indicating the efficient loading of BMP-2 on the nanoparticles and strong TRITC fluorescence indicating the efficient loading of IGF-1 were observed, and furthermore, IGF-1 was found to be double-loaded well.

실험예Experimental Example 5: 이중 성장인자의  5: Double growth factor TiTi 표면으로부터의 제어 방출 조사 Control emission from surface

형광단백질이 표지된 성장인자들을 포함하는 나노입자-Ti 기재(표면적 2 cm2 및 2 g/ℓ의 나노입자 농도)에 있어서, 성장인자 BMP-2 및 IGF-1의 in vitro 방출 프로파일을 pH 7.4의 인산완충식염수 내에서 확인하였다.In vitro release profiles of growth factors BMP-2 and IGF-1 were measured at pH 7.4 (nanoparticle concentration of 2 cm 2 and 2 g / l of surface area) containing nanoparticle-Ti substrates containing fluorescent protein labeled growth factors Of phosphoric acid buffered saline.

BMP-2 및 IGF-1가 탑재된 상기 실시예 4에서 제조된 나노입자-고정화된 Ti 기재를 인산완충식염수 3 ㎖에 침지시키고, 150 rpm으로 37℃에서 교반하여 평형시켰다. 방출매질은 기-결정된 시간구간에서 완전히 교체되었으며, 모든 샘플들은 실험동안 -20℃에서 보관되었다. 방출된 BMP-2 및 IGF-1에 대한 매질 상층액을 ELISA 진단 키트를 사용하여, 통상의 방법에 따라 분석하였다.The nanoparticle-immobilized Ti substrate prepared in Example 4 in which BMP-2 and IGF-1 were mounted was immersed in 3 ml of phosphate buffered saline and equilibrated by stirring at 150 rpm at 37 캜. The emission medium was completely replaced at the pre-determined time interval, and all samples were stored at -20 ° C during the experiment. The media supernatants for released BMP-2 and IGF-1 were analyzed according to conventional methods, using an ELISA diagnostic kit.

도 8은 BMP-2 및 IGF-1이 눈에 띄는 버스트 방출 없이 28일에 걸쳐 방출됨을 보여준다. 이로써 BMP-2 및 IGF-1의 방출되는 양이 제어되면서 지속적으로 방출됨을 알 수 있었다.Figure 8 shows that BMP-2 and IGF-1 are released over 28 days without noticeable burst release. As a result, it was found that the amount of BMP-2 and IGF-1 released was controlled and continuously released.

나아가 조합된 약물이 아닌 단독 약물, 예를 들어 BMP-2가 단독 탑재된 나노입자-고정화된 Ti 기재의 경우에도, 상기와 같은 방출 프로파일을 나타낼 것이라 예측되었다.
Furthermore, it was predicted that even a single drug, for example, a nanoparticle-immobilized Ti substrate on which BMP-2 alone was loaded would exhibit the above-described release profile.

이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
From the above description, it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. In this regard, it should be understood that the above-described embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention should be construed as being included in the scope of the present invention without departing from the scope of the present invention as defined by the appended claims.

Claims (19)

약물이 결합가능한 제1고분자 하나 이상 및 제1고분자보다 소수성인 제2고분자 하나 이상을 포함하는 제3고분자를 준비하는 제1단계;
제3고분자의 자가조립을 통해 제2고분자는 내부에 제1고분자는 외부에 위치하는 나노입자를 형성시키는 제2단계; 및
상기 나노입자의 표면에, 카테콜기를 결합시키는 제3단계를 포함하며,
제1고분자는 음이온성 다당류계 고분자인 히알루론산인 것을 특징으로 하는,
접착성 나노입자의 제조방법.
A first step of preparing a third polymer comprising at least one drug-binding first polymer and at least one second polymer that is hydrophobic more than the first polymer;
A second step in which the first polymer forms nanoparticles located in the interior of the second polymer through self-assembly of the third polymer; And
And a third step of binding a catechol group to the surface of the nanoparticles,
Wherein the first polymer is an anionic polysaccharide-based polymer, hyaluronic acid,
A method for producing adhesive nanoparticles.
제1항에 있어서, 상기 제2단계에서 제2고분자는 나노입자 내부에서 단일 코어 또는 다중 코어를 형성하며, 제1고분자는 상기 단일 코어 또는 다중 코어를 둘러싸며 외부에 위치하는 것인 제조방법.
2. The method of claim 1, wherein the second polymer in the second step forms a single core or multiple cores within the nanoparticles, wherein the first polymer surrounds the single core or multiple cores and is located externally.
제1항에 있어서, 상기 카테콜기는 나노입자 외부 표면에 위치한 제1고분자에 결합된 것인 제조방법.
2. The method of claim 1, wherein the catechol is attached to a first polymer located on an outer surface of the nanoparticle.
약물이 결합가능한 제1고분자 하나 이상 및 제1고분자 보다 소수성인 제2고분자 하나 이상을 포함하는 제3고분자의 자가조립을 통해 형성된 나노입자로서, 제2고분자는 내부에 제1고분자는 외부에 위치하여 형성된 나노입자; 및 상기 자가조립된 나노입자의 표면에 도입된 카테콜기를 포함하며,
제1고분자는 음이온성 다당류계 고분자인 히알루론산인 것을 특징으로 하는, 접착성 나노입자.
A nanoparticle formed by self-assembly of at least one first polymer capable of binding to a drug and at least one second polymer comprising at least one second polymer more hydrophobic than the first polymer, wherein the first polymer has a ; And a catechol group introduced into the surface of the self-assembled nanoparticles,
Wherein the first polymer is an anionic polysaccharide polymer, hyaluronic acid.
제4항에 있어서, 제2고분자는 나노입자 내부에서 단일 코어 또는 다중 코어를 형성하며, 제1고분자는 상기 단일 코어 또는 다중 코어를 둘러싸며 외부에 위치하는 것인 접착성 나노입자.
5. The adhesive nanoparticle of claim 4, wherein the second polymer forms a single core or multiple cores within the nanoparticles, and wherein the first polymer surrounds and is external to the single core or multiple cores.
제4항에 있어서, 상기 카테콜기는 나노입자 외부 표면에 위치한 제1고분자에 결합되어 도입된 것인 접착성 나노입자.
5. The adhesive nanoparticle of claim 4, wherein the catechol group is incorporated into a first polymer located on an outer surface of the nanoparticle.
제4항에 있어서, 제1고분자는 약물과 이온결합가능하도록 전하를 띠는 이온성 고분자인 것인 접착성 나노입자.
5. The adhesive nanoparticle of claim 4, wherein the first polymer is an ionic polymer having a charge so as to be ionically bondable with the drug.
삭제delete 제4항에 있어서, 상기 제2고분자는 폴리(락티드-코-글리콜리드)(PLGA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리락트산(PLA), 폴리-ε-카프로락톤(PCL), 락트산-카프로락톤 공중합체(PLCL), 생분해성 폴리우레탄(biodegradable polyurethane) 및 생분해성 폴리카보네이트(biodegradable polycarbonate)로 이루어진 군에서 선택된 생분해성 고분자인 것인 접착성 나노입자.
5. The method of claim 4, wherein the second polymer is selected from the group consisting of poly (lactide-co-glycolide) (PLGA), polyglycolic acid (PGA), polylactic acid (PLA), poly-epsilon -caprolactone (PCL) Wherein the biodegradable polymer is a biodegradable polymer selected from the group consisting of caprolactone copolymer (PLCL), biodegradable polyurethane, and biodegradable polycarbonate.
제4항에 있어서, 제3고분자는 제1고분자 주쇄에 제2고분자가 측쇄로 연결된 그래프트 공중합체인 것인 접착성 나노입자.
5. The adhesive nanoparticle according to claim 4, wherein the third polymer is a graft copolymer in which the second polymer is linked to the first polymer main chain side-by-side.
제4항에 있어서, 제1고분자는 히알루론산이고 제2고분자는 PLGA인 것인 접착성 나노입자.
5. The adhesive nanoparticle of claim 4, wherein the first polymer is hyaluronic acid and the second polymer is PLGA.
제4항에 있어서, 상기 접착성 나노입자는 약물을 탑재하고 있는 것인 접착성 나노입자.
5. The adhesive nanoparticle of claim 4, wherein the adhesive nanoparticles are loaded with a drug.
제12항에 있어서, 상기 약물은 골형성 성장인자, 섬유아세포 성장인자, 혈소판 유도 성장인자, 전환 성장인자-β, 인슐린 유사 성장인자, 파라티로이드 호르몬 및 이의 조합 중 어느 하나인 접착성 나노입자.
13. The method of claim 12, wherein the drug is selected from the group consisting of an osteogenic growth factor, a fibroblast growth factor, a platelet derived growth factor, a transforming growth factor-beta, an insulin-like growth factor, a parathyroid hormone, .
제12항에 있어서, 상기 약물은 성장인자인 BMP-2 및 IGF-1의 조합인 접착성 나노입자.
13. The adhesive nanoparticle of claim 12, wherein the drug is a combination of growth factors BMP-2 and IGF-1.
제12항에 있어서, 상기 약물은 에티드로네이트, 클로드로네이트, 팔미드로네이트, 알렌드로네이트, 이반드로네이트, 리세드로네이트, 졸레드로네이트, 틸루드로네이트, [1-히드록시-2-(이미다조[1,2-a]피리딘-3-일)에틸리덴]-비스포스폰산 모노하이드레이트, 이카드로네이트, 올파드로네이트, 네리드로네이트, 디소듐-1-히드록시-3-(1-피롤리디닐)-프로필리덴-1,1-비스포스포네이트, 파클리탁셀, 도세탁셀, 시롤리머스, 덱사메타손 및 이의 조합 중 어느 하나인 접착성 나노입자.
13. The method of claim 12, wherein the drug is selected from the group consisting of etidronate, claudronate, palmyrronate, alendronate, ibandronate, risedronate, zoledronate, tyluronate, [1- (Imidazo [1,2-a] pyridin-3-yl) ethylidene] -bisphosphonic acid monohydrate, icadronate, olefadronate, neridronate, disodium- 1-pyrrolidinyl) -propylidene-1,1-bisphosphonate, paclitaxel, docetaxel, sylolimus, dexamethasone and combinations thereof.
기재; 및 상기 기재 상에 카테콜기를 통해 접착되어 있는 제4항 내지 제7항, 및 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항의 접착성 나노입자 하나 이상을 포함하는 복합체.
materials; And at least one adhesive nanoparticle according to any one of claims 4 to 7 and 9 to 15 adhered to the substrate via a catecholizing agent.
제16항에 있어서, 상기 기재는 플라스틱, 유리, 세라믹, 금속 및 고분자로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 제조된 것인 복합체.
The composite according to claim 16, wherein the substrate is made of a material selected from the group consisting of plastic, glass, ceramic, metal and polymer.
제16항에 있어서, 상기 기재는 생체 이식용 임플란트, 멤브레인 또는 스텐트인 복합체.
17. The composite of claim 16, wherein the substrate is a bioimplant implant, membrane or stent.
지속적으로 약물의 제어 방출이 가능한 복합체의 제조방법에 있어서,
제4항 내지 제7항, 및 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항의 접착성 나노입자 하나 이상을 카테콜기를 통해 기재에 접착시키는 제a단계; 및
상기 접착성 나노 입자에 약물을 결합시키는 제b단계를 포함하는 것인 방법.
A method of producing a complex capable of sustained controlled release of a drug,
A) a step of adhering one or more adhesive nanoparticles of any one of claims 4 to 7 and 9 to 11 to a substrate via a catechol group; And
And a step (b) of binding the drug to the adhesive nanoparticle.
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