KR101507645B1 - 암 진단 및 치료용 유-무기 나노복합체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 암 진단 및 치료용 유-무기 나노복합체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전도성 고분자 입자 내부에 자성 나노입자가 클러스터 형태로 형성된 암 진단 및 치료용 유-무기 나노복합체에 관한 것이다.
특히, 본 발명의 유-무기 나노복합체는 입자 크기가 100 내지 200 nm로, 매우 작은(<50 nm) 기존 나노복합체 입자 보다 비특이성 세포 흡수(non-specific cellular uptake)가 크게 줄어, 표적 세포에 정확히 전달시킬 수 있고, 세포 내 도핑에 의해 근적외선 부근에서 흡광을 갖는 전도성 고분자 입자로 국소적인 암 광열 치료가 가능하며, 또한 자성 나노입자가 클러스터를 이루기 때문에 스핀 정렬을 이루는 세기가 더 강해져서 기존 나노복합체 입자 보다 높은 MRI 민감도를 가질 수 있어 암 진단도 가능하다.

Description

암 진단 및 치료용 유-무기 나노복합체{Organic/inorganic nanocomposite for diagnosis and treatment of cancer}
본 발명은 전도성 고분자 매트릭스 내부에 자성 나노입자가 클러스터 형태로 형성된 암 진단 및 치료용 유-무기 나노복합체에 관한 것이다.
최근 나노 기술의 발전은 나노 약물이라고 불리는 새로 열리고 있는 암 치료의 장의 발전에 기여하고 있다. 10 ~ 200 nm의 범위 사이에서 사이즈의 조절을 통해 나노입자들의 다양한 기능들을 발전시킴으로써, 나노 약물 기술들은 전통적인 치료 방법에 비해서 여러 장점들을 보여준다. 무엇보다 중요한 것은 기능적으로 적당한 크기와 표면을 가지고 순환기계에 잘 전달되는 것이 성공되어야 한다는 것이다. 즉, 혈액 내에서의 순환 시간이 연장되어야 하고, 새망내피계 시스템으로의 재흡수가 감소되어야 하면서 기능적으로 종양에 타겟팅되어야 한다. 다른 측면들은 다기능적이다: 나노 입자들은 한 종류 이상의 기능적 부분으로 통합될 수 있어야 하고, 이것은 치료 작용 물질과 모양을 구성하는 물질을 포함하여야 한다. 이 하나의 입자로 여러 목적을 성취하는 것이 테라그노시스(theragnosis)라고 불리는 새로운 암 치료 전략을 이끌어가고 있다.
테라그노시스는 치료 기능과 진단 기능을 개별적인 종양 치료를 효율적이고 안정성 있게 발전시키기 위해 통합한 전략이다. 이 전략은 종양의 크기, 위치와 활성을 시각화 하는 능력과 즉각적으로 일부분을 진단함으로써 국소 영역을 치료하는 능력을 제시한다. 그러므로, 이는 최근에 생겨난 개인화된 약물의 장을 열어주는 굳은 약속과도 같음을 보여준다. 이는 임상의들이 개별적인 환자들에게 치료 전략이 효과적일지 아닐지를 빠르게 결정할 수 있도록 해주기 때문이다. 다양한 세트의 진단적 양상들은 MRI, X-선 단층촬영, 초음파 등을 포함하는 비침투적 종양 영상화 기법을 사용하여 얻어진다. 그것들 사이에서, MRI는 가장 좋은 공간적 해상도와 자세한 해부학적 정보를 제공하는 능력 때문에, 임상적으로 가장 많이 사용되는 기술이다. 예를 들면, 약물은 자성을 띄는 폴리 나노입자에 로드되어, 유방암의 테라그노시스를 위해 개발되었고, pH 민감성 약물 전달 자성의 나노입자들은 분자 영상화에 의해 효율적인 종양 치료의 테라그노시스 프로타입으로서 개발되었다. 그러나, 모든 양의 약물이 방출되면, 나노입자들은 치료적 활성을 잃어버리고 종양이 줄어들 때까지 추가적 용량이 요구된다.
비특허문헌 1과 특허문헌 1에는 단일 자성 나노입자 표면을 전도성 고분자로 코팅한 형태로 입자 크기가 10-50 nm인 나노복합체가 개시되어 있으나, 표적지 이외에서 분해되어 원하는 양만큼 약물이 표적지에 전달이 되는지 확인이 불가능하며 자성체의 표면이 수용상에서 불안정한 지용성 물질로 코팅이 되어 있어, 나노 약물로의 사용에 문제가 있다. 또한, 특허문헌 1은 씨드 중합 방법에 의해 나노 복합체를 합성하고 있어 공정이 용이하지 않고 대량 생산에 어려움이 있다.
국내 공개특허 제2009-0033940호(2009.04.07)
Angew. Chem. Int. Ed. Magnetic Nanoparticles: Synthesis, Protection, Functionalization, and Application, 2007, 46, 1222-1244
이에, 본 발명자들은 전도성 고분자 나노입자 내 자성 나노입자를 클러스터 형태로 형성시킨 근적외선 반응성 유-무기 나노복합체를 개발하였다. 진단 목적으로, 무기 자성 나노입자를 유기 전도성 고분자 입자 속에 넣고, 세포내의 산성/산화적 상태를 NIR 조사에 의해 광온도적 국소 치료가 가능하게 하였다.
따라서, 본 발명은 전도성 고분자가 근적외선 부근에서 광 감응성을 가지고 있어 광열 치료를 통해 암세포를 선택적으로 제거할 수 있는 동시에, 자성 나노입자에 의해 MRI 조영 효과 또한 탁월하여 암 진단도 가능한 유-무기 나노복합체 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은
전도성 고분자 입자 내부에 자성 나노입자가 클러스터 형태로 형성된 암 진단 및 치료용 유-무기 나노복합체를 제공한다:
상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명은,
전도성 고분자 입자와 자성 나노입자를 유기용매에 용해시켜 유기상을 형성시키는 단계; 및
상기 유기상을 계면활성제 수상에 유화시키는 단계
를 포함하는 유-무기 나노복합체의 제조방법을 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서, 본 발명은,
상기 유-무기 나노복합체를 포함하는 암 진단 및 치료용 조영제를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서, 본 발명은,
상기 유-무기 나노복합체를 포함하는 암 진단 및 치료용 조성물을 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서, 본 발명은,
상기 암 진단 및 치료용 조성물; 및 600 내지 1100 nm 파장 영역의 광선을 조사하는 장치를 포함하는 암 치료 및 진단용 키트를 제공한다.
본 발명은 암 진단 및 치료용 유-무기 나노복합체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전도성 고분자 입자 내부에 자성 나노입자가 클러스터 형태로 형성된 암 진단 및 치료용 유-무기 나노복합체에 관한 것이다.
특히, 본 발명의 유-무기 나노복합체는 입자 크기가 100 내지 200 nm로, 매우 작은(<50 nm) 기존 나노복합체 입자 보다 비특이성 세포 흡수(non-specific cellular uptake)가 크게 줄어, 표적 세포에 정확히 전달시킬 수 있고, 세포 내 도핑에 의해 근적외선 부근에서 흡광을 갖는 전도성 고분자 입자로 국소적인 암 광열 치료가 가능하며, 또한 자성 나노입자가 클러스터를 이루기 때문에 스핀 정렬을 이루는 세기가 더 강해져서 기존 나노복합체 입자 보다 높은 MRI 민감도를 가질 수 있어 암 진단도 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 유-무기 나노복합체는 기존의 씨드 중합 방법에 비해 공정이 용이하고 대량 생산이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 근적외선(near-infrared, NIR) 반응성 유-무기 나노복합체를 이용하여 국소 치료(localized therapy)와 관련된 테라그노시스(theragnosis)의 모식도이다.
도 2는 실시예 1의 유-무기 나노복합체의 SEM 이미지 사진이다.
도 3은 실시예 1의 유-무기 나노복합체의 TEM 이미지 사진이다.
도 4는 실시예 1의 유-무기 나노복합체 도핑 전(1) HCl 도핑 후(2)의 사진(a) 및 흡광 스펙트럼(b)을 나타낸 것이다[(b) 안의 그래프는 자성 나노입자의 흡광 스펙트럼을 나타냄, 실시예 1의 유-무기 나노복합체의 도핑은 1 M HCl 수용액에서 수행됨].
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 유-무기 나노복합체(1)와 물(2)의 가열곡선을 나타낸 그래프이다[근적외선 레이저(파장: 808 nm): 5 W/cm2의 전력 밀도. 유-무기 나노복합체 용액 농도: 1 mg/ml].
도 6 실시예 1의 유-무기 나노복합체 내에 내장된 자성 나노입자 농도에 따른 스핀-스핀 완화 속도(R2)를 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 1의 유-무기 나노복합체(1), 폴리아닐린 나노입자(2) 및 자성나노입자(3)의 상세 TEM 이미지 사진(a), 스핀-스핀 완화 속도(R2) 그래프(b) 및 가열 곡선 그래프(c)이다[가열 곡선 실험에서, 근적외선 레이저(파장: 808nm): 5 W/cm2의 전력 밀도. 유-무기 나노복합체 용액 농도: 1 mg/ml].
본 발명은 전도성 고분자 입자 내부에 자성 나노입자가 클러스터 형태로 형성된 암 진단 및 치료용 유-무기 나노복합체에 관한 것이다.
본 발명에서 전도성 고분자는 세포 내 도핑에 의해 600 내지 1100 nm의 파장 영역에서 흡광을 갖는 것이 바람직하다.
본 명세서에서 "세포 내 도핑에 의해 600 내지 1100 nm의 파장 영역에서 흡광을 갖는 전도성 고분자 입자"란 전도성 고분자 나노입자가 세포 내에 도입된 경우 세포 내에 존재하는 도펀트에 의해 도핑되어 600 내지 1100 nm의 파장 영역에서 흡광을 가짐을 의미한다. 상기 전도성 고분자는 세포 외에서 상기 파장 영역에서 흡광을 나타내지 않아 세포 내 도펀트를 함유하는 암세포만을 특이적으로 제거하고, 정상세포, 혈관 등에는 부작용을 일으키지 않게 된다. 따라서, 기존의 광열 치료 시 광열제의 암세포 또는 암 조직으로의 직접 투여뿐만 아니라 주사제를 이용한 혈관 투여를 통해서도 주입이 가능하고, 600 내지 1100 nm의 파장 범위의 광선 조사를 통해 정상세포, 혈관 파괴 없이 암세포만을 특이적으로 제거할 수 있다.
상기 세포 내 도핑에 의해 600 내지 1100 nm의 파장 영역에서 흡광을 나타내는 전도성 고분자는 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리(1,4-페닐렌비닐렌)(poly(1,4-phenylenevinylene)), 폴리(1,4-페닐렌 설파이드)(poly(1,4-phenylene sulfide)), 폴리(플루오레닐렌에티닐렌)(poly(fluorenyleneethynylene)) 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 자성 나노입자는 자성을 가지고, 직경이 1 내지 1000 nm, 보다 바람직하게는 2 내지 100 nm인 입자라면 특별히 제한하지는 않는다. 가장 바람직하게는 상기 직경을 갖는 금속, 자성 물질, 또는 자성 합금이 좋다.
상기 금속은 특별히 제한하지는 않으나, Pt, Pd, Ag, Cu, 또는 Au 등을 단독 또는 2종 이상 사용할 수 있다.
상기 자성 물질은 특별히 제한하지는 않으나, Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM'2O4, 또는 MxOy (M 및 M'는 각각 독립적으로 Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd, 또는 Cr을 나타내고, x 및 y는 각각 식 "0 < x ≤ 3" 및 "0 < y ≤ 5"을 만족한다.) 등을 단독 또는 2종 이상 사용할 수 있다.
상기 자성 합금은 특별히 제한하지는 않으나, CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe, 또는 NiFeCo 등을 단독 또는 2종 이상 사용할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 전도성 고분자 입자는 전도성 고분자 코어와 친수성 쉘로 이루어진 구조를 가질 수 있다.
상기 전도성 고분자 코어는 전도성 고분자 매트릭스 내 자성 나노입자가 클러스터 형태로 형성된 나노입자이다.
상기 친수성 쉘은 상기 고분자 코어의 외부에 위치하여 높은 수용성을 나타내어 본 발명의 고분자 나노입자의 분산성을 높일 수 있다.
일 구체예에 따르면, 상기 친수성 쉘은 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴산 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 계면활성제 쉘로서 고분자의 유기상과 계면활성제가 녹아있는 수상의 유화를 통해 고분자의 외각을 둘러싸는 코어-쉘 구조로 형성될 수 있다.
일 구체예에 따르면, 본 발명의 전도성 고분자 입자는 폴리아닐린 입자일 수 있다. 상기 폴리아닐린 입자는 도핑되지 않은 상태의 폴리아닐린 코어와, 폴리비닐알콜 쉘로 구성된 구조를 갖는 입자인 것을 특징으로 한다.
상기 폴리아닐린은 생체적합하고, 세포 증식을 연구하기 위한 전기활성소재로서 주로 사용된다. 폴리아닐린의 주요 장점은 전자 이동을 유도하고, 여기-에너지 수준을 감소시키는 원자가 밴드 및 전도성 밴드 간의 밴드 간 갭 상태를 발생하는 양자화를 위한 도펀트(예를 들어, 강산, 루이스산, 전이금속, 알칼리 이온)라는 것이다. 따라서, 폴리아닐린의 광학-흡광 피크는 도핑을 통해서 밴드갭 영역에 새로운 에너지 준위가 생성이 되면서 근적외선 영역으로 적색 이동한다. 폴리아닐린에 의한 근적외선의 흡광은 암 세포 제거를 위해 이용될 수 있는 상당한 함량의 열 에너지를 발생한다.
특히, 본 발명의 유-무기 나노복합체는 입자 크기가 100 nm 내지 200 nm로, 매우 작은(<50 nm) 기존 나노복합체 입자 보다 비특이성 세포 흡수(non-specific cellular uptake)가 크게 줄어, 표적 세포에 정확히 전달시킬 수 있다.
첨부도면 도 1은 근적외선(near-infrared, NIR) 반응성 유-무기 나노복합체의 구조를 나타낸 것으로, 국소 치료법(localized therapy)과 결합된 테라그노시스(theragnosis)를 묘사하고 있다. 최종 구조는 자성 나노입자가 전도성 고분자 입자 매트릭스에 있는 구조이다. 좀 더 구체적으로는, 자성 나노입자가 NIR 감수성 전도성 고분자 매트릭스에 내장되어 있다. 유-무기 나노복합체를 합성하기 위해서, 자성 나노입자가 전도성 고분자 매트릭스 내부에 균일하게 분포하도록 유기 용해성 자성 나노입자가 화학적으로 변형된 전도성 고분자 입자와 함께 유기상에 완전히 공용해 되었다. 그 후에, 수용성의 유-무기 나노복합체를 만들기 위해서, 전도성 고분자 매트릭스 내부에 자성 나노입자를 포함하는 유기상은, 계면활성제로 인하여 전도성 고분자 입자를 수용성으로 만드는 폴리비닐알콜을 포함하는 수용액과 서로 유화되었다.
본 발명의 유-무기 나노복합체의 제조방법은 본 발명자들에 의해 개발된 나노 에멀젼 합성 방법을 통해 제조 가능하다.
구체적으로, 본 발명은 전도성 고분자 입자와 자성 나노입자를 유기용매에 용해시켜 유기상을 형성시키는 단계; 및
상기 유기상을 계면활성제 함유하는 수용 상에 유화시키는 단계
를 포함하는 유-무기 나노복합체의 제조방법을 포함한다.
일 구체예에 따르면, 전도성 고분자(폴리아닐린)은 HCl과, 산화제로 암모늄 퍼설페이트를 사용하여 양자화된 아닐린 모노머를 이용하여 합성한다. 화학적 산화중합을 통해 진녹색의 침전물(폴리아닐린)이 생기며, 과량의 탈이온수를 이용하여 세척하여 정제함으로써 전도성 고분자를 제조한다.
자성 나노입자는 통상의 조영제 성분으로 사용하는 경우의 방법으로 제조될 수 있으며, 본 발명에서는 열 분해방법을 이용하였다.
상기 전도성 고분자와 상기 자성 나노입자를 유기용매(예를 들어, 클로로포름)에 용해시켜 유기상을 형성시킨다.
상기 유기 상을 계면활성제(예를 들어, 폴리비닐알콜)을 함유하는 수용 상에 부가하여 포화시키고, 유화시켜 균일한 수용상에 안정적으로 분산 된 유-무기 나노복합체를 얻는다(콜로이드 상태). 수용상에서 유-무기 나노복합체 입자는 외부의 폴리비닐알콜 사슬로 인해 높은 수용성을 나타낸다.
본 발명의 유-무기 나노복합체는 부드러운 표면을 갖는 입자 상태이고, 바람직하게 100 nm 내지 200 nm의 직경을 갖는 입자인 것이 좋다. 상기 범위를 벗어날 경우, 수용 환경에서 불안정하여 암의 광열 치료에 적용하기 어렵다.
일 구체예에 따르면, 유-무기 나노복합체는 세포질 내부에서 도핑되면서 녹색에서 적색으로 변하며, 600 내지 1100 nm의 파장 영역에서 흡광도가 증가하는 광 감응성을 갖는다.
상기 본 발명의 유-무기 나노복합체는 600 내지 1100 nm의 파장 범위의 레이저를 조사할 경우, 높은 온도 상승을 나타낸다.
일 구체예에 따르면, 5 W/cm2 의 NIR 레이저(파장: 808 nm)를 100 초 조사 시, 순수 물의 경우 3 ℃의 온도 상승이 있는 반면, 본 발명의 유-무기 나노복합체(농도: 1 mg/ml)는 30 ℃의 온도 상승을 유발한다. 또한, 유-무기 나노복합체는 600 내지 1100 nm의 파장 범위의 레이저를 조사한 후에도 콜로이드 안정성을 유지한다.
또한, 본 발명의 암 진단 및 치료용 조성물은 약학적으로 허용가능한 담체를 더 포함할 수 있다.
상기 약학적으로 허용가능한 담체는 의약 분야에서 통상 사용되는 담체 및 비히클을 포함하며, 구체적으로 이온 교환 수지, 알루미나, 알루미늄 스테아레이트, 레시틴, 혈청 단백질(예, 사람 혈청 알부민), 완충 물질(예, 각종 인산염, 글리신, 소르브산, 칼륨 소르베이트, 포화 식물성 지방산의 부분적인 글리세라이드 혼합물), 물, 염 또는 전해질(예, 프로타민 설페이트, 인산수소이나트륨, 인산수소캄륨, 염화나트륨 및 아연 염), 교질성 실리카, 마그네슘 트리실리케이트, 폴리비닐피롤리돈, 셀룰로즈계 기질, 폴리에틸렌 글리콜, 나트륨 카르복시메틸셀룰로즈, 폴리아릴레이트, 왁스, 폴리에틸렌 글리콜 또는 양모지 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
또한, 본 발명의 암 진단 및 치료용 조성물은 상기 성분들 이외에 윤활제, 습윤제, 유화제, 현탁제, 또는 보존제 등을 추가로 포함할 수 있다.
한 양태로서, 본 발명에 따른 암 진단 및 치료용 조성물은 비경구 투여를 위한 수용성 용액으로 제조할 수 있으며, 바람직하게는 한스 용액(Hank’s solution), 링거 용액(Ringer’s solution) 또는 물리적으로 완충된 염수와 같은 완충 용액을 사용할 수 있다. 수용성 주입(injection) 현탁액은 소듐 카르복시메틸셀룰로즈, 솔비톨 또는 덱스트란과 같이 현탁액의 점도를 증가시킬 수 있는 기질을 첨가할 수 있다.
본 발명의 암 진단 및 치료용 조성물의 다른 바람직한 양태는 멸균 주사용 수성 또는 유성 현탁액의 멸균 주사용 제제의 형태일 수 있다. 이러한 현탁액은 적합한 분산제 또는 습윤제(예를 들면 트윈 80) 및 현탁화제를 사용하여 본 분야에 공지된 기술에 따라 제형화할 수 있다.
또한, 상기 멸균 주사용 제제는 무독성의 비경구적으로 허용되는 희석제 또는 용매 중의 멸균 주사 용액 또는 현탁액(예를 들면 1,3-부탄디올 중의 용액)일 수 있다. 사용될 수 있는 비히클 및 용매로는 만니톨, 물, 링거 용액 및 등장성 염화나트륨 용액이 있다. 또한, 멸균 비휘발성 오일이 통상적으로 용매 또는 현탁화 매질로서 사용된다. 이러한 목적을 위해 합성 모노 또는 디글리세라이드를 포함하여 자극성이 적은 비휘발성 오일은 그 어느 것도 사용할 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명의 유-무기 나노복합체를 포함하는 암 진단 및 치료용 조영제를 포함할 수 있다. 특히, MRI 조영제가 바람직하다.
본 발명은 또한 본 발명의 암 진단 및 치료용 조성물; 및
600 내지 1100 nm 파장 영역의 광선을 조사하는 장치를 포함하는 종양 치료용 키트에 관한 것이다.
본 발명의 암 진단 및 치료용 조성물은 암과 관련된 다양한 질병, 예를 들어 위암, 폐암, 유방암, 난소암, 간암, 기관지암, 비인두암, 후두암, 췌장암, 방광암, 결장암, 또는 자궁경부암 등을 치료하는데 이용될 수 있으므로, 암 진단 및 치료를 위한 키트에 포함될 수 있다.
상기 광선은 레이저 빔인 것이 좋다.
이하, 본 발명에 따르는 실시예 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
제조예 1: 폴리아닐린 고분자 합성
폴리아닐린 고분자는 과량의 HCl 하에서 화학적 산화 중합을 통해 합성하였다.
아닐린 단량체(0.2 mol)를 1M HCl 수용액(300 mL)에 첨가하였다. 계속해서, 산화제로 1M HCl 수용액(200 mL)에서 제조된 암모늄 퍼설페이트 용액(0.05 mol)을 한 방울씩 첨가하여 4℃에서 6시간 동안 중합 과정을 수행하였다. 검녹색의 침전된 중합체 염은 모세관 반응으로 여과하고, 1M NaOH 용액(500 mL)에 재분산 시켰다. 그 후, 탈양자화된 폴리아닐린 고분자자를 여과하고, 아세톤(500 mL)에서 재분산시켰다. 마지막으로, 여과 및 진공 오븐에서 48시간 동안 건조 후 폴리아닐린 고분자 미세 분말을 얻었다.
제조예 2: 자성 나노입자 합성
열분해 방법이 소수성 용매에 녹는 단순 분산 자성 나노결정체들을 합성하는데 사용된다. 무엇보다도, 철 트리아세틸아세토네이트(2밀리몰), 2가 망가네즈 트리아세틸아세토네이트(1밀리몰), 1,2-헥산디칸디올(10밀리몰), 도데카논산(6밀리몰), 그리고 도데실아민(6밀리몰)들은 20ml의 벤질 에테르에 질소 장만 내에서 용해시켰다. 상기 혼합물은 200℃까지 가열시키고 2시간 동안 반응시켰다. 그리고 300℃까지 추가적으로 1시간 더 가열시켰다. 모든 프로세스는 질소 대기 하에서 수행하였다. 혼합 후에 가열원을 없애고, 실온 정도로 냉각한 후, 20ml 순수 에탄올로서 두 번 정제하였고, 입자 크기를 12 nm까지 성장시켰다.
비교예 1: 전도성 고분자 나노입자 합성
상기 제조예 1에서 제조한 폴리아닐린 입자 분말 10 mg을 4 mL의 클로로포름에 용해시켰다. 이 유기 상을 20 mL의 200 mg의 폴리비닐알콜을 함유하는 수용액 상에 부가하였다. 유기 및 연속 상의 상호 포화 후, 상기 혼합물은 초음파기(Sae Han SH-2100, Korea)로 190 W에서 10분 동안 유화시켰다. 유기 용매를 증발시킨 후, 원심분리(15,000 rpm, 30분)하여 정제하고, 침전된 전도성 고분자 나노입자는 이후 이용할 때까지 수상에서 분산시켜 두었다.
실시예 1: 유-무기 나노복합체의 제조
상기 제조예 1에서 제조한 폴리아닐린 입자 분말 10 mg 및 상기 제조예 1에서 제조한 자성 나노입자 10 mg을 4 mL의 클로로포름에 용해시켰다. 이 유기 상을 20 mL의 200 mg의 폴리비닐알콜을 함유하는 수용액 상에 부가하였다. 유기 및 연속 상의 상호 포화 후, 상기 혼합물은 초음파기(Sae Han SH-2100, Korea)로 190 W에서 10분 동안 유화시켰다. 유기 용매를 증발시킨 후, 원심분리(15,000 rpm, 30분)하여 정제하고, 침전된 유-무기 나노복합체는 이후 이용할 때까지 수상에서 분산시켜 두었다.
실시예 2: 유-무기 나노복합체의 특성 확인
제조된 유-무기 나노복합체의 흡광도는 흡광 스펙트로미터(Mecasys UV-2120, Korea)에서 얻었다. 크기와 제타 전위는 레이져 산란기(ELS-Z, Otsuka, Japan)로 측정하였다.
또한, 수용성 유-무기 나노복합체가 성공적으로 형성되었는지를 확인하기 위해, SEM 및 TEM 측정을 실시하였다. 샘플은 실리콘 기판 표면에 유-무기 나노복합체 용액(1 mg/mL)을 떨어뜨려 제조하였다. 그 후, 상기 샘플은 진공 건조 오븐을 사용하여 완전히 건조하였다. SEM 측정은 JEOL JSM-6500F에서, TEM 측정은 JEOL JEM-2100 LAB6 에서 실시하였다.
유-무기 나노복합체의 열무게 분석은 열무게 분석기(SDT-Q600, TA instrument, U.S.A.)를 이용하여 수행하였다. 유-무기 나노복합체의 자기적 특성은 진동 샘플 마그네토미터(MODEL-9407, Lakeshore, U.S.A.)를 사용하여 분석하였다.
유-무기 나노복합체는 외부의 폴리비닐알콜 사슬로 인해 높은 수용성을 나타냈다(도 4a).
실시예 1에서 제조된 유-무기 나노복합체의 주사 전자 현미경(scanning electron microscopy, SEM) 이미지를 도 2에 나타내었다.
구형의 유-무기 나노복합체는 나노-에멀젼 방법에 의해 합성되었고, 그 입자 크기는 164.6 nm ± 27.3 nm였다.
실시예 1에서 제조된 유-무기 나노복합체의 투과 전자 현미경(transmission electron microscopy, TEM) 이미지는 도 3에 나타내었다. 도 3은 유-무기 나노복합체의 상세구조를 명확하게 보여주고, 자성 나노입자가 전도성 고분자 매트릭스 내에 균등하게 분포되어 있다. 그러므로, 상기의 형태학적 정보에 의해, 본 발명자들은 폴리아닐린 매트릭스 내에 균등하게 분포된 자성 나노입자가 클러스터 형태로 무리를 이룸으로써, MRI 민감도를 향상시킬 수 있을 것이라고 기대했다. 게다가, 적당한 나노입자 크기(< 200 nm)와 함께, 유-무기 나노복합체는 혈액 내에서의 증가된 순환 시간과 세망내피계로의 감소한 흡수를 나타냈다.
실시예 1의 유-무기 나노복합체를 이용한 NIR 유도 국소 광열 치료법 적용의 실행 가능성을 평가하기 위해, 도핑(doping, 반도체에 불순물을 첨가하여 전기적 특성을 얻는 것)에 대한 유-무기 나노복합체의 광학적 특성을 도 4에 나타내었다. HCl 등과 같은 화학 도판트(dopant, 반도체에 첨가하는 미세한 불순물)에 의한 도핑에 대해, 유-무기 나노복합체의 주요 흡수 피크는 NIR 부근으로 적색 편이다. 도 4의 a 는 도핑 전(dedoped, 1, 큐벳에서 청색)과 도핑 후(doped, 2, 큐벳에서 녹색) 상태에 있는 유-무기 나노복합체의 사진이며, 도 4의 b는 각 상태에 상응하는 흡수 스펙트럼을 나타낸다. 1M HCl의 도핑에 의해, 유-무기 나노복합체의 주요 흡수 피크가 약 600 nm에서 800 nm로 옮겨졌다. 이는 폴리아닐린 입자의 중간 띠 간격 상태의 발생 때문이다. 게다가, 세포 내 환경에서는, 세포내 양자 또는 산화종과 같은 생물 도판트에 의한 컨버전스 도핑은 유-무기 나노복합체를 도핑 전(dedoped) 에서 도핑 후(doped) 상태로 바꿀 수 있다.
추가 확인을 위하여, NIR 유도에 의한 실시예 1의 유-무기 나노복합체의 온도 변화를 도 5에 나타내었다. 1 mg/ml의 유-무기 나노복합체 용액 온도가 NIR 레이저 빛(파장: 808 nm)에 5 W/cm2의 전력 밀도에서 기록되었다. 결과는 3분 내에 대략 35 ℃ 의 온도 증가를 나타내었다. 대조적으로, 대조군인 물은 레이저에 노출된 이후에 유의한 온도 증가를 나타내지 않았다. 이는 실시예 1의 유-무기 나노복합체가 도핑 전 상태에 있다 하더라도 국소 광열 피부 치료요법제로 사용될 수 있다는 것을 제시한다.
이러한 결과로부터 실시예 1의 유-무기 나노복합체는 국소 광열 피부 치료법에 사용될 수 있음을 확인하였다. 테라그노시스 적용을 위해서는, 치료법뿐만 아니라 진단 또한 필요하다. 그러므로, 진단을 위한 MRI 조영제로서의 사용 가능성을 설명하기 위해, 스핀-스핀 완화 속도의 변화를 측정하였다. 이에 대한 결과로서 유-무기 나노복합체의 완화도(relaxivity, R2) 그래프를 도 6에 나타내었다. 일반적으로, 자성 나노입자는 약한 완화 계수(~ 63 mM-1s-1)를 나타낸다. 하지만, 유-무기 나노복합체의 완화계수는 216.6 mM-1s-1이고 단일 자성 나노입자 보다 월등히 더 크다. 이는 유-무기 나노복합체의 가 단일 자성 나노입자 보다 더 강한 자화를 나타내고, MRI를 통해 진단을 위한 효율적인 물질로 적용될 수 있다는 것을 제시한다.
본 발명자들은 유-무기 나노복합체가 국소 치료와 결합된 테라그노시스에서의 활용에 적절하다는 것을 입증하였다.
도 7에서, 유-무기 나노복합체 구성의 최적화를 위한 테라그노시스에 대한 실행성을 평가하기 위해 실시에 1의 유-무기 나노복합체, 비교예 1의 전도성 고분자 나노입자, 제조예 2의 자성 나노입자 사이의 두 개의 중요 변수(R2 그리고 ΔT)와 관련된 플롯이 그려져 있다. 상세하게는, R2 에 관해 고려한다면, 0.1 mg/ml의 유-무기 나노복합체의 R2는 자성 나노입자의 구성이 0 % 에서 100 % 로 증가함에 따라 0 s-1에서 125 s-1로 변할 것이다. 이러한 상황에서는, ΔT 또한, R2와 ΔT가 유-무기 나노복합체 내의 자성 나노입자 구성에 대하여 상충관계에 있기 때문에, 5 ℃에서 50 ℃로 연속적으로 변하게 된다. 그러므로, 이들 목적을 위하여 유-무기 나노복합체 내의 자성 나노입자 구성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 만약 검출 한계를 고려한다면, 상대적으로 많은 양의 자성 나노입자를 가진 유-무기 나노복합체가 선호되는 반면, 치료를 고려한다면, 상대적으로 적은 양의 자성 나노입자를 가진 유-무기 나노복합체가 선호될 것이다.

Claims (18)

  1. 폴리아닐린 입자 내부에 자성 나노입자인 MnFe2O4가 클러스터 형태로 형성된 암 진단용 유-무기 나노복합체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리아닐린은 세포 내 도핑에 의해 600 내지 1100 nm의 파장 영역에서 흡광을 갖는 유-무기 나노복합체.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리아닐린 입자는 폴리아닐린 코어와 친수성 쉘로 이루어진 유-무기 나노복합체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리아닐린 입자는 크기가 100 nm 내지 200 nm인 유-무기 나노복합체.
  8. 폴리아닐린 입자와 자성 나노입자인 MnFe2O4를 클로로포름에 용해시켜 유기상을 형성시키는 단계; 및
    상기 유기상을 폴리비닐알콜이 함유된 수용 상에 유화시키는 단계
    를 포함하는 암 진단용 유-무기 나노복합체의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 폴리아닐린은 세포 내 도핑에 의해 600 내지 1100 nm의 파장 영역에서 흡광을 갖는 유-무기 나노복합체의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 1 항에 따른 유-무기 나노복합체를 포함하는 암 진단용 조영제.
  15. 제 1 항에 따른 유-무기 나노복합체를 포함하는 암 진단용 조성물.
  16. 제 15 항에 있어서,
    약학적으로 허용 가능한 담체를 더 포함하는 암 진단용 조성물.
  17. 제 15 항의 암 진단용 조성물; 및
    600 내지 1100 nm 파장 영역의 광선을 조사하는 장치를 포함하는 암 진단용 키트.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 광선이 레이저 빔인 암 진단용 키트.
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