KR101510835B1 - Mussel adhesive protein derived chitooligosaccharide ligand and contrast agent comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드 및 이를 포함하는 조영제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 홍합이 부착할 때 사용되는 카테콜과 무독성 고분자인 mPEG(methoxy polyethylene glycols)를 생체 적합물질인 키토산올리고당에 접합시킨 것을 특징으로 하는 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드 및 이를 포함하는 조영제에 관한 것이다.The present invention relates to a mussel adhesive protein-derived chitosan oligosaccharide ligand and a contrast agent containing the same, and more particularly, to a mugnet oligosaccharide ligand and a mucopolysaccharide conjugate, which are useful as a biocompatible chitosan oligosaccharide A chitosan oligosaccharide ligand and a contrast agent comprising the chitosan oligosaccharide ligand.
자기공명영상(MRI)은 강력한 자장을 이용하며 강한 자장을 가할 수 있는 기기의 안쪽에 위치시킨 인체에 고주파의 자장을 인가하고, 인가된 자장은 신체 각 조직의 수소원자핵을 공명시키며 이후 자장을 제거하면 각 조직에서 나오는 신호의 완화시간(relaxation time) 차이가 발생하는데 이를 컴퓨터를 통해 영상화하는 기술이다.Magnetic resonance imaging (MRI) uses a strong magnetic field and applies a high-frequency magnetic field to a human body placed inside a device capable of applying a strong magnetic field. The applied magnetic field resonates the hydrogen nucleus of each tissue of the body, The difference in the relaxation time of the signal from each tissue occurs, which is a technique of imaging through a computer.
MRI는 T1(longgitudinal) 강조 영상과 T2(transverse) 강조 영상으로 나눌 수 있다. 대표적인 T2 강조 영상의 조영제로서 산화철 나노입자가 주로 사용된다.MRI can be divided into T1 (long) and T2 (transverse) emphasized images. Iron oxide nanoparticles are mainly used as a contrast agent for a typical T2-weighted image.
그 중 자성나노입자는 이미 수년전부터 MRI(magnetic resonance image) 조영제로 사용되고 있으며, 자성나노입자가 10㎚ 이하의 크기에서 초상자성 특성을 나타낸다는 사실이 알려지면서 이들 입자들의 바이오의학 분야의 응용 가능성이 높아졌고 실제로 자성나노입자가 특정 세포를 추적할 수 있도록 기능화해서 암의 추적, 고온치료 약물전달 등과 같은 분야에서는 동물실험을 넘어 일부 임상실험 단계의 수준까지 도달해 있는 실정이다.Among them, magnetic nanoparticles have been used as magnetic resonance image (MRI) contrast agents for several years. It is known that magnetic nanoparticles exhibit superparamagnetic characteristics at a size of less than 10 nm, and their applicability in the biomedical field In fact, magnetic nanoparticles have been functionalized to track specific cells, reaching levels of clinical trials beyond animal testing in areas such as cancer tracking and high-temperature therapeutic drug delivery.
그러나 이는 인체 내에 매우 유독한 물질이기 때문에 생체에 적합한 고분자 물질을 활용하여 코팅을 할 수 있어야 하며, 약물로서의 부작용이 없어야 한다.However, since it is a very toxic substance in the human body, a polymer material suitable for a living body should be used for coating and there should be no side effects as a drug.
코팅에 주로 사용하는 생체에 적합한 고분자 물질로는 PCL(poly-ε-caprol actone), PLA(ploylactide)와 이들의 혼성고분자(copolymer)와 덱스트란(dextran), 실란(silane), 키토산(chitosan) 등이 있다. 이들 중 덱스트란과 키토산의 인체 내의 작용으로 항균작용, 항암작용, 면역강화작용, 유산균 증진작용 등 다양한 생리적 기능성이 알려져 있다. 키토산 유도체들은 무독성 무공해성, 생분해성 등의 특성이 있어 약물 전달체, 혈액 응고제, 식품 첨가제 등의 여러 분야에서 응용되고 있다.Polymers suitable for the living body mainly used for coating include poly-ε-caprolactone (PCL), PLA (ploylactide) and their copolymers and dextran, silane, chitosan, . Among these, dextrane and chitosan are known to have various physiological functions such as antibacterial action, anticancer action, immunity strengthening action, and lactic acid bacterin promoting action in the human body. Chitosan derivatives are non-toxic, non-pollutant, biodegradable and have been applied in various fields such as drug delivery system, blood coagulant, food additives.
그러나 상기와 같은 종래 고분자 물질은 산화철과의 결합력이 약하여 잘 벗겨지며 따라서 독성을 나타낸다는 단점이 있었고, 수용액에서 용해도가 저하된다는 단점이 있었다. However, the conventional polymeric material as described above has a disadvantage in that it has a weak binding force with iron oxide and is easily peeled off, thus exhibiting toxicity, and has a disadvantage in that the solubility is lowered in an aqueous solution.
한편, 생체 고분자를 이용하는 기술 중 페길화(PEGylation)는 한 개 또는 복수의 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG) 사슬의 결합에 의하여 단백질, 펩타이드, 비펩타이드성 분자의 변형이 일어나는 것으로, PEG는 비독성, 비면역성, 비항원성 및 높은 수용성 성질을 가지며, FDA 승인을 받은 물질이다. 또한, PEG와 단백질, 펩타이드 등의 활성 성분과의 결합은 대사성 효소와 단백질 면역성의 감소 또는 소거에 의해 분해가 감소되면서 신체에서 효능이 오랫동안 지속될 수 있는 장점을 지닌다.PEGylation, a technique using biopolymers, involves the modification of proteins, peptides, and non-peptide molecules by the binding of one or more polyethylene glycol (PEG) chains. PEG is a non-toxic , Non-immunogenic, non-immunogenic, and highly water-soluble, and FDA-approved. In addition, the binding of PEG to active ingredients such as proteins and peptides has the advantage that the degradation is reduced by reduction or elimination of the metabolic enzyme and protein immunity, and the efficacy in the body can be maintained for a long time.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 산화철과의 우수한 결합력으로 독성이 없는 홍합 접착 단백질 유래 키토산 올리고당 리간드를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, it is an object of the present invention to provide a chitosan oligosaccharide ligand derived from a mussel adhesive protein which has no toxicity due to its excellent binding force with iron oxide.
또한 본 발명은 상기 홍합 접착 단백질 유래 키토산 올리고당 리간드가 코팅된 산화철 나노입자를 포함하는 조영제를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a contrast agent comprising iron oxide nanoparticles coated with the chitosan oligosaccharide ligand derived from the mussel adhesive protein.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a mussel adhesive protein-derived chitosan oligosaccharide ligand represented by the following formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학식 1에서, x, y, m 및 z는 각각 독립적으로 서로 같거나 다르게 1 내지 500의 정수이고, n은 30~80의 정수이다.In Formula 1, x, y, m and z are each independently the same or different from 1 to 500 and n is an integer from 30 to 80.
또한 본 발명은 (S1)메톡시 폴리에틸렌 글리콜에 아크릴로니트릴 및 황산을 반응시켜 mPEG-COOH를 제조하는 단계; (S2)키토산올리고당 용액에 상기 mPEG-COOH를 반응시켜 mPEG-g-COS(PEGylated COS)를 제조하는 단계; 및 (S3)하이드로카페인산 용액을 활성화시킨 후 mPEG-g-COS(PEGylated COS)와 반응시켜 mPEG-COS-DOPA(3,4-Dihydroxyphenylalanine)를 제조하는 단계;를 포함하는 상기 화학식 1로 표시되는 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드의 제조방법을 제공한다.The present invention also relates to (S1) reacting methoxypolyethylene glycol with acrylonitrile and sulfuric acid to prepare mPEG-COOH; (S2) preparing mPEG-g-COS (PEGylated COS) by reacting the mPEG-COOH with a chitosan oligosaccharide solution; COS-DOPA (3,4-Dihydroxyphenylalanine) by reacting a mPEG-g-COS (PEGylated COS) and a (S3) And a method for producing a mussel adhesive protein-derived chitosan oligosaccharide ligand.
특히, 상기 (S2)단계의 mPEG-COOH는 키토산올리고당의 -NH2 수에 대하여 10~70%로 반응시키는 것이 좋다.In particular, mPEG-COOH in step (S2) is preferably reacted at 10 to 70% with respect to the number of -NH 2 groups in the chitosan oligosaccharide.
상기 (S3)단계의 하이드로카페인산은 -NH2 수에 대하여 10~70%로 반응시키는 것이 좋다.The hydrocapphosphoric acid of step (S3) is preferably reacted at 10 to 70% with respect to the number of -NH 2 .
또한 본 발명은 하기 화학식 2로 표시되는 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드가 코팅된 산화철 나노입자를 포함하는 조영제를 제공한다. The present invention also provides a contrast agent comprising iron oxide nanoparticles coated with a mussel adhesive protein-derived chitosan oligosaccharide ligand represented by
[화학식 2](2)
상기 화학식 2에서, x, y, m 및 z는 각각 독립적으로 서로 같거나 다르게 1 내지 500의 정수이고, n은 30~80의 정수이다.In Formula 2, x, y, m and z are each independently the same or different from 1 to 500 and n is an integer from 30 to 80.
상기 산화철 나노입자의 크기는 10~200㎚인 것이 바람직하다.The size of the iron oxide nanoparticles is preferably 10 to 200 nm.
상기 산화철 나노입자 및 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드는 1:3~10의 중량비로 혼합되는 것이 좋다.The iron oxide nanoparticles and the mussel adhesive protein-derived chitosan oligosaccharide ligands are preferably mixed in a weight ratio of 1: 3 to 10.
본 발명에 따른 홍합 접착 단백질 유래 키토산 올리고당 리간드는 산화철과의 우수한 결합력으로 독성이 없고 안정성이 우수할 뿐 아니라, 인체 모든 장기를 조영할 수 있어 조영제로 사용하기 적합하고, 수용액에서 잘 용해되므로 조영제로서의 안정성이 우수하다.The chitosan oligosaccharide ligand derived from mussel adhesive protein according to the present invention has excellent toxicity and excellent stability with iron oxide and is excellent in stability and is suitable for use as a contrast agent because it can display all organs of human body and is well dissolved in an aqueous solution, Stability is excellent.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 mPEG-COS-DOPA의 제조단계에서 형성되는 mPEG-COOH의 1H-NMR 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 mPEG-COS-DOPA의 제조단계에서 사용되는 키토산올리고당의 1H-NMR 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 mPEG-COS-DOPA의 제조단계에서 형성되는 mPEG-g-COS(PEGylated COS)의 1H-NMR 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 mPEG-COS-DOPA의 1H-NMR 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 mPEG-COS-DOPA이 코팅된 산화철 나노입자의 XPS 분석 결과를 나타낸 도이다. 도 5a는 C1s, 도 5b는 O1s, 5c는 N1s 및 도 5d는 Fe2p의 스펙트럼 결과를 나타낸 것이다..
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 mPEG-COS-DOPA이 코팅된 산화철 나노입자의 FT-IR 분석 결과를 나타낸 도이다. 도 6a는 리간드 치환 전 올레산으로 코팅된 산화철 나노입자, 6b는 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드로 코팅된 산화철 나노입자, 6c는 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 mPEG-COS-DOPA이 코팅된 산화철 나노입자의 TGA(Thermogravvimetric acalysis) 분석 결과를 나타낸 도이다. 도 7a는 리간드 치환 전 올레산으로 코팅된 산화철 나노입자, 7b는 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드로 코팅된 산화철 나노입자를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 mPEG-COS-DOPA이 코팅된 산화철 나노입자가 세포독성에 미치는 영향을 MTT 분석으로 확인한 도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 mPEG-COS-DOPA이 코팅된 산화철 나노입자의 철 이온 농도에 따른 R2(=1/T2) 및 R1(=1/T1)의 값을 나타낸 도이다. 도 9a는 T2 횡축이완율을, 9b는 T2 map 이미지를, 9c는 T1 종축이완율을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 mPEG-COS-DOPA이 코팅된 산화철 나노입자를 이용하여 측정한 마우스 림프절의 MR 사진을 나타낸 도이다. 도 10a는 조영제 주입 전, 10b는 주입 즉시, 10c는 주입 10시간 후, 10d는 주입 24시간 후의 결과를 나타낸 것이다. 1 is a graph showing the results of 1 H-NMR spectrum analysis of mPEG-COOH formed in the step of producing mPEG-COS-DOPA according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the results of 1 H-NMR spectrum analysis of chitosan oligosaccharides used in the step of producing mPEG-COS-DOPA according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the results of 1 H-NMR spectrum analysis of mPEG-g-COS (PEGylated COS) formed in the step of producing mPEG-COS-DOPA according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the results of 1 H-NMR spectrum analysis of mPEG-COS-DOPA prepared according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing XPS analysis results of mPEG-COS-DOPA coated iron oxide nanoparticles prepared according to an embodiment of the present invention. FIG. 5A shows C1s, FIG. 5B shows O1s, 5c shows N1s, and FIG. 5D shows spectral results of Fe2p.
FIG. 6 is a graph showing FT-IR analysis results of mPEG-COS-DOPA coated iron oxide nanoparticles prepared according to an embodiment of the present invention. 6a shows iron oxide nanoparticles coated with oleic acid before ligand replacement, 6b shows iron oxide nanoparticles coated with a mussel adhesive protein-derived chitosan oligosaccharide ligand, and 6c shows a mussel adhesive protein-derived chitosan oligosaccharide ligand.
FIG. 7 is a graph showing the results of thermogravvimetric analysis (TGA) analysis of mPEG-COS-DOPA coated iron oxide nanoparticles according to an embodiment of the present invention. 7a shows iron oxide nanoparticles coated with oleic acid before ligand replacement, and 7b shows iron oxide nanoparticles coated with a mussel adhesive protein-derived chitosan oligosaccharide ligand.
FIG. 8 is a graph showing the effect of mPEG-COS-DOPA coated iron oxide nanoparticles prepared according to an embodiment of the present invention on cytotoxicity by MTT analysis.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the concentration of R 2 (= 1 / T 2) and R 1 (= 1 / T 1) of iron oxide nanoparticles coated with mPEG-COS-DOPA prepared according to an embodiment of the present invention Fig. 9A shows the T2 horizontal axis relaxation rate, 9b the T2 map image, and 9c the T1 vertical axis relaxation rate.
10 is an MR photograph of a mouse lymph node measured using mPEG-COS-DOPA coated iron oxide nanoparticles prepared according to an embodiment of the present invention. FIG. 10A shows the results before injection of contrast agent, 10B immediately after injection, 10C after 10 hours, and 10D after 24 hours of injection.
이하 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에서 용어, "자기공명영상"이란 시료에 낮은 전자기 에너지를 조사한 후에 물 분자로부터 나온 자기공명영상 신호를 검출하는 의학 영상화 방법으로서, 혈류역학을 기반으로 하며 자기공명신호의 변화를 이용한다는 점에서, 분자과학에 기반을 두며 방사성 동위원소를 이용하는 양전자 방사 단층 촬영(PET)과는 차이가 있다.The term "magnetic resonance imaging" as used herein refers to a medical imaging method for detecting a magnetic resonance imaging signal emitted from a water molecule after irradiating a sample with low electromagnetic energy, which is based on hemodynamics and uses a change in magnetic resonance signal , Is different from positron emission tomography (PET), which is based on molecular science and uses radioactive isotopes.
본 발명에서 용어, "조영제"란 기관 진단을 목적으로 하여 혈관 및/또는 조직이 보다 잘 보이도록 인위적으로 대조도의 차를 만들어 영상으로 나타내기 위해서 사용되는 제제를 말한다. 조영제는 연구대상 표면의 가시도 및 대조도를 증가시킴으로써 질환 및/또는 손상의 존재 여부 및 그 정도를 결정할 수 있다. 상기 조영제는 생체의 장기 진단 시 체내의 조직 근처에서 T1 또는 T2 이완시간(relaxation time)을 줄여서 조영 효과를 높여주는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the term "contrast agent" refers to a preparation used for visualizing blood vessels and / or tissues by making a difference in artificial contrast so that the blood vessels and / or tissues are more easily seen. Contrast agents can determine the presence and extent of disease and / or damage by increasing the visibility and contrast of the surface under study. The contrast agent is characterized by enhancing the contrast effect by reducing T1 or T2 relaxation time in the vicinity of tissue in the organ during organ diagnosis for a long time.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드를 제공한다.The present invention provides a mussel adhesive protein-derived chitosan oligosaccharide ligand represented by the following formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학식 1에서, In Formula 1,
x, y, m 및 z는 각각 독립적으로 서로 같거나 다르게 1 내지 500의 정수이고, n은 30~80의 정수이다.x, y, m and z are each independently the same or different from 1 to 500 and n is an integer from 30 to 80. [
즉, 본 발명의 상기 화학식 1로 표시되는 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드는 홍합이 부착할 때 사용되는 카테콜과 무독성 고분자인 mPEG(methoxy polyethylene glycols)을 생체 적합 물질인 키토산올리고당에 접합시켜 제조할 수 있다.That is, the mussel adhesive protein-derived chitosan oligosaccharide ligand represented by
보다 구체적으로, 본 발명의 상기 화학식 1로 표시되는 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드의 제조방법은 대표적으로 하기 반응식 1과 같이 나타낼 수 있다. 본 발명의 제조방법은 하기 반응식 1에 국한되는 것은 아님은 자명할 것이다.More specifically, the process for producing a mussel adhesive protein-derived chitosan oligosaccharide ligand represented by
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
상기 반응식 1에서, a 및 b는 각각 독립적으로 서로 같거나 다르게 30 내지 80의 정수이고, x, y, m, z 및 n은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.In the
상기 반응식 1을 참고하여 본 발명의 화학식 1로 표시되는 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드의 제조방법을 자세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method for preparing a mussel adhesive protein-derived chitosan oligosaccharide ligand represented by
(S1) mPEG-COOH 제조(S1) Production of mPEG-COOH
먼저, mPEG-COOH를 제조하기 위하여 메톡시 폴리에틸렌 글리콜(methoxy polyethylene glycoll mPEG)을 아크릴로니트릴 및 황산(H2SO4)과 반응시켜 mPEG-COOH를 제조한다.First, mPEG-COOH is prepared by reacting methoxy polyethylene glycoll mPEG with acrylonitrile and sulfuric acid (H 2 SO 4 ) to prepare mPEG-COOH.
구체적으로, 증류수에 mPEG-OH 용액과 수산화칼륨을 넣어 완전히 용해시키고, 이 용액에 아크릴로니트릴을 천천히 첨가한 다음 0~5℃에서 1~10시간 동안 교반시킨다. 이때, 상기 아크릴로니트릴은 적하 시 발열하기 때문에 천천히 용액 중으로 첨가하도록 한다. 다시, 상기 용액에 농축된 황산을 첨가하고 95~100℃에서 0.5~10시간 동안 가열하여 반응시킨 후, 상온으로 냉각시키고 반응물을 추출하여 mPEG-COOH를 얻을 수 있다.Specifically, mPEG-OH solution and potassium hydroxide are added to distilled water to completely dissolve the solution. Acrylonitrile is slowly added to this solution and stirred at 0 to 5 ° C for 1 to 10 hours. At this time, since the acrylonitrile generates heat upon dropwise addition, it is slowly added to the solution. Again, the concentrated sulfuric acid is added to the solution, heated at 95 to 100 ° C for 0.5 to 10 hours to react, cooled to room temperature, and the reaction product is extracted to obtain mPEG-COOH.
(S2) mPEG-g-COS(PEGylated COS) 제조(S2) Production of mPEG-g-COS (PEGylated COS)
그 다음, 키토산올리고당 용액에 상기 mPEG-COOH를 반응시켜 mPEG-g-COS(PEGylated COS)를 제조한다.Then, mPEG-g-COS (PEGylated COS) is prepared by reacting the mPEG-COOH with a chitosan oligosaccharide solution.
즉, 탈이온수에 키토산올리고당을 용해시킨 용액에 상기 제조한 mPEG-COOH 및 N-하이드록시숙신이미드(N-hydroxysuccinimide, NHS)를 첨가한 다음 카보디이미드 하이드로클로라이드(ethylene dichloride, EDC)을 첨가하고, 상기 용액을 상온에서 1~10시간 동안 교반하여 키토산올리고당이 그라프트된 mPEG, 즉 mPEG-g-COS(PEGylated COS)를 제조할 수 있다.That is, the above-prepared mPEG-COOH and N-hydroxysuccinimide (NHS) were added to a solution prepared by dissolving chitosan oligosaccharide in deionized water, and then carbodiimide hydrochloride (EDC) was added And the solution is stirred at room temperature for 1 to 10 hours to prepare mPEG, that is, mPEG-g-COS (PEGylated COS) grafted with chitosan oligosaccharide.
특히, 상기 mPEG-COOH는 키토산올리고당의 -NH2 수에 대하여 10~70%, 바람직하게는 30%로 반응시키는 것이 좋다. 상기 mPEG-COOH를 키토산올리고당의 -NH2 수에 대하여 전술한 범위내로 반응시킬 경우에는 물에도 잘 녹으면서 CHCl3에도 잘 용해될 수 있어 더욱 좋다.In particular, it is preferable that the mPEG-COOH is reacted at 10 to 70%, preferably 30%, with respect to the number of -NH 2 of the chitosan oligosaccharide. When the mPEG-COOH is reacted with the number of -NH 2 of the chitosan oligosaccharide within the above-mentioned range, it can be dissolved well in water and dissolved well in CHCl 3 .
(S3) mPEG-COS-DOPA 제조(S3) Preparation of mPEG-COS-DOPA
본 발명의 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드인, mPEG-COS-DOPA의 제조를 위하여, 하이드로카페인산(hydrocaffeic acid)의 카르복실산기와 키토산올리고당의 아민기를 카보디이미드 화학(carbodiimide chemistry)을 통해 결합한다. For the production of mPEG-COS-DOPA which is a chitosan oligosaccharide ligand derived from the mussel adhesive protein of the present invention, the carboxylic acid group of the hydrocaffeic acid and the amine group of the chitosan oligosaccharide are coupled through carbodiimide chemistry do.
구체적으로, 무수 DMF(dimethylformamide)에 하이드로카페인산을 용해시키고, 이 용액에, 메탄올에 카보디이미드 하이드로클로라이드(EDC)이 용해된 용액을 첨가하여 하이드로카페인산을 활성화시킨다. 이어서, 질소분위기 하에서 메탄올에 mPEG-g-COS(PEGylated COS)이 용해된 용액에 상기 활성화된 하이드로카페인산을 첨가하고 반응시켜 mPEG-COS-DOPA를 제조한다. Specifically, hydrocapphosphoric acid is dissolved in anhydrous DMF, and a solution in which carbodiimide hydrochloride (EDC) is dissolved in methanol is added to this solution to activate the hydrocapphosphoric acid. Then, the activated hydrocaiophosphoric acid is added to a solution of mPEG-g-COS (PEGylated COS) dissolved in methanol in a nitrogen atmosphere and reacted to prepare mPEG-COS-DOPA.
상기 하이드로카페인산은 키토산올리고당의 -NH2 수에 대하여 10~70%, 바람직하게는 30%로 반응시키는 것이 좋다. 상기 하이드로카페인산을 키토산올리고당의 -NH2 수에 대하여 전술한 범위내로 반응시킬 경우에는 물에도 잘 녹으면서 CHCl3에도 잘 용해될 수 있어 더욱 좋다.The hydrocafphosphoric acid is preferably reacted in an amount of 10 to 70%, preferably 30%, based on the number of -NH 2 in the chitosan oligosaccharide. When the hydrocafphosphoric acid is reacted with the number of -NH 2 of the chitosan oligosaccharide within the above-mentioned range, it can be dissolved well in water and dissolved well in CHCl 3 .
또한 상기 하이드로카페인산은 이후 산화철(Fe3O4)과 카테콜 그룹의 -OH와 리간드 교환(ligand exchange) 반응을 위한 도파민을 형성한다. The hydrocafphosphoric acid then forms dopamine for iron oxide (Fe 3 O 4 ) and a -OH of the catechol group for ligand exchange reaction.
상기와 같이 제조한 본 발명의 화학식 1로 표시되는 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드는 산화철 나노입자와의 결합력이 우수하여 코팅의 벗겨짐이 없어 독성이 없으며, 인체에 적용 시 안정성이 우수하여 인체 모든 장기를 조영할 수 있다. The chitosan oligosaccharide ligand derived from the mussel adhesive protein represented by the
또한 본 발명은 하기 화학식 2로 표시되는 홍합 접착 단백질 유래 키토산 올리고당 리간드가 코팅된 산화철 나노입자를 포함하는 조영제를 제공한다.The present invention also provides a contrast agent comprising iron oxide nanoparticles coated with a mussel adhesive protein-derived chitosan oligosaccharide ligand represented by
[화학식 2](2)
상기 화학식 2에서, x, y, m 및 z는 각각 독립적으로 서로 같거나 다르게 1 내지 500의 정수이고, n은 30~80의 정수이다.In
상기 산화철 나노입자의 크기는 10~200㎚인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 12㎚인 것이다. 상기 산화철 나노입자의 크기가 전술한 범위내일 경우 체내에서 라이프 타임이 길어 림프절까지 조영이 가능하기 때문에 더욱 좋다.The size of the iron oxide nanoparticles is preferably 10 to 200 nm, more preferably 12 nm. When the size of the iron oxide nanoparticles is within the above-mentioned range, it is better because the life time in the body is long and the lymph nodes can be visualized.
상기 화학식 2의 화합물은 용매 하에서 산화철 나노입자와 화학식 1로 표시되는 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드를 반응시켜 제조할 수 있다. The compound of
상기 용매는 당업계에서 사용되는 통상의 용매이면 제한없이 사용될 수 있음은 물론이며, 예를 들어 클로로포름, 메틸렌클로라이드, 에틸아세테이트 등이 사용될 수 있으며, 특히 클로로포름은 용해도가 높아 극성의 제조물질들을 용해시키기 용이하기 때문에 클로로포름을 사용하는 것이 보다 바람직하다.For example, chloroform, methylene chloride, ethyl acetate and the like can be used. In particular, chloroform has a high solubility, so that it is possible to dissolve the polar manufacturing materials Since it is easy to use, chloroform is more preferably used.
상기 산화철 및 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드는 1: 3~10의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1:5의 중량비로 혼합되는 것이다. 상기 혼합비가 전술한 범위를 벗어날 경우에는 충분히 리간드가 산화철 표면에 충분히 코팅이 되지 않을 수 있다.The iron oxide and the mussel adhesive protein-derived chitosan oligosaccharide ligands are preferably mixed in a weight ratio of 1: 3 to 10, more preferably 1: 5. If the mixing ratio is out of the above range, the ligand may not be sufficiently coated on the iron oxide surface.
본 발명의 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드가 코팅된 산화철 나노입자는 세포독성이 없고, 뛰어난 생체적합성을 가지며, 오랫동안 혈류 내에서 순환될 수 있으므로 조영제로서 유용하게 사용될 수 있다.The iron oxide nanoparticles coated with the mussel adhesive protein-derived chitosan oligosaccharide ligand of the present invention have no cytotoxicity, have excellent biocompatibility, and can be circulated in the blood stream for a long time, so that they can be usefully used as a contrast agent.
본 발명의 조영제는 필요에 따라 약학적으로 허용되는 담체에 포함할 수도 있다. 사용 가능한 담체로는 의약 분야에서 통상적으로 사용되는 담체 및 비히클(vehicle)을 포함하며, 예로 알루미나, 소르비톨, 덱스트란, 염, 물, 전해질 등을 들 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한, 본 발명의 조영제는 상기 성분들 이외에 윤활제, 습윤제, 유화제, 현탁제, 보존제 등을 추가로 포함할 수도 있다.The contrast agent of the present invention may be contained in a pharmaceutically acceptable carrier as needed. Examples of usable carriers include carriers and vehicles conventionally used in the medical field, such as, but not limited to, alumina, sorbitol, dextran, salts, water, electrolytes, and the like. In addition, the contrast agent of the present invention may further include a lubricant, a wetting agent, an emulsifier, a suspending agent, a preservative, etc. in addition to the above components.
본 발명의 조영제는 비경구 투여를 위한 수용성 용액으로 제조할 수 있다. 바람직하게는 한스 용액(Hank's solution), 링거 용액(Ringer's solution) 또는 물리적으로 완충된 염수와 같은 완충용액을 사용할 수 있다. 수용성 주입(injection) 현탁액은 소디움 카복시메틸셀룰로오스, 소르비톨 또는 덱스트란과 같이 현탁액의 점도를 증가시킬 수 있는 기질을 첨가할 수 있다. The contrast agent of the present invention can be prepared as an aqueous solution for parenteral administration. Preferably, a buffer solution such as Hank's solution, Ringer's solution or physically buffered saline can be used. Water-soluble injection suspensions may be added with a substrate capable of increasing the viscosity of the suspension, such as sodium carboxymethylcellulose, sorbitol or dextran.
본 발명의 조영제는 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. 멸균 주사용 제제는 또한 무독성의 비경구적으로 허용되는 희석제 또는 용매 중의 멸균 주사용액 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 오일을 사용할 수 있다.Contrast agents of the invention may be in the form of sterile injectable preparations of aqueous or oily suspensions. Such suspensions may be formulated according to techniques known in the art using suitable dispersing or wetting agents (e. G., Tween 80) and suspending agents. The sterile injectable preparation may also be a sterile injectable solution or suspension in a non-toxic parenterally acceptable diluent or solvent (for example, a solution in 1,3-butanediol). Vehicles and solvents that may be used include mannitol, water, Ringer's solution and isotonic sodium chloride solution. In addition, sterile, nonvolatile oils are conventionally used as a solvent or suspending medium. Non-volatile oils with low irritation, including synthetic mono- or diglycerides, can be used for this purpose.
상기 본 발명에 따른 조영제를 생체 또는 시료에 투여하고, 상기 생체 또는 시료로부터 발산되는 신호를 감지하여 영상을 수득할 수 있다. 이를 통해 원하는 특정 표적 부위의 암 또는 특정 질병의 진단, 생체 신호의 메카니즘 연구 또는 줄기세포의 분화 연구 등에 적용 가능한 생체 이미징 용도로 이용 가능할 것이다.The contrast agent according to the present invention may be administered to a living body or a sample and an image may be obtained by sensing a signal emitted from the living body or the sample. Thus, the present invention can be used for biomedical applications applicable to diagnosis of cancer or specific disease of a desired target site, study of mechanism of bio-signal, or study of differentiation of stem cells.
본 발명에서 용어, "투여"는 어떠한 적절한 방법으로 환자에게 소정의 물질을 도입하는 것을 의미하며, 유용한 투여량 및 특정 투여 방식은 연령, 체중 및 치료될 특정 부위 뿐만 아니라 사용되는 특정 조영제, 고려되는 진단 용도 및 제제의 형태(예를 들어, 현탁액, 에멀젼, 마이크로스피어, 리포좀 등)와 같은 인자에 따라 달라질 것이며, 이는 당업자에게 이미 명백할 것이다. 전형적으로, 투여량은 낮은 수준으로 투여하고, 원하는 진단 효과가 달성될 때까지 증가시킨다.The term "administering" as used herein means introducing a given substance into a patient in any suitable manner, with useful dosages and the particular mode of administration being dependent upon the age, body weight and the particular site to be treated, Will vary depending on factors such as the nature of the drug, the diagnostic use and the form of the agent (e.g., suspension, emulsion, microsphere, liposome, etc.), as will be apparent to those skilled in the art. Typically, doses are administered at low levels and increased until the desired diagnostic effect is achieved.
영상화는 당업자에게 공지된 기술을 이용하여 수행한다. 일반적으로, 조영제의 멸균 수용액은 체중 1㎏당 약 0.01 내지 약 1.0 mmole의 투여량 범위(투여량 범위의 모든 조합 및 하위 조합, 및 이에 포함되는 특정 투여량 포함)로 환자에게 투여할 수 있다.Imaging is performed using techniques known to those skilled in the art. In general, sterile aqueous solutions of contrast agents can be administered to a patient in a dosage range of from about 0.01 to about 1.0 mmole per kilogram of body weight, including all combinations and subcombinations of the dosage range, and the particular dose included therein.
상기 조영제를 생체 또는 시료에 주입하는 단계는 의약 분야에서 통상적으로 이용되는 경로를 통해 투여될 수 있으며, 비경구 투여가 바람직하고 예를 들어 정맥 내, 복강 내, 근육 내, 피하 또는 국부 경로를 통하여 투여할 수 있다.The step of injecting the contrast medium into a living body or a sample can be administered through a route commonly used in the medical field, and parenteral administration is preferred, and for example, intravenous, intraperitoneal, intramuscular, subcutaneous or local route Lt; / RTI >
이하에서는 실시예를 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명할 것이나. 이들 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. These embodiments are for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of protection of the present invention.
실시예 1. 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드(mPEG-COS-DOPA)의 제조Example 1. Preparation of chitosan oligosaccharide ligand (mPEG-COS-DOPA) derived from mussel adhesive protein
(1) mPEG-COOH의 제조(1) Preparation of mPEG-COOH
증류수 15g에 메톡시 폴리에틸렌글리콜(mPEG-OH, 6mmol, Mn=2,000) 12g을 넣고 완전히 용해시킨 다음, 수산화칼륨 0.4g(7mol)을 넣어 30분간 얼음 중탕상태에서 완전히 용해시켰다. 얼음 중탕상태에서 상기 용액에 아크릴로니트릴 0.5g(9.42mmol)을 천천히 적하시킨 다음 0~5℃에서 2시간 동안 교반하였다. 이어서, 상기 용액에 농축된 황산 30.0g을 천천히 첨가하고 3시간 동안 95~100℃로 가열하였다. 그 후 실온까지 열을 내려준 다음, 증류수 200㎖를 넣고, 반응생성물을 DCM(3×30㎖)으로 추출하였다. 추출물을 무수황산나트륨으로 건조하여 용매를 제거하고, DEAE-Sephadex A-25를 사용하여 이온교환크로마토그라피하여 순수한 mPEG-COOH를 분리하였다.Put the methoxy polyethylene glycol (mPEG-OH, 6mmol, M n = 2,000) 12g to 15g of distilled water was completely dissolved, then put in a potassium hydroxide 0.4g (7mol) 30 minutes to completely dissolve in the ice bath conditions. 0.5 g (9.42 mmol) of acrylonitrile was slowly added dropwise to the above solution while stirring in an ice bath, followed by stirring at 0 to 5 ° C for 2 hours. Subsequently, 30.0 g of concentrated sulfuric acid was slowly added to the solution and heated to 95 to 100 캜 for 3 hours. Then, the mixture was heated to room temperature, 200 ml of distilled water was added, and the reaction product was extracted with DCM (3 x 30 ml). The extract was dried with anhydrous sodium sulfate to remove the solvent, and pure mPEG-COOH was separated by ion exchange chromatography using DEAE-Sephadex A-25.
1H NMR(500MHz, CDCl3):δ3.64-3.56(m, PEG backbone), 3.33(s, 3H, CH3-O-), 2.54(t, 2H, J=6.0Hz, -CH2-C(O)O-). 1 H NMR (500MHz, CDCl 3 ): δ 3.64-3.56 (m, PEG backbone), 3.33 (s, 3H, CH 3 -O-), 2.54 (t, 2H, J = 6.0Hz, -CH 2- C (O) O-).
(2) mPEG-g-COS(mPEG-그라프트된 키토산올리고당)의 제조(2) Preparation of mPEG-g-COS (mPEG-grafted chitosan oligosaccharide)
키토산올리고당 0.5g(3mmol)을 탈이온수 30㎖에 용해시킨 후, 여기에 상기 (1)에서 제조한 mPEG-COOH 1.87g(0.9mmol) 및 N-하이드록시숙신이미드(NHS) 0.5g(4.5mmol)을 첨가하고, 카보디이미드 하이드로클로라이드(EDC) 0.86g(4.5mmol)를 첨가하였다. 그 다음, 상기 용액을 실온에서 24시간 동안 교반하여 반응시키고, 2일 동안 탈이온수로 투석(분획분자량(Mw cutoff) 12kDa)한 다음 동결건조하여 mPET-g-COS를 제조하였다. 0.5 g (3 mmol) of chitosan oligosaccharide was dissolved in 30 ml of deionized water, and then 1.87 g (0.9 mmol) of mPEG-COOH prepared in the above (1) and 0.5 g (4.5 g) of N-hydroxysuccinimide mmol) was added and 0.86 g (4.5 mmol) of carbodiimide hydrochloride (EDC) was added. Then, the solution was reacted by stirring at room temperature for 24 hours, dialyzed with deionized water for 2 days (cut-off molecular weight 12 kDa) and lyophilized to prepare mPET-g-COS.
(3) mPEG-COS-DOPA의 제조(3) Preparation of mPEG-COS-DOPA
EDC 1.24g을 메탄올 5㎖에 용해시켰다. 이어서 하이드로카페인산 0.6g을 무수 디메틸포름아미드(DMF) 10㎖에 용해시킨 용액에 상기 EDC 용액을 천천히 첨가하여 하이드로카페인산을 활성화시켰다. 상기 활성화된 하이드로카페인산을 mPEG-g-COS 0.54g을 메탄올 10㎖에 용해시킨 용액과 질소분위기 하에서 24시간 동안 반응시켰다. 반응 용액에 과량의 차가운 에틸에테르를 가하여 침전시키고, 진공 하에서 잔류용매를 제거하였다. 침전된 폴리머를 산성화된 탈이온수(pH=5.5)에서 2일 동안 투석(분획 분자량 1.2kDa)한 다음 동결건조하여 mPEG-COS-DOPA를 제조하였다. 1.24 g of EDC was dissolved in 5 ml of methanol. Subsequently, the EDC solution was slowly added to a solution prepared by dissolving 0.6 g of hydrocapphosphoric acid in 10 ml of anhydrous dimethylformamide (DMF) to activate hydrocaiphosphoric acid. The activated hydrocapphosphoric acid was reacted with a solution of 0.54 g of mPEG-g-COS in 10 ml of methanol under a nitrogen atmosphere for 24 hours. An excess amount of cold ethyl ether was added to the reaction solution to precipitate, and the residual solvent was removed under vacuum. The precipitated polymer was dialyzed (fractional molecular weight 1.2 kDa) in acidified deionized water (pH = 5.5) for 2 days and then lyophilized to prepare mPEG-COS-DOPA.
실시예 2. 홍합 접착 단백질 유래 키토산 올리고당 리간드(MAC)-FeExample 2. Mussel adhesive protein-derived chitosan oligosaccharide ligand (MAC) -Fe 33 OO 44 나노입자의 제조 Manufacture of nanoparticles
(1) Fe3O4 나노입자의 제조(1) Production of Fe 3 O 4 nanoparticles
산화철 나노입자는 Park, J.; An, K.; Hwang, Y.; Park, J. G.; Noh, H. J.; Kim, J. Y.; Park, J. H.; Hwang, N. M.; Hyeon, T. Nat. Mater. 2004, 3, 891.의 방법에 따라 올레산(oleic acid)을 코팅하여 제조하였다.Iron oxide nanoparticles are described by Park, J .; An, K .; Hwang, Y .; Park, JG; Noh, HJ; Kim, JY; Park, JH; Hwang, NM; Hyeon, T. Nat . Mater . 2004, 3, 891. The oleic acid was coated on the surface of the substrate.
(2) MAC가 코팅된 Fe3O4 나노입자의 제조(2) Preparation of MAC-coated Fe 3 O 4 nanoparticles
10㎖의 클로로포름에 상기 제조한 Fe3O4 나노입자 10㎎ 및 상기 실시예 1에서 제조한 mPEG-COS-DOPA 50㎎을 첨가한 다음, 상온에서 1시간 동안 교반시켰다. 교반 후 클로로포름을 증발시킨 다음, 탈이온수를 가하고, 결과 수용액을 200㎚ 주사기 필터(syringe filter)로 여과하고, 회전필터(분획 분자량 100kDa, 5,000×g, 10분, Millipore)로 정제하여 과량의 고분자를 제거하고 MAC가 코팅된 Fe3O4 나노입자를 제조하였다.10 mg of Fe 3 O 4 nanoparticles prepared above and 50 mg of mPEG-COS-DOPA prepared in Example 1 were added to 10 mL of chloroform, followed by stirring at room temperature for 1 hour. After stirring, the chloroform was evaporated, and deionized water was added thereto. The resulting aqueous solution was filtered with a 200 nm syringe filter and purified with a rotary filter (fractional
실험예 1. 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드의 특성 분석Experimental Example 1. Characterization of chitosan oligosaccharide ligand derived from mussel adhesive protein
1-1. 1-1. 1One H-NMR 분석H-NMR analysis
상기 실시예 1에서 mPEG-COS-DOPA의 제조단계에서 형성되는 mPEG-COOH, 키토산올리고당, mPEG-g-COS(PEGylated COS) 및 mPEG-COS-DOPA의 1H-NMR 스펙트럼을 이용하여 분석하고, 그 결과를 도 1 내지 4에 나타내었다. 1 H-NMR spectra of mPEG-COOH, chitosan oligosaccharide, mPEG-g-COS (PEGylated COS) and mPEG-COS-DOPA formed in the step of preparing mPEG-COS-DOPA in Example 1, The results are shown in Figs.
도 1 내지 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 mPEG-COS-DOPA 제조 시 각 단계에서 성공적으로 mPEG-COOH, 키토산올리고당, mPEG-g-COS(PEGylated COS) 및 mPEG-COS-DOPA을 제조하였음을 확인할 수 있었다. As shown in FIGS. 1 to 4, mPEG-COOH, chitosan oligosaccharide, mPEG-g-COS (PEGylated COS) and mPEG-COS-DOPA were successfully prepared at each step in the production of mPEG-COS-DOPA according to the present invention .
1-2. XPS 분석1-2. XPS analysis
상기 실시예 2에서 제조된 MAC가 코팅된 Fe3O4 나노입자의 표면을 분석하기 위하여, XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 측정기를 이용하여 분석하고, 그 결과를 하기 도 5에 나타내었다. The surface of the MAC-coated Fe 3 O 4 nanoparticles prepared in Example 2 was analyzed using an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analyzer. The results are shown in FIG.
도 5에 나타낸 바와 같이, C1s 스펙트럼(도5a)의 결과 탄소결합을 확인~하였으며, O1s(도5b)의 결과 산소결합을 확인하였으며, N1s(도5c)의 결과 질소결합을 확인하였으며, 또한 Fe2p(도5d)의 결과 Fe결합을 확인할 수 있었으며, 이는 Fe3O4 스펙트럼의 전형적인 모습이었다.As shown in Figure 5, the resulting carbon bond in the C1s spectrum (Figure 5a) was confirmed and the resulting oxygen binding of O1s (Figure 5b) was confirmed, confirming the resulting nitrogen binding of N1s (Figure 5c) was able to verify the result of the Fe binding (Fig. 5d), Fe 3 O 4, which was typical of the spectrum.
1-3. FT-IR 분석1-3. FT-IR analysis
상기 실시예 2에서 제조된 MAC가 코팅된 Fe3O4 나노입자의 표면을 분석하기 위하여, FT-IR(Shimadzu IROrestige-21)을 이용하여 분석하고, 그 결과를 하기 도 6에 나타내었다. The surface of the MAC-coated Fe 3 O 4 nanoparticles prepared in Example 2 was analyzed using FT-IR (Shimadzu IROrestige-21). The results are shown in FIG.
도 6에 나타낸 바와 같이, 리간드 치환 전(도6a)의 올레산으로 코팅된 산화철 나노입자는 올레일 사슬의 비대칭적인 C-H에 의해 2852 및 2923㎝-1에서 강한 흡수 밴드를 보여주었으나, 리간드 치환에 의해 본 발명에 따른 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드로 코팅된 산화철 나노입자(도6b)에서는 일차 아만기 1664㎝-1 파장과 520㎝-1 부근에서 Fe-O stretching을 확인함으로써 산화철에 리간드가 잘 코팅되었음을 확인할 수 있었다. 또한, 산화철 나노입자에 코팅되지 않은 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드(도6c)만은 ~1664㎝-1의 일차 아민기, 1580㎝-1의 이차 아민기의 굽힌 진동과 1107㎝-1 부근의 C-O-C stretching 존재를 확인한 결과 단백질 유래 키토산 올리고당 리간드임을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 6, the iron oxide nanoparticles coated with oleic acid before ligand replacement (FIG. 6A) showed strong absorption bands at 2852 and 2923 cm -1 due to the asymmetric CH of the oleyl chain, by at the primary wavelength and 520㎝ Ah due 1664㎝ -1 -1 vicinity of the iron oxide nanoparticles (Fig. 6b) coated with mussel adhesive protein derived from chitosan oligosaccharide ligands according to the invention is well-ligand to iron oxide by checking the Fe-O stretching Coating. Further, iron oxide derived from mussel adhesive protein that is not coated with the nanoparticles of chitosan oligosaccharide ligands (Fig. 6c) Bay ~ 1664㎝ primary amine group of -1, the bending vibration and 1107㎝ -1 vicinity of the secondary amine group of 1580㎝ -1 COC As a result of confirming the presence of stretching, it was confirmed that the protein was a chitosan oligosaccharide ligand.
1-4. TGA 분석1-4. TGA analysis
상기 실시예 2에서 제조된 MAC가 코팅된 Fe3O4 나노입자의 표면을 분석하기 위하여, TGA(Thermogravvimetric acalysis)을 이용하여 분석하고, 그 결과를 하기 도 7에 나타내었다. The surface of the MAC-coated Fe 3 O 4 nanoparticles prepared in Example 2 was analyzed using TGA (Thermogravvimetric Acalysis), and the results are shown in FIG.
도 7에 나타낸 바와 같이, 리간드 치환 전(도7a)의 올레산으로 코팅된 산화철 나노입자는 대략 350℃에서 열분해가 시작되어 450℃ 부근에서 끝났으므로 전형적인 올레산이 코팅된 산화철 나노입자임을 확인할 수 있었다. 리간드 치환에 의해 본 발명에 따른 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드로 코팅된 산화철 나노입자(도7b)에서는 열분해가 대략 210℃에서 시작하여 400℃에서 끝났으므로 유기분지로 구성된 키토올리당 리간드임을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 7, iron oxide nanoparticles coated with oleic acid before ligand replacement (FIG. 7A) started pyrolysis at about 350 ° C. and finished at about 450 ° C., confirming that it was a typical oleic acid coated iron oxide nanoparticle. In the iron oxide nanoparticles (FIG. 7B) coated with the chitosan oligosaccharide ligand derived from the mussel adhesive protein according to the present invention by the ligand substitution, since the pyrolysis started at about 210 ° C. and finished at 400 ° C., it was confirmed to be a chitooligosaccharide ligand composed of an organic branch there was.
실험예 2. 세포독성 실험Experimental Example 2: Cytotoxicity test
상기 실시예 2에서 제조된 MAC가 코팅된 Fe3O4 나노입자의 세포독성을 확인하기 위하여 MTT(3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) 분석을 수행하였다.To confirm the cytotoxicity of the MAC-coated Fe 3 O 4 nanoparticles prepared in Example 2, MTT (3- (4,5-dimethylthiazol-2-yl) -2,5-diphenyltetrazolium bromide) Respectively.
먼저, 마우스 대식세포(RAW264.7) 및 HeLa 세포를 10%(v/v) 소태아혈청(BioWhittaker, Walkersville, MD, USA), 1% 페니실린/스트렙토마이신(Gibco BRL, NY, USA)이 보충된 DMEM( Dulbecco's modified eagle's medium ) 배지에서 37℃, 5% CO2의 조건으로 배양하였다. First, mouse macrophages (RAW 264.7) and HeLa cells were supplemented with 10% (v / v) fetal bovine serum (BioWhittaker, Walkersville, MD, USA) and 1% penicillin / streptomycin (Gibco BRL, NY, USA) And cultured in Dulbecco's modified eagle's medium (DMEM) at 37 ° C and 5% CO 2 .
상기 마우스 대식세포 및 HeLa 세포를 96웰 플레이트에 세포농도가 1×104cells/well이 될 때까지 37℃, 5% CO2의 조건에서 접종하였다. 상기 세포에 상기 실시예 2에서 제조된 MAC가 코팅된 Fe3O4 나노입자를 12.5, 25, 50, 100, 200㎍/㎖의 농도로 첨가하고, 48시간 동안 배양하였다. 세포를 PBS로 2회 세척하고, 새로운 배지를 다시 채운 후 MTT 시약을 이용하여 세포독성을 확인하였으며, 그 결과를 도 8에 나타내었다.The mouse macrophages and HeLa cells were inoculated in 96-well plates at 37 ° C and 5% CO 2 until the cell concentration reached 1 × 10 4 cells / well. The MAC-coated Fe 3 O 4 nanoparticles prepared in Example 2 were added to the cells at concentrations of 12.5, 25, 50, 100 and 200 μg / ml, and cultured for 48 hours. Cells were washed twice with PBS, replenished with fresh medium, and cytotoxicity was confirmed using MTT reagent. The results are shown in FIG.
도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 실시예 2에서 제조한 MAC가 코팅된 Fe3O4 나노입자는 200㎍/㎖의 농도에서 세포독성을 나타내지 않음을 확인할 수 있었다. 상기 농도는 종래 마우스 MRI 조영제로 이용되는 철의 농도를 초과하는 것으로, 따라서 상기 결과를 통하여 본 발명의 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드가 코팅된 산화철 나노입자는 세포독성이 없어 조영제로 이용될 수 있음을 알 수 있었다.As shown in FIG. 8, it was confirmed that the MAC-coated Fe 3 O 4 nanoparticles prepared in Example 2 according to the present invention did not show cytotoxicity at a concentration of 200 μg / ml. The above concentration exceeds the concentration of iron used as a conventional mouse MRI contrast agent. Accordingly, the iron oxide nanoparticles coated with the chitosan oligosaccharide ligand derived from the mussel adhesive protein of the present invention can be used as a contrast agent because of its cytotoxicity And it was found.
실험예 3. 자기공명 영상 촬영Experimental Example 3. Magnetic Resonance Imaging
3-1. 농도에 따른 T2 횡축이완율 및 T1 종축이완율의 변화3-1. Changes in T2 horizontal axis relaxation rate and T1 vertical axis relaxation rate by concentration
상기 실시예 2에서 제조된 MAC가 코팅된 Fe3O4 나노입자에 포함되어 있는 철 이온의 다양한 농도에 따른 R2(=1/T2) 및 R1(=1/T1)의 값을 그래프로 도 9에 나타내었다. 이때, 농도와 R2 및 R1의 함수 관계로 나타내지는 그래프의 기울기를 각각 r2 및 r1이라 한다. 이 값이 최종적으로는 본 발명에 따라 제조된 MAC가 코팅된 Fe3O4 나노입자의 MRI 조영제로서의 가능성을 가늠하게 하는 수치가 된다.The values of R 2 (= 1 / T 2) and R 1 (= 1 / T 1) according to various concentrations of iron ions contained in the MAC-coated Fe 3 O 4 nanoparticles prepared in Example 2 The graph is shown in Fig. At this time, the slopes of the graph represented by the concentration and the functional relationship between R2 and R1 are referred to as r2 and r1, respectively. This value is finally a measure of the possibility of the MAC-coated Fe 3 O 4 nanoparticles prepared according to the present invention as an MRI contrast agent.
도 9(a)의 T2 횡축이완율에 나타낸 바와 같이 철 이온의 농도는 0.01, 0.03, 0.12, 0.25, 0.5mM이며, R1은 1.6mM-1s-1이었으며, 도 9(c)의 T1 종축이완율에 나타낸 바와 같이 철 이온의 농도는 0.1, 0.2, 0.3, 0.55, 1mM이며, R1은 1.6mM-1s-1임을 확인할 수 있었다. 또한 도 9(b)는 12㎚의 산화철에 본 발명의 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드가 코팅된 MAC가 코팅된 Fe3O4 나노입자의 T2 map 이미지로, 아래쪽부터 위쪽으로 갈수록 철의 농도는 0.01, 0.03, 0.06, 0.12, 0.25, 0.5mM으로, 철의 mM 수가 증가할수록 도 9(b)에 나타낸 바와 같이 T2 조영제의 색이 어두워지는 것을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명에 따른 조영재는 T1 뿐만 아니라 T2 조영제로도 사용이 가능하다는 것을 알 수 있었다.The concentrations of iron ions were 0.01, 0.03, 0.12, 0.25 and 0.5 mM, R1 was 1.6 mM -1 s -1 as shown in the T2 horizontal axis relaxation rate of Fig. 9 (a) As shown in the relaxation rate, the concentrations of iron ions were 0.1, 0.2, 0.3, 0.55 and 1 mM, and R1 was 1.6 mM -1 s -1 . FIG. 9 (b) is a T2 map image of a MAC-coated Fe 3 O 4 nanoparticle coated with a chitosan oligosaccharide ligand derived from the mussel adhesive protein of the present invention at 12 nm in iron oxide, As shown in FIG. 9 (b), the color of the T2 contrast agent became darker as the mM number of iron increased. Therefore, it was found that the contrast medium according to the present invention can be used not only as T1 but also as a T2 contrast agent.
3-2. 생체 내(in vivo)에서의 MR 촬영3-2. MR imaging in vivo
상기 실시예 2에서 제조된 MAC가 코팅된 Fe3O4 나노입자의 자기공명 영상 촬영은 한국기초과학지원연구소 오창센터에 있는 4.7T-MRI(Bruker BioSpec 47/40) 기기를 사용하였다. Magnetic resonance imaging of the MAC-coated Fe 3 O 4 nanoparticles prepared in Example 2 was performed using a 4.7T-MRI (Bruker BioSpec 47/40) instrument at Ochang Center, Korea Basic Science Research Institute.
먼저, 실시예 2의 MAC가 코팅된 Fe3O4 나노입자 용액 1㎖(2mg/㎖)를 10㎕의 FITC 용액(1㎖의 DMSO에 FITC 10㎎ 용해)에 혼합하고, 암조건에서 1시간 동안 배양한 후, 스핀 필터를 이용하여 정제하여 MAC가 코팅된 Fe3O4 나노입자-FITC를 준비하였다. First, 1 ml (2 mg / ml) of the MAC-coated Fe 3 O 4 nanoparticle solution of Example 2 was mixed with 10 μl of FITC solution (10 mg of FITC dissolved in 1 ml of DMSO) , And then purified using a spin filter to prepare a MAC-coated Fe 3 O 4 nanoparticle-FITC.
한국기초과학지원연구소의 동물실험윤리위원회에 의해 승인된 동물 프로토콜을 사용하였다. 마우스의 MR 이미지는 상기 준비한 MAC가 코팅된 Fe3O4 나노입자-FITC(2.5㎎ Fe/㎏)의 주입 전,후를 4.7T MRI(Bruker BioSpec 47/40) 기기를 사용하여 측정하여 림프절의 T2-weighted MR 사진을 수득하고, 그 결과를 도 10에 나타내었다. 이때, 측정조건은 FA: 90ㅀ, TR=3,500ms, TE=12ms, FOV=50×50㎜, matrix size=256×256㎜, slice thickness=1㎜, NEX=2로 하였다.Animal protocols approved by the Animal Experimental Ethics Committee of the Korea Basic Science Research Institute were used. The MR images of the mice were measured before and after the injection of the above-prepared MAC-coated Fe 3 O 4 nanoparticles-FITC (2.5 mg Fe / kg) using a 4.7T MRI (Bruker BioSpec 47/40) T2-weighted MR photographs were obtained and the results are shown in FIG. At this time, the measurement conditions were FA: 90 ㅀ, TR = 3,500 ms, TE = 12 ms, FOV = 50 횞 50 mm, matrix size = 256 x 256 mm, slice thickness = 1 mm and NEX = 2.
도10에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 MAC가 코팅된 Fe3O4 나노입자는 주입 전과 비교하여 림프절에 축적되었으며, 주입 24시간 후에는 신호 세기가 현저히 감소함을 확인할 수 있었다. 상기 결과를 통하여, 본 발명의 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드가 코팅된 산화철 나노입자는 매우 뛰어난 생체적합성을 가지고 있으며, 오랫동안 혈류 내에서 순환될 수 있으므로, 조영제로서 유용하게 사용될 수 있다.As shown in FIG. 10, it was confirmed that the MAC-coated Fe 3 O 4 nanoparticles according to the present invention accumulated in the lymph nodes compared to before injection, and the signal intensity decreased significantly after 24 hours of injection. From the above results, the iron oxide nanoparticles coated with the chitosan oligosaccharide ligand derived from the mussel adhesive protein of the present invention have excellent biocompatibility and can be circulated in the blood stream for a long time, so that they can be usefully used as a contrast agent.
비록 본 발명이 상기에 언급된 바람직한 실시예로서 설명되었으나, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 또한 첨부된 청구 범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함한다.Although the present invention has been described in terms of the preferred embodiments mentioned above, it is possible to make various modifications and variations without departing from the spirit and scope of the invention. It is also to be understood that the appended claims are intended to cover such modifications and changes as fall within the scope of the invention.
Claims (7)
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
x, y, m 및 z는 각각 독립적으로 서로 같거나 다르게 1 내지 500의 정수이고, n은 30~80의 정수이다.A mussel adhesive protein-derived chitosan oligosaccharide ligand represented by the following Formula 1:
[Chemical Formula 1]
In Formula 1,
x, y, m and z are each independently the same or different from 1 to 500 and n is an integer from 30 to 80. [
(S2)키토산올리고당 용액에 상기 mPEG-COOH를 반응시켜 mPEG-g-COS(PEGylated COS)를 제조하는 단계; 및
(S3)하이드로카페인산 용액을 활성화시킨 후 mPEG-g-COS(PEGylated COS)와 반응시켜 mPEG-COS-DOPA(3,4-Dihydroxyphenylalanine)를 제조하는 단계;
를 포함하는 하기 화학식 1로 표시되는 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드의 제조방법:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
x, y, m 및 z는 각각 독립적으로 서로 같거나 다르게 1 내지 500의 정수이고, n은 30~80의 정수이다.(S1) reacting methoxypolyethylene glycol (mPEG) with acrylonitrile and sulfuric acid to prepare mPEG-COOH;
(S2) preparing mPEG-g-COS (PEGylated COS) by reacting the mPEG-COOH with a chitosan oligosaccharide solution; And
(S3) activating the hydrocafphophosphoric acid solution and reacting it with mPEG-g-COS (PEGylated COS) to prepare mPEG-COS-DOPA (3,4-Dihydroxyphenylalanine);
Wherein the mussel adhesive protein-derived chitosan oligosaccharide ligand is represented by the following formula (1)
[Chemical Formula 1]
In Formula 1,
x, y, m and z are each independently the same or different from 1 to 500 and n is an integer from 30 to 80. [
상기 (S2)단계의 mPEG-COOH는 키토산올리고당의 -NH2 수에 대하여 10~70%로 반응시키는 것을 특징으로 하는 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드의 제조방법.3. The method of claim 2,
Wherein the mPEG-COOH of step (S2) is reacted at 10 to 70% with respect to the number of -NH 2 of the chitosan oligosaccharide.
상기 (S3)단계의 하이드로카페인산은 -NH2 수에 대하여 10~70%로 반응시키는 것을 특징으로 하는 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드의 제조방법.3. The method of claim 2,
Wherein the hydrocafphosphoric acid in step (S3) is reacted in an amount of 10 to 70% based on the number of -NH 2 groups.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서, x, y, m 및 z는 각각 독립적으로 서로 같거나 다르게 1 내지 500의 정수이고, n은 30~80의 정수이다.A contrast agent comprising iron oxide nanoparticles coated with a mussel adhesive protein-derived chitosan oligosaccharide ligand represented by Formula 2:
(2)
In Formula 2, x, y, m and z are each independently the same or different from 1 to 500 and n is an integer from 30 to 80.
상기 산화철 나노입자의 크기는 10~200㎚인 것을 특징으로 하는 조영제.6. The method of claim 5,
Wherein the size of the iron oxide nanoparticles is 10 to 200 nm.
상기 산화철 나노입자 및 홍합 접착 단백질 유래 키토산올리고당 리간드는 1:3~10의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 조영제.6. The method of claim 5,
Wherein the iron oxide nanoparticles and the mussel adhesive protein-derived chitosan oligosaccharide ligand are mixed at a weight ratio of 1: 3 to 10.
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CN114854026A (en) * | 2022-04-29 | 2022-08-05 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | Modified chitosan, preparation method thereof, biological lubricant and application thereof |
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