KR101671331B1 - 자성 나노입자를 포함하고 표적지향 리간드가 결합된 자극감응성 수화겔 나노입자 - Google Patents

자성 나노입자를 포함하고 표적지향 리간드가 결합된 자극감응성 수화겔 나노입자 Download PDF

Info

Publication number
KR101671331B1
KR101671331B1 KR1020140167308A KR20140167308A KR101671331B1 KR 101671331 B1 KR101671331 B1 KR 101671331B1 KR 1020140167308 A KR1020140167308 A KR 1020140167308A KR 20140167308 A KR20140167308 A KR 20140167308A KR 101671331 B1 KR101671331 B1 KR 101671331B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nanoparticles
hydrogel
magnetic
drug
group
Prior art date
Application number
KR1020140167308A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160063706A (ko
Inventor
윤진환
백슬기
이은수
김하늘
임다은
정진웅
조아라
김도완
Original Assignee
동아대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 동아대학교 산학협력단 filed Critical 동아대학교 산학협력단
Priority to KR1020140167308A priority Critical patent/KR101671331B1/ko
Publication of KR20160063706A publication Critical patent/KR20160063706A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101671331B1 publication Critical patent/KR101671331B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/055—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves  involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K49/00—Preparations for testing in vivo
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/34—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites
    • H01F1/36—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites in the form of particles
    • H01F1/37—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites in the form of particles in a bonding agent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y5/00—Nanobiotechnology or nanomedicine, e.g. protein engineering or drug delivery
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00—Nanotechnology
    • Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
    • Y10S977/849—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
    • Y10S977/855—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe for manufacture of nanostructure
    • Y10S977/859—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe for manufacture of nanostructure including substrate treatment

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)

Abstract

본 발명은 자성 나노입자를 포함하고 표적지향 리간드가 결합된 자극감응성 수화겔 나노입자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온도감응성 수화겔 나노입자 코어(core)(11); 상기 온도감응성 수화겔 나노입자 코어 내에 분포되어 있는 자성 나노입자(12); 상기 온도감응성 수화겔 나노입자 내에 팽윤되어 있는 용매(13); 상기 온도감응성 수화겔 나노입자 코어의 표면을 개질한 쉘(14); 및 상기 쉘 표면에 결합된 표적지향 리간드(15)를 포함하는 자극감응성 수화겔 나노입자에 관한 것이다.
본 발명에 따른 자극감응성 수화겔 나노입자는 코어(core)가 망상 구조의 형태를 가진 온도감응성 수화겔로 이루어져 있어, 탑재 가능한 약물의 양이 많고, 수용액에 분산된 형태의 약물이면 종류에 제한 없이 탑재할 수 있고, 온도감응성 수화겔 내부에 자성 나노입자를 탑재함으로써 자극의 개시/종료가 즉각적으로 이루어질 수 있어 국소적인 제어가 가능하며, 수화겔 나노입자의 쉘 표면에 결합된 표적지향 리간드로 인해 특정 암세포에만 약물을 전달하여 부작용을 줄이고 약물의 효능을 증가시킬 수 있으므로, 조영제 뿐만 아니라 약물전달체로서 유용하게 사용할 수 있다.

Description

자성 나노입자를 포함하고 표적지향 리간드가 결합된 자극감응성 수화겔 나노입자{Target-specific ligands conjugated stimuli-responsive hydrogel nanoparticles containing magnetic nanoparticles}
본 발명은 표적지향성을 가지고 외부 자극에 감응하여 물리적 또는 화학적 성질을 변화시킬 수 있는 기능성 재료를 탑재한 약물전달체의 제조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자성 나노입자를 탑재하여 다양한 외부 자극에 감응하고 표적지향 리간드를 결합하여 특정 암세포에 선택성이 있는 수화겔 나노입자에 관한 것이다.
약물전달시스템은 체내의 특정 부위에 약물을 표적화하여 전달하기 위한 것으로, 약물의 불필요한 분포를 억제하여 부작용을 줄이면서 효능을 극대화하기 때문에 나노기술을 이용한 약물전달체의 개발에 많은 연구가 집중되고 있다. 특히 자극감응형 약물전달체에 대한 연구는 외부 자극에 의해 원하는 위치에 원하는 속도로 약물을 방출할 수 있기 때문에 더욱 각광받고 있다.
외부 자극에 감응하는 약물전달체와 관련된 종래 기술로서, 비특허문헌 Du, Pengcheng, et al. Journal of Materials Chemistry B, 2013, 39, 5298-5308에는 pH 감응성 마이크로젤 중심을 둘러싸는 온도감응성 고분자층으로 구성된 이중감응성(dual-responsive) 약물전달체를 개시하고 있다. 상기 비특허문헌은 pH에 감응하는 마이크로젤 중심을 실리카로 코팅한 다음, 표면을 온도감응성 고분자인 N-이소프로필아크릴아미드로 둘러싸는 형태의 입자를 제조하여 표적지향 리간드를 도입하였다. 하지만 온도와 pH에 감응하는 약물전달체는 자극에 따른 약물방출시 입자가 분산된 용액 전체의 특성이 변하기 때문에 자극의 개시/종료가 즉각적이지 않고 국소적인 제어가 불가능하다는 단점이 있다.
한편, 최근에 나노-바이오 분야에서 자성 나노입자는 생체 물질의 분리, 자기공명 영상 진단 프로브, 거대자기저항센서를 포함한 바이오 센서, 마이크로 유체계 센서, 약물/유전자 전달 및 자성 고온치료 등의 다양한 분야에서 사용되고 있다.
구체적으로 자성 나노입자는 자기공명영상의 진단 프로브(조영제)로 사용될 수 있다. 자성 나노입자는 주변 물분자에 포함되는 수소원자의 스핀-스핀 이완시간을 단축시켜 자기공명영상 신호를 증폭시키는 효과를 나타낸다.
또한 자성 나노입자는 거대자기저항 바이오센서(Giant magnetic resistance (GMR) sensor)의 프로브 물질로 작용할 수 있다. 자성 나노입자가 거대자기저항 바이오 센서 표면에 패턴된 생체 분자를 감지하여 결합하면, 자성 입자에 의해 거대자기저항 센서의 전류 신호가 변하게 되고 이를 이용하면 생체분자를 선택적으로 검출할 수 있다(US 6,452,763 B1; US 6,940,277 B2; US 6,944,939 B2; US 2003/0133232 A1).
또한 자성 나노입자는 생체 물질의 분리에도 응용될 수 있다. 예를 들면, 특정한 생체 마커를 발현하는 세포와 다른 여러 가지 세포들이 섞여 있을 때, 자성 나노입자가 특정한 생체 마커와 선택적으로 결합하게 한 후, 외부에서 자기장을 걸어주면 자기장 방향으로 원하는 세포만 분리할 수 있다(US 4,554,088, US 5,665,582, US 5,508,164, US 2005/0215687 A1). 또한 세포의 분리 뿐만 아니라, 단백질, 항원, 펩타이드, DNA, RNA 및 바이러스 등 다양한 생체 물질의 분리에 응용될 수 있다. 또한 자성 나노입자는 자성 마이크로 유체 센서에 응용되어 생체 분자를 분리 및 검출할 수 있다. 칩 위에 매우 작은 채널을 만들어 그 안에 자성 나노입자를 흘려줌으로써 마이크로 단위의 유체계에서 검출과 분리가 가능하다.
한편, 자성 나노입자는 약물 또는 유전자의 전달을 통한 생체 치료에도 사용될 수 있다. 자성 나노입자에 화학적인 결합 또는 흡착을 통해 약물 또는 유전자를 싣고 외부 자기장을 이용하여 원하는 위치로 이동시켜 원하는 특정부위에 약물 및 유전자를 방출할 수 있게 하여 선택적인 치료효과를 가져올 수 있게 한다(US 6,855,749).
자성 나노입자의 생체 치료로의 응용의 또 하나의 예로서, 자성 스핀 에너지를 이용한 고온 치료를 들 수 있다(US 6,530,944 B2, US 5,411,730). 자성 나노입자는 외부에서 라디오주파수의 교류전류를 흘려주면 스핀 플립핑(flipping) 과정을 통해 열을 방출하게 된다. 이때 나노입자 주변의 온도가 40℃ 이상이 되면 세포가 높은 열에 의해 죽게 되어 질병 세포를 선택적으로 사멸 시킬 수 있다.
이와 같이 자성 나노입자는 나노-바이오 기술에서 다양하게 활용되고 있는데, 자성 나노입자들이 전술한 용도에서 효율적으로 이용되기 위해서는 자기적 성질이 우수하고, 생체 내 즉 수용성 환경에서 안정적으로 운반 및 분산되어야 하며, 생체 활성 물질과 쉽게 결합할 수 있어야 한다.
이와 관련하여, 대한민국 등록특허 제10-1351331호 "표적지향적 약물전달을 위한 자성 나노입자 및 이를 이용한 약물전달체의 제조방법"에서는 자성 나노입자 표면을 온도감응성 고분자와 결합시켜 표적지향적 약물전달시스템을 구축하는 방법에 대해 개시하고 있다. 상기 특허는 Fe3+가 함침된 리포좀 표면을 실리카로 코팅하고 환원함으로써 구형의 자성 나노입자를 제조하고, 제조된 자성 나노입자 표면을 온도감응성 고분자인 N-이소프로필아크릴아미드와 결합시켜 표적지향적 약물전달시스템을 구축하였다. 하지만 리포좀은 탑재 가능한 약물의 함량이 적고 온도감응성 고분자와의 결합만 이루어져 있기 때문에 온도변화에 따른 약물방출시 팽윤액 전체의 특성이 변화하며, 즉각적인 자극의 개시/종료와 국소제어가 어렵다는 단점이 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-1079235호 "자성 나노복합체, 상기를 포함하는 조영제 조성물 및 약제학적 조성물"에서는 자성체를 함유하는 입자상 고분자; 및 상기 입자상 고분자의 표면에 존재하는 히드로겔을 포함하는 자성 나노복합체, 상기를 포함하는 조영제 조성물 및 약제학적 조성물을 개시하고 있다. 구체적으로, 상기 특허에서는 자성 나노입자와 약제학적 활성 성분을 봉입한 입자상 고분자(락타이드-글리콜라이드 공중합체(PLGA)) 표면에 친수성 고분자(PEG)를 도입시킨 후, 상기 PEG 말단에 히드로겔 성분으로서 히알루론산(HA)을 도입한 자성 나노복합체를 개시하였다. 그러나, 이러한 자성 나노복합체 역시 히드로겔 성분이 생체 내의 특정 질병 표지 인자에 대한 선택성만 있을 뿐, 약물을 담지한 PLGA가 외부자극에 감응하지 않기 때문에 즉각적인 자극의 개시/종료와 국소제어가 어렵다는 단점이 있다.
이에, 본 발명자들은 이러한 점에 착안하여 약물의 탑재량이 증가되고, 특정 암세포에만 표적화하며, 다양한 외부 자극에 감응하며 자극의 개시/종료가 즉각적이고 국소제어가 가능한 약물전달체를 제조하고자 노력한 결과, 자성 나노입자를 탑재한 온도감응형 수화겔 나노입자의 표면에 표적지향 리간드를 결합한 나노입자가 다양한 외부 자극에 의해 수화겔의 팽윤 및 수축을 조절하여 약물을 원하는 부위에 온-디맨드식(on-demand)의 방출을 유도할 수 있어, 자극의 개시/종료가 즉각적이고 국소제어가 가능하고, 수화겔의 표면에 결합된 표적지향 리간드로 인해 특정 암세포에만 약물을 전달하여 부작용을 줄일 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 내부에 자성 나노입자를 포함하고, 표면에 표적지향 리간드가 결합된 자극감응성 수화겔 나노입자를 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
또한, 본 발명은 상기 자극감응성 수화겔 나노입자의 제조방법을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
또한, 본 발명은 상기 자극감응성 수화겔 나노입자를 포함하는 조영제 조성물을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
또한, 본 발명은 상기 자극감응성 수화겔 나노입자를 포함하는 약제학적 조성물을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 일 양태로서,
온도감응성 수화겔 나노입자 코어(core)(11); 상기 온도감응성 수화겔 나노입자 코어 내에 분포되어 있는 자성 나노입자(12); 상기 온도감응성 수화겔 나노입자 내에 팽윤되어 있는 용매(13); 상기 온도감응성 수화겔 나노입자 코어의 표면을 개질한 쉘(14); 및 상기 쉘 표면에 결합된 표적지향 리간드(15)를 포함하는 자극감응성 수화겔 나노입자를 제공한다.
더욱 바람직하게는, 상기 온도감응성 수화겔 나노입자 코어(11)는 N-이소프로필아크릴아미드, N-n-프로필아크릴아미드, N,N'-디메틸아크릴아미드, N,N'-디에틸아크릴아미드, 메타크릴산, 2-하이드록시메타크릴산, N-2-디에틸아미노에틸 아크릴레이트 및 1-비닐-2-피롤리디논으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 단량체가 공중합된 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 온도감응성 수화겔 나노입자 코어(11)의 크기는 20nm 내지 1μm의 직경을 갖는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 온도감응성 수화겔 나노입자 코어(11)의 크기는 50nm 내지 500nm의 직경을 갖는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 자성 나노입자(12)는 광열전환효과를 가지고 외부 자극에 감응하는 금속 물질, 자성 물질 또는 자성 합금을 포함하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 자성 나노입자(12)는 산화철(II) 나노입자 및 산화철(III) 나노입자 중에서 선택된 하나 이상의 자성 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 자성 나노입자(12)는 온도감응성 수화겔 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 20 중량부의 양으로 포함되는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 용매(13)는 약물, 유전자 또는 생체재료가 분산되거나 용해된 용액; 증류수; 완충용액; 및 전달 물질의 전구체 용액 중에서 선택된 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 약물은 항암제, 항생제, 호르몬, 호르몬 길항제, 인터루킨, 인터페론, 성장 인자, 종양 괴사 인자, 엔도톡신, 림포톡시, 유로키나제, 스트렙토키나제, 조직 플라스미노겐 활성제, 프로테아제 저해제, 알킬포스포콜린, 방사선 동위원소 표지 성분, 계면활성제, 심혈관계 약물, 위장관계 약물 및 신경계 약물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 항암제는 에피루비신, 도세탁셀, 젬시타빈, 파클리탁셀, 시스플라틴, 카르보플라틴, 택솔, 프로카르바진, 시클로포스파미드, 디악티노마이신, 디우노루비신, 에토포시드, 탁목시펜, 독소루비신, 미토마이신, 블레오마이신, 플리코마이신, 트랜스플라티눔, 빈블라스틴 및 메토트렉세이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 쉘(14)은 히드록시기(-OH), 아미노기(-NH2) 및 카르복시기(-COOH)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 작용기를 가지는 단량체가 공중합된 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 표적지향 리간드(15)는 탄수화물잔기, 트렌스페린, 엽산, 히알루론산 및 압타머로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 다른 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 다른 양태로서,
온도감응성 수화겔 나노입자에 자성 나노입자가 탑재된 자극감응성 수화겔 나노입자 코어를 제조하는 제1단계; 상기 자극감응성 수화겔 나노입자 코어의 표면을 개질한 쉘을 제조하는 제2단계; 및 상기 쉘의 표면에 표적 지향 리간드를 결합시키는 제3단계;를 포함하여 이루어지는 자극감응성 수화겔 나노입자의 제조방법을 제공한다.
상기 다른 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 다른 양태로서,
상기 자극감응성 수화겔 나노입자; 및 약제학적으로 허용되는 담체를 포함하는 조영제 조성물을 제공한다.
상기 다른 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 다른 양태로서,
상기 자극감응성 수화겔 나노입자; 및 약제학적으로 허용되는 담체를 포함하는 약제학적 조성물을 제공한다.
더욱 바람직하게는, 상기 약제학적으로 허용되는 담체는 이온 교환 수지, 알루미나, 알루미늄 스테아레이트, 레시틴, 혈청 단백질, 완충 물질, 물, 염, 전해질, 교질성 실리카, 마그네슘 트리실리케이트, 폴리비닐피롤리돈, 셀룰로오스계 기질, 폴리에틸렌글리콜, 나트륨 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리아릴레이트, 왁스 또는 양모지인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자극감응성 수화겔 나노입자는 코어(core)가 망상 구조의 형태를 가진 온도감응성 수화겔로 이루어져 있어, 탑재 가능한 약물의 양이 많고, 수용액에 분산된 형태의 약물이면 종류에 제한 없이 탑재할 수 있고, 온도감응성 수화겔 내부에 자성 나노입자를 탑재함으로써 외부 온도뿐만 아니라 외부 자기장이나 빛과 같은 외부 자극을 자성 나노입자가 열로 변환시키기 때문에 수화겔의 팽윤 및 수축을 조절하여 약물을 원하는 부위에 온-디맨드식(on-demand)의 방출을 유도할 수 있어 표적지향 범위를 좁히는 것이 가능하고, 자극의 개시/종료가 즉각적으로 이루어질 수 있어 국소적인 제어가 가능하며, 수화겔 나노입자의 쉘 표면에 결합된 표적지향 리간드로 인해 특정 암세포에만 약물을 전달하여 부작용을 줄이고 약물의 효능을 증가시킬 수 있으므로, 조영제 뿐만 아니라 약물전달체로서 유용하게 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자성 나노입자를 포함하고 표적지향 리간드가 결합된 자극감응성 수화겔 나노입자의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 자극감응성 수화겔 나노입자의 크기 분포를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 자극감응성 수화겔 나노입자의 투과전자현미경(TEM) 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 자극감응성 수화겔 나노입자의 HeLa 세포의 특이적 결합을 나타내는 형광 이미지 사진이다
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 자극감응성 수화겔 나노입자의 빛의 개시/종료에 의한 약물 방출 거동을 나타내는 그래프이다.
본 명세서에서 "온도감응성 수화겔"은 온도의 변화에 감응하여 수화겔 내에 팽윤된 용매의 방출을 조절할 수 있는 수화겔을 말하며, "자극감응성 수화겔"은 자기장, 빛과 같은 외부 자극을 열로 전환시키는 자성 나노입자를 상기 온도감응성 수화겔 내에 탑재하여 온도 뿐만 아니라 다른 외부 자극에 감응하여 수화겔 내에 팽윤된 용매의 방출을 조절할 수 있는 수화겔을 말한다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 자극감응성 수화겔의 모식도를 도 1에 나타내었다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 자극감응성 수화겔 나노입자는 온도감응성 수화겔 나노입자 코어(core)(11); 상기 온도감응성 수화겔 나노입자 코어 내에 분포되어 있는 자성 나노입자(12); 상기 온도감응성 수화겔 나노입자 내에 팽윤되어 있는 용매(13); 상기 온도감응성 수화겔 나노입자 코어의 표면을 개질한 쉘(shell)(14); 및 상기 쉘 표면에 결합된 표적지향 리간드(15)를 포함하는 코어-쉘 구조로 이루어져 있다. 상기 코어-쉘 구조의 수화겔 나노입자는 수화겔 코어 자체의 성질을 변화시키지 않으면서 다양한 작용기를 도입하여 쉘 표면에 표적지향 리간드를 결합시킬 수 있다.
상기 수화겔 나노입자는 친수성 고분자들이 화학적 또는 물리적 가교를 통해 3차원 망상구조의 형태를 가지고 있기 때문에 수용액을 흡수하여 팽윤하는 특성을 가지고 있다. 수화겔 나노입자는 다량의 수분을 흡수한 상태에서는 생체조직과 유사하여 생체적합성이 우수하다. 수화겔 나노입자의 수분 유지 능력은 약물의 적절한 확산을 유도할 수 있기 때문에 약물 전달체로 적합하다. 또한 망상구조의 형태를 가지고 있기 때문에 탑재 가능한 약물의 양이 많고, 수분을 흡수하여 팽윤하기 때문에 수용액에 분산된 형태의 약물이면 종류에 제한 없이 탑재할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에 따른 자극감응성 수화겔 나노입자에 있어서, 상기 온도감응성 수화겔 나노입자는 온도에 따른 부피상전이 특성을 갖는 고분자로서, N-이소프로필아크릴아미드, N-n-프로필아크릴아미드, N,N'-디메틸아크릴아미드, N,N'-디에틸아크릴아미드, 메타크릴산, 2-하이드록시메타크릴산, N-2-디에틸아미노에틸 아크릴레이트 및 1-비닐-2-피롤리디논으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 단량체가 공중합될 수 있다. 상기 단량체들은 온도감응성 수화겔을 제조할 수 있는 단량체들이며, 온도감응성을 나타내지 않는 단량체들이 일부 공중합 될 수도 있다. 그러므로 수화겔의 온도감응성을 유지하는 조건하에서는 상기 언급된 단량체 이외의 다른 단량체들도 공중합 될 수 있다.
또한, 단량체를 연결하는 데에 있어서 선택적으로 가교제가 사용될 수 있다. 상기 가교제는 바람직하게는 N,N,-메틸렌비스아크릴아미드, 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 및 디메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 및 디메타크릴레이드, 테트라(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 디비닐벤젠, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 및 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 온도감응성 수화겔 나노입자는 낮은임계용해온도(LCST) 근처에서의 상전이로 인해 온도에 따른 급격한 변화폭이 나타나는데, 상기 수화겔 나노입자의 온도가 낮은임계용해온도 이상으로 상승하면 고분자 사슬의 소수성 결합이 강해지면서 수축하여 부피가 감소하고 팽윤액과 함께 약물이 방출된다.
종래 기술에서는 온도감응성 고분자를 결합하여 외부 온도에 감응하여 약물을 방출하는 약물전달체를 제조하였다. 하지만 외부 온도에만 감응하는 약물전달체의 경우 자극의 개시/종료가 즉각적이지 않고 국소제어가 어렵다는 단점이 있었다.
이를 보완하기 위해, 본 발명에서는 온도감응성 수화겔 나노입자에 자성 나노입자를 탑재하여 다양한 외부 자극에 감응할 수 있는 수화겔 나노입자를 제조하였다.
본 발명에 따른 자극감응성 수화겔 나노입자에 있어서, 자성 나노입자(12)를 탑재한 온도감응성 수화겔 나노입자(11)는 외부 자기장의 분포에 따라 표적 부위에 배열이 가능하기 때문에 자기장 유도에 의해 표적지향의 범위를 좁히는 것이 가능하며, 교차자기장을 가해주면 자성 나노입자는 닐 이완(Neel relaxation) 또는 브라운 이완(brownian relaxation)에 의해 열을 발생하게 되고 이 열로 인해 온도감응성 수화겔 나노입자가 수축하게 되며, 이러한 온도감응성 수화겔 나노입자의 수축으로 인해 팽윤되어 있는 용매와 탑재된 약물이 방출된다. 이를 통해 원하는 부위에 외부 자기장을 가해 수화겔 나노입자를 배열할 수 있고, 자극의 시작과 종료를 제어하여 원하는 만큼의 약물을 방출하는 온-디맨드식(on-demand)의 약물방출을 유도할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자극감응성 수화겔 나노입자에 있어서, 상기 자성 나노입자(12)는 빛을 흡수하여 열로 방출하는 광열전환효과를 가지는 광열전환물질로도 사용될 수 있다. 온도감응성 수화겔 나노입자에 탑재되어 있는 자성 나노입자가 빛을 흡수하여 열을 발생시키면 그 열로 인해 온도감응성 수화겔 나노입자가 수축하게 된다. 자기장과 마찬가지로 즉각적인 자극의 개시/종료가 가능하며 빛의 크기와 위치 조정을 통해 국소적인 제어가 가능하다. 상기 광열전환효과를 가진 자성 나노입자가 탑재된 온도감응성 수화겔 나노입자는 가시광선과 근적외선에서 빛의 세기에 비례하는 감응을 나타내기 때문에 빛의 세기와 조사 시간의 조절을 통해 수화겔 나노입자의 부피변화를 정밀하게 제어하여 약물을 방출할 수 있고, 온도나 pH보다 생체물질의 활성에 영향을 미치는 정도가 미미하여 바이오 분야의 응용에 유리하다. 상기 언급된 자성 나노입자는 광열전환효과를 가지는 금속 물질(metal material), 자성 물질(magnetic material) 또는 자성 합금(magnetic alloy)이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 산화철(II) 나노입자, 산화철(III) 나노입자 등의 물질들이 사용될 수 있다.
상기 자성 나노입자는 이 분야에서 공지된 일반적인 방법을 통하여 제조할 수 있는데, 예를 들면, 공침법을 사용하여 자성 나노입자를 제조할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이러한 자성 나노입자(12)는 온도감응성 수화겔 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 20 중량부의 양으로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.1 중량부 미만이면, 수화겔 나노입자 코어의 전체적인 자기적 특성이 저하될 우려가 있고, 20 중량부를 초과하면, 과량의 자성체로 인해 코어의 전체적인 안정성이 감소하거나, 자성 나노입자의 수화겔로의 봉입 효율이 어려워질 우려가 있다.
또한, 상기 온도감응성 수화겔 나노입자 코어(11)는 입자 크기가 너무 작으면 약물이 방출되기도 전에 체외로 배출되고 너무 크면 암세포 주변의 느슨한 혈관 간극을 통과하지 못해 체내 적용에 적합하지 않기 때문에 입경이 20nm 내지 1μm, 바람직하게는 50nm 내지 500nm인 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 자극감응성 수화겔 나노입자에 있어서, 온도감응성 수화겔 나노입자 내에 팽윤되어 있는 용매(13)는 약물, 유전자 또는 생체재료 등의 전달물질이 분산되거나 용해된 용액를 기본으로 하나, 상황에 따라 증류수, 완충용액, 전달하고자 하는 물질의 전구체 용액 등 용매에 분산되거나 용해된 형태의 물질이면 종류에 제한 없이 사용할 수 있다.
이때, 본 발명에서 사용될 수 있는 약물의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 항암제, 항생제, 호르몬, 호르몬 길항제, 인터루킨, 인터페론, 성장 인자, 종양 괴사 인자, 엔도톡신, 림포톡시, 유로키나제, 스트렙토키나제, 조직 플라스미노겐 활성제, 프로테아제 저해제, 알킬포스포콜린, 방사선 동위원소 표지 성분, 계면활성제, 심혈관계 약물, 위장관계 약물 및 신경계 약물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있다.
상기 중 항암제의 구체적인 예로는 에피루비신(epirubicin), 도세탁셀(docetaxel), 젬시타빈(gemcitabine), 파클리탁셀(paclitaxel)), 시스플라틴(cisplatin), 카르보플라틴(carboplatin), 택솔(taxol), 프로카르바진(procarbazine), 시클로포스파미드(cyclophosphamide), 디악티노마이신(dactinomycin), 디우노루비신(daunorubicin), 에토포시드(etoposide), 탁목시펜(tamoxifen), 독소루비신(doxorubicin), 미토마이신(mitomycin), 블레오마이신(bleomycin), 플리코마이신(plicomycin), 트랜스플라티눔(transplatinum), 빈블라스틴(vinblastin) 및 메토트렉세이트(methotrexate) 등을 들 수 있다.
외부 자극에 감응하는 수화겔 나노입자에 표적지향성을 부여하여 특정 암세포에 선택성이 있는 약물전달체를 제조할 수 있다. 표적지향형 약물전달시스템은 약물의 불필요한 분포를 억제하여 다른 부위를 보호하면서 표적부위로만 약물을 전달하는 최적화된 방법으로, 암세포에서 발현되는 단백질과 특이적으로 결합할 수 있는 항체, 펩타이드나 리간드를 활용하여 특정 암세포의 수용체와 결합하는 방법을 능동적 표적지향이라고 한다.
능동적 표적지향은 약물전달체와 표적세포에 존재하는 단백질 수용체들의 상호작용에 의해 이루어지는데 여기서 성공적인 표적화는 높은 친화도(affinity)와 특이성(specificity)에 의해 결정된다. 리간드와 수용체의 상호작용에 대한 대표적인 예로는 탄수화물잔기-렉틴(lectin), 트랜스페린(transferrin)-트랜스페린 수용체(transferrin receptor), 엽산(folate)-엽산 수용체(folate receptor), 히알루론산(hyaluronan)-CD44단백질 등이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 자극감응성 수화겔 나노입자에 있어서, 상기 표적지향 리간드(15)는 탄수화물잔기, 트렌스페린, 엽산, 히알루론산, 및 저분자 화합물로부터 단백질까지 다양한 종류의 표적 리간드에 높은 친화성과 특이성으로 결합할 수 있는 특성을 가지는 작은 (20~60 뉴클레오티드) 단일가닥 핵산 (DNA 또는 RNA) 조각인 압타머(aptamer) 등을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 자극감응성 수화겔 나노입자에 있어서, 상기 쉘(14)은 표적지향 리간드 결합을 위한 작용기 도입을 위해 표면개질된 부분으로, 상기 수화겔 나노입자 코어 표면에 히드록시기(-OH), 아미노기(-NH2), 카르복시기(-COOH) 등을 작용기로 가지는 단량체를 공중합시킴으로써 표면개질된 쉘을 제조할 수 있다.
상기 표적 지향 리간드를 쉘에 결합시키는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 각각의 결합 영역에 대응하는 공지의 가교제 등을 사용하는 방법을 들 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자극감응성 수화겔 나노입자는 온도감응성 수화겔 나노입자에 자성 나노입자가 탑재된 자극감응성 수화겔 나노입자 코어를 제조하는 제1단계; 상기 자극감응성 수화겔 나노입자 코어의 표면을 개질한 쉘을 제조하는 제2단계; 및 상기 쉘의 표면에 표적 지향 리간드를 결합시키는 제3단계;를 포함하여 이루어지는 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 있어서 상기 제1단계는 자극감응성 수화겔 나노입자 코어를 제조하는 단계로서, 상기 자극감응성 수화겔 나노입자 코어는 용매(팽윤액)에 온도감응성 수화겔 단량체를 용해시킨 후, 자성 나노입자 및 선택적으로 가교제를 넣고, 이후 불활성 분위기 하에서 중합촉진제 및 개시제를 넣고 중합시킨 후, 겔화시킴으로써 제조할 수 있다. 이때 사용되는 용매, 온도감응성 수화겔 단량체, 자성 나노입자, 가교제 등은 전술된 바와 같으며, 중합촉진제 및 개시제는 당 업계에서 통상적으로 사용하는 것을 이용할 수 있다.
본 발명에 있어서 상기 제2단계는 상기 수화겔 나노입자 코어 표면을 개질한 쉘을 제조하는 단계로서, 구체적으로, 상기 수화겔 나노입자 코어 표면에 히드록시기(-OH), 아미노기(-NH2), 카르복시기(-COOH) 등을 작용기로 가지는 단량체를 공중합시킴으로써 표면개질된 쉘을 제조할 수 있다. 이때, 쉘 제조에 사용되는 단량체는 특별히 한정되지 않으며, 당 업계에서 통상적으로 사용하는 것을 이용할 수 있다.
본 발명에 있어서 상기 제3단계는 상기 표적 지향 리간드를 쉘에 결합시키는 단계로서, 이때 방법은 상기 표적 지향 리간드를 쉘에 결합시키는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 각각의 결합 영역에 대응하는 공지의 가교제 등을 사용하여 당 업계에서 통상적으로 사용하는 방법을 이용할 수 있다.
이렇게 제조된 본 발명에 따른 자극감응성 수화겔 나노입자는 코어(core)가 망상 구조의 형태를 가진 온도감응성 수화겔로 이루어져 있어, 탑재 가능한 약물의 양이 많고, 수용액에 분산된 형태의 약물이면 종류에 제한 없이 탑재할 수 있고, 온도감응성 수화겔 내부에 자성 나노입자를 탑재함으로써 외부 온도뿐만 아니라 외부 자기장이나 빛과 같은 외부 자극을 자성 나노입자가 열로 변환시키기 때문에 수화겔의 팽윤 및 수축을 조절하여 약물을 원하는 부위에 온-디맨드식(on-demand)의 방출을 유도할 수 있어 표적지향 범위를 좁히는 것이 가능하고, 자극의 개시/종료가 즉각적으로 이루어질 수 있어 국소적인 제어가 가능하며(도 5 참조), 수화겔의 표면에 결합된 표적지향 리간드로 인해 특정 암세포에만 약물을 전달하여(도 4 참조) 부작용을 줄이고 약물의 효능을 증가시킬 수 있으므로, 조영제 뿐만 아니라 약물전달체로서 유용하게 사용할 수 있다.
본 발명은 또한, 전술한 본 발명에 따른 자극감응성 수화겔 나노입자 및 약제학적으로 허용되는 담체를 포함하는 조영제 조성물; 또는 약제학적 조성물을 제공한다.
본 발명의 조성물의 양태에서 사용될 수 있는 담체의 종류 역시 특별히 한정되지 않으며, 의약 분야에서 통상 사용되는 담체 및 비히클 등을 사용할 수 있다. 이러한 담체의 예로는 이온 교환, 알루미나, 알루미늄 스테아레이트, 레시틴, 혈청 단백질(예컨대 사람 혈청 알부민), 완충 물질(예컨대 각종 인산염, 글리신, 소르브산, 칼륨 소르베이트, 포화 식물성 지방산의 부분적인 글리세라이드 혼합물), 물, 염 또는 전해질(예컨대 프로타민 설페이트, 인산수소이나트륨, 인산수소칼륨, 염화나트륨 및 아연 염), 교질성 실리카, 마그네슘 트리실리케이트, 폴리비닐피롤리돈, 셀룰로오스계 기질, 폴리에틸렌글리콜, 나트륨 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리아릴레이트, 왁스 또는 양모지 등을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 조성물들은 또한 상기 성분 이외에도, 그 용도에 따라 윤활제, 습윤제, 유화제, 현탁제 또는 보존제 등의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
한 양태로서, 본 발명의 상기 조성물들은 비경구 투여를 위한 수용성 용액으로 제조될 수 있다. 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 카르복시 메틸 셀룰로오스, 솔비톨 또는 덱스트란과 같이 현탁액의 점도를 증가시킬 수 있는 기질을 적절히 첨가할 수 있다.
본 발명의 조성물의 다른 바람직한 양태는 수성 또는 유성 현탁액의 멸균 주사용 제제의 형태일 수 있다. 이러한 현탁액은 적합한 분산제 또는 습윤제(예컨대 트윈 80) 및 현탁화제를 사용하여 이 분야에 공지된 기술에 따라 제형화할 수 있다. 멸균 주사용 제제는 또한 무독성의 비경구적으로 허용되는 희석제 또는 용매 중의 멸균 주사 용액 또는 현탁액(예컨대 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 발명의 각 조성물을 이용하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 이 분야에서 공지된 통상의 방법을 사용할 수 있다.
예를 들면, 본 발명에 따른 조영제 조성물의 경우, (A) 조성물을 생체 또는 시료에 투여하는 단계; 및 (B) 상기 생체 또는 시료 내에 포함된 조성물의 자성 나노복합체로부터 발산되는 신호를 감지하여 영상을 수득하는 단계를 포함하는 방법으로 이용할 수 있다.
또한, 상기 이용 양태에서 조성물을 생체 또는 시료에 주입하는 단계에서는, 의약 분야에서 통상적으로 이용되는 경로를 통해 투여될 수 있고, 비경구 투여가 바람직하며, 예를 들면 정맥내, 복강내, 근육내, 피하 또는 국부 경로를 통하여 투여할 수 있다.
또한, 상기 이용 양태에서 자성 나노복합체로부터 발산되는 신호는 자기장을 이용하는 각종 장비들에 의해 감지될 수 있으며, 특히 자기공명영상(MRI) 장치가 바람직하다.
MRI는 강력한 자기장 속에 생체를 넣고 특정 주파수의 전파를 조사하여, 생체 조직에 있는 수소 등의 원자핵이 에너지를 흡수하여 에너지가 높은 상태로 만든 후, 상기 전파를 중단하여 상기 수소 등의 원자핵 에너지가 방출되게 하고, 이 에너지를 신호로 변환하여 컴퓨터로 처리하여 영상화하는 장치이다. 자기 또는 전파는 골에 방해를 받지 않기 때문에, 단단한 골 주위 또는 뇌, 골수의 종양에 대하여 종단, 횡단, 임의의 각도에서 선명한 입체적인 단층상을 얻을 수 있다. 특히, 상기 MRI 장치는 T2 스핀-스핀 이완 MRI 장치인 것이 바람직하다.
본 발명에서는 또한, 상기 수화겔로서 특정 질병 인자와 선택적으로 반응할 수 있는 물질을 사용함으로 해서, 상기 약제학적 조성물을 예를 들면, 선택적으로 특정 질병의 동시 진단 및 치료제로 사용할 수 있다. 예를 들어, 종양 세포 등에 선택적으로 반응할 수 있는 수화겔의 내부에 자성 나노입자 및 항암제 등의 약물을 봉입하고 생체 내로 투입할 경우, 상기 자성 나노복합체는 종양 세포가 존재하는 부위로만 선택적으로 이동하여, 내부에 함유된 자성체로부터의 자기적 신호를 통해 조영제의 역할을 하여, 발병 부위를 즉각적으로 진단할 수 있으며, 추가적으로 입자상 고분자 내부에 함유된 항암제의 안정적인 방출을 통해 선택적이고 효율적인 종양 세포의 치료 작용을 나타내는 동시에, 그 치료 효과를 외부에서 직접 확인할 수 있게 되는 이점을 가지게 된다.
이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명하기로 하나, 이러한 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
<제조예> 자성 나노입자의 제조
염화철(II)과 염화철(III)을 수산화나트륨 용액에 용해시켜 1:2 몰 비율로 30 mL 증류수에 반응시켰다. 잔류산소를 제거하기 위해 15-20분 질소분위기를 만든 후 1 M 수산화나트륨을 pH 10까지 조절하였다. 30분 동안 교반한 다음 계면활성제인 2 중량% 올레산 나트륨을 20 mL에 용해시켜 1 mL/min 분사속도로 떨어뜨렸다. 80 ℃에서 1시간 교반한 후 실온에서 교반하였다. 1 M 염산을 적가하여 pH를 5-5.5로 조절한 다음 증류수로 세척하고 10 mL 수용액에 2 중량% 도데실벤젠 설폰산염을 첨가하여 물리 흡착층을 형성하게 하였다. 30분 동안 교반하여 수상에 안정한 자성 나노입자를 얻었다.
<실시예> 자성 나노입자를 포함하고 표적지향 리간드가 결합된 자극감응성 수화겔 나노입자의 제조
제1단계 : 자성 나노입자를 탑재한 수화겔 나노입자 코어의 제조
상온에서 단량체인 N-이소프로필아크릴아미드 150mg, 가교제인 메틸렌비스아크릴아미드 6mg을 3차 증류수 20ml에 넣고 용해시켰다. 여기에 제조예에서 제조된 자성 나노입자를 0.84중량% 농도로 넣고 섞었다. 제조된 용액을 감압기를 이용하여 산소를 제거한 다음 70℃에서 250rpm으로 교반하였다. 개시제인 포타슘퍼설페이트 4.8mg을 넣고 3시간 동안 교반한 다음, 동결건조하여 자성 나노입자를 탑재한 수화겔 나노입자 코어를 얻었다.
제2단계 : 수화겔 나노입자 코어의 표면을 개질한 쉘의 제조
수화겔 나노입자 코어의 표면을 아민기로 개질하기 위해 상기 제조한 수화겔 나노입자 코어가 분산된 용액 10ml를 감압기를 이용하여 산소를 제거한 다음 70℃에서 250rpm으로 교반하였다. 그 다음, 단량체인 N-이소프로필아크릴아미드 75mg, 공단량체인 알릴아민 17μl, 가교제인 메틸렌비스아크릴아미드 3mg을 3차 증류수 10ml에 넣고 완전히 녹여 혼합액을 제조하였다. 그 후, 산소를 제거한 혼합액을 상기 수화겔 나노입자 코어가 분산된 용액에 첨가한 다음 개시제인 포타슘퍼설페이트 4.8mg을 넣고 6시간 동안 교반하였다. 교반이 끝나면 상온에서 냉각시킨 후, 미리 세척해둔 투석막(15kDa분자량 컷-오프)으로 밀봉하여 1차 증류수에서 24시간 투석하여 잔류 단량체 및 개시제를 제거하여 아민기로 표면개질된 코어-쉘 구조의 수화겔 나노입자를 얻었다.
제3단계 : 표적지향 리간드가 결합된 수화겔 나노입자의 제조
엽산 6mg, N-(3-디메틸아미노프로필)-N'-에틸카르보디이미드 하이드로클로라이드(EDC) 2.2mg, N-하이드록시숙신이미드(NHS) 1.3mg을 디메틸설폭사이드(DMSO) 2ml에 완전히 녹인 후 어두운 곳에서 2시간 동안 교반하였다. 그 다음, 상기 제조한 표면개질된 수화겔 나노입자가 분산된 용액 5ml와 인산완충염용액(PBS, pH4.7) 20ml를 혼합한 다음 감압기를 이용하여 산소를 제거한 후 교반하였다. 2시간동안 활성화시킨 엽산 혼합 용액을 표면개질된 수화겔 나노입자가 분산된 용액에 첨가하여 어두운 곳에서 16시간동안 교반하였다. 교반이 끝나면 수산화나트륨을 첨가하여 pH9 용액으로 제조한 다음 미리 세척해둔 투석막(15kDa분자량 컷-오프)으로 밀봉하여 1차 증류수에서 7일동안 투석하여 잔류 물질들을 제거한 다음 엽산이 결합된 수화겔 나노입자를 얻었다.
<분석>
1. 자극감응성 수화겔 나노입자의 크기분포 확인
본 발명에 따라 제조된 자극감응성 수화겔 나노입장의 유체역학적 직경을 동적 광 산란법(DLS, dynamic light scattering)을 이용하여 상온에서 측정하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 제조된 수화겔 나노입자의 평균 입자 크기는 230nm이었으며, 입도 분포가 균일함을 확인하였다.
2. 자성 나노입자가 포함된 자극감응성 수화겔 나노입자 코어의 형태 확인
상기 실시예 1에서 얻어진 자극감응성 수화겔 나노입자 코어를 투과전자현미경(TEM)으로 촬영하여 도 3에 나타내었다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 자극감응성 수화겔 나노입자는 구형체이며, 수화겔 나노입자의 내부에 자성 나노입자가 포함되어 있는 것으로 확인되었다.
<실험예 1> 자극감응성 수화겔 나노입자의 표적 지향 실험
본 발명에 따른 자극감응성 수화겔 나노입자의 세포 특이적 결합을 확인하기 위해, 다음과 같은 실험을 수행하였다.
구체적으로, 표적지향 리간드로서 엽산이 결합된 본 발명의 일 실시예에 따른 수화겔 나노입자와, 엽산이 결합되지 않은 코어-쉘 구조의 수화겔 나노입자를 HeLa 세포에 24시간 동안 배양하여 형광 이미지를 비교한 후, 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 엽산이 결합된 수화겔 나노입자가 배양된 HeLa 세포에서 더 많은 형광을 관찰할 수 있었다. 이로부터, 본 발명에 따른 표적지향 리간드가 결합된 수화겔 나노입자는 HeLa 세포와 특이적인 결합을 하므로 능동적 표적지향이 가능하다는 것을 알 수 있다.
<실험예 4> 자극감응성 수화겔 나노입자의 약물 방출 거동 확인
본 발명에 따른 자극감응성 수화겔 나노입자의 빛에 대한 약물 방출 거동을 알아보기 위해, 다음과 같은 실험을 수행하였다.
약물로서 인도메타신을 탑재한 본 발명에 따른 수화겔 나노입자를 인산완충염용액에 분산시킨 후, 수화겔 나노입자에 30분 동안 가시광선을 조사하고, 2시간 동안 가시광선을 조사하지 않는 주기를 4번 반복하여 약물을 방출하는 실험을 진행하면서, 일정시간 마다 용액을 추출하여 UV/VIS 분광분석을 통해 흡광도를 측정하여, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 첫 번째 빛 개시 때 20.1%, 두 번째 빛 개시 때 18.3%, 세 번째 개시 때 13.5%, 네 번째 빛 개시 때 7.6%의 인도메타신이 방출되었다. 주기를 반복 할수록 수화겔 나노입자에 포함된 인도메타신의 양이 감소하므로 방출되는 인도메타신의 양도 감소하였다. 빛의 개시/종료를 반복한 경우에는 방출 후 14시간 후에 인도메타신이 방출된 반면, 자극을 받지 않은 경우 20시간 후에 인도메타신이 모두 방출되는 것을 확인하였다. 이는 가시광선을 조사한 경우 수화겔 나노입자의 부피가 빠르게 수축하여 가시광선을 조사하지 않은 경우보다 방출되는 약물의 양이 증가하고, 짧은 시간 내에 약물 방출이 됨을 의미한다. 이를 통해 빛의 개시/종료 시간을 조절하여 방출되는 약물의 양의 제어가 가능하다는 것을 알 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
11: 수화겔 나노입자의 코어(core)
12: 자성 나노입자
13: 팽윤액
14: 쉘(shell)
15: 표적지향 리간드

Claims (15)

  1. 온도감응성 수화겔 나노입자로 이루어진 코어(core)(11);
    상기 코어 내에 분포되어 있는 자성 나노입자(12);
    상기 온도감응성 수화겔 나노입자 내에 팽윤되어 있는 용매(13);
    상기 코어의 표면을 개질한 쉘(14); 및
    상기 쉘 표면에 결합된 표적지향 리간드(15)를 포함하고,
    상기 자성 나노입자(12)는, 온도감응성 고분자 사슬로 이루어진 상기 온도감응성 수화겔 나노입자 내에 분산되어 분포하며,
    상기 용매(13)는 분산되거나 용해된 약물, 유전자 또는 생체재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 자극감응성 수화겔 나노입자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도감응성 수화겔 나노입자로 이루어진 코어(11)는 N-이소프로필아크릴아미드, N-n-프로필아크릴아미드, N,N'-디메틸아크릴아미드, N,N'-디에틸아크릴아미드, 메타크릴산, 2-하이드록시메타크릴산, N-2-디에틸아미노에틸 아크릴레이트, 1-비닐-2-피롤리디논으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 단량체가 공중합된 것을 특징으로 하는 자극감응성 수화겔 나노입자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어(11)의 크기는 20nm 내지 1μm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 자극감응성 수화겔 나노입자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성 나노입자(12)는 광열전환효과를 가지고 외부 자극에 감응하는 금속 물질, 자성 물질 또는 자성 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 자극감응성 수화겔 나노입자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 자성 나노입자(12)는 산화철(II) 나노입자 및 산화철(III) 나노입자 중에서 선택된 하나 이상의 자성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 자극감응성 수화겔 나노입자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성 나노입자(12)는 온도감응성 수화겔 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 20중량부의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는 자극감응성 수화겔 나노입자.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 약물은 항암제, 항생제, 호르몬, 호르몬 길항제, 인터루킨, 인터페론, 성장 인자, 종양 괴사 인자, 엔도톡신, 림포톡시, 유로키나제, 스트렙토키나제, 조직 플라스미노겐 활성제, 프로테아제 저해제, 알킬포스포콜린, 방사선 동위원소 표지 성분, 계면활성제, 심혈관계 약물, 위장관계 약물 및 신경계 약물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 자극감응성 수화겔 나노입자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 항암제는 에피루비신, 도세탁셀, 젬시타빈, 파클리탁셀, 시스플라틴, 카르보플라틴, 택솔, 프로카르바진, 시클로포스파미드, 디악티노마이신, 디우노루비신, 에토포시드, 탁목시펜, 독소루비신, 미토마이신, 블레오마이신, 플리코마이신, 트랜스플라티눔, 빈블라스틴 및 메토트렉세이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 자극감응성 수화겔 나노입자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 쉘(14)은 히드록시기(-OH), 아미노기(-NH2) 및 카르복시기(-COOH)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 작용기를 가지는 단량체가 공중합된 것을 특징으로 하는 자극감응성 수화겔 나노입자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 표적지향 리간드(15)는 탄수화물잔기, 트렌스페린, 엽산, 히알루론산 및 압타머로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 자극감응성 수화겔 나노입자.
  12. 온도감응성 수화겔 나노입자에 자성 나노입자가 탑재된 자극감응성 수화겔 나노입자 코어를 제조하는 제1단계; 상기 자극감응성 수화겔 나노입자 코어의 표면을 개질한 쉘을 제조하는 제2단계; 및 상기 쉘의 표면에 표적 지향 리간드를 결합시키는 제3단계;를 포함하여 이루어지는 제 1 항의 자극감응성 수화겔 나노입자의 제조방법.
  13. 제 1 항 내지 제 6 항 및 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 자극감응성 수화겔 나노입자; 및 약제학적으로 허용되는 담체를 포함하는 조영제 조성물.
  14. 제 1 항 내지 제 6 항 및 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 자극감응성 수화겔 나노입자; 및 약제학적으로 허용되는 담체를 포함하는 약제학적 조성물.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 약제학적으로 허용되는 담체는 이온 교환 수지, 알루미나, 알루미늄 스테아레이트, 레시틴, 혈청 단백질, 완충 물질, 물, 염, 전해질, 교질성 실리카, 마그네슘 트리실리케이트, 폴리비닐피롤리돈, 셀룰로오스계 기질, 폴리에틸렌글리콜, 나트륨 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리아릴레이트, 왁스 또는 양모지인 것을 특징으로 하는 약제학적 조성물.
KR1020140167308A 2014-11-27 2014-11-27 자성 나노입자를 포함하고 표적지향 리간드가 결합된 자극감응성 수화겔 나노입자 KR101671331B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140167308A KR101671331B1 (ko) 2014-11-27 2014-11-27 자성 나노입자를 포함하고 표적지향 리간드가 결합된 자극감응성 수화겔 나노입자

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140167308A KR101671331B1 (ko) 2014-11-27 2014-11-27 자성 나노입자를 포함하고 표적지향 리간드가 결합된 자극감응성 수화겔 나노입자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160063706A KR20160063706A (ko) 2016-06-07
KR101671331B1 true KR101671331B1 (ko) 2016-11-01

Family

ID=56192812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140167308A KR101671331B1 (ko) 2014-11-27 2014-11-27 자성 나노입자를 포함하고 표적지향 리간드가 결합된 자극감응성 수화겔 나노입자

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101671331B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020036324A1 (ko) * 2018-08-13 2020-02-20 재단법인대구경북과학기술원 자기장 구동 약물전달 마이크로 구조체 및 이의 제조방법

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102106966B1 (ko) * 2018-03-29 2020-05-07 한양대학교 산학협력단 자가치유 하이드로겔 및 이의 용도
KR102191494B1 (ko) * 2018-11-13 2020-12-15 경북대학교 산학협력단 회수 가능한 온도감응성 하이드레이트 억제제 및 그 제조방법
KR102278255B1 (ko) * 2020-01-30 2021-07-16 서울대학교산학협력단 약물전달체
CN112142993B (zh) * 2020-09-27 2022-04-01 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 一种高韧性、低溶胀的纤维素基磁性双网络水凝胶的制备方法
CN113081954A (zh) * 2021-05-25 2021-07-09 南昌大学第二附属医院 一种凝胶载药贴剂药物输送系统

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101209266B1 (ko) * 2010-06-30 2012-12-06 한국과학기술연구원 생분해성 및 온도 감응성 폴리포스파젠계 자성 고분자, 그의 제조 방법 및 용도
KR101233439B1 (ko) * 2010-07-29 2013-02-14 연세대학교 산학협력단 파이렌 고분자를 이용한 자극 감응형 자성 나노복합체 및 상기 나노복합체를 포함하는 조영제 조성물
KR101351331B1 (ko) * 2012-01-09 2014-01-24 한국세라믹기술원 표적지향적 약물전달을 위한 자성나노입자 및 이를 이용한 약물전달체의 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020036324A1 (ko) * 2018-08-13 2020-02-20 재단법인대구경북과학기술원 자기장 구동 약물전달 마이크로 구조체 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160063706A (ko) 2016-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cazares-Cortes et al. Recent insights in magnetic hyperthermia: From the “hot-spot” effect for local delivery to combined magneto-photo-thermia using magneto-plasmonic hybrids
KR101671331B1 (ko) 자성 나노입자를 포함하고 표적지향 리간드가 결합된 자극감응성 수화겔 나노입자
Wang et al. Microgels in biomaterials and nanomedicines
Karimi et al. Temperature-responsive smart nanocarriers for delivery of therapeutic agents: applications and recent advances
Nezhad-Mokhtari et al. Development of biocompatible fluorescent gelatin nanocarriers for cell imaging and anticancer drug targeting
Chiozzi et al. Inorganic–organic core/shell nanoparticles: progress and applications
Jia et al. Preparation of dual-template epitope imprinted polymers for targeted fluorescence imaging and targeted drug delivery to pancreatic cancer BxPC-3 cells
Mout et al. Surface functionalization of nanoparticles for nanomedicine
Chatterjee et al. Core/shell nanoparticles in biomedical applications
Medeiros et al. Stimuli-responsive magnetic particles for biomedical applications
Yen et al. Multifunctional iron oxide nanoparticles for diagnostics, therapy and macromolecule delivery
Sonvico et al. Metallic colloid nanotechnology, applications in diagnosis and therapeutics
KR100819378B1 (ko) 양친매성 화합물을 이용한 자성 나노복합체 및 이를포함하는 약제학적 조성물
Du et al. Biocompatible magnetic and molecular dual-targeting polyelectrolyte hybrid hollow microspheres for controlled drug release
Canfarotta et al. Engineered magnetic nanoparticles for biomedical applications
Cristofolini et al. Hybrid polyelectrolyte/Fe3O4 nanocapsules for hyperthermia applications
IE20080211A1 (en) Biodegradable nanoshells for delivery of therapeutic and/or imaging molecules
Andrade et al. Coating nanomagnetic particles for biomedical applications
Reimhult et al. Design principles for thermoresponsive core–shell nanoparticles: controlling thermal transitions by brush morphology
Gauger et al. Theranostics based on magnetic nanoparticles and polymers: intelligent design for efficient diagnostics and therapy
Bhaladhare et al. Chemical, physical, and biological stimuli-responsive nanogels for biomedical applications (mechanisms, concepts, and advancements): A review
Jin et al. One-step in situ synthesis of polypeptide–gold nanoparticles hybrid nanogels and their application in targeted photoacoustic imaging
Birlik Demirel et al. Folic acid-conjugated pH and redox-sensitive ellipsoidal hybrid magnetic nanoparticles for dual-triggered drug release
Tsintou et al. Nanogels for biomedical applications: Drug delivery, imaging, tissue engineering, and biosensors
Yang et al. The physicochemical properties of graphene nanocomposites influence the anticancer effect

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191002

Year of fee payment: 4