KR101690179B1 - Water-soluble chitosan nanoparticles conjugated with amifostine - Google Patents

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KR101690179B1
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나재운
정영일
최창용
박준규
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순천대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a method for preparing radio-responsive chitosan nanoparticles with which amifostine as a radio-protectant is covalently bound and crosslinked by 3,3-diselenodipropionic acid (DSePA). Particularly, the method for preparing radio-responsive chitosan nanoparticles comprises the steps of: carrying out covalent bonding between DSePA and amifostine; carrying out covalent bonding between the resultant covalently bound product with water-soluble chitosan to obtain a chitosan derivative; allowing methoxy poly(ethylene glycol) to be bound with the chitosan derivative; and crosslinking the chitosan derivative with DSePA. The radio-responsive chitosan nanoparticles to which amifostine is bound according to the method can protect the human body from exposure to radiation, and discharges amifostine only when being irradiated with radiation, thereby minimizing side effects to the human body.

Description

아미포스틴이 가교결합된 수용성 키토산 나노입자{Water-soluble chitosan nanoparticles conjugated with amifostine}Water-soluble chitosan nanoparticles conjugated with amifostine is a cross-linked water-soluble chitosan nanoparticle.

본 발명은 아미포스틴(amifostine)이 공유결합된 수용성 키토산(chitosan) 나노입자(nanoparticles), 상기 나노입자를 이용한 방사선 방호제 또는 약물을 담지하는 방법, 및 상기 나노입자를 이용한 방사선 방호제용 나노 약물에 관한 것이다.The present invention relates to water-soluble chitosan nanoparticles covalently bonded with amifostine, a method of supporting a radioprotective agent or a drug using the nanoparticles, and a nanoparticle for radiation protection using the nanoparticles .

인체는 자연 방사능(1~3mSv/년)을 포함한 인공 방사능 등의 다양한 형태의 방사선을 수시로 접하고 있으나, 이를 방어하기 위한 연구는 아직 초기단계이고, 의학적으로 이용되는 방사선 등을 통한 방사선 피폭에 의한 인체 유해성과 부작용을 경감 및 억제하기 위한 방호제의 개발은 전 세계적으로 활발하나, 국내의 방사선 방호제제(radioprotection agents) 개발에 대한 기술 개발은 아직 미흡한 실정이다.The human body is exposed to various types of radiation such as artificial radiation, including natural radioactivity (1 to 3 mSv / year), but the research to defend it is still in the early stage, and the human body by radiation exposure through medically used radiation The development of a protective agent to reduce and inhibit harmfulness and side effects is active worldwide, but the development of domestic radioprotection agents has not been developed yet.

최근 일본 후쿠시마 원전사고로 인한 방사능 피폭 뿐만 아니라 의학적 진단 및 치료, 비파괴 검사를 포함한 산업적 방사선 이용의 증가로 인하여 방사선 방호제에 대한 관심이 증가하고 있다. 또한, 국내 원자력 발전소(power plant)의 잦은 사고로 일반 시민들의 원자력 발전의 안전성에 대한 불신이 증가하여, 최근에는 고리 원자력 발전소의 폐쇄 등으로 이어졌으며, 방사선 피폭에 대한 두려움도 증가하고 있다. 특히, 국내 방사선 종사자는 의료, 교육, 원자력 발전소, 제조 및 비파괴 검사 등의 다양한 분야에서 총 10만 명을 상회하고, 연평균 6%로 증가하고 있으며(ICRP 간행물 115, 2012년도), 의료 분야에서는 방사선이 진단(diagnosis) 뿐 아니라 항암 진단/치료에도 사용되고 있다. 진단 방사능의 피폭의 형태는 내·외부 피폭의 형태(X-ray, CT, PET-CT 등), 방사능 진단/치료에 복용하는 약물(I-131, Tc-99m, P-32, Sr-89, Y-90) 등이 있고, 이로 인해 인체 손상이 야기된다.In recent years, there has been an increase in interest in radiation protection products due to the increase in the use of industrial radiation, including medical diagnosis and treatment, and nondestructive testing, as well as radiation exposure due to the accident in Fukushima nuclear power plant in Japan. In addition, frequent accidents in domestic nuclear power plants have increased the disbelief of the safety of nuclear power generation by ordinary citizens, resulting in the closure of Kori Nuclear Power Plant and fear of radiation exposure. In particular, the number of domestic radiation workers is more than 100,000 in various fields such as medical, education, nuclear power plant, manufacturing and nondestructive inspection, and the annual average is increasing to 6% (ICRP Publication 115, 2012) It is used not only for diagnosis but also for diagnosis and treatment of cancer. T-99m, P-32, and Sr-89, which are used for radiological diagnosis / treatment (X-ray, CT, PET-CT etc.) , Y-90) and the like, which causes human injury.

이러한 방사능으로부터 인체를 보호하기 위한 방사선 방호제제는 크게 방사능 방호제(Radioprotectors), 방사능 완화제(Radiomitigators), 처치제(Treatment), 방사능 민감제(Radiosensitizers)로 나눌 수 있다. 방사능 방호제(Radioprotectors)는 방사선 피폭 전(before irradiation)에 복용하여 정상세포의 손상을 막는 약품으로서, 대표적인 약품으로는 WR-1065(amifostine; 아미포스틴), WR-2721(phosphorilated amifostine)으로 방사선 피폭에 의해 생성된 라디칼을 소멸(radical scavenger)시키고, 암세포를 보호하는 일 없이, 방사선 요법의 부작용(점막염(mucositis), 식도염, 직장염(proctitis), 급만성 구강건조증, 연하곤란, 폐렴, 방광염, 피부염)을 감소시키고, 완전 반응률(complete response rates)을 증가(81%) 시킨는 것으로 알려져 있다(International Journal of Radiation Oncology·Biology·Physics, 2006). 이 외에도 dipyridamole, adenosine monophosphate, tetracychlorodecaoxide, adeturon, deoxyspergualin 등의 합성제제에 대한 연구가 진행되고 있다. 방사능 완화제(Radiomitigators)는 방사선 피폭 이후(after irradiation)에 정상세포의 손상을 완화 시키는 물질로서, Palifermin(Kepivance, marketed by Biovitrum, DNA repair), Captopril(ACE inhibitor, radiation-induced nephropathy 완화) 등이 있다. 처치제(Treatment)는 방사선에 피폭된 정상세포 및 조직의 손상을 개선하는 약품으로서, 펜톡시필린(pentoxyfilline)과 비타민 E(vitamin E; 항섬유화 치료(antifibrotic treatment)) 등이 있다. 방사능 민감제(Radiosensitizers)는 방사선 치료시 조사 선량(radiation dose)을 줄이기 위한 물질로서, 소세포암(small cell carcinoma)의 방사능 치료에 쓰이는 5-니트로이미다졸(5-Nitroimidazole(Nimorazole)), 티라파자민(Tirapazamine(SR-4233)), 방사능 핵종함유 진단시약 및 내부 피폭제의 배출을 돕는 킬레이트약물(Radiogardase-Cs, Ca-DTPA 등) 등이 있다.Radioprotective agents for protecting the human body from such radioactivity can be roughly classified into radioprotectors, radiomitigators, treatments, and radiosensitizers. Radioprotectors are drugs that prevent normal cell damage by taking it before radiation exposure. Typical drugs include WR-1065 (amifostine) and WR-2721 (phosphorilated amifostine) (Mucositis, esophagitis, proctitis, acute chronic dry mouth, dysphagia, pneumonia, cystitis, dermatitis, etc.) without radical scavenging of the radicals produced by exposure and protection of cancer cells. (81%) and complete response rates (81%) (International Journal of Radiation Oncology · Biology · Physics, 2006). In addition, studies on synthetic agents such as dipyridamole, adenosine monophosphate, tetracychlorodecaoxide, eriuron, and deoxyspergualin have been conducted. Radiomitigators are substances that mitigate the damage of normal cells after radiation exposure, such as Palifermin (Kepivance, marketed by Biovitrum, DNA repair), Captopril (ACE inhibitor, radiation-induced nephropathy mitigation) . Treatments are drugs that improve the damage of normal cells and tissues exposed to radiation, such as pentoxyfilline and vitamin E (antifibrotic treatment). Radiosensitizers are substances that reduce the radiation dose during radiotherapy. They include 5-Nitroimidazole (Nimorazole), which is used for radioactive treatment of small cell carcinoma, (Tirapazamine (SR-4233)), diagnostic reagents containing radioactive nuclides, and chelating drugs (Radiogardase -Cs, Ca-DTPA, etc.) that help release internal exposure agents.

방사선 방호제제 약품의 개발 및 산업화는 선진국에서 활발히 진행되고 있으며, 아미포스틴(amifostine), 템폴(tempol) 등과 같은 순수 단일 화학성분을 중심으로 한 효능 검색 및 개발이 주를 이루고 있지만, 방호제의 독성 또는 부작용으로 인하여 실제로는 제한적인 반면, 방호제제 약품은 고가(예: 팔리퍼민(Palifermin), ?5,000/1회 처리)이며, 방호제 시장의 선점 등으로 사용이 일반화되어 있지 않은 형편이다. 특히 가장 널리 사용되는 방사선 방호제제 중 하나인 아미포스틴(Amifostine, Ethyol)은 방사선 방호 효과가 입증되어 임상에서 사용되고 있으나, 저혈압증, 다형 홍반, 과민증, 홍피성 피부염, 면역반응, 독성 표피 괴사융해(Toxic epidermal necrolysis), 스티븐스-존슨 증후군 등 다양하고 심각한 부작용을 야기하여, 임상에서의 사용이 제한적인 것으로 알려져있다. 최근에는 독성 또는 부작용을 최소화할 수 있는 생물 유래의 생의학적 효능물질 탐색(screening), 특히 방사선 생체방어물질 개발이 요구되며, 방사선 방호물질의 효율적인 개발을 통한 산업화에 관심이 높아지고 있고, 국내 한국원자력연구소(KAERI)와 원자력병원, 일부 대학 등에서 방사선이 생체에 미치는 영향 및 방사선 방호물질에 관한 연구가 제한적으로 진행되고 있다. 근래 개발된 방사선 방호물질로는 생약복합추출물인 HemoHIM이 있는데, 이는 면역증진/조혈세포 증식 등의 생리활성 증진 물질로 소개되어 있고, 상기 추출물은 방사선에 대한 생체 방어 건강기능성 식품으로 인정받아(식약처) 제품으로 출시(“방사선이용 생체방어 기능성식품개발”-보고서, KAERI)된 바 있다. 그러나 상기 추출물은 한약재의 단순 추출물에 한정되어 방호 효능에 제한이 많으며, 특히 방사선 방호에 필수적인 히드록시(hydroxy) 라디칼 처리 성능에는 어려움이 있다. 따라서 방사선 피폭 전 정상세포를 보호하여, 높은 방호특성(DRF)과 손상 DNA 수복을 위한 새로운 방호제의 개발이 시급하고 상품화를 통한 첨단 핵심 기능식품 또는 의약품 산업으로의 육성이 절실히 요구된다.Development and industrialization of radiopharmaceuticals are progressing actively in developed countries. Although they mainly focus on pure single chemical components such as amifostine, tempol, etc., (Eg, Palifermin, 5,000 / one-time treatment), while its use is not generalized due to preemption of the protective agent market . Amifostine (Ethyol ), which is one of the most widely used radioprotective agents, has been proven to have a radiation protection effect and has been used in clinical practice. However, it has been reported that hypotension, polymorphic erythema, hypersensitivity, (Toxic epidermal necrolysis), Stevens-Johnson syndrome, and so on. Recently, biomedical efficacy screening of biological materials that can minimize toxicity or side effects has been required. Especially, development of radiation biohazardous materials has been required. There has been growing interest in industrialization through efficient development of radiation protection materials. Researches on the effects of radiation on living organisms and radiation protection materials in KAERI, nuclear medicine hospitals, and some universities have been limited. HemoHIM, a herbal medicine extract, has been introduced as a physiological activity promoting substance such as immunity enhancement / hematopoietic cell proliferation. The extract has been recognized as a bioactive defense health functional food for radiation ("Development of Functional Foods Using Radiation Protection" - Report, KAERI). However, the extract is limited to simple extracts of herbal medicines, and thus has a limited protection efficacy. Especially, it is difficult to perform hydroxy radical treatment which is essential for radiation protection. Therefore, it is urgently required to develop a new protective agent for protection of normal cells prior to exposure to radiation, high protective properties (DRF) and damaged DNA, and cultivation of advanced core functional foods or pharmaceuticals industry through commercialization.

키토산(chitosan)은 글루코사민(glucosamine)의 피라노스(pyranose) 단위체가 β-1,4 결합 된 것으로서, 글루코사민 잔기가 5,000 개 이상 결합 된 분자량이 100만 이상이고 다가의 양이온을 가진 다당류(polysaccharide) 계열의 생체고분자물질로 게 껍질이나 새우와 같은 갑각류 및 오징어를 포함하는 수산계로부터 추출할 수 있으며, 그 분자 구조는 다당류의 일종인 셀룰로오스와 유사한 구조로서, 생체 친화성이 우수하여 면역 반응시 거부 반응이 일어나지 않아 의약 산업에 응용되고 있다. 또한, 최근 미국의 FDA에서 식품으로서 인증을 받은 후, 키토산은 21세기의 중요한 생물산업 및 생체의료용 물질로 응용되고 있는데, 특히, 20,000 ∼ 100,000 이내의 특정 분자량의 범위를 가진 키토산은 강한 생리활성 기능을 띠고 있는 것으로 알려져 있어, 건강 식품분야, 식ㆍ음료 분야, 화장품 분야, 보건위생 분야 및 의약품 분야에 대한 응용성을 기대할 수 있다.Chitosan is a β-1,4-linked pyranose unit of glucosamine. The chitosan is composed of a polysaccharide group with more than 5,000 glucosamine residues and a molecular weight of more than 1 million and a polyvalent cation Is a biomolecular material that can be extracted from fisheries including crustaceans such as crab shells and squid and squid. Its molecular structure is similar to that of cellulose, which is a type of polysaccharide, and has excellent biocompatibility. It is not applied and is applied to the pharmaceutical industry. In addition, chitosan has been applied as an important biochemical industry and biomedical materials in the 21st century after recently being certified as a food by the US FDA. In particular, chitosan having a specific molecular weight range of 20,000 to 100,000 has a strong physiological activity And it can be expected to be applied to the fields of health food, food and beverage, cosmetics, healthcare, and pharmaceuticals.

나노약물(Nanodrug, nanoparticle, nanomedicine) 기술은 고분자(polymer), 나노물질(nanoparticles) 등을 이용하여, 수백 나노미터(nm) 크기의 직경으로 물질을 제조하여 인체에 쉽게 주사하거나 투여할 수 있고, 특정 세포 및 장기 등에 선택적으로 약물을 전달할 수 있는 특징 때문에 전 세계적으로 활발한 연구가 진행 중이다. 특히 항암제, 방사선 방호제 등과 같이 인체에 독성이나 부작용이 심한 약물이 간이나 비장 등에 축적되는 것을 줄이고, 혈중 약물 농도를 오래 지속시킬 수 있으며, 방사선 조사, 자기장, pH, 특정 효소 발현 등 물리 화학적인 자극에 반응하도록 제조할 수 있어, 차세대 항암제 또는 방호제제로서 각광받고 있다. 이와 같은 최근의 연구개발 동향을 반영하여, 새로운 나노약물 기술을 이용한 안정성이 확보된 생리활성 기능 1등급 수준의 새로운 방사선 방호제를 실용화하는 기술 및 정상세포를 보호하고 방사선의 피해를 최소화할 수 있는 방사선 방호제 제어방출용 나노약물 기술의 개발이 필요하다.Nanodrug, nanoparticle, and nanomedicine technologies can be easily injected or administered into human body by making materials with a diameter of several hundred nanometers (nm) using polymers, nanoparticles, etc., Active research is underway in the world because of its ability to selectively deliver drugs to specific cells and organs. In particular, it is possible to reduce accumulation of toxic or adverse drug substances in the liver or spleen such as anticancer drugs and radioprotective agents, to maintain the drug concentration in the blood for a long time, and to maintain physiochemical properties such as irradiation, magnetic field, pH, It can be manufactured to respond to stimulation, and it is attracting attention as a next-generation anticancer agent or a protective agent. Reflecting these recent research and development trends, it is expected that a new radioprotective agent with a level of physiologically active function that is stabilized by using a new nanopharmaceutical technology can be put to practical use, a technique capable of protecting normal cells, There is a need to develop nanoparticle technology for controlled release of radioprotective agents.

한편, 아미포스틴이 결합된 키토산 나노입자에 대한 선행기술로서, 국제출원번호 WO2012/163290A1에는 아미노싸이올 모이어티(aminothiol moiety)를 갖는 항-자유 라디칼(free radicals) 약학적 폴리머를 개시하였고, ANKITA A. NAGVEKAR는 방사선 방호제 약물인 아미포스틴의 효율적인 나노미립자(nanoparivulate) 전달 시스템의 개발 및 특성에 대해 개시하였으며(ANKITA A. NAGVEKAR, Creighton University, 2008), Sarala Pamujula 등은 아미포스틴의 PGLA 및 키토산 융합 마이크로캡슐의 제조에 관하여 개시하고 있으나(Sarala Pamujula 등, JPP 2008, 60: 283-289), 본 발명의 방사선 조사에 의해 선택적으로 나노입자가 붕괴되어 약물의 방출을 조절할 수 있는 아미포스틴 및 DSePA이 공유결합된 수용성 키토산 나노입자에 대해서는 현재까지 알려진 바가 없다.On the other hand, as prior art for chitosan nanoparticles bound with amphostin, International Patent Application No. WO2012 / 163290A1 discloses an anti-free radical pharmaceutical polymer having an aminothiol moiety, ANKITA A. NAGVEKAR has described the development and characterization of an efficient nanopar- tivate delivery system for aminostatin, a radioprotective drug (ANKITA A. NAGVEKAR, Creighton University, 2008), Sarala Pamujula et al. (Sarala Pamujula et al., JPP 2008, 60: 283-289) discloses the preparation of PGLA and chitosan-fused microcapsules. However, it has been reported that the nanoparticles are selectively collapsed by the irradiation of the present invention, There is no known hitherto known water-soluble chitosan nanoparticles covalently bonded to postin and DSePA.

이에, 본 발명자들은 방사선 노출이 있는 경우에는 방호제가 효과적으로 작용할 수 있도록 조절하는 방안에 대하여 연구하던 중, 아미포스틴 및 DSePA이 공유결합된 수용성 키토산 나노입자를 개발하여 방사선 노출에 따라 상기 나노입자로부터 아미포스틴이 방출되도록 함으로써, 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention have developed a water-soluble chitosan nanoparticle covalently bound with aminosthtin and DSePA, and found that the nanoparticles can be separated from the nanoparticles Aminostatin is released, thereby completing the present invention.

본 발명의 목적은 방사선 노출에 따라 방사선 방호제 방출이 조절되는 아미포스틴(amifostine)이 공유결합된 수용성 키토산(chitosan) 나노입자(nanoparticles)를 제조하는 방법 및 이를 이용한 방사선 방호제용 나노약물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for preparing water-soluble chitosan nanoparticles covalently bonded with amifostine, wherein release of the radioprotective agent is controlled in accordance with exposure to radiation, and a nano drug for radiation protection using the same .

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 디셀레노디프로피오닉엑시드(3,3'-diselenodipropionic acid; DSePA) 및 아미포스틴(amifostine)의 결합체와 수용성 키토산이 공유결합된 키토산 유도체에 메톡시 폴리에틸렌글리콜(methoxy poly(ethylene glycol); MPEG)이 그라프트(graft)된 키토산 공중합체(copolymer)를 포함하는 아미포스틴이 가교결합된 키토산 나노입자를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a chitosan derivative comprising a chitosan derivative covalently bonded to a water-soluble chitosan and a conjugate of 3,3'-diselenodipropionic acid (DSePA) and amifostine and methoxypolyethylene glycol and amphostin crosslinked chitosan nanoparticles comprising a chitosan copolymer grafted with methoxy poly (ethylene glycol) (MPEG).

또한, 본 발명은 In addition,

1) 디셀레노디프로피오닉엑시드(3,3'-diselenodipropionic acid; DSePA)와 아미포스틴(amifostine)의 공유결합체를 합성하는 단계; 1) synthesizing a covalent bond between 3,3'-diselenodipropionic acid (DSePA) and amifostine;

2) 상기 단계 1)의 아미포스틴이 공유결합된 DSePA를 수용성 키토산(chitosan)에 공유결합시켜 키토산 유도체를 합성하는 단계; 2) covalently linking the covalently bound DSePA of step 1) with water-soluble chitosan to synthesize a chitosan derivative;

3) 상기 단계 2)의 키토산 유도체를 메톡시 폴리에틸렌글리콜(methoxy poly(ethylene glycol))에 공유결합시켜 아미포스틴이 공유결합된 키토산-메톡시폴리에틸렌글리콜 그라프트 공중합체(graft copolymer)를 합성하는 단계; 및3) synthesizing chitosan-methoxypolyethylene glycol graft copolymer in which amphostin is covalently bonded by covalently bonding the chitosan derivative of step 2) to methoxy poly (ethylene glycol) step; And

4) 상기 단계 3)의 그라프트 공충합체에 DSePA로 가교결합시키는 단계를 포함하는 아미포스틴이 가교결합된 키토산 나노입자의 제조방법을 제공한다.4) cross-linking the graft compatibilizer of step 3) with DSePA. The present invention also provides a method for producing aminosthin-crosslinked chitosan nanoparticles.

아울러, 본 발명은 상기의 아미포스틴이 가교결합된 키토산 나노입자를 포함하는 방사선 방호제용 나노약물을 제공한다.In addition, the present invention provides a nano drug for radioprotectants, wherein said amphostin comprises crosslinked chitosan nanoparticles.

본 발명의 아미포스틴(amifostine) 및 디셀레노디프로피오닉 산(3,3'-diselenodipropionic acid; DSePA)이 공유결합된 수용성 키토산(chitosan) 나노입자(nanoparticles)는 방사선 조사에 의해 선택적으로 나노입자가 붕괴 되어 약물의 방출을 조절함으로써, 방사선 노출로부터 인체를 보호하는데 유용하게 사용될 수 있다.The water-soluble chitosan nanoparticles covalently bonded to the amifostine and 3,3'-diselenodipropionic acid (DSePA) of the present invention can be selectively incorporated into the nanoparticles Can be used to protect the human body from exposure to radiation by collapsing and controlling the release of the drug.

도 1은 디셀레노디프로피오닉 산(3,3'-diselenodipropionic acid; DSePA)과 아미포스틴(amifostine)을 공유결합시키는 단계를 화학식으로 나타낸 도이다.
도 2는 DSePA-아미포스틴 화합물을 수용성 키토산에 공유결합시키는 단계를 화학식으로 나타낸 도이다.
도 3은 메톡시 폴리에틸렌글리콜(methoxy poly(ethylene glycol))을 키토산 유도체에 그라프트 공중합(graft copolymerization)시키는 단계를 화학식으로 나타낸 도이다.
도 4는 DSePA로 메톡시 폴리에틸렌글리콜이 그라프트 공중합된 키토산 유도체를 가교시키는 단계를 화학식으로 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의해 제조된 DSePA로 가교되고 아미포스틴이 DSePA에 의해 공유결합된 키토산 나노입자의 입자크기 변화를 나타낸 것이다:
(가): 방사선 조사 전, 나노입자의 형태를 투과 전자 현미경으로 관찰한 사진;
(나): 방사선 조사 후(10Gy), 나노입자의 형태를 투과전자 현미경으로 관찰한 사진;
(다): 방사선 조사량에 따른 나노입자의 크기변화.
도 6은 본 발명의 키토산 나노입자로부터 아미포스틴의 방출 속도에 방사선 조사가 미치는 영향을 그래프로 나타낸 도이다.
도 7는 본 발명의 키토산 나노입자를 간세포(hepatocyte)에 처리 후 방사선 조사에 의한 세포 생존능을 나타낸 것이다:
(가): 방사선 조사 후 간세포의 생존율의 변화;
(나): 방사선 조사 후 간세포의 세포자살(apoptosis)과 세포괴사(necrosis)의 변화.
도 8은 본 발명의 키토산 나노입자를 쥐(BALb/C)에 정맥주사하고 방사선 조사 후 쥐의 생존율을 나타낸 도이다:
(가): 쥐의 생존율;
(나): 간 조직 사진과 간 조직에서 정상 간세포와 비정상 간세포의 변화;
(다): 간 조직에서 Bax 및 Bcl-2의 단백질 발현 변화.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a step of covalently bonding 3,3'-diselenodipropionic acid (DSePA) and amifostine.
Fig. 2 is a schematic diagram showing a step of covalently bonding a DSePA-aminostatin compound to water-soluble chitosan.
3 is a diagram schematically showing the step of graft copolymerization of methoxy poly (ethylene glycol) to a chitosan derivative.
Fig. 4 is a schematic diagram showing a step of cross-linking a chitosan derivative graft-copolymerized with methoxypolyethylene glycol with DSePA. Fig.
Figure 5 shows the particle size change of chitosan nanoparticles cross-linked with DSePA prepared according to one embodiment of the present invention and amipostin covalently linked by DSePA:
(A): a photograph of the morphology of the nanoparticles before irradiation with a transmission electron microscope;
(B): a photograph of the morphology of nanoparticles observed by transmission electron microscope after irradiation (10 Gy);
(C): Changes in size of nanoparticles according to irradiation dose.
6 is a graph showing the effect of irradiation on the release rate of aminostatin from the chitosan nanoparticles of the present invention.
7 shows the cell viability of chitosan nanoparticles of the present invention after irradiation of hepatocytes with irradiation:
(A): Changes in survival rate of hepatocytes after irradiation;
(B): Changes in apoptosis and necrosis of hepatocytes after irradiation.
8 is a graph showing the survival rate of rats after intravenous injection of chitosan nanoparticles of the present invention into a rat (BALb / C) and irradiated with them;
(A): Survival rate of rats;
(B): Changes in normal hepatocytes and abnormal hepatocytes in liver tissue photographs and liver tissues;
(C): Changes in protein expression of Bax and Bcl-2 in liver tissue.

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

본 발명은 디셀레노디프로피오닉엑시드(3,3'-diselenodipropionic acid; DSePA) 및 아미포스틴(amifostine)의 결합체와 수용성 키토산이 공유결합된 키토산 유도체에 메톡시 폴리에틸렌글리콜(methoxy poly(ethylene glycol); MPEG)이 그라프트(graft)된 키토산 공중합체(copolymer)를 포함하는 아미포스틴이 가교결합된 키토산 나노입자를 제공한다.The present invention relates to a method for producing a chitosan derivative having methoxypolyethylene glycol (methoxypolyethylene glycol) by adding a chitosan derivative covalently bonded to a water-soluble chitosan with a combination of 3,3'-diselenodipropionic acid (DSePA) and amifostine, ; ≪ / RTI > MPEG) grafted chitosan copolymers.

상기 DsePA 및 아미포스틴은 공유결합된 것이 바람직하고, 키토산 공중합체에 가교결합(cross-liking)된 것이 바람직하다.The DsePA and amipostin are preferably covalently bonded and cross-liked to the chitosan copolymer.

또한, 본 발명은 In addition,

1) 디셀레노디프로피오닉엑시드(3,3'-diselenodipropionic acid; DSePA)와 아미포스틴(amifostine)의 공유결합체를 합성하는 단계; 1) synthesizing a covalent bond between 3,3'-diselenodipropionic acid (DSePA) and amifostine;

2) 상기 단계 1)의 아미포스틴이 공유결합된 DSePA를 수용성 키토산(chitosan)에 공유결합시켜 키토산 유도체를 합성하는 단계; 2) covalently linking the covalently bound DSePA of step 1) with water-soluble chitosan to synthesize a chitosan derivative;

3) 상기 단계 2)의 키토산 유도체를 메톡시 폴리에틸렌글리콜(methoxy poly(ethylene glycol))에 공유결합시켜 아미포스틴이 공유결합된 키토산-메톡시폴리에틸렌글리콜 그라프트 공중합체(graft copolymer)를 합성하는 단계; 및3) synthesizing chitosan-methoxypolyethylene glycol graft copolymer in which amphostin is covalently bonded by covalently bonding the chitosan derivative of step 2) to methoxy poly (ethylene glycol) step; And

4) 상기 단계 3)의 그라프트 공충합체에 DSePA로 가교결합시키는 단계를 포함하는 아미포스틴이 가교결합된 키토산 나노입자의 제조방법을 제공한다.4) cross-linking the graft compatibilizer of step 3) with DSePA. The present invention also provides a method for producing aminosthin-crosslinked chitosan nanoparticles.

상기 방법에 있어서, 단계 1)의 DSePA와 아미포스틴의 공유결합체는 DSePA를 용매에 1 내지 15 중량%로 녹여 사용하는 것이 바람직하고, DMSO(dimethyl sulfoxide)에 10 중량%로 녹여 사용하는 것이 더욱 바람직하며, 아미포스틴을 1 내지 5 중량%가 되도록 첨가하는 것이 바람직하고, 3 중량%로 첨가하는 것이 더욱 바람직하다.In the above method, the covalent conjugate of DSePA and amopostin in step 1) is preferably used by dissolving DSePA in a solvent in an amount of 1 to 15% by weight, and is preferably dissolved in DMSO (dimethyl sulfoxide) in an amount of 10% by weight It is preferable to add 1 to 5% by weight of aminostatin, more preferably 3% by weight.

또한, 상기 단계 2)의 키토산 유도체는 DSePA-아미포스틴 화합물을 용매에 10 내지 25 중량%로 녹이는 것이 바람직하고, DMSO에 20 중량%로 녹여 사용하는 것이 더욱 바람직하며, 수용성 키토산을 물에 5 내지 15 중량%가 되도록 녹여 상기 화합물 용액에 첨가하는 것이 바람직하고, 10 중량%로 녹여 상기 화합물 용액에 첨가하는 것이 더욱 바람직하다.The chitosan derivative in step 2) is preferably dissolved in a solvent in an amount of 10 to 25% by weight, more preferably in an amount of 20% by weight in DMSO, more preferably in a solution in which water-soluble chitosan is dissolved in water To 15% by weight and added to the compound solution, more preferably 10% by weight to the compound solution.

또한, 상기 단계 3)의 공유결합체는 메톡시폴리에틸렌 글리콜을 3 내지 7 중량%가 되도록 용매에 녹여 사용하는 것이 바람직하고, 5 중량%가 되도록 DMSO에 녹여 사용하는 것이 더욱 바람직하며, 상기 단계 2)의 키토산유도체는 DMSO 또는 물에 3 내지 7 중량%가 되도록 녹여 첨가하는 것이 바람직하고, DMSO에 5 중량%가 되도록 녹여 첨가하는 것이 더욱 바람직하다.The covalent bond in step 3) is preferably dissolved in a solvent such that the amount of methoxypolyethylene glycol is 3 to 7% by weight, more preferably 5% by weight in DMSO. Of the chitosan derivative is dissolved and dissolved in DMSO or water to 3 to 7% by weight, and it is more preferable to dissolve the chitosan derivative in 5% by weight of DMSO.

또한, 상기 단계 4)의 키토산 나노약물은 DSePA를 1 내지 5 중량%로 용매에 녹여 사용하는 것이 바람직하고, 3 중량%로 DMSO에 녹여 사용하는 것이 더욱 바람직하며, 상기 단계 3)의 아미포스틴이 공유결합된 키토산-메톡시폴리에틸렌글리콜 그라프트 공중합체를 DMSO 또는 물에 1 내지 5 중량%로 녹여 사용하는 것이 바람직하고, DMSO에 3 중량%로 녹여 사용하는 것이 더욱 바람직하다.The chitosan nanoparticles of step 4) may be prepared by dissolving DSePA in a solvent in an amount of 1 to 5% by weight, preferably 3% by weight, in DMSO, It is preferable that the covalently bonded chitosan-methoxy polyethylene glycol graft copolymer is dissolved in DMSO or water in an amount of 1 to 5 wt%, more preferably 3 wt% in DMSO.

상기 용매는, 물(H2O), 에탄올(ethanol), 디메틸아세트아미드(dimethyl acetamide, DMAc), 디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide, DMF), 메틸피로리딘 (N-methyl-2-pyrrolidinone, NMP), 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 아세톤 (Acetone), 테트라하이드라푸란(tetra-hydrofuran, THF), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 디에틸카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 에틸메틸카보네이트(ethyl methyl carbonate, EMC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC), 초산(acetic acid), 개미산(formic acid), 클로로포름(Chloroform), 디클로로메탄(dichloromethane) 및 DMP로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. The solvent may be selected from the group consisting of water (H 2 O), ethanol, dimethyl acetamide (DMAc), N, N-dimethylformamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidinone NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO), acetone, tetra-hydrofuran (THF), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC) (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), propylene carbonate (PC), acetic acid, formic acid, chloroform, dichloromethane ) And DMP, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 구체적인 실시예에서, 본 발명자들은 DSePA와 아미포스틴을 공유결합하는 단계, 상기 공유결합체와 수용성 키토산을 공유결합시켜 키토산 유도체를 합성하는 단계, 메톡시 폴리에틸렌글리콜을 상기 키토산 유도체에 공유결합시키는 단계, 및 DSePA로 상기 키토산 유도체를 가교시키는 단계를 포함하는 제조방법을 이용하여 아미포스틴이 가교결합된 키토산 나노입자를 제조하였다(도 1 내지 도 4 참조).In a specific embodiment of the present invention, the present inventors have found that a method for producing a chitosan derivative, comprising covalently bonding DSePA and amphostin, covalently bonding the covalent bond and water-soluble chitosan to synthesize a chitosan derivative, , And a step of cross-linking the chitosan derivative with DSePA was used to prepare amphostin-crosslinked chitosan nanoparticles (see FIGS. 1 to 4).

또한, 본 발명은 상기 아미포스틴이 가교결합된 키토산 나노입자를 포함하는 방사선 방호제용 나노약물을 제공한다.The present invention also provides a nano drug for radioprotectants, wherein said amphostin comprises crosslinked chitosan nanoparticles.

상기 나노약물은 방사선 노출에 의하여 DSePA와 키토산의 가교결합이 끊어져 아미포스틴이 방출되는 것이 바람직하다.It is preferable that the nano drug dissociates the cross-linking between DSePA and chitosan by radiation exposure to release amopostin.

상기 방사선은 α선, β선, γ선, 양자, 중양자, 무거운 원자핵의 선속, X선, 열선, 광선, 우주선 등을 포함하나, 이에 한정되지 않고 직접 또는 간접으로 전리하는 능력을 가진 전자파 또는 입자선이면 모두 해당될 수 있다.The radiation may be, but is not limited to, electromagnetic waves or particles having the ability to directly or indirectly ionize, including, but not limited to, alpha rays, beta rays, gamma rays, protons, neutrons, heavy atomic nuclei, X rays, heat rays, If it is a line, it can be all.

상기 노출은 실험, 사고, 산업 현장 및 항암치료 등을 포함한 의료활동 등에 의한 것을 포함하나, 이에 한정되지 않고 방사선에 의해 직접 또는 간접적으로 영향을 받을 수 있는 상황이면 모두 해당될 수 있다.Such exposures may include, but are not limited to, those involving experiments, accidents, industrial sites, and medical activities, including chemotherapy, and may be all situations that can be directly or indirectly affected by radiation.

상기 방사선 방호용제는 아미포스틴 (Amifostine), 엡셀렌(Ebselen), 포스포릴 아미포스틴(phosphorilated amifostine), 디피리다몰(dipyridamole), 아데노신 모노포스페이트(adenosine monophosphate), 테트라싸이클로로데카옥사이드(tetracychlorodecaoxide), 아데투론(adeturon), 데옥시스퍼구알린(deoxyspergualin), 팔리퍼민(Palifermin), 캡토프릴(Captopril), 펜톡시필린(Pentoxyfilline), 비타민E(vitamin E), 비타민C(vitamin C), 비타민A(vitamin A), 5-니트로이미다졸(5-Nitroimidazole), 티라파자민(Tirapazamine), 프루시안 블루(Prussian blue), 펜테테이트 칼슘 트리소디움(pentetate calcium trisodium), 스클레로글루칸(scleroglucan), 베타글루칸(beta-glucan), 디셀레늄(diselenium), 셀레노시스타민(selenocystamine), 셀레노시스틴(selenocystine), 디셀레노디프로피오닉엑시드 (diselenodipropionic acid), 커큐민(curcumin), 에피갈로카테킨에피갈레이트(Epigallocatechin gallate), 카페익엑시드페네틸에스터(Caffeic acid phenethyl ester) 및 이들의 유도체로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합인 것이 바람직하나, 이에 한정하지 않는다.The radiation protection solvent may be selected from the group consisting of Amifostine, Ebselen, phosphorilated amifostine, dipyridamole, adenosine monophosphate, tetracychlorodecaoxide, ), Vitamin C (vitamin C), cortisol (Captopril), pentoxyfilline, vitamin E, dexyspergualin, dexyspergualin, , Vitamin A (vitamin A), 5-nitroimidazole, tirapazamine, Prussian blue, pentetate calcium trisodium, scleroglucan ( scleroglucan, beta-glucan, diselenium, selenocystamine, selenocystine, diselenodipropionic acid, curcumin, epiglass, Catechin epigallate (Ep igallocatechin gallate, Caffeic acid phenethyl ester, and derivatives thereof. However, the present invention is not limited thereto.

본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 방법으로 제조된 키토산 나노입자에 방사선을 조사하였을 때 나노입자의 형태가 파괴됨을 확인하였고, 또한, 방사선 조사량에 따른 나노입자의 크기를 측정한 결과, 10 Gy 이상의 방사선을 조사하였을 때에는 가교결합이 완전히 끊어지고, 20 Gy의 방사선 조사량에 의해서는 나노입자가 완전히 파괴됨을 확인하였다(도 5 참조). 또한, 방사선 조사에 의한 상기 키토산 나노입자로부터 아미포스틴이 방출되는 속도의 변화를 확인한 결과, 방사선을 조사하고 약 2시간 후부터 나노입자의 내부 결합이 파괴되어 약물의 방출속도가 빨라짐을 확인하였다(도 6 참조).In a specific example of the present invention, it was confirmed that when the chitosan nanoparticles prepared by the above method were irradiated with radiation, the morphology of the nanoparticles was destroyed. Further, as a result of measuring the size of the nanoparticles according to the irradiation dose, When irradiated with radiation, it was confirmed that the crosslinking was completely broken and the nanoparticles were completely destroyed by the radiation dose of 20 Gy (see FIG. 5). Further, as a result of confirming the change in the rate of release of amipostin from the chitosan nanoparticles by irradiation, it was confirmed that the release rate of the drug was accelerated by breaking of the internal bonds of the nanoparticles from about 2 hours after irradiation 6).

또한, 상기 키토산 나노입자의 세포 독성을 간세포(hepatocyte)를 이용하여 확인한 결과, 방사선 조사에 대한 세포의 생존능이 더 높은 것을 확인하였고, 세포의 자살(apoptosis) 및 괴사(necrosis) 또한 현저히 감소함을 확인하였다(도 7 참조).In addition, the cytotoxicity of the chitosan nanoparticles was confirmed by using hepatocyte. As a result, it was confirmed that the viability of the cells against the irradiation was higher, and the apoptosis and necrosis of the cells were also significantly decreased (See FIG. 7).

또한, 쥐 동물모델을 이용하여 방사선 방호 효과를 확인한 결과, 상기 키토산 나노입자를 주사한 경우에 60% 이상의 생존율을 나타내었고, 이후 상기 쥐의 간 조직으로 면역염색 실험을 수행한 결과, 방사선 조사 후, 상기 키토산 나노입자를 투여한 그룹은 조직의 상태가 양호함을 확인하였으며, 방사선 조사 후, 간실질세포가 9% 이하로 감소된 것을 확인하였다. 또한, 웨스턴 블롯 분석 결과, 세포사멸을 나타내는 단백질인 BAX/Bcl-2의 발현 비율이 상기 키토산 나노입자를 주사한 경우에 가장 낮은 것을 확인하였다(도 8(다) 참조).As a result of confirming the radiation protection effect using a rat animal model, the chitosan nanoparticles showed a survival rate of 60% or more when injected. After immunohistochemical staining with the liver tissue of the rat, , The group administered with the chitosan nanoparticles was found to be in good condition, and the liver parenchymal cells were reduced to 9% or less after irradiation. Furthermore, as a result of western blot analysis, it was confirmed that the expression ratio of BAX / Bcl-2, a protein showing apoptosis, was the lowest when chitosan nanoparticles were injected (see Fig. 8 (c)).

따라서, 본 발명의 아미포스틴이 가교결합된 키토산 나노입자가 방사선에 특이적으로 반응하여 약물을 방출하는 효과가 있으며, 방사선 방호 효과가 탁월함을 확인함으로써, 방사선 노출로부터 인체를 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 방사선을 조사하였을 때만 아미포스틴이 방출되어 인체에 대한 부작용을 최소화할 수 있는 방사선 방호용 나노약물로서 유용하게 사용될 수 있다.Therefore, it is confirmed that the amphostin of the present invention has an effect of releasing a drug by specifically reacting with cross-linked chitosan nanoparticles to radiation, and confirming that the radiation protection effect is excellent, thereby protecting the human body from radiation exposure However, it can be usefully used as a radioprotective nano drug which can release only amipostin when radiation is irradiated to minimize adverse effects on the human body.

본 발명의 아미포스틴이 가교결합된 키토산 나노약물은 상기에 추가로 동일 또는 유사한 기능을 나타내는 유효 성분을 1종 이상 함유할 수 있고, 약제학적으로 허용 가능한 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 이때 약제학적으로 허용 가능한 첨가제로는 전분, 젤라틴화 전분, 미결정셀룰로오스, 유당, 포비돈, 콜로이달실리콘디옥사이드, 인산수소칼슘, 락토스, 만니톨, 엿, 아라비아고무, 전호화전분, 옥수수전분, 분말 셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 오파드라이, 전분글리콜산나트륨, 카르나우바 납, 합성규산알루미늄, 스테아린산, 스테아린산마그네슘, 스테아린산알루미늄, 스테아린산칼슘, 백당, 덱스트로스, 소르비톨 및 탈크 등이 사용될 수 있다. The aminosthin-crosslinked chitosan nanoparticles of the present invention may further contain at least one active ingredient exhibiting the same or similar functions, and may further include a pharmaceutically acceptable additive, Acceptable additives include starch, gelatinized starch, microcrystalline cellulose, lactose, povidone, colloidal silicon dioxide, calcium hydrogen phosphate, lactose, mannitol, sugar, gum arabic, pregelatinized starch, corn starch, powdered cellulose, Propyl cellulose, starch glycolate, starch glycolate, carnauba wax, synthetic aluminum silicate, stearic acid, magnesium stearate, aluminum stearate, calcium stearate, white sugar, dextrose, sorbitol and talc.

즉, 본 발명의 나노약물은 실제 임상 투여 시에 경구 및 비경구의 여러 가지 제형으로 투여될 수 있는데, 제제화할 경우에는 보통 사용하는 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제될 수 있다. 경구투여를 위한 고형 제제에는 정제, 환제, 산제, 과립제, 캡슐제 등이 포함되며, 이러한 고형 제제는 괴각 추출물에 적어도 하나 이상의 부형제 예를 들면, 전분, 칼슘카보네이트(Calcium carbonate), 수크로스(Sucrose), 락토오스(Lactose) 또는 젤라틴 등을 섞어 조제될 수 있다. 또한 단순한 부형제 이외에 마그네슘 스티레이트 탈크 같은 윤활제들도 사용될 수 있다. 경구를 위한 액상 제제로는 현탁제, 내용액제, 유제 및 시럽제 등이 해당되는데 흔히 사용되는 단순희석제인 물, 리퀴드 파라핀 이외에 여러 가지 부형제, 예를 들면 습윤제, 감미제, 방향제, 보존제 등이 포함될 수 있다. 비경구 투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결건조제제, 좌제가 포함될 수 있다. 비수성용제, 현탁용제로는 프로필렌글리콜(Propylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다. 좌제의 기제로는 위텝솔(witepsol), 마크로골, 트윈(tween) 61, 카카오지, 라우린지, 글리세로제라틴 등이 사용될 수 있다.That is, the nano drug of the present invention can be administered in various formulations of oral or parenteral administration at the time of actual clinical administration. In the case of formulation, a diluent such as a filler, an extender, a binder, a wetting agent, a disintegrant, May be formulated using excipients. Solid formulations for oral administration include tablets, pills, powders, granules, capsules and the like, which may contain at least one excipient such as starch, calcium carbonate, sucrose ), Lactose, gelatin and the like. In addition to simple excipients, lubricants such as magnesium stearate talc may also be used. Examples of the liquid preparation for oral use include suspensions, solutions, emulsions and syrups, and various excipients such as wetting agents, sweetening agents, fragrances, preservatives and the like may be included in addition to water and liquid paraffin, which are commonly used simple diluents . Formulations for parenteral administration may include sterile aqueous solutions, non-aqueous solutions, suspensions, emulsions, freeze-dried preparations, and suppositories. Propylene glycol, polyethylene glycol, vegetable oil such as olive oil, injectable ester such as ethyl oleate, and the like can be used as the non-aqueous solvent and suspension agent. Examples of the suppository base include witepsol, macrogol, tween 61, cacao butter, laurin, glycerogelatin and the like.

본 발명의 나노약물은 목적하는 방법에 따라 경구 투여하거나 비 경구 투여할 수 있으며, 비 경구 투여시 피부 외용 또는 복강내주사, 직장내주사, 피하주사, 정맥주사, 근육 내 주사 또는 흉부 내 주사 주입방식을 선택하는 것이 바람직하다. The nano drug of the present invention can be administered orally or non-orally in accordance with the desired method, and can be administered orally or parenterally in the case of non-oral administration by intraperitoneal or intraperitoneal injection, intramuscular injection, subcutaneous injection, intravenous injection, intramuscular injection, It is desirable to select the method.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Experimental Examples.

단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 의해서 한정되는 것은 아니다.However, the following Examples and Experimental Examples are merely illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following Examples and Experimental Examples.

<< 실시예Example 1>  1> 아미포스틴이Aminostatin 공유결합된 키토산 나노입자의 제조 Preparation of covalently bound chitosan nanoparticles

<1-1> <1-1> 디셀레노디프로피오닉Di-selenodipropionic 산( mountain( DSePADSePA )과 )and 아미포스틴의Aminostatin 공유결합 Covariance

디셀레노디프로피오닉 산(3,3'-diselenodipropionic acid; DSePA)과 아미포스틴의 공유결합은 하기의 방법으로 수행하였고, 도 1에 화학식으로 나타내었다. 구체적으로, DSePA를 DMSO(dimethyl sulfoxide)에 3 중량%로 녹이고, 상기 양의 2배에 해당하는 디메칠아미노프로필에틸카보디이미드(N-(3-Dimethylaminopropyl)-N′-ethylcarbodiimide) 및 하드록시숙신이미드(hydroxysuccinimide)를 각각 첨가하여 상기 DSePA 양쪽 말단의 카르복실기를 하이드록시숙신이미드로 활성화 시킨 다음, 아미포스틴을 2 중량%가 되도록 첨가하고, 24시간 동안 반응시켜 디셀레노디프로피오닉엑시드-아미포스틴 공유결합체를 수득하였다(도 1). 상기 결합체를 핵자기공명분광기(proton nuclear magnetic resonance spectroscopy)를 이용하여 결합을 확인한 결과, 2.6~3.0 ppm에서 아미포스틴의 에틸렌(ethylene) 특성 피크(peak)가 나타났고, 1.6 ppm 및 2.2 ppm에서 DSePA의 특성 피크가 확인되어, DSePA과 아미포스틴이 결합하였음을 확인하였다.The covalent bonding of aminostatin with 3,3'-diselenodipropionic acid (DSePA) was carried out by the following method and represented by the formula in FIG. Specifically, DSePA was dissolved in DMSO (dimethyl sulfoxide) in an amount of 3% by weight, dimethyaminopropyl ethyl carbodiimide (N- (3-Dimethylaminopropyl) -N'-ethylcarbodiimide) Hydroxysuccinimide was added to the reaction mixture to activate the carboxyl groups at both ends of the DSePA with hydroxysuccinimide and then 2% by weight of amphostin was added thereto. The mixture was allowed to react for 24 hours to form a diselenodipropionic acid -Aminopostin covalent bond (Figure 1). As a result of confirming the binding of the conjugate using proton nuclear magnetic resonance spectroscopy, the ethylene specific peak of amphistin appeared at 2.6 to 3.0 ppm, and the peak at 1.6 ppm and 2.2 ppm The characteristic peak of DSePA was confirmed, confirming that DSePA and amphostin were combined.

<1-2> <1-2> DSePADSePA -- 아미포스틴Aminostatin 결합체가 공유결합된 키토산 유도체의 합성 Synthesis of Chitosan Derivatives Covalently Coupled

DSePA-아미포스틴 결합체가 공유결합된 키토산 유도체의 합성은 하기의 방법으로 수행하였고, 도 2에 화학식으로 나타내었다. 구체적으로, DSePA-아미포스틴 화합물을 DMSO에 20 중량%로 녹이고, 수용성 키토산을 물에 10 중량 %가 되도록 녹여 상기 화합물 용액에 첨가한 후, 자석식 교반기로 24시간 동안 실온에서 교반하였다. 이후, 상기 반응물을 투석막에 넣고 물에 48시간 이상 투석하여 유기 용매를 제거하였고, 동결건조를 하여 아미포스틴이 공유결합된 키토산 유도체를 수득하였다(도 2). 상기 유도체의 결합을 확인하기 위하여, 핵자기공명 분광기로 측정한 결과, 2.5~3.0 ppm에서 아미포스틴의 에틸렌 특성 피크를 확인하였고, 1.6 ppm 및 2.2 ppm에서 DSePA의 특성 피크를 확인하였으며, 1.2~1.5 ppm 및 3~5 ppm에서 키토산의 특성 피크를 확인하여 결합이 되었음을 확인하였다.Synthesis of chitosan derivatives covalently bonded to DSePA-aminosthtin conjugate was carried out by the following method and represented by the formula in Fig. Specifically, the DSePA-aminostatin compound was dissolved in 20% by weight of DMSO, the water-soluble chitosan was dissolved in 10% by weight of water, added to the compound solution, and stirred with a magnetic stirrer for 24 hours at room temperature. Thereafter, the reaction product was placed in a dialysis membrane and dialyzed against water for 48 hours or longer to remove the organic solvent, followed by lyophilization to obtain amphostin-covalently bonded chitosan derivatives (FIG. 2). In order to confirm the binding of the derivative, the ethylene characteristic peak of amphostin was confirmed at 2.5 to 3.0 ppm and the characteristic peak of DSePA at 1.6 ppm and 2.2 ppm was confirmed by nuclear magnetic resonance spectroscopy. The characteristic peaks of chitosan were confirmed at 1.5 ppm and 3 ~ 5 ppm, and it was confirmed that the chitosan was bound.

<1-3> <1-3> 메톡시Methoxy 폴리에텔렌글리콜이Polyethylene glycol 그라프트Graft 공중합된Copolymerized 키토산의 제조 Production of chitosan

메톡시 폴리에텔렌글리콜이 그라프트 공중합된 키토산은 하기의 방법으로 제조하였고, 도 3에 화학식으로 나타내었다. 구체적으로, 메톡시폴리에틸렌 글리콜(methoxy poly(ethylene glycol))을 5 중량%가 되도록 DMSO에 녹이고, 동량의 디메칠아미노프로필에틸카보디이미드와 하드록시숙신이미드를 첨가하여 자석식 교반기로 실온에서 3시간 동안 교반한 후, 상기 실시예 <1-2>의 키토산유도체를 DMSO 에 5 중량%가 되도록 녹여 첨가하고, 실온에서 자석식 교반기로 24시간 이상 교반하여 반응시켰다. 그런 다음, 상기 반응물을 투석막에 넣고 물로 투석을 하여 유기 용매를 제거하였고, 동결건조하여 메톡시 폴리에틸렌글리콜이 그라프트 공중합된(graft copolymerization) 키토산 유도체를 수득하였다(도 3). 상기 유도체의 결합을 확인하기 위하여, 핵자기공명 분광기로 측정한 결과, 3.7 ppm에서 메톡시 폴리에틸렌 글리콜의 에틸렌 특성 피크를 확인하여, 결합이 되었음을 확인하였다.The chitosan obtained by graft-copolymerizing methoxy polyethelene glycol was prepared by the following method, and the formula was shown in Fig. Specifically, methoxypolyethylene glycol (methoxypolyethylene glycol) was dissolved in DMSO in an amount of 5% by weight, dimethyaminopropyl ethyl carbodiimide and hardoxysuccinimide were added thereto, and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours at room temperature. After stirring for a period of time, the chitosan derivative of Example <1-2> was dissolved in DMSO to a concentration of 5% by weight, and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours or more with a magnetic stirrer. Then, the reaction product was put into a dialysis membrane, dialyzed with water to remove the organic solvent, and lyophilized to obtain a graft copolymerization chitosan derivative with methoxypolyethylene glycol (FIG. 3). In order to confirm the binding of the derivative, the ethylene peak of methoxypolyethylene glycol was observed at 3.7 ppm using a nuclear magnetic resonance spectrometer, and it was confirmed that the bond was formed.

<1-4> <1-4> DSePA로By DSePA 가교결합(cross-linking)된Cross-linked 키토산 나노입자의 제조 Preparation of chitosan nanoparticles

DSePA로 가교결합된 키토산 나노입자를 하기의 방법으로 제조하였고, 도 4에 화학식으로 나타내었다. 구체적으로, DSePA를 1 중량%로 DMSO에 녹이고, 상기 용액의 2배의 디메칠아미노프로필에틸카보디이미드와 하드록시숙신이미드를 첨가한 후, 자석식 교반기로 실온에서 3시간 동안 교반하였다. 그런 다음, 상기 실시예 <1-3>에서 제조한 아미포스틴이 공유결합된 키토산-메톡시폴리에틸렌글리콜 그라프트 공중합체를 DMSO에 3 중량%로 녹여 상기 용액에 첨가한 후, 실온에서 자석식 교반기로 24시간 이상 교반하여 반응시켰다. 이후, 상기 반응물을 투석막에 넣고 물로 투석을 하여 유기용매를 제거하였고, 동결건조하여 DSePA로 가교되고 아미포스틴이 결합된 구형의 키토산 나노입자를 합성하였으며, 동결건조하거나 냉장 보관하여 본 발명에 사용하였다.Crosslinked chitosan nanoparticles with DSePA were prepared by the following method and are shown in FIG. 4 as chemical formulas. Specifically, DSePA was dissolved in DMSO at 1% by weight, dimethyaminopropyl ethyl carbodiimide and hardoxysuccinimide were added twice as much as the solution, and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours with a magnetic stirrer. Then, the amorphostatin covalently bonded chitosan-methoxy polyethylene glycol graft copolymer prepared in Example <1-3> was dissolved in DMSO at 3% by weight and added to the solution. Then, the mixture was stirred at room temperature in a magnetic stirrer For 24 hours or more. Then, the reactant was put into a dialysis membrane and dialyzed with water to remove the organic solvent. Lyophilization was performed to synthesize spherical chitosan nanoparticles crosslinked with DSePA and bound with amphostin. The chitosan nanoparticles were freeze-dried or stored in the refrigerator for use in the present invention Respectively.

<< 실험예Experimental Example 1> 방사선 조사에 의한 키토산 나노입자의 변화 확인 1> Confirmation of changes of chitosan nanoparticles by irradiation

상기 실시예 <1-4>에서 제조된 나노입자를 증류수에 1 중량%로 분산하여 DSePA에 의해 가교결합된 키토산 나노입자 용액을 제조하였고, 이를 현미경으로 확인한 결과, 도 5(가)에 나타난 바와 같이, 구형의 키토산 나노입자를 확인하였고, 상기 나노입자는 약 100 nm 전후의 입경을 가지는 것으로 나타났지만, 도 5(나)에 나타난 바와 같이, X-Ray radiation (CLINAC ix 누4229, Varian Co. Inc. USA) 기기를 이용하여 20 Gy의 방사선을 나노입자에 조사하였을 때 나노입자의 형태가 파괴됨을 확인할 수 있었다.The nanoparticles prepared in Example <1-4> were dispersed in distilled water at 1 wt% to prepare a crosslinked chitosan nanoparticle solution by DSePA. As a result of microscopic examination, as shown in FIG. 5 (a) Likewise, spherical chitosan nanoparticles were confirmed and the nanoparticles were found to have a particle size of about 100 nm. However, as shown in FIG. 5 (B), X-ray radiation (CLINAC ix 4229, Varian Co. Inc. USA), it was confirmed that the nanoparticles were destroyed when irradiated with 20 Gy of radiation to the nanoparticles.

또한, 상기 키토산 나노입자의 방사선 조사량에 따른 입자의 크기를 측정한 결과, 도 5(다)에 나타난 바와 같이, 방사선 조사량 7 Gy까지는 DSePA에 의해 가교결합된 키토산 내부의 결합체들의 결합이 끊어지면서, 점차 느슨한 결합을 형성하여 입자의 직경이 증가함을 확인하였고, 10 Gy 이상의 방사선을 조사하였을 때에는 가교결합이 완전히 끊어져 입자의 직경이 80nm 이하로 감소하였으며, 20 Gy의 방사선 조사량에 의해서는 나노입자가 완전히 파괴됨을 확인하였다(도 5).As shown in FIG. 5 (c), the binding of the complexes in the chitosan crosslinked by DSePA was cut off until the irradiation dose of 7 Gy, and the particle size of the chitosan nanoparticles was measured. It was confirmed that the particle size was increased by forming loose bonds and when the irradiation of 10 Gy or more was irradiated, the cross-linking was completely broken and the diameter of the particles was reduced to 80 nm or less. According to the irradiation dose of 20 Gy, (Fig. 5).

<< 실험예Experimental Example 2> 방사선 조사에 의한  2> by irradiation 아미포스틴Aminostatin 방출 속도의 변화 확인 Identification of change in release rate

방사선 조사에 의한 상기 키토산 나노입자로부터 아미포스틴이 방출되는 속도의 변화를 확인하기 위하여, 상기 실시예 <1-4>에서 제조된 키토산 나노입자를 완충용액에 5 중량%가 되도록 분산한 후, 37℃에서 아미포스틴이 방출되는 속도를 UV 분광계(spectrophotometer)로 측정한 결과, 도 6에 나타낸 바와 같이 방사선을 조사하고 약 2시간 후부터 나노입자의 내부 결합이 파괴되어 약물의 방출속도가 빨라짐을 확인하였다(도 6).The chitosan nanoparticles prepared in Example <1-4> were dispersed in a buffer solution to a concentration of 5% by weight in order to confirm the rate of release of amphopustine from the chitosan nanoparticles by irradiation with radiation, As shown in FIG. 6, the release rate of aminopostin at 37 ° C was measured by a UV spectrophotometer. As shown in FIG. 6, from about 2 hours after irradiation, the inner bond of nanoparticles was destroyed, (Fig. 6).

<< 실험예Experimental Example 3> 키토산 나노입자의 세포 독성 확인 3> Cytotoxicity of chitosan nanoparticles

상기 실시예 <1-4>에서 제조된 나노입자를 Chang liver 세포주 (American type culture collection, ATCC)에 처리하여 세포 독성(cytotoxicity)을 확인하였다. 구체적으로, 간세포는 쥐(rat)유래의 간세포를 사용하였으며, 3 × 104개의 세포를 96 well plate에 배양한 뒤, 500 mg/ml의 농도로 나노입자를 상기 세포에 처리하고 방사선을 조사하였다. 이후, 24시간 동안 더 배양한 후 상기 세포의 생존율을 MTT 분석을 이용해 평가하였고, 세포 자살(apoptosis) 분석을 통해 세포의 자살 또는 괴사 되는 정도를 평가 하였다. 그 결과, 도 7(가)에 나타난 바와 같이, 아미포스틴 및 아미포스틴이 결합된 나노입자를 세포에 처리한 경우, 방사선 조사에 대한 세포의 생존능이 더 높은 것을 확인하였고, 도 7(나)에 나타난 바와 같이, 세포의 자살(apoptosis) 및 괴사(necrosis) 또한 현저히 감소함을 확인하였다(도 7).The nanoparticles prepared in Example <1-4> were treated with a Chang liver cell line (ATCC) to confirm cytotoxicity. Specifically, rat hepatocytes were used, and 3 × 10 4 cells were cultured in a 96-well plate. Then, the cells were treated with the nanoparticles at a concentration of 500 mg / ml and irradiated with radiation . Thereafter, after further incubation for 24 hours, the survival rate of the cells was evaluated using MTT assay, and apoptosis analysis was performed to evaluate the degree of cell suicide or necrosis. As a result, as shown in Fig. 7 (a), when cells treated with aminopostin and aminostatin-bound nanoparticles were found to have higher viability of cells for irradiation, Fig. 7 , Apoptosis and necrosis of the cells were also markedly decreased (Fig. 7).

< < 실험예Experimental Example 4> 동물 모델에서 키토산 나노입자의 효과 확인 4> Effect of chitosan nanoparticles on animal model

상기 실시예 <1-4>에서 제조된 키토산 나노입자를 BALb/C 쥐의 꼬리에 정맥주사하고 방사선(10 Gy)을 조사한 후, 쥐의 생존율을 확인하였다. 쥐는 20 g, 5주령의 BALb/C mouse(오리엔트 바이오, 대한민국)를 사용하였으며 쥐에게는 사육하는 동안 물과 먹이를 자유롭게 공급하였다. 각 처리 그룹당 10마리씩의 쥐를 사용하였으며 사육조건 및 실험 조건, 희생방법 등은 동물 윤리위원회의 규정을엄격히 준수하였다. 그 결과, 도 8(가)에 나타난 바와 같이, 방사선을 조사하고 아무런 처리를 하지 않은 쥐들(control)은 12 일후 모두 사망하였지만 아미포스틴을 주사한 그룹(Amifostine)은 40%의 생존율을 보였고, 아미포스틴이 결합 된 키토산 나노입자를 주사한 경우(ChitoSe+Ami)에는 60% 이상의 생존율을 나타냈으며, 아미포스틴이 담지 되지 않은 빈(empty) 나노입자를 주사한 그룹(Empty NP)은 30%의 생존율을 보였다(도 8(가)).The chitosan nanoparticles prepared in Example <1-4> were intravenously injected into the tail of BALb / C rats and irradiated with radiation (10 Gy), and the survival rate of the mice was confirmed. Rats were fed 20 g, 5-week-old BALb / C mice (Orient Bio, Korea) and the rats were free to feed water and feed during breeding. Ten rats were used per treatment group. Breeding conditions, experimental conditions, and sacrifice were strictly observed in the animal ethics committee. As a result, as shown in Fig. 8 (A), the rats that had been irradiated with radiation and had no treatment died after 12 days, while the group receiving amifostine (Amifostine) showed a survival rate of 40% (ChitoSe + Ami) showed a survival rate of 60% or more. The group (Empty NP) injected with empty aminopthin-coated nanoparticles (Empty NP) showed 30 % Survival rate (Fig. 8 (A)).

또한, 도 8(나)에 나타난 바와 같이 상기 쥐의 간 조직으로 면역염색 실험을 수행한 결과, 방사선 조사 후, 대조군(control)에선 쥐의 간 조직의 손상 또는 괴사를 발견할 수 있었으나, 키토산 나노입자를 주사한 경우에는 조직의 상태가 양호함을 확인하였다. 또한, 방사선 조사 후, 대조군 쥐의 간 조직에서 비정상적인 간실질세포가 25%까지 증가하였으나, 아미포스틴을 주사한 경우 14% 이하로 감소하였으며, 아미포스틴이 담지된 키토산 나노입자를 주사한 경우 9% 이하로 감소된 것을 확인하였다(도 8(나)). As shown in FIG. 8 (b), immunohistochemical staining experiments were performed on the liver tissues of the rats. As a result, it was possible to detect damage or necrosis of the liver tissues in the control group after irradiation, When the particles were injected, it was confirmed that the state of the tissue was good. After irradiation, abnormal hepatic parenchymal cells in the liver of the control rats were increased up to 25%, but decreased to 14% when the aminostatin was injected. In the case of injecting aminostatin-loaded chitosan nanoparticles 9% or less (Fig. 8 (B)).

또한, 웨스턴 블롯 분석 결과, 도 8(다)에 나타난 바와 같이 세포사멸을 나타내는 단백질인 BAX/Bcl-2의 발현 비율이 아미포스틴이 결합된 키토산 나노입자를 주사한 경우에 가장 낮은 것을 확인하였고(도 8(다)), 이를 통해 아미포스틴이 결합된 키토산 나노입자가 방사선에 특이적으로 반응하여 약물을 방출하는 효과가 있으며 방사선 방호 효과가 탁월함을 확인하였다.As a result of western blot analysis, the expression ratio of BAX / Bcl-2, which is a protein showing apoptosis, as shown in Fig. 8 (c) was lowest when amipostin-bound chitosan nanoparticles were injected (FIG. 8 (c)). As a result, it was confirmed that amitophene-bound chitosan nanoparticles react with radiation specifically to release the drug, and the radiation protection effect is excellent.

Claims (10)

디셀레노디프로피오닉엑시드(3,3'-diselenodipropionic acid; DSePA) 및 아미포스틴(amifostine)의 아마이드 결합된 결합체와 수용성 키토산이 아마이드 결합된 키토산 유도체에 메톡시 폴리에틸렌글리콜(methoxy poly(ethylene glycol); MPEG)이 아마이드 결합으로 그라프트(graft)된 키토산 공중합체(copolymer)를 포함하는 키토산 나노입자.
(Methoxypolyethylene glycol) (methoxypolyethylene glycol) was added to chitosan derivatives in which amide-bonded complexes of 3,3'-diselenodipropionic acid (DSePA) and amifostine were combined with water-soluble chitosan- ; MPEG) chitosan copolymer grafted with an amide bond.
삭제delete 삭제delete 1) 디셀레노디프로피오닉엑시드(3,3'-diselenodipropionic acid; DSePA)와 아미포스틴(amifostine)을 DMSO를 용매로 사용하여 아마이드 결합된 결합체를 합성하는 단계;
2) 상기 단계 1)의 아미포스틴이 아마이드 결합된 DSePA를 DMSO 및 물을 용매로 사용하여 수용성 키토산(chitosan)에 아마이드 결합시켜 키토산 유도체를 합성하는 단계;
3) 상기 단계 2)의 키토산 유도체를 메톡시 폴리에틸렌글리콜(methoxy poly(ethylene glycol))에 DMSO를 용매로 사용하여 아마이드 결합시켜 아미포스틴이 아마이드 결합된 키토산-메톡시폴리에틸렌글리콜 그라프트 공중합체(graft copolymer)를 합성하는 단계; 및
4) DMSO를 용매로 사용하여 상기 단계 3)의 그라프트 공충합체에 DSePA로 아마이드 결합으로 가교결합시키는 단계를 포함하는 키토산 나노입자의 제조방법.
1) synthesizing an amide bonded conjugate using 3,3'-diselenodipropionic acid (DSePA) and amifostine as a solvent in DMSO;
2) synthesizing a chitosan derivative by amide bonding amiopostin-amide bonded DSePA of step 1) to water-soluble chitosan using DMSO and water as a solvent;
3) Chitosan derivatives of step 2) above were amide bonded to methoxy poly (ethylene glycol) using DMSO as a solvent to prepare amidephosphine amide-bonded chitosan-methoxypolyethylene glycol graft copolymer ( graft copolymer; And
4) crosslinking the graft compatibilizer of step 3) with an amide bond with DSePA using DMSO as a solvent.
제 4항에 있어서, 상기 단계 1)의 DSePA와 아미포스틴의 공유결합체는 DSePA를 DMSO에 1 내지 15 중량%로 녹여 사용하고, 아미포스틴을 1 내지 5 중량%가 되도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 키토산 나노입자의 제조방법.
[6] The method according to claim 4, wherein the covalent conjugate of DSePA and amopostin in step 1) is prepared by dissolving DSePA in DMSO in an amount of 1 to 15% by weight and adding 1 to 5% by weight of amphostin Wherein the chitosan nanoparticles have an average particle size of about 10 nm.
제 4항에 있어서, 상기 단계 2)의 키토산 유도체는 DSePA-아미포스틴 화합물을 DMSO에 10 내지 25 중량%로 녹이고, 수용성 키토산을 물에 5 내지 15 중량%가 되도록 녹여 상기 화합물 용액에 첨가하는 것을 특징으로 하는 키토산 나노입자의 제조방법.
The method according to claim 4, wherein the chitosan derivative of step 2) is prepared by dissolving a DSePA-aminostatin compound in DMSO in an amount of 10 to 25% by weight, dissolving the water-soluble chitosan in 5 to 15% &Lt; / RTI &gt;
제 4항에 있어서, 상기 단계 3)의 공유결합체는 메톡시폴리에틸렌 글리콜을 3 내지 7 중량%가 되도록 DMSO에 녹여 사용하고, 상기 단계 2)의 키토산유도체를 DMSO에 3 내지 7 중량%가 되도록 녹여 첨가하는 것을 특징으로 하는 키토산 나노입자의 제조방법.
[Claim 4] The method according to claim 4, wherein the covalent bond of step 3) is dissolved in DMSO such that 3 to 7% by weight of methoxypolyethylene glycol is used, and the chitosan derivative of step 2) is dissolved in DMSO to 3 to 7% Wherein the chitosan nanoparticles are added to the chitosan nanoparticles.
제 4항에 있어서, 상기 단계 4)의 키토산 나노입자는 DSePA를 1 내지 5 중량%로 용매에 녹여 사용하고, 상기 단계 3)의 아미포스틴이 아마이드 결합된 키토산-메톡시폴리에틸렌글리콜 그라프트 공중합체를 DMSO에 1 내지 5 중량%로 녹여 사용하는 것을 특징으로 하는 키토산 나노입자의 제조방법.
[5] The method of claim 4, wherein the chitosan nanoparticles in step 4) are prepared by dissolving DSePA in a solvent in an amount of 1 to 5% by weight and using the amidopolysethrin-amide bonded chitosan-methoxypolyethylene glycol graft copolymer Is dissolved in DMSO in an amount of 1 to 5% by weight.
제 1항의 키토산 나노입자를 포함하는 방사선 방호제용 나노약물.
A nano drug for radioprotectants comprising the chitosan nanoparticles of claim 1.
제 9항에 있어서, 상기 나노약물은 방사선 노출에 의하여 DSePA와 키토산의 아마이드 결합이 끊어져 아미포스틴이 방출되는 것을 특징으로 하는 방사선 방호제용 나노약물.[Claim 11] The nano drug according to claim 9, wherein the amide bond of the chitosan is cleaved by exposing the nano drug to radiation to release amipostin.
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International Journal of Nanomedicine, 8, 809-819, 2013 *
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