KR101725240B1 - UV-광 반응성 및 pH 반응성을 갖는 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자 및 이를 포함하는 약물 전달체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 UV-광 반응성 및 pH 반응성을 갖는 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자와 이를 포함하는 약물 전달체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 자성나노입자 코어 및 상기 코어의 외부를 둘러싸고, 메조세공채널이 형성된 메조세공성 실리카 쉘을 포함하고, 상기 메조세공채널의 표면은, 광이성질화 작용기 및 pH 반응 작용기로 개질된 것을 특징으로 하는, UV-광 반응성 및 pH 반응성을 갖는 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자를 개시한다.

Description

UV-광 반응성 및 pH 반응성을 갖는 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자 및 이를 포함하는 약물 전달체{DUAL STIMULI-RESPONSIVE CORE-SHELL MAGNETIC NANOPARTICLE HAVING UV-LIGHT RESPONSIVITY AND pH-RESPONSIVITY, AND DRUG DELIVERY COMPISING THE SAME}

본 발명은 UV-광 반응성 및 pH 반응성을 갖는 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자와 이를 포함하는 약물전달체에 관한 것이다.

최근에 많은 연구들은 잠재적인 임상 응용을 위해 세포막을 통과하지 않는 치료용 물질, 단백질, 유전자 그리고 생체분자를 세포내부로 전달하는데 집중해 왔다. 이러한 연구들은 특정 타겟 영역에 효율적, 선택적으로 로딩 된 치료용 물질과 생체분자를 전달하는 담체 시스템을 사용하여 성공적인 세포내 전달을 보여줬다. 이러한 담체 시스템은 조직 손상을 줄일 수 있고, 타겟 영역에 도달하기 전에 로딩 된 약물이 조기 누출되는 것을 막으며, 타겟이 되는 조직 외의 다른 조직에 대한 부작용을 제거할 수 있다.

약물전달시스템은 체내로 도입된 약물의 체내 농도와 위치를 제어하여 부작용을 최소화하고 치료부위에 질병 치료용 약물을 효율적으로 전달하는 기술로서 기존 약물의 약물 동력학(pharmacokinetics)을 변화시켜 효능 및 효과를 극대화하고자 하는 약물 제형 기술을 말한다. 일반적으로 효과적인 약물 전달 시스템은 높은 효율과 큰 약물 로딩 능력을 가지고 특정 타겟 영역에 조절 가능한 약물 방출거동을 보여야 한다. 최근 이 분야의 돌파구는 새로운 가능성으로 주목받고 있는 메조포러스 실리카 나노입자(MSN, mesoporous silica nanoparticle) 기반의 약물전달체와 같은 무기물 나노물질의 성공적인 이용이다. 큰 비표면적, 조절 가능한 포어 사이즈, 표면 개질의 다양성 등의 특성을 나타내므로, 흡착, 광학, 약물이나 생체분자의 전달 등을 포함한 넓은 분야에 가치를 가진다.

또한, 최근에는 초상자성(superparamagnetic) 코어와, 세공성 실리카 껍질(shell) 구조가 결합되는 코어-쉘 구조의 자성 세공 실리카 나노입자(ex: Fe₃O₄@MSNs)를 특정영역에 응용하려는 연구가 진행되고 있다. 상기 자성물질 코어는 외부 자기장 적용을 통한 잠재적인 자기적 타겟 코팅뿐만 아니라 MRI 적용을 위한 콘트라스트(contrast)의 강화도 제공한다. 외부의 세공성 실리카 껍질은 그 큰 표면적과 세공 부피, 열··학적 안전성, 높은 생체적합성으로 인해 작용기의 도입과 다량의 약물 로딩에 효과적으로 이용된다. 그러므로 상기 코어-쉘 구조의 자성 세공 실리카 나노입자는 약물 전달을 위한 상당히 유망한 나노전달계 물질(nanocarrier system)이다.

한편, 현재 제어 가능한 전달을 위한 약물 전달 시스템에 대한 연구가 진행 되고 있다. 이상적인 약물 전달 시스템은 약물이 요구된 위치로 운반하고 그것을 선택적으로 방출할 수 있어야 한다. 특히 pH, 광, 효소, 온도 등 외부자극에 의한 약물전달은 원치 않는 부작용을 줄이고 치료의 효과를 크게 향상시킬 수 있는 시스템으로 외부자극에 의해 약물 전달 물질의 물성이 변하기 때문에 자극부위에서 선택적으로 작용할 수 있다.

예를 들면, 암, 허혈 및 염증과 같은 병리학적 조건의 대부분은 빠른 무산소 해당작용으로 인해 생성되는 과도한 락트산의 축적으로 인한 조직 산증을 수반한다. 따라서, 산성 pH 환경에 반응하도록 고안된 약물전달체는 이러한 병리학적 반응을 이용하여 산성 조직을 표적하여 환부에서 선택적으로 약물을 방출할 수 있다.

관련하여, 미국등록특허 제5955509호는 poly(vinyl N-heterocycle)과 poly(alkylene oxide)의 블록공중합체가 pH가 6.0이상에서 마이셀을 형성하고, pH가 2-6 사이에서는 붕괴되는 pH 민감성 고분자 마이셀의 제조방법에 대하여 기술하였고, 일본공개특허 제2002-179556호는 친수성 성분인 폴리에틸렌글리콜계 화합물과 소수성 성분인 폴리아미노산계화합물의 블록 공중합체가 특정 pH에서 마이셀을 형성하는 것으로 기술되어 있다. 또한, 국제공개특허 WO 2002/20510호에서는 산 민감성 고리형 오르토-에스테르 및 1종 이상의 친수성 치환체를 포함하는 산 민감성 화합물 및 이의 염이 개시되어 있다. 이 화합물은 치료성 분자와 접합체(리포좀, 복합체, 나노입자 등)를 형성한 뒤, pH가 산성인 세포 조직이나 구역으로 그 치료성 분자를 방출하게 된다.

또한 약물 전달 비히클의 구성시 외부 자극에 감응하도록 할 수 있다. 예를 들면, pH-감응성(S. Y. Park, et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 1644-1647; E. S. Lee, et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 2418-2421; 및 N. M. Oh et al., Biomaterials, 2012, 33, 1884-1893) 온도-감응성(G. Myhr, Med. Hypotheses, 2007, 69, 1325-1333.) 및 효소-감응성(L. Zhu, P. Kate, V. P. Torchilin, ACS Nano, 2012, 6, 3491-3498)약물 전달 비히클의 이용을 포함하고, 여기서 상기 비히클의 중심에 봉입된 약물은 자극의 유형 또는 정도에 따라 방출되도록 계획된다. 이 방법은 화학 요법에서 전술한 문제를 극복하고 종양 타켓팅 및 치료를 위한 다중기능성을 가지는 수단으로서 사용될 수 있다. 게다가, 광 조사시 구조적 변화 및 팽윤 거동을 나타내는 신규 광반응성 약물 전달 비히클의 개발을 위한 여러 접근법이 조사되어 왔다. 그러나, 이들 접근법은 불충분한 담체 설계 때문에 제한된 성공을 이루었다.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 종래기술의 문제을 극복하기 위하여, 약물 전달을 위한 나노전달계 물질로서 코어-쉘 구조의 자성 세공 실리카 나노입자에 관하여 연구한 끝에, 상기 자성 세공 실리카 나노입자가 pH 및 UV-광의 이중적 자극에 반응성을 갖도록 광이성질화 작용기 및 pH 반응 작용기로 표면을 개질하여 UV-광 반응성 및 pH 반응성을 갖는 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자를 제조하고, 상기 나노입자가 이중적 자극에 반응하여 약물을 효율적으로 전달할 수 있는 약물 전달체로서 적용가능함을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

미국등록특허 제5,955,509호 일본공개특허 제2002-179556호 국제공개특허 WO 2002/20510호

1. S. Y. Park, et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 1644-1647 2. E. S. Lee, et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 2418-2421 3. N. M. Oh et al., Biomaterials, 2012, 33, 1884-1893

따라서 본 발명은 UV-광 반응성 및 pH 반응성을 갖는 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자를 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.

또한 본 발명은 상기 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자를 포함하는 약물전달체를 제공하는 것을 다른 해결과제로 한다.

또한 본 발명은, 상기 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자의 제조방법을 제공하는 것을 또다른 해결과제로 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따르면,

자성나노입자 코어 및

상기 코어의 외부를 둘러싸고, 메조세공채널이 형성된 메조세공성 실리카 쉘을 포함하고,

상기 메조세공채널의 표면은, 광이성질화 작용기 및 pH 반응 작용기로 개질된 것을 특징으로 하는, UV-광 반응성 및 pH 반응성을 갖는 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자가 제공된다.

본 발명에 있어서, 상기 광이성질화 작용기는 스틸벤, 스피로피란, 아조벤젠, 디아조벤젠, 트리아조벤젠 또는 아족시벤젠으로부터 선택된 작용기인 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는 상기 광이성질화 작용기는,

하기 화학식 1로 나타내는, 아마이드기(-CO-NH) 및 아민기(-NH₂)와 결합된 디아조벤젠(Ph-N=N-Ph) 유도체인 것을 특징으로 한다.

[화학식 1]

또한 본 발명에 있어서, 상기 pH 반응 작용기는 카르복시산, 아스파르트산, 시트르산, 푸마르산, 말레산, 옥살산, 숙신산, 타르타르산, 아크릴산 또는 메타크릴산으로부터 선택된 유기산 작용기인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 자성나노입자는 pH 4 내지 pH 7에서 반응하는 pH 반응성을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서 바람직하게는, 상기 자성 나노입자는 상기 코어가 산화철 나노입자이고; 상기 메조세공채널의 표면을 카르복시산기와, 아마이드기(-CO-NH) 및 아민기(-NH₂)와 결합된 디아조벤젠(Ph-N=N-Ph) 유도체로 개질하여; 하기 화학식 2로 나타내는 것을 특징으로 한다.

[화학식 2]

또한 상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제2 측면에 따르면,

(1) 자성나노입자로 코어를 형성하는 단계;

(2) 상기 코어의 외부에 실리카(-SiO₂)를 코팅한 후, 유기실란화합물과 반응시켜 메조세공채널을 포함하는 실리카 쉘을 형성하는 단계; 및

(3) 상기 메조세공채널의 표면을 광이성질화 작용기 및 pH 반응 작용기로 개질하는 단계를 포함하는, UV-광 반응성 및 pH 반응성을 갖는 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자의 제조방법이 제공된다.

바람직하게는 상기 코어-쉘 자성나노입자는 상술한 코어-쉘 자성 나노입자이다.

또한 상기 또다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제3 측면에 따르면,

상기 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자와, 상기 나노입자에 봉입되는 약물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 약물 전달체가 제공된다.

본 발명에 있어서, 상기 약물은 단백질, 펩타이드 및 합성화합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 약물은 파클리탁셀, 도세탁셀, 독소루비신, 시스플레틴, 카보플래틴, 5-FU, 에토포시드, 캄토테신으로 구성된 항암제 중 선택되는 1종 이상의 약물인 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명에 따른 나노 복합체를 이용한 약물 전달 방법은 광 조사를 통하여 원하는 부위에서 원하는 시간에 약물을 방출시킬 수 있으므로, 암과 같은 심각한 질환을 치료하는 새로운 개념의 치료법의 연구에 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 자성나노입자를 포함하는 약물전달체는 나노크기의 형태를 가지기 때문에 표적 부위, 특히 표적 세포 내로 쉽고 빠르면서도 깊숙히 들어갈 수 있는 장점이 있다.

나아가, 본 발명의 약물 전달체는 광조사시 상기 복합체의 구조 변형을 통해 나노 복합체 내부에 봉입되어 있는 약리 활성을 갖는 약물을 신속하게 방출할 수 있다는 특징이 있다

따라서, 산성 pH 환경에 반응하도록 고안된 약물전달체는 이러한 병리학적 반응을 이용하여 산성 조직을 표적하여 환부에서 선택적으로 약물을 방출할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코어-쉘 자성나노입자(FeNP@MSH@Azo-CA)의 합성, 약물/염료의 로딩 및 pH, UV-광 트리거(trigger)에 의한 방출 거동을 모식화하여 나타낸 것이다(단, FeNP는 산화철 나노입자를 나타낸다.)
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 (a) FeNP@MSH@SAH와 (b) FeNP@MSH@Azo-CA나노입자의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 3(A)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 (a) FeNP@MSH@SAH와 (b) FeNP@MSH@Azo-CA나노입자의 저각 X-선 회절 패턴을 나타낸 것이고, 도 3(B)는 본 발명의 일 실시예에 따른 (a) 순수한 산화철(Fe₃O₄)나노입자와 (b) MSH@Azo-CA 나노입자의 고각 X-선 회절 패턴을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 (a) FeNP@MSH@SAH와 (b) FeNP@MSH@Azo-CA나노입자의 N₂흡착-탈착 등온 곡선(A) 과 포어 사이즈 분포(B)를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, Rh123이 로딩된 FeNP@MSH@Azo-CA나노입자의, pH 변화 및 UV-광(365 nm)의 결합된 트리거(trigger)에 대한 Rh123의 방출 프로파일을 나타낸 것이다. (단, (A) 빛이 없는(dark) & pH 7.4 환경조건과, UV-광 조사 & pH 7.4 환경조건, (B) 빛이 없는(dark) & pH 5.0 환경조건과, UV-광 조사 & pH 5.0 환경조건이다.)
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 FeNP@MSH@Azo-CA 나노입자의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라, pH 6.0에서 UV-광(365 nm)의 유무에 따라 DOX가 로딩/로딩되지 않은 FeNP@MSH@Azo-CA 나노입자의 다양한 농도에 따른 MCF-7 세포의 생존능력(Cell viability)을 나타낸 것이다. (단, (A) DOX를 로딩하지 않은 샘플, 빛이 없는(dark) & pH 6.0 환경조건과 UV-광 조사 & pH 6.0 환경조건, (B) DOX를 로딩한 샘플, 빛이 없는(dark) & pH 6.0 환경조건과 UV-광 조사 & pH 6.0 환경조건.)
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 Rh123가 로딩된 FeNP@MSH@Azo-CA 나노입자에 있어서, pH 5.0 조건에서 "ON-OFF-ON" UV-광 트리거(trigger)에 의한 Rh123의 부분적 방출 프로파일을 나타낸 것이다.

본 발명에서 사용되는 용어에 대한 정의는 이하와 같다.

"제어된 방출"이란 본 발명의 약물 전달 제형에 따라 전달되는 약물 또는 치료제의 속도 및/또는 양의 조절을 언급한다. 제어된 방출은 연속적 또는 불연속적이고/거나 선형 또는 비선형일 수 있다. 이것은 하나 이상의 유형의 중합체 조성물, 약물 로딩, 부형제 또는 분해 개선제, 또는 다른 개질제의 포함, 단독으로, 조합하여 또는 연속으로 투여시켜 요망되는 효과를 제공하는 것을 이용하여 달성될 수 있다.

"약물"은 생활성을 가지며 치료용으로 사용 또는 개조되는 유기 또는 무기 화합물이나 물질을 의미한다. 구체적으로, 단백질, 올리고누클레오티드, DNA 및 유전자 치료제가 광범위한 약물 정의에 포함된다.

"치료제"란 유기체(사람 또는 사람이 아닌 동물)에 투여될 때 국소적 및/또는 전신적 작용에 의해 요망되는 약리학적, 면역원성 및/또는 생리학적 효과를 유도하는 임의의 화합물 또는 조성물을 언급한다. 따라서 상기 용어는 전통적으로 약물, 백신, 및 단백질, 펩티드, 호르몬, 핵산, 유전자 구성물 등과 같은 분자를 포함하는 생체약제로서 간주되는 화합물 또는 화학물질을 포함한다. "치료제"는 하기를 포함하나 이로 제한되지 않는 모든 주요 치료 분야에 사용되는 화합물 또는 조성물을 포함한다: 항생제 및 항바이러스제와 같은 항-감염제; 진통제 및 진통 조합물; 국소 및 일반적인 마취제; 식욕감퇴제; 항관절염제; 항천식제; 항경련제; 항우울제; 항히스타민제; 항염증제; 항구토제; 항편두통제; 항신생물제; 항가려움제; 항정신병제; 해열제; 항연축제; 심혈관 제조물 (칼슘 채널 차단제, β-차단제, β-효능제 및 항부정맥제 포함); 항고혈압제; 화학요법제; 이뇨제; 혈관확장제; 중추 신경계 자극제; 기침 및 감기 제조물; 충혈제거제; 진단제; 호르몬; 골형성 자극제 및 골 재흡수 억제제; 면역억제제; 근육 이완제; 정신자극제; 진정제; 신경안정제; 단백질, 펩티드 및 이의 단편 (천연 발생, 화학적으로 합성 또는 재조합에 의해 생성); 및 핵산 분자 (둘 이상의 누클레오티드의 고분자 형태, 이중- 및 단일-가닥 분자 및 슈퍼코일되거나 축합된 분자를 포함하는 리보누클레오티드 (RNA) 또는 데옥시리보누클레오티드(DNA), 유전자 구성물, 발현 벡터, 플라스미드, 안티센스 분자 등).

"펩티드" "폴리펩티드" "올리고펩티드" 및 "단백질"은 펩티드 또는 단백질 약물을 말할 때 동일하게 사용될 수 있으며 특정 분자량, 펩티드 서열 또는 길이, 생활성 또는 치료분야에 국한되지 않는다.

"치료적 효과"란 당해 방법에 따라 치료된 피검체, 사람 또는 동물의 병에서의 임의의 개선을 의미하며, 예방 또는 방지 효과, 또는 물리적 조사, 실험실용 또는 기계적 방법에 의해 탐지될 수 있는 질병, 질환 또는 병의 징후 및 증상의 중증도에 있어서의 임의의 경감을 수득하는 것을 포함한다.

특정 질병 또는 질환과 관련하여 달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용된 용어 "치료" 또는 "치료하는"이란 (i) 질병, 질환 및/또는 병에 걸리기 쉬우나 아직 병에 걸린 것으로 진단되지 않은 동물 또는 사람에서 질병, 질환 또는 병이 발생하는 것을 예방하고; (ii) 질병, 질환 또는 병을 억제하고, 즉 이의 진행을 억제하고; 및/또는 (iii) 질병, 질환 또는 병을 경감시키고, 즉 질병, 질환 및/또는 병의 퇴화를 야기하는 것을 언급한다.

"대상" 또는 "환자"는 인간, 소, 개, 기니아 피그, 토끼, 닭, 곤충 등을 포함하여 치료가 요구되는 임의의 단일개체를 의미한다. 또한, 임의의 질병 임상 소견을 보이지 않는 임상 연구 시험에 참여한 임의의 대상 또는 역학연구에 참여한 대상 또는 대조군으로 사용된 대상이 대상에 포함된다.

"조직 또는 세포 샘플"은 대상 또는 환자의 조직으로부터 얻은 유사한 세포의 집합체를 의미한다. 조직 또는 세포 샘플의 공급원은 신선한, 동결된 및/또는 보존된 장기 또는 조직 샘플 또는 생검 또는 흡인물로부터의 고형조직; 혈액 또는 임의의 혈액 구성분; 대상의 임신 또는 발생의 임의의 시점의 세포일 수 있다. 조직 샘플은 또한 1차 또는 배양 세포 또는 세포주일 수 있다.

임의로, 조직 또는 세포 샘플은 원발성 또는 전이성 종양으로부터 얻는다. 조직 샘플은 특성상 조직과 서로 혼합되지 않는 화합물, 예를 들어 보존제, 항응고제, 버퍼, 고정액, 영양물질, 항생제 등을 포함할 수 있다. 본 발명의 목적을 위해, 조직 샘플의 "절편"은 조직 샘플의 하나의 일부 또는 조각, 예를 들어 조직 샘플로부터 절단한 조직 또는 세포의 얇은 슬라이스를 의미한다. 본 발명이 조직 샘플의 동일한 절편이 형태학적 및 분자적 수준 모두에 분석되거나 단백질 및 핵산 모두에 대해 분석되는 방법을 포함함을 이해한다면, 조직 샘플의 다수의 절편을 취하여 본 발명에 따른 분석에 적용할 수 있음이 이해된다.

"암", "종양" 또는 "악성"은 일반적으로 비조절된 세포 성장의 특징을 갖는 포유동물의 생리학적 상태를 나타내거나 설명한다. 암의 예는 암종, 림프종, 백혈병, 모세포종 및 육종을 포함하지만 이로 제한되지 않는다.

"유효량"은, 이롭거나 바람직한 임상적 또는 생화학적 결과에 영향을 주는 적절한 양이다. 유효량은 한번 또는 그 이상 투여될 수 있다. 본 발명의 목적을 위하여, 저해제 화합물의 유효량은 질병 상태의 진행을 일시적으로 완화, 개선, 안정화, 되돌림, 속도를 늦춤 또는 지연시키는데 적절한 양이다. 만약, 수혜동물이 조성물의 투여에 견딜 수 있거나, 조성물의 그 동물에의 투여가 적합한 경우라면, 조성물은 "약학적으로 또는 생리학적으로 허용가능함"을 나타낸다. 투여된 양이 생리학적으로 중요한 경우에는 상기 제제는 "치료학적으로 유효량"으로 투여되었다고 말할 수 있다. 상기 제제의 존재가 수혜 환자의 생리학적으로 검출가능한 변화를 초래한 경우라면 상기 제제는 생리학적으로 의미가 있다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 본 발명은 자성나노입자 코어 및 상기 코어의 외부를 둘러싸고, 메조세공채널이 형성된 메조세공성 실리카 쉘을 포함하고, 상기 메조세공채널의 표면은, 광이성질화 작용기 및 pH 반응 작용기로 개질된 것을 특징으로 하는, UV-광 반응성 및 pH 반응성을 갖는 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자에 관한 것이다.

본 발명에 따른 코어-쉘 자성나노입자에 있어서, 상기 광이성질화 작용기는 광 방사에 의해 이성질체 형태의 다른 형태로의 전환이 이루어지게 된다. 보다 구체적으로 본 발명의 자성나노입자는, UV-광에 감응하여 '트란스-시스' 광이성질 반응(photoisomerization)을 나타낸다. 예를 들면, 광이성질화 작용기는 스틸벤, 스피로피란, 아조벤젠, 디아조벤젠, 트리아조벤젠 또는 아족시벤젠으로부터 선택된 작용기일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는, 광이성질화 작용기로서 N=N 결합의 양쪽에 페닐 링을 가지는 디아조벤젠 유도체를 이용하여 UV를 조사시 트란스-시스 광이성질 반응을 유도할 수 있도록 하였다. 이 때, 상기 자성나노입자 실리카 쉘의 메조세공채널의 표면과 결합할 수 있도록, 아마이드기 및 아민기와 결합된, 하기 화학식 1로 나타내는 디아조벤젠 유도체로 자성나노입자의 표면을 개질하였다.

[화학식 1]

또한 본 발명에 있어서, 상기 pH 반응 작용기는 카르복시산, 아스파르트산, 시트르산, 푸마르산, 말레산, 옥살산, 숙신산, 타르타르산, 아크릴산 또는 메타크릴산으로부터 선택된 유기산 작용기일 수 있다.

상기 유기산 작용기는 카르복시산기 및/또는 아민기 등을 포함하는 바, 상기 카르복시산기, 아민기 등은 수소결합 또는 정전기적 상호작용을 통해 다른 분자와 상호작용이 가능하여, pH 변화에 따라 상이한 상전이 거동, 입자의 형성 및 해리 거동을 나타내어 pH 반응성을 나타내게 된다. 이 때, 상기 pH 반응성은 pH 4 내지 pH 7에서 pH 반응성을 나타내며, 보다 바람직하게는 암 세포 주변의 pH인 pH 5.0 ~ 5.5에서 pH 변화에 반응할 수 있다.

또한 본 발명에 있어서 바람직하게는, 상기 자성 나노입자는 상기 코어가 산화철 나노입자이고; 상기 메조세공채널의 표면을 카르복시산기와, 아마이드기(-CO-NH) 및 아민기(-NH₂)와 결합된 디아조벤젠(Ph-N=N-Ph) 유도체로 개질하여; 하기 화학식 2로 나타내는 것을 특징으로 한다.

[화학식 2]

또한, 도 1은 본 발명의 자성나노입자의 제조과정과 약물방출메커니즘을 도식화하여 나타낸 것으로, 이를 참고하면, 본 발명은 자성나노입자로 코어를 형성한 후, 상기 코어의 외부에 실리카 쉘을 코팅하고, 메조세공채널을 포함하도록 실리카 쉘을 형성한 다음, 메조세공채널의 표면을 개질하여 제조된다.

따라서 본 발명의 제2 측면에 따르면, 본 발명은 (1) 자성나노입자로 코어를 형성하는 단계; (2) 상기 코어의 외부에 실리카(-SiO₂)를 코팅한 후, 유기실란화합물과 반응시켜 메조세공채널을 포함하는 실리카 쉘을 형성하는 단계; 및 (3) 상기 메조세공채널의 표면을 광이성질화 작용기 및 pH 반응 작용기로 개질하는 단계를 포함하는, UV-광 반응성 및 pH 반응성을 갖는 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자의 제조방법에 관한 것이다. 이 때, 상기 방법으로 제조되는 코어-쉘 자성나노입자는 상술한 코어-쉘 자성나노입자이다.

본 발명의 일 실시예에서는, 상기 코어(FeNP)의 외부에 실리카(SiO₂)를 코팅한 후, 3-(트리에톡실릴)프로필수시닉 안하이드리드(SATES) 작용기를 계면활성제와 혼합하여 반응시켜 메조세공채널을 포함하는 실리카 쉘(MSH)을 형성한다. 이 때, 상기 3-(트리에톡실릴)프로필수시닉 안하이드리드 작용기는 공유결합에 의하여 메조세공채널의 표면에 카르복시산기와 아마이드기를 효과적으로 유도하게 된다. 구체적으로, 디아조벤젠 유도체(Azo)에 결합된 아민기는 상기 SATES 작용기의 수시닉 안하이드리드 부분과 공유결합으로 연결되면서 메조세공채널 표면에 카르복시산기 및 아마이드기가 유도되어, 코어-쉘 자성나노입자는 유도된 카르복시산기(CA)와, 아마이드기 및 아민기와 결합된 디아조벤젠 유도체(Azo)가 결합되어 표면개질이 이루어지게 된다.

또한 도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 상기 코어-쉘 자성나노입자에 약물을 로딩할 경우, 상기 유도된 카르복시산기에 의하여 산성의 pH로 변화함에 따른 pH 반응성과, 상기 디아조벤젠 유도체가 UV-광에 반응하여 시스-트란스 광이성질 반응을 나타내어 UV-광 반응성을 나타내게 되어 약물을 방출하게 된다.

따라서 본 발명의 제3 측면에 따르면, 본 발명은 상기 코어-쉘 자성나노입자와, 상기 나노입자에 봉입되는 약물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 약물 전달체에 관한 것이다.

본 발명의 약물전달체는 단기 치료적 효과 또는 치료를 위한 하나 이상의 약물를 포함할 수 있는바, 상기 약물로는 단백질, 펩타이드 및 합성화합물을 사용할 수 있다.

상기 단백질로는 이에 제한되지는 않으나, 리소자임(lysozyme), TRAIL(tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand), 판크레아토펩티다제 E(pancreatopeptidase E), 칼시토닌(calcitonin), HIV Tat 단백질(human immunodeficiency virus Tat protein), Antp 호메오 박스 단백질(Antennapedia homeobox protein), HSV VP22 단백질(herpes simplex virus VP22 protein), 트라스투주맙(trastuzumab), 아다리뮤맙(adalimumab), 세투시맙(cetuximab), 알렙투주맙(alemtuzumab). 리투시맙(rituximab), 이타너셉트(etanercept), 인플릭시맙(infliximab), 알레파셉트(alefacept), 바실릭시맙(basiliximab), 다실리주맙(daclizumab), 에리트로포이에틴(erythropoietin; epoetin-α), 다베포에틴알파(darbepoetin-α), 오프렐베킨(oprelvekin; interleukin 11), 루트로핀알파(lutropin-α), 인터페론-베타1a(interferon-β 1a), 인터페론-베타 1b(interferon-β 1b), 인터페론-감마 1b(interferon-γ 1b), 글루카곤(glucagon), 세크레틴(secretin),아르시투모맙(arcitumomab), 이브리투모맙 튜세탄(ibritumomab tiuxetan), 토시투모맙(tositumomab), 알테프라제(alteplase; tissue plasminogen activatoerl), 테넥테플라제(tenecteplase), 유로키나아제(urokinase), 살몰 칼시토닌(salmon calcitonin), 팔리퍼민(palifermin; keratinicyte growth factor) 및 베카플러민(becaplermin; platelet-derived growth factor)으로 이루어진 군중에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.

예를 들어, 상기 약물로는 단백질, 폴리펩티드, 탄수화물, 무기 물질, 항생제, 항신생물제, 국소 마취제, 항혈관형성제, 혈관활성제, 항응고제, 면역조절제, 세포독성제, 항바이러스제, 항체, 신경전달물질, 정신작용약, 올리고누클레오티드, 지질, 세포, 조직, 조직 또는 세포 응집물, 및 이들의 조합물이 있다.

뿐만 아니라, 암 화학요법제, 예컨대 시토킨, 케모킨, 림포킨 및 실제로 정제된 핵산, 및 백신, 예컨대 약독화된 인플루엔자 바이러스가 있다. 혼입될 수 있는 실제로 정제된 헥산은 게놈 핵산 서열, cDNA 엔코딩 단백질, 발현 벡터, 상보적인 핵산 서열과 결합하여 번역 또는 전사를 억제하는 안티센스 분자 및 리보자임을 포함한다.

또한, 국소 마취제, 예컨대 아메토카인, 아르티카인, 벤조카인, 부피바카인, 클로로프로카인, 디부카인, 디클로닌, 에티도카인, 레보부피바카인, 리도카인, 메피바카인, 옥세타자인, 프라목신, 프릴로카인, 프로카인, 프로파라카인 및 로피바카인; 마약성 진통제, 예컨대 알펜타닐, 알파프로딘, 부프레노르핀, 부토르파놀, 코데인, 코데인 포스페이트, 시클라조신, 덱스토모라미드, 데조신, 디아모르핀, 디히드로코데인, 디피아논, 페도토진, 펜타닐, 히드로코돈, 히드로모르폰, 케토베미돈, 레보르파놀, 메프타지놀, 메타돈, 메타딜 아세테이트, 모르핀, 날부핀, 노르프로폭시펜, 노스카핀, 옥시코돈, 옥시모르폰, 파레고릭, 펜타조신, 페티딘, 페나조신, 피리트라미드, 프로폭시펜, 레미펜타닐, 수펜타닐, 틸리딘 및 트라마돌; 및 비마약성 진통제, 예컨대 살리실레이트 또는 페닐프로피온산 유도체가 있다. 적합한 살리실레이트의 예로는 아미노살리실릭 나트륨, 발살라지드, 콜린 살리실레이트, 메살라진, 올살라진, 파라-아미노 살리실산, 살리실산, 살리실살리실산, 및 설파살라진 등이 있다. 적합한 페닐프로피온산 유도체의 예로는 이부프로펜, 페노프로펜, 플루르비프로펜, 케토프로펜 및 나프록센 등이 있다.

특히, 상기 약물은 파클리탁셀, 도세탁셀, 독소루비신, 시스플레틴, 카보플래틴, 5-FU, 에토포시드, 캄토테신으로 구성된 항암제 중 선택되는 1종 이상의 약물인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 약물 전달 시스템에 따라, 상기 약물은 피검체의 표적 부위에 제어된 방식으로 방출될 수 있다. 예를 들면, 상기 코어-쉘 자성나노입자를 이용하여 약물의 피검체로의 부위-특이적 방출을 제공할 수 있다. 이 때 상기 자성나노입자를 이용한 약물 전달 시스템에 있어서 약물전달체를 포함하는 조성물의 투여 값은 치료되는 질병, 질환 또는 병의 유형 및 중증도에 따라 달라질 것이다. 임의의 특정 피검체에 대하여, 특정 용량 섭생이 개개인의 요구 및 조성물을 투여하거나 투여를 지시하는 사람의 전문적인 판단에 따라 경시적으로 조정되어야 함을 추가로 이해해야 한다. 생체내 투여는 세포 배양에서의 시험관내 방출연구 또는 생체내 동물 모델에 기초할 수 있다

약물 또는 치료제의 방출 속도는 많은 인자에 의존적이므로, 분해, 확산 및 제어된 방출을 매우 다양한 범위로 달리할 수 있다. 예를 들어, 방출이 시간, 일, 개월에 따라 일어나도록 고안될 수 있다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에서 제조된 코어-쉘 자성나노입자는 광이성질화 작용기 및 pH 반응 작용기로 개질됨에 따라, 특히 산성 pH 환경에 반응하도록 고안되어 환부인 산성 조직을 표적하면서 동시에, UV-광 조사에 의하여 광이성질반응에 의하여 로딩된 약물이 표적부위에만 선택적으로 빠르게 방출될 수 있는 효과가 있다. 그러므로 본 발명의 UV-광 반응성 및 pH 반응성을 갖는 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자는, 상기 자성나노입자를 필요로 하는 다양한 질환을 치료하는데 사용할 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명하기로 하나, 이러한 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

[실시예 1] Fe ₃ O ₄ 나노입자의 합성

자성 산화철 나노입자는 용매열 반응(solvothermal reaction)에 의하여 다음의 방법으로 합성하였다.

먼저, 0.65 g (4.0 mmol) 의 FeCl₃.6H₂O염을 에틸렌 글리콜 20ml에 녹이고 용액이 투명해 질 때까지 교반시켜준다. 여기에, 초산 나트륨 1.80 g을 가하고 균일한 용액이 될 때까지 1시간 더 교반한다. 약 0.25 g의 시트르산 삼나트륨을 첨가한다. 합성된 화합물이 균일한 분산을 하도록 5시간 동안 상온에서 교반시켜준다. 얻어진 검은 입자를 에탄올과 탈염수로 5번 세척한 후 진공에서 60 ℃로 하루동안 건조시킨다.

[실시예 2] 이중 자극 감응 작용기가 결합된 자기 세공성 유기실리카 하이브리드 나노입자(MSH@Azo-CA)의 합성

본 실시예에 따른 합성과정은 도 1에 모식화하여 나타내었다.

Fe ₃ O ₄ @SiO ₂ 의 합성<step-1>

Fe₃O₄나노입자를 코어로 포함하는 실리카 나노입자 Fe₃O₄@SiO₂는 다음과 같이 합성하였다.

상기 실시예 1에서 합성한 산화철 나노입자 Fe₃O₄ 0.2g을 에탄올 (8 mL), 탈염수 (20 mL) 그리고 암모니아수 (2.4 mL, 28%) 혼합물에 초음파를 이용해 1시간 동안 분산시킨다. 이 용액에 TEOS 0.8ml를 드롭와이즈로 첨가한다. 6시간 동안 교반시킨 후, 얻어진 물질을 에탄올과 탈염수로 세척하고 60 ℃에서 하루동안 건조시켜 Fe₃O₄@SiO₂ 나노입자를 수득한다.

Fe ₃ O ₄ @MSH@SAH의 합성<step-2>

메조세공채널을 포함하도록 유기실리카와 하이브리드되는, 코어-쉘 메조세공성 유기실리카 하이브리드 나노입자(MSH@SAH)는 다음의 방법으로 합성하였다.

먼저, 상기에서 합성된 Fe₃O₄@SiO₂ 나노입자 0.2g을 초음파를 이용하여 에탄올 120ml에 분산시킨다. 그 뒤, 암모니아수 (28%) 2.4ml를 첨가하여 용액 A를 만든다. 다음으로 CTAB 0.6g을 탈염수 160ml에 교반 및 분산시켜 용액 B를 만든다. 용액 B를 용액 A에 첨가하고 6시간 동안 강하게 교반시켜준다. 이 용액에, 30mol%를 갖도록 미리 섞어 놓은 SATES과 TEOS의 혼합물을 드롭와이즈로 첨가하고 강하게 교반시켜준다. 이 때, 반응 혼합물의 몰 조성(molar composition)은 1 (SATES + TEOS) : 110 0.125 CTAB : 69 NH₃ : 525 H₂O이다. 얻어진 혼합물을 35 ℃에서 6시간 동안 교반시킨 후 80℃에서 다시 6시간을 교반시켜 계면활성제를 포함하는 나노입자를 합성한다.

다음으로, 질산암모늄의 알코올 용액을 이용하여 상기에서 합성된 나노입자로부터 계면활성제 분자를 제거하였다. 구체적으로 다음과 같다.

상기 합성된 나노입자 1.0g을 NH₄NO₃ 0.3g을 포함하는 에탄올 (95%) 150ml에 분산시킨 후, 혼합물을 1시간동안 60℃에서 교반한다. 이 과정을 세 번 반복한다.

상기 과정으로 얻어진 물질은 이하에서 "Fe₃O₄@MSH@SAH"로 명명하기로 한다.

Fe ₃ O ₄ @MSH@Azo-CA의 합성<step-3>

이중 자극 감응 작용기가 결합된, 코어-쉘 메조세공성 실리카 하이브리드 나노입자(Fe₃O₄@MSH@Azo-CA)는 다음의 방법으로 합성하였다.

상기에서 합성한 Fe₃O₄@MSH@SAH 나노입자 1.0g을 테트라하이드로퓨란 에 담긴 디아조벤젠 유도체 (0.3 g, 1.2 mmol)와 상온에서 6시간 반응시킨다. 이 개질 반응 동안, 디아조벤젠 유도체의 1차 아민 그룹과 세공성 실리카 껍질 속에 있는 SATES 작용기의 석신산 무수물(succinic anhydride) 부분이 반응하여 활성 카르복시산 그룹과 아마이드 그룹이 메조채널 표면에 생성된다.

상기 반응에 의하여 디아조벤젠 유도체로 개질된 물질은 외부 자석을 이용해 모은 후, 테트라하이드로퓨란과 에탄올에 철저히 세척해서 미반응 물질들을 제거 한 후 진공에서 하루동안 건조시킨다.

상기 과정으로 얻어진 물질은 이하에서 "Fe₃O₄@MSH@Azo-CA"로 명명하기로 한다.

이하, 상기 실시예의 결과를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 하기 표 1에 Fe₃O₄@MSH@SAH와, Fe₃O₄@MSH@Azo-CA 나노입자의 메조세공 특성의 변화를 나타내었다.

Sample	SBET (m2/g)	Pore size (nm)	Pore volume (cm3/g)	Drug/Dye loading (mg/g)
				DOX	Rh123
Fe3O4@MSH@SAH	586	2.7	0.38	---	---
Fe3O4@MSH@Azo-CA	360	2.3	0.34	132	125

상기 표 1을 참고하면, Fe₃O₄@MSH@SAH 시료의 Brunauer-Emmett-Teller(BET)표면적과 포어 사이즈(pore size)는 각각 586 m²g^{- 1}와 2.7 nm인 반면, Fe₃O₄@MSH@Azo-CA 시료의 표면적과 포어 사이즈(pore size)는 각각 360 m²g^-1와 2.3 nm인 것으로 나타났다. 이는, 코어-쉘 구조의 Fe₃O₄@MSH@Azo-CA 나노입자의 메조세공채널 표면에 디아조벤젠 유도체가 성공적으로 개질되었음을 확인할 수 있다.

도 2는 (a) Fe₃O₄@MSH@SAH와, (b) Fe₃O₄@MSH@Azo-CA 나노입자의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸 것으로, 1083 cm^-1에서의 특성 피크는 Si-O-Si 진동을 나타내며, 반면 957 cm^-1에서 Si-OH 스트레칭에 의한 피크는 자기 나노입자(FeNP) 위의 실리카 껍질이 형성되었음을 의미한다.

또한 도 2(a)에서 1230-1370 cm^-1범위에서 스트레칭 진동은 석신 무수물 그룹을 나타내며, 이는 유기실란 작용기(SATES)를 함유하는 석신 무수물 그룹이 MSH@SAH 나노입자에 부착되었음을 보여준다.

반면, 도 2(b)의 크리소이딘 유도체를 개질한 Fe₃O₄@MSH@Azo-CA 나노입자의 경우, 1230cm^-1에서 나타나는 석신 무수물 피크가 거의 사라짐을 확인할 수 있고, 1644 cm^-1과 1395 cm^-1에서 C=O 과 N-H 피크를 각각 의미하는 새로운 스트레칭 진동 밴드가 나타남을 확인할 수 있다.

또한 도 2(b)에서 1580 cm^-1에서 나타나는 새로운 넓은 피크는 석신 무수물과 디아조벤젠 유도체의 아민부분과의 반응으로 인해 메조채널 표면에 형성된 카르복실레이트(-COO-) 그룹을 나타내며, 거의 물 피크와 겹쳐 있다.

또한 도 2(b)에서 558 cm^-1에서 나타나는 스트레칭 진동 밴드는 Fe₃O₄@MSH@Azo-CA 나노입자 코어의 산화철(Fe₃O₄) 나노입자를 나타낸다.

도 3(A)는, (a) Fe₃O₄@MSH@SAH와, (b) Fe₃O₄@MSH@Azo-CA 나노입자의 저각 X-선 회절 패턴을, 도 3(B)는 (a) Fe₃O₄나노입자와 (b) Fe₃O₄@MSH@Azo-CA 나노입자의 고각 X-선 회절 패턴을 나타낸 것이다.

도 3(A)를 참고하면, 1.19° 2θ에서 나타나는 d-spacing이 38.5Å인 명확한 인텐스 회절(intense diffraction) 피크 (100)는 실리카 껍질 속 육방정계(hexagonal) 세공구조 정렬을 나타낸다. 또한, 메조세공채널 내에 디아조벤젠 유도체의 도입후, 피크 인텐시티와 d-spacing은 각각 1.21° 2θ, 36.4Å로 조금씩 감소했다. 이는 MSH@SAH의 SATES 부분에 있는 무수물 그룹과 개질 반응이 일어났다는 것을 의미한다. 또한 상기 결과는, 작용기 유도체를 도입한 후에도 하이브리드 MSH@Azo-CA 나노입자의 세공성 정렬이 유지됨을 보여준다.

도 3(B)는 실리카 하이브리드 나노입자의 코어-쉘 구조 속 자성 내부(magnetic core)의 존재를 순수한 산화철 나노입자와 MSH@Azo-CA 나노입자를 10° 부터 70°까지 고각 XRD를 측정해서 확인한 결과로서, 넓은 각 XRD 패턴은 만들어진 나노입자가 순수한 산화철 나노입자의 회절 피크와 유사한 값을 가진다는 것을 의미한다. 30.3°, 35.7°, 43.5°, 54.2°, 57.4° 그리고 63.0° 2θ에서의 XRD 피크는 각각 [220], [311], [400], [422], [511] 그리고 [440] 플레인(planes)을 나타내며 이것은 산화철 나노입자가 육방정계 구조를 가진다는 JCPDS Card No.19-0629와 일치한다.

도 4는 (a) Fe₃O₄@MSH@SAH와 (b) Fe₃O₄@MSH@Azo-CA나노입자의 N₂흡착-탈착 등온 곡선(A) 과 포어 사이즈 분포(B)를 나타낸 것으로, Fe₃O₄@MSH@SAH와 Fe₃O₄@MSH@Azo-CA나노입자는 IUPAC분류에 따라 모두 type IV 등온 곡선과 H1 히스테리시스 루프(hysteresis loops)를 가지며, 이것은 균일한 메조세공(mesopores)이 형성되었음을 나타낸다. 디아조벤젠 유도체로 개질한 후, Fe₃O₄@MSH@Azo-CA 나노입자의 등온 곡선은 표면적, 포어 볼륨(pore volume) 및포어 지름(pore diameter)에서 감소된 수치를 보여주고, 또한 낮은 질소 흡착과 더 작은 히스테리시스 루프를 가지는데, 이는 개질 후 결합된 반응성 작용기에 의해 메조세공이 부분적으로 막혔음을 나타낸다.

도 5는 Rh123이 로딩된 Fe₃O₄@MSH@Azo-CA나노입자의, pH 변화 및 UV-광(365 nm)의 결합된 트리거(trigger)에 대한 Rh123의 방출 프로파일을 나타낸 것이다. (단, (A) 빛이 없는(dark) & pH 7.4 환경조건과, UV-광 조사 & pH 7.4 환경조건, (B) 빛이 없는(dark) & pH 5.0 환경조건과, UV-광 조사 & pH 5.0 환경조건이다.)

도 5(A)에서는 로딩된 Rh123 초기중량의 12.5%와 22%만이 전체 실험 시간 동안 방출되었다. 이는 pH 7.4에서 강한 수소결합/정전기적 인력이 물질 결합 자리의 -COOH, -CO-NH, -NH₂와 Rh123의 아민 그룹 사이에서 존재하기 때문이다. 또한, UV-광을 조사하지 않은 환경에서는 개질된 디아조벤젠 유도체의 'diazo' 부분이 '트란스-시스 컨포메이션(confirmation)'을 하게 되어 로딩된 물질의 확산 경로가 거의 완벽하게 막히게 된다.

상기 결과에서 pH 7.4에서 Rh123의 낮은 방출(단지 12.5 %)은 아마 물리 흡착된 염료가 메조채널 표면으로 방출됐기 때문인 것으로 판단되고, UV-광 조사 환경에서 방출이 늘어난 것(22%)은 디아조벤젠 유도체가 UV-광의 존재 하에서 "시스-컨포메이션"을 하여 물리 흡착된 물질의 방출을 도왔기 때문인 것으로 판단된다. 다만, 이 경우에도 단지 22%의 Rh123만이 24시간 동안 방출되었는바, 이 결과는 로딩된 염료가 pH7.4에서 심지어 UV-광이 존재해도 메조세공으로부터 자유롭게 확산할 수 없다는 것을 의미하는 바, 이러한 결과로부터 합성된 Fe₃O₄@MSH@Azo-CA나노입자가 약물 전달체로서 약물을 저장 및 봉입에 유용함을 명백하게 확인할 수 있다.

또한 도 5(B)를 참고하면, 약 16%의 Rh123이 pH 5.0, 빛을 조사하지 않은 환경에서 방출됨을 확인할 수 있고, 반면, pH 5.0에서 UV-광을 조사한 환경에서는 디아조벤젠 유도체의 '트랜스-컨포메이션'으로 인해 Rh123의 강화된 방출(~84%)이 관찰됨을 확인할 수 있었다.

이는 UV-광(365 nm) 존재 하에, 빛에 민감한 디아조벤젠 유도체의 디아조 부분이 '트랜스-컨포메이션'을 하게 되어, 물질의 확산 경로가 열린다는 것을 나타낸다. 즉, 수화된 Rh123와 물질 결합 자리의 -NH2, -CO-NH 사이의 강한 정전기적 반발력으로 인해, UV-광(365 nm) 존재 하의 산성 환경에서는, Rh123이 로딩된 Fe₃O₄@MSH@Azo-CA의 메조 세공채널로부터 계속해서 Rh123이 확산되어 방출된다. 이와같이, Rh123 방출은 UV-광과 산성 pH의 자극을 함께 주었을 때 16%에서 84%로 월등히 증가하는 바, 이는 UV-광을 조사하지 않았을 때의 수치(pH 7.4 와 pH 5.0에서 각각 12.5%와 16%)와 비교하면 현저하게 높은 수치임을 확인할 수 있다. 즉, UV-광 및 pH 변화에 의하여 Fe₃O₄@MSH@Azo-CA의 제어된 약물 방출 효과를 나타낸다.

따라서 본 발명에 따른 pH-기반의 약물전달시스템은 정상조직(pH 7.4)과 비교해서 낮은 pH 환경을 가지는 병변조직(예: 암세포조직(pH 6.0))에 선택적으로 항암제 등의 약물을 안전하게 전달하는 매우 효과적인 약물 전달거동을 보일 수 있을 것으로 판단된다.

또한 도 6은 Fe₃O₄@MSH@Azo-CA 나노입자의 SEM 이미지를 나타낸 것으로, Fe₃O₄@MSH@Azo-CA 나노입자의 표면 모폴로지가 200~300 nm 크기에서 균일한 구형 입자를 형성함을 확인할 수 있다.

또한, 도 7은 pH 6.0에서 UV-광(365 nm)의 유무에 따라 DOX가 로딩/로딩되지 않은 FeNP@MSH@Azo-CA 나노입자의 다양한 농도에 따른 MCF-7 세포의 생존능력(Cell viability)을 나타낸 것이다(단, (A) DOX를 로딩하지 않은 샘플, 빛이 없는(dark) & pH 6.0 환경조건과 UV-광 조사 & pH 6.0 환경조건, (B) DOX를 로딩한 샘플, 빛이 없는(dark) & pH 6.0 환경조건과 UV-광 조사 & pH 6.0 환경조건.).

도 7(A)에서 DOX가 로딩되지 않은 Fe₃O₄@MSH@Azo-CA 나노입자 약물전달체는 1-100 μg/mL의 농도범위에서 MCF-7 세포를 24시간 동안 배양시킨 후에도 거의 세포독성이 없는 것을 확인할 수 있다. 또한 pH 6.0에서 UV-광을 조사하였을 때 괸찰된 약 ~2 %, ~5%의 세포독성은 UV-광이나 산성 pH 조건에 의한 것으로 보여진다. 이 결과는 합성된 Fe₃O₄@MSH@Azo-CA 전달체 자체는 세포에 독성을 가지지 않음을 나타낸다.

반면 도 7(B)에서, DOX가 로딩된 Fe₃O₄@MSH@Azo-CA 나노입자 약물전달체는 낮은 pH(pH 6.0)와 UV-광 조사 조건 하에서 DOX가 로딩된 나노입자 약물전달체의 농도가 1, 10, 50, 100 μg/mL일 때 각각 10%, 45%, 62%, 86%로 상당히 큰 세포독성을 보인다. 이것은 나노입자 약물전달체의 세포독성이 농도에 의존함을 나타내는 바 로딩된 DOX가 방출됨에 따른 세포독성을 의미한다. 이와같이 MTT 분석에 의한 상기 결과로부터 암세포 치료에 이상적인 합성된 Fe₃O₄@MSH@Azo-CA 나노입자에 대한 외부 UV-광 및 내부 pH의 결합된 자극 효과를 확인할 수 있었다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 Rh123가 로딩된 Fe₃O₄@MSH@Azo-CA 나노입자에 있어서, pH 5.0 조건에서 "ON-OFF-ON" UV-광 트리거(trigger)에 의한 Rh123의 부분적 방출 프로파일을 나타낸 것이다.

도 8을 참고하면, Rh123가 로딩된 Fe₃O₄@MSH@Azo-CA 나노입자로부터 Rh123의 방출은 일정한 기간 동안 주기적으로 UV-광(365 nm)조사가 'ON'과 'OFF'상태가 되는 산성 pH 환경(pH 5.0)에서 측정되었다. 그 결과, Fe₃O₄@MSH@Azo-CA 나노입자가 빛을 조사하지 않았을 때 충분히 효과적으로 내부 약물을 보호할 수 있고, 오직 UV-광을 조사 하였을 때, 약물이 확산되도록 한다는 것을 확인할 수 있었는 바, 이로써 내부 산성 pH 환경에서 외부 'ON' 과 'OFF' 조절에 따른 원격 제어된 약물 방출의 가능성을 확인할 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.

Claims (11)

1. (1) 산화철 자성나노입자로 코어를 형성하는 단계;
   (2) 상기 코어의 외부에 실리카(-SiO₂)를 코팅한 후, 3-(트리에톡실릴)프로필수시닉 안하이드리드와 반응시켜, 코어-쉘 메조세공성 유기실리카 하이브리드 나노입자를 합성하는 단계; 및
   (3) 상기 (2)단계에서 합성된 나노입자를 디아조벤젠에 아민기가 결합된 크리소이딘 유도체와 반응시킴으로써, 카르복시산기-아마이드기-아민기-디아조벤젠 유도체로 상기 나노입자의 쉘 표면을 개질하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자는, pH 4 내지 pH 7에서 반응하는 pH반응성을 갖는 것을 특징으로 하는, 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자의 제조방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 의해 제조되는 상기 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자는, 하기 화학식 1로 나타내는 것을 특징으로 하는, 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자의 제조방법.
   [화학식 1]
   

   
4. 산화철 자성나노입자 코어 및
   상기 코어의 외부를 둘러싸고, 메조세공채널이 형성된 메조세공성 실리카 쉘을 포함하고,
   상기 쉘의 표면은 카르복시산기-아마이드기-아민기-디아조벤젠 유도체가 순서대로 결합되어 개질되며,
   하기 화학식 1로 나타내는 것을 특징으로 하는, 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자.
   [화학식 1]
   

   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 자성나노입자는, pH 4 내지 pH 7에서 반응하는 pH반응성을 갖는 것을 특징으로 하는, 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 자성나노입자는,
   (1) 산화철 자성나노입자로 코어를 형성하는 단계;
   (2) 상기 코어의 외부에 실리카(-SiO₂)를 코팅한 후, 3-(트리에톡실릴)프로필수시닉 안하이드리드와 반응시켜, 코어-쉘 메조세공성 유기실리카 하이브리드 나노입자를 합성하는 단계; 및
   (3) 상기 (2)단계에서 합성된 나노입자를 디아조벤젠에 아민기가 결합된 크리소이딘 유도체와 반응시킴으로써, 카르복시산기-아마이드기-아민기-디아조벤젠 유도체로 상기 나노입자의 쉘 표면을 개질하는 단계;를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는, 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자.
7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 이중 자극 반응성 코어-쉘 자성나노입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 약물 전달체.
   
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