KR101770414B1 - 세리아-지르코니아 고용체 나노입자와 세리아-지르코니아 나노복합체의 합성 및 이의 패혈증 치료제로서의 응용 - Google Patents

세리아-지르코니아 고용체 나노입자와 세리아-지르코니아 나노복합체의 합성 및 이의 패혈증 치료제로서의 응용 Download PDF

Info

Publication number
KR101770414B1
KR101770414B1 KR1020160052102A KR20160052102A KR101770414B1 KR 101770414 B1 KR101770414 B1 KR 101770414B1 KR 1020160052102 A KR1020160052102 A KR 1020160052102A KR 20160052102 A KR20160052102 A KR 20160052102A KR 101770414 B1 KR101770414 B1 KR 101770414B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ceria
zirconia
nanoparticles
solid solution
solution
Prior art date
Application number
KR1020160052102A
Other languages
English (en)
Inventor
현택환
이승훈
소민
김치경
Original Assignee
서울대학교병원
서울대학교산학협력단
기초과학연구원
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 서울대학교병원, 서울대학교산학협력단, 기초과학연구원 filed Critical 서울대학교병원
Priority to KR1020160052102A priority Critical patent/KR101770414B1/ko
Priority to US15/145,823 priority patent/US20170312313A1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101770414B1 publication Critical patent/KR101770414B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/0012—Galenical forms characterised by the site of application
    • A61K9/0019—Injectable compositions; Intramuscular, intravenous, arterial, subcutaneous administration; Compositions to be administered through the skin in an invasive manner
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K47/00—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient
    • A61K47/50—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates
    • A61K47/51—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the non-active ingredient being a modifying agent
    • A61K47/52—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the non-active ingredient being a modifying agent the modifying agent being an inorganic compound, e.g. an inorganic ion that is complexed with the active ingredient
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K33/00—Medicinal preparations containing inorganic active ingredients
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K33/00—Medicinal preparations containing inorganic active ingredients
    • A61K33/24—Heavy metals; Compounds thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K33/00—Medicinal preparations containing inorganic active ingredients
    • A61K33/24—Heavy metals; Compounds thereof
    • A61K33/244—Lanthanides; Compounds thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K47/00—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient
    • A61K47/02—Inorganic compounds
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K47/00—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient
    • A61K47/06—Organic compounds, e.g. natural or synthetic hydrocarbons, polyolefins, mineral oil, petrolatum or ozokerite
    • A61K47/08—Organic compounds, e.g. natural or synthetic hydrocarbons, polyolefins, mineral oil, petrolatum or ozokerite containing oxygen, e.g. ethers, acetals, ketones, quinones, aldehydes, peroxides
    • A61K47/10—Alcohols; Phenols; Salts thereof, e.g. glycerol; Polyethylene glycols [PEG]; Poloxamers; PEG/POE alkyl ethers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K47/00—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient
    • A61K47/06—Organic compounds, e.g. natural or synthetic hydrocarbons, polyolefins, mineral oil, petrolatum or ozokerite
    • A61K47/08—Organic compounds, e.g. natural or synthetic hydrocarbons, polyolefins, mineral oil, petrolatum or ozokerite containing oxygen, e.g. ethers, acetals, ketones, quinones, aldehydes, peroxides
    • A61K47/12—Carboxylic acids; Salts or anhydrides thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K47/00—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient
    • A61K47/06—Organic compounds, e.g. natural or synthetic hydrocarbons, polyolefins, mineral oil, petrolatum or ozokerite
    • A61K47/16—Organic compounds, e.g. natural or synthetic hydrocarbons, polyolefins, mineral oil, petrolatum or ozokerite containing nitrogen, e.g. nitro-, nitroso-, azo-compounds, nitriles, cyanates
    • A61K47/18—Amines; Amides; Ureas; Quaternary ammonium compounds; Amino acids; Oligopeptides having up to five amino acids
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K47/00—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient
    • A61K47/06—Organic compounds, e.g. natural or synthetic hydrocarbons, polyolefins, mineral oil, petrolatum or ozokerite
    • A61K47/24—Organic compounds, e.g. natural or synthetic hydrocarbons, polyolefins, mineral oil, petrolatum or ozokerite containing atoms other than carbon, hydrogen, oxygen, halogen, nitrogen or sulfur, e.g. cyclomethicone or phospholipids
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K47/00—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient
    • A61K47/50—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates
    • A61K47/69—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the conjugate being characterised by physical or galenical forms, e.g. emulsion, particle, inclusion complex, stent or kit
    • A61K47/6921—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the conjugate being characterised by physical or galenical forms, e.g. emulsion, particle, inclusion complex, stent or kit the form being a particulate, a powder, an adsorbate, a bead or a sphere
    • A61K47/6923—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the conjugate being characterised by physical or galenical forms, e.g. emulsion, particle, inclusion complex, stent or kit the form being a particulate, a powder, an adsorbate, a bead or a sphere the form being an inorganic particle, e.g. ceramic particles, silica particles, ferrite or synsorb
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/48—Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
    • A61K9/50—Microcapsules having a gas, liquid or semi-solid filling; Solid microparticles or pellets surrounded by a distinct coating layer, e.g. coated microspheres, coated drug crystals
    • A61K9/51—Nanocapsules; Nanoparticles
    • A61K9/5107—Excipients; Inactive ingredients
    • A61K9/513—Organic macromolecular compounds; Dendrimers
    • A61K9/5146—Organic macromolecular compounds; Dendrimers obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, e.g. polyethylene glycol, polyamines, polyanhydrides

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 세리아-지르코니아 나노복합체, 이를 포함하는 약학 조성물 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 세리아-지르코니아 고용체 나노입자를 계면활성제로 둘러싼 구조를 갖는 세리아-지르코니아 나노복합체와 이를 포함하는 항산화제, 패혈증 치료제 및 이들의 제조 방법에 관한 것을 제공한다.

Description

세리아-지르코니아 고용체 나노입자와 세리아-지르코니아 나노복합체의 합성 및 이의 패혈증 치료제로서의 응용 {SYNTHESIS OF ULTRA-SMALL CERIA -ZIRCONIA NANOPARTICLES AND CERIA -ZIRCONIA NANO COMPLEX AND ITS APPLICATION AS A THERAPEUTIC AGENT FOR SEPSIS}
본 발명은 세리아-지르코니아 나노입자 및 생체 내에서 용이하게 반응할 수 있도록 하는 인지질-PEG층을 가지는 세리아-지르코니아 나노복합체 합성에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 활성화제 및 패혈증 치료제로서의 응용 분야에 세리아-지르코니아 나노복합체를 적용한 것에 관한 것이다.
세리아(Ceria, CeO2) 나노입자는 화학반응의 촉매제로서 많이 사용되고 있다. 세리아 나노입자는 자가 촉매기능이 있어서 효소와 같이 장기간 동안에도 항산화성을 유지할 수 있다. 그러나, 그 효율이 높은 편이어서 독성이 강한 바, 부작용에 대한 우려가 커서 생체 의학에 접목시키기 어려운 부분이 있었다.
복막염(peritonitis)은 외과적인 치료가 긴급하게 수행되어야 하는 질병 중 하나인데, 원인 미생물이 혈액 내로 침범하여 단기간 내에 적절한 진료나 수술이 이뤄지지 않으면 이는 패혈증(sepsis)으로 진행될 수 있다. 패혈증은 미생물에 감염되어 전신에 심각한 염증 반응이 나타나는 상태로 전신성 염증 반응 증후군(systemic inflammatory response syndrome; SIRS) 중 하나이다. 패혈증의 원인이 되는 장기의 감염을 치료하는 것이 중요한데, 신체 검진과 혈액 검사, 영상 검사를 통해서 패혈증의 원인이 되는 신체의 감염 부위를 찾은 후 적절한 항생제로 치료한다. 적절한 치료를 하지 않는 경우 사망에 이를 수 있으며, 신체 장기 기능의 장애나 쇼크 등이 동반되는 경우에는 사망률이 매우 높은 질병이다. 따라서, 실제 진료과정에서 복막염 증상에 따른 수술하기 이전에 염증반응과 활성산소(reactive oxygen species; ROS)가 발생하는 것을 방지하여야 한다. 그러나, 복막염 환자에게 구체적인 초기 대응 진료를 하는 것이 어려운 실정이다.
2016년 미국 의학협회 저널(JAMA)에서는 패혈증에 대하여 “감염에 대한 신체의 조절이상으로 인해 유발되는 생명을 위협하는 장기의 기능장애.” 라는 새로운 정의를 내렸다. 미생물에 의한 감염이 생기고, 이로 인한 과도한 염증반응-사이토카인의 방출증가, 혈관투과성 증가, 교감신경 반응성 등으로 인하여 장기의 기능장애가 발생하게 된다. 패혈증에서는 감염 그 자체보다는 생체의 이상반응이 더 문제가 되며, 심할 경우 패혈증 쇼크상태가 되어 다기관 기능부전으로 인하여 사망에 이르게 된다. 병원 내에서 발생한 패혈증의 사망률은 10% 미만이며, 패혈증 쇼크로 인한 사망률의 경우. 40%에 육박한다. 패혈증 환자에게 생체 이상반응이 한번 발생하게 되면 혈관 투과성의 증가, 대사성산성증(혈액이 완충능력을 넘는 이산화탄소 이외의 산성 물질의 증가에 의하여 혈액이 산성이 된 상태), 조직 관류의 감소 등으로 인하여, 항생제로 조절하더라도 장기 기능장애는 계속적으로 진행하며, 이를 교정하려면 적절한 수액 공급, 산증 교정, 승압제 투여, 필요시 혈액투석 등 여러가지 의학적인 노력이 필요하다. 즉, 패혈증에 대한 치료법 중 예후에 가장 중요한 요인은 항생제를 얼마나 빨리 시작하는가 이며, 생체 이상반응이 크게 번지기 전에 감염을 차단하는 방법이 가장 중요하다. 그래서 의학 발전에도 불구하고 패혈증은 임상적으로 놓치면 안되는 golden time(질병으로부터 환자를 구조하기 위한 초반의 중요한 시간)이 있으며, 과도한 생체 이상반응 자체를 잠재울 수 있는 치료법은 없는 실정이다.
세리아 나노입자의 표면에는 Ce3 +와 Ce4 +간의 변환반응이 끊임없이 일어나는데, 이는 세리아 나노입자의 촉매작용을 강화하는 역할을 한다. 이때, 다른 금속이온을 세리아 나노입자에 첨가하게 되면, 이는 세리아 나노입자의 표면에서 일어나는 반응을 제어할 수 있을 뿐만 아니라 세리아 나노입자의 항산화성을 향상시킬 수 있다. 지르코늄이온은 세리아 나노입자의 표면에서의 반응을 제어하고 항산화성을 향상시킬 수 있는 금속이온 중 하나이다.
종래에 세리아 나노입자에 지르코늄 이온을 도입시키면 세리아 나노입자가 고온에서의 안정성이 증가하는 효과가 있는 점과 촉매로서의 반응성이 향상되는 것으로 알려져 있었지만 주로 적용되는 분야가 제조업 및 공업 분야 등에만 한정되는 것이 일반적이었다.
국제공개특허 PCT/EP2012/063756호는 세륨 및 지르코늄 산화물을 포함하는 혼합 산화물 및 이에 대한 제조방법을 공개하면서, 상기 조성물이 자동차 엔진 연료에서의 촉매로 사용될 수 있을것이라고 언급하고 있다. 그러나 상기 PCT/EP2012/063756호에는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자 등을 이용하여 항산화제나 패혈증치료용도 등에 대해서는 전혀 기재하고 있지 아니하다.
따라서, 본원발명에서는 세리아 나노입자에 지르코늄 이온을 도입시킨 세리아-지르코니아 나노입자가 기존의 세리아 나노입자보다 더 뛰어난 항산화, 항염증의 효과를 가지고, 세리아 나노입자의 표면 위에서 일어나는 반응성을 조절할 수 있어서 독성에 대한 부작용을 최소화할 수 있다. 또한, 나노입자의 크기가 작고 균일할수록 부피대비 표면적의 증가로 항산화, 항염증의 효과가 증대되는 점을 밝혀내었다.
나아가, 본 발명의 세리아-지르코니아 나노입자의 항산화 효과가 패혈증 치료 및 예방에 대하여 생체 내(in vivo) 실험으로서, 실제 패혈증 질병모델에 적용하여 치료 및 예방효과가 있다는 점에 착안하여, 본 발명을 완성했다.
국제공개특허 PCT/EP2012/063756호, 'Ceria zirconia alumina composition with enhanced thermal stability'
삭제
패혈증의 경우 급성으로 진행돼 사망률이 높은 질병 중 하나인데 급성으로 진행되는 과정을 억제하기 위해서 항산화 효과를 가지는 물질이 필요하다. 따라서, 기존의 세리아 나노입자에 지르코늄 이온을 도입하여, 합성한 매우 작은 크기의 균일한 나노입자는 활성산소(ROS)를 제거하는 효과가 뛰어나, 활성화제로 이용할 수 있다. 또한, 입자의 크기가 작을수록, 부피 대비 표면적이 증가하기 때문에 반응성을 증가시킬 수 있다. 따라서 작은 크기의 세리아-지르코니아 나노입자를 이용하면, 급성 패혈증으로 인한 사망률을 기존의 치료제보다 훨씬 더 낮출 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예는 세리아-지르코니아로 이루어진 입자로 구성된 코어층과, 상기 코어층의 표면에 계면활성제가 결합하여 이루어진 계면활성제층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자를 제공함으로써 달성될 수 있다.
세륨은 화학 반응성이 큰 금속 원소로, 화합물에서는 주로 Ce3 + 또는 Ce4 +의 산화 상태를 갖는데, 대체로 Ce3 +상태가 더 안정하나 산화물의 경우는 Ce4 +상태가 더 안정하다. 산화상태가 Ce3 +인 세륨을 세륨(Ⅲ)이라고 하고, Ce4 +인 세륨을 세륨(Ⅳ)이라고 한다. 산화세륨은 산화세륨(III)(Ce2O3)과 산화세륨(IV)(CeO2)의 두 가지가 있는데, 대기압 하의 실온에서는 세리아(ceria)로 불리는 CeO2가 보다 안정하다.
지르코늄은 타이타늄족이라 부르는 4족(4B족)에 속하는 은회색 전이금속이다. 금속자체는 반응성이 크나, 지르코니아라고 불리는 이산화 지르코늄(ZrO2)은 반응성이 낮고 안정한 물질이다.
상기 입자란 물질을 구성하는 미세한 크기의 물체를 의미하는 것으로, 특히 세리아-지르코니아 고용체 나노입자란, 세리아와 지르코니아가 완전하게 균일한 상을 이룬 고체의 혼합물로 구성된 단일 결정체의 나노 크기의 물질을 의미한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 코어층은 직경이 1 내지 5 nm 임을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 세리아-지르코니아는 CexZr1 - xO2로 구성되며, x는 0.1 내지 1인 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 x는 0.7인 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 C6-C20 알킬아민, 알킬트리메틸암모늄염((CH3)3RNX, R은 C8-C25이고, X는 Br, Cl, 또는 I), C12-C18 지방산의 알칼리염으로 이루어진 군으로부터 어느 하나 이상을 선택하는 것임을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자를 제공할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 올레일아민, 옥틸아민, 헥사데실아민 및 옥타데실아민은 상기 C6-C20 알킬아민 중 하나로서, 위에 열거된 이외의 것 또한 상기 C6-C20 알킬아민으로 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 세틸트리메틸암모늄브로마이드, 옥틸트리메틸암모늄브로마이드 및 도데실트리메틸암모늄브로마이드는 상기 알킬트리메틸암모늄염 중 하나로서, 이외의 것 또한 상기 알킬트리메틸암모늄염으로 포함될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 있어서, 올레익산, 리놀레산, 라우릭산, 미리스틱산, 팔미틱산 및 스테아릭산은 상기 C12-C18 지방산의 알칼리염 중 하나로서, 이외의 것 또한 상기 상기 C12-C18 지방산의 알칼리염으로 포함될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 상기 계면활성제층을 포함하는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자의 상기 계면활성제층의 표면과 흡착하는 인지질-PEG(phospholipid-polyethylene glycol)층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 나노복합체를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 세리아-지르코니아 나노복합체는 직경이 5내지 30nm일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 상기 세리아-지르코니아 나노복합체를 포함하는 항산화제를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 세리아-지르코니아 나노복합체의 직경이 5 내지 30nm임을 특징으로 포함하는 항산화제를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 항산화제가 제거하는 활성산소는 과산화수소수(H2O2), 초과산화물음이온(O2-) 및, 히드록실라디칼(OH·) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 항산화제를 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 상기 세리아-지르코니아 나노복합체를 포함하는 패혈증 치료제를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예로서, 상기 세리아-지르코니아 나노복합체의 직경이 1 내지 5nm임을 특징으로 하는 패혈증 치료제를 제공한다.
본 발명의 실시예로서, 세리아-지르코니아 고용체 나노입자 제조방법에 있어서, (a) 세륨 전구체, 지르코늄 전구체 및 계면활성제를 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계; (b) 상기 혼합된 용액을 분산시키는 단계; (c) 상기 분산된 용액을 가열하여 콜로이드 용액을 생성하는 단계; (d) 상기 콜로이드 용액을 원심 분리하여 세리아-지르코니아 고용체 나노입자 만을 침전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 (a) 단계의 세륨전구체는 세륨(III) 아세틸아세토네이트 하이드레이트, 세륨(III) 아세테이트 하이드레이트, 세륨(III) 카보네이트 하이드레이트, 세륨(IV) 하이드록사이드, 세륨(III) 플루오라이드, 세륨(III) 클로라이드, 세륨(III) 클로라이드 헵타하이드레이트, 세륨(III) 브로마이드, 세륨(III) 아이오다이드, 세륨(III) 나이트레이트 헥사하이드레이트, 세륨(III) 설페이트, 세륨(III) 설페이트 하이드레이트 및 세륨(IV) 설페이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자 제조방법일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 (a) 단계의 상기 지르코늄전구체는 지르코늄(IV) 아세틸아세토네이트 하이드레이트, 지르코늄(IV) 아세테이트 하이드레이트, 지르코늄(IV) 카보네이트 하이드레이트, 지르코늄(IV) 하이드록사이드, 지르코늄(IV) 플루오라이드, 지르코늄(IV) 클로라이드, 지르코늄(IV) 클로라이드 옥타하이드레이트, 지르코늄(IV) 브로마이드, 지르코늄(IV) 아이오다이드, 지르코늄(IV) 옥시나이트레이트 하이드레이트, 지르코늄(IV) 설페이트 하이드레이트 및 지르코늄(IV) 설페이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자 제조방법일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 (a) 단계의 상기 계면활성제는 C6-C20 알킬아민, 알킬트리메틸암모늄염((CH3)3RNX, R은 C8-C25이고, X는 Br, Cl, 또는 I), C12-C18 지방산의 알칼리염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 되는 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자 제조방법일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 (a) 단계의 C6-C20 알킬아민은 올레일아민, 옥틸아민, 헥사데실아민 및 옥타데실아민일 수 있고, 이외의 것 또한 상기 C6-C20 알킬아민으로 포함될 수 있는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 (a) 단계의 상기 알킬트리메틸암모늄염은 세틸트리메틸암모늄브로마이드, 옥틸트리메틸암모늄브로마이드 및 도데실트리메틸암모늄브로마이드일 수 있고, 이외의 것 또한 상기 알킬트리메틸암모늄염으로 포함될 수 있는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 (a) 단계의 상기 C12-C18 지방산의 알칼리염은 올레익산, 리놀레산, 라우릭산, 미리스틱산, 팔미틱산 및 스테아릭산일 수 있고 이외의 것 또한 상기 C12-C18 지방산의 알칼리염으로 포함될 수 있는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 (c) 단계와 (d) 단계 사이에 상기 콜로이드 용액을 냉각시킨 후, 세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자 제조방법일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 (b) 단계에서의 분산에 있어서, 10 내지 20분간 실온에서 초음파분산기(sonicator)를 이용하여 분산하는 것을 특징으로 하는 계면활성제로 둘러싼 세리아-지르코니아 고용체 나노입자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 (c) 단계의 가열조건은, 1 내지 5(℃/min)의 가열속도로 70 내지 90℃까지 가열하는 제1단계; 70 내지 90℃를 유지하는 제2단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 제2 단계는 3 내지 30시간을 유지하는 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자 제조방법을 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 상기 냉각 조건에 있어서, 10 내지 30℃까지 냉각시키는 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, (a) 세리아-지르코니아 고용체 나노입자가 들어있는 제1분산액과 인지질-PEG가 들어있는 제2분산액을 혼합하여 제1혼합용액을 제조하는 단계; (b) 상기 제1혼합용액을 증발시켜 용매를 제거하여 상기 세리아-지르코니아 고용체 나노입자를 포함하는 분말을 수득하는 단계; (c) 물에 상기 분말을 첨가하여 제2 혼합용액을 제조하는 단계; (d) 상기 제2혼합용액을 복수의 여과 구멍을 구비한 여과재에 통과시켜 여액으로 분리하는 단계를 포함하는 세리아-지르코니아 나노복합체 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (a) 단계에 있어서, 상기 세리아-지르코니아 나노입자가 들어있는 제1분산액의 농도는 10mg/ml인 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 나노복합체 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 (a) 단계에 있어서, 상기 인지질-PEG가 들어있는 제2분산액의 농도는 10mg/ml인 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 나노복합체 제조방법을 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 상기 (a) 단계에 있어서, 제 1분산액과 제 2분산액의 용매는 클로로포름(CHCl3), 디클로로메탄, 펜탄, 헥산, 헵탄, 사이클로헥산, 에틸 아세테이트, 테트라하이드로퓨란, 디에틸 에테르 및 트리클로로에틸렌 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 나노복합체 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 (d) 단계에 있어서, 상기 여과재의 복수의 여과구멍들의 크기는 0.1 내지 1.0마이크로미터(μm)인 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 나노복합체 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 (d) 단계 이후, (e) 상기 여과재 표면에 걸러진 입자 중 잔여 인지질-PEG를 세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 나노복합체 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 세리아-지르코니아 고용체 나노입자 및 세리아-지르코니아 나노복합체는 활성산소를 효율적으로 제거할 수 있다. 따라서 본 발명의 세리아-지르코니아 나노복합체는 항산화제 및 패혈증 치료제로서 효과적인 치료 효과를 나타낼 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예3에서 합성된 세리아-지르코니아 나노복합체의 특성을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예2 와 실시예3에 따라 합성되는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자와 세리아-지르코니아 나노복합체의 합성과정을 보여 준다.
도3은 세리아-지르코니아 나노복합체의 TEM, STEM이미지로, 세리아-지르코니아 나노복합체의 표면에 대한 이미지를 나타낸다.
도4는 세리아-지르코니아 나노복합체의 X선 회절 분석법(XRD), 광전자분광법(XPS) 및 입도분석장치(DLS)를 이용한 분석 결과를 보여준다.
도5는 세리아-지르코니아 나노복합체의 에너지 분산형 분광분석법(EDS) 분석에 따른 결과를 보여준다.
도 6은 세리아-지르코니아 나노복합체의 세포 생존률 실험 결과(in vitro data (cell mortality))를 보여준다.
도7은 급성 패혈증 질병모델 실험으로 사망률에 대해 세리아-지르코니아 실험군과 대조군을 비교한 실험결과(in vivo data (mortality))를 나타낸다.
도 8은 세리아-지르코니아 고용체 나노입자의 제조방법을 보여주는 구조도이다.
도9는 세리아-지르코니아 나노복합체의 제조방법을 보여주는 구조도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
실시예 1. 세리아 나노입자의 제조방법
1mmol(0.4g)의 세륨(Ⅲ) 아세테이트 수화물(Sigma-Aldrich)과 12mmol(3.2g)의 올레일아민(C18 함량 약 80-90%, Acros Organics)을 15ml의 자일렌(98.5%, Sigma-Aldrich)에 첨가하였다. 이렇게 제조된 용액을 15분간 초음파분산기를 사용하여 실온조건에서 분산시킨 후, 2℃/min의 속도로 90℃까지 가열하였다. 90℃에서 격렬하게 교반하면서 1ml의 탈이온수를 상기 용액에 주입하였고, 용액이 회백색(off-white)에서 탁한 황색(cloudy yellow)으로 변하였는데, 이는 반응이 개시되었다는 것을 의미한다. 이렇게 얻은 혼합물을 90℃에서 3시간 동안 숙성시켜 투명한 황색 콜로이드 용액을 얻었고, 이를 실온에서 냉각하였다. 이후, 원심분리법을 이용하여 아세톤(100ml)으로 침전물을 잘 세척하였고, 세척된 세리아 나노입자는 분산이 잘 되어 있을 수 있는 클로로포름에 10mg/ml의 농도로 보관하였다.
실시예 2. 세리아 - 지르코니아 고용체 나노입자의 제조방법.
세륨(Ⅲ) 아세틸아세토네이트 수화물(Sigma-Aldrich)과 지르코늄(Ⅳ) 아세틸아세토네이트 수화물(Sigma-Aldrich)을 세륨(Ⅲ) : 지르코늄(Ⅳ) = 100 : 0 내지 20 : 80의 몰비로 하여 총 0.5g의 혼합물을 15ml의 올레일아민(C18 함량 약 80-90%, Acros Organics)에 첨가하였다(도2, 도8). 이렇게 제조된 용액을 15분간 초음파분산기를 사용하여 실온조건에서 분산시킨 후, 2℃/min의 속도로 80℃까지 가열한 후, 80℃를 유지하며 하루동안 숙성시켜 어두운 갈색을 띄는 콜로이드 용액을 얻었고, 이를 실온에서 냉각하였다. 이후, 원심분리법을 이용하여 아세톤(100ml)으로 침전물을 잘 세척하였고, 세척된 세리아-지르코니아 고용체 나노입자는 분산이 잘 되어 있을 수 있는 클로로포름에 10mg/ml의 농도로 보관하였다.
본 발명에서, 상기 세리아-지르코니아(CexZr1 - xO2) 고용체 나노입자 또는 세리아-지르코니아 나노복합체, 상기 고용체 나노입자나 나노복합체를 함유하고 있는 샘플 등에 있어서, x가 1인 경우는 10CZ, x가 0.7인 경우는 7CZ, x가 0.4인 경우는 4CZ, x가 0.2인 경우는 2CZ로 정의한다. 나아가, 2CZ, 4CZ, 7CZ를 통틀어서 CZ NPs로 정의한다. 단순 세리아 나노입자에 대해서는 Ce NPs로 정의한다.
에너지 분산형 분광분석법(Energy Dispersive Spectrometry, EDS)이란 주사전자현미경(SEM)에 부착되어 있는 옵션 기능의 하나로, X-ray detector가 X-ray 신호를 검출하여 이를 전자신호로 변환하면, 변환된 전자 신호를 pulse processor를 이용하여 측정한 뒤, 검출된 X-ray의 에너지를 결정한다. 결정된 X-ray 데이터를 해석하여 실시예 2에 따른 세리아-지르코니아 고용체 나노입자의 합성이 올바르게 이루어졌는지 확인할 수 있다. (도 5). EDS 그래프를 참조할 때, (a)는 Ce NPs, (b)는 10CZ, (c)는 7CZ, (d)는 4CZ, (e)는2CZ에 대한 것으로 성분표를 기초로 할 때 합성이 올바르게 이루어 졌음을 확인할 수 있다.
실시예 3. 세리아 - 지르코니아 나노복합체의 제조방법
세리아-지르코니아 고용체 나노입자의 생체적합성을 향상시키기 위하여 인지질 페길화(PEGylation)를 수행하였다(도2, 도9). 페길화란 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG)이라는 안전한 생체적합 고분자를 의약품 또는 기타 목표물의 경계에 흡착시키는 기술이다.
5ml의 세리아-지르코니아 고용체 나노입자가 첨가된 클로로포름(10mg/ml) 를 10ml의 1,2-디스테아로일-sn-글리세로-3-포스포에탄올아민-N-[메톡시(폴리에틸렌글리콜)-2000](mPEG-2000, Avanti Polar Lipids Inc)가 함유된 클로로포름 (10mg/ml)과 1:2 비율로 혼합하였다. 로터리 증발기를 사용하여 용매인 클로로포름을 증발시켰고, 진공건조기에서 70℃로 인큐베이션하면서 잔여 클로로포름을 모두 제거했다. 이후, 생성된 분말에 5ml의 물을 첨가하여 투명한 콜로이드 현탁액을 제조했다. 이 현탁액을 0.4 μm 크기의 필터를 이용하여 여과 후, 초원심분리에 의해 과량의 mPEG-2000을 제거하였다. 상기 정제된 인지질-PEG로 둘러싸인(encapsulated) 세리아-지르코니아 나노복합체를 증류수에 분산시켰다.
실시예 4. SOD ( Superoxide dismutase ) mimetic activity 분석
SOD란 초과산화이온을 산소와 과산화수소로 바꿔 주는 불균등화 반응을 촉매하는 효소이다. 산소에 노출되는 거의 모든 세포에서 항산화방어기작을 하는 것으로 알려져 있다. 초과산화 이온 소거활동이 SOD 분석키트(Sigma-Aldrich)에서 수행되는데, 각각 샘플 20μL를 160μL의 WST-1 표준용액(0.125mM)과 섞은 뒤. 20μL의 잔틴산화효소 용액을 각각의 마이크로 플레이트 웰에 첨가하면 반응이 일어난다. 이를 37℃에서 20분간 인큐베이팅하면, 450nm의 흡광도가 다중 플레이트 리더기(Victor X4, Perkin-Elmer)를 통해 관찰된다(도1(f)). 초과산화이온의 억제율은 색상의 전개가 감소됨에 따라 계산할 수 있기 때문에, 450nm의 흡광도가 수량화의 척도가 된다.
실시예 5. 카탈라아제 mimetic activity 분석
과산화 수소 담금질은 Amplex® red 과산화수소/과산화 효소 분석 키트(molecular probes, Inc)를 사용하여 수행된다. 홀스래디쉬 과산화 효소(horseradish peroxide, HRP)와 Amplex® red 반응물을 과산화수소와 반응시키면 레조루핀의 붉은색 형광물질이 생성된다(도1(g)). 이때, 레조루핀의 붉은색 플루오레세인은 (여기와 방출이 최대 571nm, 585nm) 용액의 과산화물의 정도를 반영한다. 과산화수소와 샘플을 섞어 최종 농도가 각각10mM와 0.25mM 이 될 때까지, 50μL 의 과산화수소수 용액을 만든다. 50μL의 Amplex® red/HRP 표준용액을 각각의 마이크로 플레이트 웰에 첨가하면, 반응이 시작된다. 샘플은 빛이 없는 상태에서 25℃조건에서 인큐베이팅 되어야 하며, 그 후 다중 플레이트 리더기(Victor X4, Perkin-Elmer)를 이용하여 형광물질을 측정한다.
실시예 6. 히드록실라디칼 산화방지 능력 ( HORAC ) 분석
HORAC 분석 키트(Cell Biolaps, Inc. USA)를 이용하여 히드록실라디칼 포집 활동을 분석할 수 있다(도1(h)). 히드록실라디칼 도입제와 펜턴시약을 혼합하면 쉽게 히드록실라디칼이 생성되는데, 이를 이용하여 형광물질로 증명하는 것을 계속해서 할 수 있다. 형광의 빛의 세기(여기가 480nm이고, 방출이 530nm)를 측정함에 따라, 용액의 히드록실라디칼의 억제율을 계산할 수 있다. 20μL의 각각의 샘플(최종 농도 0.125mM)을 140μL의 형광물질(1X)와 섞는다. 30분동안 25℃에서 인큐베이팅하면, 20μL의 히드록실 도입제(1X)와 20μL의 펜턴시약을 각각의 마이크로 플레이트 웰에 연속하여 주입한다. 15초간 플레이트를 흔들고 난 뒤, 30분 동안 25℃에서 인큐베이팅하면, 다중 플레이트 리더기(Victor X4)를 이용하여 형광물질을 관찰할 수 있다.
실시예 7.t - BHP ( tert -butyl hydroperoxide ) 이용한 세포 생존도 실험 (In vitro)
20,000개의 RAW 264.7 cells을 처음 96개의 well(웰)이 있는 플레이트에 심어둔 뒤에, 24시간동안 온도를 37°C로 하여 인큐베이팅 한다. 이후, PBS용액(phosphate buffer saline, 생리 식염액만으로는 그 생명을 오래 유지할 수 없는 생물 또는 조직이나 기관의 부유액으로 이용되는 용액)으로 플레이트를 세척하고, 10 mL의 Ce NPs과 7CZ 를 (최종농도는 0, 0.01, 0.02 mM이 되도록 한다.) 미리 세포(RAW 264.7 cells)가 깔려있는 플레이트에 처리하여, 24시간동안 온도를 37°C로 하여 인큐베이팅 한다. 인큐베이팅 중인 세포들을 PBS용액으로 세척하고, 10 mL의 tBHP(최종 농도가 0.4 mM이 되도록 한다.)를 세포에 마지막으로 처리하고 2시간 더 인큐베이팅한다. 인큐베이팅 후, 10 mL의 MTT(3,(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2.5-diphenyl tetrazolium bromide) 용액(농도는 5 mg/ml)을 각각의 웰에 처리한 후 2시간 더 동일 온도 조건에서 인큐베이팅 한다. 이후, 세척단계를 거친 세포들을 200 mL의 DMSO 용액에 처리하여, 세포의 생존율을 다중 플레이트 리더기(Victor X4)를 이용하여 관찰했다.
상기 분석에 기초할 때(도 6), 0.02mM 농도의 7CZ 처리군의 생존 능력이 가장 뛰어남을 확인할 수 있다.
실시예 8. CLP ( Cecal ligation and puncture) 분석 (in vivo )
In vivo실험에 있어서, 패혈증을 실제로 유사하게 모방할 수 있는CLP(Cecal ligation and puncture, 급성 패혈증모델)모델을 제작하였다(도 7). 이후, 각각18마리의 쥐에 PBS용액을 주사하고(대조군), 또 다른 18마리의 쥐에 CZ NPs를 주사한 뒤(실험군) 14일 동안의 생존율을 관찰하였다.
sample
Core size (nm)
HD diameter (nm)
Ce 3 + ( % )
Reduction Temperature(℃)
LT Peak HT Peak
Ce NPs 3.55 ± 0.37 15.06 ± 4.18 30.08 446.3 784.8
10CZ 2.1 ± 0.21 13.38 ± 4.05 30.42 483.3 779.1
7CZ 2.08 ± 0.22 14.21 ± 4.27 52.61 397.9 549.7
4CZ 2.19 ± 0.17 16 ± 4.54 59.81 347.8 513.2
2CZ 2.21 ± 0.18 11.01 ± 3.3 63.31 403.9 531.3
XPS 분석에 기초할 때, 바인딩 에너지가 884.5와 903eV일때 보이는 Ce3 +피크를 관찰할 수 있다(도 1 (d) 및 표 1). XPS 분석이란 일정한 에너지를 가지는 X선을 시료에 쬐면 시료로부터 광전자들이 방출되는데 이 광전자들의 운동에너지를 측정하여 광전자의 결합 에너지(binding energy)를 알 수 있다. 이 결합 에너지는 광전자를 방출하는 원자의 고유한 성질이므로 이것으로 원소를 분석할 수 있다.
상기 XPS 분석에 나타난 Ce3 +피크를 기초로 할 때, Zr4 +이온들이 세리아-지르코니아 나노복합체에 더 많이 결합되면 될수록, 세리아-지르코니아 나노복합체의 Ce3+가 더 많이 존재한다는 것을 볼 수 있다. 또한, 일반적으로 입자의 크기가 작을수록 나노입자에 Ce3 + 더 많이 존재한다. Ce3 +가 더 많을수록 초과산화물음이온(O2 -)과 히드록실라디칼(OH·)의 환원 효과가 더 커지는 것을 알 수 있다.
나아가, 입자의 크기에 따른 효과를 비교해 보기 위해서는 Zr4 +가 포함되어 있지 않은 샘플인 Ce NPs, 10CZ를 분석해보면 된다.
종래의 연구결과에 따르면, 입자를 생성하기 위한 합성과정이 수용액 상태에서 이뤄지는 경우에 입자가 Ce3 +을 더 많이 함유하고 있다고 알려져 있었다. 이러한 이유 때문에 10CZ가 더 작은 크기이기는 하나, 10CZ는 유기용액상태에서 합성되었고, Ce NPs의 합성은 수용액상태에서 이뤄졌기 때문에, 상대적으로 10CZ와 Ce3 +/Ce4 + 비율은 거의 비슷하다.
이러한 반응상태 조건에 따른 차이는 XRD분석 결과에 비추어 보았을 때도(도 4 (a)) 알 수 있다.
XRD분석이란 X-ray 회절분석법으로, X선을 결정에 부딪히게 하면 그중 일부는 회절을 일으키고 그 회절각과 강도는 물질구조상 고유한 것으로서 이 회절 X선을 이용하여 시료에 함유된 결정성 물질의 종류와 양에 관계되는 정보를 알 수 있다. 이와 같이 결정성 물질의 구조에 관한 정보를 얻기 위한 분석방법이 X선 회절법(XRD 분석)이다.
XRD 분석에 따르면, 2CZ, 4CZ, 7CZ 들은 Ce NPs, 10CZ과 동일한 결정 구조를 가지고 있다. 또한, Zr4 + 이온의 함량이 증가함에 따라, Zr4 +이온의 직경이 작기 때문에, 정방정성(Tetragonality)은 더 증가하는 점에서, 종래의 연구결과인 반응조건 상태에 따른 Ce3 + 함유 여부 판단은 타당하다고 판단된다.
Zr4 +로 인하여 Ce4 +환원에 미치는 영향은 H2-TPR 그래프를 분석하면 더 명확하게 판단할 수 있다(도 1(e)). Zr4 +가 환원반응 시 저온과 고온에서의 H2소모 피크(LT Peak, HT Peak)를 높여주는 것을 볼 수 있다(표 1). Zr4 +가 포함되어 있지 않은 샘플(Ce NPs, 10CZ)과 Zr4 +가 포함된 2CZ, 4CZ, 7CZ를 비교했을 때, Zr4 +가 포함된 샘플의 두 개의 피크가 Ce NPs샘플과 비교했을 때, 모두 급격하게 변화하는 것을 관찰할 수 있는데, 이는 Zr4 +가 Ce4 + → Ce3 + 환원반응이 전체적으로 유도하는데 도움을 주는 것을 알 수 있다.
결과적으로, 입자의 크기가 매우 작고, Ce3 +/Ce4 + 비율이 높으며, 또한 활성산소제거를 위한 빠른 Ce3 + 재생이 온화한 조건에서 CZ NPs를 제조하는 경우 쉽게 이루어질 수 있다.
CZ NPs와 Ce NPs의 활성산소제거능력을 비교해보기 위해서, 활성산소 중, 초과산화물음이온(O2 -), 과산화수소(H2O2), 히드록실라디칼(OH)을 선택하여 실온에서 조사해보았다.
입자의 크기에 따른 활성산소제거능력은 Ce NPs와 10CZ를 비교하였는데, 더 작은 크기의 10CZ가 활성산소제거능력이 더 뛰어남을 수행된 모든 분석결과로 파악할 수 있었다.
7CZ와 10CZ를 비교해보았을 때, Ce4 + 의 함량이 높은 10CZ 의 카탈라아제 mimetic activity 능력이 향상되는 것을 알 수 있었다. 이는 과산화수소가 제거될 때, Ce4 +에 영향을 많이 받기 때문이다. 초과산화물음이온과 히드록실라디칼에 대해서는 산화환원 반응을 하는 물질의 제한이 있음에도 불구하고 Ce이온이 적게 함유된 4CZ와 2CZ에 있어서는 Ce NPs와 10CZ의 각각의 분석과 비교할 때 비슷한 억제율을 보여주었다. 이는, Zr4 + 함유에 따라서 증가하는 Ce3 +/Ce4 + 의 비율과 빠른 Ce3 + 로의 재생 속도는 초과산화물음이온과 히드록실라디칼의 환원과정에 가장 중요한 역할을 한다는 점을 뒷받침하는 결과이다.
모든 분석결과에 따를 때, 7CZ는 활성산소 제거능력이 가장 탁월한 것으로 확인되었다. 나아가, 생리학적으로Zr4 +를 세리아 나노입자에 적절하게 첨가함에 따라 활성산소의 제거에 탁월한 효능을 보임이 확인되었다.
CLP 모델을 이용한 생존곡선 결과를 분석한 결과(실시예 8, 도 7) 누적되는 생존율을 확인해보았을 때, 14일 동안 PBS용액을 주사한 대조군에서는 3마리의 쥐만이 생존하였고, 7CZ를 주사한 실험군에서는 8마리의 쥐가 생존하여, 대조군은 83.3%, 실험군은 55.6%의 사망률을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 나아가, 상기 CLP 모델에서 CZNPs가 패혈증이 발병되는 막창자(cecum)주위에 분포하면서 국소부위에 작용한다는 것을 확인하였다. 결론적으로 세리아-지르코니아 고용체 나노입자가 생체 내에서 명확하게 패혈증 치료제로서의 효과가 있음을 확인할 수 있다.
본 실험에서는 CZ NPs를 단 1회만 투여하여 사망률을 27.7% 감소시키는 효과를 나타내었다. CZ NPs가 감염원인인 병원체를 해결하지 않았음에도 불구하고 생존율을 향상시켰다는 것은, CZ NPs의 활성산소 제거능력이 과도한 생체 이상 반응을 억제하는데 매우 중요한 역할을 했다는 것을 확인할 수 있다. 또한 CZ NPs는 재생하는 효과를 가지므로, 단 1회 투여에도 지속적으로 활성산소(ROS) 억제 효과를 가진다.
나아가, CLP모델의 생존 그래프에서 대조군의 초기 2-3일 동안의 사망률이 가장 높고, 그 이후에는 개체가 서서히 죽어가는 것을 관찰할 수 있다. 이는 3일 이후의 7CZ 실험군과 큰 차이가 없다. 이는 CZ NPs를 감염 초기에 빠르게 처리하는 것이 중요하다는 것을 시사하는데, CZ NPs는 Ce NPs에 비하여 빠르게 반응하는 바, 더 효과적임을 알 수 있다. 앞서 in vitro 실험(도 6)에서와 같이 초기 감염 반응이 일어나는 단계에서, CZ NPs의 패혈증 치료효과가 더 우월함을 확인할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (22)

  1. 세리아-지르코니아로 이루어진 입자로 구성된 코어층; 및
    상기 코어층의 표면에 계면활성제가 결합하여 이루어진 계면활성제층;을 포함하고,
    상기 세리아-지르코니아는 세륨(III) 아세틸아세토네이트 수화물 및 지르코늄(IV) 아세틸아세토네이트 수화물을 혼합하여 제조된 것이며,
    상기 계면활성제는 C6-C20 알킬아민인 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 코어층은 직경이 1 내지 5 nm 인 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 세리아-지르코니아는 CexZr1 - xO2로 표현되며, x는 0.1 내지 1인 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자.
  4. 삭제
  5. 청구항 1항의 세리아-지르코니아 고용체 나노입자; 및
    상기 세리아-지르코니아 고용체 나노입자에 포함된 상기 계면활성제층의 경계와 흡착하는 인지질-PEG(phospholipid-polyethylene glycol)층;을 포함하고,
    상기 인지질-PEG층은 폴리에틸렌글리콜을 포함하는 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 나노복합체.
  6. 청구항 5에 있어서,
    세리아-지르코니아 나노복합체는 직경이 5 내지 30nm인 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 나노복합체.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6의 세리아-지르코니아 나노복합체를 포함하는 항산화제.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 항산화제가 제거하는 활성산소는 과산화수소수(H2O2), 초과산화물음이온(O2-), 및 히드록실라디칼(OH·) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 항산화제.
  9. 청구항 5 또는 청구항 6의 세리아-지르코니아 나노복합체를 포함하는 패혈증 치료제.
  10. 세리아-지르코니아 고용체 나노입자 제조방법에 있어서,
    (a) 세륨(III) 아세틸아세토네이트 수화물, 지르코늄(IV) 아세틸아세토네이트 수화물 및 C6-C20 알킬아민을 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계;
    (b) 상기 혼합된 용액을 분산시키는 단계;
    (c) 상기 분산된 용액을 가열하여 콜로이드 용액을 생성하는 단계; 및
    (d) 상기 콜로이드 용액을 원심 분리하여 세리아-지르코니아 고용체 나노입자만을 침전시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자 제조방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 (c) 단계와 (d) 단계 사이에 상기 콜로이드 용액을 냉각시킨 후, 세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자 제조방법.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 (b) 단계에서의 분산에 있어서, 10 내지 20분간 실온에서 초음파분산기(sonicator)를 이용하여 분산하는 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자 제조방법.
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 (c) 단계의 가열조건은, 1 내지 5(℃/min)의 가열속도로 70 내지 90℃까지 가열하는 제1단계;
    70 내지 90℃를 유지하는 제2단계;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자 제조방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제2단계는 3 내지 30시간을 유지하는 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자 제조방법.
  18. 청구항 14에 있어서,
    상기 냉각 조건에 있어서, 10 내지 30℃까지 냉각시키는 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 고용체 나노입자 제조방법.
  19. 세리아-지르코니아 나노복합체 제조방법에 있어서,
    (a) 세리아-지르코니아 고용체 나노입자가 들어있는 제1분산액과 인지질-PEG가 들어있는 제2분산액을 혼합하여 제1혼합용액을 제조하는 단계;
    (b) 상기 제1혼합용액을 증발시켜 상기 세리아-지르코니아 고용체 나노입자를 포함하는 분말을 수득하는 단계;
    (c) 물에 상기 분말을 첨가하여 제2 혼합용액을 제조하는 단계; 및
    (d) 상기 제2혼합용액을 복수의 여과 구멍을 구비한 여과재에 통과시켜 여액으로 분리하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1분산액과 상기 제2분산액의 용매는 각각 클로로포름(CHCl3)인 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 나노복합체 제조방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 (a) 단계에 있어서,
    상기 세리아-지르코니아 나노입자가 들어있는 제1분산액의 농도 및 상기 인지질-PEG가 들어있는 제2분산액의 농도는 10mg/ml인 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 나노복합체 제조방법.
  21. 삭제
  22. 청구항 19에 있어서,
    상기 (d) 단계에 있어서,
    상기 여과재의 복수의 여과구멍들의 크기는 0.1 내지 1.0마이크로미터(μm)인 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 나노복합체 제조방법.
KR1020160052102A 2016-04-28 2016-04-28 세리아-지르코니아 고용체 나노입자와 세리아-지르코니아 나노복합체의 합성 및 이의 패혈증 치료제로서의 응용 KR101770414B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160052102A KR101770414B1 (ko) 2016-04-28 2016-04-28 세리아-지르코니아 고용체 나노입자와 세리아-지르코니아 나노복합체의 합성 및 이의 패혈증 치료제로서의 응용
US15/145,823 US20170312313A1 (en) 2016-04-28 2016-05-04 Synthesis of ultra-small ceria-zirconia nanoparticles and ceria-zirconia nano complex and its application as a therapeutic agent for sepsis

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160052102A KR101770414B1 (ko) 2016-04-28 2016-04-28 세리아-지르코니아 고용체 나노입자와 세리아-지르코니아 나노복합체의 합성 및 이의 패혈증 치료제로서의 응용

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101770414B1 true KR101770414B1 (ko) 2017-09-29

Family

ID=60035631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160052102A KR101770414B1 (ko) 2016-04-28 2016-04-28 세리아-지르코니아 고용체 나노입자와 세리아-지르코니아 나노복합체의 합성 및 이의 패혈증 치료제로서의 응용

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20170312313A1 (ko)
KR (1) KR101770414B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018235976A1 (ko) * 2017-06-22 2018-12-27 서울대학교산학협력단 세리아-지르코니아 고용체 나노입자와 세리아-지르코니아 나노복합체의 합성 및 이의 패혈증 치료제로서의 응용
KR102044875B1 (ko) * 2019-02-08 2019-11-14 한국에너지기술연구원 라디칼스케빈져를 포함하는 고분자연료전지용 전극
KR20200051983A (ko) * 2018-11-06 2020-05-14 서울대학교산학협력단 나노입자 구조체 및 그 형성 방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201901560D0 (en) 2019-02-05 2019-03-27 Magnesium Elektron Ltd Zirconium based dispersion for use in coating filters

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8795731B1 (en) 2009-10-12 2014-08-05 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Cerium oxide nanoparticle-based device for the detection of reactive oxygen species and monitoring of chronic inflammation

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8795731B1 (en) 2009-10-12 2014-08-05 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Cerium oxide nanoparticle-based device for the detection of reactive oxygen species and monitoring of chronic inflammation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Nanomedicine (2008), 3(5), 637-645

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018235976A1 (ko) * 2017-06-22 2018-12-27 서울대학교산학협력단 세리아-지르코니아 고용체 나노입자와 세리아-지르코니아 나노복합체의 합성 및 이의 패혈증 치료제로서의 응용
KR20200051983A (ko) * 2018-11-06 2020-05-14 서울대학교산학협력단 나노입자 구조체 및 그 형성 방법
WO2020096315A1 (ko) * 2018-11-06 2020-05-14 서울대학교산학협력단 나노입자 구조체 및 그 형성 방법
KR102138978B1 (ko) * 2018-11-06 2020-07-28 서울대학교산학협력단 나노입자 구조체 및 그 형성 방법
KR102044875B1 (ko) * 2019-02-08 2019-11-14 한국에너지기술연구원 라디칼스케빈져를 포함하는 고분자연료전지용 전극

Also Published As

Publication number Publication date
US20170312313A1 (en) 2017-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Anti-bacterial and in vivo tumor treatment by reactive oxygen species generated by magnetic nanoparticles
KR101770414B1 (ko) 세리아-지르코니아 고용체 나노입자와 세리아-지르코니아 나노복합체의 합성 및 이의 패혈증 치료제로서의 응용
Zhu et al. Biomedical applications of functionalized ZnO nanomaterials: from biosensors to bioimaging
AU2017245152B2 (en) A poly-oxygenated metal hydroxide comprising a clathrate that increases oxygen levels in mammalian tissues
Qi et al. Infection microenvironment-activated core-shell nanoassemblies for photothermal/chemodynamic synergistic wound therapy and multimodal imaging
Yu et al. Y 1-receptor–ligand-functionalized ultrasmall upconversion nanoparticles for tumor-targeted trimodality imaging and photodynamic therapy with low toxicity
CN108836949B (zh) Ce6嵌入型红细胞膜包裹普鲁士蓝纳米颗粒的制备方法
Lyu et al. A platelet-mimicking theranostic platform for cancer interstitial brachytherapy
US20170304357A1 (en) Nutraceutical containing an oxygen-enabled composition
Gao et al. Nano magnetic liposomes-encapsulated parthenolide and glucose oxidase for ultra-efficient synergistic antitumor therapy
Ruan et al. Engineered Microbial Nanohybrids for Tumor‐Mediated NIR II Photothermal Enhanced Ferroptosis/Cuproptosis and Immunotherapy
Yang et al. Biomimetic multifunctional nanozymes enhanced radiosensitization for breast cancer via an X-ray triggered cascade reaction
Liu et al. A ruthenium nanoframe/enzyme composite system as a self-activating cascade agent for the treatment of bacterial infections
CN114180621A (zh) 一种原子分散的钒掺杂二氧化钛及其制备方法和用途
US10137146B2 (en) Oxygen-enabled composition
Lin et al. Hollow silver–gold alloy nanoparticles for enhanced photothermal/photodynamic synergetic therapy against bacterial infection and acceleration of wound healing
Yang et al. Boosting immunotherapy of triple negative breast cancer through the synergy of mild PTT and Fe-loaded organosilica nanoparticles
WO2018235976A1 (ko) 세리아-지르코니아 고용체 나노입자와 세리아-지르코니아 나노복합체의 합성 및 이의 패혈증 치료제로서의 응용
CN114796518B (zh) 一种人血清白蛋白-2-羟基-1-萘甲醛-铁复合物纳米粒的构建与应用
CN113952361B (zh) 一种普鲁士蓝/过氧化钙纳米复合材料及其制备方法和应用
US9980909B2 (en) Oxygen-enabled composition
KR101782622B1 (ko) 생체의학적 치료용 세리아 나노복합체 및 이를 포함하는 약학적 조성물
Wang et al. Electron Reservoir MoO3–x‐Driven Cu+ Doped Nanozyme with Enhanced Antibacterial Activity via Disrupting Redox Homeostasis
Jiang et al. Functional MoS 2 nanosheets inhibit melanogenesis to enhance UVB/X-ray induced damage
CN114906874B (zh) 一种氧化铪纳米颗粒及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
GRNT Written decision to grant