KR101779393B1

KR101779393B1 - 핵산을 포함하는 마이크로니들 어레이 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101779393B1
Application number: KR1020160093311A
Authority: KR
Inventors: 김익수; 이수연
Original assignee: 주식회사 파마리서치프로덕트
Priority date: 2016-07-22
Filing date: 2016-07-22
Publication date: 2017-09-19
Also published as: CN107638381A

Abstract

본 발명은 핵산을 포함하는 마이크로니들 어레이 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 핵산을 단독 성분으로 하는 마이크로니들 어레이를 제조하였고, 제조한 마이크로니들 어레이가 피부 투과 및 피부 내에서 용융되는 것을 확인하였다.
이에 따라, 생체적합성이 높고 부작용이 적으며, 다른 고분자 물질 또는 약물과 혼합하여 사용이 가능한 핵산을 포함하는 마이크로니들 어레이를 이용하여 피부에 좀 더 효율적인 약물 전달 및 방출을 통해 피부의 치료 또는 개선 효과를 향상 시킬 수 있을 것으로 기대된다.

Description

핵산을 포함하는 마이크로니들 어레이 및 이의 제조방법 {Microneedle array comprising nucleic acid and manufacture method thereof}

본 발명은 핵산을 포함하는 마이크로니들 어레이 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

몸 안에 약물을 전달하는 방법들에 따라서 비효율적이거나 환자가 고통을 느끼는 등의 문제점을 가지고 있다. 예를 들어, 경구 투여방법은 편리하고 안정적이어서 가장 많이 이용되는 약물 복용 제형이지만 소화 작용에 의해 분해되거나 흡수정도가 떨어지므로 약물 전달 효율이 매우 낮다. 다른 약물전달방법인 주사제형은 가장 기본적인 방법이지만 환자들이 느끼는 고통이 크고, 사용 시 전문가의 손길이 필요하며 1회 투여 시 최소 1주일에서 수개월 지속을 요구한다는 번거로움이 있다.

위와 같은 약물 전달 방식은 투여하고자 하는 약물이 일시에 체내로 전달되므로, 체내의 대사 작용에 의해서 약물의 농도가 점차 낮아지게 된다. 체내에서 흡수되는 약물의 농도가 적정농도보다 높을 때는 인체에 해를 끼칠 수 있고 낮을 때는 약물의 효과를 기대하기 어렵다. 따라서 약물이 적정농도를 유지하며 체내에 투여될 수 있는 효과적인 약물 전달 방법이 필요하다.

경피형 약물 전달 방식은 피부를 통하여 약물을 전달하므로 소화 작용에 의한 약물의 분해를 방지할 수 있으며 환자의 고통도 적다는 장점이 있다. 그러나 사람의 피부(skin)는 체내의 물질들이 피부 밖으로 유출되는 것을 막고 피부 밖의 해로운 물질이 체내로 유입되는 것을 차단하는 중요한 역할을 하고 있기 때문에 약물전달이 쉽게 이루어지지 않는다. 피부의 최외각에 있는 약 10~20㎛ 두께의 각질층(startum corneum)은 친수성이거나 분자량이 큰 약물을 투과시키지 못하고, 투과가 가능한 약물의 경우 매우 느린 속도로 투과시키기 때문에 약물을 체내로 전달하는데 큰 장벽이 된다(Kim Y.C., et al., 2012; Bariya S.H., et al., 2012). 또한, 피부는 표피(epidermis), 진피(dermis), 피하지방(subcutaneous fat)으로 구성되어 있으며 피부 세포 사이의 통로(intercellular route)를 통해 피부에 접촉한 물질이 각질층(startum corneum)을 통과할 수 있는 가능성이 매우 적어 피부 속으로 흡수되기는 매우 어렵다(박정현, et al., 2013).

마이크로니들(microneedle)은 새로운 능동적 방식의 경피 약물 전달 시스템으로, 피부에 찌름에 의해 각질에 통로를 형성하여 약물의 피부에 대한 투과도를 증가시키고, 500Da 이상의 친수성 약물을 통증 없이 전달할 수 있다(Prausnitz M.R., 2004). 또한 마이크로니들이 진피층에 침투되면 피부 세포는 자연적 상처치유 작용을 일으켜 피부 세포에 자체 콜라겐 생성을 유도하여 주름 및 탄력개선, 모공 축소, 색소침착 완화, 피부주름 개선 등의 효과를 피부세포에서 나타낸다(박정현, et al., 2013).

마이크로니들은 크게 고체 마이크로니들(solid microneedles), 코팅 마이크로니들(coated microneedles), 용융형 니들(dissolving microneedles) 및 중공형 마이크로니들(hollow microneedles)로 분류될 수 있다(한미리, et al., 2013; Kim Y.C., et al., 2012; 김유천, 2013).

고체 마이크로니들(solid microneedles)은 일반적으로 피부 전 처리 용도로 사용될 수 있다. 고체 마이크로니들 접종 후 피부표면에 마이크로미터(㎛) 크기의 구멍이 형성되면 그 구멍 위에 약물을 도포하거나 약물이 함유된 패치를 적용하여 약물이 구멍을 통해 체내로 흡수되어 피부 내로 전달될 수 있게 한다. 하지만 정확한 양의 약물을 전달하는 것에는 한계를 가지고 있어 고가이거나 양이 한정된 약물이나 백신의 사용에는 적합하지 않다(김유천, 2013).

코팅 마이크로니들(coated microneedles)은 마이크로니들 표면에 점성증가제와 표면처리제 등의 수용성 제제를 이용하여 약물을 코팅하는 방식으로 마이크로니들에 탑재한 후, 피부 내 접종 시 코팅된 약물이 피부 내에서 용해되면서 전달되는 종류의 마이크로니들이다. 코팅 마이크로니들은 보통 금속 재질의 날카로운 마이크로니들이 사용되어 효과적인 접종이 가능하지만 탑재되는 양이 적어 많은 양이 요구되는 약물에는 적합하지 않고 적은 양만으로 효과를 나타내는 백신 탑재에 적합하다(Kim Y.C., et al., 2012; Gill H.S., et al., 2007; 김유천, 2013).

용융형 마이크로니들(dissolving microneedles)은 니들 내부에 생분해성 폴리머나 당류를 이용하여 약물을 탑재한 형태이며, 경피 내 접종 시 접종 부위 내로 완전히 용해되어 마이크로니들의 접종 후 따로 처치가 필요하지 않다는 장점을 가진다. 하지만 마이크로니들 자체가 약물을 포함하기 때문에 기계적 강도가 약물의 양과 상관관계를 갖게 된다. 따라서 효과적인 접종을 위해, 피부 내에 많은 약물을 전달하기에는 어렵다는 단점이 있다(김유천, 2013).

중공형 마이크로니들(hollow microneedles)은 일반 주사기타입의 속이 비어 있는 마이크로니들로서 액체형 제제 또는 많은 양의 약물이나 백신을 전달하는데 용이하지만 제조과정이 복잡하여 마이크로니들의 상용화에는 한계점을 보인다. 또한 액체의 주입으로 인해 수반되는 고통의 정도는 다른 타입의 마이크로니들에 비해 크다는 단점이 있다(김유천, 2013).

이에, 본 발명자는 피부에 효과적으로 약물을 전달하기 위해 마이크로니들을 지속적으로 연구한 결과 핵산을 포함하는 마이크로니들을 제조하고, 제조된 마이크로니들이 피부 투과가 가능한 강도를 가진다는 것을 확인함으로써 본 발명을 완성할 수 있었다.

종래 선행기술로서 한국등록특허 제1582314호에는 마이크로니들이 개시되어 있으나 본 발명의 핵산을 포함하는 마이크로니들은 기재된 바가 전혀 없다. 또한, 한국등록특허 제1221192호에는 마이크로니들 어레이가 기재되어 있으나, 카르복시 메틸 셀룰로즈 또는 아가로즈 혼합물로 이루어진 마이크로니들 어레이로 본 발명의 핵산을 포함하는 마이크로니들 어레이와 그 구성이 차이가 있다. 미국등록특허 제8708966호에는 생분해성 폴리머를 포함하는 마이크로니들을 기재하고 있어 본 발명의 구성과 유사하나, 핵산이 마이크로니들의 구성성분이 아닌 약물의 성분으로 기재되어 있어 핵산이 마이크로니들의 구성성분으로 포함된 본 발명의 구성과 차이가 있다.

한국등록특허 제1582314호, 마이크로니들 및 그 제조방법, 2015. 12. 28. 등록. 한국등록특허 제1221192호, 마이크로니들 어레이 및 그 제조방법, 2013. 01. 04. 등록. 미국등록특허 제8708966호, Microneedle devices and methods of manufacture and use thereof, 2014. 04. 29. 등록.

김유천, 새로운 약물 전달 기술: 마이크로니들의 응용과 전망, NICE, 31(5), 602-605, 2013. 박정현, et al., 약물 전달 시스템의 네트워크 연구: 마이크로니들과 피부, 한국지식정보기술학회 논문지, 8(2), 127-135, 2013. 한미리, et al., 미녹시딜을 내포한 용융형 고분자 마이크로니들의 길이에 따른 특성 및 발모 효능 관찰, Polymer(Korea), 37(3), 393-398, 2013. Bariya S.H., et al., Microneedles: an emerging transdermal drug delivry system, J. Pharm and Pharmcol., 64(1), 11-29, 2012. Gill H.S., et al., Coated microneedles for transdermal delivery, J. Control. Rel., 117(2), 227-237, 2007. Kim Y.C., et al., Microneedles for drug and vaccine delivery, Adv. Drug Deli. Rev., 64(14), 1547-1568, 2012. Prausnitz M.R., Microneedles for transdermal drug delivery, Adv. Drug Deli. Rev., 56(5), 581-587, 2004.

본 발명의 목적은 핵산을 포함하는 마이크로니들 어레이 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 핵산을 포함하는 마이크로니들 어레이에 관한 것으로, 상기 마이크로니들 어레이는 핵산을 포함하는 하나 이상의 마이크로니들이 기판의 표면에 형성되어 있는 마이크로니들 어레이이다.

상기 핵산은 함량이 마이크로니들 총 중량을 기준으로 40중량% 내지 100중량%일 수 있다.

상기 핵산은 분자량이 1kDa 내지 100,000kDa일 수 있다.

상기 핵산은 분자량이 10kDa 내지 10,000kDa일 수 있다.

상기 핵산은 분자량이 50kDa 내지 3,500kDa일 수 있다.

상기 마이크로니들 어레이는 수용성 고분자를 추가성분으로 함유할 수 있다.

상기 수용성 고분자는 함량이 마이크로니들 총 중량을 기준으로 0중량% 내지 60중량%일 수 있다.

상기 수용성 고분자는 히알루론산(hyaluronic acid), 콘드로이틴황산(chondroitin sulfate), 글리코겐(glycogen), 덱스트린(dextrin), 덱스트란(dextran), 덱스트란 황산(dextran sulfate), 히드록시프로필메틸셀룰로스(hydroxypropyl methylcellulose), 알긴산(alginic acid), 키틴(chitin), 키토산(chitosan), 풀루란(pullulan), 콜라겐(collagen), 젤라틴(gelatin) 및 이들의 가수분해물, 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone), 폴리아크릴산(polyacrylic acid) 및 카르복시비닐 중합체(carboxylvinylpolymer)로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.

상기 수용성 고분자는 히알루론산(hyaluronic acid), 덱스트란(dextran), 키토산(chitosan), 콜라겐(collagen) 및 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone)에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.

상기 수용성 고분자는 히알루론산(hyaluronic acid) 및 키토산(chitosan)에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.

상기 마이크로니들은 길이가 50㎛ 내지 5000㎛일 수 있다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

상기 마이크로니들 어레이는 핵산의 함량이 마이크로니들 총 중량을 기준으로 40중량% 내지 100중량%일 수 있다.

상기 핵산의 함량은 핵산용액 또는 핵산 및 수용성 고분자 혼합용액을 마이크로니들 어레이 주형에 붓고 오븐에서 건조시켜 제조된 마이크로니들에 함유되어 있는 핵산의 함량을 의미한다.

상기 핵산용액 또는 핵산 및 수용성 고분자 혼합용액에서의 핵산의 농도는 용액 총 중량을 기준으로 0.1중량% 내지 3중량%일 수 있다. 바람직하게는 1중량% 내지 2중량%이다.

상기 핵산용액 또는 핵산 및 수용성 고분자 혼합용액에서 핵산의 농도가 0.1중량% 미만일 경우에는 마이크로니들 건조 시 어레이 표면에 핵산의 분포 정도가 부족하여 제조된 마이크로니들의 강도가 약해질 수 있으며, 핵산의 농도가 3중량% 초과인 경우에는 용액 제조 시 핵산이 충분히 용해되지 않아 어레이 주형에 도포시 용액이 균일하게 퍼지지 않고 뭉침이 생겨 마이크로니들이 균일하게 제조되지 않을 수 있어 바람직하지 못하다.

상기 핵산은 분자량이 10kDa 내지 100,000kDa 일 수 있고, 바람직하게는 10kDa 내지 10,000kDa 일 수 있고, 가장 바람직하게는 50kD 내지 3,500kDa 일 수 있다. 핵산의 분자량이 10kDa 미만인 경우에는 분자간의 결합력이 약해 마이크로니들을 구성하기에 충분한 강도를 보이기 어려우며, 핵산의 분자량이 100,000kDa 초과인 경우에는 용해에 시간이 오래 걸려 산업적으로 적용하기가 어렵다.

상기 핵산은 디옥시리보핵산(deoxyribonucleic acid, DNA), 리보핵산(ribonucleic acid, RNA) 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

또한, 상기 디옥시리보핵산은 올리고뉴클레오타이드(oligonuclotide), 폴리뉴클레오타이드(polynucleotide) 및 폴리디옥시리보뉴클레오타이드(polydeoxyribonucleotide)일 수 있다.

상기 마이크로니들 어레이는 수용성 고분자의 함량이 마이크로니들 총 중량을 기준으로 0중량% 내지 60중량%일 수 있다.

상기 수용성 고분자의 함량은 핵산 및 수용성 고분자 혼합용액을 마이크로니들 어레이 주형에 붓고 오븐에서 건조시켜 제조된 마이크로니들에 함유되어 있는 수용성 고분자의 함량을 의미한다.

상기 핵산 및 수용성 고분자 혼합용액에서의 수용성 고분자 농도는 용액 총 중량을 기준으로 0.001중량% 내지 3중량%일 수 있다.

상기 핵산 및 수용성 고분자 혼합용액에서 핵산 및 수용성 고분자가 5000:1 내지 1:5000 중량비율로 혼합될 수 있다. 바람직하게는 100:1 내지 1:100이다. 혼합되는 수용성 고분자의 중량비율은 선택되는 수용성 고분자에 따라 조절된다.

상기 수용성 고분자는 생체 내에서 용해 또는 분해 가능한 것으로, 히알루론산(hyaluronic acid), 콘드로이틴황산(chondroitin sulfate), 글리코겐(glycogen), 덱스트린(dextrin), 덱스트란(dextran), 덱스트란 황산(dextran sulfate), 히드록시프로필메틸셀룰로스(hydroxypropyl methylcellulose), 알긴산(alginic acid), 키틴(chitin), 키토산(chitosan), 풀루란(pullulan) 등의 다당류나 콜라겐(collagen), 젤라틴(gelatin) 및 이들의 가수분해물 등의 단백질, 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 카르복시비닐 중합체(carboxylvinylpolymer) 등의 합성 고분자 화합물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 히알루론산(hyaluronic acid), 덱스트란(dextran), 키토산(chitosan), 콜라겐(collagen) 및 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone)일 수 있고, 가장 바람직하게는 히알루론산(hyaluronic acid) 및 키토산(chitosan)일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

상기 마이크로니들 어레이의 마이크로니들 길이는 피부의 각질층을 통과하여 진피, 표피, 피하조직까지 원하는 위치에 닿을 수 있는 길이로, 50㎛ 내지 5000㎛일 수 있다. 바람직하게는 50㎛ 내지 2000㎛이며, 더욱 바람직하게는 50㎛ 내지 500㎛이다.

상기 마이크로니들 어레이는 활성 약물을 추가로 포함할 수 있다.

상기 활성 약물이란, 피부에 작용하거나, 혹은 피부를 투과하는 어떤 유익한 화합물을 모두 포함할 수 있다. 본 발명의 목적에 적합한 약물의 예로서는, 생리 활성 펩타이드류(peptide)와 그의 유도체, 각종 항원 단백질, 박테리아, 바이러스 입자 등을 들 수 있다. 상기 생리 활성 펩타이드류와 그의 유도체로서는, 예를 들어 칼시토닌, 부신피질 자극 호르몬, 부갑상선 호르몬(parathyroid hormone, PTH), hPTH(1→34), 인슐린, 엑센딘, 세크레틴, 옥시토신, 안지오텐신, β-엔돌핀, 글루카곤, 바소프레신, 소마토스타틴, 가스트린, 황체 형성 호르몬 방출 호르몬, 엔케팔린, 뉴로텐신, 심방성 나트륨 이뇨 펩티드, 성장 호르몬, 성장 호르몬 방출 호르몬, 브래디키닌, 서브스탠스P, 다이놀핀, 갑상선 자극 호르몬, 프롤락틴, 인터페론, 인터류킨, G-CSF(granulocyte colony stimulating factor), 글루타티온퍼옥시다아제, 슈퍼옥시드디스무타아제, 데스모프레신, 소마토메딘, 엔도텔린 및 이들의 염 등을 들 수 있다. 항원 단백질로서는, 인플루엔자 항원, B형간염 표면 항원(HBs), B형간염 e항원(HBe)등을 들 수 있다. 또한 상기 활성 약물에는 화장품에 사용되는 약물을 포함할 수 있다.

본 발명은 핵산을 포함하는 마이크로니들 어레이 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 핵산을 단독 성분으로 하여 마이크로니들을 제조하였다.

이는 피부에 삽입하여 사용하는 마이크로니들 어레이에 적용할 수 있는 새로운 소재로서 생체적합성이 높고, 부작용이 적으며, 다른 고분자 물질이나 약물과 혼합하여 사용할 수 있어, 피부에 좀 더 효율적인 약물 전달 및 방출을 통해 피부의 치료 또는 개선 효과를 향상 시킬 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명의 마이크로니들 어레이를 전자현미경을 통해 확인한 결과를 보여주고 있다. (A)는 실시예 1-1의, (B)는 실시예 2-1의, (C)는 실시예 3-1, (D)는 실시예 4-1의 마이크로니들 어레이를 관찰한 결과이다.
도 2는 실시예 1-1의 마이크로니들 어레이를 이용하여 피부 투과도를 확인한 결과를 보여주고 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 내용이 철저하고 완전해지고, 당업자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제공하는 것이다.

<실시예 1. 핵산을 포함하는 마이크로니들 어레이 제조>

실시예 1-1. 마이크로니들 어레이 주형(mold) 제조

PDMS(polydimethylsiloxiane, Sylgard 184 Silicone elastomer base : Sylgard R 184 Silicone elastomer curing agent=10:1) 혼합용액으로부터 기포를 완전히 제거시킨 후 70℃ 오븐에서 건조시켜 경화시켰다. 경화된 PDMS를 레이저 라이터를 이용하여 깊이 230 ㎛으로 에칭(etching)한 후 세척하여 마이크로니들 어레이 주형을 제작하였다.

실시예 1-2. 핵산을 포함하는 마이크로니들의 제조

핵산을 200mM 소듐 포스페이트 디베이직 도데카하이드레이트(sodium phosphate dibasic dodecahydrate) 완충용액에 넣고 75℃의 열교반기에서 2시간 이상 교반하여 하기 표 1에 표기된 농도의 핵산용액을 제조하였다. 제조한 핵산용액을 상기 실시예 1-1에서 제조한 마이크로니들 어레이 주형에 붓고 공기 방울 제거 및 주형의 끝 부분까지 핵산 용액이 들어가도록 3,000rpm으로 3분간 원심 분리하였다. 핵산 용액을 부은 주형을 진공상태에서 1시간 정도 방치하여 2차 공기 방울을 제거하고 60℃ 오븐에서 하룻밤 건조시킨 후, 마이크로니들 어레이를 주형으로부터 분리하여 본 발명의 마이크로니들 어레이를 제조하였다. 제조한 마이크로니들 어레이를 광학현미경을 이용하여 마이크로니들의 제조여부를 관찰하였고, 그 결과를 도 1A에 나타내었다.

구성	핵산 농도(중량%)
실시예 1-1	1.5
실시예 1-2	0.1
실시예 1-3	3

도 1A에서 보여주듯이, 핵산을 포함하는 마이크로니들의 경우 길이가 80~90㎛ 정도의 마이크로니들이 어레이 상에 형성되는 것을 확인하였다.

이때, 상기 핵산의 농도가 0.1중량% 미만일 경우에는 조성물을 건조 시 어레이 표면에 핵산의 분포 정도가 부족하여 마이크로니들의 강도가 약해지며, 핵산의 농도가 3중량% 초과인 경우에는 핵산용액 공정상에서 핵산의 용해가 잘 되지 않아 어레이 주형에 도포시 용액이 균일하게 퍼지지 않고 뭉침이 생겨 마이크로니들이 균일하게 제조되지 않을 수 있어 바람직하지 않았다.

<실시예 2. 핵산 및 히알루론산을 포함하는 마이크로니들 어레이의 제조>

핵산을 200mM 소듐 포스페이트 디베이직 도데카하이드레이트(sodium phosphate dibasic dodecahydrate) 완충용액에 넣고 75℃의 열교반기에서 2시간 이상 교반하여 핵산용액을 제조하였다. 제조한 핵산용액에 히알루론산을 추가 혼합하여 60℃의 열교반기에서 1시간 동안 교반한 후, 3시간 동안 상온에서 교반하여 하기 표 2에 기재된 농도로 된 핵산 및 히알루론산(hyaluronic acid) 혼합용액을 제조하였다.

제조한 핵산 및 히알루론산 혼합용액을 상기 실시예 1-1에서 제조한 마이크로니들 어레이 주형에 붓고 공기 방울 제거 및 주형의 끝 부분까지 혼합용액이 들어가도록 3,000rpm으로 3분간 원심 분리하였다. 혼합용액을 부은 주형을 진공상태에서 1시간 정도 방치하여 2차 공기 방울을 제거하고 60℃ 오븐에서 하룻밤 건조시킨 후, 마이크로니들 어레이를 주형으로부터 분리하여 본 발명의 마이크로니들 어레이를 제조하였다. 제조한 마이크로니들 어레이를 광학현미경을 이용하여 마이크로니들의 제조여부를 관찰하였고, 그 결과를 도 1B에 나타내었다.

구성	최종 농도(중량%)		혼합비율(중량비율)
구성	핵산	히알루론산	핵산	히알루론산
실시예 2-1	1.5	1.5	1	1
실시예 2-2	0.1	0.001	1	0.01
실시예 2-3	0.1	3	1	30
실시예 2-4	3	0.001	1	0.00033
실시예 2-5	3	3	1	1

도 1B에서 보여주듯이, 핵산 및 히알루론산을 포함하는 마이크로니들 중 실시예 2-1의 조건으로 제조한 경우 길이가 100~110㎛ 정도의 마이크로니들이 어레이 상에 형성되는 것을 확인하였고, 동일한 조건하에서 제조할 때 핵산만을 포함하는 마이크로니들(1A)에 비해 끝부분이 좀 더 날카로운 형태의 마이크로니들이 관찰되었다.

<실시예 3. 핵산 및 키토산을 포함하는 마이크로니들 어레이의 제조>

핵산을 200mM 소듐 포스페이트 디베이직 도데카하이드레이트(sodium phosphate dibasic dodecahydrate) 완충용액에 넣고 75℃의 열교반기에서 2시간 이상 교반하여 핵산용액을 제조하였다. 키토산은 90mM 아세트산(acetic acid)에 용해하여 키토산용액을 제조하였다. 제조한 핵산용액 및 키토산용액을 일정 비율로 혼합하여 70℃의 열교반기에서 30분간 교반한 후, 3시간 동안 상온에서 교반하여 하기 표 3에 기재된 농도로 된 핵산 및 키토산 혼합용액을 제조하였다.

제조한 핵산 및 키토산 혼합용액을 상기 실시예 1-1에서 제조한 마이크로니들 어레이 주형에 붓고 공기 방울 제거 및 주형의 끝 부분까지 혼합용액이 들어가도록 3,000rpm으로 3분간 원심 분리하였다. 혼합용액을 부은 주형을 진공상태에서 1시간 정도 방치하여 2차 공기 방울을 제거하고 60℃ 오븐에서 하룻밤 건조시킨 후, 마이크로니들 어레이를 주형으로부터 분리하여 본 발명의 마이크로니들 어레이를 제조하였다. 제조한 마이크로니들 어레이를 광학현미경을 이용하여 마이크로니들의 제조여부를 관찰하였고, 그 결과를 도 1C에 나타내었다.

구성	최종 농도(중량%)		혼합비율(중량비율)
구성	핵산	키토산	핵산	키토산
실시예 3-1	1.5	0.015	1	0.01
실시예 3-2	0.1	0.001	1	0.01
실시예 3-3	0.1	3	1	30
실시예 3-4	3	0.001	1	0.00033
실시예 3-5	3	3	1	1

도 1C에서 보여주듯이, 핵산 및 키토산을 포함하는 마이크로니들 중 실시예 3-1의 조건으로 제조한 경우 길이가 120~150㎛ 정도의 마이크로니들이 어레이 상에 형성되는 것을 확인하였고, 동일한 조건하에서 제조할 때 핵산만을 포함하는 마이크로니들(1A)과 핵산 및 히알루론산을 포함하는 마이크로니들(1B)에 비해 원추형의 몸통 부분이 단단히 유지되면서 끝부분이 더 날카로운 형태의 마이크로니들이 관찰되었다.

<실시예 4. 핵산, 히알루론산 및 키토산을 포함하는 마이크로니들 어레이의 제조>

핵산을 200mM 소듐 포스페이트 디베이직 도데카하이드레이트(sodium phosphate dibasic dodecahydrate) 완충용액에 넣고 75℃의 열교반기에서 2시간 이상 교반하여 핵산용액을 제조하였다. 키토산은 150mM 아세트산(acetic acid)에 용해하여 키토산용액을 제조하였다. 제조한 핵산용액 및 키토산용액을 혼합하여 70℃의 열교반기에서 30분간 교반한 후, 히알루론산(hyaluronic acid)을 추가 혼합하여 60℃의 열교반기에서 1시간 동안 교반한 후, 3시간 동안 상온에서 교반하여 하기 표 4에 기재된 농도로 된 핵산, 히알루론산 및 키토산 혼합용액을 제조하였다.

제조한 핵산, 히알루론산 및 키토산 혼합용액을 상기 실시예 1-1에서 제조한 마이크로니들 어레이 주형에 붓고 공기 방울 제거 및 주형의 끝 부분까지 핵산 용액이 들어가도록 3,000rpm으로 3분간 원심 분리하였다. 핵산 용액을 부은 주형을 진공상태에서 1시간 정도 방치하여 2차 공기 방울을 제거하고 60℃ 오븐에서 하룻밤 건조시킨 후, 마이크로니들 어레이를 주형으로부터 분리하여 본 발명의 마이크로니들 어레이를 제조하였다. 제조한 마이크로니들 어레이를 광학현미경을 이용하여 마이크로니들의 제조여부를 관찰하였고, 그 결과를 도 1D에 나타내었다.

구성	최종 농도(중량%)			혼합비율(중량비율)
구성	핵산	키토산	히알루론산	핵산	키토산	히알루론산
실시예 4-1	1.5	0.03	1.5	1	0.02	1
실시예 4-2	0.1	0.001	0.001	1	0.01	0.01
실시예 4-3	0.1	0.001	3	1	0.01	30
실시예 4-4	0.1	3	0.001	1	30	0.01
실시예 4-5	0.1	3	3	1	30	30
실시예 4-6	3	0.001	0.001	1	0.00033	0.00033
실시예 4-7	3	0.001	3	1	0.00033	1
실시예 4-8	3	3	0.001	1	1	0.00033
실시예 4-9	3	3	3	1	1	1

도 1D에서 보여주듯이, 핵산, 히알루론산 및 키토산을 포함하는 마이크로니들 중 실시예 4-1의 조건의 경우 길이가 161㎛ 정도의 마이크로니들이 어레이 상에 형성되는 것을 확인하였고, 동일한 조건 하에서 제조할 때 핵산만을 포함하는 마이크로니들(1A)과 핵산 및 히알루론산을 포함하는 마이크로니들(1B), 핵산 및 키토산을 포함하는 마이크로니들(1C)에 비해 각 조성물들 간의 결합력 강화로 인해 마이크로니들의 강도가 증가되어 원추형인 마이크로니들의 길이가 더욱 길게 유지되고, 끝부분이 좀 더 날카롭고 정교하게 형성되었음을 알 수 있었다.

<비교예 1. 비교 대상의 마이크로니들 어레이 제조>

하기 표 4에 해당되는 성분 및 함량에 해당되는 혼합비율에 따라 비교대상의 마이크로니들 어레이를 제조하였다. 제조방법은 상기 실시예 1 내지 실시예 4와 동일한 방법을 이용하였다.

구성	최종 농도(중량%)			혼합비율(중량비율)			비고
구성	핵산	키토산	히알루론산	핵산	키토산	히알루론산	비고
비교예 1-1	0.01	0	0.0001	1	0	0.01	강도x
비교예 1-2	0.01	0.0001	0	1	0.01	0	강도x
비교예 1-3	0.01	5	0	1	500	0	강도x
비교예 1-4	5	0	0.0001	1	0	0.00002	용해x
비교예 1-5	5	0	5	1	0	1	용해x
비교예 1-6	5	0.0001	0	1	0.00002	0	용해x
비교예 1-7	5	5	0	1	1	0	용해x

상기 표 5의 성분 농도 및 혼합비율에 따라 제조된 마이크로니들 어레이의 경우에는 혼합용해 과정에서 조성물의 성분이 용해되지 않거나, 건조 후 기판 전체에 도포되기에는 핵산의 양이 부족하여, 형성된 마이크로니들이 충분한 강도를 보이지 않아 마이크로니들로서 사용하기 어려운 것으로 확인되었다.

<실험예 1. 마이크로니들의 피부 투과도 확인>

상기 실시예 1 내지 실시예 4에서 제조된 마이크로니들 어레이의 피부투과 실험은 돼지 피부(porcine skin)를 이용하여 실시하였다. 돼지 피부는 -80℃에서 보관하였고, 사용하기 전에 -4℃에서 2시간 이상 녹인 후 상온에서 사용하였다. 마이크로니들 어레이로 찌르기 전에 돼지 피부는 각 모서리를 잡아 당겨 피부의 팽팽함을 유지하여 실제 피부와 비슷한 기계적 성질을 갖도록 준비하였다. 마이크로니들 어레이를 피부에 찌른 후, 0.01%의 트리판 블루(trypan blue) 용액을 피부 표면에 도포하여 피부를 염색한 후 마이크로니들 어레이에 의해 피부 표면에 뚫린 구멍의 개수를 확인하여 피부 투과도를 확인하였고, 그 결과를 표 6 및 도 2에 나타내었다.

표 6에서 피부 투과도는 마이크로니들 어레이의 마이크로니들 개수에 대비하여 피부에 투과된 마이크로니들의 수를 백분율로 나타내었고, 도 2의 경우에서는 실시예 1-1의 마이크로니들 어레이의 피부 투과 결과를 보여주고 있다.

구성	투과도 (%)
실시예 1-1	85
실시예 1-2	64
실시예 1-3	73
실시예 2-1	87
실시예 2-2	66
실시예 2-3	69
실시예 2-4	75
실시예 2-5	77
실시예 3-1	88
실시예 3-2	67
실시예 3-3	70
실시예 3-4	76
실시예 3-5	78
실시예 4-1	92
실시예 4-2	71
실시예 4-3	73
실시예 4-4	72
실시예 4-5	74
실시예 4-6	80
실시예 4-7	82
실시예 4-8	81
실시예 4-9	83

상기 표 6에서 알 수 있듯이, 상기 실시예 1 내지 실시예 4의 마이크로니들 어레이의 경우에는 피부 투과도가 일정 이상으로 나타나며 실제 사용하기에 적합한 강도를 가지고 있음을 확인하였다.

또한, 도 2에서 보여주듯이, 실시예 1-1의 마이크로니들 어레이를 피부에 찌른 경우(2B)에는 찌르기 전의 피부(2A)와는 달리 마이크로니들이 피부에 박혀 생성된 구멍 부분은 조직을 염색하는 트리판 블루 용액으로는 염색이 되지 않아 하얀 상태로 관찰되었다. 즉, 2B에서 트리판 블루에 의해 염색되지 않은 하얀 구멍(화살표가 가르키는 곳)이 다수 관찰되는 것을 통해 실시예 1-1의 마이크로니들 어레이의 마이크로니들이 피부를 투과하였다는 것을 알 수 있었다.

이를 통해, 본원발명의 핵산을 포함하는 마이크로니들이 피부를 투과하기에 충분한 강도를 가지는 것을 확인하였으며, 수용성 고분자를 추가함으로서 좀 더 날카롭고, 강도가 높은 마이크로니들을 얻을 수 있음을 확인하였다.

<실험예 2. 마이크로니들의 용융 확인>

상기 실시예 1 내지 실시예 4의 마이크로니들 어레이의 용융성을 확인하였다.

상기 실험예 1과 동일한 방법으로 마이크로니들 어레이를 돼지 피부에 찔러 충분히 투과하도록 하고, 밴드를 이용해 마이크로니들 어레이가 피부에 고정되도록 하였다. 일정 시간이 흐른 후 마이크로니들 어레이를 제거하고 니들을 상온 상태의 건조기에 넣고 24시간 이상 보관하여 수분을 제거하였다. 건조된 마이크로니들 어레이의 무게 변화를 확인하여 용융성을 평가하였다. 이때, 피부에 찌르기 전과 후의 마이크로니들 어레이의 무게를 측정하였고, 찌르기 전의 무게를 100으로 하여 찌르고 난 후의 무게를 백분율로 나타내었고, 그 결과를 표 7에 나타내었다.

시간	마이크로니들 어레이의 무게 백분율(%)
시간	0분	10분	20분	30분
실시예 1-1	100	94	91	84
실시예 2-1	100	95	92	84
실시예 3-1	100	96	92	85
실시예 4-1	100	96	91	85

상기 표 7에서 보여주듯이, 마이크로니들 어레이를 피부에 찌르고 난 후 방치 시간에 따라 마이크로니들 어레이의 무게가 감소한 것을 알 수 있었다.

이를 통해, 본원발명의 마이크로니들 어레이가 피부 내에 침투하여 용융된다는 것을 알 수 있었다.

<제조예 1. 핵산 및 수용성 고분자를 포함하는 마이크로니들 어레이>

1-1. 핵산 및 덱스트란을 포함하는 마이크로니들 어레이

핵산을 200mM 소듐 포스페이트 디베이직 도데카하이드레이트(sodium phosphate dibasic dodecahydrate) 완충용액에 넣고 75℃의 열교반기에서 2시간 이상 교반하여 핵산용액을 제조하였다. 덱스트란은 증류수에 용해하여 덱스트란 용액을 제조하였다. 제조한 핵산용액 및 덱스트란 용액을 핵산 1중량% 및 덱스트란 2중량%가 되도록 혼합하여 70℃의 열교반기에서 30분간 교반한 후, 3시간 동안 상온에서 교반하여 핵산 및 덱스트란 혼합용액을 제조하였다.

제조한 핵산 및 덱스트란 혼합용액을 상기 실시예 1-1에서 제조한 마이크로니들 어레이 주형에 붓고 공기 방울 제거 및 주형의 끝 부분까지 혼합용액이 들어가도록 3,000rpm으로 3분간 원심 분리하였다. 혼합용액을 부은 주형을 진공상태에서 1시간 정도 방치하여 2차 공기 방울을 제거하고 60℃ 오븐에서 하룻밤 건조시킨 후, 마이크로니들 어레이를 주형으로부터 분리하여 본 발명의 마이크로니들 어레이를 제조하였다.

1-2. 핵산 및 콜라겐을 포함하는 마이크로니들 어레이

핵산 및 콜라겐을 포함하는 마이크로니들 어레이 제조는 상기 제조예 1-1과 동일한 방법으로 수행하였으며, 콜라겐 용액의 경우 콜라겐을 5% 아세트산 (w/v)에 용해하여 제조하였다. 제조한 핵산용액 및 콜라겐 용액을 핵산 1중량% 및 콜라겐 1중량%가 되도록 혼합하여 마이크로니들 어레이를 제조하였다.

1-3. 핵산 및 폴리비닐알코올을 포함하는 마이크로니들 어레이

핵산 및 폴리비닐알코올을 포함하는 마이크로니들 어레이 제조는 상기 제조예 1-1과 동일한 방법으로 수행하였으며, 폴리비닐알코올 용액의 경우 폴리비닐알코올을 증류수에 용해하여 제조하였다. 제조한 핵산용액 및 폴리비닐알코올 용액을 핵산 1.5중량% 및 폴리비닐알코올 0.5중량%가 되도록 혼합하여 마이크로니들 어레이를 제조하였다.

Claims

분자량이 50kDa 내지 3,500kDa인 핵산이 40중량% 내지 100중량%이고, 수용성 고분자가 0중량% 내지 60중량%로 함침 되어 제조된 하나 이상의 마이크로니들이 기판의 표면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로니들 어레이.
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제1항에 있어서,
상기 수용성 고분자는 히알루론산(hyaluronic acid), 콘드로이틴황산(chondroitin sulfate), 글리코겐(glycogen), 덱스트린(dextrin), 덱스트란(dextran), 덱스트란 황산(dextran sulfate), 히드록시프로필메틸셀룰로스(hydroxypropyl methylcellulose), 알긴산(alginic acid), 키틴(chitin), 키토산(chitosan), 풀루란(pullulan), 콜라겐(collagen), 젤라틴(gelatin) 및 이들의 가수분해물, 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone), 폴리아크릴산(polyacrylic acid) 및 카르복시비닐 중합체(carboxylvinylpolymer)로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 마이크로니들 어레이.
제8항에 있어서,
상기 수용성 고분자는 히알루론산(hyaluronic acid), 덱스트란(dextran), 키토산(chitosan), 콜라겐(collagen) 및 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone)에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 마이크로니들 어레이.
제9항에 있어서,
상기 수용성 고분자는 히알루론산(hyaluronic acid) 및 키토산(chitosan)에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 마이크로니들 어레이.
제1항에 있어서,
상기 마이크로니들은 길이가 50㎛ 내지 5000㎛인 것을 특징으로 하는 마이크로니들 어레이.