KR101809939B1 - Nano-drug delivery flatform for Sequential Release of Hydrophilic and Hydrophobic Drug - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a drug carrier which can carry hydrophilic and hydrophobic drugs, and sequentially release the drugs under acidic conditions according to pH conditions; and a method of preparing the same. The surface of the drug carrier of the present invention is coated with a biodegradable copolymer which is formed by polyethylene glycol (PEG), pyridyl disulfide (PDS), and 2-(diisopropylamino)ethyl methacrylate (DPAMA), wherein the biodegradable copolymer serves as a gate keeper layer which swells by an electrostatic interaction in acidic pH ranges. The biodegradable copolymer on the surface of the drug carrier of the present invention can be adjusted in size according to the surrounding pH conditions, and can regulate the release of drug by swelling in acidic environments similar to the pH of a primary tumor. Particularly, the drug carrier, when carrying a hydrophobic drug and a hydrophilic drug therein at the same time, can release the hydrophilic drug first prior to release of the hydrophobic drug, and thus may be effectively and beneficially used as a drug carrier for diseases such as multidrug resistant cancer that require treatments of multiple drugs.

Description

친수성 및 소수성 약물의 순차적 방출을 위한 나노 약물 전달체{Nano-drug delivery flatform for Sequential Release of Hydrophilic and Hydrophobic Drug}≪ Desc / Clms Page number 1 > Nano-drug delivery platform for sequential release of hydrophilic and hydrophobic drugs.

본 발명은 이중-약물을 담지한 메조포러스 실리카 나노입자메조포러스 실리카 나노입자(hollow Mesoporous Silica Nanoparticles, HMSN)의 표면에 가교 결합된 생분해성 공중합체가 산성 pH 범위에서 정전기적 상호작용에 의해 팽윤되는 게이트 키퍼(gate keeper) 층을 가지는, 약물 전달체에 관한 것이다.The present invention is based on the finding that a biodegradable copolymer crosslinked on the surface of a double-drug supported mesoporous silica nanoparticles (hollow Mesoporous Silica Nanoparticles (HMSN)) is swollen by electrostatic interactions in the acid pH range And has a gate keeper layer.

다재 내성(Multi drug Resistant)은 특히, 암에서 항암 화학요법의 치료 효과가 나타나지 않도록 하여, 항암 치료가 실패하고 90% 이상의 환자가 사망하는데 주요 원인이 된다. 항암 치료에서 MDR을 극복하기 위한 다양한 시도들이 계속되고 있는데, 그 중 하나는 복합적으로 약물을 동시-투여하는 것이다. 그러나, 종양은 발암 위치 또는 암의 진행 시기에 따라 조직 내 또는 세포의 환경이 다양하기 때문에, 이러한 종양 환경에서 다양한 약물 투여량 및 약물의 농도는 투여된 2 종 이상의 약물에서 시너지 효과가 제한될 수 있다는 단점을 가진다. 또한, 2 종 이상의 약물을 복합적으로 투여해야 하기 때문에, 이에 따른 부작용이 증폭될 우려가 있다. 따라서, 암 위치의 표적 부위로 복합적인 약물을 순차적으로 전달하는 것은, 약물 조합을 통한 항암 화학요법의 효율을 개선하기 위해 중요한 방법이 될 수 있다(비특허문헌 2, 비특허문헌 3).Multi drug resistance is a major cause of cancer deaths in more than 90% of patients with failed chemotherapy, especially in the absence of treatment effects of chemotherapy. Various attempts have been made to overcome MDR in chemotherapy, one of which is the co-administration of drugs in combination. However, because tumors vary in the tissue or cell environment depending on the cancer location or the timing of cancer progression, various drug doses and concentrations of the drug in such a tumor environment may limit the synergy in the two or more drugs administered . In addition, since two or more kinds of drugs must be administered in combination, there is a possibility that the side effects thereof are amplified. Therefore, sequentially delivering a complex drug to a target site at a cancer site can be an important method for improving the efficiency of chemotherapy through combination of drugs (Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3).

따라서, 항암 화학요법에서 투여하는 약물은 표적 위치로 전달하여 효율적으로 약물을 투여할 수 있는, 약물 전달체를 이용하여 약물을 투여하는 것이 보다 바람직하다. 종양 세포의 선택적 표적화 및 약물분자의 종양 미세환경 내에서의 방출은 복용량을 감소시킴으로써 전통적인 화학요법의 부작용을 줄일 수 있을 것으로 기대할 수 있다. 특정 자극에 반응하여 약물을 방출하는 표적화 약물 전달 시, 종양 세포의 선택적 표적화 및 약물분자의 종양 미세환경 내에서의 방출은 복용량을 감소시킴으로써 전통적인 화학요법의 부작용을 줄일 수 있다. 이러한 목표는 특정 자극에 반응하여 약물을 방출하는 표적화 약물 전달 시스템을 사용하여 조절할 수 있을 것이다.Therefore, it is more preferable to administer the drug using the drug delivery system, which can deliver the drug to the target site and efficiently administer the drug. Selective targeting of tumor cells and release of drug molecules in the tumor microenvironment may be expected to reduce the side effects of traditional chemotherapy by reducing the dose. In targeted drug delivery that releases the drug in response to a particular stimulus, selective targeting of tumor cells and release of the drug molecule in the tumor microenvironment may reduce side effects of traditional chemotherapy by reducing the dose. This goal may be controlled using a targeted drug delivery system that releases the drug in response to a particular stimulus.

중합체 나노입자 또는 무기체 나노입자와 같은 나노 전달체는 혈액 순환 동안 표적 세포에 도달하기 전까지 약물을 안정적으로 보유할 수 있고, 약물의 담지량 및 방출능을 조절하여 종양 조직 또는 종양 세포 내에서 효율적으로 약물을 방출할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 약물의 부정확한 방출을 방지하고 타겟 부위에서 정확히 방출되도록 하기 위하여, 약물을 담지한 전달 비히클(delivery vehicle)은 특정 자극에 반응하여 방출을 제어하는 특성을 가져야 한다. Nanoparticles, such as polymer nanoparticles or nanoparticles, can stably retain the drug before reaching the target cell during blood circulation, and can regulate the loading and emis- sion capacity of the drug to efficiently deliver the drug within the tumor tissue or tumor cells Is expected to be released. In order to prevent inaccurate release of the drug and ensure precise release at the target site, the delivery vehicle carrying the drug should have the property of controlling release in response to a particular stimulus.

최근 들어, 코어-쉘 나노- 및 마이크로 입자에 기반한 약물 전달 시스템은 암 치료에서 약물을 포함하는 중합체 층의 분해를 통해 약물을 순차적으로 방출할 수 있음이 보고되고 있다. 그러나, 체내에서 혈액을 통해 순환하는 도중 적절하게 약물의 방출을 조절할 수 있는 방법이나, 캡슐화된 약물 내에서 2 가지 이상의 약물의 방출 양상을 제어하는 것이 아직 구체적으로 연구되지 않았기 때문에, 나노 전달체를 사용하는 효과적이고 순차적 치료를 이루는 것은 여전히 제한점을 가진다.Recently, it has been reported that core-shell nano- and microparticle-based drug delivery systems can sequentially release drugs through degradation of polymer-containing polymeric layers in the treatment of cancer. However, since it has not yet been specifically studied how to control the release of drugs appropriately during circulation through the blood in the body or to control the release pattern of two or more drugs in the encapsulated drug, To achieve effective and sequential treatment is still a limitation.

이와 관련하여, 본 발명자들은 특정자극에 반응하여 약물을 방출할 수 있는 약물 전단체를 개발하여, 대한민국 공개특허 제 10-2016-0089774 호에서 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG)-피리딜 디설파이드(pyridyl disulfide, PDS)의 생분해성 공중합체를 표면에 코팅한, 약물 담지 MSN을 공지한 바 있다. 상기 생분해성 공중합체는 가교 결합을 통해 약물을 담지한 MSN의 표면에 비-공유결합성 리간드로서 코팅할 수 있고, 환원제인 GSH에 의해 약물을 방출할 수 있음을 공지하였다. 그러나, 이러한 방법은 체내에 GSH 등에 의한 환원 반응을 통해서만 약물을 효과적으로 방출할 수 있다는 한계를 가진다.In this regard, the present inventors have developed a whole drug group capable of releasing a drug in response to a specific stimulus, and disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2016-0089774 that polyethylene glycol (PEG) -pyridyl disulfide, PDS) on the surface of a drug-bearing MSN. It is known that the biodegradable copolymer can be coated as a non-covalent ligand on the surface of a drug-bearing MSN through cross-linking and released by GSH as a reducing agent. However, this method has a limitation in that it can release the drug effectively only through the reduction reaction with GSH or the like in the body.

이에, 본 발명자들은 다재 내성의 암 조직에서 시공간 특이적으로 약물을 방출 할 수 있는 약물 전달체를 제조하기 위해 노력한 결과, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 피리딜 디설파이드(PDS) 및 2-(디이소프로필아미노)에틸메틸아크릴레이트(DPAMA)로 이루어진 생분해성 공중합체를 이중-약물을 담지한 HMSN의 표면에 코팅하고 가교 결합하여 약물을 담지하는 형태의 약물 전달체(PMSN)를 제조하였다. 본 발명의 생분해성 공중합체는 주변 pH 조건에 따라 크기가 조절될 수 있으며, 초기 종양과 유사한 pH인 산성 환경에서 정전기적인 상호작용을 통해 약물을 감지한 전달체에서 약물 방출 양상을 조절할 수 있음을 확인하여, 본 발명의 약물 전달체를 소수성 약물 및 친수성 약물을 동시에 담지할 수 있는 약물 전달체로서 사용할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have made efforts to produce a drug delivery system capable of releasing a drug in a time-and-space-specific manner in a cancer tissue of multiple resistance. As a result, the present inventors have found that a combination of polyethylene glycol (PEG), pyridyl disulfide (PDS) ) Ethyl methyl acrylate (DPAMA) was coated on the surface of the double-drug-loaded HMSN and cross-linked to prepare a drug delivery vehicle (PMSN) carrying the drug. The biodegradable copolymer of the present invention can be controlled in size depending on the surrounding pH conditions and it is possible to control the drug release pattern in a carrier that detects the drug through electrostatic interaction in an acidic environment having a pH similar to that of the initial tumor Thus, the present invention has been completed upon confirming that the drug delivery system of the present invention can be used as a drug delivery system capable of simultaneously carrying a hydrophobic drug and a hydrophilic drug.

KR 10-2016-0089774 A (2016.07.28)KR 10-2016-0089774 A (2016.07.28)

Zhang, Kun, et al. “Facile large-scale synthesis of monodisperse mesoporous silica nanospheres with tunable pore structure.” Journal of the American Chemical Society 135.7 (2013): 2427-2430. Zhang, Kun, et al. &Quot; Facile large-scale synthesis of monodisperse mesoporous silica nanospheres with tunable pore structure. &Quot; Journal of the American Chemical Society 135.7 (2013): 2427-2430. Cao, Yang, et al. “Polymer-controlled core?shell nanoparticles: a novel strategy for sequential drug release.”RSC Advances 4.57 (2014): 30430-30439. Cao, Yang, et al. "Polymer-controlled core? Shell nanoparticles: a novel strategy for sequential drug release." RSC Advances 4.57 (2014): 30430-30439. Narayanan, Sreeja, et al. “Sequentially releasing dual-drug-loaded PLGA?casein core/shell nanomedicine: Design, synthesis, biocompatibility and pharmacokinetics.” Acta biomaterialia 10.5 (2014): 2112-2124. Narayanan, Sreeja, et al. "Sequentially releasing dual-drug-loaded PLGA? Casein core / shell nanomedicine: Design, synthesis, biocompatibility and pharmacokinetics." Acta biomaterialia 10.5 (2014): 2112-2124.

이에, 본 발명자들은 PEG-PDS-DPAMA 생분해성 공중합체를 이중-약물을 담지한 HMSN의 표면에 코팅하고 가교 결합하여 약물을 담지하는 형태의 약물 전달체(PMSN)를 제조하였다. 본 발명의 생분해성 공중합체는 주변 pH 조건에 따라 크기가 조절될 수 있으며, 초기 종양과 유사한 pH인 산성 환경에서 정전기적인 상호작용을 통해 약물을 감지한 전달체에서 약물 방출 양상을 조절할 수 있음을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.Thus, the present inventors produced a drug delivery vehicle (PMSN) in which a biodegradable copolymer of PEG-PDS-DPAMA was coated on the surface of a double-drug-loaded HMSN and crosslinked to support a drug. The biodegradable copolymer of the present invention can be controlled in size depending on the surrounding pH conditions and it is possible to control the drug release pattern in a carrier that detects the drug through electrostatic interaction in an acidic environment having a pH similar to that of the initial tumor Thereby completing the present invention.

따라서, 본 발명의 목적은 친수성 및 소수성의 이중 약물을 담지하고, pH 조건에 따라 산성 조건에서 약물을 순차적으로 방출할 수 있는 약물 전달체 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a drug delivery system capable of carrying a double drug having hydrophilicity and hydrophobicity and sequentially releasing a drug under acidic conditions according to pH conditions, and a method for producing the drug delivery system.

또한, 본 발명의 또다른 목적은 상기 약물 전달체를 유효성분으로 하는 암 예방 및 치료용 약학적 조성물을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a pharmaceutical composition for preventing and treating cancer comprising the above drug delivery system as an active ingredient.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 하기 단계를 포함하는, 약물 전달체의 제조 방법을 제공한다:In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a drug delivery vehicle, comprising the steps of:

i) 메조포러스 실리카 나노입자메조포러스 실리카 나노입자(Mesoporous Silica Nanoparticles, MSN)를 제조하는 단계;i) preparing mesoporous silica nanoparticles (MSN);

ii) 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG), 피리딜 디설파이드(pyridyl disulfide, PDS) 및 2-(디이소프로필아미노)에틸메틸아크릴레이트(2-(Diisopropylamino)ethyl methacrylate, DPAMA)로 이루어진 생분해성 공중합체를 제조하는 단계;ii) a biodegradable copolymer consisting of polyethylene glycol (PEG), pyridyl disulfide (PDS) and 2- (diisopropylamino) ethyl methacrylate (DPAMA) ;

iii) 상기 단계 i)에서 제조한 HMSN 및 상기 단계 ii)에서 제조한 생분해성 공중합체를 혼합하여, HMSN 표면에 생분해성 공중합체를 코팅하는 단계;iii) coating the biodegradable copolymer on the surface of HMSN by mixing the HMSN prepared in step i) and the biodegradable copolymer prepared in step ii);

iv) 상기 단계 iii)에서 코팅한 HMSN에 디티오트레이톨(dithiothreitol, DTT)를 처리하여, 생분해성 공중합체가 가교 결합한 공중합체-HMSN(PHMSN)을 형성하는 단계; 및iv) treating the coated HMSN in step iii) with dithiothreitol (DTT) to form a cross-linked copolymer-HMSN (PHMSN) of the biodegradable copolymer; And

v) 상기 단계 iv)에서 형성한 PHMSN을 수득하는 단계.v) obtaining the PHMSN formed in step iv) above.

또한, 본 발명은 상기 제조 방법으로 제조된 약물 전달체를 제공한다.The present invention also provides a drug delivery system manufactured by the above-described method.

본 발명의 바람직한 일실시예에서, 상기 단계 iii)의 혼합은 HMSN 및 생분해성 공중합체를 1:1 내지 1:4의 중량 비율로 혼합하는 것일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the mixing of step iii) may be a mixing of the HMSN and the biodegradable copolymer in a weight ratio of 1: 1 to 1: 4.

본 발명의 바람직한 일실시예에서, 상기 단계 iv)의 DTT는 생분해성 공중합체 내의 PDS에 대하여 20 내지 50 mol%의 몰비율로 처리하는 것일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the DTT of step iv) may be treated at a molar ratio of 20 to 50 mol% to the PDS in the biodegradable copolymer.

본 발명의 바람직한 일실시예에서, 상기 단계 iv)의 가교 결합은 30 내지 60 mol%의 가교 밀도로 가교 결합된 것일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the crosslinking in step iv) may be crosslinked at a crosslinking density of 30 to 60 mol%.

본 발명의 바람직한 일실시예에서, 상기 약물 전달체는 HMSN 내부에 약물 또는 생체기능 조절물을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 약물은 독소루비신(doxorubicin), 베라파밀(Verapamil), 시스플라틴(cisplatin), 플루오로우라실(fluorouracil), 옥살리플라틴(Oxaliplatin) 다우노루비신(Daunorubicin), 이리노테칸(irinotecan), 토포테칸(topotecan) 및 이의 약학적으로 허용가능한 염으로 이루어진 군에서 선택되는 친수성 약물; 파클리탁셀(paclitaxel), 캄토테신(camptothecin), 카보플라틴(carboplatin), 젬시타빈(Gemcitabine), 메소트렉세이트(Methotrexalte), 도세탁셀(Docetaxel) 및 이의 약학적으로 허용가능한 염으로 이루어진 군에서 선택되는 소수성 약물; 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 그 이상의 소분자 약물인 것일 수 있고, 상기 생체기능 조절물질은 DNA, RNA, 폴리펩티드, 비타민, 비타민 유도체, 아미노산 및 아미노산 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 그 이상인 것일 수 있다.In a preferred embodiment of the invention, the drug delivery vehicle may comprise a drug or a biofunctional regulator within HMSN, the drug being selected from the group consisting of doxorubicin, verapamil, cisplatin, a hydrophilic drug selected from the group consisting of fluorouracil, oxaliplatin daunorubicin, irinotecan, topotecan and pharmaceutically acceptable salts thereof; A pharmaceutically acceptable salt thereof selected from the group consisting of paclitaxel, camptothecin, carboplatin, gemcitabine, methotrexalte, docetaxel and pharmaceutically acceptable salts thereof. drug; And a mixture thereof, and the biological function-controlling substance may be any one selected from the group consisting of DNA, RNA, polypeptides, vitamins, vitamin derivatives, amino acids and amino acid derivatives Or more.

본 발명의 바람직한 일실시예에서, 상기 약물 전달체는 표면에 가교 결합된 생분해성 공중합체가 산성 pH 범위에서 정전기적 상호작용에 의해 팽윤되는 게이트 키퍼(gate keeper) 층을 가지는 것일 수 있고, 상기 산성 pH 범위는 초기 종양 조직의 pH 4.0 내지 6.5의 범위인 것일 수 있다. 또한, 상기 정전기적 상호작용은 표면의 전하가 0 이상의 양전하가 됨에 따라 나타나는 것일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the drug delivery vehicle may have a gate keeper layer in which the biodegradable copolymer cross-linked to the surface swells by electrostatic interaction in the acidic pH range, The pH range may be in the range of pH 4.0 to 6.5 of the initial tumor tissue. In addition, the electrostatic interaction may be such that the charge on the surface becomes zero or more positive.

또한, 본 발명은 본 발명의 약물 전달체를 유효성분으로 포함하는 암 예방 및 치료용 약학적 조성물을 제공한다.The present invention also provides a pharmaceutical composition for preventing and treating cancer comprising the drug delivery system of the present invention as an active ingredient.

본 발명의 바람직한 일실시예에서, 상기 암은 항암제에 대한 내성을 가지는 다재 내성의 위암, 유방암, 폐암, 간암, 식도암 및 전립선암으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, the cancer may be at least one selected from the group consisting of multiple-resistant gastric cancer, breast cancer, lung cancer, liver cancer, esophageal cancer, and prostate cancer, each having resistance to an anticancer agent.

본 발명의 바람직한 일실시예에서, 상기 항암제는 독소루비신, 시스플라틴(cisplatin), 베라파밀(Verapamil), 플루오로우라실(fluorouracil), 옥살리플라틴(Oxaliplatin), 다우노루비신(Daunorubicin), 이리노테칸(irinotecan), 토포테칸(topotecan), 파클리탁셀(paclitaxel), 캄토테신(camptothecin), 카보플라틴(carboplatin), 젬시타빈(Gemcitabine), 메소트렉세이트(Methotrexalte) 및 도세탁셀(Docetaxel)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention the anticancer agent is selected from the group consisting of doxorubicin, cisplatin, verapamil, fluorouracil, oxaliplatin, daunorubicin, irinotecan, may be any one selected from the group consisting of topotecan, paclitaxel, camptothecin, carboplatin, gemcitabine, methotrexalte, and docetaxel. have.

따라서, 본 발명은 친수성 및 소수성의 이중 약물을 담지하고, pH 조건에 따라 산성 조건에서 약물을 순차적으로 방출할 수 있는 약물 전달체 및 이의 제조방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a drug delivery system capable of supporting dual drugs having hydrophilicity and hydrophobicity and sequentially releasing drugs under acidic conditions according to pH conditions, and a method for producing the same.

본 발명의 약물 전달체는 폴리에틸렌글리콜(PEG), 피리딜 디설파이드(PDS) 및 2-(디이소프로필아미노)에틸메틸아크릴레이트(DPAMA)로 이루어진 생분해성 공중합체를 표면에 코팅한 형태로서, 상기 생분해성 공중합체가 산성 pH 범위에서 정전기적 상호작용에 의해 팽윤되는 게이트 키퍼(gate keeper) 층이 되는 역할을 하는 것에 기술적 특징이 있다.The drug delivery system of the present invention is formed by coating a biodegradable copolymer comprising polyethylene glycol (PEG), pyridyl disulfide (PDS) and 2- (diisopropylamino) ethyl methyl acrylate (DPAMA) There is a technical feature that the acidic copolymer serves as a gate keeper layer which swells by electrostatic interaction in an acidic pH range.

본 발명의 약물 전달체 표면의 생분해성 공중합체는 주변 pH 조건에 따라 크기가 조절될 수 있으며, 초기 종양과 유사한 pH인 산성 환경에서 팽윤되어 약물의 방출을 조절할 수 있다. 특히, 이 때 약물 전달체 내부에 소수성 약물 및 친수성 약물을 함께 담지하는 경우, 친수성 약물이 먼저 방출되고 이후 소수성 약물이 방출될 수 있기 때문에 다재 내성의 암과 같이 복합적인 약물의 처치를 통한 치료가 필요한 질병에 대한 약물 전달체로서 유용하게 사용할 수 있어, 효과적이다.The biodegradable copolymer of the drug delivery surface of the present invention can be scaled according to ambient pH conditions and can be swollen in an acidic environment at pH similar to the initial tumor to control drug release. In particular, when a hydrophobic drug and a hydrophilic drug are simultaneously carried in the drug carrier, a hydrophilic drug may be released first and then a hydrophobic drug may be released. It can be effectively used as a drug delivery vehicle for diseases.

도 1은 본 발명의 이중-약물 담지의 PHMSN 제조 과정을 나타내는 모식도이다:
도 1a는 Verapamil hydrochloride(Ver) 및 독소루비신(Doxorubicin, Dox)의 이중 약물을 담지한 PHMSN 및 pH 조절에 따른 게이트키퍼 층의 팽윤을 나타내고;
도 1b는 본 발명의 PHMSN의 표면에 코팅하는 PEG-PDS-PDAMA 생분해성 공중합체의 구조 및 pH 조절에 따른 전하 생성을 나타내며; 및
도 1c는 본 발명의 PHMSN이 종양 세포 내에서 세포 내 흡수되어 약물을 방출하는 양상을 나타낸다.
도 2는 제조된 메조포러스 실리카 나노입자(Mesoporous Silica Nanoparticles, MSN)의 특징을 나타낸다:
도 2a는 TEM 영상으로 확인한 MSN의 형태를 나타내며;
도 2b는 HMSN 표면의 쉘 두께를 확인한 결과를 나타내고; 및
도 2c는 HMSN 표면의 전체 포어 부피 및 크기를 나타낸다.
도 3은 PHMSN 표면에 코팅하기 위한 생분해성 공중합체의 합성 과정을 나타낸다:
도 3a는 본 발명의 PEG-PDS-PDPAMA의 공중합체를 합성하는 과정 및 공중합체의 구조를 나타내고; 및
도 3b는 대조군으로 사용하기 위한 종래 기술의 PEG-PDS 공중합체의 합성 과정 및 공중합체의 구조를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 PEG-PDS-PDPAMA 공중합체의 구조를 확인하기 위한 NMR 분석 결과이다.
도 5는 본 발명에서 제조한 약물-담지의 PHMSN의 특징을 나타낸다:
도 5a는 중합체층을 코팅한 PMSN의 형태를 확인한 TEM 영상 분석 결과이고;
도 5b는 중합체층의 코팅 유무에 따른 나노입자의 직경 크기 변화를 나타내며;
도 5c는 중합체층의 코칭 유무에 따른 나노입자의 표면 전하 변화를 나타내고;
도 5d는 pH 환경 변화에 따라 본 발명의 이중약물 담지 전달체(PHMSN) 및 이전 공지된 약물 전달체(PEG-PDS HMSN; 가교 밀도 33 mol%)의 표면 전하 변화를 확인한 도이며; 및
도 5e는 본 발명의 Dox-CPT-PHMSN의 pH 환경 변화에 따른 직경 변화를 나타낸다.
도 6은 공중합체 게이트키퍼(gatekeeper) 층의 가교 결합을 위한 DTT 처리에 따른 PHMSN의 특징을 확인한 도이다:
도 6a은 DTT 처리 전후에 따른 나노입자 표면의 가교 결합 차이를 확인한 도이고;
도 6b는 공중합체 내 PDS에 대하여 20 mol%의 DTT를 처리한 경우에서 33 mol%의 가교 결합이 형성됨을 확인한 도이며;
도 6c는 공중합체 내 PDS에 대하여 50 mol%의 DTT를 처리한 경우에서 60 mol%의 가교 결합이 형성됨을 확인한 도이고;
도 6d는 pH 5.5 소듐 아세테이트(sodium acetate) 완충 용액에서 보관한 Dox-CPT-PHMSN의 시간의 흐름에 따른 직경 변화를 확인한 도이며;
도 6e는 pH 7.4 PBS에서 보관한 Dox-CPT-PHMSN의 시간의 흐름에 따른 직경 변화를 확인한 도이다.
도 7은 pH 변화 및 GSH(환원제) 처리에 따른 약물 방출 양상을 나타낸다:
도 7a는 본 발명의 Dox-CPT-PHMSN에서 pH 변화 및 GSH 처리에 따른 약물 방출 양상을 확인한 도이고;
도 7b는 PEG-PDS 공중합체로 코팅하고 60 mol% 가교 밀도로 가교 결합한 이중약물 담지 PHMSN에서 pH 변화 및 GSH 처리에 따른 약물 방출 양상을 확인한 도이며; 및
도 7c는 60 mol% 가교 밀도로 가교 결합한, 본 발명의 PEG-PDS-PHMSN(파란색) 및 PEG-PDS 공중합체로 코팅한 이중약물 담지 PHMSN(분홍색)가 pH 변화에 따라 표면 전하의 변화를 나타냄을 확인한 도이다.
도 8은 이중 약물 또는 단일 약물이 담지된 PHMSN에서 다양한 조건에 의한 약물 방출 양상 조절 여부의 확인을 나타낸다:
도 8a는 공중합체를 코팅하지 않은 Dox-CPT 담지의 HMSN의 약물 방출 양상을 나타내는 도이며;
도 8b는 5 mM GSH 여부에 따라 pH 7.5에서 Dox-PHMSN의 약물 방출 양상을 나타내는 도이고;
도 8c는 5 mM GSH 여부에 따라 pH 7.5에서 CPT-PHMSN의 약물 방출 양상을 나타내는 도이며;
도 8d는 5 mM GSH를 처리한 pH 6.5 배지에서 Dox-PHMSN 또는 CPT-PHMSN의 약물 방출 양상을 나타내는 도이고;
도 8e는 5 mM GSH를 처리하지 않은 pH 6.5 배지에서 Dox-PHMSN 또는 CPT-PHMSN의 약물 방출 양상을 나타내는 도이며; 및
도 8f는 GSH를 처리하지 않은 pH 6.5 배지에서 PEG-PDS 공중합체 코팅의 CPT-Dox-PHMSN의 약물 방출 양상을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 PHMSN의 세포 독성 효과를 나타낸다:
도 9a는 24 시간 동안 배양한 KB 세포에 대한 약물-비담지의 HMSN 및 Dox-CTP-PHMSN의 세포 사멸 효과를 확인한 도이며;
도 9b는 30 분 동안 pH 6.5 또는 pH 7.4 배지에서 Dox-PHMSN를 전처리한 후 신선한 배지로 교체한 환경에서 배양한 KB 세포의 세포 생존률을 나타내고; 및
도 9c는 30 분 동안 pH 6.5 또는 pH 7.4 배지에서 CPT-PHMSN를 전처리한 후 신선한 배지로 교체한 환경에서 배양한 KB 세포의 세포 생존률을 나타낸다.
도 10은 CPT-Dox-PHMSN의 세포 내 유입 효과를 나타낸다:
도 10a는 pH 6.5 PBS 완충 용액에서 1 시간 동안 Dox-CPT-PHMSN을 처리한 KB 세포를 형광 관찰한 도이고;
도 10b는 pH 7.4 PBS 완충 용액에서 1 시간 동안 Dox-CPT-PHMSN을 처리한 KB 세포를 형광 관찰한 도이며;
도 10c는 pH 7.4(청색), pH 6.5(적색) 및 일반적인 세포 배양 배지(녹색)에서 2 시간 동안 Dox-CPT-PHMSN을 처리한 KB 세포에 대한 FACS 분석 결과이고; 및
도 10d는 pH 7.4 또는 pH 6.5에서 30 시간 동안 Dox-CPT-PHMSN을 처리한 KB 세포에 대한 세포 생존률을 확인한 도이다.
도 11은 CPT-Dox-PHMSN의 세포 내 유입 기작의 확인을 나타낸다:
도 11a는 수크로즈로 전처리한 배지에서 Doc-PHMSN의 세포 내 유입 양상을 확인한 도이고;
도 11b는 amiloride로 전처리한 배지에서 Doc-PHMSN의 세포 내 유입 양상을 확인한 도이며;
도 11c는 MβCD(methyl-β-cyclodextrin)로 전처리한 배지에서 Doc-PHMSN의 세포 내 유입 양상을 확인한 도이고; 및
도 11d는 수크로즈(청색), amiloride(적색) 또는 MβCD(녹색)로 전처리한 배지에서 Doc-PHMSN의 세포 내 유입 양상을 확인한 FACS 결과이다.
도 12는 CPT-Dox-PHMSN의 세포질로의 방출 기작의 확인을 나타낸다:
도 12a는 pH 6.5 완충용액에서 1 시간 동안 Dox-PHMSN 또는 CPT-PHMSN을 처리하고 신선한 배지로 교환하여 배양한 KB 세포에서 엔도좀 및 약물을 형광 영상화 분석한 도이고; 및
도 12b는 pH 6.5 완충용액에서 1 시간 동안 Dox-PHMSN 또는 CPT-PHMSN을 처리하고 신선한 배지로 교환하여 배양한 KB 세포에서 리소좀 및 약물을 형광 영상화 분석한 도이다.
도 13은 CPT-Dox-PHMSN의 세포질로의 방출 기작의 확인을 나타낸다:
도 13a는 pH 6.5 완충용액에서 1 시간 동안 Dox-CPT-PHMSN을 처리하고 신선한 배지로 교환하여 4 시간 동안 배양한 KB 세포를 형광 영상화 분석한 도이고;
도 13b는 pH 6.5 완충용액에서 1 시간 동안 Dox-CPT-PHMSN을 처리하고 신선한 배지로 교환하여 6 시간 동안 배양한 KB 세포를 형광 영상화 분석한 도이다.
도 14는 Dox 내성의 위암 세포주에 대한 Dox-CPT-PHMSN의 시너지 세포 사멸 효과의 확인을 나타낸다:
도 14a는 Free-Dox, Dox-PHMSN 또는 Dox-CPT-PHMSN을 pH 6.5 용액에서 6 시간 동안 처리한 다음, 신선한 배지로 교환하여 48 시간 동안 배양한 세포의 세포 사멸 효과를 확인한 도이고;
도 14b는 Dox-PHMSN 또는 Dox-CPT-PHMSN을 pH 6.5 용액에서 2 시간 또는 6 시간 동안 처리한 다음, 신선한 배지로 교환하여 48 시간 동안 배양한 세포에서 유입된 약물의 양상을 확인한 도이다.
도 15는 Dox 내성의 위암 세포주에 대한 Dox-Ver-PHMSN의 시너지 세포 사멸 효과의 확인을 나타낸다:
도 15a는 Free-Dox 또는 Dox-Ver-PHMSN을 pH 6.5 용액에서 6 시간 동안 처리한 다음, 신선한 배지로 교환하여 48 시간 동안 배양한 세포의 세포 사멸 효과를 확인한 도이고; 및
도 15b는 Free-Dox 또는 Dox-Ver-PHMSN을 pH 6.5 용액에서 2 시간 동안 처리한 다음, 신선한 배지로 교환하여 2 시간 동안 배양한 세포에서 유입된 약물의 양상을 확인한 도이다.
도 16은 다재 내성 암세포주에서 본 발명의 약물 전달체 처리에 따른 세포 내 약물의 유입 양상을 나타낸다:
도 16a는 Dox-PHMSN 및 Free Dox를 처리한 세포에서 세포 내 약물의 유입 양상을 확인한 도이며; 및
도 16b는 Free-Ver를 30분 동안 전처리한 다음, Dox-PHMSN을 처리하고 배양한 암세포주에서 시간의 흐름에 따른 약물의 유입 양상을 확인한 도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing a process for preparing a dual-drug-supported PHMSN of the present invention:
FIG. 1A shows the swelling of the gatekeeper layer with PHMSN and pH control with dual drugs of verapamil hydrochloride (Ver) and doxorubicin (Dox);
Figure 1B shows the charge generation upon pH and structure of the PEG-PDS-PDAMA biodegradable copolymer coated on the surface of the PHMSN of the present invention; And
FIG. 1C shows the PHMSN of the present invention which is absorbed intracellularly in tumor cells to release the drug.
Figure 2 shows the characteristics of the prepared mesoporous silica nanoparticles (MSN)
2A shows the shape of the MSN determined by TEM image;
Figure 2b shows the result of confirming the shell thickness of the HMSN surface; And
Figure 2C shows the total pore volume and size of the HMSN surface.
Figure 3 shows the synthesis of a biodegradable copolymer for coating on a PHMSN surface:
3A shows the process of synthesizing the copolymer of PEG-PDS-PDPAMA of the present invention and the structure of the copolymer; And
Figure 3b shows the synthesis of the prior art PEG-PDS copolymer and the structure of the copolymer for use as a control.
Fig. 4 shows NMR analysis results for confirming the structure of the PEG-PDS-PDPAMA copolymer of the present invention.
Figure 5 shows the characteristics of the drug-supported PHMSN prepared in the present invention:
FIG. 5A is a TEM image analysis result showing the shape of a PMSN coated with a polymer layer; FIG.
Figure 5b shows the change in diameter size of the nanoparticles with or without coating of the polymer layer;
Figure 5c shows the surface charge change of the nanoparticles with or without coaching of the polymer layer;
FIG. 5D is a view showing changes in the surface charge of the dual drug-bearing carrier (PHMSN) of the present invention and the previously known drug delivery vehicle (PEG-PDS HMSN; crosslinking density 33 mol%) according to the change of the pH environment; And
FIG. 5E shows the change in diameter of Dox-CPT-PHMSN according to the pH environment change of the present invention.
Figure 6 shows the characterization of PHMSN following DTT treatment for cross-linking of a copolymer gatekeeper layer:
FIG. 6A is a view showing the difference in cross-linking of nanoparticle surfaces before and after the DTT treatment; FIG.
FIG. 6B is a graph showing that 33 mol% of crosslinking is formed when PDT in the copolymer is treated with 20 mol% of DTT;
FIG. 6C shows that 60 mol% of crosslinking is formed when PDT in the copolymer is treated with 50 mol% of DTT;
FIG. 6d is a view showing a change in diameter of Dox-CPT-PHMSN stored in a sodium acetate buffer solution at pH 5.5 over time; FIG.
FIG. 6E is a graph showing changes in diameter of Dox-CPT-PHMSN stored in pH 7.4 PBS according to time.
Figure 7 shows the drug release profile with pH change and GSH (reducing agent) treatment:
FIG. 7A is a graph showing the change of pH and the drug release pattern according to GSH treatment in the Dox-CPT-PHMSN of the present invention;
FIG. 7B is a view showing the pH change and the drug release pattern according to the GSH treatment in a dual drug-supported PHMSN coated with a PEG-PDS copolymer and crosslinked at a crosslinking density of 60 mol%; FIG. And
Figure 7c shows the change in surface charge as a function of pH of a dual drug-supported PHMSN (pink) coated with PEG-PDS-PHMSN (blue) and PEG-PDS copolymer of the present invention crosslinked at a crosslinking density of 60 mol% As shown in FIG.
Figure 8 shows the confirmation of whether the drug release pattern is modulated by various conditions in a dual drug or single drug loaded PHMSN:
8A is a diagram showing the drug release pattern of HMSN in the Dox-CPT carrier not coated with the copolymer;
8b is a diagram showing the drug release pattern of Dox-PHMSN at pH 7.5 depending on whether 5 mM GSH is present;
8c is a graph showing the drug release pattern of CPT-PHMSN at pH 7.5 depending on whether 5 mM GSH is present;
FIG. 8D is a graph showing drug release patterns of Dox-PHMSN or CPT-PHMSN at pH 6.5 medium treated with 5 mM GSH;
FIG. 8E is a diagram showing drug release patterns of Dox-PHMSN or CPT-PHMSN at pH 6.5 medium without 5 mM GSH; FIG. And
Figure 8f shows the drug release profile of CPT-Dox-PHMSN in PEG-PDS copolymer coating at pH 6.5 without GSH treatment.
Figure 9 shows the cytotoxic effect of the PHMSN of the present invention:
FIG. 9A is a graph showing the cytotoxic effect of drug-non-carrying HMSN and Dox-CTP-PHMSN on KB cells cultured for 24 hours; FIG.
Figure 9b shows the cell viability of KB cells cultured in a fresh medium after pretreatment of Dox-PHMSN in pH 6.5 or pH 7.4 medium for 30 minutes; And
Figure 9c shows the cell viability of KB cells cultured in fresh medium after pre-treatment with CPT-PHMSN in pH 6.5 or pH 7.4 medium for 30 minutes.
Figure 10 shows the intracellular influx of CPT-Dox-PHMSN:
10A is a fluorescence observation of KB cells treated with Dox-CPT-PHMSN for 1 hour in a pH 6.5 PBS buffer solution;
FIG. 10B is a fluorescence observation of KB cells treated with Dox-CPT-PHMSN for 1 hour in pH 7.4 PBS buffer solution;
Figure 10c shows the results of FACS analysis of KB cells treated with Dox-CPT-PHMSN for 2 hours at pH 7.4 (blue), pH 6.5 (red) and normal cell culture medium (green); And
FIG. 10d shows the cell viability of KB cells treated with Dox-CPT-PHMSN at pH 7.4 or pH 6.5 for 30 hours.
Figure 11 shows confirmation of the intracellular entry mechanism of CPT-Dox-PHMSN:
FIG. 11A is a view for confirming the intracellular influx of Doc-PHMSN in a medium pretreated with sucrose;
FIG. 11B is a view showing the intracellular influx of Doc-PHMSN in a medium pretreated with amiloride;
FIG. 11C is a graph showing the intracellular inflow pattern of Doc-PHMSN in the medium pretreated with M? CD (methyl-β-cyclodextrin); And
FIG. 11D is a FACS result showing the intracellular inflow pattern of Doc-PHMSN in a medium pretreated with sucrose (blue), amiloride (red), or MβCD (green).
Figure 12 shows confirmation of the release mechanism of CPT-Dox-PHMSN into the cytoplasm:
FIG. 12A is a fluorescence imaging analysis of endosomes and drugs in KB cells cultured by treatment with Dox-PHMSN or CPT-PHMSN for 1 hour in pH 6.5 buffer solution and exchanging with fresh medium; And
FIG. 12B is a fluorescence imaging analysis of lysosomes and drugs in KB cells cultured in DOC-PHMSN or CPT-PHMSN treated with pH 6.5 buffer solution for 1 hour and exchanged with fresh medium.
Figure 13 shows confirmation of the release mechanism of CPT-Dox-PHMSN into the cytoplasm:
FIG. 13A is a fluorescence imaging analysis of KB cells cultured for 4 hours in Dox-CPT-PHMSN treated with pH 6.5 buffer solution for 1 hour, exchanged with fresh medium;
FIG. 13B is a fluorescence imaging analysis of KB cells cultured for 6 hours in Dox-CPT-PHMSN treated with pH 6.5 buffer for 1 hour and exchanged with fresh medium.
Figure 14 shows confirmation of the synergistic cell killing effect of Dox-CPT-PHMSN on Dox resistant gastric cancer cell lines:
FIG. 14A is a graph showing the cell death effect of cells cultured for 48 hours in Free-Dox, Dox-PHMSN, or Dox-CPT-PHMSN treated with pH 6.5 solution for 6 hours and then replaced with fresh medium;
FIG. 14B shows the appearance of a drug introduced from a cell cultured for 48 hours after Dox-PHMSN or Dox-CPT-PHMSN was treated with pH 6.5 solution for 2 hours or 6 hours and then replaced with fresh medium.
Figure 15 shows confirmation of the synergistic cell killing effect of Dox-Ver-PHMSN on Dox resistant gastric cancer cell lines:
FIG. 15A is a graph showing the cell death effect of cells cultured for 48 hours after free-Dox or Dox-Ver-PHMSN was treated with pH 6.5 solution for 6 hours and then replaced with fresh medium; And
FIG. 15B is a view showing the appearance of a drug introduced from a cell cultured for 2 hours after free-Dox or Dox-Ver-PHMSN was treated in a pH 6.5 solution for 2 hours and then replaced with a fresh medium.
16 shows the influx of the intracellular drug into the multidrug resistant cancer cell line according to the drug delivery treatment of the present invention:
FIG. 16A is a view showing the influx of the intracellular drug into cells treated with Dox-PHMSN and Free Dox; FIG. And
FIG. 16B is a view showing the flow of the drug in the cancer cell line treated with Dox-PHMSN after the pretreatment of Free-Ver for 30 minutes.

이하, 본 발명의 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

상술한 바와 같이, 다재 내성 암에서의 치료 효과를 얻기 위해서 복합적인 항암 치료 방법이 요구되고 있어 이러한 복합적인 약물의 방출을 조절할 수 있는 약물 전달체의 개발이 요구되고 있으나, 캡슐화된 약물 전달체 내에서 2 가지 이상의 약물의 방출 양상을 제어하는 것이 아직 구체적으로 연구되지 않았기 때문에, 나노 약물 전달체를 사용하는 효과적이고 순차적 치료를 이루는 것은 여전히 제한점을 가진다.As described above, a complex anticancer treatment method is required for obtaining a therapeutic effect in a multi-resistant cancer. Therefore, it is required to develop a drug delivery system capable of controlling the release of such a complex drug. However, in the encapsulated drug delivery system, Achieving effective and sequential therapies using nanomaterial transporters remains a limitation, since control of the release profile of more than one drug has not yet been specifically studied.

본 발명의 약물 전달체 표면의 생분해성 공중합체는 주변 pH 조건에 따라 크기가 조절될 수 있으며, 초기 종양과 유사한 pH인 산성 환경에서 팽윤되어 약물의 방출을 조절할 수 있다. 특히, 이 때 약물 전달체 내부에 소수성 약물 및 친수성 약물을 함께 담지하는 경우, 친수성 약물이 먼저 방출되고 이후 소수성 약물이 방출될 수 있기 때문에 다재 내성의 암과 같이 복합적인 약물의 처치를 통한 치료가 필요한 질병에 대한 약물 전달체로서 유용하게 사용할 수 있다.The biodegradable copolymer of the drug delivery surface of the present invention can be scaled according to ambient pH conditions and can be swollen in an acidic environment at pH similar to the initial tumor to control drug release. In particular, when a hydrophobic drug and a hydrophilic drug are simultaneously carried in the drug carrier, a hydrophilic drug may be released first and then a hydrophobic drug may be released. And can be usefully used as a drug delivery vehicle for diseases.

따라서, 본 발명은 이중-약물을 담지한 메조포러스 실리카 나노입자메조포러스 실리카 나노입자(hollow Mesoporous Silica Nanoparticles, HMSN)의 표면에 가교 결합된 생분해성 공중합체가 산성 pH 범위에서 정전기적 상호작용에 의해 팽윤되는 게이트 키퍼(gate keeper) 층을 가지는 약물 전달체를 제공한다.Accordingly, the present invention provides a biodegradable copolymer crosslinked on the surface of a dual-drug supported mesoporous silica nanoparticles (hollow Mesoporous Silica Nanoparticles (HMSN)) by electrostatic interactions in the acid pH range A drug carrier having a swollen gate keeper layer is provided.

본 발명의 “약물 전달체”는 HMSN 내부에 약물 또는 생체기능 조절물을 포함하는 것이 바람직하다.The " drug delivery vehicle " of the present invention preferably comprises a drug or a biofunctional regulator within the HMSN.

상기 약물은 독소루비신(doxorubicin), 베라파밀(Verapamil), 시스플라틴(cisplatin), 플루오로우라실(fluorouracil), 옥살리플라틴(Oxaliplatin) 다우노루비신(Daunorubicin), 이리노테칸(irinotecan), 토포테칸(topotecan) 및 이의 약학적으로 허용가능한 염으로 이루어진 군에서 선택되는 친수성 약물; 파클리탁셀(paclitaxel), 캄토테신(camptothecin), 카보플라틴(carboplatin), 젬시타빈(Gemcitabine), 메소트렉세이트(Methotrexalte), 도세탁셀(Docetaxel) 및 이의 약학적으로 허용가능한 염으로 이루어진 군에서 선택되는 소수성 약물; 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 그 이상의 소분자 약물인 것이 바람직하고, 보다 구체적으로 독소루비신, 베라파밀 및 캄토테신으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘인 것이 보다 바람직하나, 이에 한정되지 않고, 다재 내성 암의 치료에서 복합적으로 사용하였을 때 시너지 효과가 있을 것으로 당업계에 알려져 있는 약물의 조합이라면 어떤 것이든 사용할 수 있다. The medicament may be selected from the group consisting of doxorubicin, verapamil, cisplatin, fluorouracil, oxaliplatin, daunorubicin, irinotecan, topotecan, Lt; / RTI > acceptable salt; A pharmaceutically acceptable salt thereof selected from the group consisting of paclitaxel, camptothecin, carboplatin, gemcitabine, methotrexalte, docetaxel and pharmaceutically acceptable salts thereof. drug; And mixtures thereof. More preferably, the drug is one or more selected from the group consisting of doxorubicin, verapamil and camptothecin, but is not limited thereto. Any combination of drugs known in the art to be synergistic when used in combination in the treatment of resistant cancers can be used.

보다 바람직하게는, 본 발명의 약물 전달체에 담지될 수 있는 약물을은 소수성 약물 및 친수성 약물로 이루어지는 조합일 수 있다. 본 발명의 약물 전달체 중 속이 빈 에조포러스 실리카 나노입자(HMSN)에 약물이 담지 또는 포획되는데, 이 중 친수성 약물은 높은 주입 용량을 가지는 HMSN 내부 공간에 주입될 수 있고, 이후 소수성 약물은 물리적 흡착에 의해서 HMSN의 표면에 주입될 수 있다.More preferably, the drug that can be carried on the drug delivery system of the present invention may be a combination of a silver hydrophobic drug and a hydrophilic drug. In the drug delivery system of the present invention, the drug is carried or captured in the hollow heterogeneous silica nanoparticles (HMSN), wherein the hydrophilic drug can be injected into the HMSN inner space having a high injection capacity, Lt; RTI ID = 0.0 > HMSN < / RTI >

또한, 본 발명의 “약물 전달체”의 생체기능 조절물질은 NA, RNA, 폴리펩티드, 비타민, 비타민 유도체, 아미노산 및 아미노산 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 그 이상인 것일 수 있다. 상기 생체기능 조절물질 또한, 소수성 물질 및 친수성 물질의 조합으로 담지 또는 포획될 수 있으며, 이 중 친수성 물질은 HMSN 내부에 담지되고 소수성 물질은 HMSN의 표면에 물리적 흡착으로 주입될 수 있다.The biological function-controlling substance of the " drug delivery vehicle " of the present invention may be any one or more selected from the group consisting of NA, RNA, polypeptides, vitamins, vitamin derivatives, amino acids and amino acid derivatives. The biofunction regulating material may also be carried or trapped by a combination of a hydrophobic substance and a hydrophilic substance. Among them, the hydrophilic substance may be supported in the HMSN and the hydrophobic substance may be physically adsorbed on the surface of the HMSN.

본 발명의 “약물 전달체”에 담지되는 상기 약물 또는 상기 생체기능 조절물질은 제조 과정에서 HMSN을 포함하는 용액에 단순하게 혼합하여 교반함으로서 HMSN에 효과적으로 담지될 수 있다. 따라서, 화학적 결합반응 또는 복잡한 정제 분리과정을 필요로 하지 않고 효과적으로 약물을 전달체에 담지할 수 있으므로 저렴한 비용으로 단순한 공정을 통해 약물 전달체를 제조할 수 있을 것이다.The drug or the biofunctional substance to be supported on the " drug delivery vehicle " of the present invention can be effectively supported on the HMSN by simple mixing and stirring in a solution containing HMSN in the course of production. Therefore, the drug can be effectively carried on the carrier without requiring a chemical coupling reaction or a complex purification separation process, so that a drug carrier can be manufactured through a simple process at a low cost.

본 발명의 “약물 전달체”는 표면에 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG), 피리딜 디설파이드(pyridyl disulfide, PDS) 및 2-(디이소프로필아미노)에틸메틸아크릴레이트(2-(Diisopropylamino)ethyl methacrylate, DPAMA)로 이루어진 생분해성 공중합체가 가교 결합으로 코팅되는 것이 바람직하다. 상기 가교 결합된 생분해성 공중합체가 산성 pH 범위에서 정전기적 상호작용에 의해 팽윤되는 게이트 키퍼(gate keeper) 층으로 약물을 보호 또는 방출할 수 있다.The term "drug delivery vehicle" of the present invention refers to a drug delivery system comprising polyethylene glycol (PEG), pyridyl disulfide (PDS) and 2- (diisopropylamino) ethyl methacrylate, DPAMA) is preferably coated by cross-linking. The crosslinked biodegradable copolymer can protect or release the drug into a gate keeper layer that is swelled by electrostatic interactions in the acid pH range.

상기 산성 pH 범위는 초기 종양 조직의 pH 환경인 것이 바람직하며, 구체적으로 pH 4.0 내지 7.0 범위인 것이 바람직하고, 더욱 구체적으로 pH 4.5 내지 6.5 범위인 것이 보다 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 상기 정전기적 상호작용은 중합체로 코팅된 약물-담지 HMSN(PHMSN)의 표면 전하가 0 이상의 양전하가 됨에 따라 나타날 수 있다.The acidic pH range is preferably pH environment of the initial tumor tissue. Specifically, the acidic pH range is preferably in the range of 4.0 to 7.0, more preferably in the range of 4.5 to 6.5, but is not limited thereto. The electrostatic interaction may occur as the surface charge of the polymer-coated drug-bearing HMSN (PHMSN) becomes zero or more positive.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 본 발명자들은 pH 변화 및 환원 유도에 의하여 약물의 방출을 조절할 수 있는 약물 전달체를 제조하기 위해(도 1), 먼저 메조포러스 실리카 나노입자(MSN)을 제조하였다(도 2). 또한, 양전하의 중합체를 제조하고자, PEG-PDS-PDAMA 공중합체를 제조하였다(도 3 및 도 4).In a preferred embodiment of the present invention, the present inventors prepared a mesoporous silica nanoparticle (MSN) first to prepare a drug delivery system capable of regulating drug release by changing the pH and inducing reduction (FIG. 1) 2). In addition, a PEG-PDS-PDAMA copolymer was prepared to produce a positive charge polymer (FIGS. 3 and 4).

또한, 본 발명자들은 제조한 HMSN 내부에 독소루비신(Dox) 및 캠토테신(CPT)을 담지하고, 상기 PEG-PDS-PDAMS 공중합체로 HMSN을 코팅하고(표 1 및 도 5a 내지 도 5c), 코팅한 공중합체 층은 DTT를 처리하여 가교 결합하여, Dox-CPT-PHMSN을 제조하였다(도 6a 내지 도 6c).In addition, the present inventors carried out a method of coating DMSO (Dox) and camptothecin (CPT) in the HMSN thus prepared and coating the HMSN with the PEG-PDS-PDAMS copolymer (Table 1 and FIGS. 5A to 5C) The copolymer layer was treated with DTT and crosslinked to prepare Dox-CPT-PHMSN (Figs. 6A to 6C).

또한, 본 발명자들은 이중 약물을 담지한 PHMSN에서 pH 변화에 따른 약물의 순차적 방출 효과 확인하기 위해, Dox-CPT-PHMSN을 다양한 pH 환경에서 분산하여 약물의 방출 양상을 확인한 결과, 본 발명의 Dox-CPT-PHMSN은 장기 보관에 대한 안정성을 가지고 있으며(도 6d 및 도 6e), pH가 감소하여 산성 환경이 됨에 따라 점차적으로 표면 전하가 양전하로 변하여 생성된 정전기적 상호작용으로 인해 직경이 증가하는 것을 확인하였다(도 5d, 도 5e 및 도 7c).In order to examine the sequential release effect of the drug according to the pH change in the PHMSN carrying the double drug, the present inventors dispersed Dox-CPT-PHMSN in various pH environments to examine the drug release pattern. As a result, CPT-PHMSN has stability against long-term storage (Fig. 6D and Fig. 6E) and increases in diameter due to electrostatic interactions created by gradually changing the surface charge to a positive charge as the pH decreases and becomes an acidic environment (Fig. 5D, Fig. 5E and Fig. 7C).

또한, 본 발명자들은 이러한 Dox-CPT-PHMSN의 특징이 나노 입자 표면에 가교 결합되어 코팅된 생분해성 공중합체에 의한 효과이기 때문에, 이황화 결합 환원제인 GSH를 처리하였을 때 약물의 방출이 유의적으로 증가하는 것을 확인하였다(도 7a, 도 7b 및 도 8).The inventors of the present invention found that when GSH as a disulfide bonded reducing agent is treated, the release of the drug is significantly increased because the characteristic of the Dox-CPT-PHMSN is the effect of the biodegradable copolymer coated on the surface of the nanoparticles by cross- (Figs. 7A, 7B and 8).

따라서, 본 발명의 약물 전달체는 표면에 코팅되어 가교 결합된 생분해성 공중합체의 특징에 의해 주변 pH 조건에 따라 크기를 조절할 수 있으며, 초기 종양과 유사한 pH인 산성 환경에서 팽윤되어 약물의 방출을 조절할 수 있고, 환원제를 통해 공중합체 간 가교 결합의 이황화 결합을 분해하였을 때 보다 약물의 방출이 증가하도록 조절할 수 있으므로, 본 발명의 약물 전달체는 pH 조절을 통한 약물의 방출을 제어할 수 있는 환경으로 약물을 전달하기 위한 나노입자로서 유용하게 사용할 수 있다.Therefore, the drug delivery system of the present invention can be adjusted in size depending on the surrounding pH conditions due to the characteristics of the cross-linked biodegradable copolymer coated on the surface and swelled in an acidic environment at a pH similar to that of the initial tumor to control the release of the drug The drug delivery system of the present invention is an environment that can control the release of a drug through pH control and can be controlled by controlling the amount of drug The nanoparticles can be used as nanoparticles.

또한, 본 발명은 하기 i) 내지 v)의 단계를 포함하는, 상기 약물 전달체의 제조 방법을 제공한다:The present invention also provides a process for preparing the drug delivery vehicle comprising the steps of i) to v):

i) 메조포러스 실리카 나노입자메조포러스 실리카 나노입자(Mesoporous Silica Nanoparticles, MSN)를 제조하는 단계;i) preparing mesoporous silica nanoparticles (MSN);

ii) 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG), 피리딜 디설파이드(pyridyl disulfide, PDS) 및 2-(디이소프로필아미노)에틸메틸아크릴레이트(2-(Diisopropylamino)ethyl methacrylate, DPAMA)로 이루어진 생분해성 공중합체를 제조하는 단계;ii) a biodegradable copolymer consisting of polyethylene glycol (PEG), pyridyl disulfide (PDS) and 2- (diisopropylamino) ethyl methacrylate (DPAMA) ;

iii) 상기 단계 i)에서 제조한 HMSN 및 상기 단계 ii)에서 제조한 생분해성 공중합체를 혼합하여, HMSN 표면에 생분해성 공중합체를 코팅하는 단계;iii) coating the biodegradable copolymer on the surface of HMSN by mixing the HMSN prepared in step i) and the biodegradable copolymer prepared in step ii);

iv) 상기 단계 iii)에서 코팅한 HMSN에 디티오트레이톨(dithiothreitol, DTT)를 처리하여, 생분해성 공중합체가 가교 결합한 공중합체-HMSN(PHMSN)을 형성하는 단계; 및iv) treating the coated HMSN in step iii) with dithiothreitol (DTT) to form a cross-linked copolymer-HMSN (PHMSN) of the biodegradable copolymer; And

v) 상기 단계 iv)에서 형성한 PHMSN을 수득하는 단계.v) obtaining the PHMSN formed in step iv) above.

본 발명의 제조방법의 단계에 있어서, 상기 단계 i)에서 제조된 MSN의 표면 전하는 음전하를 나타내는 것이 바람직하고, 상기 단계 ii)에서 제조된 생분해성 공중합체는 양전하를 나타내는 것이 바람직하므로, 상기 단계 iii)에서 이들을 혼합하여 HMSN 표면에 생분해성 공중합체를 코팅하는 것은 정전기적 상호작용으로 인해 음전하의 나노입자 표면에 양전하의 공중합체가 코팅될 수 있다.In the step of the production method of the present invention, the surface charge of MSN produced in step i) preferably represents negative charge, and the biodegradable copolymer produced in step ii) preferably exhibits a positive charge, ) And coating the biodegradable copolymer on the surface of HMSN can be coated with a positive charge copolymer on the surface of the negatively charged nanoparticles due to the electrostatic interaction.

본 발명의 제조 방법에 있어서, 상기 단계 iii)의 혼합은 HMSN 및 생분해성 공중합체를 1:1 내지 1:4의 중량 비율로 혼합하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 보다 바람직하게는, 음전하인 HMSN 표면에 양전하인 공중합체가 코팅된 후의 표면 전하가 0 이하의 음전하가 될 수 있는 범위에서 공중합체를 첨가하는 것이 바람직하다.In the production method of the present invention, the mixing of the step iii) is preferably, but not limited to, mixing the HMSN and the biodegradable copolymer in a weight ratio of 1: 1 to 1: 4. More preferably, the copolymer is added in such a range that the surface charge after coating of the positive charge copolymer on the surface of the negatively charged HMSN can be a negative charge of zero or less.

본 발명의 제조 방법에 있어서, 상기 단계 iv)의 DTT는 생분해성 공중합체 내의 PDS에 대하여 20 내지 50 mol%의 몰비율로 처리하는 것이 바람직하며, 이 때 DTT에 의해서 공중합체가 가교 결합될 수 있고, 가교 결합은 30 내지 60 mol%의 가교 밀도로 가교 결합될 수 있다. 상기 가교 밀도는 DTT의 처리 농도에 비례하여 증가할 수 있으므로, 약물 전달체 내부에 담지하는 약물 및/또는 약물 전달체를 사용하고자 하는 표적 기관의 pH 환경에 따라 당업자가 적절하게 선택하여 조절할 수 있다.In the production process of the present invention, the DTT of step iv) is preferably treated in a molar ratio of 20 to 50 mol% with respect to PDS in the biodegradable copolymer, wherein the copolymer is crosslinked by DTT , And the crosslinking can be crosslinked with a crosslinking density of 30 to 60 mol%. Since the cross-linking density may increase in proportion to the treatment concentration of DTT, a drug and / or a drug delivery vehicle carried in the drug delivery vehicle can be appropriately selected and adjusted according to the pH environment of the target organ to be used.

본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 약물 전달체는 표면에 코팅되어 가교 결합된 생분해성 공중합체의 특징에 의해 주변 pH 조건에 따라 크기를 조절할 수 있으며, 초기 종양과 유사한 pH인 산성 환경에서 팽윤되어 약물의 방출을 조절할 수 있고, 환원제를 통해 공중합체 간 가교 결합의 이황화 결합을 분해하였을 때보다 약물의 방출이 증가하도록 조절할 수 있으므로, 본 발명의 제조 방법은 pH 조절을 통한 약물의 방출을 제어할 수 있는 환경으로 약물을 전달하기 위한 약물 전달체를 제조하기 위한 방법으로서 유용하게 사용할 수 있다.The drug carrier prepared according to the preparation method of the present invention can be sized according to the surrounding pH condition due to the characteristics of the cross-linked biodegradable copolymer coated on the surface and is swollen in an acidic environment similar to the initial tumor, And the release of the drug can be controlled to be increased as compared with the case where the disulfide bond of the crosslinking between the copolymers is reduced through the reducing agent. Therefore, the production method of the present invention can control the release of the drug through pH control And can be usefully used as a method for producing a drug delivery vehicle for delivering a drug to an environment in which the drug is delivered.

또한, 본 발명은 상기 약물 전달체를 유효성분으로 포함하는, 암 예방 및 치료용 약학적 조성물을 제공한다.The present invention also provides a pharmaceutical composition for preventing and treating cancer, which comprises the above drug delivery vehicle as an active ingredient.

본 발명의 "약학적 조성물"에 있어서, 상기 암은 항암제에 대한 내성을 가지는 다재 내성의 위암, 유방암, 폐암, 간암, 식도암 및 전립선암으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하며, 구체적으로 위암 또는 유방암인 것이 보다 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.In the "pharmaceutical composition" of the present invention, it is preferable that the cancer is any one or more selected from the group consisting of multiple cancer resistant gastric cancer, breast cancer, lung cancer, liver cancer, esophageal cancer and prostate cancer. Gastric cancer or breast cancer, but is not limited thereto.

상기 항암제는 독소루비신, 시스플라틴(cisplatin), 베라파밀(Verapamil), 플루오로우라실(fluorouracil), 옥살리플라틴(Oxaliplatin), 다우노루비신(Daunorubicin), 이리노테칸(irinotecan), 토포테칸(topotecan), 파클리탁셀(paclitaxel), 캄토테신(camptothecin), 카보플라틴(carboplatin), 젬시타빈(Gemcitabine), 메소트렉세이트(Methotrexalte) 및 도세탁셀(Docetaxel)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The anticancer agent may be selected from the group consisting of doxorubicin, cisplatin, verapamil, fluorouracil, oxaliplatin, daunorubicin, irinotecan, topotecan, paclitaxel, But is not limited to, any one selected from the group consisting of camptothecin, carboplatin, gemcitabine, methotrexalte, and docetaxel.

본 발명의 또다른 구체적인 실시예에서, 본 발명자들은 배지 pH 환경에 따른 Dox-CPT-PHMSN의 세포 내 흡수 정도를 비교한 결과, pH가 낮을 수도록 세포 유입 수준이 증가하는 것을 확인하였으며(도 9a 및 도 9b), 세포질에 Dox가 먼저 방출되고 이후 CPT가 방출되어, 순차적으로 약물이 방출되므로 암세포가 사멸될 수 있을 것으로 확인하였다(도 9). 또한, 본 발명의 Dox-CPT-PHMSN, Dox-PHMSN 및 CPT-PHMSN은 처리 농도에 의존적으로 세포 사멸 효과를 나타내는 것을 확인하였으며, 초기 30분 동안 이들 약물 전달체를 처리한 이후 신선한 배지를 교환하여도, 유의적인 암세포 사멸 효과를 나타낼 수 있음을 확인하였다(도 10).In another specific example of the present invention, the inventors of the present invention compared the degree of intracellular uptake of Dox-CPT-PHMSN according to the pH environment of the culture medium, And FIG. 9b), it was confirmed that cancer cells could be killed because the Dox was first released to the cytoplasm and then the CPT was released and the drug was sequentially released (FIG. 9). In addition, it was confirmed that Dox-CPT-PHMSN, Dox-PHMSN and CPT-PHMSN of the present invention showed apoptotic effects depending on the treatment concentration, and after the drug carriers were treated for the first 30 minutes, , Indicating a significant cancer killing effect (FIG. 10).

또한, 본 발명자들은 본 발명의 약물 전달체는 클라트린-의존적인 내포작용 및 대음세포작용을 통해 세포 내로 유입될 수 있음을 확인하였고(도 11), 세포 내에 엔도좀 및 리소좀의 형태로 유입되어, pH 변화에 의해 세포질 내로 방출될 수 있음을 확인하였다(도 12 및 도 13).In addition, the inventors of the present invention confirmed that the drug delivery system of the present invention can be introduced into cells through clathrin-dependent inclusion and ovarian cell action (FIG. 11), and they are introduced into cells in the form of endosomes and lysosomes, and could be released into the cytoplasm by pH change (FIGS. 12 and 13).

또한, 본 발명자들은 약물 내성의 암세포에서 Dox-CPT-PHMSN에 의해 세포 내로 전달된 Dox 및 CPT 약물의 시너지 효과를 확인한 결과, Dox-CPT-PHMSN을 처리한 경우에서 농도 의존적으로 세포 생존률이 감소하여 유의적인 독성 효과를 나타내는 것을 확인하였으며(도 14a 내지 도 14c), 이는 세포 내 유입 초기에 Dox가 세포질로 방출되고 이후 순차적으로 CPT가 방출됨에 따라 이들의 시너지 효과로 세포 사멸 효과가 증가할 수 있음을 확인하였다(도 14d).The present inventors also confirmed the synergistic effect of Dox and CPT drugs delivered into cells by Dox-CPT-PHMSN in drug-resistant cancer cells. As a result, in the case of Dox-CPT-PHMSN treatment, the cell survival rate was decreased in a concentration- (Fig. 14a to Fig. 14c). This shows that the Dox is released into the cytoplasm at the initial stage of intracellular inflow, and then the CPT is released sequentially, so that the synergistic effect of the cytotoxic effect may increase the cytotoxic effect (Fig. 14D).

아울러, 본 발명자들은 다재 약물에 대한 내성을 나타내는 암세포주에서, p-glycoprotein의 활성을 억제할 수 있는 칼슘 통로 길항제(calcium channel antagonist)인 Verapamil hydrochloride(Ver)를 본 발명의 PHMSN에 담지하여 세포에 투여하였을 때, 유의적인 항암 효과를 나타낼 수 있는지 여부를 확인한 결과, Ver-Dox-PHMSN은 Dox 내성의 유방암 세포에 잘 흡수될 수 있고, 시간의 흐름에 따라 점차 세포질 내의 Dox 농도가 증가하여 유의적인 암세포 사멸 효과를 나타냄을 확인하였다(도 15 및 도 16).In addition, the inventors of the present invention carried out, in a cancer cell line showing resistance to a versatile drug, the Verapamil hydrochloride (Ver), which is a calcium channel antagonist capable of inhibiting the activity of p-glycoprotein, Ver-Dox-PHMSN can be absorbed well in Dox-resistant breast cancer cells, and the concentration of Dox in the cytoplasm gradually increases with time, It was confirmed that the cancer cell killing effect was exhibited (FIGS. 15 and 16).

따라서, 본 발명의 약물 전달체는 소수성 약물 및 친수성 약물을 함께 담지하였을 때, 산성 pH를 나타내는 종양 세포에 효과적으로 흡수되어 순차적으로 약물을 방출할 수 있다. 또한, 이중-약물의 순차적인 방출을 통해 항암제에 대하여 내성을 가지는 암세포에서도 시너지 효과가 나타나, 약물 내성을 극복하면서 암 세포에 대한 사멸 효과가 유의적으로 증가할 수 있어, 본 발명의 복합적으로 약물을 담지한 약물 전달체는 항암제에 대하여 내성을 가지는 다재 내성 암의 치료 및 예방을 위한 약학적 조성물의 유효 성분으로 유용하게 사용할 수 있다.Therefore, when the drug carrier of the present invention is loaded with a hydrophobic drug and a hydrophilic drug, the drug carrier can be effectively absorbed into the tumor cells showing an acidic pH, thereby releasing the drug sequentially. In addition, synergistic effects are exhibited in cancer cells having resistance to anticancer drugs through sequential release of double-drugs, and the killing effect on cancer cells can be significantly increased while overcoming the drug resistance, Can be effectively used as an active ingredient of a pharmaceutical composition for the treatment and prevention of a multi-resistant cancer having resistance to an anticancer drug.

본 발명의 이중-약물을 담지한 약물 전달체는 임상투여시 비경구로 투여가 가능하며 일반적인 의약품 제제의 형태로 사용될 수 있다. 비경구 투여는 직장, 정맥, 복막, 근육, 동맥, 경피, 비강(Nasal), 흡입, 안구 및 피하와 같은 경구 이외의 투여경로를 통한 투여를 의미할 수 있다. 본 발명의 이중-약물을 담지한 약물 전달체를 의약품으로 사용하는 경우, 추가로 동일 또는 유사한 기능을 나타내는 유효성분을 1종 이상 함유할 수 있다.The double-drug-carrying drug delivery system of the present invention can be administered parenterally at the time of clinical administration and can be used in the form of a general pharmaceutical preparation. Parenteral administration may refer to administration via routes other than oral, such as rectal, intravenous, peritoneal, muscular, arterial, percutaneous, nasal, inhalation, ocular and subcutaneous. When the drug delivery vehicle carrying the double-drug of the present invention is used as a medicine, it may further contain one or more active ingredients exhibiting the same or similar functions.

즉, 본 발명의 이중-약물을 담지한 약물 전달체는 실제로 비경구의 여러 가지 제형으로 투여될 수 있는데, 제제화할 경우에는 보통 사용하는 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제된다. 비경구투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결건조제제, 좌제가 포함된다. 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, 리우린지, 글리세로제라틴 등이 사용될 수 있다. That is, the drug delivery system carrying the double-drug of the present invention can be administered in various forms of parenteral administration. In the case of formulation, a diluent such as a filler, an extender, a binder, a wetting agent, a disintegrant, Is prepared using an excipient. Formulations for parenteral administration include sterilized 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. Witepsol, macrogol, Tween 61, cacao bean, Liu lingzhi, glycerogelatin and the like can be used as the base of the suppository.

또한, 본 발명의 이중-약물을 담지한 약물 전달체는 생리식염수 또는 유기용매와 같이 약제로 허용된 여러 전달체(Carrier)와 혼합하여 사용될 수 있고, 안정성이나 흡수성을 증가시키기 위하여 글루코스, 수크로스 또는 덱스트란과 같은 탄수화물, 아스코르브산(Ascorbic acid) 또는 글루타치온(Glutathione)과 같은 항산화제(Antioxidants), 킬레이트화제(Chelating agents), 저분자 단백질 또는 다른 안정화제(Stabilizers)들이 약제로 사용될 수 있다.In addition, the drug delivery system carrying the double-drug of the present invention can be used in combination with various carriers permitted as medicines such as physiological saline or an organic solvent, and can be used in combination with glucose, sucrose or dex- Antioxidants such as carbohydrates such as tran, ascorbic acid or glutathione, chelating agents, low molecular proteins or other stabilizers can be used as pharmaceuticals.

본 발명의 이중-약물을 담지한 약물 전달체의 유효용량은 0.01 내지 100 ㎎/㎏이고, 바람직하게는 0.1 내지 10 ㎎/㎏ 이며, 하루 1회 내지 3회 투여될 수 있다.The effective dose of the drug delivery system carrying the double-drug of the present invention is 0.01 to 100 mg / kg, preferably 0.1 to 10 mg / kg, and can be administered once to three times a day.

본 발명의 약학적 조성물에서 본 발명의 이중-약물을 담지한 약물 전달체의 총 유효량은 볼루스(Bolus) 형태 혹은 상대적으로 짧은 기간 동안 주입(Infusion) 등에 의해 단일 투여량(Single does)으로 환자에게 투여될 수 있으며, 다중 투여량(Multiple does)이 장기간 투여되는 분할 치료 방법(Fractionated treatment protocol)에 의해 투여될 수 있다. 상기 농도는 약의 투여 경로 및 치료 횟수뿐만 아니라 환자의 나이 및 건강상태 등 다양한 요인들을 고려하여 환자의 유효 투여량이 결정되는 것이므로 이러한 점을 고려할 때, 이 분야의 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 이중-약물을 담지한 약물 전달체의 약학적 조성물로서의 특정한 용도에 따른 적절한 유효 투여량을 결정할 수 있을 것이다.In a pharmaceutical composition of the present invention, the total effective amount of the drug delivery vehicle carrying the double-drug of the present invention is increased by a single dose (bolus) or a single dose, for example, by infusion for a relatively short period of time And may be administered by a fractionated treatment protocol in which multiple doses are administered over a prolonged period of time. Since the concentration of the effective dose of the patient is determined in consideration of various factors such as the route of administration and the number of treatments as well as the age and health condition of the patient, in view of this point, Lt; / RTI > as a pharmaceutical composition of a < RTI ID = 0.0 > double-drug-carrying < / RTI > drug delivery system.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these examples are for illustrative purposes only and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these examples.

메조포러스Mesoporous 실리카 나노입자( Silica nanoparticles ( MesoporousMesoporous Silica  Silica NanoparticlesNanoparticles , MSN)의 제조, MSN)

<1-1> 속이 빈 MSN(hollow <1-1> Hollow MSN (hollow MesoporousMesoporous Silica  Silica Nanoparticles,HMSNNanoparticles, HMSN )의 제조)

본 발명에서 약물을 담지하는 약물전달체로 사용하기 위해, HMSN을 제작하였다. HMSN은 이전 공지된 바를 따라 제조하였다(비특허문헌 1, 특허문헌 1).In the present invention, HMSN was prepared for use as a drug delivery system carrying a drug. HMSN was prepared according to the previously known method (Non-Patent Document 1, Patent Document 1).

구체적으로, 2 M NaOH 수용액 3.5 ㎖을 정제수 480 ㎖와 혼합한 다음, CTAB (hexadecyltrimethyl-ammonium bromide)를 첨가하여 교반하면서 80 ℃로 가열하였다. CTAB가 완전히 용해되면, TEOS(Tetraethyl orthosilicate) 4.67 g을 천천히 가하면서 2 시간 동안 80 ℃에서 교반하였다. 교반 후, 생성된 침전물을 여과하고 정제수도 3 회 세척한 다음 60 ℃에서 밤새 건조하였다. 건조한 시료를 수득하고 550 ℃에서 5시간 동안 공기 중에서 하소(calcine)시켜 HMSN을 수득하였다.Concretely, 3.5 ml of 2 M NaOH aqueous solution was mixed with 480 ml of purified water, and then hexadecyltrimethyl-ammonium bromide (CTAB) was added and heated to 80 캜 with stirring. When the CTAB was completely dissolved, 4.67 g of TEOS (tetraethyl orthosilicate) was stirred at 80 DEG C for 2 hours while being slowly added. After stirring, the resulting precipitate was filtered, washed with purified water three times, and then dried at 60 DEG C overnight. A dry sample was obtained and calcined at 550 &lt; 0 &gt; C for 5 hours in air to give HMSN.

수득한 HMSN의 구조적 특징을 분석하기 위해, 200 ㎸의 가속 전압에서 투과전자현미경(TEM)(JEOL-2100, JEOL)을 이용하여 분석하고, 기공의 입자 크기별 분포도확인하였다. 또한, 질소 흡착 분석기(BEL BELSORP-Max system)를 이용하여 -196℃에서 측정한 질소 흡수-방출 등전점 측정(Nitrogen adsorption-desorption isotherm measurements)을 수행하여, HMSN의 전체 포어 부피 및 크기를 확인하였다.In order to analyze the structural characteristics of the obtained HMSN, analysis was performed using a transmission electron microscope (TEM) (JEOL-2100, JEOL) at an acceleration voltage of 200 kV to confirm the distribution of pore sizes. Nitrogen adsorption-desorption isotherm measurements were carried out at -196 ° C using a BELZORP-Max system to determine the total pore volume and size of HMSN.

그 결과, 도 2에서 나타난 바와 같이 제조한 MSN은 속이 빈 형태이고 잘 짜여진 메조포러스 쉘의 형태인, HMSN임을 확인하였다(도 2a). 이 HMSN의 쉘 두께는 15 ㎚이며 평균 직경이 100 ㎚임을 확인하였다(도 2a 및 도 2b). 또한, 브루나우어-에메트-텔러(Bruaner-Emmette-Teller, BET) 표면적을 분석하여, HMSN은 1.56 cm3/g의 전체 포어 부피 및 2.4 nm의 포어 크기를 가짐을 확인하였다(도 2c).As a result, it was confirmed that the MSN prepared as shown in Fig. 2 was HMSN in the form of a hollow and well knit mesoporous shell (Fig. 2A). It was confirmed that the shell thickness of the HMSN was 15 nm and the average diameter was 100 nm (Figs. 2A and 2B). The Bruaner-Emmett-Teller (BET) surface area was also analyzed to confirm that the HMSN had a total pore volume of 1.56 cm 3 / g and a pore size of 2.4 nm (Figure 2c) .

<1-2> 양전하의 중합체의 제조&Lt; 1-2 > Preparation of positive charge polymer

본 발명에서 중합체와 결합된 HMSN(polymer HMSN, PHMSN)의 형태를 제조하기 위해서, HMSN 표면에 중합체의 게이트키퍼(gatekeeper)를 구축하도록 하고자 하였다. HMSN의 표면은 음전하를 가지고 있으므로, 이와 정전기적 상호작용을 통해 비-공유결합(non-covalent)으로 가교 결합(cross-linked)될 수 있는 양전하의 공중합체(copolymer)를 제조하였다(도 3).In order to make a form of polymer HMSN (PHMSN) bound to the polymer in the present invention, it was desired to construct a gatekeeper of polymer on the surface of HMSN. Since the surface of HMSN has a negative charge, a positive charge copolymer that can be cross-linked non-covalently through electrostatic interactions was prepared (Figure 3) .

본 발명에서 제조한 공중합체는 PEG-PDS-DPAMA 및 PEG-PDS의 두 가지 공중합체이다. 먼저, PEG-PDS-DPAMA를 제조하였다. 2-cyano-2-propyl benzodithioate(RAFT reagent, 4.72 L, 0.025 mmol), poly(ethylene glycol)methacrylate(1.02 g, 2.15 mmol), PDSEMA(549 mg, 2.15 mmol), 2-(Diisopropylamino)ethyl methacrylate(849.5 mg , 4.26 mmol) 및 AIBN(7 mg, 0.043 mmol)을 L(-)-5,6,7,8-tetrahydrofolic acid(THF) 용액에 용해하고, 아르곤 가스를 가하여 탈가스하였다. 반응 용기(reaction vessel)를 봉인한 후, 70 ℃로 예열한 오일 욕조(oil bath)에서 12 시간 동안 가열 반응하였다. 반응되지 않은 단량체(monomer)를 제거하고 중합체를 정제하기 위해서, 반응 혼합물을 디에틸 에테르에서 석출하여 랜덤 공중합체를 수득하였다. 수득된 PEG-PDS-DPAMA 공중합체를 1H NMR 분석하여, 구조를 확인하였다(도 4): 1H NMR (600 MHz, cdcl3): δ 8.46, 7.68, 7.11, 4.21,4.07, 3.82, 3.55-3.52, 3.37, 2.97, 2.61, 1.85-1.86, 1.81. GPC (PMMA standard): Mn 78 kDa, Mw 132 kDa 및 PDI 1.69.The copolymers prepared in the present invention are two copolymers of PEG-PDS-DPAMA and PEG-PDS. First, PEG-PDS-DPAMA was prepared. 2-cyano-2-propyl benzodithioate (RAFT reagent, 4.72 L, 0.025 mmol), poly (ethylene glycol) methacrylate (1.02 g, 2.15 mmol), PDSEMA (549 mg, 2.15 mmol) 849.5 mg, 4.26 mmol) and AIBN (7 mg, 0.043 mmol) were dissolved in L (-) - 5,6,7,8-tetrahydrofolic acid (THF) solution and degassed with argon gas. The reaction vessel was sealed and then heated in an oil bath preheated to 70 ° C. for 12 hours. To remove the unreacted monomer and purify the polymer, the reaction mixture was precipitated from diethyl ether to give a random copolymer. The structure of the obtained PEG-PDS-DPAMA copolymer was confirmed by 1 H NMR analysis (FIG. 4): 1 H NMR (600 MHz, CDCl 3 ): δ 8.46, 7.68, 7.11, 4.21, -3.52, 3.37, 2.97, 2.61, 1.85-1.86, 1.81. GPC (PMMA standard): Mn 78 kDa, Mw 132 kDa and PDI 1.69.

다음으로, PEG-PDS 공중합체를 제조하였다. 2-Cyano-2-propyl benzodithioate (RAFT reagent, 9.44 ㎕, 0.05 mmol), PDSEMA (1 g, 3.92 mmol), poly(ethylene glycol) methacrylate (931 mg, 0.98 mmol) 및 AIBN (2.4 mg, 0.0146 mmol)를 혼합한 다음, 위와 동일한 방법을 수행하여 랜덤 공중합체를 수득하였다. 수득한 PEG-PDS 공중합체를 1H NMR 분석하여, 구조를 확인하였다: 1H NMR (600 MHz, cdcl3): δ 8.46, 7.68, 7.11, 4.50-4.01, 3.72-3.58, 3.38, 3.03, 2.15-1.71, 1.13-0.79. GPC (PMMA standard): Mn 9.8 kD, Mw 14.4 kD 및 PDI 1.47.Next, a PEG-PDS copolymer was prepared. (1 g, 3.92 mmol), poly (ethylene glycol) methacrylate (931 mg, 0.98 mmol) and AIBN (2.4 mg, 0.0146 mmol) were added to a solution of 2-cyano-2-propyl benzodithioate (RAFT reagent, And then a random copolymer was obtained in the same manner as above. 1 H NMR analysis of the obtained PEG-PDS copolymer confirmed the structure: 1 H NMR (600 MHz, CDCl 3 ):? 8.46, 7.68, 7.11, 4.50-4.01, 3.72-3.58, 3.38, 3.03, 2.15 -1.71, 1.13-0.79. GPC (PMMA standard): Mn 9.8 kD, Mw 14.4 kD and PDI 1.47.

약물을 Drug 담지한Bearing (loaded) (loaded) PHMSN의PHMSN 제조 Produce

<2-1> 이중 약물을 &Lt; 2-1 > 담지한Bearing PHMSN의PHMSN 제조 Produce

본 발명에서는 항암제에 대하여 내성을 가지는 암세포를 사멸하는 것을 목적으로 하여 이에 효과적인 약물을 이중으로 담지할 수 있는 PHMSN을 제조하였다.In the present invention, a PHMSN capable of carrying a double-acting drug effective for the purpose of killing cancer cells resistant to an anticancer agent was prepared.

구체적으로, 상기 실시예 <1-1>에서 제조한 HMSN 5 ㎎을 정제수 1 ㎖에 첨가하고 초음파분쇄하여, 균일한 콜로이달 용액(colloidal solution)이 될 때까지 입자를 분산시켰다. 그런 다음, 2.5 ㎎, 5.0 ㎎ 또는 7.5 ㎎의 camptothecin(CPT)을 용해한 DMSO를 상기 콜로이달 용액에 용해하고 상온에서 24 시간 동안 교반하였다. 그런 다음, 교반한 현탁액을 원심분리하여 CPT를 담지한 나노입자를 수득하고 상등액에 남은 잔여 약물의 농도를 확인하였다. 나노입자에서 DMSO를 제거하기 위해, CPT를 담지한 나노입자를 진공 건조한 다음, 정제수로 3회 세척하고 동결건조로 보관하였다. CPT가 담지된 나노입자의 분자량은 상층액 및 세척액을 이용하여 계산하였다. 담지된 CPT의 양을 계산하기 위해서 λmax = 365 ㎚ 및 42,282 M-1㎝-1의 분자 흡수 계수(molar absorption coefficient)로 설정된 UV-Vis 분광광도계를 사용하여 스펙트럼 분석하였다. 그런 다음, 나노입자는 다시 1 ㎖ 정제수에 현탁하고, 2.5 ㎎, 5.0 ㎎ 또는 7.5 ㎎의 독소루비신(doxorubicin, Dox)을 현탁한 반응 용액에 가하여 상온에서 24 시간동안 교반하였다. Specifically, 5 mg of the HMSN prepared in Example <1-1> was added to 1 ml of purified water and ultrasonically pulverized to disperse the particles until a uniform colloidal solution was obtained. DMSO in which 2.5 mg, 5.0 mg or 7.5 mg of camptothecin (CPT) was dissolved was dissolved in the colloidal solution and stirred at room temperature for 24 hours. The stirred suspension was then centrifuged to obtain CPT-loaded nanoparticles and the concentration of the remaining drug remaining in the supernatant was determined. To remove DMSO from the nanoparticles, the CPT-loaded nanoparticles were vacuum dried, washed three times with purified water, and stored freeze-dried. The molecular weight of the CPT-loaded nanoparticles was calculated using the supernatant and wash solution. To calculate the amount of supported CPT, spectrum analysis was performed using a UV-Vis spectrophotometer set at a molecular absorption coefficient of? Max = 365 nm and 42,282 M-1 cm-1. Then, the nanoparticles were suspended in 1 ml of purified water and added to the reaction solution suspended in 2.5 mg, 5.0 mg or 7.5 mg of doxorubicin (Dox), and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours.

그런 다음, 수득한 이중 약물을 담지한 HMSN에 중합체 게이트키퍼를 코팅하기 위해, 상기 실시예 <1-2>에서 제조한 PEG-PDS-DPA 공중합체 10 ㎎를 가하여 밤새 추가 교반하였다. 표면을 감싼 공중합체를 가교 결합하기 위해, 상기 교반한 반응액에 dithiothreitol(DTT)를 첨가하고 상온에서 3 시간 동안 교반하였다. 상기 DTT는 공중합체를 구성하고 있는 PDS 기에 대하여 20 mol% 또는 50 mol%의 몰비율로 첨가하였다. 이중 약물을 담지한 PHMSN은 원심분리로 수집한 다음 pH 7.4의 인산염 완충용액 및 증류수로 세척하여, 최종적으로 CPT 및 Dox를 담지한 PHMSN(Dox-CPT-PHMSN)을 수득하였다.Then, 10 mg of the PEG-PDS-DPA copolymer prepared in the above Example <1-2> was added to the polymer gatekeeper to coat the obtained double drug-carrying HMSN with the polymer gatekeeper, and further stirred overnight. To cross-link the surface-wrapped copolymer, dithiothreitol (DTT) was added to the stirred reaction solution and stirred at room temperature for 3 hours. The DTT was added in a molar ratio of 20 mol% or 50 mol% to the PDS group constituting the copolymer. The PHMSN carrying the double drug was collected by centrifugation and then washed with phosphate buffer solution of pH 7.4 and distilled water to finally obtain PHMSN (Dox-CPT-PHMSN) carrying CPT and Dox.

수득한 Dox-CPT-PHMSN에서 가교 결합의 밀도는 가교 결합 형성시 부산물로서 생성되는 pyridothione의 농도를 확인하여 계산하였다. pyridothione의 몰 흡광 계수(molar extinction coefficient)는 343 ㎚에서 8.08×103M-1-2인 것으로 알려져 있다. Dox-CPT-PHMSN에 담지된 Dox의 양(중량%)은 초기 용액에 첨가된 약물의 총 량으로부터 최종 반응 용액 내 잔여 Dox의 양을 사용하여 계산하였다. 용액 내 Doc의 양은 11,500 M-1cm-1의 몰 흡광계수를 사용하여 UV-Vis 흡광광도계를 사용하여 분석하였다. 분석한 후 하기 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 사용하여 약물의 담지 효율(loading capacity) 및 포획 효율(Entrapment efficiency)을 계산하였다.The density of cross-linking in the Dox-CPT-PHMSN obtained was calculated by confirming the concentration of pyridothione produced as a byproduct during crosslinking. The molar extinction coefficient of pyridothione is known to be 8.08 × 10 3 M -1-2 at 343 ㎚. The amount (% by weight) of Dox carried in Dox-CPT-PHMSN was calculated from the amount of residual Dox in the final reaction solution from the total amount of drug added to the initial solution. The amount of Doc in solution was analyzed using a UV-Vis absorption spectrophotometer using a molar extinction coefficient of 11,500 M -1 cm -1 . The loading capacity and entrapment efficiency of the drug were calculated using the following equations (1) and (2).

[수학식 1][Equation 1]

Drug loading capacity (%) = Mass of the drug in MSN/Mass of MSN × 100Drug loading capacity (%) = Mass of the drug in MSN / Mass of MSN x 100

[수학식 2]&Quot; (2) &quot;

Entrapment efficiency (%) = Mass of the loaded drug/Initial mass of the drug × 100Entrapment efficiency (%) = Mass of the loaded drug / Initial mass of the drug x 100

그 결과, 도 5에서 나타난 바와 같이 TEM 영상에서 중합체 코팅을 통해 HMSN이 복합체로 형성되지 않은 나노입자로 제조되었으며, 평균 직경이 100 ㎚에서 130 ㎚로 증가하는 것을 확인하였으며, 200 ㎚ 이내의 입자 크기를 가져, 본 발명의 Dox-CPT-PHMSN를 체내에 투여하여도 장기간 순환 후 체내에서 분해 및 제거될 수 있음을 확인하였다(도 5a 및 도 5b). 또한, 이중 약물이 담지된 Dox-CPT-PHMSN은 하기 [표 1]과 같이 CPT 및 Dox의 혼합 농도에 따라 담지 효율 및 포획 효율이 상이하여 Dox의 담지 효율이 36 wt%까지 증가하였고 이 때 CPT의 담지 효율은 80 wt%를 나타내어, Dox 및 CPT의 담지 비율이 약 1:2의 비율로 나타나는 것을 확인하였다(표 1). Dox-CPT-PHMSN의 표면 전사를 확인한 결과, 중합체 코팅 이전에 -40 ㎷의 높은 음전하를 나타내었으나 중합체 게이트키퍼를 코팅한 이후 표면 전하가 -2 ㎷로 중화되는 것을 확인하였다(도 5c).As a result, as shown in FIG. 5, it was confirmed that the HMSN was formed into a nanoparticle which was not formed as a composite through a polymer coating on a TEM image, and that the average diameter increased from 100 nm to 130 nm, , It was confirmed that even when Dox-CPT-PHMSN of the present invention was administered into the body, it could be decomposed and removed in the body after long-term circulation (FIGS. 5A and 5B). As shown in Table 1 below, Dox-CPT-PHMSN loaded with dual drugs had different loading efficiency and trapping efficiency depending on the concentration of CPT and Dox, and the loading efficiency of Dox increased to 36 wt% The loading efficiency of Dox and CPT was about 1: 2 (Table 1). The surface transfer of Dox-CPT-PHMSN was confirmed to show a high negative charge of -40 이전 before the polymer coating, but it was confirmed that the surface charge was neutralized to -2 한 after coating the polymer gatekeeper (Fig. 5C).

PHMSN 내 Dox 및 CPT의 이중약물을 담지하기 위한 약물의 담지 효율 및 포획 효율의 비교Comparison of loading efficiency and trapping efficiency of drugs to support dual drugs of Dox and CPT in PHMSN 약물 농도(feeding)Drug concentration Dox 담지 효율%
(포획 효율%)
Dox loading efficiency%
(Capture efficiency%)
CPT 담지 효율(%)
포획 효율(%)
CPT carrying efficiency (%)
Capture efficiency (%)
2.5 ㎎/㎖2.5 mg / ml 15% (30%)15% (30%) 23% (46%)23% (46%) 5.0 ㎎/㎖5.0 mg / ml 32% (32%)32% (32%) 60% (60%)60% (60%) 7.5 ㎎/㎖7.5 mg / ml 36% (24%)36% (24%) 80% (54%)80% (54%)

<2-2> 중합체 가교 결합을 위한 &Lt; 2-2 > 가교제Cross-linking agent 처리 농도에 따른  Depending on treatment concentration PHMSN의PHMSN 특징 확인 Identify features

본 발명의 Dox-CPT-PHMSN 제조 과정에서 표면 공중합체 게이트키퍼의 가교 결합을 통한 코팅 과정을 통해 약물 유출을 조절할 수 있으므로, 공중합체의 가교 결합을 위해 처리한 가교 결합 유도제(DTT)의 농도에 따라 PHMSN의 특징이 달라지는지 여부를 확인하였다. 상기 실시예 <2-1>에서 공중합체를 구성하고 있는 PDS 기에 대하여 20 mol% 또는 50 mol%의 몰비율로 첨가하여 공중합체 가교 결합을 유도하였으므로, 이에 따른 표면 가교 결합 밀도를 확인하였다.In the Dox-CPT-PHMSN preparation process of the present invention, since the drug efflux can be controlled through the cross-linking of the surface copolymer gatekeepers, the concentration of the cross-linking inducing agent (DTT) We confirmed whether the characteristics of PHMSN were changed. The copolymer was crosslinked in a molar ratio of 20 mol% or 50 mol% with respect to the PDS group constituting the copolymer in Example <2-1> to induce copolymer cross-linking, thereby confirming the surface cross-linking density.

그 결과, 도 6에서 나타난 바와 같이 PDS기 에 대하여 20 mol%의 DTT를 처리하여 가교 결합하였을 때의 최종 밀도는 약 33 mol%였고, 50 mol%의 DTT를 처리하여 가교 결합하였을 때의 최종 밀도는 약 60 mol%를 나타내는 것을 확인하였다(도 6a 내지 도 6c).As a result, as shown in FIG. 6, the final density when cross-linked with 20 mol% of DTT was about 33 mol% for the PDS, and the final density when crosslinked with 50 mol% Was about 60 mol% (Figs. 6A to 6C).

<2-3> 단일 약물을 <2-3> Single drug 담지한Bearing DoxDox -- PHMSN의PHMSN 제조 Produce

본 발명에서 제조한 CPT-Dox-PHMSM과 비교하기 위해, 단일 약물을 담지한 PHMSN으로서 Dox-PHMSN을 제조하였다.For comparison with the CPT-Dox-PHMSM prepared in the present invention, Dox-PHMSN was prepared as PHMSN carrying a single drug.

구체적으로, 상기 실시예 <1-1>에서 제조한 HMSN 5 ㎎을 정제수 1 ㎖에 첨가하고 초음파분쇄하여, 균일한 콜로이달 용액(colloidal solution)이 될 때까지 입자를 분산시켰다. 그런 다음, 2.5 ㎎, 5.0 ㎎ 또는 7.5 ㎎의 Dox를 상기 콜로이달 용액에 용해하고 상온에서 24 시간 동안 교반하였다. 그런 다음, 교반한 현탁액을 원심분리하여 Dox를 담지한 나노입자를 수득하고 상등액에 남은 잔여 약물의 농도를 확인하였다. 나노입자에서 DMSO를 제거하기 위해, 정제수 및 pH 7.4의 인산염 완충용액 및 증류수로 세척하고 원심분리하여 단일 약물인 Dox를 담지한 PHMSN(Dox-PHMSN)을 수득하였다. 위의 과정에서 잔여 상층액은 모두 하나로 모아서 잔여 Dox의 농도를 계산하고, 이를 이용하여 포집 효율 및 담지 효율을 계산하였다. Dox-PHMSN에 담지된 Dox의 양(중량%)은 초기 용액에 첨가된 약물의 총량으로부터 최종 반응 용액 내 잔여 Dox의 양을 사용하여 계산하였다.Specifically, 5 mg of the HMSN prepared in Example <1-1> was added to 1 ml of purified water and ultrasonically pulverized to disperse the particles until a uniform colloidal solution was obtained. Then, 2.5 mg, 5.0 mg or 7.5 mg of Dox was dissolved in the colloidal solution and stirred at room temperature for 24 hours. The stirred suspension was then centrifuged to obtain Dox-loaded nanoparticles and the concentration of the remaining drug remaining in the supernatant was determined. To remove DMSO from the nanoparticles, it was washed with purified water and a phosphate buffer solution of pH 7.4 and distilled water and centrifuged to obtain PHMSN (Dox-PHMSN) carrying a single drug, Dox. In the above procedure, all the remaining supernatants were collected into one, and the concentration of residual Dox was calculated, and the collection efficiency and the supporting efficiency were calculated using this. The amount (% by weight) of Dox carried in Dox-PHMSN was calculated from the amount of residual Dox in the final reaction solution from the total amount of drug added to the initial solution.

그런 다음, 건조한 Dox-HMSN를 1 ㎖ 증류수에 현탁한 다음, 상기 실시예 <1-2>에서 제조한 PEG-PDS-DPA 공중합체 10 ㎎를 가하여 밤새 추가 교반하였다. 표면을 감싼 공중합체를 가교 결합하기 위해, 상기 교반한 반응액에 dithiothreitol(DTT)를 첨가하고 상온에서 3 시간 동안 교반하였다. 상기 DTT는 공중합체를 구성하고 있는 PDS 기에 대하여 20 mol%의 몰비율로 첨가하였다. 교반 후Dox-HPMSN은 원심분리로 수집한 다음 pH 7.4의 인산염 완충용액 및 증류수로 세척하여, 최종적인 Dox-PHMSN을 수득하였다.Then, the dried Dox-HMSN was suspended in 1 ml of distilled water, and 10 mg of the PEG-PDS-DPA copolymer prepared in Example <1-2> was added thereto, followed by further stirring overnight. To cross-link the surface-wrapped copolymer, dithiothreitol (DTT) was added to the stirred reaction solution and stirred at room temperature for 3 hours. The DTT was added in a molar ratio of 20 mol% to the PDS group constituting the copolymer. After stirring, Dox-HPMSN was collected by centrifugation and then washed with phosphate buffer solution of pH 7.4 and distilled water to obtain the final Dox-PHMSN.

<2-4> 단일 약물을 <2-4> Single drug 담지한Bearing CPT- CPT- PHMSN의PHMSN 제조 Produce

본 발명에서 제조한 CPT-Dox-PHMSM과 비교하기 위해, 단일 약물을 담지한 PHMSN으로서 CPT-PHMSN을 제조하였다.For comparison with the CPT-Dox-PHMSM prepared in the present invention, CPT-PHMSN was prepared as PHMSN carrying a single drug.

구체적으로, 상기 실시예 <1-1>에서 제조한 HMSN 5 ㎎을 정제수 1 ㎖에 첨가하고 초음파분쇄하여, 균일한 콜로이달 용액(colloidal solution)이 될 때까지 입자를 분산시켰다. 그런 다음, 2.5 ㎎, 5.0 ㎎ 또는 7.5 ㎎의 Dox를 상기 콜로이달 용액에 용해하고 상온에서 24 시간 동안 교반하였다. 그런 다음, 상기 실시예 <2-3>과 동일한 과정을 수행하여, 최종적인 CPT-PHMSN을 수득하였다.Specifically, 5 mg of the HMSN prepared in Example <1-1> was added to 1 ml of purified water and ultrasonically pulverized to disperse the particles until a uniform colloidal solution was obtained. Then, 2.5 mg, 5.0 mg or 7.5 mg of Dox was dissolved in the colloidal solution and stirred at room temperature for 24 hours. Then, the same procedure as in Example <2-3> was conducted to obtain a final CPT-PHMSN.

<2-5> 대조군으로 이용하기 위한 PEG-PDS 공중합체 코팅 약물전달체 제조<2-5> Preparation of PEG-PDS copolymer-coated drug delivery vehicle for use as a control group

본 발명의 대조군으로 사용하기 위해, 종래 기술을 통해 공지된 바 있는 생분해성 공중합체 코팅의 PHMSN을 제조하였다(비특허문헌 1).For use as a control for the present invention, PHMSNs of biodegradable copolymer coatings known in the prior art were prepared (Non-Patent Document 1).

구체적으로, 생분해성 공중합체로는 상기 실시예 <1-2>에서 제조한 PEG-PDS를 사용하였고, CPT 및 Dox의 이중 약물을 담지한 PHMSN을 상기 실시예 <2-1>과 동일한 과정을 수행하여 대조군-이중약물-PHMSN을 제조하였다. 공중합체 가교 결합을 위한 DTT는 PDS 기에 대하여 50 mol%의 몰비율로 첨가하였다. Specifically, as the biodegradable copolymer, the PEG-PDS prepared in Example <1-2> was used, and the PHMSN carrying the double drug of CPT and Dox was performed in the same manner as in Example <2-1> To prepare a control-dual drug-PHMSN. DTT for copolymer crosslinking was added in a molar ratio of 50 mol% with respect to the PDS period.

이중 약물을 Double drugs 담지한Bearing PHMSN에서From PHMSN pH 변화에 따른 약물의 순차적 방출 효과 확인 Sequential release effect of drugs according to pH change

<3-1> pH 환경에 따른 <3-1> Depending on the pH environment PHMSN의PHMSN 약물 방출 효과 확인 Identify drug release effects

본 발명에서 제조한 이중 약물을 담지한 PHMSN이 주변 pH 환경에 의해 약물을 방출할 수 있는지 확인하였다.It was confirmed that the PHMSN carrying the dual drug prepared in the present invention could release the drug by the surrounding pH environment.

구체적으로, 상기 실시예 <2-1>에서 제조한 Dox-CPT-PHMSN 5 ㎎을 pH 4 내지 pH 8.5의 다양한 pH 조건의 완충 용액에 현탁한 다음, 72 시간 동안 보관하였다. 보관 개시 5 시간 후에, Dox-CPT-PHMSN의 표면 전하 및 나노입자의 크기를 측정하였다. 이후, 보관 개시 24, 48 및 72 시간 후에도 나노입자의 크기를 측정하여 시간의 흐름에 따라 나노입자의 크기가 변하는지 여부를 확인하였다.Specifically, 5 mg of Dox-CPT-PHMSN prepared in Example <2-1> was suspended in a buffer solution having various pH conditions of pH 4 to pH 8.5, and then stored for 72 hours. Five hours after the initiation of storage, the surface charge and the size of the nanoparticles of Dox-CPT-PHMSN were measured. After 24, 48, and 72 hours from the start of storage, the size of the nanoparticles was measured to determine whether the size of the nanoparticles varied with time.

아울러, 동일한 Dox-CPT-PHMSN가 포함된 주변 환경의 pH가 변함에 따라 약물 방출의 효과를 나타낼 수 있는지 확인하기 위해, Dox-CPT-PHMSN 5 ㎎을 pH 7.4의 인산 완충용액에서 5 시간 동안 보관한 다음, pH 5.5의 소듐 아세테이트 완충 용액으로 옮겨 10 시간 동안 추가 보관하고, 이후 1 mM Glutathione(GSH)을 완충 용액에 첨가하여 17 시간 동안 추가 보관하였다. 시간의 흐름에 따른 약물 방출 양상은 Dox 및 CPT 모두에 대하여 확인하였으며, Shimadzu RFPC 5430 분광광도계를 사용하여 480 ㎚ 및 360 ㎚에서 각각 흡광도를 측정하였다. 대조군으로서, 상기 실시예 <2-5>에서 제조한 대조군-이중약물-PHMSN을 상기 실시예 <3-1>과 동일한 조건에서 보관하여 나노입자 표면의 전하를 측정하였다.5 mg of Dox-CPT-PHMSN was stored in phosphate-buffered saline (pH 7.4) for 5 hours in order to determine whether the same Dox-CPT- , And then transferred to a sodium acetate buffer solution at pH 5.5 for further storage for 10 hours, after which 1 mM glutathione (GSH) was added to the buffer solution and further stored for 17 hours. The drug release patterns over time were determined for both Dox and CPT and absorbance was measured at 480 ㎚ and 360 ㎚ using a Shimadzu RFPC 5430 spectrophotometer. As a control, the control group-dual drug-PHMSN prepared in Example <2-5> was stored under the same conditions as in Example <3-1> to measure the charge on the surface of the nanoparticles.

그 결과, 도 6d 및 도 6e에서 나타난 바와 같이 72시간 동안 Dox-CPT-PHMSN을 보관하였을 때 pH 5.5 및 pH 7.4 환경 모두에서 입자의 크기가 변화하지 않는 것을 확인하여, Dox-CPT-PHMSN를 사용할 때 보관 및 사용시 안정하게 형태를 유지할 수 있음을 확인하였다(도 6d 및 도 6e).As a result, when the Dox-CPT-PHMSN was stored for 72 hours as shown in FIG. 6D and FIG. 6E, the particle size did not change in both the pH 5.5 and pH 7.4 environments, and Dox-CPT-PHMSN was used (Fig. 6 (d) and Fig. 6 (e)).

또한, 다양한 pH의 조건에 따른 Dox-CPT-PHMSN의 크기 변화에 대하여는, 도 5d 및 도 5e에서 나타난 바와 같이 pH가 감소하여 산성 환경이 됨에 따라 점차적으로 Dox-CPT-PHMSN 표면의 전하가 음전하에서 양전하로 변화하는 것을 확인하였다. 이는 pH가 낮아져 산성화됨에 따라 PEG-PDA-DPA 공중합체의 디-이소프로필 기(di-isopropyl group)가 양성화(protonation)되는 것으로 나타나는 현상인 것으로 예측할 수 있다(도 2b). 게이트키퍼로 코팅된 PEG-PDA-DPA 공중합체 중 PDA에서, pH가 낮아지면서 아민 기가 양성화되고, 생성된 4차 아민기 사이에서 정전기적인 반발이 생성되어 게이트키퍼의 코팅층이 팽창 유도되는 것으로 예측할 수 있다. 이에 따라, pH가 낮은 산성 환경이 되면서 Dox-CPT-PHMSN의 크기가 증가하여 pH 7.5에서 130 ㎚ 직경을 가지는 나노입자가 pH 4.5에서는 300 ㎚ 직경으로 증가하는 것을 확인하였다(도 5d 및 도 5e). As for the size change of Dox-CPT-PHMSN according to various pH conditions, as shown in FIG. 5D and FIG. 5E, the pH of the Dox-CPT- It was confirmed that the charge was changed to positive charge. It can be predicted that this is a phenomenon in which the di-isopropyl group of the PEG-PDA-DPA copolymer protonates as the pH is lowered and acidified (Fig. 2B). In PDA among PEG-PDA-DPA copolymers coated with a gatekeeper, it is presumed that the amine group is positive as the pH is lowered, and electrostatic repulsion is generated between the generated quaternary amine groups to induce expansion of the coating layer of the gatekeeper have. As a result, it was confirmed that the size of Dox-CPT-PHMSN increased in an acidic environment having a low pH, and nanoparticles having a diameter of 130 nm at pH 7.5 increased to 300 nm in diameter at pH 4.5 (FIGS. 5D and 5E) .

이를 통해, 본 발명의 Dox-CPT-PHMSN이 주변 환경의 pH 조건이 산성 환경이 됨에 따라 Dox-CPT-PHMSN 표면을 코팅하는 중합체의 크기가 커질 수 있음을 예상할 수 있었으며, 도 7a 및 도 7b에서 나타난 바와 같이 가교 결합된 공중합체 게이트키퍼 코팅층을 이황화 결합 환원제인 GSH 처리를 통해 분해하였을 때, 약물 방출의 양상이 유의적으로 증가하는 것을 확인하였다(도 7a). 33 mol%의 가교 밀도를 가지는 Dox-CPT-PHMSN에서 두 약물 중 친수성인 Dox의 방출 속도가 소수성인 CPT보다 빠르게 나타나는 것을 확인하였다. pH 5.5 완충 용액에 Dox-CPT-PHMSN을 분산하였을 때, Dox의 방출 속도는 70% 이상을 나타내었으며, 이에 비해 CPT의 방출은 유의적으로 나타나지 않는 것을 확인하였다. 이후, GSH을 처리하였을 때 CTP의 방출 속도가 증가하여, 최종적으로 40% 이상의 CTP가 방출되는 것을 확인하였다. 이러한 약물 방출의 양상은 60 mol%의 가교 밀도를 가지는 경우, 33 mol%의 가교 밀도를 가지는 경우보다 낮은 수준의 약물 방출 현상을 나타내므로(도 7b), 이를 통해 pH 조절의 변화로 인해 약물 방출되는 것은 PHMSN 표면에 가교 결합으로 코팅된 공중합체 게이트키퍼의 영향인 것을 확인하였다.As a result, it can be expected that the Dox-CPT-PHMSN of the present invention can increase the size of the polymer coating the surface of the Dox-CPT-PHMSN as the pH condition of the surrounding environment becomes acidic environment. FIGS. 7A and 7B When the cross-linked copolymer gate-keeper coating layer was decomposed through treatment with disulfide-bonded GSH as shown in FIG. 7A, the pattern of drug release was significantly increased (FIG. 7A). In Dox-CPT-PHMSN with a crosslinking density of 33 mol%, it was confirmed that the release rate of hydrophilic Dox among the two drugs appeared faster than the hydrophobic CPT. When Dox-CPT-PHMSN was dispersed in a pH 5.5 buffer solution, the release rate of Dox was more than 70%, whereas the release of CPT was not significant. Thereafter, it was confirmed that when GSH was treated, the release rate of CTP was increased, and finally, more than 40% of CTP was released. This pattern of drug release shows a lower level of drug release (Fig. 7b) when it has a crosslinking density of 60 mol% than that with a crosslinking density of 33 mol% (Fig. 7b) Was affected by the cross-linked copolymer gatekeepers on the PHMSN surface.

또한, 도 5d 및 도 7c에서 나타난 바와 같이, 33 mol% 및 60 mol%의 가교 밀도를 가지는 경우 모두, 산성 pH 조건에서 각각 +45 ㎷ 및 +43 ㎷의 높은 양전하를 생성하는 것을 확인하였으며, 중성 pH 조건에서는 -5 ㎷ 및 -14 ㎷의 음전하를 가지는 것을 확인하였다(도 5d 및 도 7c). 이는 본 발명의 Dox-CPT-PHMSN이 주변 pH 환경에 영향을 받으면서 표면 전하가 변하게 되고, 결과적으로 팽윤을 통해 담지된 약물이 방출될 수 있도록 함을 나타낸다. 이에 비해, 대조군으로 사용된 PEG-PDA 공중합체를 게이트키퍼로 코팅한 대조군-이중약물-PHMSN의 경우, pH의 변화에도 불구하고 표면 전하가 유의적으로 변하지 않는 것을 확인하였다.In addition, as shown in Figs. 5D and 7C, it was confirmed that all of the crosslinking densities of 33 mol% and 60 mol% produced high positive charges of +45 ㎷ and +43 에서 at the acidic pH, it was confirmed that it had a negative charge of -5 ㎷ and -14 pH under pH conditions (Figs. 5D and 7C). This indicates that the surface charge of Dox-CPT-PHMSN of the present invention is affected by the surrounding pH environment, and as a result, the drug carried by the swelling can be released. On the other hand, it was confirmed that the surface charge was not significantly changed even in the case of the control-double drug-PHMSN coated with the gatekeeper, the PEG-PDA copolymer used as the control group, despite the change of the pH.

<3-2> 이중 약물 또는 단일 약물이 &Lt; 3-2 > When a double drug or a single drug 담지된Supported PHMSN에서From PHMSN 다양한 조건에 의한 약물 방출 양상 조절 여부의 확인 Determination of whether drug release pattern is controlled by various conditions

PEG-PDA-DPA를 게이트키퍼 공중합체로 사용하는 본 발명의 PHMSN 약물 전달체에서, 이외 조건을 변경함을 통해 약물 방출 양상을 조절할 수 있는지의 가능성을 확인하였다.In the PHMSN drug delivery system of the present invention using PEG-PDA-DPA as a gatekeeper copolymer, the possibility of controlling the drug release pattern through other conditions was confirmed.

구체적으로, 상기 <실시예 2>에서 제조한 이중 약물이 담지된 PHMSN 또는 단일 약물이 담지된 PHMSN을 제조하였다. 그런 다음, 하기 [표 2]에서 제시된 조건으로 PHMSN을 분산시켜 약물 방출 양상의 차이를 확인하였다.Specifically, PHMSN carrying the double drug prepared in Example 2 or PHMSN carrying a single drug was prepared. Then, PHMSN was dispersed under the conditions shown in [Table 2] below to confirm differences in drug release patterns.

다양한 조건에서 PHMSN의 약물 방출 양상 변화의 확인Identification of changes in drug release pattern of PHMSN under various conditions 시료 번호Sample number 게이트키퍼 여부Whether gatekeeper 담지 약물Carrier drug GSH 처리여부GSH treatment 배지 pHPH of medium 1One 없음none Dox or CPTDox or CPT ×× pH 7.5pH 7.5 22 PEG-PDA-DPAPEG-PDA-DPA DoxDox 5 mM GSH 처리
및 GSH 미처리
5 mM GSH treatment
And GSH untreated
pH 7.5pH 7.5
33 CPTCPT 5 mM GSH 처리
및 GSH 미처리
5 mM GSH treatment
And GSH untreated
pH 7.5pH 7.5
44 DoxDox 5 mM GSH 처리5 mM GSH treatment pH 6.5pH 6.5 55 CPTCPT ×× pH 6.5pH 6.5 66 PEG-PDAPEG-PDA Dox or CPTDox or CPT ×× pH 6.5pH 6.5

그 결과, 도 8에서 나타난 바와 같이 다양한 조건에서 PHMSN를 분산시키는 것은, PHMSN에 담지된 약물 방출 양상을 조절할 수 있음을 확인하였다. 먼저, 공중합체 게이트키퍼가 존재하지 않는 경우, HMSN에 담지된 Dox 및 CPT의 방출은 빠른 속도로 나타나는 것을 확인하였다(도 8a). 또한, 이중 약물이 담지된 Dox-CPT-PHMSN에서 나타난 바와 유사하게 pH 7.4 및 pH 6.5 환경에서 Dox-PHMSN 또는 CPT-PHMSN을 분산한 결과, pH 7.5 보다 pH 6.5 환경에서 약물 방출이 보다 높은 양상으로 나타는 것을 확인하였으며, 가교 결합의 환원제인 5 mM의 GSH를 처리하였을 때 약물 방출의 효과가 현저히 증가하는 것을 확인하였다(도 8b 내지 도 8e). 대조군으로는 PEG-PDA 공중합체를 게이트키퍼로 하는 PHMSN을 사용하였으며, pH 6.5에서도 본 발명의 Dox-CPT-PHMSN과 비교하였을 때 유의적인 약물 방출이 나타나지 않는 것을 확인하였다(도 8f).As a result, it was confirmed that dispersing PHMSN under various conditions as shown in FIG. 8 can control the drug release pattern supported on PHMSN. First, when the copolymer gatekeeper was not present, it was confirmed that the release of Dox and CPT carried on the HMSN appeared at a high rate (FIG. 8A). In addition, Dox-PHMSN or CPT-PHMSN was dispersed in a pH 7.4 and pH 6.5 environment similar to that of Dox-CPT-PHMSN loaded with dual drugs. As a result, drug release was higher in pH 6.5 than pH 7.5 , And the effect of drug release was remarkably increased when 5 mM GSH as a reducing agent for crosslinking was treated (FIG. 8B to FIG. 8E). As a control, PHMSN using a PEG-PDA copolymer as a gatekeeper was used, and it was confirmed that no significant drug release was observed at pH 6.5 as compared with the Dox-CPT-PHMSN of the present invention (FIG.

Dox-Dox- CPTCPT -- PHMSN의PHMSN 세포 내 흡수 효과 확인 Identification of intracellular absorption

<4-1> 배지 pH 환경에 따른 Dox-&Lt; 4-1 > Dox- CPTCPT -- PHMSN의PHMSN 세포 내 흡수 정도 비교 Comparison of intracellular absorption

본 발명에서 제조한 Dox-CPT-PHMSN이 주변 환경 pH에 의해 약물 방출이 조절될 수 있음을 확인하였으므로, 세포 내로 유입되는 것에 있어서 Dox-CPT-PHMSN의 효율을 확인하였다.Since it was confirmed that Dox-CPT-PHMSN prepared in the present invention can control the drug release by the surrounding pH, the efficiency of Dox-CPT-PHMSN in the cells was confirmed.

구체적으로, 비인두 표피암 조직 유래의 암세포주인 KB 세포를 RPM 1640 배지에서 배양하였다. 멸균한 단일 웰의 글래스 플레이트(Lab Tek II, Thermo Scientific)에, KB 세포를 2×105 세포/웰의 농도로 접종한 다음, 5% CO2의 37℃ 배양기에서 24 시간 동안 배양하였다. 세포 생존률을 확인하기 위하여, 배양한 세포의 배양 배지를 pH 6.5 또는 pH 7.5의 PBS 배지로 교체한 다음, Dox-CPT-PHMSN을 Dox 및 CPT의 최종 농도가 10 g/㎖이 되도록 처리하고 2 시간 동안 배양하였다. 배양 후, PBS 배지를 신선한 배지로 교체하고, 세포에 커버 글래스(Lab Tek II glass chamber coverglass, Thermo Fisher Scientific Inc)를 덮어서 CO2 배양기에 연결된 Olympus FV1000 형광 현미경으로 세포를 관찰하였다. 적색의 형광 신호는 Dox의 분포를 나타내며, 청색의 형광 신호는 CPT의 분포를 나타내는 것으로 판단하였다.Specifically, the cancer cell KB cells derived from non-papillary epidermal cancer tissue were cultured in RPM 1640 medium. KB cells were inoculated into a sterilized single well glass plate (Lab Tek II, Thermo Scientific) at a concentration of 2 × 10 5 cells / well and then cultured in a 37 ° C. incubator with 5% CO 2 for 24 hours. To confirm the cell survival rate, the culture medium of the cultured cells was replaced with PBS medium of pH 6.5 or pH 7.5, and Dox-CPT-PHMSN was treated so that the final concentration of Dox and CPT became 10 g / Lt; / RTI &gt; After incubation, the PBS medium was replaced with fresh medium, the cells were covered with a cover glass (LabTeil II glass chamber coverglass, Thermo Fisher Scientific Inc), and the cells were observed with an Olympus FV1000 fluorescence microscope connected to a CO 2 incubator. The red fluorescence signal represents the distribution of Dox and the blue fluorescence signal represents the distribution of CPT.

또한, 유세포 분석(FACS)을 수행하기 위해, pH 6.5 또는 pH 7.4의 PBS 배지를 포함하는 24 웰 플레이트에 KB 세포를 5×104 세포/웰의 농도로 접종하였다. 24 시간 동안 전배양한 다음, Dox-CPT-PHMSN을 처리하고 2 시간 동안 배양하였다. 그런 다음, FASC 분석기(FACS caliber, BD Bioscience)를 사용하여 세포 내 Dox의 유입량을 분석하였다.Further, to perform flow cytometry (FACS), the KB cells were seeded into 5 × 10 4 concentration of cells / well in 24-well plates containing a medium of pH 6.5 or PBS pH 7.4. After preincubation for 24 hours, Dox-CPT-PHMSN was treated and cultured for 2 hours. The inflow of intracellular Dox was then analyzed using a FASC analyzer (FACS caliber, BD Bioscience).

그 결과, 도 9a 및 도 9b에서 나타난 바와 같이, pH 7.4의 배지보다 pH 6.5 배지에서 Dox-CPT-PHMSN을 처리한 경우에서 보다 높은 수준의 세포 유입량을 나타내는 것을 확인하였다(도 9a 및 도 9b). 특히, pH 6.5 배지에서 세포 내로 흡수된 Dox-CPT-PHMSN중에서, 적색 형광을 발색하는 Dox는 세포질에 넓게 분포하고 있으며, 처리 1 시간 동안 청색 형광을 발색하는 CPT는 PHMSN 내에 응집되어 있는 것을 확인하였다. 이를 통해, 세포 내 유입 초기에 pH 의존적으로 PHMSN에서 Dox가 방출됨을 확인하였다. 이는 세포질로 약물이 유입된 후에 산성 조건의 엔도좀에서 Dox가 먼저 방출되며, CPT는 이후 방출될 수 있는 것으로 확인하여, 본 발명의 Dox-CPT-PHMSN는 세포 내로 내재화(internalization)된 후, 순차적으로 약물을 방출하여 암세포를 사멸할 수 있는 것으로 예상하였다.As a result, it was confirmed that Dox-CPT-PHMSN was treated at pH 6.5 medium rather than pH 7.4 medium, as shown in FIGS. 9A and 9B, showing a higher level of inflow (FIGS. 9A and 9B) . In particular, among Dox-CPT-PHMSN absorbed into the cells in pH 6.5 medium, Dox that develops red fluorescence is widely distributed in cytoplasm, and CPT that develops blue fluorescence during 1 hour treatment is found to be aggregated in PHMSN . From this, it was confirmed that Dox was released from PHMSN in a pH dependent manner at the initial stage of intracellular entry. The Dox-CPT-PHMSN of the present invention was internalized into the cells, and then the Dox-CPT-PHMSN of the present invention was sequentially internalized And that the drug could be released to kill cancer cells.

또한, 유세포 분석을 통해 각기 다른 pH 조건에서 배양된 KB 세포 내로 나노입자가 흡수되는 양상의 차이를 다시 한번 확인하였다(도 9c). 이는 pH 의존적인 흡수가 나타나, 동일한 PHMSN 나노 입자가 pH 7.5보다 pH 6.5에서 세포 유입이 증가할 수 있음을 나타내는 것이다.In addition, flow cytometry analysis again confirmed the difference in the manner in which nanoparticles were absorbed into KB cells cultured at different pH conditions (FIG. 9c). This indicates that pH-dependent absorption occurs and that the same PHMSN nanoparticles can increase cell entry at pH 6.5 over pH 7.5.

<4-2> 본 발명의 &Lt; 4-2 > PHMSN의PHMSN 생체 적합성 확인 Biocompatibility check

본 발명의 Dox-CPT-PHMSN이 pH 조건에 따라 약물 방출을 효과적으로 조절할 수 있으며 세포 내로도 효과적으로 유입될 수 있음을 확인하여, 본 발명의 PHMSN의 생체 적합성을 확인하고자 KB 세포에 대한 세포독성을 확인하였다.It was confirmed that Dox-CPT-PHMSN of the present invention can effectively control drug release according to pH conditions and can be effectively introduced into cells. To confirm the biocompatibility of PHMSN of the present invention, cytotoxicity against KB cells was confirmed Respectively.

구체적으로, 멸균한 96-웰 Nunc(Thermo Fisher Scientific Inc.)의 마이크로플레이트에, KB 세포를 5×103 세포/웰의 농도로 접종한 다음, 5% CO2의 37℃ 배양기에서 24 시간 동안 배양하였다. 배양 후, 배지를 pH 6.5 또는 pH 7.5의 PBS 배지로 교체한 다음, 상기 실시예 <1-1>에서 제조한 HMSN, 상기 <실시예 2>에서 제조한 Dox-CPT-PHMSN, Dox-PHMSN 또는 CPT-PHMSN을 다양한 농도로 각각의 웰에 처리하였다. 처리 30 분 후, PBS 배지를 제거한 후 RPM 1640 배지로 교체하여 48 시간 동안 추가 배양하였다. 최종적으로 배양 종료 후, Alamar Blue 분석법으로 전체 접종한 세포에 대한 생존 세포의 비율을 확인하여 이를 세포 생존률(%)로 나타내었다. 각 웰당 형광 광도를 측정하는 것은 플레이트 리더기(Tecan Infinite Series, Germany)를 사용하여 자극 파장(excitation wavelength) 565 ㎚ 및 방출 파장(emission wavelength) 590 ㎚ 조건으로 설정하여 확인하였다.Specifically, KB cells were inoculated to a microplate of sterilized 96-well Nunc (Thermo Fisher Scientific Inc.) at a concentration of 5 × 10 3 cells / well and incubated in a 37 ° C. incubator with 5% CO 2 for 24 hours Lt; / RTI &gt; After the culture, the medium was replaced with PBS medium of pH 6.5 or pH 7.5, and then the HMSN prepared in Example <1-1>, Dox-CPT-PHMSN, Dox-PHMSN or the like prepared in <Example 2> CPT-PHMSN was treated in each well at various concentrations. After 30 minutes of treatment, the PBS medium was removed, and the medium was replaced with RPM 1640 medium and further cultured for 48 hours. Finally, after the completion of the incubation, the ratio of viable cells to the total inoculated cells was determined by Alamar Blue assay and expressed as the cell viability (%). Fluorescence intensity of each well was measured using a plate reader (Tecan Infinite Series, Germany) with excitation wavelength of 565 nm and emission wavelength of 590 nm.

그 결과, 도 10에서 나타난 바와 같이 약물을 담지한 Dox-CPT-PHMSN, Dox-PHMSN 및 CPT-PHMS 처리군의 경우, PHMSN 처리 농도에 의존적으로 세포의 사멸이 증가하는 것을 확인하였다(도 10a 내지 도 10d). 이에 반해, 약물을 담지하지 않은 HMSN의 경우에는 처리 농도가 증가하여도 세포의 유의적인 사멸이 나타나지 않는 것을 확인하여, HMSN은 약물 전달을 위한 전달체로서 사용할 수 있는 세포 적합성을 가지는 것을 확인하였다(도 10a). 또한, 약물을 담지한 PHMSN을 처리한 초기 30분 이후에 신선한 배지로 교환하여도, 초기 30분의 pH 차이에 의해 최종적(48 시간 이후)인 세포 생존률에서 유의적으로 차이를 나타내는 것을 통해, 초기 종양의 pH 조건에서 본 발명의 약물 담지 PHMSN이 높은 세포 독성을 나타낼 수 있음을 확인하였다(도 10b 내지 도 10d).As a result, as shown in FIG. 10, in the case of the Dox-CPT-PHMSN, Dox-PHMSN and CPT-PHMS treated groups carrying the drug, cell death was increased depending on the PHMSN treatment concentration (FIGS. 10d). On the other hand, in the case of HMSN not carrying the drug, it was confirmed that even if the treatment concentration was increased, there was no significant cell death, and it was confirmed that HMSN had cell compatibility that can be used as a carrier for drug delivery 10a). In addition, even after exchanging fresh media for 30 minutes after the PHMSN carrying the drug, the difference in cell viability after the final (after 48 hours) due to the pH difference of the initial 30 minutes, It was confirmed that the drug-bearing PHMSN of the present invention can exhibit high cytotoxicity at the pH of the tumor (FIGS. 10B to 10D).

PHMSN의PHMSN 세포 내 유입 및 세포질 방출  Intracellular entry and cytoplasmic release 기작의Mechanistic 확인 Confirm

<5-1> Dox-&Lt; 5-1 > Dox- CPTCPT -- PHMSN의PHMSN 세포 내 유입  Intracellular entry 기작의Mechanistic 확인 Confirm

본 발명의 PHMSN이 효과적인 생체 적합성을 나타내고 빠르게 세포 내 유입될 수 있음을 확인하였으므로, 세포 및 세포 내부 수준에서 나노입자의 흡수 기작을 확인하고자 하였다. 주변 환경의 pH에 따라 표면 전하가 변화하여 세포 내로 흡수될 수 있는 조건이 성립되는 이후, 본 발명의 PHMSN가 세포 내로 들어가는 과정이 어떤 기작을 통해 이루어질 수 있는지 확인하였다.Since it was confirmed that the PHMSN of the present invention exhibits effective biocompatibility and can be rapidly introduced into cells, it was attempted to confirm the absorption mechanism of nanoparticles at the cell and intracellular level. After the condition that the surface charge changes according to the pH of the surrounding environment and can be absorbed into the cell, the mechanism of the introduction of the PHMSN into the cell of the present invention is confirmed.

구체적으로, KB 세포를 단일 웰의 커버 글래스에 2×105 세포/웰의 농도로 접종하였다. 수용성 의존성 세포내 섭취에 관여하는 단백질인 클라트린(clathrin) 또는 단백질의 수송에 관여하는 막단백질인 카베올린(caveolin)에 의존적인 내포 작용(endocytosis); 또는 대음세포작용(macropinocytosis)을 억제하기 위해서, 접종한 KB 세포에 450 mM 수크로즈(sucrose) 또는 10 mM methyl-β-cyclodextrin을 30 분 동안 처리하여 전배양하거나, 3 mM amiloride를 15 분 동안 처리하여 전배양하였다. 전배양 후, 상기 실시예 <4-1>과 동일한 방법을 수행하여 pH 6.5의 PBS 배지의 KB 세포에 Dox-CPT-PHMSN을 처리하고 2 시간 동안 배양한 다음, 형광 현미경으로 Dox의 분포를 확인하였다. 또는, pH 6.5의 PBS 배지에서 1 시간 동안 KB 세포를 배양한 다음 신선한 배지로 교체하여 2 시간 동안 추가 배양(총 3 시간 배양)한 후, FACS 분석으로 형광 발색 세포를 정량 계수하였다.More specifically, the KB cells were seeded at a concentration of 2 × 10 5 cells / well in a cover glass for a single well. Endocytosis dependent on caveolin, a membrane protein involved in the transport of clathrin or protein, a protein involved in water-soluble dependent intracellular uptake; In order to inhibit macropinocytosis, inoculated KB cells were pretreated with 450 mM sucrose or 10 mM methyl-β-cyclodextrin for 30 minutes or treated with 3 mM amiloride for 15 minutes Lt; / RTI &gt; After pre-incubation, KB cells in PBS medium at pH 6.5 were treated with Dox-CPT-PHMSN and cultured for 2 hours in the same manner as in Example <4-1>, and the distribution of Dox was confirmed by fluorescence microscopy Respectively. Alternatively, KB cells were cultured in a PBS medium at pH 6.5 for 1 hour, followed by further culture with fresh medium, followed by further incubation for 2 hours (total of 3 hours), and then fluorescence-labeled cells were quantitated by FACS analysis.

그 결과, 도 11에서 나타난 바와 같이, 수크로즈 또는 amiloride로 전처리한 KB 세포에서는 Dox-CPT-PHMSN의 세포 내 유입이 저해되는 반면, MβCD(methyl-β-cyclodextrin)로 전처리한 KB 세포에서는 PHMSN의 세포 내 유입이 그대로 유지되는 것을 확인하였다(도 11a 내지 도 11c). 유세포 분석을 통해, 상기 억제제가 존재하는 환경에서 수크로즈(청색) 및 amilorin(적색)에 의해 Dox의 세포 내 유입이 저해되었고, MβCD(녹색) 처리에서는 세포 내로 Dox가 유입되는 것을 다시 한번 확인하였다(도 11d). 수크로즈는 클라트린(clathrin)의 억제제이고, amiloride은 대음세포작용의 억제제이며, MβCD는 카베올린(caveolin) 억제제로서 알려져 있으므로, 이를 통해 본 발명의 PHMSN은 클라트린-의존적인 내포작용 및 대음세포작용을 통해 세포 내로 유입될 수 있음을 확인하였다.As a result, as shown in FIG. 11, intracellular influx of Dox-CPT-PHMSN was inhibited in KB cells pretreated with sucrose or amiloride, whereas in KB cells pretreated with MβCD (methyl-β-cyclodextrin) It was confirmed that intracellular inflow was maintained (Figs. 11A to 11C). Flow cytometry revealed that the intracellular inflow of Dox was inhibited by sucrose (blue) and amilorin (red) in the presence of the inhibitor, and that Dox was introduced into the cells in the MβCD (green) treatment (Fig. Since sucrose is an inhibitor of clathrin, amiloride is an inhibitor of ovarian cell action, and M? CD is known as a caveolin inhibitor, the PHMSN of the present invention thereby provides clathrin- It was confirmed that it could be introduced into cells through the action of

<5-2> Dox-&Lt; 5-2 > Dox- CPTCPT -- PHMSN의PHMSN 세포질로의 방출  Release into the cytoplasm 기작Mechanism 확인 Confirm

클라트린-의존적인 내포작용 및 대음세포작용으로 세포 내 유입된 PHMSN이 세포질 내로 방출되는 기작을 확인하고자 하였다.The mechanism by which clathrin-dependent intracellular inclusion and domesticated cell action release PHMSN into the cytoplasm was investigated.

구체적으로, 멸균한 96-웰 Nunc의 마이크로플레이트에, KB 세포를 5×103 세포/웰의 농도로 접종한 다음, 5% CO2의 37℃ 배양기에서 24 시간 동안 배양하였다. 배양 후, 배지를 pH 6.5 의 PBS 배지로 교체한 다음, 상기 실시예 <1-1>에서 제조한 HMSN, 상기 <실시예 2>에서 제조한 CPT-PHMSN, Dox-PHMSN 또는 Dox-CPT-PHMSN을 웰에 처리하고 1 시간 동안 배양하고 신선한 배지로 교체하여, 총 20 시간 동안 배양하면서 공초점 레이저 현미경(Confocal Laser Scanning Microscope)으로 세포를 관찰하였다. 후기 엔도좀(late endosome) 또는 리소좀(lysosome)을 관찰하기 위해 적절한 트래커(tracker)를 첨가하여, 녹색 형광 파장으로 확인하였다. CPT는 청색 형광 파장으로, Dox는 적색 형광 파장으로 확인하였다.Specifically, KB cells were inoculated into sterilized 96-well Nunc microplates at a concentration of 5 × 10 3 cells / well, and then cultured in a 37 ° C. incubator with 5% CO 2 for 24 hours. After the culture, the medium was replaced with PBS medium of pH 6.5, and then the HMSN prepared in Example <1-1>, CPT-PHMSN, Dox-PHMSN or Dox-CPT-PHMSN prepared in <Example 2> Were incubated for 1 hour, replaced with fresh medium, and cultured for a total of 20 hours to observe cells with a Confocal Laser Scanning Microscope. Appropriate trackers were added to observe the late endosomes or lysosomes and identified as green fluorescence wavelengths. CPT was identified as the blue fluorescence wavelength and Dox was identified as the red fluorescence wavelength.

그 결과, 도 12에서 나타난 바와 같이 약물을 단독으로 포함하는 CPT-PHMSN 및 Dox-PHMSN를 처리하고 배양한 세포의 경우, 후기 엔도좀의 녹색 형광 신호의 위치와 Dox와 적색 형광과 일치하지 않아, Dox는 초기에 엔도좀에서 탈출하여 세포질 내로 방출할 수 있음을 확인하였고, CPT 역시 배양 개시 8 시간 이후에 방출되어 세포질 내로 분비되는 것을 확인하였다(도 12a). 또한, 리소좀에서 역시 엔도좀과 유사하게, Dox의 방출은 배양 초기에 나타나며 배양 개시 6 시간 이후부터 CPT 또한 리소좀에서 방출되어 세포질 내로 분비되는 것을 확인하였다(도 12b).As a result, as shown in FIG. 12, the cells treated with CPT-PHMSN and Dox-PHMSN containing the drug alone did not coincide with the position of the green fluorescence signal of the late endosomes and the Dox and red fluorescence, Dox was initially able to escape from the endosomes and released into the cytoplasm. CPT was also released after 8 hours of incubation and secreted into the cytoplasm (Fig. 12A). In addition, similar to endosomes in the lysosomes, the release of Dox appeared in the early stage of culture and CPT was also released from the lysosome after 6 hours of incubation and secreted into the cytoplasm (Fig. 12B).

또한, 도 13에서 나타난 바와 같이 이중-약물을 포함하는 Dox-CPT-PHMSN를 처리하고 배양한 세포에서도 마찬가지로 Dox는 리소좀으로부터 방출되었고, CPT는 배양 개시 6 시간 이후에 방출되는 것을 확인하였다(도 13). 즉, 이를 통하여 PHMSN은 세포 내에 엔도좀 및 리소좀의 형태로 유입되어, pH 변화에 의해 세포질 내로 방출될 수 있음을 확인하였다.Also, as shown in Fig. 13, it was confirmed that Dox was released from lysosomes and that CPT was released after 6 hours from the initiation of culture even in the cells treated and cultured with Dox-CPT-PHMSN containing double-drug ). That is, it was confirmed that PHMSN could be introduced into endosomes and lysosomes in the cells and released into the cytoplasm by pH change.

약물 내성 암세포에 대한, 이중 약물의 For drug resistant cancer cells, PHMSN의PHMSN 시너지 효과 확인 Identify synergy

<6-1> <6-1> DoxDox 내성의 위암 세포주에 대한  Resistant to gastric cancer cell lines DoxDox -CPT--CPT- PHMSN의PHMSN 시너지 효과 확인 Identify synergy

암세포에서, MDK(midkine) 단백질을 과발현하는 세포는 Dox, 5-flurouracil 및 cisplatin과 같은 약물에 대한 내성을 나타낸다. 이에, 본 발명에서는 MDK를 과발현하는 위암 세포에서 Dox에 대한 내성을 극복하기 위해, Dox-HCl 및 CPT의 이중-약물을 담지하는 PHMSN을 사용하여, 약물 내성 위암세포에서 효과적으로 항암 활성을 나타낼 수 있는지 확인하였다.In cancer cells, cells over-expressing the MDK (midkine) protein show resistance to drugs such as Dox, 5-flurouracil and cisplatin. Therefore, in order to overcome resistance to Dox in MDC overexpressing gastric cancer cells, PHMSN carrying double-drug of Dox-HCl and CPT can be used to effectively exhibit anticancer activity in drug-resistant gastric cancer cells Respectively.

구체적으로, Dox에 대한 내성을 가지는 위암세포주인 SNU-620-ADR/300 세포를 멸균한 96-웰 Nunc(Thermo Fisher Scientific Inc.)의 마이크로플레이트에, 5×103 세포/웰의 농도로 접종한 다음, 5% CO2의 37℃ 배양기에서 24 시간 동안 배양하였다. 배양 후, 배지를 pH 6.5의 PBS 배지로 교체한 다음, free-Dox-HCl, 상기 <실시예 2>에서 제조한 Dox-CPT-PHMSN 또는 Dox-PHMSN을 각각의 웰에 처리하였다. 처리 6 시간 후, PBS 배지를 제거한 후 신선한 RPM 1640 배지로 교체하여 48 시간 동안 추가 배양하였다. 최종적으로 배양 종료 후, Alamar Blue 분석법으로 전체 접종한 세포에 대한 생존 세포의 비율을 확인하여 이를 세포 생존률(%)로 나타내었다. 각 웰당 형광 광도를 측정하는 것은 플레이트 리더기(Tecan Infinite Series, Germany)를 사용하여 자극 파장(excitation wavelength) 565 ㎚ 및 방출 파장(emission wavelength) 590 ㎚ 조건으로 설정하여 확인하였다.Specifically, a microplate of 96-well Nunc (Thermo Fisher Scientific Inc.) sterilized SNU-620-ADR / 300 cells, which is a gastric cancer cell line resistant to Dox, was inoculated at a concentration of 5 × 10 3 cells / And then cultured in a 5% CO 2 incubator at 37 ° C for 24 hours. After the culture, the medium was replaced with PBS medium of pH 6.5, and free-Dox-HCl, Dox-CPT-PHMSN or Dox-PHMSN prepared in Example 2 was treated in each well. After 6 hours of treatment, the PBS medium was removed, and the medium was replaced with fresh RPM 1640 medium and further cultured for 48 hours. Finally, after the completion of the incubation, the ratio of viable cells to the total inoculated cells was determined by Alamar Blue assay and expressed as the cell viability (%). Fluorescence intensity of each well was measured using a plate reader (Tecan Infinite Series, Germany) with excitation wavelength of 565 nm and emission wavelength of 590 nm.

그 결과, 도 14에서 나타난 바와 같이 약물 전달체에 담지되지 않은 Dox 및 PHMSN에 담지된 Dox는 72 시간 동안 배양하여도 MDK에 의한 약물 내성으로 인해 SNU-620-ADR/300 세포에 대하여 낮은 독성을 나타내는 것을 확인하였으나, 이에 비해 CPT-Dox의 이중 약물을 담지한 PHMSN 처리군에서는 처리 농도 의존적으로 세포 생존률이 감소하므로, 유의적인 독성 효과를 나타내는 것을 확인하였다(도 14a). 72 시간 동안 배양한 후, Dox-CPT-PHMSN은 SNU-620-ADR/300 세포주에 대하여 1.2 ㎍/㎖의 IC50 값을 나태내었다. 상기 값은 CPT-PHMSN 및 Dox-PHMSN이 가지는 각각의 IC50 값인 4.2 및 2.1 ㎍/㎖ 보다 낮은 수준이므로, Dox-CPT-PHMSN이 Dox 내성의 위암세포에 대하여 유의적으로 증가한 세포 사멸 효과를 나타냄을 확인하였다.As a result, as shown in FIG. 14, Dox not carried on drug carriers and Dox carried on PHMSN showed low toxicity to SNU-620-ADR / 300 cells due to drug resistance due to MDK even after culturing for 72 hours In contrast, the PHMSN-treated group carrying the double drug of CPT-Dox showed a significant toxic effect because the cell survival rate was decreased depending on the treatment concentration (FIG. 14A). After 72 hours of incubation, Dox-CPT-PHMSN elicited an IC 50 value of 1.2 μg / ml for the SNU-620-ADR / 300 cell line. This value is lower than the respective IC 50 values of CPT-PHMSN and Dox-PHMSN of 4.2 and 2.1 占 퐂 / ml, so that Dox-CPT-PHMSN shows a significantly increased apoptotic effect on Dox-resistant gastric cancer cells Respectively.

또한, 세포 내로 유입된 약물전달체를 시간의 흐름에 따라 형광현미경 분석한 결과, 1 시간에서 6 시간 동안 시간의 흐름에 따라 세포질 내의 Dox 신호 형광 감도가 점차 증가하였고, CPT의 강도는 일정하게 유지되는 것을 확인하였다(도 14b). 이를 통해, CPT 및 Dox의 이중 약물 투여를 통해 Dox 내성의 위암 세포주에서 유의적인 시너지 효과를 나타내는 것을 확인하였다.In addition, fluorescence microscopy of the drug delivery system into the cells revealed that the fluorescence intensity of the Dox signal in the cytoplasm gradually increased with the passage of time from 1 hour to 6 hours, and the intensity of the CPT was kept constant (Fig. 14B). These results indicate that Dox - resistant gastric cancer cell lines show significant synergistic effects through dual drug administration of CPT and Dox.

<6-2> P-<6-2> P- glycoproteinglycoprotein 의존적인 약물 내성  Dependent drug resistance 암세포주에서In Cancer Cells 이중-약물의  Double-drug PHMSNPHMSN 에 의한 암세포 사멸 효과의 확인Of cancer cell death by

암세포에서, 약물에 대한 내성을 나타내기 위해 P-glycopeotein 또는 topoisomerase II와 같은 단백질이 과발현되어 있음이 잘 알려져 있다. 암세포에서 P-glycoprotein이 과발현되는 것은 세포막 바깥으로 약물을 방출시켜서, 세포질 내의 약물 농도를 감소시키고, 이를 통해 항-종양 효과를 감소시킬 수 있다. 따라서, 다재 약물에 대한 내성을 나타내는 암세포주에서, p-glycoprotein의 활성을 억제할 수 있는 칼슘 통로 길항제(calcium channel antagonist)인 Verapamil hydrochloride(Ver)를 본 발명의 PHMSN에 담지하여 세포에 투여하였을 때, 유의적인 항암 효과를 나타낼 수 있는지 여부를 확인하였다.In cancer cells, it is well known that proteins such as P-glycopeotein or topoisomerase II are overexpressed to show resistance to drugs. Overexpression of P-glycoprotein in cancer cells can release drug to the outside of the cell membrane, thereby reducing drug concentration in the cytoplasm, thereby reducing the anti-tumor effect. Therefore, in a cancer cell line showing tolerance to a multidrug drug, when verapamil hydrochloride (Ver), which is a calcium channel antagonist capable of inhibiting the activity of p-glycoprotein, was administered to cells in the PHMSN of the present invention , And it was confirmed whether or not it could exhibit significant anticancer effect.

구체적으로, 먼저 Ver 및 Dox의 이중 약물을 담지한 PHMSN을 제조하였다. 상기 실시예 <1-1>에서 제조한 HMSN 5 ㎎을 소수성 Dox 용액(DCM 내에 2.5 ㎎을 용해함)에 분산시키고 24 시간 동안 실온에서 교반하였다. 24 시간 후, 약물을 담지한 나노입자를 원심분리로 수득하고, 상층액을 분리 보관하여 약물 담지 효율을 확인하기 위하여 사용하였다. 약물을 담지한 나노입자를 진공 건조한 다음, 정제수로 세척하고 동결건조로 보관하였다. 나노입자는 다시 1 ㎖ 정제수에 현탁하고, 2.5 ㎎의 veramphamil hydrochloride(Ver)을 현탁한 반응 용액에 가하여 상온에서 24 시간 동안 교반하였다. Specifically, first, PHMSN carrying Ver and Dox double drug was prepared. 5 mg of the HMSN prepared in Example <1-1> was dispersed in a hydrophobic Dox solution (2.5 mg dissolved in DCM) and stirred at room temperature for 24 hours. After 24 hours, the nanoparticles carrying the drug were obtained by centrifugation, and the supernatant was separately stored and used to confirm drug loading efficiency. The nanoparticles loaded with the drug were vacuum dried, then washed with purified water and stored by freeze drying. The nanoparticles were again suspended in 1 ml of purified water and 2.5 mg of verapamil hydrochloride (Ver) was added to the suspended solution, followed by stirring at room temperature for 24 hours.

그런 다음, 수득한 이중 약물을 담지한 HMSN에 중합체 게이트키퍼를 코팅하기 위해, 상기 실시예 <1-2>에서 제조한 PEG-PDS-DPA 공중합체 10 ㎎를 가하여 밤새 추가 교반하였다. 표면을 감싼 공중합체를 가교 결합하기 위해, 상기 교반한 반응액에 dithiothreitol(DTT)를 첨가하고 상온에서 3 시간 동안 교반하였다. 상기 DTT는 공중합체를 구성하고 있는 PDS 기에 대하여 20 mol%의 몰비율로 첨가하였다. 이중 약물을 담지한 PHMSN은 원심분리로 수집한 다음 pH 7.4의 인산염 완충용액 및 증류수로 세척하여, 최종적으로 Ver 및 Dox를 담지한 PHMSN(Ver-Dox-PHMSN)을 수득하였다.Then, 10 mg of the PEG-PDS-DPA copolymer prepared in the above Example <1-2> was added to the polymer gatekeeper to coat the obtained double drug-carrying HMSN with the polymer gatekeeper, and further stirred overnight. To cross-link the surface-wrapped copolymer, dithiothreitol (DTT) was added to the stirred reaction solution and stirred at room temperature for 3 hours. The DTT was added in a molar ratio of 20 mol% to the PDS group constituting the copolymer. The PHMSN carrying the double drug was collected by centrifugation and then washed with phosphate buffer solution of pH 7.4 and distilled water to finally obtain Ver-Dox-PHMSN carrying Ver and Dox.

그런 다음, 항암제에 대한 다재 내성을 가지는 암세포주인 MCF-7/ADR 세포를 멸균한 96-웰 Nunc(Thermo Fisher Scientific Inc.)의 마이크로플레이트에, 5×103 세포/웰의 농도로 접종한 다음, 5% CO2의 37℃ 배양기에서 24 시간 동안 배양하였다. 배양 후, 배지를 pH 6.5의 PBS 배지로 교체한 다음, Ver-CPT-PHMSN; 또는 Dox-CPT-PHMSN 및 5 μM free Ver를 처리하고 48 시간 동안 추가 배양하였다. 배양하면서, Alamar Blue 분석법으로 전체 접종한 세포에 대한 생존 세포의 비율을 확인하여 이를 세포 생존률(%)로 나타내었다. 각 웰당 형광 광도를 측정하는 것은 플레이트 리더기(Tecan Infinite Series, Germany)를 사용하여 자극 파장(excitation wavelength) 565 ㎚ 및 방출 파장(emission wavelength) 590 ㎚ 조건으로 설정하여 확인하였다.Then, microflora of 96-well Nunc (Thermo Fisher Scientific Inc.) sterilized cancer cell host MCF-7 / ADR cells having resistance to an anticancer drug was inoculated at a concentration of 5 × 10 3 cells / well , And cultured in a 5% CO 2 incubator at 37 ° C for 24 hours. After the culture, the medium was replaced with PBS medium of pH 6.5, and Ver-CPT-PHMSN; Or Dox-CPT-PHMSN and 5 μM free Ver and cultured for 48 hours. The proportion of viable cells to total inoculated cells was determined by Alamar Blue assay and expressed as the cell viability (%). Fluorescence intensity of each well was measured using a plate reader (Tecan Infinite Series, Germany) with excitation wavelength of 565 nm and emission wavelength of 590 nm.

그 결과, 도 15에서 나타난 바와 같이 Ver-Dox-PHMSN에서 Dox의 담지 용량은 최대 21 wt%이고 Ver 담지 용량은 최대 9 wt% 범위로 설정하여, Ver 및 Dox의 담지 비율은 1:2가 되도록 설정하였다. Ver 및 Dox를 함게 담지한 PHMSN은 MCF7/ADR 세포에 대하여 높은 세포 독성을 나타내어, Free Dox를 처리하는 경우와 비교하였을 때 현저하게 암세포에 대한 사멸 효과를 나타내는 것을 확인하였다(도 15c). 또한, Ver-Dox-PHMSN은 MCF-7/ADR 세포에 잘 흡수될 수 있고, 시간의 흐름에 따라 점차 세포질 내의 Dox 농도가 증가하였다(도 15b 및 도 16).As a result, as shown in FIG. 15, the loading capacity of Dox and the loading capacity of Ver-Dox-PHMSN were set to 21 wt% and 9 wt%, respectively, so that the loading ratio of Ver and Dox was 1: 2 Respectively. Ver and Dox exhibited high cytotoxicity against MCF7 / ADR cells, and it was confirmed that PHMSN exhibited a killing effect on cancer cells remarkably when compared with that treated with Free Dox (FIG. 15C). In addition, Ver-Dox-PHMSN can be well absorbed in MCF-7 / ADR cells, and Dox concentration in the cytoplasm gradually increased with time (Figs. 15B and 16).

Claims (14)

i) 속이 빈 메조포러스 실리카 나노입자(hollow Mesoporous Silica Nanoparticles,HMSN)를 제조하는 단계;
ii) 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG), 피리딜 디설파이드(pyridyl disulfide, PDS) 및 2-(디이소프로필아미노)에틸메틸아크릴레이트(2-(Diisopropylamino)ethyl methacrylate, DPAMA)로 이루어진 생분해성 공중합체를 제조하는 단계;
iii) 상기 단계 i)에서 제조한 HMSN 및 상기 단계 ii)에서 제조한 생분해성 공중합체를 혼합하여, HMSN 표면에 생분해성 공중합체를 코팅하는 단계;
iv) 상기 단계 iii)에서 코팅한 HMSN에 디티오트레이톨(dithiothreitol, DTT)를 처리하여, 생분해성 공중합체가 가교 결합한 공중합체-HMSN(PHMSN)을 형성하는 단계; 및
v) 상기 단계 iv)에서 형성한 PHMSN을 수득하는 단계;를 포함하는, 약물 전달체의 제조 방법.
i) preparing hollow Mesoporous Silica Nanoparticles (HMSN);
ii) a biodegradable copolymer consisting of polyethylene glycol (PEG), pyridyl disulfide (PDS) and 2- (diisopropylamino) ethyl methacrylate (DPAMA) ;
iii) coating the biodegradable copolymer on the surface of HMSN by mixing the HMSN prepared in step i) and the biodegradable copolymer prepared in step ii);
iv) treating the coated HMSN in step iii) with dithiothreitol (DTT) to form a cross-linked copolymer-HMSN (PHMSN) of the biodegradable copolymer; And
v) obtaining the PHMSN formed in step iv).
제 1항에 있어서, 상기 단계 iii)의 혼합은 HMSN 및 생분해성 공중합체를 1:1 내지 1:4의 중량 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는, 약물 전달체의 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the mixing of step iii) comprises mixing the HMSN and the biodegradable copolymer in a weight ratio of 1: 1 to 1: 4.
제 1항에 있어서, 상기 단계 iv)의 DTT는 생분해성 공중합체 내의 PDS에 대하여 20 내지 50 mol%의 몰비율로 처리하는 것을 특징으로 하는, 약물 전달체의 제조 방법.
The method according to claim 1, wherein the DTT of step iv) is treated in a molar ratio of 20 to 50 mol% with respect to PDS in the biodegradable copolymer.
제 1항에 있어서, 상기 단계 iv)의 가교 결합은 30 내지 60 mol%의 가교 밀도로 가교 결합된 것을 특징으로 하는, 약물 전달체의 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the cross-linking in step iv) is crosslinked at a cross-linking density of 30 to 60 mol%.
제 1항의 방법으로 제조된, 약물 전달체로서,
상기 약물 전달체는 HMSN 내부에 독소루비신(doxorubicin), 베라파밀(Verapamil) 및 이의 약학적으로 허용가능한 염으로 이루어진 군에서 선택되는 친수성 약물; 캄토테신(camptothecin) 및 이의 약학적으로 허용가능한 염으로 이루어진 군에서 선택되는 소수성 약물; 및 이의 혼합물 중 어느 하나의 약물을 포함하는, 약물 전달체.
A drug delivery vehicle produced by the method of claim 1,
Said drug delivery system comprising a hydrophilic drug selected from the group consisting of doxorubicin, verapamil and pharmaceutically acceptable salts thereof in HMSN; A hydrophobic drug selected from the group consisting of camptothecin and a pharmaceutically acceptable salt thereof; &Lt; / RTI &gt; and mixtures thereof.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 5항에 있어서, 상기 약물 전달체는 표면에 가교 결합된 생분해성 공중합체가 산성 pH 범위에서 정전기적 상호작용에 의해 팽윤되는 게이트 키퍼(gate keeper) 층을 가지는 것을 특징으로 하는, 약물 전달체.
6. The drug delivery vehicle of claim 5, wherein the drug delivery vehicle has a gate keeper layer wherein the biodegradable copolymer cross-linked to the surface swells by electrostatic interaction in the acidic pH range.
제 9항에 있어서, 상기 산성 pH 범위는 초기 종양 조직의 pH 4.0 내지 6.5의 범위인 것을 특징으로 하는, 약물 전달체.
10. The drug delivery system according to claim 9, wherein the acidic pH range is in the range of pH 4.0 to 6.5 of the initial tumor tissue.
제 9항에 있어서, 상기 정전기적 상호작용은 표면의 전하가 0 이상의 양전하가 됨에 따라 나타나는 것을 특징으로 하는, 약물 전달체.
10. A drug delivery system according to claim 9, wherein the electrostatic interaction occurs as the surface charge becomes zero or more positive.
제 5항의 약물 전달체를 유효 성분으로 포함하는, 암 예방 및 치료용 약학적 조성물.
A pharmaceutical composition for preventing and treating cancer, which comprises the drug carrier of claim 5 as an active ingredient.
제 12항에 있어서, 상기 암은 항암제에 대한 내성을 가지는 다재 내성의 위암, 유방암, 폐암, 간암, 식도암 및 전립선암으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 암 예방 및 치료용 약학적 조성물.
The pharmaceutical composition for cancer prevention and treatment according to claim 12, wherein the cancer is any one or more selected from the group consisting of gastric cancer, breast cancer, lung cancer, liver cancer, esophageal cancer and prostate cancer which have resistance to an anticancer agent. Gt;
제 13항에 있어서, 상기 항암제는 독소루비신, 시스플라틴(cisplatin), 베라파밀(Verapamil), 플루오로우라실(fluorouracil), 옥살리플라틴(Oxaliplatin), 다우노루비신(Daunorubicin), 이리노테칸(irinotecan), 토포테칸(topotecan), 파클리탁셀(paclitaxel), 캄토테신(camptothecin), 카보플라틴(carboplatin), 젬시타빈(Gemcitabine), 메소트렉세이트(Methotrexalte), 도세탁셀(Docetaxel)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 암 예방 및 치료용 약학적 조성물

14. The method of claim 13, wherein the anticancer agent is selected from the group consisting of doxorubicin, cisplatin, verapamil, fluorouracil, oxaliplatin, daunorubicin, irinotecan, topotecan, Wherein the composition is any one selected from the group consisting of paclitaxel, camptothecin, carboplatin, gemcitabine, methotrexalte, docetaxel, Pharmaceutical composition for prevention and treatment of cancer

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