KR101898816B1 - 저분자 메틸셀룰로오스 기반의 비경구 약물 전달 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비경구 약물 전달 시스템에 관한 발명이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 염석염 없이 저분자 다당류인 메틸셀룰로오스만을 기반으로 하는 온도감응성 겔을 이용한 비경구 약물 전달체 및 약물 전달 시스템에 관한 발명이다.
본 발명에 의한 약물전달 시스템은 저분자량의 천연고분자 메틸셀룰로오스만을 이용함으로써 생체적합성 및 생분해성을 높일 수 있으므로 효과적인 서방형 비경구 약물전달체 조성물의 제조에 유용하다.

Description

저분자 메틸셀룰로오스 기반의 비경구 약물 전달 시스템{Parenteral Drug Delivery System based on low Molecular Polysaccharides }

본 발명은 비경구 약물 전달 시스템에 관한 발명이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 염석염 없이 저분자 다당류인 메틸셀룰로오스만을 기반으로 하는 온도감응성 겔을 이용한 비경구 약물 전달 시스템에 관한 발명이다.

근래 수년간, 약물전달 및 조직배양처리를 포함한 다양한 생물학적 의학용도로 인시튜(in situ)-형성 시스템이 보고되었다(R.L. Dunn 등, Biodegradable in-situ forming implants and methods of producing the same, US Patent 4 (1990) 938-763; B.O. Haglund 등, J. Control. Release 41 (1996) 29-235; 및 Y. An 등, J. Control. Release 64 (2000) 205-215 참조).

예를 들어, 용매교환, pH 변화, 자외선(UV)조사, 이온 교차결합 및 온도전이와 같은 몇 가지 기전에 의해, 인시튜 겔 형성에 도달할 수 있게 되었다. 낮은 용액임계온도(Lower Critical Solution Temperature (LCST))를 갖는 네거티브 온도 감응성 고분자 또는 가열이나 냉각 시에 가역적 겔-졸 전이행태를 나타내는 온도-가역적 하이드로겔은 약물전달용 자극-감응적 고분자 시스템의 가장 보편적으로 연구된 분야이다.

몇 가지 합성 고분자들이 체온에서 온도-가역적 겔화 행동을 나타내는 것으로 보고된 바 있고 약물전달에 사용된 바 있으나, 자체의 생체적합성 및 생체분해성에 관련된 문제가 여전히 남아있는 실정이다.

이와 관련하여, 본 발명자들의 대한민국 등록특허 10-0813224 는 천연 고분자중 고분자량의 메틸셀룰로오스와 코아세르베이트를 기반으로 하는 단백질 전달을 위한 약물 전달 시스템을 개시하고 있다.

종래 약물전달을 위한 기술로서, 중합체를 이용한 약물전달 기술, 단백질 약물을 사용한 약물전달 기술, PLGA-PEG-PLGA 합성 고분자를 이용한 약물전달 시스템 및 겔디포 약물전달 시스템 등이 공지되어 있다.

그러나, 이들 기술에 의하면 합성 고분자의 생체 적합성이 부족하고, 독성 물질이 잔류하게 되며, 공정이 복잡하다는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 겔화 온도(gelling temperature)가 체온보다 높게 되고, 높은 분자량으로 인하여 배출효율이 감소할 뿐만 아니라, 약물의 배출 기간의 조절이 용이하지 않으며, 과량의 체액이 존재하는 경우 희석에 의하여 겔 형태가 소실되는 등의 문제점을 나타내게 된다. 또한, 첨가되는 염석염의 독성으로 인한 생체적합성 부족하다는 문제점도 존재하고 있다.

따라서, 고분자의 생체적합성 및 분해 능력에 대한 문제를 개선함과 동시에, 약물의 안정성을 증가시키면서 장기투여 약물의 단회 투여를 가능케 하고, 약물의 표적 근처 조직에 주사하여, 표적으로의 약물전달 효율을 증가시킬 수 있는 새로운 약물전달 시스템의 개발이 절실한 실정이다.

이에 본 발명자들은 연구를 거듭한 결과, 종래의 염석염 없이, 저분자량을 가지는 천연 고분자 메틸셀룰로오스만으로도 체내 온도에서 겔화시켜 비경구 약물전달용 온도감응성 겔로 효과적으로 사용할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 생체 적합성 및 생분해성이 높은 비경구 약물 전달용 온도감응성 겔 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 체내의 특정 부위에 주입하였을 때 약물이 체내에서 서서히 방출되도록 하는 서방형 비경구 약물 전달용 조성물을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여,

본 발명은 염석염 없이 분자량 10~20 kDa인 메틸셀룰로오스로 이루어진, 비경구 약물전달용 온도감응성 겔을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 온도감응성 겔; 및 친수성 약물, 단백질 약물 또는 핵산 기반 약물을 포함하는 서방형 비경구 약물 전달용 조성물을 제공한다.

이 때, 상기 분자량이 10~20 kDa인 온도가역성 메틸셀룰로오스는 평균 분자량은 15kDa인 것이 바람직하고, 35~40℃의 체내 온도 범위에서 겔로 변한다.

상기 분자량이 10~20 kDa인 온도가역성 메틸셀룰로오스는 예를 들어, 분자량 50~70 kDa 메틸 셀룰로오스에 셀룰라아제를 처리하는 단계 및 투석 멤브레인으로 투석하는 단계를 포함하는 방법에 의해 수득할 수 있다.

한편, 본 발명의 온도감응성 겔에 사용될 수 있는 약물은 임의의 약물일 수 있으나, 바람직하게는 친수성 약물, 단백질 약물 또는 핵산 기반 약물이다. 상기 약물은 전체 온도 감응성 겔 대비 0.1중량% ~ 100 중량%로 함유될 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 온도감응성 겔 및; 친수성 약물을 포함하는, 서방형 비경구 약물 전달용 조성물을 제공한다. 즉, 본 발명의 조성물은 비경구로 투여되는 것을 특징으로 하는데, 상기 비경구는 근육내, 복막내, 복부내, 피하, 정맥 또는 동맥인 것을 의미한다.

따라서, 본 발명의 서방형 비경구 약물 전달용 조성물은 대표적으로 주사제형으로 제제되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 온도감응성 겔을 주사기를 통하여 용이하게 약물을 주입할 수 있으며, 주입 후 체온에서 단단한 겔 상태로 변한 뒤 서서히 약물을 방출시키게 됨으로써, 약물의 안정성을 증가시키고, 장기투여 약물의 단회 투여를 가능케할 뿐만 아니라, 약물의 표적 근처 조직에 주사 가능하여, 표적으로의 약물전달 효율을 증가시킬 수 있다.

본 발명에 따른 비경구 약물전달 시스템은 저분자량의 천연고분자 메틸셀룰로오스만을 기반으로 하므로 종래 염석염의 사용에 의한 독성 문제가 없어 생체적합성 및 생분해성이 우수하다.

특히, 본 발명의 저분자량의 메틸셀룰로오스는 체내 온도에서 겔화되어 약물을 서서히 체외로 배출시킬 뿐만 아니라, 상기 겔 자체도 체내에서 서서히 분해가 일어나 인체에 무해한 저분자 물질로 변화되어 체외로 배출되기 때문에 일정기간 약물의 방출 후 별도의 외과적 제거 수술 과정이 없고, 또한 잦은 투여가 필요 없어 1회 투여로 약효를 유지하므로 환자의 편이를 도모할 수 있으며, 형성된 겔은 장기간 동안 유지되어 원하는 기간 동안 약물을 방출할 수 있는 등 다양한 효과가 탁월하므로, 약물의 전달체로서 매우 유용하다.

도 1은 본 발명의 저분자 메틸셀룰로오스 제작 과정에 대하나 모식도이다.
도 2는 셀룰라아제 효소 처리 전 메틸셀룰로오스의 분자량에 대한 GPC결과이다.
도 3은 셀룰라아제 효소 처리 후 제작한 메틸셀룰로오스의 분자량에 대한 GPC결과이다.
도 4는 본 발명의 저분자 메틸셀룰로오스 겔화온도 측정 그래프이다.
도 5는 온도에 따른 본 발명의 20% 하이드로겔의 점도 그래프이다.
도 6은 본 발명 온도감응성 겔의 세포독성 실험 모식도 및 독성실험 결과 그래프이다.
도 7은 암모늄 설페이트(AS), 소듐 트리포스페이트(STPP) 및 소듐 설페이트(SS) 염석염의 독성 확인 결과 그래프이다.
도 8은 단백질(BSA, FGF21)과 펩타이드(Exenatide)를 이용한, 본 발명의 하이드로젤의 약물 방출 능력을 확인한 결과이다.
도 9는 1형 당뇨 동물모델에서 엑세나타이드(Exenatide) 함유 하이드로젤의 효과를 평가한 그래프이다.
도 10은 2형 당뇨 동물모델에서 FGF21 함유 하이드로젤의 효과를 평가한 그래프이다.
도 11은 마우스를 이용하여 본 발명의 하이드로겔의 생체 배출능을 확인한 사진이다.

본 발명에서 사용되는 용어에 대한 정의는 이하와 같다.

"졸(sol)"은 액체 내에 콜로이드성 입자의 분산이며, 용어 "겔(gel)"은 1마이크로미터 이하(submicometer)의 치수의 포어(pore)와 전형적으로 1마이크로미터보다 큰 평균 길이를 갖는 폴리머 사슬의 상호연결된 단단한 네트워크를 의미하는 것으로, 폴리머 용액의 온도가 블럭공중합체의 겔화온도 이상으로 상승될 때 자발적으로 발생하는 반고체상을 나타낸다.

"겔화온도"는 생분해성 블럭 공중합체가 역 열적 겔화반응을 겪는 온도를 의미하며, 이 온도 아래에서 블럭 공중합체는 물에 용해되며 이 온도 이상에서 블럭 공중합체는 상전이를 겪어 점도가 증가하거나 반고체 겔을 형성한다. '겔화온도'와 '역 열적 겔화온도'는 동일한 의미이다.

"역(네거티브) 열적 겔화"는 용액온도가 공중합체의 겔화온도 이상으로 증가될 때 블럭공중합체 용액이 자발적으로 점도가 증가하거나 반고체 겔로 변환되는 현상이다. 겔은 겔화온도 이상에서 존재하는 반고체 겔 상태와 고점도 상태를 포함한다. 겔화온도 아래로 냉각될 때 겔은 저점도 용액으로 변환된다. 용액과 겔간의 싸이클링은 졸/겔 전이는 폴리머 시스템의 화학조성에서 변화와 관련되지 않으므로 계속 반복된다. 겔을 생성시키는 모든 상호작용은 성질에 있어서 물리적이므로 공유결합의 파괴나 형성을 가져오지 않는다.

"생분해성"은 블럭 공중합체가 신체 내에서 화학적으로 분해되어서 비독성 화합물을 형성할 수 있음을 의미한다. 분해속도는 약물 방출 속도와 동일 또는 상이하다.

"생체적합한"이란 바람직하지 않은 후속효과 없이 인체와 상호작용하는 물질을 의미한다.

"지속적 방출"이란 소정의 기간에 걸쳐 약물 또는 치료제 또는 이들의 임의의 조합물의 계속적인 방출을 언급한다.

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

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

"치료제"란 유기체(사람 또는 사람이 아닌 동물)에 투여될 때 국소적 및/또는 전신적 작용에 의해 요망되는 약리학적, 면역원성 및/또는 생리학적 효과를 유도하는 임의의 화합물 또는 조성물을 언급한다. 따라서 상기 용어는 전통적으로 약물, 백신, 및 단백질, 펩티드, 호르몬, 핵산, 유전자 구성물 등과 같은 분자를 포함하는 생체약제로서 간주되는 화합물 또는 화학물질을 포함한다.

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

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

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

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

본 발명자들은 분자량이 작은 메틸 셀룰로오스를 기반으로 하는 온도 감응성 겔을 사용하여 생체 적합성 및 생분해성을 높임으로써, 비경구 약물의 서방성 방출이 가능함을 발견하였고, 이를 토대로 본 발명을 완성하였다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 일 관점에서, 염석염 없이 저분자량의 천연고분자만을 포함하는 약물전달용 유비쿼터스 주입형 온도감응성 겔에 관한 발명이다.

보다 구체적으로는 분자량이 10~20 kDa인 온도가역성 메틸셀룰로오스만으로 이루어지는 비경구 약물전달용 온도감응성 겔에 관한 것이다.

본 명세서에서 온도감응성 겔이란 온도의 변화에 따라 상변화를 나타내는 성질을 갖는 고분자를 포함하는 약물 전달체를 의미한다.

본 발명의 약물전달용 겔에서 사용되는 천연고분자는 수용액에서 온도 가역적인 물리적 겔을 형성하기 위하여 치환도가 높은 소수성 영역과 치환도가 낮거나 치환이 일어나지 않은 친수성 영역으로 이루어진 블록공중합체 구조를 가지는 것을 특징으로 한다. 상기 소수성 영역은 물 구조를 국소적으로 안정화시키고, 가열시에는 물 구조가 파괴되어 소수성 상호작용을 증강시킴으로써 결과적으로는 겔화 현상을 초래하게 된다.

또한, 상기 천연고분자는 생체 내에서 분해되는 (biodegradable) 특성을 가지고 있는데, 특히 이러한 생분해성을 더욱 높이기 위하여 본 발명에서는 분자량이 작은 천연고분자를 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용하는 천연고분자는 분자량이 10~20 kDa인 온도가역성 다당류로서, 바람직하게는 메틸셀룰로오스이다.

메틸셀룰로오스 (MC)는 수용액에서 온도 가역적인 물리적 겔을 형성하는, 소수성으로 변성된 비이온성 셀룰로오스 유도체이다. 메틸셀룰로오스는 치환도가 높은 소수성 영역과 치환도가 낮거나 치환이 일어나지 않은 친수성 영역으로 이루어진 비균질성 교호식(alternative) 블록공중합체 구조이다(Kundu, K.K, Polymer. 42 (2001)2015-2020 참조). 앞서 설명한 바와 같이, 상기 소수성 영역은 가열에 의해 물 구조를 파괴시켜 소수성 상호작용을 증강시킴으로써 겔화 현상을 초래하는 원인이 된다. 치환도(DS)가 1.4-2.0인 시판되는 MC는 물속에서 MC의 농도 1.0-2.5%에서 가열시에 졸-겔 전이를 수행한다.

MC를 체온에서 겔화되는 인시튜(in situ)-형성 약물전달 시스템으로 응용하기 위해서는, 일반적으로 중합체, 비전해질 또는 염과 같은 첨가제를 사용하여 MC의 역(네거티브) 열-겔화 기작을 변성시킬 필요가 있었다.

통상적으로 메틸셀룰로오스의 겔화 온도는 55℃ 이상으로서 약 37℃ 내외의 체내 온도에서 겔화 시키기 위해서는 이러한 겔화 온도를 낮추기 위해서, 종래 MC의 농도를 증가시키거나 염을 첨가하여 사용하였다. 그러나, MC의 농도를 증가시키는 경우는 용액의 점도가 높아져 취급이 어려운 문제가 있었고, 암모늄 설페이트, 소듐 트리포스페이트 등의 염석염을 첨가하는 경우에는 과량 사용시 세포 독성을 일으키는 문제점이 존재하였다.

본 발명자들은 효소처리를 통해 메틸셀룰로오스 분자량을 10~20 kDa으로 현저히 감소시킴으로써, 겔화 온도를 35~40℃ 범위의 체온으로 낮출 수 있음을 발견하였다.

본 발명의 분자량 10~20 kDa의 저분자량 메틸셀룰로오스는 예를 들어, 셀룰라아제(cellulase) 등의 효소 처리를 통해 분자량을 감소시켜 수득할 수 있다. 보다 구체적인 공정은 도 1에서 모식도로 나타내었다.

본 발명의 분자량 10~20 kDa의 메틸셀룰로오스에 대하여, 본 명세서에서는 "저분자량 메틸셀룰로오스"로 표현하기도 한다. 또한 본 발명의 저분자량 메틸셀룰로오스는 온도 감응성의 성질을 잃지 않는 범위 내에 속하는 메틸셀룰로오스 유도체도 포함한다.

본 발명의 저분자량 메틸셀룰로오스를 이용하여 약물 전달용 하이드로겔을 제작하는 경우, 생체적합성이 향상될 뿐만 아니라 하이드로겔 자체도 체내에서 서서히 분해되어 배출되므로 생배출성이 향상된다.

실시예 4에서 확인하고 있는 바와 같이, 저분자량 메틸셀룰로오스로 이루어진 겔은 체내에서 서서히 분해가 일어나 인체에 무해한 저분자 물질로 변화되어 스스로 체외로 배출되기 때문에 일정기간 약물의 방출 후 별도의 외과적 제거 수술 과정 등이 필요없다. 그리고 이러한 배출은 주로 신장을 통해 이루어진다.

한편, 본 발명의 온도감응성 겔은 서방성 약물전달체에 효과적으로 사용될 수 있다. 특히, 친수성 약물 전달에 더욱 효과적이다.

생분해성을 높인 저분자량 메틸셀룰로오스와 친수성인 펩티드/단백질 약물 등의 혼합물이 메틸셀룰로오스 겔화 온도 미만에서 공중합체 수용액으로서 제조되어 약물이 부분적 또는 완전 용해된 약물 전달액체를 형성할 수 있다.

특히, 본 발명의 저분자량의 메틸셀룰로오스는 다른 염의 첨가 없이도 체내에서 겔화될 수 있으므로 생체 적합성 및 생분해성이 매우 우수하다.

본 발명의 겔에 포함될 수 있는 약물 물질로는 예를 들어, 단백질, 폴리펩티드, 탄수화물, 무기 물질, 항생제, 항신생물제, 국소 마취제, 항혈관형성제, 혈관활성제, 항응고제, 면역조절제, 세포독성제, 항바이러스제, 항체, 신경전달물질, 정신작용약, 올리고누클레오티드, 지질, 세포, 조직, 조직 또는 세포 응집물, 및 이들의 조합물이 있다. 뿐만 아니라, 암 화학요법제, 예컨대 시토킨, 케모킨, 림포킨 및 실제로 정제된 핵산, 및 백신, 예컨대 약독화된 인플루엔자 바이러스가 있다. 혼입될 수 있는 실제로 정제된 핵산은 게놈 핵산 서열, cDNA 엔코딩 단백질, 발현 벡터, 상보적인 핵산 서열과 결합하여 번역 또는 전사를 억제하는 안티센스 분자 및 리보자임을 포함한다.

이처럼, 기본적으로 사용될 수 있는 약물의 종류에는 제한이 없으나, 특히, 상기 약물들 중에서 친수성 약물, 단백질 약물 또는 핵산 기반 약물이 보다 바람직하다.

본 발명의 온도감응성 겔은 또한 단기 치료적 효과 또는 치료를 위한 하나 이상의 약물 또는 치료제를 포함할 수 있는데, 약물 또는 치료제는 천연고분자를 용액에 용해시키기 전, 용해시키는 동안 또는 용해시킨 후에 겔을 제조하는데 사용된 중합체에 첨가될 수 있다. 바람직하게는, 약물 또는 치료제를 용해시키기 전에 첨가시켜 약물 또는 치료제의 보다 균일한 분산 또는 용해를 촉진시킨다.

약물 또는 치료제를 겔(중합체)에 혼입시킬 수 있는 다양한 기술이 공지되어 있으며, 분무 건조, 용매 증발, 상분리, 급속 냉동 및 용매 추출을 포함하나, 이로 제한되지 않는다.

약물 또는 치료제는 상기 겔에 약 0.1 내지 약 100 중량%, 바람직하게는 약 1 내지 약 50 중량%, 및 보다 바람직하게는 약 10 내지 약 30 중량%로 포함된다. 그러나 약물 또는 치료제가 겔의 0.01 내지 95 중량%로 포함될 수도 있다. 겔에 포함된 약물 또는 치료제의 양 또는 농도는 약물 또는 치료제의 흡수·비활성화 및 배출 속도 뿐만 아니라 겔 중 중합체의 전달 속도에 따라 달라질 것이다.

상기와 같은 방법으로 제조된, 본 발명에 따른 약물 전달용 온도감응성 겔은 실온에서 액상이다. 피검체에 주사 직후, 체온으로 인해 겔이 된다. 온도 감응성 겔 내에 함유된 약물 또는 치료제는 피검체의 세포외 매트릭스로 확산되고, 표적 부위에 제어된 수단으로 방출될 것이다.

한편, 본 발명은 다른 관점에서, 상기 저분자량 메틸셀룰로오스 및 이를 이용한 온도감응성 겔의 제조방법에 관한 것이다.

온도감응성 겔은 당업자에게 자명한 표준 기술을 이용하여 제조될 수 있다.본 발명의 실시예 1의 약물전달용 온도감응성 겔을 제조하는데 요구되는 기술, 양, 온도 및 시간은 당업자에게 공지되어 있을 것이다.

물론, 본 발명의 겔은 선택적으로 소량의 염석염을 더 포함할 수도 있지만, 바람직하게는 염석염 없이 상기 저분자 메틸셀룰로오스만으로 약물 전달용 하이드로겔을 제조하는 것이 좋다.

다양한 온도에 대한 겔의 민감성, 예컨대 실온의 액체에서 체온의 겔에 이르는 가역적인 변화에 대한 겔의 안정성은 다양한 온도에서 점도 및 부피 변화를 측정하는 표준 검정 또는 기술, 예를 들어 점도계를 이용하여 측정될 수 있다.

또 다른 관점에서 본 발명은 생체분해가능하고 생체적합한 겔에 다수의 약물 또는 치료제를 포함하는, 제어된 약물 방출용 약학적 조성물을 포함한다.

여기서 상기 조성물 약물 또는 치료제를 필요로 하는 환자에게 도입시키는 것을 포함하는 질병, 질환 또는 병을 치료하는 방법 및 본 발명의 시스템을 제조하는 방법도 포함한다. 상기 약물 또는 치료제는 앞서 설명한 바와 같다.

즉, 본 발명은 분자량이 10~20 kDa인 온도가역성 메틸셀룰로오스를 포함하는 온도감응성 겔 및 목적하는 약물을 포함하는 서방성 약물방출용 약학적 조성물 및 이의 사용에 관한 것이다.

본 발명의 온도감응성 겔은 생체흡수성, 생체분해성, 생체적합성으로 제형화할 수 있다. 생체흡수성이라 함은 중합체가 체내에서, 분산된 중합체 분자의 분해 또는 분해 없이, 초기 적용에서 사라질 수 있음을 의미하는 것이다. 생체분해성은 가수분해 또는 효소 분해에 의해 중합체가 체내에서 파쇄 또는 분해될 수 있음을 의미한다. 생체적합성은 성분 모두가 체내에서 무독성임을 의미한다.

본 발명의 치료제 약물 전달 시스템은 당해 약물 시스템에 포함된 약물이 치료 효과적인 질환 상태 또는 증상이 있는 사람 또는 기타 포유동물에 적합하게는 주사 또는 기타 다른 방법으로 전달(예: 이식, 체강 또는 가능한 공간에 넣는 것, 신체의 조직 표면을 코팅 또는 이식가능한 장치의 표면을 코팅함으로써)될 수 있지만, 특히, 상기 조성물은 비경구로 전달되는 것이 바람직하다. '비경구'란 근육내, 복막내, 복부내, 피하, 정맥 및 동맥 내를 포함한다.

본 발명의 조성물은 대표적으로 주사 제형으로 제제될 수 있다.

온도감응성 겔을 주사제형의 약물 전달체나 조직재생용 기능성 지지체로 응용하기 위해서는 낮은 점도와 빠른 겔 형성, 그리고 신체 외부로 쉽게 배출되기 위한 낮은 분자량을 가지고 있어야 하는데, 본 발명에서는 저분자량의 메틸셀룰로오스를 사용함으로써, 생체적합성 및 온도감응성의 겔의 요건 중 하나인 낮은 점도와 낮은 분자량을 유지할 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 주사가능한 조성물은 임의의 적합한 방법, 바람직하게는 피하 바늘을 통한 주사에 의해 사람 또는 기타 포유 동물의 체내에 주사 또는 삽입할 수 있다.

예를 들면, 주사 또는 기타 다른 방식으로 동맥내, 정맥내, 비뇨생식기, 피하, 근육내, 피하, 두개내, 심장막내, 흉막내, 또는 기타 신체강 또는 가능한 공간내로 투여할 수 있다. 또는, 카테터 또는 시린지를 통해 예를 들어 관절경 시술 동안에 관절내로, 또는 비뇨생식관내로, 맥관내로, 구개내로 또는 흉막내, 또는 신체내 임의의 체강 또는 가능한 공간내로, 수술, 외과, 진단 또는 중재 시술 도중에 도입할 수 있다. 당해 하이드로겔을 한정된 영역 또는 조직에 투여하여 약물의 국부 농도를 높여서 지연된 방출 데포우를 형성한다. 기타 적용에서, 개방 외과술 또는 외상 창상, 화상, 또는 피부 또는 기타 조직 표면에 국소 적용할 수 있다.

특히, 본 발명은 체내의 특정 부위에 주입하였을 때 약물이 체내에서 서서히 방출되도록 하는 서방형 조성물인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 온도감응성 겔은 약물의 서방출, 및 조절된 방출 매트릭스로서 사용하기에 적합하다. 당해 매트릭스가 여기에 균질하게 함유된 하나 이상의 치료제와 커플링될 경우, 생체분해성 서방성 약물 전달 시스템이 제공된다.

본원에 사용된 용어 "서방성(sustained release)"(즉, 연장된 방출 또는 조절된 방출)은 사람 또는 기타 포유동물에 도입되거나, 또는 개방된 상처, 화상 또는 조직 표면에 또는 체강 또는 잠재성 체내 공간내 도입되어, 예정된 시간에 걸쳐 하나 이상의 치료제 스트림을 예정된 시간에 걸쳐 목적하는 치료 효과를 달성하기에 충분한 치료 수준에서 지속적으로 방출하는 약물 전달 시스템 또는 조성물을 의미한다.

본 발명의 일 구체예에서는 약 20일 ~ 40일 동안의 약물방출기간을 가져 지속적으로 약물 방출이 가능함을 확인하였다.

또한, 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 하이드로겔은 일정 기간이 경과하면 인체에 무해한 물질로 분해되어 신장을 통해 체외로 배출되므로, 일반적인 주사기나 카데타를 이용하여 본 발명에 따른 조성물을 체내의 특정 부위에 주입한 경우, 약물이 서서히 방출되어 순환 혈액내에서 약물이 일정 농도로 장기간 유지되므로 약효 발현이 우수할 뿐만 아니라, 약물 전달체 제거를 위한 별도의 외과적 제거 수술 과정 등이 필요없는 장점이 있다.

따라서, 본 발명의 서방형 약물 전달 시스템에 따라, 약물 또는 치료제가 피검체의 표적 부위에 제어된 방식으로 방출될 수 있다.

일 구체예에서, 온도감응성 겔을 사용하여 약물 또는 치료제의 피검체로의 부위-특이적 방출을 제공한다. 또 다른 구체예에서, 온도감응성 겔은 피검체에 투여될 수 있는 하나 이상의 약물 또는 치료제를 포함하여, 약물 또는 치료제가 겔로부터의 확산 및/또는 겔의 분해에 의해 방출된다.

이 때, 조성물의 투여 값은 치료되는 질병, 질환 또는 병의 유형 및 중증도에 따라 달라질 것이다. 임의의 특정 피검체에 대하여, 특정 용량 섭생이 개개인의 요구 및 조성물을 투여하거나 투여를 지시하는 사람의 전문적인 판단에 따라 경시적으로 조정되어야 함을 추가로 이해해야 한다. 생체내 투여는 세포 배양에서의 시험관내 방출 연구 또는 생체내 동물 모델에 기초할 수 있다

이처럼, 본 발명의 방법 및 조성물은 제어된 방식으로 약물 또는 치료제를 방출시키기 때문에, 약물 또는 치료제의 최적의 전달을 제공한다. 제어된 전달 결과, 약물이 요망되는 기간 동안 전달된다. 보다 느리고 보다 불변의 전달 속도는 바꾸어 말해 약물 또는 치료제가 동물에게 투여되어야 하는 빈도의 감소를 초래할 수 있다.

약물 또는 치료제의 방출 속도는 많은 인자에 의존적인데, 특히, 겔을 구성하는 생체분해가능한 중합체의 분해 속도에 의존적이다. 또한, 약물 또는 치료제의 입경에 의존적이다. 따라서, 상기 논의된 인자들을 조정함으로써, 분해, 확산 및 제어된 방출을 매우 다양한 범위로 달리할 수 있다. 예를 들어, 방출이 시간, 일, 개월에 따라 일어나도록 고안될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 저분자량 메틸셀룰로오스를 이용한 비경구 약물전달용 온도감응성 겔은 높은 생체적합성 및 생분해성 특성을 가지고 있고, 장기간의 서방성 제제에 적합하며, 약효의 안정성 및 효과를 높여 약물의 전달체로서 매우 유용하다.

실시예

이하에서, 본 발명을 하기의 실시예 및 첨부된 도면을 통하여 구체적으로 설명한다. 하기의 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 의도일 뿐, 본 발명의 보호범위가 하기의 실시예에 기재된 예만으로 국한되는 것은 결코 아니다. 또한, 하기의 실시예 뿐만 아니라, 당업자에 의해서 이로부터 용이하게 추론될 수 있는 사항까지도 본 발명의 보호범위에 속함은 자명하다.

실시예 1 : 저분자 메틸셀룰로오스 제조

메틸셀룰로오스(MC, Mn = 14,000, 점도 = 15 cps)에 효소인 셀룰라아제(cellulase)를 처리하여 분자량을 감소시켰다. 즉, 메틸셀룰로오스에 셀룰라아제를 처리함으로써 분자량을 감소시켰고 2,000Da cut-off 투석 멤브레인(dialysis membrane)을 사용하여 특정 분자량의 메틸셀룰로오스를 분리하여 동결건조하였다.

이러한 본 발명의 저분자 메틸셀룰로오스 제작과정에 대한 모식도를 도 1에 도시하였다.

그리고, 셀룰라아제 처리 전의 메틸셀룰로오스의 분자량 및 처리 후의 본 발명의 저분자량 메틸셀룰로오스의 분자량을 GPC를 사용하여 측정하여 도 2 및 도 3에 도시하였다.

도 2 및 도 3을 통해 알 수 있는 바와 같이, 효소 처리 전 메틸셀룰로오스의 분자량은 약 64kDa 이었지만, 효소 처리 후에는 15kDa으로 분자량이 거의 1/4 이하로 감소하였다.

실시예 2 : 저분자 메틸셀룰로오스 하이드로겔의 특성 분석

어떠한 염석염의 첨가 없이, 상기 수득한 저분자 메틸셀룰로오스만을 사용하여 온도감응성 하이드로겔을 제조하여 그 특성을 분석하였다.

겔의 제조는 당업계의 공지된 방법을 사용하였다. 간략히 설명하면, 메틸셀룰로오스 겔의 제조를 위해 실시예 1에서 제조한 저분자 메틸셀룰로오즈를 20%중량으로 증류수와 잘 섞어준 다음, 저온(4°C)에서 교반기를 사용하여 잘 섞어주었다. 이 때, 저분자 메틸셀룰로오스의 특성상 높은 온도에서는 녹지 않으므로 약 4℃의 저온에서 시행하였다. 이처럼, 약 1시간 정도 교반기를 통해 섞어준 다음, 추후 실험을 위해 사용하기 전까지 저온에서 보관하였다.

(1) 겔화 온도

우선, 겔화온도(gelation temperature)측정하였다. 측정은 튜브 인버팅 방법(tube inverting method)을 사용하였다.

그리고 그 결과를 도 4에 도시하였다.

즉, 메틸셀룰로오스의 농도가 증가함에 따라 겔화온도가 감소하였고, 이를 통해 염석염의 첨가 없이 본 발명의 저분자량 메틸셀룰로오스 자체만 사용하여 온도감응성 하이드로겔을 제작할 수 있음을 확인하였다.

(2) 점도

20% 하이드로겔의 점도를 rheometer를 통해 측정하여 도 5에 나타냈다.

실온에서는 점도변화 없이 용액 상태를 유지하다가 체온으로 증가하였을 때 점도가 증가하면서 겔이 되는 것을 확인하였다.

(3) 세포독성 분석

실시예 1에서 제작되어진 저분자 메틸셀룰롤오즈 하이드로겔의 세포 독성을 확인하기 위해 트랜스웰 플레이트에 3T3-L1 세포를 키운 다음, 삽입(insert) 부분에 겔을 넣어서 관찰하였다.

세포 독성 실험 모식도(위) 및 그 결과(아래)를 도 6에 나타내었다. 본 발명의 저분자 메틸셀룰로오스 하이드로 겔은 독성을 나타내지 않았다.

비교예 1 : 다양한 염석염의 세포독성

본 발명의 저분자량 메틸셀룰로오스의 비독성 결과와 비교해 보기 위하여, 암모늄 설페이트(Ammonium sulfate, AS), 소듐 트리포스페이트(Sodium three phosphate, STPP), 소듐 설페이트(Sodium sulfate, SS)를 사용하여 H9C2 세포에서의 독성을 분석하였다.

그 결과를 도 7에 도시하였다.

AS와 STPP, SS 염의 경우 모두 낮은 농도에서도 세포에 독성이 나타남을 확인할 수 있었다.

실시예 3 : 저분자 메틸셀룰로오스 겔의 약물 방출 효능(In vitro release test)

본 발명의 하이드로겔의 약물 방출 능력을 확인하기 위해 단백질(BSA, FGF21)과 펩타이드(Exenatide)를 각각 실시예 1에서 제조한 하이드로겔에 봉입하여 약물방출시험을 진행하였다.

각각의 약물을 하이드로겔에 봉입한 후 마이크로 튜브에 넣은 뒤 굳힌 다음 겔 위에 PBS를 넣어 37℃, 100rpm으로 방출을 진행하였다.

그 결과, 도 8에 도시한 바와 같이, 단백질 및 펩타이드 약물이 하이드로겔에서 서서히 방출됨을 확인하였다.

실시예 4 : 저분자 메틸셀룰로오스 겔의 동물 실험

4-1 타입 1 당뇨 동물모델

스트렙토조토신(streptozotocin)을 마우스에 투여하여 1형 당뇨모델을 제작하고, 엑세나타이드(exenatide)를 하이드로겔에 봉입한 제형과 PBS에 녹인 제형을 투여하였다. 하이드로겔의 경우 1회 주입하였고 PBS에 녹인 엑세나타이드의 경우 매일 5일간 투여하였다. 투여 후, 일정 기간 동안 혈당의 변화를 관찰하였다.

그 결과를 도 9에 나타냈다.

엑세나타이드(exenatide)의 경우 생체 내에서 반감기가 매우 짧아서 매일 주입하여야 혈당이 조절되었지만, 본 발명의 하이드로겔에 엑세나타이드를 봉입하여 주입하였을 경우에는 한번 투여를 통해 일주일 동안 하이드로겔에서 엑세나타이드가 방출되면서 혈당이 조절됨을 확인할 수 있었다.

4-2 타입 2 당뇨 동물모델

먼저, 고지방사료를 지속적으로 마우스에 먹여 비만을 유발시킨 후 혈당을 측정하여 당뇨모델을 제작하였다.

그 후, FGF21단백질을 본 발명의 하이드로겔에 봉입한 제형과 PBS에 녹인 제형을 투여하였다. 이 때, FGF21을 봉입한 하이드로겔은 일주일에 2회 투여하였고 PBS에 녹인 FGF21은 매일 투여한 그룹과 일주일에 2회 투여한 그룹으로 나누어 관찰하였다.

그 결과, 도 10에 나타낸 바와 같이, FGF21을 본 발명의 하이드로겔에 봉입한 제형을 투여하였을 경우에만, 2주 후 혈당이 정상범위로 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

4-3 하이드로겔의 생체 배출능 확인

본 발명의 하이드로겔 자체의 생체 배출능을 확인하기 위해 메틸셀룰로오스에 형광물질인 Cy5.5를 접합한 다음 실시예 1의 방법으로 겔을 제작하였다. 그 후, 마우스 피하에 상기 겔을 주입한 다음 일정 기간 동안의 방출능을 관찰하였다.

그 결과, 도 11에 나타난 바와 같이, 겔 주입 후 시간이 지남에 따라 마우스 생체 내에서 겔이 서서히 퍼지는 것을 확인할 수 있었으며, 이러한 배출은 주로 신장을 통해 이루어지고 있는 것을 확인할 수 있었다.

이러한 결과를 통해, 본 발명의 하이드로겔은 체내에서 서서히 분해가 일어나 인체에 무해한 저분자 물질로 변화되어 스스로 체외로 배출되기 때문에 일정기간 약물의 방출 후 별도의 외과적 제거 수술 과정 등이 필요 없는 장점이 있음을 알 수 있다.

Claims (6)

1. 비경구 약물전달용 온도감응성 겔로서,
   염석염 없이, 효소처리를 통해 분자량이 10~20 kDa로 조절된 메틸셀룰로오스를 포함하고,
   상기 메틸셀룰로오스가 16-26 중량%의 농도로 증류수와 혼합되어 35~40℃의 체내 온도 범위에서 겔화되어 형성되며,
   상기 약물은 친수성 약물로서 BSA, FGF21 또는 Exenatide인 것을 특징으로 하는 비경구 약물전달용 온도감응성 겔.
2. 제1항에 있어서,
   상기 메틸셀룰로오스는 평균 분자량이 15kDa인 것을 특징으로 하는 비경구 약물전달용 온도감응성 겔.
3. 제1항의 온도감응성 겔, 및
   친수성 약물을 포함하고,
   상기 친수성 약물은 BSA, FGF21 또는 Exenatide인 것을 특징으로 하는 서방형 비경구 약물 전달용 조성물.
4. 제3항에 있어서,
   상기 비경구는 근육내, 복막내, 복부내, 피하, 정맥 또는 동맥인 것을 특징으로 하는 서방형 비경구 약물 전달용 조성물.
5. 제3항에 있어서,
   상기 조성물은 주사제형으로 제제되는 것을 특징으로 하는 서방형 비경구 약물 전달용 조성물.
6. 분자량 50~70 kDa인 메틸셀룰로오스가 혼합된 용액에 셀룰라아제 효소를 주입하는 단계;
   상기 셀룰라아제 효소가 주입된 상기 용액을 교반하는 단계;
   교반된 상기 용액을 소정의 온도로 가열하는 단계;
   가열된 상기 용액을 투석멤브레인으로 투석하여, 분자량 10~20 kDa인 저분자량 메틸셀룰로오스를 분리하는 단계; 및
   상기 저분자량 메틸셀룰로오스를 동결건조하는 단계;를 포함하고,
   상기 저분자량 메틸셀룰로오스는 16-26 중량%의 농도로 증류수와 혼합되어 35-40 ℃의 체내 온도 범위에서 겔화되는 비경구 약물전달용 온도감응성 겔을 형성하며,
   상기 약물은 친수성 약물로서 BSA, FGF21 또는 Exenatide인 것을 특징으로 하는 분자량 10~20 kDa의 메틸셀룰로오스 제조방법.

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