KR101920284B1 - Heparin nanosponge for controlled release of growth factors and metho for manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 성장인자들을 효과적으로 전달하기 위한 헤파린 나노스폰지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 티올기로 치환된 헤파린과 광가교결합이 가능한 고분자를 간단한 광중합 반응을 통해 제조하며, 이런 헤파린 나노스폰지는 헤파린의 부작용인 과출혈을 최소화하고, 성장인자의 유효활성을 극대화시킬 수 있는 나노운반체에 관한 것이다.The present invention relates to a heparin nano-sponge for effectively delivering growth factors, and more particularly, to a heparin-substituted heparin and a photo-crosslinkable polymer through a simple photopolymerization reaction. The heparin nano- The present invention relates to a nano-carrier capable of minimizing phosphorus and hemorrhage and maximizing the effective activity of a growth factor.
성장인자(Growth factors)는 세포증식(cell proliferation), 세포분화(cell differentiation), 세포수명(cell survival)을 조절하는 신호화 분자(signalling molecules)로서, 수용성 단백질의 한 분류에 해당한다. 이러한 생체분자는 조직 성장(tissue growth)과 조직 수복(tissue repair)을 촉진시키는데 있어 필수적이다. 상기의 생체분자는 아주 짧은 반감기를 가지지만, 낮은 농도에서도 영향력이 미칠 수 있다. 그러므로, 성장인자는 다양한 임상적 활용(clinical application)분야의 생물학적 치료제(Biotherapeutics)로서 큰 잠재력을 지니고 있다. 특히 외상(traouma), 변성질환(degenerative disease), 종양성 절제(oncological resection) 등의 원인에 따른 다양한 조직 결손(tissue defects)의 임상 복원에 있어서 큰 잠재력을 지니고 있다. 성장인자는 인체 내의 손상된 조직을 수복(repair) 내지 교체(replacement)하는 조직 공학(tissue engineering)의 임상시험 성공에 있어 반드시 필수적이다. 제조된 스캐폴드(engineerd scaffold)를 이용한 천연 조직(natural tissue) 재생 과정을 모방하기 위하여, 복합 성장인자들은 최적의 비율로 방출속도가 제어되어 전달되어야 한다.Growth factors are signaling molecules that regulate cell proliferation, cell differentiation, and cell survival, and are a class of water-soluble proteins. These biomolecules are essential for promoting tissue growth and tissue repair. The biomolecule has a very short half-life, but may have an influence even at low concentrations. Therefore, growth factors have great potential as biotherapeutics in a variety of clinical applications. It has great potential in the clinical restoration of various tissue defects due to trauma, degenerative disease, oncological resection, etc. Growth factors are essential to the success of clinical trials of tissue engineering to repair or replace damaged tissue in the human body. To mimic the natural tissue regeneration process using an engineered scaffold, complex growth factors must be delivered at optimal rates and controlled release rates.
단백질 정제 및 DNA 재조합 기술의 진보는 임상적 적용을 위한 다양한 천연 및 재조합 성장인자의 제조를 가능하게 한다. 그러나, 사람을 치료하는데 이용할 수 있도록 승인받고 상업화된 성장인자는 극히 적다. 임상시험 성공에 대한 저조한 결과(disappointing rate)는 주로 용액 내에서의 불안정성, 자가 응집(self-aggregation), 낮은 생체이용률(poor bioavailability), 짧은 생체 내 반감기(in vivo hal-life) 및 생체 내 전달을 위한 모험들이 주요한 원인이다. 일반적으로, 성장인자들은 정맥 주사(bolus injection) 또는 전신투여(systemic administration)를 통해 질병 부위로 전달된다. 생리학적 투여량 하에서 성장인자의 생체활성 상태를 오랜시간 유지하는 것은 어려운 것이다. 이로 인하여, 생체 내에서의 치료효과에 이르기 위해서 매우 높은 복용량의 투여가 요구된다. 그러나, 이러한 매우 높은 복용량의 투여는, 원격 부위(distant site)에서의 비정상적 활성 때문에 종종 저혈압(hypotension), 망막증(retinopathy) 또는 악성 종양의 진행과 같은 원하지 않는 부작용을 야기한다.Advances in protein purification and recombinant DNA technology enable the production of a variety of natural and recombinant growth factors for clinical applications. However, there are very few growth factors approved and commercialized for use in treating humans. The disappointing rate for clinical trial success is mainly due to instability in solution, self-aggregation, poor bioavailability, short in vivo hal-life, and in vivo delivery Adventures for the main reason. Generally, growth factors are delivered to the site of the disease through bolus injection or systemic administration. It is difficult to maintain the bioactive state of growth factors for a long time under a physiological dose. Due to this, very high doses of administration are required to achieve therapeutic effects in vivo. However, administration of these very high doses often results in undesirable side effects such as hypotension, retinopathy or progression of malignant tumors due to abnormal activity at the distant site.
그러므로, 성장인자의 임상시험 성공률을 향상시키고 원하지 않는 부작용을 감소시키기 위해서는, 성장인자의 전달을 최적화할 필요성이 있다. 이는 타겟 조직에 전달된 성장인자의 국소적 농도를 오랫동안 지속시키고, 생체활성을 유지하며, 정상 조직에서의 작용을 최소화하여야 한다. 지난 10년 사이에, 성장인자 전달을 위한 방출 제어 시스템의 개발과 관련하여 많은 시도가 있었다. 마이크로/나노입자(micro/nanoparticle), 하이드로겔(hydrogel), 다공성 3차원 스캐폴드(porous 3D scaffolds)는 성장인자의 전달을 위한 다양한 운반체(vehicles)의 예시이다. 방출 거동은 운반체의 공극률(porosity), 가교도(degree of cross-linking) 및 생분해성 속도(degradation rate)와 같은 물리화학적 특성의 조정에 의하여 조절된다. 또한, 방출 시스템은 구별되는 방출 거동, 상이한 시공간에서의 제어 방출, 즉각적인 방출의 자극을 제공하도록 설계된다. 그러나, 서방출형(sustained release) 운반체내에 성장인자들을 포집시키는 이전 노력들은 성장인자들의 낮은 생체활성을 초래하였기 때문에 부분적으로만 성공하였다.Therefore, there is a need to optimize delivery of growth factors in order to improve the success rate of clinical trials of growth factors and to reduce unwanted side effects. This should maintain the local concentration of the growth factor delivered to the target tissue for a long time, maintain the bioactivity, and minimize the action in the normal tissue. Over the past decade, there have been many attempts to develop emission control systems for growth factor delivery. Micro / nanoparticles, hydrogels, and porous 3D scaffolds are examples of various vehicles for the delivery of growth factors. The release behavior is controlled by the adjustment of physico-chemical properties such as porosity, degree of cross-linking and degradation rate of the carrier. In addition, the release system is designed to provide distinct release behavior, control release in different time and space, stimulation of immediate release. However, previous efforts to capture growth factors within a sustained release vehicle have only partially succeeded, since they resulted in low bioactivity of the growth factors.
헤파린(heparin)은 자연적으로 존재하는 과황산화된 음이온성 다당류(polysaccharide)로서, 임상적으로 항응고제(anticoagulant)로서 사용된다. 헤파린은 대부분의 성장인자가 포함된 헤파린-결합 도메인을 구비한 다양한 단백질과 특이적인 상호작용을 가진다. 이러한 특성으로 인하여, 헤파린을 포함한 몇몇 시스템들은 성장인자들의 서방출을 위하여 개발되어왔다. 헤파린으로 기능화된 생분해성 poly(D,L-lactic-co-glycolic acid)(PLGA) 마이크로스피어(microspheres)와 나노입자(nanoparticles)는 염기성 섬유모세포성장인자(basic fibroblast growth factor)(bFGF), 혈관표피성장인자(vascular endothelial growth factor)(VEGF) 등의 다양한 성장인자들의 효과적인 전달을 위하여 사용되었다. 또한, 헤파린은 성장인자의 제어된 전달을 위하여, 콜라겐(collagen), 알지네이트(alginate) 및 키토산(chitosan)과 같은 다양한 이식용 3차원 스캐폴드와 결합한다. 그러나, 헤파린의 항응고제 특성은 과출혈을 야기할 수 있기 때문에, 많은 생체 내 적용에 있어 염려 또는 제한 될 수 있다. Heparin is a naturally occurring persulfated anionic polysaccharide that is clinically used as an anticoagulant. Heparin has specific interactions with a variety of proteins with heparin-binding domains containing most growth factors. Due to these properties, several systems including heparin have been developed for the sustained release of growth factors. Biodegradable poly (D, L-lactic-co-glycolic acid) (PLGA) microspheres and nanoparticles functionalized with heparin are known as basic fibroblast growth factor (bFGF) And vascular endothelial growth factor (VEGF). In addition, heparin binds to various implantable three-dimensional scaffolds such as collagen, alginate and chitosan for controlled delivery of growth factors. However, since the anticoagulant properties of heparin can cause hemorrhage, it can be a concern or limited in many in vivo applications.
본 발명의 목적은, 다양한 성장인자들의 장기간 서방출을 위해 화학적으로 안정화된 운반체로서 광가교결합된 온도감응성(photo-crosslinked thermosensitive) 헤파린 나노스폰지를 제공함에 있다.It is an object of the present invention to provide a photo-crosslinked thermosensitive heparin nano sponge as a chemically stabilized carrier for long term sustained release of a variety of growth factors.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 티올레이트 헤파린(thiolated heparin); 및 상기 티올레이트 헤파린과 결합된 플루로닉(Pluronic) 고분자를 포함하는 헤파린 나노스폰지를 제공하는 것을 본 발명의 일 측면으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a pharmaceutical composition comprising thiolated heparin; And a heparin nano sponge comprising a pluronic polymer combined with the thiolate heparin.
상기 티올레이트 헤파린은 총 중량 100 wt% 대비 3 내지 24 wt%일 수 있다.The thiolate heparin may be 3 to 24 wt% based on 100 wt% of the total weight.
상기 헤파린 나노스폰지의 크기는 5 내지 37 ℃에서, 600 nm 내지 50 nm일 수 있으며, 보다 바람직하게는 5 ℃에서 600nm 이하이고, 37 ℃에서 50 nm 이상일 수 있다.The size of the heparin nano sponge may be 600 nm to 50 nm at 5 to 37 ° C, more preferably 600 nm or less at 5 ° C, and 50 nm or more at 37 ° C.
상기 헤파린 나노스폰지의 표면전하는 -4.0 mV 내지 -40.0 mV일 수 있다.The surface charge of the heparin nano sponge may be -4.0 mV to -40.0 mV.
상기 성장인자는 염기성 섬유모세포성장인자(basic fibroblast growth factor)(bFGF), 혈관표피성장인자(vascular endothelial growth factor)(VEGF), 골형성단백질-2(bone morphogenic protein-2)(BMP-2) 및 간세포성장인자(hepatocyte growth factor)(HGF)으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상일 수 있다.The growth factors include basic fibroblast growth factor (bFGF), vascular endothelial growth factor (VEGF), bone morphogenic protein-2 (BMP-2) And hepatocyte growth factor (HGF).
또한, 본 발명은 (a) 헤파린에 티올기(thiol group, -SH)를 도입하여 티올레이트 헤파린(thiolated heparin, Hep-SH)을 합성하는 단계; (b) 상기 티올레이트 헤파린과 플루로닉 고분자를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 혼합물에 광개시제를 첨가하여 자외선으로 처리하는 단계를 포함하는 헤파린 나노스폰지의 제조방법을 제공하는 것을 본 발명의 다른 측면으로 한다.(A) synthesizing thiolated heparin (Hep-SH) by introducing a thiol group (-SH) into heparin; (b) mixing the thiolate heparin and the pluronic polymer to prepare a mixture; And (c) adding a photoinitiator to the mixture and treating the mixture with ultraviolet light. The present invention further provides a method for producing a heparin nano sponge.
상기 플루로닉 고분자는 광가교결합이 가능한(photo-crosslinkable) 작용기는 포함할 수 있다.The pluronic polymer may include a photo-crosslinkable functional group.
상기 광가교결합이 가능한 작용기는 아크릴레이트(acrylate), 다이아크릴레이트(diacrylate), 올리고아크릴레이트(oligo-acrylate), 메타크릴레이트(methacrylate), 다이메타크릴레이트(dimethacrylate), 올리고메타크릴레이트(oligo(meth)acylate), 쿠마린(coumarin), 타이민(thymine) 또는 시나메이트(cinnamate)일 수 있다.The photocrosslinkable functional groups include, but are not limited to, acrylate, diacrylate, oligo-acrylate, methacrylate, dimethacrylate, oligomethacrylate oligo (meth) acylate, coumarin, thymine or cinnamate.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 헤파린과 플루로닉 고분자를 결합하여 나노스폰지를 제공함으로써, 성장인자를 탑재하여 생체 내에서 효율적으로 전달할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, heparin and pluronic polymer are combined with each other to provide a nano-sponge, so that a growth factor can be loaded and efficiently delivered in vivo.
또한, 헤파린의 부작용인 출혈을 최소화할 수 있으며, 성장인자의 방출을 오랫동안 지속시키며, 본래 성장인자의 생체활성을 유지하여 성장인자의 유효활성을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, bleeding which is a side effect of heparin can be minimized, the release of the growth factor can be maintained for a long time, and the bioactivity of the original growth factor can be maintained, thereby maximizing the effective activity of the growth factor.
또한, 온도변화에 따른 부피변화가 용이한 나노운반체를 제공함으로써, 보다 성장인자의 탑재 능력이 우수한 나노운반체를 제공할 수 있는 효과가 있다. In addition, by providing a nanocomposer which is easy to change in volume with a change in temperature, it is possible to provide a nanocomposer having an excellent ability to mount a growth factor.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤파린 나노스폰지의 제조방법의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤파린 나노스폰지의 입도(도 2의 a), 표면전하(도 2의 b) 및 TEM 이미지(도 2의 c)를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤파린 나노스폰지의 AT-Ⅲ에 대한 결합 친화도(도 3의 a) 및 세포독성(도 3의 b) 측정 결과를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤파린 나노스폰지의 생체 내 성장인자 방출 프로파일을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤파린 나노스폰지의 성장인자 방출 프로파일을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤파린 나노스폰지의 생체활성 측정 결과를 도시한 것이다.1 is a schematic view of a method of manufacturing a heparin nanospond according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows the particle size (a), surface charge (FIG. 2b) and TEM image (FIG. 2c) of a heparin nanospond according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows binding affinity (FIG. 3 a) and cytotoxicity (FIG. 3 b) measurement results of AT-III of heparin nano sponge according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 illustrates the in vivo growth factor release profile of a heparin nano sponge according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 illustrates the growth factor release profile of a heparin nano sponge according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing a bioactivity measurement result of heparin nano sponge according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에서는 다양한 성장인자를 장기간 지속되면서 일정하게 방출하는 화학적으로 안정한 운반체인 광가교결합된 온도감응성(photo-crosslinked thermosensitive) 특성을 지닌 헤파린을 포함하는 나노운반체(nano-carrier)를 합성하였으며, 본 명세서는 이하 '헤파린 나노스폰지'라 한다. 상기 헤파린 나노스폰지는 티올(-SH) 치환된 헤파린과 다이아크릴레이트 플루로닉(diacrylated Pluronic)에 의하여 제조되고, 천연 헤파린보다 낮은 항응고제 활성을 보인다. 상기 헤파린 나노스폰지는 성장인자의 고충전(high loading)에 유용한 온도 변화에 반응하는 부피변화 특성을 가진다. 상기 헤파린 나노스폰지는 염기성 섬유모세포성장인자(basic fibroblast growth factor)(bFGF), 혈관표피성장인자(vascular endothelial growth factor)(VEGF), 골형성단백질-2(bone morphogenic protein-2)(BMP-2) 및 간세포성장인자(hepatocyte growth factor)(HGF) 등의 성장인자를 로딩(loading) 및 방출(release)하는데 이용되며, 상술한 성장인자 이외의 다른 성장인자에도 이용이 가능하다. In the present invention, a nano-carrier containing heparin having photo-crosslinked thermosensitive properties, which is a chemically stable carrier that constantly releases various growth factors for a long period of time, was synthesized. The specification is hereinafter referred to as " heparin nano sponge ". The heparin nano sponge is prepared by thiol (-SH) -substituted heparin and diacrylated pluronic, and exhibits lower anticoagulant activity than natural heparin. The heparin nano sponge has a volume change characteristic in response to a temperature change useful for high loading of the growth factor. The heparin nano-sponge contains basic fibroblast growth factor (bFGF), vascular endothelial growth factor (VEGF), bone morphogenic protein-2 (BMP-2 ) And hepatocyte growth factor (HGF), and can be used for growth factors other than the growth factors described above.
각각의 헤파린 나노스폰지에서 헤파린의 양(amount)은 다르게 하였으며, 성장인자의 방출을 관찰하였다. 또한, 성장인자의 생체활성을 분석하였다. The amount of heparin in each heparin nano sponge was different and the release of growth factors was observed. In addition, the bioactivity of growth factors was analyzed.
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 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 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.
시료.sample.
헤파린(heparin)(soduim salt, 돼지의 장 점막(intestinal mucosa)에서 추출하였음, 분자량(Mw) = 12,000 Da)(Cellsus Inc., cincinnati, OH, USA), 플루로닉 F 127 (Pluronic F 127, PF 127)(PEO100PPO65PEO100(PEO: poly(ethylene oxide), PPO: poly(propylene oxide)), Mw= = 12,600 Da)(BASF Corp., Seoul, Korea), 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide(EDC), 1-hydroxy-benzotriazole hydrate(HOBT), cysteamine, dithiotreitol(DTT), sodium chloride, potassium phosphate monobasic, sodium phosphate dibasic, sodium azide, Azure A chloride, heptocyte growth factor(HGF)(Sigma-Aldrich Corp., St. Louis, MO, USA), 4-(2-hydroxyethoxy)phenyl-(2-hydroxy-2-propyl) ketone(Irgacure 2959)(Ciba Specialty Chemicals Inc., Basel, Switzerland), Ellman's reagent(Pierce, Rockford, USA), COATEST heparin kit(Chromogenix Inc., Milano, Italy), recombinant human vascular endothelial growth factor(VEGF), recombinant human bone morphogenetic protein 2(BMP-2), recombinant human fibroblast growth factor basic(bFGF), development ELISA kits(PeproTech, Rocky Hill, NJ, USA).Heparin (soduim salt, extracted from intestinal mucosa of pigs, molecular weight (Mw) = 12,000 Da) (Cellsus Inc., cincinnati, OH, USA),
DMEM(Dulbecco's Eagle's medium), fetal bovine serum(FBS), penicillin-streptomycin, trypsin ethylenediaminetetraacetic acid(EDTA)(Gibco, Grand Island, NY, USA), culture medium ultraMEM(containing reduced proteins)(LONZA Walkersville Inc., Basel, Switzerland), Balb/c3T3 fibroblast cell(Korea Cell Line Bank, Seoul, Korea).Culture medium ultraMEM (containing reduced proteins) (LONZA Walkersville, Inc., Basel, MA), Dulbecco's Eagle's medium, Fetal bovine serum (FBS), penicillin- streptomycin, trypsin ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) , Switzerland), Balb / c3T3 fibroblast cell (Korea Cell Line Bank, Seoul, Korea).
실시예 1. 티올기로 기능화된 헤파린(thiol-functionalized heparin)의 합성Example 1. Synthesis of thiol-functionalized heparin
티올레이트 헤파린(thiolated heparin, Hep-SH)은 헤파린의 카복시 그룹(carboxylic group)과 시스테아민(cysteamine)의 아민그룹의 반응에 의하여 합성된다. 구체적으로는, 헤파린을 탈이온수(deionized water)에 용해시켜 10 mg/mL의 농도로 제조한다. 이후, EDC, HOBT, 과량의 시스테아민을 순차적으로 첨가하여, (헤파린 : HOBT : EDC : 시스테아민 = 1 : 0.75 : 0.75 : 2)혼합비(molar ratio)의 반응 용액을 제조한 후, 상온에서 24시간 동안 반응시킨다. 이후, 반응 용액을 투석막(dialysis membrane)(MWCO of 3500 Da, Spectrum lab., CA, USA)을 이용하여 투석한 후, 자유 티올기(free thiol groups)를 획득하기 위하여 산화된 이황화기(disulfide groups)을 제거하는 과량의 DTT(10x molar ratio)를 첨가한다. 자유 티올기를 가지는 헤파린은 투석에 의하여 정제한 후, 감압하에서 동결 건조한다. 헤파린에서의 티올기 치환도(degree of thiol group substitution)는 Ellman's assay에 의하여 412 nm로 측정된다.Thiolated heparin (Hep-SH) is synthesized by the reaction of a carboxylic group of heparin with an amine group of cysteamine. Specifically, heparin is dissolved in deionized water to a concentration of 10 mg / mL. Thereafter, EDC, HOBT and excess cysteamine were sequentially added to prepare a reaction solution having a molar ratio of (heparin: HOBT: EDC: cysteamine = 1: 0.75: 0.75: 2) For 24 hours. Thereafter, the reaction solution was dialyzed against a dialysis membrane (MWCO of 3500 Da, Spectrum lab., CA, USA), and then disulfide groups (disulfide groups) were added to obtain free thiol groups. Lt; RTI ID = 0.0 > (10x molar ratio) < / RTI > Heparin having a free thiol group is purified by dialysis and then lyophilized under reduced pressure. The degree of thiol group substitution in heparin is measured by Ellman's assay at 412 nm.
실시예 2. 헤파린 나노스폰지의 합성Example 2. Synthesis of heparin nano sponge
헤파린 나노스폰지는 다이아크릴레이트 플루로닉 F127(diacrylated Pluronic F127, DA-PF 127))과 티올레이트 헤파린(Hep-SH)와의 광중합(photo-polymerization) 방법에 의하여 제조된다. 구체적으로는, DA-PF 127 용액(10 wt%, 154 μL)를 300 μL의 탈이온수에 희석하고, 티올레이트 헤파린(thiolation: ~12 %)을 첨가하여 혼합물을 제조한다. 다양한 헤파린 함량을 가지는 나노운반체는 제조하기 위하여, 티올레이트 헤파린의 양을 0.5 내지 7 mg으로 설정한다. 이후, 혼합물에 대하여 1546 μL의 탈이온수를 첨가하여 0.77 wt%의 DA-PF 127의 혼합용액을 제조한다. 이후, 혼합용액 2 mL에 대하여 광개시제(photoinitiator, 0.05 wt%의 Irgacure 2959)를 천천히 첨가한 후, 혼합용액에 대하여 UV 램프(unfiltered)(VL-4.LC, 8 W, Vilber Lourmat, France)를 이용하여 1.3 mW/m2의 강도로 15 분 동안 UV처리한다. 최종적으로, 정제된 헤파린 나노스폰지는 탈이온수에서 투석(MWCO of 300 kDa)과 Nanosep® centrifugal devices(MWCO of 300 kDa, Pall Life Sciences, Ann Arbor, MI, USA)를 이용한 회전 여과에 의하여 획득된다. 제조된 헤파린 나노스폰지는 감압 하에 동결건조된 후, - 80 ℃에서 저장보관된다.The heparin nano sponge is prepared by photo-polymerization of diacrylated Pluronic F127 (DA-PF 127) and thiolate heparin (Hep-SH). Specifically, the mixture is prepared by diluting DA-
실험예 1. 헤파린 나노스폰지의 특성Experimental Example 1. Characteristics of heparin nano sponge
음이온성 헤파린 분자와 결합할 수 있는 양이온성 염료(cationic dye) Azure A를 이용한 분광광도법(spectrophotometry)에 의하여, 헤파린 나노스폰지에 도입된 헤파린의 양을 분석한다. 상기 실시예 2에서 제조한 동결건조된 헤파린 나노스폰지를 탈이온수에서 재부유(resuspend)한 후, 20 μL를 96 웰 플레이트(well microplate)에 주입한다. 이후, 180 μL(150 μM)의 Azure A 용액과 혼합하여 혼합용액을 제조한 후, 혼합용액을 상온에서 20 분 동안 배양시킨다. 혼합용액의 흡광도는 멀티웰 분광광도계(multiwell spectrophotometer)(Spectra Max M2, Molecular Devices Inc., USA)를 이용하여 측정하였으며, 흡광도는 595 nm에서 측정한다. 헤파린 나노스폰지에 도입된 헤파린의 농도는 헤파린의 calibration curve를 이용하여 계산한다.The amount of heparin introduced into the heparin nano sponge is analyzed by spectrophotometry using a cationic dye Azure A capable of binding to an anionic heparin molecule. The lyophilized heparin nano sponge prepared in Example 2 was resuspended in deionized water and then 20 μL was injected into a 96-well plate. Then, the mixed solution is mixed with 180 μL (150 μM) Azure A solution, and the mixed solution is incubated at room temperature for 20 minutes. The absorbance of the mixed solution was measured using a multiwell spectrophotometer (Spectra Max M2, Molecular Devices Inc., USA), and the absorbance was measured at 595 nm. The concentration of heparin introduced into the heparin nano sponge is calculated using the calibration curve of heparin.
레이저 다이오드(laser diode) 광원(638 nm)과 광전자 증배관(photomultiplier tube) Detector(165° scattering angle)가 장착된 전기영동 광산란측정기(Electrophoretic light scattering spectrophotometer)(ELS-Z2, Otsuka Electronics Co., Japan)을 이용하여, 헤파린 나노스폰지의 입자직경(hydrodynamic diameter)와 표면전하(zeta potential)를 탈이온수 하에서 각각 5, 25, 37 ℃에서 측정한다. 헤파린 나노스폰지의 모폴로지(morphologies)는 200 kV의 가속전압(accelerating voltage)에서 구동되는투과전자현미경(transmission electron microscope)(JEM-2100, JEOL, Japan)을 이용하여 측정한다. 모든 측정은 3회 수행하였다.Electrophoretic light scattering spectrophotometer (ELS-Z2, manufactured by Otsuka Electronics Co., Japan) equipped with a laser diode light source (638 nm) and a photomultiplier tube detector (165 ° scattering angle) ), The particle diameter (hydrodynamic diameter) and the surface charge (zeta potential) of the heparin nano sponge are measured at 5, 25 and 37 ° C under deionized water, respectively. The morphologies of the heparin nano sponge are measured using a transmission electron microscope (JEM-2100, JEOL, Japan) driven at an accelerating voltage of 200 kV. All measurements were performed 3 times.
실험예 2. 헤파린 나노운반체의 항응고제 생체활성Experimental Example 2: Anticoagulant bioactivity of heparin nano-carrier
항응혈제 Ⅲ(antithrombine Ⅲ, AT Ⅲ)와 헤파린의 결합 친화도(binding affinity)을 측정하는 Coatest Heparin kit를 이용하여, 헤파린 나노운반체의 항응고제 생체활성은 측정하고, intact 헤파린과 티올레이트 헤파린(thilolated heparin)의 결과와 비교한다.The anticoagulant bioactivity of heparin nano-carriers was measured using Coatest Heparin kit, which measures the binding affinity of antithrombine Ⅲ (AT Ⅲ) and heparin, and intact heparin and thiolated heparin heparin).
전구체 용액을 제조하기 위하여, 탈이온수 내 존재하는 시료(intact 헤파린, 티올레이트 헤파린, 헤파린 나노스폰지) 25 μL를 25 μL의 AT Ⅲ와 200 μL의 0.1 M 트리스 버퍼 용액(Tris buffer solution)을 혼합한 후, 37 ℃에서 4 분 동안 배양시킨다. 이후, 각각의 전구체 50 μL에 25 μL의 Factor Xa(FXa)를 첨가하여 혼합물을 제조하고, 37 ℃에서 30초 동안 배양시킨다. 혼합물에 50 μL의 발색합성펩타이드 S-2222(chomogenic peptide S-2222)를 혼합한 후 37 ℃에서 3 분 동안 배양시킨다. 최종적으로, 반응은 75 μL의 아세트산(acetic acid)(20 % v/v)를 첨가함으로써 종결되며, 용액의 흡광도는 멀티웰 분광광도계(multiwell spectrophotometer)를 이용하여 405 nm에서 측정된다. To prepare the precursor solution, 25 μL of samples present in deionized water (intact heparin, thiolate heparin, heparin nano sponge) were mixed with 25 μL of AT III and 200 μL of 0.1 M Tris buffer solution , Followed by incubation at 37 DEG C for 4 minutes. Then, 25 μL of Factor Xa (FXa) is added to 50 μL of each precursor to prepare a mixture and incubated at 37 ° C. for 30 seconds. The mixture is mixed with 50 μL of chromogenic peptide S-2222 (chomogenic peptide S-2222) and incubated at 37 ° C. for 3 minutes. Finally, the reaction is terminated by the addition of 75 μL of acetic acid (20% v / v) and the absorbance of the solution is measured at 405 nm using a multiwell spectrophotometer.
실험예 3. 생체 외(Experimental Example 3: In vitro ( in vitroin vitro ) 혈청(serum) 안정성 및 세포독성(cytotoxic) 측정) Serum stability and cytotoxic measurement
헤파린 나노스폰지의 혈청 안정성을 측정하기 위하여, 헤파린 나노스폰지를 10 % FBS와 0.05 % NaN3를 포함하는 DMEM배지에 부유한 후, 37 ℃, 100 rpm 조건의 shaking rocker에서 안치시킨다. 이후, 헤파린 나노스폰지의 크기와 다분산성(polydispersity)를 2주 동안 측정한다.To determine the serum stability of the heparin nano sponge, the heparin nano sponge was suspended in a DMEM medium containing 10% FBS and 0.05% NaN 3 , and then incubated in a shaking rocker at 37 ° C and 100 rpm. The size and polydispersity of the heparin nano sponge is then measured for two weeks.
헤파린 나노스폰지와 자유 헤파린의 세포독성은 Balb/c3T3 fibroblast cells을 이용하여 분석된다. Balb/c3T3 fibroblast cells(passage 2 upon use)은 96-웰 조직배양 플레이트(96-well tissue culture plate)(a density 1 × 104 cells per well)에 이식하여 DMEM 배지(10 % fetal bovine serum(FBS) and 1 % penicillin-streptomycin)에서 5 % CO2 하에서 37 ℃, 8 시간 동안 배양시킨다. 이후, 10 내지 500 ㎍/mL(based on hepatin amount)의 intact 헤파린, 티올레이트 헤파린, 헤파린 나노스폰지 각각을 상기 배양된 세포에 첨가한다. 이후 24 시간 동안 배양한 후, 상층액을 제거하고, 세포를 PBS(pH 7.4)로 세척한다. 이후, 배지를 10-time-diluted CCK-8(cell counting kit-8, Dojindo Laboratories, Kumamoto, Japan)을 포함하는 신선한 배지로 교체하고, 37 ℃에서 1 시간 동안 배양한다. 색을 띠는 배지의 흡광도는 멀티웰 분광광도계(multiwell spectrophotometer)를 이용하여 450 nm에서 측정된다. 모든 측정은 3회 실시하였다.Cytotoxicity of heparin nano sponge and free heparin is analyzed using Balb / c3T3 fibroblast cells. Balb / c3T3 fibroblast cells (
실험예 4. 헤파린 나노스폰지로부터 생체 내로의 성장인자 방출 프로파일EXPERIMENTAL EXAMPLE 4: In vivo growth factor release profile from heparin nano sponge
헤파린 나노스폰지가 거대분자와 결합한 헤파린을 적절히 전달할 수 있는 지 분석하기 위하여, HGF, VEGF, BMP-2 및 bFGF와 같은 성장인자를 이용한다.Growth factors such as HGF, VEGF, BMP-2 and bFGF are used to analyze whether heparin nanospores can adequately transfer macromolecularly bound heparin.
방출 실험을 위하여, 각각의 단백질 용액(200 ng/100 μL)에 헤파린 나노스폰지의 동결건조된 분말(200 μg)을 첨가한 후, 12 시간 이상 4 ℃에서 배양한다. 이후, 모든 단백질-헤파린 나노스폰지 분산액(protein-leaded nanosponge suspension)을 투석용 백(dialysis bags)(cellulose ester, MWCO of 300 kD)에 위치시키고, 투석용 백을 37 ℃, 100 rpm 조건의 shaking rocker의 0.01 % BSA와 0.05 % NaN3를 포함하는 10 mL의 PBS에 투입하였다. infinite sink condition을 유지하기 위하야, 각 측정 시간 마다, 모든 방출 배치를 신선한 배지로 교체하였다. 헤파린 나노스폰지로부터 방출된 단백질의 양은 development ELISA kit를 이용하여 측정된다. 헤파린 나노스폰지 내 단백질의 봉입효율(encapsulation efficiency)은 37 ℃에서 5 분 동안 100 rpm으로 회전 투석 후 측정하여, 계산된다. For the release experiment, add lyophilized powder (200 μg) of heparin nano-sponge to each protein solution (200 ng / 100 μL) and incubate at 4 ° C for over 12 hours. The protein-leaded nanosponge suspension was then placed in dialysis bags (cellulose ester, MWCO of 300 kD) and the dialysis bag was shaken at 37 < 0 > C and 100 rpm Of 0.01% BSA and 0.05% NaN 3 . To maintain the infinite sink condition, at every measurement time, all release batches were replaced with fresh media. The amount of protein released from the heparin nano sponge is measured using a development ELISA kit. The encapsulation efficiency of the protein in the heparin nano sponge is calculated by measuring the dialysis at 100 rpm for 5 minutes at 37 ° C.
실험예 5. 헤파린 또는 헤파린 나노스폰지에서의 성장인자의 생체활성 분석EXPERIMENTAL EXAMPLE 5. Bioactivity analysis of growth factors in heparin or heparin nano sponge
bFGF의 생체활성을 분석하기 위하여, bFGF-dependent Balb/c3T3 fibroblast cells을 이용한다. bFGF-dependent Balb/c3T3 fibroblast cells(passage 2 upon use)은 96-웰 조직배양 플레이트(96-well tissue culture plate)(a density 1 × 104 cells per well)에 이식되고, DMEM 배지(10 % fetal bovine serum(FBS) and 1 % antibiotics)에서 8 시간 동안 배양된다. 배양 후, PBS로 세척한 후, bFGF(5 or 10 ng/mL) 자체(bFGF alone), 헤파린과 혼합된 bFGF(1 ㎍/mL based on heparin amount) 또는 헤파린(24 wt%)을 포함한 헤파린 나노스폰지와 혼합된 bFGF(1 ㎍/mL based on heparin amount)를 포함하는 각각의 ultraMEM(1 % antibiotics)에 위치시킨다. 40 시간 배양 후, 상층액을 제거하고 세포를 PBS로 세척한다. 세포증식(cell proliferation)은 멀티웰 분광광도계(multiwell spectrophotometer)의 450 nm 하에서 CCK-8 assay를 이용하여 측정한다.To analyze the bioactivity of bFGF, bFGF-dependent Balb / c3T3 fibroblast cells are used. bFGF-dependent Balb / c3T3 fibroblast cells (
이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다. Having described specific portions of the present invention in detail, those skilled in the art will appreciate that these specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
결과 및 논의Results and discussion
1. 헤파린 나노스폰지의 제조와 특성(실험예 1)1. Preparation and characteristics of heparin nano sponge (Experimental Example 1)
성장인자를 효율적으로 전달할 수 있는 화헉적으로 안정한 운반체(carrier)인 헤파린 나노스폰지(Hep-NS)를 합성하였다. 도 1을 참조하면, 헤파린 나노스폰지는 티올레이트 헤파린(Hep-SH)와 다이아크릴레이트 플루로닉 F127의 UV 개시 thiol-ene reaction에 의하여 합성되었다. 이러한 단일단계의 광중합 방법은 비교적 높은 결합반응 수율을 보이면서, 단분산(mono-dispersed)의 나노운반체를 합성한다. 헤파린 나노스폰지의 헤파린의 함량은 반응시 투입되는 Hep-SH의 농도(플루로닉 고분자 대비 티올레이트 헤파린의 질량비)를 조정함으로써, 3 내지 24 wt%로 적절히 조절될 수 있다. 헤파린의 함량이 24 wt%를 초과하는 경우, 응집(aggregation) 뿐만 아니라 불안정한 헤파린 나노스폰지를 합성한다.Heparin nano sponge (Hep-NS), which is a stable carrier capable of efficiently transferring growth factors, was synthesized. Referring to FIG. 1, the heparin nano sponge was synthesized by UV-initiated thiol-ene reaction of thiolate heparin (Hep-SH) and diacrylate pluronic F127. This single-step photopolymerization method produces a mono-dispersed nano-carrier with relatively high binding reaction yield. The content of heparin in the heparin nano sponge can be appropriately adjusted to 3 to 24 wt% by adjusting the concentration of Hep-SH (mass ratio of thiolate heparin to pluronic polymer) input during the reaction. When the content of heparin exceeds 24 wt%, aggregation as well as unstable heparin nano sponge are synthesized.
도 2의 (a)를 참조하면, 3 내지 24 wt% 헤파린 함량의 헤파린 나노스폰지(Hep(3)-NS, Hep(6)-NS, Hep(15)-NS, Hep(24)-NS)는 5 ℃에서 516 ± 57 nm, 25 ℃에서 141 ± 12 nm, 37 ℃에서 58 ± 6 nm의 크기 변화를 가지는 바, 헤파린으로 기능화된 나노운반체(헤파린 나노스폰지)는 각각의 농도에서 서로 유사한 크기와 온도 감응성 특성(thermo-sensitive properties)을 보인다. 헤파린 나노스폰지의 헤파린의 함량은 크기와 부피변화의 온도 의존성에는 영향을 미치지 않는다. Hep (3) -NS, Hep (6) -NS, Hep (15) -NS, Hep (24) -NS) with a heparin content of 3 to 24 wt% (Heparin nano sponge) at 51 ° C ± 57 nm at 5 ° C, 141 ± 12 nm at 25 ° C and 58 ± 6 nm at 37 ° C, And thermo-sensitive properties. The content of heparin in the heparin nano sponge does not affect the temperature dependence of size and volume change.
그러나, 도 2의 (b)를 참조하면, 헤파린 나노스폰지의 표면전하는 헤파린의 함량이 증가함에 따라 -4.1±0.6 mV에서 -29.1±1.5 mV로 점차적으로 증가한다. 이는 높은 음전하로 대전된 헤파린이 나노스폰지의 표면에 위치함을 의미한다.However, referring to FIG. 2 (b), the surface charge of the heparin nano sponge gradually increases from -4.1 ± 0.6 mV to -29.1 ± 1.5 mV as the content of heparin increases. This means that the high negatively charged heparin is located on the surface of the nano sponge.
도 2의 (3)을 참조하면, 헤파린 나노스폰지의 TEM 이미지는 유사한 크기와 모폴로지를 보이며, 헤파린의 존재는 모폴로지와 크기에 영향을 미치지 않는다.Referring to FIG. 2 (3), the TEM image of the heparin nano sponge shows similar size and morphology, and the presence of heparin does not affect the morphology and size.
2. 헤파린 나노스폰지의 항응고제 생체활성(실험예 2)2. Anticoagulant bioactivity of heparin nano sponge (Experimental Example 2)
헤파린 자체(intact 헤파린, 티올레이트 헤파린) 또는 헤파린 나노스폰지의 항응고제 생체활성은 FXa inhinition assay에 의하여 측정되었다. 도 3의 (a)를 참조하면, 티올레이트 헤파린(Hep(-SH))의 항응고제 생체활성은 intact 헤파린(Hep)과 비교하여, 다소 감소하였다. 이는 AT-Ⅲ와의 결합 친화도가 감소되었음을 의미한다. 그러나, 여전히 상당한 항응고제의 생체활성이 유지된다. 이는 헤파린의 황산염기(sulfate group)가 항응고체의 생체활성에 영향을 미친다는 종래의 결과와 일치한다. Anticoagulant bioactivity of heparin itself (intact heparin, thiolate heparin) or heparin nano sponge was measured by FXa inhinition assay. Referring to FIG. 3 (a), the anticoagulant bioactivity of thiolate heparin (Hep (-SH)) was somewhat reduced compared to intact heparin (Hep). This means that the binding affinity with AT-III is reduced. However, still significant bioactivity of the anticoagulant is maintained. This is consistent with the conventional result that the sulfate group of heparin affects the bioactivity of the adherent solids.
헤파린 나노스폰지(Hep(3)-NS, Hep(6)-NS, Hep(15)-NS, Hep(24)-NS)는 항응고체의 생체활성이 35 % 이하로 상당히 감소되었음을 보여준다. 이는 항응고제와 관련된 헤파린의 부작용(과다 출혈)이 효과적으로 억제되었음을 의미한다.Heparin nano sponge (Hep (3) -NS, Hep (6) -NS, Hep (15) -NS, Hep (24) -NS) shows that the bioactivity of the adherent solids was significantly reduced below 35%. This means that the side effects of heparin (hyperhidrosis) associated with anticoagulants are effectively inhibited.
3. 생체 외(3. In vitro ( in vitroin vitro ) 혈청(serum) 안정성 및 세포독성(cytotoxic) 측정(실험예 3)) Serum Stability and Cytotoxic Measurement (Experimental Example 3)
헤파린이 결합되지 않은 나노운반체(NC)와 헤파린 나노스폰지(Hep-NS)의 생체 외(in vitro) 혈청 안정도는 세포 배양 배지를 포함하는 혈청에서 100 rpm, 37 ℃ 조건으로 측정되었다. 하기 표 1에서와 같이, 모든 헤파린 나노스폰지의 크기와 분산도는 2 주 동안 준주하게 유지되었다. 이는 헤파린 나노스폰지는 생체 내 환경에서 주요한 응집을 형성하지 않고 안정될 수 있음을 의미한다.The in vitro serum stability of heparin-bound nano-carriers (NC) and heparin nano-sponge (Hep-NS) was measured at 100 rpm and 37 ° C in serum containing cell culture medium. As shown in Table 1 below, the size and dispersion of all heparin nano sponges remained constant for two weeks. This means that the heparin nano sponge can be stabilized without forming major aggregation in the in vivo environment.
(0.25 ± 0.01)58 ± 6 nm
(0.25 + - 0.01)
(0.26 ± 0.02)61 ± 1 nm
(0.26 0.02)
(0.27 ± 0.02)60 ± 2 nm
(0.27 ± 0.02)
(0.27 ± 0.02)63 ± 8 nm
(0.27 ± 0.02)
(0.28 ± 0.01)65 ± 6 nm
(0.28 + - 0.01)
(0.28 ± 0.02)67 ± 6 nm
(0.28 0.02)
(0.28 ± 0.02)63 ± 9 nm
(0.28 0.02)
(0.28 ± 0.02)62 ± 3 nm
(0.28 0.02)
(0.29 ± 0.02)65 ± 3 nm
(0.29 0.02)
(0.30 ± 0.01)67 ± 4 nm
(0.30 + - 0.01)
(0.29 ± 0.02)64 ± 3 nm
(0.29 0.02)
(0.29 ± 0.03)69 ± 4 nm
(0.29 + 0.03)
(0.31 ± 0.01)74 ± 6 nm
(0.31 + - 0.01)
(0.30 ± 0.01)71 ± 5 nm
(0.30 + - 0.01)
(0.29 ± 0.02)73 ± 4 nm
(0.29 0.02)
또한, Balb/c3T3 fibroblast cells에서의 헤파린 자체(intact 헤파린, 티올레이트 헤파린) 또는 다양한 헤파린 농도는 가지는 헤파린 나노스폰지의 급성 세포독성 효과(acute cytotoxic effect)는 CCK-8 assay에 의하여 측정되었다. In addition, the acute cytotoxic effect of heparin nano-sponge with intact heparin (intact heparin, thiolate heparin) or various heparin concentrations in Balb / c3T3 fibroblast cells was measured by the CCK-8 assay.
도 3의 (b)를 참조하면, intact 헤파린(Hep), 티올레이트 헤파린(Hep(-SH)), 헤파린(24 wt%)이 결합된 나노스폰지(Hep(24)-NS)는 250 ㎍/mL(based on heparin amount)까지 세포의 대사활성(metabolic activity)에 영향을 미치지 않았다. 헤파린 자체(intact 헤파린, 티올레이트 헤파린)는 고농도 (500 ㎍/mL)에서 세포사멸(apoptosis)를 일으킬 수 있어서 다소 세포독성이 관찰되었지만, 헤파린 나노스폰지의 경우에는 90 % 이상의 세포생존율(cell viability)을 보여줌으로써 높은 농도에서도 세포독성을 일으키지 않는다는 것을 확인하였다. 다른 양의 헤파린이 결합된 헤파린 나노스폰지의 경우에도 헤파린 자체보다 세포독성이 없음을 확인하였다. 3 (b), nano sponge (Hep (24) -NS) conjugated with intact heparin (Hep), thiolate heparin (Hep (-SH) mL did not affect the metabolic activity of the cells up to the baseline on heparin amount. Heparin itself (intact heparin, thiolate heparin) can induce apoptosis at a high concentration (500 ㎍ / mL), which is somewhat cytotoxic, but heparin nano sponge has cell viability of over 90% , Indicating that it does not cause cytotoxicity even at high concentrations. Heparin nano-sponges with different amounts of heparin were also found to be less cytotoxic than heparin itself.
이러한 결과는 헤파린 나노스폰지가 헤파린이 생체 내 응용의 안전성과 관련하여 발생할 수 있는 문제를 최소화할 수 있음을 의미한다.These results suggest that heparin nanosponses can minimize the potential problems associated with the safety of heparin in vivo applications.
4. 헤파린 나노스폰지로부터 생체 내로의 성장인자 방출 프로파일(실험예 4)4. Growth factor release profile in vivo from heparin nano sponge (Experimental Example 4)
헤파린 나노스폰지에서의 헤파린 함량에 따른 성장인자의 방출 효율을 조사하기 위하여, 헤파린과 결합하는 성장인자로서 간세포성장인자(hepatocyte growth factor, HGF)를 분석하였다. 상기 산세포성장인자(HGF)는 헤파린 나노스폰지에 90 % 이상 효율적으로 탑재되고, 헤파린 나노스폰지의 크기와 표면전하를 변화를 야기하지 않았다. In order to investigate the release efficiency of growth factors according to heparin content in heparin nano sponge, hepatocyte growth factor (HGF) was analyzed as a heparin-binding growth factor. The acidic growth factor (HGF) was more than 90% efficiently loaded on the heparin nano sponge and did not cause a change in the size and surface charge of the heparin nano sponge.
도 4를 참조하면, 수용성 버퍼(PBS)에서의 헤파린 나노스폰지로부터 성장인자의 방출 패턴은 헤파린의 농도에 의존한다. 높은 헤파린 농도(24 wt%)의 헤파린 나노스폰지(Hep(24)-NS)는 다른 농도의 헤파린 나노스폰지(Hep(3)-NS, Hep(6)-NS, Hep(15)-NS)와 비교하여 한 달(1 month)이상 성장인자의 방출이 유지됨을 보여준다.Referring to Figure 4, the pattern of release of growth factors from heparin nanospons in aqueous buffer (PBS) depends on the concentration of heparin. (Hep (3) -NS, Hep (6) -NS, Hep (15) -NS) and heparin nano-sponge at different concentrations of heparin Compared to one month (1 month) or more.
또한, 도 5를 참조하면, bare nano-carrier(NC)와 헤파린(24 wt%)이 결합된 나노스폰지(Hep(24)-NS)와의 방출 패턴을 분석하기 위하여 VEGF, HGF, BMP-2 및 bFGF의 4 가지 종류의 성장인자는 이용하였다. 헤파린 나노스폰지(Hep-NS)는 bare nano-carrier(NC)와 비교하여 일정한 방출 프로파일을 보여준다. 이는 성장인자는 헤파린 나노스폰지의 헤파린과의 상호작용이 우수함을 의미한다. 4 가지의 성장인자 사이에, BMP-2와 bFGF보다 상대적으로 높은 수용을 가지는 VEGF와 HGF는 헤파린 나노스폰지로부터 매우 빠른 방출을 보인다. 이는, 낮은 수용성의 단백질은 rich PEG를 갖는 플루로닉 기반 나노 캐리어에 대하여 낮은 수용성을 갖기 때문이다.5, VEGF, HGF, BMP-2, and HGF were analyzed to analyze the release pattern of bare nano-carrier (NC) and heparin (24 wt% Four kinds of growth factors of bFGF were used. Heparin nano sponge (Hep-NS) shows a constant release profile compared to bare nano-carrier (NC). This means that the growth factor is superior to the heparin nano-sponge in interaction with heparin. Among the four growth factors, VEGF and HGF, which have relatively higher acceptance than BMP-2 and bFGF, show very rapid release from heparin nano sponge. This is because the low water soluble protein has low water solubility for pluronic based nanocarriers with rich PEG.
5. 헤파린 나노스폰지에서의 성장인자의 생체활성 분석(실험예 5)5. Analysis of bioactivity of growth factors in heparin nano sponge (Experimental Example 5)
헤파린 고분자에 의하여 성장인자의 강화된 생체활성도를 조사하기 위하여, 실험예 5에서와 같이, Balb/c3T3 fibroblast cells을 bFGF만 존재하거나, 헤파린와 혼합된 bFGF 또는 헤파린(24 wt%)이 결합된 나노스폰지와 혼합된 bFGF를 구비한 배지에서 배양하였다. 이후, CCK-8 assay에 의하여 분석하였다.To investigate the enhanced bioactivity of the growth factors by heparin polymer, Balb / c3T3 fibroblast cells were incubated with bFGF alone or in combination with bFGF or heparin (24 wt%) mixed with heparin, as in Example 5, Lt; RTI ID = 0.0 > bFGF < / RTI > And then analyzed by CCK-8 assay.
도 6을 참조하면, 헤파린(Hep) 또는 헤파린(24 wt%)이 결합된 나노스폰지(Hep(24)-NS)와 혼합된 bFGF의 생체활성은 각각 5, 10 ng/mL에서 유지되었다. 반면에, 단독의 bFGF(bFGF alone)는 헤파린 고분자를 포함하는 결과에 비하여 매우 낮은 생체활성을 보였다. 이는 헤파린은 bFGF의 생체활성을 유지 및 강화시킬 수 있음을 의미한다. 천연 헤파린과 비교하여 세포대사(cellular metabolic) 활성 증가에 있어, 헤파린 나노스폰지는 거의 비슷한 생물학적 효과를 보인다. 이는, 헤파린 나노스폰지는 헤파린의 생물학적 기능을 유지시킴을 의미한다.Referring to FIG. 6, the bioactivity of bFGF mixed with heparin (Hep (24) -NS) combined with heparin (24 wt%) was maintained at 5 and 10 ng / mL, respectively. On the other hand, bFGF alone showed very low bioactivity compared to the results containing heparin polymer. This means that heparin can maintain and enhance the bioactivity of bFGF. To increase cellular metabolic activity compared to natural heparin, heparin nanosponge exhibits almost similar biological effects. This means that the heparin nano sponge maintains the biological function of heparin.
소결.Sintering.
본 발명에 따른 헤파린을 포함하는 헤파린 나노스폰지는 전체적으로 다음과 같은, 유효한 특성을 보인다. 1) 유효성분(active ingredient)의 용이한 탑재와 우수한 탑재 능력을 가능할 수 있도록, 온도 변화에 따른 우수한 부피 변화 거동을 보며, 2) 헤파린과 비교하여 낮은 항응고제의 생체활성, 헤파린의 의한 출혈을 최소화하고, 3) 헤파린 고분자와 비교하여 낮은 세포자멸(apoptosis)을 유도하며, 4) 성장인자의 방출 프로파일을 유지하고, 성장인자의 생체활성을 유지시킨다.The heparin nano sponge containing heparin according to the present invention exhibits the following effective characteristics as a whole. 1) It shows excellent volume change behavior with temperature change to enable easy loading of active ingredient and excellent loading ability. 2) Minimal anticoagulant bioactivity and heparin bleeding compared with heparin. 3) induce low apoptosis compared with heparin polymer, 4) maintain the release profile of the growth factor, and maintain the bioactivity of the growth factor.
Claims (8)
상기 헤파린 나노스폰지는 티올레이트 헤파린(thiolated heparin); 및 상기 티올레이트 헤파린과 결합된 플루로닉(Pluronic) 고분자를 포함하고,
상기 티올레이트 헤파린은 총 중량 100wt% 대비 24wt%인 것을 특징으로 하는 것인, 헤파린 나노스폰지.
The present invention relates to a heparin nano sponge for sustained release of growth factors,
The heparin nano sponge may be thiolated heparin; And a pluronic polymer bonded with the thiolate heparin,
Wherein the thiolate heparin is present in an amount of 24 wt% based on the total weight of 100 wt%.
상기 헤파린 나노스폰지의 크기는 5 내지 37 ℃에서, 600 nm 내지 50 nm 인 것을 특징으로 하는 헤파린 나노스폰지.
The method according to claim 1,
Wherein the heparin nano sponge has a size of from 600 nm to 50 nm at 5 to 37 占 폚.
상기 헤파린 나노스폰지의 표면전하는 -4.0 mV 내지 -40 mV인 것을 특징으로 하는 헤파린 나노스폰지.
The method according to claim 1,
Wherein the heparin nano sponge has a surface charge of -4.0 mV to -40 mV.
상기 성장인자는 염기성 섬유모세포성장인자(basic fibroblast growth factor)(bFGF), 혈관표피성장인자(vascular endothelial growth factor)(VEGF), 골형성단백질-2(bone morphogenic protein-2)(BMP-2) 및 간세포성장인자(hepatocyte growth factor)(HGF)으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 헤파린 나노스폰지.
The method according to claim 1,
The growth factors include basic fibroblast growth factor (bFGF), vascular endothelial growth factor (VEGF), bone morphogenic protein-2 (BMP-2) And hepatocyte growth factor (HGF). ≪ RTI ID = 0.0 > 18. < / RTI >
(b) 상기 티올레이트 헤파린과 플루로닉 고분자를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및
(c) 상기 혼합물에 광개시제를 첨가하여 자외선으로 처리하는 단계를 포함하는 제1항, 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 헤파린 나노스폰지의 제조방법.
(a) synthesizing thiolated heparin (Hep-SH) by introducing a thiol group (-SH) into heparin;
(b) mixing the thiolate heparin and the pluronic polymer to prepare a mixture; And
(c) adding a photoinitiator to the mixture and treating the mixture with ultraviolet light. 6. The method according to claim 1,
상기 플루로닉 고분자는 광가교결합이 가능한(photo-crosslinkable) 작용기는 포함하는 것을 특징으로 하는 헤파린 나노스폰지의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the pluronic polymer comprises a photo-crosslinkable functional group. ≪ RTI ID = 0.0 > 18. < / RTI >
상기 광가교결합이 가능한 작용기는 아크릴레이트(acrylate), 다이아크릴레이트(diacrylate), 올리고아크릴레이트(oligo-acrylate), 메타크릴레이트(methacrylate), 다이메타크릴레이트(dimethacrylate), 올리고메타크릴레이트(oligo(meth)acylate), 쿠마린(coumarin), 타이민(thymine) 또는 시나메이트(cinnamate)인 것을 특징으로 하는 헤파린 나노스폰지의 제조방법.8. The method of claim 7,
The photocrosslinkable functional groups include, but are not limited to, acrylate, diacrylate, oligo-acrylate, methacrylate, dimethacrylate, oligomethacrylate wherein the heparin is selected from the group consisting of oligo (meth) acylate, coumarin, thymine, and cinnamate.
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
WO2023085540A1 (en) * | 2021-11-12 | 2023-05-19 | 광주과학기술원 | Implant material comprising polyetheretherketon (peek) surface-modified with thiolated heparin and bone morphogenetic protein-2 (bmp-2), and method for manufacturing same |
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- 2017-05-25 KR KR1020170064583A patent/KR101920284B1/en active IP Right Grant
Non-Patent Citations (1)
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FU, A. et al., BIOMACROMULECULES (2015) Voll.16, pp.497-506* |
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