KR101958828B1 - 양이온성 작용기가 곁사슬 또는 말단에 도입된 폴리에틸렌글리콜/폴리에스터 블록 공중합체를 포함하는 생리활성물질 전달체 - Google Patents

양이온성 작용기가 곁사슬 또는 말단에 도입된 폴리에틸렌글리콜/폴리에스터 블록 공중합체를 포함하는 생리활성물질 전달체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양이온성 작용기가 곁사슬 또는 말단에 도입된 폴리에틸렌글리콜/폴리에스터 블록 공중합체를 포함하는 생리활성물질 전달체에 관한 것으로, 본 발명에 따른 폴리에틸렌글리콜/폴리에스터 블록 공중합체는 곁사슬 또는 말단에 다양한 양이온성 작용기를 가짐으로써, 유전자와의 결합을 더욱 안정하게 유지할 수 있어 유전자와 복합체를 형성되어 효율적으로 세포내로 전달이 가능하며, 형성된 복합체는 생체 내에서 더욱 안정하여 블록공중합체가 쉽게 분해되므로 생체적합성이 우수하고, 치료 유전자 및 약물을 함유할 수 있어 유전자 및 약물의 전달을 위한 생리활성물질의 전달체로서 유용하게 사용될 수 있다.

Description

양이온성 작용기가 곁사슬 또는 말단에 도입된 폴리에틸렌글리콜/폴리에스터 블록 공중합체를 포함하는 생리활성물질 전달체{Bioactive substance delivery carrier comprising Polyethyleneglycol/polyester block copolymers with cationic functional group in side chain or chain-end}
본 발명은 양이온성 작용기가 곁사슬 또는 말단에 도입된 폴리에틸렌글리콜/폴리에스터 블록 공중합체를 포함하는 생리활성물질 전달체 및 이를 포함하는 암 예방 또는 치료용 조성물에 관한 것이다.
최근, 세포의 유전자를 조절하여 질병을 제어할 수 있는 유전자 치료법에 대한 기대감이 증가하여 유전자 치료법 개발 연구가 활발하게 진행되고 있다. 유전자 치료란 비정상 유전자를 정상 유전자로 대체시켜 유전적 결함을 치료하거나 새로운 기능을 추가하는 통상적인 유전공학적 방법으로 치료하는 방법을 일컫는다. 이러한 유전자 치료에는 세포 내의 특정 유전자의 손실 혹은 오류로 인해 단백질이 발현되지 않아서 기능을 잃은 세포에 그 유전자를 발현시켜 줌으로써 손실된 기능을 회복시키는 방법과 유전자 변형 등을 인해 질병을 유발시키는 단백질의 과발현이나 불필요한 단백질의 과발현을 선택적으로 저해함으로써 정상세포의 기능을 회복시켜주는 방법이 있다. 이렇게 질병이 발병되기 이전에 유전자를 제어하는 것은 질병 자체의 원인을 없앨 수 있는 기술로, 이상적인 치료방법으로 생각되고 있다.
현재 RNA 간섭(RNA Interference 혹은 RNA silencing)을 이용한 유전자 치료법이 가장 활발히 진행 중이다. RNA 간섭은 유전자발현 과정에서 DNA와 함께 중요한 기능을 담당하고 있는 또 한 종류의 유전물질인 small RNA가 mRNA를 방해하거나 안정성을 저하시키며, 경우에 따라서 파괴하여 단백질 합성정보가 중간에서 전달되지 못하게 함으로써 유전정보의 발현을 제어하는 기전을 말한다.
이러한 특정 치료 유전자를 세포 내로 전달하기 위해서 벡터는 바이러스를 이용한 바이러스성 벡터와 고분자나 나노입자를 이용한 비바이러스성 벡터가 연구되고 있다. 바이러스성를 유전자 전달 매개체로 사용하는 것은 세포 내로의 높은 전달 효율로 강력한 기술임에는 틀림없으나, 숙주세포의 면역반응으로 인해 in vivo 안정성의 문제점을 지니고 있다. 바이러스성 벡터의 문제를 극복하기 위하여, 다양한 양이온성 중합체를 유전자 전달 매개체로 이용하는 비바이러스성 벡터가 개발되어 왔다. 폴리에틸렌이민(PEI), 폴리L-리신과 같은 양이온성 중합체는 유전자와 중합체-유전자 이온결합을 통한 복합체를 형성하여 세포 내로 전달하게 된다. 이러한 비바이러스성 벡터는 바이러스 벡터와 달리 DNA/지질 복합체 제조가 편리하며, 전달될 유전자의 크기 제한이 없다. 또한 전달물질이 단백질을 포함하고 있지 않기 때문에 면역 반응을 유도하지 않으며, 자기 복제나 재조합의 가능성이 거의 없어 그에 따른 부작용을 배제할 수 있다. 그러나 세포 내 유전자 전달 효율 및 세포독성 및 치료효과의 한계점과 관련된 문제들이 아직 남아있어서, 이를 해결하기 위한 많은 연구들이 계속적으로 진행되고 있으나 만족할 만한 결과들을 얻지 못하고 있는 실정이다.
한편, 친수성과 소수성 부분으로 구성된 고분자는 낮은 온도에서는 고분자의 친수기와 물 분자 사이의 수소 결합력이 우세하여 물에 용해되어 졸 상태가 되지만, 온도를 증가시키면 고분자의 소수기 부분의 결합력이 수소 결합력보다 우세하게 되므로 고분자의 소수기 부분이 응집하여 겔 상태로 상 전이가 발생한다. 그러므로 고분자에서 소수기 부분의 증가는 LCST(저임계 용액온도; lower critical solution temperature)를 낮추게 되어 친수기와 소수기의 분자쇄의 조절을 통해 LCST는 변화된다. 이러한 고분자 용액이 일반적인 온도에서 졸 상태로 유체와 같이 흐르는 경우 약물의 포접은 단순한 혼합으로 가능하며 인체 온도 이상의 열이 가해질 경우 고분자 하이드로겔은 겔이 되고 이 경우 약물은 겔로부터 서방형 방출 거동을 보이게 된다. 고분자가 가교되어 있을 경우는 팽윤과 수축의 거동을 보이나 가교되어 있지 않는 경우는 졸-겔 상전이 거동을 나타낸다. 폴리(N-이소프로필아크릴아마이드)는 체온 부근의 LCST를 갖고 있기 때문에 가장 널리 사용되고 있으며, 부틸메타아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 등과 공중합 고분자는 다양한 온도 범위에서 졸-겔 변화를 통해 인체 내에서 사용되고 있다. 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드(PEO-PPO)의 공중합체 또한 졸-겔의 변화를 보이는 고분자로서 많은 공중합체가 플루로닉(Pluronic), 폴록사머(Poloxamers), 테트로닉(Tetronic) 등의 상품명으로 사용되고 있다[미국특허 제4,188,373호].
이러한 기능성 물질을 이용한 장기간 치료 유전자 및 약물의 수송을 위한 전달체 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 추세이나 현재 공중합체를 이용한 유전자 전달체는 의료용으로 사용시 그 응용 범위에 제한이 있었으며, 지금까지의 생분해성 폴리에스터는 의료용 재료로 사용할 경우, 이온성의 부재로 인하여 약물 및 유전자의 안정적성과 방출의 서방성을 구현하기에 제한적인 문제가 남아있어 유전자 및 약물을 보다 효율적이면서 단순하고 새로운 생체적합성 전달체 개발이 요구되고 있다.
이에 본 발명자들은 상기와 같은 종래기술들의 문제점을 극복하기 위해 연구 노력한 결과, 폴리에틸렌글리콜/폴리에스터 블록 공중합체의 곁사슬 또는 말단에 양이온성 작용기를 도입함으로써 유전자와의 결합을 더욱 안정하게 유지할 수 있어 유전자와 복합체를 용이하게 형성할 수 있으며, 생체 내에서 더욱 안정하며 쉽게 분해되어 생체적합성이 우수하고, 더 나아가 온도감응성 특징으로 인하여 치료 약물을 함유한 주사 제형의 이용이 가능하여, 유전자 및 약물을 효율적으로 전달할 수 있음을 밝혀내고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 양이온성 작용기가 곁사슬 또는 말단에 도입된 폴리에틸렌글리콜/폴리에스터 블록 공중합체를 포함하는 생리활성물질 전달체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 생리활성물질 전달체를 포함하는 암 예방 또는 치료용 조성물을 제공하는 것이다..
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 폴리에틸렌글리콜로 구성된 친수성부; 및 곁사슬 또는 말단에 양이온성 작용기가 도입된 폴리에스터계 소수성부;로 구성된 폴리에틸렌글리콜/폴리에스터 블록 공중합체를 포함하는 생리활성물질 전달체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 생리활성물질 전달체를 포함하는 암 예방 또는 치료용 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 폴리에틸렌글리콜/폴리에스터 블록 공중합체는 곁사슬 또는 말단에 다양한 양이온성 작용기를 가짐으로써, 유전자와의 결합을 더욱 안정하게 유지할 수 있어 유전자와 복합체를 형성되어 효율적으로 세포내로 전달이 가능하며, 형성된 복합체는 생체 내에서 더욱 안정하여 블록공중합체가 쉽게 분해되므로 생체적합성이 우수하고, 치료 유전자 및 약물을 함유할 수 있어 유전자 및 약물의 전달을 위한 생리활성물질의 전달체로서 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 생리활성물질 전달체가 유전자와 복합체를 형성한 후 약물을 더 포함하여 체내에 작용하는 일련의 과정을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2는 메톡시폴리에틸렌글리콜-(폴리카프로락톤-co-폴리F락타이드) 블록 공중합체의 1H-NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 3은 수산화기가 도입된 메톡시폴리에틸렌글리콜-(폴리카프로락톤-co-폴리F락타이드) 블록 공중합체의 1H-NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 4는 스페르민기가 도입된 메톡시폴리에틸렌글리콜-(폴리카프로락톤-co-폴리F락타이드) 블록 공중합체의 1H-NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 5는 디아미노부틸기가 도입된 메톡시폴리에틸렌글리콜-(폴리카프로락톤-co-폴리F락타이드) 블록 공중합체의 1H-NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 6은 폴리에틸렌이민기가 도입된 메톡시폴리에틸렌글리콜-(폴리카프로락톤-co-폴리F락타이드) 블록 공중합체의 1H-NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 7은 아가로스겔 분석을 통해 STAT3/PCfLA-NH2 복합체를 관찰한 결과를 나타낸 도이다.
도 8은 STAT3/PCfLA-NH2 복합체의 제타 전위 측정 결과를 나타낸 도이다.
도 9는 DLS(dynamic light scattering)를 이용하여 STAT3/PCfLA-NH2 복합체의 사이즈 및 분포를 관찰한 결과를 나타낸 도이다.
도 10은 AFM(atomic force microscopy)을 이용하여 STAT3/PCfLA-NH2 복합체의 사이즈 및 형태를 관찰한 결과를 나타낸 도이다.
도 11은 유세포 분류기를 이용하여 STAT3/PCfLA-NH2 복합체의 생체 외에서 세포 내로의 유전자 전달 효율을 측정한 결과를 나타낸 도이다.
도 12는 MTT 분석을 이용한 PCfLA-NH2 복합체의 생체 외 독성 평가 결과를 나타낸 도이다.
도 13은 시간에 따른 STAT3/PCfLA-NH2 복합체의 분해 정도를 측정하여 유전자의 안정성을 평가한 결과를 나타낸 도이다.
도 14는 상기 도 10을 image J 프로그램을 통하여 정량화한 결과를 나타낸 도이다.
도 15는 종양 마우스 모델의 복강에 STAT3/PCfLA-NH2 복합체 투여 후 종양의 부피를 측정하여 항암효과를 확인한 도이다.
도 16은 종양 마우스 모델의 복강에 STAT3/PCfLA-NH2 복합체 및 독소루비신을 함께 투여 후 종양의 부피를 측정하여 항암효과를 확인한 도이다.
도 17은 종양 마우스 모델의 복강에 STAT3/PCfLA-NH2 복합체 투여 후 조직 샘플을 채취하고 H&E 염색을 이용하여 조직 형태를 관찰한 결과를 나타낸 도이다.
도 18은 종양 마우스 모델의 복강에 STAT3/PCfLA-NH2 복합체 투여 후 조직 샘플을 채취하고 TUNEL 염색을 이용하여 세포의 아폽토시스를 관찰한 결과를 나타낸 도이다.
도 19는 종양 마우스 모델의 복강에 STAT3/PCfLA-NH2 복합체 투여 후 조직 샘플을 채취하고 CD31 염색을 이용한 혈관 형성을 관찰한 결과를 나타낸 도이다.
도 20은 RT-PCR을 이용하여 STAT3/PCfLA-NH2 복합체의 STAT3 유전자 knock-down 효율을 측정한 결과를 나타낸 도이다.
본 발명은 폴리에틸렌글리콜로 구성된 친수성부; 및 곁사슬 또는 말단에 양이온성 작용기가 도입된 폴리에스터계 소수성부;로 구성된 폴리에틸렌글리콜/폴리에스터 블록 공중합체를 포함하는 생리활성물질 전달체를 제공한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 폴리에틸렌글리콜/폴리에스터 블록 공중합체의 중합 개시제로 사용한 폴리에틸렌글리콜(PEG)은 약물 전달 분야 및 조직공학에서 의료용 소재로서 비독성이고 면역 작용에 거부 반응이 없어 뛰어난 생체적합성을 나타낸다. 또한, 폴리에스터계 고분자는 분자량과 화학적 구성 성분을 조절함으로써 분해기간을 조절할 수 있는 장점을 가지고 있다.
본 발명의 폴리에스터계 소수성부는 카프로락톤 및 락타이드 세그먼트로 구성되며, 이를 구성하는 카프로락톤 세그먼트와 락타이드 세그먼트의 몰 비는 99.9 : 0.01 ~ 80 : 20 범위일 수 있다.
상기 양이온성 작용기는 아민기일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 아민기는 C1-C4 다아미노알킬(diaminoalkyl), 디에틸렌트리아민(diethylenetriamine), 스페르민(spermine), 스퍼미딘(spermidine), 펜타에틸렌디아민(pentaethylenehexamine), 키토산, 폴리에틸렌이민(polyethylenimine;PEI) 또는 폴리(L-리신)(poly(L-lysine))일 수 있으며, 바람직하게는 스페르민(spermine), 디아미노부탄(diaminobutane) 또는 폴리에틸렌이민(polyethylenimine)일 수 있다.
상기 공중합체는 바람직하게는 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 메톡시폴리에틸렌글리콜-(폴리카프로락톤-co-폴리F락타이드) 블록 공중합체일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112016108663881-pat00001
[화학식 2]
Figure 112016108663881-pat00002
[화학식 3]
Figure 112016108663881-pat00003
상기 화학식 1 내지 3에서, m 및 n은 각각 독립적으로 1~32의 정수이다.
상기 화학식 3에서, x는 1 내지 10의 정수이다.
본 발명에 따른 폴리에틸렌글리콜/폴리에스터 블록 공중합체는 분자량이 2,400 ~ 5,000 g/mole 범위인 것이 바람직하다. 폴리에스터의 분자량 조절을 통해서 소수성기의 비율을 조절할 수 있다. 폴리에스터의 분자량이 2,000 g/mole 미만일 경우에는 본 발명의 사용 목적인 인체 온도 범위에서 졸-겔 상전이 거동이 일어나지 않고 계속 졸 상태로 유지가 되는 문제가 있고, 폴리에스터의 분자량이 90,000 g/mole을 초과하는 경우에는 분자량이 커서 생분해가 일어나는데 있어 장기간이 소요되는 문제가 있기 때문에 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 폴리에틸렌글리콜/폴리에스터 블록 공중합체는 곁사슬 또는 말단에 다양한 양이온성 작용기를 도입함으로써 온도감응성 특징을 가질 수 있다.
상기 생리활성물질은 생체 내에서 목적하고자 하는 약리 효과를 나타낼 수 있는 물질을 모두 포함할 수 있으며, 바람직하게는 유전자일 수 있다.
상기 유전자의 전달 형태는 cDNA, gDNA, pDNA, mRNA, tRNA, rRNA, siRNA, shRNA, miRNA 또는 이들의 조합일 수 있으며, 생체 내에서 목적하고자 하는 약리 효과를 나타낼 수 있는 모든 유전자를 포함하고, 본 발명의 일 실시예에서는 항암 유전자의 일종인 STAT3 유전자를 이용하였다.
본 발명의 생리활성물질이 유전자일 때, 상기 유전자는 양이온성 작용기가 도입된 메톡시폴리에틸렌글리콜-(폴리카프로락톤-co-폴리F락타이드) 전달체와 복합체를 형성할 수 있으며, N/P 비는 바람직하게는 1 내지 200이다.
본 발명의 생리활성물질 전달체는 생리활성물질로서 상기 유전자 외에 약물을 더 포함할 수 있으며, 상기 약물은 단백질, 항암제, 항바이러스제 또는 항생제 등 목적하는 질병의 치료를 위한 약제일 수 있으며, 나노 혹은 마이크로 사이즈의 과립제, 캡슐제, 현탁액, 에멀젼의 형태일 수 있다. 본 발명의 생리활성물질 전달체가 유전자와 복합체를 형성한 후 약물을 더 포함하여 체내에 작용하는 일련의 과정을 개략적으로 도 1에 나타내었다.
또한 본 발명은 상기 폴리에틸렌글리콜/폴리에스터 블록 공중합체로 이루어진 하이드로겔을 포함하는 생리활성물질 전달체를 제공한다.
본 발명에 따른 블록 공중합체는 온도감응성 거동 조절이 가능하며, 예상 값에 근접하는 분자량을 얻을 수 있어서 생체적합성 및 온도감응성의 하이드로겔의 요건 중 하나인 높은 점도와 낮은 분자량을 유지할 수 있어, 하이드로겔 등의 약물전달체로 제조할 경우 양이온성 작용기와 약물간의 상호작용을 유발하여 약물과 유전자의 안정적인 담지 및 서방성을 구현할 수 있다.
상기 하이드로겔을 포함하는 생리활성물질 전달체의 경우 온도감응성 특징으로 인해 주사를 이용하여 종양 내에 주입이 가능하며, 긴 시간 동안 종양 내에 머물게 하여 항암 효과를 증가시킬 수 있다.
또한 본 발명은 상기 생리활성물질 전달체를 포함하는 암 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.
상기 암은 구강암, 간암, 위암, 결장암, 유방암, 폐암, 골암, 췌장암, 피부암, 두경부암, 자궁경부암, 난소암, 대장암, 소장암, 직장암, 나팔관암종, 항문부근암, 자궁내막암종, 질암종, 음문암종, 호지킨병(Hodgkin's disease), 식도암, 임파선암, 방광암, 담낭암, 내분비선암, 갑상선암, 부갑상선암, 부신암, 연조직 육종, 요도암, 음경암, 전립선암, 만성 백혈병, 급성 백혈병, 림프구 림프종, 신장암, 수뇨관암, 신장세포 암종, 신장골반암종, 중추신경계 종양, 1차 중추신경계 림프종, 척수 종양, 뇌간 신경교종 또는 뇌하수체 선종일 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물의 바람직한 투여량은 개체의 상태 및 체중, 질병의 정도, 약물 및 유전자의 종류, 투여경로 및 기간에 따라 다르지만, 당업자에 의해 적절하게 선택될 수 있다. 바람직한 효과를 위해서, 본 발명의 생리활성물질 전달체는 1회 투여시 1 mg/ kg 내지 100 mg/kg의 유전자를 포함할 수 있으며, 하루에 한번 투여할 수도 있고, 수 회 나누어 투여할 수도 있다.
본 발명의 약학적 조성물은 개체에게 다양한 경로로 투여될 수 있다. 투여의 모든 방식은 예상될 수 있는데, 예를 들면, 치료 부위(종양 내), 근육, 피하 내 주사에 의해 투여될 수 있다.
본 발명의 조성물은 암의 예방 및 치료를 위하여 단독으로, 또는 수술, 방사선 치료, 호르몬 치료, 화학 치료 및 생물학적 반응 조절제를 사용하는 방법들과 병용하여 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 적용되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 양이온성 작용기가 도입된 폴리에틸렌글리콜 / 폴리에스터 블록 공중합체의 제조
1-1: 메톡시폴리에틸렌글리콜 -( 폴리카프로락톤 -co- 폴리 F 락타이드 )[MPEG-(PCL-co-PLfLA)-OBn] 블록 공중합체의 제조
Figure 112016108663881-pat00004
메톡시폴리에틸렌글리콜-(폴리카프로락톤-co-폴리F락타이드) 블록 공중합체를 제조하기 위하여, 개시제인 메톡시폴리에틸렌글리콜과 톨루엔 80ml를 잘 건조된 100ml 둥근 바닥 플라스크에 넣고 딘 스탁 트랩을 사용하여 5시간 동안 140 ℃에서 공비 증류를 실시하였다. 증류 후 톨루엔 80ml를 제거하고 메톡시폴리에틸렌글리콜(MPEG)을 25℃로 냉각시킨 후 미리 정제된 카프로락톤(CL) 및 벤질에테르기가 도입된 락타이드를 질소 기류 하에서 첨가하였으며, 중합 촉매로서 Sn(Oct)2를 함께 넣고 24시간 동안 130℃에서 교반시켰다. 반응 후 미 반응 단량체나 개시제를 제거하기 위하여 800ml의 헥산에 반응물을 서서히 떨어뜨리면서 침전시켰다. 침전물을 메틸렌클로라이드(MC)에 녹여 거름종이로 거른 후 회전 증발기를 통하여 용매를 제거하고 감압 하에서 건조시켜 표제 화합물을 얻었으며, 이때의 수율은 84%, 분자량은 MPEG-PCfLA-OBn 750-1810-580 g/mol이며, GPC를 통해 측정된 다분산도는 1.38이었다. 상기 표제 화합물의 1H-NMR 결과를 도 2에 나타내었다.
1-2: 메톡시폴리에틸렌글리콜 -( 폴리카프로락톤 -co- 폴리 F 락타이드 )[MPEG-(PCL-co-PLfLA)-OBn] 블록공중합체에 수산화기 도입
Figure 112016108663881-pat00005
상기 실시예 1-1에서 제조된 메톡시폴리에틸렌글리콜-(폴리카프로락톤-co-폴리F락타이드) 블록 공중합체(700 mg)와 Pd/C 400 mg을 넣어주고 THF 30 ml을 용매로 하여 반응을 실시하였다. 이때 니들을 이용하여 수소 버블을 가해주며 상온에서 12 시간동안 교반하며 반응하였다. 반응 후 셀라이트로 필터한 후 감압 하에서 건조하여 MPEG-PCfLA-OH 공중합체를 합성하였으며, 이때의 수율은 85%, 분자량은 750-1810-350 g/mol이며, GPC를 통해 측정된 다분산도는 1.39이었다. 상기 표제 화합물의 1H-NMR 결과를 도 3에 나타내었다.
1-3-1: 메톡시폴리에틸렌글리콜 -( 폴리카프로락톤 -co- 폴리 F 락타이드 )[MPEG-(PCL-co-PLfLA)-OH] 블록 공중합체에 카복실기의 도입
Figure 112016108663881-pat00006
상기 실시예 1-2에서 제조된 MPEG-PCfLA-OH 공중합체 및 톨루엔 80 ml을 둥근 바닥 플라스크에 넣고 딘 스탁 트랩을 사용하여 4시간 동안 140 ℃에서 공비 증류를 실시하였다. 그 후 톨루엔을 30 ml을 남긴 후 글루타르산 무수물(Glutaric anhydride, GA) 및 촉매로서 아세트산을 첨가하고 100 ℃에서 교반하여 MPEG-PCL/PfCL-COOH 공중합체를 합성하였다.
1-4-1: 메톡시폴리에틸렌글리콜 -( 폴리카프로락톤 -co- 폴리 F 락타이드 )[MPEG-(PCL-co-PLfLA)-COOH] 블록 공중합체에 스페르민의 도입
Figure 112016108663881-pat00007
상기 실시예 1-3-1에서 제조된 MPEG-PCfLA-COOH 공중합체(600 mg, 0.15 mmol)을 무수 DMSO 30ml에 녹이고, DCC(37.2 mg, 0.18 mmol) 및 NHS (20.7 mg, 0.18 mmol)을 먼저 3시간 동안 교반하여 주고, 스페르민(spermine, 40 mg) 을 빠르게 적가하면서 반응시켰다. 반응 후 투석막으로 2일 동안 투과하여 미반응 물질을 제거하고 동결건조하여 MPEG-PCL/PfCL-NH2 공중합체를 합성하였으며, 이의 1H-NMR 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 도입된 아민기의 특정 피크를 확인하였다.
1-3-2: 메톡시폴리에틸렌글리콜 -( 폴리카프로락톤 -co- 폴리 F 락타이드 )[MPEG-(PCL-co-PLfLA)-OH] 블록 공중합체에 아민기(나이트로기)의 도입
Figure 112016108663881-pat00008
상기 실시예 1-2에서 제조된 MPEG-PCfLA-OH 공중합체 및 톨루엔 80 ml을 둥근 바닥 플라스크에 넣고 딘 스탁 트랩을 사용하여 3시간 동안 140 ℃에서 공비 증류를 실시하였다. 증류 후 톨루엔을 30 ml을 남기고 모두 제거하고 실온으로 냉각시켰으며, 4-나이트로페닐클로로포메이트(4-Nitrophenyl chloroformate) 0.26 g을 넣고 중합 촉매로서 트리에틸아민(Triethylamine) 0.18 ml을 투여하여 상온에서 24시간 동안 반응시켰다. 모든 과정은 고순도 질소 하에서 실시하였으며, 반응 후 미 반응 단량체나 부반응물을 제거하기 위하여 800 ml의 헥산과 200 ml의 에테르에 반응물을 서서히 떨어뜨리면서 침전시켰다. 침전물은 메틸렌클로라이드(MC)에 녹여 여과지(filter paper)로 거른 후 회전 증발기를 통하여 용매를 제거하고 감압 하에서 건조시켜 MPEG-PCL/PfCL-NO2 공중합체를 합성하였다.
1-4-2: 메톡시폴리에틸렌글리콜 -( 폴리카프로락톤 -co- 폴리 F 락타이드 )[MPEG-(PCL-co-PLfLA)-NO 2 ] 블록 공중합체에 아민기(디아미노부탄)의 도입
Figure 112016108663881-pat00009
무수 테트라하이드로퓨란(anhydrous THF) 30 ml을 잘 건조된 100 ml 둥근 바닥 플라스크에 넣고 1,4-디아미노부탄(1,4-Diaminobutane) 1.28 ml 넣은 용액에 상기 실시예 1-3-2에서 제조된 MPEG-PCfLA-NO2 공중합체(600 mg, 0.15 mmol)를 무수 테트라하이드로퓨란(THF) 15 ml에 녹여 천천히 적가하면서 상온에서 24시간 동안 반응하였다. 모든 과정은 고순도 질소 하에서 실시하였다. 반응 후 미 반응물을 제거하기 위하여 3차 증류수(DW) 1000 ml에 천천히 떨어뜨리면서 침전시켰다. 침전물은 가라앉히고 상층액인 3차 증류수(DW)층을 천천히 제거한 후 황산마그네슘(MgSO4)를 이용하여 침전액에 남아있는 수분을 제거하고 거름종이로 거른 후 회전증발기를 이용하여 용매를 제거하고 감압 하에서 건조하였다. 그 후, 미반응 단량체나 부반응물을 제거하기 위하여 800 ml의 헥산과 200 ml의 에테르에 반응물을 서서히 떨어뜨리면서 침전시켰다. 침전물은 메틸렌클로라이드(MC)에 녹여 여과지(filter paper)로 거른 후 회전 증발기를 통하여 용매를 제거하고 감압 하에서 건조하여 MPEG-PCL/PfCL-NH2 공중합체를 합성하였으며, 이의 1H-NMR 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 도입된 아민기의 특정 피크를 확인하였다.
1-4-3: 메톡시폴리에틸렌글리콜 -( 폴리카프로락톤 -co- 폴리 F 락타이드 )[MPEG-(PCL-co-PLfLA)-NO 2 ] 블록 공중합체에 아민기(폴리에틸렌아민)의 도입
Figure 112016108663881-pat00010
무수 테트라하이드로퓨란(anhydrous THF) 30 ml을 잘 건조된 100 ml 둥근 바닥 플라스크에 넣고 폴리에틸렌이민 (polyethyleneimine, PEI; MW = 600, Sigma Aldrich) 0.066 g을 넣은 용액에 상기 실시예 1-3-2에서 제조된 MPEG-PCfLA-NO2 공중합체(600 mg, 0.15 mmol)를 무수 테트라하이드로퓨란(THF) 15 ml에 녹여 천천히 적가하면서 상온에서 24시간 동안 반응하였다. 모든 과정은 고순도 질소 하에서 실시하였다. 반응 후 미 반응물을 제거하기 위하여 3차 증류수(DW) 1000 ml에 천천히 떨어뜨리면서 침전시켰다. 침전물은 가라앉히고 상층액인 3차 증류수(DW)층을 천천히 제거한 후 황산마그네슘(MgSO4)를 이용하여 침전액에 남아있는 수분을 제거하고 거름종이로 거른 후 회전증발기를 이용하여 용매를 제거하고 감압 하에서 건조하였다. 그 후, 미반응 단량체나 부반응물을 제거하기 위하여 800 ml의 헥산과 200 ml의 에테르에 반응물을 서서히 떨어뜨리면서 침전시켰다. 침전물은 메틸렌클로라이드(MC)에 녹여 여과지(filter paper)로 거른 후 회전 증발기를 통하여 용매를 제거하고 감압 하에서 건조하여 MPEG-PCL/PfCL-NH2 공중합체를 합성하였으며, 이의 1H-NMR 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 도입된 아민기의 특정 피크를 확인하였다.
실시예 2: 양이온성 작용기가 도입된 폴리에틸렌글리콜 / 폴리에스터 블록 공중합체를 포함하는 하이드로겔의 제조
상기 실시예 1-3-1에서 제조된 MPEG-PCfLA-COOH 공중합체를 인산완충용 액(PBS, pH 7.4)에 25 중량%가 되도록 넣어 용액으로 제조한 후, 4 ℃의 온도에서 2일 동안 냉장보관 하였다. 제조된 하이드로겔은 치료약물 및 복합체를 혼합하여 하기 실험을 실시하였다.
실험예 1: 양이온성 작용기가 도입된 폴리에틸렌글리콜 / 폴리에스터 블록 공중합체의 특성 분석
1-1. 원소분석 및 제타전위 측정
상기 실시예 1에서 제조한 MPEG-PCfLA-NH2 공중합체의 질소 함량을 측정하기 위하여 원소 분석을 실시하였으며, 각 단계에서 중합된 MPEG-PCfLA-OH, MPEG-PCfLA-COOH 및 MPEG-PCfLA-NH2 공중합체를 1mg/ml로 녹여 각각의 제타전위를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 원소분석 결과 질소함량 측정을 통해 아민 그룹이 공중합체에 잘 도입되었음을 확인하였으며, 표 2에 나타낸 바와 같이, 각 단계의 공중합체의 제타 전위를 측정한 결과 최종 MPEG-PCfLA-NH2 공중합체의 경우 양이온 값을 가져 유전자 전달체로 이용 가능함을 확인하였다.
Element Name PCfLA-NH2 원소분석 (wt%)
Nitrogen 3.12
Carbon 56.49
Hydrogen 8.58
Total 68.19
No. PCfLA-OH PCfLA-COOH PCfLA-NH2
1 -23.8 -31.2 18.1
2 -24.6 -32.3 23.7
3 -21.5 -33.8 20.2
4 -23.3 ± 1.6 -32.4 ± 1.3 20.6 ± 3.9
1-2. STAT3 / PCfLA - NH 2 복합체 형성 및 아가로스겔 분석( agarose gel electrophoresis)
음이온성 STAT3 유전자와 양이온성 MPEG-PCfLA-NH2 중합체를 이용하여 N/P 비율 1, 2, 4, 8, 12, 16, 32, 64, 128로 혼합하여 30분의 안정화 시간을 거쳐 복합체를 제조하고 로딩 염색제(EtBr)를 섞어 준비하였다. 그 후 아가로스겔의 전기영동을 통하여 고분자의 비율에 따라 복합체 형성 정도를 확인하였다. 구체적으로, EtBr 10 μl가 포함된 1.2 %의 아가로스겔에서 상기 복합체를 로딩하고, 전기영동을 걸어준 후, UV 이미지 기계를 사용하여 밴드를 시각화함으로써 겔의 이미지를 관찰하였으며, 비교를 위하여 유전자 전달에 이용되는 대표적인 양이온성 고분자인 PEI와 함께 실험을 실시하였다. 그 결과를 도 7에 나타내었다.
도 7에 나타낸 바와 같이, STAT3/PCfLA-NH2 복합체의 경우 N/P 비율 8 이상일 때 완전한 복합체를 형성하여 유전자(STAT3)의 밴드가 사라지는 것을 확인하였다.
1-3. STAT3 / PCfLA - NH 2 복합체의 전위 측정
상기 실험예 1-2에서 제조된 STAT3/PCfLA-NH2 복합체의 제타 전위를 측정하였으며, 비교를 위하여 유전자 전달에 이용되는 대표적인 양이온성 고분자인 PEI와 함께 실험을 실시하였다. 그 결과를 도 8에 나타내었다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 중합체의 함량이 커질수록 제타 전위 값도 양이온성 방향으로 커지며, N/P 비율 8이상에서는 양이온 값을 가지는 것을 확인하였다.
1-4. STAT3 / PCfLA - NH 2 복합체의 사이즈 측정 1 (DLS)
DLS(dynamic light scattering)를 이용하여 상기 실험예 1-2에서 제조된 STAT3/PCfLA-NH2 복합체의 사이즈 및 분포를 측정하였으며, 비교를 위하여 대표적인 유전자 전달에 이용되는 양이온성 고분자인 PEI와 함께 실험을 실시하였다. 그 결과를 도 9에 나타내었다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 중합체의 함량이 커질수록 안정적인 복합체를 형성하여 사이즈가 작아지는 것을 확인하였으며, N/P 16이상에서는 고분자의 함량이 증가할수록 일부는 복합체를 형성하고 일부는 마이셀을 형성하는 결과를 얻었다.
1-5. STAT3 / PCfLA - NH 2 복합체의 사이즈 측정 2 ( AFM )
상기 실험예 1-2에서 제조된 STAT3/PCfLA-NH2 복합체를 실리카 웨이퍼에서 떨어뜨리고 동결건조한 뒤 AFM (atomic force microscopy)을 이용하여 사이즈 및 형태를 측정하였으며, 비교를 위하여 대표적인 양이온성 고분자인 PEI와 함께 실험을 실시하였다. 그 결과를 도 10에 나타내었다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 중합체의 함량이 커질수록 안정적인 복합체를 형성하여 사이즈가 작아지는 것을 확인하였으며, 이는 DLS 측정 결과와 유사한 결과였다.
실험예 2. 양이온성 작용기가 도입된 폴리에틸렌글리콜 / 폴리에스터 블록 공중합체의 생체 외 유전자전달 효율 평가
STAT3/PCfLA-NH2의 세포 내로 유전자 전달 여부를 확인하기 위하여, 먼저 24 웰 플레이트에 B16F10 흑색종(melanoma) 세포를 2×104 cells/well로 심었다. 세포가 플레이트의 70% 이상 가득찼을때 상기 실험예 1-2와 같은 방법으로 제조된 STAT3/PCfLA-NH2 복합체를 4시간 동안 처리한 후 배양 배지(MEM + 10% FBS + 1% PS)를 교체해 주었다. 48시간 후 형광현미경을 통하여 초록 형광 발현을 관찰하였다. 이를 정량화 하기 위하여 위와 동일한 방법으로 24, 48 및 72시간 처리한 샘플을 제조하고, 플레이트에 트립신을 처리하여 세포를 떼어내고 이를 유세포 분류기를 이용하여 전달효율을 측정하였으며, 그 결과를 도 11에 나타내었다.
도 11A에 나타낸 바와 같이, STAT3 유전자가 B16F10 세포 내로 전달되어 초록형광 발현이 나타남을 확인하였다. 또한, 도 11B에 나타낸 바와 같이, 정량화 데이터인 유세포 분류 분석 결과, N/P 16에서 50%의 높은 전달효율을 나타내었다. 이를 통하여 본 발명에서 제조된 PCfLA-NH2 중합체의 유전자 전달체로서의 활용 가능성을 확인하였다.
실험예 3. 양이온성 작용기가 도입된 폴리에틸렌글리콜 / 폴리에스터 블록 공중합체의 생체 외 독성평가
PCfLA-NH2의 독성을 평가하기 위하여, 먼저 B16F10 세포를 24 웰 플레이트에 2×104 cell/well로 심은 뒤 세포가 플레이트의 70% 이상 찼을 때 고분자의 비율을 각각 달리한 PCfLA-NH2를 48시간 동안 처리한 뒤, 4시간 동안 MTT 시약을 처리하였다. 이후 생성된 포마잔 염을 DMSO에 용해시켜 흡광도 측정을 통해 세포에 대한 독성을 평가하였으며, 그 결과를 도 12에 나타내었다. 대조군으로서 PEI를 함께 비교하였다.
도 12에 나타낸 바와 같이, PEI의 경우 고분자의 함량이 증가할수록 세포 독성이 증가하는 반면, PCfLA-NH2의 경우 큰 독성을 나타내지 않음을 확인하였다. 이는 본 발명에서 제조한 PCfLA-NH2는 기존의 유전자 전달 매개물로 사용된 PEI 보다 독성이 낮아 생체 적합한 재료임을 나타낸다.
실험예 4. 양이온성 작용기가 도입된 폴리에틸렌글리콜 / 폴리에스터 블록 공중합체의 안정성 평가
STAT3 유전자, STAT3/PCfLA-NH2 및 STAT3/PEI 복합체의 안정성을 평가하기 위하여 N/P 16의 비율로 각 복합체를 제조하고 이를 25% 혈청과 100 μg Dnase의 처리 환경에서 아가로스겔 전기영동을 통하여 분해 정도를 측정하였다. 먼저, PCfLA-NH2 중합체와 PEI 각각의 고분자 및 STAT3 유전자를 N/P 16의 비율로 혼합 후 30 분의 안정화 시간을 거쳐 복합체를 각 샘플당 20 μl씩 제조하고 25% 혈청 (7.5 l), loading dye 2.5 l를 첨가하여 총 30 μL가 되도록 제조하였다. 30분, 1, 3, 5, 12, 24, 48, 60, 72 및 84시간 동안 인큐베이션 후 2 μl의 200 mg/mL 헤파린나트륨(heparin sodium) 용액을 넣고 잘 혼합하였으며, 10 μl의 EtBr이 포함된 1.2 %의 아가로스겔에 로딩하여 전기영동을 실시하였다.
동일한 방법으로 복합체에 100 g Dnase 를 처리하고, 30분, 1, 3, 5, 12, 24, 48, 60, 72, 84시간 동안 인큐베이션 후에 2 μl의 200mg/mL heparin sodium 용액을 잘 혼합하였으며, 10 μl의 EtBr이 포함된 1.2 %의 아가로스겔에 로딩하여 전기영동을 실시하였다. 전기영동을 수행한 후, UV 이미지 기계를 사용하여 밴드를 시각화함으로써 겔의 이미지를 관찰하였다. 또한 이 밴드의 image J 프로그램을 통하여 밴드를 정량화하여 유전자가 분해되지 않고 남아 있는 정도를 측정하였으며, 그 결과를 도 13 및 도 14에 나타내었다.
도 13 및 도 14에 나타낸 바와 같이, 혈청과 100 μg Dnase 처리 환경에서 STAT3/PEI 보다 본 발명의 STAT3/PCfLA-NH2의 안정성이 더 높음을 확인하였다.
실험예 5. 양이온성 작용기가 도입된 폴리에틸렌글리콜/폴리에스터 블록 공중합체의 항암 효과 확인
5-1. 종양 모델에서 STAT3 / PCfLA - NH 2 의 항암효과 확인
C57BL/6 마우스 모델(6weeks, male)의 복강에 B16F10 흑색종 세포를 2×105 cell/100 μl의 농도로 주입한 후 종양의 부피가 150 mm3이 되었을 때 실험을 실시하였다. 실험군은 생리식염수(대조군), STAT3/PCfLA-NH2 한번 투여군, STAT3/PCfLA-NH2 반복 투여군(3일에 한번(0, 3, 6, 9, 12, 15일) 투여)으로 설정하여 실시하였으며, STAT3 유전자는 50μg/injection 농도로 주입하였다. 그 후 시간에 따라 종양의 사이즈를 측정하여 항암효과를 확인하였으며, 그 결과를 도 15에 나타내었다. 이때의 종양의 부피는 하기 식으로 계산되었다.
부피(mm3) = [ {(길이)x(너비)2}/2]
도 15에 나타낸 바와 같이, 대조군과 STAT3/PCfLA-NH2 한번 투여군은 시간이 지남에 따라 종양의 부피가 급격하게 증가하지만 STAT3/PCfLA-NH2 반복 투여 군의 경우 종양 성장의 억제 효과가 있음을 확인하였으며, 이는 통하여 STAT3/PCfLA-NH2 복합체가 항암효과가 있음을 확인하였다.
5-2. 종양모델에서 STAT3 / PCfLA - NH 2 및 항암제를 이용한 항암효과 확인
C57BL/6 마우스 모델(6weeks, male)의 복강에 B16F10 흑색종 세포를 2×105 cell/100 μl의 농도로 주입한 후 종양의 부피가 150 mm3이 되었을 때 실험을 실시하였다. 실험군은 생리식염수(대조군), 독소루비신 용액 투여군, STAT3/PCfLA-NH2 투여군 및 STAT3/PCfLA-NH2-독소루비신 투여군으로 설정하여 실시하였으며, 상기 공중합체 투여시 긴 시간 동안 종양 내에 머물게 하여 항암 효과를 높이고자 실시예 2와 같이 제조한 PCfLA 하이드로겔(25 wt%)을 사용하였다. 그 후 상기 실험예 5-1과 동일한 방법으로 시간에 따라 종양의 사이즈를 측정하여 항암효과를 확인하였으며, 그 결과를 도 16에 나타내었다.
도 16에 나타낸 바와 같이, 독소루비신 용액 투여군의 경우 대조군과 비슷한 양상으로 종양이 급격하게 성장한 반면, STAT3/PCfLA-NH2 하이드로겔을 사용하여 치료 유전자를 전달한 경우 종양 성장 억제 효과를 일부 확인하였다. STAT3 유전자와 독소루비신을 한번에 투여한 경우 치료효과를 높일 수 있었으며, 상기 실험예 5-1에서 확인한 STAT3/PCfLA-NH2 반복 투여군보다 더욱 큰 종양 성장 억제 효과를 나타내었다.
5-3. H&E 염색을 이용한 조직 형태 및 거동 확인
C57BL/6 마우스 모델(6weeks, male)의 복강에 B16F10 흑색종 세포를 2×105 cell/100 μl의 농도로 주입한 후 종양의 부피가 150 mm3이 되었을 때 각 물질을 투여하였으며, 투여 1, 7 및 16일 후에 종양조직 샘플을 적출하여 10% 포름알데하이드에 담아 조직을 고정한 뒤, 파라핀 블록을 만들어 4 μm로 슬라이드에 절편하였다. 그 후 슬라이드를 70℃ 오븐에서 2시간 동안 보관하여 파라핀을 녹여 자일렌과 100 %, 95 %, 70 %, 60 % 알코올로 순차적으로 탈파라핀과 수화 과정을 거쳤다. 또한 헤마톡실린 용액을 3분 처리하고 흐르는 물에 세척하였으며, 20% 에오신 용액을 5분 동안 처리하고 흐르는 물에 세척하였다. 이를 95%, 100% 알코올 및 자일렌에 2분간 처리시키고 지용성 마운팅(mounting) 용액을 이용하여 고정하였으며, 그 결과를 도 17에 나타내었다. 이때, 실험군은 (a) 대조군(생리식염수), (b) STAT3/PCfLA-NH2 한번 투여군, (c) STAT3/PCfLA-NH2 반복 투여군, (d) 독소루비신 용액 한번 투여군, (e) STAT3/PCfLA-NH2 하이드로겔 투여군 및 (f) STAT3/PCfLA-NH2 및 독소루비신 하이드로겔 투여군으로 설정하였다.
도 17에 나타낸 바와 같이, 대조군의 경우 암세포들이 조직 내에서 안정적으로 증식하여 시간이 지남에 따라 거대한 혈관이 생성된 반면, 치료효과를 보인 (c) 내지 (f) 실험군의 경우 세포의 사멸 및 적은 혈관생성을 확인하였다.
더욱 세부적인 평가를 위하여 하기와 같이 TUNEL 및 CD31 염색을 실시하였다.
5-4. TUNEL 염색을 이용한 세포의 아폽토시스 확인
TUNEL 분석 키트(In Situ Cell Death Detection Kit, POD, Roche, Germany)를 사용하여 세포의 아폽토시스를 확인하였다. 먼저, 상기 실험예 6-1의 H&E 염색과 동일한 방법으로 탈파라핀과 수화 과정을 거친 후 PBST (0.1 % Tween 20)로 10분씩 3번 세척하였다. 이를 1 mg/mL 농도의 프로테이나제 K(proteinase K) (Invitrogen)으로 37 ℃에서 20분 동안 처리한 후 PBST로 세척하였으며, 1 % Tryton X-100을 4℃에서 5분간 처리하였다. 키트의 라벨 용액(Label solution) 및 효소 용액(Enzyme solution)을 9:1의 비율로 혼합한 시약을 37 ℃에서 1 시간 처리 하였고, DAPI로 핵 염색을 실시 후 마운틱 용액을 이용하여 고정하고 형광현미경으로 관찰하였으며, 그 결과를 도 18에 나타내었다. 이때, 실험군은 (a) 대조군(생리식염수), (b) STAT3/PCfLA-NH2 한번 투여군, (c) STAT3/PCfLA-NH2 반복 투여군, (d) 독소루비신 용액 한번 투여군, (e) STAT3/PCfLA-NH2 하이드로겔 투여군 및 (f) STAT3/PCfLA-NH2 및 독소루비신 하이드로겔 투여군으로 설정하였다.
도 18에 나타낸 바와 같이, 대조군의 경우 시간이 지남에 따라 종양 내의 세포가 지속적으로 증식하기 때문에 아폽토시스가 일어나지 않은 반면, (c) 내지 (f) 실험군의 경우에는 시간이 지남에 따라 세포 아폽토시스(red)가 진행되는 것을 확인하였다.
5-5. CD31 염색을 이용한 혈관 확인
슬라이드를 각 5분씩 수화한 후, 항원복구 과정으로 Citrate 완충 용액에 넣고 10분간 120~130℃에서 처리하였다. 그 후 PBS, PBST(0.05% Tween)에 세척하고, 5% HS + 5% BSA로 37℃에서 1시간 30분 동안 블로킹(blocking)하였으며, CD31 항원(rabbit anti-mouse CD31)을 항원 희석액에 1: 200으로 희석하여 4℃에서 16시간 동안 배양하였다. 그 후 PBS, PBST로 세척하고, 2차 항체(goat anti-rabbit Alexa Fluorⓡ 594)로 상온에서 3시간 동안 배양하였다(1:200). 배양 후 PBS, PBST로 세척하고, DAPI를 20분 동안 처리하였다. 마지막으로 DW로 세척 후 마운팅 용액을 이용하여 고정하고 형광현미경으로 관찰하였으며, 그 결과를 도 19에 나타내었다. 이때, 실험군은 (a) 대조군(생리식염수), (b) STAT3/PCfLA-NH2 한번 투여군, (c) STAT3/PCfLA-NH2 반복 투여군, (d) 독소루비신 용액 한번 투여군, (e) STAT3/PCfLA-NH2 하이드로겔 투여군 및 (f) STAT3/PCfLA-NH2 및 독소루비신 하이드로겔 투여군으로 설정하였다.
도 19에 나타낸 바와 같이, 종양조직 샘플의 혈관 염색 결과를 통하여 종양 성장이 억제될수록 혈관 형성(CD31 염색-혈관 red 확인)도 억제되었으며, 특히 하이드로겔을 통한 STAT3/PCfLA-NH2 복합체 및 독소루비신 항암제 치료방법이 가장 효과적이었다. 이로써 본 발명의 PCfLA-NH2 공중합체를 유전자 및 약물과 같은 생리활성물질을 효과적으로 전달하는데 이용할 수 있음을 확인하였다.
실험예 6. 양이온성 작용기가 도입된 폴리에틸렌글리콜 / 폴리에스터 블록 공중합체의 유전자 발현 효율 평가
치료 물질의 주입 16일 후 적출한 종양 조직에 트리졸(TRIZOL)을 처리하여 mRNA를 분리하고, SuperScript Double-Stranded cDNA 합성 키트(Invitrogen)을 이용하여 cDNA를 합성하였다. cDNA 및 Power SYBR® Green PCR Master Mix를 이용하여 DNA가 합성되어 형광이 발현될 때를 비교하여 STAT3 유전자 발현의 정도를 비교하였다. Reference로는 항존유전자(house keeping gene)로서 GAPDH(forward: 5'-CAAGGTCATCCATGACAACTTTG-3', reverse: 5'-GTCCACCACCCTGTTGCTGTAG-3')를 이용하였고, STAT3 유전자(forward: 5'-CATGGGCTATAAGATCATGGATGCGAC-3',reverse: 5'-AGGGCTCAGCACCTTCACCGTTATTTC-3')의 발현 정도를 비교하였으며, 그 결과를 도 20에 나타내었다. 이때, 실험군은 (a) 대조군(생리식염수), (b) STAT3/PCfLA-NH2 한번 투여군, (c) STAT3/PCfLA-NH2 반복 투여군, (d) STAT3/PCfLA-NH2 하이드로겔 투여군 및 (e) STAT3/PCfLA-NH2 및 독소루비신 하이드로겔 투여군으로 설정하였다.
도 20에 나타낸 바와 같이, 대조군에 비하여 STAT3/PCfLA-NH2 투여에 의해 STAT3 유전자의 발현이 안정적으로 저하됨을 확인하였다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 폴리에틸렌글리콜/폴리에스터 블록 공중합체는 곁사슬 또는 말단에 양이온성 작용기를 가짐으로써, 유전자와의 결합을 더욱 안정하게 유지할 수 있어 유전자와 복합체를 용이하게 형성하여 효율적으로 세포 내로 전달이 가능하며, 치료 유전자 및 약물을 함유할 수 있어 유전자 및 약물의 전달을 위한 생리활성물질의 전달체로서 유용하게 사용될 수 있으며, 우수한 암 치료 효과를 기대할 수 있음을 확인하였다.

Claims (13)

  1. 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜/폴리에스터 블록 공중합체를 포함하는 유전자 전달체.
    [화학식 1]
    Figure 112018108331313-pat00034

    [화학식 2]
    Figure 112018108331313-pat00035

    [화학식 3]
    Figure 112018108331313-pat00036

    상기 화학식 1 내지 3에서, m 및 n은 각각 독립적으로 1 내지 32의 정수이고, x는 1 내지 10의 정수이다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌글리콜/폴리에스터 블록 공중합체는 온도감응성을 가지는 것을 특징으로 하는, 유전자 전달체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유전자는 cDNA, gDNA, pDNA, mRNA, tRNA, rRNA, siRNA, shRNA, miRNA 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는, 유전자 전달체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 유전자는 STAT3 유전자인 것을 특징으로 하는, 유전자 전달체.
  8. 제6항에 있어서, 상기 유전자는 화학식 1 내지 3으로 표시되는 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜/폴리에스터 블록 공중합체와 복합체를 형성하는 것을 특징으로 하는 유전자 전달체.
  9. 제6항에 있어서, 상기 유전자 전달체는 N/P 비가 1 내지 200인 것을 특징으로 하는, 유전자 전달체.
  10. 제6항에 있어서, 상기 유전자 전달체는 단백질, 항암제, 항바이러스제 및 항생제로 구성되는 군으로부터 선택된 1종 이상의 약물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 유전자 전달체.
  11. 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜/폴리에스터 블록 공중합체를 포함하는 하이드로겔을 포함하는 유전자 전달체.
    [화학식 1]
    Figure 112018108331313-pat00037

    [화학식 2]
    Figure 112018108331313-pat00038

    [화학식 3]
    Figure 112018108331313-pat00039

    상기 화학식 1 내지 3에서, m 및 n은 각각 독립적으로 1 내지 32의 정수이고, x는 1 내지 10의 정수이다.
  12. 제1항 및 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항의 유전자 전달체를 포함하는 암 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
  13. 제12항에 있어서, 상기 암은 구강암, 간암, 위암, 결장암, 유방암, 폐암, 골암, 췌장암, 피부암, 두경부암, 자궁경부암, 난소암, 대장암, 소장암, 직장암, 나팔관암종, 항문부근암, 자궁내막암종, 질암종, 음문암종, 호지킨병(Hodgkin's disease), 식도암, 임파선암, 방광암, 담낭암, 내분비선암, 갑상선암, 부갑상선암, 부신암, 연조직 육종, 요도암, 음경암, 전립선암, 만성 백혈병, 급성 백혈병, 림프구 림프종, 신장암, 수뇨관암, 신장세포 암종, 신장골반암종, 중추신경계 종양, 1차 중추신경계 림프종, 척수 종양, 뇌간 신경교종 및 뇌하수체 선종으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는, 암의 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
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