KR101963951B1 - Nanogel using pH sensitive block copolymer, poly(aspartic acid-graft-imidazole)-poly(ethylene glycol) and preparing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 pH 민감성 블록 공중합체, 폴리(아스파르트산-접목-이미다졸)-폴리에틸렌글라이콜을 이용한 나노젤 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명은 폴리(아스파르트산-접목-이미다졸)-폴리에틸렌글라이콜 및 화학적으로 변형된 비스-N-하이드록시석신이미드(bis-NHS)가 접목된 폴리에틸렌글라이콜 사이 화학적 가교 반응을 통해 pH 민감성 나노젤을 제조하였으며, 상기 나노젤은 적절한 물리화학적 특성(적절한 pKa 값, 넓은 완충 pH 범위, 나노 크기, 양성 제타 전위 및 형태학) 및 pH 의존 특성을 가져 산성 종양 미세환경(pH 7.2 및 pH 6.5 사이)에서 이미다졸 그룹의 양성화에 의한 정전기적 상호작용으로 가역적 팽창 및 엔도좀 파괴를 통해 약물 방출을 조절하고 표적 세포에 약물 효능을 증가시킬 수 있다.
따라서, 상기와 같은 효과를 갖는 폴리(아스파르트산-접목-이미다졸)-폴리에틸렌글라이콜을 이용한 나노젤은 종양 치료를 위한 약물 전달용 조성물로 활용될 수 있다.
The present invention relates to a nano-gel using a pH-sensitive block copolymer, poly (aspartic acid-graft-imidazole) -polyethylene glycol, and a process for preparing the same. The present invention relates to a poly (aspartic acid-graft-imidazole) PH-sensitive nanogels were prepared through chemical cross-linking between polyethylene glycol and chemically modified bis-N-hydroxysuccinimide (bis-NHS) conjugated polyethylene glycols, (PH between 7.2 and pH 6.5) due to their chemical nature (appropriate pK a value, wide buffer pH range, nano size, positive zeta potential and morphology) and pH dependent properties Interaction can regulate drug release and increase drug efficacy on target cells through reversible swelling and endosomal destruction.
Therefore, a nanogel using poly (aspartic acid-graft-imidazole) -polyethylene glycol having the above effect can be utilized as a drug delivery composition for tumor treatment.

Description

pH 민감성 블록 공중합체, 폴리(아스파르트산-접목-이미다졸)-폴리에틸렌글라이콜을 이용한 나노젤 및 이의 제조방법{Nanogel using pH sensitive block copolymer, poly(aspartic acid-graft-imidazole)-poly(ethylene glycol) and preparing method thereof}(pH-sensitive block copolymer, poly (aspartic acid-graft-imidazole) -polyethylene glycol) and a method for preparing the same. glycol and preparing method thereof}

본 발명은 pH 민감성 블록 공중합체, 폴리(아스파르트산-접목-이미다졸)-폴리에틸렌글라이콜을 이용한 나노젤 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a pH-sensitive block copolymer, a nanogel using poly (aspartic acid-graft-imidazole) -polyethylene glycol and a process for preparing the same.

효과적인 암 치료에 있어서 종양 특이 약물 전달 및 항암제 제어 방출은 치료 효과를 향상시키고 부작용을 감소시키는데 주요한 과제이다. 종래 약물의 한계를 극복하고 종양 부위로 약물을 효과적으로 전달하기 위해 고분자 마이셀(micelles), 나노입자, 나노젤, 리포좀(liposomes) 및 고분자 약물 접합체와 같은 다양한 나노 전달체가 개발되어 왔다.In effective cancer therapy, tumor specific drug delivery and anticancer drug controlled release are major challenges in improving therapeutic efficacy and reducing side effects. Various nanotransporters have been developed to overcome the limitations of conventional drugs and effectively deliver drugs to tumor sites, such as micelles, nanoparticles, nanogels, liposomes, and polymer drug conjugates.

이러한 나노 전달체 중, pH 민감성 약물 전달체는 종양 pH 조건(종양 체외 pH: ~6.5 내지 7.2 또는 엔도좀/리소좀 pH ≤ 6.5)에 따라 약물 방출 프로파일을 조절함으로써 성공적으로 체외/체내에서 종양을 억제하는 강력한 나노 전달체로 보고된 바 있다. 또한, 최근 폴리(L-히스티딘) 기반 나노젤, 폴리(L-리신) 기반 나노젤 및 폴리(L-아스파르트산) 기반 나노젤과 같은 폴리(아미노산) 기반 나노젤이 pH 민감성 기능을 가지는 신규한 나노젤로 보고되었다. 이들은 pH의 순환적 변화(cyclization)에 의한 가역적 팽창 및 약물 방출 조절을 나타낸다. pH 민감성에 대한 화학적 가교는 고분자 마이셀의 독특한 특성을 제공한다. 또한, 이들은 산성 종양 환경에서 약물의 효능을 향상시켜 종양 세포의 성장을 억제하는 것으로 알려져 있다.Among these nano-carriers, the pH-sensitive drug delivery system is able to successfully inhibit the tumor in vitro / in vivo by regulating the drug release profile according to the tumor pH conditions (tumor in vitro pH: ~ 6.5 to 7.2 or endosomes / lysosomal pH ≤ 6.5) Have been reported as nano-carriers. It has also recently been shown that poly (amino acid) -based nanogels such as poly (L-histidine) based nanogels, poly (L-lysine) based nano gels and poly (L-aspartic acid) It was reported as a nano gel. They exhibit reversible swelling and drug release control by cyclisation of pH. Chemical cross-linking to pH sensitivity provides a unique property of polymeric micelles. They are also known to enhance the efficacy of drugs in acidic tumor environments and inhibit the growth of tumor cells.

대한민국 공개특허 제 10-2012-0054279호(2012.05.30 공개)Korean Patent Publication No. 10-2012-0054279 (published May 30, 2012)

본 발명의 목적은 폴리(아스파르트산-접목-이미다졸)-폴리에틸렌글라이콜 공중합체 및 비스-N-하이드록시석신이미드가 접목된 폴리에틸렌글라이콜이 공유결합으로 이루어진 pH 민감성 나노젤 및 이의 제조방법을 제공하는 데에 있다.It is an object of the present invention to provide a pH-sensitive nano-gel comprising a poly (aspartic acid-graft-imidazole) -polyethylene glycol copolymer and polyethylene glycol grafted with bis-N-hydroxysuccinimide, And a method for manufacturing the same.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리(아스파르트산)-폴리에틸렌글라이콜에 이미다졸을 접목시킨 하나 이상의 폴리(아스파르트산-접목-이미다졸)-폴리에틸렌글라이콜 공중합체 및 비스-N-하이드록시석신이미드가 접목된 하나 이상의 폴리에틸렌글라이콜이 공유결합으로 이루어진 pH 민감성 나노젤을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a poly (aspartic acid-graft-imidazole) -polyethylene glycol copolymer grafted with imidazole to poly (aspartic acid) -polyethylene glycol and bis- Wherein at least one polyethylene glycol grafted with hydroxy succinimide is a covalent bond.

또한, 본 발명은 폴리(아스파르트산)-폴리에틸렌글라이콜과 이미다졸을 공유결합시켜 폴리(아스파르트산-접목-이미다졸)-폴리에틸렌글라이콜을 제조하는 제 1단계, 비스-카르복실레이티드 폴리에틸렌글라이콜과 석신산무수물을 반응시켜 비스-N-하이드록시석신이미드가 접목된 폴리에틸렌글라이콜을 제조하는 제 2단계 및 상기 제 1단계의 폴리(아스파르트산-접목-이미다졸)-폴리에틸렌글라이콜과 상기 제 2단계의 비스-N-하이드록시석신이미드가 접목된 폴리에틸렌글라이콜을 반응시켜 나노젤을 제조하는 제 3단계를 포함하는 pH 민감성 나노젤의 제조방법을 제공한다.The present invention also relates to a process for preparing poly (aspartic acid-graft-imidazole) -polyethylene glycol by covalently bonding imidazole to poly (aspartic acid) -polyethylene glycol, A second step of reacting polyethylene glycol with succinic anhydride to produce polyethylene glycol grafted with bis-N-hydroxysuccinimide, and a second step of reacting poly (aspartic acid-graft-imidazole) And a third step of reacting polyethylene glycol with polyethylene glycol having the bis-N-hydroxysuccinimide grafted in the second step to prepare a nanogel, wherein the pH-sensitive nano gel is prepared .

본 발명은 폴리(아스파르트산-접목-이미다졸)-폴리에틸렌글라이콜 및 화학적으로 변형된 비스-N-하이드록시석신이미드(bis-NHS)가 접목된 폴리에틸렌글라이콜 사이 화학적 가교 반응을 통해 pH 민감성 나노젤을 제조하였으며, 상기 나노젤은 적절한 물리화학적 특성(적절한 pKa 값, 넓은 완충 pH 범위, 나노 크기, 양성 제타 전위 및 형태학) 및 pH 의존 특성을 가져 산성 종양 미세환경(pH 7.2 및 pH 6.5 사이)에서 이미다졸 그룹의 양성화에 의한 정전기적 상호작용으로 가역적 팽창 및 엔도좀 파괴를 통해 약물 방출을 조절하고 표적 세포에 약물 효능을 증가시킬 수 있다.The present invention relates to a process for the chemical crosslinking between poly (aspartic acid-graft-imidazole) -polyethylene glycol and chemically modified bis-N-hydroxysuccinimide (bis-NHS) conjugated polyethylene glycol pH-sensitive nanogels were prepared which had appropriate physico-chemical properties (suitable pK a values, wide buffering pH range, nano-scale, positive zeta potential and morphology) and pH- pH 6.5), it is possible to regulate drug release and increase drug efficacy on target cells through reversible swelling and endosomal destruction due to electrostatic interactions by the imidization of imidazole groups.

따라서, 상기와 같은 효과를 갖는 폴리(아스파르트산-접목-이미다졸)-폴리에틸렌글라이콜을 이용한 나노젤은 종양 치료를 위한 약물 전달용 조성물로 활용될 수 있다.Therefore, a nanogel using poly (aspartic acid-graft-imidazole) -polyethylene glycol having the above effect can be utilized as a drug delivery composition for tumor treatment.

도 1은 pH 민감성 나노젤의 개념 및 화학 구조를 나타낸 것이다. (a)는 bis-NHS가 접목된 PEG를 이용하여 P(Asp-g-Im)-PEG 사이의 가교를 통한 나노젤의 합성 방법을 나타낸 것으로, pH 민감성을 가지는 이미다졸 잔기에 의해 나노젤은 pH 의존성 가역적 팽창을 나타낸다. 나노젤과 달리 마이셀은 pH 감소에 의한 비가역적 구조 분해를 일으키며, 분해된 마이셀은 가교의 부재로 본래의 마이셀 구조로 돌아갈 수 없다. (b)는 이미다졸 잔기 가교에 N-하이드록시석신이미드 결합(coupling)에 의해 나노젤이 안정적인 코어를 형성하는 것을 나타낸 것이다. pH가 감소함에 따라 나노젤 코어에 위치한 이미다졸 그룹은 양성화되고 양전하에 의한 정전기적 척력(electrostatic repulsion)으로 팽창하게 된다. 반대로 pH가 증가함에 따라 팽창된 나노젤은 이미다졸 잔기의 탈양성화에 의해 정전기적 척력이 감소하여 수축하게 된다.
도 2는 pH 민감성 나노젤의 화학적 합성 경로를 나타낸 것이다.
도 3은 수산화나트륨(NaCl, ◆), 나노젤 2(NG 2, ●), 나노젤 4(NG 4, △)의 pH 프로파일을 산-염기 적정 곡선으로 나타낸 것이다.
도 4는 다양한 pH 조건(pH 8.0 내지 5.0)에서 (a) NG 2 및 (b) NG 4의 입자 크기 및 분포를 나타낸 것이다.
도 5는 다양한 pH 조건(pH 8.0 내지 5.0)에서 (a) NG 2 및 (b) NG 4의 제타 전위를 나타낸 것이다.
도 6은 연속적인 pH 변화에서 NG 2, NG 4 및 고분자 마이셀의 가역적 크기 변화를 동적 광 산란(DLS) 및 전계방출형 주사전자 현미경(FE-SEM)으로 측정한 것이다.
Figure 1 shows the concept and chemical structure of a pH-sensitive nanogel. (a) shows a method of synthesizing a nanogel by cross-linking P (Asp-g-Im) -PEG using bis-NHS-grafted PEG, wherein the pH- pH dependent reversible swelling. Unlike nanogels, micelles cause irreversible structural degradation by decreasing the pH, and degraded micelles can not return to their original micellar structure due to the absence of crosslinking. (b) shows that the nanogels form a stable core by N-hydroxysuccinimide coupling to the imidazole residue bridges. As the pH decreases, the imidazole groups located in the nanogel core become positive and expand by electrostatic repulsion by positive charge. On the contrary, as the pH increases, the expanded nanogels are shrunk due to the decrease of the electrostatic repulsion force due to the deprotonation of imidazole residues.
Fig. 2 shows the chemical synthesis route of the pH-sensitive nanogel.
Figure 3 shows the pH profile of sodium hydroxide (NaCl, ◆), nanogel 2 (NG 2, ●), and nanogel 4 (NG 4, Δ) in acid-base titration curves.
Figure 4 shows the particle size and distribution of (a) NG 2 and (b) NG 4 at various pH conditions (pH 8.0 to 5.0).
Figure 5 shows the zeta potential of (a) NG 2 and (b) NG 4 at various pH conditions (pH 8.0 to 5.0).
FIG. 6 is a graph showing changes in reversible size of NG 2, NG 4 and polymer micelle at continuous pH changes by dynamic light scattering (DLS) and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM).

본 발명의 발명자들은 pH 민감성 블록 공중합체인 폴리(아스파르트산-접목-이미다졸)-폴리에틸렌글라이콜 및 화학적으로 변형된 bis-NHS가 접목된 폴리에틸렌글라이콜의 화학적 가교 반응을 이용하여 pH 민감성 나노젤을 제조하였으며, 상기 나노젤은 적절한 물리화학적 특성(적절한 pKa 값, 넓은 완충 pH 범위, 나노 크기, 양성 제타 전위 및 형태학) 및 pH 의존 특성을 가져 산성 종양 미세환경에서 가역적 팽창 및 엔도좀 파괴를 일으켜 표적 약물의 방출을 조절하고 효과적으로 약물을 전달하는 것을 확인하며 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention have found that by using a chemical crosslinking reaction of poly (aspartic acid-graft-imidazole) -polyethylene glycol and chemically modified bis-NHS grafted polyethylene glycol as a pH-sensitive block copolymer, The nanogels have reversible swelling and endosome destruction in the acidic tumor microenvironment with appropriate physico-chemical properties (suitable pK a value, wide buffering pH range, nano size, positive zeta potential and morphology) To control the release of the target drug and effectively deliver the drug, thus completing the present invention.

본 발명은 폴리(아스파르트산)-폴리에틸렌글라이콜에 이미다졸을 접목시킨 하나 이상의 폴리(아스파르트산-접목-이미다졸)-폴리에틸렌글라이콜 공중합체 및 비스-N-하이드록시석신이미드가 접목된 하나 이상의 폴리에틸렌글라이콜이 공유결합으로 이루어진 pH 민감성 나노젤을 제공한다.The present invention relates to poly (aspartic acid-graft-imidazole) -polyethylene glycol copolymer and bis-N-hydroxysuccinimide grafted with imidazole to poly (aspartic acid) -polyethylene glycol. Wherein at least one of the polyethylene glycols is a covalent bond.

바람직하게는, 상기 공중합체 및 상기 비스-N-하이드록시석신이미드가 접목된 폴리에틸렌글라이콜이 1:1의 몰 비로 결합될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다. Preferably, the copolymer and the bis-N-hydroxysuccinimide conjugated polyethylene glycol may be combined in a molar ratio of 1: 1, but are not limited thereto.

바람직하게는, 상기 나노젤은 pH 7.4 이상에서 마이셀 구조를 형성하고, pH 6 내지 pH 7.2에서는 마이셀 구조가 붕괴하는 것일 수 있다.Preferably, the nanogel forms a micellar structure at pH 7.4 or higher, and the micellar structure collapses at pH 6 to pH 7.2.

바람직하게는, 상기 나노젤의 평균 직경은 100 내지 500 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.Preferably, the average diameter of the nanogels may be 100 to 500 nm, but is not limited thereto.

바람직하게는, 상기 나노젤의 평균 제타 전위는 -20 내지 10 mV일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.Preferably, the average zeta potential of the nanogel may be -20 to 10 mV, but is not limited thereto.

바람직하게는, 상기 나노젤의 평균 pKa 값은 5 내지 8일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.Preferably, the average pK a value of the nanogels may be 5 to 8, but is not limited thereto.

바람직하게는, 상기 나노젤의 평균 완충 pH 범위는 4 내지 8일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.Preferably, the average buffering pH range of the nanogels may be from 4 to 8, but is not limited thereto.

본 발명은 pH 민감성 나노젤 및 상기 나노젤 내 봉입된 약물 또는 생리활성성분을 포함하는 약물 또는 생리활성성분 전달용 조성물을 제공한다.The present invention provides a pH-sensitive nano-gel and a drug or a composition for delivering a physiologically active ingredient, which comprises a drug or a physiologically active ingredient encapsulated in the nano-gel.

바람직하게는, 상기 생리활성성분은 펩타이드, 단백질, 항암제, 소염진통제, 항생제, 항균제, 호르몬제, 유전자 및 백신으로 이루어진 군에서 선택된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.Preferably, the physiologically active component may be selected from the group consisting of peptides, proteins, anticancer agents, anti-inflammatory agents, antibiotics, antimicrobial agents, hormones, genes and vaccines.

본 발명은 폴리(아스파르트산)-폴리에틸렌글라이콜과 이미다졸을 공유결합시켜 폴리(아스파르트산-접목-이미다졸)-폴리에틸렌글라이콜을 제조하는 제 1단계, 비스-카르복실레이티드 폴리에틸렌글라이콜과 석신산무수물을 반응시켜 비스-N-하이드록시석신이미드가 접목된 폴리에틸렌글라이콜을 제조하는 제 2단계 및 상기 제 1단계의 폴리(아스파르트산-접목-이미다졸)-폴리에틸렌글라이콜과 상기 제 2단계의 비스-N-하이드록시석신이미드가 접목된 폴리에틸렌글라이콜을 반응시켜 나노젤을 제조하는 제 3단계를 포함하는 pH 민감성 나노젤의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a first step of preparing a poly (aspartic acid-graft-imidazole) -polyethylene glycol by covalently bonding imidazole to poly (aspartic acid) -polyethylene glycol, a first step of preparing a bis-carboxylated polyethylene A step of reacting lycoric acid with succinic anhydride to produce polyethylene glycol grafted with bis-N-hydroxysuccinimide, and a second step of producing poly (aspartic acid-graft-imidazole) -polyethylene And a third step of reacting lycool with polyethylene glycol, which is grafted with bis-N-hydroxysuccinimide in the second step, to prepare a nanosized gel.

바람직하게는, 상기 제 3단계 이후, 나노젤 내 약물 또는 생리활성성분을 봉입하는 제 4단계;를 더 포함할 수 있다.Preferably, the method further includes a fourth step of sealing the drug or physiologically active ingredient in the nanogel after the third step.

바람직하게는, 상기 제 3단계는 에멀젼-증발법에 의해 수행되는 것일 수 있다.Preferably, the third step may be performed by an emulsion-evaporation method.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 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 embodiments are only for describing the present invention in more detail and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments in accordance with the gist of the present invention .

실시예Example 1 : 시약 준비 1: Preparation of reagent

폴리(에틸렌글라이콜)(Poly(ethylene glycol), PEG, M.W. 2,000 Da 및 4,000 Da), L-아스파르트산-β-벤질 에스테르(L-aspartic acid-β-benzyl ester), 무수 1,4-디옥세인(anhydrous 1,4-dioxane), 헥실아민(hexylamine, HA), 트리메틸아민(trimethylamine, TEA), 1-(3-아미노프로필)-이미다졸(1-(3-aminopropyl)-imidazole), n-헥세인(n-hexane), 메탄올(methanol, MeOH), N,N-디메틸포름아마이드(N,N-Dimethylformamide, DMF), 셀라이트(cellite), 팔라듐(palladium on-charcoal, Pd/C), N-하이드록시석신이미드(N-hydroxysuccinimide, NHS), N,N’- 디사이클로헥실카르보디이미드(N,N’- dicyclohexylcarbodiimide, DCC), 트리에틸렌아민(triethyleneamine, TEA), 4-디메틸 아미노 피리딘(4-dimethyl amino pyridine, DMAP), 석신산무수물(succinic anhydride), DMSO-d6 및 테트라메틸시란(tetramethylsilane, TMS)은 시그마 알드리치(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)에서 구입하였다. 트리포스젠(triphosgene)은 알파 에이사(Alfa Aesar® Johnson Matthey Korea, Seoul)에서 구입하였으며, 에탄올(ethanol, EtOH), 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide, DMSO) 및 클로로메테인(chloromethane, DCM)은 하니웰 버딕 & 잭슨(Honeywell Burdick & Jackson®, Muskegon, MI, USA)에서 구입하였다. 실험에 사용된 다른 모든 시약은 분석 등급으로 사용하였다. LysoTracker® Red DND-99 및 플루오레세인 DHPE(N-(Fluorescein-5-Thiocarbamoyl)-1,2-Dihexadecanoyl-sn-Glycero-3-Phosphoethanolmine Triethylammonium Salt)은 인비트로젠(InvitrogenTM, Molecular Probes®, Life Techloogies, Thermo Fisher Scientific Inc.)에서 구입하였다.Poly (ethylene glycol) (PEG, MW 2,000 Da and 4,000 Da), L-aspartic acid-β-benzyl ester, 1,4- Anhydrous 1,4-dioxane, hexylamine (HA), trimethylamine (TEA), 1- (3-aminopropyl) imidazole, N-hexane, methanol, MeOH, N, N-dimethylformamide DMF, cellite, palladium on-charcoal, Pd / C ), N-hydroxysuccinimide (NHS), N, N'-dicyclohexylcarbodiimide (DCC), triethyleneamine (TEA) Dimethylaminopyridine (DMAP), succinic anhydride, DMSO-d 6 and tetramethylsilane (TMS) were synthesized using Sigma-Aldrich (St. Louis, Mo., USA) ). Tree phosgene (triphosgene) was purchased from moving (Alfa Aesar ® Johnson Matthey Korea, Seoul) to the alpha, ethanol (ethanol, EtOH), dimethyl sulfoxide (dimethylsulfoxide, DMSO) and dichloromethane (chloromethane, DCM) is Honeywell were purchased from Burdick & Jackson (Honeywell Burdick & Jackson ®, Muskegon , MI, USA). All other reagents used in the experiments were used as analytical grade. LysoTracker ® Red DND-99, and fluorescein-DHPE (N- (Fluorescein-5- Thiocarbamoyl) -1,2-Dihexadecanoyl-sn-Glycero-3-Phosphoethanolmine Triethylammonium Salt) is Invitrogen (TM Invitrogen, Molecular Probes ®, Life Techloogies, Thermo Fisher Scientific Inc.).

실시예Example 2 :  2 : 폴리Poly (아스파르트산-접목-이미다졸)-(Aspartic acid-graft-imidazole) - 폴리에틸렌글라이콜(P(Asp-g-Im)Polyethylene glycol (P (Asp-g-Im) -PEG)의 합성-PEG) < / RTI >

P(Asp-g-Im)-PEG (M.W. 6.5-2 KDa)는 이전에 보고된 논문(Macromolecular Research, May 2011, Volume 19, Issue 5, pp 453-460)을 참고하여 합성하였다. 간략하게, 고분자는 α-아미노산-N-카르복시안하이드라이드(α-amino acid-N-carboxyanhydride, NCA)와 개환 중합에 의해 합성되었고, PEG 접목, 디프로텍션(deprotection) 및 이미다졸 접목을 포함하는 단계를 거쳐 제조되었다. P(Asp)의 Asp 반복 단위 및 이미다졸 고리의 접목은 1H-NMR 분석으로 측정하였다. HA의 CH3(δ = 0.88) 및 P(Asp)의 α-CH(δ = 4.70) 사이 1H-NMR 피크 통합 비율을 비교한 결과, Asp 반복 단위는 35로 측정되었고, P(Asp)-PEG는 60.5%의 수율로 획득하였다. 1-(3-아미노프로필)-이미다졸의 접목율은 δ = 6.88-7.63 (이미다졸 그룹) 및 δ 4.40 (-CH-, 반복 단위)에서 두 피크를 비교한 결과 60%로 측정되었다.P (Asp-g-Im) -PEG (MW 6.5-2 KDa) was synthesized by referring to a previously reported article (Macromolecular Research, May 2011, Volume 19, Issue 5, pp 453-460). Briefly, the polymer was synthesized by ring-opening polymerization with [alpha] -amino acid-N-carboxyanhydride (NCA) and was characterized by PEG conjugation, deprotection and imidazole grafting ≪ / RTI > The Asp repeating unit of P (Asp) and the graft of the imidazole ring were determined by 1 H-NMR analysis. As a result of comparing the 1 H-NMR peak integration ratio between CH 3 (δ = 0.88) of HA and α-CH (δ = 4.70) of P (Asp), the Asp repeating unit was measured as 35 and P (Asp) PEG was obtained in a yield of 60.5%. The grafting ratio of 1- (3-aminopropyl) -imidazole was 60% as a result of comparing two peaks at δ = 6.88-7.63 (imidazole group) and δ 4.40 (-CH-, repeating unit).

실시예Example 3 :  3: 폴리에틸렌글라이콜Polyethylene glycol 기반  base 가교제Cross-linking agent (bis-(bis- NHSNHS coupled PEG) 합성 coupled PEG) synthesis

가교제는 화학적으로 변형된 다양한 분자량(2000 및 4000 Da)을 가지는 PEG를 이용하여 제조하였다. Bis-carboxylated PEG는 석신산무수물을 이용하여 하이드록시 그룹의 에스테르화로 제조하였다. 간략하게, 두 개의 하이드록시 그룹을 가지는 PEG(1 mmol)는 석신산무수물(2.4 mmol), DCM에 용해된 DMAP(2 mmol)및 DCM(30 mL)/피리딘(1 mL)에 용해된 TEA(2.4 mmol)와 상온에서 하루 동안 반응시켰다. 반응 후, bis-carboxylated PEG(수율: 93 ± 3 wt.%)는 디에틸 에테르를 이용하여 침전시켜 획득하였다. PEG의 하이드록시 그룹에서 카르복시 그룹으로의 전환은 1H NMR(δ = 2.5: -CH2-CH2-, 카르복시화에 의해 형성된 PEG 말단에 접목된 에틸렌 그룹)로 확인하였다. P(Asp-g-Im)-PEG에서 이미다졸 그룹의 가교를 위해, bis-carboxylated PEG(2 mmol)는 DCM(30 mL)에 용해된 HS(2.4 mmol) 및 DCC(2.4 mmol)를 이용하여 상온에서 하루 동안 활성화시켰다. 그 후, 디사이클로헥실우레아(dicyclohexylurea, DCU)는 여과하여 제거하고, 디에틸 에테르를 이용하여 재결정화시켰다. 마지막으로 진공 상태에서 이틀 동안 건조하여 bis-NHS가 접목된 PEG를 획득하였다.Crosslinking agents were prepared using chemically modified PEG with various molecular weights (2000 and 4000 Da). Bis-carboxylated PEG was prepared by esterification of hydroxy groups with succinic anhydride. Briefly, PEG (1 mmol) with two hydroxy groups was reacted with succinic anhydride (2.4 mmol), DMAP (2 mmol) dissolved in DCM and TEA (1 mL) in DCM (30 mL) / pyridine 2.4 mmol) at room temperature for one day. After the reaction, bis-carboxylated PEG (yield: 93 ± 3 wt.%) Was obtained by precipitation with diethyl ether. Conversion of the PEG from the hydroxy group to the carboxy group was confirmed by 1 H NMR (隆 = 2.5: -CH 2 -CH 2 -, an ethylene group grafted to the PEG end formed by carboxymethylation). Bis-carboxylated PEG (2 mmol) was prepared by using HS (2.4 mmol) and DCC (2.4 mmol) dissolved in DCM (30 mL) for the crosslinking of the imidazole group in P (Asp-g- And activated at room temperature for one day. The dicyclohexylurea (DCU) was then removed by filtration and recrystallized with diethyl ether. Finally, it was dried for two days under vacuum to obtain bis-NHS-grafted PEG.

실시예Example 4 :  4 : 나노젤Nano Gel 제조 Produce

나노젤은 변형된 에멀젼-증발법(emulsification-evaporation)을 이용하여 제조되었다. 간략하게, 디클로로메테인(12 μmol/3 mL)에 용해된 bis-NHS가 접목된 PEG를 P(Asp-g-Im)-PEG(12 μmol/30 mL, pH 4.0) 산성 수용액에 첨가하고 얼음조(ice-bath)에서 30분 동안 초음파를 처리하였다. 가교제와 고분자 사이의 비율은 1로 고정하였다. 흰색의 에멀젼은 진공 상태에서 증발시켜 투명한 용액을 얻었다. 나노젤 현탁물은 염산(또는 수산화나트륨)-Na2B4O7 완충액(pH 8.2, 1 mM) 및 SpectraPore 6 K-8 KDa 멤브레인 백(bag)을 이용하여 25℃에서 48시간 동안 투석하였다. 그 후, 동결 건조하여 86 ± 6%의 수율로 가루 상태의 나노젤을 획득하였다.Nanogels were prepared using modified emulsification-evaporation. Briefly, bis-NHS grafted PEG dissolved in dichloromethane (12 μmol / 3 mL) was added to an acidic aqueous solution of P (Asp-g-Im) -PEG (12 μmol / 30 mL, pH 4.0) Ultrasonography was performed in an ice-bath for 30 minutes. The ratio between the crosslinking agent and the polymer was fixed at 1. The white emulsion was evaporated in vacuo to give a clear solution. Nano gel suspension was dialyzed for 48 hours at 25 ℃ using a hydrochloric acid (or sodium hydroxide) -Na 2 B 4 O 7 buffer solution (pH 8.2, 1 mM) and SpectraPore 6 K-8 KDa membrane bag (bag). Thereafter, the resultant was lyophilized to obtain a powdery nano gel at a yield of 86 ± 6%.

나노젤을 액상으로 만들기 위해, 가루 상태의 나노젤을 DMSO 및 염산(또는 수산화나트륨)-Na2B4O7 완충액(pH 8.2, 1mM) (9:1) 혼합물에 넣고, 염산(또는 수산화나트륨)-Na2B4O7 완충액(pH 8.2, 1 mM)을 이용하여 25℃에서 48시간 동안 투석하였다. 그 후, 투석 백 안에 용액을 모아 실험에 사용하였다. 나노젤의 화학적 합성 경로는 도 2에 나타내었다.To make the nano-gel in a liquid state, the nano-gel powder state DMSO and hydrochloric acid (or sodium hydroxide) -Na 2 B 4 O 7 buffer solution (pH 8.2, 1mM) (9 : 1) into a mixture of hydrochloric acid (or sodium hydroxide ) Na 2 B 4 O 7 buffer (pH 8.2, 1 mM) at 25 ° C for 48 hours. Then, the solution was collected in a dialysis bag and used for the experiment. The chemical synthesis route of the nanogel is shown in FIG.

앞서 합성한, 각각의 분자량이 2000, 4000 Da인 bis-NHS가 접목된 PEG 를 이용하여 두 가지 나노젤을 제조하였으며, 각각을 NG 2, NG 4로 기술하여 아래의 물성연구를 진행하였다.Two nanogels were synthesized using PEG grafted with bis-NHS having a molecular weight of 2000 and 4000 Da, respectively, and NG 2 and NG 4, respectively, and the following physical properties studies were carried out.

실시예Example 5 : 산-염기 적정 실험 5: Acid-base titration experiment

나노젤(NG 2, NG 4) 및 염화나트륨(NaCl, 대조군)의 적정 플롯(plot)은 전위차 방법(potentiometric method)을 이용하여 측정하였다. 가루 상태의 나노젤 또는 염화나트륨은 탈이온수(2 mmol/L)에 용해시키고, pH는 1 N의 수산화나트륨을 이용하여 11로 조절하였다. 그 후, 용액은 pH 프로파일을 얻기 위해 0.5 N의 염산으로 적정하였다. 적정 실험은 3회 반복으로 수행하여 평균값을 플롯으로 나타내었다.Titration plots of nanogels (NG 2, NG 4) and sodium chloride (NaCl, control) were measured using a potentiometric method. The powdered nanogel or sodium chloride was dissolved in deionized water (2 mmol / L) and the pH was adjusted to 11 using 1 N sodium hydroxide. The solution was then titrated with 0.5 N hydrochloric acid to obtain a pH profile. The titration was repeated three times and the mean value was plotted.

pKa 값 및 버퍼 완충용량은 나노젤의 pH 민감성과 크게 연관되어 있기 때문에 산-염기 적정 실험을 수행하였다. 그 결과, 도 3을 참조하여 보면, 나노젤 2 및 나노젤 4는 적절한 pKa 값 및 넓은 완충 pH 범위를 가지는 것을 확인하였다. 나노젤 2의 pKa 값은 약 6.88이며 완충 pH 범위는 7.0 내지 5.3이었고, 나노젤 4의 pKa 값은 약 6.99이며 완충 pH 범위는 7.3 내지 5.5였다. 나노젤은 P(Asp-g-Im)-PEG (pKa: 6.5)의 pKa 값과 유사한 것을 확인할 수 있었다.The acid - base titration experiments were performed because the pK a value and the buffer buffer capacity were highly related to the pH sensitivity of the nanogel. As a result, referring to FIG. 3, it was confirmed that the nanogel 2 and the nanogel 4 had a proper pK a value and a wide buffering pH range. The pK a value of Nanogel 2 was about 6.88, the buffer pH range was 7.0 to 5.3, the pK a value of Nanogel 4 was about 6.99 and the buffer pH range was 7.3 to 5.5. It was confirmed that the nanogel is similar to the pK a value of P (Asp-g-Im) -PEG (pKa: 6.5).

양전하 그룹 및 음전하 그룹을 가지는 나노젤의 pKa 값은 6.9로, 이는 접목된 P(Asp-g-Im)의 부분적으로 양성화된 이미다졸 그룹이 P(Asp)의 탈양성화된 카르복시 그룹의 소수성을 유지시키면서 중화시키는 것을 나타낸다. pH가 감소됨에 따라 접목된 P(Asp-g-Im)의 이미다졸 고리의 양성화 및 P(Asp)의 전하를 띠는 카르복시 그룹에 상응하는 감소에 의해 P(Asp-g-Im)-PEG는 양전하를 띠게 된다. pH 5.0 이하에서 P(Asp-g-Im)-PEG의 모든 카르복시 및 이미다졸 그룹은 양성화되고 친수성을 나타내었다. 특히, 6.9 이하의 pI 값을 가지는 나노젤 고분자 전해질 공중합체는 종양의 산성 pH 환경을 표적하는데 적절하게 활용될 수 있다.The pK a value of the nanogels with positively charged group and negatively charged group was 6.9, indicating that the partially positively charged imidazole group of grafted P (Asp-g-Im) had a hydrophobicity of the deprotected carboxy group of P (Asp) While keeping it neutralized. P (Asp-g-Im) -PEG is reduced by the positivity of the imidazole ring of grafted P (Asp-g-Im) and corresponding reduction of the carboxy group charged with P (Asp) It becomes a positive charge. At pH 5.0 or less, all carboxy and imidazole groups of P (Asp-g-Im) -PEG were positive and showed hydrophilicity. In particular, nanogel polymer electrolyte copolymers having a pI value of 6.9 or less can be suitably utilized to target acidic pH environments of tumors.

P(Asp-g-Im)-PEG는 이미다졸 그룹(pH 7.5 내지 5.7)에 기원하여 넓은 완충 pH 범위를 가지는 것이 이전 연구에서 보고되었다. 도 3을 참조하여 보면, 구조적 유사성 때문에 나노젤은 유사한 완충 pH 범위(NG 2: pH 7.0 내지 5.3, NG 4: pH 7.3 내지 5.5)를 가지는 것을 확인할 수 있다. 높은 고분자 버퍼 완충용량은 엔도좀에서 우수한 삼투압 효과를 일으키고 엔도좀 파괴 및 엔도좀으로부터 나노젤의 방출을 증가시킨다.Previous studies have shown that P (Asp-g-Im) -PEG has a broad buffer pH range due to the imidazole group (pH 7.5-5.7). Referring to FIG. 3, it can be confirmed that the nanogel has a similar buffering pH range (NG 2: pH 7.0 to 5.3, NG 4: pH 7.3 to 5.5) due to structural similarity. The high polymer buffer capacity results in excellent osmotic effects in endosomes and increases the release of nanogels from endosomes and endosomes.

가교를 분석하기 위해, pH 버퍼 영역은 카르복시 및 이미다졸 그룹과 반응하는 양성자의 몰(mol)로 분석하였다. 카르복시 및 이미다졸 그룹의 수는 염산염(hydrochloride)의 양성자 농도로 결정하였다. 두 개의 이미다졸 그룹이 가교를 형성하므로 2 μmol의 나노젤은 42 μmol의 이미다졸 그룹을 가지는 것을 알 수 있다. 나노젤의 산-염기 적정 실험 결과, 이미다졸 그룹의 c.a.는 40 μmol로 확인되었다. 다음으로 가교 반응을 확인하기 위해 물리화학적 특성을 분석하는 실험을 수행하였다.To analyze the cross-linking, the pH buffer region was analyzed in terms of molarities of protons reacting with carboxy and imidazole groups. The number of carboxy and imidazole groups was determined by the proton concentration of the hydrochloride. As two imidazole groups form a bridge, 2 μmol of nanogel has 42 μmol imidazole groups. As a result of the acid-base titration test of the nano gel, c.a. of the imidazole group was confirmed to be 40 μmol. Next, an experiment was conducted to analyze the physicochemical properties to confirm the crosslinking reaction.

실시예Example 6 : 입자 크기 및 제타 전위 측정 6: Measurement of particle size and zeta potential

나노젤의 유효 유체역학 직경(effective hydrodynamic diameters. Deff) 및 크기 분포는 Zetasizer Nano-ZS(Malvern Instruments, Malvern, UK)를 이용하여 광자 상관 분광법(photon correlation spectroscopy)으로 분석하였다. 크기 측정은 90˚의 산란각 및 열평형 셀(thermostatic cell)에서 수행되었다. 제조사로부터 제공받은 소프트웨어를 이용하여 입자의 유효 유체학적 직경을 계산하였다. 다양한 pH 조건(0.01 wt %)의 나노젤 샘플은 인산완충식염수(phosphate buffered saline, PBS) 또는 구연산-인산 완충액(citrate-phosphate buffer, pH 8.0 내지 5.0)으로 10배 희석하여 준비하였다. 측정 전, 나노젤 샘플은 상온에서 3시간 동안 반응시켰다.The effective hydrodynamic diameters (D eff ) and size distributions of the nanogels were analyzed by photon correlation spectroscopy using a Zetasizer Nano-ZS (Malvern Instruments, Malvern, UK). Size measurements were performed at 90 ° scatter angle and in a thermostatic cell. The available fluid diameter of the particles was calculated using software provided by the manufacturer. Nano-gel samples at various pH conditions (0.01 wt%) were prepared by diluting 10-fold with phosphate buffered saline (PBS) or citrate-phosphate buffer (pH 8.0 to 5.0). Before measurement, the nanogel samples were reacted at room temperature for 3 hours.

나노젤의 pH 의존 가역적 팽창/수축을 확인하기 위해, 나노젤 샘플 용액의 pH 값을 0.1 N의 염산 또는 수산화나트륨을 이용하여 pH 7.4에서 pH 6.5 (또는 pH 6.5에서 pH 6.4)로 조절하고, 입자 크기 측정 전, 각 pH 조건에서 12시간 이상 반응시켰다.To confirm the pH-dependent reversible expansion / contraction of the nanogel, the pH value of the nanogel sample solution was adjusted from pH 7.4 to pH 6.5 (or pH 6.5 to pH 6.4) using 0.1 N hydrochloric acid or sodium hydroxide, Before measuring the size, they were reacted for 12 hours or more at each pH condition.

다양한 pH 값(pH 8.0 내지 5.0, 이온 강도 0.15)을 가지는 나노젤 용액(0.1 mg/mL)의 제타(ζ) 전위는 Zetasizer Nano-ZS를 이용하여 측정하였다. 다양한 pH 조건(0.01 wt %)의 나노젤 샘플은 인산완충식염수 또는 구연산-인산 완충액(pH 8.0 내지 5.0)으로 10배 희석하여 준비하였다. 측정 전, 나노젤 샘플은 상온에서 3시간 동안 반응시켰다.The zeta potential of the nanogel solution (0.1 mg / mL) having various pH values (pH 8.0 to 5.0, ionic strength 0.15) was measured using a Zetasizer Nano-ZS. Nano-gel samples at various pH conditions (0.01 wt%) were prepared by diluting 10-fold with phosphate-buffered saline or citric acid-phosphate buffer (pH 8.0-5.0). Before measurement, the nanogel samples were reacted at room temperature for 3 hours.

나노젤의 pH 의존 팽창은 동적 광 산란(dynamic light scattering, DLS)을 이용하여 분석하였다. 그 결과, 도 3을 참조하여 보면, pH 7.4에서 입자 크기는 200 nm 보다 작았으며 좁은 크기 분포를 가지는 것을 확인하였다(NG 2: c.a. 168 nm, NG 4: c.a. 144 nm).The pH dependent expansion of the nanogel was analyzed by dynamic light scattering (DLS). As a result, referring to FIG. 3, it was confirmed that the particle size at pH 7.4 was smaller than 200 nm and had a narrow size distribution (NG 2: c.a. 168 nm, NG 4: c.a.

도 4를 참조하여 보면, 나노젤은 pH가 감소함에 따라 점차적으로 팽창하여 입자 크기가 증가하는 것을 확인하였다(NG 2: c.a. 549 nm, NG 4: c.a. 484 nm, pH 5.0). 이는 산성 pH 조건에서 나노젤 코어에 위치한 이미다졸 양성화에 의한 나노젤의 팽창을 나타낸다. 중합 마이셀의 경우, pH가 감소함에 따라 두 이미다졸 그룹은 전하를 띠게 되고 코어의 소수성 감소는 불안정을 야기하여 입자의 크기를 ca. 280 nm까지 증가시킨다. 구조의 유사성으로 정전기적 척력은 pH 감소에 의해 나노젤의 팽창을 일으킨다.Referring to FIG. 4, it was confirmed that the nanogel expands gradually as the pH is decreased to increase the particle size (NG 2: c.a. 549 nm, NG 4: c.a. 484 nm, pH 5.0). This indicates the expansion of the nanogel by imidazole biocatalysis located in the nanogel core at acidic pH conditions. In the case of polymerized micelles, as the pH decreases, the two imidazole groups become charged, and the decrease in hydrophobicity of the core causes instability and the particle size is ca. To 280 nm. Due to the similarity of the structure, the electrostatic repulsion causes the expansion of the nanogel by pH reduction.

또한, 나노젤은 pH 8.0 보다 pH 7.4에서 크기 감소를 나타냈다. pH에 의한 비슷한 입자 크기 변화가 (Asp-g-Im)-PEG 마이셀에서 관찰되었다. 중합 마이셀의 입자 크기는 pH 7.0에서 약하게 감소하였고, 이는 P(Asp-g-Im) 블록의 양성화된 이미다졸 그룹이 P(Asp-g-Im)의 이온화된 카르복시 그룹과 정전기적으로 상호작용에 의해 나노젤의 단단한 코어를 형성하는 것을 나타낸다.In addition, the nanogel showed a decrease in size at pH 7.4 than pH 8.0. Similar particle size changes due to pH were observed in (Asp-g-Im) -PEG micelles. The particle size of the polymerized micelle decreased slightly at pH 7.0, indicating that the positively charged imidazole group of the P (Asp-g-Im) block electrostatically interacts with the ionized carboxy group of P (Asp-g-Im) To form a solid core of the nanogel.

도 5를 참조하여 보면, 나노젤의 pH 민감성은 제타 전위 측정으로 확인하였다. pH 7.4에서 나노젤 2 및 나노젤 4의 제타 전위는 P(Asp-g-Im) 블록의 무전하의 이미다졸 및 이온화된 카르복시 그룹에 인해 각각 c.a. -15.4 mV 및 c.a. -5.9 mV로 측정되었다. pH 7.0에서 각 입자의 제타 전위는 양성화된 이미다졸 그룹으로 인해 각각 c.a. -8.8 mV 및 c.a. -4.68 mV로 약하게 증가하였다. 따라서, 부분적으로 양전하를 띠는 이미다졸 그룹이 음전하의 카르복시 그룹을 중화시키는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, the pH sensitivity of the nanogel was confirmed by zeta potential measurement. At pH 7.4, the zeta potentials of Nanogel 2 and Nanogel 4 are due to the imidazole and ionized carboxy groups in the P (Asp-g-Im) block, respectively. -15.4 mV and c.a. -5.9 mV. At pH 7.0, the zeta potential of each particle was c.a. -8.8 mV and c.a. But increased slightly at -4.68 mV. Thus, it can be seen that a partially positively charged imidazole group neutralizes the carboxy group at the negative charge.

pH 4.0에서 나노젤의 제타 전위는 각각 c.a. + 3.8 및 c.a. + 2.0 mV로 점차적으로 증가하였다. 생리적 pH 보다 낮을 때(이미다졸 그룹의 < pKa), 이미다졸리움(imidazolium) 및 카르복시산염(carboxylate)은 정전기적 상호작용을 일으킨다. 카르복시 그룹은 pH 4.0(P(Asp) 블록의 카르복시 그룹의 < pKa)에서 나노 입자의 양전하에 의해 양성화된다. 나노젤 4는 pH 7 및 pH 8에서 나노젤 2 보다 높은 제타 전위를 나타냈으며, pH가 6.5 이하일 때 두 나노젤은 유사한 제타 전위 값을 나타냈다.At pH 4.0, the zeta potential of the nanogels gradually increased to ca + 3.8 and ca + 2.0 mV, respectively. When lower than physiological pH (<pK a in the imidazole group), imidazolium and carboxylate cause electrostatic interactions. The carboxy group is positive by positive charge of the nanoparticles at pH 4.0 (<pK a of the carboxy group of the P (Asp) block). Nano gel 4 showed higher zeta potential than nano gel 2 at pH 7 and pH 8. When the pH was lower than 6.5, two nanogels showed similar zeta potential.

실시예Example 7 : 형태학 측정 7: Morphometric measurement

나노젤의 형태학을 관찰하기 위해, 나노젤 용액(0.1 mg/mL 또는 0.01 wt %)을 글라스 슬라이드에 주입하여 준비하고 진공 상태에서 건조시켰다. 진공 상태에서 건조시키기 전, 나노젤 샘플은 인산완충식염수(pH 7.4 또는 6.5)로 희석하였고, 나노젤 용액은 상온에서 3시간 동안 반응시켰다. 형태학은 전계방출형 주사전자 현미경(field emission scanning electron microscope, FE-SEM, SIGMA, Carl Zeiss, Germany)을 이용하여 관찰하였다.To observe the morphology of the nanogel, a solution of nanogel (0.1 mg / mL or 0.01 wt%) was prepared by injection into a glass slide and dried under vacuum. Before drying in vacuum, the nanogel sample was diluted with phosphate buffered saline (pH 7.4 or 6.5) and the nanogel solution was allowed to react at room temperature for 3 hours. The morphology was observed using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM, SIGMA, Carl Zeiss, Germany).

도 6 및 도 7을 참조하여 보면, pH 7.4 및 6.5 사이에서 연속적인 pH 변화에 의한 가역적 팽창은 동적 광 산란 및 전계방출형 주사전자 현미경으로 분석하였다. 나노젤은 P(Asp-g-Im)-PEG의 이미다졸 및 카르복시 그룹의 양성화 및 탈양성화에 의해 pH가 감소함에 따라 팽창하고, pH가 증가함에 따라 수축하는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIGS. 6 and 7, reversible swelling due to continuous pH changes between pH 7.4 and 6.5 was analyzed by dynamic light scattering and field emission scanning electron microscopy. It was confirmed that the nano gel expands as the pH decreases due to the protonation and decarboxylation of the imidazole and carboxy groups of P (Asp-g-Im) -PEG, and contracts as the pH increases.

나노젤 2의 입자 크기는 c.a. 168 nm (pH 7.4)에서 c.a. 302 nm (pH 6.5)로 증가하였고, c.a. 134 nm (pH 7.4)로 감소하였다. 마찬가지로 나노젤 4의 입자 크기는 c.a. 144 nm (pH 7.4)에서 c.a. 295 nm (pH 6.5)로 증가하였고, c.a. 127 nm (pH 7.4)로 감소하였다. 나노젤 2 및 나노젤 4는 pH 감소에 의해 팽창하고 pH 7.4에서 본래 입자 크기로 돌아오는 가역적 팽창 및 수축을 나타냈다. 나노젤과 반대로 중합 마이셀의 입자 크기는 pH가 7.4에서 6.5로 감소했을 때 증가하였고, pH가 6.5에서 7.4로 증가했을 때 c.a. 484 nm로 더 증가함으로써 비가역적 입자 변화를 나타냈다.The particle size of Nanogel 2 is c.a. At 168 nm (pH 7.4) c.a. 302 nm (pH 6.5), and c.a. 134 nm (pH 7.4). Similarly, the particle size of Nanogel 4 is c.a. At 144 nm (pH 7.4) c.a. 295 nm (pH 6.5), and c.a. 127 nm (pH 7.4). Nano Gel 2 and Nano Gel 4 exhibited reversible swelling and contraction which swelled by pH reduction and returned to their original particle size at pH 7.4. Contrary to the nanogels, the particle size of the polymerized micelles increased when the pH was decreased from 7.4 to 6.5, and when the pH increased from 6.5 to 7.4, c.a. The irreversible particle change was further increased by 484 nm.

또한, pH 7.4 및 pH 6.5 사이 가역적 크기 변화를 전계방출형 주사전자 현미경으로 시각화하였다. 동적 광 산란 측정으로 나노젤은 구형의 형태를 유지하면서 순환적 pH 변화에 의해 팽창 및 수축을 일으켰다.In addition, the reversible size change between pH 7.4 and pH 6.5 was visualized by field emission scanning electron microscopy. The dynamic light scattering measurements revealed that the nanogels expanded and contracted by cyclic pH changes while retaining their spherical shape.

pH 민감성 고분자 사이 가교는 가역적 팽창을 일으키고 구조의 분해를 방지한다. 나노젤의 가역적 팽창은 순환적 pH 변화 의한 약물 방출의 조절을 가능하게 한다. 도 1을 참조하여 보면, 나노젤은 생리적 pH인 pH 7.4에서 구형 입자 구조를 형성하고, pH에 의한 이미다졸 잔기의 양성화 및 탈양성화에 의해 가역적 팽창 및 수축을 일으켰다. 따라서, 나노젤은 pH 의존 가역적 팽창 및 수축으로 약물 방출을 조절함으로써 나노 운반체로 활용될 수 있다. Cross-linking between pH-sensitive polymers causes reversible swelling and prevents degradation of the structure. Reversible swelling of the nanogel enables controlled drug release due to cyclic pH changes. Referring to FIG. 1, the nanogel formed a spherical particle structure at pH 7.4, which is physiological pH, and reversibly expanded and contracted by the protonation and depolarization of imidazole residues by pH. Thus, nanogels can be used as nanocarriers by regulating drug release due to pH-dependent reversible expansion and contraction.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술한 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the invention. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.

Claims (12)

폴리(아스파르트산)-폴리에틸렌글라이콜에 이미다졸을 접목시킨 하나 이상의 폴리(아스파르트산-접목-이미다졸)-폴리에틸렌글라이콜 공중합체 및 비스-N-하이드록시석신이미드가 접목된 하나 이상의 폴리에틸렌글라이콜로 이루어지며, 상기 이미다졸과 비스-N-하이드록시석신이미드 간의 공유결합에 의한 가교를 통해 형성된 것을 특징으로 하는 pH 민감성 나노젤.At least one poly (aspartic acid-graft-imidazole) -polyethylene glycol copolymer grafted with imidazole to poly (aspartic acid) -polyethylene glycol and at least one poly Wherein the pH-sensitive nanogel comprises polyethylene glycol and is formed through crosslinking by covalent bonding between imidazole and bis-N-hydroxysuccinimide. 제 1항에 있어서, 상기 공중합체 및 상기 폴리에틸렌글라이콜이 1:1의 몰 비로 결합되는 것을 특징으로 하는 pH 민감성 나노젤. The pH-sensitive nanogel of claim 1, wherein the copolymer and the polyethylene glycol are combined in a molar ratio of 1: 1. 제 1항에 있어서, 상기 나노젤은 pH 7.4 이상에서 나노젤 구조를 형성하고, pH 6 내지 pH 7.2에서는 나노젤 구조가 붕괴하는 것을 특징으로 하는 pH 민감성 나노젤.The pH-sensitive nanogel according to claim 1, wherein the nanogel forms a nanogel structure at a pH of 7.4 or more, and the nanogel structure collapses at a pH of 6 to 7.2. 제 1항에 있어서, 상기 나노젤의 평균 직경은 50 내지 500 nm인 것을 특징으로 하는 pH 민감성 나노젤.The pH-sensitive nanogel according to claim 1, wherein the average diameter of the nanogels is 50 to 500 nm. 제 1항에 있어서, 상기 나노젤의 평균 제타 전위는 -20 내지 10 mV인 것을 특징으로 하는 pH 민감성 나노젤.The pH-sensitive nanogel according to claim 1, wherein the average zeta potential of the nanogel is -20 to 10 mV. 제 1항에 있어서, 상기 나노젤의 평균 pKa 값은 5 내지 8인 것을 특징으로 하는 pH 민감성 나노젤.The pH-sensitive nanogel according to claim 1, wherein the average pK a value of the nanogel is 5 to 8. 제 1항에 있어서, 상기 나노젤의 평균 완충 pH 범위는 4 내지 8인 것을 특징으로 하는 pH 민감성 나노젤.The pH-sensitive nanogel according to claim 1, wherein the nanogel has an average buffering pH range of 4 to 8. 제 1항의 pH 민감성 나노젤 및 상기 나노젤 내 봉입된 약물 또는 생리활성성분을 포함하는 약물 또는 생리활성성분 전달용 조성물.A composition for delivering a drug or a physiologically active ingredient comprising the pH-sensitive nano-gel of claim 1 and a drug or physiologically active ingredient encapsulated in the nano-gel. 제 8항에 있어서, 상기 생리활성성분은 펩타이드, 단백질, 항암제, 소염진통제, 항생제, 항균제, 호르몬제, 유전자 및 백신으로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 약물 또는 생리활성성분 전달용 조성물.The composition for delivering a drug or a physiologically active ingredient according to claim 8, wherein the physiologically active ingredient is selected from the group consisting of peptides, proteins, anticancer agents, anti-inflammatory agents, antibiotics, antibacterial agents, hormones, genes and vaccines. 폴리(아스파르트산)-폴리에틸렌글라이콜과 이미다졸을 공유결합시켜 폴리(아스파르트산-접목-이미다졸)-폴리에틸렌글라이콜을 제조하는 제 1단계;
비스-카르복실레이티드 폴리에틸렌글라이콜과 석신산무수물을 반응시켜 비스-N-하이드록시석신이미드가 접목된 폴리에틸렌글라이콜을 제조하는 제 2단계; 및
상기 제 1단계의 폴리(아스파르트산-접목-이미다졸)-폴리에틸렌글라이콜과 상기 제 2단계의 비스-N-하이드록시석신이미드가 접목된 폴리에틸렌글라이콜을 반응시켜 나노젤을 제조하는 제 3단계;를 포함하며,
상기 이미다졸과 비스-N-하이드록시석신이미드 간의 공유결합에 의한 가교를 통해 형성된 것을 특징으로 하는 pH 민감성 나노젤의 제조방법.
A first step of preparing poly (aspartic acid-graft-imidazole) -polyethylene glycol by covalently bonding imidazole to poly (aspartic acid) -polyethylene glycol;
A second step of reacting bis-carboxylated polyethylene glycol with succinic anhydride to prepare polyethylene glycol grafted with bis-N-hydroxysuccinimide; And
The poly (aspartic acid-graft-imidazole) -polyethylene glycol of the first step is reacted with the polyethylene glycol having the bis-N-hydroxysuccinimide grafted with the second step to prepare a nanogel And a third step,
Wherein the imidazole is formed through crosslinking by covalent bonding between imidazole and bis-N-hydroxysuccinimide.
제 10항에 있어서, 상기 제 3단계 이후, 나노젤 내 약물 또는 생리활성성분을 봉입하는 제 4단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 pH 민감성 나노젤의 제조방법.The method of claim 10, further comprising a fourth step of sealing the drug or the bioactive component in the nanogel after the third step. 제 10항에 있어서, 상기 제 3단계는 에멀젼-증발법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 pH 민감성 나노젤의 제조방법.The method of claim 10, wherein the third step is performed by an emulsion-evaporation method.
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