KR101993297B1 - 변형된 외부 표면을 가진 개선된 유기-무기 하이브리드 고체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 변형된 외부 표면을 가진 금속-유기 하이브리드 고체에 관한 것이다. 이들 고체는 예를 들어 제약학적 유효 성분, 화장품에서 관심 화합물 및 마커, 예를 들어 조영제와 같은 관심 분자의 저장 및 매개운반을 위해 사용될 수 있다. 이들 고체는 활성 약물 로딩 용량, 생체적합성, 안정성 및 캡슐화된 유효 성분의 방출 제어의 측면에서 우수한 결과를 가진다.

Description

변형된 외부 표면을 가진 개선된 유기-무기 하이브리드 고체{IMPROVED ORGANIC-INORGANIC HYBRID SOLID HAVING A MODIFIED OUTER SURFACE}
우선권 주장
본 출원은 2012년 5월 31일자 제출된 프랑스 특허출원 FR 12/55065의 우선권을 주장하며, 이것의 내용은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다.
기술분야
본 발명은 변형된 외부 표면을 가진 개선된 다공성 결정질 금속-유기 프레임워크(MOF) 고체와 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 MOF 고체는 예를 들어 조영제로서 및/또는 제약 화합물의 수송에 사용될 수 있다. 본 발명의 고체는 또한 저장, 분리, 촉매, 화장품 또는 식품 산업 분야의 용도들로 사용될 수 있다. 상기 고체는 또한 유기체에서 제약 화합물의 매개운반(vertoring) 및/또는 모니터링에 사용될 수 있다. 상기 고체는 또한 해독에 사용될 수 있다. 상기 고체는 예를 들어 결정, 분말, 입자 또는 나노입자의 형태일 수 있다.
사각 괄호 안의 참조번호 [X]는 실시예의 끝에 있는 참고자료의 리스트이다.
관심 분자, 특히 치료 효과 또는 마커를 가진 분자의 수송체 및 담체의 사용은 새로운 진단 방법이나 새로운 의약의 개발을 위한 중요한 도전이 되고 있다. 관심 분자는 이들 분자의 약물동력학과 생체분포에 영향을 미치며, 이들이 도입되는 환경과 관련하여 항상 유리하거나 적합하지만은 않은 특징들을 나타낸다. 이러한 특징들로는 예를 들어 불안정성, 강한 결정화 경향, 낮은 물/지방 용해성, 및/또는 독성, 생분해성 등과 같은 생물학적 특징과 같은 물리화학적 특징들이있다.
이와 관련하여, 생물의약 분야에서 이전에 사용된적 없는 매우 유망한 재료인 다공성 결정질 유기-무기 하이브리드 고체로부터 새로운 나노담체를 제조하였다(WO 2009/077670[1] 및 WO 2009/077671[2] 참조).
금속-유기 프레임워크(MOF)는 금속 이온 및 금속 이온과 배위된 유기 리간드를 포함하는 하이브리드 무기-유기 프레임워크를 가진 배위 중합체이다. 이들 재료는 1차원, 2차원 또는 3차원 네트워크로 조직되며, 여기서 무기 부분은 스페이서(spacer) 리간드에 의해서 주기적으로 함께 결합된다. 이들 재료는 결정질 구조를 가지며, 일반적으로 다공성이고, 기체의 저장, 액체의 흡착, 액체 또는 기체의 분리, 촉매 등과 같은 상당히 많은 산업적 용도에서 사용될 수 있었다.
현대 생약(galenical) 의약에 있어서 다공성 철 카복실레이트에 기초한 하이브리드 유기-무기 나노입자(나노MOF)가 최근 개발되었다. 이미 주지된 바와 같이, 많은 유효 성분들이 매우 짧은 혈장 반감기를 가지고 있어서, 신체의 천연 장벽을 쉽게 극복할 수 없거나, 내성 또는 독성 현상을 초래할 수 있으며, 이를 극복하기 위해 나노캡슐화가 흥미로운 대안이 될 수 있다. 이러한 관심 분자들 중 일부(특히 항암 또는 항바이러스 활성을 가진 것)는 공지된 나노담체(리포솜, 중합체-기반 또는 무기 나노입자 등)에서는 성공적으로 캡슐화되지 않았다. 이의 주된 이유는, 이들을 적절히 캡슐화하기 위한 충분한 상호작용 측면에서, 나노담체의 제조에 현재 사용되는 재료들(중합체, 지질, 오일 등)과의 이들 활성 분자들의 비양립성 때문이다.
나노MOF는 예를 들어 철(III)의 단위로부터 형성되는데, 이것은 내인성 또는 외인성 폴리카복실산, 예컨대 푸마르산 또는 트리메스산과의 브릿징에 의해 한정된 크기(3 내지 60Å)의 큰 양친매성 케이지를 생성한다. 나노MOF의 합성 과정에서 카복실산의 성질 및 관능성을 변화시킴으로써 기공의 크기, 구조는 물론 내부 미소환경(친수성/소수성 균형)을 조정하는 것이 가능하다.
큰 기공 체적 및 비표면으로 인하여 철 카복실레이트의 나노입자 또는 나노MOF는 유효 성분의 용액 중의 간단한 함침에 의해서 매우 많은 양의 치료 분자를 흡착할 수 있다는 것을 입증했으며, 이것은 이전에 효과적으로 캡슐화된적 없었던(<1 또는 최대 5wt% 캡슐화된 양) 몇몇 친수성, 소수성 또는 양친매성 분자들의 경우에 40wt%를 초과할 수 있다.
신체에서의 나노MOF의 분해능뿐만 아니라 이들의 생체적합성이 증명되었다. 예를 들어, 최대 220mg/kg의 반복 용량의 주사는 치료된 래트에서 독성 징후(동물의 행동, 중량, 이력, 생물학적 마커의 변경)를 나타내지 않았다. 자기공명영상(MRI)에서 생체내에서 신호를 생성하는 이들 나노MOF의 능력(간과 비장의 표지화)이 또한 증명되었다. 금속 부위 및/또는 자유 부위에 배위된, 상자성 철 원자와 물로 채워진 상호연결된 채널 모두를 대조하였다. 유효 성분로 로딩된 나노입자를 생체내에서 모니터링할 수 있으므로, 진단치료학(theranostics)에서 매력적일 수 있다.
이들 나노입자와 이들의 특성에 관한 설명에 대해서, 예를 들어 국제출원 WO 2009/077670[1]을 참조할 수 있다.
생물 환경과의 상호작용을 제어할 수 있고, 생체내에서 선택적으로 접근할 수 있게 하는 나노MOF 표면의 관능화 방법들이 연구되었다. 미변형 나노입자는 외래물질로서 빨리 인식되어 망상-내피 시스템(간과 비장에서 축적)에 의해서 수 분 이내에 제거되기 때문에 이러한 연구는 중요하다. 몇 년 전에 개발된 변형된 표면을 가진 다른 종류의 담체들(리포솜, 나노입자 등)도 생물학적 표적에 도달할 수 있다.
국제출원 WO 2009/077671[2]은 나노MOF의 표면을 변형시키기 위한 방법을 개시한다. 예를 들어, 합성 과정에서 또는 합성 후 나노MOF 표면에 선형 폴리에틸렌글리콜(PEG) 사슬을 인시튜 결합시켜서 나노MOF를 "은밀하게" 제조하여 이들의 간과 비장에서의 축적을 막을 수 있고, 이들의 생체분포를 변경할 수 있다.
그러나, 이런 표면 변형 전략은 일부 단점을 갖는데, 특히 MOF 재료의 다공성 성격 때문이다. 이들 단점은 특히 캡슐화에 대한 감소된 용량, 및 캡슐화된 유효 성분의 방출을 제어하는데 있어서 더 큰 어려움으로 표출된다(실시예 11 참조).
또한, 국제출원 WO 2009/077671[2]은 MOF의 표면을 피복(관능화)하기 위하여 MOF의 외부 표면과 상호작용할 수 있는 소수성 기를 가진 중합체(플루오레세인 및 바이오틴 기로 그래프트된 덱스트린과 같은)의 사용을 개시한다. 그러나, 이들 피복 방법은 특히 생리학적 환경에서 안정성 문제를 야기하며, 이것은 생체내 생물의학 용도로서 변형된 외부 표면을 갖는 MOF 재료의 사용에 장애가 된다(실시예 12 참조).
따라서, MOF 입자의 외부 표면의 관능화와 관련하여 수많은 개선이 필요한 실정이다. 특히, 면역 시스템 및/또는 특정 장기, 예를 들어 간에 의한 이들의 빠른 포획을 차단함으로써 장기에의 이들의 축적을 피할 수 있고, 특정 표적에 유효 성분를 운반할 수 있는 개선된 화합물이 필요하다.
본 발명의 목적은 아래 식 (I)을 갖는, 동일하거나 상이할 수 있는, 단위들의 3차원 연속체(succession)를 포함하는 변형된 외부 표면을 갖는 다공성 결정질 MOF 고체를 제공하는 것이다:
MmOkXlLP 식 (I)
상기 식에서,
각각의 M은 독립적으로 Fe2 +, Fe3 +, Zn2 +, Zr4 +, Ti4 +, Ca2 +, Mg2 + 및 Al3 +를 포함하는 군으로부터 선택된 금속 이온이고;
- m, k, l 및 p는 해당 단위의 전하 중립을 준수하도록 선택된 0 이상의 수로서, 바람직하게 m, k, l 및 p는 독립적으로 0 내지 4이고, 예를 들어 m 및 p는 독립적으로 1, 2 또는 3이며, 및/또는 k 및 l은 독립적으로 0 또는 1이고;
- X는 OH-, Cl-, F-, I-, Br-, SO4 2 -, NO3 -, ClO4 -, R1-(COO)n -, R1-(SO3)n -, R1-(PO3)n -를 포함하는 군으로부터 선택된 리간드로서, 여기서 R1은 수소, 선형 또는 분지형 C1 내지 C8 알킬이며, n = 1 내지 6이고;
- L은 라디칼 RO와 q개의 복합체화 기(complexing group) A를 포함하는 (다관능화된) 스페이서 리간드로서, 여기서
-- q는 2 내지 6의 정수이고;
-- 각각의 A는 독립적으로:
(i) 카복실레이트
Figure 112014124651514-pct00001
;
(ii) 포스포네이트
Figure 112014124651514-pct00002
;
또는
(iii) 이미다졸레이트 기
Figure 112014124651514-pct00003
이고;
상기 식에서 RA1은 수소 원자 또는 C1 -6 알킬 라디칼이고;
상기 식에서 *는 라디칼 RO에 대한 기 A의 부착 지점을 표시하고;
#는 금속 이온 M에 대한 기 A의 부착 가능 지점을 표시하고;
- RO는
-- C1 -12 알킬렌, C2 -12 알켄일렌 또는 C2 -12 알킨일렌 라디칼,
-- 6 내지 50개 탄소 원자를 포함하는 융합되거나 그렇지 않은 단환 또는 다환 아릴 라디칼,
-- 4 내지 50개 탄소 원자를 포함하는 융합되거나 그렇지 않은 단환 또는 다환 헤테로아릴 라디칼이고;
라디칼 RO는 선택적으로 할로겐 원자, OH, NH2, NO2 또는 C1 내지 C6 알킬의 군으로부터 독립적으로 선택된 하나 이상의 기로 치환되고;
여기서 MOF의 외부 표면은 결정질 MOF 고체의 외부 표면에 위치된 금속 중심 M 또는 리간드 L과 상호작용하는(예를 들어 복합체화되는) 적어도 하나의 유기 표면제를 포함하도록 변형된다.
본 명세서를 통틀어서 변수 q는 적어도 2이므로 리간드 L은 본질적으로 다관능화된다.
바람직하게, 리간드 L은 디-, 트리-, 테트라- 또는 헥사-카복실레이트 리간드이다.
상기 표면제는:
i) 적어도 하나의 포스페이트, 포스포네이트, 비스포스포네이트, 설페이트, 카복실레이트, 하이드록시, 카테콜레이트, 티올레이트(-SR 또는 -S-), N-함유 헤테로환, 아미도((-C(=O)N(R)2), 아미노(-N(R)2) 기, 또는 이들 기들의 조합(여기서 각각의 R은 독립적으로 H, C1 -6 알킬 또는 페닐이다);
Figure 112014124651514-pct00004
<상기 화학식은 순서대로 포스페이트, 포스포네이트, 비스포스페이트, 설페이트, 카테콜레이트임.
여기서 각각의 Q는 독립적으로 H 또는 알칼리 금속 양이온이다>
및/또는
ii) MOF 재료의 최대 크기의 기공 접근 창(pore access windows)의 크기보다 큰 견고한 부분(rigid section)(예를 들어 시클로덱스트린)을 포함한다.
본원에 기재된 MOF 재료의 기공 접근 창의 크기는 변수 M, X, L, m, k, l 및 p에 의해서 한정된다. MOF 재료는 과학 문헌에 잘 공지되어 있으므로, 변수 M, X, L, m, k, l 및 p의 선택에 기초하여 큰 어려움 없이 기공 창의 크기, 특히 MOF 재료의 최대 크기의 기공 접근 창의 크기를 포함하여 MOF의 구조를 결정(그에 따라 해당 MOF 재료의 선택)할 수 있을 것이다.
표면제의 견고한 부분이 MOF 재료의 최대 크기의 기공 접근 창의 크기 이하인 경우(따라서 적당한 크기 및 입체형태의 표면제가 MOF 고체의 기공에 침투할 수 있는 경우), 표면제는 바람직하게 복수의 포스페이트, 포스포네이트, 비스포스포네이트, 설페이트, 카복실레이트, 하이드록시, 카테콜레이트, 티올레이트(-SR 또는 -S-), N-함유 헤테로환, 아미도(-C(=O)N(R)2), 아미노(-N(R)2) 기, 또는 이들 기들의 조합을 가지며, 여기서 각각의 R은 독립적으로 주쇄의 전체 길이에 분포된 H, C1-6 알킬 또는 페닐이며(예를 들어 무작위 분포된 알렌드로네이트로 그래프트된 덱스트란), 이로인해 기공에서의 표면제의 상당한 흡착을 방지할 수 있다.
상기 유기 표면제는 시클로덱스트린 모노머, 올리고머 또는 폴리머; 분지된 폴리에틸렌글리콜(예를 들어 "스타" 폴리머 또는 덴드리머); 단백질; 다당(복수의 폴리에틸렌글리콜(PEG) 측쇄를 지닐 수도 있고 그렇지 않을 수도 있으며, 선택적으로 특정 리간드와 사슬 말단에서 커플링될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다); 또는 6<pH<8에서는 수불용성이고 pH<5에서는 수용성인 키토산과 같은 다당으로부터 선택될 수 있다.
상기 유기 표면제는 상기 하나 이상의 포스페이트, 포스포네이트, 설페이트, 카복실레이트, 하이드록시, 카테콜레이트, 티올레이트, 질소 헤테로환, 아미드 또는 아미노 기(들), 또는 이들 기들의 조합을 통해서 결정질 MOF 고체의 표면에 위치된 금속 중심 M 또는 리간드 L과 상호작용한다(예를 들어 복합체화된다).
상기 PEG 사슬은 자유 말단에 특정 리간드(항체, 펩티드, 폴레이트 등)를 지닐 수 있으며, 이로인해 이들의 생체분포의 변경, 특히 나노입자의 표적화를 가능하게 한다.
복수의 폴리에틸렌글리콜 측쇄를 지닌 다당의 경우, PEG 사슬이 많이 그래프트될수록 공중합체의 친수성이 더 증가한다. 따라서, 이 경우에는 피복(covering, 커버링, 이하 동일)의 우수한 안정성을 보장하기 위해서 알렌드로네이트와 같은 더 복합체화하는 기를 그래프트하는 것도 적합할 것이다.
상기 유기 표면제는 상기 언급된 것들 중 적어도 하나의 기를 통해서 결정질 MOF 고체의 표면에 위치된 금속 중심 M 또는 리간드 L과 상호작용한다. 상호작용은 바람직하게 공유, 이온공유, 이온 상호작용 또는 약한 상호작용(즉, 수소 결합)(예를 들어 철-포스페이트 배위)에 의해서 일어난다. 그러나, 소수성 타입(예: 알킬-MOF 기)의 상호작용은 피복의 우수한 안정성을 보장하기에 너무 약하기 때문에 배제되는 것이 바람직하다.
"피복의 우수한 안정성"은 생물학적 환경에서 생물의학 대상의 기능을 수행하는 것, 예를 들어 표적(예: 종양, 감염된 조직 등)에의 도달, 장 점막과의 상호작용 및/또는 혈류에서 충분한 시간 기간 동안의 순환을 가능하게 하는 충분한 안정성을 말한다.
시험관내 조건에서 "피복의 우수한 안정성"은 0.15M 포스페이트 버퍼 용액 pH 7.4 중에서 37℃에서 교반하면서 1시간 인큐베이션시 피복(즉, MOF 재료의 외부 표면에 존재하는 표면제)의 20% 미만의 탈착을 나타낼 수 있다.
상기 표면제의 견고한 부분이 MOF 재료의 최대 크기의 기공 접근 창의 크기 이하인 경우, 고정 지점 밀도는 바람직하게 다음 기준 중 하나 이상이 충족된다면 증가될 수 있을 것이다:
- 상기 재료와 상호작용하는 용량이 더 적은 기(예를 들어 카복실레이트, 아미노 또는 설페이트 기는 포스페이트보다 덜 강하게 상호작용한다);
- 분산 매질(medium)에서의 상기 표면제의 높은 용해도;
- 상기 표면제 및/또는 작은 견고한 부분의 높은 유연성.
예를 들어, 상기 표면제는 본 출원의 실시예에서와 같이, PEG 사슬 및 알렌드로네이트 비스포스포네이트 기와 모두 그래프트된 덱스트란일 수 있다. 본 발명에 따른 합성 방법은 PEG 사슬과 고정 지점(알렌드로네이트)의 밀도를 모두 변화시킬 수 있다.
출원 WO 2009/0077671에 구체적으로 기재된 표면제는 배제된다.
상기 유기 표면제는 시클로덱스트린 모노머, 올리고머 또는 폴리머; 분지된 폴리에틸렌글리콜 기; 복수의 폴리에틸렌글리콜 측쇄를 지닌 다당; 또는 6<pH <8에서는 수 불용성이고 pH<5에서는 수용성인 다당으로부터 선택될 수 있다.
본 발명과 관련하여, 식 (I)의 M은 동일하거나 상이할 수 있다. 바람직하게, 각각의 M은 독립적으로 금속 이온 Fe2 +, Fe3 +, Zn2 + 또는 Ca2 +이다.
"고체"는 본 발명의 관점에서 모든 타입의 결정질 재료를 말한다. 상기 고체는 예를 들어 결정, 분말, 다양한 모양의 입자, 예를 들어 구체, 입방체, 평행육면체, 능면체, 층상 모양 등의 형태일 수 있다. 상기 입자는 나노입자 형태일 수 있다.
"나노입자"는 1μm보다 작은 입자를 말한다. 특히, 본 발명에 따른 MOF 고체의 나노입자는 1000nm 미만, 바람직하게 500nm 이하, 더 바람직하게 250 nm 이하, 더욱 더 바람직하게 100nm 이하의 직경을 가질 수 있다.
분자 또는 표면제의 "견고한 부분"은 주어진 매질(medium, 이하 동일), 특히 액체 매질 중에서 분자 또는 표면제에 의해 점유된 견고한 체적의 부(minor) 축의 치수를 말한다. 상기 매질은 특히 문제의 분자 또는 표면제를 가지는 MOF 재료의 외부 표면의 변형 동안, 분자 또는 표면제가 MOF 재료와 접촉하는 액체 매질일 수 있다. 또한, 상기 매질은 본 발명에 따른 분자 또는 표면제로 변형된 MOF 재료가 위치하는 액체 매질일 수 있다. 또한, 견고한 체적은 본 발명에 따른 MOF 재료의 외부 표면의 변형 동안 또는 표면 변형이 일어난 후에 해당 매질 중에서 가장 안정한 입체형태로 분자 또는 표면제에 의해 점유된 체적을 의미한다. 모든 경우, 상기 매질은 물, 생리학적 유체, 유기 용매 또는 물/유기 용매 혼합물일 수 있다. 상기 견고한 부분은 에너지 최소화에 의해서 주어진 매질 중에서 분자 또는 표면제의 가장 안정한 입체형태를 확정한 후에 수치 시뮬레이션(소프트웨어: Materials Studio, Accelrys; 당업자에게 공지됨)을 사용하여 계산할 수 있다. 예를 들어, Accelrys 소프트웨어, Materials Studio version 5.0(2010)가 사용될 수 있다.
"시클로덱스트린 모노머"는 시클로덱스트린 단위를 말하며, 예를 들어 α-, β-또는 γ-시클로덱스트린일 수 있다.
"시클로덱스트린 올리고머"는 2 내지 9개의 동일한 또는 상이한 시클로덱스트린 단위의 사슬을 말한다. 시클로덱스트린 단위는 예를 들어 α-, β-또는 γ-시클로덱스트린일 수 있다.
"시클로덱스트린 중합체" 또는 "폴리시클로덱스트린"은 적어도 10개의 동일하거나 상이한 시클로덱스트린 단위를 포함하는 중합체를 말한다. 상기 시클로덱스트린 중합체는 적어도 10개의 시클로덱스트린 단위, 바람직하게 적어도 15개의 시클로덱스트린 단위, 더 바람직하게 적어도 20개의 시클로덱스트린 단위를 함유한다. 특히, 시클로덱스트린을 지닌 시클로덱스트린 중합체는 평균 적어도 100개의 시클로덱스트린 단위, 바람직하게 적어도 200개의 시클로덱스트린 단위, 더 바람직하게 적어도 300개의 시클로덱스트린 단위를 포함한다. 전형적으로, 시클로덱스트린 중합체는 평균 적어도 400개의 시클로덱스트린 단위를 포함한다.
폴리시클로덱스트린은 그 구조 내에 평균 10 내지 1500개 시클로덱스트린 단위, 바람직하게 평균 10 내지 1000개 시클로덱스트린 단위, 더 바람직하게 평균 15 내지 800개 시클로덱스트린 단위, 더욱 더 바람직하게 평균 50 내지 600개 시클로덱스트린 단위, 가장 바람직하게 평균 100 내지 400개 시클로덱스트린 단위를 함유한다.
폴리시클로덱스트린 내에 존재하는 시클로덱스트린 단위는 일반적으로 α-시클로덱스트린, β-시클로덱스트린, γ-시클로덱스트린, 또는 이들 타입의 시클로덱스트린 중 적어도 두 개의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 중합체에 존재하는 시클로덱스트린 단위의 평균수는 예를 들어 크기 배제 크로마토그래피 및 핵자기공명에 의해서 확립될 수 있다.
폴리시클로덱스트린 내에서 시클로덱스트린 단위는 3 내지 50개 탄소 원자를 가진 선형 또는 분지된, 선택적으로 하나 이상의 산소 원자에 의해서 중단된 탄화수소 사슬에 의해서 함께 연결될 수 있으며, 이들 사슬은 바람직하게 3 내지 50개 탄소 원자를 가진 알킬, 알켄일 또는 알킨일 사슬, 또는 3 내지 50개 탄소 원자를 가진 폴리에테르 사슬이고, 이들 사슬은 친수성 기(예를 들어 하이드록실 또는 아미노 기)로 치환될 수 있다. 시클로덱스트린 단위를 함께 연결하는 사슬은 적어도 3개 탄소 원자, 바람직하게 4 내지 50개 탄소 원자를 포함할 수 있으며, 두 시클로덱스트린 단위 사이의 최단 경로는 바람직하게 3 내지 8개 탄소 원자를 포함하는 사슬로 구성된다.
폴리시클로덱스트린 내에서 두 시클로덱스트린 단위를 함께 연결하는 탄화수소 사슬은 일반식 -O-(CH2-CHOR1-CH2)n-O-의 기에 상응하며, 여기서 n은 1 내지 50(일반적으로 2 내지 10)의 정수이고, n개의 (CH2-CHOR1-CH2) 단위 각각에서 R1은 수소 원자, 또는 중합체의 시클로덱스트린 단위와 결합된 -CH2-CHOH-CH2-O- 사슬이다.
이와 같이, 폴리시클로덱스트린은 전형적으로 시클로덱스트린의 하이드록실 기와 공유 결합을 형성할 수 있는 이관능성 화합물과 시클로덱스트린 분자를 가교함으로써 얻어질 수 있다. 예를 들어, 이들은 시트르산, 세박산, 푸마르산, 글루탐산, 말레산, 말산, 말론산, 아스파르트산, 옥살산, 석신산, 글루타르산, 트랜스,트랜스-뮤콘산, 테레프탈산, 이소프탈산, 옥살로아세트산, 프탈산, 아디프산 또는 부탄디오산과 같은 디카복실산일 수 있다.
예를 들어, 폴리시클로덱스트린은 일반적으로 염기성 매질 중에서(일반적으로 10 내지 40중량%의 농도로 소다를 첨가한 수성 매질에서) 시클로덱스트린 분자와 에피클로히드린의 중축합에 의해서 얻어질 수 있으며, 시클로덱스트린/에피클로로히드린 몰 비는 바람직하게 1:15 내지 1:1, 더 바람직하세 1:15 내지 1:8이다. 이러한 합성 방법에 의해서 얻어진 시클로덱스트린 단위를 기준으로 중합체 내에 통합된 시클로덱스트린 단위의 평균수의 제어에 관한 더 상세한 내용은 특히 다음 논문들을 참조할 수 있다:
- E. Renard et al., European Polymer Journal, Vol. 33, No. 1, pp 49-57 (1997) [6]
- Gref et al., International Journal of Pharmaceutics, Vol. 332, Issues 1-2, Pages 185-191 (2007) [7]
- Gref et al., J. Control Release, 111(3): 316-24 (2006) [8]
- Gref et al., Journal of Colloid and Interface Science, 307(1): 83-93 (2007) [9]
- Blanchemain et al., Acta Biomaterialia, Volume 4, Issue 6, November 2008, Pages 1725-1733 [10]
또한, 폴리시클로덱스트린은 시클로덱스트린 분자와 헥사메틸렌 디이소시아네이트의 중축합에 의해서 얻어질 수 있으며, 예를 들어 Elif Yilmaz Ozmen et al. Bioresource Technology, Volume 99, Issue 3, Pages 526-531 (2008)[11]에 기재된 것에 따른다.
또한, 폴리시클로덱스트린은 시클로덱스트린 분자와 관능화된 폴리에틸렌글리콜의 중축합에 의해서 얻어질 수 있으며, 예를 들어 다음에 기재된 것에 따른다:
- Cesteros et al., European Polymer Journal, Volume 45, Issue 3, Pages 674-679 (2009) (acylated PEG) [12]
- Salmaso et al., International Journal of Pharmaceutics, Volume 345, Issues 1-2, Pages 42-50 (2007) (diaminated PEG) [13]
또한, 폴리시클로덱스트린은 시클로덱스트린 분자와 몇몇 올리고에틸이민 분지의 중축합에 의해서 얻어질 수 있으며, 이로써 예를 들어 Yang et al., Biomate-rials, Volume 28, Issue 21, Pages 3245-3254 (2007)[14]에 기재된 스타 중합체가 형성된다.
시클로덱스트린 단위를 함께 연결하는 탄화수소 사슬의 속성과 무관하게 일반적으로 폴리시클로덱스트린 내에 존재하는 시클로덱스트린 단위의 총 중량은 상기 중합체의 총 중량의 적어도 30%, 바람직하게 적어도 40%, 더욱더 바람직하게 적어도 50%이며, 시클로덱스트린 단위의 총 중량은 일반적으로 시클로덱스트린 단위를 기준으로 중합체의 총 중량의 30 내지 80%, 바람직하게 40 내지 75%이다.
본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 중합체에서 시클로덱스트린의 중량 퍼센트는 예를 들어 핵자기공명(NMR)에 의해서 결정될 수 있다.
특정 구체예에서, 폴리시클로덱스트린은 아래 식 I을 갖는 폴리-β-시클로덱스트린일 수 있다:
Figure 112014124651514-pct00005
식 (I)
상기 식에서 n은 1 내지 50, 바람직하게 2 내지 10의 정수이고, 베타-시클로덱스트린 단위의 수는 평균 10 내지 1500, 바람직하게 평균 10 내지 1000, 더 바람직하게 평균 15 내지 800, 더욱 더 바람직하게 평균 50 내지 600, 가장 바람직하게 평균 100 내지 400 단위이다.
상기 구조에서, 말단에 있는 단당류(즉, 점선으로 도시된 결합을 가진)는 연속된 중합체를 나타내는 도식적 표현이다(즉, 중합체의 나머지를 형성하는 β-시클로덱스트린 단위의 사슬).
폴리시클로덱스트린은 더 높은 분자량의 폴리-β-시클로덱스트린일 수 있으며, 상기 식 I에 상응하는데, 여기서 n은 1 내지 50, 바람직하게 2 내지 10의 정수이고, 베타-시클로덱스트린 단위의 수는 평균 10 내지 2000, 바람직하게 평균 100 내지 1800 단위, 더 바람직하게 평균 500 내지 1600 단위, 더욱 더 바람직하게 평균 800 내지 1500 단위이다.
폴리시클로덱스트린은 α-시클로덱스트린 단위가 α-시클로덱스트린으로 치환된 상기 식 I을 갖는 폴리-α-시클로덱스트린일 수 있다.
폴리시클로덱스트린은 γ-시클로덱스트린 단위가 γ-시클로덱스트린으로 치환된 상기 식 I을 갖는 폴리-γ-시클로덱스트린일 수 있다.
본 발명에 있어서, 분지된 폴리에틸렌글리콜 기는 폴리에틸렌글리콜 덴드리머일 수 있다.
본원에서, 용어 "덴드리머"는 그 구조가 나무의 가지를 연상시키는 분자를 말한다. 상기 덴드리머는 분지된 모노머들이 다가 중심 코어(multivalent central core) 근처에서 나무모양으로 회합된 3차원 구조의 거대분자이다. 상기 덴드리머는 일반적으로 매우 규칙적이거나 구체의 구형 모양을 취하며, 고도로 분지되고 다관능화된다. 상기 덴드리머는 3개의 특정 영역으로 구성된다:
- 다가 중심 코어,
- 다가 중심 코어에 연결된 한정된 수(다가를 구성한다)의 중간체 수지상 분지, 여기서 각 수지상 분지는 특정 수의 분지로 구성된다, 및
- 복수의 관능기로 구성된 주변부.
상기 덴드리머는 내부 공동 및 쉽게 접근가능한 많은 주변부 말단 기를 가짐으로써, 매우 다양한 특성 및 반응성을 띠게 된다.
상기 덴드리머는 각각이 새로운 세대(new generation)로 이끄는 연속된 순서로 단계적으로 합성된다. 구조 제어를 통해 이들 거대분자의 특이적 특성을 결정한다. 합성 방법은 본 분야에 공지되어있다. 예를 들어, 다음을 참조할 수 있다:
- Navath R. S., Menjoge A. R., Dai H., Romero R., Kannan S., Kannan R. M., Injectable PAMAM dendrimer-PEG hydrogels for the treatment of genital infections: formulation and in vitro and in vivo evaluation, Mol Pharm. 2011 Aug 1; 8(4): 1209-23 [34].
- R C. Hedden and B. J. Bauer, Structure and Dimensions of PAMAM/PEG Dendrimer-Star Polymers, Macromolecules, 2003, 36 (6), pp 1829-1835 [35].
PEG 덴드리머는 상업적으로 이용 가능하며, 예를 들어 분지된 PEG는 다음 구조 중 하나를 가진다:
Figure 112014124651514-pct00006
(H2N-dPEG(4)-[dPEG(12)-OMe]3 또는 C99H197N5O47 Iris Biotech, 참고번호 PEG1325.0100), 또는
Figure 112014124651514-pct00007
(HOOC-dPEG(4)-[dPEG(12)-OMe]3 또는 C104H203N5O50 Iris Biotech, 참고번호 PEG1490.0100).
또한, 참고번호 683493으로 Sigma-Aldrich 사에 의해서 시판된 PAMAM-PEG 덴드리머 키트, 세대 3-6이 있다.
상기 표면제는 단백질일 수 있다. 이 경우, 몇 가지 타입의 상호작용이 예를 들어 단백질에 존재하는 NH2와 COOH 기 모두에 의해 MOF의 표면에서 일어날 수 있다. 상기 단백질은 효소, 구조, 수송, 신호화, 조절 또는 운동 단백질, 예컨대 알부민 또는 면역글로불린일 수 있다.
본원에서, "복수의 폴리에틸렌글리콜 측쇄를 지닌 다당"은 폴리에틸렌글리콜 기가 그래프트된 다당을 말한다. 상기 다당은 천연 또는 합성 다당일 수 있다. 예를 들어, 상기 다당은 히알루론산, 알긴산, 키토산, 키틴, 스클레로글루칸, 덱스트란, 아밀로오스, 아밀로펙틴, 셀룰로오스 유도체, 녹말, 풀룰란, 펙틴, 알기네이트, 헤파린, 울반, 카라게난, 푸칸, 커들란, 자일란, 폴리굴루론산, 잔탄, 아라비난, 시알산 또는 폴리만누론산을 함유하는 다당류일 수 있다. 바람직하게, 상기 다당은 키토산일 수 있다.
천연 또는 합성 다당류에 폴리에틸렌글리콜 기를 그래프트하는 방법은 공지되어있다. 예를 들어, 당업자는 다음에 기재된 방법으로부터 영감을 얻을 수 있다:
- N Bhattarai, H R. Ramay, J Gunn, F A. Matsen, M Zhan, PEG-grafted chitosan as an injectable thermosensitive hydrogel for sustained protein release, J Controlled Release, 103 (3), 609-624, 2005. [36]; 여기서는 PEG의 40wt% 이상이 키토산에 그래프트되었다.
- J.A Wieland, T.L. Houchin-Ray, L.D. Shea, nonviral vector delivery from PEG-hyaluronic acid hydrogels, J. Controlled Release, 120 (3), 233-241, 2007. [37]; 여기서는 아크릴 타입의 관능성을 지닌 스타 PEG(4개 팔)가 광중합에 의해 히알루론산에 그래프트되었다.
본 발명에 있어서, 6<pH<8에서는 수불용성이고 pH<5에서는 수용성인 다당은 키토산일 수 있다. pH를 변화시킴으로써 다당의 유체역학적 직경을 증가시켜서, MOF 입자의 기공으로 침투하는 것을 방지할 수 있으며, 따라서 MOF에 선택적으로 캡슐화된 화합물의 방출 프로파일을 보다 우수하게 제어할 수 있다. 키토산은 낮은 pH에서는 수용성이지만, 중성 pH에서는 응집체를 형성한다. 따라서, 키토산은 pH를 변화시킴으로써 본 발명의 나노MOF를 코아세르베이션(coacervation)과 관련된 기술에 의해 피복하는데 사용될 수 있다.
포스페이트화 시클로덱스트린은 본 분야에 공지되어있다. 예를 들어, Cyclolab 사에 의해서 시판된 베타-시클로덱스트린 포스페이트가 있다.
설페이트화 시클로덱스트린은 본 분야에 공지되어있다. 예를 들어, Cyclolab 사에 의해서 시판된 베타-시클로덱스트린-설페이트가 있다.
비스포스포네이트화 시클로덱스트린은 본 분야에 공지되어있다. 예를 들어, 간행물 X.M. Liu, H. Lee, R. Reinhardt, L. Marky, W Dong, J. Controlled Release Vol. 122, 2007, 54-62, Novel biomineral-binding cyclodextrins for controlled drug delivery in the oral cavity(beta-cyclodextrin-alendronate)[38]을 참조한다.
포스페이트, 설페이트 및 비스포스포네이트 기에 의한 알파 및/또는 감마-시클로덱스트린을 관능화하는 합성 방법은 상기 인용된 베타-시클로덱스트린 동종체를 제조하는데 사용된 합성 방법으로부터 개조될 수 있다.
바이포스포네이트 기는 알렌드로네이트 또는 졸레드로네이트 기의 형태일 수 있다.
금속 부위의 가장 강한 복합체화 기, 예를 들어 포스페이트, 카테콜레이트, 카복실레이트, 설페이트, 포스포네이트 및/또는 바이포스포네이트 기가 바람직할 것이다.
하이드록시, 티올레이트, N-함유 헤테로환 기, 아미도 또는 아미노와 같은 덜 복합체화하는 기들도 또한 사용될 수 있다. 이 경우, 바람직하게 유기 표면제는 상기 정의된 대로 복합체화 힘을 보충하기 위해 몇 개의 아미노 기로 관능화될 것이다.
예를 들어, 단백질 상에 존재하는 COOH 또는 NH2 기 또한 MOF의 표면에서 단백질의 고정에 기여할 수 있다(표면제로서).
일반적으로, 용어 "선택적으로(optionally)"의 뒤에 위치하거나 또는 그렇지 않은 용어 "치환된(substituted)" 및 본 출원의 식들에서 설명된 치환체는 명시된 치환체의 라디칼로 주어진 구조의 수소 원자가 대체된 것을 의미한다. 용어 "치환된"은 예를 들어 상기 정의된 라디칼 R2로 주어진 구조의 수소 원자가 대체된 것을 의미한다. 둘 이상의 위치가 치환될 수 있을 때 치환체는 각 위치에서 동일하거나 상이할 수 있다.
"스페이서 리간드"는 본 발명의 관점에서 적어도 두 개의 금속 부위 M에 배위된 리간드(예를 들어 중성 종과 이온을 포함한다)를 말하며, 이들 금속 부위 사이의 공간과 빈 공간 또는 기공의 형성에 기여한다. 상기 스페이서 리간드는 카복실레이트, 포스포네이트, 이미다졸레이트를 포함하는 몇 개의 복합체화 기를 포함할 수 있고, 바람직하게 모노-, 바이-, 트리- 또는 테트라덴테이트일 수 있는 2 내지 6개의 관능기를 갖는데, 즉 금속 부위에 대한 1, 2, 3 또는 4개의 부착 지점을 포함할 수 있다.
"외부 표면"은 본 발명의 관점에서 MOF 재료의 외부 표면, 즉 MOF의 기공(미소기공 및/또는 중간기공)의 표면을 제외한 것을 말한다.
"알킬"은 본 발명의 관점에서 1 내지 25개 탄소 원자, 예를 들어 1 내지 10개 탄소 원자, 예를 들어 1 내지 8개 탄소 원자, 예를 들어 1 내지 6개 탄소 원자를 포함하는, 포화된 또는 불포화된, 선택적으로 치환된, 선형, 분지형 또는 환형 이가 탄소-함유 라디칼을 말한다.
"알킬렌"은 본 발명의 관점에서 1 내지 25개 탄소 원자, 예를 들어 1 내지 10개 탄소 원자, 예를 들어 1 내지 8개 탄소 원자, 예를 들어 1 내지 6개 탄소 원자를 포함하는, 포화된, 선택적으로 치환된, 선형, 분지형 또는 환형 이가 탄소-함유 라디칼을 말한다.
"알켄일렌"은 본 발명의 관점에서 적어도 하나의 탄소-탄소 이중 결합을 가진 상기 정의된 알킬렌 라디칼을 말한다.
"알킨일렌"은 본 발명의 관점에서 적어도 하나의 탄소-탄소 삼중 결합을 가진 상기 정의된 알킬렌 라디칼을 말한다.
"아릴"은 본 발명의 관점에서 Huckel의 방향족성 규칙을 만족하는 적어도 하나의 고리를 포함하는 방향족 시스템을 말한다. 상기 아릴은 선택적으로 치환되며, 6 내지 50개 탄소 원자, 예를 들어 6 내지 20개 탄소 원자, 예를 들어 6 내지 10개 탄소 원자를 포함할 수 있다.
"헤테로아릴"은 본 발명의 관점에서 5 내지 50개 고리 멤버를 가진 적어도 하나의 방향족 고리를 포함하는 시스템을 말하며, 이 중 방향족 고리의 적어도 하나의 기는 헤테로원자로서, 특히 황, 산소, 질소, 붕소를 포함하는 군으로부터 선택된 것이다. 상기 헤테로아릴은 선택적으로 치환되며, 1 내지 50개 탄소 원자, 바람직하게 1 내지 20개 탄소 원자, 더 바람직하게 3 내지 10개 탄소 원자를 포함할 수 있다.
"아미노"는 본 발명의 관점에서 식 -N(R)2의 시스템을 말하며, 각각의 R은 독립적으로 H, C1 -6 알킬, 또는 C6 -10 아릴, 바람직하게 H, C1 -6 알킬, 또는 페닐이다.
"아미도"는 본 발명의 관점에서 식 -C(=O)N(R)2의 시스템을 말하며, 각각의 R은 독립적으로 H, C1 -6 알킬, 또는 C6 -10 아릴, 바람직하게 H, C1 -6 알킬,또는 페닐이다.
"N-함유 헤테로환"은 본 발명의 관점에서 포화 또는 불포화된 비방향족 단환 또는 다환 고리 시스템을 말하며, 이것은 5 내지 20개 고리 멤버를 포함하고, 선택적으로 적어도 하나의 질소 원자와 선택적으로 S, O 및 N으로부터 서로 독립적으로 선택된 1 및 2개의 다른 헤테로원자를 갖는 5 또는 6 고리 멤버를 가진 하나 이상의 고리를 포함하고, 여기서 (i) 5개의 고리 멤버를 가진 각 고리는 0 내지 2개의 이중 결합을 가지며, 6개의 고리 멤버를 가진 각 고리는 0 내지 3개의 이중 결합을 가지고, (ii) 황 및/또는 질소 원자는 선택적으로 산화되고, (iii) 질소 원자는 선택적으로 4차 염의 형태이다. 예를 들어, 헤테로환 라디칼은 피롤리딘일, 피라졸린일, 피라졸리딘일, 이미다졸린일, 이미다졸리딘일, 피페리딘일, 피페라진일, 옥사졸리딘일, 이소옥사졸리딘일, 모르폴린일, 티아졸리딘일, 이소티아졸리딘일 또는 테트라하이드로푸릴 기일 수 있다.
"3차원 구조"는 MOF 재료 분야에서 종래에 이해되는 대로, 식 (I)의 단위의 3차원 연속체(succession) 또는 반복체(repetition)를 말하며, 또한 "금속-유기 배위 중합체"로서 특정된다.
달린 언급되지 않는다면, MOF 재료에 관한 이후의 다양한 구체예들은 본 발명에 따른 제조 방법에 관하여 동일 용도로 적용된다.
본 발명에 있어서, "표면제"는 고체 표면을 부분적으로 또는 완전히 피복하여 재료의 표면 특성을 조절하는 분자를 말하며, 예를 들어 다음과 같다:
- 예를 들어 망상-내피 시스템에 의한 인식을 피하기 위한 생체분포를 변형시키는 것("잠행 특성"),
- 경구, 안구, 코 및/또는 직장 경로에 의한 투여를 위한 생체접착 특성을 부여하는 것,
- 특정 질환에 걸린 장기/조직 등의 특이적 표적화를 가능하게 하는 것.
본 발명에 있어서, 전술된 특성을 조합하기 위하여 몇 가지 표면제가 사용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 전술된 특성 중 적어도 두 가지를 조합한 표면제가 사용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 유기 표면제는 예를 들어 다음을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다:
- α-, β- 또는 γ-시클로덱스트린;
- α-, β- 또는 γ-시클로덱스트린의 올리고머;
- 폴리-α, 폴리-β 또는 폴리-γ-시클로덱스트린,
- α-, β- 및/또는 γ-시클로덱스트린의 공중합체,
- PEG 덴드리머,
- 키토산,
- 복수의 PEG 측쇄를 지닌 키토산,
- 알부민, 면역글로불린 등.
상기 표면제는 하나 이상의 포스페이트, 포스포네이트, 비스포스포네이트, 설페이트, 카복실레이트, 하이드록시, 카테콜레이트, 티올레이트, N-함유 헤테로환(예를 들어 아졸레이트, 이미다졸레이트), 아미도 또는 아미노 기(들)을 포함한다.
본 발명에 있어서, 폴리-α, 폴리-β 또는 폴리-γ-시클로덱스트린 또는 α, β 및/또는 γ-시클로덱스트린의 공중합체의 시클로덱스트린 단위는 식 -O-(CH2-CHOR1-CH2)n-O-을 갖는 탄화수소 사슬에 의해서 함께 연결될 수 있으며, 여기서 n은 1 내지 50의 정수이고, (CH2-CHOR1-CH2) 단위 각각에서 R1은 수소 원자, 또는 상기 중합체 또는 공중합체의 시클로덱스트린 단위와 결합된 -CH2-CHOH-CH2-O- 사슬이다.
본 발명에 있어서, 폴리-α, 폴리-β 또는 폴리-γ-시클로덱스트린 또는 α, β 및/또는 γ-시클로덱스트린의 공중합체는 시클로덱스트린 분자와 에피클로로히드린의 중축합에 의해서 얻어질 수 있다.
본 발명에 따른 MOF 고체는 이가, 삼가 또는 사가 금속 원자를 포함할 수 있다. 상기 금속 원자는 8면체, 5면체, 4면체 기하구조를 가질 수 있거나, 더 높은 배위 수의 재료 구조를 가질 수 있다.
"배위" 또는 "배위 수"는 결합을 공유하는 두 전자가 동일 원자로부터 유래된 결합의 수를 말한다. 전자-도네이팅 원자는 양 전하를 취득하고, 전자-어셉팅 원자는 음 전하를 취득한다.
더욱이, 상기 금속 원자는 분리될 수 있거나, 무기 부분에 함께 그룹화될 수 있다. 본 발명에 따른 MOF 고체는 예를 들어 다면체, 다면체의 다이머, 트라이머, 테트라머, 펜타머 또는 헥사머 또는 이들 부분의 조합의 사슬로부터 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 MOF 고체는 8면체, 8면체의 다이머, 트라이머 또는 테트라머의 사슬로부터 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 철 카복실레이트 MOF 재료는 정점 또는 엣지에 의해 결합된 8면체로부터 또는 중심 산소 원자에 의해 연결된 옥타헤드라의 트라이머로부터 구성될 수 있다.
"무기 부분(inorganic entity)"은 본 발명의 관점에서 이온공유 결합에 의해서, 또는 음이온, 예를 들어 O, OH, Cl, F 등이나 유기 리간드에 의해서 직접 결합된 적어도 2개의 금속을 함유하는 원자들의 앙상블을 말한다.
더욱이, 본 발명에 따른 MOF 고체는 금속 또는 금속 기와 리간드의 연결 및 조직화에 대한 다양한 가능성을 이용하여 상이한 형태 또는 "상"이 될 수 있다.
"상"은 본 발명의 관점에서 한정된 결정질 구조를 지닌 적어도 하나의 금속과 적어도 하나의 유기 리간드를 포함하는 하이브리드 조성물을 말한다.
본 발명의 고체 결정질 공간 조직은 재료의 특정한 특징 및 특성에 기초하며, 특히 기공 크기를 좌우함으로써 재료의 비표면(specific surface)과 흡착 특징은 물론 상대적으로 낮은 재료의 밀도, 재료에서 금속의 비율, 재료의 안정성, 구조의 강성 및 유연성 등에 영향을 미친다.
특히, 본 발명에 따른 MOF 고체는 등망상(isoreticular) 구조, 즉 동일한 위상의 프레임워크를 포함할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 고체는 단일 타입의 금속 이온, 또는 몇 가지 타입의 금속 이온을 함유하는 단위를 포함할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 고체는 3개의 상이한 유닛의 3차원 연속체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 고체는 또한 2개의 상이한 유닛의 3차원 연속체를 포함할 수 있다.
더욱이, 적절한 스페이서 리간드를 선택함으로써 기공 크기를 조절할 수 있다.
본 발명의 MOF 고체의 식 (I) 단위에서 리간드 L은 카복실레이트, 포스포네이트, 이미다졸레이트를 포함하는 몇 개의 복합체화 기를 지닌 리간드일 수 있으며, 바람직하게 상기 카복실레이트 기는 다음을 포함하는 군으로부터 선택된 디-, 트리-, 테트라- 또는 헥사카복실레이트이다:
Figure 112014124651514-pct00008
Figure 112014124651514-pct00009
여기서:
X1은 O 또는 S이고,
s는 1 내지 4의 정수이고,
각각의 t는 독립적으로 1 내지 4의 정수이고,
u는 1 내지 7의 정수이고,
RL1 및 RL2는 독립적으로 H, 할로겐 원자 또는 C1 내지 C6 알킬(바람직하게 메틸 또는 에틸)이고,
각가의 RL3는 독립적으로 H, 할로겐 원자(바람직하게 F, Cl 또는 Br), OH, NH2, NO2 또는 C1 내지 C6 알킬(바람직하게 메틸 또는 에틸)이다.
특히, 본 발명의 식 (I)의 단위에서 리간드 L은 C2H2(CO2 -)2(푸마레이트), C2H4(CO2 -)2(석시네이트), C3H6(CO2 -)2(글루타레이트), C4H4(CO2 -)2(뮤코네이트), C4H8(CO2 -)2(아디페이트), C7H14(CO2 -)2(아젤레이트), C5H3S(CO2 -)2(2,5-티오펜디카복실레이트), C6H4(CO2 -)2(테레프탈레이트), C6H2N2(CO2 -)2(2,5-피라진 디카복실레이트), C10H6(CO2 -)2(나프탈렌-2,6-디카복실레이트), C12H8(CO2 -)2(바이페닐-4,4'-디카복실레이트), C12H8N2(CO2 -)2(아조벤젠디카복실레이트), C6H3(CO2 -)3(벤젠-1,2,4-트리카복실레이트), C6H3(CO2 -)3(벤젠-1,3,5-트리카복실레이트), C24H15(CO2 -)3(벤젠-1,3,5-트리벤조에이트), C6H2(CO2 -)4(벤젠-1,2,4,5-테트라카복실레이트, C10H4(CO2 -)4(나프탈렌-2,3,6,7-테트라카복실레이트), C10H4(CO2 -)4(나프탈렌-1,4,5,8-테트라카복실레이트), C12H6(CO2 -)4(바이페닐-3,5,3',5'-테트라카복실레이트), 및 2-아미노테레프탈레이트, 2-니트로테레프탈레이트, 2-메틸테레프탈레이트, 2-클로로테레프탈레이트, 2-브로모테레프탈레이트, 2,5-디하이드록소테레프탈레이트, 테트라플루오로테레프탈레이트, 테트라메틸테레프탈레이트, 디메틸-4,4'-바이페닐디카복실레이트, 테트라메틸-4,4'-비페닐디카복실레이트, 디카복시-4,4'-바이페닐디카복실레이트, 2,5-피라진 디카복실레이트를 포함하는 군으로부터 선택된 변형된 유사체를 포함하는 군으로부터 선택된 디-, 트리- 또는 테트라카복실레이트 리간드일 수 있다. 또한, 본 발명의 식 (I)의 단위에서 리간드 L은 2,5-디퍼플루오로테레프탈레이트, 아조벤젠-4,4'-디카복실레이트, 3,3'-디클로로 아조벤젠-4,4'-디카복실레이트, 3,3'-디하이드록소 아조벤젠-4,4'-디카복실레이트, 3,3'-디퍼플루오로-아조벤젠-4,4'-디카복실레이트, 3,5,3',5'-아조벤젠 테트라카복실레이트, 2,5-디메틸테레프탈레이트, 퍼플루오로석시네이트, 퍼플루오로뮤코네이트, 퍼플루오로글루타레이트, 3,5,3',5'-퍼플루오로-4,4'-아조벤젠 디카복실레이트, 3,3'-디퍼플루오로-아조벤젠-4,4'-디카복실레이트일 수 있다.
또한, 본 발명의 식 (I)의 단위에서 리간드 L은 이미다졸레이트, 테트라졸레이트, 포스페이트 또는 포스포네이트 리간드, 예컨대 이미다졸, 2-메틸이미다졸레이트, 2-에틸이미다졸, 4-(이미다졸-디카복실산, 1,4-(부탄디일)비스(이미다졸), 퓨린, 피리미딘, 벤즈이미다졸레이트, 피페라진디포스포네이트, 테트라졸일벤조에이트일 수 있다.
상기 열거된 리간드는 대부분 상업적으로 이용 가능하다. 상업적으로 이용할 수 없는 리간드를 제조하기 위해서 실시예 부문 및/또는 국제출원 WO 2009/077670과 WO 2009/077671을 참조할 수 있다.
리간드 L은 생물학적 활성을 나타낼 수 있다. 본 발명에 따른 나노다공성 하이브리드 고체는 광물 부분, 금속(철), 및 2개 이상의 복합체화 기(카복실레이트, 포스페이트, 아미드 등)을 가진 리간드인 유기 부분을 가진다. 생물학적 활성을 지닌 유기 리간드의 통합은 해당 재료의 분해 속도의 함수로서 활성 분자의 제어된 방출을 가능하게 한다는 이점을 지닌다(MOF 재료의 분해 동안 방출되는 상술된 생물학적 활성 리간드와 관련하여). 따라서, MOF 재료 자체가 "생물활성"을 가질 수 있으며, 즉 생물학적 활성을 가진 성분을 방출할 수 있다.
더욱이, MOF 프레임워크의 일부를 형성하는 이들 활성 분자의 방출은 본 발명에 따른 MOF 고체에 캡슐화된 다른 유효 성분의 방출과 조합될 수 있다. 유효 성분 캡슐화의 이런 양태는 본원에서 이후 설명된다.
본 발명은 또한 생물학적 활성 리간드를 포함하고 및/또는 하나 이상의 아마도 상보적이거나 상이한 유효 성분를 캡슐화한 MOF 고체에 관한 것이며, 이의 조합 치료법에서의 용도에 관한 것이다. 상기 조합 치료법은 (i) MOF 재료의 기공에 캡슐화된 유효 성분 및 (ii) 결정질 MOF 재료의 네트워크(프레임워크)에 통합된 생물학적 활성 리간드의 방출에 의해서 실시된다.
본 발명에 따른 다공성 하이브리드 고체를 형성할 수 있는, 복합체화 기를 포함하는 수많은 생물학적 활성 유기 분자가 있다.
이에 대한 예는 아젤라산(HO2C(CH2)7CO2H(항신생물 활성을 가진 피부외용 약제), 메프로바메이트(항경련제, 진정제, 근육이완제, 항불안제), 아미노살리실산(항결핵제), 클로드로네이트, 파미드로네이트, 졸레드로네이트, 알렌드로네이트 및 에티드로네이트(폐경후 골다공증을 위한 치료제), 아조벤젠(항균 활성, COX 억제제), 포르피린 또는 아미노산(Lys, Arg, Asp, Cys, Glu, Gln, 등), 4-아미노살리실산, 피라진아미드(항결핵제), 디벤조푸란-4,6-디카복실산(트랜스트리레틴 억제제), 디피콜린산(디하이드로피콜리네이트 환원효소 억제제), 글루탐산, 푸마르산, 석신산, 수베르산, 아디프산, 니코틴산, 니코틴아미드, 퓨린, 피리미딘 등 일 수 있다.
아조벤젠의 항균 또는 항염증 활성(NSAID, COX 억제제)을 예로 들 수 있다. 이와 관련하여, 다음의 참고자료들을 참조할 수 있다: G. Oros, T. Cserhati, E. Forgacs, Chemosphere 52, 2003, 185 [15], A.M. Badawi, E.M.S. Azzam, S.M.I. Morsy, Bioorg. Med. Chem., 14, 2006, 8661 [16] 및 W-J. Tsai, Y-J Shiao, S-J Lin, W-F Chiou, L-C Lin, T-H Yang, C-M Teng, T-S Wu, L-M Yang, Bioorg. Med. Chem. Letters 16, 2006, 4440 [17].
따라서, 리간드 L은 C7H14(CO2 -)2(아젤레이트); 아미노살리실레이트(카복실, 아미노 및 하이드록소 기); 클로드로네이트, 파미드로네이트, 알렌드로네이트 및 에티드로네이트(포스페이트 기를 포함하는); 메프로바메이트(카바메이트 기를 포함하는); 카복실레이트, 포스포네이트 및/또는 아미노 기를 포함하는 포르피린; 아미노카복실레이트, 아미드 및/또는 이민 기를 포함하는 아미노산(Lys, Arg, Asp, Cys, Glu, Gln, etc.); 카복실레이트, 포스포네이트 및/또는 아미노 기를 포함하는 아조벤젠; 디벤조푸란-4,6-디카복실레이트, 디피콜리네이트(피리딘 타입과 카복실 기의 혼성 리간드); 글루타메이트, 푸마레이트, 석시네이트, 수베레이트, 아디페이트, 니코티네이트, 니코틴아미드, 퓨린, 피리미딘 등을 포함하는 군으로부터 선택된 생물학적 활성 리간드일 수 있다.
본 발명의 식 (I)의 단위에서 음이온 X는 OH-, Cl-, Br-, F-, R-(COO)n -, PF6 -, NO3 -, SO4 2 -, ClO4 -를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있으며, 여기서 R 및 n은 상기 정의된 대로이다.
특히, 본 발명의 식 (I)의 단위에서 음이온 X는 OH-, Cl-, F-, CH3-COO-, PF6 -, ClO4 -, 또는 상기 리스트로부터 선택된 리간드를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다.
음이온 X는 OH-, Cl-, F- 및 R-(COO)n -를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있으며, 여기서 R은 -CH3, -C6H3, -C6H4, -C10H4 또는 C6(CH3)4이다.
한 구체예에서, 음이온 X는 양전자 방출 토모그래피(PET)와 같은 이미지화 기술에 적합한 동위원소 형태일 수 있다.
양전자 방출 토모그래피(PET)는 미리 주사된 방사성활성 생성물의 붕괴로부터 양전자에 의해서 생성된 방출로 인해서 장기의 대사 활성을 3차원으로 측정할 수 있는 핵 의학 이미지화 방법이다. PET는 일반적인 신티그래프 원리에 기초하는데, 이것은 기지의 거동과 생물학적 특성 가진 트레이서를 주사하여 장기 기능의 이미지를 얻는 것으로 구성된다. 이 트레이서는 양전자를 방출하는 방사성활성 원자(탄소, 불소, 질소, 산소 등)로 표지되며, 이것의 소멸 자체가 2개의 광자를 생성한다. PET 카메라의 시준기에 의해서 이들 광자의 궤도를 검출함으로써 이들의 방출 장소와 그에 따라 장기의 각 지점에서 트레이서의 농도를 찾는 것이 가능하다. 이 정량적 정보는 이미지의 형태로 표시되며, 트레이서의 농도가 높은 구역은 착색된다.
따라서, PET는 세포의 대사 활성을 시각화하는 것을 가능하게 하며, 이것은 해부학 이미지에 제한된 엑스선에 기초한 것들과 같은 소위 말하는 구조적 이미지화(방사선학 또는 CT 스캔) 기술과는 달리 기능적 이미지화라고 불린다. 결론적으로, 양전자 방출 토모그래피는 정상적인 생리학적 변화가 반영된 특정 장애, 예를 들어 암을 검출할 수 있는 진단 도구이다. PET는 또한 생물의학 연구에서, 예를 들어 뇌 이미지화에서 사용되며, 이 경우 기능 자기공명영상에서 일어나는 것과 유사하게 특정한 인식 활성 동안 뇌의 활성 영역을 드러내는 것이 가능하다.
예를 들어, X는 양전자 방출자인 18F-일 수 있으므로, PET 이미지화를 수반하는 용도로서 본 발명의 MOF 고체를 사용할 수 있다.
따라서, 한 구체에에서, 식 (I)의 단위에서 리간드 X의 적어도 하나는 18F-이다.
본 발명에 따른 MOF 고체는 건조 상으로 5 내지 40%, 바람직하게 18 내지 31%의 금속을 포함할 수 있다. 중량 퍼센트(wt%)는 화학 및 야금학에서 혼합물 또는 합금의 조성, 즉 혼합물 중 각 성분의 비율을 나타내기 위해서 사용되는 측정 단위이다:
성분 1wt% = 혼합물 100g 당 성분 1g, 또는 혼합물 100kg 당 상기 성분 1kg 이다.
본 발명의 MOF 고체는 특히 최대 400℃의 온도까지 열 안정성을 지닌다는 이점을 제공한다.
특히, 본 발명의 MOF 고체는 특히 120℃ 내지 400℃에서 열 안정성을 가진다는 이점을 가진다.
특히, 본 발명에 따른 MOF 고체는 4μm 이하, 바람직하게 1000 nm 이하의 입자 직경을 가진 미립자 형태일 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 MOF 고체는 0.4 내지 6nm, 바람직하게 0.5 내지 5.2 nm, 더 바람직하게 0.5 내지 3.4nm의 기공 크기를 가질 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 MOF 고체는 5 내지 6000㎡/g, 바람직하게 5 내지 4500㎡/g의 비표면(BET)을 가질 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 MOF 고체는 0.05 내지 4㎠/g, 바람직하게 0.05 내지 2㎠/g의 기공 체적을 가질 수 있다.
본 발명과 관련하여, 기공 체적은 기체 및/또는 액체 분자가 접근가능한 체적을 의미한다.
본 발명자들은 식 (I)의 단위의 3차원 구조를 포함하는 MOF 재료가 견고한 또는 유연한 구조의 형태일 수 있음을 증명했다.
본 발명의 MOF 고체는 단단한 구조의 형태일 수 있는데, 이것은 견고한 프레임워크를 가지고, 기공이 비워졌을 때 아주 약간 수축한다. 또한 상기 MOF 고체는 유연한 구조일 수 있는데, 이것은 팽창 및 수축할 수 있어서 흡착된 분자 속성의 함수로서 기공의 개구가 변화한다.
이들 흡착된 분자는 예를 들어 용매 및/또는 기체일 수 있다.
"견고한 구조"는 본 발명의 관점에서 아주 약간, 즉 최대 10%의 진폭으로 팽창 또는 수축하는 구조를 말한다.
특히, 본 발명에 따른 MOF 고체는 0 내지 10%의 진폭으로 팽창 또는 수축하는 견고한 구조를 가질 수 있다.
"유연한 구조"는 본 발명의 관점에서 큰 진폭으로, 특히 10% 이상, 예를 들어 50% 이상의 진폭으로 팽창 또는 수축하는 구조를 말한다.
특히, 유연한 구조의 MOF 재료는 10% 내지 300%, 바람직하게 50% 내지 300%의 진폭으로 팽창 또는 수축할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 MOF 고체는 10% 이상, 예를 들어 50 내지 300%의 진폭으로 팽창 또는 수축하는 유연한 구조를 가질 수 있다.
본 발명은 견고한 또는 유연한 구조의 MOF 재료로서 구현될 수 있다.
이들 MOF 고체의 특성은 예를 들어 국제출원 WO 2009/77670과 WO 2009/77671에 기재되어있다.
다양한 MOF 재료가 "MIL"("Material Institute Lavoisier")라고 칭하는 다양한 상으로 베르사유에 있는 Lavoisier Institute에서 본 발명자들에 의해서 개발되었다. 본 발명자들은 이들 구조의 "MIL"라는 지칭 뒤에 임의의 수 n을 할당하여 상이한 상들을 구별하였다.
본 문헌에서 두문자어 "ZIF"는 영어 명칭 "제올라이트 이미다졸레이트 프레임워크"의 약자이다.
본 문헌에서 두문자어 "UiO"는 영어 명칭 "오슬로 대학"의 약자이다.
본 문헌에서 두문자어 "AEPF"는 영어 명칭 "알칼리토 중합체 프레임워크"의 약자이다.
본 발명자들은 또한 본 발명에 따른 특정 고체가 문헌들에 종래에 적혀있는 MOF 재료들에 비해서 상당한 수의 가능한 상을 가질 수 있음을 증명했다. 예를 들어, 본 발명에 있어서 철(III) 카복실레이트 고체에 대해 다양한 상들이 얻어졌으며, 예를 들어 MIL-53, MIL-69, MIL-88A, MIL-88B, MIL-88Bt, MIL-88C, MIL-88D, MIL-89, MIL-100, MIL-101, MIL-102가 있다. 이들 다양한 상은 특히 국제출원 WO 2009/77670 및 WO 2009/77671에 개시된다.
이들 구조의 결정학적 특징은 공지되어 있으며, 이와 관련된 수많은 보고서가 있다. 본 명세서에 기재된 MOF 재료의 최대 크기의 기공 접근 창에 대한 설명 및 계산도 보고서를 참조할 수 있다(언급된 MOF의 각 특정 타입에 대해 본 명세서에 인용된 간행물에서 이런 정보를 찾을 수 있을 것이다). 더욱이, 상술된 "MIL" 지칭은 당업자에게 잘 알려져 있다. 예를 들어, 다음을 참조할 수 있다:
MIL-53: Whitfield, T. R.; Wang, X.; Liu, L.; Jacobson, A. J. Solid State Sci. 2005, 7, 1096. [18];
MIL-69: T. Loiseau et al., C. R. Chimie, 8 765 (2005). [19]
MIL-88A: (a) Serre et al., "Role of solvent-host interactions that lead to very large swelling of hybrid frameworks", Science, 2007, Vol. 315, 1828-1831 [20]; (b) Surble et al., "A new isoreticular class of metal-organic frameworks with the MIL-88 topology", Chem. Comm., 2006, 284-286 [21]; (c) Mellot-Draznieks et al., "Very large swelling in hybrid frameworks: a combined computational and powder diffraction study", J. Am. Chem. Soc., 2005, Vol. 127, 16273-16278 [22]; Chalati et al., "Optimization of the synthesis of MOF nanoparticles made of flexible porous iron Fumarate MIL-88A", J.Mater. Chem., 2011, 21, 2220 [39].
MIL-88B, MIL-88C 및 MIL-88D: 이들 구조 타입의 경우 상기 타입 MIL-88A에 관한 간행물을 참조할 수 있다: (a) Serre et al., "Role of solvent-host interactions that lead to very large swelling of hybrid frameworks", Science, 2007, Vol. 315, 1828-1831 [20]; (b) Surble et al., "A new isoreticular class of metal-organic frameworks with the MIL-88 topology", Chem. Comm., 2006, 284-286 [21].
MIL-89: C. Serre, F. Millange, S. Surble, G. Ferey Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 6286: A new route to the synthesis of trivalent transition metals porous Carboxylate with trimeric SBU. [23]
MIL-100: Horcajada et al., "Synthesis and catalytic properties of MIL-100(Fe), an iron(III) carboxylate with large pores", Chem. Comm., 2007, 2820-2822. [24]
MIL-101: Ferey et al., "A chromium terephtalate-based solid with unusually large pore volumes and surface area", Science, 2005, Vol. 309, 2040-2042. [25]
MIL-102: S. Surble, F. Millange, C. Serre, T. Duren, M. Latroche, S. Bourrelly, P.L. Llewellyn and G. Ferey "MIL-102: A Chromium Carboxylate Metal Organic Framework with Gas Sorption Analysis" J. Am. Chem. Soc. 128 (2006), 46, 14890. [26]
UiO-66: 이 구조 타입의 경우 다음 간행물을 참조할 수 있다: (a) Cavka, J.; Jakobsen, S.; Olsbye, U.; Guillou, N.; Lamberti, C.; Bordiga, S.; Lillerud, K., J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 13850 [40]. (b) Kandiah, M.; Nilsen, M.H.; Usseglio, S.; Jakobsen, S.; Olsbye, U.; Tilset, M.; Larabi, C.; Quadreli, E.A.; Bonino, F.; Lillerud K.P., Chem. Mater., 2010, 22(24), 6632 [41]. (c) Garibay S.J.; Cohen S.M., Chem. Commun., 2010, 46, 7700 [42]
ZIF-8: 이 구조 타입의 경우 독자는 다음을 참조할 수 있다: Park et al., "Exceptional chemical and thermal stability of zeolitic imidazolate frameworks", Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2006, 103, 10186 [43]
MIL-125(Ti) 및 MIL-125(Ti)_NH2: 이 구조 타입의 경우 다음 간행물을 참조할 수 있다: (a) M. Dan-Hardi, C. Serre, T. Frot, L. Rozes, G. Maurin, C. Sanchez and G. Ferey: J. Am. Chem. Soc. Comm., 131, 2009, 10857-10859 A New Photoactive Crystalline Highly Porous Titanium (IV) Dcarboxylate [44]; (b) C. Zlotea, D. Phanon, M. Mazaj, D. Heurtaux, V. Guillerm, C. Serre, P. Horcajada, T. Devic, E. Magnier, F. Cuevas, G. Ferey, P. L. Llewellyn and M. Latroche: "Effect of NH2 and CF3 functionalization on the hydrogen sorption properties of MOFs" Dalton Trans., 2011, 40, 4879-4881 [45]
AEPF-1(Ca) 및 다른 칼슘계 MOFs: AEPF = 알칼리토 중합체 프레임워크: 이 구조 타입의 경우 다음의 간행물을 참조할 수 있다: A.E. Platero-Prats, V.A. de la Pena-O'Shea, N. Snejko, A. Monge, E. Gutierrez-Puebla, "Dynamic calcium metal-organic framework acts as a selective organic solvent sponge", Chemistry, 16(38), 11632 [46]; C. Volkringer, J. Marrot, G. Ferey, T. Loiseau, "Hydrothermal crystallization of three calcium-based hybrid solids with 2,6-naphtalene or 4,4'-biphenyl-dicarboxylate" Crystal Growth Design, 2008, 8, 685 [47]
MIL-88B_4CH3, MIL-88B_CH3, MIL-88B_2CF3, MIL-88B_2OH, MIL-88B_NO2, MIL-88B_NH2, MIL-88B_Cl, MIL-88B_Br, MIL-88B_4F: 이 구조 타입의 경우 상기 타입 MIL-88에 관한 간행물을 참조할 수 있다: (a) Serre et al., "Role of solvent-host interactions that lead to very large swelling of hybrid frameworks", Science, 2007, Vol. 315, 1828-1831 [20]; (b) Surble et al., "A new isoreticular class of metal-organic frameworks with the MIL-88 topology", Chem. Comm., 2006, 284-286 [21]; (c) Mellot-Draznieks et al., "Very large swelling in hybrid frameworks: a combined computational and powder diffraction study", J. Am. Chem. Soc., 2005, Vol. 127, 16273-16278 [22], c) Horcajada et al., "How linker's modification controls swelling properties of highly flexible iron(III) dicarboxylate MIL-88", J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 17839 [48]
특히, 본 발명에 따른 MOF 고체는 다음을 포함하는 기로부터 선택된 식을 가진 단위를 가질 수 있다:
유연한 구조의 Fe(OH)[C6H4(CO2)2], 예를 들어 MIL-53과 그것의 관능화된 형태 MIL-53(Fe)_X(X = Cl, Br, CH3, 2CF3 등)(Devic et al., "Functionalization in flexible porous solids: effects on the pore opening and the host-guest interactions", J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 1127[49] 참조)
유연한 구조의 Fe3OX[C2H2(CO2)2]3, 예를 들어 MIL-88A
유연한 구조의 Fe3OX[C4H4(CO2)2]3, 예를 들어 MIL-89(C. Serre, S. Surble, C. Mellot-Draznieks, Y. Filinchuk, G. Ferey Dalton Trans., 2008, 5462-5464: Evidence of flexibility in the nanoporous iron(III) carboxylate MIL-89[50] 참조)
유연한 구조의 Fe3OX[C6H4(CO2)2]3, 예를 들어 MIL-88B
유연한 구조의 Fe3OX[O2C-C6(CH3)4-CO2]3.nH2O, 예를 들어 MIL-88Bt
견고한 구조의 Fe3OX[C6H4(CO2)2]3, 예를 들어 MIL-101
견고한 구조의 Fe3OX[C6H3(CO2)2]3, 예를 들어 MIL-100
견고한 구조의 Al3OX[C6H3(CO2)2]3, 예를 들어 MIL-100
유연한 구조의 Fe3OX[C10H6(CO2)2]3, 예를 들어 MIL-88C
유연한 구조의 Fe3OX[C12H8(CO2)2]3, 예를 들어 MIL-88D
견고한 구조의 Zn6N24C48H60, 예를 들어 ZIF-8
견고한 구조의 Zr6O4(OH)4[(CO2)2C6H4]6, 예를 들어 UiO-66
견고한 구조의 Ti8O8(OH)4[(CO2)2C6H4]6, 예를 들어 MIL-125
여기서 X는 상기 정의된 대로이다.
구체적으로, 본 발명에 따른 MOF 고체는 다음을 포함하는 군으로부터 선택된 식의 단위를 가질 수 있다:
견고한 구조의 MIL-101(Fe) 또는 Fe3O[C6H4-(CO2)2]3.X.nH2O(X=F, Cl, OH)
견고한 구조의 MIL-101-Cl(Fe) 또는 Fe3O[Cl-C6H3-(CO2)2]3.X.nH2O(X=F, Cl, OH)
견고한 구조의 MIL-101-NH2(Fe) 또는 Fe3O[NH2-C6H3-(CO2)2]3.X.nH2O(X=F, Cl, OH)
견고한 구조의 MIL-101-2CF3(Fe) 또는 Fe3O[(CF3)2-C6H2-(CO2)2]3.X.nH2O(X=F, Cl, OH)
유연한 구조의 MIL-88B-NO2(Fe) 또는 Fe3O[C6H3NO2-(CO2)2]3.X.nH2O(X=F, Cl, OH)
유연한 구조의 MIL-88B-2OH(Fe) 또는 Fe3O[C6H2(OH)2-(CO2)2]3.X.nH2O(X=F, Cl, OH)
유연한 구조의 MIL-88B-NH2(Fe) 또는 Fe3O[C6H3NH2-(CO2)2]3.X.nH2O(X=F, Cl, OH)
유연한 구조의 MIL-88B-CH3(Fe) 또는 Fe3O[C6H3CH3-(CO2)2]3.X.nH2O(X=F, Cl, OH)
유연한 구조의 MIL-88B-2CH3(Fe) 또는 Fe3O[C6H2(CH3)2-(CO2)2]3.X.nH2O(X=F, Cl, OH)
유연한 구조의 MIL-88B-Cl(Fe) 또는 Fe3O[C6H3Cl-(CO2)2]3.X.nH2O(X=F, Cl, OH)
유연한 구조의 MIL-88B-4CH3(Fe) 또는 Fe3O[C6(CH3)4-(CO2)2]3.X.nH2O(X=F, Cl, OH)
유연한 구조의 MIL-88B-4F(Fe) 또는 Fe3O[C6F4-(CO2)2]3.X.nH2O(X=F, Cl, OH)
유연한 구조의 MIL-88B-Br(Fe) 또는 Fe3O[C6H3Br-(CO2)2]3.X.nH2O(X=F, Cl, OH)
유연한 구조의 MIL-88B-2CF3(Fe) 또는 Fe3O[(CF3)2-C6H2-(CO2)2]3.X.nH2O(X=F, Cl, OH)
유연한 구조의 MIL-88D 4CH3(Fe) 또는 Fe3O[C12H4(CH3)4-(CO2)2]3.X.nH2O(X=F, Cl, OH)
유연한 구조의 MIL-88D 2CH3(Fe) 또는 Fe3O[C12H6(CH3)2-(CO2)2]3.X.nH2O(X=F, Cl, OH)
유연한 구조의 MIL-88E(Pyr)(Fe) 또는 Fe3O[C4H3N2-(CO2)2]3.X.nH2O(X=F, Cl, OH)
유연한 구조의 MIL-88F(Thio)(Fe) 또는 Fe3O[C4H2S-(CO2)2]3.X.nH2O(X=F, Cl, OH)
유연한 구조의 MIL-53-2OH(Fe) 또는 FeO(OH)[C6H2(OH)2-(CO2)2].X.nH2O(X=F, Cl, OH)
유연한 구조의 MIL-53-NH2(Fe) 또는 FeO(OH)[C6H2-NH2-(CO2)2].X.nH2O(X=F, Cl, OH)
유연한 구조의 MIL-53-Cl(Fe) 또는 FeO(OH)[C6H2Cl-(CO2)2].X.nH2O(X=F, Cl, OH)
유연한 구조의 MIL-53-Br(Fe) 또는 FeO(OH)[C6H2Br-(CO2)2].X.nH2O(X=F, Cl, OH)
유연한 구조의 MIL-53-2CF3(Fe) 또는 FeO(OH)[C6H2(CF3)2-(CO2)2].X.nH2O(X=F, Cl, OH)
유연한 구조의 MIL-53-CH3(Fe) 또는 FeO(OH)[C6H3CH3-(CO2)2].X.nH2O(X=F, Cl, OH)
유연한 구조의 MIL-53-2COOH(Fe) 또는 FeO(OH)[C6H3-(CO2)4].X.nH2O(X=F, Cl, OH)
유연한 구조의 MIL-88G(AzBz)(Fe) 또는 Fe3O[C12H8N2-(CO2)2]3.X.nH2O(X=F, Cl, OH)
유연한 구조의 MIL-88G2Cl(AzBz-2Cl)(Fe) 또는 Fe3O[C12H6N2Cl2-(CO2)2]3.X.nH2O(X=F, Cl, OH)
더욱이, 동일한 카복실산 리간드 L과 동일한 철 베이스(사슬 또는 트라이머)로부터 시작해서 본 발명자들은 상이한 구조를 가진 동일한 일반식 (I)의 MOF 재료를 얻을 수 있었다. 이러한 예로는 고체 MIL-88B 및 MIL-101가 있다. 고체 MIL-88B와 MIL-101에서 리간드와 8면체 트라이머의 결합 방식이 상이하다. 고체 MIL-101의 경우 리간드 L은 견고한 4면체 형태로 자체 조립됨에 반해, 고체 MIL-88B의 경우 리간드 L은 맞붙인 삼각뿔을 형성하여 트라이머 사이에 공간을 만들 수 있다.
이들 다양한 재료는 국제출원 WO 2009/77670 및 WO 2009/77671에 개시된다. 이들 리간드의 조립 방식은 합성 과정 중에, 예를 들어 pH를 조정함으로써 제어될 수 있다. 예를 들어, 고체 MIL-88은 국제출원 WO 2009/77671에 개시된 바와 같이 고체 MIL-101보다 덜 산성인 매질에서 얻어진다.
특히, 본 발명의 MOF 고체는 국제출원 WO 2009/77671에 개시된 MIL-53, MIL-88, MIL-100, MIL-101, MIL-102, ZIF-8, MIL-125 및 UiO-66을 포함하는 군으로부터 선택된 상을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 MOF 고체는 상자성 또는 반자성 특성을 지닌 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 바람직하게, 본 발명에 따른 MOF 고체는 하나 이상의 상자성 금속을 포함할 수 있으며, 이것은 동일하거나 상이할 수 있고, 철일 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 MOF 고체는 하나 이상의 상자성 금속 이온을 포함할 수 있으며, 이것은 동일하거나 상이할 수 있고, Fe2 + 및 Fe3 +으로부터 선택될 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 MOF 고체는 이미지화에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 조영제로서 본 발명에 따른 MOF 고체의 사용에 관한 것이다.
조영제는 완화도(relaxivity)에 의해서 특정된다. 완화도가 크면 조영제의 효과도 크다. 완화도는 자기장 적용 후 매질의 물 양성자의 완화 시간을 변형시키는 조영제의 용량에 상응한다. 완화도는 사용된 금속의 상자성 특성뿐만 아니라 최대 기여하는 1차 내부 구체는 물론 외부 구체에서 금속과 배위된 물 분자의 양 및 이동도에 의존한다. "배위 구체"는 1차 구체의 경우 금속 중심에 바로 부착된 원자를 나타내고, 외부 구체의 경우 1차 구체를 지나 바로 위치된 원자를 나타낸다.
본 발명의 고체의 경우, 금속, 본 실시예에서 철(III)의 자기 감수성외에, 본 발명의 고체의 구조적 특징으로 인해 물이 1차 배위 구체 근처에서 배위되고, 기공 내를 순환하게 됨으로써, 물 양성자의 길이방향 T1 및 횡단방향 T2의 완화 시간에 효과를 보인다. 특히, 고체의 완화도 r2는 생체내 구배-에코 실험에서 사용하기에 충분하다.
더욱이, 본 발명자들에 의해서 수행된 연구는 특정한 등망상 구조 조직을 가진 본 발명에 따른 MOF 고체를 우수한 수율로 얻기 위한 유연한 조정가능한 합성 방법의 개발을 가능하게 했다. 더욱이, 이 방법에 의해 바람직한 치수와 균질한 입자 및 기공 크기를 가진 나노입자를 얻는 것이 가능했다.
이와 같이, 본 발명은 또한 본 발명에서 정의된 고체를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 상기 고체를 얻기 위해서,
적어도 하나의 무기 금속 전구체와 식 -R0(COR3)q,
Figure 112014124651514-pct00010
또는
Figure 112014124651514-pct00011
의 적어도 하나의 리간드 L'을 포함하는 적어도 하나의 용액을 극성 용매에서 혼합하는 것으로 구성된 적어도 하나의 반응 단계(i)를 포함하며,
상기 전구체는 금속 M, 금속 M의 염, 또는 금속 이온 M을 포함하는 배위 복합체의 형태이며, 여기서 M은 상기 정의된 바와 같고;
Q, RA1, q 및 R0는 상기 정의된 바와 같고;
R3은 라디칼 -OH, 라디칼 -OY(여기서 Y는 알칼리 금속 양이온이다), 할로겐 원자, 또는 라디칼 -OR4, -O-C(=O)R4 또는 -NR4R4'를 포함하는 군으로부터 선택되며, 여기서 R4 및 R4'는 C1 -12 알킬 라디칼이다.
본 발명에 있어서, 본 발명의 고체를 제조하는 방법은 상기 고체 상에 상기 정의된 적어도 하나의 유기 표면제를 고정시키는 단계(iii)를 더 포함할 수 있다.
이 고정 단계(iii)는 반응 단계(i) 동안 또는 후에, 또는 관심 분자의 도입 단계(ii) 후에도 수행될 수 있다. 이에 대한 내용은 WO 2009/77671의 실시예 22, 23 및 24를 참조한다.
변형된 외부 표면을 가진 많은 MOF 고체가 "실시예" 부문에 예시된다. 이들 실시예들은 제한이 아닌 예시의 목적을 위해서 제공된다는 것이 이해되어야 한다. 실시예에 예시된 MOF 고체의 표면을 변형하는 방법은 본 발명에 따른 모든 MOF 고체에 대해 적용될 수 있고 및/또는 개조될 수 있다(예를 들어, 상이한 리간드 L과 함께, Fe와는 상이한 금속 M에 기초한 MOF 고체, 및/또는 캡슐화하거나 하지 않은, 적어도 하나의 유효 성분, 화장품 대상의 화합물 및/또는 마커). 예를 들어, 이들 방법은 본 출원에 기재된 모든 MOF 고체의 표면을 변형시키는데 적용될 수 있다.
상기 리간드 L'는 카복실레이트, 포스포네이트, 이미다졸레이트를 포함하는 몇 개의 복합체화 기를 지닌 리간드이며, 바람직하게는 아래 표를 포함하는 군으로부터 선택된 디-, 트리-, 테트라- 또는 헥사덴테이트 카복실레이트 기일 수 있다:
Figure 112014124651514-pct00012
Figure 112014124651514-pct00013
Figure 112014124651514-pct00014
여기서:
R3은 라디칼 -OH, 라디칼 -OY(여기서 Y는 알칼리 금속 양이온이다), 할로겐 원자, 또는 라디칼 -OR4, -O-C(=O)R4 또는 -NR4R4'를 포함하는 군으로부터 선택되며, 여기서 R4 및 R4'는 C1 -12 알킬 라디칼이고,
X1은 O 또는 S이고,
s는 1 내지 4의 정수이고,
각각의 t는 독립적으로 1 내지 4의 정수이고,
u는 1 내지 7의 정수이고,
RL1 및 RL2는 독립적으로 H, 할로겐 원자 또는 C1 내지 C6 알킬(바람직하게 메틸 또는 에틸)이고,
각각의 RL3는 독립적으로 H, 할로겐 원자(바람직하게 F, Cl 또는 Br), OH, NH2, NO2 또는 C1 내지 C6 알킬(바람직하게 메틸 또는 에틸)이다.
한 구체예에서, 각각의 R3는 수소 원자이다.
한 구체예에서, 각각의 라디칼 RL1, RL2 및 RL3는 수소 원자이다.
바람직하게, 반응 단계(i)에서 사용된 리간드 L'는 C2H2(CO2H)2(푸마르산), C2H4(CO2H)2(석신산), C3H6(CO2H)2(글루타르산), C4H4(CO2H)2(뮤콘산), C4H8(CO2H)2(아디프산), C7H14(CO2H)2(아젤라산), C5H3S(CO2H)2(2,5-티오펜디카복실산), C6H4(CO2H)2(테레프탈산), C6H2N2(CO2H)2(2,5-피라진 디카복실산), C10H6(CO2H)2(나프탈렌-2,6-디카복실산), C12H8(CO2H)2(바이페닐-4,4'-디카복실산), C12H8N2(CO2H)2(아조벤젠디카복실산), C6H3(CO2H)3(벤젠-1,2,4-트리카복실산), C6H3(CO2H)3(벤젠-1,3,5-트리카복실산), C24H15(CO2H)3(벤젠-1,3,5-트리벤조산), C6H2(CO2H)4(벤젠-1,2,4,5-테트라카복실산, C10H4(CO2H)4(나프탈렌-2,3,6,7-테트라카복실산), C10H4(CO2H)4(나프탈렌-1,4,5,8-테트라카복실산), C12H6(CO2H)4(바이페닐-3,5,3',5'-테트라카복실산)를 포함하는 군으로부터 선택된 디-, 트리- 또는 테트라카복실산, 및 2-아미노테레프탈산, 2-니트로테레프탈산, 2-메틸테레프탈산, 2-클로로테레프탈산, 2-브로모테레프탈산, 2,5-디하이드록소테레프탈산, 테트라플루오로테레프탈산, 테트라메틸테레프탈산, 디메틸-4,4'-바이페닐디카복실산, 테트라메틸-4,4'-바이페닐디카복실산, 디카복시-4,4'-바이페닐디카복실산, 2,5-피라진디카복실산을 포함하는 군으로부터 선택된 변형된 유사체일 수 있다. 사용된 리간드 L'은 또한 2,5-디퍼플루오로테레프탈산, 아조벤젠-4,4'-디카복실산, 3,3'-디클로로아조벤젠-4,4'-디카복실산, 3,3'-디하이드록소-아조벤젠-4,4'-디카복실산, 3,3'-디퍼플루오로-아조벤젠-4,4'-디카복실산, 3,5,3',5'-아조벤젠 테트라카복실산, 2,5-디메틸테레프탈산, 퍼플루오로글루타르산을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 리간드 L'는 또한 이미다졸, 2-메틸이미다졸레이트, 2-에틸이미다졸, 4-이미다졸-디카복실산, 1,4-(부탄디일)비스(이미다졸), 퓨린, 피리미딘, 벤즈이미다졸레이트, 피페라진디포스포네이트, 테트라졸일벤조에이트와 같은 이미다졸레이트, 테트라졸레이트, 포스페이트 또는 포스포네이트 리간드의 전구체일 수 있다.
상기 방법을 실시하는데 있어서 리간드 L'가 카복실레이트 타입일 때 카복실레이트가 반드시 카복실산의 형태일 필요는 없다는 것이 이해되어야 한다. 상기 지적된 대로, 카복실레이트는 하나 이상의 카복실 기가 -C(=O)-R3의 형태인 유도된 형태일 수 있으며, 여기서 R3은 라디칼 -OY(여기서 Y는 알칼리 금속 양이온이다), 할로겐 원자, 또는 라디칼 -OR4, -O-C(=O)R4 또는 -NR4R4'(여기서 R4 및 R4'는 독립적으로 C1 -12 알킬 라디칼이다)이다.
바람직하게 MOF 재료의 합성은 에너지의 존재하에 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 재료는 열수 또는 열 용매 조건과 같은 가열, 마이크로웨이브, 초음파, 분쇄, 초임계 유체를 수반하는 과정 등에 의해 공급될 수 있다. 상응하는 프로토콜은 당업자에게 공지된 것들이다. 열수 또는 열용매 조건에 사용될 수 있는 프로토콜의 비제한적 예들은 예를 들어 국제출원 WO 2009/077670과 WO 2009/077670에 인용된 참고자료들에 개시되어있다.
반응 온도가 0 내지 220℃에서 변할 수 있는 경우인 열수 또는 열용매 조건은 일반적으로 온도가 용매의 비등점 이하일 때 유리(또는 플라스틱) 용기에서 수행된다. 온도가 이보다 더 높거나 반응이 불소의 존재하에 수행될 때는 금속 봄브에 삽입된 테플론 바디가 사용된다.
사용된 용매는 일반적으로 극성이다. 특히, 다음 용매들이 사용될 수 있다: 물, 알코올, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭시드, 아세토니트릴, 테트라하이드로푸란, 디에틸포름아미드, 클로로포름, 시클로헥산, 아세톤, 시아노벤젠, 디클로로메탄, 니트로벤젠, 에틸렌글리콜, 디메틸아세트아마이드 또는 이들 용매의 혼합물.
또한, 하나 이상의 공-용매가 혼합물 성분들의 더 우수한 용해를 위해 합성의 어떤 단계에서 첨가될 수 있다. 상기 공-용매는 특히 아세트산, 포름산, 벤조산 등과 같은 모노카복실산일 수 있다.
상기 공-용매가 모노카복실산일 때, 가용화 효과에 더해서 MOF 고체의 결정 성장을 중단시킬 수 있다. 상기 카복실 기는 철과 배위함으로, 공-용매 분자 상에 제2 -COOH 기가 없으면 다른 철 원자와 결합할 수 없을 것이다. 따라서, 이로 인해서 결정 격자의 성장이 지연되고 결국 중단될 것이다. 즉, 아세트산, 포름산, 벤조산 등과 같은 모노카복실 공-용매를 첨가하면 얻어진 MOF 고체의 입자 크기를 감소시킬 수 있다. 따라서, 모노카복실 공-용매의 사용은 나노입자의 생성을 촉진할 수 있다(입자 크기 < 1μm).
바람직하게, 반응 단계(i)는 다음 반응 조건 중 적어도 하나에 따라서 수행될 수 있다:
0℃ 내지 220℃, 바람직하게 50℃ 내지 150℃의 반응 온도;
0 내지 1000rpm(분당 회전수), 바람직하게 0 내지 500rpm의 교반 속도;
1분 내지 96시간, 바람직하게 1분 내지 15시간의 반응 시간;
0 내지 7, 바람직하게 1 내지 5의 pH;
용매, 전구체, 리간드 또는 이들의 혼합물에 적어도 하나의 공-용매의 첨가, 상기 공-용매는 아세트산, 포름산, 벤조산을 포함하는 군으로부터 선택된 것;
물, RS-OH 알코올(여기서 RS는 선형 또는 분지형 C1 내지 C6 알킬 라디칼이다), 디메틸포름아미드, 디메틸설폭시드, 아세토니트릴, 테트라하이드로푸란, 디에틸포름아미드, 클로로포름, 시클로헥산, 아세톤, 시아노벤젠, 디클로로메탄, 니트로벤젠, 에틸렌글리콜, 디메틸아세트아마이드 또는 이들 용매의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된, 혼화성 또는 혼화성이 아닌 용매의 존재하에;
초임계 매질, 예를 들어 초임계 CO2에서;
마이크로웨이브 하에 및/또는 초음파 하에;
전기화학적 전기분해 조건에서;
압연 분쇄기를 사용하는 조건에서;
기체 스트림에서.
MOF 재료의 합성은 바람직하게 나노입자의 형성에 유리한 실험 조건에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 MOF 고체의 나노입자를 생성하기 위해서 다음 변수들의 제어가 중요할 수 있다:
- 반응 온도,
- 반응 시간,
- 리간드 L'과 무기 금속 전구체의 농도 및/또는
- pH 조정제(산, 염기), 광물화제 또는 결정 성장 중단촉진제(모노카복실산)와 같은 하나 이상의 첨가제의 첨가.
이들 변수들 각각의 값에 대한 바람직한 범위는 나노입자의 합성이 열수/열용매 조건, 초음파 조건 또는 마이크로파 조건에 의해서 수행되는지의 여부에 따라서 변할 수 있다. 예를 들어, 초음파 조건(약 0℃) 보다 열수/열용매 조건(약 20-150℃)에서 반응 온도는 일반적으로 더 높다.
더욱이, 본 발명자들은 또한 유연성 또는 기공 크기의 측면에서 본 발명의 고체의 구조적 특징을 증명했는데, 상기 유연성 또는 기공 크기는 특히 흡착 용량, 선택적 흡착 및 순도의 측면에서 상기 고체에 흥미로운 특성을 부여한다. 이들 재료는 유리한 에너지 비용 및 더 긴 방출 시간으로 분자, 예를 들어 제약 분자의 선택적 흡착을 가능하게 한다. 따라서, 본 발명자들에 의해서 수행된 연구는 유효 성분의 흡착 및 수송에 대한 MOF 재료의 이점을 증명할 수 있었다.
또한, 본 발명은 기공 내에 또는 표면에 적어도 하나의 제약학적 유효 성분를 포함하는, 본 발명에 따른 MOF 고체의 용도에 관한 것이다.
구체적으로 본 발명은 또한 의약으로서, 제약학적 유효 성분로 로딩된, 본 발명에 따른 MOF 고체의 용도에 관한 것이다. 제약학적 유효 성분는 본 발명에 따른 고체의 기공 내에 또는 표면에 함유될 수 있으며, 이 문헌의 나머지 부분에서는 이를 "제약학적 유효 성분로 로딩된 MOF 고체"로 칭한다.
보다 구체적으로, "성분 X로 로딩된 MOF 고체"는 기공 내에 또는 표면에 성분 X를 함유하는 본 발명에 따른 MOF 고체를 말한다. 성분 X는 MOF 고체의 표면이나 기공에서 공유 결합, 수소 결합, 반데르발스 결합, 정전기 상호작용에 의해 흡착되거나 결합될 수 있다. 이 성분 X는 상기 언급된 대로 제약학적 유효 성분일 수 있다.
본원에서, "유효 성분"는 치료적 효과를 가진 분자를 말한다. 예를 들어, 상기 유효 성분는 의약 조성물에 포함된 치료적 특성을 가진 어떤 분자일 수 있다. 예를 들어, 비스테로이드계 항염제(NSAID), 낙태제, 알파-차단제, 알파2-아고니스트, 아미노글리코시드, 진통제, 마취제, 국소마취제, 식욕감퇴제, 5HT3 길항제, 칼슘 길항제, 항협심증제, 항부정맥제, 항생제, 항콜린제, 항콜린에스테라제 약물, 항당뇨제, 항설사제, 항우울제, 항히스타민제, 항고혈압제, 항진균제, 항말라리아제, 구충제, 항정신병제, 해열제, 항레트로바이러스제, 소독제, 진경제, 항바이러스제, 항구토제, 항간질제, 불안완화제, 바르비투레이트, 벤조디아제핀, 기관지확장제, 베타-차단제, 화학치료제, 코르티코스테로이드, 이뇨제, 루프 이뇨제, 삼투 이뇨제, 저하제, 글루코코르티코이드, 환각제, 수면제, 면역억제제, 탄산무수화효소 억제제, 뉴라미니다아제 억제제, 양성자 펌프 억제제, TNF 억제제, 선택적 세로토닌 재흡수 억제제, HMG-CoA 환원효소의 억제제(또는 스타틴), 각질용해제, 완화제, 미네랄로코르티코이드, 근육이완제, 신경이완제, 향정신제, 진경제, 자극제, 진정제, 자궁수축억제제 또는 혈관확장제를 언급할 수 있다. 상기 예는 제한적이지 않으며, 당업자에게 공지된 어떤 치료적 유효 성분까지 그 범위가 확장될 수 있다.
게다가, 본 발명에 따른 MOF 고체는 흡착 또는 로딩에 대한 큰 용량을 가진다는 이점을 가진다. 본 발명의 고체는 유리한 소수성/친수성 내부 미소환경, 특히 부설판과 같은 양친매성 분자의 통합을 위한 환경을 가진다. 더욱이, 상기 고체는 예를 들어 불안정성, 큰 반응성, 낮은 용해도, 강한 결정화 경향, 친수성, 양친매성 성격 등을 고려하여 캡슐화에 특히 어려움이 있는 제약 분자의 효과적인 흡착을 가능하게한다.
예를 들어, 본 발명에 따른 고체는 다음 특징들 중 하나 이상을 나타내는 적어도 하나의 제약학적 유효 성분로 로딩될 수 있다: 친수성, 양친매성, 친유성, 불안정, 독성, 강한 결정화 경향 또는 실제로 불용성.
"독성" 원료는 의학적 또는 수의학적 용도로서의 사용을 방해할 수 있는 독성 효과를 가진 제약학적 유효 성분를 말한다. 그러한 예로는 부설판, 시스플라틴, 니트로소-유레아, 예컨대 로뮤스틴과 같은 알킬화제가 있다. 상기 알킬화제는 대사작용 후에 핵산과 공유 결합을 형성한다. 이러한 결합은 예를 들어 다음을 초래할 수 있다:
- DNA 전사 및 복제의 장애
- DNA에서 염기의 치환
- DNA에서 사슬 파괴 및 염기의 상실
이들의 주된 약물학적 활성은 DNA 합성 과정에서 발현된다. 이들의 독성 효과는 골수억제, 불임 및 비림프구성 백혈병을 포함할 수 있다.
시스플라틴은 사슬내 DNA 브릿지를 야기하며, 낮은 골수독성을 갖지만, 심한 구토를 일으키고, 신장독성을 가질 수 있다.
"강한 결정화 경향"을 갖는 원료는 다른 구조에 통합되는 대신에 결정 격자로 자체 회합하는 경향을 갖는 제약학적 유효 성분를 말한다. 이러한 화합물은 입자에 통합되는 대신 사용된 캡슐화 과정 동안 결정을 형성하는 경향을 나타낸다. 따라서, 과정 종료시에 결과물은 소량의 제약학적 유효 성분와 결정질 입자들의 혼합물이다. 그 예는 부설판일 수 있다. 고 용량의 부설판은 심각한 부작용을 나타내는데, 간의 정맥-폐색성 질환이 야기된다. 이 질환은 아마도 부설판의 매우 강한 결정화 경향에 기인하는 것 같다. 결정 적층화는 이 유효 성분의 메틸설포네이트 기들 간의 강한 쌍극자-쌍극자 상호작용에 의해서 좌우된다.
"실제로 불용성"인 원료는 물에서 그 용해도가 0.1mg/mL 이하인 제약학적 유효 성분를 말한다. 그 예는 부설판일 수 있다.
"불안정"한 원료는 자체 구조와 활성을 잃고 분해, 결정화 및/또는 반응할 수 있는 제약학적 유효 성분를 말한다. 그 예는 부설판일 수 있다.
제약학적 유효 성분는 생물학적 활성을 가진 어떤 분자, 예를 들어 의약, 특히 항암제, 항바이러스제, 변형되거나 되지 않은 뉴클레오시드 유사체, 핵산, 항체, 단백질, 비타민 등일 수 있다.
친수성 유효 성분의 예로는 포스페이트화되거나 되지 않은 아지도티미딘, CDV(시도포비르), 5-플루오로아실, 시타라빈을 언급할 수 있다.
양친매성 유효 성분의 예로는 부설판, 독소루비신 클로라이드, 이미프라민 클로라이드를 언급할 수 있다.
친유성 유효 성분의 예로는 타목시펜, 도데탁셀, 파클리탁셀, 이부프로펜, 리도카인, 지용성 비타민, 예컨대 비타민 A(레티놀), D(칼시페롤), E(토코페롤), K1(필로퀴논), K2(메나퀴논)을 언급할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 고체는 예를 들어 탁소테르, 아지도티미딘(AZT), 아지도티미딘 포스페이트(AZTP), 부설판, 이부프로펜, 시도포비르, 항생제, 젬시타빈, 타목시펜, 잘시타빈(ddC), 디다노신(ddi)로부터 선택된 적어도 하나의 제약학적 유효 성분로 로딩될 수 있다.
바람직하게, 본 발명에 따른 고체는 예를 들어 부설판, 아지도티미딘(AZT), 아지도티미딘 포스페이트(AZTP), 시도포비르, 젬시타빈, 이부프로펜을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 제약학적 유효 성분로 로딩될 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 고체는 적어도 하나의 화장품 대상의 화합물로 로딩될 수 있다.
"화장품 대상의 화합물"은 독점적으로 또는 주로 세정, 보호 및 향기제공, 양호한 상태로 사람 신체의 유지, 외모의 변형 또는 체취의 보정을 목적으로 한 화장품 제조물, 즉 사람의 신체의 다양한 표면 부분, 특히 표피, 털 및 모발 시스템, 외부 장기, 치아 및 점막과 접촉하도록 의도된 제조물의 조제에 포함된 어떤 활성 물질을 말한다. "활성 물질"은 화장품 제조에 효능을 제공하는 물질을 말한다.
화장품 대상의 화합물은 당업자에게 공지된 어떤 화장품 제조물의 제조에 포함된 활성 물질일 수 있으며, 예를 들어 위생 제품(예를 들어 메이크업 리무버, 치약, 데오도란트, 샤워젤, 비누, 샴푸), 케어 제품(예를 들어 주름방지크림, 데이크림, 나이트크림, 수분크림, 플로랄워터, 필링, 밀크, 뷰티마스크, 립밤, 토닉), 헤어 제품(예를 들어 컨디셔닝, 스트레이트닝, 젤, 오일, 래커, 마스크, 염색약), 메이크업 제품(예를 들어, 컨실러, 셀프태닝제, 아이라이너, 메이크업, 파운데이션, 아이새도우, 마스카라, 파우더, 스킨 화이트닝 제품, 립스틱, 네일 바니시), 향수(예를 들어 오뒤콜롱, 토일렛워터, 향수), 선스크린 제품(예를 들어 애프터-선 및 선스크린 크림, 오일 또는 로션), 쉐이빙 제품 및 제모제(예를 들어, 애프터쉐이브, 제모 크림, 쉐이빙 폼), 또는 목욕 및 샤워 제조물(예를 들어 폼배스, 배스오일, 배스솔트)가 있다.
본 발명에 있어서, 화장품 대상의 화합물은 예를 들어 다음을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다:
- 항산화제(예를 들어 시트르산, 베타-카로텐, 비타민 E, 글리콜산, 글루타티온, 비타민 C, 폴리페놀, 리코펜, 플라보노이드, 탄닌, 안토시안, N-아세틸시스테인(항-자유 라디칼))
- 비타민(예를 들어 비타민 A, B3, B5, B6, B2, B1, B9, B8, B12, C, E, D, K, K1, K2)
- 지방조절제(예를 들어 카페인, 테오필린)
- 광보호제(예를 들어 벤조페논 3(2-하이드록시-4-메톡시벤조페논), 벤조페논 4(2-하이드록시-4-메톡시벤조페논-5-설폰산), 2-페닐벤즈이미다졸-5-설폰))
- 수화제(예를 들어 유레아, 히알루론산, 소르비톨).
예를 들어, 본 발명에 따른 고체는 벤조페논, 비스나딘, 살리실산, 아스코르브산, 벤조페논 및 이들의 유도체, 카페인, 유레아, 하알루론산 등을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 화장품 대상의 화합물로 로딩될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 유기 표면제는 형광 분자로 더 관능화될 수 있다. 상기 형과 분자의 예로는 로다민(예를 들어 로다민 B), 플루오레세인, 루시페라제, 피렌 및 이들의 유도체, 아미노피롤리디노-7-니트로벤조푸라잔 또는 퀀텀 도트를 들수 있다.
예를 들어, 상기 퀀텀 도트는 카드뮴 셀레나이드, 카드뮴 설파이드, 인듐 아르세나이드, 인듐 포스파이드 또는 카드뮴 셀레나이드 설파이드로부터 선택될 수 있다.
바람직하게, 상기 유효 성분는 적어도 하나의 치환체 F를 포함하는 불화된 분자일 수 있다. 예를 들어, 상기 유효 성분는 상기 언급된 불화된 분자 중 하나일 수 있다. 이들 불화된 분자는 이미지화, 특히 상기 언급된 PET 기술과 같은 형광 이미지화에 사용하기에 적합하다.
이와 같이, 본 발명은 또한 PET 이미지화와 같은 의학적 이미지화에 사용될 수 있는 마커로서 본 발명에 따른 하나 이상의 불화된 분자를 캡슐화한 MOF 나노입자의 용도에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고체는 1 내지 200wt%의 건조 고체, 예를 들어 1 내지 70wt%의 건조 고체, 즉 g 당 약 10 내지 700mg의 건조 고체의 로딩 용량을 가진 제약학적 유효 성분로 로딩될 수 있다.
본 발명과 관련하여, 로딩 용량은 분자를 저장하는 용량 또는 재료에 흡착된 분자의 양을 의미한다. 로딩 용량은 중량 기준 용량(g/g) 또는 몰 용량(mol/mol)으로, 또는 다른 방식(mol/g, g/mol 등) 표시될 수 있다.
본 분야의 다른 문제는 친화성의 부재하에 수송된 분자의 빠른, 제어되지 않는 방출에 관한 것이다. 본 발명에 따른 변형된 외부 표면을 가진 MOF 고체는 더 긴 방출 시간을 허용한다는 이점을 갖는데, 이것은 특히 내부 미소환경뿐만 아니라 화합물의 구조에 기인한다. 철(Fe2 +, Fe3 +), 아연(Zn2 +), 지르코늄(Zr4 +), 티타늄(Ti4 +), 칼슘(Ca2 +), 마그네슘(Mg2 +) 및 알루미늄(Al3 +)과 같은 금속과 바로 복합체화하는 리간드로 관능화된, MOF 재료의 기공 접근 창보다 큰 크기를 가진 표면제를 사용하는 경우 캡슐화된 분자의 방해 없이 안정적인 피복이 가능하다.
본 발명에 따른 고체는 또한 예를 들어 스페이서 리간드 상에 본 발명에 따른 MOF 고체와 관심 분자 사이의 상호작용을 변형시킬 수 있는 관능기를 포함할 수 있다. 이 경우 관심 분자의 캡슐화 및 방출을 제어할 수 있다. 본 발명의 MOF는 이와 같이 캡슐화 수준, 분자 방출 및/또는 고체의 분해능을 조정하기 위하여 수송되어야 하는 관심 분자와 관련하여 개조, 조제 및 설계될 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 MOF 고체는 아래 "실시예" 부문에서 설명된 매우 긍정적인 독성 연구의 대상이었다.
따라서, 유효 성분 수송에 사용된 본 발명의 MOF 고체는 상기 언급된 본 분야의 문제, 특히 생물학적 환경에서 MOF 비히클의 피복의 불안정성과 관련된, 그리고 변형된 외부 표면을 가진 MOF의 기공 내에 캡슐화된 분자의 방출의 방해와 관련된 문제를 극복할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 MOF 고체는 흥비롭게도 재료에 마커를 통합시킬 수 있다.
특정 구체예에 따라서, 본 발명에 따른 고체는 적어도 하나의 관심 분자로 로딩될 수 있으며, 상기 관심 분자는 제약학적 유효 성분 및/또는 화장품 대상의 화합물 및/또는 마커일 수 있다. 상기 관심 분자는 본 발명에 따른 고체의 기공 내에 또는 표면에 함유될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 MOF 고체는 의약, 화장품 조성물 및/또는 의학적 이미지화에 사용될 수 있는 마커의 제조에 사용될 수 있다.
질환에 걸린 대상을 치료하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 기공 내에 또는 표면에 상기 질환을 치료한다고 알려진 적어도 하나의 유효 성분를 포함하는 본 발명에 따른 MOF 고체를 상기 대상에 투여하는 단계를 포함한다.
특히, 본 발명에 따른 MOF 고체는 의학적 이미지화용 마커, 조영제, 트레이서, 방사성활성 마커, 형광 마커, 인광 마커를 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 마커로 로딩될 수 있다.
예를 들어, 본 발명자들은 아래 "실시예" 부문에서 형광 화합물, 특히 로다민으로 표지된 시클로덱스트린 또는 폴리시클로덱스트린에 의한 표면 변형을 기재한다. 이 변형은 공초점 현미경을 사용한 입자의 검출을 허용한다. 공초점 레이저 스캐닝 현미경(CLSM)은 "광학 구간"이라고 칭하는, 필드의 깊이가 매우 얕은(약 600nm) 이미지를 생성하는 특성을 가진 광학 현미경이다. 견본에서 상이한 수준의 깊이들에 대물렌즈의 초점면을 위치시킴으로써 일련의 이미지를 생성하는 것이 가능하다. 이로부터 물체의 3차원 묘사가 얻어질 수 있다. 이와 관련하여 가능한 용도는 셀라인과의 상호작용의 조사이다.
형광 화합물로 표지된 나노입자는 형광 이미지화에 사용될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 고체는 형광 화합물, 산화철, 가돌리늄 복합체, 예를 들어 유기 리간드와의 복합체 형태로 구조에 직접 존재하는 가돌리늄 이온 등을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 마커로 로딩될 수 있다. 마커 로딩을 위한 프로토콜은 당업자에게 공지되어있다. 사용될 수 있는 비제한적 예들은 A.K. Gupta, et al., Nanomed. 2007 2(1), 23-39[28]; P Caravan, Chem. Soc. Rev., 2006, 35, 512-523[29] 또는 Yan-Ping Ren, et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, No. 5, 532 [30]에 개시되어있다.
따라서, 본 발명에 따른 MOF 고체는 마커의 제조, 수송 및/또는 매개 운반에 사용될 수 있다.
본 발명의 고체는 제약학적 유효 성분로 로딩되었을 때 의약의 매개운반에, 및/또는 마커로서 사용되었을 때 생물학적 표적(암과 같은)을 수반하는 질환의 검출 및 모니터링에 사용될 수 있다.
더욱이, 이들 두 용도를 조합함으로써 본 발명의 고체는 유익하게 의약의 생체분포를 시각화하는 것이 가능하다. 이것은 특히 의약의 치료적 치료를 모니터링하고 생체분포를 연구하는데 있어서 상당히 흥미롭다.
특정 구체예에 따라서, 본 발명에 따른 고체의 제조 방법은, 제약학적 유효 성분 및/또는 화장품 대상의 화합물 및/또는 마커일 수 있는, 적어도 하나의 관심 분자를 MOF 고체의 기공 내에 또는 표면에 도입하는 단계(ii)를 더 포함할 수 있다.
상기 도입 단계는 반응 단계(i) 동안 또는 반응 단계(i) 후에 수행될 수 있으며, 이 과정을 통해 관심 분자로 로딩된 고체를 얻을 수 있다.
당업자에게 공지된 어떤 방법도 도입 단계(ii)에서 사용될 수 있다. 예를 들어 관심 분자는 본 발명의 MOF 재료에 다음 방법에 의해서 도입될 수 있다:
관심 분자의 용액에 재료를 침지시킴에 의한 함침;
관심 분자의 승화와 이어서 그 기체 재료에 의한 흡착; 또는
재료와 관심 분자를 기계적으로 혼합하는 단계를 포함하는 회전 롤러에 의한 분쇄.
본 발명의 MOF 재료는 면역 시스템을 회피하고 및/또는 특정 장기, 예를 들어 간에 의한 포획을 방지함으로써 이들 장기로의 축적을 피할 수 있고, 특정 표적으로 유효 성분를 운반할 수 있는 개선된 화합물을 포함한다.
본 특허출원에서 기재된 MOF의 표면 변형의 개선된 방법은 다음을 가능하게 한다:
- 생물학적 환경에서 피복의 더 좋은 안정성을 보장한다.
- 캡슐화의 방해와 해당 MOF 재료에 의해서 매개운반되도록 의도된 활성 분자의 방출을 피한다.
이들 화합물은 또한 유효 성분, 예를 들어 불안정성, 강한 결정화 경향, 낮은 용해도, 양친매성 또는 친수성 성격 등과 관련된 캡슐화에 특히 어려움을 나타내는 유효 성분를 수송할 수 있다.
더욱이, 이들 화합물은 유효 성분의 제어된 방출을 가능하게 한다.
"실시예" 부분에 서술된 대로, 포스페이트화 시클로덱스트린이 본 발명에 있어서 표면제로서 사용되었다. 시클로덱스트린(CD)은 최대 기공을 가진 나노MOF 중 하나인 철 트리메세이트 MIL-100(Fe)의 기공 접근 창보다 더 크기 때문에 매우 우수한 후보가 된다(도 1 및 2 참조). 이들 시클로덱스트린은 MOF의 표면에서 철, 아연, 지르코늄, 티타늄, 칼슘, 마그네슘 및/또는 알루미늄의 불포화 부위와 배위에 의해서 안정하게 결합할 수 있는 포스페이트 기로 관능화되었다. 일반적으로 금속 카복실레이트 바탕질의 해리를 초래하여 금속 산화물 및/또는 포스페이트를 형성하는, 높은 pH(7.4)와 자유 포스페이트 이온의 존재로 인한, 생리학적 환경에서 MOF로부터 표면제의 빠른 탈착을 피하기 위하여, 본 출원에서 제안된 전략은 포스페이트와 동등하거나 초과하는 복합체화 힘으로, 또는 MOF의 표면에서 유기 표면제의 부착을 증가시키기에 충분한 수로, 기들을 그래프팅하는 단계를 채용한다(협력 효과).
본 발명에 따른 표면 변형은 시클로덱스트린 포스페이트(CD-P)의 용액 중에서 간단한 인큐베이션에 의해서 얻어질 수 있다. 이러한 표면 변형 방법은 빠르고(15분 미만) 쉬운 방법이며, 더욱이 "녹색 제약"의 이점을 가진다(소수성 분자의 캡슐화를 위해 유기 용매가 사용될 수 있지만). 상기 표면 변형의 경우 반응 종료시 제거되어야 하는 어떤 유기 용매, 계면활성제 또는 다른 화학물질의 첨가를 요하지 않는다. 따라서, 이러한 방법은 산업적 규모로 적용 가능하다.
"실시예" 부분에 기재된 대로, 포스페이트화 시클로덱스트린으로 변형된 MOF의 결정화도와 기공 체적은 출원 WO 2009/077671에 기재된 PEG 표면제와는 달리 별 영향을 받지 않는다. 사실상 시클로덱스트린 포스페이트로 그래프트된 샘플의 기공 체적은 초기 고체의 것과 비슷하다(도 7a 참조).
표면 변형은 NMR, IR, ITC, 제타 전위의 측정, 및 현미경에 의해서 확인되었다. 단지 15분 후에 나노MOF는 그 중량의 최대 20%가 CD-P로 피복되는데(인큐베이션 24h 후에는 32% 이상), 이러한 피복량은 상당한 것이며, 나노MOF의 표면에 대한 CD-P의 큰 친화성을 나타낸다(도 5). 출원 WO 2009/0077671에 기재된 선형 PEG 및/또는 덱스트란 피복과는 달리, 본 발명의 피복은 물에서 세척 후에 소실되지 않고, 24h 인큐베이션 후에조차 PBS에서 안정하게 유지된다(도 9).
더욱이, CD-P 피복은 물에서 며칠 간 인큐베이션한 후에조차 나노MOF가 더 이상 응집하지 않는다는 점에서 나노MOF의 안정성에 유익한 효과를 보인다(도 10). 이 양태는 MOF 입자의 적용(생물학적, 화장품) 및 저장에 특히 중요하다.
더욱이, CD-P 피복은 캡슐화된 분자의 방출 동력학을 변경하지 않는다. 이것은 항레트로바이러스 AZT의 활성 형태인 아지도티미딘 트리포스페이트(AZT-TP)로서 분명히 증명되었다(도 11). 선형 PEG의 경우, 매우 빠른 방출("버스트 효과")이 인큐베이션의 최초 수 분 경과 후부터 일어난다.
시클로덱스트린 포스페이트로 변형된 외부 표면을 가진 MOF의 상술된 이점들과 특성들은 또한 본 발명에 따른 다른 표면제들, 즉 시클로덱스트린 모노머, 올리고머 또는 폴리머; 분지된 폴리에틸렌글리콜 기; 단백질, 복수의 폴리에틸렌글리콜 측쇄를 지닌 다당류; 또는 하나 이상의 포스페이트, 포스포네이트, 비스포스포네이트, 설페이트, 카복실레이트, 아졸레이트(예를 들어 이미다졸레이트), 아미드 및/또는 아미노 기(들)를 통해서 결정질 MOF 고체의 표면에 위치된 금속 중심 M 또는 리간드 L과 복합체화된 6<pH<8에서는 수불용성이고 pH<5에서는 수용성인 다당류에 의해서 얻어질 수 있다.
제한이 아닌 예시의 목적으로 제공된 아래 주어진 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 읽으면 다른 이점들도 또한 당업자에게 생길 수 있다.
도 1은 표면의 금속 중심 또는 리간드와의 상호작용을 허용하는 몇 개의 기를 지닌 표면제로 표면-변형된 다공성 MOF의 도식적 도해이다.
(a) 재료의 최대 창보다 큰 견고한 부분(예를 들어 시클로덱스트린);
(B) 재료의 최대 창보다 작은 견고한 부분으로서, 표면제(예를 들어 알렌드로네이트로 그래프트된 덱스트란)의 주 사슬의 전체 길이에 분포된 기들.
도 2는 βCDP-MIL-100 상호작용의 도식적 도해이다(βCDP = β-시클로덱스트린 포스페이트).
도 3은 βCDP에 의한 관능화 전후의 MOF MIL-100의 엑스선 분말 회절(XPRP) 패턴이다.
도 4는 βCDP, MOF MIL-100 및 βCDP로 표면-변형된 MOF MIL-100의 FT-IR 스펙트럼이다.
도 5는 나노입자/βCDP의 두 상이한 중량비에서 βCDP에 의한 MIL-100의 변형의 동력학을 보여준다. 1:0.5 또는 1:2의 중량비(각각 실선 및 점선).
도 6은 인큐베이션 시간의 함수로서 변형 및 미변형 MIL-100 나노입자의 ζ 전위를 나타낸다.
도 7a 및 7b는 βCDP(a) 또는 Meo-PEG-NH2(b)에 의한 표면 변형 전후의 MIL-100에 대한 77K에서 질소의 흡착 및 탈착 등온선이다.
도 8은 ITC 특성화에 의해서 얻어진 MIL-100 나노입자와 βCD MIL-100(a) 또는 βCDPMIL-100(b) 사이의 상호작용을 보여준다.
도 9는 PBS 또는 10% 소 혈청으로 보충된 RPMI에서 βCDP-로다민의 탈착, 방출 곡선의 동력학을 보여준다.
도 10은 변형되지 않은 또는 β-CDP로 변형된 MIL-100의 수성 안정성을 보여준다.
도 11은 변형되지 않은, βCDP로 변형된 및 MeO-PEG-NH2로 변형된 표면을 가진 MIL-100으로부터 AZT-TP의 방출 동력학을 보여준다.
도 12는 셀라인 J774.A1에서 미변형 및 βCDP로 변형된 MIL-100의 세포독성 평가 결과이다.
도 13은 ATP-BODIPY 수성 용액의 등량과 함께 24h 동안 인큐베이션된 774.A1 세포에서 미변형 및 βCDP로 변형된 MIL-100의 침투 동력학을 도시한 이미지이다.
도 14는 실시예 4로부터 β-시클로덱스트린 포스페이트 모노머의 형광 유도체의 합성 단계들의 예시이다.
도 15는 실시예 5로부터 폴리-βCD 포스페이트의 형광 유도체의 합성 단계들의 예시이다.
도 16은 실시예 5로부터 폴리-βCD의 인산화 단계들의 예시이다.
도 17은 37℃에서 PBS 매질에서 폴리-βCDP-로다민의 방출 동력학을 보여준다.
도 18은 정전기 상호작용을 통한 키토산에 의한 MIL-100 나노입자의 표면 변형의 도식적 도해이다.
도 19는 milliQ 물에서 초기 현탁액의 희석 후에 MIL-100 및 MIL-100/키토산 나노입자의 평균 직경의 변화를 보여준다. 희석비: 100.
도 20은 MIL-100 및 키토산-변형 MIL-100의 엑스선 회절 패턴이다.
도 21은 MIL-100 및 키토산-변형 MIL-100로부터 AZT-TP의 방출 동력학을 보여준다(AZT-TP의 캡슐화 후 변형).
도 22는 정전기 상호작용 및 Na2SO4의 첨가에 의한 MIL-100 나노입자와 키토산 회합의 도식적 도해이다.
도 23은 MIL-100/키토산 마이크로입자의 입도분석 분포이다. MIL-100/키토산 중량비: 20/1.
도 24는 키토산(검은색 실선), MIL-100 나노입자(검은색 점선) 및 MIL-100/키토산 마이크로입자 중량비 10/1(회색 실선) 및 5/1(회색 점선)의 IR 스펙트럼이다.
도 25는 MIL-100 및 키토산-변형 MIL-100의 엑스선 회절 패턴이다.
도 26은 MIL-100 및 MIL-100/키토산 마이크로입자로부터 AZT-TP의 방출 동력학을 보여준다(캡슐화 후 변형).
도 27은 PEG-알렌드로네이트-덱스트란 바이오콘쥬게이트이다.
도 28은 37℃의 PBS에서 MIL-100(Fe) 나노입자로부터 βCDP-로다민의 탈착을 보여준다.
도 29는 37℃의 PBS에서 MIL-100(Al) 나노입자로부터 βCDP-로다민의 탈착을 보여준다.
이후의 "실시예" 부문에서 약자 "MIL-100"은 식 Fe3O[C6H3(CO2)3]2.X.nH2O(X = F, Cl, OH)의 철 카복실레이트 MOF를 나타낸다.
실시예 1: 다양한 MOF 의 나노입자의 합성
MIL - 89나노 Fe3OX[C4H4(CO2)2]3nH2O(X = F, Cl, OH)
12시간 동안 100℃의 오토클레이브에서 2M 수산화나트륨(Alfa Aesar, 98%)을 0.25mL 첨가한 채로 에탄올 5mL(Riedel-de Haen, 99.8%)에서 철 아세테이트(1mmol; C.T. Dziobkowski, T.J. Wrobleski, D.B. Brown, Inorg. Chem. 1982, 21, 671[51]에 기재된 과정에 따라서 합성됨)와 뮤콘산(1mmol; Fluka, 97%)으로부터 MIL-89나노를 합성했다. 용기를 냉각한 후 10분 동안 5000rpm에서 원심분리하여 생성물을 회수했다.
이 고체 200mg을 15시간 동안 교반하면서 증류수 100mL 중에 현탁하여 기공 내에 남은 용매를 제거했다. 다음에, 10분 동안 5000rpm에서 원심분리하여 고체를 회수했다.
광 산란에 의해서 측정된 입자 크기는 400nm였다.
이 나노입자는 둥글고 약간 기다란 형태를 나타내며, 50-100nm의 매우 균일한 입자 크기를 가진다.
MIL -88A나노 Fe 3 OX[C 2 H 2 ( CO 2 ) 2 ] 3 nH 2 O(X = F, Cl , OH )
에탄올(Riedel-de Haen, 99.8%) 15mL 중에서 FeCl3.6H2O(1mmol; Alfa Aesar, 98%)와 푸마르산(1mmol; Acros, 99%)의 용액에 아세트산 1mL(Aldrich, 99.7%)를 첨가함으로써 재료 MIL-88A나노를 얻었다. 이 용액을 유리병에 넣고 2시간 동안 65℃에서 가열했다. 10분 동안 5000rpm에서 원심분리하여 고체를 회수했다.
이 고체 200mg을 15시간 동안 교반하면서 증류수 100mL 중에 현탁하여 기공 내에 남은 용매를 제거했다. 다음에, 10분 동안 5000rpm에서 원심분리하여 고체를 회수했다.
광 산란에 의해서 측정된 입자 크기는 250nm였다. SEM 이미지는 엣지가 있는 기다란 입자를 보여준다. 입자 크기는 ~500nm와 150nm의 두 가지이다.
MIL - 100나노 Fe 3 O[C 6 H 3 ( CO 2 ) 3 ] 2 .X. nH 2 O (X = F, Cl , OH )
교반하면서 130℃에서 6분 동안 탈이온수 20mL, FeCl3(FeCl3-6H2O, 98% Alfa Aesar) 8.97mmol 및 1,3,5-벤젠트리카복실산(BTC, Sigma Aldrich) 4.02mmol를 함유한 수성 현탁액을 가열함으로써, 마이크로웨이브 조사(Mars 5, CEM)하에 열수 합성에 의해 MIL-100 나노입자를 얻었다. 합성의 상세한 내용은 표 1에 나타낸다(MOF MIL-100(Fe)의 열수 합성을 위한 반응 조건).
마이크로웨이브 조사로 보조된 MOF MIL-100(Fe)의 열수 합성
시약 변수
FeCl 3 BTC H 2 O 방법 힘 온도 시간 교반
8.97　mmol 4.02mmol 110.16　mmol 표준
제어		 400W 130℃ 6분 높음
반응 종료시에 15분 동안 5600xg에서 원심분리하여 나노입자를 회수했고, 이들을 무수 EtOH 30mL로 6번 세척해서 활성화했다. 일단 활성화되면 이들을 EtOH에 재분산시키고, 크기 <300nm, PDI <0.3에 도달할 때까지 초음파 프로브로 초음파 처리했다. 마지막으로, MIL-100을 5600xg에서 15분 동안 원심분리하고, 상청액을 제거하고, 분석할 때까지 나노입자를 실온에 저장했다.
MIL - 101나노 Fe 3 OX[C 6 H 4 ( CO 2 ) 2 ] 3 nH 2 O(X = F, Cl , OH )
MIL-101나노 고체를 얻기 위해서, 디메틸포름아미드(Fluka, 98%) 10mL 중의 FeCl3.6H2O(1mmol; Alfa Aesar, 98%)와 1,4-벤젠디카복실산(1.5mmol; 1,4-BDC Ald-rich, 98%)의 용액을 Paar 봄브에 넣고 15시간 동안 100℃에서 가열했다. 10분 동안 5000rpm에서 원심분리하여 고체를 회수했다.
기공 내에 남은 산을 제거하기 위해서 생성물을 하루 동안 진공하에 200℃에서 가열했다. 생성물이 공기 중에서 불안정했으므로 진공이나 불활성 분위기에 저장한다.
광 산란에 의해서 측정된 입자 크기는 310nm였다.
MIL -88 Bt 나노 Fe 3 OX [ C 6 ( CH 3 ) 4 (CO 2 ) 2 ] 3 nH 2 O(X = F, Cl , OH )
디메틸포름아미드(Fluka, 98%) 10mL 중의 FeCl3.6H2O(1mmol; Alfa Aesar, 98%)와 1,4-벤젠테트라메틸디카복실산(1.5mmol; Chem Service)의 용액에 2M NaOH 0.4mL를 가해서 MIL-88Bt나노 고체를 합성했다. 이 용액을 Paar 봄브에 넣고 2시간 동안 100℃에서 가열했다. 냉수로 용기를 냉각한 후 10분 동안 5000rpm에서 원심분리하여 생성물을 회수했다.
이 고체 200mg을 15시간 동안 교반하면서 증류수 100mL 중에 현탁하여 기공 내에 남은 용매를 제거했다. 다음에, 10분 동안 5000rpm에서 원심분리하여 고체를 회수했다.
광 산란에 의한 입자 크기의 측정 결과 50nm 및 140nm의 두 나노입자 군을 확인하였다.
MIL-88Bt나노 고체의 나노입자는 구체 형태를 가지며, 크기는 50nm이다. 아주 작은 부분만 200nm의 크기를 가진다. 작은 입자들의 응집체도 관찰될 수 있다.
MIL -88B나노 Fe 3 OX[C 6 H 4 ( CO 2 ) 2 ] 3 nH 2 O(X = F, Cl , OH )
메탄올 5mL(Aldrich, 99%) 중의 철 아세테이트(1mmol; C.T. Dziobkowski, T.J. Wrobleski, D.B. Brown, Inorg. Chem. 1982, 21, 671에 기재된 과정에 따라서 합성됨)와 1,4-벤젠디카복실산(1mmol; 1,4-BDC Aldrich, 98%)의 용액으로부터 MIL-89B나노를 합성했다. 이 용액을 Paar 봄브에 넣고 2시간 동안 100℃에서 가열했다. 냉수로 용기를 냉각한 후 10분 동안 5000rpm에서 원심분리하여 생성물을 회수했다.
이 고체 200mg을 15시간 동안 교반하면서 증류수 100mL 중에 현탁하여 기공 내에 남은 용매를 제거했다. 이후, 10분 동안 5000rpm에서 원심분리하여 고체를 회수했다.
광 산란에 의한 입자 크기의 측정 결과 156nm 및 498nm의 나노입자의 이중 분포를 확인하였다. 입자의 형태는 매우 불규칙하며, 300nm의 크기를 가진다.
ZIF -8( Zn )_나노 Zn 6 N 24 C 48 H 6 0n . H 2 O
메탄올(Aldrich, 99%) 200mL 중의 Zn(NO3)2-6H2O(2.933g, 9.87mmol; 98% Si-gma-Aldrich)의 용액으로부터 아연 이미다졸레이트 나노입자 ZIF-8(Zn)_나노(참고자료: J. Mater. Chem., 2010, 20, 7676-7681; A. Demessence, et al., J. Mater. Chem., 2010, 20, 7676-7681[31])를 합성했다. 이 용액을 1시간 동안 실온에서 교반하면서 메탄올 200mL 중의 2-메틸이미다졸(Hmim; 6.489g, 79.04mmol; 99% Aldrich)의 용액에 부었다. 15분 동안 10500rpm에서 원심분리하여 생성물을 회수했다.
이 고체 200mg을 15시간 동안 교반하면서 무수 에탄올 10mL 중에 현탁했다. 이 세척 과정을 3번 반복했다. 광 산란에 의해서 측정된 입자 크기는 30nm였다.
UiO -66( Zr )_나노 Zr 6 O 4 ( OH ) 4 (CO 2 ) 2 C 6 H 4 ) 6 nH 2 O
2시간 동안 130℃에서 디메틸포름아미드(DMF; Fluka, 98%) 50mL 중의 ZrOCl2 -8H2O(3.22g, 10mmol; 99% Sigma-Aldrich)와 1,4-벤젠디카복실산(1.662g, 10mmol; 1,4-BDC Aldrich, 98%)의 용액으로부터 지르코늄 테레프탈레이트 나노입자 UiO-66(Zr)_나노(참고자료: J.H. Cavka et al., JACS, 2009, 130, 13850-13851 [32])를 합성했다. 15분 동안 10500rpm에서 원심분리하여 고체를 회수했다.
이 고체 200mg을 하룻밤 DMF 10mL에 현탁했다. 다음에, 원심분리(15분 동안 10500rpm)에 의해 회수된 생성물을 1시간 동안 메탄올 10mL에 현탁했다.
15시간 동안 교반하면서 무수 에탄올 10mL 중에 현탁했다. 이 메탄올 세척을 2번 반복했다. 광 산란에 의해서 측정된 입자 크기는 280nm였다.
MIL -100( Al )_나노 Al 3 OX [( CO 2 ) 3 C 6 H 3 ] 2 nH 2 O(X = F, Cl , OH , NO 3 )
초음파 막대를 사용하여(20%에서 20s 이후 30%에서 20s) 물 20mL에 1,3,5-메틸벤젠트리카복실레이트 1.21g(0.05mol)을 분산시켜서 알루미늄 트리메세이트 나노입자 MIL-100(Al)_나노를 합성했다. 다음에, 혼합물을 자기 교반하고, 거기에 질산알루미늄 9수화물 2.6629g을 부었다. 다음에, 얻어진 분산물에 4M 질산 4mL를 첨가하고, 이것을 가열 전에 5분 동안 다시 교반했다. 10분의 가열 경사도로 30분 동안 210℃에서 마이크로웨이브 조사하에 합성을 수행했다. 온도가 90℃까지 떨어졌을 때 반응기를 마이크로웨이브 오븐에서 꺼내 반응기를 아이스 배스에서 냉각시켰다. 20분 동안 10500rpm에서 원심분리하여 고체를 회수했다.
액체 부분을 제거하여 버린 후, 부착물(펠릿)을 메탄올 30mL에 다시 분산시키고 하룻밤 자기 교반했다. 분산물을 마지막으로 상기 기재된 조건에서 원심분리하여 황색 고체를 얻었다.
광 산란에 의해서 측정된 입자 크기는 120nm였다.
상기 실시예 모두에서 광 산란에 의한 입자 크기 결정은 Malvern Zetasizer Nano 시리즈 - Nano-ZS; 모델 Zen 3600; 시리얼 No. 500180(UK)에서 수행했다.
주사 전자 현미경법은 Topcon 현미경(Akashi) EM 002B 초고 해상도 200kV를 사용하여 수행했다.
실시예 2: β CDP 로 관능화된 철 트리메세이트 MIL -100의 나노입자 합성
철 트리메세이트(MIL-100)에 기초한 유기-무기 하이브리드 나노입자(나노MOF)를 β 시클로덱스트린 포스페이트(βCDP, Cyclolab, CY-2017.1, 분자식: C42H70O47P4Na4)로 변형시켰다. βCDP는 나노MOF의 효과적인 표면 변형을 위해 두 가지 기본 특징을 가진다: 1) 이 분자의 구조는 MIL-100의 미소기공 창보다 벌키함으로, 기공에 흡착되는 것을 방지하여 나노입자의 다공도를 보존하게 된다; 2) 이 분자는 4개의 포스페이트 기로 치환됨으로, 입자의 표면에서의 철 원자와의 이온공유 결합의 형성에 의해서 나노입자와 안정한 상호작용을 보장하게 된다(도 2).
MIL-100 2mg을 실온에서 교반하면서 24시간 동안 βCDP 2mg/mL의 수성 용액 500μL와 함께 인큐베이션하여 변형시켰다(중량비 나노입자:βCDP = 1:0.5). 인큐베이션 후, 변형된 나노입자를 10분 동안 5600xg에서 원심분리하여 회수했다. 직접 및 간접 방법에 의해 펠릿과 상청액을 분석해서 βCDP와 MIL-100의 상호작용을 특성화한다. 특정 경우, 다른 중량비(나노입자:βCDP = 1:2) 및 다른 인큐베이션 시간을 시험하였다.
c) MIL -100의 물리화학적 특성
XRD (엑스선 회절 ) 분석:
미변형 및 βCDP로 변형된 MIL-100 나노입자를 100℃에서 8시간 동안 건조시키고, 이들의 구조를 엑스선 회절에 의해서 분석했다(Siemens D5000 X'Pert MDP 고해상도 회절계(θ-2θ)(λCu, Kα1, Kα2)). 그 결과 βCDP에 의한 MIL-100의 표면 관능화 방법이 나노입자의 결정 구조를 변경시키지 않음을 확인하였다(도 3).
FT - IR 분광 분석:
MIL-100 5mg을 실온에서 교반하면서 24시간 동안 2.5mg/mL의 βCDP의 수성 용액 1mL와 함께 인큐베이션했다(중량비, 나노입자:βCDP = 1:0.5). 인큐베이션 종료시에 나노입자를 10분 동안 5600xg에서 원심분리하여 회수하고, 물 1mL로 3번 세척하고, 100℃에서 8시간 동안 건조시키고, 마지막으로 FT-IR에 의해서 특성화했다. 변형 후, MIL-100의 스펙트럼은 약 1050cm-1에서 βCDP의 전형적인 사인을 나타내며, 이것은 미변형 샘플에서는 보이지 않는 것으로서, 나노입자에 결합된 포스페이트 기와 관련된 것일 수 있다. 이들 결과는 간단한 인큐베이션에 의한 βCDP에 의한 MIL-100의 효과적인 관능화를 확인한다(도 4).
원소 분석:
MIL-100 나노MOF 20mg을 실온에서 교반하면서 βCDP 2.5mg/ml 수성 용액 4mL와 함께 15분, 1h 또는 24시간 동안 인큐베이션했다(중량비, 나노입자:βCDP = 1:0.5). 인큐베이션 후, 나노입자를 10분 동안 5600xg에서 원심분리하여 회수하고, 물 4mL로 2번 세척하고, 분석할 때까지 100℃에서 저장했다. MIL-100에 결합된 βCDP의 중량 퍼센트(βCDP%w/w)를 다음 식으로부터 변형된 샘플(P%w/w MIL-100(βCDP)) 및 βCDP(P%w/w βCDP) 중의 인 함량에 기초하여 계산했다:
Figure 112014124651514-pct00015
얻어진 결과는 βCDP와 MIL-100 간 상호작용의 빠른 동력학을 보였다. 시클로덱스트린의 대부분이 단지 15분 인큐베이션 후에 나노입자와 이미 회합된다. 더 정확하게는 βCDP의 중량 퍼센트는 15분, 1h 및 24h 인큐베이션 후 각각 13-14 및 17.3%였다(도 5).
또한, Na의 중량 퍼센트 대 인의 중량 퍼센트의 비를 분석했다:
Figure 112014124651514-pct00016
a) 나트륨을 함유하지 않는 MIL-100에서는 이 비가 0이고, b) βCDP에서는 이 비가 0.74인 것이 관찰되었는데, 이것은 분자식에 기초한 예상된 값에 정확히 상응하며, c) βCDP로 변형된 MIL-100에서는 이 비가 분명한 감소(약 0.09)를 나타내는바, 이는 아마도 포스페이트 기의 대부분이 나노입자와 배위되기 때문일 것이다.
마지막으로, 과량의 βCDP(중량비, MIL-100:βCDP=1:2)의 존재하에 이 실험을 반복했으며, 이 경우 βCDP의 중량 기준 함량이 24h 인큐베이션 후 32.4%에 도달하는 것으로 밝혀졌고(도 5), 따라서 이것은 회합의 최대 수준으로 간주될 수 있다.
ζ 전위 분석:
MIL-100 2mg을 실온에서 교반하면서 상이한 인큐베이션 시간들(1h, 4h, 8h, 24h) 동안 βCDP 2mg/mL의 수성 용액 500μL와 함께 인큐베이션했다. 대조군으로서 사용된 미변형 나노입자 2mg을 물 500μL와 함께 인큐베이션했다. 인큐베이션 종료시에 10분 동안 5600xg에서 원심분리하여 나노입자를 회수하고, 물로 3번 세척하고, 0.5mM KCl 용액에 다시 현탁했다. ζ 전위의 측정에 의해서 MIL-100의 표면 전하를 분석했다(Zetasizer Nano 6.12, Malvern Instruments Ltd., UK). 그 결과, 나노입자의 표면 전하가 βCDP에 의한 변형 후 훨씬 더 음으로 되며, 미변형 샘플에 비해 -12(±3)mV 내지 -35(±3.5)mV로 감소함을 확인하였다. 이들 결과는 포스페이트 기에 의한 MIL-100의 표면과 βCDP간의 상호작용을 확인하며, 이것이 표면 전하를 더 음으로 만든다. 더욱이, 이 상호작용은 매우 빨랐고, 단지 1h 인큐베이션 후에 ζ 전위는 이미 최대 값에 도달했다(도 6).
XPS 분석:
MIL-100 2mg을 교반하면서 실온에서 3시간 동안 βCDP 2mg/mL의 수성 용액 500μL와 함께 인큐베이션했다(중량비, 나노입자/βCDP = 1:0.5). 대조군으로서 사용된 미변형 나노입자 2mg을 물 500μL와 함께 인큐베이션했다. 인큐베이션 종료시에 10분 동안 5600xg에서 원심분리하여 나노입자를 회수하고, 물로 3번 세척하고, 탈이온수 100μL에 다시 현탁했다. 이 현탁액 10μL를 구리 필름 위에 부착해 공기 중에서 건조시키고 XPS로 분석했다.
그 결과 βCDP에 의한 변형 후에 탄소의 원자 퍼센트 대 철의 원자 퍼센트(C at%/Fe at%)의 비가 상당히 증가함을 확인하였다(표 2). MIL-100에서 C는 단지 트리메세이트와만 회합되며, 따라서 변형 후 과량이 관찰된다는 것은 나노입자의 표면에 βCDP가 존재함을 의미한다. 특히, 4.6 C가 각 Fe 원자에 결합된 βCDP에 속하며, 이것은 9.1 Fe 원자마다 약 1 βCDP에 상응하는데, βCDP의 각 분자가 42 C를 함유하기 때문이다. 산소의 원자 퍼센트를 이용하여 동일한 결과를 도출할 수 있다. 이 경우, βCDP에 의한 변형 후에 산소의 원자 퍼센트 대 철의 원자 퍼센트(O at%/Fe at%)의 비에 있어서 증가를 관찰했다. 특히, 철 원자당 약 4.2 산소가 βCDP에 결합된다는 것을 계산했으며, 이것은 11.2 철 원자마다 1 βCDP 분자와 동등한데, βCDP의 각 분자가 47 산소를 함유하기 때문이다. 이들 결과는 탄소의 원자 퍼센트로부터 이미 얻어진 결과와 일치한다. 따라서, 10 Fe 원자마다 약 1 βCDP 분자가 있다는 결론을 내릴 수 있다.
마지막으로, 과량의 βCDP의 존재하에 이 실험을 반복했다(중량비, 나노입자:βCDP = 1:2). 이 동일한 전략에 의해 최고 수준의 회합이 8개 Fe 원자당 βCDP 1개 분자에 효과적으로 상응한다는 것을 확인했다.
이들 결과는 βCDP가 MIL-100의 표면과 상호작용하여 외부 코로나를 형성할 수 있음을 나타낸다. 그러나, 궁극적인 목표는 이 외부 코로나가 MIL-100의 다공도와 의약의 캡슐화 용량을 변경하지 않음을 증명하는 것이었다.
미변형 및 βCDP로 변형된 MIL-100 나노입자의 원자 조성
C%/Fe% O%/Fe P%/Fe
나노 MOF 7.5 4.5 0
나노 MOF(βCDP)(1:0.5) 12.1 8.7 0.5
나노 MOF(βCDP)(1:2) 13.1 9.7 0.7
β CDP 또는 MeO - PEG - NH 2 에 의한 변형 후 MIL -100의 질소 흡착 다공도 :
이 질문에 답하기 위해서 βCDP에 의한 변형 전후에 MIL-100의 다공도를 연구했다. 나노입자 30mg을 교반하면서 24시간 동안 βCDP 2.5mg/ml의 수성 용액 6mL와 함께 인큐베이션했다(중량비, 나노입자:βCDP = 1:0.5). 인큐베이션 후 나노입자를 10분 동안 5600xg에서 원심분리하여 회수하고, 100℃에서 6시간 동안 건조시켰다. 이 재료의 다공도를 77K(Belsorp Mini, Bell, Japan)에서 질소 흡착에 의해서 분석했다. 그 결과 MIL-100의 입자 표면에서 βCDP를 그래프트하는 것과 관련된 중량 증가를 고려하여 입자의 다공도(기공 비표면 및 비체적)가 변형 후에도 정확히 동일하게 유지됨을 확인하였으며, 따라서 βCDP는 그것의 벌크 구조로 인해서 나노입자의 기공에 흡착되지 않고 단지 나노입자의 표면과 상호작용할 뿐으로서, 재료의 다공도 및 의약의 캡슐화 용량에 영향을 미치지 않는 외부 코로나의 형성이 증명되었다(도 7a).
반대로, Meo-PEG-NH2(5000Da)과 함께 인큐베이션한 전후에 MIL-100의 다공도 연구에서는 나노입자의 다공도가 변형 후 상당히 감소한 것을 관찰했다(도 7b). 이 결과는 다공도 및 캡슐화 용량의 변경 없이 직접 PEG로 MIL-100의 표면을 변형시키는 것이 불가능함을 증명하는데, 이는 아마도 PEG의 선형 사슬이 나노입자의 미소기공 창으로 쉽게 침투할 수 있어서 기공에 흡착될 수 있기 때문일 것이다.
이 연구에서, MIL-100 30mg을 교반하면서 30℃에서 3시간 동안 PEG 5mg/mL의 수성 용액 2mL와 함께 인큐베이션했다. 인큐베이션 종료시에 나노입자를 10분 동안 5600xg에서 원심분리하여 회수하고, 100℃에서 6시간 동안 건조시켰다. 이 재료의 다공도를 77K에서 질소 흡착 다공도법에 의해서 분석했다.
실시예 3: 분지된 PEG 의 합성
MIL 100 나노입자 30mg을 스타 PEG 0.5mg/mL(Amino-dPEGTM(4)-[dPEGTM(12)-OMe]3, C99H197N5O47, 2209.63g/mol, Iris Biotech, 독일)의 수성 용액 2mL와 함께 2분 동안 2차원 교반하면서 실온에서 인큐베이션했다. 인큐베이션 종료시에 나노입자를 10분 동안 5600xg에서 원심분리하여 회수한 다음 물로 2번 세척했다. 1차 원심분리 후 회수된 상청액에서 비색법으로 PEG를 결정했다(참고자료: Baleaux[33]). PEG의 단지 1wt%만 상청액에 유지되며, 이것은 실제로 모든 PEG(99%)가 나노입자와 상호작용하는 것을 나타낸다. 건조된 나노입자의 다공도를 77K에서 질소 흡착에 의해서 분석했다. BET 비표면은 1400에서 1225㎡/g까지 변하며, 따라서 스타 PEG 또한 선형 PEG와 마찬가지로 기공에 침투한다는 것을 보여준다(아래 참조). 더욱이, 표면 전하는 분지된 PEG에 의한 관능화 전후에 변하지 않는다(ζ 전위 ~ -25 mV).
이러한 기공에의 침투는 매우 빠르며, 약 수 분이 걸린다는 것이 주지되어야 한다. 이 실시예는 "큰" 창을 가진 재료의 경우 상당 수의 분지를 지닌 스타 PEG(> 4)가 기공에의 침투를 피하기 위해서 필요할 수 있음을 보여준다.
상이한 말단 기를 지닌 선형 PEG
MIL-100 나노입자 30mg을 에탄올 1mL 및 선형 PEG 0.5mg/mL의 수성 용액 1mL와 함께 2분 동안 2차원 교반하면서 실온에서 인큐베이션했으며, 선형 PEG는 각 사슬 말단에 다음을 지닌다:
- 에톡시 기와 카복실 기(알파-메톡시-오메가-카복실산 폴리(에틸렌글리콜), 5000Da, Iris Biotech, 독일, MeO-PEG-COOH)
- 메톡시 기와 아미노 기(알파-메톡시-오메가-아미노 폴리(에틸렌글리콜), 5000Da, Iris Biotech, 독일, MeO-PEG-NH2)
- 아미노 기와 카복실 기(알파-아미노-오메가-카복시 폴리(에틸렌글리콜)염산염, 5000Da, Iris Biotech, 독일, NH2-PEG-COOH-HCl)
- 스타 PEG(아미노-dPEGTM(4)-[dPEGTM(12)-OMe]3, C99H197N5O47, 2209.63g/mol, Iris Biotech, 독일)
- 비스포스포네이트 기(PEG-알렌드로네이트; 실험실에서 합성):
단계 1: 4-아미노-1-(하이드록시부틸리덴)비스포스폰산(알렌드로네이트) 합성
4-아미노부티르산(20g, 0.19mol)과 인산 H3PO3(16g, 0.19) 1 당량을 기계 교반기, 온도계 및 적하깔대기를 장착한 250mL 4-목 플라스크에 넣었다. 이들을 최소한의 메탄설폰산에 용해하고, 이어서 반응 혼합물을 65℃로 가열했다.
온도를 65℃로 유지하면서 삼염화인 PCl3(35mL, 0.40mol) 2 당량을 20분 동안 적가했다. 다음에, 반응 혼합물을 하룻밤 65℃에서 교반했다. 다음에, 반응 혼합물을 냉각된 증류수를 사용하여 퀀칭하고, 이어서 얻어진 혼합물을 500mL 3-목 플라스크로 옮겼다. 혼합물을 5시간 동안 환류시켰다.
반응 혼합물을 아이스 배스를 사용하여 실온으로 냉각시켰다. 50%(중량 기준)의 NaOH 수성 용액을 사용하여 pH를 4.3으로 조정해서 비스포스폰산의 침전을 촉진했다. 침전물을 여과하고 진공하에 건조시켰다. 알렌드로네이트의 정제는 메탄설폰산이 제거될 때까지 무수 메탄올로 몇 번 세척을 수행하는 단계를 포함한다. 다음에, 침전물을 가열된 데시케이터에서 하룻밤 건조시켰다(40℃에서).
수율: 82%
IR (cm-1): 1524, 1473, 1168, 1073, 913 cm-1
1H NMR (500 MHz, D2O): 2.93 (m, 2H), 1.88 (m, 4H)
31P NMR {1H} (80.9 MHz, H3PO4/D2O): 18.5(s).
단계 2: 알렌드로네이트-PEG5000-COOH 커플링(PEG-알렌드로네이트)
납작한 병에서 자기 교반하면서 mPEG5000-COOH(150mg, 3.10-5mol) 1 당량을 물 5mL에 용해했다. 커플링제 EDC(45.5mg, 3.10-5mol)와 NHS(33.7mg, 3.10-5mol)를 반응 혼합물에 첨가했다. 이 용액을 37℃에서 인큐베이터에서 1시간 동안 교반했다. pH는 4.5였다. 알렌드로네이트(7.8mg, 0.9 당량)를 물 1mL에 용해했다. 트리에틸아민 몇 방울로 pH를 10으로 조정했다. 다음에, 이 용액을 활성화 PEG 용액에 적가하고, pH를 한번 더 10으로 조정했다.
이 용액을 37℃에서 인큐베이터에서 24시간 동안 교반했다.
물을 증발시켜서 정제하였다. 얻어진 결정을 최소한의 물(200μL)에 용해하고, 다음에 아세톤 20mL를 첨가하여 원하는 생성물을 침전시켰다. 흰색 침전물을 여과하고, 다음에 하룻밤 40℃에서 진공하에 스토브에서 건조시켰다.
얻어진 질량: 110mg
수율: 68%
31P NMR (1H) (80.9 MHz, H3PO4/D2O): 17.96 (s).
인큐베이션 종료시에 나노입자를 10분 동안 5600xg에서 원심분리하여 회수하고, 이어서 물로 2번 세척했다. 1차 원심분리 후 회수된 상청액에서 비색법으로 PEG를 결정했다(참고자료: Baleaux[33]). PEG의 단지 1 내지 2wt%만 상청액에 유지되며, 이것은 실제로 모든 PEG(98-99%)가 나노입자와 상호작용하는 것을 나타낸다. 건조된 나노입자의 다공도를 77K에서 질소 흡착에 의해서 분석했다. MeO-PEG-COOH, MeO-PEG-NH2, NH2-PEG-COOH, 및 스타 PEG 및 PEG-알렌드로네이트의 경우 각각 BET 비표면은 1400에서 1050, 1120, 1160, 1270 및 1320㎡/g까지 감소했다. 이것은 사슬 말단에서 관능화된 선형 PEG가 MIL-100 나노입자의 기공으로 빠르게 침투한다는 것을 증명한다. 더욱이, 표면 전하는 분지된 PEG에 의한 관능화 후 변하지 않았다(ζ 전위 ~ -25mV).
실시예 4: β-시클로덱스트린 포스페이트 모노머의 형광 유도체 합성
i) β-시클로덱스트린 포스페이트 로다민 BITC(βCDP-RBITC)
ii) β-시클로덱스트린 포스페이트 FITC(βCDP-FITC)
사용된 합성 단계는 도 14에 예시된다.
6- 모노아미노 -6- 모노데옥시 -β CD (자유 염기)(1)
6-모노아지도-6-모노데옥시-βCD 11.60g(0.01mol)을 교반하면서 차가운 H2O:MeOH-4:1 혼합물(100mL)에 분산시켰다. 먼저 Pd/C 현탁액(0.58g, H2O 3mL 중 5% Pd 함량), 다음에 하이드라진 일수화물(5g, 5mL, 0.1mol)을 첨가하고 환류하에 가열했다. 환류하에 교반하면서 20분 후 혼합물을 약 50℃로 냉각시키고, 여과하여 결정을 제거하고, 물(15mL)로 3번 세척했다. 용매를 증발시킨 후, 조 생성물을 NH4OH 25%(2mL)의 수성 용액(50mL)에서 침전시켰다. 얻어진 결정을 여과하고, MeOH(10mL)로 3번 세척하고, P2O5와 KOH의 존재하에 하룻밤 감압(10mbar)하에 60℃에서 건조시켰다. 흰색 결정 형태로 얻어진 생성물(1)(10.2g, 90%)은 질화물과 하이드라진을 갖지 않았으며, IR에 의해서 특성화되었고, KOH의 존재하에 진공하에 저장되었다.
(1): m.p.: 203-205℃(dec.). Rf: 0.26-0.29.
IR (KBr) ν/cm-1: 아지드 밴드 소실(2105), 3428 (O-H), 2928 (C-H), 1080, 1029 (C-O-C).
1H-NMR (DMSO-d6): δ= 5.78-5.63 (m, 14H), 4.90-4.85 (m, 7H), 4.50-4.45 (m, 6H), 3.66-3.54 (m, 28H), 3.42-3.24 (HDO와 오버랩, m, 16H).
13C-NMR (125 MHz, DMSO-d6): δ= 101.8, 82.9, 81.6, 81.5, 73.0, 72.3, 72.1, 59.9.
6- 모노데옥시 -6- 모노[(5/6)-로다민일티오레이도]-βCD 염산염(2)
새로 제조된 화합물(1)(227mg, 0.2mmol)을 실온에서 피리딘 5mL에 분산시키고, 로다민 B 이소티오시아네이트(RBITC) 113mg(0.21mmol)을 첨가했다. 반응 혼합물을 교반하면서 60℃로 가열했다. 4h 후, 온도를 90-100℃까지 상승시키고, 로다민 B 이소티오시아네이트 54mg(0.1mmol)을 첨가했다. 3시간 동안 교반한 후, 반응 혼합물을 실온으로 냉각시키고, 아세톤 20mL를 첨가하여 침전시켰다. 조 생성물을 여과하고, 아세톤(1mL)으로 2번 세척하고, 물(50mL)에 분산시키고, 물(50mL)로 미리 포화된 에틸아세테이트로 3번 추출하여 잔류 로다민 B 이소티오시아네이트를 제거했다. 수성상을 감압하에 60℃에서 증발시키고, 얻어진 보라색 고체를 물 10mL에 분산시켰다. 투명한 용액이 얻어질 때까지 염산(0.1M)을 첨가했다(pH = 4-5). 동결건조 후 보라색 분말 형태의 생성물(2)을 회수했다(244mg, 74%).
(2): m.p.: 214℃-215℃(dec.). Rf: 0.52-0.54, 0.82-0.84 (RBITC).
IR (KBr) ν/cm-1: 3310 (O-H), 2968 (C-H), 2928 (C-H), 1708 (C=O), 1617 (C=C), 1154 (C-O), 944 (C-O), 683.
1H-NMR (DMSO-d6): δ= 0.90-1.30 (t, 12H, 메틸-H), 3.10-3.50 (m, 14H, H-2.4), 3.50-3.78 (m, 28H, H-3,5,6), 3.78-4.10 (m, 8H, 메틸렌-H), 4.51 (s 브로드, 6H, OH-6), 4.84 (s, 6H, H-1), 4.96 (s, 1H, H-1'), 5.74 (s 브로드, 14H, OH-2.3), 6.80-7.00 (m, 6H, 방향족-H), 7.00-7.18 (m, 3H, 방향족-H), 7.23 (s), 7.37 (m), 7.60-7.75 (m), 7.90 (s 브로드), 8.00-8.08 (s 브로드), 8.08-8.25 (m), 8.39 (s 브로드), 8.52 (s 브로드), 8.56 (d, J = 3.4 Hz), 8.74 (d, J = 4.7 Hz), 11.00 (s 브로드, 1H, OH-카복실)
13C-NMR (DMSO-d6): δ= 12.25, 45.12, 59.71, 71.83, 72.23, 72.85, 81.31, 95.63, 101.10-101.72 (s 브로드), 112.00-115.00 (s 브로드), 125.40, 129.00-130.93 (s 브로드), 141.40, 154.78, 156.88, 165.40.
6- 모노데옥시 -6- 모노[(5/6)-로다민일티오레이도]-βCD 포스페이트 나트륨염(3)
P2O5를 무수 N-디메틸포름아미드(DMF, 3mL)에 첨가하고(200mg, 1.4mmol), 투명한 용액이 얻어질 때까지 초음파처리에 의해서 혼합물을 분산시켰다. 이 용액에 화합물(2)(235mg, 0.14mmol)을 실온에서 첨가했다. 반응 혼합물을 4시간 동안 교반하면서 40℃로 가열한 다음 실온으로 냉각시켰다. 물 20mL를 첨가하고, 얻어진 용액을 하루 동안 투석했다. 용액을 NaOH(1M)로 중화하고(pH ~7) 몇 번 투석했다(하루). 용액 pH를 NaOH(1M)로 7-8로 조정하고, 생성물을 물(30mL)로 미리 포화된 에틸아세테이트로 4번 추출했다. 물을 감압하에 60℃에서 증발시키고, 얻어진 고체를 물 20mL에 분산시키고 하룻밤 투석하고, 마지막으로 보라색 분말 형태로 동결건조시켰다(3)(229mg, 84%).
(3): m.p.: 229℃-232℃(dec.). Rf: 0.0, 0.82-0.84 (RBITC).
IR (KBr) ν/cm-1: 3390 (O-H), 1647 (C=C), 1594, 1467, 1414, 1348 (P=O), 921, 685, 517.
6- 모노데옥시 -6-모노[(5/6)- 플루오레세인일티오레이도 ]-β CD 염산염(4)
새로 제조된 화합물(1)(227mg, 0.2mmol)을 실온에서 피리딘(5mL) 5mL에 분산시키고, 플루오레세인 이소티오시아네이트(FITC) 82mg(0.21mmol)을 첨가하고, 반응 혼합물을 60℃로 가열했다. 3시간 동안 교반한 후 온도를 90-100℃까지 상승시키고, 플루오레세인 이소티오시아네이트 39mg(0.1mmol)을 첨가했다. 2시간 동안 교반한 후, 반응 혼합물을 실온으로 냉각시키고, 아세톤 20mL를 첨가하여 침전시켰다. 조 생성물을 여과하고, 아세톤(1mL)으로 2번 세척하고, 물(50mL)에 분산시키고, 물(50 mL)로 미리 포화된 에틸아세테이트로 3번 추출하여 잔류 플루오레세인 이소티오시아네이트를 제거했다. 수성상을 감압하에 60℃에서 증발시켰다. 황색을 띤 오랜지색 고체를 물(10mL)에 분산시키고, 투명한 용액이 얻어질 때까지 염산(0.1M)을 첨가했다(pH = 4-5). 동결건조 후 황색 분말 형태의 생성물(4)을 회수했다(256mg, 85%).
(4): m.p.: 222-225 (dec.). Rf: 0.48-0.51, 0.79-0.83 (FITC).
IR (KBr) ν/cm-1: 3307 (O-H), 2930 (C-H), 1746 (C-O 락톤), 1614 (C=C), 1540, 1505, 1453, 1402, 1365, 1328, 1259, 1154, 945, 850, 593.
1H-NMR (DMSO-d6): δ=3.10-3.44 (m, 14H, H-2,4), 3.50-3.78 (m, 28H, H-3,5,6), 4.23-4.65 (m, 6H, OH-6), 4.83 (d, 6H, H-1, J = 2.9 Hz), 4.90 (s 브로드, 1H, H-1'), 5.55-6.00 (m, 14H, OH-2.3), 6.45-6.72 (m, 6H, 방향족 -H), 7,18 (d, 1H, H, J = 7.9 Hz), 7.78 (d, 1H, J = 7.4 Hz), 7.90 (s 브로드, 1H), 10.12 (s 브로드, 2H, OH-페놀 및 카복실).
13C-NMR (DMSO-d6): δ=59.59, 71.83, 72.34, 72.90, 81.41, 99.26, 101.80, 102.10, 109.68, 118.17, 127.37, 128.90, 129.20, 131.30, 152.71, 167.97, 169.51, 180.30.
6- 모노데옥시 -6-모노[(5/6)- 플루오레세인일티오레이도 ]-β CD 포스페이트 나트륨염(5)
P2O5를 무수 N-디메틸포름아미드(DMF) 3mL에 첨가하고(200mg, 1.4mmol), 투명한 용액이 얻어질 때까지 초음파처리에 의해서 혼합물을 분산시켰다. 이 용액에 화합물(4)(213mg, 0.14mmol)을 실온에서 첨가하고, 반응 혼합물을 1시간 동안 교반하면서 40℃로 가열했다. 조 생성물을 실온으로 냉각시키고, 물 20mL를 첨가하고, 얻어진 용액을 하루 동안 투석했다. 용액을 NaOH(1M)로 중화하고(pH ~7) 몇 번 투석했다(하루). 용액 pH를 NaOH(1M)로 7-8로 조정하고, 생성물을 물(30mL)로 미리 포화된 에틸아세테이트로 4번 추출했다. 물을 감압하에 60℃에서 증발시켰다. 얻어진 고체를 물 20mL에 분산시키고 하룻밤 투석한 다음 황색 분말이 얻어질 때까지 동결건조시켰다(5)(223mg, 84%).
(5): m.p.: 268-270 (dec.). Rf: 0.0-0.0, 0.79-0.83 (FITC).
IR (KBr) ν/cm-1: 3399 (O-H), 2924 (C-H), 1750 (C=O), 1639 (C=C), 1611,1498, 1470,1428, 1253 (P=O), 1158, 1080, 1034, 918, 525.
31P-NMR (D2O): δ=-22.46 (s 브로드), -21.49 (s), -10.70 (s 브로드), -9.44 (s 브로드), -8.86 (m), -2.78 (s 브로드), 0.35 (s 브로드), 0.86 (s 브로드).
실시예 5: β-시클로덱스트린 포스페이트 중합체의 형광 유도체 합성
폴리-βCD 포스페이트의 형광 유도체를 제조하는데 사용된 합성 단계는 도 16에 예시된다.
주: FITC의 경우, 마지막 단계만 상이하다(RBIT 대신 FITC, 화합물(9)).
6- 모노아지도 -6- 모노데옥시 - 폴리 -β CD (6):
PhP3 8mg(0.03mmol)을 교반하면서 무수 DMF 15mL에 분산시켰다. I2 8mg (0.03mmol)을 이 용액에 10분에 걸쳐서 서서히 첨가했는데, 온도가 40℃를 초과하지 않도록 주의한다. 다음에, 폴리-βCD 2.1g을 첨가하여 온도를 50℃까지 상승시키고, 용액을 7시간 동안 대기압에서 교반했다. 이 현탁액을 약 50℃까지 냉각시키고, CH3OH 5mL를 첨가하고, 현탁액을 30분 동안 교반했다. 다음에, CH3OH를 감압하에 제거하고, 용액이 얻어질 때까지 DMF(~2mL)를 첨가했다. NaN3 4mg(0.062mmol)을 첨가하고, 온도를 3시간 동안 100℃까지 상승시켰다. 실온으로 냉각한 후, 용액을 하룻밤 투석하고, 다음에 H2O 100mL로 희석했다. 찰콜 0.5g을 첨가하고, 현탁액을 30분 동안 교반했다. 찰콜을 여과하고, 반응 생성물을 물(15mL)로 3번 세척해서 여과했다. 얻어진 용액을 체적이 1/3이 될 때까지 증발시키고 동결건조하여 흰색 분말 형태의 생성물(6)을 얻었다(1.9g).
IR ν/cm-1: 3408, 2926, 2103, 1663, 1437, 1037, 859, 723, 542.
1H-NMR (D2O) δ: 3.0-4.4 (s 브로드), 4.9-5.3 (s 브로드).
6- 모노아미노 -6- 모노데옥시 - 폴리 -β CD (7):
화합물(6)(1.9g)을 물 15mL에 용해했다. 먼저 Pd/C 현탁액(0.18g, H2O 2mL 중 Pd 10%), 다음에 하이드라진 일수화물(1g, 1mL, 0.02mol)을 첨가하고 환류하에 가열했다. 30분 후, 환류하에 교반하면서 반응 혼합물을 실온으로 냉각시켜 여과하고, 마지막으로 하룻밤 투석했다. 용액 pH를 HCl로 5 내지 6으로 조정하고 동결건조하여 흰색 분말 형태의 생성물(7)을 얻었다(1.8g).
IR ν/cm-1: 2103에서 아지드 밴드의 소실.
6- 모노데옥시 -6- 모노[(5/6)-로다민일티오레이도]-폴리 -β CD (8):
화합물(7) 0.8mg을 피리딘 10mL에 분산시켰다. DBU 10mg(10μL, 0.05mmol)과 다음에 RBITC 6mg(0.01mmol)을 첨가하고, 온도를 18시간 동안 60℃까지 상승시켰다. 용매를 감압하에 증발시켰다(60℃, 10mbar). 조 생성물을 물 50mL에 다시 분산시켜 DCM 100mL로 3번 추출했다. 수성상을 증발시키고, 고체를 물 50mL에 다시 분산시켜 물 100mL로 미리 포화시킨 에틸아세테이트로 3번 추출했다. 수성상을 3번 투석하고 동결건조하여 보라색 분말 형태의 생성물(8)을 얻었다(0.6g).
IR ν/cm-1: 3391, 2924, 1721, 1649, 1591, 1418, 1339, 1157, 1082, 1033, 858, 757.
6- 모노데옥시 -6-모노[(5/6)- 플루오레세인티오레이도 ]- 폴리 -β CD (9):
화합물(7) 0.8mg을 피리딘 10mL에 분산시켰다. DBU 10mg(10μL, 0.05mmol)과 다음에 FITC 4mg(0.01mmol)을 첨가하고, 온도를 9시간 동안 60℃까지 상승시켰다. 용매를 감압하에 증발시키고(60℃, 10mbar), 조 생성물을 물 50mL에 다시 분산시켜 DCM 100mL로 3번 추출했다. 수성상을 증발시키고, 고체를 물 50mL에 다시 분산시켜 물 100mL로 미리 포화시킨 에틸아세테이트로 3번 추출했다. 수성상을 3번 투석하고 동결건조하여 황색 분말 형태의 생성물(9)을 얻었다(0.7g).
IR ν/cm-1: 3402, 2925, 1738, 1653, 1592, 1506, 1465, 1328, 1151, 1110, 1082, 1041, 853.
폴리-βCD의 인산화 단계는 도 17에 예시된다.
주: FITC의 경우, RBITC 대신 FITC로 인산화를 수행했다(화합물(11)).
6- 모노데옥시 -6- 모노[(5/6)-로다민일티오레이도]폴리 -β CD 포스페이트 , 나트륨 염(10)
6- 모노데옥시 -6-모노[(5/6)- 플루오레세인일티오레이도 ]- 폴리 -β CD 포스페이트 , 나트륨 염(11)
폴리 -β CD 포스페이트 , 나트륨 염(12)
실시예 6: 실시예 2b로부터의 β-CDP로 변형된 외부 표면을 가진 MIL-100 MOF의 ITC(등온 적정 열량법) 특성화
βCDP와 MIL-100 사이의 상호작용 속성을 연구하기 위해서 나노입자의 표면 변형 반응의 열역학을 ITC에 의해서 특성화했다. 각각 30 및 14mg/mL에서 βCDP와 β 시클로덱스트린(βCD)의 수성 용액을 MIL-100 1.5mg/ml의 수성 용액 2mL에 적하 주입했다. 그 결과는 βCDP가 복합체 반응에 의해서 MIL-100와 상호작용하며, 이는 발열 및 흡열 효과를 수반한다는 것을 보였는데, 이것은 각각 포스페이트 기와 철 원자 사이의 배위 및 그에 따른 나노입자의 탈수와 관련될 수 있다. 반대로, βCD 용액의 적정에 대해서는 신호가 관찰되지 않았다. 이들 결과는 포스페이트 기가 아마도 철 원자와의 이온공유 결합을 형성함으로써 MIL-100과의 상호작용에 있어서 핵심 역할을 한다는 것을 나타낸다(도 9).
실시예 7: βCDP에 기초한 피복의 안정성
상기에서 βCDP가 MIL-100와 효과적으로 상호작용할 수 있다는 것이 검증되었으며, 이 실시예에서는 생리학적 조건에서 이 상호작용의 안정성을 연구했다. 이를 위하여 MIL-100를 3개 포스페이트 기와 1개 로다민-BITC 단위로 치환된 1개 βCDP 분자인 βCDP-로다민으로 변형시켰다. 나노MOF 2mg을 실온에서 교반하면서 24시간 동안 βCDP-로다민의 수성 용액 500μL와 함께 인큐베이션했다. 인큐베이션 종료시에 나노입자를 10분 동안 5600xg에서 원심분리하여 회수하고, 형광분광기에 의해서 상청액을 분석하여 나노입자에 결합된 βCDP-로다민의 양을 결정했다. 그 결과 MIL-100와 회합된 βCDP-로다민의 양이 30.5(±0.1)% w/w임을 확인했다. 이들 결과는 원소 분석에 의해서 얻어진 것과 일치한다. 변형된 나노입자를 물 1mL로 세척하여 과량의 βCDP-로다민을 제거하고, 마지막으로 PBS(포스페이트 완충 식염수, Lonza) 또는 RPMI 10% FBS(태아 소 혈청 10%(v/v), 100IU/mL 페니실린-스트렙토마이신)을 첨가한 RPMI 1640 GlutaMAX™) 1mL에서 교반하면서 37℃에서 인큐베이션했다. 다양한 인큐베이션 시간 후에(0.5-2, 5-5-8-24h), 상청액을 5600xg에서 10분 동안 원심분리하고, 상청액 500μL를 취하여 동일한 양의 신선한 매질로 대체했다. 상청액을 형광분광기에 의해서 분석하여 매질 중에 βCDP-로다민의 방출을 정량했다. 그 결과는 나노입자와 결합된 βCDP-로다민의 단지 11.6%만 PBS 중에서 24h 인큐베이션 후에 방출되며, 이 퍼센트는 RPMI 10% SBF에서도 16.1%를 초과하지 않음을 보였다(도 9). βCDP의 외부 코로나는 아마도 철과 복합체화하는 4개의 포스페이트 기들 사이의 협력 효과로 인해서 생리학적 조건에서 안정하다는 결론을 내릴 수 있다.
β CDP 에 기초한 외부 코로나의 효과
실시예 8: 물에서 MIL-100의 안정성
MIL-100 2mg을 교반하면서 실온에서 24시간 동안 βCDP 2mg/ml(중량비, 나노입자:βCDP = 1:0.5)의 수성 용액 500μL와 함께 인큐베이션했다. 인큐베이션 종료시에 MIL-100를 10분 동안 5600xg에서 원심분리하여 회수하고, 물로 세척하고, 물 1mL에 다시 현탁했다. 대조군으로서 사용된 미변형 MIL-100 2mg을 물 1mL에서 인큐베이션했다. 상이한 인큐베이션 시간(1-2-3일) 후에 DLS(Zetasizer Nano 6.12, Malvern Instruments Ltd., UK)에 의해서 나노입자의 크기를 평가했다. 그 결과 미변형 나노입자는 물에서 즉시 응집하지만 일단 βCDP로 변형되면 이들은 3일의 인큐베이션 동안 일정한 작은 크기를 유지함을 확인하였다(도 10). 이것으로부터 βCDP의 외부 코로나가 MIL-100에 우수한 수안정성을 부여한다는 결론을 내릴 수 있다.
실시예 9: βCDP 또는 MeO-PEG-NH2에 의한 변형 후 AZT-TP의 방출을 위한 MIL-100의 용도
MIL-100 2.5mg을 교반하면서 AZT-TP[3H](AZT-TP-메틸[3H], Moravek) 1%를 함유한 아지도티미딘 트리포스페이트(AZT-TP, 트리플) 400μg/ml의 수성 용액 500μL와 함께 실온에서 24시간 동안 인큐베이션했다. 인큐베이션 종료시에 나노입자를 10분 동안 5600xg에서 원심분리하여 회수하고, 섬광 계수기로 상청액을 분석하여 캡슐화된 의약 농도를 계산했다. 다음에, 나노입자를 교반하면서 실온에서 3시간 동안 βCDP 2.5mg/ml의 수성 용액(중량비, 나노입자:bCDP = 1:0.5) 500μL, MeO-PEG-NH2 1.67 mg/ml의 수성 용액(중량비, 나노입자:PEG = 1:0.33) 500μL 또는 물(대조군 샘플) 500μL와 함께 인큐베이션했다. 인큐베이션 종료시에 10분 동안 5600xg에서 원심분리하여 나노입자를 회수하고, 섬광 계수기를 사용하여 상청액을 분석해서 표면 변형 후 의약의 방출을 정량했다. 마지막으로, 나노입자를 교반하면서 37℃에서 PBS 1mL에서 인큐베이션했다. 다양한 인큐베이션 시간 후, 현탁액을 5600xg에서 10분 동안 원심분리하고, 상청액 500μL를 취해서 동일한 양의 신선한 매질로 대체했다. 상청액을 섬광 계수기로 분석하여 미변형 나노입자에 의한 AZT-TP의 방출을 평가하고, βCDP 또는 MeO-PEG-NH2로 변형된 것들에 대해서도 평가했다. 도 11에 제시된 결과는 βCDP에 의한 표면 변형이 의약의 방출에 영향을 미치지 않음을 보이며, 이는 아마도 이미 지적된 대로 이들이 입자의 내부 기공도의 방해 없이 단지 나노입자의 표면과만 상호작용하기 때문일 것이다. 반대로, MeO-PEG-NH2에 의한 변형 후에는 "버스트 효과"(제어되지 않는 빠른 방출)가 관찰되었다. 선형 PEG 사슬은 MIL-100의 기공으로 침투하여 AZT-TP의 캡슐화된 분자를 대체할 수 있으며, 이것은 PBS에서 이들의 방출을 촉진한다.
실시예 10: 미변형 및 βCDP로 변형된 MIL-100 나노입자의 세포독성
뮤린 대식세포 셀라인 J774(ECACC No. 91051511)를 비활성 태아 소 혈청(10% (v/v)), 페니실린(100IU/mL) 및 스트렙토마이신(100μg/mL)을 첨가한 RPMI 1640 GlutaMAX™에서 배양했다. 이 셀라인에 대해서 MIL-100의 세포독성을 상이한 농도의 나노입자 용액과 함께 48h 인큐베이션한 후에 96-웰 플레이트(웰당 104 세포)에서 MIT 분석에 의해서 결정했다. 그 결과는 MIL-100가 고 농도(100mM)에서도 어떤 유의한 세포독성 효과를 갖지 않음을 보였으며, βCDP에 의한 변형 후에도 동일한 결과가 관찰되었다.
J774 셀라인에서 MIL -100의 침투
이 분석을 위해서 MIL-100를 형광단인 아데노신 5'-트리포스페이트 BODIPY-FL(ATP-BODIPY, 아데노신 5'-트리포스페이트, BODIPY® FL, Invitrogen)로 표지했다. MIL-100 1.25mg을 실온에서 암소에서 교반하면서 ATP-BODIPY 10nmol/ml의 수성 용액 500μL와 함께 1시간 동안 인큐베이션했다. 인큐베이션 종료시에 나노입자를 10분 동안 5600xg에서 원심분리하여 회수하고, 상청액을 형광분광기에 의해서 분석하여 형광단 흡수 수준을 정량했다. 다음에, 실온의 암소에서 교반하면서 1시간 동안 나노입자를 물(미변형 샘플) 또는 βCDP 1.25mg/ml 수성 용액 500μL에서 인큐베이션했다. 인큐베이션 종료시에 나노입자를 10분 동안 5600xg에서 원심분리하여 회수하고, 50μg/ml의 최종 농도로 RMPI 10% FBS(태아 소 혈청)에 다시 현탁했다. J774 셀라인 세포를 멸균 유리 커버 슬립 위에서 24-웰 플레이트(웰당 5x104 세포)에서 미리 배양했다. 37℃에서 가습된 인큐베이터에서 24h 인큐베이션 후, 배양 배지를 ATP-BODIPY(미변형 또는 표면 변형)로, 또는 자유 ATP-BODIPY로 로딩된 나노입자 용액 1mL로 대체했다. 다양한 인큐베이션 시간 후(15분, 1h, 4h, 24h), 배양 배지를 흡인하고 세포를 고정했다. CLSM을 사용하여 단지 15분 인큐베이션 후에 MIL-100가 아마도 포식작용에 의해서 세포에 매우 빨리 내재화된다는 것이 관찰되었다. βCDP로 표면 변형된 나노입자의 경우에도 동일한 거동이 관찰되었다. 반면에, 자유 ATP-BODIPY는 그것의 친수성 성격으로 인해서 세포막을 통과할 수 없어서 세포에서 형광이 관찰되지 않았는데, 이것은 형광단의 내재화에 있어서 MIL-100의 능동적 역할을 증명한다(도 13).
실시예 11: 본 발명에 따른 복합체화 기로 관능화되지 않은 PEG에 의한 MOF 표면 변형의 비교예: 다공도 및 유효 성분의 방출
MOF 표면의 관능화를 위해서 본 분야에서 사용된 PEG 사슬[2]은 재료의 기공에 쉽게 침투하며, 이로써 접근가능한 다공도와 그에 따라 활성 분자를 캡슐화하는 용량이 상당히 손실된다. 더욱이, PEG 사슬은 캡슐화된 활성 분자를 방출한 것이 증명되었으며, 따라서 이것은 제어되지 않는 방식으로 방출된다.
실시예 12: 본 발명에 따른 복합체화 기로 관능화되지 않은 덱스트란-바이오틴에 의한 MOF의 표면 변형의 비교예
최근 소수성 상호작용에 기초한 피복(덱스트란-바이오틴)[2]이 포스페이트 버퍼 용액 중에서 불안정한 것이 증명되었다. 이들 피복은 1시간 동안 덱스트란-바이오틴(Sigma Aldrich)의 용액과 MIL-100 나노입자를 인큐베이션하고, 이어서 9500g에서 원심분리하여 나노입자를 회수하고 물이나 PBS에 다시 현탁함으로써 생성되었다. 30분 후 피복의 30%가 소실되었다. 1시간 후, 덱스트란의 40% 이상이 탈착되었고, 24시간 후에는 70%가 탈착되었다. 피복의 이런 불안정성은 생체내의 생물의학 용도에 적합하지 않다.
실시예 13: 폴리-βCDP에 의한 MIL-100 나노입자의 표면 변형:
MIL-100 2mg을 실온에서 교반하면서 24시간 동안 폴리-βCDP-로다민(1:10, 1 포스페이트/10 시클로덱스트린) 2mg/mL(중량비, 나노입자:βCDP = 1:0.5)의 수성 용액 500μL와 함께 인큐베이션하여 변형시켰다. 인큐베이션 후 원심분리(9500g, 10분)하여 변형된 나노입자를 회수하고, 상청액을 형광분광기에 의해서 분석하여 나노입자와 회합된 폴리-βCDP-로다민의 양을 결정했다. 그결과 MIL-100과 회합된 βCDP-로다민의 양이 34(±0.5)% w/w임을 확인했다. 변형된 나노입자를 물 1mL로 세척하여 과량의 폴리-βCDP-로다민을 제거하고, 최종적으로 2mg/mL의 농도에서 교반하면서 37℃에서 PBS(포스페이트 완충 식염수, Lonza) 1mL에서 인큐베이션했다. 다양한 인큐베이션 시간(0.3-6-24 h) 후, 현탁액을 9500g에서 10분 동안 원심분리하고, 다음에 상청액 500μL를 취해서 동일한 양의 신선한 매질로 대체했다. 상청액을 형광분광기에 의해서 분석하여 매질 중에 폴리-βCDP-로다민의 방출을 정량했다. 그 결과 나노입자와 결합된 βCDP-로다민의 20% 미만이 PBS 중에서 4h 인큐베이션 후 방출된 것을 확인하였다(도 17). 따라서, 폴리-βCDP-로다민의 외부 코로나는 아마도 나노MOF와 배위된 몇 개의 포스페이트 기들의 협력 효과로 인해서 생리학적 조건에서 안정하다는 결론을 내릴 수 있다.
실시예 14: 키토산에 의한 MIL-100 나노입자의 합성 후 표면 변형
개념:
철 트리메세이트(MIL-100)에 기초한 유기-무기 하이브리드 나노입자(나노MOF)를 키토산으로 변형시켰다. 키토산은 키틴의 탈아세틸화에 의해서 얻어진 천연 기원의 다당으로서, 그것의 식이 아래 주어진다(DDA는 키토산의 탈아세틸화 정도이다. (DDA: 탈아세틸화도)).
Figure 112014124651514-pct00017
β(1-4) 결합에 의해서 함께 연결된 글루코사민 단위들로 구성된 이 중합체는 생분해성이며 생체적합성이라는 이점을 제공한다. 더욱이, 이 중합체는 생체접착 특성을 가진다. 물에 불용성인 키토산은 아세트산 1% 용액(AA1%)과 같은 산 매질에 용해되 후, 중합체 사슬을 따라 분포된 아민 기가 양성자화되어 중합체가 양으로 하전될 수 있다.
MIL-100 나노입자는 Fe3 + 양이온뿐만 아니라 이들의 합성에 사용된 트리메스산으로부터 유래된 COOH 기를 포함한다(pKa 3.4).
키토산에 의한 표면 변형은 AA1% 매질 중에서 이 중합체와 MIL-100 나노입자 사이의 복수의 정전기 상호작용에 기초한다(도 18).
키토산과 나노입자 사이의 상호작용은 Na2SO4와 같은 염을 첨가함으로써 강화될 수 있으며, 이것은 키토산의 용해도 손실을 초래하여 나노입자 표면에 부착된 중합체 양을 증가시키는 것을 가능하게 한다.
방법:
철 트리메세이트 MIL-100의 나노입자의 합성:
실시예 2의 단락 a에 기재되어있다.
MIL-100 나노입자를 탈이온수 20mL, FeCl3(FeCl3-6H2O, 98% Alfa Aesar) 8.97 mmol 및 1,3,5-벤젠트리카복실산(BTC, Sigma Aldrich) 4.02mmol을 함유한 수성 현탁액을 교반하면서 130℃에서 6분 동안 가열함으로써, 마이크로웨이브 조사(Mars 5, CEM)하에 열수 합성에 의해서 얻었다.
반응 종료시에 나노입자를 15분 동안 5600xg에서 원심분리하여 회수했다. 입자의 활성화(즉, 기공으로부터 BTC의 추출)를 무수 에탄올 30mL로 6회 연속 세척하여 수행했다. 일단 활성화되면 크기 <300nm의 단분산(PDI<0.2) 나노입자를 에탄올에 다시 분산시켰다.
키토산에 의한 MIL-100의 표면 변형:
MIL-100 5mg을 1% 아세트산 중의 2.5mg/mL 키토산의 수성 용액 500μL와 함께 인큐베이션했다(나노입자/키토산 중량비 = 4/1). 균질화 후(와동 및 초음파), 샘플을 24시간 동안 회전 교반기에서 교반했다. 다음에, 나노입자를 16 870xg/20분/25℃에서 원심분리했다. 균일한 펠릿이 얻어졌다. 그것을 AA1% 200μL에 다시 현탁하고, 샘플을 다시 원심분리하여 과량의 키토산을 제거했다. 마지막으로, MIL-100/키토산 나노입자의 펠리을 milliQ 물 1mL에 흡수시켰다.
특정 경우, 다른 나노입자/키토산 중량비 및 다른 인큐베이션 시간이 시험되었다.
MIL-100/키토산 나노입자의 물리화학적 특성:
평균 직경 및 콜로이드 안정성:
나노입자의 크기를 광의 유사-탄성 산란에 의해서 측정했다(Nanosizer, Mal-vern, 프랑스). 표 3은 MIL-100/키토산 나노입자 형성일(d0)과 실온(20℃)에서 30일 저장 후 얻어진 결과를 나타낸다. 이 분석은 키토산에 의한 피복 후 나노입자의 평균 직경이 약간 증가한 것을 나타냈다(213±3nm 대 178±3nm). 그러나, 다분산성 지수는 MIL-100의 경우 0.05에서 MIL-100/키토산의 경우 0.26까지 변한다.
30일 저장 후 입자의 응집이 미변형 샘플에서 관찰되었다. 그러나, 키토산으로 피복된 MIL-100 나노입자는 이들의 평균 직경을 보유했다.
키토산 피복을 가진 또는 갖지 않은 MIL-100 나노입자의 평균 직경
d0 d30
d (nm) IP d (nm) IP
MIL 100 178±3 0.05 973±144 0.50
MIL 100_키토산 213±3 0.26 187±3 0.11
또한, 현탁액을 milliQ 물에 100배 희석하고 희석된 샘플에서 평균 직경의 전개를 모니터링함으로써 나노입자의 콜로이드 안정성을 평가했다(도 19).
물에서 2시간 희석 후 MIL-100은 피복의 부재하에 응집체를 형성한 것이 관찰되었다. 평균 직경은 2h 후 160nm에서 360nm까지 변했고, 물에서 4h 후에는 1100nm에 도달했다. 그러나, MIL-100/키토산의 경우 나노입자는 시간이 지나도 170nm에 가까운 일정한 직경을 유지했다.
피복 안정성:
MIL-100/키토산 나노입자를 MIL-100/키토산 중량비:4/1에서 로다민 이소티오시아네이트로 표지된 키토산(키토산-RITC)을 사용하여 제조했다. MIL-100과 키토산 용액을 1, 2 및 23시간 동안 접촉시킨 후, 상기 기재된 대로 샘플을 원심분리하고 정제하고 milliQ 물에 다시 현탁했다. 샘플의 원심분리와 정제로부터 얻어진 상청액을 형광분광기에 의해서 분석했다. 키토산은 2% w/w에 가까운 수준에서 MIL-100과 회합된 것으로 나타났다.
로다민-ITC로 표지된 나노입자는 pH 7.4의 포스페이트 버퍼 1mL에 다시 현탁했다. 이 매질 중에서 RT에서 24시간 인큐베이션 후, 샘플을 원심분리하고, 상청액을 형광분광기에 의해서 분석했다. 상청액에서 키토산-RITC는 검출되지 않았으며, 이는 MIL-100/키토산 회합이 시험된 실험 조건에서 안정했음을 나타낸다.
XRD:
미변형 및 키토산 변형된 MIL-100 나노입자를 100℃에서 18시간 동안 건조시키고, 다음에 이들의 구조를 엑스선 회절에 의해서 분석했다. 엑스선 회절 분석 결과 키토산에 의한 MIL-100 나노입자의 표면 변형 과정이 이 재료의 결정질 구조를 변경하지 않았음을 확인하였다(도 20).
키토산에 의한 변형 후 MIL-100의 질소 흡착 다공도:
나노입자 30mg을 교반하면서 2.5mg/ml 키토산의 수성 용액 3mL와 함께 인큐베이션했다(나노입자:키토산 중량비 = 4/1). 24h 접촉 후 과량의 키토산을 16870x g/20분/25℃에서 원심분리하여 제거했다. 상기 기재된 대로 나노입자를 정제한 다음, 이들을 18시간 동안 100℃에서 건조시켰다. MIL-100의 대조군 샘플(키토산 없음)을 MIL-100/키토산 샘플과 동일한 방식으로 제조했다. 이 재료들 MIL-100과 MIL-100/키토산의 다공도를 77K에서 질소 흡착에 의해서 분석했다.
그 결과 MIL-100 나노입자의 비표면이 키토산 피복에 의해서 변경되지 않았음을 확인하였다. 따라서, MIL-100은 2100㎡/g의 Langmuir 표면적을 나타냈고, MIL-100/키토산은 2030㎡/g과 동등한 Langmuir 표면적을 가졌다. 이 결과는 또한 키토산이 기공에의 접근을 차단하지 않으며, 따라서 입자의 표면에서만 키토산이 존재하는 것을 증명한다.
AZT-TP의 캡슐화 및 방출:
키토산-변형된 나노입자를 AZT-TP의 용액과 함께 인큐베이션했다. 24h 접촉 후 샘플을 원심분리하고, 캡슐화된 AZT-TP를 결정했다. 변형 후에조차 MIL-100 나노입자는 AZT-TP 캡슐화 용량을 보유한 것으로 나타났다. 캡슐화 수율은 99%였으며, 이것은 7.8%(w/w)의 회합 수준에 상응한다. 이들 결과는 어떤 피복의 부재하에 MIL-100에 대해서 얻어진 것과 유사했다.
또한, AZT-TP를 캡슐화한 MIL-100 나노입자를 키토산으로 변형했다(캡슐화 후 변형). 변형 과정은 피복 과정으로 인한 희석 효과에 의해서 캡슐화된 PA의 단지 4%만 방출시킨 것으로 나타났다.
캡슐화 후 변형된 MIL-100로부터 AZT-TP의 방출을 37℃에서 PBS 매질 pH 7.4 중에서 연구하고, MIL-100/키토산과 동일한 조건에서 처리된 MIL-100의 결과와 비교했다. 얻어진 결과는 도 21에 제시된다. 이들은 유효 성분의 방출이 키토산 피복에 의해서 변경되지 않음을 보인다.
MIL-100 나노입자의 표면에서 키토산 양의 증가:
MIL-100 5mg을 1% 아세트산 중의 2.5mg/mL 키토산의 수성 용액 500μL와 함께 인큐베이션하여 변형시켰다(나노입자/키토산 중량비 = 4/1). 키토산/MIL-100 상호작용을 허용하는 샘플의 균질화 후(와동 및 초음파), Na2SO4의 용액을 실온에서 초음파 배스에서 샘플에 적가했다. 이 방식으로 마이크로입자가 얻어졌다(도 22). 서서히 원심분리하여 이들을 수집했다(1380xg/1분/25℃). 균일한 펠릿이 얻어졌다. 다음에, 이 마이크로입자를 탈이온수로 세척하고 원심분리(1380xg/1분/25℃)하여 정제했다. 이 작업을 3번 반복했다.
특정 경우, 다른 나노입자/키토산 중량비가 시험되었다.
마이크로입자의 물리화학적 특성
입자 크기 및 형태:
마이크로입자의 크기를 액체 매질 중에서 레이저 입도분석기에 의해서 측정했다(Mastersizer 2000, Malvern, 프랑스). 이들은 평균 직경 6.4μm를 가졌고, 1.5와 동등한 Span 지수에 의해서 나타낸 좁은 분포를 가졌다(도 23, 표 4). 입자의 10%는 3.3μm 미만의 직경을 가지며, 입자의 90%는 12.6μm 미만의 직경을 가진다.
MIL-100/키토산 마이크로입자의 현탁액의 입도분석 변수. MIL/키토산 중량비:20/1.
D(0.1) μm D(0.5)　μm D(0.9)　μm Span
3.3 6.4 12.6 1.5
미소-원소 분석:
MIL-100 5mg과 키토산 0.25mg으로부터 마이크로입자를 제조했다. 인큐베이션 후 마이크로입자 펠릿을 18시간 동안 100℃에서 건조시킨 후, 미소-원소 분석에 의해서 분석했다(표 5). 질소 원자가 키토산에서 특징적으로 발견되었기 때문에 마이크로입자에서 정량하는 것이 가능했다. 이 분석은 모든 키토산이 MIL-100과 회합된 것을 나타냈다.
MIL-100, 키토산 및 MIL-100/키토산 마이크로입자의 샘플에서 미소-원소 분석에 의해서 결정된 C, H 및 N의 퍼센트
MIL-100 키토산 MIL-100/키토산
측정된 % 측정된 % 측정된 %
탄소 36.5 45.5 31.7
수소 2.7 6.7 2.1
질소 0 8.5 0.4
MIL-100/키토산 회합(association)의 안정성:
MIL-100/키토산 중량비: 4/1; 8/1 및 20/1로 로다민 이소티오시아네이트로 표지된 키토산(키토산-RITC)을 사용하여 마이크로입자를 제조했다. 마이크로입자 형성 후, 상기 기재된 대로 샘플을 원심분리하고 탈이온수로 세척했다. 샘플의 원심분리와 다양한 세척으로부터 얻은 상청액을 형광분광기에 의해서 분석했다. 상기 상청액은 키토산을 함유하지 않았으며, 키토산은 MIL-100과 완전히 회합되어 마이크로입자를 형성한 것으로 확인되었다. 이 결과는 미소-원소 분석의 결과와 일치한다.
로다민-ITC로 표지된 마이크로입자를 포스페이트 버퍼 pH 7.4 1mL에 다시 현탁했다. 이 매질 중에서 RT에서 24h 인큐베이션 후, 샘플을 원심분리하고, 상청액을 형광분광기에 의해서 분석했다. 상층액에서 키토산-RITC는 검출되지 않았으며, 이는 MIL/키토산 연관이 포스페이트 버퍼에서 안정했음을 나타낸다.
적외선 분광법:
마이크로입자를 18시간 동안 100℃에서 건조시킨 다음 FT-IR에 의해서 분석했다. 마이크로입자의 샘플에서 얻어진 스펙트럼은 1030cm-1 근처에서 키토산의 특징적인 흡수 밴드(에테르 결합 C-O-C의 스트레칭 밴드)를 분명히 나타낸다(도 24).
XRD:
MIL-100과 MIL-100/키토산을 100℃에서 18시간 동안 건조시켰다. 이들의 구조를 엑스선 회절에 의해서 분석했다(Siemens D5000 X'Pert MDP 고해상도 회절계(θ-2θ)(λCu, Kα1, Kα2)). 그 결과 키토산에 의한 MIL-100의 표면 변형 방법이 MIL-100의 결정 구조를 변경하지 않았음을 확인하였다(도 25).
AZT-TP의 캡슐화 및 방출:
키토산으로 변형된 마이크로 크기의 입자를 AZT-TP의 용액과 함께 인큐베이션했다. 24h 접촉 후 샘플을 원심분리하고, 캡슐화된 AZT-TP를 결정했다. 변형 후에조차 MIL-100의 입자는 AZT-TP 캡슐화 용량을 보유한 것으로 나타났다. 캡슐화 수율은 99%였으며, 이것은 7.8%(w/w)의 회합 수준에 상응한다. 이들 결과는 어떤 피복의 부재하에 MIL-100s에 대해서 얻어진 것과 유사했다.
또한, AZT-TP로 로딩된 MIL-100/키토산 마이크로입자를 AZT-TP를 캡슐화한 나노입자로부터 제조했다(캡슐화 후 변형). 변형 과정(AZT-TP의 캡슐화 후)은 피복 과정으로 인한 희석 효과에 의해서 캡슐화된 PA의 단지 0.8%만 방출시킨 것으로 나타났다.
MIL-100/키토산 마이크로입자(캡슐화 후 변형)로부터 AZT-TP의 방출을 PBS 매질 pH 7.4에서 37℃에서 연구했다. 얻어진 결과를 도 26에 나타낸다. 도 26에 따르면, 키토산으로 인해 유효 성분가 더 느리게 방출됨을 확인하였다.
실시예 15: PEG-알렌드로네이트-덱스트란 바이오콘쥬게이트에 의한 MIL-100 나노입자의 합성 후 표면 변형
개념:
PEG-알렌드로네이트-덱스트란 바이오콘쥬게이트를 MOF의 표면 변형의 관점에서 합성했다(도 27). 이 실시예는 철 트리메세이트(MIL-100)에 기초한 것들에 관한 것이다.
덱스트란은 α-(1,6) 결합에 의해서 함께 연결된 글루코오스 단위들로 구성된 선형 친수성 다당이다. 이 중합체는 중성이며 수용성이고 생체적합성이고 생분해성이라는 이점을 제공한다. 더욱이, 이 중합체는 생물의학 용도로 사용되며, 표적화를 위하여 다양한 관심 리간드를 그래프트할 수 있는 가능성을 제공한다.
덱스트란 골격에서 폴리에틸렌글리콜(PEG) 사슬과 알렌드로네이트 분자의 커플링은 "클릭" 반응에 기초한다. 실제로 1,2,3-트리아졸의 형성을 위해서 아지드와 알킨의 Huisgen 1,3-이중극성 고리부가의 구리(I)에 의해서 촉매화 반응을 진행하였다. 이 "클릭" 반응을 사용하기 위해, 먼저 아지도-PEG, 아지도-알렌드로네이트 및 알킨-덱스트란 유도체를 합성했다.
알렌드로네이트는 골다공증의 치료에 사용되는 분자이다. 알렌드로네이트의 역할은 철과의 배위에 의해서 나노MOF의 표면에서 덱스트란-PEG 피복의 고정 및 안정성을 보장하는 것이다.
방법:
약자
에틸아세테이트(EtOAc), 디메틸포름아미드(DMF), 디클로로메탄(DCM), N-하이드록시석신이미드(NHS), 1-에틸-3-(3'-디메틸아미노프로필)-N-(3-디메틸아미노프로필)-N'-에틸카보디이미드 염산염(EDC), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 4-디메틸아미노피리딘(DMAP), 테트라하이드로푸란(THF), 1,1-카보닐디이미다졸(DCI), 분자량(MW), 크기 배제 크로마토그래피(SEC).
재료
모든 시약과 용매는 괄호 안에 언급된 회사로 얻었고, 달리 규정되지 않으면 어떤 추가의 정제 없이 사용했다. 6-브로모헥산산(97%, Aldrich), NaN3(99%, Acros Organics), 알렌드로네이트 나트륨(Molekula), NHS(purum, Fluka), EDC(Sigma-Aldrich), MePEG(Sigma-Aldrich), THF(Merck), Dextran T40(평균 분자량 MW 40000 달톤, Pharmacosmos, SEC MW(g/mol) 45360±8.0%), LiCl(99%, Acros), DCI(Aldrich), 프로파르길아민(98%, Aldrich), 2-프로판올(VWR), CuSO4(5H2O)(Prol-abo), 나트륨 L-아스코르베이트(≥98%, Sigma-Aldrich), Et2O(Carlo Erba), EtOAc (AcrosOrganics), 아세토니트릴(Carlo Erba), DCM(Carlo Erba), EtOH(Carlo Erba), 무수 DMF는 미리 증류시켰고, Milli-Q 탈이온수는 0.22μm 필터를 가진 Millipore 장치로부터 얻었으며, 모든 용매는 중수소화되었다(Euriso-Top).
아지도 - 알렌드로네이트 단편의 합성
출발 물질로 6-브로모헥산을 사용하여 3-단계 합성 과정에 의해서 아지도-알렌드로네이트를 합성했다.
1. 6-아지도헥산산의 합성
Figure 112014124651514-pct00018
6-아지도헥산산을 이미 공개된 방법에 기초하여 합성했다.1,2 구체적으로, 6-브로모헥산산(MW 195.05g/mol, 1.5g, 7.7mmol, 1 당량)을 무수 DMF(10mL)에 용해했다. 다음에, NaN3(MW 65.01, 1g, 15.4mmol, 2 당량)를 첨가했다. 이 혼합물을 24시간 동안 N2와 함께 교반하면서 85℃에서 가열했다. 반응 종료시에 DMF를 진공하에 증발시켰다. 얻어진 고체를 물(20mL)에 용해하여 EtOAc로 추출했다(30mLx3). 유기상을 MgSO4에서 건조시키고 여과하고 진공하에 농축하여 연황색 오일의 형태로 6-아지도헥산산을 얻었다(0.872g, 5.5mmol, 70% 수율).
ESI-MS/MS (m/z) 156 (M-H)-;
1H NMR (400 MHz, 3JHH (Hz), CDCl3) δ: 11.04 (s, 1H, COOH), 3.24 (t, 3JHH 6.9, 2 H, CH2N3), 2.32 (t, 3JHH 7.3, 2H, CH2COOH), 1.70-1.50 (m, 각 2H, CH2CH2COOH, CH2CH2N3), 1.40 (m, 2H, CH2CH2CH2N3);
13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ: 179.1 (COOH), 51.2 (CH2N3), 34.0 (CH2COOH), 28.6 (CH2CH2N3), 26.2 (CH2CH2CH2N3), 24.3 (CH2CH2COOH).
[1] Aleman EA, Pedini HS, Rueda D, ChemBioChem, 2009, 10, 2862-2866
[2] Kuil J, Branderhorst HM, Pieters RJ, de Mol NJ, Liskamp RM, Org. Biomol. Chem., 2009, 7, 4088-94
2. 2,5-디옥소피롤리딘-1-일-6-아지도헥사노에이트의 합성
Figure 112014124651514-pct00019
2,5-디옥소피롤리딘-1-일-6-아지도헥사노에이트를 이미 공개된 방법에 기초하여 합성했다.3, 4 구체적으로, 6-아지도헥산산(MW 157g/mol, 0.6g, 3.82mmol, 1 당량)을 무수 DCM(15mL)에 용해했다. 다음에, NHS(MW 115.05, 0.48g, 4.2mmol, 1.1 당량)를 질소 분위기에서 첨가하고 5분 동안 교반하여 혼합했다. 다음에, EDC(MW 191.7, 0.8g, 4.2mmol, 1.1 당량)를 첨가했다. 이 혼합물을 질소 분위기 두고 24시간 동안 실온에서 교반했다. 반응 종료시에 조 반응 생성물을 1N HCl의 수성 용액(20mL, x2)과 포화 NaHCO3 용액(20mL, x2)으로 헹궜다. 다음에, 얻어진 수성 상을 DCM(20mL, x2)로 세척했다. 다음에, 유기상들을 혼합하고, 얻어진 유기상을 MgSO4에서 건조시키고 여과하고 진공하에 농축하여 건조시켰다. 얻어진 생성물을 실리카겔 크로마토그래피(이동상으로서 순수한 DCM 사용)에 의해서 정제했다. 최종 생성물은 투명한 액체의 형태로 얻어졌다(0.59g, 2.32mmol, 60% 수율).
1H NMR (300 MHz, 3JHH (Hz), CDCl3) δ: 3.23 (t, 3JHH 6.74, 2H, CH2N3), 2.75 (s, 4H, COCH2CH2CO), 2.56 (t, 3JHH 7.34, 2H, CH2COON), 1.90-1.30 (m, 6H, CH2CH2CH2CH2N3);
13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ: 169.1 (NCOCH2), 168.4 (CH2COON), 51.1(CH2N3), 30.8 (CH2COON), 28.4 (CH2), 25.9 (CH2), 25.6 (2COCH2CH2CO), 24.1 (CH2).
[3] Liu XM, Lee HT, Reinhardt RA, Marky LE, Wang D., Journal of Controlled Release, 2007, 122, 54-62
[4] Grandjean C, Boutonnier A, Guerreiro, C, Fournier J-M, Mulard L-A, J.Org. Chem., 2005, 70, 7123-7132.
3. 4-(6-아지도헥산아미도)-1-하이드록시-1-포스포노부틸)나트륨 하이드로겐 포스포네이트(아지도-알렌드로네이트 화합물)의 합성
Figure 112014124651514-pct00020
아지도-알렌드로네이트 화합물을 이미 공개된 방법에 기초하여 합성했다.5, 6 구체적으로, 알렌드로네이트 나트륨(MW 271.08, 0.445g, 1.64mmol, 1 당량)을 탈이온수(10mL)에 용해했다. NaOH(0.1M, ~20mL)의 수성 용액을 적가하여 pH ~8.5를 얻었다. 이때 2,5-디옥소피롤리딘-1-일-6-아지도헥사노에이트(0.514g, 2mmol, 1.2 당량)를 아세토니트릴(10mL)에 용해해서 15분마다 4 부분으로 상기 수성 용액에 첨가했다. 이 혼합물을 실온에서 교반했다. 각 부분을 통합하기 전에 pH를 8 내지 8.5로 다시 조정하고, 약 60mL의 최종 체적을 얻었다. 마지막 부분을 첨가한 후 반응 혼합물을 24시간 동안 실온에서 교반했다. 반응 종료시에 용액을 진공하에 농축하여 건조시켰다. 다음에, 얻어진 생성물을 물(3mL)에 용해하고 EtOH(30mL)로 침전시켰다. 고체 생성물을 회수하고 건조시켜, 최종적으로 흰색 고체 형태의 생성물을 얻었다(0.47g, 1.15mmol, 70% 수율).
1H NMR (400 MHz, 3JHH (Hz), D2O) δ: 3.32 (t, 3JHH 6.8, 2H, CH2N3), 3.19 (t, 3JHH 7.0, 2H, CONHCH2) 2.25 (t, 3JHH 7.4, 2H, CH2CONH), 2.00-1.72 (m, 4H, CH2CH2C(PO3H2)2(OH)), 1.67-1.54 (m, 각 2H, CH2CH2CONH, CH2CH2N3), 1.38 (m, 2H, CH2CH2CH2N3);
13C NMR (100 MHz, 1JCP, 3JCP (Hz), D2O) δ: 177.4 (CONH), 74.5 (t, 1JCP 129.0, C(PO3H2)2(OH), 51.6(CH2N3), 40.8 (CONHCH2), 36.3 (CH2CONH) 32.1 (CH2C(PO3H2)2(OH)),), 28.3 (CH2CH2N3), 26.1 (CH2CH2CH2N3), 25.5 (CH2CH2CONH), 24.2 (t, 3JCP 6.5, CH2CH2C(PO3H2)2(OH));
31P (162 MHz, D2O) δ: 19.25 (2P).
[5] Hein CD, Liu X-M, Chen F, Cullen DM, Wang D, Macromol. Biosci. 2010, 10, 1544-1556.
[6] Liu X-M, Lee H-T, Reinhardt R-A, Marky LE, Wang D, J. Control. Release 2007, 122, 54-62.
아지도 - PEG 화합물의 합성
1. 메톡시-폴리(에틸렌글리콜)메탄설포네이트(MePEG43Ms)의 합성
DCM(40mL) 중의 MeOPEG43OH(35g, 17.5mmol), DMAP(427mg, 3.5mmol) 및 증류된 Et3N(4.05 g, 40 mmol)의 용액을 0℃로 냉각시켰다. 다음에, MsCl(4.01g, 35 mmol)을 15분에 걸쳐서 주사기로 적가했다. 이 혼합물을 30분 동안 0℃에서, 이후 하룻밤 실온에서 교반했다. 반응 종료시에 혼합물을 HCl(0.5M)의 수성 용액으로 3번 간수로 1번 헹궜다. 다음에, 유기상을 MgSO4에서 건조시키고 여과하고 진공하에 농축하여, 흰색 분말 형태의 MePEG43OMs를 얻었다(28.36g; 81% 수율).
IR (니트, cm-1) ν = 2890, 1467, 1340, 1279, 1240, 1175, 1147, 1105, 1059, 1017, 960;
1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 4.19 (m, 2 H, CH2SO3CH3), 3.70-3.21 (m, 224 H, OCH2CH2O), 3.19 (s, 3 H, CH3O-PEG), 2.91 (s, 3 H, CH2SO3CH3);
13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ: 71.3 (CH2, CH3OCH2), 69.9 (CH2, OCH2CH2O), 68.8 (CH2, CH2CH2OSO2CH3), 68.4 (CH2, CH2CH2SO3CH3), 58.4 (CH3, CH3OCH2), 37.1 (CH3, CH2OSO2CH3).
2. 아지도메톡시 폴리(에틸렌글리콜)(MePEG43N3)의 합성
NaN3(1.755g, 27mmol)를 DMF(40mL) 중의 MePEG43Ms(28g, 14mmol)의 용액에 통합시켰다. 이 혼합물을 24시간 동안 교반하면서 60℃에서 가열했다. 반응 종료시에 DMF를 진공하에 증발시키고, 최소량의 THF를 첨가했다. 얻어진 고체를 여과하고 THF를 진공하에 제거했다. 얻어진 고체를 최소량의 DCM에 용해하고, 상당한 체적의 냉 Et2O를 적가하여 침전시켰다. 다음에, 여과하여 생성물을 회수했다. 마지막으로, 고체를 물에 흡수시켜 DCM으로 추출했다(5x25mL). 유기상을 MgSO4에서 건조시키고 여과하고 농축하고 진공하에 건조시켜, 최종적으로 연황색 분말을 얻었다(24.3g, 87% 수율).
1H NMR (400 MHz, D2O) δ: 3.80-3.56 (m, OCH2CH2O), 3.51 (m, CH2N3), 3.38 (s, CH3O); 13C NMR (100 MHz, D2O) δ: 71.7 (CH3OCH2), 70.3 (OCH2CH2O), 70.2 (CH3OCH2CH2O), 70.0 (OCH2CH2N3), 58.8 (OCH3), 50.9 (CH2N3).
알킨 - 덱스트란 화합물의 합성
Figure 112014124651514-pct00021
덱스트란 프로파르길카바메이트를 이미 공개된 방법에 기초하여 합성했다.7, 8 실제로 다음 프로토콜을 따랐다:
시약의 건조: 덱스트란 T40(GPC MW(g/mol) 45360±8.0%, 0.5g, 0.0110mmol, 1 당량)과 LiCl(MW 42.38, 0.125g, 2.95mmol, 268 당량)을 하룻밤 80℃에서 진공하에 개별적으로 건조시켰다. 다음에, 두 출발 물질을 혼합하고, 무수 톨루엔으로 2번 무수 DMF로 1번 건조시켰다.
덱스트란의 용해: DMF(10mL) 중에 건조 덱스트란 T40과 LiCl을 함유한 혼합물 용액을 덱스트란 T40이 완전히 용해할 때까지 교반하면서 질소 분위기에서 80℃에서 가열했다.
덱스트란 프로파르길카바메이트의 합성: 덱스트란 T4O의 용해 후 혼합물을 실온으로 냉각시켰다. 다음에, DCI(MW 162, 0.099g, 0.613mmol, 49 당량)를 첨가하고, 용액을 실온에서 2시간 동안 교반했다. 다음에, 프로파르길아민(MW 55.3, d 0.86, 0.4mL, 6.125mmol, 490 당량)을 첨가하고, 용액을 실온에서 24시간 동안 교반했다. 반응 종료시에 상당한 체적의 2-프로판올을 적가하여 침전시켜서 생성물을 회수했다. 고체 생성물을 여과하고, milliQ 탈이온수(~5mL)에 용해했다. 다음에, 이 수성 용액을 48시간 동안 투석했다. 컷오프 12000-14000g/mol의 막을 투석에 사용했다. 다음에, 투석된 생성물을 회수하고 동결건조시켜, 최종적으로 흰색 분말을 얻었다(SEC MW(g/mol): 45 450(±2.1%), 0.40g, 0.0088mmol, 80% 수율). EA (%) C 40.7, H 6.39, N 0.79.
1H NMR (400 MHz, 3JHaxHax 및 3JHaxHeq (Hz), D2O) δ: 4.98 (d, 3JHaxHeq 3.3, CH(H1)), 4.1-3.8 (m, CH2(H6), CH(H5)), 3.8-3.65 (m, CH2(H6), CH(H3)), 3.57 (dd, 3JHaxHax 9.6, 3JHaxHeq 3.3, CH(H2)), 3.52 (t, 3JHaxHax 9.6, CH(H4));
13C NMR (100 MHz, D2O) δ: 98.4 (CH(C1)), 74.0 (CH(C3)), 72.1 (CH(C2)), 70.9 (CH(C5)), 70.2 (CH(C4)), 66.2 (CH2(C6)).
HSQC 스펙트럼에 기초하여 다음의 신호들이 할당되었다: 1H NMR (400 MHz, 3JHaxHax 및 3JHaxHeq (Hz), D2O) δ: 3.9 (CH2NHCOO); 13C NMR (100 MHz, D2O) δ: 30.9 (CH2NHCOO).
[7] Mohamad Othman Ph.D thesis, Chatenay Malabry, 2010.
[8] Lukyanov AN et al., J Biomater Sci polym Ed. 2004, 15(5), 621-30
"클릭" 반응에 기초한 PEG - 알렌드로네이트 바이오콘쥬게이트의 합성
합성 방법으로서 "클릭" 반응을 사용했다. 구체적으로, 구리(I)에 의해서 촉매화된 아지드와 알킨의 고리부가 반응을 채용했다.5, 9, 10
1. PEG-덱스트란 바이오콘쥬게이트의 합성
Figure 112014124651514-pct00022
덱스트란 프로파르길카바메이트(SEC MW(g/mol): 45 450(±2.1%), 0.3g, 0.0068mmol, 1 당량)와 메톡시-폴리(에틸렌글리콜)아지드(MeOPEG43N3, 이론적 단동위 질량 2054.2 m/z, 0.14g, 0.068mmol, 10 당량)을 질소 분위기에서 혼합했다. 다음에, 질소로 미리 퍼지한 CuSO4(5H2O)(MW 249.69, 0.017g, 0.067mmol, 10 당량)을 함유한 수성 용액(5mL)을 첨가했다. 얻어진 용액을 실온에서 교반하면서 5분 동안 N2와 함께 유지했다. 다음에, 나트륨 아스코르베이트(MW 198.1, 0.016g, 0.08mmol, 12 당량)의 수성 용액(5mL)을 첨가했다. 다음에, 혼합물을 24시간 동안 실온에서 질소하에 교반했다. 반응 종료시에 용액을 48시간 동안 투석했다(컷오프 12000-14000 g/mol의 막으로). 다음에, 투석된 생성물을 회수하고 동결건조시켜, 최종적으로 약간 녹색을 띤 흰색 분말을 얻었다(SEC MW(g/mol): 62 120(±2.3%), 0.33g, 0.0053mmol, 78% 수율).
1H NMR (400 MHz, T 320K (47℃), 3JHaxHax 및 3JHaxHeq (Hz), D2O) δ: 7.98 (s, CH-트리아졸), 4.98 (d, 3JHaxHeq 3.1, CH(H1)), 4.08-3.84 (m, CH2(H6), CH(H5)), 3.8-3.42 (m), 3.38 (s, OCH3);
13C NMR (100 MHz, T 320K (47℃), D2O) δ: 98.5 (CH(C1)), 74.2 (CH(C3)), 72.2 (CH(C2)), 71.0 (CH(C5)), 70.4 (CH(C4)), 70.3 (OCH2CH2O), 66.5 (CH2(C6)), 50.8 (CH2N-트리아졸).
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2. PEG-알렌드로네이트-덱스트란 바이오콘쥬게이트의 합성
Figure 112014124651514-pct00023
PEG-덱스트란 바이오콘쥬게이트(SEC MW(g/mol): 62 120(±2.3%))와 아지도-알렌드로네이트를 질소 분위기에서 혼합했다. 다음에, 질소로 미리 퍼지한 CuSO4(5H2O)(MW 249.69, 0.017g, 0.067mmol, 10 당량)을 함유한 수성 용액(5mL)을 첨가했다. 얻어진 용액을 실온에서 교반하면서 5분 동안 N2와 함께 유지했다. 다음에, 나트륨 아스코르베이트(MW 198.1, 0.016g, 0.08mmol, 12 당량)의 수성 용액(5mL)을 첨가했다. 다음에, 혼합물을 24시간 동안 실온에서 질소하에 교반했다. 반응 종료시에 용액을 48시간 동안 투석했다(컷오프 12000-14000g/mol의 막으로). 다음에, 투석된 생성물을 회수하고 동결건조시켰다.
실시예 16: 폴리-βCDP에 의한 MIL-100 나노입자의 표면 변형:
MIL-100 나노입자 2mg을 실온에서 교반하면서 24시간 동안 폴리-βCDP-로다민(1:10, 1 포스페이트/10 시클로덱스트린) 2mg/mL(중량비, 나노입자:βCDP = 1:0.5)의 수성 용액 500μL와 함께 인큐베이션하여 변형시켰다. 인큐베이션 후 변형된 나노입자를 10분, 9491xg에서 원심분리하여 나노입자를 회수하고, 형광분광기에 의해서 상청액을 분석하여 나노입자에 결합된 폴리-βCDP-로다민의 양을 결정했다. 그 결과 MIL-100s과 회합된 βCDP-로다민의 양이 34(±0.5)% w/w임을 확인했다. 변형된 나노입자를 물 1mL로 세척하여 과량의 폴리-βCDP-로다민을 제거하고, 마지막으로 2mg/mL의 농도에서 교반하면서 37℃에서 PBS(포스페이트 완충 식염수, Lonza) 1mL 중에서 인큐베이션했다. 다양한 인큐베이션 시간(0.3-6-24h) 후, 상청액을 9500xg에서 10분 동안 원심분리하고, 상청액 500μL를 취해서 동일한 양의 신선한 매질로 대체했다. 상청액을 형광분광기에 의해서 분석하여 매질 중에 폴리-βCDP-로다민의 방출을 정량했다. 그 결과 나노입자와 결합된 βCDP-로다민의 단지 27.24%만 PBS 중에서 6h 인큐베이션 후에 방출됨을 확인하였다(도 28). 따라서, 폴리-βCDP-로다민의 외부 코로나는 폴리CD 중에서 아마도 몇 개의 포스페이트 기들의 협력 효과로 인해서 생리학적 조건에서 안정하다는 결론을 내릴 수 있다.
실시예 17: βCDP에 기초한 MIL-100(Al)의 나노입자의 표면 변형
MIL-100(Al)의 나노MOF 2mg을 실온에서 교반하면서 24시간 동안 βCDP-로다민의 수성 용액 500μL와 함께 인큐베이션했다. 인큐베이션 종료시에 10분 동안 9491xg에서 원심분리하여 나노입자를 회수하고, 형광분광기에 의해서 상청액을 분석하여 나노입자에 결합된 βCDP-로다민의 양을 결정했다. 그 결과 MIL-100(Al)과 회합된 βCDP-로다민의 양이 29.6(±0.6)% w/w임을 확인했다. 변형된 나노입자를 물 1mL로 세척하여 과량의 βCDP-로다민을 제거하고, 마지막으로 교반하면서 37℃에서 PBS(포스페이트 완충 식염수, Lonza) 1mL 중에서 인큐베이션했다. 다양한 인큐베이션 시간(0.3, 6.24h) 후, 상청액을 9491xg에서 10분 동안 원심분리하고, 상청액 500μL를 취해서 동일한 양의 신선한 매질로 대체했다. 상청액을 형광분광기에 의해서 분석하여 매질 중에 βCDP-로다민의 방출을 정량했다. 그 결과 나노입자와 결합된 βCDP-로다민의 단지 26.5%(±4%)만 6h 인큐베이션 후에 방출되며, 이 퍼센트는 24h 후에도 37.1(3.5)%를 초과하지 않음을 확인하였다(도 29). 따라서, βCDP의 외부 코로나가 생리학적 조건에서 안정하며, 이 표면 변형 방법은 MIL-100(Al)과 같은 철 이외의 다른 금속에 기초한 나노MOF에도 또한 유효하다는 결론을 내릴 수 있다.
참고자료 리스트
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Claims (23)

  1. 아래 식 (I)을 갖는 단위들의 3차원 연속체(succession)를 포함하는 다공성 결정질 금속-유기 프레임워크(MOF) 고체로서,
    MmOkXlLP 식 (I)
    상기 식에서,
    각각의 M은 독립적으로 Fe2+, Fe3+, Zn2+, Zr4+, Ti4+, Ca2+, Mg2+ 및 Al3+를 포함하는 군으로부터 선택된 금속 이온이고;
    - m, k, l 및 p는 해당 단위의 전하 중립을 준수하도록 선택된 0 이상의 수이고;
    - X는 OH-, Cl-, F-, I-, Br-, SO4 2-, NO3 -, ClO4 -, R1-(COO)n -, R1-(SO3)n -, R1-(PO3)n -를 포함하는 군으로부터 선택된 리간드로서, 여기서 R1은 수소, 선형 또는 분지형 C1 내지 C8 알킬이며, n = 1 내지 6이고;
    - L은 라디칼 RO와 q개의 복합체화 기(complexing group) A를 포함하는 다관능화된 스페이서 리간드로서, 여기서
    -- q는 2 내지 6의 정수이고;
    -- 각각의 A는 독립적으로:
    (i) 카복실레이트
    Figure 112019041009536-pct00024
    ;
    (ii) 포스포네이트
    Figure 112019041009536-pct00025
    ;
    또는
    (iii) 이미다졸레이트 기
    Figure 112019041009536-pct00026
    이고;
    상기 식에서 RA1은 수소 원자 또는 C1-6 알킬 라디칼이고;
    상기 식에서 *는 라디칼 RO에 대한 기 A의 부착 지점을 표시하고;
    #는 금속 이온 M에 대한 기 A의 부착 가능 지점을 표시하고;
    - RO는
    -- C1-12 알킬렌, C2-12 알켄일렌 또는 C2-12 알킨일렌 라디칼,
    -- 6 내지 50개 탄소 원자를 포함하는 융합되거나 그렇지 않은 단환 또는 다환 아릴 라디칼,
    -- 4 내지 50개 탄소 원자를 포함하는 융합되거나 그렇지 않은 단환 또는 다환 헤테로아릴 라디칼이고;
    여기서 MOF의 외부 표면은 결정질 MOF 고체의 외부 표면에 위치된 금속 중심 M 또는 리간드 L과 복합체화된 적어도 하나의 유기 표면제를 포함하도록 변형되며,
    상기 유기 표면제는 하기 i) 및 ii) 중 하나 이상을 포함하며:
    i) 적어도 하나의 포스페이트, 포스포네이트, 비스포스포네이트, 설페이트, 카복실레이트, 하이드록시, 카테콜레이트, 티올레이트(-SR 또는 -S-), N-함유 헤테로환, 아미도((-C(=O)N(R)2), 아미노(-N(R)2) 기, 또는 이들 기들의 조합(여기서 각각의 R은 독립적으로 H, C1-6 알킬 또는 페닐이다);
    Figure 112019041009536-pct00027

    <상기 화학식은 순서대로 포스페이트, 포스포네이트, 비스포스페이트, 설페이트, 카테콜레이트임.
    여기서 각각의 Q는 독립적으로 H 또는 알칼리 금속 양이온이다>
    ii) MOF 재료의 최대 크기의 기공 접근 창(pore access windows)보다 큰 견고한 부분(rigid section);
    상기 유기 표면제는
    - α-, β또는 γ시클로덱스트린;
    - α-, β또는 γ시클로덱스트린의 올리고머;
    - 폴리-α, 폴리-β 또는 폴리-γ시클로덱스트린,
    - α-, β및 γ시클로덱스트린 중 적어도 하나의 공중합체,
    - PEG 덴드리머,
    - 복수의 PEG 측쇄를 지닌 키토산,
    - 알부민,
    - 면역글로불린, 또는
    - PEG 사슬 및 알렌드로네이트 비스포스포네이트 기 모두와 그래프트된 덱스트란;
    으로부터 선택되고,
    상기 유기 표면제는 상기 하나 이상의 포스페이트, 포스포네이트, 비스포스포네이트, 설페이트, 카복실레이트, 하이드록시, 카테콜레이트, 티올레이트, N-함유 헤테로환, 아미도 또는 아미노 기(들), 또는 이들 기들의 조합을 통해서 결정질 MOF 고체의 외부 표면에 위치된 금속 중심 M 또는 리간드 L과 상호작용하는, 다공성 결정질 금속-유기 프레임워크 고체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 라디칼 R0는 할로겐 원자, OH, NH2, NO2 또는 C1 내지 C6 알킬의 군으로부터 독립적으로 선택된 하나 이상의 기로 치환되는, 고체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 리간드 L은 카복실레이트, 포스포네이트, 이미다졸레이트 기로부터 선택된 몇 개의 복합체화 기를 지닌 스페이서이고, 여기서 카복실레이트 기는 아래 표의 화합물을 포함하는 군으로부터 선택된 디-, 트리-, 테트라- 또는 헥사- 카복실레이트인, 고체:
    Figure 112018035073911-pct00028

    Figure 112018035073911-pct00029

    여기서:
    X1은 O 또는 S이고,
    s는 1 내지 4의 정수이고,
    각각의 t는 독립적으로 1 내지 4의 정수이고,
    u는 1 내지 7의 정수이고,
    RL1 및 RL2는 독립적으로 H, 할로겐 원자 또는 C1 내지 C6 알킬이고,
    각각의 RL3는 독립적으로 H, 할로겐 원자, OH, NH2, NO2 또는 C1 내지 C6 알킬이다.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 리간드 L은
    C2H2(CO2 -)2(푸마레이트), C2H4(CO2 -)2(석시네이트), C3H6(CO2 -)2(글루타레이트), C4H4(CO2 -)2(뮤코네이트), C4H8(CO2 -)2(아디페이트), C7H14(CO2 -)2(아젤레이트), C5H3S(CO2 -)2(2,5-티오펜디카복실레이트), C6H4(CO2 -)2(테레프탈레이트), C6H2N2(CO2 -)2(2,5-피라진 디카복실레이트), C10H6(CO2 -)2(나프탈렌-2,6-디카복실레이트), C12H8(CO2 -)2(바이페닐-4,4'-디카복실레이트), C12H8N2(CO2 -)2(아조벤젠디카복실레이트), C6H3(CO2 -)3(벤젠-1,2,4-트리카복실레이트), C6H3(CO2 -)3(벤젠-1,3,5-트리카복실레이트), C24H15(CO2 -)3(벤젠-1,3,5-트리벤조에이트), C6H2(CO2 -)4(벤젠-1,2,4,5-테트라카복실레이트), C10H4(CO2 -)4(나프탈렌-2,3,6,7-테트라카복실레이트), C10H4(CO2 -)4(나프탈렌-1,4,5,8-테트라카복실레이트), C12H6(CO2 -)4(바이페닐-3,5,3',5'-테트라카복실레이트), 및
    2-아미노테레프탈레이트, 2-니트로테레프탈레이트, 2-메틸테레프탈레이트, 2-클로로테레프탈레이트, 2-브로모테레프탈레이트, 2,5-디하이드록소테레프탈레이트, 테트라플루오로테레프탈레이트, 테트라메틸테레프탈레이트, 디메틸-4,4'-바이페닐디카복실레이트, 테트라메틸-4,4'-바이페닐디카복실레이트, 디카복시-4,4'-바이페닐디카복실레이트, 2,5-피라진 디카복실레이트, 2,5-디퍼플루오로테레프탈레이트, 아조벤젠-4,4'-디카복실레이트, 3,3'-디클로로 아조벤젠-4,4'-디카복실레이트, 3,3'-디하이드록소 아조벤젠-4,4'-디카복실레이트, 3,3'-디퍼플루오로-아조벤젠-4,4'-디카복실레이트, 3,5,3',5'-아조벤젠 테트라카복실레이트, 2,5-디메틸테레프탈레이트, 퍼플루오로석시네이트, 퍼플루오로뮤코네이트, 퍼플루오로글루타레이트, 3,5,3',5'-퍼플루오로-4,4'-아조벤젠 디카복실레이트를 포함하는 군으로부터 선택된 변형된 유사체를 포함하는 군으로부터 선택된 디-, 트리- 또는 테트라카복실레이트 리간드인, 고체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 리간드 L은 테트라플루오로테레프탈레이트, 퍼플루오로석시네이트, 퍼플루오로뮤코네이트, 퍼플루오로글루타레이트, 2,5-디퍼플루오로테레프탈레이트, 3,6-퍼플루오로-1,2,4,5-벤젠테트라카복실레이트, 3,5,3',5'-퍼플루오로-4,4'-아조벤젠 디카복실레이트, 3,3'-디퍼플루오로-아조벤젠-4,4'-디카복실레이트를 포함하는 군으로부터 선택된 불소화 리간드인, 고체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 리간드 L은 (C7H14(CO2 -)2; 아미노살리실레이트; 클로드로네이트, 파미드로네이트, 알렌드로네이트, 에티드로네이트; 메프로바메이트; 카복실레이트, 포스포네이트 및 아미노 기 중 적어도 하나를 포함하는 포르피린; 아미노산; 카복실레이트, 포스포네이트 및 아미노 기 중 적어도 하나를 포함하는 아조벤젠; 디벤조푸란-4,6-디카복실레이트, 디피콜리네이트; 글루타메이트, 푸마레이트, 석시네이트, 수베레이트, 아디페이트, 니코티네이트, 니코틴아미드, 퓨린, 피리미딘을 포함하는 군으로부터 선택된 생물학적 활성 리간드인, 고체.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리-α, 폴리-β 또는 폴리-γ-시클로덱스트린 또는 상기 α, β 및 γ-시클로덱스트린 중 적어도 하나의 공중합체의 시클로덱스트린 단위는 식 -O-(CH2-CHOR1-CH2)n-O-을 갖는 탄화수소 사슬에 의해서 함께 연결되고, 여기서 n은 1 내지 50의 정수이며, (CH2-CHOR1-CH2) 단위 각각에서 R1은 수소 원자, 또는 상기 중합체 또는 공중합체의 시클로덱스트린 단위와 결합된 -CH2-CHOH-CH2-O- 사슬인, 고체.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 유기 표면제는 아래 구조를 갖는 분지된 폴리에틸렌글리콜인, 고체:
    Figure 112018035073911-pct00030

  10. 제 1 항에 있어서, 상기 유기 표면제는 형광 분자로 더 관능화된 것인, 고체.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 형광 분자는 로다민, 플루오레세인, 루시페라제, 피렌 또는 이들의 유도체, 아미노피롤리디노-7-니트로벤조푸라잔, 또는 퀀텀 도트인, 고체.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 고체는 기공 내에 또는 표면에 제약학적 유효 성분(active ingredient), 화장품 제조물의 조제에 포함되는 활성 물질(active substance), 및 마커 중 적어도 하나를 포함하는, 고체.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제약학적 유효 성분은 항암제, 항바이러스제, 항생제, 항염증제 또는 진통제인, 고체.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 항암제는 부설판, 아지도티미딘(AZT), 아지도티미딘 포스페이트(AZTP), 시도포비르, 젬시타빈, 잘시타빈(ddC), 디다노신(ddI), 이부프로펜을 포함하는 군으로부터 선택되는 것인, 고체.
  15. 제 1 항 내지 제 6 항 및 제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 고체의 제조 방법으로서, 상기 고체를 얻기 위하여
    a) 다공성 결정질 MOF 고체를 얻기 위하여, 적어도 하나의 무기 금속 전구체를 포함하는 적어도 하나의 용액과 식 -R0(COR3)q,
    Figure 112019041009536-pct00031
    또는
    Figure 112019041009536-pct00032

    의 적어도 하나의 리간드 L'를 극성 용매에서 혼합하는 것으로 구성된 적어도 하나의 반응 단계(i)로서,
    상기 전구체는 금속 M, 금속 M의 염, 또는 금속 이온 M을 포함하는 배위 복합체의 형태이며, 여기서 M은 제 1 항에 정의된 바와 같고,
    Q, RA1, q 및 R0는 제 1 항에 정의된 바와 같고,
    R3은 라디칼 -OH, 라디칼 -OY(여기서 Y는 알칼리 금속 양이온이다), 할로겐 원자, 또는 라디칼 -OR4, -O-C(=O)R4 또는 -NR4R4'를 포함하는 군으로부터 선택되며, 여기서 R4 및 R4'는 C1-12 알킬 라디칼인 단계; 및
    b) 상기 단계 a)에서 수득된 고체의 외부 표면에
    i) 적어도 하나의 포스페이트, 포스포네이트, 비스포스포네이트, 설페이트, 카복실레이트, 하이드록시, 카테콜레이트, 티올레이트(-SR 또는 -S-), N-함유 헤테로환, 아미도((-C(=O)N(R)2), 아미노(-N(R)2) 기, 또는 이들 기들의 조합(여기서 각각의 R은 독립적으로 H, C1-6 알킬 또는 페닐이다);
    Figure 112019041009536-pct00033

    <상기 화학식은 순서대로 포스페이트, 포스포네이트, 비스포스페이트, 설페이트, 카테콜레이트임.
    여기서 각각의 Q는 독립적으로 H 또는 알칼리 금속 양이온이다>
    및
    ii) MOF 재료의 최대 크기의 기공 접근 창보다 큰 견고한 부분
    중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 유기 표면제를 고정시키는 단계(ii)를 포함하며,
    상기 유기 표면제는
    - α-, β또는 γ시클로덱스트린;
    - α-, β또는 γ시클로덱스트린의 올리고머;
    - 폴리-α, 폴리-β 또는 폴리-γ시클로덱스트린,
    - α-, β및 γ시클로덱스트린 중 적어도 하나의 공중합체,
    - PEG 덴드리머,
    - 복수의 PEG 측쇄를 지닌 키토산,
    - 알부민,
    - 면역글로불린, 또는
    - PEG 사슬 및 알렌드로네이트 비스포스포네이트 기 모두와 그래프트된 덱스트란;
    으로부터 선택되고,
    상기 유기 표면제는 상기 하나 이상의 포스페이트, 포스포네이트, 비스포스포네이트, 설페이트, 카복실레이트, 하이드록시, 카테콜레이트, 티올레이트, N-함유 헤테로환, 아미도 또는 아미노 기(들), 또는 이들 기들의 조합을 통해서 결정질 MOF 고체의 외부 표면에서 금속 중심 M 또는 리간드 L과 상호작용하는, 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 리간드 L'는 카복실레이트, 포스포네이트, 이미다졸레이트 기를 포함하는 몇 개의 복합체화 기를 지닌 리간드이며, 여기서 카복실레이트 기는 아래 표의 화합물을 포함하는 군으로부터 선택된 디-, 트리-, 테트라- 또는 헥사- 덴테이트 리간드인, 방법:
    Figure 112018035073911-pct00034

    Figure 112018035073911-pct00035

    Figure 112018035073911-pct00036

    여기서:
    R3은 라디칼 -OH, 라디칼 -OY(여기서 Y는 알칼리 금속 양이온이다), 할로겐 원자, 또는 라디칼 -OR4, -O-C(=O)R4 또는 -NR4R4'를 포함하는 군으로부터 선택되며, 여기서 R4 및 R4'는 C1-12 알킬 라디칼이고,
    X1은 O 또는 S이고,
    s는 1 내지 4의 정수이고,
    각각의 t는 독립적으로 1 내지 4의 정수이고,
    u는 1 내지 7의 정수이고,
    RL1 및 RL2는 독립적으로 H, 할로겐 원자 또는 C1 내지 C6 알킬이고,
    각각의 RL3는 독립적으로 H, 할로겐 원자, OH, NH2, NO2 또는 C1 내지 C6 알킬이다.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 유기 표면제는,
    아래 구조를 갖는 분지된 폴리에틸렌 글리콜인, 방법:
    Figure 112019041009536-pct00069
    .
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 반응 단계(i)는 아래 반응 조건 중 하나 이상의 조건으로 수행되는 것인, 고체 제조 방법:
    (i) 0℃ 내지 220℃의 반응 온도;
    (ii) 0 내지 1000rpm의 교반 속도;
    (iii) 1분 내지 96시간의 반응 시간;
    (iv) 0 내지 7의 pH;
    (v) 아세트산, 포름산, 벤조산을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 공-용매를 상기 용매, 상기 전구체, 상기 리간드 또는 이들의 혼합물에 첨가;
    (vi) 상기 용매는 물, RS-OH 알코올(여기서 RS는 선형 또는 분지형 C1 내지 C6 알킬 라디칼이다), 디메틸포름아미드, 디메틸설폭시드, 아세토니트릴, 테트라하이드로푸란, 디에틸포름아미드, 클로로포름, 시클로헥산, 아세톤, 시아노벤젠, 디클로로메탄, 니트로벤젠, 에틸렌글리콜, 디메틸아세트아마이드 또는 이들 용매의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택되며, 혼화성이거나 또는 혼화성이 아니다;
    (vii) 초임계 매질에서;
    (viii) 마이크로웨이브 및 초음파 중 적어도 하나 하에;
    (ix) 전기화학적 전기분해 조건에서;
    (x) 압연 분쇄기를 사용하는 조건에서;
    (xi) 기체 스트림에서.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 고체에 적어도 하나의 제약학적 유효 성분를 도입하는 단계(iii)를 더 포함하는, 방법.
  20. 제 15 항에 따른 방법에 의해서 얻을 수 있는, 고체.
  21. 제 1 항 내지 제 6 항 및 제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 고체를 포함하는, 조성물.
  22. 제 1 항 내지 제 6 항 및 제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 고체를 포함하는, 암 치료용 조성물.
  23. 제 1 항 내지 제 6 항 및 제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 고체를 포함하는, 마커 조성물로서,
    상기 마커는 의학적 이미지화에 사용되는, 조성물.
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