KR102004333B1 - Nanospheres having cavities therein and use thereof - Google Patents

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KR102004333B1 KR1020170171219A KR20170171219A KR102004333B1 KR 102004333 B1 KR102004333 B1 KR 102004333B1 KR 1020170171219 A KR1020170171219 A KR 1020170171219A KR 20170171219 A KR20170171219 A KR 20170171219A KR 102004333 B1 KR102004333 B1 KR 102004333B1
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Abstract

본 발명은 메조 기공 나노입자 및 자성 나노입자를 포함하는 제 1층 및 폴리(N-이소프로필아크릴아마이드-co-1-부틸-3-비닐이미다졸륨 브로마이드-co-아크릴산)을 포함하는 제 2층을 포함하고, 상기 제 1층의 내부에 공동이 형성되어 있으며, 상기 제 2층은 제 1층의 외부를 감싸고 있는 것인 구형 나노입자 및 이를 이용한 약물 전달체에 관한 것으로, 본 발명의 나노입자는 공동에 약물을 봉입할 수 있고, pH 및 온도에 따라 약물 방출을 조절할 수 있다는 장점이 있다.The present invention relates to a second layer comprising mesoporous nanoparticles and magnetic nanoparticles and a second layer comprising poly (N-isopropylacrylamide-co-1-butyl-3-vinylimidazolium bromide-co- Wherein the second layer surrounds the outer surface of the first layer, and a drug carrier using the same, wherein the nanoparticles of the present invention Has the advantage of being able to enclose the drug in the cavity and to control drug release according to pH and temperature.

Description

내부에 공동을 가지는 구형 나노입자 및 그 용도{Nanospheres having cavities therein and use thereof}Nanospheres having cavities in the interior and uses thereof [0002]

본 발명은 메조 기공 나노입자 및 자성 나노입자를 포함하는 제 1층 및 폴리(N-이소프로필아크릴아마이드-co-1-부틸-3-비닐이미다졸륨 브로마이드-co-아크릴산)을 포함하는 제 2층을 포함하고, 상기 제 1층의 내부에 공동이 형성되어 있으며, 상기 제 2층은 제 1층의 외부를 감싸고 있는 것인 구형 나노입자 및 그 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a second layer comprising mesoporous nanoparticles and magnetic nanoparticles and a second layer comprising poly (N-isopropylacrylamide-co-1-butyl-3-vinylimidazolium bromide-co- Layer, wherein the first layer has a cavity formed therein, and the second layer surrounds the outside of the first layer, and a use thereof.

뛰어난 세포 표적이 가능한 나노 운반체는 최근 약물 전달 시스템 분야에서 많은 관심을 얻고 있다. 이러한 특성은 나노 크기의 특성에 기인하며, 다양한 생물학적 경계를 통과하여 결과적으로 투과성과 유지력을 향상시킵니다. 특정한 크기 및 표적 종류의 나노 운반체(예컨대, 리포솜 및 나노입자)는 종종 암 조직에 축적되는 경항이 있다. 그러나 부작용 없이 정확한 용량의 약물을 설계된 조직에 표적화하여 전달하는 것은 암 치료에 있어서 중요한 과제이다. 리포솜, 덴드리머, 고분자성 나노입자 및 무기 나노입자를 포함하는 나노 운반체는 약물 전달 분야의 잠재적인 후보이다. 그러나 대부분의 나노 운반체를 활용하는 것에는 특정한 제한이 있다. 리포솜은 그 생산에 많은 비용이 들기 때문에, 의료 분야에서 사용하기에 단점이 있으며, 이에 고분자성 나노입자가 약물 전달을 위한 대안적 나노 재료로 사용되고 있다. 그러나 이들은 생리적 조건에서 봉입된 약물을 조절하여 방출하는 것이 어렵다.Nanotransporters capable of excellent cell targeting have recently received much attention in the field of drug delivery systems. These properties are attributed to the nature of the nanoscale, which pass through various biological boundaries, resulting in improved permeability and retention. Nano carriers of a particular size and target type (e.g., liposomes and nanoparticles) often have a tendency to accumulate in cancer tissue. However, targeting and delivering accurate doses of drugs to designed tissues without side effects is an important challenge in cancer therapy. Nano carriers, including liposomes, dendrimers, polymeric nanoparticles and inorganic nanoparticles, are potential candidates in the field of drug delivery. However, there are certain limitations in utilizing most nano-carriers. Since liposomes are expensive to produce, they have disadvantages in use in the medical field, and polymeric nanoparticles are being used as alternative nanomaterials for drug delivery. However, they are difficult to regulate and release the encapsulated drug under physiological conditions.

최근에 스마트 무기 재료 기반의 약물 전달 시스템에 관한 연구가 진행 중이며, 많은 관심을 얻고 있다. 메조기공 실리카 나노입자(MSN)은 큰 표면적, 큰 기공 부피 및 생분해성으로 인해 약물 및 유전자 모두에 있어서 잠재적인 운반체이다. 그러나 이들은 자극-반응성 및 표적화 전달에 있어서 부족한 점이 있다. MSN으로부터 수성 환경으로의 약물 방출을 조절하기 위해 양자점(QD)를 게이트 키퍼(Gate Keeper)로 도입하는 것은 기공 개방의 비가역성과 QD 게이트 재료의 독성으로 인해 여전히 제한적이다. 그러므로 많은 암 조직이 저산소 대사 과정을 통해 누적된 젖산으로 정상 조직에 비해 상대적으로 낮은 세포외 pH 값을 나타내기 때문에 최적의 전략은 자극-반응성(pH, 온도 및 자성 자극)의 고분자 코팅 MSN 운반체를 합성하는 것이다. 게다가 42℃ 이상의 온도에서 고열이 시간에 따라 암 세포에 대한 독성을 나타낸다는 점이 밝혀졌다. 결국 pH와 온도 변수의 나노 운반체를 제조하는 것이 암을 효과적으로 치료하기 위한 합리적인 접근이다. ECM-반응성 약물 전달체의 개발에서 최근 pH와 온도와 같은 변수를 고려하고 있다. 이러한 노력의 대부분은 단일 자극 사용에 제한되어 있으며, 혈관 내에서 미리 방출되는 것을 방지할 수 없었다. Recently, research on smart inorganic material-based drug delivery system is underway and attracts much attention. Mesoporous silica nanoparticles (MSN) are potential carriers for both drugs and genes due to their large surface area, large pore volume and biodegradability. However, they have drawbacks in terms of stimulus-responsiveness and targeting. Introduction of quantum dots (QD) into gate keeper to control drug release from MSN to the aqueous environment is still limited due to irreversibility of pore opening and toxicity of QD gate material. Therefore, since many cancer tissues accumulate lactic acid through hypoxic metabolism and exhibit a relatively low extracellular pH value compared to normal tissues, the optimal strategy is to use polymer-coated MSN carriers with stimulation-reactive (pH, temperature and magnetic stimulation) Lt; / RTI > In addition, it has been shown that high temperatures at temperatures above 42 ° C are toxic to cancer cells over time. Ultimately, the manufacture of nano-carriers of pH and temperature variables is a reasonable approach to effectively treat cancer. Recent developments of ECM-reactive drug delivery systems have taken into account variables such as pH and temperature. Much of this effort has been limited to the use of single stimuli and could not prevent pre-release in the blood vessels.

따라서 약물 방출 조절이 용이하고, 독성 등의 문제가 개선된 약물 전달체용 나노입자의 개발이 요구된다.Therefore, there is a need to develop nanoparticles for drug delivery which are easy to control drug release and have improved problems such as toxicity.

본 발명의 목적은 상술한 것과 같은 종래 기술의 기술적 한계를 극복하기 위한 것으로서, 약물 전달체 내부에 봉입된 약물 방출의 조절이 용이하고, 암 세포의 치료에 적용하기에 용이한 약물 전달체를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to overcome the technical limitations of the prior art as described above and to provide a drug delivery vehicle which is easy to control the release of drug encapsulated in the drug delivery vehicle and is easy to apply to the treatment of cancer cells .

본 발명의 다른 한 가지 목적은 온도, pH 및 자성에 모두 반응하여 약물 방출을 조절할 수 있는 나노입자 및 이를 포함하는 약물 전달체를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide nanoparticles capable of controlling drug release in response to both temperature, pH and magnetism, and a drug delivery system containing the nanoparticles.

상기 과제를 해결하고자 연구한 결과, 본 발명의 발명자는 pH와 온도에 감응하며, 자성에 반응하여 약물 방출 위치를 조절할 수 있는 나노입자 약물 전달체를 개발하여 본 발명을 완성하였으며, 본 발명의 과제 해결 수단은 다음과 같다.The inventors of the present invention have developed a nanoparticle drug delivery system which is sensitive to pH and temperature and is capable of controlling the position of drug release in response to magnetism, thereby completing the present invention. The means are as follows.

1. 메조 기공 나노입자 및 자성 나노입자를 포함하는 제 1층 및 폴리(N-이소프로필아크릴아마이드-co-1-부틸-3-비닐이미다졸륨 브로마이드-co-아크릴산)을 포함하는 제 2층을 포함하고, 상기 제 1층의 내부에 공동이 형성되어 있으며, 상기 제 2층은 제 1층의 외부를 감싸고 있는 것인 구형 나노입자.1. A first layer comprising mesoporous nanoparticles and magnetic nanoparticles and a second layer comprising poly (N-isopropylacrylamide-co-1-butyl-3-vinylimidazolium bromide-co-acrylic acid) Wherein a cavity is formed in the first layer, and the second layer surrounds the outside of the first layer.

2. 1의 나노입자를 포함하는 약물 전달체.2. A drug delivery system comprising nanoparticles of 1.

본 발명의 약물 전달체는 pH 및 온도 조건에 반응하여 내부에 봉입된 약물 방출을 조절할 수 있으며, 자성을 가져 외부 자기장을 이용하여 약물 방출의 위치를 조절할 수 있다.The drug delivery system of the present invention can control the release of drug contained therein in response to pH and temperature conditions, and the position of the drug release can be controlled by using an external magnetic field.

도 1은 본 발명 실시예 1에서 제조한 나노입자의 SEM 및 TEM 이미지를 나타낸 것으로, (a)는 MNP의 TEM 이미지, (b)는 MSN/MNP의 SEM 이미지, (c)는 MSN/MNP의 TEM 이미지, (d)는 pNIBIm-AA/MSN/MNP의 TEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 제조한 나노입자의 FT-IR 스펙트럼, 열중량 분석도, XRD 분석 및 자화 곡선을 나타낸 것이다. 구체적으로 (a)는 fMSN/MNP(위) 및 pNIBIm-AA/MSN/MNP(아래)의 FT-IR 스펙트럼이며 (b)는 MSN/MNP, fMSN/MNP 및 pNIBIm-AA/MSN/MNP의 TGA 열중량 분석도이고, (c)는 MNP의 XRD이며, (d)는 MNP 및 pNIBIm-AA/MSN/MNP의 자화 곡선이다.
도 3은 실시예 2에서 제조한 독소루비신이 봉인된 pNIBIm-AA/MSN/MNP의 자기장에서의 움직임을 나타낸 도이다.
도 4는 실시예 2에서 제조한 독소루비신이 봉인된 pNIBIm-AA/MSN/MNP의 10℃에서의 농도에 따른 봉입양 그래프(a) 및 37-42℃ 및 pH 5-7에서의 방출량 그래프(b)이다.
도 5는 2D 배지의 인간 유방 선암 세포에서 MSN, MNP, MSN/MNP, pNIBIm-AA/MSN/MNP(=MSN/MNP/P), 독소루비신이 봉인된 pNIBIm-AA/MSN/MNP(=MSN/MNP/P/Dox)을 다양한 농도 및 2가지 온도에서(백색=37℃, 흑색=42℃) 처리하였을 때의 세포 생존률을 측정한 것이다.
도 6은 37℃ 및 42℃에서의 MCF7 세포내의 독소루비신이 봉인된 pNIBIm-AA/MSN/MNP의 함량 및 독소루비신의 방출을 나타낸 것이다. (a)는 핵 및 핵 근처 영역의 붉은 형광이 DOX에 의한 것임을 나타낸 도이다. (b)는 액틴 실(Alexa Fluor 546으로 표지된 phalloidin, 녹색) 및 DAPI로 대비 염색한 것에 관한 것으로, 대조군에 비해 실험군에서 둥근 형상과 규칙적인 형상의 파괴가 나타나고 있음을 보여주는 도이다.
1 is a TEM image of MNP, FIG. 1 (b) is a SEM image of MSN / MNP, FIG. 1 (c) is a TEM image of MSN / MNP TEM image, and (d) TEM image of pNIBIm-AA / MSN / MNP.
2 shows FT-IR spectra, thermogravimetric analysis, XRD analysis and magnetization curves of the nanoparticles prepared in Example 1 of the present invention. Specifically, (a) is the FT-IR spectrum of fMSN / MNP and pNIBIm-AA / MSN / MNP (C) is the XRD of MNP, and (d) is the magnetization curve of MNP and pNIBIm-AA / MSN / MNP.
FIG. 3 is a graph showing the movement of pNIBIm-AA / MSN / MNP in the magnetic field sealed with doxorubicin prepared in Example 2. FIG.
FIG. 4 is a graph showing the results of a rod adsorption graph (a) and a release graph (b) at 37-42 ° C and pH 5-7 according to the concentrations of pNIBIm-AA / MSN / MNP sealed with doxorubicin prepared in Example 2 at 10 ° C )to be.
AA / MSN / MNP (= MSN / MNP / P) and doxorubicin-sealed pNIBIm-AA / MSN / MNP (= MSN / MNP) in human breast adenocarcinoma cells in 2D medium. MNP / P / Dox) at various concentrations and at two temperatures (white = 37 ° C, black = 42 ° C).
Figure 6 shows the content of pNIBIm-AA / MSN / MNP and the release of doxorubicin in doxorubicin-sealed MCF7 cells at 37 < 0 > C and 42 < 0 > C. (a) shows that the red fluorescence in the nucleus and near the nucleus is due to DOX. (b) shows contrast dyeing with actin thread (Alexa Fluor 546-labeled phalloidin, green) and DAPI, showing a round shape and regular shape destruction in the experimental group compared to the control group.

본 발명은 메조 기공 나노입자(이하에서 MSN으로 지칭한다) 및 자성 나노입자(이하에서 MNP로 지칭한다)를 포함하는 제 1층 및 폴리(N-이소프로필아크릴아마이드-co-1-부틸-3-비닐이미다졸륨 브로마이드-co-아크릴산)(이하에서 p-NIBIm-AA로 지칭한다)을 포함하는 제 2층을 포함하고, 상기 제 1층의 내부에 공동이 형성되어 있으며, 상기 제 2층은 제 1층의 외부를 감싸고 있는 것인 구형 나노입자를 제공한다.The present invention relates to a first layer comprising mesoporous nanoparticles (hereinafter referred to as MSN) and magnetic nanoparticles (hereinafter referred to as MNP) and a first layer comprising poly (N-isopropylacrylamide-co-1- -Vinyl imidazolium bromide-co-acrylic acid) (hereinafter referred to as p-NIBIm-AA), wherein a cavity is formed in the interior of the first layer, and the second layer Wherein the first layer surrounds the outside of the first layer.

상기 공동은 빈 공간을 의미하며, 공동에 약물을 봉입할 수 있다.The cavity means an empty space, and the drug can be enclosed in the cavity.

상기 제 1층은 나노입자의 안쪽 층을 의미한다. 상기 제1층은 MSN 및 MNP을 포함하며, 상기 MSN은 MNP의 외부 표면에 코팅되어 있는 것이 바람직하다. 상기 제 1층은 기공을 가지므로 공동에 봉입되어 있는 약물이 해당 기공을 통해 외부로 방출될 수 있고, 포함되어 있는 MNP로 인해 자성을 가져 외부 자기장으로 본 발명 나노입자의 위치를 조절할 수 있다. The first layer means the inner layer of the nanoparticles. The first layer includes MSN and MNP, and the MSN is preferably coated on the outer surface of the MNP. Since the first layer has pores, the drug enclosed in the cavity can be released to the outside through the pores, and the nanoparticles of the present invention can be adjusted to an external magnetic field due to the magnetism due to the contained MNP.

상기 제 2층은 나노입자의 바깥 층을 의미한다. 상기 제 2층은 p-NIBIm-AA을 포함한다. 상기 p-NIBIm-AA는 아크릴산(AAc), 1-부틸-3-비닐이미다졸리늄 브로마이드(BVIm) 및 N-이소프로필아크릴아마이드(NIPAAm)의 세 종류 단량체로부터 유도되는 반복단위를 포함하는 공중합체이다. 상기 공중합체는 세 종류 단량체를 혼합하여 제조할 수 있다. 상기 세 종류 단량체의 비는 NIPAAm:BVIm:AAc=70-80:10-25:5-10일 수 있으며, 바람직하게는 75:19:6이다. 상기 p-NIBIm-AA는 pH와 온도에 반응하여 그 구조가 변형되며, 이에 따라 제 1층의 기공 크기를 조절하여 공동에 봉입된 약물 방출을 조절할 수 있다.The second layer means the outer layer of the nanoparticles. The second layer comprises p-NIBIm-AA. The p-NIBIm-AA is a copolymer comprising repeating units derived from three kinds of monomers such as acrylic acid (AAc), 1-butyl-3-vinylimidazolinium bromide (BVIm) and N-isopropylacrylamide It is united. The copolymer may be prepared by mixing three kinds of monomers. The ratio of the three monomers may be NIPAAm: BVIm: AAc = 70-80: 10-25: 5-10, preferably 75: 19: 6. The p-NIBIm-AA is modified in its structure in response to pH and temperature, so that the pore size of the first layer can be controlled to control the drug release in the cavity.

그러므로 상기 나노입자는 약물 전달체로 사용되기에 적합하며, 본 발명은 상기 나노입자를 포함하는 약물 전달체를 제공한다.Therefore, the nanoparticles are suitable for use as a drug delivery system, and the present invention provides a drug delivery system comprising the nanoparticles.

상기 약물은 상기 나노입자의 공동에 봉입될 수 있다.The drug may be enclosed in the cavities of the nanoparticles.

본 발명의 약물 전달체는 다양한 약물을 전달할 수 있으며, 예컨대 상기 약물 전달체는 면역 억제제, 항암제 또는 항생제를 전달할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 약물 전달체가 전달할 수 있는 약물은 표면의 p-NIBIm-AA와 반응하지 않는 모든 약물일 수 있다.The drug delivery system of the present invention can deliver various drugs, for example, the drug delivery system can deliver an immunosuppressant, an anticancer agent or an antibiotic agent, but is not limited thereto. Drugs that can be delivered by the drug delivery system of the present invention may be all drugs that do not react with p-NIBIm-AA on the surface.

상기 면역 억제제는 장기이식의 거부반응 예방이나 자기면역질환에 사용되는 물질로, 면역 반응을 억제하기 위해 사용될 수 있는 모든 물질을 포함한다. 상기 면역 억제제의 예로는 프레드니손, 아자티오푸린, RS61443, 사이클로스포린, FK506, 라파마이신 등이 있다.The immunosuppressive agent includes all substances that can be used to prevent rejection of organ transplantation or to suppress autoimmune diseases. Examples of such immunosuppressants include prednisone, azathiopurine, RS61443, cyclosporine, FK506, rapamycin, and the like.

상기 항암제는 암세포의 각종 대사경로에 개입하여 항암활성을 나타내는 약제를 통칭하며, 항암 효과를 나타낼 수 있는 모든 물질을 포함한다. 상기 항암제의 예로는 독소루비신, 파클리탁셀 등이 있다.The above-mentioned anticancer agent refers to a medicament having anticancer activity intervening in various metabolic pathways of cancer cells, and includes all substances capable of exhibiting an anticancer effect. Examples of the anticancer agent include doxorubicin, paclitaxel, and the like.

상기 항생제는 미생물의 발육을 억제하거나 사멸시키는 물질을 통칭하며, 항생 효과를 나타낼 수 있는 모든 물질을 포함한다. 상기 항생제의 예로는 페니실린 계열 항생제, 아미노글리코사이드 계열 항생제, 테트라사이클린 계열 항생제, 퀴놀론 계열 항생제 등이 있으며, 상기 페니실린 계열 항생제의 예로는 암피실린, 아목시실린, 페니실린, 옥사실린, 테모실린 등이 있고, 상기 아미노글리코사이드 계열 항생제의 예로는 카나마이신, 겐타마이신, 네오마이신, 토브라마이신, 아미카신, 아베카신 등이 있으며, 상기 테트라사이클린 계열 항생제의 예로는 데메클로사이클린, 테트라사이클린, 독시사이클린, 옥시테트라사이클린 등이 있고, 상기 퀴놀론 계열 항생제의 예로는 에노사신, 가티플로사신, 레보플로사신, 로메플로사신, 오플로사신 등이 있다. The antibiotic refers to a substance that inhibits or kills the growth of microorganisms and includes all substances capable of exhibiting an antibiotic effect. Examples of the antibiotics include penicillin antibiotics, aminoglycoside antibiotics, tetracycline antibiotics and quinolone antibiotics. Examples of the penicillin antibiotics include ampicillin, amoxicillin, penicillin, oxacillin and temocillin. Examples of aminoglycoside antibiotics include kanamycin, gentamicin, neomycin, tobramycin, amikacin, and abecacin. Examples of the tetracycline antibiotics include demeclocycline, tetracycline, doxycycline, oxytetracycline And examples of the above-mentioned quinolone antibiotics include enosacin, gatifloxacin, levofloxacin, lomeproxasin, and ophrosacin.

실시예Example

이하에서 본 발명의 이해를 돕기 위한 바람직한 실시예를 제시한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments for facilitating understanding of the present invention will be described. The following examples are provided only for the purpose of easier understanding of the present invention, and the present invention is not limited thereto.

재료material

염화철(III), 염화철(II), 글리신 및 수산화나트륨(Sigma-Aldrich, USA)를 MNP 제조에 사용하였다. 테트라에틸 오르쏘실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS), 헥사에식 트리메틸 암모늄 브로마이드(CTAB)(Sigma-Aldrich, USA), 및 3-(트리메톡시실릴)프로필 메타아크릴레이트(TMSPMA)를 메조기공 실리카 나노입자의 합성 및 이들의 기능화에 사용하였다. N-이소프로필아크릴아마이드(NIPAAm), N-비닐이미다졸(NVIm), 1-브로모부탄, 암모늄 과황산염(APS) 및 아크릴산(AAc)(Sigma-Aldrich, USA)를 사용하여 열-반응성 공중합체를 제조하였다. NVIm 및 1-브로모부탄은 1-부틸-3-비닐이미다졸륨 브로마이드(BVIm)을 합성하는 것에 사용되었다. NIPAAm은 헥산을 사용하여 재결정화 전에 필터링되었다(HPLC grade, Sigma-Aldrich, USA). 독소루비신 하이드로클로라이드(DOX, Sigma-Aldrich, USA)가 본 실시예에서 모델 항암제로 사용되었다. Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium(DMEM), 페니실린-스트렙토마이신, 소태아혈청(Gibco, USA), 트립신-EDTA(Invitrogen, Basel, Switzerland), MTS 분석 키트 [3-(4,5-디메틸싸이아졸-2-일)-2,5-디페닐테트라아졸륨 브로마이드](AMRESCO, Solon, OH), Alexa Fluor 546 conjugated phalloidin, DAPI(Molecular Probes, USA), 및 Rat tail type I collagen(First Link; 2.05mg/ml)이 인간 유방 선암 세포(MCF7, American Type Culture Collection, Rockville, MD, USA)에 대한 실험예에 사용되었다.Iron chloride (III), iron (II) chloride, glycine and sodium hydroxide (Sigma-Aldrich, USA) were used for MNP preparation. Tetraethyl orthosilicate (TEOS), hexaethyltrimethylammonium bromide (CTAB) (Sigma-Aldrich, USA), and 3- (trimethoxysilyl) propylmethacrylate (TMSPMA) Particle synthesis and their functionalization. Reaction was carried out using N-isopropylacrylamide (NIPAAm), N-vinylimidazole (NVIm), 1-bromobutane, ammonium persulfate (APS) and acrylic acid (AAc) (Sigma-Aldrich, USA) To prepare a copolymer. NVIm and 1-bromobutane were used to synthesize 1-butyl-3-vinylimidazolium bromide (BVIm). NIPAAm was filtered before recrystallization using hexane (HPLC grade, Sigma-Aldrich, USA). Doxorubicin hydrochloride (DOX, Sigma-Aldrich, USA) was used as a model anticancer agent in this example. Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM), penicillin-streptomycin, fetal calf serum (Gibco, USA), trypsin-EDTA (Invitrogen, Basel, Switzerland), MTS assay kit [3- (4,5- (AMRESCO, Solon, OH), Alexa Fluor 546 conjugated phalloidin, DAPI (Molecular Probes, USA), and Rat tail type I collagen (First Link, 2.05 mg / ml ) Were used in the experiments on human breast adenocarcinoma cells (MCF7, American Type Culture Collection, Rockville, Md., USA).

실시예 1. p-NIBIm-AA/MSN/MNP의 제조Example 1. Preparation of p-NIBIm-AA / MSN / MNP

염화철(II) 900mg 및 염화철(I) 2300mg을 글리신/물 용액(35% v/v)에 용해시켰으며, 수산화나트륨 용액(41% w/v)을 한 방울 씩 첨가하고, 교반하여 자성 나노입자 용액을 수득하였다(MNP sol). TEOS 5.6ml 및 CTAB 200mg을 에탄올에 용해시킨 실리카 졸을 균일한 MNP-수산화나트륨 용액에 투여하여 MSN 코팅을 수행하였다. 그 후, 에탄올-아세톤으로 세척하고 밤새 건조시킨 후, 600℃에서 4시간 동안 하소(calcination)하여 계면활성제를 제거하고 MSN이 코팅된 MNP을 수득하였다. 하소된 MNP/MSN 입자를 그 후 50℃에서 12시간 동안 TMSPMA로 기능화하였고(fMSN/MNP), 원심분리하여 건조시켰다. 건조된 fMSN/MNP은 초음파 수조를 사용하여 증류수에 균일하게 분산되었으며(~2mg/ml), 응축기가 달린 2-목 플라스크로 옮겨졌다. 단량체 용액(NIPAAm/BVIm/AAC = 75/19/6; fMSN/MNP에 대해 5중량%)을 상온에서 나노입자 용액과 혼합하였으며, N2를 사용하여 가스를 제거하였다. 그 후 APS 용액(물에 대해 10 중량%)을 첨가하여 600rpm으로 교반하며 반응 온도를 60℃까지 상승시켰으며, 그 후 TEMED(반응 부피에 대해 3%)을 첨가하였다. 반응 혼합액은 16시간 이후 상온까지 냉각되었으며, 15000rpm으로 원심분리 한 후, 탈이온수로 3회 세척하고, 70℃에서 밤새 건조시켜 pNIBIm-AA/MSN/MNP 입자를 수득하였다. 900 mg of iron (II) chloride and 2300 mg of iron chloride (I) were dissolved in glycine / water solution (35% v / v) and sodium hydroxide solution (41% w / v) was added dropwise, Solution (MNP sol). Silica sol dissolved in 5.6 ml of TEOS and 200 mg of CTAB in ethanol was added to homogeneous MNP-sodium hydroxide solution to effect MSN coating. After that, it was washed with ethanol-acetone and dried overnight, followed by calcination at 600 ° C for 4 hours to remove the surfactant and obtain MSN-coated MNP. The calcined MNP / MSN particles were then functionalized with TMSPMA (fMSN / MNP) for 12 hours at 50 ° C and dried by centrifugation. The dried fMSN / MNP was homogeneously dispersed (~ 2 mg / ml) in distilled water using an ultrasonic bath and transferred to a two-necked flask with a condenser. The monomer solution; was mixed with the nanoparticle solution (NIPAAm / BVIm / AAC = 75/19/6 5% by weight of the fMSN / MNP) at room temperature, the gas was removed using N 2. The APS solution (10 wt.% In water) was then added and stirred at 600 rpm and the reaction temperature was raised to 60 ° C, after which TEMED (3% of reaction volume) was added. The reaction mixture was cooled to room temperature after 16 hours, centrifuged at 15000 rpm, washed three times with deionized water, and dried at 70 ° C overnight to obtain pNIBIm-AA / MSN / MNP particles.

실시예 2. 독소루비신이 봉입된 pNIBIm-AA/MSN/MNP의 제조Example 2. Preparation of pNIBIm-AA / MSN / MNP encapsulating doxorubicin

상기 실시예 1에서 제조한 나노입자를 서로 다른 농도의 독소루비신 용액(증류수에 대해 0.1-1.2mg/ml)에 첨가하여 1mg/ml의 최종 농도를 얻었으며, 10℃ 미만의 온도에서 24시간 동안 교반하였다. 인큐베이션 이후, 원심분리를 이용하여 독소루비신이 봉입된 pNIBIm-AA/MSN/MNP 나노입자를 수득하였다.The nanoparticles prepared in Example 1 were added to different concentrations of doxorubicin solution (0.1-1.2 mg / ml for distilled water) to give a final concentration of 1 mg / ml, and stirred at a temperature below 10 ° C for 24 hours Respectively. After incubation, centrifugation was used to obtain pNIBIm-AA / MSN / MNP nanoparticles encapsulating doxorubicin.

실험예 1. 물리화학적 특성 분석Experimental Example 1. Physical and Chemical Characterization

실시예 1에서 제조된 나노입자를 전자 투과 현미경(TEM; JEM-3010, JEOL)으로 분석하였다. 열중량 분석은 10℃/분의 속도로 질소 기체 내에서 TGA N-1500 기기(Scinco, South Korea)로 수행하였다. 4000-400cm-1 영역에서의 적외선 스펙트럼 분석은 Varian 640-IR FT-IR 분광분석기(Varian, Australia)를 사용하여 4cm-1의 해상도로 분석하였다. 제타(ξ) 포텐셜 값은 상온 및 pH 4-10 범위에서 Zeta Sizer(ZEN 3600, Malvern, UK)를 사용하여 얻었다. 기공의 크기, 부피 및 표면적은 Quadasorb SI automated suface area and pore size analyzer(Quantachrom Instruments, UK)를 이용하여 77K에서의 N2 흡착 등온선을 통해 측정하였다. 상기 실험에 앞서, 300℃에서 4시간 동안 MSN은 가스 제거(degas) 되었으며, pNIBIM-AA/MSN/MNP은 밤새 상온에 두어 최종 10-5 Torr 이하의 압력을 얻었다.The nanoparticles prepared in Example 1 were analyzed by an electron transmission microscope (TEM; JEM-3010, JEOL). Thermogravimetric analysis was performed with TGA N-1500 instrument (Scinco, South Korea) in nitrogen gas at a rate of 10 ° C / min. In the region of 4000-400 cm -1 Infrared spectral analysis was performed at a resolution of 4 cm -1 using a Varian 640-IR FT-IR spectrometer (Varian, Australia). The zeta potential values were obtained using Zeta Sizer (ZEN 3600, Malvern, UK) at room temperature and pH 4-10. The size, volume, and surface area of the pores were measured using a Quadasorb SI automated suface area and pore size analyzer (Quantachrom Instruments, UK) via N 2 adsorption isotherm at 77K. Prior to the experiment, the MSN was degassed at 300 ° C for 4 hours and the pNIBIM-AA / MSN / MNP was placed at room temperature overnight to obtain a final pressure of 10 -5 Torr or less.

실시예 1의 과정에서 제조된 여러 종류의 나노입자의 TEM 및 SEM 결과를 도 1로 도시하였다. 도 1의 a)는 MNP의 TEM 이미지, b)는 MSN/MNP의 SEM 이미지, c)는 MSN/MNP의 TEM 이미지, 및 d)는 pNIBIm-AA/MSN/MNP의 TEM 이미지이다. 도 1a에서 글리신을 보호제(shielding agent)로 사용하여 자기-응집을 막아 약 8nm의 단일-분산된 MNP가 생산됨을 확인하였다. 고 해상도 TEM 이미지는 결정학 면의 측정된 공간이 약 0.48nm이고, 이는 Fe3O4 결정의 격자 면 사이의 거리와 잘 들어맞는다는 것을 나타내었다. 메조 기공의 속빈 MSN/MNP 구체는 150nm의 균일한 크기, 형상 및 메조 기공 구조와 20nm 두께의 벽을 가졌다(도 1b 및 1c 참조). 껍데기 벽 내부의 MNP 분산은 나노 결정의 작은 블록을 나타내었다(도 1c). pNIBIM-AA가 5%의 비율의 열 반응성 고분자로 사용된 경우, 이로 인해 약 20nm까지의 두께 증가가 관측되었다(도 1d).The TEM and SEM results of various nanoparticles prepared in the procedure of Example 1 are shown in FIG. Figure 1 (a) is a TEM image of MNP, b) is an SEM image of MSN / MNP, c) is a TEM image of MSN / MNP, and d) is a TEM image of pNIBIm-AA / MSN / MNP. In FIG. 1A, glycine was used as a shielding agent to prevent self-aggregation, and it was confirmed that monodispersed MNP of about 8 nm was produced. The high resolution TEM image showed that the measured spacing of the crystallographic plane is about 0.48 nm, which fits well with the distance between the lattice planes of Fe 3 O 4 crystals. The internal MSN / MNP spheres of the mesopores had a uniform size, shape and mesopore structure of 150 nm and walls of 20 nm thickness (see FIGS. 1B and 1C). The MNP dispersion inside the shell wall represented a small block of nanocrystals (Fig. 1C). When pNIBIM-AA was used as a thermally reactive polymer in a ratio of 5%, a thickness increase of up to about 20 nm was observed (Fig. 1d).

FT-IR 분석 결과를 도 2a로 도시하였다. TMSPMA로 기능화된 fMSN-MNP는 1722cm-1에서 C=O 늘어남을 나타내었고, 2958cm-1에서 CH2 늘어남을 나타내었으며, 이는 성공적인 기능화가 이루어졌다는 것을 의미한다. pNIBIm-AA/MSN/MNP의 경우에 1650cm-1, 1538cm-1(2차 아마이드의 C=O 늘어남), 및 1380cm-1(-C(CH3)2의 메틸 그룹의 분해)의 다양한 진동 피크가 특징적으로 나타났다. 게다가 혼성 나노입자에서의 MSN의 실리카 뼈대가 고분자 코팅에도 불구하고 변화하지 않고 남았으며, 이는 441cm-1, 796.4cm-1 및 1066.4cm-1에서의 피크의 보존으로 확인되었다. 또한 카복실산의 C=O 늘어남의 숄더 피크(shoulder peak)가 pNIBIm-AA/MSN/MNP의 1710.5cm-1에서 관측되었으며, 이는 NIPAAm, BVIm 및 AA의 성공적인 공중합화가 이루어졌다는 것을 나타낸다. AA/NIPAAm의 몰비는 1720cm-1에서의 숄더 피크의 강도를 반영하였으며, 해당 강도가 증가할수록 AA의 함량이 성공적으로 이루어졌다는 것을 나타낸다.FT-IR analysis results are shown in Fig. The fMSN-functionalized MNP to TMSPMA is exhibited increases in the C = O 1722cm -1, CH 2 showed an elongation at 2958cm -1, which means that a successful functionalization jyeotdaneun achieved. various vibration peaks of 1650 cm -1 , 1538 cm -1 (C═O extension of the secondary amide) and 1380 cm -1 (decomposition of the methyl group of -C (CH 3 ) 2 ) in the case of pNIBIm-AA / MSN / . In addition, the silica skeleton of MSN in hybrid nanoparticles remained unchanged despite the polymer coating, which was confirmed by conservation of peaks at 441 cm -1 , 796.4 cm -1 and 1066.4 cm -1 . Also, a shoulder peak of C = O stretching of the carboxylic acid was observed at 1710.5 cm -1 of pNIBIm-AA / MSN / MNP indicating that successful copolymerization of NIPAAm, BVIm and AA was achieved. The molar ratio of AA / NIPAAm reflected the strength of the shoulder peak at 1720 cm-1, indicating that the AA content was successfully achieved as the intensity increased.

열중량 분석의 결과를 도 2b로 나타내었다. 도 2b는 TGA로 측정한 결과 나노입자의 무기 성분의 함량이 MSN/MNP, fMSN/MNP 및 pNIBIm-AA/MSN/MNP에서 각각 98.5, 89.9 및 84.25 중량%로 측정되었음을 나타낸다. fMSN/MNP 및 pNIBIm-AA/MSN/MNP에서의 총 중량-손실은 고분자 쉘의 존재를 나타낸다.The result of the thermogravimetric analysis is shown in Fig. 2B. FIG. 2B shows that the content of inorganic components of nanoparticles measured by TGA was 98.5, 89.9 and 84.25% by weight in MSN / MNP, fMSN / MNP and pNIBIm-AA / MSN / MNP, respectively. Total weight-loss in fMSN / MNP and pNIBIm-AA / MSN / MNP indicates the presence of a polymer shell.

XRD 분석의 결과는 도 2c로 도시하였다. Fe3O4의 6개의 특징적인 피크는 그들의 XRD에서의 지수[(2 2 0), (3 1 1), (4 0 0), (4 2 2), (5 1 1), 및 (4 0 0)]로 표시되었으며 JCPDS 파일(PDF No. 65-3107)의 데이터베이스로 입증되어 합성된 Fe3O4 나노입자의 순도를 나타내었다.The results of the XRD analysis are shown in Fig. 2C. The six characteristic peaks of Fe3O4 are their exponents [(2 2 0), (3 1 1), (4 0 0), (4 2 2), (5 1 1) ] And showed the purity of the synthesized Fe 3 O 4 nanoparticles as evidenced by the database of the JCPDS file (PDF No. 65-3107).

자화 곡선의 분석 결과는 도 2d로 도시하였다. 자성 커브는 모든 샘플이 전형적인 초상자성의 특성을 가진다는 것을 나타내었다. Fe3O4의 포화 자화 값은 73.71emu/g였으나, MSN/MNP의 경우 32.06emu/g까지 감소하였으며, 이는 혼성 나노입자의 실리카와 폴리머에 의한 보호 효과에 의한 것이다. The results of the analysis of the magnetization curve are shown in Fig. 2d. The magnetic curves show that all samples have typical superparamagnetic properties. The saturation magnetization value of Fe 3 O 4 was 73.71 emu / g, but decreased to 32.06 emu / g for MSN / MNP, which is due to the protective effect of the hybrid nanoparticles on silica and polymer.

BET 기공 부피, 표면적, 기공 직경 및 제타 포텐셜 값은 아래 표 1로 정리하였다.BET pore volume, surface area, pore diameter and zeta potential values are summarized in Table 1 below.

특성characteristic MSN/MNPMSN / MNP pNIBIm-AA/MSN/MNPpNIBIm-AA / MSN / MNP 기공 부피 (cm3/g)Pore volume (cm 3 / g) 1.181.18 0.980.98 표면적 (m2/g)Surface area (m 2 / g) 648648 124124 기공 직경 (nm)Pore Diameter (nm) 4.234.23 2.232.23 제타 포텐셜 (mV)Zeta potential (mV) -16-16 -7-7

실험예 2. 콜라겐 매트릭스 내에서의 자기장에 의한 pNIBIM-AA/MSN/MNP 나노입자의 이동 분석Experimental Example 2. Analysis of migration of pNIBIM-AA / MSN / MNP nanoparticles by magnetic field in a collagen matrix

실시예 1에서 제조된 pNIBIM-AA/MSN/MNP 나노입자(4.46% Fe3O4 농도에 대응)을 페트리 접시의 5mm 두께의 유형 1 콜라겐 젤에 고정된 피펫으로 한 방울 씩 투여하였으며, 페트리 접시 반대 측에 자석을 위치시켰다. 자석의 영향 범위 내에 놓인 입자의 이동은 시간에 따라 디지털 카메라(Kodak DX6490)로 관측되었다. 처음 투여 지점과 최종 입자의 지점 사이의 거리에 대응하는 중심 직선은 입자가 이동한 거리로 간주되었으며, 사용된 자석의 너비와 거의 유사하였다(3cm). 이를 도 3으로 나타내었다. 본 실험에서는 단순한 실험적 모형을 얻기 위해, 입자 간 상호인력, 유체 이동 중의 마찰 및 세포와의 결합 등과 같은 변수를 배제하였다. 본 실험에서 얻어진 정보는 3D 세포 생존률 실험에 사용되었다.The pNIBIM-AA / MSN / MNP nanoparticles (corresponding to 4.46% Fe 3 O 4 concentration) prepared in Example 1 were dispensed in a petri dish on a 5 mm thick type 1 collagen gel, The magnet was placed on the opposite side. The movement of the particles within the influence range of the magnets was observed with a digital camera (Kodak DX6490) over time. The centerline corresponding to the distance between the initial point of administration and the point of the final particle was considered to be the distance traveled by the particle and was approximately similar to the width of the magnet used (3 cm). This is shown in FIG. In this experiment, to obtain a simple experimental model, we excluded variables such as inter-particle mutual attraction, friction during fluid movement, and binding with cells. The information obtained in this experiment was used in the 3D cell survival experiment.

실험예 3. 독소루비신의 봉입 및 방출의 온도 의존성 확인Experimental Example 3. Confirmation of Temperature Dependence of Isovirucin Inclusion and Release

실시예 2에서 제조된 독소루비신이 봉입된 pNIBIM-AA/MSN/MNP의 봉입된 독소루비신 양을 확인하기 위해 용액의 상층액을 UV-Vis 분광분석기(1601PC, Shimadzu, Japan)을 이용하여 520nm에서 광학적으로 분석하였다. 봉입률은 Langmuir isotherm을 이용하여 계산하였다.To confirm the amount of doxorubicin encapsulated in doxorubicin-encapsulated pNIBIM-AA / MSN / MNP prepared in Example 2, the supernatant of the solution was optically measured at 520 nm using a UV-Vis spectrometer (1601PC, Shimadzu, Japan) Respectively. The inclusion rate was calculated using Langmuir isotherm.

독소루비신의 온도 의존적인 방출에 있어서, 적당량의 1mg/ml의 독소루비신 봉입된 나노입자 용액을 PBS에서 제조하였고, 37℃ 및 42℃에서 10일까지 인큐베이션하였다. 각 인큐베이션 온도에서, 상층액을 미리 정해진 시간 간격으로 수집하였으며, 그들의 광학적 밀도를 520nm에서 UV-Vis 분광분석기(1601 PC, Shimadzu, Japan)을 사용하여 측정하였다.For temperature-dependent release of doxorubicin, an appropriate amount of 1 mg / ml doxorubicin-encapsulated nanoparticle solution was prepared in PBS and incubated at 37 < 0 > C and 42 < 0 > C for up to 10 days. At each incubation temperature, supernatants were collected at predetermined time intervals and their optical density was measured at 520 nm using a UV-Vis spectrometer (1601 PC, Shimadzu, Japan).

나노입자의 독소루비신 봉입 및 방출 실험의 결과는 도 4로 도시하였다. 독소루비신의 봉입은 pH 7.4 및 10℃에서 4시간 동안 수행되었다(도 4a). 약물 방출 실험은 체액에서 37-42℃ 및 pH 5.0-7.4 조건(자극-반응성 고분자의 LCST=38-42℃)에서 수행되었다. 37℃ 및 pH 7에서 24시간 후에 약 50%의 독소루비신이 방출되었으며, 처음 10시간동안에 36%가 방출되었다. 이와 동일한 pH에서 온도를 42℃로 상승시킨 경우, 독소루비신은 더 빠른 속도로 방출되었다. 24시간 동안 방출된 양은 약 78%까지 상승하였으며, 45시간 동안 거의 95%가 방출되었다. 37℃에서 pH를 5까지 감소시킨 경우, 독소 루비신 방출량은 처음 24시간 동안 약 96%까지 증가하였다. 가장 높은 온도와 낮은 pH 값(42℃ 및 pH 5)에서 독소루비신의 방출 속도가 가장 빨랐으며, 9시간 내에 약 92%가 방출되었다. 이의 대조군으로 MSN/MNP에 독소루비신을 봉입하여 동일한 방출 실험을 진행하였으며, 독소루비신이 36시간 내에 완전히 방출된다는 점을 밝혔다. 이는 외부의 pNIBIm-AA 및 내부의 MSN이 빈 공간과 메조 기공 통로로부터 독소루비신의 확산을 조절할 수 있다는 것을 의미한다. pNIBIm-AA/MSN/MNP로부터의 독소루비신 방출 과정은 거리-제한 메커니즘을 따랐다. pH 7.4 및 37℃에서의 고분자 쉘은 닫힌 상태였으며, 이는 느린 방출 속도로 나타났다. 게다가 양 전하로 하전된 약물 분자와 음 전하로 하전된 MSN 사이의 전기적 인력은 독소루비신의 방출을 방해하였다. 그러므로 처음의 방출을 제외하고는 독소루비신이 혼성 나노입자 내부에서 안정하여, 혈액을 통해 순환될 때에도 최소한으로 누출될 것이라는 점을 확인할 수 있었다. 외부의 자기장을 이용하여 표적의 암 조적으로 도달한 경우, 외부 자기장 또는 국소적 염증으로 인해 발생된 열로 인해 혼성 나노입자로부터의 빠른 독소루비신 방출이 가능하다. 이런 열로 인한 외부 고분자 층의 축소는 나노입자 통로와 중심부의 빈 공간의 표면 전하를 변화시켜 독소루비신의 정전기적 인력을 감소시켰으며, 독소루비신이 다량으로 방출되도록 하였다.The results of experiments of the incorporation and release of doxorubicin in nanoparticles are shown in Fig. The inclusion of doxorubicin was carried out at pH 7.4 and 10 ° C for 4 hours (Fig. 4A). Drug release experiments were performed in body fluids at 37-42 ° C and pH 5.0-7.4 (LCST = 38-42 ° C for stimuli-responsive polymers). About 50% of doxorubicin was released after 24 hours at 37 ° C and pH 7, and 36% was released during the first 10 hours. When the temperature was raised to 42 ° C at the same pH, doxorubicin was released at a faster rate. The amount released for 24 hours rose to about 78%, and nearly 95% was released for 45 hours. When the pH was reduced to 5 at 37 ° C, toxin rubicin release increased to about 96% during the first 24 hours. At the highest temperature and low pH values (42 ° C and pH 5), the release rate of doxorubicin was the fastest, with a release of about 92% within 9 hours. As a control, doxorubicin was injected into MSN / MNP and the same release experiment was carried out, and it was revealed that doxorubicin was completely released within 36 hours. This means that external pNIBIm-AA and internal MSN can regulate the diffusion of doxorubicin from void space and mesopore passages. The process of doxorubicin release from pNIBIm-AA / MSN / MNP followed a distance-limiting mechanism. The polymer shell at pH 7.4 and 37 ° C was in a closed state, which appeared at a slow release rate. In addition, the electrical attraction between the positively charged drug molecule and the negatively charged MSN interfered with the release of doxorubicin. Therefore, except for the initial release, it was confirmed that doxorubicin is stable inside the hybrid nanoparticles and will leak to the minimum even when circulating through the blood. Rapid doxorubicin release from hybrid nanoparticles is possible due to heat generated by an external magnetic field or local inflammation when the target's magnetic field is reached using an external magnetic field. The reduction of the external polymer layer due to this heat changed the surface charge of the nanoparticle passages and void spaces in the center to reduce the electrostatic attraction of doxorubicin and release a large amount of doxorubicin.

실험예 4. 2D 배지에서의 세포 생존률 측정Experimental Example 4. Measurement of cell survival rate in 2D medium

인간 유방 선암 세포(MCF 7)을 37℃ 및 5% CO2 가습 대기에서 70% 융합까지 소태아혈청(10% v/v, Gibco, USA) 및 페네실린/스트렙토마이신(1% v/v, Invitrogen, USA)을 함유한 DMEM(Welgene, South Korea)에 두었다. 세포 단일층은 그 후 트립신화되었으며, 현탁액으로 수집되어 추가 분석되었다.Human breast carcinoma cells (MCF 7) to 37 ℃ and 5% CO 2 fetal bovine serum in a humidified atmosphere up to 70% of the fusion (10% v / v, Gibco , USA) and phenethyl cylinder / streptomycin (1% v / v, Invitrogen, USA) (Welgene, South Korea). The cell monolayer was then trypsinized and collected in suspension and further analyzed.

5% CO2로 가습화된 인큐베이션기 내에서의 나노입자와의 직접 접촉 이후, MTS 분석 키트 [3-(4,5-디메틸싸이아졸-2-일)-2,5-디페닐테트라아졸륨 브로마이드](AMRESCO, Solon, OH)를 사용하여 다른 온도(37℃ 및 42℃)에서의 세포 생존률을 측정하였다. 열 충격을 위해, 나노입자와 세포를 42℃에서 4시간 동안 인큐베이션 하였으며, 그 후 37℃에서 20시간 동안 인큐베이션하여 회복기를 가졌다. 세포들은 96-웰 플레이트(~5x103 세포/웰)에 분배되었으며, 다른 농도의 나노입자 희석액(25-500μg/ml)으로 24시간 동안 처리되었다. 세포 생존률은 마이크로플레이트 리더(iMarkTM, Miorad, Hongkong)을 이용하여 측정된 490nm에서의 광학적 밀도(OD)로 결정되었다. 이의 결과를 도 5로 도시하였다.After direct contact with the nanoparticles in an incubator humidified with 5% CO 2 , the MTS assay kit [3- (4,5-dimethylthiazol-2-yl) -2,5-diphenyltetrazolium Bromide] (AMRESCO, Solon, OH) was used to measure cell viability at different temperatures (37 < 0 > C and 42 < 0 > C). For thermal shock, the nanoparticles and cells were incubated at 42 ° C for 4 hours, then incubated at 37 ° C for 20 hours to have recovery. Cells were distributed in 96-well plates (~ 5 x 10 3 cells / well) and treated with different concentrations of nanoparticle dilutions (25-500 μg / ml) for 24 h. The cell viability was determined as the optical density (OD) at 490 nm as measured using a microplate reader (iMark (TM), Miorad, Hongkong). The results are shown in Fig.

MNP 처리 세포의 세포 잔해에 대한 육안 검사가 MNP(>25μg/ml)로 유도된 독성의 지표로 사용되었으며, MTS 분석으로 측정된 세포 생존률이 이를 뒷받침하였다. 42℃에서의 4시간 열처리 및 이어지는 37℃에서의 20시간의 회복기 이후에 세포 생존률을 유의미하게 감소하였다. 생존률은 37℃에서 약 43%로 유지되었으며, 42℃에서는 38%였다. 이러한 결과는 온도 의존적인 독소루비신의 방출이 세포 독성에 기여하였다는 것을 나타낸다.Visual inspection of cell debris on MNP treated cells was used as an indicator of toxicity induced by MNP (> 25 μg / ml) and cell viability as measured by MTS analysis supported this. The cell viability was significantly decreased after 4 hours of heat treatment at 42 ° C and after 20 hours of recovery at 37 ° C. The survival rate was maintained at about 43% at 37 ° C and 38% at 42 ° C. These results indicate that the temperature-dependent release of doxorubicin contributed to cytotoxicity.

실험예 4. 고정된 자기장 내의 3D 배지에서의 세포 생존률 측정 및 셀 이미징Experimental Example 4. Measurement of cell viability and cell imaging in 3D medium in a fixed magnetic field

MCF7 세포를 살균 아가로오스(100ml DNEM에 2g, 60μl/웰)로 미리 코팅된 96-웰 플레이트(~5x103 세포/웰)에 분배하였으며, 3D 스페로이드 형상의 응집체가 형성되도록 5% CO2-가습화된 대기 및 37℃에 두었다. 3일 배양한 이후, 각 3D 스페로이드 형상의 세포 응집체는 48-웰 플레이트의 웰로 옮겨졌으며, 즉시 2mm 두께의 Type I 콜라겐 젤로 덮었다. Type I 콜라겐 젤은 콜라겐(2mg/ml)을 적당향의 소독된 아세트산(0.02N), DMEM(10x)을 혼합하고, 수산화나트륨을 사용하여 37℃에서 pH 7.4까지 중화시켜 제조하였다. 중합 이후(~30분), 200μl의 배지를 덮어씌웠으며, 밤새 배양하였다. 그 후, 자석을 플레이트의 벽을 따라 스페로이드 근처에 배치하였으며, 5μl의 MSN/MNP/P/DOX를 포함한 200μg의 나노입자를 웰의 다른 쪽에 주사하였다. 그 후 5% CO2-가습화된 대기하에 37 및 42℃에서 24시간 동안 배양하였다. 배양 후 콜라겐 매트릭스 내에서의 세포 생존률을 MTS 분석을 통해 측정하였다. DOX가 봉입된 나노입자에 노출되지 않은 MCF7 스페로이드가 포함된 콜라겐 겔은 대조군으로 사용되었다. 세포를 포함하지 않은 모든 콜라겐 겔MTS 값은 정규화에 사용되었다.Such that the MCF7 cells were distributed in sterile agarose (2g, 60μl / well in 100ml DNEM) pre-coated 96-well plates (~ 5x10 3 cells / well), the formation of aggregates of the 3D spheroid shape 5% CO 2 Humidified atmosphere and 37 ° C. After 3 days of incubation, each 3D spheroid-like cell aggregate was transferred to a well of a 48-well plate and immediately covered with 2 mm thick Type I collagen gel. Type I collagen gel was prepared by mixing collagen (2 mg / ml) with sterilized acetic acid (0.02 N), DMEM (10 ×) and neutralizing to pH 7.4 at 37 ° C with sodium hydroxide. After polymerization (~ 30 min), 200 μl of the medium was covered and incubated overnight. The magnet was then placed near the spoleoid along the wall of the plate and 200 μg of nanoparticles containing 5 μl of MSN / MNP / P / DOX were injected into the other side of the well. It was then incubated at 37 and 42 ° C for 24 hours in a 5% CO 2 -humidified atmosphere. Cell viability in the collagen matrix after incubation was measured by MTS analysis. Collagen gels containing MCF7 spheroids not exposed to DOX-encapsulated nanoparticles were used as controls. All collagen gel MTS values not containing cells were used for normalization.

24시간의 배양 후에 스페로이드가 포함된 겔를 차가운 PBS로 세척하였으며, 4%(v/v) 파라포름알데히드로 고정하고, DP72 현미경 디지털 카메라가 장착된 Olympus 형광 현미경을 사용하여 관찰하였다. F-액틴을 관찰하기 위하여, 상기 구조는 Alexa Fluor 546 conjugaated phalloidin(Molecular Probes, USA)로 염색되었으며, DP72 현미경 디지털 카메라가 장착된 Olympus 형광 현미경으로 형광 이미징하였다. 이를 도 6으로 나타내었다.After incubation for 24 hours, the gel containing the spoloids was washed with cold PBS, fixed with 4% (v / v) paraformaldehyde and observed using an Olympus fluorescence microscope equipped with a DP72 microscope digital camera. To observe F-actin, the structure was stained with Alexa Fluor 546 conjugated phalloidin (Molecular Probes, USA) and fluorescently imaged with an Olympus fluorescence microscope equipped with a DP72 microscope digital camera. This is shown in FIG.

핵 및 핵 주위 영역의 붉은 색 형광은 세포에 의한 나노입자의 인터널리제이션(internalization)에 의한 것이다. 독소루비신은 DNA 염기의 방향족성 고리와 파이-파이 결합을 형성하여 세포 내부의 형광성을 증가시킨다. 온도가 증가할수록 세포 수축과 세푸 수의 감소가 관측되었으며, 이는 42℃에서의 급격한 DOX 방출에 따른 DOX 양성 세포의 증가와 일치하는 결과이다. 더 나아가, 형태학적 분석은 세포 내의 나노입자의 차지량을 확인시켜 주었다. 세포질 응축과 세포 수축의 정도는 열 충격 처리의 대상이 된 세포들에 있어서 의미를 가졌다. 작은 조각으로 관측된 세포들은 죽은 세포의 지표로 사용되었다. 반면에 대조군 세포는 늘어난 액틴 실을 가지는 크고, 평평한 핵을 나타내었다. 그러므로 본 발명의 나노입자는 암 세포를 표적화하고, 이들의 독소루비신 방출은 세포 이미징을 위한 형광성을 나타내게 할 수 있음을 확인하였다.The red fluorescence of the nucleus and nucleus region is due to the internalization of the nanoparticles by the cells. Doxorubicin forms a pi-pi bond with the aromatic ring of the DNA base to increase the fluorescence inside the cell. As the temperature increased, cell shrinkage and decrease in cell number were observed, which is consistent with an increase in DOX-positive cells due to rapid DOX release at 42 ° C. Furthermore, morphological analysis confirmed the amount of nanoparticles in the cells. The degree of cytoplasmic condensation and cellular contraction was significant in the cells subjected to heat shock treatment. Cells observed in small pieces were used as indicators of dead cells. Whereas control cells showed large, flat nuclei with increased actin seals. Therefore, it has been confirmed that the nanoparticles of the present invention can target cancer cells and their doxorubicin release can cause fluorescence for cell imaging.

본 발명 실시예에서 제조한 나노입자의 구조 및 작동 원리를 요약하면 도 7과 같다. 실시예 1에서 제조한 나노입자는 중심층에 빈 공간을 가지며, MSN과 MNP가 혼성되어 있고, 표면의 고분자 층은 온도에 따라 그 형상을 달리하여 내부에 봉입된 약물 방출을 조절할 수 있다.The structure and operation principle of the nanoparticles prepared in the present invention are summarized in FIG. The nanoparticles prepared in Example 1 have an empty space in the center layer, MSN and MNP are mixed, and the polymer layer on the surface can control the release of the drug contained therein by varying the shape depending on the temperature.

Claims (10)

메조 기공 나노입자 및 자성 나노입자를 포함하는 제 1층;
및 폴리(N-이소프로필아크릴아마이드-co-1-부틸-3-비닐이미다졸륨 브로마이드-co-아크릴산)을 포함하는 제 2층을 포함하고,
상기 메조 기공 나노입자는 자성 나노입자의 외부 표면에 코팅되고,
상기 제 1층의 내부에 공동이 형성되어 있으며,
상기 폴리(N-이소프로필아크릴아마이드-co-1-부틸-3-비닐이미다졸륨 브로마이드-co-아크릴산)는 N-이소프로필아크릴아마이드, 1-부틸-3-비닐이미다졸륨 브로마이드, 및 아크릴산으로부터 유도되는 반복단위를 포함하는 공중합체이며,
상기 제 2층은 제 1층의 외부를 감싸고 있는 것인 구형 나노입자.
A first layer comprising mesoporous nanoparticles and magnetic nanoparticles;
And a second layer comprising poly (N-isopropylacrylamide-co-1-butyl-3-vinylimidazolium bromide-co-acrylic acid)
The mesoporous nanoparticles are coated on the outer surface of the magnetic nanoparticles,
A cavity is formed in the first layer,
The poly (N-isopropylacrylamide-co-1-butyl-3-vinylimidazolium bromide-co-acrylic acid) is preferably selected from the group consisting of N-isopropylacrylamide, And a repeating unit derived from the repeating unit,
Wherein the second layer surrounds the outside of the first layer.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 N-이소프로필아크릴아마이드, 1-부틸-3-비닐이미다졸륨 브로마이드, 및 아크릴산로부터 유도되는 반복 단위 사이의 비율은 70-80:10-25:5-10인 나노입자. The method of claim 1, wherein the ratio between the repeating units derived from N-isopropylacrylamide, 1-butyl-3-vinylimidazolium bromide, and acrylic acid is 70-80: 10-25: particle. 제1항 또는 제4항의 나노입자를 포함하는 약물 전달체.A drug carrier comprising nanoparticles of claim 1 or 4. 제5항에 있어서, 상기 약물은 나노입자의 공동 내에 봉입되는 것인 약물 전달체.6. The drug delivery system of claim 5, wherein the drug is enclosed within the cavity of the nanoparticle. 제6항에 있어서, 상기 약물은 면역 억제제, 항암제 및 항생제로 이루어진 군에서 선택되는 것인 약물 전달체.The drug delivery system according to claim 6, wherein the drug is selected from the group consisting of an immunosuppressant, an anti-cancer agent, and an antibiotic. 제7항에 있어서, 상기 면역 억제제는 프레드니손, 아자티오푸린, RS61443, 사이클로스포린, FK506 및 라파마이신으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 약물 전달체.8. The drug delivery system according to claim 7, wherein the immunosuppressive agent is selected from the group consisting of prednisone, azathiopurine, RS61443, cyclosporine, FK506 and rapamycin. 제7항에 있어서, 상기 항암제는 파클리탁셀 또는 독소루비신인 약물 전달체.8. The drug delivery system according to claim 7, wherein the anticancer agent is paclitaxel or doxorubicin. 제7항에 있어서, 상기 항생제는 페니실린 계열 항생제, 아미노글리코사이드 계열 항생제, 테트라사이클린 계열 항생제 및 퀴놀론 계열 항생제로 이루어진 군에서 선택되는 것인 약물 전달체.8. The drug delivery system according to claim 7, wherein the antibiotic is selected from the group consisting of penicillin antibiotics, aminoglycoside antibiotics, tetracycline antibiotics and quinolone antibiotics.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100950548B1 (en) 2008-01-10 2010-03-30 연세대학교 산학협력단 A porous hollow silica nanoparticle, preparation method thereof, drug carrier and pharmacetical composition comprising the same
US20160015652A1 (en) 2012-02-16 2016-01-21 The Administrators Of The Tulane Educational Fund Hollow nanoparticles with hybrid double layers
KR101763482B1 (en) 2015-06-05 2017-08-02 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 Drug delivery system of mesoporous silica nanoparticle with ionic liquid-doped and cationic copolymer shell, and method for preparing the same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005039579B4 (en) * 2005-08-19 2022-06-30 Magforce Ag Method for introducing therapeutic substances into cells
KR101087260B1 (en) * 2009-06-23 2011-11-29 한국외국어대학교 연구산학협력단 Hollow mesoporous silica capsule and method for preparing the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100950548B1 (en) 2008-01-10 2010-03-30 연세대학교 산학협력단 A porous hollow silica nanoparticle, preparation method thereof, drug carrier and pharmacetical composition comprising the same
US20160015652A1 (en) 2012-02-16 2016-01-21 The Administrators Of The Tulane Educational Fund Hollow nanoparticles with hybrid double layers
KR101763482B1 (en) 2015-06-05 2017-08-02 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 Drug delivery system of mesoporous silica nanoparticle with ionic liquid-doped and cationic copolymer shell, and method for preparing the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Microporous and Mesoporous Materials. 2017. Vol.243. pp.206-213.*

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