KR102067490B1 - 서방성 약물전달용 온도상전이 나노 입자/하이드로젤 복합체 - Google Patents

서방성 약물전달용 온도상전이 나노 입자/하이드로젤 복합체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온도감응성 나노 입자/하이드로젤 복합체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 약물을 담지하지 않은 나노 입자/하이드로젤 복합체와 소정의 약물을 혼합 시, 약물과 하이드로젤 사이의 상호작용 뿐만 아니라, 약물과 나노 입자 사이의 상호작용을 통하여, 투여부위에서 약물 방출 속도를 지연시키고, 이를 통하여 국소부위에서의 약물치료 효능을 극대화시킬 수 있는 서방성 약물 방출을 위한 온도감응성 나노 입자/하이드로젤 복합체에 관한 것이다.

Description

서방성 약물전달용 온도상전이 나노 입자/하이드로젤 복합체 { HYDROGEL/NANOPARTICLE COMPOSITE WITH TEMPERATURE SOL-GEL TRANSITION FOR SUSTAINED DRUG RELEASE }
본 발명은 온도감응성 나노 입자/하이드로젤 복합체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 약물을 담지하지 않은 나노 입자/하이드로젤 복합체와 소정의 약물을 혼합 시, 약물과 하이드로젤 사이의 상호작용 뿐만 아니라, 약물과 나노 입자 사이의 상호작용을 통하여, 투여부위에서 약물 방출 속도를 지연시키고, 이를 통하여 국소부위에서의 약물치료 효능을 극대화시킬 수 있는 서방성 약물 방출을 위한 온도감응성 나노 입자/하이드로젤 복합체에 관한 것이다.
하이드로젤은 수용액 상에서 물에 팽윤하여 다량의 물을 흡수할 수 있는 특성을 가지며, 이는 가교된 삼차원의 망상 구조를 갖는다. 3차원의 망상 구조는 수소결합, 반데르발스결합과 같은 물리적 결합 혹은 이온결합, 공유결합과 같은 화학적 결합을 통해서 형성된다. 이러한 하이드로젤은 높은 함수율과 세포외기질과의 물리화학적 유사성으로 인하여 높은 생체적합성을 갖는다. 이러한 특성들로 인하여 하이드로젤은 의학과 약물학적인 응용에 있어서, 상당한 주목을 받게 되었다.
특히, 하이드로젤의 다공성 구조는 젤에 약물을 용이하게 탑재할 수 있으며, 약물의 확산계수에 의존하여 약물이 서서히 방출하는 장점이 있다. 그래서, 하이드로젤을 약물전달 분야에서 적용하면, 주변 조직에 특정 약물 농도를 장시간에 걸쳐 지속적으로 유지시켜 줄 수 있다.
그러나, 하이드로젤의 이러한 장점에도 불구하고, 실제적인 응용을 제한하는 몇 가지 단점들이 있다. 먼저, 하이드로젤의 낮은 인장강도는 하중을 견뎌야 하는 부분에서의 응용을 제한하고, 결과적으로 목표로 하는 지점에서 조기 용해 과정을 거쳐 빠른 시간에 소실된다. 또한, 하이드로젤의 높은 함수율과 다공성 때문에 소수성 약물을 담지하기가 어렵고, 상대적으로 빠르게 방출되는 문제점이 있다. 그리고, 대부분의 하이드로젤은 주사를 이용한 체내로 주입되기 어려워, 체내에 적용하기 위해 외과적 수술을 요구하는 경우도 있다. 이러한 단점들로 인하여, 하이드로젤은 임상에서 실제적으로 사용이 제한되고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 연구의 방향은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데, 약물과 하이드로젤 사이의 상호작용을 향상시키거나, 하이드로젤 내부의 약물이 확산되는 것을 늦추는 것이다.
하이드로젤의 표면이나 겔전체의 미세구조를 변형하여, 약물 방출 속도를 조절하기 위한 여러 방법이 연구되어 왔다. 상대적으로 촘촘한 하이드로젤 매트릭스를 형성하여, 기계적 물성이 우수하면서도 제어가 가능한 물성을 제공하고 종래의 하이드로젤에 비해 약물 담지 효율을 향상시킬 수 있었다.
상기와 같은 약물 전달체는 환부에서 유지되는 전달체의 고분자 농도에 좌우되기 때문에 체내 투여 후 쉽게 용해(혹은 와해)되어 불안정성으로 인하여 빠른 약물 방출 형태를 나타내고, 특히 수용성 약물이나 단백성 약물 및 항체들이 충진되어 있는 경우 수용액에서의 우수한 용해도로 인하여 빠른 약물 방출이 야기되어 원하는 약효를 구현하기가 어려웠다. 이를 극복하기 위한 방안으로, 약물의 반복투여가 요구되며, 고가의 단백성 약물이나 항체의 경우 치료 비용의 상승이 예상된다. 이를 극복하기 위하여 온도감응성 고분자에 약물을 담지한 여러 가지 나노 입자를 혼합하여 사용하였으나 고분자와 나노 입자의 혼합성 부재로 괄목할 만한 효능 증진을 추구하지 못하였다.
그래서, 생체적합성이 우수하고, 약물 방출 시간 및 속도도 늦출 수 있는 방안에 대한 연구가 요구되었다.
이러한 요구에 따라 개발된 종래의 기술에서는 나노 입자를 만드는 과정에서 이미 약물을 포함시켜 제조하였다. 그러한 기술 중 하나는 대한민국 공개특허 10-2017-0110204호에 개시되어 있다. 이러한 문헌에 개시된 바와 같이, 요구되는 약물을 미리 나노 입자에 탑재하여, 의약품을 제조하고, 이를 보관 후, 필요에 따라 사용한다. 그러나, 이러한 방법은 다양한 약물에 대하여, 각각 필요한 의약품을 따로따로 제조하여야 하는 문제가 있으며, 보관의 어려움 또한 존재한다.
따라서, 환자에게 필요한 약물을 필요에 따라, 준비된 약물전달체 (약물미포함)와 혼합하여 사용하는 기술에 대한 연구가 필요한 시점이다.
대한민국 공개특허 제10-2007-0099767호
본 발명은 소정의 약물과의 단순한 혼합을 통해서 서방성 약물 방출을 유도할 수 있는 서방성 약물전달용 온도 상전이 나노 입자/하이드로젤 및 이의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 또한 체온과 유사한 온도에서 졸-젤 상전이 현상을 통해 고체상의 젤을 형성하며, 약물과 히알루론산, 약물과 나노 입자 상호작용을 통하여 약물 방출을 제어할 수 있는 서방성 약물전달용 온도 상전이 나노 입자/하이드로젤 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 온도상전이 나노 입자/하이드로젤 복합체의 제조 방법을 제공한다.
일 실시예에서, 상기 제조 방법은 레시틴 수용액과 폴리소르베이트 80(polysorbate 80)을 혼합하여, 제 1 혼합물을 형성하는 단계; 상기 제 1 혼합물에 초음파를 조사하여, 나노 입자를 포함하는 제 2 혼합물을 형성하는 단계; 상기 제 2 혼합물과 폴록사머 수용액을 혼합하여, 제 3 혼합물을 형성하는 단계; 상기 제 3 혼합물과 히알루론산 수용액을 혼합하여, 제 4 혼합물을 형성하는 단계; 상기 제 4 혼합물을 동결건조하여, 나노 입자/하이드로젤 복합체를 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제 1 혼합물을 형성하는 단계에서, 상기 레시틴과 폴리소르베이트 80의 혼합비(중량비)는 1:0 초과 2 이하이다.
일 실시예에서, 상기 제 2 혼합물을 형성하는 단계에서, 상기 나노 입자의 평균 입경은 40nm 내지 250nm이다.
일 실시예에서, 상기 폴록사머는 폴록사머 407이다.
일 실시예에서, 상기 제 3 혼합물을 형성하는 단계에서, 상기 제 2 혼합물 중 레시틴 및 폴리소르베이트 80과 폴록사머의 혼합비(중량비)는 1:2 내지 20이다.
일 실시예에서, 상기 히알루론산 수용액은 히알루론산을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 온도상전이 나노 입자/하이드로젤 복합체를 제공한다.
일 실시예에서, 상기 복합체는 불규칙한 메쉬 형태의 히알루론산(hyaluronic acid) 네트워크; 및 상기 네트워크 사이에 위치한, 레시틴, 폴리소르베이트 80(polysorbate 80) 및 폴록사머 407(poloxamer 80)을 포함하는 나노 입자;를 포함하며, 상기 히알루론산과 폴록사머 407의 혼합비(중량비)는 1:20 내지 200이다.
일 실시예에서, 중량비로 레시틴: 폴리소르베이트 80:폴록사머 407:히알루론산은 1:0.1 내지 2:2 내지 20:0.01 내지 1이다.
일 실시예에서, 상기 나노 입자/하이드로젤 복합체는, 상온에서 졸(sol) 상태이나, 31℃ 이상에서 젤(gel) 상태이다.
일 실시예에서, 상기 나노 입자는 지질계 나노 입자이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 체외에서는 졸상태를 유지하고, 주입시 체내에서는 젤상태를 유지하는 온도상전이 나노 입자/하이드로젤 복합체를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 나노 입자 크기가 적용되어 국소 주입이 가능한 온도상전이 나노 입자/하이드로젤 복합체를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 소정의 약물과 혼합하여 함께 체내에 투여 시, 혼합된 유효 약물이 나노 입자와 상호 작용을 통하여, 지속적으로 약물을 방출할 수 있는 온도상전이 나노 입자/하이드로젤 복합체를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 천연물질로부터 유래된 지질계 나노 입자를 적용하여, 체내에서 분해되거나 용이하게 체외로 방출될 수 있는 온도상전이 나노 입자/하이드로젤 복합체를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 약물과 단순 혼합만으로도, 우수한 서방형 특성을 갖는 온도상전이 나노 입자/하이드로젤 복합체를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 약물과 상호작용이 가능한 나노 입자를 도입함으로써 수용성 약물과 단순 혼합만으로도 우수한 서방형 특성을 갖는 온도상전이 나노 입자/하이드로젤 복합체를 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 블록 공중합체 고분자와 레시틴, 히알루론산으로 구성되는 온도 상전이 나노 입자/하이드로젤 복합체는, 함유되는 고분자와 레시틴간의 상호작용을 통해서 형성되는 온도 상전이 나노 입자를 형성하여 약물과의 극성 상호작용을 통한 서방성 약물 방출을 도모하고, 이에 긴 사슬 구조를 갖는 히알루론산과 나노 입자를 상호작용을 통해서 하이드로젤의 물성 강화 및 서방성 약물 방출을 도모할 수 있는 온도상전이 나노 입자/하이드로젤 복합체를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 입자/하이드로젤 복합체의 제조 방법에 대한 플로우 차트이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서방성 약물전달용 나노 입자/하이드로젤 복합체의 제조 방법에 대한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서방성 약물전달용 나노 입자/하이드로젤 복합체의 온도 증가에 따른 졸-젤 상전이 현상을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 서방성 약물전달용 온도상전이 나노 입자/하이드로젤 복합체의 형성에 따른 주사전자현미경의 결과이다.
도 5는 서방성 약물전달용 온도상전이 나노 입자/하이드로젤 복합체(실시예 1)의 온도변화에 따른 기계적 물성의 변화에 대한 결과 그래프이다.
도 6은 하이드로젤(비교예 1)의 온도변화에 따른 기계적 물성의 변화에 대한 결과 그래프이다.
도 7은 실시예 1 및 비교예 1의 기계적 물성의 변화에 대한 비교 결과 그래프이다.
도 8은 실시예 2 및 비교예 2의 약물 방출 거동을 나타내는 그래프이다.
도 9는 실시예 3, 4 및 비교예 3, 4의 레시틴의 함유량 변화에 따른 약물 방출 거동을 나타내는 그래프이다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.
또한, 여기서 사용된 "제1", "제2" 등의 용어는, 단순히, 후술되는 부분들을 서로 구분하기 위한 목적으로 사용된 것일 뿐, 후술하는 부분을 한정하는 것은 아니다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명에서 용어 「나노」는 나노 미터(nm) 단위의 크기를 의미할 수 있고, 예를 들어, 1 내지 1,000nm의 크기를 의미할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에서 용어 「나노 입자」는 나노 미터(nm) 단위의 평균 입경을 갖는 입자를 의미할 수 있고, 예를 들어, 1 내지 1,000nm의 평균입경을 갖는 입자를 의미할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예인 서방성 약물전달용 나노 입자/하이드로젤 복합체의 제조 방법을 상세히 설명한다. 다만, 첨부된 도면은 예시적인 것으로, 본 발명의 일 실시예인 서방성 약물전달용 나노 입자/하이드로젤 복합체의 제조 방법의 범위가 첨부된 도면에 의해 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 입자/하이드로젤 복합체의 제조 방법에 대한 플로우 차트이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서방성 약물전달용 나노 입자/하이드로젤 복합체의 제조 방법에 대한 모식도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 나노 입자/하이드로젤 복합체의 제조 방법은 레시틴 수용액과 폴리소르베이트 80(polysorbate 80)을 혼합하여, 제 1 혼합물을 형성하는 단계(S10); 제 1 혼합물에 초음파를 조사하여, 나노 입자를 포함하는 제 2 혼합물을 형성하는 단계(S20); 제 2 혼합물과 폴록사머 수용액을 혼합하여, 제 3 혼합물을 형성하는 단계(S30); 제 3 혼합물과 히알루론산 수용액 을 혼합하여, 제 4 혼합물을 형성하는 단계(S40); 및 제 4 혼합물을 동결건조하여, 나노 입자/하이드로젤 복합체를 형성하는 단계(S50)를 포함한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 입자/하이드로젤 복합체의 제조 방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 레시틴 수용액과 폴리소르베이트 80(polysorbate 80)을 혼합하여, 제 1 혼합물(폴리소르베이트 80 및 레시틴 혼합물)을 형성한다.
레시틴은 인산, 콜린, 지방산, 글리세롤, 당지질, 트라이글리세라이드, 인지질로 구성된 동식물 조직에서 발생하는 황갈빛의 지방 물질군을 두루 가리키는 용어이다. 인지질은 친수성 머리와 소수성 꼬리를 갖는 구조로, 수용액 상태에서 소수성 꼬리 간의 소수성 결합을 통하여 구형의 리포좀을 형성하게 되며, 친수성 머리는 양극성과 음극성을 모두 갖고 있으나 전체적으로 음 극성을 나타낸다. 인지질은 하기 화학식 1로 표시되는 구조일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112019051771386-pat00001
또한, 레시틴을 함유하는 수용액을 관절강를 통하여 체내에 전달했을 때 hydration-lubrication 작용기전에 의하여 윤활유 (boundary lubricant)로 작용하여 연골 조직내에 발생하는 압력을 줄여주어 연골조직의 재생에 도움을 줄 수 있다. 온도상전이 나노 입자/하이드로젤 복합체는 레시틴을 구성 성분으로 함유하고 있기에 연골 재생에 또한 도움을 줄 수 있다.
레시틴 수용액의 용매는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 레시틴을 용해하는데 적합한 용매라면 어떠한 것이라도 적용될 수 있다. 이러한 용매의 예로서, 증류수가 사용될 수 있다.
여기서, 레시틴 수용액의 농도는 특별히 한정되는 것은 아니며, 후술하는 바와 같이, 최종적으로 레시틴이 포함되는 함량과 폴록사머가 포함되는 함량의 비율이 중요하다. 다만, 레시틴 수용액의 농도는 일 예시로서, 5 내지 95%, 10 내지 90%, 15 내지 85%, 20 내지 80% 및 25 내지 75%일 수 있으며, 전술한 바와 같이, 본 발명이 의도하는 바에 따른 함량에 맞도록 수용액의 농도는 제어하여 사용할 수 있다.
폴리소르베이트 80은 서로 잘 혼합되지 않는 액체나 고체를 액체에 균일하게 분산시키기 위해 사용되는 첨가물로서, 폴리소르베이트와 레시틴 수용액의 혼합을 통해서 레시틴 수용액에 함유되는 리포좀의 크기를 좀 더 작게 만들 수 있다.
여기서, 레시틴과 폴리소르베이트 80의 혼합비(중량비)는 1:0 초과 2 이하인 것이 바람직하다. 폴리소르베이트를 첨가하는 이유는 후술하는 바와 같이 폴리소르베이트 80을 레시틴에 적용하여, 초음파를 가하게 되면, 나노 입자 크기가 작아지면서(예를 들어, 100 나노미터-> 30 나노미터), 보다 더 균일한 사이즈를 확보할 수 있다. 나노입자 사이즈가 작아지게 되면, 약물과의 극성 상호작용이 높아지면서 더욱 약물이 천천히 방출되도록 하는 나노 입자/하이드로젤 복합체를 기대할 수 있다. 반면에, 폴리소르베이트 80의 혼합비가 2를 초과하는 경우에는 본 발명이 의도하는 효과의 증가는 줄어들고, 상대적으로 인체에 유해성이 높아질 수 있다.
그리고, 제 1 혼합물에 초음파를 조사하여, 나노 입자를 포함하는 제 2 혼합물(나노 크기의 폴리소르베이트 80 및 레시틴 혼합물)을 형성한다(S20).
초음파를 조사하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 공지의 초음파 조사방법은 적용될 수 있으며, 바람직하게는, 본 발명이 의도하고자 하는 발명의 범위로부터 벗어나는 방법이 아닌 한, 어떠한 방법도 적용될 수 있으며, 가장 바람직하게는, 탐침형 초음파 조사 방법을 이용할 수 있다.
초음파를 조사하여, 제 1 혼합물을 파쇄하여, 보다 작은 크기를 갖는 나노 입자를 형성하며, 여기서, 나노 입자의 평균 입경은 바람직하게는 40nm 내지 250nm, 50nm 내지 240nm, 60nm 내지 230nm, 70nm 내지 220nm, 80nm 내지 210nm, 90nm 내지 200nm, 100nm 내지 190nm, 110nm 내지 180nm 또는 120nm 내지 170nm일 수 있다.
나노 크기의 입자를 형성하여, 후술하는 바와 같이 최종 동결 건조된 후, 소정의 약물과 혼합시, 약물을 보다 잘 탑재할 수 있으며, 전술한 나노 입자를 통한 극성 상호작용을 활용하여 빠른 약물방출을 극복할 수 있어, 기존의 하이드로젤에서 발전된 나노 입자/하이드로젤 복합체를 제공할 수 있다.
그리고, 제 2 혼합물과 폴록사머 수용액을 혼합하여, 제 3 혼합물(레시틴 및 폴록사머 혼합물)을 형성한다(S30).
본 발명에 기재된 용어인 "온도 감응성"이란, 온도 감응성을 가진 고분자가 고분자 수용액의 농도에 따라 특정 온도 하에서 액체상 졸(sol)이 고체상 젤(gel)의 상태로 바뀌는 졸-젤 상전이 현상 (Sol-Gel phase transition)을 나타낼 수 있는 특성을 말하며, 이는 온도감응성을 가진 폴록사머를 함유하는 나노 입자의 온도 상승에 따른 나노 입자 간의 인력 증진에 기인한다.
또한, 졸-젤 상전이 현상을 나타내는 온도 감응성 고분자와 더불어 약물과의 극성 상호작용을 유도하기 위하여 나노 입자는 음극성과 양극성의 특성을 모두 갖는 레시틴을 사용하며, 리포좀의 극성을 통하여 약물과의 혼합시, 약물과의 상호작용을 통하여 서방성 방출을 유도할 수 있다.
전술한 온도 감응성 고분자는 졸-젤 상전이 현상을 나타낼 수 있는 고분자를 말하는 것이며, 구체적으로 폴록사머 혹은 플루로닉일 수 있다.
폴록사머 혹은 플루로닉은 하기 화학식으로 표시되는 블록 공중합체 고분자일 수 있다.
[화학식 2]
HO-(C2H4O)a-(C3H6O)b-(C2H4O)a-H
공식적인 분자량은 12.6kDa이며, 폴리에틸렌 옥사이드(PEO) 블록(a) 101, 폴리프로필렌 옥사이드(PPO) 블록(b) 56이 반복적으로 이어져 있는 사슬구조를 갖는다. 블록 공중합체 고분자인 폴록사머는 상기 화학식에서 나타내는 폴리에틸렌 옥사이드(PEO)-폴리프로필렌 옥사이드(PPO)-폴리에틸렌 옥사이드의 구조를 가지며, 가운데의 폴리프로필렌 옥사이드는 소수성 부분이며, 양쪽의 폴리에틸렌 옥사이드는 친수성 부분이다.
여기서, 폴록사머는 폴록사머 407 또는 플루로닉 F-127(Pluronic F-127)일 수 있다.
이를 통하여, 본 발명에서 사용되는 나노 입자는 소수성과 친수성을 모두 소유하는 블록 공중합체 고분자 및 리포좀을 이용하여 형성된다. 소수성과 친수성을 모두 소유하는 블록 공중합체 고분자는 폴록사머 혹은 플루로닉이며, 이는 친수성 부분과 소수성 부분을 모두 소유하고 있다. 수용액 상에서 친수성 부분인 폴리에틸렌 옥사이드의 물 분자와의 친화력과 소수성 부분인 폴리프로필렌 옥사이드의 물 분자와의 반발력에 의해 안쪽의 소수성 부분과 바깥쪽의 친수성 부분을 갖는 마이셀(micelle) 이라는 구조를 형성하게 된다.
폴록사머와 레시틴은 모두 소수성과 친수성 부분을 소유하고 있기에, 소수성 부분 간의 소수성 결합 및 소수성 부분의 물 분자와의 반발력을 통하여 폴록사머의 폴리프로필렌 옥사이드와 인지질의 꼬리 부분이 결합하여 나노 입자를 형성한다.
형성된 나노 입자는 폴록사머를 함유하고 있기 때문에, 온도 감응성 고분자인 폴록사머의 특성인 졸-젤 상전이 현상을 통해, 체온과 유사한 온도에서 나노 입자 간의 인력 강화로 인해, 액체상의 졸(sol)이 고체상의 젤(gel)로 변화함과 동시에 물성강화를 보인다.
여기서, 폴록사머 수용액의 농도는 특별히 한정되는 것은 아니며, 후술하는 바와 같이, 최종적으로 레시틴이 포함되는 함량과 폴록사머가 포함되는 함량의 비율이 중요하다. 다만, 폴록사머 수용액의 농도는 일 예시로서, 5 내지 95%, 10 내지 90%, 15 내지 85%, 20 내지 80% 및 25 내지 75%일 수 있으며, 전술한 바와 같이, 본 발명이 의도하는 바에 따른 함량에 맞도록 수용액의 농도는 제어하여 사용할 수 있다.
또한, 제 2 혼합물 중 레시틴 및 폴리소르베이트 80과 폴록사머의 혼합비(중량비)는 1:2 내지 20인 것이 바람직하다. 폴록사머의 혼합비가 2 미만인 경우에는 폴록사머 407의 양이 너무 작아서 졸-겔 상전이가 어려워 상온에서 액상으로 존재할 수 있으며, 20을 초과하는 경우에는 점도가 너무 높아져서 졸-겔 상전이 없이 상온에서도 이미 겔상태일 수 있다.
제 3 혼합물이 충분히 혼합되도록 교반하는 것이 바람직하다. 여기서, 교반하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 의도하고자 하는 목적을 달성할 수 있는 방법은 어떠한 것이라도 적용될 수 있다.
그리고, 제 3 혼합물과 히알루론산 수용액을 혼합하여, 제 4 혼합물(레시틴, 폴록사머 및 히알루론산 복합체)을 형성한다(S40).
히알루론산 수용액은 높은 분자량을 갖는 히알루론산 네트워크로 인해 하이드로젤의 빠른 체내 흡수를 지연할 수 있어, 후술하는 바와 같이, 소정의 약물(ex. 수용성 또는 비수용성 약물)을 함께 투여시 흡수 지연에 따른 효능의 지속성을 연장할 수 있다.
전술한 바와 같은 체상의 젤로의 상변화를 통한 물성 강화와 더불어 온도감응성 하이드로젤에 나노 입자와 함께 구성되는 히알루론산은 나노 입자보다 긴 사슬 구조를 갖는 구조적 특성으로 인하여 하이드로젤의 물성을 좀 더 강화할 수 있다.
더불어, 온도상전이 나노 입자/하이드로젤 복합체를 구성하는 나노 입자는 양 극성과 음 극성을 모두 소유하고, 히알루론산은 음극성을 소유하는 특성으로 인하여 나노 입자와 히알루론산, 나노 입자와 약물, 약물과 히알루론산과의 극성 상호작용을 통하여 약물의 서방성 방출을 유도하기에, 온도 감응성과 더불어 국소적인 약물 방출과 함께 서방성 방출을 가능하게 한다. 이는 기존의 하이드로젤이 상대적으로 빠른 약물 방출 특성이 있었다면, 나노 입자를 통한 극성 상호작용을 활용하여 빠른 약물방출을 극복할 수 있어 기존의 하이드로젤에서 진일보한 나노 입자/하이드로젤 복합체를 기대할 수 있다.
여기서, 히알루론산 수용액의 농도는 특별히 한정되는 것은 아니며, 후술하는 바와 같이, 최종적으로 히알루론산이 포함되는 함량과 폴록사머가 포함되는 함량의 비율이 중요하다. 다만, 히알루론산 수용액의 농도는 일 예시로서, 5 내지 95%, 10 내지 90%, 15 내지 85%, 20 내지 80% 및 25 내지 75%일 수 있으며, 전술한 바와 같이, 본 발명이 의도하는 바에 따른 함량에 맞도록 수용액의 농도는 제어하여 사용할 수 있다.
또한, 히알루론산과 폴록사머의 혼합비(중량비)는 1:20 내지 200인 것이 바람직하다. 폴록사머의 혼합비가 200을 초과하는 경우에는 히알루론산이 너무 적게 혼합되면 졸-겔 상전이에서 겔화가 되더라도 거대한 고분자인 히알루론산이 적어서 기계적 물성이 불완전하여 약물이 터져나오는 현상(burst)이 생길 수 있다. 반면에, 폴록사머의 혼합비가 20 미만인 경우에는 히알루론산의 함량이 상대적으로 너무 많게 되어, 상온에서 조차 점도가 너무 높아져서, 최종 생성물을 주사기를 사용하여 인체에 투입하기 어려울 수 있다.
상기 제 4 혼합물이 충분히 교반되도록 하는 것이 바람직하다. 여기서, 교반하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 의도하고자 하는 목적을 달성할 수 있는 방법은 어떠한 것이라도 적용될 수 있다.
그리고, 제 4 혼합물을 동결건조하여, 나노 입자/하이드로젤 복합체를 형성한다(S50).
동결건조하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 공지의 동결건조하는 방법은 적용될 수 있으며, 바람직하게는, 본 발명이 의도하고자 하는 발명의 범위로부터 벗어나는 방법이 아닌 한, 어떠한 방법도 적용될 수 있다.
전술한 방법에 의하여, 나노 입자/하이드로젤 복합체를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 전술한 방법에 의하여 제조된 나노 입자/하이드로젤 복합체와 주사용수를 혼합하는 단계를 포함하는 약물-미담지 주사 용액의 제조 방법를 제공한다.
주사용수에는 소정의 약물이 포함되어 있으며, 나노 입자/하이드로젤 복합체는, 자체적으로 체내에서 특별한 효능을 갖고 있지 않지만, 주사용수에 녹아 있는 약물과 단순하게 혼합된 상태의 용액을 체내에 국소에 주입하게 되면, 체온에서 겔 형태로 바뀌게 되어 나노 입자/하이드로 겔 혼합 복합체에 포함되어 있는 약물이 서서히 방출될 수 있도록 한다.
상기 제조된 나노 입자/하이드로젤 복합체는 체내에서 치료 효능을 가지고 있지 않지만, 기존에 임상에서 사용되고 있는 주사액과 단순 혼합을 통해 치료 효능을 가질 수 있다.
약물은 주목적이 생리활성을 나타내는 물질로써, 예를 들어, 마취제, 진통제, 항혈관형성제, 혈관활성제, 항응고제, 세포독성제, 신경전달물질, 항암제, 항생제, 항바이러스제, 식욕감퇴제, 항관절염제, 항천식제, 항경련제, 항우울제, 항히스타민제, 항염증제, 항구토제, 항편두통제, 항종양제, 항가려움제, 항정신병제, 해열제, 진경제(antispasmodics), 심혈관제제(칼슘채널블록커, 베타블록커, 베타 아고니스트, 또는 항부정맥제 포함), 항고혈압제, 화학요법제, 이뇨제, 혈관확장제, 중추신경계 자극제, 기침 감기 제제, 충혈제거제, 진단제, 호르몬, 골형성 자극제 및 골흡수 억제제, 면역조절제, 면역억제제, 근육 이완제, 정신작용약, 정신자극제(psychostimulants), 진정제, 신경안정제, 단백질, 펩타이드(자연 발생, 화학 합성 또는 재조합에 의해 형성된 것 포함), 핵산분자(2 이상의 핵산의 중합체 형태, 이중 및 단일 가닥 분자 및 슈퍼코일되거나 축합된 분자를 포함하는 리보뉴클레오타이드 또는 데옥시리보뉴클레오타이드, 유전자 구조물, 발현 벡터, 플라스미드, 안티센스 분자 등), 항체, 지질, 세포, 조직, 백신, 유전자, 및 다당류 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
즉, 본 발명에 의한 동결 분말은 우수한 약물 캐리어로서, 전술한 다양한 약물을 탑재하여, 체내에 주입시, 나노 입자, 하이드로젤 및 약물의 상호 작용으로 인하여, 약물의 방출 시간을 충분히 연장시켜줄 수 있다.
따라서, 종래에는 약물이 특정되면, 그 약물에 맞는 약물 전달체를 제조하여야 하지만, 본 발명에 의한 약물 전달체는 약물을 제외하고, 약물 전달체만을 제조한 후, 필요에 따라 사용자의 의도에 맞는 약물을 선택하여, 손쉽게 혼합하여 이를 사용할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 체내에 투입시, 약물의 방출 시간을 충분히 연장시켜줄 수 있다. 더불어, 생체적합성 물질인 레시틴을 이용하여, 연골재생에 도움을 줄 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예는 온도상전이 나노 입자/하이드로젤 복합체를 제공한다.
온도상전이 나노 입자/하이드로젤 복합체는 불규칙한 메쉬 형태의 히알루론산(hyaluronic acid) 네트워크; 및 상기 네트워크 사이에 위치한, 레시틴, 폴리소르베이트 80(polysorbate 80) 및 폴록사머 407(poloxamer 80)을 포함하며, 상기 히알루론산과 폴록사머 407의 혼합비(중량비)는 1:20 내지 200인 나노 입자를 포함한다.
구체적인 예시로서, 중량비로 레시틴과 폴리소르베이트 80이 1:0.25로 포함되며, 레시틴과 폴록사머 407은 1:10으로 포함되며, 폴록사머 407과 히알루론산은 1:25로 포함될 수 있다.
또한, 중량비로 레시틴: 폴리소르베이트 80:폴록사머 407:히알루론산은 1: 0.1 내지 2:2 내지 20:0.01 내지 1로 포함될 수 있다. 이러한 조성범위에 따라 본 발명에서 의도하는 바와 같이, 적절한 압축강도를 갖는 서방형 약물 전달체를 제공할 수 있다.
상술한 나노 입자/하이드로젤 복합체의 제조 방법에서 설명하였던 구성요소와 동일한 구성요소의 경우 그 설명은 생략한다.
복합체는 나노 입자와 히알루론산 네트워크로 구성된다. 이 외에 추가적으로 구성요소가 포함될 수 있음은 자명하다.
나노 입자는 지질계 나노 입자이며, 나노 입자는 추후 혼합될 다양한 약물과 상호작용을 하여, 약물이 체내에 투입되어 서서히 방출되도록 결합할 수 있다. 폴록사머 407 또는 폴록사머 407/히알루론산만 구성된 하이드로젤의 경우, 약물과 혼합을 통해 담지할 경우 고분자 물질과 약물이 서로 상호작용을 통해 약물을 일정 시간동안 잡고 있을 수 없어, 단지 고분자 겔의 체내 흡수 속도에 의존하여 약물의 흡수·효능 기간이 결정되게 된다. 따라서 본 발명에서는 친수성과 소수성 약물들의 함유가 가능한 천연 성분의 지질계 나노 입자를 안정화시키고, 온도에 감응하여 가역적으로 졸-겔 거동을 갖는 하이드로 겔과 혼합하여 약물 담지를 위한 나노 입자/하이드로 겔 복합체를 제조하며, 전달하고자 하는 유효 약물과 안정화된 지질계 나노 입자와의 상호작용을 통해 겔의 체내 흡수 속도에만 의존성을 갖는 시스템이 아닌 복합적인 작용으로 약물의 지속 약물방출이 가능하여 효능 시간을 연장시킬 수 있다. 또한, 나노 입자에 포함된 레시틴은 음이온성과 양이온성을 모두 가지고 있는 양쪽성 물질로써 비이온성의 염 형태의 약물뿐만 아니라 이온성을 띄고 있는 다양한 약물과의 적용이 가능하여 지질계 나노 입자와의 강한 상호작용으로 체내에 투여시 더 오랜 지속 방출이 가능하다.
상기 히알루론산 네트워크는 히알루론산으로 구성된다. 온도감응성을 결정짓는 물질은 폴록사머 407이지만, 폴록사머 407 또는 나노 입자/폴록사머 407 만으로 구성된다면 체내 투여 후 1 내지 2 시간 내에 체내 흡수 후 사라지기 때문에, 함께 함유된 약물의 효능이 지속되지 못한다. 그러나, 소듐 하이알루로네이트를 함께 포함시킬 경우에는, 히알루론산은 분자량이 높은 고분자 네트워크 형태로 존재하여, 체내 흡수율이 서서히 일어나기 때문에, 소듐 하이알루로네이트가 포함된 온도감응 하이드로젤 또한 서서히 흡수되어 함께 포함된 약물의 흡수 시간을 연장시켜 약효의 지속시간을 연장시킬 수 있다.
또한, 나노 입자/하이드로젤 복합체는, 상온에서 졸(sol) 상태이나, 31℃ 이상에서 젤(gel) 상태이다. 바람직하게는 31℃ 내지 36℃에서 젤 상태를 유지한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서방성 약물전달용 나노 입자/하이드로젤 복합체의 온도 증가에 따른 졸-젤 상전이 현상을 설명하기 위한 개략도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 약물이 함유된 수용액과 나노 입자를 함유하는 하이드로젤과 혼합시, 상온에서의 수용액상으로 나노 입자가 균일하게 분산된 상태이나 온도증가에 따라 체온과 유사한 온도에서는 나노 입자 간의 상호작용을 통하여 고체 상의 젤을 형성한다.
본 발명의 다른 실시예는 전술한 나노 입자/하이드로젤 복합체와, 상기 복합체에 분산된 소정의 약물 및 주사용수를 포함하는, 약물을 담지한 서방성 약물전달체 용액을 제공한다.
이하, 본 발명을 실험예를 통하여, 보다 상세히 설명한다.
실험예 1. 나노 입자/ 하이드로젤 복합체의 모폴로지 확인
먼저, 10% 농도의 레시틴 수용액 2ml 와 폴리소르베이트 50mg를 혼합하여 제 1 혼합물 약 2ml을 형성하였다. 그리고, 제 1 혼합물에 초음파조사(probe type)를 조사하여, 약 150nm 크기를 갖는 나노 입자가 포함된 제 2 혼합물 약 2ml을 형성하였다. 그리고, 제 2 혼합물과 10% 농도의 폴록사머 수용액 20ml을 혼합하여, 약 22ml의 제 3 혼합물을 형성하였다. 그리고, 제 3 혼합물 약 22ml와 0.6% 농도의 히알루론산 수용액 8.350ml를 혼합하여 제 4 혼합물을 형성하였다. 최종적으로 제 4 혼합물을 동결건조하여, 나노입자/하이드로젤 복합체를 형성하였다.
본 발명의 나노 입자/하이드로젤 복합체의 모폴로지를 확인하기 위하여, 동결 분말을 주사전자현미경으로 관찰하였다. cryo-SEM을 이용하여 측정하였으며, 그 이미지를 도 4에 도시하였다.
도 4에 도시한 바와 같이, 나노입자/하이드로젤 복합체의 구조 속에 나노입자가 형성되는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 2. 나노 입자/ 하이드로젤 복합체의 기계적 특성
본 발명의 나노 입자/하이드로젤 복합체의 기계적 특성(압축강도)을 확인하기 위하여, 하기와 같은 실험을 수행하였다.
실험예 1에서 제조한 나노 입자/하이드로젤 복합체의 동결 분말과 식염수를 혼합한 혼합물(실시예 1)을 제조하였고, 나노 입자가 없는 하이드로젤과 식염수를 혼합한 혼합물(비교예 1)을 대조군으로 제조하였다.
만능시험기(UTM : Universal Testing Machine, AG-X, Shimadzu, Japan)를 이용한 압축시험(압축속도 : 1mm/min)을 통하여, 실시예 1 및 비교예 1의 Stress-Strain 특성을 측정하였다. Gel - Diameter는 6.7mm이고 두께(thickness)는 8mm였으며, Load cell은 500N였다.
실시예 1에 대해 실온과 체온에서 측정하고, 그 결과 그래프를 도 5에 도시하였다. 또한, 비교예 1에 대해 실온과 체온에서 측정하고, 그 결과 그래프를 도 6에 도시하였다. 실시예 1 및 비교예 1에 대해 체온에서 측정한 결과를 비교하기 위한 비교 그래프를 도 7에 도시하였다.
도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 상온과 비교하여, 체온에서는 10배 이상의 점탐성을 보이는 기계적 물성을 확인하였다. 이를 통하여, 상온에서는 졸 상태인데 반하여, 체내에 투입시 젤 상태로 형성됨을 확인할 수 있었으며, 비교예 1 에 비하여, 실시예 1의 경우 기계적 물성이 강화되었음을 확인할 수 있었다.
실험예 3. 나노 입자/ 하이드로젤 복합체의의 약물 방출 거동 확인
본 발명의 나노 입자/하이드로젤 복합체의 약물 방출 거동 확인을 확인하기 위하여, 하기와 같은 실험을 수행하였다.
약물(로피바카인염산염 수용액)만 주입한 경우(비교예 2)와 실험예 1에서 제조한 동결 분말에 로피바카인염산염 10ml를 혼합한 경우(실시예 2), 각각에 대하여 12000 내지 14000kDal 크기를 갖는 반투막에서 시간에 따른 약물방출거동 확인시험을 진행하였으며, 1, 3, 5, 7, 9, 12, 24, 48, 72, 96, 120시간에서 각 시료를 채취하였으며, 고성능액체크로마토그래피법(HPLC: High Performance Liquid Chromatography) 을 통해서 약물방출량을 정량화하였다. 하기와 같은 조건을 사용하였으며, 그 결과 그래프를 도 8에 도시하였다.
Mobile phase : Acetonitrile (ACN) : pH 8.0 buffer = 6:4
Injection volume : 20ul
Column : ODS HYPERSIL (150mm x 4mm)
Flow rate : 1.2ml/min
wave length : UV 240nm
도 8에 도시한 바와 같이, 비교예 2인 약물만을 투입한 경우에 비하여, 실시예 2의 경우 낮은 방출률을 보임을 확인하였다. 이를 통하여, 본 발명의 실시예 2가 서방성 약물방출을 보이고 있음을 확인하였다.
실험예 4. 레시틴 함량에 따른 나노 입자/ 하이드로젤 복합체의의 약물 방출 거동 확인
추가적으로 본 발명의 나노 입자/하이드로젤 복합체의 약물 방출 거동 확인을 확인하기 위하여, 하기와 같은 실험을 수행하였다.
약물만 주입한 경우(비교예 3 = Drug), 약물을 하이드로젤과 혼합하여 주입한 경우(비교예 4 = Drug + Hydrogel), 약물을 나노 입자/하이드로젤 복합체와 혼합하여 주입한 경우(실시예 3 = Drug + Hydrogel/Nanoparticle complex), 약물과 절반의 함량(실시예 3의 나노입자 함량 대비) 나노입자를 함유하는 나노입자/하이드로젤 복합체를 주입한 경우(실시예 4 = Drug + Hydrogel/Nanoparticle complex(Contain Half Nanoparticles))에 대해, 각각을 12000 내지 14000kDal 크기를 갖는 반투막에서 시간에 따른 약물방출거동 확인시험을 진행하였으며, 1, 3, 5, 7, 9, 12, 24, 48, 72, 96, 120시간에서 각 시료를 채취하였으며, 고성능액체크로마토그래피법(HPLC: High Performance Liquid Chromatography) 을 통해서 약물방출량을 정량화하였다. 그 결과 그래프를 도 9에 도시하였다.
도 9에 도시한 바와 같이, 레시틴의 함량변화에 따른 약물 방출 거동으로, 서방성 약물전달용 온도상전이 나노입자/하이드로젤에 함유된 레시틴 함량이 증가하였을 경우, 더 천천히 약물방출하는 것을 확인할 수 있었다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기 술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 레시틴 수용액과 폴리소르베이트 80(polysorbate 80)을 혼합하여, 제 1 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 제 1 혼합물에 초음파를 조사하여, 나노 입자를 포함하는 제 2 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 제 2 혼합물과 폴록사머 수용액을 혼합하여, 제 3 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 제 3 혼합물과 히알루론산 수용액을 혼합하여, 제 4 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 제 4 혼합물을 동결건조하여, 나노 입자 및 하이드로젤 복합체를 형성하는 단계를 포함하는 온도상전이 나노 입자 및 하이드로젤 복합체의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 혼합물을 형성하는 단계에서, 상기 레시틴과 폴리소르베이트 80의 중량%를 기준으로 혼합비는 1:0 초과 2 이하인 온도상전이 나노 입자 및 하이드로젤 복합체의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 혼합물을 형성하는 단계에서, 상기 나노 입자의 평균 입경은 40nm 내지 250nm인 온도상전이 나노 입자 및 하이드로젤 복합체의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴록사머는 폴록사머 407인 온도상전이 나노 입자 및 하이드로젤 복합체의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 혼합물을 형성하는 단계에서, 상기 제 2 혼합물 중 레시틴 및 폴리소르베이트 80과 폴록사머의 중량%를 기준으로 혼합비는 1:2 내지 20인 온도상전이 나노 입자 및 하이드로젤 복합체의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 히알루론산 수용액은 히알루론산을 포함하는 온도상전이 나노 입자 및 하이드로젤 복합체의 제조 방법.
  7. 불규칙한 메쉬 형태의 히알루론산(hyaluronic acid) 네트워크; 및
    상기 네트워크 사이에 위치한, 레시틴, 폴리소르베이트 80(polysorbate 80) 및 폴록사머 407(poloxamer 407)을 포함하는 나노 입자;를 포함하며,
    중량비로 레시틴:폴리소르베이트 80:폴록사머 407:히알루론산은 1:0.1 내지 2:2 내지 20:0.01 내지 1인 온도상전이 나노 입자 및 하이드로젤 복합체.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 나노 입자 및 하이드로젤 복합체는, 상온에서 졸(sol) 상태이나, 31℃ 이상에서 젤(gel) 상태인, 온도상전이 나노 입자 및 하이드로젤 복합체.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 나노 입자는 지질계 나노 입자인 온도상전이 나노 입자 및 하이드로젤 복합체.
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