KR102197003B1

KR102197003B1 - 금 나노 클러스터 복합체를 포함하는 광열 치료용 조성물

Info

Publication number: KR102197003B1
Application number: KR1020190063406A
Authority: KR
Inventors: 김정훈; 천상훈; 엄숭호
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2020-12-30
Also published as: KR20200137296A

Abstract

본 발명은 금 나노 클러스터 복합체를 포함하는 광열 치료용 조성물, 상기 조성물 및 근적외선을 조사하는 장치를 포함하는 종양 치료용 키트 및 상기 조성물을 이용한 광열 치료 방법에 관한 것이다.

Description

금 나노 클러스터 복합체를 포함하는 광열 치료용 조성물{COMPOSITION FOR PHOTOTHERMAL THERAPY CONTAINING HOMOGENEOUS GOLD NANOCLUSTER}

광열 치료는 근적외선 영역의 빛을 흡수하여 열을 발생하는 물질을 고열 요법을 요하는 위치에 축적시키고 근적외선을 조사하여 치료하는 방법이다. 예를 들어 근적외선의 흡수에 의해 열을 발생하는 나노 물질이 암세포 내부에 있을 때, 발생된 열을 이용하여 국부적으로 대상 암세포를 죽일 수 있으며, 이러한 방식으로 비 침투적인 광열 치료가 이루어질 수 있다. 또한, 근적외선 영역의 빛은 신체 조직에서의 흡수가 매우 낮으므로 생체 내에서의 국지적 치료가 가능한 깊이를 깊게 하고 물질이 축적된 위치를 제외한 다른 조직에의 피해를 최소화할 수 있다.

한편, 금 (Au) 나노 물질의 독특한 표면 플라스몬 공명효과(surface plasmon resonance)는 생물학 및 의학 분야에서 다양하게 응용될 수 있다. 최근 광열 치료법과 관련하여 금 나노물질이 광범위하게 활용되고 있는데, 금 나노 물질은 650 내지 900 nm 파장의 근적외선에 특별하게 반응하며, 이 부근의 파장대에서 빛이 헤모글로빈과 물에 적게 흡수되어 생물 조직에 깊숙이 침투할 수 있기 때문에 특히 주목받고 있다. 이들 중 금 나노 막대는 흡광 영역을 가시광선에서 근적외선 범위로 조절이 가능하기 때문에 일반적으로 사용되며 가장 잘 알려져 있는 나노 물질이고, 금 나노 셸 (AuNS)도 근적외선 영역에서 강한 흡수를 보여 매력적인 근적외선 광열 작용제로 사용되고 있다.

그러나 위와 같은 금 나노 구조체들의 제조는 결정 성장 단계에서 정밀 제어가 필수적일 뿐 아니라 그 과정이 복잡하고 시간이 오래 걸리는 것이 큰 단점으로 지적되어 왔다. 또한, 중국 공개특허공보 제 102294213 호 등에서 금 나노 구조체의 제조와 관련된 종래의 방법을 개시하고 있는데, 그러한 방법은 금 나노 구조체의 제작을 위해 소수성 용매를 사용하기 때문에 제작된 금 나노 구조체의 신체 적합성이 떨어지는 문제가 있었다.

본 발명은 효율적인 근적외선 광열 작용제로 사용될 수 있는 금 나노 클러스터 복합체를 포함하는 광열 치료용 조성물, 상기 조성물 및 근적외선을 조사하는 장치를 포함하는 종양 치료용 키트 및 상기 조성물을 이용한 광열 치료 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 제 1 측면은 표면이 소수성인 금 나노입자, 및 상기 금 나노입자 표면에 형성된 계면활성제 층을 포함하는 금 나노 클러스터; 및 상기 금 나노 클러스터 상에 형성된 폴리비닐피롤리돈 코팅층을 포함하는 금 나노 클러스터 복합체를 포함하는 광열 치료용 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 제 2 측면은 본 발명에 따른 광열 치료용 조성물; 및, 근적외선을 조사하는 장치를 포함하는 종양 치료용 키트에 관한 것이다.

본 발명의 제 3 측면은 본 발명에 따른 광열 치료용 조성물을 치료가 필요한 개체에 투여하고, 표적 부위에 근적외선을 조사하는 것을 포함하는 광열 치료 방법에 관한 것이다.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 구현예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 구현예 및 실시예가 존재할 수 있다.

본 발명의 금 나노 클러스터는 금 나노 클러스터의 표면을 실리카로 코팅함으로써 높은 생체 적합성과 안정성을 가지는 금 나노 클러스터 복합체로서, 암 치료를 위한 근적외선 광열 제제로서도 높은 효율성을 나타내므로, 차세대 광열 치료 작용제로서의 높은 가능성을 갖는다.

특히, 본 발명에 따른 금 나노 클러스터 복합체는 약 55 nm의 균일한 직경을 가질 수 있고, 광열 변환 효율에 있어서 금 나노스타 셸 (η=25~39%)과 일부 금 나노 막대(η=50~55%)의 경우보다도 높은 효율 (최대 η=65%)로 광열 변환이 가능한 현저한 효과를 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 금 나노 클러스터 복합체의 제조 공정 및 이를 이용한 광열 치료 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 금 나노 클러스터 복합체가 주입된 세포의 형광 현미경 이미지를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금 나노 클러스터 복합체가 주입된 세포의 (가) 24시간 배양 후 세포 독성 실험 결과 및 (나) 808 nm 근적외선 영역에 대한 금 나노 입자 및 클러스터의 광열 치료 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금 나노 클러스터 복합체의 생체내 광열 효과 실험을 나타낸 것으로, (가) 금 나노 클러스터 및 레이저 조사 후 시간 경과에 따른 암 종양의 크기 변화에 대한 이미지 및 (나) 시간 경과에 따른 암 종양의 크기 변화를 나타낸 그래프이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

본 발명의 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명의 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본 발명의 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.

본 발명의 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.

본 발명의 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.

이하, 본 발명의 금 나노 클러스터 복합체를 포함하는 광열 치료용 조성물, 상기 조성물 및 가시광선 또는 근적외선을 조사하는 장치를 포함하는 종양 치료용 키트 및 상기 조성물을 이용한 광열 치료 방법에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 제 1 측면은 표면이 소수성인 금 나노입자, 및 상기 금 나노입자 표면에 형성된 계면활성제 층을 포함하는 금 나노 클러스터; 및 상기 금 나노 클러스터 상에 형성된 폴리비닐피롤리돈 코팅층을 포함하는 금 나노 클러스터 복합체를 포함하는 광열 치료용 조성물을 제공한다.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 금 나노 클러스터 복합체는 상기 폴리비닐피롤리돈 코팅층 상에 형성된 실리카 코팅층을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 금 나노 클러스터 복합체는 친수성 용매에 분산된 금 나노입자와 양이온 계면활성제를 혼합하여 금 나노 클러스터를 형성하는 단계; 상기 금 나노 클러스터를 폴리비닐피롤리돈(PVP)으로 코팅하는 단계; 및 폴리비닐피롤리돈으로 코팅된 상기 금 나노 클러스터를 실리카로 코팅하는 단계에 의해 제조될 수 있으며, 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 과정에 의해 제조될 수 있다. 구체적으로, 나노입자들은 친수성 용매 내에서 표면에 음전하를 띠고 분산되어 있고, 여기에 양이온 계면활성제를 첨가하게 되면, 계면활성제에서 양전하를 띠는 헤드(head) 부분이 금 나노입자의 표면에 결합하게 된다. 계면활성제에서 소수성을 가지는 반대쪽 테일(tail) 부분은 친수성 용매 내에서 소수성 상호작용에 의해 뭉치게 되고, 이에 의해 뭉쳐진 금 나노 클러스터가 과량의 양이온 계면활성제에 의해 다시 소수성 상호작용에 의해 둘러싸여 양이온 계면활성제의 이중층이 형성된다. 이 때의 클러스터 직경은 약 21 nm 이하일 수 있다. 이후 폴리비닐피롤리돈 코팅을 위해 금 나노 클러스터가 폴리비닐피롤리돈과 에틸렌글리콜의 혼합물에 첨가되면, 에틸렌글리콜의 극성이 약 0.7로 물 (약 1.0)보다 낮아 전하 반발(charge repulsion)이 약해져 클러스터의 크기가 성장하게 되나, 이후 폴리비닐피롤리돈에 의해 코팅되어 안정화되어 약 55 nm 정도의 직경을 가지게 된다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 친수성 용매는 물, 알코올, 클로로포름, 아세트산 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 알코올은 탄소수 1 내지 9의 1가 내지 3가 알코올, 예를 들어 에틸렌글리콜을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 양이온 계면활성제는 DTAB(dodecyltrimethylammonium bromide), CTAB(cetyltrimethylammonium bromide) 및 TTAB(tetradecyltrimethylammonium bromide)로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있으며, DTAB의 사용이 특히 바람직할 수 있고, TMAB(Tetramethylammonium bromide)과 같이 체인의 길이가 너무 짧은 경우 클러스터의 안정성이 떨어져 크기와 모양의 일관성이 유지되지 않을 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 폴리비닐피롤리돈 코팅은 폴리비닐피롤리돈을 함유하는 에틸렌글리콜 용액 내에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있으며, 통상적으로 수행되는 코팅 방법들로부터 제한 없이 선택되어 사용될 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 실리카 코팅은 졸-겔 공정에 의해 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자에게 알려지거나 일반적으로 수행되는 졸-겔 공정이 특별한 제한 없이 사용될 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 금 나노 클러스터 복합체의 직경이 약 50 nm 내지 100 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 금 나노 클러스터 복합체의 직경은 약 50 nm 내지 95 nm, 약 55 nm 내지 92 nm, 약 50 nm 내지 60 nm, 약 90 nm 내지 95 nm, 약 92 nm, 또는 약 55 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 금 나노 클러스터 복합체의 직경이 너무 커지면 (예를 들어, 약 150 nm 이상), 암 병변 부위의 혈관을 통과하지 못해 암세포에 접근하기 어려워 광열 치료에 사용하기 부적합할 수 있다. 또한, 상기 금 나노 클러스터 복합체의 직경이 너무 작으면 (예를 들어, 약 20 내지 30 nm) 생체내 주입시 대식 세포 등에 의해 빠르게 분해되어 광열 치료에 사용하기 부적합할 수 있다. 금 나노 클러스터 복합체의 직경이 약 55 nm일 경우 표면에 다른 기능화를 시키더라도 크기가 약 150 nm 이내로 유지되어 광열 치료에 특히 유용할 수 있다. 금 나노 클러스터 복합체의 직경이 약 92 nm일 경우, 우수한 광열 효과를 나타내는 장점이 있을 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 금 나노 클러스터 복합체의 실리카 코팅의 표면에 표적화 물질 또는 항암제를 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

예를 들어, 상기 표적화 물질은 상기 금 나노 클러스터 복합체가 생체 내로 주입되었을 때 원하는 세포 및/또는 조직 및/또는 기관을 표적화하여 이동시키기 위해, 이동된 금 나노 클러스터 복합체의 존재 내지 밀도를 확인하기 위해, 또는 둘 다를 위해 사용될 수 있다.

상기 표적화 물질이 항체, 핵산, 염료, 자성 물질, 방사성 물질 및 효소로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

더욱 구체적으로, 상기 표적화 물질은 조직 특이적 결합 성분으로서, 항원, 항체, RNA, DNA, 합텐(hapten), 아비딘(avidin), 스트렙타비딘(streptavidin), 뉴트라비딘 (neutravidin), 프로테인 A, 프로테인 G, 렉틴(lectin), 셀렉틴(selectin), 방사선동위원소로 표지된 성분, 및 종양 마커와 특이적으로 결합할 수 있는 물질로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 종양 마커는 리간드, 항원, 수용체 및 이들을 코딩하는 핵산으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

예를 들어, 상기 금 나노 클러스터 복합체 상에 항암제와 같은 약물이 추가적으로 로딩된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 항암제는 파클리탁셀(paclitaxel), 독소루비신 (doxorubicin), 시스플라틴(cis-platin), 도데탁셀(docetaxel), 타목시펜(tamoxi fen), 캄토세신(camtothecin), 아나스테로졸(anasterozole), 카보플라틴(carbopla tin), 토포테칸(topotecan), 베로테칸(belotecan), 이리노테칸 (irinotecan), 글리벡(gleevec) 및 빈크리스틴(vincristine)으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

예를 들어, 상기 금 나노 클러스터 복합체는 암 세포 또는 생체 내의 종양의 치료에 사용되는 것으로, 암 또는 종양, 예를 들어 위암, 폐암, 유방암, 난소암, 간암, 기관지암, 비인두암, 후두암, 췌장암, 방광암, 결장암, 전립선암 및 자궁경부암으로부터 선택되는 질병의 치료에 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 또한, 상기 금 나노 클러스터 복합체는 전임상 및 임상에서 광열 치료에 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 금 나노 클러스터 복합체는 가시광선 또는 근적외선의 조사에 의해 광열효과를 나타낼 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 가시광선은 400 nm 내지 600 nm의 파장을 가질 수 있으며, 상기 근적외선은 650 nm 내지 900 nm의 파장을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 범위의 파장을 가지는 가시광선을 사용하는 광열치료는 종양 제거를 위한 개복 수술시 보조 치료로서 사용될 수 있다. 상기 범위의 파장을 가지는 근적외선은 헤모글로빈과 물에 상대적으로 적게 흡수되므로, 광열 치료시 생물 조직에 깊숙이 침투할 수 있어 유리할 수 있다.

예를 들어, 상기 금 나노 클러스터 복합체는 종래의 방법에 의해 제조된 금 나노 클러스터 또는 금 나노 로드 등에 비해 높은 광열 변환 효율을 가질 수 있고, 예를 들어 Roper의 표준 방법을 사용해 계산한 광열 변환 효율이 55% 이상, 57% 이상, 또는 65% 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 광열 치료용 조성물은 약학적으로 허용가능한 담체 및/또는 비히클을 포함할 수 있으며, 구체적으로 이온 교환, 알루미나, 알루미늄 스테아레이트, 레시틴, 혈청 단백질 (예를 들어, 사람 혈청 알부민), 완충 물질 (예를 들어, 여러 인산염, 글리신, 소르브산, 칼륨 소르베이트, 포화 식물성 지방산의 부분적인 글리세라이드 혼합물), 물, 염 또는 전해질 (예를 들어, 프로타민 설페이트, 인산수소이나트륨, 인산수소캄륨, 염화나트륨 및 아연 염), 교질성 실리카, 마그네슘 트리실리케이트, 폴리비닐피롤리돈, 셀룰로즈계 기질, 폴리에틸렌글리콜, 나트륨 카르복시메틸셀룰로즈, 폴리아릴레이트, 왁스, 폴리에틸렌글리콜 또는 양모지 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 조성물은 윤활제, 습윤제, 유화제, 현탁제, 또는 보존제 등을 추가로 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

예를 들어, 상기 광열 치료용 조성물은 비경구 투여를 위한 수용성 용액으로 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 행크스 용액 (Hank's solution), 링거 용액(Ringer's solution) 또는 물리적으로 완충된 염수와 같은 완충 용액을 사용할 수 있으며, 수용성 주입(injection) 현탁액은 소디움 카르복시메틸셀룰로즈, 솔비톨 또는 덱스트란과 같이 현탁액의 점도를 증가시킬 수 있는 기질을 첨가할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

예를 들어, 상기 광열 치료용 조성물은 수성 또는 유성 현탁액의 멸균 주사용 제제의 형태일 수 있다. 이러한 현탁액은 적합한 분산제 또는 습윤제 (예를 들어, 트윈 80) 및 현탁화제를 사용하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 기술에 따라 제형화할 수 있다. 예를 들어, 멸균 주사용 제제는 또한 무독성의 비경구적으로 허용되는 희석제 또는 용매 중의 멸균 주사 용액 또는 현탁액 (예를 들어 1,3-부탄디올 중의 용액)일 수 있다. 사용될 수 있는 비히클 및 용매로는 만니톨, 물, 링거 용액 및 등장성 염화나트륨 용액이 있으며, 또한 멸균 비휘발성 오일이 통상적으로 용매 또는 현탁화 매질로서 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 이러한 목적을 위해 합성 모노 또는 디글리세라이드를 포함하여 자극성이 적은 비휘발성 오일도 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

상기 조성물의 바람직한 투여량은 환자의 상태 및 체중, 질병의 정도, 약물 형태, 투여경로 및 기간에 따라 다르지만, 당업자에 의해 적절하게 선택될 수 있다. 보다 바람직한 효과를 위해서, 본 발명의 조성물의 투여량은 유효성분을 기준으로 1일 0.1 mg/kg 내지 100 mg/kg으로 하는 것이 좋으나 이에 제한되는 것은 아니다.　투여는 하루에 한번 투여할 수도 있고, 수회 나누어 투여할 수 있다. 본 발명의 조성물은 동물, 바람직하게는 인간을 포함하는 포유동물에 다양한 경로로 투여될 수 있다. 투여의 모든 방식은 예상될 수 있는데, 예를 들면, 경구, 정맥, 근육, 피하주사 등에 의해 투여될 수 있다.

본 발명의 제 2 측면은, 본 발명에 따른 광열 치료용 조성물; 및, 가시광선 또는 근적외선을 조사하는 장치를 포함하는 종양 치료용 키트를 제공한다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 가시광선을 조사하는 장치는 400 nm 내지 600 nm의 파장 영역의 광선을 조사하는 장치라면 제한 없이 사용할 수 있다. 상기 근적외선을 조사하는 장치는 600 nm 내지 1,000 nm 파장 영역의 광선을 조사하는 장치라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 레이저 빔을 조사하는 장치일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본 발명의 제 3 측면은, 본 발명의에 따른 광열 치료용 조성물을 인간을 제외한 동물 또는 인간에 투여하고, 표적 부위에 가시광선 또는 근적외선을 조사하는 것을 포함하는 광열 치료 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 광열 치료 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 치료가 필요한 개체의 암 종양 부위에 주입한 후 근적외선, 예를 들어 808 nm의 레이저를 조사하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 종양 제거를 위한 개복 수술시 보조 치료로서 400 nm 내지 600 nm의 파장 영역의 가시광선을 사용하여 광열 치료를 실시할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

상기 광열 치료는 암 또는 종양, 예를 들어 위암, 폐암, 유방암, 난소암, 간암, 기관지암, 비인두암, 후두암, 췌장암, 방광암, 결장암, 전립선암 및 자궁경부암으로부터 선택되는 질병의 치료를 위한 것이나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본 발명의 제 1 측면 및 제 2 측면과 관련하여 기술된 내용은, 특별한 언급이 없는 한 본 발명의 제 3 측면에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

[실시예]

실시예 1: 금 나노 클러스터 복합체의 합성

금 나노 입자는 표준 시트르산염 환원법에 따라 합성되었다. 100 mL의 염화금산 (Gold chloride hydrate) 수용액 (1 mM)을 100℃로 유지한 상태에서 10 mL의 시트르산 나트륨 (Sodium citrate dehydrate) 용액 (38.8 mM)을 염화금산 용액에 첨가하였다. 그런 다음 혼합액을 100℃를 유지시킨 상태에서 15분 동안 교반하고 실온에서 냉각시켰다. 이 후 실온에서 1 mL의 DTAB 수용액 (20 mg/mL)과 1 mL의 금 나노 입자 수용액 (12 nM)을 빠르게 섞어 준 뒤, 700 rpm조건으로 교반하면서 5 mL의 PVP (Polyvinyl Pyrrolidon) / 에틸렌 글리콜 (Ethylene glycol, EG) 용액 (2 mM)과 다시 혼합하였다. 30분 동안 실온에서 교반한 뒤 에탄올을 사용해 15,000 g에서 20분간 원심분리하고 두 번 세척하고 3차수에 재분산시켰다.

실리카 코팅은 단순한 졸-겔 공정에 따라 실시하였다. 에탄올 10 mL에 재분산된 금 나노 클러스터를 700 rpm에서 교반하면서, 1.5 mL의 3차수 및 0.5 mL의 수산화 암모늄 (Ammonium hydroxide) 용액을 위의 용액에 주입하였다. 그 후, 10 μL의 테트라에틸 규산염광물 (Tetraethyl orthosilicate, TEOS) 용액을 주입하고 실온에서 30분 동안 교반하였다. 그런 다음 에탄올을 사용하여 15,000 g 조건으로 20분 동안 원심 분리하여 3번 세척하고 최종적으로 3차수에 재 분산시켰다.

실험예 1. 세포 내 주입 금 나노 클러스터 주입 실험

금 나노 클러스터의 세포 내 주입을 확인하기 위한 표적물질로 FITC를 사용하였다. 우선 FITC 19.5 mg, 아미노프로필트리에톡시실란 ((3-Aminopropyl)triethoxysilane, APETS) 11.7 μL 및 에탄올 (Ethanol) 50 mL를 혼합한 후 24시간 동안 42℃의 어두운 환경에서 교반하였다. 그런 다음 이 용액을 실시예 1의 공정 중 실리카 코팅 단계에서 에탄올 대신 사용하여 합성하면 금 나노 클로스터의 실리카 사이사이에 FITC-APTES 가 엉긴 상태로 합성되었다.

96 웰 플레이트 기준으로 각 웰 당 PC-3 세포 10⁴개를 주입하고, 인큐베이터 조건에서 (이산화탄소 농도 5%, 36.5℃) 24시간 배양한 뒤 실험에 사용하였다. 배지는 RPMI 1640 (소 태아 혈청 (Fetal bovine serum, FBS) 10%, 페니실린 스트렙토마이신 (Penicillin-Streptomycin) 1%)을 사용하였다. 인산염 완충용액 (Phosphate-buffered saline, PBS)으로 3번 세척한 후 20 μg/ml 농도의 금 나노 클러스터 100μL를 각 웰에 주입하였다. 3시간 동안 배양하고 PBS로 3번 세척한 뒤 100 μL의 DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole) 용액을 웰 마다 첨가하고 5분간 배양하였다. 이 후 PBS를 이용해 3번 세척한 뒤 형광현미경을 이용하여 이미지를 촬영하였다.

도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 금 나노 클러스터 주입 후 세포 핵 부근에서 강한 FITC 형광을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 금 나노 클러스터의 세포 내 유입이 잘 일어남을 확인할 수 있었다.

실험예 2. 세포 내 광열 효과 실험

금 나노 클러스터의 광열 효과를 세포 내 그리고 마우스 생체 내에서 확인하였다. 세포 내 광열 효과 실험을 위해 PC-3 세포를 각 웰 당 2x10⁴개씩 주입하고 실험예 1과 같은 배양 조건에서 24시간 배양 후 PBS로 1번 세척한 뒤 RPMI 1640 미디어에 분산된 100 μg/ml의 금 나노 클러스터 100 μL를 주입하였다. 금 나노클러스터는 실시예 1의 공정에 따라 제조하되 폴리비닐피롤리돈 코팅층까지 형성된 금 나노클러스터(AuNC) 및 실리카 코팅층까지 형성된 금 나노클러스터(AuNC@SiO₂)를 사용하였다. 그런 다음 3시간 배양하고 다시 PBS로 3번 세척한 후 배지를 넣고 2.5 W/cm² 의 세기로 3분간 808 nm 레이저를 조사한 뒤 1시간 동안 회복할 시간을 두고 MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) 분석방법을 이용해 세포 생존율을 측정하였다.

그 결과, 도 3의 (가)에서 볼 수 있는 바와 같이, 레이저를 조사하지 않는 상황에서 금 나노 클러스터는 독성을 띠지 않음을 확인할 수 있었다. 도 3의 (나) 는 근적외선 레이저 조사 시의 광열효과를 나타내는 것으로, 금 나노 입자를 주입한 세포의 경우 약 35%정도의 생존율을 보이는데 반해 금 나노 클러스터를 주입한 경우에는 약 20% 정도로 생존율이 떨어진 것을 확인할 수 있었다. 이는 클러스터화를 통해 금 나노 입자의 광열효과가 상승하였음을 직접적으로 보여주는 것이다.

실험예 3. 생체 내 광열 효과 실험

마우스 생체 내에서의 광열 효과 실험은 이종이식을 위해 면역력이 결핍된 누드마우스를 사용하여 실시하였다. PC-3 cell 10⁷개를 100 μL의 PBS에 분산시켜 쥐의 복강 옆면 피부 아래에 주사한 뒤 2주간 배양시켰다. 종양의 평균 크기가 100 mm³ 가 되었을 때 실시예 1에서와 같이 제조한 300 μg/ml의 금 나노클러스터 100 μL를 주입하고 3시간 뒤 2.5 W/cm² 파워의 레이저로 3분간 조사하였다. 이 후 3일 간격으로 종양의 크기를 관찰하였다.

도 4의 (가)에서 볼 수 있는 바와 같이, 12일 이후 사진부터 효과 그룹의 쥐에서 종양을 육안 상으로 거의 찾아볼 수 없었다. 도 4의 (나)의 그래프를 통해 크기를 확인해 보아도 15일 이후에는 효과그룹에서 암 종양을 찾을 수 없는 것으로 보이며 이는 금 나노 클러스터가 근적외선 영역 대에서 매우 뛰어난 광열 치료 효과를 지님을 보여주는 것이다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

표면이 소수성인 금 나노입자, 및 상기 금 나노입자 표면에 형성된 계면활성제 층을 포함하는 금 나노 클러스터; 및 상기 금 나노 클러스터 상에 형성된 폴리비닐피롤리돈 코팅층을 포함하는 금 나노 클러스터 복합체를 포함하는 광열 치료용 조성물로서, 상기 계면활성제는 DTAB인 광열 치료용 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 금 나노 클러스터 복합체는 상기 폴리비닐피롤리돈 코팅층 상에 형성된 실리카 코팅층을 추가 포함하는 광열 치료용 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 금 나노 클러스터 복합체는 가시광선 또는 근적외선의 조사에 의해 광열효과를 나타내는 것인 광열 치료용 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 금 나노 클러스터 복합체의 직경이 50 nm 내지 100 nm인 광열 치료용 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 금 나노 클러스터 복합체의 실리카 코팅의 표면에 표적화 물질 또는 항암제를 더 포함하는 것인 광열 치료용 조성물로서 상기 표적화 물질은 항체, 핵산, 염료, 자성 물질, 방사성 물질 및 효소로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것인 광열 치료용 조성물.
제 1 항에 있어서,
약학적으로 허용가능한 담체를 더 포함하는 광열 치료용 조성물.
제 1 항에 있어서,
암 세포 또는 생체 내 종양의 치료에 사용되는 것인 광열 치료용 조성물.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 광열 치료용 조성물; 및,
가시광선 또는 근적외선을 조사하는 장치를 포함하는 종양 치료용 키트.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 광열 치료용 조성물을 인간을 제외한 동물에 투여하고, 표적 부위에 가시광선 또는 근적외선을 조사하는 것을 포함하는 광열 치료 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 광열 치료는 종양의 치료를 위한 것인 광열 치료 방법.