KR102312456B1 - Composition including cyclodextrin-functionalized agarose for delivering drugs and method for preparing same - Google Patents

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Abstract

본 출원에 따르면, 사이클로덱스트린을 아가로즈에 도입하여 아가로즈의 높은 젤화 온도를 실온수준의 낮은 온도로 낮추고, 약물의 서방출을 유도하고자 한다.According to the present application, cyclodextrin is introduced into agarose to lower the high gelation temperature of agarose to a low temperature of room temperature, and to induce sustained release of a drug.

Description

사이클로덱스트린으로 기능화된 아가로즈를 포함하는 약물담지용 조성물 및 이의 제조 방법{COMPOSITION INCLUDING CYCLODEXTRIN-FUNCTIONALIZED AGAROSE FOR DELIVERING DRUGS AND METHOD FOR PREPARING SAME}Composition for drug loading comprising agarose functionalized with cyclodextrin and method for manufacturing the same

본 출원은 사이클로덱스트린으로 기능화된 아가로즈를 포함하는 약물담지용 조성물 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 소수성 약물을 담지가 가능하여, 서방형 방출이 가능한 사이클로덱스트린이 기능화되어 젤화 온도가 낮은 기능화된 아가로즈를 포함하는 약물담지용 조성물 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present application relates to a drug-loading composition comprising agarose functionalized with cyclodextrin and a method for preparing the same, wherein the functionalized agar with a low gelation temperature is functionalized with a cyclodextrin capable of supporting a hydrophobic drug and capable of sustained release by supporting a hydrophobic drug It relates to a composition for drug loading comprising rose and a method for preparing the same.

하이드로젤은 생체적합성이 좋고 친수성 고분자로 이루어져있어 약물전달제제로 이용이 용이하다. 하이드로젤에 약물을 적재시키는 방법은 대표적으로 2가지가 존재한다. The hydrogel has good biocompatibility and is made of a hydrophilic polymer, making it easy to use as a drug delivery agent. There are typically two methods of loading a drug into a hydrogel.

첫번째는 하이드로젤이 제조된 상태에서 약물을 적재하는 방법으로서 약물이 포함된 용액에 하이드로젤을 넣어서 약물을 적재하는 법이다. 그러나, 이러한 방법은 약물 적재량을 조절하기가 어려우며, 약물의 안정성을 제공하기 어렵다.The first is a method of loading a drug in a state in which the hydrogel is manufactured, and loading the drug by putting the hydrogel in a solution containing the drug. However, this method is difficult to control the drug loading, and it is difficult to provide stability of the drug.

두번째 방법은 하이드로젤을 제조할 때 약물을 넣어주는 방법이다. 그러나, 이 방법은 약물 적재량을 조절하기는 쉬운 반면, 하이드로젤 구성물이 약물과 반응하거나 구성물이 고분자화되지 않고 남아 독성이 나타날 수 있다.The second method is a method of adding a drug when manufacturing a hydrogel. However, while this method is easy to control the drug loading, the hydrogel composition may react with the drug or the composition may remain unpolymerized, resulting in toxicity.

아가로즈는 생체친화성 고분자로 독성이 적고 약 65도의 고온 이하에서 젤화되는 성질을 가지고 있어, 두번째 방법으로 약물 적재가 가능하나 온도에 민감한 단백질제제나 약물을 적재하는데 어려움이 존재한다고 알려져 있다. Agarose is a biocompatible polymer that has low toxicity and gels at a high temperature of about 65 degrees or less.

아가로즈에 알킬기나 하이드록시프로필기 등을 치환한 유도체의 경우 젤화 온도가 더 낮게 되어 약물 적재를 안정하게 수행할 수 있으나. 제조된 아가로즈의 기계적강도가 낮아져서 하이드로젤 내의 약물이 쉽게 방출되는 문제점이 있다.In the case of derivatives in which agarose is substituted with an alkyl group or a hydroxypropyl group, the gelation temperature is lower and drug loading can be performed stably. There is a problem in that the mechanical strength of the prepared agarose is lowered, so that the drug in the hydrogel is easily released.

이러한 문제들을 해결하고, 젤화 온도가 낮고, 기계적 강도가 우수하며, 소수성 약물도 담지가 가능한 서방형 약물 전달체에 대한 연구가 필요한 시점이다.It is time to study a sustained-release drug delivery system capable of solving these problems, having a low gelation temperature, excellent mechanical strength, and capable of carrying hydrophobic drugs.

한국등록특허 10-1633137호(2016년 06년 23일 공개)Korean Patent Registration No. 10-1633137 (published on June 23, 2016)

본 출원에 따르면, 사이클로덱스트린을 아가로즈에 도입하여 아가로즈의 높은 젤화 온도를 실온수준의 낮은 온도로 낮추고, 약물의 서방출을 유도하고자 한다.According to the present application, cyclodextrin is introduced into agarose to lower the high gelation temperature of agarose to a low temperature of room temperature, and to induce sustained release of a drug.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 아가로즈 및 사이클로덱스트린을 각각 준비하는 단계; 및 아가로즈에 사이클로덱스트린을 도입하여, 사이클로덱스트린으로 기능화된 아가로즈를 형성하는 단계를 포함하는 약물전달용 조성물의 제조 방법을 제공하고자 한다.According to an embodiment of the present application, preparing agarose and cyclodextrin, respectively; and introducing cyclodextrin into agarose to form agarose functionalized with cyclodextrin.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 사이클로덱스트린으로 기능화된 아가로즈를 포함하는 약물전달용 조성물을 제공하고자 한다.According to an embodiment of the present application, an object of the present application is to provide a composition for drug delivery comprising agarose functionalized with cyclodextrin.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 전술한 조성물을 포함하는 약물전달체를 제공하고자 한다.According to an embodiment of the present application, an object is to provide a drug delivery system comprising the above-described composition.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 젤화 온도가 낮은 약물전달용 조성물을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present application, it is possible to provide a composition for drug delivery having a low gelation temperature.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 기계적 강도가 우수한 약물전달용 조성물을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present application, it is possible to provide a composition for drug delivery excellent in mechanical strength.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 소수성 약물의 담지가 가능한 약물전달용 조성물을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present application, a composition for drug delivery capable of carrying a hydrophobic drug may be provided.

본 출원의 일 실시예에 따르면 세포 독성이 적은 조성물을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present application, it is possible to provide a composition with less cytotoxicity.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 서방형 약물전달용 조성물을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present application, it is possible to provide a composition for sustained-release drug delivery.

도 1은 본 출원의 약물전달용 조성물의 제조 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 2는 본 출원의 약물전달용 조성물의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 본 출원의 일 실시예의 13C NMR 스펙트럼 분석 결과 그래프이다.
도 4는 p-toluenesulfonyl cholide의 13C NMR 스펨프럼 분석 결과 그래프이다.
도 5는 TOAG의 13C NMR 스펨프럼 분석 결과 그래프이다.
도 6은 ETAG의 13C NMR 스펨프럼 분석 결과 그래프이다.
도 7은 cyclodextrin의 13C NMR 스펨프럼 분석 결과 그래프이다.
도 8은 CFA의 13C NMR 스펨프럼 분석 결과 그래프이다.
도 9는 아가로즈와 CFA-1의 온도에 따른 이미지이다.
도 10은 아가로즈, CFA-1, CFA-2 및 CFA-3 젤의 손실 계수 및 저장 계수에 대한 결과 그래프이다.
도 11은 아가로즈, CFA-1, CFA-2 및 CFA-3 젤의 시차주사열량분석법 (Differential Scanning Calorimetry)에 대한 결과 그래프이다.
도 12는 아가로즈, CFA-1, CFA-2 및 CFA-3 젤을 FE-SEM으로 촬영한 이미지이다.
도 13은 티오플라빈 T (ThT) 분석에 대한 결과 그래프이다.
도 14는 1시간 대비 약물 방출양에 대한 결과 그래프이다.
도 15는 βCD/아가로즈 젤의 온도 대비 저장 계수 및 손실 계수에 대한 그래프이다.
도 16은 βCD/아가로즈 젤의 약물 전달 거동에 대한 그래프이다.
도 17은 1% CFA-1 및 3% CFA-1 젤의 온도 대비 저장 계수 및 손실 계수에 대한 그래프이다.
도 18은 다양한 샘플에 대한 약물 방출양을 나타내는 그래프이다.
도 19는 HEk 293 세포에 대한 하이드로젤의 독성 평가와 HeLa 세포에 대한 하이드로젤과 DOX 로딩된 하이드로젤의 독성 평가에 대한 결과 그래프이다.
1 is a flowchart for explaining a method for preparing a composition for drug delivery of the present application.
2 is a schematic diagram for explaining a method of manufacturing the composition for drug delivery of the present application.
3 is a 13C NMR spectrum analysis result graph of an embodiment of the present application.
4 is a graph showing the results of 13C NMR spectrum analysis of p-toluenesulfonyl cholide.
5 is a graph of the 13C NMR spectrum analysis result of TOAG.
6 is a graph showing the results of 13C NMR spectrum analysis of ETAG.
7 is a graph showing the results of 13C NMR spectrum analysis of cyclodextrin.
8 is a graph showing the results of 13C NMR spectrum analysis of CFA.
9 is an image according to the temperature of agarose and CFA-1.
10 is a graph showing the loss coefficient and storage coefficient of agarose, CFA-1, CFA-2 and CFA-3 gels.
11 is a graph showing the results of Differential Scanning Calorimetry of agarose, CFA-1, CFA-2 and CFA-3 gels.
12 is an image taken by FE-SEM of agarose, CFA-1, CFA-2 and CFA-3 gels.
13 is a graph of results for Thioflavin T (ThT) assay.
14 is a graph of the results for the amount of drug release compared to 1 hour.
15 is a graph of the storage coefficient and loss coefficient versus temperature of βCD/agarose gel.
16 is a graph of the drug delivery behavior of βCD/agarose gel.
17 is a graph of storage coefficient and loss coefficient versus temperature of 1% CFA-1 and 3% CFA-1 gels.
18 is a graph showing the amount of drug release for various samples.
19 is a graph showing the evaluation of the toxicity of the hydrogel to HEk 293 cells and the evaluation of the toxicity of the hydrogel and DOX-loaded hydrogel to HeLa cells.

본 출원에서 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 출원에서, "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.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that the features, components, etc. described in the specification are present, and one or more other features or components may not be present or may be added. Doesn't mean there isn't.

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 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

본 명세서에서, 용어 "TOAG"는 토실화된 아가로즈(tosylated agarose)를 지칭하는 약자이다.As used herein, the term “TOAG” is an abbreviation for tosylated agarose.

본 명세서에서, 용어 "ETAG"는 토실화된 아가로즈(tosylated agarose)를 지칭하는 약자이다.As used herein, the term “ETAG” is an abbreviation for tosylated agarose.

본 명세서에서, 용어 "βCD"는 베타-사이클로덱스트린(β-cyclodextrin)을 지칭하는 약자이다.As used herein, the term "βCD" is an abbreviation for beta-cyclodextrin (β-cyclodextrin).

본 명세서에서, 용어 "Suc-βCD"는 단분자 석시네이트로 치환된 베타-사이클로덱스트린(mono succinyl β-cyclodextrin)을 지칭하는 약자이다.As used herein, the term “Suc-βCD” is an abbreviation for beta-cyclodextrin substituted with monomolecular succinate (mono succinyl β-cyclodextrin).

본 명세서에서, 용어 "EDC-NHS 커플링"는 1-ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride/N-hydroxysuccinimide coupling 를 지칭하는 약자이다.As used herein, the term “EDC-NHS coupling” is an abbreviation for 1-ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride/N-hydroxysuccinimide coupling.

본 명세서에서, 용어 "CFA"는 베타-사이클로덱스트린로 기능화된 아가로즈(β-cyclodextrin functional agarose)를 지칭하는 약자이다.As used herein, the term "CFA" is an abbreviation for beta-cyclodextrin functionalized agarose (β-cyclodextrin functional agarose).

본 출원의 일 실시예는 아가로즈에 사이클로덱스트린을 도입하여, 젤화 온도를 실온으로 낮추면서도, 우수한 기계적 강도를 유지하며, 친수성 약물 뿐만 아니라 소수성 약물까지도 담지가능한 조성물을 제공함며, 특히 약물의 방출 속도를 제어한 서방형 약물전달체를 제공할 수 있다.An embodiment of the present application provides a composition that introduces cyclodextrin into agarose, lowers the gelation temperature to room temperature, maintains excellent mechanical strength, and can support not only hydrophilic drugs but also hydrophobic drugs, in particular, the release rate of the drug It is possible to provide a sustained-release drug delivery system with controlled

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 약물전달용 조성물 및 이의 제조 방법을 상세히 설명한다. 다만, 첨부된 도면은 예시적인 것으로, 본 출원의 약물전달용 조성물 및 이의 제조 방법의 범위가 첨부된 도면에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the composition for drug delivery of the present application and a manufacturing method thereof will be described in detail. However, the accompanying drawings are illustrative, and the scope of the composition for drug delivery of the present application and its manufacturing method is not limited by the accompanying drawings.

먼저, 본 출원의 일 측면인 약물전달용 조성물의 제조 방법을 설명한다.First, a method for preparing a composition for drug delivery, which is an aspect of the present application, will be described.

도 1은 본 출원의 약물전달용 조성물의 제조 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.1 is a flowchart for explaining a method for preparing a composition for drug delivery of the present application.

도 2는 본 출원의 약물전달용 조성물의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다.2 is a schematic diagram for explaining a method of manufacturing the composition for drug delivery of the present application.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 아가로즈(agarose) 및 사이클로덱스트린(cyclodextrin)을 각각 준비한다(S10).1 and 2, agarose and cyclodextrin are prepared, respectively (S10).

아가로즈는 다당류이며 일반적으로 특정 홍조류에서 추출된다. D- 갈락토오스와 α(1, 4) 및 β(1, 3) 링커를 갖는 3,6-안하이드로-L-갈락토피라노오스로 구성된 이당류인 아가로비오스의 반복 단위로 이루어진 선형 중합체이다. 이러한 다당류는 저온에서 이중 나선 구조를 형성하여 물에 불용성 젤형 구조를 형성한다. 다양한 적용분야에서 사용되고는 있으나, 높은 강성과 높은 젤화 온도로 인해 제한적이기도 하다. 특히, 고온에 민감한 조직이나 약물은 고온에서 쉽게 비활성화된다. 그런데, 아가로즈 젤을 생성하기 위해서는 가열 및 냉각 공정이 필요하며 고온에서 젤화가 일어나 열에 민감한 약물을 로딩하기가 어렵다. 따라서, 후술하는 바와 같이, 사이클로덱스트린을 도입하여, 그 젤화 온도를 낮출 수 있다.Agarose is a polysaccharide and is usually extracted from certain red algae. It is a linear polymer composed of repeating units of agarobiose, a disaccharide composed of D-galactose and 3,6-anhydro-L-galactopyranose with α(1, 4) and β(1, 3) linkers. These polysaccharides form a double helix structure at low temperature to form a gel-like structure insoluble in water. Although it is used in a variety of applications, it is also limited by its high stiffness and high gelation temperature. In particular, tissues or drugs sensitive to high temperatures are easily inactivated at high temperatures. However, heating and cooling processes are required to produce agarose gel, and it is difficult to load a heat-sensitive drug because gelation occurs at a high temperature. Therefore, as described later, the gelation temperature can be lowered by introducing cyclodextrin.

사이클로덱스트린은 glucopyranose 단위들이 α-(1,4) 결합을 통해 링 구조를 하고 있으며, 6개 단위의 α-사이클로덱스트린, 7개 단위의 β-사이클로덱스트린, 8개 단위의 γ-사이클로덱스트린을 포함한다. 본 출원에서는 베타-사이클로덱스트린을 이용하는 것이 바람직하다. 하이드록시기가 링의 밖으로 위치하게 되어, 링의 외곽은 친수성 특성을 하고 있고, 링의 내부는 소수성 특성을 하고 있는 물질이다. 링 내부의 소수성 특성을 이용해 소수성 게스트 분자들과 크기에 의한 피팅(fitting)이 일어나게 되어, 호스트-게스트 포함 복합체(host-guest inclusion complex)를 형성한다. 사이클로덱스트린의 케이지(cage)를 형성하는 특성은 공유결합에 의해 형성되는 것이 아니라, 분자 간 상호작용에 의해 형성된다. 특히, βCD는 하이드로젤에 도입되어, 하이드로젤의 유변학적 특성과 친수성 특성을 변경할 수 다. 특히, 작용기의 도입은 저온에서 나선 구조의 형성을 방해하여 아가로즈의 젤화 온도를 낮춘다.Cyclodextrin has a ring structure of glucopyranose units through α-(1,4) bonds, and includes 6 units of α-cyclodextrin, 7 units of β-cyclodextrin, and 8 units of γ-cyclodextrin. do. In the present application, beta-cyclodextrin is preferably used. Since the hydroxyl group is positioned outside the ring, the outer ring has hydrophilic properties and the inside of the ring has hydrophobic properties. By using the hydrophobic property of the inside of the ring, fitting by size with hydrophobic guest molecules occurs, thereby forming a host-guest inclusion complex. The cage-forming properties of cyclodextrins are not formed by covalent bonds, but by intermolecular interactions. In particular, βCD can be introduced into the hydrogel to alter the rheological and hydrophilic properties of the hydrogel. In particular, the introduction of functional groups hinders the formation of helical structures at low temperatures, thereby lowering the gelation temperature of the agarose.

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 아가로즈를 준비하는 단계는 상기 아가로즈의 적어도 하나의 수산화기를 토실화(tosylation)하여, 토실기(tosyl group)가 도입된 아가로즈를 형성하는 단계와 상기 토실기가 도입된 아가로즈의 적어도 하나의 토실기를 에틸렌디아민화(ethylnedeamine)하여, 아민기(amine group)가 도입된 아가로즈를 형성하는 단계를 포함한다. 이를 통하여, 아가로즈에 1차 아민기를 치환시킨다. 각각의 단계에서는 반응의 필요또는 효율을 위해 추가 물질, 예를 들어 용매 등이 첨가될 수 있다.As shown in FIG. 3 , the preparing of the agarose includes tosylation of at least one hydroxyl group of the agarose to form an agarose having a tosyl group introduced thereto, and the tosyl group. and ethylenediaminated (ethylnedeamine) at least one tosyl group of the group-introduced agarose to form an amine group-introduced agarose. Through this, the primary amine group is substituted for the agarose. In each step, additional substances such as solvents and the like may be added for the need or efficiency of the reaction.

상기 아민기가 도입된 아가로즈는 에틸렌디아미노 아가로즈(ethylenediamino agarose, ETAG)이며, 상기 ETAG에 대한 아민의 치환도(degree of substitution, DS)은 0.3 이하인 것이 바람직하다. 0.3 이하인 경우에는 사이클로덱스트린을 아민이 치환된 유도체인 ETAG에 컨쥬게이션을 하게되면 CFA가 물에 녹게된다. The agarose into which the amine group is introduced is ethylenediamino agarose (ETAG), and the degree of substitution (DS) of the amine for the ETAG is preferably 0.3 or less. In the case of 0.3 or less, when cyclodextrin is conjugated to ETAG, an amine-substituted derivative, CFA is dissolved in water.

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 사이클로덱스트린을 준비하는 단계는: 사이클로덱스트린의 적어도 하나의 수산화기를 석신화(succination)하여, 석시네이트(succinate) 단분자가 도입된 사이클로덱스트린을 형성하는 단계를 포함한다. 각 단계에서는 반응의 필요또는 효율을 위해 추가 물질, 예를 들어 용매 등이 첨가될 수 있다.As shown in FIG. 3 , the step of preparing the cyclodextrin includes: succination of at least one hydroxyl group of the cyclodextrin to form a cyclodextrin into which a succinate single molecule is introduced. do. In each step, additional substances, for example, solvents, etc. may be added for the need or efficiency of the reaction.

준비된 아가로즈에 준비된 사이클로덱스트린을 도입하여, 사이클로덱스트린으로 기능화된 아가로즈를 형성한다(S20).By introducing the prepared cyclodextrin to the prepared agarose, agarose functionalized with cyclodextrin is formed (S20).

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 사이클로덱스트린으로 기능화된 아가로즈를 형성하는 단계는: 1-ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride가 첨가되어, EDC/NHS 커플링(1-ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride/N-hydroxysuccinimide coupling)에 의하여, 사이클로덱스트린으로 기능화된 아가로즈를 형성하는 단계이다.As shown in FIG. 3 , the step of forming agarose functionalized with cyclodextrin is: 1-ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride is added, EDC/NHS coupling (1-ethyl-3 -[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride/N-hydroxysuccinimide coupling) to form agarose functionalized with cyclodextrin.

즉, 아가로즈에 1차 아민기를 결합시키고, 사이클로덱스트린에서 카브복실기를 결합시켜, EDC/NHS 커플링을 통하여, 아가로즈에 사이클로덱스트린을 화학반응을 도입하는 것이다. 후술하는 실험예에서 나타낸 바와 같이, 물리적으로 사이클로덱스트린을 포함시키는 것과는 효과가 상이하다.That is, a primary amine group is bonded to agarose, a carboxyl group is bonded to the cyclodextrin, and a chemical reaction of the cyclodextrin is introduced into agarose through EDC/NHS coupling. As shown in the experimental examples to be described later, the effect is different from that of physically including the cyclodextrin.

아가로즈 젤에서 약물을 포함하는 다양한 물질의 확산 특성은 젤의 유변학적 특성과 관련이 있다. 아가로즈 젤의 유변학적 특성은 젤 제제 중 아가로즈의 양에 의해 결정되며, 저장 계수사 높은 아가로즈 젤은 물질의 확산률이 낮고, 반면 저장 계수가 낮은 것은 물질의 성질 또는 크기에 관계없이 높은 확산 속도를 나타낸다. 따라서, 젤화 온도가 낮은 아가로즈 유도체는 젤화 동안 이중 나선 구조가 감소되고 저장 계수가 낮아지기 때문에 물질을 빠르게 전달할 수 있다. The diffusion properties of various substances including drugs in agarose gels are related to the rheological properties of the gels. The rheological properties of agarose gels are determined by the amount of agarose in the gel formulation. Agarose gels with a high storage modulus have a low diffusion rate of substances, whereas a low storage modulus has a high storage coefficient regardless of the material’s properties or size. indicates the rate of diffusion. Therefore, agarose derivatives with a low gelation temperature can deliver materials quickly because the double helix structure is reduced during gelation and the storage coefficient is lowered.

또한, 이러한 합성을 통하여, 제조된 조성물은 후술하는 바와 같이 낮은 젤화 온도를 제공하고, 약물 전달 시스템의 방출 속도 등을 제어할 수 있다.In addition, through this synthesis, the prepared composition can provide a low gelation temperature and control the release rate of the drug delivery system, as will be described later.

이하, 본 출원의 일 측면인 약물전달용 조성물을 설명한다.Hereinafter, a composition for drug delivery, which is an aspect of the present application, will be described.

전술한 약물전달용 조성물의 제조 방법 또는 합성 방법에서 설명된 모든 내용은 약물전달용 조성물에도 적용될 수 있다. 따라서, 중복되는 설명을 방지하기 위하여, 동일하게 적용될 수 있는 설명은 배제한다. All contents described in the method for preparing or synthesizing the composition for drug delivery described above may also be applied to the composition for drug delivery. Accordingly, in order to prevent overlapping descriptions, descriptions that may be equally applied are excluded.

상기 조성물은 사이클로덱스트린으로 기능화된 아가로즈를 포함한다. 전술한 바와 같이 아가로즈는 아가로비오스의 반복 단위로 이루어진 선형 중합체이다. The composition comprises agarose functionalized with cyclodextrin. As described above, agarose is a linear polymer composed of repeating units of agarobiose.

상기 사이클로덱스트린은 링커(linker)에 의해 아가로즈에 결합되며, 상기 링커는 EDC/NHS 커플링(1-ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride/N-hydroxysuccinimide coupling)에 의하여 형성된 카보디이미드(carbodiimide)를 포함한다. The cyclodextrin is bound to agarose by a linker, and the linker is a carbodiimide formed by EDC/NHS coupling (1-ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride/N-hydroxysuccinimide coupling). (carbodiimide).

전술한 바와 같이, 상기 사이클로덱스트린은 베타-사이클로덱스트린인 것이 바람직하다. As described above, the cyclodextrin is preferably beta-cyclodextrin.

상기 사이클로덱스트린은 소정의 약물의 일부 또는 전부를 담지할 수 있다. 전술한 바와 같이, 호스-게스트 포함 복합체를 형성하여, 소정의 약물을 포함할 수 있다. 여기서, 특별히 약물을 한정하지 않는다. 친수성 약물은 물론 소수성 약물도 포함될 수 있다. 하기 실험예에서, BSA 및 DOX를 예로서 설명하나, 이는 설명을 위한 예시일 뿐, 본 출원이 이에 한정되는 것은 아니다.The cyclodextrin may contain some or all of a predetermined drug. As described above, by forming a hose-guest inclusion complex, a predetermined drug may be included. Here, the drug is not particularly limited. Hydrophobic drugs as well as hydrophilic drugs may be included. In the following experimental examples, BSA and DOX are described as examples, but these are only examples for description, and the present application is not limited thereto.

아가로즈는 일반적으로 물에 용해되지 않으나, 아가로즈 유도체로서 CFA는 수용성일 수 있으며, 이는 상기 ETAG에 대한 아민의 치환도가 0.3 이하일 때 달성될 수 있다. Agarose is generally insoluble in water, but CFA as an agarose derivative may be water-soluble, which can be achieved when the degree of substitution of the amine for the ETAG is 0.3 or less.

또한, 상기 조성물은 32 ℃ 이하에서 젤화될 수 있다. 전술한 바와 같이, 사이클로덱스트린을 도입하여, 젤화 온도를 크게 낮출 수 있는 것이다. In addition, the composition may be gelled at 32° C. or lower. As described above, by introducing cyclodextrin, it is possible to significantly lower the gelation temperature.

이하, 본 출원의 일 측면인 약물전달체를 설명한다.Hereinafter, an aspect of the drug delivery system of the present application will be described.

전술한 약물전달용 조성물, 약물전달용 조성물의 제조 방법 또는 합성 방법에서 설명된 모든 내용은 약물전달체에도 적용될 수 있다. 따라서, 중복되는 설명을 방지하기 위하여, 동일하게 적용될 수 있는 설명은 배제한다. All contents described in the above-described composition for drug delivery, preparation method or synthesis method of the composition for drug delivery may also be applied to the drug delivery system. Accordingly, in order to prevent overlapping descriptions, descriptions that may be equally applied are excluded.

약물전달체는 약물전달용 조성물을 모두 포함할 수 있다. 그 외 약물전달체로서 작용하기 위하여 포함되는 모든 구성성분을 추가로 포함될 수 도 있다. 본 명세서에서는 이러한 성분에 대해 특별히 설명하지는 않는다. 그리고, 조성물의 특성을 모두 포함할 수 있다.The drug delivery system may include any composition for drug delivery. In addition, all components included in order to act as a drug delivery system may be additionally included. In this specification, these components are not specifically described. And, it may include all the properties of the composition.

이하, 본 출원의 일 측면인 하이드로젤을 설명한다.Hereinafter, a hydrogel, which is an aspect of the present application, will be described.

전술한 약물전달체, 약물전달용 조성물, 약물전달용 조성물의 제조 방법 또는 합성 방법에서 설명된 모든 내용은 하이드로젤에도 적용될 수 있다. 따라서, 중복되는 설명을 방지하기 위하여, 동일하게 적용될 수 있는 설명은 배제한다. All the contents described in the above-described drug delivery system, drug delivery composition, preparation method or synthesis method of the drug delivery composition may also be applied to the hydrogel. Accordingly, in order to prevent overlapping descriptions, descriptions that may be equally applied are excluded.

하이드로젤은 전술한 약물전달체 및 탈이온수를 포함한다. 여기서, 상기 약물전달체는 1 내지 3%(w/v)의 농도로 포함될 수 있다. 이러한 농도 범위에서 하이드로젤의 젤화 온도는 21 ℃ 내지 32 ℃로 낮게 형성될 수 있다. 또한, 1 내지 3%(w/v)의 농도에 따라서, 약물 방출 속도 등을 제어할 수 있으며, 용량이 많아짐에 따라서, 약물이 점점 천천히(서방형) 방출될 수 있다. The hydrogel includes the aforementioned drug carrier and deionized water. Here, the drug carrier may be included in a concentration of 1 to 3% (w / v). In this concentration range, the gelation temperature of the hydrogel may be formed as low as 21 °C to 32 °C. In addition, depending on the concentration of 1 to 3% (w/v), the drug release rate and the like can be controlled, and as the dose increases, the drug can be released gradually (sustained release).

종래의 아가로즈에 다양한 그룹을 치환하여 제조된 아가로즈 유도체들은 아가로즈의 초나선형성응집을 방해함으로써 젤화 온도를 낮추는 것이 가능하나 줄어든 초나선형성응집에 의해 하이드로젤의 3차원 네트워크 형성이 줄어들어 기계적 강도가 낮아진다. 따라서, 결과적으로 빠른 약물방출 특성을 나타낸다. Conventional agarose derivatives prepared by substituting various groups in agarose can lower the gelation temperature by interfering with the superhelical aggregation of agarose, but the three-dimensional network formation of the hydrogel is reduced due to the reduced superhelical aggregation, which reduces the mechanical strength is lowered. Therefore, as a result, it exhibits rapid drug release properties.

그러나 본 출원에서는 사이클로덱스트린을 아가로즈에 도입함으로써 아가로즈의 나선구조 및 초나선응집체 형성을 방해하여, 낮은 온도에서 초나선응집체형성을 유도하여 젤화가 가능한 하이드로젤을 제공한다. 또한, 아가로즈젤내에서 사이클로덱스트린의 소수성약물과 호스트-게스트 복합체 형성능을 이용하여 약물을 서방출할 수 있다. However, in the present application, a hydrogel capable of gelation is provided by introducing cyclodextrin into agarose to prevent the formation of a helical structure and superhelical aggregates of agarose, thereby inducing the formation of superhelical aggregates at a low temperature. In addition, it is possible to release the drug using the hydrophobic drug and host-guest complex formation ability of cyclodextrin in agarose gel.

이하, 실험예를 통하여 본 출원을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present application will be described in more detail through experimental examples.

[실험예 1][Experimental Example 1]

아가로즈 (electroendosmosis(EEO) 값: 0.05-0.13; 설페이트, <0.15 %)는 BioPure (서울, 한국)에서 구입하였으며, βCD 및 피리딘은 Samchun Pure Chemical Co에서 구입 하였다. 숙신산 무수물, N- 하이드록시 숙신이미드 (NHS) 및 소혈청 알부민(BSA)은 Sigma Aldrich (미국 미주리 주 세인트 루이스)로부터 구입하였다. 디메틸술폭시드(DMSO), p-톨루엔 술포닐 클로라이드 (TsCl), 에틸렌 디아민, 1,3- 디메틸-2-이미다졸리디논 (DMI) 및 1-(3-디메틸아미노프로필)-3-에틸 카르보디이미드 히드로 클로라이드 (EDC)는 도쿄 화학 공업에서 구입하였다. 독소루비신(DOX)은 Pharmachemie (BV, 하를렘, 네덜란드)에서 구입하였다. mono-6-sucninicyl-6-deoxy-βCD (Suc-βCD)는 한국 건구대학교의 미생물 탄수화물 자원 은행으로부터 제공받았다.Agarose (electroendosmosis (EEO) value: 0.05-0.13; sulfate, <0.15%) was purchased from BioPure (Seoul, Korea), and βCD and pyridine were purchased from Samchun Pure Chemical Co. Succinic anhydride, N-hydroxy succinimide (NHS) and bovine serum albumin (BSA) were purchased from Sigma Aldrich (St. Louis, MO, USA). Dimethylsulfoxide (DMSO), p-toluene sulfonyl chloride (TsCl), ethylene diamine, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone (DMI) and 1-(3-dimethylaminopropyl)-3-ethyl car Bodyimide hydrochloride (EDC) was purchased from Tokyo Chemical Industry. Doxorubicin (DOX) was purchased from Pharmachemie (BV, Haarlem, The Netherlands). mono-6-sucninicyl-6-deoxy-βCD (Suc-βCD) was provided by the Microbial Carbohydrate Resource Bank of Konkoo University, Korea.

준비된 아가로즈에 대해 토실화(TOAG-1)하고자, 아가로즈 (2g, 6.53mmol)를 100mL DMI에 140 ℃에서 2 시간 동안 용해시켰다. 혼합물을 25 ℃로 밤새 냉각시킨 후, 트리에틸아민 (1.983 g, 19.59 mmol)을 반응 혼합물에 첨가한 후 TsCl (1.866 g, 9.796 mmol)을 첨가하였다. 혼합물을 25 ℃에서 1 시간 동안 교반하였다. 반응 혼합물을 500 mL의 에탄올로 침전시켰다. 수득된 고체 생성물을 에탄올로 3 회 세척하였다. 이어서, 백색 분말을 진공 건조시켰다. TOAG-2 및 TOAG-3은 TOAG-1과 유사하게 제조되었다. TOAG-2 및 TOAG-3의 경우, 트리메틸아민 39.19mmol 및 TsCl 19.59mmol을 아가로즈 용액에 첨가하고, 혼합물을 각각 1 시간 및 6 시간 동안 교반하였다.To tosylate (TOAG-1) the prepared agarose, agarose (2g, 6.53mmol) was dissolved in 100mL DMI at 140°C for 2 hours. After the mixture was cooled to 25 °C overnight, triethylamine (1.983 g, 19.59 mmol) was added to the reaction mixture followed by TsCl (1.866 g, 9.796 mmol). The mixture was stirred at 25 °C for 1 h. The reaction mixture was precipitated with 500 mL of ethanol. The obtained solid product was washed 3 times with ethanol. The white powder was then vacuum dried. TOAG-2 and TOAG-3 were prepared similarly to TOAG-1. For TOAG-2 and TOAG-3, 39.19 mmol of trimethylamine and 19.59 mmol of TsCl were added to the agarose solution and the mixture was stirred for 1 hour and 6 hours, respectively.

TOAG들은 에틸렌 디아민에 의해 친핵성으로 치환되었다. TOAG-1, TOAG-2 및 TOAG-3 (1 g)을 질소 하에서 85 ℃에서 35 mL의 무수 DMSO에 용해시켰다. 에틸렌디아민 (5 mL)을 혼합물에 첨가하고 85 ℃에서 24 시간 동안 연속적으로 교반하였다. 에틸렌디아민이 기능화된 아가로즈(Ethylenediamine-modified agarose) (ETAG-1, ETAG-2 및 ETAG-3)를 에탄올 침전을 통해 수집하였다. 고체 생성물을 60 ℃에서 진공 건조시켰다.TOAGs were nucleophilically substituted by ethylene diamine. TOAG-1, TOAG-2 and TOAG-3 (1 g) were dissolved in 35 mL of anhydrous DMSO at 85 °C under nitrogen. Ethylenediamine (5 mL) was added to the mixture and stirred continuously at 85° C. for 24 h. Ethylenediamine-modified agarose (ETAG-1, ETAG-2 and ETAG-3) was collected through ethanol precipitation. The solid product was vacuum dried at 60 °C.

베타-사이클로덱스트린(βCD)으로 기능화된 아가로즈(βCD functionalized agarose, CFA)는 EDC-NHS 커플링 방법을 사용하여 Suc-βCD 및 ETAG로 제조되었다. Suc-βCD는 Bruker Autoflex Speed MALDI-TOF MASS (Bruker Daltonics, USA) 및 1H NMR 분광법 (Bruker Avance III, 500 MHz) 분석을 사용하여 분석되었다. 7 mL의 DMSO에 EDC (115.02 mg, 0.3 mmol)를 첨가하고, 이어서 NHS (69.054 mg, 0.3 mmol) 및 Suc-βCD (251.4 mg, 0.2 mmol)를 첨가하고 반응 혼합물을 실온에서 3.5 시간 동안 교반하였다. ETAG-1 (314.4 mg)을 43 mL의 DMSO에 용해시켰다. Suc-βCD 혼합물을 ETAG-1 용액에 첨가하였다. 반응 혼합물을 45 ℃에서 24 시간 동안 교반하였다. CFA-1을 200 mL의 에탄올에 수집 하였다. 침전물을 여과로 제거하고, 아세톤으로 3 회 세척 한 후, 진공하에 60 ℃에서 건조시켰다. CFA-2 및 CFA-3은 각각 ETAG-2 및 ETAG-3의 CFA-1을 사용하여 유사하게 합성되었다. CFA-2 및 CFA-3의 합성에는 각각 EDC, NHS 및 Suc-βCD의 2 배 및 3 배의 양이 사용되었다. 모든 하이드로 젤은 탈 이온수 (DW)를 사용하여 2 % (w/v)로 제조되었다.Beta-cyclodextrin (βCD) functionalized agarose (βCD functionalized agarose, CFA) was prepared from Suc-βCD and ETAG using the EDC-NHS coupling method. Suc-βCD was analyzed using Bruker Autoflex Speed MALDI-TOF MASS (Bruker Daltonics, USA) and 1H NMR spectroscopy (Bruker Avance III, 500 MHz) analysis. To 7 mL of DMSO was added EDC (115.02 mg, 0.3 mmol) followed by NHS (69.054 mg, 0.3 mmol) and Suc-βCD (251.4 mg, 0.2 mmol) and the reaction mixture was stirred at room temperature for 3.5 h. . ETAG-1 (314.4 mg) was dissolved in 43 mL of DMSO. The Suc-βCD mixture was added to the ETAG-1 solution. The reaction mixture was stirred at 45 °C for 24 h. CFA-1 was collected in 200 mL of ethanol. The precipitate was removed by filtration, washed three times with acetone, and then dried at 60 °C under vacuum. CFA-2 and CFA-3 were similarly synthesized using CFA-1 of ETAG-2 and ETAG-3, respectively. Two-fold and three-fold amounts of EDC, NHS and Suc-βCD were used for the synthesis of CFA-2 and CFA-3, respectively. All hydrogels were prepared at 2% (w/v) using deionized water (DW).

ETAG는 물에 용해되지 않았기 때문에, ETAG와 Suc-βCD 간의 NHS-EDC 커플링 반응은 DMSO에서 수행되었다. 모든 아가로즈 및 아가로즈 유도체는 원소 분석을 사용하여 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 도시하였다. Vario-Micro Cube 원소 분석기 (ELEMENTAR LTD., Germany)에서 원소 분석을 수행 하였다. 각 샘플의 C, H, N 및 S 양은을 측정하여, DS 값을 계산하였다.Since ETAG was not soluble in water, the NHS-EDC coupling reaction between ETAG and Suc-βCD was performed in DMSO. All agarose and agarose derivatives were analyzed using elemental analysis, and the results are shown in Table 1 below. Elemental analysis was performed on a Vario-Micro Cube elemental analyzer (ELEMENTAR LTD., Germany). The amounts of C, H, N and S of each sample were measured to calculate the DS value.

[표 1] [Table 1]

Figure 112019118223292-pat00001
Figure 112019118223292-pat00001

a: DS는 N 또는 S 비율을 이용하여 계산하였다.a: DS was calculated using the N or S ratio.

b: 아가로즈 유닛의 무수 갈락토스 내의 톨루엔설포닐기의 DS이다.b: DS of the toluenesulfonyl group in anhydrous galactose of the agarose unit.

c: 아가로즈 유닛의 무수 갈락토스 내의 에틸렌아미노기의 DS이다.c: DS of ethyleneamino group in anhydrous galactose of agarose unit.

d: ETAG 유닛의 무수 갈락토스 내의 Suc-βCD기의 DS이다.d: DS of the Suc-βCD group in anhydrous galactose of the ETAG unit.

e: CFA 유닛의 무수 갈락토스 내의 미반응 에틸렌아미노기의 DS이다.e: DS of unreacted ethyleneamino group in anhydrous galactose of CFA unit.

Agarose의 아민치환이 된 유도체인 ETAG의 경우 Agarose의 galactose에 아민이 치환된 치환도 (Degree of Substitution, DS)가 0.3 이하 인 유도체만이 이후에 EDC/NHS 커플링을 이용하여 Cyclodextrin을 아민이 치환된 유도체인 ETAG에 컨쥬게이션을 하게 되면 물에 녹는다는 것을 후술하는 실험을 통해서 확인하였다. In the case of ETAG, which is an amine-substituted derivative of agarose, only derivatives with a degree of substitution (DS) of 0.3 or less in which amine is substituted for galactose of agarose are amine-substituted for Cyclodextrin using EDC/NHS coupling. It was confirmed through an experiment to be described later that it is soluble in water when conjugated to ETAG, which is a derivative.

아가로즈 및 아가로즈 유도체의 NMR 스펙트럼을 측정하기 위하여, 각 샘플을 25 ℃에서 Bruker Avance III 500 MHz 분광계 (Karlsruhe, Germany)에서 기록되었다. 아가로즈 및 아가로즈 유도체를 NMR 분석을 위해 DMSO-d6에 용해시켰다. 13 C NMR 스펙트럼 분석 결과를 도 3에 도시한다. To measure the NMR spectra of agarose and agarose derivatives, each sample was recorded on a Bruker Avance III 500 MHz spectrometer (Karlsruhe, Germany) at 25°C. Agarose and agarose derivatives were dissolved in DMSO-d6 for NMR analysis. The result of 13 C NMR spectrum analysis is shown in FIG. 3 .

아가로즈는 G-6 위치에 하이드록실기를 가지고 있으며, 이는 다양한 화학적 변형에 이용 가능하다. 도 3에 도시한 바와 같이, 아가로즈 및 변형된 TOAG-1, ETAG-1 및 CFA-1의 13C NMR 스펙트럼을 나타낸다. 13C NMR 스펙트럼 (도 2b)에서, 145.02 (C-7), 131.89 (C-10), 130.25 (C-8) 및 127.80ppm (C-9)에서 새로운 피크가 나타나는 것을 통해서 TOAG-1에서 토실기를 확인할 수 있었다. 도 4는 순수한 토실 클로라이드의 13C NMR 스펙트럼을 나타낸다. 이 결과는 토실기가 아가로즈에서 성공적으로 기능화되었음을 나타낸다. 표 1 및 도 5를 통해 DMI에서 제조된 TOAG의 스펙트럼은 몰비 및 반응 시간에 따라 점점 더 높은 강도를 나타냄을 확인할 수 있었다. Agarose has a hydroxyl group at the G-6 position, which is available for various chemical modifications. As shown in Fig. 3, 13C NMR spectra of agarose and modified TOAG-1, ETAG-1 and CFA-1 are shown. In the 13C NMR spectrum (Fig. 2b), the tosyl group in TOAG-1 through the appearance of new peaks at 145.02 (C-7), 131.89 (C-10), 130.25 (C-8) and 127.80 ppm (C-9) was able to check Figure 4 shows the 13C NMR spectrum of pure tosyl chloride. This result indicates that the tosyl group was successfully functionalized in agarose. From Table 1 and FIG. 5, it was confirmed that the spectrum of TOAG prepared from DMI showed higher and higher intensity according to the molar ratio and reaction time.

토실화에 대한 DS 값은 13C NMR 분광법 및 원소분석기를 이용하여 얻어졌으며, 이 값은 상이한 실험 조건 하에서 0.1 내지 0.6으로 다양하였다. 도 3b는 ETAG-1의 13C NMR 스펙트럼을 나타낸다; 토실기가 에틸렌 디아민으로 대체될 때, 120 ppm 초과에서 발견된 토실기의 피크는 사라졌다. 이는 도 6을 참조하면, ETAG-2 및 ETAG-3의 토실기가 모두 에틸렌디아민에 의해 치환된 것을 의미한다.DS values for tosylation were obtained using 13C NMR spectroscopy and elemental analysis, which varied from 0.1 to 0.6 under different experimental conditions. Figure 3b shows the 13C NMR spectrum of ETAG-1; When the tosyl group was replaced by ethylene diamine, the peak of the tosyl group found above 120 ppm disappeared. This means that, referring to FIG. 6 , both the tosyl groups of ETAG-2 and ETAG-3 are substituted with ethylenediamine.

CFA-1의 13C NMR 스펙트럼은 NHS-EDC 커플링 반응 후에 관찰 된 βCD의 특징적인 피크를 나타냈다. 일반적으로, βCD 피크는 102.58, 72.67, 73.89, 81.94, 72.89 및 61.17 ppm에서 나타난다. The 13C NMR spectrum of CFA-1 showed a characteristic peak of βCD observed after the NHS-EDC coupling reaction. In general, βCD peaks appear at 102.58, 72.67, 73.89, 81.94, 72.89 and 61.17 ppm.

반응 후 CFA-1에서 사이클로덱스트린의 6 개의 피크는 101.32 (Cy-1), 81.50 (Cy-4), 73.02 (Cy-3), 72.39 (Cy-5), 72.01 (Cy-2) 및 60.00 (Cy- 6) ppm에서 나타났다. 도 7을 참조하면, 순수한 베타-사이클록덱스트린과 비교할 수 있으며, CFA-1에서 사이클로덱스트린이 잘 도입되었음을 확인할 수 있었다. After the reaction, the six peaks of cyclodextrin in CFA-1 were 101.32 (Cy-1), 81.50 (Cy-4), 73.02 (Cy-3), 72.39 (Cy-5), 72.01 (Cy-2) and 60.00 ( Cy-6) at ppm. Referring to FIG. 7 , it can be compared with pure beta-cyclodextrin, and it was confirmed that cyclodextrin was well introduced in CFA-1.

Suc-βCD와 반응할 수 있는 ETAG의 아민 치환기의 양이 증가하더라도, 모든 CFA에 대해 유사한 DS 값이 나타났다. 큰 크기의 βCD는 커플링 반응에서 입체 장애를 유발할 수 있으며, 그 결과 모든 βCD가 아가로즈의 에틸렌디아미노기와 반응할 수 있는 것은 아님을 확인할 수 있었다(도 8 참조). 따라서, CFA-1 및 CFA-3은 유사한 정도로 βCD로 대체되었고, 가장 광범위한 βCD 치환을 갖는 아가로즈는 CFA-2였다. Although the amount of amine substituents of ETAG that can react with Suc-βCD increased, similar DS values were found for all CFAs. A large size of βCD may cause steric hindrance in the coupling reaction, and as a result, it was confirmed that not all βCDs could react with the ethylenediamino group of agarose (see FIG. 8 ). Thus, CFA-1 and CFA-3 were replaced with βCD to a similar extent, and the agarose with the most extensive βCD substitution was CFA-2.

ETAG에서 βCD 치환 후, CFA는 60-100 ℃에서 탈이온화수(DW)에 용해되었다. 또한, CFA-1은 아가로즈 젤과 비교하여 변경된 젤화 온도를 나타냈다. 도 9는 아가로즈와 CFA-1의 온도에 따른 이미지이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 아가로즈의 초기 젤화의 시작은 거의 50-60 ℃ 인 반면, CFA-1은 25 ℃ 에서 젤 상태를 형성하였다.After βCD substitution in ETAG, CFA was dissolved in deionized water (DW) at 60-100 °C. In addition, CFA-1 exhibited altered gelation temperature compared to agarose gel. 9 is an image according to the temperature of agarose and CFA-1. As shown in Fig. 9, the onset of initial gelation of agarose was almost 50-60 °C, whereas CFA-1 formed a gel state at 25 °C.

[실험예 2][Experimental Example 2]

유변학적 분석은 하이드로 젤의 기계적 특성에 대한 정보를 제공할 수 있다. 이에, 젤 샘플의 유변학적 특성, 젤화 온도 (Tg) 및 융해 온도 (Tm)를 40-mm 평행 플레이트가 장착된 DHR-2 레오미터 (TA Instruments, USA)를 사용하여 분석하였다. 실험 전, 100 ℃ 탈이온화수에서 2 % (w/v) 샘플로 각 젤을 제조하였다. 냉각 사이클의 측정된 온도 범위는 100 ℃ 내지 10 ℃이고, 가열 사이클은 온도 변화가 1 ℃/분인 10 ℃ 내지 100 ℃였다. 1.0Hz의 각 주파수(angular frequency) 및 5 %의 변형률로 설정되었다. 측정하는 동안 수증기를 방지하기 위해 실리콘 오일을 사용하여 샘플을 덮었다.Rheological analysis can provide information on the mechanical properties of hydrogels. Therefore, the rheological properties, gelation temperature (Tg) and melting temperature (Tm) of the gel samples were analyzed using a DHR-2 rheometer (TA Instruments, USA) equipped with a 40-mm parallel plate. Before the experiment, each gel was prepared with a 2% (w/v) sample in deionized water at 100°C. The measured temperature range of the cooling cycle was 100° C. to 10° C., and the heating cycle was 10° C. to 100° C. with a temperature change of 1° C./min. An angular frequency of 1.0 Hz and a strain of 5% were set. The sample was covered with silicone oil to prevent water vapor during the measurement.

젤 상태는 손실 계수 (G'')보다 높은 저장 계수 (G')를 나타내며, 졸 상태는 유변학적 분석에서 반대의 결과를 나타낸다. 따라서 냉각 및 가열 과정에서 유변학적 분석을 사용하여 G' 및 G'' 곡선의 교차점을 통해 젤의 Tm 및 Tg 값을 확인할 수 있다. 도 10은 가열시 아가로즈, CFA-1, CFA-2 및 CFA-3 젤의 손실 계수 및 저장 계수(도 10a, c, e 및 g) 및 냉각시 (도 10b, d, e 및 h) 동안 아가로즈, CFA-1, CFA-2 및 CFA-3 젤의 손실 계수 및 저장 계수를 나타낸다.The gel state shows a higher storage modulus (G') than the loss modulus (G''), and the sol state shows the opposite result in rheological analysis. Therefore, the Tm and Tg values of the gel can be determined through the intersection of the G' and G'' curves using rheological analysis during cooling and heating. Figure 10 shows the loss coefficients and storage coefficients of agarose, CFA-1, CFA-2 and CFA-3 gels upon heating ( FIGS. 10a, c, e and g) and during cooling ( FIGS. 10b, d, e and h). Loss coefficients and storage coefficients of agarose, CFA-1, CFA-2 and CFA-3 gels are shown.

도 10에 도시한 바와 같이, 아가로즈 젤의 Tm 및 Tg는 각각 95 ℃ 및 65 ℃였다. 그러나, CFA-1 젤에 대한 Tm 및 Tg 값은 66.1 ℃ 및 26.7 ℃였으며, 이는 아가로즈 젤에 대한 것보다 낮은 졸-젤 전이 온도보다 낮다. 일반적으로, 한천 또는 아가로즈 분자는 끓는점에 가까운 온도의 물에서 균일한 분포로 임의의 코일 형태를 취한다. 아가로즈 분자는 저온에서 이중 나선 모양을 형성한다. 아가로즈의 3,6-안하이드로 갈락토스의 4 개의 하이드록실기 중 3 개는 인접한 이중 나선과 수소 결합에 참여할 수 있다. 나선형 형태는 하나 이상의 아가로즈 분자가 저온에서 젤화된 상태에 참여하고 이를 유지하게 한다. 이 응집된 이중 나선을 suprafibers라고 하며, 104개의 이중 나선을 포함할 수 있다. 젤의 강성 또는 유변학적 특성은 이중 나선이 조립되는 정도에 따라 결정된다.As shown in FIG. 10 , the Tm and Tg of the agarose gel were 95°C and 65°C, respectively. However, the Tm and Tg values for the CFA-1 gel were 66.1 °C and 26.7 °C, which is lower than the lower sol-gel transition temperature than for the agarose gel. In general, agar or agarose molecules take the form of arbitrary coils with a uniform distribution in water at a temperature close to the boiling point. Agarose molecules form a double helix at low temperatures. Three of the four hydroxyl groups of 3,6-anhydrogalactose in agarose can participate in hydrogen bonding with adjacent double helices. The helical conformation allows one or more agarose molecules to participate and maintain a gelled state at low temperatures. These aggregated double helices are called suprafibers and may contain 10 4 double helices. The stiffness or rheological properties of a gel depend on the degree to which the double helix is assembled.

따라서, CFA에 도입된 에틸렌디아민 및 βCD 분자는 아가로즈의 3,6-하이드로 갈락토스의 수소 결합을 방해하여 조립을 야기한다. 이중 나선의 원래 아가로즈보다 작고 저온에서 발생하는 졸-젤 전이를 초래한다.Therefore, ethylenediamine and βCD molecules introduced into CFA interfere with hydrogen bonding of 3,6-hydrogalactose in agarose, causing assembly. It is smaller than the original agarose of the double helix and results in a sol-gel transition that occurs at low temperatures.

또한, 에틸렌 디아민 치환기가 더 많은 CFA-2 및 CFA-3은 적절한 젤 상태를 유지하지 못했고, 특히 CFA-3의 경우, 졸젤 전이점을 확인할 수 없었다. 수소 결합이 가능한 아민기를 갖는 에틸렌디아민 기는 아가로즈 치환의 정도가 증가함에 따라 물에 불용성이다.In addition, CFA-2 and CFA-3 having more ethylene diamine substituents did not maintain an appropriate gel state, and in particular, in the case of CFA-3, the sol-gel transition point could not be confirmed. Ethylenediamine groups having amine groups capable of hydrogen bonding are insoluble in water as the degree of agarose substitution increases.

하나의 이유는 ETAG가 에틸렌디아민의 치환으로 인해 고온에서 랜덤 코일을 효과적으로 형성 할 수 없을 것으로 예상될 수 있기 때문이다. CFA-1을 생산하기 위해 준비된 ETAG-1은 물에 용해되지 않았다. 그러나, Suc-βCD와 에틸렌디아민의 1 차 아민기 사이의 가교 결합은 에틸렌 디아민의 아민기의 수소 내 결합을 방해할 수 있고, 그 결과 CFA-1은 물에 용될 수 있다.One reason is that it can be expected that ETAG cannot effectively form random coils at high temperatures due to the substitution of ethylenediamine. ETAG-1 prepared to produce CFA-1 was not soluble in water. However, the cross-linking between Suc-βCD and the primary amine group of ethylenediamine may interfere with the intrahydrogen bonding of the amine group of ethylenediamine, and as a result, CFA-1 may be soluble in water.

도 11은 아가로즈, CFA-1, CFA-2 및 CFA-3 젤의 시차주사열량분석법 (Differential Scanning Calorimetry, DSC)에 대한 결과 그래프이다. DSC 분석에서, 아가로즈에서 140 ℃에서 강한 흡열 피크가 나타 났지만, CFA의 흡열 피크는 감소하였다. 흡열 피크는 중합체 사이에 수소 결합이 분할된 열 전이를 나타내며, 이는 또한 아가로즈가 CFA보다 더 많은 수소 결합 및 다른 강한 결합을 가짐을 시사한다.11 is a graph showing the results of Differential Scanning Calorimetry (DSC) of agarose, CFA-1, CFA-2 and CFA-3 gels. DSC analysis showed a strong endothermic peak at 140 °C in agarose, but the endothermic peak of CFA decreased. The endothermic peak indicates a thermal transition where hydrogen bonds are split between the polymers, which also suggests that agarose has more hydrogen bonds and other strong bonds than CFAs.

가열 공정 동안 37 ℃에서 아가로즈와 CFA-1 젤 모두 젤 형태를 유지했지만 아가로즈의 G'는 약 100 KPa, CFA-1의 경우 1600 Pa였다(참조, 도 10a 및 c). 또한, CFA-2 및 CFA-3의 G'는 각각 3.4513 및 0.0469 Pa이고, CFA-2 및 CFA-3은 37 ℃에서 젤 형태를 유지할 수 없다(도 10e 및 g). 이 결과는 또한 아가로즈의 강성 강도가 연구된 하이드로 젤 중에서 가장 높다는 것을 의미한다. 따라서, 에틸렌디아미노기 및 βCD의 DS가 높을수록 아가로즈계 젤의 강성이 약해짐을 확인할 수 있었다.During the heating process, both agarose and CFA-1 gel maintained the gel form at 37 °C, but the G' of agarose was about 100 KPa and 1600 Pa for CFA-1 (cf. FIGS. 10a and c). In addition, G' of CFA-2 and CFA-3 is 3.4513 and 0.0469 Pa, respectively, and CFA-2 and CFA-3 cannot maintain their gel form at 37°C (FIGS. 10e and g). This result also means that the stiffness strength of agarose is the highest among the studied hydrogels. Therefore, it was confirmed that the higher the DS of the ethylenediamino group and βCD, the weaker the rigidity of the agarose-based gel.

[실험예 3][Experimental Example 3]

아가로즈, CFA-1, CFA-2 및 CFA-3 (20 mg)을 각각 100 ℃에서 1mL의 탈이온화수에 용해시켰다. 각 샘플을 25 ℃에서 24 시간 동안 유지한 다음 동결 건조시켰다. 동결 건된 샘플을 FE-SEM 분석을 위해 양면 접착성 탄소 테이프를 사용하여 고정시켰다. 하이드로 젤의 표면을 진공에서 120 초 동안 30W에서 백금으로 코팅하여 이들을 전기 전도성으로 만들었다. 히타치 S-4700 (일본 도쿄)을 사용하여 하이드로 젤의 표면을 관찰하였다. 도 12는 아가로즈, CFA-1, CFA-2 및 CFA-3 젤을 FE-SEM으로 촬영한 이미지이다.Agarose, CFA-1, CFA-2 and CFA-3 (20 mg) were each dissolved in 1 mL of deionized water at 100 °C. Each sample was kept at 25 °C for 24 h and then lyophilized. Freeze-dried samples were fixed using double-sided adhesive carbon tape for FE-SEM analysis. The surfaces of the hydrogels were coated with platinum at 30 W for 120 s in vacuum to make them electrically conductive. The surface of the hydrogel was observed using a Hitachi S-4700 (Tokyo, Japan). 12 is an image taken by FE-SEM of agarose, CFA-1, CFA-2 and CFA-3 gels.

도 12에 도시한 바와 같이, CFA-1 젤은 아가로즈 젤과 유사하지만 젤의 단면에서 비교적 큰 기공을 나타냈다. 또한, 아가로즈 젤의 단면은 매우 복잡하고 다양한 기공 크기가 관찰되었다. 일반적으로, 아가로즈 젤의 기공 크기는 농도 및 온도에 기초하여 결정될 수 있다.As shown in FIG. 12 , the CFA-1 gel was similar to the agarose gel, but showed relatively large pores in the cross section of the gel. In addition, the cross section of the agarose gel was very complex and various pore sizes were observed. In general, the pore size of an agarose gel can be determined based on concentration and temperature.

아가로즈의 농도가 증가함에 따라 강성이 증가하고 기공의 크기가 감소하였다. 따라서, CFA-1 젤의 큰 공극은 동일한 양의 아가로즈가 젤을 형성하기 위해 사용되었지만 이중-헬리스의 응집 정도는 아가로즈 젤보다 작음을 나타낸다. CFA-1과 달리, CFA-2 젤은 특정한 기공을 나타내지 않은 반면, CFA-3은 섬유상을 나타냈다. 유변학적 분석에서, CFA-2 및 CFA-3은 실온에서 G'보다 큰 G'값을 나타내며, 이는 CFA-1과 같은 젤 상태를 유지하지 않음을 나타낸다. 두 CFA는 CFA-1 이상의 기능화된 βCD를 갖지만, 아가로즈 골격에 부착된 많은 미반응 에틸렌디아미노기가 있기 때문에 여전히 다른 형태를 나타낸다. 아가로즈에 치환된 다수의 에틸렌 디아미노기는 아가로즈의 이중 나선 구조의 형성을 방해한다. 이 FE-SEM 결과는 유변학적 연구 결과와 일치하는 것을 확인할 수 있었다.As the concentration of agarose increased, the stiffness increased and the size of the pores decreased. Thus, the large pores of the CFA-1 gel indicate that the same amount of agarose was used to form the gel, but the degree of aggregation of the double-helices was smaller than that of the agarose gel. Unlike CFA-1, CFA-2 gel did not show specific pores, whereas CFA-3 showed fibrous form. In the rheological analysis, CFA-2 and CFA-3 show G' values greater than G' at room temperature, indicating that they do not retain the same gel state as CFA-1. Although both CFAs have functionalized βCDs greater than or equal to CFA-1, they still exhibit different morphologies due to the presence of many unreacted ethylenediamino groups attached to the agarose backbone. A number of ethylene diamino groups substituted on agarose prevent the formation of a double helix structure of agarose. It was confirmed that this FE-SEM result was consistent with the rheological study result.

[실험예 4][Experimental Example 4]

오토 클레이브를 사용하여 총 40 mg의 각 샘플을 100 ℃에서 4 mL의 탈이온화수에 용해시켰다. BSA (400 μL, 50 mg/mL) 및 DOX (400 μL, 2 mg/mL) 용액을 샘플 용액에 첨가하였다. 아가로즈의 경우, 로딩 온도는 균일한 로딩 조건에 대해 65 ℃였다. 다른 샘플의 로딩 온도는 30 ℃였다. 약물-로딩 샘플을 냉각 인큐베이터를 사용하여 젤화를 위해 25 ℃에서 유지시켰다. 24 시간 후, 약물 방출 시험을 위해 37 ℃에서 pH 7.4 포스페이트 완충제 (PB)에 침지시켰다. 이어서, 500 ㎕ 분취량을 방출 완충 용액으로부터 주기적으로 수집하고, 그 후 동일한 부피의 새로운 완충액이 동시에 첨가되었다. 방출 된 BSA 및 DOX는 각각 280 및 480 nm에서 UV-vis 분광계 (UV-2450, Shimadzu, Japan)를 사용하여 관찰되었다. BSA(bovine serum albumin) 및 DOX (doxorubicin)의 누적량(cumulative amount)은 다음과 같이 계산되었다:A total of 40 mg of each sample was dissolved in 4 mL of deionized water at 100 °C using an autoclave. BSA (400 μL, 50 mg/mL) and DOX (400 μL, 2 mg/mL) solutions were added to the sample solution. For agarose, the loading temperature was 65 °C for uniform loading conditions. The loading temperature of the other samples was 30 °C. Drug-loaded samples were maintained at 25 °C for gelation using a cold incubator. After 24 h, they were immersed in pH 7.4 phosphate buffer (PB) at 37 °C for drug release testing. Then, 500 μl aliquots were periodically collected from the release buffer, after which an equal volume of fresh buffer was added simultaneously. Emitted BSA and DOX were observed using a UV-vis spectrometer (UV-2450, Shimadzu, Japan) at 280 and 480 nm, respectively. The cumulative amounts of bovine serum albumin (BSA) and doxorubicin (DOX) were calculated as follows:

Figure 112019118223292-pat00002
Figure 112019118223292-pat00002

여기서, V는 방출 완충액의 부피이고, Vi는 수집된 샘플의 부피이고, Cn 및 Ci는 각각의 시간에 수집된 샘플 중의 약물의 농도이다.where V is the volume of release buffer, Vi is the volume of the sample collected, and Cn and Ci are the concentrations of drug in the sample collected at each time.

약물 로딩 및 방출 시험을 위해 BSA 및 DOX가 선택되었다. BSA는 60 ℃ 이상에서 응집하는 α- 나선형 다중 도메인 단백질이고, DOX는 자외선이나 열에 노출되면 분해되는 항암제이다. BSA 및 DOX를 아가로즈 및 CFA에 로딩하였다. 하이드로 젤에 균일하게 로딩하기 위해, 아가로즈에 대한 약물 로딩은 65 ℃에서 수행하고, CFA에 대해서는 30 ℃에서 수행하였다. 티오플라빈 T (ThT) 분석을 통해 로딩 과정에서 BSA가 응집 될 수 있는지 여부를 확인하였다. 그 결과를 도 13에 도시한다. 어떠한 응집도 없었음을 확인할 수 있었다. 이는 BSA가 로딩된 아가로즈 젤이 냉각 인큐베이터로 신속하게 전달되었고 소량의 아가로즈 젤이 냉각 인큐베이터를 통해 빠르게 냉각될 수 있기 때문이다. 도 14는 시간 대비 약물 방출양에 대한 결과 그래프이다. 도 14에 도시한 바와 같이, BSA 및 DOX의 방출량을 보여준다. 하이드로 젤에서 BSA의 방출 속도는 유변학적 특성을 반영하고, 더 높은 G'와 함께 방출 속도는 낮다. BSA는 전형적인 하이드로 젤에서 확산을 통해 방출된다. 젤의 가교점이 높을수록 BSA의 확산 및 방출 속도는 느리지만, 아가로즈 젤의 경우 아가로즈 농도가 높을수록 확산 속도는 느려진다. 낮은 이중 나선 형성으로 인해 CFA가 아가로즈 보다 낮은 가교점을 갖기 때문에, BSA는 12 시간 내에 CFA로부터 거의 완전히 방출되었다. CFA는 낮은 이중 나선 형성으로 아가로즈보다 가교 점이 낮다. CFA-2 및 CFA-3 젤은 4 시간 내에 PBS 완충제에서 붕해되었다. 아가로즈 젤은 다른 젤과 달리 고체 네트워크를 갖기 때문에, BSA의 대략 70 %가 12 시간 내에 아가로즈 젤로부터 방출되었다. 아가로즈 젤에서 용질의 방출 및 확산 속도는 용질의 크기에 관계없이 아가로즈의 농도 및 강성과 관련된다.BSA and DOX were chosen for drug loading and release testing. BSA is an α-helical multidomain protein that aggregates above 60 °C, and DOX is an anticancer agent that is decomposed when exposed to ultraviolet light or heat. BSA and DOX were loaded on agarose and CFA. For uniform loading on the hydrogel, drug loading on agarose was performed at 65 °C and CFA at 30 °C. Thioflavin T (ThT) analysis was used to confirm whether BSA could aggregate during the loading process. The results are shown in FIG. 13 . It was confirmed that there was no aggregation. This is because the BSA-loaded agarose gel was quickly transferred to the cooling incubator and a small amount of the agarose gel could be rapidly cooled through the cooling incubator. 14 is a graph of the results for the amount of drug release versus time. As shown in FIG. 14 , the amount of BSA and DOX released is shown. The release rate of BSA from the hydrogel reflects the rheological properties, and the release rate is lower with higher G'. BSA is released via diffusion in typical hydrogels. The higher the crosslinking point of the gel, the slower the diffusion and release rate of BSA, but in the case of an agarose gel, the higher the agarose concentration, the slower the diffusion rate. Because CFA has a lower crosslinking point than agarose due to low double helix formation, BSA was almost completely released from CFA within 12 h. CFA has a lower crosslinking point than agarose due to its low double helix formation. CFA-2 and CFA-3 gels disintegrated in PBS buffer within 4 h. Because the agarose gel has a solid network unlike other gels, approximately 70% of the BSA was released from the agarose gel within 12 hours. The release and diffusion rates of solutes in an agarose gel are related to the concentration and stiffness of the agarose, regardless of the size of the solute.

DOX 방출의 경우, 거의 모든 DOX가 12 시간 이내에 CFA-2 및 CFA-3으로부터 방출되었으며, 이는 BSA의 방출 프로파일과 유사하다. 아가로즈 또는 CFA-1 모두 24 시간 이내에 DOX를 완전히 방출하지 않았다. DOX는 종종 하이드로 젤에서 매우 천천히, 즉 1 주일 이상 동안 방출된다. CFA-1 젤에서 DOX의 방출 거동은 처음 6 시간까지 아가로즈 젤의 방출 거동과 유사했다. CFA-1 젤의 저장 계수는 0.5 % 아가로즈 젤과 유사하게 37 ℃에서 1600 Pa였다. DOX의 이러한 지속 방출은 CFA-1 젤 내부의 DOX와 βCD 사이의 복합체의 형성에 기인한다. CFA-1 젤에서 βCD의 양이 로딩된 DOX의 양보다 적었기 때문에, 6 시간 동안 효과적인 서방형 특성을 보였다.In the case of DOX release, almost all DOX was released from CFA-2 and CFA-3 within 12 h, which is similar to the release profile of BSA. Neither agarose nor CFA-1 completely released DOX within 24 h. DOX is often released from the hydrogel very slowly, i.e. over a week or longer. The release behavior of DOX from the CFA-1 gel was similar to that of the agarose gel until the first 6 h. The storage modulus of the CFA-1 gel was 1600 Pa at 37 °C, similar to the 0.5% agarose gel. This sustained release of DOX is due to the formation of a complex between DOX and βCD inside the CFA-1 gel. Since the amount of βCD in the CFA-1 gel was less than the amount of DOX loaded, it showed effective sustained-release properties for 6 hours.

또한, βCD를 아가로즈(βCD/agarose gel)에 물리적으로 도입하였다. βCD와 아가로즈를 함께 용해시켜 하이드로 젤을 제조하고, 이 βCD/아가로즈 젤의 젤화 온도 및 약물 전달 거동을 측정하여, 도 15 및 도 16에 각각 도시한다. 도 15 및 도 16에 도시한 바와 같이, βCD/아가로즈 젤은 아가로즈 젤 단독의 것과 유사한 젤화 온도 및 약물 전달 거동을 모두 보여 주었다. 이는 βCD가 아가로즈에 기능화되지 않고 물리적으로 도입되는 경우, 아가로즈의 젤화 과정 또는 네트워크를 변화시키지 않기 때문이다. 추가적으로, CFA-1의 농도를 조절하면서, 1% CFA-1 및 3% CFA-1에 대해 약물 방출 실험을 실시하였다. 1% CFA-1 및 3% CFA-1 젤의 온도 대비 저장 계수 및 손실 계수에 대한 그래프를 도 17에 도시한다. 도 17에 도시한 바와 같이, 1% CFA-1 및 3% CFA-1 젤화 온도는 각각 23.2 ℃ 및 31.2 ℃였다. 도 18은 다양한 샘플에 대한 약물 방출양을 나타내는 그래프이다. 도 18에 도시한 바와 같이, 3 % CFA-1 젤은 아가로즈보다 BSA를 더 빨리 방출했지만 DOX는 천천히 방출하였다. 3 % CFA-1 젤은 2 % CFA-1 젤과 비교하여 대략 3.1 KPa (데이터 미도시)의 높은 저장 계수를 나타내지만, 이 값은 여전히 아가로즈 젤보다 낮다. 그럼에도 불구하고, 3 % CFA-1은 3 % CFA-1에서 다량의 βCD로 인해 아가로즈 젤보다 DOX를 더 느리게 방출하였다. βCD로 기능화된 하이드로 젤로부터의 약물 방출에서, 기능화된 βCD의 양 및 하이드로 젤 성분의 농도는 모두 중요하다. 기능화된 βCD의 양이 적을수록 호스트-게스트 상호 작용의 형성이 감소되고, 방출되는 소수성 약물이 더 빠르며, 하이드로 젤 조성물의 농도가 낮을수록, 하이드로 젤의 네트워크 구조가 더 조밀하고 강성이 줄어들고 더 빠른 대량 이동이 발생한다. 이러한 결과로부터, CFA-1 젤은 아가로즈 젤 기반의 제어 약물 전달 시스템에 대한 가능성을 보여 주었다. 이는 저온에서 쉽게 젤화될 수 있고, 아가로즈 젤과 비교하여 낮은 강성에도 불구하고, βCD와의 내포 복합체를 형성하는 약물의 지속 방출을 제어할 수 있기 때문이다. In addition, βCD was physically introduced into agarose (βCD/agarose gel). A hydrogel was prepared by dissolving βCD and agarose together, and the gelation temperature and drug delivery behavior of the βCD/agarose gel were measured and shown in FIGS. 15 and 16, respectively. As shown in FIGS. 15 and 16 , the βCD/agarose gel showed both gelation temperature and drug delivery behavior similar to those of the agarose gel alone. This is because βCD does not change the gelation process or network of agarose when physically introduced into the agarose without being functionalized. Additionally, while controlling the concentration of CFA-1, drug release experiments were performed on 1% CFA-1 and 3% CFA-1. A graph of the storage coefficient and loss coefficient versus temperature of 1% CFA-1 and 3% CFA-1 gels is shown in FIG. 17 . As shown in FIG. 17 , the gelation temperatures of 1% CFA-1 and 3% CFA-1 were 23.2° C. and 31.2° C., respectively. 18 is a graph showing the amount of drug release for various samples. As shown in Figure 18, the 3% CFA-1 gel released BSA faster than agarose, but released DOX slowly. Although the 3% CFA-1 gel exhibits a higher storage coefficient of approximately 3.1 KPa (data not shown) compared to the 2% CFA-1 gel, this value is still lower than that of the agarose gel. Nevertheless, 3% CFA-1 released DOX more slowly than the agarose gel due to the large amount of βCD in 3% CFA-1. In drug release from hydrogels functionalized with βCD, both the amount of functionalized βCD and the concentration of hydrogel components are important. The lower the amount of functionalized βCD, the less the formation of host-guest interactions, the faster the released hydrophobic drug, and the lower the concentration of the hydrogel composition, the denser the network structure of the hydrogel, the less rigidity, and the faster the mass movement takes place. From these results, CFA-1 gel showed promise for agarose gel-based controlled drug delivery system. This is because it can easily gel at a low temperature and control the sustained release of a drug that forms an inclusion complex with βCD despite its low stiffness compared to agarose gel.

[실험예 5][Experimental Example 5]

하이드로 젤 및 약물 로딩된 하이드로 젤의 세포 독성은 WST를 적용한 인간 배아 신장 239 세포 (HEK-293, 한국 세포주 은행, 한국) 및 HeLa (자궁 경부암 세포주, 한국 세포주 은행, 한국) 세포를 사용하여 평가 하였다. WST-8 분석은 종래의 공지된 방법을 통하여 수행하였다. 약물 로딩 된 하이드로 젤은 DOX 로딩 실험과 동일한 방식으로 제조되었다. HEK-293 및 HeLa 세포를 10 % 소 태아 혈청 및 1% 페니실린/스트렙토 마이신을 함유하는 최소 필수 배지 (MEM, WELGENE, Gyeongsan-si, South Korea)에 3x104 세포/mL의 세포 밀도로 24 웰 배양 플레이트에 시딩하였다. 50 μg의 DOX, 5 mg의 하이드로 젤 및 5 mg의 DOX-로드된 하이드로 젤 (50 μg의 DOX 함유)을 각각 5 % CO2를 함유하는 분위기에서 37 ℃에서 첨가하였다. 인큐베이션 24 시간 후, 세포 생존력을 측정하였다.The cytotoxicity of hydrogels and drug-loaded hydrogels was evaluated using WST-applied human embryonic kidney 239 cells (HEK-293, Korea Cell Line Bank, Korea) and HeLa (cervical cancer cell line, Korea Cell Line Bank, Korea) cells. . WST-8 analysis was performed through a conventionally known method. Drug-loaded hydrogels were prepared in the same manner as for DOX loading experiments. HEK-293 and HeLa cells were cultured in 24 wells at a cell density of 3x10 4 cells/mL in minimal essential medium (MEM, WELGENE, Gyeongsan-si, South Korea) containing 10% fetal bovine serum and 1% penicillin/streptomycin. The plates were seeded. 50 μg of DOX, 5 mg of hydrogel and 5 mg of DOX-loaded hydrogel (containing 50 μg of DOX) were each added at 37° C. in an atmosphere containing 5% CO 2 . After 24 hours of incubation, cell viability was measured.

인 비트로(in vitro) 세포 독성 분석을 통해, 약물 전달 시스템으로서 사용하기 위한 하이드로 젤의 세포 독성을 평가하였다. HEK 293 세포는 약물 후보의 효과를 평가하기 위해 세포 독성 테스트에 일반적으로 사용되는 세포이고, HeLa는 항암제의 활성을 평가하는데 자주 사용되는 암 세포주이다.Through an in vitro cytotoxicity assay, the cytotoxicity of hydrogels for use as a drug delivery system was evaluated. HEK 293 cells are cells commonly used in cytotoxicity tests to evaluate the effects of drug candidates, and HeLa is a cancer cell line frequently used to evaluate the activity of anticancer drugs.

HEk 293 세포에 대한 하이드로젤의 독성 평가와 HeLa 세포에 대한 하이드로젤과 DOX 로딩된 하이드로젤의 독성 평가를 수행하고 그 결과 그래프를 도 19에 도시한다. The toxicity evaluation of the hydrogel to HEk 293 cells and the toxicity evaluation of the hydrogel and DOX-loaded hydrogel to HeLa cells were performed, and a graph of the results is shown in FIG. 19 .

DOX-로드된 CFA-2 및 CFA-3 젤은 DOX-처리된 대조군에 대해 동일한 양의 DOX를 방출할 수 있었고, 따라서 HeLa 세포의 세포 생존율은 천연 DOX와 거의 동일하였다. DOX-로드된 아가로즈 젤의 경우, DOX가 아가로즈 젤로부터 천천히 방출되어 HeLa 세포에 대한 세포 독성은 대략 40 %였다. CFA-1 젤은 다량의 DOX 방출을 수용할 수 있기 때문에, DOX-로드된 아가로즈 젤과 비교하여 HeLa 세포에 대해 더 높은 세포 독성을 나타냈다. 이러한 결과를 통해, 방출된 DOX가 천연 DOX와 동일한 생체 활성을 유지하고, CFA-1 젤이 세포 독성없이 약물 전달 시스템에 사용될 수 있음을 확인할 수 있었다.The DOX-loaded CFA-2 and CFA-3 gels were able to release the same amount of DOX as compared to the DOX-treated control, and thus the cell viability of HeLa cells was almost identical to that of native DOX. For the DOX-loaded agarose gel, DOX was slowly released from the agarose gel, resulting in a cytotoxicity to HeLa cells of approximately 40%. Because the CFA-1 gel can accommodate large amounts of DOX release, it exhibited higher cytotoxicity against HeLa cells compared to the DOX-loaded agarose gel. Through these results, it was confirmed that the released DOX maintains the same bioactivity as native DOX, and that CFA-1 gel can be used in a drug delivery system without cytotoxicity.

이러한 실험을 통하여, βCD는 EDC-NHS 커플링을 사용하여 아가로즈 주쇄에 성공적으로 가교 결합됨을 확인하였다. 아가로즈 내로의 βCD 또는 에틸렌 디아미노 기의 도입은 유변학적 특성의 변화를 가져서 하이드로 젤의 저장 계수를 감소시켰다. CFA-1 젤은 아가로즈 젤보다 용융 및 젤화 온도가 낮았다. 이는 도입된 βCD 또는 에틸렌디아미노 기가 아가로즈의 젤화 동안 내부 이중 나선 응집체의 형성을 방해했음을 의미한다. 특히, CFA-1 젤은 30 ℃에서 약물을 쉽고 균일하게 로딩할 수 있었다. CFA-1 젤은 낮은 강성에도 불구하고 CFA-1에서 βCD를 포함하는 숙주-게스트 복합체를 통한 BSA와 대조적으로 DOX의 지속 방출을 입증 하였다. DOX-로드된 CFA 젤은 약물의 항암 활성을 유지하였다. 또한, CFA 젤은 HEK-293 및 HeLa 세포에 대한 독성을 나타내지 않았다. 결론적으로, CFA는 아가로즈보다 강성이 낮으므로 CD와 복합체를 만들 수 없는 BSA와 같은 단백질을 빠르게 방출 할 수 있으나, βCD와 복합체를 DOX와 같은 약물을 천천히 방출한다. 이러한 낮은 젤화 온도를 갖는 CFA 젤은 열-민감성 화학 약물을 위한 제어 가능한 하이드로 젤계 약물 전달 시스템을 제공할 가능성이 있으며, 낮은 저장 계수 및 젤화 온도의 특성으로 인해 주사 가능한 하이드로 젤 시스템을 제공할 수 있음을 확인할 수 있었다.Through these experiments, it was confirmed that βCD was successfully cross-linked to the agarose backbone using EDC-NHS coupling. Introduction of βCD or ethylene diamino groups into the agarose resulted in changes in rheological properties, reducing the storage modulus of the hydrogel. The CFA-1 gel had a lower melting and gelation temperature than the agarose gel. This means that the introduced βCD or ethylenediamino groups prevented the formation of internal double helix aggregates during gelation of agarose. In particular, the CFA-1 gel could easily and uniformly load the drug at 30 °C. The CFA-1 gel demonstrated sustained release of DOX in contrast to BSA through the host-guest complex involving βCD in CFA-1 despite its low stiffness. The DOX-loaded CFA gel retained the anticancer activity of the drug. In addition, the CFA gel showed no toxicity to HEK-293 and HeLa cells. In conclusion, since CFA has lower stiffness than agarose, it can rapidly release proteins such as BSA, which cannot be complexed with CD, but slowly release drugs such as DOX from complexes with βCD. CFA gels with such a low gelation temperature have the potential to provide a controllable hydrogel-based drug delivery system for heat-sensitive chemical drugs, and their properties of low storage coefficient and gelation temperature may provide an injectable hydrogel system. was able to confirm

상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the preferred embodiments of the present application, those skilled in the art will make various modifications and changes to the present application within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that you can.

Claims (16)

아가로즈(agarose) 및 사이클로덱스트린(cyclodextrin)을 각각 준비하는 단계; 및
아가로즈에 사이클로덱스트린을 도입하여, 사이클로덱스트린으로 기능화된 아가로즈를 형성하는 단계를 포함하며,
상기 사이클로덱스트린으로 기능화된 아가로즈를 형성하는 단계는 1-ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride가 첨가되어, EDC/NHS 커플링(1-ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride/N-hydroxysuccinimide coupling)에 의하여, 사이클로덱스트린으로 기능화된 아가로즈를 형성하는 단계인 약물전달용 조성물의 제조 방법.
Preparing agarose (agarose) and cyclodextrin (cyclodextrin), respectively; and
introducing a cyclodextrin into the agarose to form an agarose functionalized with cyclodextrin;
In the step of forming agarose functionalized with cyclodextrin, 1-ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride is added, and EDC/NHS coupling (1-ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride/ A method for preparing a composition for drug delivery, which is a step of forming agarose functionalized with cyclodextrin by N-hydroxysuccinimide coupling).
제 1 항에 있어서,
상기 사이클로덱스트린은 베타-사이클로덱스트린인 제조 방법.
The method of claim 1,
wherein the cyclodextrin is beta-cyclodextrin.
제 1 항에 있어서,
상기 아가로즈를 준비하는 단계는:
상기 아가로즈의 적어도 하나의 수산화기를 토실화(tosylation)하여, 토실기(tosyl group)가 도입된 아가로즈를 형성하는 단계; 및
상기 토실기가 도입된 아가로즈의 적어도 하나의 토실기를 에틸렌디아민화(ethylnedeamine)하여, 아민기(amine group)가 도입된 아가로즈를 형성하는 단계를 포함하는 제조 방법.
The method of claim 1,
The steps of preparing the agarose are:
forming agarose into which a tosyl group is introduced by tosylation of at least one hydroxyl group of the agarose; and
A manufacturing method comprising the step of ethylenediaminated (ethylnedeamine) at least one tosyl group of the agarose tosyl group is introduced, to form an agarose having an amine group (amine group) introduced.
제 3 항에 있어서,
상기 아민기가 도입된 아가로즈는 에틸렌디아미노 아가로즈(ethylenediamino agarose, ETAG)이며,
상기 ETAG에 대한 아민의 치환도(degree of substitution, DS)은 0.3 이하인 제조 방법.
4. The method of claim 3,
The agarose into which the amine group is introduced is ethylenediamino agarose (ETAG),
The degree of substitution (DS) of the amine for the ETAG is 0.3 or less.
제 1 항에 있어서,
상기 사이클로덱스트린을 준비하는 단계는:
사이클로덱스트린의 적어도 하나의 수산화기를 석신화(succination)하여, 석시네이트(succinate) 단분자가 도입된 사이클로덱스트린을 형성하는 단계를 포함하는 제조 방법.
The method of claim 1,
The steps of preparing the cyclodextrin are:
A method for producing a cyclodextrin, comprising the step of succination of at least one hydroxyl group of a cyclodextrin to form a cyclodextrin into which a succinate monomolecule is introduced.
삭제delete 사이클로덱스트린으로 기능화된 아가로즈를 포함하며,
상기 사이클로덱스트린은 EDC/NHS 커플링(1-ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride/N-hydroxysuccinimide coupling)에 의하여 형성된 카보디이미드(carbodiimide)를 포함하는 링커(linker)에 의해 아가로즈에 결합된 약물전달용 조성물.
agarose functionalized with cyclodextrin;
The cyclodextrin is transferred to agarose by a linker containing carbodiimide formed by EDC/NHS coupling (1-ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride/N-hydroxysuccinimide coupling). A composition for combined drug delivery.
삭제delete 삭제delete 제 7 항에 있어서,
상기 사이클로덱스트린은 베타-사이클로덱스트린인 조성물.
8. The method of claim 7,
wherein the cyclodextrin is beta-cyclodextrin.
제 7 항에 있어서,
상기 조성물은 수용성인 조성물.
8. The method of claim 7,
The composition is a water-soluble composition.
제 7 항에 있어서,
상기 사이클로덱스트린은 소정의 약물의 일부 또는 전부를 담지하는 조성물.
8. The method of claim 7,
The cyclodextrin is a composition containing a part or all of a predetermined drug.
제 7 항에 있어서,
상기 조성물은 32 ℃ 이하에서 젤화되는 조성물.
8. The method of claim 7,
The composition is a composition that gels at 32 ℃ or less.
제 7 항 및 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 조성물을 포함하는 약물전달체.A drug delivery system comprising the composition of any one of claims 7 and 10 to 13. 제 14 항의 약물전달체 및 탈이온수를 포함하는 하이드로젤.A hydrogel comprising the drug carrier of claim 14 and deionized water. 제 15 항에 있어서,
상기 약물전달용 조성물은 1 내지 3%(w/v)의 농도로 포함되는 하이드로젤.
16. The method of claim 15,
The composition for drug delivery is a hydrogel included in a concentration of 1 to 3% (w / v).
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