KR102320654B1 - Fabrication of Photo-responsive Nanodiamond Particles for Photodynamic Cancer Treatment - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광열, 광역학 치료를 동시에 수행할 수 있는 나노 다이아몬드 기반 복합체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 나노 다이아몬드 복합체는 광열 효과, 광역학 효과 및 표적 효과 등의 다기능을 수행할 수 있으며, 생체 적합성 우수하다는 장점을 가진다. The present invention relates to a nanodiamond-based composite capable of simultaneously performing photothermal and photodynamic therapy, and a method for manufacturing the same.
The nanodiamond composite according to the present invention can perform multiple functions such as a photothermal effect, a photodynamic effect, and a target effect, and has the advantage of excellent biocompatibility.

Description

광역학 암조직 치료를 위한 광응답소재 조합 나노다이아몬드 입자{Fabrication of Photo-responsive Nanodiamond Particles for Photodynamic Cancer Treatment}Photodynamic combination of nanodiamond particles for photodynamic cancer tissue treatment

본 발명은 광역학 암조직 치료를 위한 광응답소재 조합 나노 다이아몬드 입자에 관한 것이다. The present invention relates to a photo-responsive material combination nano-diamond particles for photodynamic cancer tissue treatment.

조직공학 분야에서 암 치료 방법에 대하여 면역 요법, 화학 요법, 방사선 요법 및 광선 요법 등의 다양한 종양 치료 요법들이 광범위하게 개발 및 연구되고 있다. With respect to cancer treatment methods in the field of tissue engineering, various tumor treatment therapies such as immunotherapy, chemotherapy, radiation therapy, and phototherapy have been extensively developed and studied.

그 중에서, 광역학 요법(PDT) 및 광열 요법(PTT)과 같은 광 치료법은 저비용, 특정 치료법, 낮은 전신 독성 및 원격 제어성을 포함하는 고유한 이점을 갖는 최소 침습적 치료 기술로서, 상당한 관심을 끌고 있다. Among them, phototherapy, such as photodynamic therapy (PDT) and photothermal therapy (PTT), has attracted considerable attention as a minimally invasive treatment technique with unique advantages including low cost, specific therapy, low systemic toxicity, and remote controllability. have.

광역학 요법(PDT)은 광감각제(PS)를 이용하여 광 활성화 하에서 세포 사멸 및 조직 파괴를 유도하는 세포 독성 반응성 산소종(ROS)을 생성한다. 상기 광역학 요법은 종래의 화학 요법 및 방사선 요법에 비해 특정 조명에 국부적으로만 효과를 발휘시킬 수 있다. 그러나 현재까지 PDT의 임상 적용은 생체 적합성이 불량하고 광감각제의 종양 표적성이 떨어진다는 평가를 받고 있다. Photodynamic therapy (PDT) uses photosensitizers (PS) to generate cytotoxic reactive oxygen species (ROS) that induce cell death and tissue destruction under light activation. The photodynamic therapy can only exert a local effect on a specific light compared to conventional chemotherapy and radiation therapy. However, to date, clinical applications of PDT have been evaluated for poor biocompatibility and poor tumor targeting of photosensitizers.

한편, 광열 요법(PTT)은 선택적으로 흡수된 광원을 국소 고열로 전환시켜 종양 세포의 직접적인 광열 절제를 유도한다. 금 나노 구조체(나노 쉘 및 나노로드), 탄소 나노 재료(탄소나노튜브, 그래핀 및 풀러렌) 및 기타 나노 입자와 같은 다양한 광열 재료가 다양하게 사용되고 있지만, 상기 광열 요법은 피부 표면의 열 손상을 유발시킬 수 있다는 단점이 존재한다.On the other hand, photothermal therapy (PTT) induces direct photothermal ablation of tumor cells by selectively converting the absorbed light source to local hyperthermia. Although a variety of photothermal materials such as gold nanostructures (nanoshells and nanorods), carbon nanomaterials (carbon nanotubes, graphene and fullerenes) and other nanoparticles have been widely used, the photothermal therapy induces thermal damage to the skin surface. There are downsides to being able to do it.

1. 한국공개특허 제10-2011-0000523호1. Korea Patent Publication No. 10-2011-0000523

본 발명은 광열 치료 및 광역학 치료에 적합한 광열-광역학 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a photothermal-photodynamic material suitable for photothermal therapy and photodynamic therapy.

또한, 본 발명은 우수한 광열-광역학 효과를 가지면서, 암조직에 대한 표적성을 가지는 광열-광역학 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a photothermal-photodynamic material having an excellent photothermal-photodynamic effect and targeting to cancer tissues.

본 발명은 나노 다이아몬드 입자;The present invention is nano diamond particles;

상기 나노 다이아몬드 입자의 표면에 결합된 히알루론산; 및 hyaluronic acid bound to the surface of the nanodiamond particles; and

상기 히알루론산에 결합된 광감작제를 포함하는 나노 다이아몬드 복합체를 제공한다. It provides a nano-diamond composite comprising a photosensitizer bound to the hyaluronic acid.

또한, 본 발명은 나노 다이아몬드의 표면에 히알루론산을 결합시켜 나노 다이아몬드-히알루론산 입자를 제조하는 단계; 및 In addition, the present invention includes the steps of preparing nano-diamond-hyaluronic acid particles by binding hyaluronic acid to the surface of the nano-diamond; and

상기 나노 다이아몬드-히알루론산 입자의 히알루론산에 광감각제를 결합시키는 단계를 포함하는 나노 다이아몬드 복합체의 제조 방법을 제공한다. It provides a method of manufacturing a nano-diamond composite, comprising the step of binding a photosensitizer to the hyaluronic acid of the nano-diamond-hyaluronic acid particles.

본 발명에서는 나노 다이아몬드를 기반으로 한 암조직 표적 복합체를 제조할 수 있다. In the present invention, it is possible to prepare a cancer tissue target complex based on nanodiamonds.

본 발명에 따른 나노 다이아몬드 복합체는 나노 다이아몬드에 의한 광열 효과와 더불어 광감각제에 의한 광역학 효과를 동시에 발현할 수 있다. 또한, 히알루론산에 의한 암조직 표적화가 가능하기 때문에, 효과적인 암 치료제로서 사용할 수 있다. The nanodiamond composite according to the present invention can simultaneously express the photothermal effect of the nanodiamond and the photodynamic effect of the photosensitizer. In addition, since targeting of cancer tissues by hyaluronic acid is possible, it can be used as an effective cancer treatment agent.

도 1은 본 발명에 따른 나노 다이아몬드 복합체를 나타내는 모식도이다.
도 2의 A는 본 발명의 일례에 따라 제조된 나노 다이아몬드 복합체의 농도에 따른 광열 효과를 나타내며, B는 상기 나노 다이아몬드 복합체의 광역학 효과를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일례에 따라 제조된 나노 다이아몬드 복합체를 일정 농도에 따라 정상세포와 암세포에 처리하였을 때의, 세포 사멸 효과를 나타낸다. 1 is a schematic diagram showing a nanodiamond composite according to the present invention.
2A shows the photothermal effect according to the concentration of the nanodiamond composite prepared according to an example of the present invention, and B shows the photodynamic effect of the nanodiamond composite.
3 shows the apoptosis effect when normal cells and cancer cells are treated with the nanodiamond complex prepared according to an example of the present invention at a predetermined concentration.

본 발명은 나노 다이아몬드 입자;The present invention is nano diamond particles;

상기 나노 다이아몬드 입자의 표면에 결합된 히알루론산; 및 hyaluronic acid bound to the surface of the nanodiamond particles; and

상기 히알루론산에 결합된 광감각제를 포함하는 나노 다이아몬드 복합체에 관한 것이다. It relates to a nanodiamond complex comprising a photosensitizer bound to the hyaluronic acid.

본 발명에서는 나노 다이아몬드를 통해 암조직에 대한 직접적인 광열 치료 효능을 가질 수 있으며, 상기 나노 다이아몬드에 히알루론산을 접합시켜 암조직에 대한 표적 효과를 증대시킬 수 있다. 또한, 광열 치료 효능뿐만 아니라, 광역학 치료 효과를 지닌 광감각제를 접목시켜 광열-광역학 치료를 동시에 수행할 수 있는 나노 다이아몬드 복합체를 제공할 수 있다. In the present invention, the nanodiamond can have a direct photothermal treatment effect on cancer tissue, and the hyaluronic acid can be conjugated to the nanodiamond to increase the target effect on the cancer tissue. In addition, it is possible to provide a nanodiamond complex capable of simultaneously performing photothermal-photodynamic treatment by grafting a photosensitizer having photodynamic treatment effect as well as photothermal treatment effect.

이하, 본 발명의 나노 다이아몬드 복합체를 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the nanodiamond composite of the present invention will be described in more detail.

본 발명에서 도 1은 본 발명에 따른 나노 다이아몬드 복합체를 나타내는 모식도이다. 상기 도 1에 나타난 바와 같이, 나노 다이아몬드의 표면에 히알루론산이 결합되며, 상기 히알루론산에 광감각제가 결합된다. 상기 나노 다이아몬드 복합체는 특정 파장대의 광 활성화 하에서, 광열 효과와 광역학 효과를 동시에 가질 수 있다. 1 is a schematic diagram showing a nanodiamond composite according to the present invention. As shown in FIG. 1 , hyaluronic acid is bound to the surface of the nanodiamond, and a photosensitizer is bound to the hyaluronic acid. The nanodiamond composite may simultaneously have a photothermal effect and a photodynamic effect under light activation in a specific wavelength band.

본 발명에서 나노 다이아몬드(Nano diamond, ND)는 결정성 탄소기반 나노 입자로서, 무색 투명하다. 상기 나노 다이아몬드는 높은 생체 적합성을 가지고, 우수한 기계적 강도를 가지며, 우수한 표면 기능성을 가지고, 우수한 콜로이드 안정성을 가지며, 넓은 표면적을 가진다. 또한, 뛰어난 전기절연성 및 열전달 특성 등을 가진다. 따라서, 광열 치료, 약물 전달, 유전자 전달, 의료 기기용 보강재, 생체 이미징 및 센서를 포함하여 많은 생체 의학 응용 분야에 적용이 가능하며, 최근 이러한 나노 다이아몬드에 대한 연구가 증가하고 있는 추세이다.Nano diamond (ND) in the present invention is a crystalline carbon-based nanoparticles, colorless and transparent. The nanodiamond has high biocompatibility, excellent mechanical strength, excellent surface functionality, excellent colloidal stability, and a large surface area. In addition, it has excellent electrical insulation and heat transfer properties. Therefore, it can be applied to many biomedical applications, including photothermal therapy, drug delivery, gene delivery, reinforcing materials for medical devices, bio-imaging and sensors, and research on these nanodiamonds is increasing recently.

상기 나노 다이아몬드는 중심부가 sp3 혼성괘도함수로 구성되는 결정 구조로, 표면은 sp2 오비탈 구조로 되어있다. 따라서 중심부는 다이아몬드의 특성을 그대로 유지하지만 표면은 반응성이 강하여 단글링 본드(Dangling bond)에 여러 원자나 분자가 화학 반응에 의하여 결합될 수 있는데 이들의 조성은 나노 다이아몬드를 어떤 방법으로 합성하느냐에 따라 달라진다. 입자의 표면에 존재하는 화학 결합들이 나노 다이아몬드 입자의 표면을 안정화시키는데 기여할 수 있으며, 또한 새로운 화학 반응을 통하여 다양한 관능기(Functional group)를 나노 다이아몬드의 표면에 부착시킬 수 있다. 이때, 관능기는 카르복실기, 아민기, 하이드록실기(수산기), 에테르기, 에스테르기일 수 있다.The nanodiamond has a crystal structure in which the center is composed of sp 3 hybrid orbital functions, and the surface has an sp 2 orbital structure. Therefore, the core maintains the characteristics of diamond as it is, but the surface is highly reactive, so that several atoms or molecules can be bonded to the dangling bond by chemical reaction. Their composition varies depending on how the nanodiamond is synthesized. . Chemical bonds existing on the surface of the particle may contribute to stabilizing the surface of the nanodiamond particle, and various functional groups may be attached to the surface of the nanodiamond through a new chemical reaction. In this case, the functional group may be a carboxyl group, an amine group, a hydroxyl group (hydroxyl group), an ether group, or an ester group.

일 구체예에서, 나노 다이아몬드의 입경은 특별히 제한되지 않으며, 20 내지 200 nm, 20 내지 100 nm 또는 20 내지 40 nm일 수 있다. 상기 범위 내에서 광열 치료(PTT)에 적용될 수 있다In one embodiment, the particle diameter of the nanodiamond is not particularly limited, and may be 20 to 200 nm, 20 to 100 nm, or 20 to 40 nm. Can be applied to photothermal therapy (PTT) within the above range

본 발명에서 상기 나노 다이아몬드 입자의 표면에는 히알루론산(hyaluronic acid, HA)이 결합된다. 상기 히알루론산은 나노 다이아몬드 복합체의 암조직에 대한 표적 효과를 증대시킬 수 있다. In the present invention, hyaluronic acid (HA) is bound to the surface of the nanodiamond particles. The hyaluronic acid may increase the targeting effect of the nanodiamond complex on cancer tissues.

상기 히알루론산은 주로 세포 외부/세포 주위 매트릭스 및 결합 조직에서 발견되는 선형의 생분해성 다당류로서, CD44 수용체를 표적으로 하는 고유한 능력을 가진다. 상기 CD44 수용체는 악성 종양의 진행, 전이, 약물 내성 및 질병 예후와 관련이 있으므로, HA/CD44 수용체는 악성 종양에 대한 유망한 바이오 마커로 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 히알루론산을 나노 다이아몬드의 표면에 결합시킴으로써, 암조직 표적 효과를 증대시킬 수 있다.The hyaluronic acid is a linear biodegradable polysaccharide mainly found in the extracellular/pericellular matrix and connective tissue, and has a unique ability to target the CD44 receptor. Since the CD44 receptor is associated with malignant tumor progression, metastasis, drug resistance and disease prognosis, the HA/CD44 receptor can be applied as a promising biomarker for malignant tumors. Therefore, in the present invention, by binding the hyaluronic acid to the surface of the nanodiamond, it is possible to increase the cancer tissue targeting effect.

일 구체예에서, 히알루론산은 저분자량 히알루론산일 수 있으며, 상기 히알루론산의 분자량은 1,000 내지 100,000 Da일 수 있다. 상기 분자량 범위에서 우수한 암조직 표적 효과를 가질 수 있다. 상기 분자량이 증가하면, 광열-광역학 효과를 감소시킬 우려가 있다. In one embodiment, the hyaluronic acid may be a low molecular weight hyaluronic acid, and the molecular weight of the hyaluronic acid may be 1,000 to 100,000 Da. It may have an excellent cancer tissue targeting effect in the molecular weight range. If the molecular weight is increased, there is a risk of reducing the photothermal-photodynamic effect.

일 구체예에서, 나노 다이아몬드의 표면의 아민기와 히알루론산의 카르복실기가 결합을 형성할 수 있으며, 이때 결합은 아마이드 결합일 수 있다. In one embodiment, the amine group on the surface of the nanodiamond and the carboxyl group of hyaluronic acid may form a bond, in which case the bond may be an amide bond.

본 발명에서 히알루론산에는 광감각제가 결합된다. 상기 광감각제는 나노 다이아몬드 복합체에 광역학 치료 효과를 부여할 수 있다. In the present invention, hyaluronic acid is combined with a photosensitizer. The photosensitizer may impart a photodynamic therapeutic effect to the nanodiamond composite.

광감각제는 특정 파장의 빛에 조사되어 에너지적으로 여기(excitation)될 수 있으며, 이때 형광 신호를 발생하거나, 여기된 에너지를 주변의 기질 또는 산소에 전달하여 반응성 산소종(일항산소, 산소 라디칼, superoxide 및 peroxide 등)을 생성하면서 주변 종양 세포를 사멸(apoptosis) 또는 괴사(necrosis) 시킬 수 있다.The photosensitizer can be energetically excited by being irradiated with light of a specific wavelength, and at this time, it generates a fluorescence signal or transfers the excited energy to the surrounding substrate or oxygen to form reactive oxygen species (single oxygen, oxygen radicals). , superoxide, peroxide, etc.) can cause apoptosis or necrosis of surrounding tumor cells.

일 구체에에서, 광감각제는 포르피린계(phorphyrins) 화합물, 클로린계(chlorins) 화합물, 박테리오클로린계(bacteriochlorins) 화합물, 프탈로시아닌계(phtalocyanine) 화합물, 나프탈로시아닌계(naphthalocyanines) 화합물, 및 5-아미노레불린 에스테르계(5-aminoevuline esters) 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. In one embodiment, the photosensitizer is a porphyrins compound, a chlorins compound, a bacteriochlorins compound, a phtalocyanine compound, a naphthalocyanine compound, and 5-amino It may include at least one selected from the group consisting of levulin ester-based (5-aminoevuline esters) compounds.

본 발명의 실시예에서는 광감각제로 클로린 E6(Ce6)을 사용한다. 상기 클로린 E6을 히알루론산에 결합시켜, 특정 파장대의 광 활성화 하에서 세포 사멸 및 조직 파괴를 유도하는 세포 독성 반응성 산소종(ROS)을 생성시킬 수 있다. In an embodiment of the present invention, chlorine E6 (Ce6) is used as a photosensitizer. By binding the chlorine E6 to hyaluronic acid, it is possible to generate cytotoxic reactive oxygen species (ROS) that induces cell death and tissue destruction under light activation in a specific wavelength band.

일 구체예에서, 히알루론산과 광감각제는 링커를 통해 결합될 수 있으며, 구체적으로, 히알루론산의 하이드록실기와 광감각제의 카르복실기가 링커를 통해 결합을 형성할 수 있다. In one embodiment, hyaluronic acid and the photosensor agent may be bonded through a linker, and specifically, a hydroxyl group of hyaluronic acid and a carboxyl group of the photosensor agent may form a bond through a linker.

일 구체예에서, 나노 다이아몬드 복합체는 구형의 형상을 지닐 수 있다. 이때, '구형'이란 한 점에서 같은 거리에 있는 모든 점으로 이루어진 입체 모양이라는 수학적 정의의 구뿐 아니라, 외견상 둥글게 생긴 형상의 것을 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있다. 즉, 측정 내지 제조 과정에서 발생되는 오차 범위를 포함할 수 있다. In one embodiment, the nano-diamond composite may have a spherical shape. In this case, the term 'spherical shape' may be used to encompass not only a sphere of mathematical definition of a three-dimensional shape made up of all points at the same distance from one point, but also a sphere that has a seemingly round shape. That is, it may include an error range generated in the measurement or manufacturing process.

일 구체예에서 나노다이아몬드 복합체의 평균 입경은 20 내지 200 nm, 20 내지 100 nm 또는 20 내지 50 nm일 수 있다. 상기 입경 범위에서 우수한 광열 효과 및 광역학 효과를 가질 수 있다. In one embodiment, the average particle diameter of the nanodiamond composite may be 20 to 200 nm, 20 to 100 nm, or 20 to 50 nm. It may have an excellent photothermal effect and photodynamic effect in the above particle size range.

본 발명에 따른 나노 다이아몬드는 광열 치료 및 광역학 치료를 위해 사용될 수 있으며, 구체적으로 암조직 치료를 위해 사용될 수 있다. The nanodiamond according to the present invention may be used for photothermal treatment and photodynamic treatment, and specifically may be used for treating cancer tissue.

본 발명에서 용어 "광열 치료(photothermal therapy, PTT)"는 흡수된 광 에너지를 열로 변환시켜 종양 세포의 광열 절제(photothermal resection)를 유도하는 것을 의미한다. 일 구체예에서, 급속도록 성장하는 암세포의 경우 혈액공급이 정상세포와 비교했을 때 원활하지 못하므로 열에 대한 저항력이 떨어진다. 이때, 암세포 주위에 고온의 열이 가해지면 세포의 단백질 변성을 통해 암세포의 파괴를 일으킬 수 있는데, 이와 같은 방법을 광열 치료라 할 수 있다.As used herein, the term “photothermal therapy (PTT)” refers to inducing photothermal resection of tumor cells by converting absorbed light energy into heat. In one embodiment, in the case of rapidly growing cancer cells, the blood supply is not smooth compared to normal cells, so the resistance to heat is lowered. At this time, when high-temperature heat is applied around the cancer cells, it can cause the destruction of cancer cells through protein denaturation of the cells. This method can be referred to as photothermal therapy.

본 발명에서 용어 "광역학 치료(photodynamic therapy, PDT)"는 광감각제(photo-sensitizer)를 이용하여 수술 없이 암 등의 난치병을 치료하는 기술을 일컫는다. 상기 광역학 치료는 암의 진단과 치료, 동맥경화 및 관절염을 포함한 염증성 질환의 치료, 치과 질환 치료, 자가골수이식, 항생제, AIDS 치료, 피부이식 수술이나 피부질환 등의 치료에서 사용되고 있으며 그 응용범위는 점차 확대되고 있다. 일 구체예에서, 광감각제를 정맥주사에 의해 대상자에 투여하고, 이에 적절한 광(light)을 조사함으로써, 광감각제가 산소분자를 활성화시켜 단일항(singlet) 상태의 산소로 변환 혹은 새로운 라디칼을 만들어 병변 만을 선택적으로 공격, 궤멸시킬 수 있다. In the present invention, the term "photodynamic therapy (PDT)" refers to a technique for treating incurable diseases such as cancer without surgery using a photo-sensitizer. The photodynamic therapy is used in the diagnosis and treatment of cancer, treatment of inflammatory diseases including arteriosclerosis and arthritis, treatment of dental diseases, autologous bone marrow transplantation, antibiotics, AIDS treatment, skin transplantation surgery or treatment of skin diseases, and the range of application is gradually expanding. In one embodiment, a photosensitizer is administered to a subject by intravenous injection, and by irradiating an appropriate light thereto, the photosensitizer activates oxygen molecules to convert into singlet oxygen or generate new radicals. It can selectively attack and destroy only lesions.

본 발명에 따른 나노 다이아몬드 복합체는 광열 효과 및 광역학 효과를 동시에 가질 수 있으며, 또한, 암조직의 표적화가 가능하므로, 기존의 암 치료 기술들의 단점을 보완할 수 있다.The nanodiamond composite according to the present invention can have both a photothermal effect and a photodynamic effect, and also can target cancer tissue, thereby supplementing the disadvantages of existing cancer treatment techniques.

또한, 본 발명은 전술한 나노 다이아몬드 복합체의 제조 방법에 관한 것이다. In addition, the present invention relates to a method for producing the above-described nano-diamond composite.

본 발명에 따른 나노 다이아몬드의 표면에 히알루론산을 결합시켜 나노 다이아몬드-히알루론산 입자를 제조하는 단계; 및 preparing nano-diamond-hyaluronic acid particles by binding hyaluronic acid to the surface of the nano-diamond according to the present invention; and

(S2) 상기 나노 다이아몬드-히알루론산 입자의 히알루론산에 광감각제를 결합시키는 단계를 통해 제조될 수 있다. (S2) The nano-diamond-hyaluronic acid particles may be prepared through the step of binding a photosensitizer to the hyaluronic acid.

본 발명에서 단계 (S1)은 나노 다이아몬드의 표면에 히알루론산을 결합시키는 단계로, 상기 단계에 의해 나노 다이아몬드-히알루론산(ND-HA) 입자가 제조될 수 있다.In the present invention, step (S1) is a step of binding hyaluronic acid to the surface of the nanodiamond, and by this step, nanodiamond-hyaluronic acid (ND-HA) particles can be prepared.

상기 단계에서는 나노 다이아몬드를 포함하는 용액(나노 다이아몬드 용액)에 히알루론산을 첨가하여 나노 다이아몬드-히알루론산(ND-HA) 입자를 제조한다. 구체적으로, 히알루론산의 카르복실기는 나노 다이아몬드의 표면의 아민기와 축합반응하여 아마이드 결합을 형성할 수 있다. In the above step, hyaluronic acid is added to a solution (nanodiamond solution) containing nanodiamonds to prepare nanodiamond-hyaluronic acid (ND-HA) particles. Specifically, the carboxyl group of hyaluronic acid may be subjected to a condensation reaction with an amine group on the surface of the nanodiamond to form an amide bond.

일 구체예에서, 나노 다이아몬드 및 히알루론산은 전술한 나노 다이아몬드 및 히알루론산을 사용할 수 있다. 이때, 상기 나노 다이아몬드는 나노 다이아몬드 파우더 형태를 지닐 수 있다. 또한, 히알루론산은 히알루론산의 염의 형태로 사용할 수 있으며, 상기 염으로는 소듐 히알루로네이트를 사용할 수 있다. 본 발명에서는 상기 히알루론산 및 히알루론산 염을 통칭하여 히알루론산(HA)이라 표현할 수 있다.In one embodiment, the nano-diamond and hyaluronic acid may use the aforementioned nano-diamond and hyaluronic acid. In this case, the nanodiamond may have a nanodiamond powder form. In addition, hyaluronic acid may be used in the form of a salt of hyaluronic acid, and sodium hyaluronate may be used as the salt. In the present invention, the hyaluronic acid and the hyaluronic acid salt may be collectively expressed as hyaluronic acid (HA).

또한, 나노 다이아몬드 용액의 용매는 증류수일 수 있다. In addition, the solvent of the nanodiamond solution may be distilled water.

일 구체예에서, 히알루론산의 함량은 나노 다이아몬드 100 중량부에 대하여 10 내지 500 중량부 또는 100 내지 300 중량부일 수 있다. In one embodiment, the content of hyaluronic acid may be 10 to 500 parts by weight or 100 to 300 parts by weight based on 100 parts by weight of the nano diamond.

일 구체예에서, 나노 다이아몬드 용액에 히알루론산과 함께 카르복실기 활성화제를 첨가할 수 있다. 상기 카르복실기 활성화제는 1,3,5-트리아진(1,3,5-triazine) 고리를 함유하는 화합물로서, 히알루론산에 존재하는 카르복실기를 반응성 중간체인 에스터기로 전환시키는 역할을 수행할 수 있다. 이러한 카르복실기 활성화제의 종류로 시아누릭 클로라이드(Cyanuric chloride), 2-클로로-4,6-다이메톡시-1,3,5-트리아진(2-chloro-4,6-dimethoxy-1,3,5-triazine), 2-클로로-4,6-다이페닐-1,3,5-트리아진(2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine), 2-클로로-4-메톡시-6-페닐-1,3,5-트리아진(2-chloro-4-methoxy-6-phenyl-1,3,5-triazine), 2-클로로-4-페닐-6-메톡시-1,3,5-트리아진(2-chloro-4-phenyl-6-methoxy-1,3,5-triazine), 4-(4,6-디메톡시-1,3,5-트리아진-2-yl)-4-메틸모르폴리늄 클로라이드[4-(4,6-dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl)-4-methylmorpholinium chloride, DMT-MM) 및 4-(4,6-디메톡시-1,3,5-트리아진-2-yl)-4-메톡시모르폴리늄 클로라이드[4-(4,6-dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl)-4-methoxymorpholinium chloride, DMTMM)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. In one embodiment, a carboxyl group activator may be added together with hyaluronic acid to the nanodiamond solution. The carboxyl group activator is a compound containing a 1,3,5-triazine (1,3,5-triazine) ring, and may serve to convert a carboxyl group present in hyaluronic acid into an ester group, which is a reactive intermediate. Cyanuric chloride, 2-chloro-4,6-dimethoxy-1,3,5-triazine (2-chloro-4,6-dimethoxy-1,3, 5-triazine), 2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine), 2-chloro-4- Methoxy-6-phenyl-1,3,5-triazine (2-chloro-4-methoxy-6-phenyl-1,3,5-triazine), 2-chloro-4-phenyl-6-methoxy- 1,3,5-triazine (2-chloro-4-phenyl-6-methoxy-1,3,5-triazine), 4-(4,6-dimethoxy-1,3,5-triazine-2 -yl)-4-methylmorpholinium chloride [4-(4,6-dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl)-4-methylmorpholinium chloride, DMT-MM) and 4-(4,6 -dimethoxy-1,3,5-triazine-2-yl)-4-methoxymorpholinium chloride [4-(4,6-dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl)-4 One or more selected from the group consisting of -methoxymorpholinium chloride, DMTMM) may be used.

상기 카르복실기 활성화제의 함량은 용매 100 중량부 대비 0.05 중량부일 수 있으며, 구체적으로 0.01 내지 0.02 중량부일 수 있다. The content of the carboxyl group activator may be 0.05 parts by weight based on 100 parts by weight of the solvent, specifically 0.01 to 0.02 parts by weight.

일 구체예에서, 반응은 30 내지 80℃ 또는 50 내지 70℃에서, 1 내지 5일 또는 20 시간 내지 3일 동안 수행될 수 있다. In one embodiment, the reaction may be carried out at 30 to 80 °C or 50 to 70 °C for 1 to 5 days or 20 hours to 3 days.

일 구체예에서, 상기 단계를 수행한 후에 투석 및 동결건조 공정을 추가로 수행할 수 있다. In one embodiment, dialysis and freeze-drying processes may be additionally performed after performing the above steps.

본 발명에서 단계 (S2)는 단계 (S1)에서 제조된 나노 다이아몬드-히알루론산 입자의 히알루론산에 광감각제를 결합시키는 단계이다. 상기 단계를 통해, 본 발명의 나노 다이아몬드 복합체가 제조될 수 있다. In the present invention, step (S2) is a step of binding a photosensitizer to the hyaluronic acid of the nano-diamond-hyaluronic acid particles prepared in step (S1). Through the above steps, the nano-diamond composite of the present invention can be manufactured.

상기 단계에서는 광감각제 및 링커를 포함하는 용액에 (S1)에서 제조된 나노 다이아몬드-히알루론산 입자를 첨가하여 나노 다이아몬드 복합체를 제조한다. 상기 단계를 통해, 히알루론산의 하이드록실기와 광감각제의 카르복실기가 링커를 통해 결합을 형성할 수 있다. 구체적으로, 링커는 양 말단에 아민기를 포함하는데, 상기 링커의 일 말단의 아민기는 히알루론산의 하이드록실기와 결합을 형성하고, 상기 링커의 다른 말단의 아민기는 광감각제의 카르복실기와 아마이드 결합을 형성할 수 있다. In the above step, the nano-diamond-hyaluronic acid particles prepared in (S1) are added to a solution containing a photosensitizer and a linker to prepare a nano-diamond composite. Through the above step, the hydroxyl group of hyaluronic acid and the carboxyl group of the photosensitizer may form a bond through a linker. Specifically, the linker includes amine groups at both ends, the amine group at one end of the linker forms a bond with the hydroxyl group of hyaluronic acid, and the amine group at the other end of the linker forms an amide bond with the carboxyl group of the photosensitizer. can be formed

일 구체예에서, 광감각제로 전술한 광감각제를 사용할 수 있다. In one embodiment, the above-mentioned photosensitizer may be used as the photosensitizer.

일 구체예에서, 광감각제의 함량은 나노 다이아몬드-히알루론산 입자 100 중량부 대비 1 중량부 이하, 0.7 중량부 이하 또는 0.1 내지 0.5 중량부일 수 있다. 광감각제의 경우 함량이 과도하게 높으면 오히려 광역학 치료 효과가 저하될 우려가 있으므로, 상기 함량으로 사용하는 것이 좋다. In one embodiment, the amount of the photosensitizer may be 1 part by weight or less, 0.7 parts by weight or less, or 0.1 to 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the nano-diamond-hyaluronic acid particles. In the case of a photosensitizer, if the content is excessively high, there is a risk that the photodynamic treatment effect may be reduced.

일 구체예에서, 용매는 물 및 디메틸설폭사이드를 포함할 수 있다. In one embodiment, the solvent may include water and dimethylsulfoxide.

일 구체예에서, 링커는 디아민 화합물일 수 있으며, 구체적으로, 에틸렌디아민, 부틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 펜타에틸렌헥사아민 및 1,5-디아미노-2-메틸펜탄으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment, the linker may be a diamine compound, specifically, at least one selected from the group consisting of ethylenediamine, butylenediamine, hexamethylenediamine, pentaethylenehexaamine and 1,5-diamino-2-methylpentane. may include.

일 구체예에서, 상기 용액은 광감각제 및 링커 외에 카르복실기 활성화제를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 카르복실기 활성화제는 전술한 카르복실기 활성화제를 사용할 수 있다. In one embodiment, the solution may further include a carboxyl group activator in addition to the photosensitizer and the linker. In this case, as the carboxyl group activator, the above-described carboxyl group activator may be used.

일 구체예에서, 반응은 30 내지 80℃ 또는 50 내지 70℃에서, 1 내지 5일 또는 20 시간 내지 3일 동안 수행될 수 있다. In one embodiment, the reaction may be carried out at 30 to 80 °C or 50 to 70 °C for 1 to 5 days or 20 hours to 3 days.

일 구체예에서, 상기 단계를 수행한 후에 투석 및 동결건조 공정을 추가로 수행할 수 있다.In one embodiment, dialysis and freeze-drying processes may be additionally performed after performing the above steps.

하기 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 범주는 하기 실시예에 한정되는 것이 아니며 첨부된 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 도출되는 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형, 수정 또는 응용이 가능하다는 것을 당업자는 이해할 수 있을 것이다. The present invention will be described in more detail through the following examples. However, the scope of the present invention is not limited to the following examples, and it will be understood by those skilled in the art that various changes, modifications or applications are possible within the scope without departing from the technical matters derived from the matters described in the appended claims. will be.

실시예Example

실시예 1. 나노 다이아몬드 복합체 제조Example 1. Preparation of Nanodiamond Composite

(1) 나노 다이아몬드-히알루론산(HA) 입자 제조(1) Nano diamond-hyaluronic acid (HA) particle preparation

나노 다이아몬드(neomond) (Neomond Ltd., 한국) 50 mg를 증류수 50 mL에 넣고 잘 분산시킨 후, 저분자 히알루론산(Biostream, LMW-HA) 100 mg 및 4-(4,6-디메톡시-1,3,5-트리아진-2-일) 4-메톡시몰폴리늄 클로라이드(TCI, D2919-25G) 10 mg을 첨가하여 60℃ 에서 24 시간 동안 반응을 진행하였다. 50 mg of nano diamond (Neomond Ltd., Korea) was put in 50 mL of distilled water and well dispersed, and then 100 mg of low molecular weight hyaluronic acid (Biostream, LMW-HA) and 4-(4,6-dimethoxy-1, 3,5-triazin-2-yl) 4-methoxymorpholinium chloride (TCI, D2919-25G) 10 mg was added and the reaction was carried out at 60° C. for 24 hours.

이후, 투석과정 및 동결건조 과정을 거쳐 나노다이아몬드-히알루론산(ND-HA) 입자를 제조하였다. Thereafter, nanodiamond-hyaluronic acid (ND-HA) particles were prepared through a dialysis process and a freeze-drying process.

(2) 나노 다이아몬드-히알루론산-클로린 e6 입자 제조(2) Nanodiamond-hyaluronic acid-chlorine e6 particle preparation

클로린 e6(Frontiersci, 349466) 40 ㎍, 에틸렌디아민(Sigma-aldrich, 03550-1L) 12 ㎍, 4-(4,6-디메톡시-1,3,5-트리아진-2-일) 4-메톡시몰폴리늄 클로라이드 2 mg을 디메틸설폭사이드(Sigma-aldrich, 276855-1L):증류수(DW)=1:6 용액에 넣고 반응시켰다. 그 후, (1)에서 제조된 나노 다이아몬드-히알루론산(ND-HA) 입자 50 mg과 4-(4,6-디메톡시-1,3,5-트리아진-2-일) 4-메톡시몰폴리늄 클로라이드 5 mg을 넣고 60℃ 에서 24 시간 동안 반응을 진행시켰다. Chlorin e6 (Frontiersci, 349466) 40 μg, ethylenediamine (Sigma-aldrich, 03550-1L) 12 μg, 4-(4,6-dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl) 4-methyl 2 mg of toxymorpholinium chloride was put into a solution of dimethyl sulfoxide (Sigma-aldrich, 276855-1L):distilled water (DW)=1:6 and reacted. Then, 50 mg of nano diamond-hyaluronic acid (ND-HA) particles prepared in (1) and 4-(4,6-dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl) 4-methoxy 5 mg of morpholinium chloride was added and the reaction was allowed to proceed at 60° C. for 24 hours.

이후, 투석 과정과 동결건조 과정을 거쳐 나노다이아몬드-히알루론산-클로린 E6(ND-HA-Ce6) 입자를 제조하였다.Thereafter, nanodiamond-hyaluronic acid-chlorine E6 (ND-HA-Ce6) particles were prepared through a dialysis process and a freeze-drying process.

실험예 1. 나노 다이아몬드 복합체의 광열 효과 및 광역학 효과 측정Experimental Example 1. Measurement of photothermal effect and photodynamic effect of nano-diamond composite

실시예에서 제조된 나노 다이아몬드 복합체를 사용하여 광열 효과 및 광역학 효과를 측정하였다. The photothermal effect and photodynamic effect were measured using the nanodiamond composite prepared in Example.

먼저, 광열 효과을 측정하기 위해, 다양한 농도(0.1, 1.0 및 3.0 mg/mL)의 나노 다이아몬드 복합체(ND-HA-Ce6) 입자를 물에 분산시켜 온도를 측정하였다. 각각의 샘플을 808 nm 레이저(OCLA, AMIINC, Seoul, Korea)를 사용하여 5 분의 레이저 노출 간격 동안, 2 W/cm2의 광 강도로 조사하였다.First, in order to measure the photothermal effect, nanodiamond composite (ND-HA-Ce6) particles of various concentrations (0.1, 1.0 and 3.0 mg/mL) were dispersed in water to measure the temperature. Each sample was irradiated with an 808 nm laser (OCLA, AMIINC, Seoul, Korea) with a light intensity of 2 W/cm 2 for a laser exposure interval of 5 minutes.

광역학 효과는 일중항산소(1O2)의 발생능력을 측정함으로써 그 효율을 입증할 수 있다. 본 발명에서는 9,10-dimethylanthracene(DMA)의 형광 강도의 변화를 통해 측정하였다. 각각의 샘플 큐벳에, DMA/DMF(4 mg/2 mL) 용액 20 mM을 첨가 하였다. 샘플을 671 nm He-Ne 레이저 소스를 사용하여 2 W/cm2의 광 강도로 조사 하였다. 감광제 반응의 결과로서 DMA의 형광 강도의 감소는 λex 360 nm 및 λem 380-550 nm에서 분광 형광 광도계 (Shimadzu RF-5301PC, Shimadzu, Japan, Japan)를 사용하여 측정하였다. 여기서 분광계의 슬릿은 15 nm로 조정되었다The photodynamic effect can be verified by measuring the generation capacity of singlet oxygen (10 2 ). In the present invention, it was measured by changing the fluorescence intensity of 9,10-dimethylanthracene (DMA). To each sample cuvette, 20 mM DMA/DMF (4 mg/2 mL) solution was added. The sample was irradiated with a light intensity of 2 W/cm 2 using a 671 nm He-Ne laser source. The decrease in fluorescence intensity of DMA as a result of photosensitizer reaction was measured using a spectrofluorescence photometer (Shimadzu RF-5301PC, Shimadzu, Japan, Japan) at λex 360 nm and λem 380-550 nm. Here the slit of the spectrometer was adjusted to 15 nm.

측정 결과를 도 2에 나타내었다. The measurement results are shown in FIG. 2 .

도 2의 A는 본 발명의 일례에 따라 제조된 나노 다이아몬드 복합체의 농도에 따른 광열 효과를 나타내며, B는 상기 나노 다이아몬드 복합체의 광역학 효과를 나타낸다.2A shows the photothermal effect according to the concentration of the nanodiamond composite prepared according to an example of the present invention, and B shows the photodynamic effect of the nanodiamond composite.

광열 효과의 경우, 레이저 조사시 비교군(물)과 비교하여, 나노 다이아몬드 복합체 입자를 사용한 실험군이 5분 이내에 급격한 온도 상승 이후 온도가 일정해지는 현상을 보이는 것을 확인할 수 있다. 입자의 농도가 3 mg/mL 일때 약 50℃ 가까이 온도가 상승한 것을 확인할 수 있으며, 1 mg/mL 일때는 43℃까지 상승하였다. 이를 통해 입자에 레이저 조사시, 고온으로 인한 세포사멸 기능을 지닐 수 있음을 유추할 수 있다.In the case of the photothermal effect, it can be seen that the experimental group using the nano-diamond composite particles shows a phenomenon in which the temperature becomes constant after a rapid temperature rise within 5 minutes compared to the comparative group (water) when irradiated with laser. When the particle concentration was 3 mg/mL, it was confirmed that the temperature increased to about 50°C, and when the particle concentration was 1 mg/mL, it increased to 43°C. Through this, it can be inferred that the particle may have apoptosis function due to high temperature when laser is irradiated.

광역학 효과의 경우, 레이저 조사시 약 2분 이후부터 나노 다이아몬드 복합체 입자가 유리 Ce6보다 높은 효과를 보이는 것을 확인할 수 있다. 유리 Ce6 자체만을 사용하는 것보다 ND-HA 입자에 Ce6를 결합 시 더 우수한 광역학 치료 효과를 가지는 것을 확인할 수 있다. In the case of the photodynamic effect, it can be seen that the nanodiamond composite particles show a higher effect than free Ce6 from about 2 minutes after laser irradiation. It can be seen that when Ce6 is combined with ND-HA particles, the photodynamic treatment effect is better than that of free Ce6 alone.

실험예 2. 나노 다이아몬드 복합체의 세포 사멸 효과 측정Experimental Example 2. Measurement of the apoptosis effect of nanodiamond complexes

암세포 모델로서 HeLa cell line을 설정하고, 정상세포 모델로서 NIH/3T3 cell line을 설정하였다. 각각의 세포에 대해 ND-HA 입자 및 나노 다이아몬드 복합체(ND-HA-Ce6) 입자를 일정 농도(20, 50, 100 ㎍/mL)로 처리하였다. 24 시간 뒤에 671, 808 nm 레이저를 10분간 조사한 뒤 CCK-8을 통해 cell viability를 측정하였다.HeLa cell line was set as a cancer cell model, and NIH/3T3 cell line was set as a normal cell model. For each cell, ND-HA particles and nano-diamond complex (ND-HA-Ce6) particles were treated at constant concentrations (20, 50, 100 μg/mL). After 24 hours, 671 and 808 nm lasers were irradiated for 10 minutes, and cell viability was measured through CCK-8.

측정 결과를 도 3에 나타내었다. The measurement results are shown in FIG. 3 .

도 3은 본 발명의 일례에 따라 제조된 나노 다이아몬드 복합체를 일정 농도에 따라 정상세포와 암세포에 처리하였을 때의, 세포 사멸 효과를 나타낸다. 3 shows the apoptosis effect when normal cells and cancer cells are treated with the nanodiamond complex prepared according to an example of the present invention at a predetermined concentration.

상기 도 3에 나타난 바와 같이, 입자의 농도가 증가함에 따라 암세포, 정상세포의 모든 그룹에서 세포 생존력이 감소한 모습을 보여주었지만, 정상세포 보다 암세포에서의 사멸율이 더 높은 것으로 나타났다. 특히 나노 다이아몬드 복합체 입자를 처리한 그룹이 ND-HA 입자를 처리한 그룹보다 생존력이 더 낮았는데, 이는 PTT 효과가 PDT 효과보다 더 우세하게 나타난 것을 나타낸다.As shown in FIG. 3 , as the concentration of particles increased, cell viability decreased in all groups of cancer cells and normal cells, but the death rate in cancer cells was higher than in normal cells. In particular, the group treated with nano-diamond composite particles had lower viability than the group treated with ND-HA particles, indicating that the PTT effect was more dominant than the PDT effect.

Claims (10)

나노 다이아몬드 입자;
상기 나노 다이아몬드 입자의 표면에 결합된 히알루론산; 및
상기 히알루론산에 결합된 광감각제를 포함하는 나노 다이아몬드 복합체.
nano diamond particles;
hyaluronic acid bound to the surface of the nanodiamond particles; and
A nanodiamond complex comprising a photosensitizer bound to the hyaluronic acid.
 제 1 항에 있어서,
나노 다이아몬드 표면의 아민기와 히알루론산의 카르복실기가 결합을 형성하는 것인 나노 다이아몬드 복합체.
The method of claim 1,
A nanodiamond composite in which the amine group on the surface of the nanodiamond and the carboxyl group of hyaluronic acid form a bond.
 제 1 항에 있어서,
광감각제는 포르피린계(phorphyrins) 화합물, 클로린계(chlorins) 화합물, 박테리오클로린계(bacteriochlorins) 화합물, 프탈로시아닌계(phtalocyanine) 화합물, 나프탈로시아닌계(naphthalocyanines) 화합물, 및 5-아미노레불린 에스테르계(5-aminoevuline esters) 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것인 나노 다이아몬드 복합체.
The method of claim 1,
Photosensitizers include porphyrins compounds, chlorins compounds, bacteriochlorins compounds, phtalocyanine compounds, naphthalocyanines compounds, and 5-aminolevulin esters ( 5-aminoevuline esters) nano-diamond composite comprising at least one selected from the group consisting of compounds.
 제 1 항에 있어서,
히알루론산의 하이드록실기와 광감각제의 카르복실기가 링커를 통해 결합을 형성하는 것인 나노 다이아몬드 복합체.
The method of claim 1,
A nanodiamond complex in which the hydroxyl group of hyaluronic acid and the carboxyl group of the photosensitizer form a bond through a linker.
 제 1 항에 있어서,
나노 다이아몬드 복합체의 입경은 20 내지 200 nm인 나노 다이아몬드 복합체.
The method of claim 1,
The nanodiamond composite has a particle diameter of 20 to 200 nm.
 제 1 항에 있어서,
광열 치료 및 광역학 치료용으로 사용되는 것인 나노 다이아몬드 복합체.
The method of claim 1,
Nanodiamond composite to be used for photothermal and photodynamic therapy.
 나노 다이아몬드의 표면에 히알루론산을 결합시켜 나노 다이아몬드-히알루론산 입자를 제조하는 단계; 및
상기 나노 다이아몬드-히알루론산 입자의 히알루론산에 광감각제를 결합시키는 단계를 포함하는 나노 다이아몬드 복합체의 제조 방법.
preparing nano-diamond-hyaluronic acid particles by binding hyaluronic acid to the surface of the nano-diamond; and
and binding a photosensitizer to the hyaluronic acid of the nano-diamond-hyaluronic acid particles.
 제 7 항에 있어서,
나노 다이아몬드는 표면에 카르복실기를 포함하는 것인 나노 다이아몬드 복합체의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
A method for producing a nanodiamond composite, wherein the nanodiamond includes a carboxyl group on the surface.
 제 7 항에 있어서,
히알루론산의 함량은 나노 다이아몬드 100 중량부 대비 10 내지 500 중량부인 것인 나노 다이아몬드 복합체의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The content of hyaluronic acid is 10 to 500 parts by weight based on 100 parts by weight of the nano-diamond method for producing a nano-diamond composite.
 제 7 항에 있어서,
광감각제의 함량은 나노 다이아몬드-히알루론산 입자 100 중량부 대비 1 중량부 이하인 것인 나노 다이아몬드 복합체의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The amount of the photosensitizer is 1 part by weight or less based on 100 parts by weight of the nano-diamond-hyaluronic acid particles.
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