KR102371745B1

KR102371745B1 - 방출가능한 도펀트를 갖는 세라믹 입자들을 함유하는 나노섬유질 매트

Info

Publication number: KR102371745B1
Application number: KR1020187032065A
Authority: KR
Inventors: 크리스토프 진 알렉산드르 바르브; 아파라지타 카트리; 제임스 알렉산더 소머빌; 릴리아나 베레즈키노바; 카테리나 보드세달코바
Original assignee: 에스지 벤쳐스 피티와이 리미티드
Priority date: 2016-04-05
Filing date: 2017-04-05
Publication date: 2022-03-07
Also published as: AU2017246999B2; JP7254017B2; US20190343772A1; CA3019941A1; KR20190021205A; JP2019513513A; EP3440252A1; EP3440252A4; CN109328249A; WO2017173487A1; US20230020948A1; AU2017246999A1

Abstract

나노섬유질 매트는 나노섬유질 매트를 형성하는 전기방사 나노섬유들; 및 나노섬유들 전반에 분산되고 세라믹 매트릭스 및 세라믹 매트릭스 내에 방출가능하게 (releasably) 캡슐화된 도펀트를 포함하는, 세라믹 입자들을 포함하고, 세라믹 입자들은 나노섬유들의 전기방사 동안 나노섬유들 전반에 분산되고, 도펀트는 전기방사 동안 세라믹 매트릭스에 의해 보호된다.

Description

방출가능한 도펀트를 갖는 세라믹 입자들을 함유하는 나노섬유질 매트

본 발명은 세라믹 입자들을 함유하는 나노섬유질 매트에 관한 것이다. 세라믹 입자들은 나노섬유질 매트로부터 전달될 도펀트를 방출가능하게 캡슐화한다. 특히, 본 발명은 세라믹 매트릭스 내에 캡슐화된 적어도 하나의 도펀트를 함유하는 나노섬유질 매트들에 관한 것이다. 본 발명은 또한 세라믹 매트릭스 내에 캡슐화된 적어도 하나의 도펀트 및 캡슐화된 도펀트와 동일하거나 상이할 수도 있는, 적어도 하나의 자유 도펀트를 함유하는 나노섬유질 매트들을 제공한다. 나노섬유질 매트들의 생산 방법들이 또한 고찰된다.

일반적으로 1 ㎛미만의 직경들을 갖는 섬유들로 간주되는, 나노섬유들은 다수의 적용예들을 위해 많은 생산품들을 향상시킬 잠재력이 있다. 이들은 매우 고표면적과 연관되 고유의 물리적, 기계적, 및 전기적 속성들을 나타낸다. 이와 관련하여, 나노섬유-부직 매트들은 시판되는 직물들과 비교하여 일반적으로 매우 작은 구멍 사이즈들을 갖는다.

나노섬유들은 일반적으로 제어된 약품 전달을 위한 부직 매트의 생산에 사용하기 적합하다. 전기방사 섬유들 (electrospun fibres) 은 약품 전달시 이들의 사용으로 확장한, 고 로딩 (loading), 다양한 요법들의 동시 전달, 작동 용이성, 및 비용 효율성과 같은 바람직한 속성들을 갖는다. 다양한 적용예들 중, 상처-드레싱 및 국소적 암 치료는 가장 많이 연구되는 두 분야들이다.

전기방사는 수 마이크로미터로부터 수백 나노미터로 직경들을 갖는 초미세 섬유들을 생산하기 위해 정전력들을 채용하는 나노섬유들의 생산을 위한 기술이다. 이는 외부와 내부 정전기장의 작용을 통해 초미세 섬유들의 생산을 위해 현재 꽤 공지된 기술이다. 전기방사 셋업 (set-up) 은 고 전압 소스에 연결된, 방적 전극 (spinning electrode) (방적돌기 (spinneret)) 로 구성된다. 방적돌기는 보통 포지티브로 대전되고 반대로 대전된 콜렉터로부터 규정된 거리에 위치된다. 방적돌기가 콜렉터 위 및 아래에 각각 위치되는 수평 셋업 또는 수직 셋업을 포함하는, 상이한 전기방사 셋업들이 사용될 수 있다. 상이한 종류들의 콜렉터들이 나노섬유들의 목표된 구조체에 따라 전기방사에 사용될 수 있다. 매끈하거나 구조화된 표면을 갖는 고정되거나 회전하는 콜렉터들이 있다. 폴리머 용액이 방적돌기로 피딩되고 폴리머 드롭릿이 이 방적돌기의 오리피스 내에 생성된다. 폴리머 액이 인출되고 전기력들에 의해 연장되고 나노섬유들과 같은 접지된 콜렉터 상에서 수집된다.

전기방사 나노섬유들은 즉시 방출, 매끄러운 방출, 박동성 (pulsatile) 방출, 지연된 방출, 및 이상 (biphasic) 방출과 같은 상이한 제어된 약품 방출 프로파일들을 달성하는데 성공적으로 사용되었다. 약품들은 폴리머 용액 내 용해 또는 분산을 통해 섬유 내에 임베딩될 수 있다. 조직 발생을 위한 많은 관심있는 생물학적 개체들, 예를 들어 자연 상태의 단백질들 또는 핵산은 유기 용매에 용해되지 않고 폴리머 용액 내에 분산될 때 생체활성 손실을 겪을 수도 있다.

살균 화합물들을 용리시킴으로써 (elute) 항균 효과를 발휘하는 시판 상처 드레싱들은 상처로 은 이온들의 치료적 도즈의 서방 (sustained release) 을 제공하기 위해 개발되었다. 그러나, 은 이온들은 각질형성 세포들 및 섬유아 세포들에 매우 치명적이고, 조직 영역들을 치료하기 위해 무분별하게 도포된다면 상처 회복을 지연시킬 수도 있다. 이에 더하여, 지속적인 상처 세척 및 재드레싱이 필요하고, 환자들에게 불편함을 유발하고 상당한 간호 인력 투입을 필요로 한다. 전기방사 나노섬유질 매트릭스로부터 생분해성 약품-용리 상처 드레싱은 종래의 것들보다 몇몇 장점들을 잠재적으로 제안한다.

상처 타입 및 이의 치료법에 따라, 가장 적합한 상처 드레싱 체계가 사용되어야 한다. 신속한 상처 치료를 위해, 상이한 타입들의 드레싱 재료들이 사용되는 것이 일반적이다. 나노섬유 구조체들의 고유의 속성들 때문에, 하이드로콜로이드, 하이드로겔, 등과 같은 다른 현재 상처 드레싱 재료들과 비교할 때 다양한 타입들의 상처에 대한 이들 재료들의 적용이 보다 매력적이다. 일반적으로, 모든 현재 드레싱 재료들은 상처/드레싱 계면에서 적합한 환경을 유지해야 하고, 드레싱 표면으로 누설하지 않고 과도한 삼출물들을 흡수해야 하고, 열적 절연을 제공해야 하고, 기계적 및 박테리아 방지를 제공해야 하고, 가스 및 유체 교환을 허용해야 하고, 상처 냄새를 흡수해야 하고, 상처에 들러붙지 않고 외상 없이 쉽게 제거되어야 하고, 어떤 괴사 조직 제거 (debridement) 작용을 제공 (죽은 조직 및 외부 입자들을 제거) 해야 하고, 비-독성이어야 하고, (환자 및 의료 스태프 모두에게) 비-알러지성이고 비-민감성이어야 하고, 무균성이고 무섭지 않아야 한다는 것이 고려될 수도 있다.

전기방사 약품-함침된 (loaded) 나노섬유 멤브레인들은 몇몇 장점들을 잠재적으로 제안한다. 국소 항생제 및 마취약은 요구된 정확한 영역으로 고 약품 농도들을 전달하는 장점을 갖고, 국소적으로 도포된 항생제의 총 도즈는 보통 독성 조직 효과들을 생성하기에 충분히 높지 않다. 생분해성 폴리머 멤브레인들로 만든 항생제-함침된 상처 드레싱들은 다수의 추가 장점들을 자랑한다. 먼저, 생분해성 멤브레인들은 특정한 전염병을 완전히 처치하기 위해 필요한 연장된 시간 동안 살균 농도의 항생제를 제공한다. 두번째로, 몇 주 내지 몇 달의 생분해성도에 대한 다목적성은 많은 타입들의 전염병들로 하여금 처치되게 할 수도 있다. 세번째로, 생분해성 멤브레인들은 용해되어, 제거할 필요가 없다. 이들 멤브레인들이 천천히 용해되기 때문에, 이들은 잠재적으로 조직들의 재생을 필요로 하는 상처들에 대한 인시츄 골격을 제공할 수 있고, 예를 들어, 연조직 또는 연골 결함이 조직으로 천천히 충진되어, 복원 필요성을 최소화한다.

피부에 또는 주변 조직들에 국소적으로 진통 효과를 갖는 약품들의 국부적 적용은 종종 상이한 통증 부위들에서, 보통 중추 신경계로 활동 전위의 전파 및 통각 신경 말단들의 활성화를 차단하거나 감소시킬 목적으로 사용된다. 이 목적을 위해 가장 널리 사용되는 부류의 약품들 중 하나는, 전압 게이팅된 소듐 채널 차단제들로서 작용하는, 국소 마취제이다. 이들은 스프레이, 용액 또는 크림이 피부 또는 점막에 도포되고 그 효과는 보통 수명이 짧고 접촉 면적이 제한되는, 표층 마취제이다. 또 다른 방법은 마취될 조직 내로 국소 마취제가 주사 및/또는 주입되는, 침윤 마취를 수반한다. 국소 마취제의 주사가 발병 영역 근방에서 이루어지는, 말초 신경 차단이 말초 신경에 의해 자극되는 영역을 마취하기 위해 사용된다.

국부적 적용을 위해, 국소 마취제들은 현재 용액, 크림 및 패치 형태로 구입가능하다. 용액은 주사, 침윤 및 스프레이로서 사용되지만, 진통/마취 효과의 지속기간은 보통 사용된 국소 마취제의 약학적 프로파일에 의해 규정된다. 크림 제제들은 피부 상에 직접적으로 사용되지만, 보다 긴 시간 기간 동안 유지하기 어렵다.

리도카인 패치는 국소 마취 전달을 위해 비교적 새로운 가능성을 대표하고 신경성 통증의 트리트먼트 외에 다수의 상이한 임상적 환경들에 사용된다. 다수의 새로운 국소 마취제 제제들은 현재 리포솜들, 폴리머들 및 마이크로스피어들 (microspheres) 을 사용하여 감소된 전신 독성 및 확대된 효과를 위해 개발되었다 (Weiniger, C. F., L. Golovanevski, A. J. Domb and D. Ickowicz. Extended release formulations for local anaesthetic agents. Anaesthesia. 2012, 67(8), 906-916.). 나노섬유 기반 계통은 또한 상처 드레싱 (Chen, Dave W., Yung-Heng Hsu, Jun-Yi Liao, Shih-Jung Liu, Jan-Kan Chen and Steve Wen-Neng Ueng. Sustainable release of vancomycin, gentamicin and Lidocaine from novel electrospun sandwich-structured PLGA/collagen nanofibrous membranes. International Journal of Pharmaceutics. 2012, 430, 335-341) 및 경막외진통 (epidural analgesia) 을 위해 사용되고 개발되었고, 리도카인-임베딩된 폴리([D,L]-락타이드-코-글리코라이드) 나노섬유들은 척추후궁절제 후 생쥐들의 통증의 심각성을 감소시킨다 (Tseng, YY, WA Chen, JY Liao, YC Kao And SJ Liu. Biodegradable poly([D,L]-lactide-co-glycolide) nanofibers for sustainable delivery of Lidocaine into epidural space after laminectomy. Nanomedicine. 2014, 9, 77-87). 이 연구에서, 나노섬유들은 2 주보다 길게 리도카인의 서방을 제공하고, 국소 농도는 플라즈마 내 농도보다 훨씬 높다.

본 명세서에 청구된 주제는 모든 단점들을 해결하는 실시예들 또는 기술된 바와 같은 환경들에서만 동작하는 실시예들로 제한되지 않는다. 오히려, 이 배경기술은 단지 본 명세서에 기술된 일부 실시예들이 실시될 수도 있는 일 예시적인 기술 분야를 예시하도록 제공된다.

상기 언급된 바와 같이, 본 발명은 일반적으로 세라믹 매트릭스에 캡슐화된 적어도 하나의 도펀트, 및 가능하면 적어도 하나의 자유 도펀트를 함유하는 나노섬유질 매트들에 관한 것이고, 자유 도펀트는 캡슐화된 도펀트와 동일하거나 상이할 수도 있다. 나노섬유질 매트들의 생산 방법들이 또한 기술된다.

본 발명의 일 양태에 따라, 나노섬유질 매트를 형성하는 전기방사 나노섬유들; 및 나노섬유들 전반에 분산되고 세라믹 매트릭스 및 세라믹 매트릭스 내에 방출가능하게 (releasably) 캡슐화된 도펀트를 포함하는, 세라믹 입자들을 포함하고, 세라믹 입자들은 나노섬유들의 전기방사 동안 나노섬유들 전반에 분산되어, 도펀트는 전기방사 동안 세라믹 매트릭스에 의해 보호되는, 나노섬유질 매트가 제공된다.

도펀트는 도펀트를 방출가능하게 캡슐화하는 세라믹 매트릭스 내에 도펀트를 보호함으로써 전기방사 동안 나노섬유질 매트 내로 통합될 수도 있다는 것을 알게 되었다. 나노섬유질 매트가 형성될 때, 캡슐화된 도펀트는 이 목적을 달성하기 위해 세라믹 매트릭스로부터 선택가능하게 방출될 수도 있다.

전기방사 나노섬유들은 전기방사에 사용하기 적합한 모든 재료로부터 형성될 수도 있다. 전기방사 나노섬유들은 생분해성 폴리머들 및 비-생분해성 폴리머들을 포함할 수도 있다. 중요하게, 필수적으로 본질적이지 않지만, 입자들 내에 캡슐화된 도펀트는 전기방사될 폴리머 용액의 용매 (즉, 물 또는 알코올 또는 또 다른 유기 용매) 에 불완전하게 용해된다. 그렇지 않으면, 입자들의 내용물은 폴리머 용액 내에서 너무 빨리 방출될 수도 있고 따라서 섬유들에 "자유 약품"으로서 통합될 수도 있다. 이는 약하게 용해가능하지만, 바람직하게 높지 않게 용해가능한, 입자들에 대해 용인가능할 수도 있다.

특정한 실시예들에서, 전기방사 나노섬유들은 생체 적합 폴리머 및 생분해성 또는 비-생분해성 합성 또는 천연 폴리머들로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 예를 들어, 전기방사 나노섬유들은 셀룰로스 아세테이트, 콜라겐, 엘라스틴, 젤라틴, 히알루론산, 폴리아크릴로니트릴, 폴리카프로락톤, 폴리디옥사논, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리하이드록시부티레이트, 폴리(D-락타이드), 폴리(D,L-락타이드-코-카프로락톤), 폴리(D,L-락타이드-코-글리코라이드) (PLGA), 폴리락타이드, 폴리(L-락타이드), 폴리(L-락타이드-코-카프로락톤-코-글리코라이드), 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐피롤리돈, 소듐 알기네이트 및 제인으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수도 있다. 바람직한 실시예에서, 전기방사 나노섬유들은 폴리비닐알코올 (PVA) 로부터 형성된다. 예를 들어, 12 wt.％ PVA 용액이 바람직하다.

나노섬유들 전반에 분산된 세라믹 입자들은 세라믹 매트릭스 내에 방출가능하게 홀딩된 도펀트를 포함한다. 입자들은 고체, 다공성 구를 포함할 수도 있고 또는 코어를 둘러싸는 하나 이상의 층들의 형태를 취할 수도 있다. 후자라면, 도펀트는 코어, 쉘 또는 둘다에 위치될 수도 있다. 동일하거나 상이한 도펀트들은 코어 및 쉘 내에 포함될 수도 있다.

세라믹 매트릭스는 전구체 재료의 폴리머화 및/또는 축합 및/또는 교차결합 생성물일 수도 있다. 가수분해된 유기실란과 같은 가수분해된 실란일 수도 있다. 유기로 개질된 실리카 (유기 실리카) 와 같은 유기로 개질된 세라믹을 포함할 수도 있다. 바인딩된 유기기들을 갖는 세라믹일 수도 있다. 바인딩된 유기기들은 에틸, 프로필, 아이소프로필, 부틸, 아이소부틸, 삼차-부틸, 펜틸, 헥실, 아이소옥틸, 데실, 도데실, 사이클로헥실, 사이클로옥틸 또는 사이클로펜틸일 수도 있다. 이들은 (예를 들어, 작용기들, 할로겐류, 아릴기들, 등으로) 치환될 수도 있거나 치환되지 않을 수도 있다. 다른 적합한 유기기들은 약 6 내지 14 개의 탄소 원자들을 가질 수도 있고, 예를 들어, 6, 8, 10, 12 또는 14 또는 14 개보다 많은 탄소 원자들을 가질 수도 있는 아릴기들을 포함한다. 예들은 페닐, 비페닐, 나프틸 및 안트라실을 포함한다. 이들은 각각 선택가능하게 하나 이상의 알킬기들(예를 들어, C1 내지 C6 직쇄 또는 분기된 알킬), 할로겐류, 작용기들 또는 다른 치환기들에 의해 치환될 수도 있다. 유기기는 알케닐 또는 알키닐 또는 벤질기일 수도 있다. 알케닐 또는 알키닐기는 2 내지 약 18 개의 탄소 원자들을 가질 수도 있고, 직쇄, 분기 또는 (충분한 탄소 원자들이 존재한다면) 순환일 수도 있다. 1 또는 2 이상의 이중 결합, 또는 1 또는 2 이상의 삼중 결합을 가질 수도 있고, 이중 결합 및 삼중 결합의 혼합물을 가질 수도 있다. 2 이상의 불포화기를 갖는다면, 불포화기들은 쌍을 이룰 수도 있고 (conjugated) 또는 쌍을 이루지 못할 수도 있다. 세라믹 입자들의 형성에 사용된 촉매로부터 유도된 화학기들을 포함할 수도 있고, 이 기들은 입자들의 표면 상에 있을 수도 있다. 형성 반응에 사용되는 계면활성물질이 전구체 재료와 화학적으로 결합할 수 있다면, 매트릭스는 계면활성제로부터 유도된 화학기들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 전구체 재료가 유기트리알콕시실란을 포함하고, 촉매가 트리알콕시아미노알킬실란을 포함하면, 매트릭스는 아미노알킬실릴유닛들을 포함할 수도 있다. 이들은 입자를 통해 고르게 또는 고르지 않게 분산될 수도 있다. 이들은 우선적으로 입자의 표면 근방에 있을 수도 있다. 이들은 예를 들어, 아미노 기능성으로 인해 어느 정도의 친수성을 입자 표면에 제공할 수도 있다. 부가적으로, 계면활성물질은 전구체 재료와 화학적으로 결합할 수도 있다. 예를 들어, 전구체 재료가 유기트리알콕시실란을 포함하고 계면활성물질이 트리알콕시실릴 기능성을 포함한다면, 매트릭스는 계면활성물질 유도된 유닛들을 포함할 수도 있다. 계면활성물질은 입자의 표면 상에 흡착될 수도 있다.

도펀트는 항생제 (클로람페니콜 (Chloremphenicol)), 진통제 (비스테로이드성 소염제 (예를 들어, 디클로페낙 및 이부프로펜), 디부카인, 부피바카인, 캡사이신, 아미트립틸린 (amitriptyline), 글리세릴 트리니트레이트 (glyceryl trinitrate), 오피오이드류, 멘톨, 피메크로리무스 (pimecrolimus), 및 페니토인), 멀미용 스코폴라민 (Scopolamine) (트로판 알칼로이드 약품) 과 같은 소수성 저분자 약품들 및 친수성 저분자 약품들로부터 선택될 수도 있다. 치료 목적들을 위한 단백질류: 스테로이드 호르몬들 (피부 습진 또는 산아 제한, HRT, 에스트로겐 또는 테스토스테론), 성장 인자들, 사이토카인류, (상처 치료를 위한) 항체들, 백신류 (구강 패치), 협심증을 위한 니트로글리세린 (설하 패치), 비타민 B12를 포함할 수도 있다. 도펀트는 생물학적 프로세스를 연구하거나 상태를 모니터링 또는 진단하기 위한 형광 트레이서 또는 방사성 트레이서 또는 금속 (예를 들어, 금) 트레이서일 수도 있다. 일 특정한 실시예에서, 도펀트는 리도카인이다.

소수성 재료, 친수성 재료, 올리고 (DNA & RNA), 또는 단백질, 등일 수도 있는, 도펀트는 입자의 중량 또는 부피의 약 0.01 내지 50 ％, 또는 입자의 중량 또는 부피의 약 0.01 내지 10 ％, 0.01 내지 1 ％, 0.01 내지 0.5 ％, 0.01 내지 0.1 ％, 0.01 내지 0.05 ％, 0.1 내지 30 ％, 1 내지 30 ％, 5 내지 30 ％, 10 내지 30 ％, 0.1 내지 10 ％, 0.1 내지 1 ％ 또는 1 내지 10 ％를 나타낼 수도 있고, 입자의 중량 또는 부피의 약 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25 또는 30 ％를 나타낼 수도 있다.

입자들의 직경은 반드시 그러한 것은 아니지만, 전기방사 나노섬유들의 사이즈로 언급될 수도 있다. 예를 들어, 입자들의 직경은 입자들이 매트의 섬유들의 무결성을 손상시키지 않고 매트의 나노섬유들에 통합될 수도 있도록 한다. 예를 들어, 입자는 직경 약 1 ㎚ 내지 약 1000 ㎚를 가질 수도 있다. 입자들이 섬유들보다 작아야 한다고 생각할 수 있지만, 필수적인 것은 아니다. 섬유들보다 큰 집합들이 섬유들의 팽창된 양상이 주어진 섬유들 내부에 통합될 수 있다는 것을 알게 되었다. 일반적으로, 입자 직경은 바람직하게 나노섬유들의 직경의 1.5 배보다 작고, 보다 바람직하게 나노섬유들의 직경보다 작고, 그리고 나노섬유 직경의 ½ 인 것이 훨씬 보다 바람직하다.

입자들은 구형, 편구형 (oblate spherical) 일 수도 있고 또는 난형 (ovoid) 또는 타원형일 수도 있다. 이들은 규칙적으로 성형될 수도 있고 또는 불규칙적으로 성형될 수도 있다. 이들은 비-다공성일 수도 있고, 또는 다공성 (mesoporous) 일수도 있고 또는 미소공성 (microporous) 일 수도 있다. 이는 약 2 내지 400 ㎡/g, 또는 약 2 내지 25, 2 내지 20, 2 내지 15, 2 내지 10, 10 내지 50, 10 내지 25, 15 내지 25 또는 20 내지 50 ㎡/g의 비표면적을 가질 수도 있고, 약 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 1,3 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 28, 30, 35, 40, 45 또는 50 ㎡/g의 비표면적을 가질 수도 있다.

도펀트는 입자로부터, 예를 들어 시간 기간에 걸쳐 방출될 수 있다. 이 방출은 제어된 레이트 또는 지속되는 레이트로 될 수도 있다. 입자들은 약 1 분 내지 2 주의 기간에 걸쳐 도펀트를 방출할 수도 있다. 도펀트의 방출 레이트는 소수성 재료의 원래 양의 1/2이 방출된 후의 시간인 1/2 방출 시간을 특징으로 할 수도 있다. 입자(들)는 약 1 분 내지 96 시간의 1/2 방출 시간을 가질 수도 있다. 따라서 입자들은, 상대적으로 짧은 기간들, 예를 들어 약 1 분 내지 약 1 시간에 걸친 서방을 필요로 하는 적용예들에 사용될 수도 있고, 또는 이들은 중간 기간들, 예를 들어 약 1 시간 내지 약 1 일에 걸친 서방을 필요로 하는 적용예들에 사용될 수도 있고, 또는 이들은 상대적으로 긴 기간들, 예를 들어, 2 일 이상에 걸친 서방을 필요로 하는 적용예들에 사용될 수도 있다.

입자들은 용인가능한 캐리어, 희석제, 부형제 및/또는 보조제를 갖는 조성물의 형태일 수도 있다. 도펀트가 약학 물질이면, 약학적으로 용인가능한 캐리어일 수도 있고 입자들은 약학적으로 용인가능할 수도 있고, 도펀트가 수의용 (veterinary) 물질이면, 캐리어는 수의학적으로 용인가능한 캐리어일 수도 있고 입자들은 수의학적으로 용인가능할 수도 있고, 도펀트가 살균성 물질이면, 캐리어는 살균용으로 용인가능한 캐리어일 수도 있고 입자들은 살균용으로 용인가능할 수도 있고, 도펀트가 화장용 물질이면 캐리어는 화장용으로 용인가능한 캐리어일 수도 있고 입자들은 화장용으로 용인가능할 수도 있고, 도펀트가 곰팡이 방지 물질이면, 캐리어는 곰팡이 방지용으로 용인가능한 캐리어일 수도 있고 입자들은 곰팡이 방지용으로 용인가능할 수도 있다.

도펀트의 캡슐화는 내용이 본 명세서에 전체가 인용된, 국제 특허 출원 공보 WO 2006/133519에 개시된 프로세스들에 따라 실질적으로 달성된다. 캡슐화는 또한 전체가 본 명세서에 인용된, 국제 특허 출원 공보 WO 2001/062232, WO 2006/050579, WO 2006/084339 및 WO 2012/021922에 따라 달성될 수도 있다.

세라믹 매트릭스 및 세라믹 매트릭스 내에 방출가능하게 캡슐화된 도펀트 및 자유 도펀트를 포함하는 세라믹 입자들의 조합을 나노섬유질 매트에 포함함으로써 효능이 급격하게 상승될 수도 있다는 것을 놀랍게도 알 수 있었다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 "자유 도펀트"는 세라믹 매트릭스에 캡슐화되지 않은 도펀트, 예를 들어 파우더 형태를 의미하는 것으로 의도된다. 이와 같이, 다른 실시예들에서, 나노섬유질 매트는 나노섬유들 전반에 분산된 자유 도펀트를 부가적으로 포함한다. 자유 도펀트는 캡슐화된 도펀트와 동일할 수도 있고 또는 상이할 수도 있다. 일반적으로, 자유 도펀트는 캡슐화된 도펀트와 동일하다.

이에 따라, 다른 양태에서 본 발명은 나노섬유질 매트를 형성하는 전기방사 나노섬유들; 나노섬유들 전반에 분산되고 세라믹 매트릭스 및 세라믹 매트릭스 내에 방출가능하게 캡슐화된 도펀트를 포함하는 세라믹 입자들; 및 나노섬유들 전반에 분산된 자유 도펀트를 포함하는 나노섬유질 매트를 제공한다.

전술한 옵션들은 본 발명의 이 양태에 동일하게 적용가능하고 참조로서 본 명세서에 명시적으로 인용된다.

본 발명의 또 다른 양태에서,

나노섬유들을 전기방사하도록 전구체를 함유하는 전기방사 용액을 제공하는 단계; 세라믹 매트릭스 및 세라믹 매트릭스 내에 방출가능하게 캡슐화된 도펀트를 포함하는 세라믹 입자들을 전기방사 용액에 첨가하는 단계; 및 형성된 전기방사 나노섬유들 전반에 분산된 세라믹 입자들을 갖는 나노섬유질 매트를 형성하도록 세라믹 입자들을 포함하는 전기방사 용액을 전기방사하는 단계를 포함하는, 나노섬유질 매트를 형성하는 방법이 제공된다.

상기 주지된 바와 같이, 자유 도펀트가 또한 나노섬유질 매트 전반에 분산된다면 놀라운 결과들이 획득될 수도 있다는 것을 알게 되었다. 이와 같이, 방법이 파우더 형태의 도펀트를 전기방사 용액에 첨가하는 단계; 및 형성된 전기방사 나노섬유들 전반에 분산된 세라믹 입자들 및 도펀트를 갖는 나노섬유질 매트를 형성하도록 세라믹 입자들 및 파우더 형태의 도펀트를 포함하는 전기방사 용액을 전기방사하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 이는 발생되는 층의 도펀트의 양을 유리하게 증가시킬 수도 있다.

전기방사 조건들은 일반적으로 선택된 나노섬유들에 따라 선택될 수도 있다. 전기방사 파라미터들에 대한 예시적인 범위들은 이하의 표 1에 제공된다.

본 명세서 전반에서, 문맥이 달리 요구하지 않는다면, 단어 "포함하다 (comprise)" 또는 "포함하다" 또는 "포함하는"과 같은 변형들은 언급된 단계 또는 엘리먼트 또는 정수 또는 단계들 또는 엘리먼트들 또는 정수들의 그룹의 포함을 암시하는 것으로 이해될 것이지만, 임의의 다른 단계 또는 엘리먼트 또는 정수 또는 단계들 또는 엘리먼트들 또는 정수들의 그룹의 배제하는 것으로 이해되지 않을 것이다. 따라서, 본 명세서의 문맥에서, 용어 "포함하는 (comprising)"은 포괄적인 의미로 사용되고 따라서 "기본적으로 포함하지만, 반드시 그러할 필요는 없는"을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 이하에 완전히 기술되고 첨부된 도면들에 예시된 부분들의 조합 및 피처들로 구성되고, 상세들의 다양한 변화들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 또는 본 발명의 임의의 장점들을 희생시키지 않고 이루어질 수도 있다는 것이 이해된다.

본 발명의 일부 실시예들의 다양한 양태들을 보다 명확히 하기 위해, 본 발명의 보다 구체적인 기술이 첨부된 도면들을 참조하여 제공될 것이다.
도 1은 리도카인의 캡슐화를 위한 프로세스의 개요를 서술하는 흐름도를 예시한다.
도 2는 리도카인을 함유하는 입자들의 TGA/DTA 분석 그래프를 예시한다.
도 3은 리도카인을 함유하는 입자의 정적 광 산란 (Static light scattering) 분석 그래프를 예시한다.
도 4는 리도카인을 함유하는 입자들의 SEM 이미지를 예시한다.
도 5는 리도카인을 함유하는 입자들의 TEM 이미지를 예시한다.
도 6은 Sotax USP 4 시스템의 섬유들로부터 자유 및 세라믹-캡슐화된 리도카인의 방출 프로파일을 예시한다.
도 7은 Franz 셀 기관을 예시한다.
도 8은 나노섬유들 SEM 이미지들을 예시한다: A) 리도카인 파우더를 갖는 나노섬유들 (5 000 x), B) 리도카인 파우더를 갖는 나노섬유들 (25 000 x), C) 구형의 리도카인을 갖는 나노섬유들 (5 000 x), D) 구형의 리도카인을 갖는 나노섬유들 (25 000 x), E) 리도카인 파우더 및 구형의 리도카인을 갖는 나노섬유들 (5 000 x), F) 리도카인 파우더 및 구형의 리도카인을 갖는 나노섬유들 (25 000 x), G) PVA 나노섬유들 (5 000 x), H) PVA 나노섬유들 (25　000　x).
도 9는 48 시간에 걸친 인간 피부를 통한 리도카인의 삼투 프로파일을 예시한다-자유 및/또는 세라믹 캡슐화된 리도카인 및 시판 패치를 갖는 나노섬유 패치들 간의 비교.
도 10은 피부를 통해 패치들로부터 방출된 리도카인의 양의 그래프를 예시한다.
도 11은 진피에서 패치들로부터 방출된 리도카인의 양의 그래프를 예시한다.
도 12는 상피에서 패치로부터 방출된 리도카인의 양의 그래프를 예시한다.
도 13은 패치에 남아 있는 리도카인의 양의 그래프를 예시한다-나노섬유 패치들 간 비교.
도 14는 패치에 남아 있는 리도카인의 양의 그래프를 예시한다-나노섬유 패치들과 시판 패치 간 비교.
도 15는 물 내 자유 리도카인의 인간 피부를 통한 삼투 프로파일을 예시한다.
도 16은 12 시간보다 앞선 시간들에서 (피부를 통한) 리도카인의 방출을 예시한다.
도 17은 48 시간까지 상이한 시간들에서 피부를 통해 방출된 리도카인을 예시한다.
도 18 및 도 19는 2 개의 별도의 실험들에서 24 시간에 걸쳐 리도카인 나노섬유 매트들의 새로운 배치 (batch) 로부터 방출된 리도카인을 예시한다.
도 20은 4 개의 별도의 연구들에 걸쳐 평균된 인간 피부를 통해 24 시간 삼투된 리도카인의 백분율 (％) 로서 조합 패치와 시판 패치의 비교를 예시한다.
도 21은 나노섬유 매트에 임베딩된 60 ㎚ 입자들의 인간 피부로부터 상이한 층들의 피부 각질층 내 침투를 예시하고; 그래프는 24 시간에 걸쳐 다양한 층들의 피부 각질층에서 (형광 레벨들로 캘리브레이팅된) 나노입자들의 농도를 도시하는 그래프이다.

예들

캡슐화된 리도카인 생산을 위한 재료

리도카인 및 THF (Tetrahydrofuran), PTMS (Phenyltrimethoxy silane) 및 APTES (3-Aminopropyl)triethoxysilane), TEOS (Tetraethylorthosilicate) 및 Tertigol NP-15 (NP-15).

캡슐화된 리도카인 생산

리도카인의 캡슐화는 국제 특허 출원 공보 WO 2006/133519 에 개시된 프로세스에 따라 실질적으로 달성되고, 이의 개시는 상기 기술된 바와 같이, 본 명세서에 전체가 인용된다.

통상적으로, 이 프로세스는 200 내지 1000 ㎚의 직경 범위 내의 입자들을 산출하고, 이는 (직경 범위: 100 내지 300 ㎚까지) 나노섬유들에 효과적으로 통합되기 너무 크다. 따라서, 섬유들 내로 입자들의 통합을 허용하도록 프로세스가 더 개발되었다. 이는 통상적으로 사용된 것보다 높은 친수성-친유성 밸런스를 갖는 계면활성물질로 변화시킴으로써 시약 비율 조정 및 에멀전 속성들의 조작을 통해 입자들의 평균 사이즈의 감소를 수반하였다.

구체적으로, 리도카인 캡슐화를 위해, 개질된 프로세스의 개요가 도 1의 흐름도에 예시된다. 54g의 NP-15를 400 mL의 물에 용해함으로써 계면활성물질 용액이 준비된다. APTES는 22.4 mL의 APTES를 22.4 mL의 물과 혼합함으로써 가수분해되고 냉각되게 된다. 12.8 g의 리도카인이 6.4 mL의 THF에 용해되고, 22.09 g의 PTMS 및 13.44의 TEOS의 첨가가 이어진다. 리도카인/PTMS/TEOS 혼합물이 계면활성물질 용액에 첨가되고 완전히 혼합되게 된다. 리도카인 용액의 첨가 60 분 후 가수분해된 APTES 용액이 첨가되었다. 입자들은 원심분리 (12,000 rpm으로 10분) 에 의해 분리되기 전에 하룻밤 동안 숙성되고 분석 및 추가 실험을 위해 수집되었다.

입자들의 분석

생산 후, 입자들은 입자들의 조성, 사이즈 및 로딩을 확인하기 위한 범위의 기법들에 의해 특징화된다. 조성은 TGA/DTA (thermal gravimetric analysis/differential thermal analysis) 에 의해 결정되고 이전의 입자 제제들과 일치한다 (도 2). 사이즈는 정적 광 산란 (Malvern Mastersizer 2000 μu) (도 3), SEM (scanning electron microscopy, Jeol NeoScope JCM-5000) (도 4) 및 TEM (transmission electron microscopy, Philips CM10) (도 5) 에 의해 결정된다. 이들 분석들은 균일한 형태를 보이는 최대 60 ㎚의 구형 입자들이 생성된다는 것을 보여준다.

입자들의 로딩은 HPLC (High Performance Liquid Chromatography) 를 사용하여 결정되었다. 이를 위해, 리도카인은 에탄올을 사용하여 입자들로부터 침출되고 입자들은 후속하여 원심분리에 의해 용액으로부터 제거되었다. 이어서 로딩을 결정하기 위해 상청액 (supernatant) 이 HPLC에 의해 분석되었다. 리도카인 입자들의 경우, 로딩은 10 내지 15 wt％ 범위이다.

나노섬유들의 생산을 위한 재료

폴리비닐알코올 (PVA) 은 비닐 폴리머류의 그룹에 속하는, 합성 친수성 폴리머이다. PVA는 기능적 하이드록실기를 함유하는 단순한 화학적 구조로 구성된다. 이는 물과 같은 극성 용매들에 용해가능하다. PVA는 에스테르 결합이 형성될 때, 폴리머-유사 가수분해 또는 메탄올 내 폴리비닐 아세테이트의 알코올 분해에 의해 준비된다. Sigma Aldrich의 Mowiol®18-88은 폴리비닐 알코올 용액의 준비를 위해 사용되었다.

전기방사

PVA는 12 wt％의 농도를 달성하기 위해 24 시간 동안 지속된 교반으로 60 ℃의 상승된 온도에서 증류수에 용해된다. 다양한 양의 3가지 형태 (파우더, 캡슐화된 및 둘의 조합) 의 리도카인이 PVA 용액들 내로 첨가된다. QSonica 초음파발생기가 PVA 용액들 내 리도카인의 균질 분산을 위해 사용된다. 리도카인 또는 리도카인 세라믹 입자들을 함유하는 모든 용액들은 전기방사 디바이스를 사용하여 전기방사된다. 나노섬유들은 부직 직물 상에 쌓인다. 1.6 ㎜ 직경을 갖는 바늘이 전극으로서 사용되었다.

생산적이고 효과적으로 전기방사될 수 있는 폴리머 용액 내의 리도카인의 최대량을 결정하기 위해 생산을 최적화하는 것이 목적이다. 최고로 가능한 양의 리도카인을 갖는 나노섬유질 층들이 Franz 확산 셀을 사용한 테스트들을 위해 만들어진다.

전기방사 조건들

전기방사 프로세스의 모든 파라미터들이 이하의 표들에 기술된다.

HPLC 방법

HPLC는 나노섬유들로부터 방출된 리도카인의 양의 정량적 결정을 위해 사용된다. 통상적으로, HPLC 분리는 고정 상 (크로마토그래피 컬럼) 과 이동 상 (액체) 사이의 분포에 따른 피분석물들의 분리에 기초한다. 리도카인의 경우, 패치들로부터, 피부 또는 완충제 (buffer) 로부터의 추출물들은 C18 역상 컬럼 (reverse phase column) 상에 로딩되고 아세토니트릴과 0.1 ％ 트리플루로아세트산 용액의 혼합물에서 용출된다. UV-Vis 검출기가 존재하는 리도카인의 양을 정량화하기 위해 사용된다.

USP 4 방법

섬유들 및 입자들로부터 리도카인의 방출은 폐쇄된 구성의 나노입자 어댑터들을 갖는 Sotax CE7 smart USP4 시스템을 사용하여 처음으로 조사되었다. 시스템은 재순환된 DI 수를 샘플을 담는 투석 튜브를 통해 연속적으로 지정된 시간 기간 동안 흘리고 다양한 시점들에서 상청액의 분획들 (fractions) 을 수집한다. 이어서 수집된 분획들은 HPLC를 사용하여 분석된다. 자유 리도카인 (즉, 입자들 내에 있지 않는 리도카인) 을 갖는 섬유들과 캡슐화된 리도카인 (즉, 입자들 내 리도카인) 을 갖는 섬유들을 비교하기 위해 이 방법을 사용하여, 2가지 타입들의 섬유들의 방출 프로파일에서 상당한 차이가 없다 (도 6) 는 것을 알게 되었다. 따라서, 나노섬유질 매트에 통합된 입자들은 섬유들 내에 자유 리도카인을 함유하는 매트로부터와 같이 효과적으로 리도카인을 방출할 수 있다.

Franz 셀 방법

USP4 장치가 방출 연구들에 효과적이지만, 이 방법으로는 경피 (transdermally) 리도카인의 방출 동역학을 검출하는 것은 불가능하다. 배리어 (이 경우에는 피부) 가 경피 전파 동안 중요한 역할을 한다. 경피 침투는 인비트로 (in vitro) 또는 인비보 (in vivo) 테스트될 수 있다. 경피 인비트로 흡수를 테스트하기 위한 대표적인 방법은 Franz 셀이라고 하는 정적 정적 수직 확산 셀이다 (도 7). 실험들은 일반적으로 인간 또는 동물 피부에 대해 수행된다. 인간 피부는 인간이 사용하기 위한 제품들을 개발하기 위한 최고의 표준이다.

통상적으로 Franz 셀에서, 피부 멤브레인은 도너 (상부) 셀 부분을 억셉터 (하부) 로부터 분리한다. 멤브레인은 도너 부분의 하단 표면 상에 놓인다. 테스트 물질이 도너 부분 내로 적합한 배지 (medium) 내에 배치된다. 억셉터는 억셉터 액체 (보통 pH 7.4의 완충제) 로 충진된다. 이 부분은 연속적으로 교반되고 샘플들은 주기적으로 인출되고 분석된다. 수집된 샘플들의 기구 분석은 보통 조사될 물질의 타입에 따라, HPLC, 방사선 투과 (radiography) 또는 섬광 조영 (scintigraphy) 에 의해 수행된다.

본 명세서에서, HPLC 분석을 사용한 Franz 셀 방법이 나노섬유 층들로부터 리도카인의 방출 동역학의 연구에 사용되었다. 다음 섹션은 리도카인 파우더, 리도카인-구들 및 리도카인 파우더와 리도카인-구들의 조합을 갖는 나노섬유 층들의 생산 및 최적화를 기술한다.

나노섬유질 층들의 특성

나노섬유질 구조체들은 금으로 스퍼터링 코팅된 후, SEM (scanning electron microscope) (Zeiss) 을 사용하여 분석되었다. 전기방사 섬유들의 직경들은 이미지 분석 소프트웨어 (NIS Elements) 를 사용하여 SEM 이미지들로부터 분석된다. 나노섬유들의 직경들은 모든 준비된 층들에 대해 최대 300 ㎚였다 (도 8 참조).

Franz 셀 방법을 사용한 상이한 타입들의 나노섬유질 매트들로부터 리도카인 방출 비교

다양한 방식들 (즉, 나노섬유들 내에 직접적으로, 나노섬유들 내 세라믹 입자들 내, 등) 로 피부 내로 그리고 피부를 통해 고정된 리도카인의 삼투 분석이 Franz 셀 방법을 사용하여 수행되었다. 인간 피부는 배리어 멤브레인으로서 사용되었다. 샘플들은 후속하여 HPLC에 의해 분석되었다. pH 7.4를 갖는 PBS (Phosphate buffered saline) 가 억셉터 완충제로서 사용된다. 이는 32 ℃에서 연속적으로 교반된다. 2 ㎠의 면적을 갖는 샘플들이 나노섬유 층 각각에 대해 분석된다.

나노섬유질 층들로부터 인간 피부를 통해 고정된 리도카인의 삼투 프로파일들을 획득하는 것이 이 실험의 목적이다. 리도카인은 PVA 내 리도카인 파우더 또는 PVA 내 캡슐화된 리도카인을 전기방사함으로써 나노섬유 층 내로 바로 고정되거나, 리도카인은 이들 방법들의 조합에 의해 고정된다. 샘플들의 특성들은 표 6에 도시된다. 리도카인을 함유하는 시판 패치 "Versatis"가 이들 샘플들을 사용하여 분석되었다. 나노섬유질 층들 (리도카인의 도너) 내 그리고 피부 내 (진피 및 상피) 의 리도카인 잔여물들이 실험 후에 분석되었다. 실험 스케줄이 표 7에 개략적으로 도시되었다.

검토

수용액의 리도카인의 지체 시간 (도 15) 은 피부에서 15 시간 (표 8) 인 것을 알게 되었다. 이러한 이유로, 제 1 세트의 삼투 연구들에서, 피부를 통한 삼투 분석을 위한 샘플들이 12 시간 후에 수집되었다.

나노섬유질 층들의 삼투 프로파일들은 처음 12 시간에서 수용액 내 리도카인보다 피부를 통해 보다 신속한 침투를 보여준다. 리도카인의 신속한 전달은 PVA의 대사물 (아세테이트 에스테르들류, 피루베이트, 락테이트, 등) 로의 열화로 인한 것일 수 있다는 것이고, 나중에 능동 수송 (active transport) 또는 수동 확산 (passive diffusion) 을 통해 세포들 내로 수송된다고 고려된다. 리도카인은 이들 대사물들 (예를 들어, 능동 공수송체 (active symporter) 로서) 과 함께 침투하거나 이들 대수물들이 리도카인에 대한 경피흡수 촉진제들 (penetration enhancers) 로서 작용하는 것이 가능하다.

시판 패치 Versatis (샘플 5) 의 삼투 프로파일은 실험 동안 (48hr) 선형 방출 (도 9) 을 보여준다. 12 시간 내에 방출된 리도카인의 양은 나노섬유 샘플 2 및 샘플 3으로부터 방출된 리도카인의 양과 비슷하고, 조합 패치 (샘플 4) 보다 약 4 배 낮다. 피부를 통한 리도카인 삼투 백분율의 관점에서, 나노섬유 매트들은 시판 패치에 대해 훨씬 우수하다 (70 내지 85 ％ vs. 시판 패치로부터 4.1 ％만 방출됨). 도너들의 48 시간 말단 분석으로부터의 데이터 (패치 내에 남아 있는 리도카인) (도 13 및 도 14) 는 시판 패치 내에 95 ％보다 많은 리도카인이 남아 있지만, 비교하여, 15 ％ 내지 30 ％만이 나노섬유 샘플 2, 샘플 3 및 샘플 4에 남아 있다는 것을 나타낸다. 진피 및 표피 내 리도카인의 축적은 나노섬유 층들 (Range: 10 내지 30 ㎍) 보다 시판 패치 (69 ㎍까지) 에서 보다 높다 (도 12 및 도 13). 48 시간에서 피부를 통해 방출된 리도카인의 총량은 조합 매트로부터 가장 많은 방출 (130 ㎍/㎠) 을 나타내고 이어서 시판 패치 (99 ㎍/㎠) 그리고 나노섬유 매트 샘플 2 및 샘플 3로부터의 방출 (각각 36 및 39 ㎍/㎠) 을 나타낸다 (도 10). 흥미롭게도, 방출 레이트들이 최초 리도카인 로딩들로 정규화될 때, 샘플 2 및 샘플 4 (캡슐화된 리도카인을 갖는 나노섬유질 매트들) 는 항상 가장 높은 효율 (20 ％ 내지 80 ％) 을 보여주고, 시판 패치는 48 시간에 2 ％ 삼투만을 나타낸다.

구형의 리도카인 (샘플 2) 또는 리도카인 파우더 (샘플 3) 를 갖는 나노섬유질 층들의 삼투 프로파일들은 매우 유사하고, 이들 사이에 상당한 차이들이 없다 (도 9). 모두에 대해, 대부분의 리도카인이 24 시간 후에 방출되고 이어지는 리도카인의 방출은 선형이다. 리도카인 로딩들의 초기 양은 자유 리도카인을 갖는 매트에서 3 배 이상이고, 이는 두 기술들 사이의 잠재적 상승 작용 효과를 나타낸다. 또한, 샘플 2 및 샘플 3으로부터 방출된 리도카인의 양은 12 시간 후 시판 패치로부터 방출된 리도카인의 양과 비슷하고, 나노섬유질 매트들이 사용될 때 리도카인의 우수한 침투를 나타낸다.

캡슐화된 리도카인과 리도카인 파우더의 조합에 의한 나노섬유질 층 (샘플 4) 으로의 리도카인의 고정화는 매우 상이한 삼투 프로파일을 보인다. 샘플 2, 샘플 3 및 샘플 5는 12 시간 후에 피부를 통해 유사한 양의 방출된 리도카인을 보여주지만, 샘플 4는 12 시간 후에 피부를 통해 최대 4배 높은 방출된 리도카인을 나타낸다 (도 9). 이는 다시 리도카인에 대해 보다 우수한 삼투 프로파일들을 촉진하는 캡슐화된 리도카인과 나노섬유들 간 유리한 상호작용을 암시한다. 또한, 샘플 4는 48 시간에서 피부를 통해 가장 높은 양의 리도카인 (도 9) 이 방출되고 진피에서 (도 10) 그리고 상피에서 (도 11), 리도카인의 상당한 축적을 갖는다. 특히 자유 리도카인을 샘플 (샘플 3) 로부터의 방출과 비교할 때, 매우 유사한 로딩들 (샘플 3에 대해 6 ％까지 그리고 샘플 4에 대해 5 ％) 에도 불구하고, 샘플 4는 항상 상당히 보다 높은 양의 리도카인을 방출한다. 따라서, 자유 리도카인과 함께 캡슐화된 리도카인의 존재는 리도카인 방출 및 삼투 효율을 향상시킨다. 중요하게, 조합 샘플 4는 48 시간에서 25 ％만의 미공핍 리도카인 vs 시판 패치에서 96 ％의 미공핍 리도카인과 같이, 항상 시판 샘플보다 많은 리도카인을 방출한다.

캡슐화된 리도카인을 갖는 나노섬유들의 상승 작용 효과들로 인해, 조합 샘플 내 층들의 상이한 열화 프로파일이 상이한 타입들의 매트들로부터 피부 내로 리도카인의 전달 동안 삼투 프로파일들의 변동들을 야기할 수 있다는 것이 가능하다.

추가 연구들

3 가지 다른 Franz 셀 연구들이 수행되고, 이 결과들은 이하에 개요로 서술된다. 패치들은 4 ℃에서 4 개월 동안 저장 후에 안정하고 조합 패치로부터 리도카인의 방출은 2 시간만큼 빨리 시작된다고 결론이 났다. 이는 시판 패치로부터 항상 획득된 것보다 대략 2 내지 7 배 빠르다. 패치들은 다음과 같이 준비되었다:

도 16 내지 도 19를 참조하면, Franz 셀 실험들에서 폴리머 및 리도카인 입자들의 상이한 배치들을 사용한 3가지 별도의 연구들에서 조합 패치들의 퍼포먼스가 예시된다. 조합 패치 및 시판 패치로부터 리도카인의 삼투가 인간 피부를 통해 측정되었다 (항상 새롭게 획득됨). 도 16의 그래프는 12 시간보다 이른 시간들에 (피부를 통한) 리도카인의 방출을 도시한다. 도 17의 그래프는 최대 48 시간 동안 상이한 시간들에서 피부를 통해 방출된 리도카인을 도시한다. 도 18 내지 도 19의 그래프들은 2 개의 별도의 실험들에서 24 시간에 걸쳐 상이한 패치들의 배치로부터 방출된 리도카인을 도시한다.

도 20을 참조하면, 4 가지 별도의 연구들에 대해 평균된 인간 피부를 통한 24 시간에서 삼투된 리도카인의 백분율(％)로서 조합 패치와 시판 패치 간의 비교가 예시된다. 조합 리도카인 패치로부터 약 80 ％의 리도카인이 24 시간에 방출되는데 비해, 시판 패치로부터 1 ％만이 방출된다.

이들 연구들로부터의 데이터는 시판 패치에 대한 조합 리도카인 패치의 우수성을 강화한다. 이들 연구들로부터의 데이터는 조합 패치로부터 리도카인의 방출이 2 시간 (vs. 시판 패치는 4 시간 이상) 만큼 빨리 시작된다는 것을 보이고, 항상 시판 패치에 대해 획득된 것보다 몇 배 높은 레벨들의 리도카인 방출을 디스플레이한다. 특히, 조합 패치의 리도카인 로딩이 동일한 치수들의 시판 패치보다 60 내지100 배 낮다는 사실에도 불구하고 그러하다.

조합 패치는 보다 높은 방출 효율로 대략 80 ％의 페이로드를 방출하는 시판 패치보다 일정하고 상당히 효과적이다.

나노입자들 (50 내지 100 ㎚ ) 에 의한 피부의 침투

인간 피부는 Franz 셀 실험에서 FITC 라벨이 붙은 실리카 입자들 (60 ㎚까지) 을 함유하는 조합 패치를 사용하여 처치된다. 이렇게 처치된 피부로부터 획득된 피부 각질층 (SC, 즉, 각화된 (keratinized) 죽은 세포들로 구성된 피부의 최외곽 층) 은 15 개 층들로 분할되고 형광 레벨들이 24 시간에 걸친 형광측정에 의해 별도의 층들에서 정량화된다.

도 21을 참조하면, 형광은 하부 층들에서 거의 배경 레벨들을 갖고 피부 각질층의 상단 층들 (1 내지 7) 에서만 검출될 수 있다. 이는 국부적인 도포 후에 입자들이 피부 각질층을 가로질러 침투하지 않을 것 같다는 것을 암시한다.

결론

실리카 매트릭스의 리도카인의 캡슐화는 국제 특허 출원 공보 WO 2006/133519 에 개시된 프로세스의 수정을 사용하여 최적화되고, 적정 사이즈 (대략 60 ㎚) 의 리도카인 함침된 입자들이 생산되고, 특징화되고 나노섬유 부직 매트로 성공적으로 통합된다.

리도카인을 함유하는 3가지 타입들의 나노섬유질 층들은 전기방사 방법을 사용하여 형성된다. 리도카인은 리도카인 파우더를 갖는 PVA 용액, 리도카인을 함유하는 입자들을 갖는 PVA 용액, 및 리도카인 파우더 및 리도카인을 함유하는 입자들의 조합을 갖는 PVA 용액의 전기방사에 의해 바로 나노섬유질 층들 내로 고정된다.

입자들은 나노섬유 매트 내로 통합될 때 리도카인을 방출할 수 있고, USP4 평가에 의해 명확하게 도시된다. 그러나, 상이한 타입들의 매트들로부터 리도카인의 방출 동역학을 생물학적으로 관련된 시스템에서 비교하기 위해, Franz 셀 방법이 사용된다. 나노섬유질 층들의 삼투 프로파일은 처음 12 시간에서 피부를 통해 수용액의 리도카인보다 신속한 침투를 보여준다. 이 프로세스는 능동 수송 또는 수동 확산에 의해 셀들 내로 이송되는 PVA 대사물들에 의한 삼투 촉진에 의해 유발될 수 있다. 데이터는 또한 인간 피부를 통해 리도카인을 방출하기 위해 캡슐화된 리도카인을 갖는 입자들의 능력을 명확하게 도시한다.

일반적으로, 리도카인을 갖는 나노섬유질 매트들은 시판 패치, Versatis와 비교하여 개선된 삼투 효율들을 야기한다. 몇 배 높은 로딩들 (5000x 내지 50000x) 에도 불구하고, Versatis는 12 시간에 샘플 2 및 샘플 3과 유사하고 샘플 4보다 4 배 낮다. 이는 나노섬유 매트들로부터 리도카인의 향상된 삼투성이 PVA 대사물들에 의해 가능한 삼투 촉진으로 인해 섬유들의 생분해성 특질에 기여할 수 있다.

3 배 낮은 리도카인 로딩에도 불구하고, 입자들 내에 캡슐화된 리도카인 (샘플 2) 및 리도카인 파우더 (샘플 3) 을 갖는 나노섬유질 층들을 사용한 삼투 프로파일들은 유사하고, 리도카인을 함유하는 입자들이 섬유들에 첨가될 때 삼투 촉진 효과를 나타낸다. 그러나, 도너의 말단 분석은 샘플 2가 샘플 3보다 많은 잔류 리도카인을 갖고, 보다 큰 리도카인의 방출 제어를 나타낼 수 있다는 것을 보여준다.

두 기술들의 상승 효과는 리도카인이 입자들을 함유하는 리도카인 및 자유 리도카인의 조합 (샘플 4) 과 같은 나노섬유질 층 내로 고정될 때 특히 현저하다. 이 샘플은 매우 독특한 삼투 프로파일을 보여준다.

샘플 4로부터 리도카인 방출 레이트들은 시판 패치를 포함하여 모든 타입들의 매트들에 대해 우수하다. 이는 두 기술들의 상호 유리한 효과들의 가능성을 나타낸다. 이 층은 12 시간 후 피부를 통해 샘플 2 및 샘플 3보다 4 배 높은 리도카인 방출을 보여준다. 데이터는 시판 패치로부터와 같이, 샘플 4로부터 리도카인의 유사한 선형 방출을 보여주지만, 피부의 보다 깊은 층들, 즉 진피에서 비슷한 축적을 갖고 훨씬 보다 많은 양들이 항상 방출된다.

캡슐화된 리도카인을 갖는 입자들 및 리도카인 파우더의 조합을 함유하는 나노섬유들 (샘플 4) 은 캡슐화된 리도카인을 갖는 입자들만을 함유하는 나노섬유들 (샘플 2) 과 비교하여 상이한 삼투 프로파일을 보여준다. 이 현상은 함침된 입자들의 존재시 층들의 상이한 열화 프로파일로 인해, 또는 피부 내로 리도카인의 전달 동안 일부 다른 상승 메커니즘으로 인한 것일 수도 있다.

이러한 리도카인 나노섬유 조합 패치들의 우수성은 리도카인 세라믹 입자들 및 PVA의 상이한 배치들을 사용하여 생산된 나노섬유 패치들의 상이한 배치들이 3 개의 별도의 Franz 셀 실험들에서 사용될 때 강화되고 명백하게 증명되었다.

전반적으로, 나노섬유 패치들은 항상 피부를 통한 리도카인의 방출 백분율의 관점에서 시판 패치보다 우수하게 수행된다. 나노섬유들과 함침된 입자들의 조합은 리도카인 삼투 효율을 상당히 향상시키는 것으로 드러났다. 정확한 메커니즘이 설명될 필요가 있지만, 인자들의 조합은: 섬유들의 생분해성 본질, PVA 대사물들의 삼투 촉진 또는 섬유들 내 입자들의 물리적 통합으로 인한 기계론적 실현가능성에서 역할을 할 수도 있다.

문맥이 달리 요구하거나 반대로 구체적으로 언급되지 않는 한, 단일 정수들, 단계들 또는 엘리먼트들로서 본 명세서에 언급된 본 발명의 정수들, 단계들 또는 엘리먼트들은 단수 또는 복수의 언급된 정수들, 단계들 또는 엘리먼트들을 포괄적으로 포괄한다.

전술한 기술은 본 발명의 예시적인 예로서 주어졌고 당업자에게 자명한 바와 같이, 이에 대한 모든 이러한 수정들 및 변형들이 본 명세서에 언급된 바와 같이 본 발명의 광 범위 및 영역 내에 속하는 것으로 간주된다는 것이 인식될 것이다.

Claims

나노섬유질 매트를 형성하는 전기방사 나노섬유들; 및
상기 나노섬유들 전반에 분산되고 세라믹 매트릭스 및 상기 세라믹 매트릭스 내에 방출가능하게 (releasably) 캡슐화된 도펀트를 포함하는, 세라믹 입자들을 포함하고,
상기 세라믹 입자들은 상기 나노섬유들의 전기방사 동안 상기 나노섬유들 전반에 분산되어, 상기 도펀트는 상기 전기방사 동안 상기 세라믹 매트릭스에 의해 보호되고,
상기 세라믹 매트릭스는 전구체 재료의 폴리머화 생성물, 축합 생성물, 및 교차결합 생성물 중 적어도 하나이고,
상기 전구체 재료는 유기트리알콕시실란을 포함하고, 상기 세라믹 매트릭스는 트리알콕시아미노알킬실란 촉매의 존재시 형성되는, 나노섬유질 매트.
제 1 항에 있어서,
상기 전기방사 나노섬유들은 생분해성 폴리머들 또는 비-생분해성 폴리머들을 포함하는, 나노섬유질 매트.
제 2 항에 있어서,
상기 전기방사 나노섬유들은 셀룰로스 아세테이트, 콜라겐, 엘라스틴, 젤라틴, 히알루론산, 폴리아크릴로니트릴, 폴리카프로락톤, 폴리디옥사논, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리하이드록시부티레이트, 폴리(D-락타이드), 폴리(D,L-락타이드-코-카프로락톤), 폴리(D,L-락타이드-코-글리코라이드) (PLGA), 폴리락타이드, 폴리(L-락타이드), 폴리(L-락타이드-코-카프로락톤-코-글리코라이드), 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐피롤리돈, 소듐 알기네이트, 제인 및 폴리비닐알코올 (PVA) 로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 나노섬유질 매트.
제 3 항에 있어서,
전기방사 나노섬유들은 12 wt.％ PVA 용액으로부터 형성되는, 나노섬유질 매트.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도펀트는 전기방사될 폴리머 용액의 용매에 불완전하게 용해가능한, 나노섬유질 매트.
제 1 항에 있어서,
상기 입자들은 고체, 다공성 구들, 또는 코어를 둘러싸는 하나 이상의 층들을 갖는 상기 코어를 포함하는, 나노섬유질 매트.
제 6 항에 있어서,
상기 입자들은 코어를 둘러싸는 하나 이상의 층들을 갖는 상기 코어를 포함하고, 상기 도펀트는 상기 코어, 또는 쉘 (shell) 또는 둘다에 위치되는, 나노섬유질 매트.
제 7 항에 있어서,
동일하거나 상이한 도펀트들이 상기 코어 및 쉘에 포함되는, 나노섬유질 매트.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 세라믹 매트릭스는 가수분해된 실란을 포함하는, 나노섬유질 매트.
제 1 항에 있어서,
상기 세라믹 매트릭스는 유기로 개질된 실리카 (유기 실리카) 와 같은 유기로 개질된 세라믹을 포함하는, 나노섬유질 매트.
제 1 항에 있어서,
상기 세라믹 매트릭스는 바인딩된 유기기들을 포함하는, 나노섬유질 매트.
제 12 항에 있어서,
바인딩된 유기기들은 에틸, 프로필, 아이소프로필, 부틸, 아이소부틸, 삼차-부틸, 펜틸, 헥실, 아이소옥틸, 데실, 도데실, 사이클로헥실, 사이클로옥틸 또는 사이클로펜틸로부터 선택되는, 나노섬유질 매트.
제 13 항에 있어서,
상기 바인딩된 유기기들은 치환될 수도 있거나 치환되지 않을 수도 있는, 나노섬유질 매트.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 도펀트는 항생제, 진통제, 스코폴라민 (Scopolamine)을 포함하는 소수성 저분자 약품들 및 친수성 저분자 약품들; 스테로이드 호르몬들을 포함하는 치료 목적들을 위한 단백질류, 성장 인자들, 사이토카인류, 항체들, 백신류, 니트로글리세린, 비타민 B12; 및 형광 트레이서 또는 방사성 트레이서로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 나노섬유질 매트.
제 16 항에 있어서,
상기 도펀트는 리도카인인, 나노섬유질 매트.
제 1 항에 있어서,
상기 도펀트는 상기 입자의 중량 또는 부피의 0.01 내지 50 ％를 나타내는, 나노섬유질 매트.
제 1 항에 있어서,
상기 입자들의 직경은 상기 입자들이 상기 매트의 상기 나노섬유들의 무결성을 손상시키지 않고 상기 매트의 상기 나노섬유들에 통합될 수도 있는, 나노섬유질 매트.
제 19 항에 있어서,
상기 세라믹 입자들은 1 ㎚ 내지 1000 ㎚의 직경을 갖는, 나노섬유질 매트.
제 19 항에 있어서,
세라믹 입자 직경은 상기 나노섬유들의 직경의 1.5 배보다 작은, 나노섬유질 매트.
제 1 항에 있어서,
상기 세라믹 입자들은 2 내지 400 ㎡/g의 비표면적을 갖는, 나노섬유질 매트.
제 1 항에 있어서,
상기 도펀트는 1 분 내지 2 주의 기간에 걸쳐 상기 세라믹 입자들로부터 방출될 수 있는, 나노섬유질 매트.
제 1 항 에 있어서,
상기 세라믹 입자들은 용인가능한 캐리어, 희석제, 부형제 및/또는 보조제 (adjuvant) 와 함께 조성물의 형태인, 나노섬유질 매트.
나노섬유질 매트를 형성하는 전기방사 나노섬유들;
상기 나노섬유들 전반에 분산되고 세라믹 매트릭스 및 상기 세라믹 매트릭스 내에 방출가능하게 캡슐화된 도펀트를 포함하는 세라믹 입자들; 및
상기 나노섬유들 전반에 분산된 자유 도펀트를 포함하고,
상기 세라믹 매트릭스는 전구체 재료의 폴리머화 생성물, 축합 생성물, 및 교차결합 생성물 중 적어도 하나이고,
상기 전구체 재료는 유기트리알콕시실란을 포함하고, 상기 세라믹 매트릭스는 트리알콕시아미노알킬실란 촉매의 존재시 형성되는, 나노섬유질 매트.
나노섬유질 매트를 형성하는 방법에 있어서,
나노섬유들을 전기방사하도록 전구체를 함유하는 전기방사 용액을 제공하는 단계;
세라믹 매트릭스 및 상기 세라믹 매트릭스 내에 방출가능하게 캡슐화된 도펀트를 포함하는 세라믹 입자들을 상기 전기방사 용액에 첨가하는 단계; 및
형성된 전기방사 나노섬유들 전반에 분산된 상기 세라믹 입자들을 갖는 상기 나노섬유질 매트를 형성하도록 상기 세라믹 입자들을 포함하는 상기 전기방사 용액을 전기방사하는 단계를 포함하고,
상기 세라믹 매트릭스는 전구체 재료의 폴리머화 생성물, 축합 생성물, 및 교차결합 생성물 중 적어도 하나이고,
상기 전구체 재료는 유기트리알콕시실란을 포함하고, 상기 세라믹 매트릭스는 트리알콕시아미노알킬실란 촉매의 존재시 형성되는, 나노섬유질 매트를 형성하는 방법.
제 26 항에 있어서,
파우더 형태의 도펀트를 상기 전기방사 용액에 첨가하는 단계; 및
형성된 전기방사 나노섬유들 전반에 분산된 상기 세라믹 입자들 및 도펀트를 갖는 상기 나노섬유질 매트를 형성하도록 상기 세라믹 입자들 및 파우더 형태의 도펀트를 포함하는 상기 전기방사 용액을 전기방사하는 단계를 포함하는, 나노섬유질 매트를 형성하는 방법.