KR102391328B1 - Method for Manufacturing and Use of Urease-powered Polydopamine Nanomotors - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생체 조건에서 방광 벽을 통해 침투해 방광 내에 오래도록 잔류할 수 있는 생체 적합한 폴리도파민 나노모터에 관한 것이다. The present invention relates to a biocompatible polydopamine nanomotor that can penetrate through the bladder wall and remain in the bladder for a long time in vivo.

Description

요소분해효소를 이용한 폴리도파민 나노모터의 제조 방법 및 이의 용도{Method for Manufacturing and Use of Urease-powered Polydopamine Nanomotors}Method for Manufacturing and Use of Urease-powered Polydopamine Nanomotors using urease-powered Polydopamine Nanomotors

본 발명은 요소분해효소를 이용한 폴리도파민 나노모터, 상기 폴리도파민 나노모터의 제조 방법 및 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a polydopamine nanomotor using a urease, a method for producing the polydopamine nanomotor, and a use thereof.

방광 치료(intravesical therapy)는 과민성 방광(참고문헌 1), 간질성 방광염(참고문헌 2-4) 및 방광암(참고문헌 5-6)과 같은 다양한 방광 질환의 치료를 위해 카테터를 통해 방광 내로 치료 약물을 직접 주사하는 치료 방법이다. 방광 내 약물 전달은 치료 효과를 극대화하고, 방광 조직을 치료제에 직접 노출시킴으로써 전신 부작용을 최소화하지만, 여전히 한계점을 가지고 있다. 주기적 배뇨로 인해, 방광 내로 투여된 치료제는 빠르게 씻겨 질 수 있으며, 이는 바람직한 치료 효능을 위해 빈번한 반복 주사를 필요로 한다(참고문헌 7). 또한, 치료제의 빈번한 주사는 환자에게 불편함을 줄 뿐 아니라 감염을 유발할 수 있다(참고문헌 8). 따라서, 전달된 약물은 방광 점막에 신속하게 부착되고 방광 내 정상 세포의 기능 교란 없이 배뇨 후에도 그대로 잔류될 수 있어야 한다.Intravesical therapy is a therapeutic drug into the bladder through a catheter for the treatment of various bladder diseases, such as overactive bladder (Ref. 1), interstitial cystitis (Ref. 2-4), and bladder cancer (References 5-6). A direct injection treatment method. Although intravesical drug delivery maximizes the therapeutic effect and minimizes systemic side effects by directly exposing the bladder tissue to the therapeutic agent, it still has limitations. Due to periodic urination, intravesical therapeutic agents can be rapidly flushed away, which requires frequent repeated injections for desirable therapeutic efficacy (Ref. 7). In addition, frequent injection of a therapeutic agent may cause discomfort to the patient as well as infection (Reference 8). Therefore, the delivered drug should be able to rapidly attach to the bladder mucosa and remain intact even after urination without disturbing the function of normal cells in the bladder.

추진될 수 있는 마이크로입자 및 나노입자, 즉 마이크로모터/나노모터는 약물의 빠른 이동 및 생물학적 장벽 침투 등과 같은 장점으로 인해 나노 의학 분야의 잠재적 응용에 큰 관심을 끌고 있다(참고문헌 9-11). 최근에 몇몇 나노모터 연구가 생체 내 적용을 위해 개발되었다. Zn 또는 Mg가 물과 반응하여 수소 가스를 생성하며 위장 관으로 이동하여 약물을 전달하는 시스템이 개발되었다(참고문헌 12-17). 또한 자기장에 의해 움직임이 유도되는 Silica/Fe3O4 기반 마이크로 모터도 생체 내 적용을 위해 개발되었다(참고문헌 18). 상처 봉합에 나노모터 시스템이 적용되었으며, 유리체를 통해 망막으로 약물을 전달하기 위해 Ni 기반의 자기 프로펠러가 개발되었다(참고문헌 19). 이러한 합성 모터들은 기관이나 조직에서 기존의 수동 표적 입자보다 우수한 성능을 보였지만, 합성 마이크로 모터는 생물학적 시스템에 적합하지 않은 무기 재료 또는 금속으로 이루어져 있고, 또한, 다른 장기 및 조직에 대한 생체 내 적용이 전무한 실정이다.Propelled microparticles and nanoparticles, i.e. micromotors/nanomotors, are of great interest for potential applications in nanomedicine because of their advantages such as rapid drug transport and penetration of biological barriers (Refs. 9-11). Recently, several nanomotor studies have been developed for in vivo applications. A system has been developed in which Zn or Mg reacts with water to generate hydrogen gas and moves to the gastrointestinal tract to deliver drugs (References 12-17). In addition, a silica/Fe 3 O 4 based micromotor in which motion is induced by a magnetic field has been developed for in vivo applications (Ref. 18). A nanomotor system has been applied to wound closure, and a Ni-based magnetic propeller has been developed to deliver drugs through the vitreous to the retina (Ref. 19). Although these synthetic motors outperformed conventional passive target particles in organs and tissues, synthetic micromotors are made of inorganic materials or metals that are not suitable for biological systems, and have no in vivo application to other organs and tissues. the current situation.

전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 생체 조건에서 방광 벽을 통해 침투해 방광 내에 오래도록 잔류할 수 있는 생체 적합한 나노모터를 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a biocompatible nanomotor that can penetrate through the bladder wall and remain in the bladder for a long time in vivo.

본 발명은 중공 코어; 및 폴리도파민을 포함하는 쉘을 포함하고, The present invention is a hollow core; and a shell comprising polydopamine;

상기 폴리도파민은 요소분해효소와 결합되어 있으며,The polydopamine is bound to a urease,

상기 요소분해효소는 요소의 존재하에서 기체를 발생시켜 나노모터의 자가 추진을 유도하는 것인 폴리도파민 나노모터를 제공한다. The urease provides a polydopamine nanomotor that generates gas in the presence of urea to induce self-propulsion of the nanomotor.

또한, 본 발명은 실리카 입자에 폴리도파민 쉘을 형성하여 실리카-폴리도파민 코어-쉘 입자를 제조하는 단계;In addition, the present invention comprises the steps of forming a polydopamine shell on silica particles to prepare silica-polydopamine core-shell particles;

실리카-폴리도파민 코어-쉘 입자에서 실리카 입자를 제거하여 중공형 폴리도파민 입자를 제조하는 단계; 및 preparing hollow polydopamine particles by removing the silica particles from the silica-polydopamine core-shell particles; and

상기 중공형 폴리도파민 입자의 표면에 요소분해효소를 결합시켜 요소분해효소가 결합된 중공형 폴리도파민 입자를 제조하는 단계를 포함하는 폴리도파민 나노모터의 제조 방법을 제공한다. It provides a method for producing a polydopamine nanomotor comprising the step of binding a urease to the surface of the hollow polydopamine particle to prepare a hollow polydopamine particle to which the urease is bound.

또한, 본 발명은 전술한 폴리도파민 나노모터를 포함하는 약물 전달체용 담체를 제공한다. In addition, the present invention provides a carrier for a drug delivery system comprising the above-described polydopamine nanomotor.

본 발명에 따른 폴리도파민 나노모터는 점막층을 통하여 침투하여 생체 내에서 오랫동안 잔류할 수 있다. The polydopamine nanomotor according to the present invention can penetrate through the mucosal layer and remain in the body for a long time.

특히, 요소분해효소 추진 폴리도파민 나노모터는 요소의 존재 하에서 자율적으로 움직이고 방광 벽에 도달한 후, 나노모터 표면의 폴리도파민으로 인해 방광 세포에 부착된다. 방광 내에 주사 후, 상기 나노모터는 자가 추진에 의해 깊은 방광 조직에 침투 할 수 있고, 따라서 배뇨 후에도 많은 나노모터가 방광 내에 유지될 수 있다. 이를 통해 방광 내 약물 전달 효율이 우수하며, 치료 효과를 극대화할 수 있다. In particular, urease-driven polydopamine nanomotors move autonomously in the presence of urea, and after reaching the bladder wall, they attach to bladder cells due to polydopamine on the nanomotor surface. After injection into the bladder, the nanomotors can penetrate deep bladder tissue by self-propelling, and thus many nanomotors can be retained in the bladder even after urination. Through this, the efficiency of drug delivery in the bladder is excellent, and the therapeutic effect can be maximized.

도 1에서 (A)는 폴리도파민 나노모터의 방광 벽에의 침투(penetration) 및 잔류(retention)를 나타내는 모식도이고, (B)는 실리카 나노 입자(SiNP) 및 폴리도파민(PDA)을 사용한 폴리도파민 나노모터의 제조 과정을 나타내는 모식도이다.
도 2에서 (A)는 Ur-PDA NC의 HR-TEM 사진 및 (B)는 녹색의 C, 보라색의 N, 노란색의 O, 빨간색의 S에 해당하는 EDS 맵(scale bar = 200 nm)을 나타낸다.
도 3에서 (A)는 폴리도파민 나노모터의 제조 단계 별 유체 역학적(Hydrodynamic) 크기 분포, (B)는 SiNP, PDA@SiNP, PDA NC 및 Ur-PDA NC의 제타 전위(zeta potential), (C)는 SiNP, PDA@SiNP 및 Ur-PDA NC의 FT-IR 스펙트럼 및 (D)는 폴리도파민 나노모터에 접합된 요소분해효소 및 자유(free) 요소분해효소의 활성을 나타낸다.
도 4에서 (A)는 모조 소변(simulated urine) 및 실제 소변(real urine)에서 요소(0, 50 및 100 mM)의 존재하에서 30 초 동안의 폴리도파민 나노모터의 궤적(trajectories), (B)는 MSD로부터 계산된 확산계수 값(** P ≤ 0.01, 요소 vs 요소 없음), (C)는 각 조건(0, 50, 100 mM 및 실제 소변)에서 20 개의 입자(폴리도파민 나노모터)의 x 및 y 좌표 추적으로 분석된, 시간 간격이 증가함에 따른 평균 제곱 변위(mean square displacement, MSD), 및 (D)는 요소의 농도가 증가하는 속도를 나타낸다.
도 5는 폴리도파민 나노모터의 세포 독성 실험 결과를 나타낸다.
도 6은 FITC-표지된 (A) SiNP, (B) PDA NC 및 (C) Ur-PDA NC의 주사 후 깊이(0, 12, 27, 42 및 57 μm)에서 방광의 2-광자 현미경 이미지(Two-photon microscopic images)를 나타낸다. 제1 및 제2 열의 형광 이미지는 각각 주사 후 0 시간 및 12 시간 후에 측정하였다(scale bar = 50 μm).
도 7은 FITC-표지된 그룹의 (A) 방광의 주입(intravesical injection) 후 및 (B) 주사 후 12 시간 후 깊이에서 방광의 평균 형광 강도를 나타낸다(**P ≤ 0.01, Ur-PDA NC vs PDA NC).
도 8은 (A) PBS, FITC-표지된 (B) SiNP, (C) PDA NC 및 (D) Ur- PDA NC의 주사 후 12시간 후의 원상태의 방광(intact bladder)의 사진 이미지(첫번째 행) 및 생체외 형광 이미지(두번째 행)을 나타낸다(scale bar = 1 cm).
FITC-표지된 (E) PDA NC 및 (F) Ur-PDA NC의 주사 후 12 시간 후 방광의 최대 투영 강도(Maximum projection intensity)를 나타낸다(scale bar = 50 μm).
도 9에서 (A)는 FITC-표지된 그룹의 주사 후 12 시간 후 온전한 방광의 형광 강도를 나타낸다. (B)는 FITC-표지된 그룹의 주사 후 12 시간 후, 0 시간 후(100 %)와 비교하여 방광의 형광 강도를 감소시킴을 나타낸다(**P ≤ 0.01, *P ≤ 0.05, PDA NC vs SiNP and Ur-PDA NC vs PDA NC).
도 10은 (A) PBS 및 (B) 폴리도파민 나노모터의 주입 후 12 시간 후 방광 조직의 H&E 염색 결과를 나타낸다(scale bar = 100 μm).
In Figure 1 (A) is a schematic diagram showing the penetration (penetration) and retention (retention) in the bladder wall of polydopamine nanomotors, (B) is polydopamine using silica nanoparticles (SiNP) and polydopamine (PDA) It is a schematic diagram showing the manufacturing process of a nanomotor.
In FIG. 2, (A) is an HR-TEM photograph of Ur-PDA NC, and (B) is an EDS map (scale bar = 200 nm) corresponding to green C, purple N, yellow O, and red S. .
In FIG. 3, (A) is a hydrodynamic size distribution for each manufacturing step of polydopamine nanomotors, (B) is a zeta potential of SiNP, PDA@SiNP, PDA NC and Ur-PDA NC, (C ) shows the FT-IR spectra of SiNP, PDA@SiNP and Ur-PDA NC, and (D) shows the activity of urease and free urease conjugated to polydopamine nanomotors.
In FIG. 4 (A) is trajectories of polydopamine nanomotors for 30 seconds in the presence of urea (0, 50 and 100 mM) in simulated urine and real urine, (B) is the diffusion coefficient value calculated from MSD (**P ≤ 0.01, urea vs no urea), (C) is x of 20 particles (polydopamine nanomotors) in each condition (0, 50, 100 mM and real urine) and mean square displacement (MSD) with increasing time interval, analyzed by y-coordinate tracking, and (D) represent the rate at which the concentration of the element increases.
5 shows the cytotoxicity test results of polydopamine nanomotors.
Figure 6 shows two-photon microscopy images of the bladder at depths (0, 12, 27, 42 and 57 μm) after injection of FITC-labeled (A) SiNPs, (B) PDA NCs and (C) Ur-PDA NCs ( two-photon microscopic images). Fluorescence images of the first and second columns were measured at 0 and 12 hours after injection, respectively (scale bar = 50 μm).
Figure 7 shows the mean fluorescence intensity of the bladder at the depth after (A) intravesical injection and (B) 12 hours after injection of the FITC-labeled group (**P ≤ 0.01, Ur-PDA NC vs. PDA NC).
8 is a photographic image of an intact bladder 12 hours after injection of (A) PBS, FITC-labeled (B) SiNP, (C) PDA NC and (D) Ur-PDA NC (first row). and ex vivo fluorescence images (second row) (scale bar = 1 cm).
Maximum projection intensity of the bladder 12 hours after injection of FITC-labeled (E) PDA NCs and (F) Ur-PDA NCs (scale bar = 50 μm).
9(A) shows the fluorescence intensity of the intact bladder 12 hours after injection of the FITC-labeled group. (B) shows that the FITC-labeled group reduced the fluorescence intensity of the bladder 12 hours after injection and after 0 hours (100%) compared to (**P ≤ 0.01, *P ≤ 0.05, PDA NC vs. SiNP and Ur-PDA NC vs PDA NC).
10 shows the H&E staining results of bladder tissue 12 hours after injection of (A) PBS and (B) polydopamine nanomotors (scale bar = 100 μm).

본 발명은 중공 코어; 및 폴리도파민을 포함하는 쉘을 포함하고, The present invention is a hollow core; and a shell comprising polydopamine;

상기 폴리도파민은 요소분해효소와 결합되어 있으며,The polydopamine is bound to a urease,

상기 요소분해효소는 요소의 존재하에서 기체를 발생시켜 나노모터의 자가 추진을 유도하는 것인 폴리도파민 나노모터에 관한 것이다. The urease relates to a polydopamine nanomotor that generates gas in the presence of urea to induce self-propulsion of the nanomotor.

이하, 본 발명의 폴리도파민 나노모터를 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the polydopamine nanomotor of the present invention will be described in more detail.

본 발명에서 용어 “나노모터(nanomoter)”는 다양한 외부의 자극에 의해 힘을 가져 추진될 수 있는 나노입자로서, 액체 속에서 촉매의 화학반응에 의해 자기 스스로 추진력을 갖는 미세한 고안물로 정의된다. 이러한 나노모터는 액체에서 자기-추진력을 유지하고 임무를 부여받는 동안 복잡하고 난해한 문제들을 해결하는데 기여할 수 있다. In the present invention, the term “nanomotor” is defined as a nanoparticle that can be propelled with force by various external stimuli, and is defined as a microscopic device that has its own driving force by a chemical reaction of a catalyst in a liquid. These nanomotors could contribute to solving complex and esoteric problems while being tasked with maintaining self-propelled forces in liquids.

본 발명에 따른 폴리도파민 나노모터는 중공 코어; 및 폴리도파민을 포함하는 쉘을 포함한다. Polydopamine nanomotors according to the present invention include a hollow core; and a shell comprising polydopamine.

본 발명에서 폴리도파민 나노모터는 속이 빈 나노입자 또는 나노캡슐의 구조를 가진다. 즉, 상기 나노모터의 코어는 중공이다. 상기 코어를 중공으로 형성함으로써, 폴리도파민 나노코어의 무게를 최소화할 수 있으며, 나노모터의 속도를 극대화할 수 있다. 그리고, 이를 통해 점막 내 나노모터의 침투효과를 극대화할 수 있다. In the present invention, the polydopamine nanomotor has a structure of hollow nanoparticles or nanocapsules. That is, the core of the nanomotor is hollow. By forming the core hollow, the weight of the polydopamine nanocore can be minimized and the speed of the nanomotor can be maximized. And, through this, it is possible to maximize the penetration effect of the nanomotors in the mucosa.

본 발명에서 쉘은 폴리도파민을 포함한다. 폴리도파민의 단량체 형태인 도파민(Dopamine)은 바다 속 홍합류(Mussels)에서 발견되는 3,4-Dihydroxy-Lphenylalanine(L-DOPA) 분자의 모방 분자이다. 상기 폴리도파민은 공유결합(Covalent bond) 카테콜(Catechol)과 이민(Imine) 작용기를 가지고 있어 생체물질, 합성 고분자 등의 유기질뿐만 아니라, 전지의 전극 또는 분리막과 같은 고체 표면들에서도 아주 강한 결합을 형성할 수 있다. 따라서, 표면 개질(Surface reforming), 표면 변환(Surface modification), 자기조립 다층박막(Self-assembled multilayer), 나노복합체 박막(Nanocomposite thin film) 등의 형성이 가능하다. 상기 도파민의 카테콜 작용기는 산소의 존재 하에서 쉽게 산화되며 자체-고분자화에 의해 다양한 두께의 폴리도파민 쉘을 형성할 수 있다. In the present invention, the shell includes polydopamine. Dopamine, a monomer form of polydopamine, is a mimic molecule of the 3,4-Dihydroxy-Lphenylalanine (L-DOPA) molecule found in sea mussels. The polydopamine has a covalent bond, catechol and imine functional groups, so it has a very strong bond not only on organic materials such as biomaterials and synthetic polymers, but also on solid surfaces such as electrodes or separators of batteries. can be formed Accordingly, it is possible to form a surface reforming, a surface modification, a self-assembled multilayer, a nanocomposite thin film, and the like. The catechol functional group of dopamine is easily oxidized in the presence of oxygen and can form polydopamine shells of various thicknesses by self-polymerization.

본 발명에서 상기 폴리도파민은 표적 조직, 즉, 점막 조직과 공유/비공유 결합을 형성함으로써 조직에 대한 높은 접착력을 나타낼 수 있다.In the present invention, the polydopamine may exhibit high adhesion to a tissue by forming a covalent/non-covalent bond with a target tissue, that is, a mucosal tissue.

일 구체예에서, 상기 폴리도파민은 도파민의 자가중합체일 수 있다. In one embodiment, the polydopamine may be an autopolymer of dopamine.

일 구체예에서, 쉘의 표면의 폴리도파민은 생체 효소와 결합될 수 있다. 상기 폴리도파민은 생체 효소와 공유결합 또는 수소결합을 통해 결합을 형성할 수 있으며, 구체적으로, 상기 폴리도파민의 카테콜기와 생체 효소의 아민기가 결합을 형성할 수 있다. 이때, 결합은 미셀 첨가반응(Michael addition) 및/또는 쉬프염기반응(Schiff base reaction)에 의해 형성될 수 있다. In one embodiment, polydopamine on the surface of the shell may be bound to a bioenzyme. The polydopamine may form a bond with the bioenzyme through a covalent bond or a hydrogen bond, and specifically, the catechol group of the polydopamine may form a bond with the amine group of the bioenzyme. In this case, the bond may be formed by a micelle addition reaction and/or a Schiff base reaction.

상기 생체 효소는 생체 이용 가능한 효소로서, 생체 내의 화학반응을 매개하는 단백질 촉매제이다. 이러한 생체 효소로 요소분해효소(우레아제, urease)를 사용할 수 있다. The bioenzyme is a bioavailable enzyme, and is a protein catalyst that mediates a chemical reaction in a living body. As such a bioenzyme, a urease (urease, urease) may be used.

상기 요소분해효소는 요소를 가수분해하는 효소이다. 상기 요소분해효소는 방광 내에 높은 농도로 존재하는 요소를 분해하면서 나노모터를 움직일 수 있도록 하는 엔진 역할을 수행할 수 있으며, 또한 생체적합성을 가진다. 상기 요소분해소에 의해 요소는 암모니아 및 이산화탄소로 분해될 수 있다. The urease is an enzyme that hydrolyzes urea. The urease may serve as an engine to move the nanomotor while decomposing urea present in a high concentration in the bladder, and also has biocompatibility. Urea may be decomposed into ammonia and carbon dioxide by the urea decomposition furnace.

일 구체예에서, 폴리도파민 나노모터는 생체 효소의 작용에 의해 기체를 발생시켜 자가 추진을 유도할 수 있다. In one embodiment, the polydopamine nanomotor can induce self-propelling by generating gas by the action of a biological enzyme.

생체 효소가 요소분해효소일 경우, 상기 요소분해효소는 요소 환경하에서 상기 요소를 분해하여 이산화탄소를 발생시키고, 상기 발생된 아산화탄소를 통해 나노모터가 추진 및 구동될 수 있다. 이를 통해, 나노모터는 방광 벽 등의 점막에 부착되며, 또한 점막 내로 침투할 수 있다. 따라서, 요소분해효소를 사용할 경우 폴리도파민 나노모터를 요소분해효소 접합 폴리도파민 나노모터 또는 요소분해효소 추진 폴리도파민 나노모터(Urease-powered Polydopamine Nanomotors)로 표현할 수 있다. When the bioenzyme is a urease, the urease decomposes the urea in a urea environment to generate carbon dioxide, and the nanomotor may be propelled and driven through the generated carbon dioxide. Through this, the nanomotors are attached to mucous membranes such as the bladder wall, and can also penetrate into the mucosa. Therefore, when using urease, polydopamine nanomotors can be expressed as urease-conjugated polydopamine nanomotors or urease-powered polydopamine nanomotors.

일 구체예에서, 쉘의 두께는 10 내지 30 nm 또는 15 내지 25 nm일 수 있다. 상기 두께 범위에서 우수한 생체 적찹성을 부여할 수 있으며, 나노모터의 무게를 최소화하여 상기 나노모터의 속도를 극대화할 수 있다. In one embodiment, the thickness of the shell may be between 10 and 30 nm or between 15 and 25 nm. Excellent biocompatibility can be provided in the thickness range, and the speed of the nanomotor can be maximized by minimizing the weight of the nanomotor.

또한, 폴리도파민 나노모터의 크기는 800 내지 1,500 nm 또는 1,000 내지 1,200 nm일 수 있다. 상기 크기 범위에서 생체 부착 및 생체 내 침투가 용이하다는 장점을 가진다. 상기 크기가 너무 작으면, 나노모터로서의 추진력을 얻을 수 없으며, 크기가 너무 크면, 생체 침투력이 저하될 우려가 있다. In addition, the size of the polydopamine nanomotor may be 800 to 1,500 nm or 1,000 to 1,200 nm. In the above size range, it has the advantage of being easy to adhere to and penetrate into the body. If the size is too small, it is not possible to obtain a driving force as a nanomotor, and if the size is too large, there is a fear that the bio-penetration force is reduced.

일 구체예에서, 폴리도파민 나노모터는 약물을 추가로 포함할 수 있다. 이때, 약물은 쉘의 폴리도파민과 결합을 형성할 수 있다. 상기 약물은 π-ð stacking 과 hydrophobic 결합에 의해 폴리도파민과 결합을 형성할 수 있다. In one embodiment, the polydopamine nanomotor may further include a drug. At this time, the drug may form a bond with polydopamine of the shell. The drug can form a bond with polydopamine by π-ð stacking and hydrophobic bonding.

상기 약물의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 본 발명에서는 항암제를 사용할 수 있다. 상기 항암제로는 파클리탁셀, 텍소티어, 아드리아마이신, 엔도스타틴, 앤지오스타틴, 미토마이신, 블레오마이신, 시스플레틴, 카보플레틴, 독소루비신, 다우노루비신, 이다루비신, 5-플로로우라실 및 메토트렉세이트, 엑티노마이신-D로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. The type of the drug is not particularly limited, and an anticancer agent may be used in the present invention. The anticancer agents include paclitaxel, texotere, adriamycin, endostatin, angiostatin, mitomycin, bleomycin, cisplatin, carbopletin, doxorubicin, daunorubicin, idarubicin, 5-fluorouracil and methotrexate, At least one selected from the group consisting of actinomycin-D may be used.

일 구체예에서, 폴리도파민 나노모터는 방광 질환의 치료용으로 사용될 수 있다. 이때, 방광 질환의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 과민성 방광, 간질성 방광염 및 방광암으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. In one embodiment, polydopamine nanomotors can be used for the treatment of bladder diseases. In this case, the type of bladder disease is not particularly limited, and, for example, may be selected from the group consisting of overactive bladder, interstitial cystitis, and bladder cancer.

일반적으로 방광 질환의 치료는 방광 내로 카테터를 이용하여 약물을 주입하는 방법을 이용하는데, 이때 약물은 방광 벽에 잘 붙지 못하고 빈번한 배뇨작용에 의해 씻겨 내려가 약효의 지속성이 떨어진다는 단점을 가진다. 본 발명에서는 폴리도파민 나노모터를 사용하여, 상기 폴리도파민 나노모터를 방광 내로 주입하면 방광 내 높은 요소 농도에 의해 나노모터가 추진되게 되고, 방광 벽의 점막층을 효율적으로 투과할 수 있다. 또한, 병광 벽 내에 배뇨작용 후에도 더 오래 존재할 있다. 이러한 나노모터의 향상된 침투 및 진류는, 상기 나노모터가 다양한 방광 질환의 치료를 위한 새로운 방법으로 이용될 수 있음을 시사한다. In general, the treatment of bladder disease uses a method of injecting a drug using a catheter into the bladder. At this time, the drug does not adhere well to the bladder wall and is washed away by frequent urination. In the present invention, when the polydopamine nanomotor is injected into the bladder using the polydopamine nanomotor, the nanomotor is propelled by a high urea concentration in the bladder, and the polydopamine nanomotor can efficiently penetrate the mucosal layer of the bladder wall. It may also be present longer after urination within the lesion wall. The improved penetration and penetration of these nanomotors suggests that the nanomotors can be used as a novel method for the treatment of various bladder diseases.

또한, 본 발명은 전술한 폴리도파민 나노모터의 제조 방법에 관한 것이다. In addition, the present invention relates to a method for producing the above-described polydopamine nanomotor.

본 발명에 따른 폴리도파민 나노모터는 실리카 입자에 폴리도파민 쉘을 형성하여 실리카-폴리도파민 코어-쉘 입자를 제조하는 단계;The polydopamine nanomotor according to the present invention comprises the steps of forming a polydopamine shell on silica particles to prepare silica-polydopamine core-shell particles;

실리카-폴리도파민 코어-쉘 입자에서 실리카 입자를 제거하여 중공형 폴리도파민 입자를 제조하는 단계; 및 preparing hollow polydopamine particles by removing the silica particles from the silica-polydopamine core-shell particles; and

상기 중공형 폴리도파민 입자의 표면에 요소분해효소를 결합시켜 요소분해효소가 결합된 중공형 폴리도파민 입자를 제조하는 단계를 통해 제조될 수 있다. By binding a urease to the surface of the hollow polydopamine particles can be prepared through the step of preparing the urease-coupled hollow polydopamine particles.

본 발명에서 실리카-폴리도파민 코어-쉘 입자를 제조하는 단계는 실리카 입자에 폴리도파민 쉘을 형성하는 단계이다. 상기 실리카-폴리도파민 코어-쉘 입자는 PDA@SiNP로 표현할 수 있다. In the present invention, the step of preparing the silica-polydopamine core-shell particles is a step of forming a polydopamine shell on the silica particles. The silica-polydopamine core-shell particles may be expressed as PDA@SiNP.

상기 단계에서는 실리카 입자를 도파민 전구물질 용액에 현탁시켜 수행할 수 있으며, 상기 도파민 전구물질은 실리카 입자 상에서 자가중합하여 폴리도파민으로 제조될 수 있다. In the above step, silica particles may be suspended in a dopamine precursor solution, and the dopamine precursor may be self-polymerized on silica particles to prepare polydopamine.

구체적으로, 도파민은 pH 8.5 정도의 완충 용액(Buffer solution) 하에서 자체-고분자화(자가중합)를 이루고, 이 과정을 통해 형성된 폴리도파민은 반응성이 매우 강하여 그 표면에 새로운 결합을 쉽게 만들어 줄 수 있다. Specifically, dopamine undergoes self-polymerization (self-polymerization) in a buffer solution of about pH 8.5, and polydopamine formed through this process is highly reactive and can easily make new bonds on the surface. .

일 구체예에서, 실리카 입자의 평균 입경은 800 내지 2,000 nm 또는 1,000 내지 1,500 nm일 수 있다.In one embodiment, the average particle diameter of the silica particles may be 800 to 2,000 nm or 1,000 to 1,500 nm.

일 구체예에서, 도파민 전구물질은 도파민 하이드로 클로라이드 (dopamine hydrochloride)일 수 있다. In one embodiment, the dopamine precursor may be dopamine hydrochloride.

일 구체예에서, 도파민 전구물질의 함량은 실리카 입자 100 중량부 대비 60 내지 90 또는 70 내지 80 중량부일 수 있다. In one embodiment, the content of the dopamine precursor may be 60 to 90 or 70 to 80 parts by weight based on 100 parts by weight of the silica particles.

일 구체예에서, 반응은 20 내지 30℃ 또는 상온에서 8 내지 15 시간 또는 10 내지 13 시간 동안 수행될 수 있다. 폴리도파민은 상온에서 자가-고분자화가 가능하므로, 추가적인 시약이나 장비 없이도 코팅이 가능한 장점이 있어 제조상의 공정 비용 및 공정 효율이 우수하다.In one embodiment, the reaction may be performed at 20 to 30° C. or room temperature for 8 to 15 hours or 10 to 13 hours. Since polydopamine can be self-polymerized at room temperature, it has the advantage that it can be coated without additional reagents or equipment, so the manufacturing process cost and process efficiency are excellent.

일 구체예에서, 상기 단계를 수행한 후, 원심분리 및/또는 세척을 수행하여 미반응된 도파민 전구물질을 제거할 수 있다. In one embodiment, after performing the above steps, centrifugation and/or washing may be performed to remove unreacted dopamine precursors.

본 발명에서 중공형 폴리도파민 입자를 제조하는 단계는 실리카-폴리도파민 코어-쉘 입자에서 실리카 입자를 제거하는 단계이다. 상기 중공형 폴리도파민 입자는 PDA NC로 표현할 수 있다. In the present invention, the step of preparing the hollow polydopamine particles is a step of removing the silica particles from the silica-polydopamine core-shell particles. The hollow polydopamine particles may be expressed as PDA NC.

상기 단계는 전술한 단계에서 제조된 실리카-폴리도파민 코어-쉘 입자를 산 용액에 담지하여 수행할 수 있다. 상기 단계를 통해 코어인 실리카 입자가 제거될 수 있다. The above step may be performed by supporting the silica-polydopamine core-shell particles prepared in the above-mentioned step in an acid solution. Silica particles, which are cores, may be removed through the above step.

일 구체예에서, 산 용액은 HF 및 NH4F를 포함할 수 있다. 또한, 산 용액의 pH는 3 내지 6일 수 있다. In one embodiment, the acid solution may include HF and NH 4 F. Also, the pH of the acid solution may be 3 to 6.

일 구체예에서, 상기 단계는 3 내지 10 분 또는 5 내지 7 분 동안 수행될 수 있다. In one embodiment, the step may be performed for 3 to 10 minutes or 5 to 7 minutes.

본 발명에서 요소분해효소가 결합된 중공형 폴리도파민 입자를 제조하는 단계는 중공형 폴리도파민 입자의 표면에 요소분해효소를 결합시키는 단계이다. 상기 요소분해효소가 결합된 중공형 폴리도파민 입자는 폴리도파민 나노모터이며, 요소분해효소 접합(또는 결합) 나노캡슐(또는 나노모터) 또는 Ur-PDA NC라 표현할 수 있다. In the present invention, the step of preparing the hollow polydopamine particles to which urease is coupled is a step of binding the urease to the surface of the hollow polydopamine particles. The hollow polydopamine particle to which the urease is bound is a polydopamine nanomotor, and may be expressed as a urease junction (or binding) nanocapsule (or nanomotor) or Ur-PDA NC.

상기 단계는 PDA NC가 포함된 수용액을 요소분해효소 용액에 첨가하여 수행할 수 있으며, 상기 단계를 통해 PDA NC의 폴리도파민의 카테콜기가 요소분해효소의 아민기와 미셀 첨가반응(Michael addition) 및/또는 쉬프염기반응(Schiff base reaction)을 통해 결합을 형성할 수 있다. The above step can be performed by adding an aqueous solution containing PDA NC to the urease solution, and through the above step, the catechol group of polydopamine of PDA NC is micelle addition reaction with the amine group of urease (Michael addition and / Alternatively, a bond may be formed through a Schiff base reaction.

일 구체예에서, 반응은 20 내지 30℃ 또는 상온에서 8 내지 15 시간 또는 10 내지 13 시간 동안 수행될 수 있다.In one embodiment, the reaction may be performed at 20 to 30° C. or room temperature for 8 to 15 hours or 10 to 13 hours.

본 발명의 폴리도파민 나노모터의 제조 방법에서는 중공형 폴리도파민 입자의 표면에 약물을 결합시키는 단계를 추가로 수행할 수 있다. 이때, 폴리도파민에의 약물의 결합은 요소분해효소가 결합된 후에 수행될 수 있으나, 요소분해효소를 결합시키기 전에 상기 약물을 먼저 결합시킬 수도 있다. In the method for producing a polydopamine nanomotor of the present invention, a step of binding a drug to the surface of the hollow polydopamine particle may be additionally performed. In this case, the binding of the drug to polydopamine may be performed after the urease is bound, but the drug may be bound first before binding the urease.

일 구체예에서, 약물은 π-π stacking 과 hydrophobic 결합에 의해 폴리도파민과 결합을 형성할 수 있다.In one embodiment, the drug may form a bond with polydopamine by π-π stacking and hydrophobic bonding.

일 구체예에서, 약물은 전술한 종류를 사용할 수 있다. In one embodiment, the drug may be of any of the aforementioned types.

또한, 본 발명은 전술한 폴리도파민 나노모터의 용도에 관한 것이다. The present invention also relates to the use of the aforementioned polydopamine nanomotors.

본 발명에 따른 폴리도파민 나노모터는 약물 전달체용 담체로서 사용될 수 있다. 또한, 상기 폴리도파민 나노모터는 카테터 등의 의료 장비에 코팅되어 생체 내로 주입될 수 있다.The polydopamine nanomotor according to the present invention can be used as a carrier for a drug delivery system. In addition, the polydopamine nanomotor may be coated on a medical device such as a catheter and injected into a living body.

상기 폴리도파민 나노모터는 약물을 포함할 수 있으며, 상기 약물은 나노모터의 추진에 의해 점막을 통해 생체 내로 전달될 수 있다. 이때, 약물의 종류로 전술한 종류를 사용할 수 있다. The polydopamine nanomotor may include a drug, and the drug may be delivered into the living body through the mucosa by the propulsion of the nanomotor. In this case, the above-mentioned kind may be used as the kind of drug.

본 발명의 폴리도파민 나노모터는 약물의 종류에 따라 다양한 질환의 치료에 사용될 수 있으며, 구체적으로 방광 질환의 치료에 사용될 수 있다. 상기 방광 질환은 과민성 방광, 간질성 방광염 및 방광암으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. The polydopamine nanomotor of the present invention can be used for the treatment of various diseases depending on the type of drug, and specifically can be used for the treatment of bladder diseases. The bladder disease may be selected from the group consisting of overactive bladder, interstitial cystitis and bladder cancer.

본 발명의 실시예에서는 폴리도파민을 이용하여 중공의 나노 입자(나노모터)를 제작하였다. 폴리도파민은 표적 조직과 공유/비공유 결합을 형성함으로써 조직에 대한 높은 접착력을 나타내었다. 또한, 나노모터를 추진하기 위해, 상기 폴리도파민 나노모터 표면에 효소인 요소분해효소(우레아제)를 접합시켰다. 요소분해효소에 의해 구동되는 나노모터는 방광 내에 높은 농도로 존재하는 요소(~ 300 mM)를 이산화 탄소와 암모니아로 분해하면서 추진되었다. 카테터를 통해 방광에 주입 된 후, 추진력을 통해 방광 벽 내로 침투되고 배뇨 후에도 많은 양의 나노모터가 잔류하고 있음을 확인하였다.In an embodiment of the present invention, hollow nanoparticles (nanomotors) were prepared using polydopamine. Polydopamine exhibited high adhesion to tissues by forming covalent/non-covalent bonds with target tissues. In addition, in order to propel the nanomotor, an enzyme urease (urease) was conjugated to the surface of the polydopamine nanomotor. Nanomotors driven by urease were propelled by decomposing urea (~300 mM) present in high concentrations in the bladder into carbon dioxide and ammonia. It was confirmed that after being injected into the bladder through a catheter, it penetrated into the bladder wall through propulsion and that a large amount of nanomotors remained even after urination.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of Examples. However, the following examples only illustrate the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.

실시예. Example.

<참고> 통계분석<Reference> Statistical analysis

SigmaPlot10.0의 소프트웨어를 사용하여 t-test 를 통해 통계 분석을 수행하였다. ** P<0.01의 값은 통계적으로 유의한 것으로 간주되었다. 데이터는 여러 개별 실험에서 평균 ± 표준편차(SD)로 표시된다. 모든 실험을 3회 수행하고 각 그룹에 대해 20 개의 나노모터를 측정하였다.Statistical analysis was performed through t-test using software of SigmaPlot10.0. ** Values of P<0.01 were considered statistically significant. Data are presented as mean ± standard deviation (SD) from several individual experiments. All experiments were performed in triplicate and 20 nanomotors were measured for each group.

실시예 1. 폴리도파민 나노모터 합성Example 1. Polydopamine nanomotor synthesis

(1) 폴리도파민 나노캡슐(PDA NC) 합성(1) Polydopamine nanocapsule (PDA NC) synthesis

5 mg의 실리카 입자(5 wt%)를 10 mM TRIS 완충용액(pH 8.5)으로 3 번 사전 세척 한 후 원심분리 하여 펠렛을 형성하였다. 생성된 펠렛을 2 mL의 도파민 하이드로 클로라이드 용액(2 mg mL-1)에 재현탁시켰다. 현탁액은 10 분 이내에 어둡게 변하고, 이 반응을 12 시간 동안 진행시켰다. 그 후, 황갈색의 입자를 원심분리(1000 g, 30 초)하고 새로운 TRIS 완충용액으로 세척하여 과량의 반응하지 않은 도파민을 제거 하였다. PDA NC는 2M HF/8 M NH4F 용액(pH 5)으로 실리카 코어를 20℃에서 5 분 동안 제거한 후 원심분리/재분산 공정(4500 g 동안 5 분, 3 cycle)을 통해 제작하였다.5 mg of silica particles (5 wt%) were pre-washed 3 times with 10 mM TRIS buffer (pH 8.5) and centrifuged to form a pellet. The resulting pellet was resuspended in 2 mL of dopamine hydrochloride solution (2 mg mL -1 ). The suspension darkened within 10 minutes and the reaction allowed to proceed for 12 hours. Thereafter, the yellowish-brown particles were centrifuged (1000 g, 30 sec) and washed with fresh TRIS buffer to remove excess unreacted dopamine. PDA NC was manufactured through a centrifugation/redispersion process (4500 g for 5 minutes, 3 cycles) after removing the silica core at 20° C. for 5 minutes with 2M HF/8 M NH 4 F solution (pH 5).

(2) 요소분해효소 접합 폴리도파민 나노모터(Ur-PDA NC) 합성(2) Synthesis of urease-conjugated polydopamine nanomotors (Ur-PDA NC)

(1)에서 합성된 PDA NC가 포함된 수용액을 요소분해효소(3 mg mL-1)를 포함하는 PBS 용액에 현탁시켰다. 실온에서 12 시간 동안 반응을 진행시켰다. 그 후, 요소분해효소 접합(결합) 폴리도파민 나노모터(Ur-PDA NC) 용액을 PBS로 3 회 세척 한 후 원심 분리(5 분 동안 4500 g)하였다. The aqueous solution containing the PDA NC synthesized in (1) was suspended in a PBS solution containing urease (3 mg mL -1 ). The reaction was allowed to proceed at room temperature for 12 hours. Thereafter, the urease-conjugated (binding) polydopamine nanomotor (Ur-PDA NC) solution was washed 3 times with PBS and then centrifuged (4500 g for 5 minutes).

본 발명에서 도 1A는 폴리도파민 나노모터의 방광 벽 침투 및 방광 내 잔류의 개략적인 모식도이다. In the present invention, Figure 1A is a schematic diagram of the bladder wall penetration and retention of polydopamine nanomotors in the bladder.

요소분해효소 추진 폴리도파민 나노모터는 그림 1B에 나타낸 바와 같이 3 단계 공정에 의해 설계되고 제조될 수 있다. 첫 번째 단계에서, 실리카 입자(SiNP)를 Tris-HCl 완충액(pH 8.5)의 도파민 용액에 첨가하여 SiNP(PDA@SiNP) 표면에서 도파민을 중합시킨다. 폴리도파민 필름은 20 nm 두께로 실리카 나노 입자를 완전히 덮음을 알 수 있다. 두번째 단계에서, 실리카 코어를 제거하기 위해 HF 용액을 첨가하고 구조적 형태를 유지하면서 속이 빈 나노캡슐을 제작한다. 나노캡슐의 입자 크기는 대략 1 μm 임을 확인할 수 있다. 그 후, Schiff 염기 반응을 통해 효소의 아민 기와 폴리도파민의 카테콜기의 반응에 의해 나노캡슐 표면에 요소분해효소를 접합시킨다.A urease-driven polydopamine nanomotor can be designed and fabricated by a three-step process as shown in Figure 1B. In the first step, silica particles (SiNP) are added to a dopamine solution in Tris-HCl buffer (pH 8.5) to polymerize dopamine on the SiNP (PDA@SiNP) surface. It can be seen that the polydopamine film completely covers the silica nanoparticles with a thickness of 20 nm. In the second step, HF solution is added to remove the silica core and hollow nanocapsules are fabricated while maintaining the structural shape. It can be seen that the particle size of the nanocapsules is approximately 1 μm. Thereafter, the urease is conjugated to the surface of the nanocapsule by the reaction of the amine group of the enzyme with the catechol group of polydopamine through the Schiff base reaction.

실험예 1. 요소분해효소 접합 나노모터(Ur-PDA NC)의 특성 분석Experimental Example 1. Characterization of urease conjugated nanomotors (Ur-PDA NC)

(1) 방법(1) method

먼저, 요소분해효소 접합 나노모터(Ur-PDA NC)의 특징적인 형태를 고해상도 투과 전자 현미경(HR-TEM)으로 확인하였으며, 구성 성분을 에너지 분산 스펙트럼(EDS)을 통해 확인하였다. First, the characteristic morphology of the urease-conjugated nanomotor (Ur-PDA NC) was confirmed by high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM), and the components were confirmed through energy dispersive spectrum (EDS).

또한, 합성 단계 별로 나노캡슐의 크기 및 제타 전위를 측정하였으며, 표면 특성의 변형을 FT-IR 스펙트럼을 통해 측정하였다. In addition, the size and zeta potential of the nanocapsules were measured for each synthesis step, and the deformation of the surface properties was measured through the FT-IR spectrum.

(2) 결과(2) Results

요소분해효소 접합 나노모터(Ur-PDA NC)의 HR-TEM 사진을 도 2A에 나타내었다. The HR-TEM image of the urease-conjugated nanomotor (Ur-PDA NC) is shown in FIG. 2A.

상기 도 2A에 나타난 바와 같이, 요소분해효소의 결합 후에도 나노모터는 속이 빈 구조를 갖는 캡슐 형상을 유지하고, 나노모터의 크기는 1 μm 인 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 2A , it can be seen that the nanomotor maintains a capsule shape having a hollow structure even after binding of the urease, and the size of the nanomotor is 1 μm.

에너지 분산 스펙트럼(EDS) 결과를 도 2B에 나타내었다. The energy dispersion spectrum (EDS) results are shown in FIG. 2B.

상기 도 2B에 나타난 바와 같이, 요소분해효소 접합 나노모터(Ur-PDA NC)는 탄소, 질소, 산소 및 황 성분을 포함하는 것을 확인할 수 있다. 특히, 황은 요소분해효소의 사이올 기에 의해 검출되는 것으로, 이를 통해 요소분해효소가 나노모터에 접합되었음을 확인할 수 있다. 검출된 탄소, 질소 및 산소 및 황의 조성은 각각 68.02, 13.93, 17.03 및 1.01% 였다.As shown in FIG. 2B, it can be confirmed that the urease conjugated nanomotor (Ur-PDA NC) includes carbon, nitrogen, oxygen and sulfur components. In particular, sulfur is detected by the thiol group of the urease, and through this, it can be confirmed that the urease is conjugated to the nanomotor. The detected compositions of carbon, nitrogen and oxygen and sulfur were 68.02, 13.93, 17.03 and 1.01%, respectively.

한편, 합성 단계 별 나노캡슐의 크기를 도 3A에 나타내었다. Meanwhile, the size of the nanocapsules for each synthesis step is shown in FIG. 3A.

도 3A에 나타난 바와 같이, 나노캡슐의 크기는 합성 단계 별로 조금씩 변화하는 것을 확인할 수 있다. 폴리도파민 코팅으로 인해 PDA@SiNP의 크기가 SiNP 보다 커졌으며, 실리카 코어를 제거한 후 PDA NC의 크기가 살짝 작아진 것을 확인할 수 있다. 또한, 마지막 단계에서 Ur-PDA NC의 크기가 다시 살짝 커져 요소분해효소의 성공적인 접합을 간접적으로 확인할 수 있다. As shown in Fig. 3A, it can be seen that the size of the nanocapsules is slightly changed for each synthesis step. It can be seen that the size of PDA@SiNP was larger than that of SiNP due to the polydopamine coating, and the size of PDA NC was slightly reduced after removing the silica core. In addition, in the last step, the size of Ur-PDA NCs increased slightly again, which indirectly confirms successful conjugation of urease.

또한, 합성 단계 별 나노캡슐의 제타 전위 분석 결과를 도 3B에 나타내었다. 상기 제타 전위는 각 제조 단계에서 생성된 나노캡슐의 전하 특성을 보여주며, 실리카 코어는 음의 제타 전위(-43 ± 0.87 mV)를 보인 반면, PDA@SiNP는 폴리도파민 표면의 아민기로 인해 20.6 ± 0.89 mV의 양의 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 요소분해효소의 접합 후, 나노캡슐의 제타 전위 값은 요소분해효소 분자의 도입으로 인해 음성을 나타내었다(-23.5 ± 0.70 mV). In addition, the zeta potential analysis results of the nanocapsules for each synthesis step are shown in FIG. 3B. The zeta potential shows the charge characteristics of the nanocapsules generated in each manufacturing step, and the silica core showed a negative zeta potential (-43 ± 0.87 mV), whereas the PDA@SiNP showed 20.6 ± due to the amine group on the polydopamine surface. It can be seen that a positive value of 0.89 mV is indicated. However, after conjugation of the urease, the zeta potential value of the nanocapsule was negative due to the introduction of the urease molecule (-23.5 ± 0.70 mV).

또한, FT-IR 스펙트럼 측정 결과를 도 3C에 나타내었다. 상기 FT-IR 스펙트럼은 표면 특성의 변형과 요소분해효소의 성공적인 접합의 증거를 보여줄 수 있다. 1020-1110 cm-1에서의 강한 흡수 픽은 Si-O-Si 비대칭 스트레칭 진동에 해당하고, 960 cm-1에서의 픽은 Si-OH의 비대칭 굽힘 및 스트레칭 진동에 기인한다. 폴리도파민으로 코팅 한 후, 아미드 그룹에서 N-H의 전단 진동 및 도파민의 방향족 고리에 상응하는 1520 및 1615 cm-1에서 새로운 흡수 픽이 관찰되었다. 실리카 코어를 제거하고 요소분해효소를 접합 한 후, Si-O-Si 및 Si-OH의 피크가 사라지고 약한 강도를 갖는 요소분해효소의 몇몇 특징적인 흡수 픽이 1000-1800 cm-1의 범위에서 관찰되었다. In addition, the FT-IR spectrum measurement result is shown in FIG. 3C. The FT-IR spectrum can show evidence of modification of surface properties and successful conjugation of urease. The strong absorption peak at 1020-1110 cm -1 corresponds to the Si-O-Si asymmetric stretching oscillations, and the peak at 960 cm -1 is due to the asymmetric bending and stretching oscillations of Si-OH. After coating with polydopamine, shear oscillations of NH in the amide group and novel absorption picks at 1520 and 1615 cm −1 corresponding to the aromatic ring of dopamine were observed. After removing the silica core and bonding the urease, the peaks of Si-O-Si and Si-OH disappear, and some characteristic absorption peaks of the urease with weak strength are observed in the range of 1000-1800 cm -1 became

실험예 2. 요소분해효소 정량 및 요소분해효소 활동성 분석Experimental Example 2. Quantification of urease and analysis of urease activity

(1) 방법(1) method

폴리도파민 나노모터의 표면에 존재하는 요소분해효소의 농도는 BCA 단백질 분석 키트를 사용하여 측정하였다. 상기 BCA 단백질 분석 키트는 단백질의 양을 펩티드 결합에 의한 구리의 감소와 관련시켜 단백질의 양을 정량한다.The concentration of urease present on the surface of the polydopamine nanomotor was measured using a BCA protein analysis kit. The BCA protein assay kit quantifies the amount of protein by correlating the amount of the protein with the reduction of copper by peptide binding.

또한, PDA NC에 결합된 요소분해효소의 효소 활성을 Berthelot의 방법에 의해 생성된 암모니아의 농도를 결정하는 상용 키트를 사용하여 평가하였다. In addition, the enzymatic activity of urease bound to PDA NC was evaluated using a commercial kit for determining the concentration of ammonia produced by Berthelot's method.

이때, 나노모터의 농도는 0.5 mg mL-1이며, 제조사의 지시에 따라 실험을 수행 하였다.At this time, the concentration of the nanomotor was 0.5 mg mL -1 , and the experiment was performed according to the manufacturer's instructions.

(2) 결과(2) Results

폴리도파민 나노모터 표면의 요소분해효소의 양을 BCA 단백질 분석 키트를 사용하여 정량하고, 나노모터에 접합된 요소분해효소와 자유 요소분해효소의 활성을 동일한 농도로 비교 한 결과를 도 3D에 나타내었다. The amount of urease on the surface of the polydopamine nanomotor was quantified using a BCA protein analysis kit, and the results of comparing the activities of the urease conjugated to the nanomotor and the free urease at the same concentration are shown in FIG. 3D .

도 3D에 나타난 바와 같이, 접합된 요소분해효소의 활성은 자유 요소분해효소의 활성과 큰 감소 없이 유사(86%)한 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 요소분해효소가 나노모터의 추진에 사용될 수 있음을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 3D , it can be confirmed that the activity of the conjugated urease was similar (86%) to that of the free urease without a significant decrease. Through this, it can be confirmed that urease can be used for propulsion of nanomotors.

실험예 3. 비디오 녹화 및 나노모터 운동성 분석. Experimental Example 3. Video recording and nanomotor motility analysis.

(1) 방법(1) method

폴리도파민 나노모터의 움직임을 비디오를 관찰하고 기록하기 위해 광학 현미경이 사용되었다. 나노모터의 수용액 샘플을 유리 슬라이드에 놓고 다양한 요소 농도(0, 50 및 100 mM) 및 실제 소변과 잘 혼합 하였다. 실제 소변 실험을 위해, 쥐로부터 소변을 추출하고 1.5 mL e-튜브에 수집 하였다. 소변을 원심 분리하고(5 분 동안 8000 rpm) 0.22 μm 필터를 사용하여 시린지 여과하였다. 소변을 포함하는 나노모터의 운동은 8fps의 프레임 속도로 30 초 동안 기록되었다. 조건 당 20 개 이상의 나노모터를 분석하고 나노모터의 추적 경로, 평균 제곱 변위(MSD) 및 속도를 ImageJ로 분석 하였다. 그 후, MSD 데이터를 다음과 같은 식에 맞추어 확산 계수를 얻었다. An optical microscope was used to observe and record video of the movement of polydopamine nanomotors. Aqueous samples of nanomotors were placed on glass slides and mixed well with various urea concentrations (0, 50 and 100 mM) and real urine. For actual urine experiments, urine was extracted from rats and collected in 1.5 mL e-tubes. Urine was centrifuged (8000 rpm for 5 min) and syringe filtered using a 0.22 μm filter. The movement of the nanomotor containing urine was recorded for 30 s at a frame rate of 8 fps. More than 20 nanomotors per condition were analyzed and the tracking path, mean square displacement (MSD) and velocity of the nanomotors were analyzed with ImageJ. Thereafter, the diffusion coefficient was obtained by matching the MSD data to the following equation.

MSD (Δt) = 4De ΔtMSD (Δt) = 4De Δt

여기서 De는 유효 확산 계수를 나타내고, Δt는 시간 간격을 나타낸다.where De denotes the effective diffusion coefficient and Δt denotes the time interval.

(2) 결과(2) Results

요소분해효소로 구동되는 나노모터는 하기 식 1과 같이 요소를 암모니아와 이산화탄소로 전환한다. The nanomotor driven by the urease converts urea into ammonia and carbon dioxide as shown in Equation 1 below.

(NH2)2CO + H2O → CO2 + 2NH3 (NH 2 ) 2 CO + H 2 O → CO 2 + 2NH 3

비록 합성 모터의 기하학적 비대칭이 추진을 생성 하기 위한 중요한 필요 사항으로 여겨 왔지만, 최근의 연구에 따르면 나노모터 표면에 접합된 분자의 불균형 분포만으로도 효소의 생체 촉매 변환을 통해 추진되는 합성 모터의 추진에 충분하다는 것이 밝혀졌다. 요소분해효소 추진 나노모터의 운동 프로파일은 0, 50 및 100 mM의 요소 농도 및 실제 소변에서 평가되었다. Although the geometrical asymmetry of synthetic motors has been regarded as an important requirement for generating propulsion, recent studies have shown that the unbalanced distribution of molecules conjugated to the surface of nanomotors is sufficient for propulsion of synthetic motors driven through biocatalytic transformation of enzymes. it turned out that The kinetic profiles of urease-driven nanomotors were evaluated at urea concentrations of 0, 50 and 100 mM and real urine.

나노모터의 추적 궤적을 도 4A에 나타내었다. 상기 추적 궤도는 초당 8 프레임으로 30 초 동안 기록되었다. 또한, 속도와 평균 제곱 변위(MSD)를 추적된 궤도를 통해 계산하였으며, 이를 도 4D 및 4C에 나타내었다.The tracking trajectory of the nanomotor is shown in Fig. 4A. The tracking trajectory was recorded for 30 seconds at 8 frames per second. In addition, the velocity and mean square displacement (MSD) were calculated through the tracked trajectory, which is shown in FIGS. 4D and 4C.

요소가 없으면, 나노모터는 브라운 운동에 의해 0.77 μm s-1 속도로 무작위로 움직이며 방향성을 나타내지 않았다. 그러나, 요소가 첨가 된 후(50 및 100 mM), 나노모터는 각각 1.49 및 2.23 μm s-1의 속도에서 향상된 확산 및 방향성을 나타내었다. MSD는 확산 운동의 전형적인 형태로서 시간이 지남에 따라 선형적으로 증가하였고, 요소 농도가 증가함에 따라 추가로 증가하였다. In the absence of the element, the nanomotors were randomly moved at a speed of 0.77 μm s −1 due to Brownian motion and exhibited no directionality. However, after urea was added (50 and 100 mM), the nanomotors exhibited enhanced diffusion and directionality at velocities of 1.49 and 2.23 μm s −1 , respectively. MSD increased linearly with time as a typical pattern of diffusion kinetics, and further increased with increasing urea concentration.

특히, 실제 소변에서 나노모터의 MSD 및 속도는 다른 그룹에 비해 높았으며, 이를 통해 요소분해효소를 이용한 나노모터는 방광 질환 치료에 응용하기에 효과적으로 추진될 수 있음을 확인할 수 있다. In particular, the MSD and speed of nanomotors in actual urine were higher than those of other groups, confirming that nanomotors using urease can be effectively promoted for application to the treatment of bladder diseases.

또한, MSD를 사용하여 유효 확산 계수를 구했으며, 이를 도 4B에 나타내었다. 는 다음 방정식에 맞춰서 구했다. In addition, the effective diffusion coefficient was obtained using MSD, which is shown in FIG. 4B. was obtained according to the following equation.

도 4B에 나타난 바와 같이, 요소 농도가 증가함에 따라 확산이 증가하고, 높은 요소 농도에서 확산 속도가 포화되는 거동을 보이는 것을 확인할 수 있다. 이는, Michaelis-Menten 역학에 의해 가정된 거동과 유사한 거동임을 알 수 있다. As shown in FIG. 4B , it can be seen that diffusion increases as the urea concentration increases, and the diffusion rate becomes saturated at a high urea concentration. It can be seen that this is a behavior similar to the behavior assumed by the Michaelis-Menten mechanics.

실험예 4. 세포 독성 실험Experimental Example 4. Cytotoxicity test

(1) 방법(1) method

생체 내 테스트 전에, 인간 방광 세포(RT4)와 나노모터를 24 시간 동안 배양한 후 나노모터의 세포 적합성을 분석하였다. Before in vivo testing, human bladder cells (RT4) and nanomotors were cultured for 24 hours and then the cell compatibility of the nanomotors was analyzed.

인간 방광암 세포(RT4)를 5%의 이산화탄소를 함유한 가습 인큐베이터에서 37℃에서 배양하였다. 방광암 세포는 10% 소 태아 혈청, 100 IU mL-1 페니실린 및 100 mg mL-1 스트렙토 마이신이 포함된 배지에서 배양하였다. RT4 세포를 나노모터(5, 10, 50, 100, 500 및 1000 μg mL-1)와 함께 24 시간 동안 배양 한 후, 무혈청 배지로 세척하였다. Human bladder cancer cells (RT4) were cultured at 37°C in a humidified incubator containing 5% carbon dioxide. Bladder cancer cells were cultured in a medium containing 10% fetal bovine serum, 100 IU mL -1 penicillin and 100 mg mL -1 streptomycin. RT4 cells were incubated with nanomotors (5, 10, 50, 100, 500 and 1000 μg mL −1 ) for 24 hours, and then washed with serum-free medium.

세포 생존율은 MTT 분석에 의해 평가되었다. MTT 용액을 0.5 mg mL-1의 농도로 제조 한 다음 0.2 μm 필터로 멸균하였다. 이어서, 0.5 mL의 용액을 각 웰에 첨가 하였다. 웰을 37℃에서 30 분 동안 배양하고 200 μL의 DMSO를 첨가 하였다. 2 시간 동안 배양 한 후 595 nm의 파장에서 흡광도를 측정 하였다. Cell viability was assessed by MTT assay. MTT solution was prepared at a concentration of 0.5 mg mL -1 and then sterilized with a 0.2 μm filter. Then, 0.5 mL of the solution was added to each well. The wells were incubated at 37 °C for 30 min and 200 μL of DMSO was added. After incubation for 2 h, absorbance was measured at a wavelength of 595 nm.

(2) 결과(2) Results

세포 독성 실험 결과를 도 5에 나타내었다. The results of the cytotoxicity test are shown in FIG. 5 .

상기 도 5에 나타난 바와 같이, 나노모터의 세포 독성은 1,000 μg mL-1의 농도까지 거의 없는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 5 , it can be confirmed that the cytotoxicity of the nanomotors is almost nonexistent up to a concentration of 1,000 μg mL −1 .

실시예 2. FITC로 표지Example 2. Labeling with FITC

PDA NC 및 Ur-PDA NC를 FITC 형광 염료로 라벨링하기 위해, 100 μL의 FITC 용액(1 mM)을 2 mL의 PDA NC 및 Ur-PDA NC 수용액에 각각 첨가하였다. 혼합물을 12 시간 동안 실온에서 배양하여 반응을 진행하였다. 이어서, 표지된 PDA NC 및 Ur-PDA NC의 용액을 24 시간 동안 투석(3.5 kDa)시켜 과량의 반응하지 않은 FITC 분자를 제거 하였다.To label PDA NCs and Ur-PDA NCs with FITC fluorescent dye, 100 μL of FITC solution (1 mM) was added to 2 mL of PDA NCs and Ur-PDA NC aqueous solutions, respectively. The mixture was incubated at room temperature for 12 hours to proceed with the reaction. Then, a solution of labeled PDA NCs and Ur-PDA NCs was dialyzed (3.5 kDa) for 24 hours to remove excess unreacted FITC molecules.

컨트롤로서, SiO2는 이전에 다른 곳에서 보고 된 바와 같이 FITC로 표지하였다. 50 μL의 APTES를 2 mL의 SiO2 나노 입자 용액(5mg mL-1의 에탄올)에 첨가하였다. 실온에서 12 시간 동안 교반 한 후, 변형된 실리카 나노 입자를 분리하고 원심 분리/재분산 공정(1000 g, 30 초, 3 cycle)으로 과량의 APTES를 제거하였다. 그 후, 생성 된 용액 1 mL를 0.5 mL의 FITC 에탄올 용액(1 mM)과 혼합하였다. 4 시간 동안 교반한 후, 원심 분리/재분산 공정(1000 g, 30 초, 3 cycle)에 의해 입자를 수집 하였다.As a control, SiO 2 was labeled with FITC as previously reported elsewhere. 50 μL of APTES was added to 2 mL of SiO 2 nanoparticle solution (5 mg mL −1 of ethanol). After stirring at room temperature for 12 hours, the modified silica nanoparticles were separated and excess APTES was removed by centrifugation/redispersion process (1000 g, 30 sec, 3 cycle). Then, 1 mL of the resulting solution was mixed with 0.5 mL of FITC ethanol solution (1 mM). After stirring for 4 hours, the particles were collected by centrifugation/redispersion process (1000 g, 30 sec, 3 cycle).

실험예 5. 방광 내 나노모터의 이광자 형광 이미징Experimental Example 5. Two-photon fluorescence imaging of nanomotors in the bladder

(1) 방법(1) method

나노모터의 방광 벽 침투 및 방광 내 잔류 능력을 조사하기 위해, FITC 형광 물질을 모터 표면에 표지하였다. 또한, 대조군으로서 SiNP 및 PDA NC 그룹에도 FITC를 표면에 표지하였다.To investigate the ability of nanomotors to penetrate the bladder wall and remain in the bladder, FITC fluorescent materials were labeled on the motor surface. In addition, SiNP and PDA NC groups as controls were also labeled with FITC on the surface.

SD 암컷 쥐를 무작위로 세 그룹(SiNP, PDA NC, Ur-PDA NC)(n=3)으로 나누고, 쥐를 흡입마취를 통해 마취시켰다. FITC 표지된 SiNP, PDA NC 및 Ur-PDA NC 50 μL 현탁액을 카테터를 통해 방광 내로 투여하였다. 0 시간 및 12 시간의 투여 후, 마우스를 희생시키고, 방광벽을 관찰하기 위해 그대로 방광을 절개하고 절단하였다. 이어서, 조직을 PBS로 헹구고 평평하게 하고, 이광자 현광 현미경을 사용하여 시각화 하였다. SD female rats were randomly divided into three groups (SiNP, PDA NC, Ur-PDA NC) (n=3), and the rats were anesthetized by inhalation anesthesia. 50 μL suspensions of FITC-labeled SiNPs, PDA NCs and Ur-PDA NCs were administered via catheter into the bladder. After 0 and 12 hours of dosing, mice were sacrificed and the bladder was dissected and excised intact to examine the bladder wall. Tissues were then rinsed with PBS, leveled, and visualized using two-photon fluorescence microscopy.

FITC의 이광자 형광 신호 및 콜라겐 구조의 2 차 고조파 생성 (SHG)은 950 nm의 파장에서 관찰되었다. 이미지를 512×512 픽셀에서 Z-스택(xyz, 400 Hz)으로 수집하고 Leica의 LAS AF Lite 2.6.1로 분석 하였다.The two-photon fluorescence signal of FITC and the second harmonic generation (SHG) of the collagen structure were observed at a wavelength of 950 nm. Images were collected as Z-stacks (xyz, 400 Hz) at 512 × 512 pixels and analyzed with Leica's LAS AF Lite 2.6.1.

(2) 결과(2) Results

도 6 및 도 7은 FITC로 표지된 그룹의 주사 후 0 시간 및 12 시간 후에 방광의 형광 세기를 시각화하고 정량화한 결과를 나타낸다. 모든 쥐는 12 시간 동안 수 차례 소변을 보았고 샘플 보유 분석에 사용되었다.6 and 7 show the results of visualization and quantification of bladder fluorescence intensity 0 and 12 hours after injection of the FITC-labeled group. All rats urinated several times during 12 h and were used for sample retention analysis.

SiNP 그룹의 경우 방광 벽에서 녹색 형광 세기가 굉장히 낮음을 확인하였지만(도 5A) PDA NC 및 Ur-PDA NC 그룹의 경우 방광 벽에서 강한 녹색 형광이 관찰되는 것을 확인할 수 있다(도 6B 및 C). 이를 통해 폴리도파민은 방광 조직에 대한 부착을 향상시키는 것을 확인할 수 있다.In the case of the SiNP group, it was confirmed that the intensity of green fluorescence in the bladder wall was very low (FIG. 5A), but in the case of the PDA NC and Ur-PDA NC groups, strong green fluorescence was observed in the bladder wall (FIG. 6B and C). Through this, it can be confirmed that polydopamine improves adhesion to bladder tissue.

특히, 방광 벽에서 Ur-PDA NC는 60μm 깊이까지 관찰되었다(도 7A). 나노모터의 추진은 방광 내의 점막층을 통한 침투를 가능하게 할 수 있다. 형광 강도의 감소에도 불구하고, 형광 경향은 주사 후 12 시간 후에도 유사하였다. 배뇨로 인해 모든 그룹의 형광 강도가 방광 벽 내 27μm까지 감소한 반면, 27μm보다 깊은 형광은 12 시간 후에도 보존되는 것을 확인할 수 있다(도 7B). 이를 통하여 방광 내에 오래도록 잔류하기 위해, 나노모터의 방광 벽 침투는 반드시 필요한 요건임을 확인할 수 있다.In particular, Ur-PDA NCs were observed up to a depth of 60 μm in the bladder wall (Fig. 7A). Propulsion of nanomotors could enable penetration through the mucosal layer within the bladder. Despite the decrease in fluorescence intensity, the fluorescence trend was similar even after 12 h after injection. It can be seen that the fluorescence intensity of all groups decreased to 27 μm in the bladder wall due to urination, whereas the fluorescence deeper than 27 μm was preserved even after 12 hours ( FIG. 7B ). Through this, it can be confirmed that in order to remain in the bladder for a long time, the penetration of the nanomotor into the bladder wall is a necessary requirement.

실험예 6. 생체 형광 이미징Experimental Example 6. In vivo fluorescence imaging

(1) 방법(1) method

배뇨 후 온전한 방광에서 샘플의 잔류를 추가로 조사하기 위해, 방광 내 주사 12 시간 후 전체 방광의 형광 세기를 시각화하고 정량화 하였다.To further investigate the retention of the sample in the intact bladder after urination, the fluorescence intensity of the entire bladder was visualized and quantified 12 h after intravesical injection.

SD 암컷 쥐를 무작위로 4 개의 그룹(대조군, SiNP, PDA NC, Ur-PDA NC)으로 나누고(n=3), 쥐를 흡입하여 마취시킨 다음, FITC 표지된 샘플을 방광 내(50 μL)에 카테터를 통해 주사하였다. 주사 12 시간 후, 생체 내 형광 이미징 시스템을 사용하여 500 내지 550 nm의 파장 범위에서 형광 이미지를 수득하였다. 방광을 희생된 쥐로부터 추출하고 절제하여 생체 형광 이미징 시스템으로 관찰하였다.SD female rats were randomly divided into 4 groups (control, SiNP, PDA NC, Ur-PDA NC) (n=3), the rats were anesthetized by inhalation, and then FITC-labeled samples were injected intravesically (50 µL). Injected via catheter. 12 hours after injection, fluorescence images were obtained in the wavelength range of 500 to 550 nm using an in vivo fluorescence imaging system. Bladder was extracted from sacrificed mice, excised, and observed with an in vivo fluorescence imaging system.

(2) 결과(2) Results

그 결과를 도 8 및 도 9에 나타내었다. The results are shown in FIGS. 8 and 9 .

도 8A-E 및 9A에 나타난 바와 같이, FITC 표지된 PDA NC 및 Ur-PDA NC의 형광 세기는 다른 그룹(대조군 및 SiNP)보다 강한 것을 확인할 수 있다. 특히, Ur-PDA NC는 가장 강한 형광 강도를 나타냈다. As shown in FIGS. 8A-E and 9A , the fluorescence intensity of FITC-labeled PDA NCs and Ur-PDA NCs was stronger than that of other groups (control and SiNP). In particular, Ur-PDA NCs showed the strongest fluorescence intensity.

또한, 배뇨 전 후 각 그룹의 형광 세기를 비교한 결과, 도 9B에 나타난 바와 같이, 12 시간 후에 SiNP, PDA NC 및 Ur-PDA NC 그룹의 방광 형광 세기는 각각 4.5 %, 35.8 % 및 49.2 %로 감소했으며, 배뇨 후 다른 그룹과 비교하여 상당한 양의 Ur-PDA NC가 남아 있는 것을 확인할 수 있다. 이는 요소분해효소 추진 폴리도파민 나노모터 시스템이 방광 질환에 효과적인 약물 전달 시스템 일 수 있음을 시사한다.In addition, as a result of comparing the fluorescence intensity of each group before and after urination, as shown in FIG. 9B, the bladder fluorescence intensity of the SiNP, PDA NC and Ur-PDA NC groups after 12 hours was 4.5%, 35.8%, and 49.2%, respectively. decreased, and it can be seen that a significant amount of Ur-PDA NC remains after urination compared with other groups. This suggests that the urease-driven polydopamine nanomotor system may be an effective drug delivery system for bladder disease.

실험예 7. 조직분석Experimental Example 7. Tissue analysis

(1) 방법(1) method

나노모터의 방광 내 잔류 확인 후, 방광 조직의 조직학적 분석을 H&E 염색으로 수행 하였다.After confirming the presence of nanomotors in the bladder, histological analysis of the bladder tissue was performed by H&E staining.

PBS 및 요소분해효소 추진 나노모터를 방광 내로 24 시간 주사 후, 12 시간 후에 방광을 희생된 쥐로부터 추출하고 절제하여 4% paraformaldehyde에 고정시켰다. 고정된 방광은 파라핀 블록에 매립되었고, H&E 염색을 위해 4 μm 두께의 섹션이 만들어 졌다. 염색된 부분을 광학 현미경으로 관찰 하였다.PBS and urease-propelled nanomotors were injected into the bladder for 24 hours, and after 12 hours, the bladder was extracted from the sacrificed mice, excised, and fixed in 4% paraformaldehyde. The fixed bladder was embedded in paraffin blocks, and 4 μm-thick sections were made for H&E staining. The stained area was observed under an optical microscope.

(2) 결과(2) Results

염색 결과를 도 10에 나타내었다. The staining results are shown in FIG. 10 .

도 10에 나타난 바와 같이, PBS와 나노모터를 주입한 방광 조직에서 큰 차이가 없음을 확인할 수 있다. 이는 나노모터가 조직독성이 없음을 보여준다. As shown in Figure 10, it can be confirmed that there is no significant difference in the bladder tissue injected with PBS and nanomotors. This shows that the nanomotors are not histotoxic.

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13. de Avila, B. E.-F.; Angsantikul, P.; Li, J.; Lopez-Ramirez, M. A.; Ram

Figure 112020025143405-pat00001
rez-Herrera, D. E.; Thamphiwatana, S.; Chen, C.; Delezuk, J.; Samakapiruk, R.; Ramez, V.; Obonyo, M.; Zhang, L.; Wang, J. Micromotor-enabled Active Drug Delivery for In Vivo Treatment of Stomach Infection. Nat. Commun. 2017, 8, 272. 13. de Avila, B.E.-F.; Angsantikul, P.; Li, J.; Lopez-Ramirez, MA; Ram
Figure 112020025143405-pat00001
rez-Herrera, DE; Thamphiwatana, S.; Chen, C.; Delezuk, J.; Samakapiruk, R.; Ramez, V.; Obonyo, M.; Zhang, L.; Wang, J. Micromotor-enabled Active Drug Delivery for In Vivo Treatment of Stomach Infection. Nat. Commun. 2017, 8, 272.

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16. Wu1, Z.; Li, L.; Yang, Y.; Hu, P.; Li, Y.; Yang, S. Y.; Wang, L. V.; Gao, W. A Microrobotic System Guided by Photoacoustic Computed Tomography for Targeted Navigation in Intestines In Vivo. Sci. Robot. 2019, 4, 24.16. Wu1, Z.; Li, L.; Yang, Y.; Hu, P.; Li, Y.; Yang, S. Y.; Wang, L. V.; Gao, W. A Microrobotic System Guided by Photoacoustic Computed Tomography for Targeted Navigation in Intestines In Vivo. Sci. Robot. 2019, 4, 24.

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19. Wu, Z.; Troll, J.; Jeong, H.; Wei, Q.; Stang, M.; Ziemssen, F.; Wang, Z.; Dong, M.; Schnichels, S.; Qiu, T.; Fischer, P. A Swarm of Slippery Micropropellers Penetrates the Vitreous Body of the Eye. Sci. Adv. 2018, 4, eaat4388.19. Wu, Z.; Troll, J.; Jeong, H.; Wei, Q.; Stang, M.; Ziemssen, F.; Wang, Z.; Dong, M.; Schnichels, S.; Qiu, T.; Fischer, P. A Swarm of Slippery Micropropellers Penetrates the Vitreous Body of the Eye. Sci. Adv. 2018, 4, eaat4388.

Claims (12)

중공 코어; 및 폴리도파민을 포함하는 쉘을 포함하고,
상기 폴리도파민은 요소분해효소와 결합되어 있으며,
상기 요소분해효소는 요소의 존재하에서 기체를 발생시켜 나노모터의 자가 추진을 유도하고,
크기는 800 내지 1,500 nm인 폴리도파민 나노모터.
hollow core; and a shell comprising polydopamine;
The polydopamine is bound to a urease,
The urease induces self-propelling of the nanomotor by generating gas in the presence of urea,
A polydopamine nanomotor having a size of 800 to 1,500 nm.
제 1 항에 있어서,
폴리도파민의 카테콜기와 요소분해효소의 아민기가 결합을 형성하는 것인 폴리도파민 나노모터.
The method of claim 1,
A polydopamine nanomotor that forms a bond between the catechol group of polydopamine and the amine group of urease.
제 1 항에 있어서,
쉘의 두께는 10 내지 30 nm인 것인 폴리도파민 나노모터.
The method of claim 1,
The thickness of the shell is 10 to 30 nm polydopamine nanomotors.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
폴리도파민 나노모터에 약물이 결합되어 있는 것인 폴리도파민 나노모터.
The method of claim 1,
A polydopamine nanomotor in which a drug is bound to a polydopamine nanomotor.
제 5 항에 있어서,
약물은 항암제이며, 상기 항암제는 파클리탁셀, 텍소티어, 아드리아마이신, 엔도스타틴, 앤지오스타틴, 미토마이신, 블레오마이신, 시스플레틴, 카보플레틴, 독소루비신, 다우노루비신, 이다루비신, 5-플로로우라실 및 메토트렉세이트, 엑티노마이신-D로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것인 폴리도파민 나노모터.
6. The method of claim 5,
The drug is an anticancer agent, and the anticancer agent is paclitaxel, texotere, adriamycin, endostatin, angiostatin, mitomycin, bleomycin, cisplatin, carboplatin, doxorubicin, daunorubicin, idarubicin, 5-fluoro A polydopamine nanomotor that is at least one selected from the group consisting of uracil, methotrexate, and actinomycin-D.
제 1 항에 있어서,
과민성 방광, 간질성 방광염 및 방광암으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 방광 질환의 치료용으로 사용되는 것인 폴리도파민 나노모터.
The method of claim 1,
A polydopamine nanomotor for use in the treatment of one or more bladder diseases selected from the group consisting of overactive bladder, interstitial cystitis and bladder cancer.
실리카 입자에 폴리도파민 쉘을 형성하여 실리카-폴리도파민 코어-쉘 입자를 제조하는 단계;
실리카-폴리도파민 코어-쉘 입자에서 실리카 입자를 제거하여 중공형 폴리도파민 입자를 제조하는 단계; 및
상기 중공형 폴리도파민 입자의 표면에 요소분해효소를 결합시켜 요소분해효소가 결합된 중공형 폴리도파민 입자를 제조하는 단계를 포함하는 크기가 800 내지 1,500 nm인 폴리도파민 나노모터의 제조 방법.
Forming a polydopamine shell on the silica particles to prepare a silica-polydopamine core-shell particles;
preparing hollow polydopamine particles by removing the silica particles from the silica-polydopamine core-shell particles; and
A method for producing polydopamine nanomotors having a size of 800 to 1,500 nm, comprising the step of binding a urease to the surface of the hollow polydopamine particles to prepare hollow polydopamine particles to which a urease is bound.
제 8 항에 있어서,
중공형 폴리도파민 입자를 제조하는 단계에서 실리카 입자의 제거는 산성 조건에서 수행되는 것인 폴리도파민 나노모터의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The method for producing a polydopamine nanomotor wherein the removal of the silica particles in the step of preparing the hollow polydopamine particles is performed under acidic conditions.
제 8 항에 있어서,
요소분해효소가 결합된 중공형 폴리도파민 입자를 제조하는 단계에서 요소분해효소의 결합은 미셀 첨가반응(Michael addition) 또는 쉬프 염기 반응(Schiff base reaction)에 의해 형성되는 것인 폴리도파민 나노모터의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
In the step of preparing the hollow polydopamine particles to which the urease is coupled, the binding of the urease is a micelle addition reaction or a Schiff base reaction. Preparation of polydopamine nanomotors Way.
제 8 항에 있어서,
중공형 폴리도파민 입자의 표면에 약물을 결합시키는 단계를 추가로 포함하는 폴리도파민 나노모터의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Method for producing polydopamine nanomotors further comprising the step of binding a drug to the surface of the hollow polydopamine particles.
제 1 항에 따른 폴리도파민 나노모터를 포함하는 약물 전달체용 담체.
A carrier for a drug delivery system comprising the polydopamine nanomotor according to claim 1 .
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