KR102413027B1 - High-intensity focused ultrasound responsive nanostructure and nitric oxide delivery system using thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물을 담지한 마이셀 나노구조체 및 이를 이용한 일산화 질소 방출 시스템에 관한 것으로, 일산화질소를 목적 부위에서 효율적으로 방출할 수 있어 암을 비롯한 여러 질병 치료 및 진단에 응용할 수 있다. The present invention relates to a micelle nanostructure carrying an N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound and a nitrogen monoxide release system using the same, and it can efficiently release nitrogen monoxide from a target site, so that it can be used for the treatment and diagnosis of various diseases including cancer. can be applied

Description

고강도집중초음파 감응성 나노구조체 및 이를 이용한 일산화질소 전달 시스템{High-intensity focused ultrasound responsive nanostructure and nitric oxide delivery system using thereof}High-intensity focused ultrasound responsive nanostructure and nitric oxide delivery system using the same

본 발명은 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼(N-heterocyclic carben nitric oxide radical) 화합물을 포함하고, 고강도집중초음파(High-intensity focused ultrasound, HIFU)에 감응하는 나노구조체 및 이를 이용한 일산화질소 전달 시스템에 관한 발명이다. The present invention relates to a nanostructure containing an N-heterocyclic carben nitric oxide radical compound, which is sensitive to high-intensity focused ultrasound (HIFU), and a nitrogen monoxide delivery system using the same. It is an invention about

최근 연구에 따르면, 여러 세포에서 발생하는 일산화질소(nitric oxide, NO)가 항암, 면역조절이나 항세균 작용을 하는 물질로 밝혀져 이를 이용한 질병 치료 연구가 활발하다. According to recent studies, nitric oxide (NO) generated in various cells has been found to have anticancer, immunomodulatory, and antibacterial properties, so research on disease treatment using it is active.

일산화질소를 이용한 질병 치료를 위해 일산화질소를 직접 표적 조직이나 세포에 투여하거나, 일산화질소를 효율적으로 방출할 수 있는 화합물을 합성하여 사용하고 있다. 일산화질소를 방출하는 화합물의 예로, 한국공개특허 제10-2016-0062697호에는 특정 온도 이상에서 일산화질소를 방출하는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물에 대하여 공지되어 있다. 그러나 한국공개특허 제10-2016-0062697호 특허를 비롯하여 원하는 표적 조직이나 세포에 효율적으로 일산화질소를 전달하는 연구는 아직 초기 단계에 머물러 있는 실정이다. For the treatment of diseases using nitric oxide, nitric oxide is directly administered to a target tissue or cell, or a compound capable of efficiently releasing nitric oxide is synthesized and used. As an example of a compound that releases nitrogen monoxide, Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2016-0062697 discloses an N-heterocyclic carbene nitrogen monoxide radical compound that releases nitrogen monoxide at a specific temperature or higher. However, research on efficiently delivering nitric oxide to a desired target tissue or cell, including the Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2016-0062697, is still in its infancy.

한국공개특허 제10-2016-0062697호Korean Patent Publication No. 10-2016-0062697

본 발명은 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물의 일산화질소를 목적 부위에서 효율적으로 방출할 수 있는 구조체, 방법 및 시스템을 개발하여 암을 비롯한 여러 질병 치료에 응용하고자 한다. The present invention is to develop a structure, method, and system capable of efficiently releasing nitrogen monoxide from an N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound at a target site, and to apply it to the treatment of various diseases including cancer.

본 발명은 소수성 고분자 및 친수성 고분자를 포함한 양친매성 고분자의 자기조립으로 형성되고, 아래 [화학식 1]로 표시되는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물이 담지된 HIFU(high-intensity focused ultrasound) 감응성 마이셀 나노구조체, 이를 이용한 일산화질소 전달 시스템 및 이를 포함하는 항암 치료용 조성물을 제공한다. HIFU (high-intensity focused ultrasound) sensitive micelles formed by self-assembly of an amphiphilic polymer including a hydrophobic polymer and a hydrophilic polymer, and loaded with an N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound represented by the following [Formula 1] Provided are a nanostructure, a nitric oxide delivery system using the same, and a composition for anticancer treatment comprising the same.

Figure 112017071689373-pat00001
Figure 112017071689373-pat00001

[상기 화학식 1에서, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, (C3-C30)시클로알킬, (C3-C30)헤테로시클로알킬, (C6-C30)아릴 또는 (C3-C30)헤테로아릴이고, 상기 알킬, 시클로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴 및 헤테로아릴은 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, 할로(C1-C30)알킬, 할로겐, 시아노, (C3-C30)시클로알킬, (C3-C30)헤테로시클로알킬, (C1-C30)알콕시, (C6-C30)아릴옥시, (C6-C30)아릴, (C6-C30)아르(C1-C30)알킬, (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴, (C3-C30)헤테로아릴, (C1-C30)알킬이 치환된 (C3-C30)헤테로아릴, (C6-C30)아릴이 치환된 (C3-C30)헤테로아릴, 모노 또는 디(C1-C30)알킬아미노, 모노 또는 디(C6-C30)아릴아미노, 트리(C1-C30)알킬실릴, 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 트리(C6-C30)아릴실릴, 나이트로 및 하이드록시로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 더 치환될 수 있으며, 상기 Z1은 -C(R3)- 또는 -N-이고, 상기 R3는 수소 또는 (C1-C30)알킬이다.][In Formula 1, R 1 and R 2 are each independently (C 1 -C 30 )alkyl, (C 3 -C 30 )cycloalkyl, (C 3 -C 30 )heterocycloalkyl, (C 6 - C 30 )aryl or (C 3 -C 30 )heteroaryl, wherein the alkyl, cycloalkyl, heterocycloalkyl, aryl and heteroaryl are each independently (C 1 -C 30 )alkyl, halo(C 1 -C 30 ) )alkyl, halogen, cyano, (C 3 -C 30 )cycloalkyl, (C 3 -C 30 )heterocycloalkyl, (C 1 -C 30 )alkoxy, (C 6 -C 30 )aryloxy, (C 6 -C 30 )aryl, (C 6 -C 30 )ar(C 1 -C 30 )alkyl, (C 1 -C 30 )alkyl(C 6 -C 30 )aryl, (C 3 -C 30 )heteroaryl , (C 1 -C 30 )alkyl substituted (C 3 -C 30 )heteroaryl, (C 6 -C 30 )aryl substituted (C 3 -C 30 )heteroaryl, mono or di(C 1 - C 30 )alkylamino, mono or di(C 6 -C 30 )arylamino, tri(C 1 -C 30 )alkylsilyl, di(C 1 -C 30 )alkyl(C 6 -C 30 )arylsilyl, tri (C 6 -C 30 ) May be further substituted with one or more selected from the group consisting of arylsilyl, nitro and hydroxy, wherein Z 1 is -C(R 3 )- or -N-, wherein R 3 is hydrogen or (C 1 -C 30 )alkyl.]

본 발명은 1) 카벤 일산화질소 라디칼 화합물이 담지된 나노구조체에 HIFU(high-intensity focused ultrasound)를 조사하는 단계, 2) 1)단계의 HIFU 조사에 의해 마이셀이 해리되어 카벤 일산화질소 라디칼 화합물이 방출되는 단계 및 3) 2)단계에서 방출된 카벤 일산화질소 라디칼 화합물에 HIFU가 조사되어 일산화질소가 방출되는 단계를 포함하는 일산화질소 방출방법을 제공한다. The present invention is a step of 1) irradiating high-intensity focused ultrasound (HIFU) to the nanostructure on which the carbene nitric oxide radical compound is supported, 2) the micelles are dissociated by the HIFU irradiation of the 1) step, and the carbene nitric oxide radical compound is released and 3) provides a nitrogen monoxide release method comprising the step of irradiating HIFU to the carbene nitrogen monoxide radical compound released in step 2) to release nitrogen monoxide.

본 발명의 나노구조체는 암조직 등 체내 발병 부위에 선택적으로 일산화질소를 방출할 수 있고, 질병의 비침습적인 치료 및 진단이 가능하며, 나아가 다양한 약물과의 조합을 통해 효과적인 질병 치료가 가능하다. The nanostructure of the present invention can selectively release nitric oxide to an onset site in the body, such as cancer tissue, non-invasive treatment and diagnosis of disease, and furthermore, effective disease treatment is possible through combination with various drugs.

도 1은 실시예 1(IMesNO)에서 제조된 화합물의 결정구조를 X-선 회절분석(XRD)으로 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 1 및 2에서 제조된 화합물의 전자상자기 공명(Electron paramagnetic resonance, EPR) 스펙트라를 비교 분석한 그래프이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 화합물의 순환전압전류(cyclic voltammograms)을 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 2에서 사용한 장치를 도시한 것이다.
도 5 및 6은 HIFU 조사에 의한 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 화합물인 IMesNO의 NO 방출 거동 및 방출량을 나타낸다.
도 7은 IMesNO이 담지된 마이셀 나노구조체인 IMesNO@PEG-PCLmicelIe의 제조 과정((a)), IMesNO@PEG-PCLmicelIe의 모습 및 크기((b)), IMesNO의 담지 효율 및 로딩량을 나타낸다((c)).
도 8은 형광물질인 IR820을 담지한 마이셀 나노구조체인 IR820@PEG-PCLmicelIe를 마우스에 정맥주사 하였을 때, 각 기관 및 종양 부위에서 나타나는 형광을 보여준다.
도 9는 IMesNO 나노구조체에 HIFU가 조사될 때 NO가 방출되는 모습을 도식화 한 것이다.
도 10은 HIFU를 조사할 때 IMesNO@PEG-PCLmicelIe로부터 NO가 방출되는지 여부 확인을 위한 동물실험 과정을 나타낸다.
도 11은 IMesNO이 담지된 마이셀 나노구조체인 IMesNO@PEG-PCLmicelIe을 마우스에 정맥(IV) 주사한 후 종양부위 특이적으로 NO가 방출된 결과를 나타낸다.
1 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis (XRD) measurement of the crystal structure of the compound prepared in Example 1 (IMesNO).
2 is a graph comparing and analyzing the electromagnetic resonance (EPR) spectra of the compounds prepared in Examples 1 and 2;
3 is a graph showing cyclic voltammograms of the compound prepared in Example 1. FIG.
Fig. 4 shows the apparatus used in Example 2.
5 and 6 show the NO release behavior and amount of IMesNO, which is an N-heterocyclic carbene nitric oxide compound by HIFU irradiation.
7 shows the manufacturing process of IMesNO@PEG-PCLmicelIe, a micellar nanostructure supported with IMesNO ((a)), the appearance and size of IMesNO@PEG-PCLmicelIe ((b)), and the loading efficiency and loading of IMesNO ( (c)).
FIG. 8 shows fluorescence at each organ and tumor site when IR820@PEG-PCLmicelIe, a micellar nanostructure carrying a fluorescent material, IR820, was injected intravenously into mice.
Figure 9 is a schematic diagram of the state in which NO is released when HIFU is irradiated to the IMesNO nanostructure.
Figure 10 shows an animal test procedure for determining whether NO is released from IMesNO@PEG-PCLmicelIe when irradiating HIFU.
11 shows the results of tumor site-specific NO release after intravenous (IV) injection of IMesNO@PEG-PCLmicelIe, a micellar nanostructure loaded with IMesNO.

이하에서 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 따로 정의하지 않는 경우 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 내용으로 해석되어야 할 것이다. 본 명세서의 도면 및 실시예는 통상의 기술자가 본 발명을 쉽게 이해하고 실시하기 위한 것으로 도면 및 실시예에서 발명의 요지를 흐릴 수 있는 내용은 생략될 수 있으며, 본 발명이 도면 및 실시예로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. Unless otherwise defined, terms used in this specification should be interpreted as content commonly understood by those of ordinary skill in the art. The drawings and embodiments of the present specification are for those skilled in the art to easily understand and practice the present invention, and content that may obscure the gist of the present invention may be omitted from the drawings and embodiments, and the present invention is limited to the drawings and embodiments it's not going to be

본 발명은 양친매성 고분자의 자기조립으로 형성되고, N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물이 담지된 HIFU(high-intensity focused ultrasound) 감응성 마이셀 나노구조체 및 이를 이용한 일산화질소 전달에 관한 발명이다. The present invention relates to a HIFU (high-intensity focused ultrasound)-sensitive micelle nanostructure formed by self-assembly of an amphiphilic polymer and carrying an N-heterocyclic carbene nitrogen monoxide radical compound, and the delivery of nitrogen monoxide using the same.

양친매성 고분자는 소수성 고분자 및 친수성 고분자를 포함한 고분자로서, 자기조립에 의해 내부는 소수성을 가지고 외부는 친수성을 가지는 마이셀 나노구조체를 형성할 수 있다. 마이셀 나노구조체의 내부에는 다양한 화합물이 담지될 수 있는데, 본 발명에서는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물이 담지된다. N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물은 소수성 성질을 가지고 있어 생체내 환경이나 생체외에서 이와 유사환경에서 잘 전달되기 위해서는 친수성 성질을 부여하거나, 친수성 성질을 가지는 다른 전달체에 담지되어야 한다. 예를 들어, 생체내에서 효율적으로 전달되기 위해서는 혈액 속에 잘 녹아야 하는데, 소수성 물질의 경우 혈액에 쉽게 녹지 않아 효율적인 전달이 어렵다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 양친매성 고분자를 이용한 마이셀(micelle)에 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물을 담지하여 생체내에서도 효과적으로 전달할 수 있다. The amphiphilic polymer is a polymer including a hydrophobic polymer and a hydrophilic polymer, and can form a micelle nanostructure having hydrophobicity on the inside and hydrophilicity on the outside by self-assembly. Various compounds may be supported inside the micellar nanostructure, and in the present invention, an N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound is supported. Since the N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound has hydrophobic properties, it must be provided with hydrophilic properties or supported on another carrier having hydrophilic properties in order to be delivered well in an in vivo or ex vivo environment. For example, in order to be efficiently delivered in a living body, it must dissolve well in the blood, but in the case of a hydrophobic material, it is difficult to efficiently transfer it because it is not easily soluble in the blood. According to an embodiment of the present invention, an N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound can be supported on micelles using an amphiphilic polymer to effectively deliver it in vivo.

양친매성 고분자를 형성하는 소수성 고분자로 카프로락톤, 소수성 아미노산, 글리콜산, 락트산, 말레산, 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트, 비닐 부틸레이트, 스티렌, 알킬스티렌, 클로로 스티렌, 알킬 아크릴레이트, 아크릴로니트릴 및 하이드록시 부틸레이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 단량체의 중합체를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. A hydrophobic polymer forming an amphiphilic polymer, such as caprolactone, hydrophobic amino acids, glycolic acid, lactic acid, maleic acid, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, styrene, alkylstyrene, chlorostyrene, alkyl acrylate, acrylonitrile And a polymer of one or two or more monomers selected from the group consisting of hydroxy butyrate may be used, but the present invention is not limited thereto.

양친매성 고분자를 형성하는 친수성 고분자로 에틸렌글리콜, 에틸렌이민, 알킬렌 옥사이드, 아크릴 아미드, 비닐 알코올, 친수성 아미노산 및 당으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 단량체의 중합체를 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. A polymer of one or more monomers selected from the group consisting of ethylene glycol, ethyleneimine, alkylene oxide, acrylamide, vinyl alcohol, hydrophilic amino acids and sugars can be used as the hydrophilic polymer forming the amphiphilic polymer, but is limited thereto not.

바람직한 양친매성 고분자로 폴리에틸렌 글리콜을 가지는 폴리에틸렌글리콜계 다중 공중합체(블록 또는 랜덤 공중합체)를 이용할 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌글리콜계 이중 공중합체(polyethyleneglycol based diblock copolymer)는 PEG-PLA 이중 공중합체(Poly(ethylene glycol) methyl ether-block-poly(D, L lactide)), PEG-PLGA 이중 공중합체(Poly(ethylene glycol) methyl ether-block-poly(lactide-co-glycolide)), PEG-PE 이중 공중합체(Poly(ethylene glycol)-block-polyethylene) 및 PEG-PS 이중 공중합체(Poly(ethylene glycol)-block-poly(styrene))에서 선택되는 하나 이상일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 그리고, 폴리에틸렌글리콜계 삼중 공중합체(polyethyleneglycol based triblock copolymer)로 PEG-PPG-PEG 삼중 공중합체(Poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol))이용할 수 있고, 다른 삼중 공중합체로 PEO-PPO-PEO(Poly(propylene oxide)-poly(ethylene oxide)-poly(propylene oxide))를 이용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. As a preferred amphiphilic polymer, a polyethylene glycol-based multi-copolymer (block or random copolymer) having polyethylene glycol may be used. For example, polyethyleneglycol based diblock copolymer is PEG-PLA double copolymer (Poly(ethylene glycol) methyl ether-block-poly(D, L lactide)), PEG-PLGA double copolymer ( Poly(ethylene glycol) methyl ether-block-poly(lactide-co-glycolide)), PEG-PE double copolymer (Poly(ethylene glycol)-block-polyethylene) and PEG-PS double copolymer (Poly(ethylene glycol) -block-poly(styrene)) may be one or more selected from, but is not limited thereto. And, as a polyethyleneglycol based triblock copolymer, a PEG-PPG-PEG triple copolymer (Poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)) may be used, As another triple copolymer, PEO-PPO-PEO (Poly(propylene oxide)-poly(ethylene oxide)-poly(propylene oxide)) may be used, but is not limited thereto.

또한, 양친매성 고분자로 다당류가 중합되어 형성된 다당류계 양친매성 고분자를 이용할 수 있다. 예를 들어, 덱스트란(dextran), 헤파린(heparin), 알지네이트(alginate) 및 히알루론산(hyaluronic acid) 중 어느 하나 이상이 소수성 고분자인 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리락틱산(Polylatic Acid) 및 폴리(락틱-co-글라이콜레이트)(PLGA) 중 어느 하나 이상과 중합체를 이루어 형성된 다당류계(polysaccharide based amphiphilic polymer) 양친매성 고분자일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In addition, as the amphipathic polymer, a polysaccharide-based amphiphilic polymer formed by polymerization of polysaccharides may be used. For example, at least one of dextran, heparin, alginate, and hyaluronic acid is a hydrophobic polymer polycaprolactone, polylactic acid, and poly It may be an amphiphilic polymer (polysaccharide based amphiphilic polymer) formed by forming a polymer with at least one of (lactic-co-glycolate) (PLGA), but is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 마이셀 나노구조체를 형성하기 위한 양친매성 고분자로 소수성 고분자로 폴리카프로락톤 친수성 고분자로 폴리에틸렌글리콜이 중합하여 형성된 양친매성 고분자인 PEG-PLA 이중 공중합체(Poly(ethylene glycol) methyl ether-block-poly(D, L lactide))가 특히 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다. 마이셀 나노구조체 내부 코어는 양친매성 고분자 중 폴라카프로락톤에 의해 형성되고, 내부 코어에 소수성 성질을 가지는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 화합물이 담지되어 용해성(solubility)이 증가될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, PEG-PLA double copolymer (Poly (ethylene glycol), an amphiphilic polymer formed by polymerization of polyethylene glycol with polycaprolactone hydrophilic polymer as an amphiphilic polymer for forming micelle nanostructures as a hydrophobic polymer ) methyl ether-block-poly(D, L lactide)) is particularly preferred, but is not limited thereto. The inner core of the micellar nanostructure is formed by polycaprolactone among the amphiphilic polymers, and the N-heterocyclic carbene nitric oxide compound having hydrophobic properties is supported on the inner core, so that solubility can be increased.

본 발명에서 초집중고강도초음파(high-intensity focused ultrasound, 이하 'HIFU') 조사를 이용하는데, HIFU는 비침입성, 비방사성 초음파로서 생체 장기의 내부까지 조사가 가능하고, 생체내 특정 부위에 집중 조사하게되면 급속도로 열이 발생하거나 공동화 현상이 일어나 조직의 응고시키거나 조직을 태워 제거할 수 있다. 그러나, 이와 같이 조직에 HIFU의 조사하여 직접 치료하는 방법은 고도의 기술이 필요하고 생체 조직을 변형시키거나 물리적으로 손상시키기 때문에 주의가 필요하다. 본 발명에 따르면 이러한 어려움을 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물이 담지된 마이셀 나노구조체를 이용하여 해결할 수 있다. In the present invention, high-intensity focused ultrasound (hereinafter referred to as 'HIFU') irradiation is used. HIFU is a non-invasive, non-radiative ultrasound that can be irradiated to the inside of a living body, and is intensively irradiated on a specific site in the living body. When this happens, heat is generated rapidly or cavitation occurs, which can coagulate the tissue or burn the tissue to remove it. However, this method of direct treatment by irradiating HIFU on the tissue requires a high level of technology and requires attention because it deforms or physically damages the living tissue. According to the present invention, this difficulty can be solved by using a micelle nanostructure in which an N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound is supported.

본 발명의 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물이 담지된 마이셀 나노구조체는 초집중고강도초음파(high-intensity focused ultrasound, 이하 'HIFU')에 감응하는 특징이 있다. 이러한 특징은 HIFU의 조사(자극)를 이용하나 HIFU에 감응하는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물이 담지된 마이셀을 이용하기 때문에, 혈관을 통한 투여하여 원하는 부위로 전달될 수 있게 하는 방법(systemic delivery)을 통한 질병 치료가 가능하게 한다. 혈관을 통해 목적 부위로 이동한 마이셀에 HIFU를 조사하면 마이셀이 HIUF에 감응하여 분해(해리)되기 때문에 내부에 담지되어 있는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물이 외부로 방출된다. 이어서, 방출된 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물에 HIFU가 조사되어 일산화질소가 방출될 수 있기 때문에 HIFU와 일산화질소를 이용한 집중 치료가 가능하다. The micelle nanostructure loaded with the N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound of the present invention is characterized in that it is sensitive to high-intensity focused ultrasound (hereinafter 'HIFU'). This feature uses HIFU irradiation (stimulation), but because micelles loaded with N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compounds sensitive to HIFU are used, it is administered through blood vessels so that it can be delivered to the desired site (systemic) It makes it possible to treat diseases through delivery). When HIFU is irradiated to micelles that have moved to the target site through blood vessels, the micelles are decomposed (dissociated) in response to HIUF, so the N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound supported inside is released to the outside. Subsequently, HIFU is irradiated to the released N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound to release nitric oxide, so intensive treatment using HIFU and nitric oxide is possible.

즉, 본 발명의 마이셀 나노구조체를 목적 부위에 전달하는 방법으로 목적하는 부위에 직접 투여하여 전달하는 방법(local delivery)과 혈관을 통해 투여하여 원하는 부위로 전달될 수 있게 하는 방법(systemic delivery) 방법 모두 사용할 수 있다. 이 중 혈관을 통해 전달하는 방법은 비침습적이 방법의 하나로 고통이 거의 없고 많은 양의 물질을 전달할 수 있는 장점이 있으나 목적 부위에 집중적인 치료 효율을 상대적으로 높이기 어렵고, 원하는 부위에 직접 전달하는 방법은 목적 부위에 고통이 수반되고 투여된 물질이 쉽게 주변 지역으로 확산되는 단점이 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 마이셀 나노구조체는 혈관을 통해 투여하여도 다른 정상적인 기관에는 거의 전달되지 않고, 종양(암) 부위와 같이 질병 발생 부위에 매우 효과적으로 전달될 수 있어 로컬 딜리버리(local delivery)와 시스테믹 딜리버리(systemic delivery)의 장점만을 극대화 할 수 있다. That is, as a method of delivering the micelle nanostructure of the present invention to a target site, a method of directly administering and delivering to a desired site (local delivery) and a method of administering through a blood vessel so that it can be delivered to a desired site (systemic delivery) method All are available. Among them, the method of delivery through blood vessels is one of the non-invasive methods, and has the advantage of being painless and capable of delivering a large amount of material, but it is difficult to relatively increase the treatment efficiency intensively on the target site, and it is a method of delivering directly to the desired site. The disadvantage is that pain is accompanied at the target site and the administered substance is easily diffused to the surrounding area. However, according to an embodiment of the present invention, the micelle nanostructure of the present invention is hardly delivered to other normal organs even when administered through blood vessels, and can be very effectively delivered to disease-causing sites such as tumor (cancer) sites. Only the advantages of local delivery and systemic delivery can be maximized.

본 발명의 마이셀 나노 구조체에 담지되는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물((N-heterocyclic carben nitric oxide radical)은 하기 [화학식 1]로 표시될 수 있다. The N-heterocyclic carben nitric oxide radical (N-heterocyclic carben nitric oxide radical) supported on the micellar nanostructure of the present invention may be represented by the following [Formula 1].

Figure 112017071689373-pat00002
Figure 112017071689373-pat00002

[화학식 1에서, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, (C3-C30)시클로알킬, (C3-C30)헤테로시클로알킬, (C6-C30)아릴 또는 (C3-C30)헤테로아릴이고, 상기 알킬, 시클로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴 및 헤테로아릴은 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, 할로(C1-C30)알킬, 할로겐, 시아노, (C3-C30)시클로알킬, (C3-C30)헤테로시클로알킬, (C1-C30)알콕시, (C6-C30)아릴옥시, (C6-C30)아릴, (C6-C30)아르(C1-C30)알킬, (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴, (C3-C30)헤테로아릴, (C1-C30)알킬이 치환된 (C3-C30)헤테로아릴, (C6-C30)아릴이 치환된 (C3-C30)헤테로아릴, 모노 또는 디(C1-C30)알킬아미노, 모노 또는 디(C6-C30)아릴아미노, 트리(C1-C30)알킬실릴, 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 트리(C6-C30)아릴실릴, 나이트로 및 하이드록시로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 더 치환될 수 있으며, 상기 Z1은 -C(R3)-(

Figure 112017071689373-pat00003
) 또는 -N-(
Figure 112017071689373-pat00004
)이고, 상기 R3는 수소 또는 (C1-C30)알킬이다.] 본 발명의 일 실시예에 따르면, N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물의 상기 Z1은 -N-일 수 있다. 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물의 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 페닐, 나프틸, 비페닐, 터페닐, 안트릴, 인데닐(indenyl), 플루오레닐, 페난트릴, 트라이페닐레닐, 피렌일, 페릴렌일, 크라이세닐, 나프타세닐 및 플루오란텐일 등에서 선택되는 아릴기이며, 아릴기들은 각각 독립적으로 (C1-C10)알킬, 할로(C1-C10)알킬, 할로겐, 시아노, (C1-C10)알콕시, 나이트로 및 하이드록시 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 더 치환될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물은 바람직하게 상기 Z1이 N일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. [In Formula 1, R 1 and R 2 are each independently (C 1 -C 30 )alkyl, (C 3 -C 30 )cycloalkyl, (C 3 -C 30 )heterocycloalkyl, (C 6 -C 30 )aryl or (C 3 -C 30 )heteroaryl, wherein the alkyl, cycloalkyl, heterocycloalkyl, aryl and heteroaryl are each independently (C 1 -C 30 )alkyl, halo(C 1 -C 30 ) alkyl, halogen, cyano, (C 3 -C 30 )cycloalkyl, (C 3 -C 30 )heterocycloalkyl, (C 1 -C 30 )alkoxy, (C 6 -C 30 )aryloxy, (C 6 -C 30 )aryl, (C 6 -C 30 )ar(C 1 -C 30 )alkyl, (C 1 -C 30 )alkyl(C 6 -C 30 )aryl, (C 3 -C 30 )heteroaryl, (C 1 -C 30 )alkyl substituted (C 3 -C 30 )heteroaryl, (C 6 -C 30 )aryl substituted (C 3 -C 30 )heteroaryl, mono or di(C 1 -C 30 )alkylamino, mono or di(C 6 -C 30 )arylamino, tri(C 1 -C 30 )alkylsilyl, di(C 1 -C 30 )alkyl(C 6 -C 30 )arylsilyl, tri( C 6 -C 30 ) May be further substituted with one or more selected from the group consisting of arylsilyl, nitro and hydroxy, wherein Z 1 is -C(R 3 )-(
Figure 112017071689373-pat00003
) or -N-(
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), and R 3 is hydrogen or (C 1 -C 30 )alkyl.] According to an embodiment of the present invention, Z1 of the N-heterocyclic carben monoxide radical compound may be —N—. In the N-heterocyclic carben monoxide radical compound according to another embodiment of the present invention, R 1 and R 2 are each independently phenyl, naphthyl, biphenyl, terphenyl, anthryl, indenyl, flu orenyl, phenanthryl, triphenylenyl, pyrenyl, peryleneyl, chrysenyl, naphthacenyl, and an aryl group selected from fluoranthenyl, and the aryl groups are each independently (C 1 -C 10 )alkyl, halo (C 1 -C 10 ) It may be further substituted with one or more selected from the group consisting of alkyl, halogen, cyano, (C 1 -C 10 )alkoxy, nitro and hydroxy, but is not limited thereto. In the N-heterocyclic carbene nitrogen monoxide radical compound according to another embodiment of the present invention, Z 1 may be N, but is not limited thereto.

본 발명의 [화학식 1]로 표시되는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물은 열분해에 의해 일산화질소를 발생할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 열분해는 80 내지 200℃에서 수행될 수 있으며, 에너지 효율의 측면에서 바람직하게 80 내지 150℃, 보다 바람직하게 80 내지 120℃에서 수행되는 것이 좋으나 이에 한정되는 것은 아니다. The N-heterocyclic carbene nitrogen monoxide radical compound represented by [Formula 1] of the present invention may generate nitrogen monoxide by thermal decomposition. According to an embodiment of the present invention, the thermal decomposition may be performed at 80 to 200 ° C. In terms of energy efficiency, preferably 80 to 150 ° C, more preferably 80 to 120 ° C., but is not limited thereto. .

본 발명에 기재된 「시클로알킬」은 3 내지 9개의 탄소 원자의 완전히 포화 및 부분적으로 불포화된 탄화수소 고리를 의미하며, 아릴 또는 헤테로아릴이 융합되어 있는 경우도 포함한다. 또한 본 발명에 기재된 「아릴」은 하나의 수소 제거에 의해서 방향족 탄화수소로부터 유도된 유기 라디칼로, 각 고리에 적절하게는 4 내지 7개, 바람직하게는 5 또는 6개의 고리원자를 포함하는 단일 또는 융합고리계를 포함하며, 다수개의 아릴이 단일결합으로 연결되어 있는 형태까지 포함할 수 있다. 구체적인 예로 페닐, 나프틸, 비페닐, 안트릴, 인데닐(indenyl), 플루오레닐 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명에 기재된 「헤테로아릴」은 하나의 수소 제거에 의해서 방향족 탄화수소로부터 유도된 유기 라디칼로 B, N, O, S, P(=O), Si 및 P로부터 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 3 내지 8개의 고리원자를 포함하는 일환상 또는 다환상 방향족 탄화수소 라디칼일 수 있고, 각 고리에 적절하게는 3 내지 7개, 바람직하게는 5 또는 6개의 고리원자를 포함하는 단일 또는 융합 고리계를 포함하며, 다수개의 헤테로아릴이 단일결합으로 연결되어 있는 형태까지 포함할 수 있다. As used herein, "cycloalkyl" means a fully saturated and partially unsaturated hydrocarbon ring of 3 to 9 carbon atoms, and includes cases in which aryl or heteroaryl is fused. In addition, the "aryl" described in the present invention is an organic radical derived from an aromatic hydrocarbon by removal of one hydrogen, and is preferably a single or fused group containing 4 to 7, preferably 5 or 6 ring atoms in each ring. It includes a ring system, and may include a form in which a plurality of aryls are connected by a single bond. Specific examples include, but are not limited to, phenyl, naphthyl, biphenyl, anthryl, indenyl, fluorenyl, and the like. In addition, the "heteroaryl" described in the present invention is an organic radical derived from an aromatic hydrocarbon by removal of one hydrogen, and includes one or more heteroatoms selected from B, N, O, S, P(=O), Si and P may be a monocyclic or polycyclic aromatic hydrocarbon radical containing 3 to 8 ring atoms, and a single or fused ring system comprising suitably 3 to 7, preferably 5 or 6 ring atoms in each ring It includes, and may include a form in which a plurality of heteroaryls are connected by a single bond.

본 발명에서 C1-Cn는 C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, C10 … Cn과 같이 1에서 n개의 탄소수 각각을 포함할 수 있다. In the present invention, C 1 -C n is C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 , C 7 , C 8 , C 9 , C 10 ... Like C n , it may include each of 1 to n carbon atoms.

본 발명에 기재된 「알킬」, 「알콕시」 및 그 외 「알킬」부분을 포함하는 치환체는 직쇄 또는 분쇄 형태를 모두 포함할 수 있다.The substituents including "alkyl", "alkoxy" and other "alkyl" moieties described in the present invention may include both straight-chain or pulverized forms.

본 발명에 따른 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물은 생체이용가능한 일산화질소의 공급원으로 사용될 수 있을 뿐 아니라 외부의 열원으로부터 높은 수율로 일산화질소를 제공할 수 있어, 충분한 수준의 일산화질소(NO)를 필요로하는 질병 등에 활용 가능하다. 또한 본 발명에 따른 화합물은 열분해 시, 아산화질소(N2O) 등의 유해한 활성기체의 발생을 최소화하여 높은 효율 일산화질소를 방출할 수 있다.The N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound according to the present invention can not only be used as a bioavailable source of nitrogen monoxide, but also can provide nitrogen monoxide in high yield from an external heat source, resulting in a sufficient level of nitrogen monoxide (NO) It can be used for diseases that require In addition, the compound according to the present invention can emit nitrogen monoxide with high efficiency by minimizing the generation of harmful active gases such as nitrous oxide (N 2 O) during thermal decomposition.

본 발명의 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물은 바람직하게 하기 [화학식 2]로도 표시될 수 있다. The N-heterocyclic carbene nitrogen monoxide radical compound of the present invention may be preferably represented by the following [Formula 2].

본 발명의 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물은 바람직하게 하기 [화학식 2]로 표시할 수 있고 치환기에 따라 구분할 수 있다. The N-heterocyclic carbene nitrogen monoxide radical compound of the present invention may be preferably represented by the following [Formula 2] and may be classified according to a substituent.

Figure 112017071689373-pat00005
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[화학식 2]에 있어서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 페닐, 나프틸, 비페닐, 터페닐, 안트릴, 인데닐, 플루오레닐, 페난트릴, 트라이페닐레닐, 피렌일, 페릴렌일, 크라이세닐, 나프타세닐 및 플루오란텐일에서 선택되는 치환 또는 비치환된 아릴기이며; R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, 할로(C1-C10)알킬, 할로겐, 시아노, (C1-C10)알콕시, 나이트로 및 하이드록시에서 선택되며, p 및 q는 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수에서 선택된다.]In [Formula 2] , Ar 1 and Ar 2 are each independently phenyl, naphthyl, biphenyl, terphenyl, anthryl, indenyl, fluorenyl, phenanthryl, triphenylenyl, pyrenyl, peryleneyl, a substituted or unsubstituted aryl group selected from chrysenyl, naphthacenyl and fluorantenyl; R 11 and R 12 are each independently hydrogen, (C 1 -C 10 )alkyl, halo(C 1 -C 10 )alkyl, halogen, cyano, (C 1 -C 10 )alkoxy, nitro and hydroxy is selected, and p and q are each independently selected from an integer of 0 to 3.]

Figure 112017071689373-pat00006
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[화학식 2에서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 페닐렌, 나프틸렌, 비페닐렌, 터페닐렌, 안트릴렌, 인데닐렌, 플루오레닐렌, 페난트릴렌, 트라이페닐레닐렌, 피렌일렌, 페릴렌일렌, 크라이세닐렌, 나프타세닐렌 및 플루오란텐일렌에서 선택되는 아릴렌기이며; R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, 할로(C1-C10)알킬, 할로겐, 시아노, (C1-C10)알콕시, 나이트로 및 하이드록시에서 선택되며, 상기 R11 및 R12 중 적어도 하나는 이미다졸의 -N-을 기준으로 상기 아릴렌기의 오쏘-(ortho-)위치에 수소이외의 치환기를 가지며; p 및 q는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수에서 선택된다.][In Formula 2, Ar 1 and Ar 2 are each independently phenylene, naphthylene, biphenylene, terphenylene, anthrylene, indenylene, fluorenylene, phenanthrylene, triphenylenylene, pyrenylene , an arylene group selected from peryleneylene, chrysenylene, naphthacenylene and fluorantenylene; R 11 and R 12 are each independently hydrogen, (C 1 -C 10 )alkyl, halo(C 1 -C 10 )alkyl, halogen, cyano, (C 1 -C 10 )alkoxy, nitro and hydroxy is selected, and at least one of R 11 and R 12 has a substituent other than hydrogen at the ortho-position of the arylene group based on -N- of imidazole; p and q are each independently selected from an integer of 1 to 3.]

본 발명의 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물은 바람직하게 하기 [화학식 3]으로도 표시될 수 있다. The N-heterocyclic carbene nitrogen monoxide radical compound of the present invention may be preferably represented by the following [Formula 3].

Figure 112017071689373-pat00007
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[화학식 3에서, R13 내지 R18은 각각 독립적으로 수소, (C1-C7)알킬, 할로(C1-C7)알킬, 할로겐, 시아노, (C1-C7)알콕시, 나이트로 및 하이드록시에서 선택되고, R13, R15, R16 및 R18 중 하나 이상은 수소이외의 치환기를 가진다.] [In Formula 3, R 13 to R 18 are each independently hydrogen, (C 1 -C 7 )alkyl, halo (C 1 -C 7 )alkyl, halogen, cyano, (C 1 -C 7 )alkoxy, nite and hydroxy, and at least one of R 13 , R 15 , R 16 and R 18 has a substituent other than hydrogen.]

보다 바람직하게, 상기 (C1-C7)알킬은 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 부틸, 펜틸, 헵틸, 헥실의 직쇄형 알킬이다. More preferably, the (C 1 -C 7 )alkyl is a straight-chain alkyl of methyl, ethyl, propyl, butyl, butyl, pentyl, heptyl, or hexyl.

본 발명의 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물은 N-헤테로고리 카벤 화합물을 이용하여 단순하고 경제적인 방법을 통해 제조할 수 있다. The N-heterocyclic carbene nitrogen monoxide radical compound of the present invention can be prepared through a simple and economical method using the N-heterocyclic carbene compound.

본 발명의 일 실시예에 따르면, N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물의 제조방법은 하기 [화학식 4]로 표시되는 N-헤테로고리 카벤 화합물과 산화질소을 반응하여 하기 [화학식 1]로 표시되는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the N-heterocyclic carbene compound represented by the following [Formula 4] and nitrogen oxide are reacted with the N-heterocyclic carbene compound represented by the following [Formula 1] for the preparation of the nitrogen oxide radical compound. -preparing a heterocyclic carbene nitric oxide radical compound.

Figure 112017071689373-pat00008
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Figure 112017071689373-pat00009
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[상기 화학식 1 및 화학식 4에서, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, (C3-C30)시클로알킬, (C3-C30)헤테로시클로알킬, (C6-C30)아릴 또는 (C3-C30)헤테로아릴이고, 상기 알킬, 시클로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴 및 헤테로아릴은 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, 할로(C1-C30)알킬, 할로겐, 시아노, (C3-C30)시클로알킬, (C3-C30)헤테로시클로알킬, (C1-C30)알콕시, (C6-C30)아릴옥시, (C6-C30)아릴, (C6-C30)아르(C1-C30)알킬, (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴, (C3-C30)헤테로아릴, (C1-C30)알킬이 치환된 (C3-C30)헤테로아릴, (C6-C30)아릴이 치환된 (C3-C30)헤테로아릴, 모노 또는 디(C1-C30)알킬아미노, 모노 또는 디(C6-C30)아릴아미노, 트리(C1-C30)알킬실릴, 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 트리(C6-C30)아릴실릴, 나이트로 및 하이드록시로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 더 치환될 수 있으며; Z1은 -C(R3)- 또또는 -N-이고, R3는 수소 또는 (C1-C30)알킬이다.] 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 보다 높은 반응성으로 단시간 내에 높은 수율을 구현하기 위한 측면에서 상기 Z1은 -N-일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어서, 열분해에 의해 일산화질소를 효과적으로 발생시킬 수 있으며, 부산물의 생성을 최소화하기 위한 측면에서, 바람직하게 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 페닐, 나프틸, 비페닐, 터페닐, 안트릴, 인데닐(indenyl), 플루오레닐, 페난트릴, 트라이페닐레닐, 피렌일, 페릴렌일, 크라이세닐, 나프타세닐 및 플루오란텐일 등에서 선택되는 아릴기이며, 상기 아릴기들은 각각 독립적으로 (C1-C10)알킬, 할로(C1-C10)알킬, 할로겐, 시아노, (C1-C10)알콕시, 나이트로 및 하이드록시 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 더 치환된 것 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.[In Formulas 1 and 4, R 1 and R 2 are each independently (C 1 -C 30 )alkyl, (C 3 -C 30 )cycloalkyl, (C 3 -C 30 )heterocycloalkyl, ( C 6 -C 30 )aryl or (C 3 -C 30 )heteroaryl, wherein the alkyl, cycloalkyl, heterocycloalkyl, aryl and heteroaryl are each independently (C 1 -C 30 )alkyl, halo(C 1 -C 30 )alkyl, halogen, cyano, (C 3 -C 30 )cycloalkyl, (C 3 -C 30 )heterocycloalkyl, (C 1 -C 30 )alkoxy, (C 6 -C 30 )aryloxy , (C 6 -C 30 )aryl, (C 6 -C 30 )ar(C 1 -C 30 )alkyl, (C 1 -C 30 )alkyl(C 6 -C 30 )aryl, (C 3 -C 30 ) )heteroaryl, (C 1 -C 30 )alkyl substituted (C 3 -C 30 )heteroaryl, (C 6 -C 30 )aryl substituted (C 3 -C 30 )heteroaryl, mono or di( C 1 -C 30 )alkylamino, mono or di(C 6 -C 30 )arylamino, tri(C 1 -C 30 )alkylsilyl, di(C 1 -C 30 )alkyl(C 6 -C 30 )aryl It may be further substituted with one or more selected from the group consisting of silyl, tri(C 6 -C 30 )arylsilyl, nitro and hydroxy; Z 1 is -C(R 3 )- or -N-, and R 3 is hydrogen or (C 1 -C 30 )alkyl.] In the manufacturing method according to an embodiment of the present invention, a higher reactivity In terms of realizing a high yield within a short time, Z 1 may be -N-. In addition, in the manufacturing method according to an embodiment of the present invention, nitrogen monoxide can be effectively generated by thermal decomposition, and in terms of minimizing the generation of by-products, preferably, R 1 and R 2 are each independently phenyl , an aryl group selected from naphthyl, biphenyl, terphenyl, anthryl, indenyl, fluorenyl, phenanthryl, triphenylenyl, pyrenyl, peryleneyl, chrysenyl, naphthacenyl and fluoranthenyl and the aryl groups are each independently composed of (C 1 -C 10 )alkyl, halo (C 1 -C 10 )alkyl, halogen, cyano, (C 1 -C 10 )alkoxy, nitro and hydroxy. It may be further substituted with one or more selected from the group, but is not limited thereto.

본 발명의 제조방법에서 바람직한 N-헤테로고리 카벤 화합물은 하기 [화학식 5]로 표시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. A preferred N-heterocyclic carbene compound in the preparation method of the present invention may be represented by the following [Formula 5], but is not limited thereto.

Figure 112017071689373-pat00010
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[화학식 5에서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 페닐렌, 나프틸렌, 비페닐렌, 터페닐렌, 안트릴렌, 인데닐렌, 플루오레닐렌, 페난트릴렌, 트라이페닐레닐렌, 피렌일렌, 페릴렌일렌, 크라이세닐렌, 나프타세닐렌 및 플루오란텐일렌에서 선택되는 아릴렌기이며; R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, 할로(C1-C10)알킬, 할로겐, 시아노, (C1-C10)알콕시, 나이트로 및 하이드록시에서 선택되며, 상기 R11 및 R12 중 적어도 하나는 이미다졸의 -N-을 기준으로 상기 아릴렌기의 오쏘-(ortho-)위치에 수소이외의 치환기를 가지며; p 및 q는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수에서 선택된다.] [In Formula 5, Ar 1 and Ar 2 are each independently phenylene, naphthylene, biphenylene, terphenylene, anthrylene, indenylene, fluorenylene, phenanthrylene, triphenylenylene, pyrenylene , an arylene group selected from peryleneylene, chrysenylene, naphthacenylene and fluorantenylene; R 11 and R 12 are each independently hydrogen, (C 1 -C 10 )alkyl, halo(C 1 -C 10 )alkyl, halogen, cyano, (C 1 -C 10 )alkoxy, nitro and hydroxy is selected, and at least one of R 11 and R 12 has a substituent other than hydrogen at the ortho-position of the arylene group based on -N- of imidazole; p and q are each independently selected from an integer of 1 to 3.]

본 발명에서 N-헤테로고리 카벤 화합물은 마이셀에서 안정하고 종양 특이적으로 전달될 수 있으며, HIFU에 감응하여 일산화질소를 목적 부위에 선택적으로 방출할 수 있다. 그리고, N-헤테로고리 카벤 화합물의 종류에 따라 마이셀의 담지 효율, 종양 특이성 또는 일산화질소의 방출 효율이 상이할 수 있다. 이러한 차이는 N-헤테로고리 카벤 화합물에의 종류에 따른 입체 성질, 입체 효과(steric effect)나 전자 효과(electronic effect)가 다를 수 있기 때문이다. N-헤테로고리 카벤 화합물 중 입체구조에 의한 영향이나 전자 효과가 유사한 화합물들은 마이셀에서의 안정성이나 일산화실소의 방출 정도가 유사할 수 있다. 예를 들어, N-헤테로고리 카벤 화합물에서 치환기에 의한 입체 장애가 클 경우 마이셀에서의 안정성, 담지 효율, 일산화질소의 방출 효율 등이 급격히 저하 될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, N-헤테로고리 카벤 화합물에서 이미다졸 부분의 질소에 연결된 아릴 또는 아릴렌의 치환기에 의한 입체장애가 큰 경우 N-헤테로고리 카벤 화합물의 마이셀내 안정성, 담지 효율, 일산화질소의 방출 효율이 좋지 않을 수 있다. In the present invention, the N-heterocyclic carbene compound can be stably and tumor-specifically delivered in micelles, and can selectively release nitric oxide to a target site in response to HIFU. In addition, according to the type of the N-heterocyclic carbene compound, micelle loading efficiency, tumor specificity, or nitric oxide release efficiency may be different. This difference is because steric properties, steric effects, or electronic effects may differ depending on the type of the N-heterocyclic carbene compound. Among the N-heterocyclic carbene compounds, compounds having a similar three-dimensional structure or electron effect may have similar stability in micelles or a release degree of nitric oxide. For example, when the steric hindrance caused by the substituent in the N-heterocyclic carbene compound is large, stability in micelles, loading efficiency, nitrogen monoxide release efficiency, etc. may be rapidly reduced. According to an embodiment of the present invention, when the steric hindrance caused by the substituent of aryl or arylene connected to nitrogen of the imidazole moiety of the N-heterocyclic carbene compound is large in the N-heterocyclic carbene compound, stability, loading efficiency, and monoxide in micelles of the N-heterocyclic carbene compound The nitrogen release efficiency may not be good.

본 발명의 제조방법에서 N-헤테로고리 카벤 화합물과 산화질소의 반응은 80 내지 40℃에서 수행될 수 있으며, 바람직하게는 80 내지 0℃에서 각각의 반응물을 혼합한 후 상온(23℃) 내지 40℃에서 반응을 수행할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 반응 시간은 10 분 내지 5 시간 동안 수행될 수 있으며, Z1이 -N-일 경우 높은 순도를 유지하면서도 반응성이 우수하여, 10 분 내지 1 시간동안 반응을 수행하여 목적하는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물을 수득할 수 있다. In the preparation method of the present invention, the reaction of the N-heterocyclic carbene compound and nitrogen oxide may be carried out at 80 to 40° C., preferably at 80 to 0° C., after mixing each reactant, and then at room temperature (23° C.) to 40 The reaction may be carried out at ℃, but is not limited thereto. The reaction time may be carried out for 10 minutes to 5 hours, and when Z 1 is -N-, high purity is maintained and reactivity is excellent, and the reaction is performed for 10 minutes to 1 hour to obtain the desired N-heterocyclic carben monoxide Nitrogen radical compounds can be obtained.

본 발명의 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물에 열을 가하면, 화합물의 분해가 일어나면서 일산화질소를 방출할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 80℃ 이상의 열을 가할 때 일산화질소가 발생할 수 있고, 80℃ 이상의 온도라면 특별히 제한되지 않으나, 80 내지 200℃, 에너지 효율의 측면에서 바람직하게 80 내지 150℃, 보다 바람직하게 80 내지 120℃에서 수행되는 것이 좋다. When heat is applied to the N-heterocyclic carbene nitrogen monoxide radical compound of the present invention, the compound may decompose and release nitrogen monoxide. According to an embodiment of the present invention, nitrogen monoxide may be generated when heat of 80 ° C or higher is applied, and if the temperature is 80 ° C or higher, it is not particularly limited, but 80 to 200 ° C, preferably 80 to 150 ° C in terms of energy efficiency, More preferably, it is good to be carried out at 80 to 120 ℃.

본 발명의 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물들은 마이셀 나노구조체와 같이 HIFU에 감응하여 분해가 일어나면서 일산화질소를 방출할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 HIFU 조사 세기 및 시간에 비례하여 일산화질소의 방출양이 증가하는 경향이 있다. 그리고, 조직이 손상되지 않는 세기로 HIFU를 조사하여도 일산화질소를 효과적으로 방출할 수 있어 비침습성 치료에 활용될 수 있다. The N-heterocyclic carbene nitrogen monoxide radical compounds of the present invention can release nitrogen monoxide while decomposing in response to HIFU like a micellar nanostructure. According to an embodiment of the present invention, the amount of nitrogen monoxide emitted tends to increase in proportion to the HIFU irradiation intensity and time. And, even when HIFU is irradiated with an intensity that does not damage the tissue, nitrogen monoxide can be effectively released, so it can be used for non-invasive treatment.

본 발명에서 HIFU의 조사 시간은 25 내지 100초, 25 내지 75초, 25 내지 50초, 1 내지 100초, 1 내지 90초, 1 내지 75초, 1 내지 60초, 1 내지 50초, 1 내지 40초, 1 내지 30초, 1 내지 25초, 15 내지 100초, 15 내지 75초, 15 내지 60초, 15 내지 45초, 15 내지 30초, 바람직하게는 20 내지 30초 이나 이에 제한되는 것은 아니다. The irradiation time of HIFU in the present invention is 25 to 100 seconds, 25 to 75 seconds, 25 to 50 seconds, 1 to 100 seconds, 1 to 90 seconds, 1 to 75 seconds, 1 to 60 seconds, 1 to 50 seconds, 1 to 40 seconds, 1 to 30 seconds, 1 to 25 seconds, 15 to 100 seconds, 15 to 75 seconds, 15 to 60 seconds, 15 to 45 seconds, 15 to 30 seconds, preferably 20 to 30 seconds or limited thereto not.

본 발명에서 HIFU의 조사 세기는 25 내지 100W, 25 내지 75W, 25 내지 50W, 1 내지 100W, 1 내지 90W, 1 내지 75W, 1 내지 60W, 1 내지 50W, 1 내지 40W, 1 내지 30W, 1 내지 25W, 15 내지 100W, 15 내지 75W, 15 내지 60W, 15 내지 45W, 15 내지 30W, 바람직하게는 40 내지 60W이나 이에 제한되는 것은 아니다. In the present invention, the irradiation intensity of HIFU is 25 to 100W, 25 to 75W, 25 to 50W, 1 to 100W, 1 to 90W, 1 to 75W, 1 to 60W, 1 to 50W, 1 to 40W, 1 to 30W, 1 to 25W, 15 to 100W, 15 to 75W, 15 to 60W, 15 to 45W, 15 to 30W, preferably 40 to 60W, but is not limited thereto.

본 발명에서 [화학식 1]~[화학식 5]로 표현될 수 있는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물들은 일산화질소를 방출할 수 있어 질병 치료 등 생의학적으로 활용의 여지가 좋으나, 물 등 여러 용매에 쉽게 용해되지 않고 안정한 화합물이어서 이를 질병 치료 등에 쉽게 사용하기는 어렵다. 그러나, 본 발명에 따르면 나노구조체의 우수한 용해성 및 생체친화성의 특성을 활용하여 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물을 발병 부위에 효과적으로 전달할 수 있어 질병 치료 등에 효과적으로 활용할 수 있다. In the present invention, the N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compounds, which can be represented by [Formula 1] to [Formula 5], can release nitrogen monoxide, so they have good room for biomedical applications such as disease treatment, but various solvents such as water It is a stable compound that is not readily soluble in sodium, so it is difficult to easily use it for the treatment of diseases. However, according to the present invention, the N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound can be effectively delivered to the site of disease by utilizing the excellent solubility and biocompatibility characteristics of the nanostructure, which can be effectively used for disease treatment.

본 발명은 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물이 담지된 마이셀 나노구조체의 HIFU 감응성을 기반으로 하여 목적 부위에 일산화질소를 전달할 수 있는 시스템을 제공한다. The present invention provides a system capable of delivering nitrogen monoxide to a target site based on the HIFU sensitivity of a micelle nanostructure loaded with an N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound.

본 발명의 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물이 담지된 마이셀 나노구조체는 체내에서 질병 등이 발생한 목적 부위에 효과적으로 전달될 수 있다. 목적부위에 전달된 마이셀 나노구조체는 고강도초집중초음파(HIFU)의 조사에 의해서 분해되어 내부에 담지되어 있던 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물을 방출하게 된다. 방출된 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물에 HIFU가 조사되면 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물로부터 일산화질소가 방출되어 최종적으로 목적 부위에 일산화질소가 전달된다.The micelle nanostructure carrying the N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound of the present invention can be effectively delivered to a target site where a disease or the like has occurred in the body. The micellar nanostructure delivered to the target site is decomposed by irradiation with high-intensity ultra-focused ultrasound (HIFU) to release the N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound supported therein. When HIFU is irradiated to the released N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound, nitrogen monoxide is released from the N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound, and the nitrogen monoxide is finally delivered to the target site.

또한, 본 발명의 마이셀 나노구조체를 활용하여 목적하는 부위에서 필요한 때에 일산화질소를 방출할 수 있는 방법을 제공한다. 예를 들어, 1) N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물이 담지된 나노구조체를 투여한 후, 나노구조체 또는 나노구조체를 전달하고자 하는 목적 부위에 HIFU(high-intensity focused ultrasound)를 조사하는 단계, 2) 1)단계의 HIFU 조사에 의해 마이셀이 해리되어 카벤 일산화질소 라디칼 화합물이 방출되는 단계 및 3) 2)단계에서 방출된 카벤 일산화질소 라디칼 화합물에 HIFU가 조사되어 일산화질소가 방출되는 단계를 통해 일산화질소 방출할 수 있다. In addition, by utilizing the micelle nanostructure of the present invention, there is provided a method capable of releasing nitrogen monoxide when necessary at a desired site. For example, 1) after administering the N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound-supported nanostructure, irradiating HIFU (high-intensity focused ultrasound) to the target site to which the nanostructure or nanostructure is to be delivered; 2) a step in which micelles are dissociated by HIFU irradiation in step 1) to release a carbene nitric oxide radical compound and 3) a step in which carbene nitric oxide radical compound released in step 2) is irradiated with HIFU to release nitrogen monoxide Nitric oxide may be released.

본 발명의 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물이 담지된 마이셀 나노구조체는 특히 종양 부위에 보다 특이적으로 전달될 수 있어, 이를 활용하여 마이셀 나노구조체를 포함하는 항암 치료용 조성물을 제공할 수 있다. The micellar nanostructures carrying the N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound of the present invention can be delivered more specifically to the tumor site, and by utilizing this, a composition for anticancer treatment including the micellar nanostructures can be provided. .

본 발명의 마이셀 나노구조체는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물과 함께 다른 약물들을 담지하여 보다 효과적인 질병 치료를 위해 활용할 수 있다. 그리고, 약물들을 마이셀 나노구조체에 직접 담지하는 방법 외에도, 물리적 또는 화학적으로 약물들을 결합시키는 방법으로도 질병 치료에 활용할 수 있다. The micellar nanostructure of the present invention can be utilized for more effective disease treatment by supporting other drugs together with the N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound. And, in addition to the method of directly supporting the drugs on the micelle nanostructure, a method of physically or chemically binding the drugs can also be used for disease treatment.

본 발명의 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물이 담지된 마이셀 나노구조체는, 친수성 고분자와 소수성 고분자를 결합하여 양친매성 고분자를 준비하는 단계, 양친매성 고분자와 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물을 혼합하여 용매에 용해시키는 단계, 용매를 증발시킨 후 초음파처리(sonication)를 통해 마이셀 나노구조체를 형성하는 단계에 따라 제조할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 양친매성 고분자와 N-헤테로고리 카벤일산화질소 라디칼 화합물을 용해시키는 용매는 클로로포름이 바람직하나 이에 제한되지 않는다.The micellar nanostructure carrying the N-heterocyclic carbene nitrogen monoxide radical compound of the present invention is prepared by combining a hydrophilic polymer and a hydrophobic polymer to prepare an amphiphilic polymer, and an amphiphilic polymer and an N-heterocyclic carbene nitrogen monoxide radical compound It can be prepared according to the steps of dissolving in a solvent by mixing, evaporating the solvent and then forming the micellar nanostructures through sonication. According to an embodiment of the present invention, the solvent for dissolving the amphiphilic polymer and the N-heterocyclic carbenyl nitrogen oxide radical compound is preferably chloroform, but is not limited thereto.

본 발명의 마이셀 나노구조체 제조방법은 간단하여 매우 경제적이고, N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물을 효율적으로 마이셀 나노구조체에 담지할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 65%, 66%, 67%, 68%, 69%, 70% 이상의 담지 효율(Loading efficiency)을 가질 수 있다. The method for manufacturing a micelle nanostructure of the present invention is simple and very economical, and the N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound can be efficiently supported on the micelle nanostructure. According to an embodiment of the present invention, it may have a loading efficiency of 65%, 66%, 67%, 68%, 69%, 70% or more.

본 발명의 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물이 담지된 마이셀 나노구조체의 크기는 평균 입경이 50 내지 200nm, 50 내지 150nm, 50 내지 100nm, 50 내지 80nm, 60 내지 200nm, 60 내지 150nm, 60 내지 100nm, 60 내지 80nm, 65 내지 85nm, 65 내지 75nm, 바람직하게는 60 내지 70nm, 보다 바랍직하게는 65 내지 70nm이다. 본 발명의 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물이 담지된 마이셀 나노구조체의 크기는 종양(암)이 형성된 조직의 혈관을 통해 선택적으로 축적되기에 적합한 크기이기 때문에 정상 조직에는 거의 축적되지 않을 수 있다. The size of the micelle nanostructure on which the N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound of the present invention is supported has an average particle diameter of 50 to 200 nm, 50 to 150 nm, 50 to 100 nm, 50 to 80 nm, 60 to 200 nm, 60 to 150 nm, 60 to 100 nm, 60 to 80 nm, 65 to 85 nm, 65 to 75 nm, preferably 60 to 70 nm, more preferably 65 to 70 nm. Since the size of the micellar nanostructure loaded with the N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound of the present invention is suitable for selectively accumulating through the blood vessels of the tissue in which the tumor (cancer) is formed, it may hardly accumulate in normal tissues. .

본 발명의 마이셀 나노구조체에 담지된 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물은 전체 중량에 대하여 2~10 중량%, 2~9 중량%, 2~8 중량%, 2~7 중량%, 3~10 중량%, 3~9 중량%, 3~8 중량%, 3~7 중량%, 4~10 중량%, 4~9 중량%, 4~8 중량%, 4~7 중량%, 5~10 중량%, 5~9 중량%, 5~8 중량%, 5~7 중량%, 6~10 중량%, 6~9 중량%, 6~8 중량%로 담지될 수 있다. The N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound supported on the micellar nanostructure of the present invention is 2 to 10% by weight, 2 to 9% by weight, 2 to 8% by weight, 2 to 7% by weight, 3 to 10 based on the total weight wt%, 3-9 wt%, 3-8 wt%, 3-7 wt%, 4-10 wt%, 4-9 wt%, 4-8 wt%, 4-7 wt%, 5-10 wt% , 5-9 wt%, 5-8 wt%, 5-7 wt%, 6-10 wt%, 6-9 wt%, 6-8 wt% may be supported.

본 발명에서 종양(암)은 유방암, 난소암, 방광암, 폐암, 신장암, 자궁암, 간암, 전립선암, 췌장암, 위암, 골암, 피부암, 상피암 및 악성 종양에서 선택되는 하나이나 이에 제한되는 것은 아니다. In the present invention, the tumor (cancer) is one selected from breast cancer, ovarian cancer, bladder cancer, lung cancer, kidney cancer, uterine cancer, liver cancer, prostate cancer, pancreatic cancer, stomach cancer, bone cancer, skin cancer, epithelial cancer and malignant tumor, but is not limited thereto.

이하에서 본 발명을 실시하기 위한 실시예에 대하여 설명한다. 실시예는 본 발명을 실시하기 위한 하나의 예시에 해당하는 것으로서 본 발명이 실시예에 의해 한정 해석되어서는 안된다. Examples for carrying out the present invention will be described below. The examples correspond to one example for carrying out the present invention, and the present invention should not be construed as being limited by the examples.

이하 본 발명의 실시예 1 및 2는 질소 분위기를 유지하는 글로브박스에서 수행되었으며, 벤젠, 디에틸 에테르, 톨루엔, 테트라히드로푸란(THF) 등의 용매는 디스틸 정제한 것을 사용하였다. Hereinafter, Examples 1 and 2 of the present invention were carried out in a glove box maintaining a nitrogen atmosphere, and solvents such as benzene, diethyl ether, toluene, and tetrahydrofuran (THF) were purified by distillation.

목적 화합물의 화학적 구조는 NMR(model: Bruker DRX 500 spectrometer), 전자충격 질량분석(electron-impact GC/MS spectrum), 전자상자기 공명(Electron paramagnetic resonance, Bruker X-band A200 spectrometer)으로 확인하였으며, 전기화학적 성능은 순환전압전류(cyclic voltammograms, Princeton Applied Research (PAR) 273A potentiostat)를 측정하여 확인하였다.The chemical structure of the target compound was confirmed by NMR (model: Bruker DRX 500 spectrometer), electron-impact GC/MS spectrum, and electron paramagnetic resonance (Bruker X-band A200 spectrometer). Electrochemical performance was confirmed by measuring cyclic voltammograms (Princeton Applied Research (PAR) 273A potentiostat).

실시예Example 1- One- 1.N1.N -헤테로고리 -heterogory 카벤Caven 일산화질소 화합물인 nitric oxide compound IMesNO의IMesNO's 제조 Produce

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질소 분위기를 유지하는 글로브박스에서, 40 mL 바이알에 톨루엔 25 mL에 용해된 1,3-bis-(2,4,6-trimethylphenyl)imidazolylidene(IMes (1b), 1.00g, 2.57 mmol, 1.00 equiv)을 투입하고, 이 용액을 78℃로 하온하였다. 상기 용액에 nitric oxide(1.00 equiv)를 가스 형태로 수회에 걸쳐 공급한 후 무색의 용액이 어두운 갈색으로 변하는 것을 확인하였다. 상기 용액을 23 ℃로 승온한 후 1 시간동안 반응하였다. 용매를 진공으로 제거한 후 얻어진 고체를 5 mL의 에테르(Et2O)에 현탁한 후 필터하고, 이를 에테르로 세척하였다(3×1mL). 이후 진공 건조하여 밝은 주황색 고체를 얻었다(560 mg). 상기 고체를 30 ℃에서 48시간동안 방치하여 갈색 고체를 얻어, 이를 에테르(Et2O)로 세척하고(3 × 0.5 mL), 노란색 고체인 목적 화합물(2b)을 제조하였다(760 mg, 수율 = 72%). In a glovebox maintaining a nitrogen atmosphere, 1,3-bis-(2,4,6-trimethylphenyl)imidazolylidene ( I Mes (1b), 1.00 g, 2.57 mmol, 1.00 equiv in 25 mL toluene in a 40 mL vial. ) was added, and the solution was heated to 78°C. After nitric oxide (1.00 equiv) was supplied to the solution several times in the form of a gas, it was confirmed that the colorless solution changed to dark brown. The solution was heated to 23 °C and reacted for 1 hour. After the solvent was removed in vacuo, the obtained solid was suspended in 5 mL of ether (Et2O), filtered, and washed with ether (3×1 mL). It was then vacuum dried to give a light orange solid (560 mg). The solid was left at 30 °C for 48 hours to obtain a brown solid, which was washed with ether (Et2O) (3 x 0.5 mL), and the target compound (2b) as a yellow solid was prepared (760 mg, yield = 72%) ).

1H NMR (500 MHz, C6D6, 23 ℃, δ): 1.60 (s, br). 1 H NMR (500 MHz, C 6 D 6 , 23° C., δ): 1.60 (s, br).

Anal. Calcd. for C21H24N3O: C, 75.42; H, 7.23; N, 12.56; found: C, 75.22; H, 6.96; N, 12.42.Anal. Calcd. for C21H24N3O: C, 75.42; H, 7.23; N, 12.56; found: C, 75.22; H, 6.96; N, 12.42.

또한, X-선 회절분석(XRD)으로 상기 목적 화합물(2b)의 결정구조를 하기 도 1에 도시하였으며, 질소분위기를 유지하는 글로브박스에서 목적 화합물(2b) 0.1mg을 1.0 mL 벤젠에 용해하여 23 ℃에서 ERP 시그널 및 이의 강도를 확인하였다(전자 상자기 공명 스펙트라를 측정)(도 2). 상기 목적 화합물(2a)의 순화전압전류(cyclic voltammetry)를 0.1 M NBu4BF4에 1.2 mM 목적화합물(2a)를 포함하는 아세토니트릴에서, 기준전극 Ag/AgCl(KCl 3.5M)에 대해 스캔 속도 0.1V/sec로 1.2 내지 0.8까지 전극의 전자전위를 스캔하여 전극의 전위를 측정하였다(순환전압전류 특성을 측정)(도 3).In addition, the crystal structure of the target compound (2b) was shown in FIG. 1 by X-ray diffraction analysis (XRD), and 0.1 mg of the target compound (2b) was dissolved in 1.0 mL benzene in a glove box maintaining a nitrogen atmosphere. The ERP signal and its intensity were confirmed at 23 °C (electron paramagnetic resonance spectra were measured) (FIG. 2). Cyclic voltammetry of the target compound (2a) in acetonitrile containing 1.2 mM target compound (2a) in 0.1 M NBu 4 BF 4 Scan rate with respect to the reference electrode Ag/AgCl (KCl 3.5M) By scanning the electron potential of the electrode from 1.2 to 0.8 at 0.1 V/sec, the potential of the electrode was measured (the cyclic voltammetry characteristic) (FIG. 3).

실시예Example 1-2. N-헤테로고리 1-2. N-heterocyclic 카벤Caven 일산화질소 화합물인 nitric oxide compound IPrNO의IPrNO's 제조 Produce

Figure 112017071689373-pat00012
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질소 분위기를 유지하는 글로브박스에서, 40 mL 바이알에 톨루엔 25 mL에 용해된 1,3-bis-(2,6-diisopropylphenyl)imidazolylidene (IPr (1a), 1.00 g, 2.57 mmol, 1.00 equiv)을 투입하고, 이 용액을 78℃로 하온하였다. 상기 용액에 nitric oxide(1.00 equiv)를 가스 형태로 수회에 걸쳐 공급한 후 무색의 용액이 어두운 갈색으로 변하는 것을 확인하였다. 상기 용액을 23 ℃로 승온한 후 1 시간동안 반응하였다. 용매를 진공으로 제거한 후 얻어진 고체를 5 mL의 에테르(Et2O)에 현탁한 후 필터하고, 이를 에테르로 세척하였다(3×1mL). 이후 진공 건조하여 밝은 주황색 고체를 얻었다(560 mg). 상기 고체를 30 ℃에서 48시간동안 방치하여 갈색 고체를 얻어, 이를 에테르(Et2O)로 세척하고(3 × 0.5 mL), 진공 건조하여 목적 화합물(2a)을 제조하였다. (172 mg, 수율 = 68%).In a glovebox maintaining a nitrogen atmosphere, 1,3-bis-(2,6-diisopropylphenyl)imidazolylidene (IPr (1a), 1.00 g, 2.57 mmol, 1.00 equiv) dissolved in 25 mL of toluene was added to a 40 mL vial. and the solution was heated to 78°C. After nitric oxide (1.00 equiv) was supplied to the solution several times in the form of a gas, it was confirmed that the colorless solution changed to dark brown. The solution was heated to 23 °C and reacted for 1 hour. After the solvent was removed in vacuo, the obtained solid was suspended in 5 mL of ether (Et2O), filtered, and washed with ether (3×1 mL). It was then vacuum dried to give a light orange solid (560 mg). The solid was left at 30° C. for 48 hours to obtain a brown solid, which was washed with ether (Et 2 O) (3 × 0.5 mL) and dried under vacuum to prepare the target compound (2a). (172 mg, yield = 68%).

1H NMR (500 MHz, C6D6, 23 ℃, δ): 1.60 (s, br). 1 H NMR (500 MHz, C6D6, 23° C., δ): 1.60 (s, br).

Anal. Calcd. for C27H36N3O (a light orange solid): C, 77.47; H, 8.67; N, 10.04; found: C, 77.62; H, 8.51; N, 9.60. Anal. Calcd. for C27H36N3O (a light orange solid): C, 77.47; H, 8.67; N, 10.04; found: C, 77.62; H, 8.51; N, 9.60.

Anal. Calcd. for C27H36N3O (a brown solid): C, 77.47; H, 8.67; N, 10.04; found: C, 77.30; H, 8.34; N, 9.58.Anal. Calcd. for C27H36N3O (a brown solid): C, 77.47; H, 8.67; N, 10.04; found: C, 77.30; H, 8.34; N, 9.58.

X-선 회절분석(XRD)으로 상기 목적 화합물(2a)의 결정구조를 확인하였고, 전자 상자기 공명 스펙트라를 측정 및 순환전압전류 특성을 측정하였다.The crystal structure of the target compound (2a) was confirmed by X-ray diffraction analysis (XRD), electron paramagnetic resonance spectra were measured, and cyclic voltammetry characteristics were measured.

N-헤테로고리 N-heterocyclic 카벤Caven 일산화질소 화합물인 nitric oxide compound IMesNO의IMesNO's NO 방출 확인 NO Emission Confirmation

Figure 112017071689373-pat00013
Figure 112017071689373-pat00013

질소 분위기를 유지하는 글로브박스에서, 하기 도 4에 도시하고 있는 장치를 설치하고, 실시예 1에서 제조된 2a (5.0 mg, 12.1 μmol)을 제 1 튜브에 투입하였다. 제 2 튜브에는 0.5 mL의 벤젠에 녹인 1b (0.50 mg, 1.6 μmol)를 투입하였다. 이때, 상기 장치는 진공상태로, 제2 튜브는 78 ℃를 유지하였다. 이후 제 1 튜브를 120 ℃에서 1 시간동안 열처리를 수행하는 동안 제 2 튜브는 23 ℃를 유지하였다. 상기 제 2 튜브의 용액의 전자 상자기 공명 스펙트라를 측정하였다(도 2). 이로부터 본 발명에 따른 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물의 열분해시 효과적으로 일산화질소를 방생시킬 수 있음을 알 수 있었다(도 2). 또한, 2b는 비가역적인 산화-환원 반응을 일으킨다(도 3).In a glove box maintaining a nitrogen atmosphere, the apparatus shown in FIG. 4 was installed, and 2a (5.0 mg, 12.1 μmol) prepared in Example 1 was put into the first tube. 1b (0.50 mg, 1.6 μmol) dissolved in 0.5 mL of benzene was added to the second tube. At this time, the apparatus was maintained in a vacuum state, and the second tube was maintained at 78 °C. Then, while the first tube was heat-treated at 120 °C for 1 hour, the second tube was maintained at 23 °C. Electron paramagnetic resonance spectra of the solution in the second tube were measured (FIG. 2). From this, it was found that nitrogen monoxide could be effectively released during thermal decomposition of the N-heterocyclic carbene nitrogen monoxide radical compound according to the present invention (FIG. 2). In addition, 2b causes an irreversible oxidation-reduction reaction (FIG. 3).

HIFUHIFU (High-intensity focused ultrasound)에 의한 (High-intensity focused ultrasound) IMesNO의IMesNO's NO 방출 확인 NO Emission Confirmation

실시예 1에서 제조한 화합물(IMesNO)에 고강도집속초음파(High-Intensity focused ultrasound, HIFU)를 조사하여 NO 방출 정도를 NO 분석기(NO Analyzer, NOA 280i chemiluminescence)를 이용하여 NO 방출 거동과 방출량을 분석하였다.By irradiating the compound (IMesNO) prepared in Example 1 with high-intensity focused ultrasound (HIFU), the degree of NO emission was analyzed using NO Analyzer (NO Analyzer, NOA 280i chemiluminescence) to analyze the NO emission behavior and emission amount did

구체적으로, DPBS (Dulbecco's Phosphate buffered saline) 40 ml에 IMesNO 1mg 을 첨가한 혼합물을 고강도집속초음파 (VIFU 2000, Alpinion Medical Systems, Repubilc of Korea)를 조사하여 고강도집속초음파의 세기에 따른 방출되는 NO의 단위 표면적당 방출량([NO]tb), 시간(td c), 최대농도[NO]m d, 이의 요구시간(tm e), 반감기(t1/2 f) 등을 측정하였다(도 5 및 도 6). 그 결과, 일정 온도 이상이 되어야 NO가 검출되었으며, 온도가 더 증가할수록 빠른 시간 내에 많은 양의 NO가 방출되지만 방출시간은 감소하는 것을 확인하였다. 또한 고강도집속초음파의 세기가 20W일 경우, 100초 동안 조사하였을 때 NO가 방출되었으며, 상기 세기가 50W 및 100W일 경우, 조사시간이 길어질수록 많은 양의 NO가 방출되고 그 시간도 길어졌지만 반감기는 비슷한 것으로 확인되었다. 아울러 체내(in vivo) 상에서 고강도집속초음파를 조사할 경우, 높은 에너지에 의해 조직이 열충격 받지 않는 조건을 고려하면, 고강도집속초음파의 세기는 100W 이하, 조사시간은 50 초 이하인 것이 바람직함을 확인하였다.Specifically, a mixture of 1 mg of IMesNO in 40 ml of DPBS (Dulbecco's Phosphate buffered saline) was irradiated with high-intensity focused ultrasound (VIFU 2000, Alpinion Medical Systems, Repubilc of Korea), and the unit of NO released according to the intensity of high-intensity focused ultrasound Emission amount per surface area ([NO] t b), time (t d c ), maximum concentration [NO] m d , its required time (t m e ), half-life (t 1/2 f ), etc. were measured (FIG. 5) and Fig. 6). As a result, NO was detected when the temperature was higher than a certain temperature, and as the temperature increased, a large amount of NO was released within a short time, but it was confirmed that the emission time decreased. In addition, when the intensity of high-intensity focused ultrasound was 20W, NO was released when irradiated for 100 seconds, and when the intensity was 50W and 100W, the longer the irradiation time, the more NO was released and the time was longer, but the half-life was was found to be similar. In addition, when irradiating high-intensity focused ultrasound in vivo , it was confirmed that the intensity of high-intensity focused ultrasound is preferably 100 W or less, and the irradiation time is 50 seconds or less, considering the condition that the tissue is not subjected to thermal shock due to high energy. .

IMesNO이IMesNO 담지된supported 마이셀micelles 나노구조체 제조 Nanostructure manufacturing

분자량 5000 의 폴리에틸렌글리콜 (Sigma-Aldrich Co. (St. Louis, MO)) 1.0 g 및 폴리카프로락톤 (Sigma-Aldrich Co. (St. Louis, MO)) 0.685g 과 Sn(Oct)2 (Sigma-Aldrich Co. (St. Louis, MO)) 0.008g 를 촉매제로 이용하여 ring opening polymerization 방법을 통해 결합하여 양친매성 고분자를 만든다. 간단히 이 세가지 화합물을 무수 톨루엔에 녹여 질소 퍼징을 한 후 24시간 동안 100 고온 하에 중합반응을 시킨다. 그 후 상온으로 식힌 후 다이에틸에테르를 이용하여 침전을 잡는다. 침전된 화합물을 필터 하고 48시간 동안 진공상태로 건조시킨 후 최종 고분자를 얻는다. 합성한 고분자와 실시예 1에서 제조한 IMesNO를 1ml 클로로포름에 녹인 후, 용매를 빠르게 증발시켜 필름형태로 만든 후, 여기에 DPBS(Dulbecco's Phosphate buffered saline)를 3 ml 정도 천천히 떨어뜨리고, 3 시간 동안 초음파(Sonication) 처리하여 IMesNO이 담지된 마이셀 나노 구조체 (이하 'IMesNO@PEG-PCLmicelIe')을 제조하였다(도 7 (a)). IMesNO@PEG-PCLmicelIe를 동적광산란과 투과전자현미경을 이용하여 확인한 결과 평균 약 70nm(67.89±19nm) 정도의 크기를 가지고, 자외-가시광 분광기를 통하여 IMesNO가 약 69%(69.1%) 정도의 효율로 마이셀 나노구조체에 담지되었으며, 로딩량은 약 7중량%(6.91wt%)임을 확인하였다(도 7 (c)).Polyethylene glycol having a molecular weight of 5000 (Sigma-Aldrich Co. (St. Louis, MO)) 1.0 g and polycaprolactone (Sigma-Aldrich Co. (St. Louis, MO)) 0.685 g and Sn(Oct) 2 (Sigma- Aldrich Co. (St. Louis, MO)) 0.008 g as a catalyst is combined through a ring opening polymerization method to make an amphiphilic polymer. Briefly, these three compounds are dissolved in anhydrous toluene, purged with nitrogen, and then polymerized under high temperature of 100 for 24 hours. After that, after cooling to room temperature, the precipitate is collected using diethyl ether. The precipitated compound is filtered and dried under vacuum for 48 hours to obtain the final polymer. After dissolving the synthesized polymer and IMesNO prepared in Example 1 in 1 ml chloroform, the solvent was rapidly evaporated to form a film, and then about 3 ml of DPBS (Dulbecco's Phosphate buffered saline) was slowly dropped thereinto, followed by ultrasonication for 3 hours. (Sonication) treatment to prepare IMesNO-supported micellar nanostructures (hereinafter 'IMesNO@PEG-PCLmicelIe') (FIG. 7 (a)). As a result of confirming IMesNO@PEG-PCLmicelIe using dynamic light scattering and transmission electron microscopy, it has an average size of about 70 nm (67.89±19 nm), and IMesNO has an efficiency of about 69% (69.1%) through ultraviolet-visible spectroscopy. It was supported on the micellar nanostructures, and it was confirmed that the loading amount was about 7 wt% (6.91 wt%) (FIG. 7 (c)).

IMesNO이IMesNO 담지된supported 마이셀micelles 나노구조체의 목적 부위 전달 및 NO 방출 여부 확인 Confirmation of delivery to the target site of the nanostructure and release of NO

실시예Example 5-1. 5-1. 나노구조체의 종양 부위 전달 여부 확인 Confirmation of delivery of nanostructures to the tumor site

생체내(in vivo)에서 마이셀 나노 구조체가 혈관을 통해서 목적 부위에 전달(systemic delivery)될 수 있는지 여부를 확인하였다. IMesNO 자체가 형광을 내는 물질이 아니기 때문에 나노구조체에 IMesNO 대신 근적외선에서 형광을 나타내는 IR820 프로브(Sigma-Aldrich (St. Louis, USA))를 이용하였다. IR820 프로브는 이 전에 IMesNO 를 PEG-PCLmicelIe 에 담지하는 방법과 유사하다. 단지 마지막 단계에서 초음파를 처리할 때 1 시간 동안 처리하여 IR820이 담지된 마이셀 나노 구조체를 제조하였다. 실험용 마우스는 6~8주사이의 암컷 BALB/C 종으로 유방암 세포인 4T1 (1 X 106)을 이종이식 하였다. 암의 크기가 약 10~13 mm3 정도가 되면 IR820 을 담지한 마이셀을 실험용 마우스에 정맥 주사하여 3시간, 6시간, 24시간 동안 소동물 형광 발광 영상 시스템(In Vivo Imaging System, IVIS)(Califer Lifescience, Hopkinton, MA)을 이용해 나노구조체가 목적 부위에 전달되었는지 확인하였다. 그 결과 비교적 짧은 시간인 3 시간의 경우에서도 물질이 잘 전달되었으며, 특히 다른 장기들보다도 암 조직에서의 형광신호 세기가 가장 높았다(도 8). 즉, 마이셀 나노구조체(PEG-PLCmicelle)는 생체내(in vivo)에서 혈관을 통해 목적 부위에 전달되는 특성(systemic delivery)이 우수함을 확인할 수 있었다. In vivo ( in vivo ), it was confirmed whether the micellar nanostructure could be delivered to the target site through blood vessels (systemic delivery). Since IMesNO itself is not a fluorescence material, an IR820 probe (Sigma-Aldrich (St. Louis, USA)) that fluoresces in the near-infrared light was used instead of IMesNO in the nanostructure. The IR820 probe is similar to the method in which IMesNO was previously loaded onto PEG-PCLmicelIe. In the last step, when the ultrasonic treatment was performed, it was processed for 1 hour to prepare a micellar nanostructure on which IR820 was supported. Experimental mice were xenografted with breast cancer cells 4T1 (1 X 10 6 ) into BALB/C females between 6 and 8 weeks of age. When the size of the cancer is about 10 to 13 mm 3 , micelles loaded with IR820 are intravenously injected into mice for 3 hours, 6 hours, and 24 hours using an In Vivo Imaging System (IVIS) (Califer). Lifescience, Hopkinton, MA) was used to confirm that the nanostructure was delivered to the target site. As a result, even in the case of a relatively short time of 3 hours, the material was delivered well, and in particular, the intensity of the fluorescence signal in the cancer tissue was the highest compared to other organs (FIG. 8). That is, it was confirmed that the micellar nanostructures (PEG-PLCmicelle) had excellent systemic delivery properties in vivo through blood vessels.

실시예Example 5-2. 종양에 전달된 5-2. delivered to the tumor IMesNO이IMesNO 담지된supported 마이셀micelles 나노구조체에 in nanostructures HIFUHIFU 조사에 따른 NO 방출 여부 확인 Confirmation of NO emission according to irradiation

생체내(in vivo)에 전달된 IMesNO이 담지된 마이셀 나노구조체(IMesNO@PEG-PCLmicelIe)에 고강도집속초음파를 조사하였을 경우의 선택적 NO 방출 특성 가질 것으로 예상되었다(도 9). 이을 확인하기 위해, NO가 존재할 때 540nm 파장대에서 형광을 띄는 프로브(4,5-DiaminofIuorescein diacetate, DAF-2DA) (Sigma-Aldrich Co. (St. Louis, MO)) 를 사용하였다. 형광 확인은 소동물 형광 발광 영상 시스템(IVIS) (Califer Lifescience, Hopkinton, MA) 이용하였다. 실시예 4에서 제조한 IMesNO@PEG-PCLmicelIe 100㎕(1 mg/ml)를 실험용 마우스의 정맥(intravenous injection, IV)에 먼저 주사 하였다. 확실하게 마이셀이 암으로 표적되어 축적된 24 시간 후에 DAF-2DA 50㎕을 종양부위에 직접(Local injection) 주사하고 표적부위인 암 조직에 고강도집속초음파를 50W으로 10초 또는 25초 25W으로 10초 또는 25초 동안 조사하였다. 그 결과, 고강도집속초음파를 조사한 표적부위인 암 조직에서만 DAF-2DA에 의한 형광이 나타났고, 이를 통해 IMesNO@PEG-PCLmicelIe가 암 조직에 특이적으로 전달되었고, HIFU에 감응하여 NO가 방출된 것을 확인할 수 있었다. 그리고 높은 세기(50W)에 오랜 시간(25s) HIFU를 조사한 경우 DAF-2DA에 의한 형광이 높게 나타난 것을 알 수 있었고 이는 NO 방출 이 가장 많이 되었다는 것을 확인할 수 있었다 (도 11).It was expected to have selective NO release properties when high-intensity focused ultrasound was irradiated to the micellar nanostructures (IMesNO@PEG-PCLmicelIe) loaded with IMesNO delivered in vivo (FIG. 9). To confirm this, a probe (4,5-DiaminofIuorescein diacetate, DAF-2DA) (Sigma-Aldrich Co. (St. Louis, MO)) that fluoresces at a wavelength of 540 nm when NO is present was used. Fluorescence was confirmed using a small animal fluorescence imaging system (IVIS) (Califer Lifescience, Hopkinton, MA). 100 μl (1 mg/ml) of IMesNO@PEG-PCLmicelIe prepared in Example 4 was first injected into an intravenous injection (IV) of an experimental mouse. After 24 hours of accumulating micelles as cancer targets, 50 μl of DAF-2DA is injected directly into the tumor site (local injection), and high-intensity focused ultrasound is applied to the target site cancer tissue for 10 seconds at 50 W or 25 seconds at 25 W for 10 seconds. or irradiated for 25 seconds. As a result, fluorescence by DAF-2DA was observed only in cancer tissue, the target site irradiated with high-intensity focused ultrasound, through which IMesNO@PEG-PCLmicelIe was specifically delivered to cancer tissue, and NO was released in response to HIFU. could check And when HIFU was irradiated with high intensity (50W) for a long time (25s), it was found that the fluorescence by DAF-2DA was high, and it was confirmed that the NO emission was the largest (FIG. 11).

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점이 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As the specific parts of the present invention have been described in detail above, it will be clear to those of ordinary skill in the art that these specific descriptions are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereby. will be. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (8)

폴리에틸렌글리콜과 폴리카프로락톤의 자기조립으로 형성되고, 하기 화학식으로 표시되는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물이 담지된 HIFU(high-intensity focused ultrasound) 감응성 마이셀 나노구조체:
Figure 112022047716676-pat00030
.
HIFU (high-intensity focused ultrasound) sensitive micellar nanostructure formed by self-assembly of polyethylene glycol and polycaprolactone, and carrying N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound represented by the following formula:
Figure 112022047716676-pat00030
.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
평균 입경이 50 내지 200nm인 마이셀 나노구조체.
According to claim 1,
A micelle nanostructure having an average particle diameter of 50 to 200 nm.
제1항에 있어서,
상기 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물은 마이셀 나노구조체 전체 중량에 대하여 2~10 중량%로 담지되는 마이셀 나노구조체.
According to claim 1,
The N-heterocyclic carbene nitric oxide radical compound is supported in an amount of 2 to 10% by weight based on the total weight of the micelle nanostructure.
폴리에틸렌글리콜과 폴리카프로락톤의 자기조립으로 형성되고, 하기 화학식으로 표시되는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물이 담지된 마이셀 나노구조의 HIFU(high-intensity focused ultrasound) 감응성을 기반으로 하는 일산화질소 전달 시스템:
Figure 112022047716676-pat00031
.
Nitrogen monoxide delivery based on HIFU (high-intensity focused ultrasound) sensitivity of micellar nanostructure formed by self-assembly of polyethylene glycol and polycaprolactone and carrying N-heterocyclic carbene nitrogen monoxide radical compound represented by the following formula system:
Figure 112022047716676-pat00031
.
제1항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 따른 나노구조체를 포함하는 종양 치료용 조성물.
[Claim 7] A composition for treating a tumor comprising the nanostructure according to any one of claims 1, 5 and 6.
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