KR102464624B1 - Photo-reactive drug delivery system for combination chemotherapy - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광역학 치료용 광민감제 및 항암제가 함유된 고분자 약물 전달체에 대한 것으로, 외부 빛 조사시 고분자 약물 전달체 내부의 광민감제로부터 발생한 활성산소종들에 의한 1차적 빛 자극 국소치료 및 발생된 활성산소종들에 의해 특이적 약물 방출 특성을 지니는 작용기에 의해 항암제를 선택적으로 방출함으로써 2차 화학치료가 가능한 항암치료의 시너지 효과가 있다.The present invention relates to a polymer drug delivery system containing a photosensitizer and an anticancer agent for photodynamic therapy. When irradiated with external light, the primary light stimulation local treatment and generated by reactive oxygen species generated from the photosensitizer inside the polymer drug delivery system. There is a synergistic effect of anticancer treatment that enables secondary chemotherapy by selectively releasing anticancer agents by means of functional groups having specific drug release properties by reactive oxygen species.

Description

항암병용치료가 가능한 광반응성 약물 전달 시스템{Photo-reactive drug delivery system for combination chemotherapy}Photo-reactive drug delivery system for combination chemotherapy

본 발명은 광역학 치료와 항암약물치료가 동시에 가능한 고분자 약물 전달체-광민감제 복합체에 대한 것으로서, 상세하게는 본 발명의 고분자 약물 전달체-광민감제 복합체는 기존의 광민감제를 개질하여 2차 화학 치료가 가능한 항암제에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer drug carrier-photosensitizer complex capable of simultaneous photodynamic therapy and anticancer drug treatment. Specifically, the polymer drug carrier-photosensitizer complex of the present invention is a secondary chemotherapy by modifying an existing photosensitizer. It relates to possible anticancer drugs.

최근 분자생물학 기술이 발전하면서 암 치료에 적용이 가능한 다양한 타겟을 찾을 수 있게 되고, 이를 근거로 새로운 분자타겟치료제, 면역화학요법제, 항체치료제 등 다양한 항암 치료제가 개발되고 있다. 하지만, 이러한 단일화학요법제들이 임상현장에서 기대했던 우수한 치료율을 보이지 않고, 오히려 약제 내성 등의 문제를 보이고 있어 약물의 효능을 높이기 위해 복합 치료제 개념의 약제나 전달체를 개발하는 것이 이 분야 기술의 큰 화두이다.With the recent development of molecular biology technology, it is possible to find various targets applicable to cancer treatment, and based on this, various anticancer therapeutics such as new molecular target therapeutics, immunochemotherapy, and antibody therapy are being developed. However, these single chemotherapeutic agents do not show the excellent cure rate expected in the clinical field, but rather show problems such as drug resistance. to be.

오늘날 대부분의 암 치료용 약물은 암의 성장 및 분화와 관련된 분자 표적을 기반으로 설계되고 있다. 이러한 분자 표적 약물은 기존의 치료법보다 효과가 좋을 것으로 예측되나, 약물의 효능은 유전적 이질성 및 암세포의 신호 복잡성 등의 문제로 인해 현재까지 성공 사례가 많지 않은 실정이다.Today, most cancer treatment drugs are designed based on molecular targets related to cancer growth and differentiation. These molecular targeting drugs are expected to be more effective than conventional therapies, but the efficacy of the drugs has not been successful so far due to problems such as genetic heterogeneity and signal complexity of cancer cells.

최근, 분자 표적 약물의 치료 효능을 최대화하기 위한 방법으로 병용 치료법에 대한 관심이 집중되고 있으며, 광역학 치료법(Photodynamic Therapy; PDT)이 병용 치료법의 좋은 후보로 선택되고 있다.Recently, attention has been focused on combination therapy as a method for maximizing the therapeutic efficacy of molecularly targeted drugs, and photodynamic therapy (PDT) is being selected as a good candidate for combination therapy.

광역학 치료법은 광민감제(Photosensitizer)를 이용하여 수술 없이 암 등의 난치병을 치료하는 기술을 일컫는다. 이러한 광역학 치료법은 BC 1400년 경부터 시도되어 20세기 초부터 활발한 연구가 진행되었고, 현재에 이르러는 암의 진단과 치료, 염증성 질환의 치료, 항생제, 피부 이식 수술 등의 치료에서 사용되고 있으며 그 응용 범위는 점차 확대되고 있다.Photodynamic therapy refers to a technology that uses a photosensitizer to treat incurable diseases such as cancer without surgery. Such photodynamic therapy was tried from around 1400 BC, and active research has been conducted since the early 20th century, and up to now, it is being used in the diagnosis and treatment of cancer, treatment of inflammatory diseases, antibiotics, and skin transplantation. The scope is gradually expanding.

광역학 치료법에서 빛에 예민한 반응을 보이는 물질인 광민감제는 빛에 노출되지 않을 경우에는 세포독성이 거의 없다가 외부에서 빛을 조사하였을 경우에 에너지적으로 여기(excitation)되어 체내의 풍부한 산소와 빛에 의한 화학반응으로 단일항산소(singlet oxygen) 또는 자유 라디칼(free radical)이 생성되고, 이러한 단일항산소 또는 자유 라디칼이 암세포의 세포 사멸을 유도하여 파괴하는 역할을 한다.In photodynamic therapy, photosensitizers, which are substances sensitive to light, have almost no cytotoxicity when not exposed to light. Single oxygen or free radicals are generated by chemical reaction by

또한, 암세포 뿐만 아니라 정상세포에도 심각한 독성을 나타내는 항암제와는 달리, 광민감제는 빛에 노출되지 않으면 세포 독성을 거의 나타내지 않으므로 정상세포는 그대로 보존하면서 암세포만 선택적으로 제거할 수 있기 때문에 반복 치료가 가능하며, 간단한 국소 마취만으로 수술할 수 있는 등의 장점이 있다.In addition, unlike anticancer drugs that show severe toxicity not only to cancer cells but also to normal cells, photosensitizers show little cytotoxicity when not exposed to light. It has the advantage that it can be operated with only simple local anesthesia.

현재 광역학 치료 요법에 사용되는 광민감제는 포르피린(porphyrin), 박테리오클로린(bacteriochlorin), 프탈로시아닌(phthalocyanine), 5-아미노레불린산(5-aminolevulinic acid) 유도체 등이 알려져 있으며, 광민감성 사이클릭테트라피롤(cyclic tetrapyrrole) 유도체는 암세포에 선택적으로 축적될 뿐만 아니라 형광이나 인광을 나타내므로 종양의 조기 진단 시약으로도 활용될 수 있다. Photosensitizers currently used in photodynamic therapy are known, such as porphyrin, bacteriochlorin, phthalocyanine, and 5-aminolevulinic acid derivatives. The pyrrole (cyclic tetrapyrrole) derivative not only selectively accumulates in cancer cells but also exhibits fluorescence or phosphorescence, so it can be used as a reagent for early diagnosis of tumors.

그러나 현재 사용중인 광역학 치료제는 빛의 투과 제한으로 부피가 큰 종양에는 사용될 수 없으며, 광민감제의 인체 내 대사가 느려 광독성의 부작용이 나타나고, 종양 내에서의 축적이 어려워서 광민감제의 농도가 낮아 효율적인 치료 효과를 보이지 못하는 문제점이 있다.However, the currently used photodynamic therapy cannot be used for bulky tumors due to limited light transmission, phototoxic side effects appear due to slow metabolism of the photosensitizer in the human body, and it is difficult to accumulate in the tumor. There is a problem that the treatment effect cannot be seen.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 광역학 치료 기능과 항암약물치료를 동시에 수행할 수 있는 고분자 약물 전달체 기술로 근적외선에 활성화된 광역학 치료제를 통한 광역학 항암치료와 광역학 반응을 통해 생성된 활성산소에 반응하여 항암제가 방출되도록 항암제를 화학적으로 수식하여 고분자를 설계하는 기술이 이 분야에서 가장 유망한 것으로 취급되고 있다.In order to solve this problem, it is a polymer drug delivery system technology that can perform both photodynamic treatment function and anticancer drug treatment at the same time. Therefore, the technology to design a polymer by chemically modifying an anticancer agent so that the anticancer agent is released is considered the most promising in this field.

광민감제로부터 발생한 활성산소는 암 치료 뿐만 아니라 자극 반응 약물 전달 시스템에도 적용될 수 있다. 티오-에테르(thioether), 셀레늄(Selenium), 티오케탈(thioketal), 아미노아크릴레이트(aminoacrylate), 보론산-에스테르(boronic acid-ester), 퍼옥살레이트-에스테르(peroxalate-ester) 및 폴리프롤린(polyproline)과 같은 다양한 활성산소에 의해 절단 가능한 링커가 활성산소 반응성 약물 방출 시스템에 적용 가능하다.Free radicals generated from photosensitizers can be applied not only to cancer treatment but also to stimulatory drug delivery systems. Thio-ether, selenium, thioketal, aminoacrylate, boronic acid-ester, peroxalate-ester and polyproline A linker cleavable by various reactive oxygen species such as (polyproline) is applicable to an active oxygen reactive drug release system.

일반적으로 암세포는 정상 세포보다 더 높은 농도의 활성산소를 함유하며, 링커는 암세포 특이적 활성산소에 반응하여 절단되고, 이에 따라 연결된 약물을 방출하도록 설계가 가능하다. 암세포의 활성산소 소거능은 정상 세포보다 높으며, 활성산소는 세포 생존을 위해 독성 농도에서 효과적으로 소거된다.In general, cancer cells contain a higher concentration of reactive oxygen species than normal cells, and the linker is cleaved in response to cancer cell-specific reactive oxygen species, and thus can be designed to release the linked drug. The ability of cancer cells to scavenging free radicals is higher than that of normal cells, and free radicals are effectively eliminated at toxic concentrations for cell survival.

반면, 정상 세포는 감염이나 당뇨병과 같은 특정 조건 하에서 높은 활성산소 농도를 나타낸다. 따라서 국소 활성산소 농도를 극적으로 증가시킬 수 있는 국소 영역 광역학 치료법은 활성산소 반응성 및 암 특이적 약물 방출을 통해 효과적인 암 제거가 가능할 것으로 기대된다.On the other hand, normal cells show a high concentration of free radicals under certain conditions, such as infection or diabetes. Therefore, the local photodynamic therapy, which can dramatically increase the local active oxygen concentration, is expected to enable effective cancer removal through reactive oxygen species reactivity and cancer-specific drug release.

종래 기술에 대해 언급하면,Referring to the prior art,

선행논문(Biomaterials., 34, 2013, 6454-6463)에는 광민감제가 결합된 키토산(chitosan) 고분자가 개시되어 있으며, 이 고분자에는 키토산(chitosan)부분과, 광민감제로 사용된 pheophorbide A(PheoA) 부분을 개시하고 있다.A prior paper (Biomaterials., 34, 2013, 6454-6463) discloses a chitosan polymer bound with a photosensitizer, and this polymer has a chitosan moiety and pheophorbide A (PheoA) used as a photosensitizer part is disclosed.

한편, 본 발명의 고분자 약물 전달체는 광민감제(Pheophorbide A; PheoA) 및 보론산-디옥시플루오로시딘이 함유된 키토산-폴리하이드록실메타크릴레이트 입자를 사용하였다.Meanwhile, as the polymer drug delivery system of the present invention, chitosan-polyhydroxyl methacrylate particles containing a photosensitizer (Pheophorbide A; PheoA) and boronic acid-deoxyfluorosidine were used.

보다 구체적으로 살펴보면,More specifically,

키토산(chitosan) 고분자를 기본 골격으로 하고, PheoA를 광민감제로 사용하여 근적외선을 조사하였을 때, PheoA에서 활성화된 활성산소종(ROS)을 통해 세포 사멸을 유도하여 암을 예방 및 치료하는 효과가 있으나, 보론산-디옥시플루오로시티딘 접합체의 포함 여부가 달라 구조적으로 일부 차이가 있고,When near-infrared rays are irradiated using chitosan polymer as a basic skeleton and PheoA as a photosensitizer, it induces apoptosis through reactive oxygen species (ROS) activated in PheoA, thereby preventing and treating cancer. , There are some structural differences due to the inclusion of boronic acid-deoxyfluorocytidine conjugates,

본 발명의 고분자는 광민감제로부터 발생한 활성산소종들에 의해 1차적 빛 자극 국소치료 뿐만 아니라 항암제를 선택적으로 방출하여 2차적 화학치료를 통해 시너지 효과가 있음을 특징으로 하는 반면,The polymer of the present invention is characterized in that it has a synergistic effect through secondary chemotherapy by selectively releasing an anticancer agent as well as a primary light stimulation local treatment by reactive oxygen species generated from a photosensitizer.

상기 선행논문의 고분자에는 이러한 특징이 없는바 발명의 효과에도 차이가 있어 전체적으로 볼 때 앞서 언급한 선행논문(Biomaterials., 34, 2013, 6454-6463)의 내용과는 차별성이 있다.The polymers of the preceding papers do not have these characteristics, and there is a difference in the effects of the invention.

본 발명의 목적은 1차적 광역학 치료와 2차적 항암약물치료를 동시에 수행하는 기능을 갖는 복합체를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a complex having the function of simultaneously performing primary photodynamic therapy and secondary anticancer drug therapy.

상기 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above object,

본 발명의 일 측면은 생체 적합성 고분자로 형성된 주쇄;One aspect of the present invention is a main chain formed of a biocompatible polymer;

상기 주쇄에 결합된 광민감제(photosensitizer); 및a photosensitizer bound to the main chain; and

상기 주쇄에 결합된 항암제;를 포함하는, 암의 광역학적(photodynamic) 및 화학적(chemo) 치료용 복합체를 제공한다.It provides a complex for photodynamic (photodynamic) and chemical (chemo) treatment of cancer, including; an anticancer agent bound to the main chain.

본 발명에 따른 광역학 치료용 광민감제 및 항암제가 함유된 고분자 약물 전달체는, 외부 빛 조사시 고분자 약물 전달체 내부의 광민감제로부터 발생한 활성산소종에 의한 1차적 빛 자극 국소치료 및 발생된 활성산소에 의해 특이적 약물 방출 특성을 지니는 작용기에 의해 항암제를 선택적으로 방출하여 2차적 화학치료가 가능한 항암치료의 시너지 효과가 있다.The polymer drug delivery system containing the photosensitizer and anticancer agent for photodynamic therapy according to the present invention is primary light stimulation local treatment by active oxygen species generated from the photosensitizer inside the polymer drug delivery system when irradiated with external light and active oxygen generated There is a synergistic effect of anticancer treatment that enables secondary chemotherapy by selectively releasing anticancer agents by means of functional groups having specific drug release characteristics.

도 1에서 A는 HEMA-PheoA를 합성하는 과정을 나타내는 반응식이고, B는 PBA/DFCR을 합성하는 과정을 나타내는 반응식이고, C는 CSPM-PheoA-DFCR을 합성하는 과정을 나타내는 반응식이다.
도 2에서 A는 물 속에 CSPM만 존재하는 경우 CSPM 마이크로겔에 의해 넓은 흡수 스펙트럼이 나타남을 확인한 결과이고, B는 물 속에 CSPM-PheoA 입자가 존재하는 경우 600-800 nm의 범위에서 강한 형광 방출 신호가 발생하고, CSPM 마이크로겔에서 PheoA로 인해 생긴 특정한 흡수 피크가 발생함을 확인한 결과이다.
도 3은 CSPM-PheoA-DFCR 마이크로겔의 TEM 이미지이다.
도 4는 CSPM-PheoA 입자에서 키토산의 아민 잔여물을 측정하기 위해 NHS activated Oregon green으로 불리는 초록색 형광 염료를 활용하여 형광 현미경을 통해 아민이 방출하는 초록색 형광을 분석한 결과와, poly-HEMA와 연결된 PheoA가 방출하는 붉은색 형광을 분석한 결과를 나타내는 이미지이다.
도 5의 A는 동적광산란광도계(DLS)에 의해 측정된 CSPM 입자의 평균 크기와 TEM으로 측정된 평균 건조 직경을 나타내는 사진 및 그림이고, B는 동적광산란광도계(DLS)에 의해 측정된 CSPM-PheoA 입자의 평균 크기와 TEM으로 측정된 평균 건조 직경을 나타내는 사진 및 그림이고, C는 마이크로겔이 종양에 주입되기 전과 후에 CSPM과 CSPM-PheoA의 크기 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 근적외선 조사 시간에 따라 활성산소 생성에 의하여 반응한 DMA의 형광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 7은 마이크로겔이 있는 경우와 없는 경우 DMA의 형광 스펙트럼을 비교한 그래프이다.
도 8은 근적외선을 조사한 경우와 조사하지 않은 경우에 활성산소에 의하여 CSPM-PheoA-DFCR 마이크로겔에서 방출된 약물의 양을 비교한 그래프이다.
도 9에서 A는 CSPM과 CSPM-PheoA 마이크로겔의 농도에 따른 세포 활성을 비교한 그래프이고, B는 근적외선을 조사한 경우와 조사하지 않은 경우에 CSPM-PheoA와 CSPM-PheoA-DFCR의 존재 여부에 따른 세포 활성을 비교한 그래프이다.
도 10에서 A는 각기 다른 마이크로겔을 처리한 후에 근적외선에 노출된 PANC-1 세포의 현미경 이미지를 나타내고, B는 각기 다른 마이크로겔을 처리한 후에 세포에서 상대적인 형광의 강도를 비교한 그래프이다.
도 11에서 A는 각기 다른 마이크로겔을 쥐의 CT-26 종양에 투여한 경우 근적외선을 조사한 경우와 조사하지 않은 경우 종양의 부피를 비교한 그래프이고, B는 쥐의 몸무게를 비교한 그래프이고, C는 H&E 염색된 종양 조각을 비교한 사진이고, D는 TUNEL 염색된 종양 조각을 비교한 사진이다.
도 12는 본 발명의 일 측면에서 제공하는 CSPM-PheoA-DFCR 마이크로겔(microgel)을 암 치료에 사용할 경우, 광역학적(photodynamic), 화학적(chemo) 및 국소적(locoregional) 조합 치료가 가능함을 나타내는 모식도이다.
도 13은 본 발명의 일 측면에서 제공하는 CSPM-PheoA-DFCR 마이크로겔에 광이 조사됨에 따라 항암제가 방출되는 과정을 나타내는 모식도이다.
In FIG. 1, A is a scheme showing the process of synthesizing HEMA-PheoA, B is a scheme showing the process of synthesizing PBA/DFCR, and C is a scheme showing the process of synthesizing CSPM-PheoA-DFCR.
In FIG. 2, A is a result confirming that a broad absorption spectrum appears by the CSPM microgel when only CSPM is present in water, and B is a strong fluorescence emission signal in the range of 600-800 nm when CSPM-PheoA particles are present in water. This is the result of confirming that a specific absorption peak caused by PheoA occurs in the CSPM microgel.
3 is a TEM image of a CSPM-PheoA-DFCR microgel.
Figure 4 is the result of analyzing the green fluorescence emitted by the amine through a fluorescence microscope using a green fluorescent dye called NHS activated Oregon green to measure the amine residue of chitosan in CSPM-PheoA particles, and It is an image showing the result of analyzing the red fluorescence emitted by PheoA.
5A is a photograph and figure showing the average size of CSPM particles measured by a dynamic light scattering photometer (DLS) and an average dry diameter measured by TEM, and B is a CSPM-PheoA measured by a dynamic light scattering photometer (DLS). Photographs and drawings showing the average particle size and the average dry diameter measured by TEM, and C is a graph showing the size change of CSPM and CSPM-PheoA before and after microgel injection into the tumor.
6 is a graph showing the fluorescence spectrum of the DMA reacted by the generation of reactive oxygen species according to the near-infrared irradiation time.
7 is a graph comparing the fluorescence spectra of DMA with and without microgels.
8 is a graph comparing the amount of drug released from the CSPM-PheoA-DFCR microgel by active oxygen when irradiated with near-infrared rays and when not irradiated.
In FIG. 9, A is a graph comparing cell activity according to the concentration of CSPM and CSPM-PheoA microgels, and B is a graph comparing CSPM-PheoA and CSPM-PheoA-DFCR with or without near-infrared irradiation. It is a graph comparing cell activity.
In FIG. 10, A shows a microscope image of PANC-1 cells exposed to near-infrared rays after treatment with different microgels, and B is a graph comparing the relative fluorescence intensity in cells after treatment with different microgels.
In FIG. 11, A is a graph comparing the volume of the tumor with and without near-infrared irradiation when different microgels are administered to a CT-26 tumor of a mouse, B is a graph comparing the weight of the mouse, C is a photograph comparing H&E-stained tumor fragments, and D is a photograph comparing TUNEL-stained tumor fragments.
12 shows that when the CSPM-PheoA-DFCR microgel provided in one aspect of the present invention is used for cancer treatment, photodynamic, chemical, and local (locoregional) combination treatment is possible. It is a schematic diagram
13 is a schematic diagram illustrating a process in which an anticancer agent is released as light is irradiated to the CSPM-PheoA-DFCR microgel provided in one aspect of the present invention.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

한편, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.On the other hand, the embodiment of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, the embodiments of the present invention are provided in order to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art.

나아가, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.Furthermore, "including" a certain element throughout the specification means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated.

본 발명의 일 측면은 생체 적합성 고분자로 형성된 주쇄;One aspect of the present invention is a main chain formed of a biocompatible polymer;

상기 주쇄에 결합된 광민감제(photosensitizer); 및a photosensitizer bound to the main chain; and

상기 주쇄에 결합된 항암제;를 포함하는, 암의 광역학적(photodynamic) 및 화학적(chemo) 치료용 복합체를 제공한다.It provides a complex for photodynamic (photodynamic) and chemical (chemo) treatment of cancer, including; an anticancer agent bound to the main chain.

이때, 상기 생체 적합성 고분자는, 키토산(chitosan), 글라이콜 키토산(glycolchitosan), 폴리-L-라이신(poly-L-lysine), 또는 폴리(에틸렌 글라이콜)(poly(ethyleneglycol))일 수 있다.At this time, the biocompatible polymer is, chitosan (chitosan), glycol chitosan (glycolchitosan), poly-L-lysine (poly-L-lysine), or poly (ethylene glycol) (poly (ethyleneglycol)) can be have.

또한, 상기 광민감제는 광에 노출되면 활성산소를 발생시키며, In addition, the photosensitizer generates active oxygen when exposed to light,

포르피린류(porphyrins), 프탈로시아닌류(phthalocyanines), 5-아미노레불린산(5-aminolevulinic acid) 유도체, 사이클릭테트라피롤(cyclic tetrapyrrole) 유도체, 클로린류(chlorins), 박테리오클로린류(bacteriochlorins), 또는 포피센류(porphycenes)로부터 선택되는 것일 수 있다.Porphyrins, phthalocyanines, 5-aminolevulinic acid derivatives, cyclic tetrapyrrole derivatives, chlorins, bacteriochlorins, or It may be one selected from porphycenes.

나아가, 상기 포르피린류(porphyrins) 광민감제는,Furthermore, the porphyrins photosensitizer,

헤마토포르피린(hematoporphyrin), 프로토포르피린 Ⅸ(protoporphyrin Ⅸ), 탈라포르핀(talaporfin), 페오포르비드 A(pheophorbide A) 및 클로린 e6(chlorin e6)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종, 또는 2종 이상의 조합일 수 있다.One, or two or more selected from the group consisting of hematoporphyrin, protoporphyrin IX, talaporfin, pheophorbide A, and chlorin e6 It can be a combination.

바람직하게는, 하기 화학식 a로 표시되는 광민감제일 수 있다.Preferably, it may be a photosensitizer represented by the following formula (a).

[화학식 a][Formula a]

Figure 112020045828687-pat00001
Figure 112020045828687-pat00001

또한, 상기 광민감제가 광에 노출되어 발생하는 활성산소는,In addition, the active oxygen generated by exposure of the photosensitizer to light,

생체 적합성 고분자로 형성된 주쇄에 결합되어 있던 항암제를 방출시키는 것일 수 있고, 이때 항암제의 방출은, 활성산소에 의해 절단되는 링커를 통해 주쇄에 결합되어 있던 항암제가, 활성산소에 의해 링커가 절단됨에 따라 방출되는 것이 바람직하다.It may be to release the anticancer agent bound to the main chain formed of a biocompatible polymer, in which case the release of the anticancer agent is, as the anticancer agent bound to the main chain through a linker cleaved by active oxygen, the linker is cleaved by active oxygen It is preferred to release.

상기 활성산소에 의해 절단되는 링커는,The linker cleaved by the active oxygen,

티오-에테르(thio-ether), 셀레늄(selenium), 티오케탈(thioketal), 아미노아크릴레이트(aminoacrylate), 보론산-에스테르(boronic acid-ester), 퍼옥살레이트-에스테르(peroxalate-ester), 또는 폴리프롤린(polyproline)으로부터 선택되는 것일 수 있다.thio-ether, selenium, thioketal, aminoacrylate, boronic acid-ester, peroxalate-ester, Or it may be one selected from polyproline (polyproline).

이때, 상기 보론산-에스테르에서 보론산은,In this case, the boronic acid in the boronic acid-ester is,

4-하이드록시페닐보론산(4-hydroxyphenylboronic acid), 4-(하이드록시메틸)페닐보론산(4-(hydroxymethyl)phenylboronic acid), 2-하이드록시페닐보론산(2-hydroxyphenylboronic acid), (3-t-부틸-5-메틸페닐)보론산((3-t-butyl-5-methylphenyl)boronic acid), 2-하이드록시-3-메틸페닐보론산(2-hydroxy-3-methylphenylboronic acid), 6-하이드록시피리딘-2-보론산(6-hydroxypyridine-2-boronic acid), 6-(하이드록시메틸)피리딘-3-보론산(6-(hydroxymethyl)pyridine-3-boronic acid), [3-(3-하이드록시프로필)페닐]보론산([3-(3-hydroxypropyl)phenyl]boronic acid), 또는 5-(하이드록시메틸)퓨란-2-보론산(5-hydroxymethyl)furan-2-boronic acid)으로부터 선택되는 것일 수 있다.4-hydroxyphenylboronic acid, 4- (hydroxymethyl) phenylboronic acid (4- (hydroxymethyl) phenylboronic acid), 2-hydroxyphenylboronic acid (2-hydroxyphenylboronic acid), (3 -t-Butyl-5-methylphenyl) boronic acid ((3-t-butyl-5-methylphenyl) boronic acid), 2-hydroxy-3-methylphenylboronic acid (2-hydroxy-3-methylphenylboronic acid), 6- Hydroxypyridine-2-boronic acid (6-hydroxypyridine-2-boronic acid), 6- (hydroxymethyl) pyridine-3-boronic acid (6- (hydroxymethyl) pyridine-3-boronic acid), [3- ( 3-hydroxypropyl) phenyl] boronic acid ([3- (3-hydroxypropyl) phenyl] boronic acid), or 5- (hydroxymethyl) furan-2-boronic acid (5-hydroxymethyl) furan-2-boronic acid ) may be selected from

바람직하게는, 하기 화학식 b로 표시되는 보론산일 수 있다.Preferably, it may be a boronic acid represented by the following formula (b).

[화학식 b][Formula b]

Figure 112020045828687-pat00002
Figure 112020045828687-pat00002

상기 항암제는 디하이드록실 작용기를 포함하는 것일 수 있고, 구체적으로는 카페시타빈(capecitabine), 디옥시플루오로시티딘(5'-deoxy-5-fluorocytidine; 5'-DFCR) 및 독시플루리딘(doxifluridine; 5-DFUR)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종, 또는 2종 이상의 조합일 수 있다.The anticancer agent may include a dihydroxyl functional group, and specifically, capecitabine, deoxyfluorocytidine (5'-deoxy-5-fluorocytidine; 5'-DFCR), and doxyfluridine (doxifluridine; 5-DFUR) may be one selected from the group consisting of, or a combination of two or more.

바람직하게는, 하기 화학식 c로 표시되는 항암제(약물)일 수 있다.Preferably, it may be an anticancer agent (drug) represented by the following formula (c).

[화학식 c][Formula c]

Figure 112020045828687-pat00003
Figure 112020045828687-pat00003

상기 광민감제는, 카르복실 작용기를 갖는 포르피린류 화합물과 하이드록시에틸메타크릴레이트(2-hydroxyethyl methacrylate; HEMA)가 에스테르화 반응으로 결합된 후, 생체 적합성 고분자로 형성된 주쇄에 도입되는 것이 바람직하다.The photosensitizer is preferably introduced into a main chain formed of a biocompatible polymer after a porphyrin-like compound having a carboxyl functional group and hydroxyethyl methacrylate (HEMA) are combined through an esterification reaction.

가장 바람직한 측면에서,In the most preferred aspect,

상기 암의 광역학적 및 화학적 치료용 복합체는, 하기 화학식 A로 표시되는 고분자 화합물이다.The complex for photodynamic and chemical treatment of cancer is a high molecular compound represented by the following formula (A).

[화학식 A][Formula A]

Figure 112020045828687-pat00004
Figure 112020045828687-pat00004

상기 화학식 A에서,In the above formula (A),

m과 n은 1:10 내지 1000 몰 비율로 존재하고,m and n are present in a molar ratio of 1:10 to 1000,

a + (b-c) + (c-d) + d는 a + b이고, a + b는 하기 화학식 B로 표시되며 중량평균분자량(Mw)이 10,000 내지 500,000 범위인 키토산에 의해 정의된다:a + (bc) + (cd) + d is a + b, a + b is represented by the following formula B and is defined by chitosan having a weight average molecular weight (M w ) in the range of 10,000 to 500,000:

[화학식 B][Formula B]

Figure 112020045828687-pat00005
.
Figure 112020045828687-pat00005
.

다른 일 측면에서, 상기 키토산의 중량평균분자량(Mw)은 20,000 내지 500,000 범위일 수 있고, 30,000 내지 500,000 범위일 수 있고, 40,000 내지 500,000 범위일 수 있고, 45,000 내지 500,000 범위일 수 있고, 50,000 내지 500,000 범위일 수 있고, 10,000 내지 400,000 범위일 수 있고, 10,000 내지 300,000 범위일 수 있고, 10,000 내지 250,000 범위일 수 있고, 10,000 내지 200,000 범위일 수 있고, 10,000 내지 190,000 범위일 수 있고, 20,000 내지 400,000 범위일 수 있고, 30,000 내지 300,000 범위일 수 있고, 40,000 내지 200,000 범위일 수 있고, 50,000 내지 190,000 범위일 수 있다.In another aspect, the weight average molecular weight (M w ) of the chitosan may be in the range of 20,000 to 500,000, may be in the range of 30,000 to 500,000, may be in the range of 40,000 to 500,000, may be in the range of 45,000 to 500,000, and may be in the range of 50,000 to It can range from 500,000, it can be from 10,000 to 400,000, it can be from 10,000 to 300,000, it can be from 10,000 to 250,000, it can be from 10,000 to 200,000, it can be from 10,000 to 190,000, it can be from 20,000 to 400,000 may be in the range of 30,000 to 300,000, may be in the range of 40,000 to 200,000, and may be in the range of 50,000 to 190,000.

상기 화학식 B로 표시되는 키토산에서,In the chitosan represented by Formula B,

a 및 b의 몰 비율은 1:0.001 내지 1000 범위일 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다. The molar ratio of a and b may be in the range of 1:0.001 to 1000, but is not particularly limited thereto.

또한, 상기 암의 광역학적 및 화학적 치료용 복합체는 100 내지 2,000 nm 범위의 평균 직경을 갖는 구형의 겔 형태일 수 있고, 상기 구형의 겔 형태는 코어-쉘 타입의 마이크로겔 형태로, 코어에는 광민감제가 위치하고, 쉘에는 항암제가 위치하는 것일 수 있다. 이때, 상기 평균 직경은 100 내지 2,000 nm 범위일 수 있고, 200 내지 2,000 nm 범위일 수 있고, 300 내지 2,000 nm 범위일 수 있고, 400 내지 2,000 nm 범위일 수 있고, 500 내지 2,000 nm 범위일 수 있고, 100 내지 1,800 nm 범위일 수 있고, 100 내지 1,600 nm 범위일 수 있고, 100 내지 1,400 nm 범위일 수 있고, 100 내지 1,300 nm 범위일 수 있고, 200 내지 1,800 nm 범위일 수 있고, 300 내지 1,600 nm 범위일 수 있고, 400 내지 1,400 nm 범위일 수 있고, 500 내지 1,300 nm 범위일 수 있다.In addition, the complex for photodynamic and chemical treatment of cancer may be in the form of a spherical gel having an average diameter in the range of 100 to 2,000 nm, and the spherical gel is in the form of a core-shell type microgel, and the core has a light The sensitizer may be located, and the anticancer agent may be located in the shell. In this case, the average diameter may be in the range of 100 to 2,000 nm, may be in the range of 200 to 2,000 nm, may be in the range of 300 to 2,000 nm, may be in the range of 400 to 2,000 nm, and may be in the range of 500 to 2,000 nm. , 100 to 1800 nm, 100 to 1,600 nm, 100 to 1,400 nm, 100 to 1,300 nm, 200 to 1800 nm, 300 to 1,600 nm may be in the range, may be in the range of 400 to 1,400 nm, may be in the range of 500 to 1,300 nm.

본 발명에 따른 광역학 치료용 광민감제 및 항암제가 함유된 고분자 약물 전달체는, 외부 빛 조사시 고분자 약물 전달체 내부의 광민감제로부터 발생한 활성산소종에 의한 1차적 빛 자극 국소치료 및 발생된 활성산소에 의해 특이적 약물 방출 특성을 지니는 작용기에 의해 항암제를 선택적으로 방출하여 2차적 화학치료가 가능한 항암치료의 시너지 효과가 있으며, 이는 후술하는 실험예에 의해 직접적으로 뒷받침된다.The polymer drug delivery system containing the photosensitizer and anticancer agent for photodynamic therapy according to the present invention is primary light stimulation local treatment by active oxygen species generated from the photosensitizer inside the polymer drug delivery system when irradiated with external light and active oxygen generated There is a synergistic effect of anticancer treatment that enables secondary chemotherapy by selectively releasing an anticancer agent by a functional group having a specific drug release characteristic, which is directly supported by the experimental examples described below.

이하, 본 발명을 실시예, 실험예를 통해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through Examples and Experimental Examples.

단, 후술하는 실시예, 실험예는 본 발명을 일 측면에서 구체적으로 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.However, the Examples and Experimental Examples described below are merely illustrative of the present invention in one aspect, and the present invention is not limited thereto.

<실험예 1> CSPM-PheoA-DFCR 마이크로겔의 합성<Experimental Example 1> Synthesis of CSPM-PheoA-DFCR microgel

광역학 치료용 광민감제 및 항암제가 함유된 고분자 약물 전달체의 합성을 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.The following experiments were performed for the synthesis of a polymer drug delivery system containing a photosensitizer and an anticancer agent for photodynamic therapy.

1-1: poly-HEMA/chitosan microgel particle(CSPM) 마이크로겔의 합성 단계1-1: Synthesis of poly-HEMA/chitosan microgel particle (CSPM) microgel

먼저, 100 ml 3구 환저 플라스크에 1 wt% 아세트산을 포함하는 증류수를 넣고, 50 ml의 키토산(chitosan; 분자량: 50000-190000, > 75% 디아세틸레이션) 용액 5 mg/ml 을 넣은 후, N2 분위기에서 80℃ 온도 하에 30분 동안 격렬하게 반응시킨다. 플라스크에 2-하이드록시에틸메타크릴레이트(2-hydroxyethyl methacrylate; HEMA) 단량체 1 ml와 5 mM 터트-부틸하이드로퍼옥사이드(tert-butyl hydroperoxide; TBHP) 수용액 1 ml를 추가한다. 약 2시간에 걸쳐 고분자화 반응을 진행하고, 합성된 CSPM 마이크로겔은 2일 동안 dialysis(MWCO 15K, Spectrum Lab, Rancho Dominguz)로 정제하고, 동결 건조시킨다.First, put distilled water containing 1 wt% acetic acid in a 100 ml three-necked round-bottom flask, and then put 5 mg/ml of 50 ml of chitosan (chitosan; molecular weight: 50000-190000, > 75% deacetylation) solution, then N 2 , react vigorously for 30 minutes under a temperature of 80°C in an atmosphere. Add 1 ml of 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) monomer and 1 ml of 5 mM tert-butyl hydroperoxide (TBHP) aqueous solution to the flask. The polymerization reaction proceeds for about 2 hours, and the synthesized CSPM microgel is purified by dialysis (MWCO 15K, Spectrum Lab, Rancho Dominguz) for 2 days, and freeze-dried.

CSPM: 키토산 마이크로겔CSPM: Chitosan Microgel

1-2: CSPM-페오포르비드 A(pheophrobide A; PheoA) 마이크로겔의 합성 단계1-2: Synthesis step of CSPM-pheophrobide A (PheoA) microgel

CSPM과 PheoA를 연결하기 위하여, HEMA는 core-forming과 crosslinking 물질로 사용되었다. PheoA의 카복실기가 N-(3-디메틸아미노프로필)-N'-에틸카보디이미드(N-(3-dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide; EDC)와 4-디메틸아미노피리딘(4-dimethylaminopyridine; DMAP)의 존재 하에 에스터 결합을 위하여 HEMA 단량체의 하이드록실기와 반응한다.To link CSPM and PheoA, HEMA was used as a core-forming and crosslinking agent. PheoA's carboxyl group is N-(3-dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide (N-(3-dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide; EDC) and 4-dimethylaminopyridine (4-dimethylaminopyridine; DMAP) Reacts with the hydroxyl group of the HEMA monomer for ester bonding in the presence of

84.4 μmol 농도의 PheoA 50 mg을 메탄올 10 ml에 용해시키고, 270 μmol 농도의 EDC 51 mg과 270 μmol 농도의 DMAP 33 mg을 실온에서 PheoA 용액에 첨가한다. 그 후, HEMA 단량체 1.4 mmol을 첨가하고, 24시간 동안 암실에서 반응시킨다. 위의 반응시킨 물질을 진공상태에서 건조시킨 후, PheoA가 연결된 HEMA 단량체를 증류수로 수 차례 워싱하고, 원심분리를 통해 수집한 후 동결 건조시킨다. 그 결과를 도 1.A.에 나타내었다.50 mg of PheoA at a concentration of 84.4 μmol is dissolved in 10 ml of methanol, and 51 mg of EDC at a concentration of 270 μmol and 33 mg of DMAP at a concentration of 270 μmol are added to the PheoA solution at room temperature. Then, 1.4 mmol of HEMA monomer is added and reacted in the dark for 24 hours. After drying the above-reacted material in a vacuum, the HEMA monomer to which PheoA is connected is washed several times with distilled water, collected through centrifugation, and freeze-dried. The results are shown in Fig. 1.A.

도 1.A.는 HEMA-PheoA를 합성하는 과정을 나타내는 그림이다.Figure 1.A. is a diagram showing the process of synthesizing HEMA-PheoA.

준비된 HEMA-PheoA 단량체는 CSPM-PheoA의 합성을 위하여 키토산과 반응시킨다. HEMA 단량체와 HEMA-PheoA 단량체 혼합물(HEMA 1 g, HEMA-PheoA 16 mg, HEMA : HEMA-PheoA = 1 : 0.002 M 비율)을 250 mg의 키토산 용액에 첨가하고, TBHP의 존재하에 80℃, N2 분위기에서 2시간 동안 반응시킨다. 합성된 CSPM-PheoA는 dialysis로 정제하고, 동결 건조시킨다. PheoA 함량은 UV-vis 분광법을 통하여 0.14 wt%인 것으로 나타났다.The prepared HEMA-PheoA monomer is reacted with chitosan for the synthesis of CSPM-PheoA. HEMA monomer and HEMA-PheoA monomer mixture (HEMA 1 g, HEMA-PheoA 16 mg, HEMA : HEMA-PheoA = 1 : 0.002 M ratio) was added to 250 mg of chitosan solution, 80 °C in the presence of TBHP, N 2 The reaction was carried out in the atmosphere for 2 hours. The synthesized CSPM-PheoA is purified by dialysis and freeze-dried. The PheoA content was found to be 0.14 wt% through UV-vis spectroscopy.

1-3: CSPM-PheoA-5'-데옥시-5-플루오로시티딘(5'-deoxy-5-fluorocytidine; DFCR) 마이크로겔의 합성 단계1-3: Synthesis step of CSPM-PheoA-5'-deoxy-5-fluorocytidine (5'-deoxy-5-fluorocytidine; DFCR) microgel

DFCR은 활성산소에 의하여 분리가 가능한 페닐보론산에스터(phenylboronic ester)의 합성을 위해 페닐보론산(phenylboronic acid)과 혼합시킨다. 그리고, 3 mmol 농도의 DFCR 735 mg을 DMSO 무수물 100 ml에서 3 mmol 농도의 4-(하이드록시메틸)페닐보론산(4-(hydroxymethyl)phenylboronic acid; PBA) 452 mg와 반응시킨다. 준비된 PBA/DFCR 복합체는 더 이상의 정제 없이 CSPM-PheoA 마이크로겔과 연결시킨다. CSPM-PheoA-DFCR 복합체를 합성하기 위하여 8 mg의 건조된 CSPM-PheoA를 450μmol 농도의 카보닐디이미다졸(carbonyldiimidazole; CDI) 73 mg이 포함되어 있는 DMSO 무수물 20 ml에 용해시키고, PBA/DFCR 10 ml를 천천히 첨가한다. 암실에서 반응시킨 후, 합성된 혼합물은 dialysis를 통하여 정제시킨다. 그 결과를 도 1.B.와 도 1.C.에 나타내었다.DFCR is mixed with phenylboronic acid for the synthesis of phenylboronic ester, which can be separated by active oxygen. Then, 735 mg of DFCR at a concentration of 3 mmol was reacted with 452 mg of 4-(hydroxymethyl)phenylboronic acid (PBA) at a concentration of 3 mmol in 100 ml of DMSO anhydrous. The prepared PBA/DFCR complex was ligated with the CSPM-PheoA microgel without further purification. To synthesize the CSPM-PheoA-DFCR complex, 8 mg of dried CSPM-PheoA was dissolved in 20 ml of DMSO anhydrous containing 73 mg of 450 μmol of carbonyldiimidazole (CDI), and 10 ml of PBA/DFCR is added slowly. After reaction in the dark, the synthesized mixture is purified through dialysis. The results are shown in FIGS. 1.B. and 1.C.

도 1.B.는 PBA/DFCR을 합성하는 과정을 나타내는 그림이고,Figure 1.B. is a diagram showing the process of synthesizing PBA / DFCR,

도 1.C.는 CSPM-PheoA-DFCR을 합성하는 과정을 나타내는 그림이다.Figure 1.C. is a diagram showing the process of synthesizing CSPM-PheoA-DFCR.

1-4: 합성된 CSPM-PheoA-DFCR 마이크로겔의 구조 분석 결과1-4: Structural analysis result of the synthesized CSPM-PheoA-DFCR microgel

정제된 CSPM-PheoA-DFCR의 1H NMR 결과를 측정하였다. 1 H NMR results of purified CSPM-PheoA-DFCR were measured.

키토산 폴리머는 단독으로 2 ppm에서 아세틸 그룹에 인하여 특정 피크를 만든다(3H (1)). CSPM-PheoA는 2.4 ppm(3H (2)), 1.1 ppm(3H (3))에서 특정 피크를 만들고, 1.4-1.9 ppm에서 HEMA에 연결된 PheoA의 메틸 그룹에 인하여 작은 multiplet(3H(4,5))을 만든다. CSPM-PheoA-DFCR는 카바메이트 그룹의 NH 그룹에 인하여 8.1 ppm(H(6)), PBA의 메틸 그룹에 인하여 5.1 ppm(2H(7)), PBA의 방향족 고리에 인하여 7.7 ppm(H(8)), DFCR 부분에 인하여 7.5 ppm(H(9))에서 특정 피크를 나타낸다. CSPM-PheoA-DFCR에 연결된 DFCR의 양은 1H NMR 스펙트럼에서 1.1 ppm(3H(3), PheoA), 8.1 ppm(H(6), 카바메이트 NH group)의 피크를 합쳐서 측정되었고, CSPM-PheoA 마이크로겔에서 대략 33 mol%의 PheoA로 계산되었다.The chitosan polymer alone produces a specific peak due to the acetyl group at 2 ppm (3H (1)). CSPM-PheoA produces specific peaks at 2.4 ppm (3H (2)), 1.1 ppm (3H (3)), and a small multiplet (3H (4,5)) due to the methyl group of PheoA linked to HEMA at 1.4-1.9 ppm. ) to make CSPM-PheoA-DFCR was 8.1 ppm (H(6)) due to the NH group of the carbamate group, 5.1 ppm (2H(7)) due to the methyl group of PBA, and 7.7 ppm (H(8)) due to the aromatic ring of PBA. )), which shows a specific peak at 7.5 ppm (H(9)) due to the DFCR moiety. The amount of DFCR linked to CSPM-PheoA-DFCR was measured by summing the peaks of 1.1 ppm (3H(3), PheoA) and 8.1 ppm (H(6), carbamate NH group) in 1 H NMR spectrum, and CSPM-PheoA micro Calculated as approximately 33 mol% PheoA in the gel.

HEMA-PheoA는 FT-IR을 통해 분석하였고, C=O 이중결합에 인하여 1735.8 cm-1, C-O-C 결합에 인하여 1153.9 cm-1에서 특정 피크가 나타났다.HEMA-PheoA was analyzed by FT-IR, and a specific peak was observed at 1735.8 cm -1 due to the C=O double bond and 1153.9 cm -1 due to the COC bond.

물에 분산된 CSPM-PheoA-DFCR 마이크로겔의 흡수/방출 스펙트럼을 UV-vis 분광기를 통해 측정하였다. 그 결과를 도 2에 나타내었다.The absorption/emission spectra of CSPM-PheoA-DFCR microgels dispersed in water were measured by UV-vis spectroscopy. The results are shown in FIG. 2 .

도 2.A.에 나타난 바와 같이 물 속에 CSPM만 존재하는 경우에는 CSPM 마이크로겔에 의해 발생한 넓은 흡수 스펙트럼이 나타나고, 방출 스펙트럼은 나타나지 않지만,As shown in Fig. 2.A., when only CSPM is present in water, a broad absorption spectrum generated by the CSPM microgel appears, but an emission spectrum does not appear,

도 2.B.에 나타난 바와 같이 물 속에 CSPM-PheoA 입자가 존재하는 경우에는 600-800 nm의 범위에서 강한 형광 방출 신호를 만들고, CSPM 마이크로겔에서 PheoA로 인해 생긴 특정한 흡수 피크가 발생하였다.As shown in FIG. 2.B., when CSPM-PheoA particles were present in water, a strong fluorescence emission signal was generated in the range of 600-800 nm, and a specific absorption peak caused by PheoA occurred in the CSPM microgel.

물에 분산된 CSPM-PheoA-DFCR 마이크로겔의 TEM 이미지를 관찰하여 결과를 도 3에 나타내었다.The TEM image of the CSPM-PheoA-DFCR microgel dispersed in water was observed, and the results are shown in FIG. 3 .

도 3에 나타난 바와 같이 CSPM-PheoA-DFCR 마이크로겔의 TEM 이미지는 입자의 poly-HEMA core 구조와 ~50 nm의 검게 염색된 키토산 껍질구조를 명확히 보여주고 있다. As shown in FIG. 3 , the TEM image of the CSPM-PheoA-DFCR microgel clearly shows the poly-HEMA core structure of the particle and the chitosan shell structure stained black at ~50 nm.

CSPM-PheoA 입자에서 키토산의 아민 잔여물을 측정하기 위해 NHS activated Oregon green으로 불리는 초록색 형광 염료를 활용하여 형광 현미경을 통해 아민이 방출하는 초록색 형광을 분석하였다. 또한, poly-HEMA와 연결된 PheoA가 방출하는 붉은색 형광을 분석하였다. 그 결과를 도 4에 나타내었다. In order to measure the amine residues of chitosan in CSPM-PheoA particles, green fluorescence emitted by amines was analyzed through a fluorescence microscope using a green fluorescent dye called NHS activated Oregon green. In addition, the red fluorescence emitted by PheoA linked to poly-HEMA was analyzed. The results are shown in FIG. 4 .

도 4에 나타난 바와 같이 형광 현미경 이미지를 통하여 동일한 부분에서 Oregon green 과 Red PheoA 염료에 의해 보이는 1μm 정도 크기의 입자를 볼 수 있었다.As shown in FIG. 4 , particles of about 1 μm in size were seen by Oregon green and Red PheoA dyes in the same area through the fluorescence microscope image.

<실험예 2> CSPM 마이크로겔의 콜로이드 안정성<Experimental Example 2> Colloidal stability of CSPM microgel

CSPM의 콜로이드 안정성을 평가하기 위하여 물, PBS, DMEM medium을 포함하는 10% FBS에서 시간에 따라 변화하는 CSPM의 유체역학적 크기를 동적광산란광도계(DLS)를 사용하여 측정하였다. 그리고 24시간 동안 인큐베이션 시킨 입자의 형태는 TEM을 통하여 확인하였다. In order to evaluate the colloidal stability of CSPM, the hydrodynamic size of CSPM changing with time in 10% FBS containing water, PBS, and DMEM medium was measured using a dynamic light scattering spectrophotometer (DLS). And the shape of the particles incubated for 24 hours was confirmed through TEM.

물과 PBS에서는 CSPM의 유체역학적 크기에 변화가 없었으나, DMEM medium에서 입자의 크기는 시간에 따라 증가하였다.There was no change in the hydrodynamic size of CSPM in water and PBS, but the particle size in DMEM medium increased with time.

물 속에서 CSPM은 구 형태로 단순 분산된 것을 볼 수 있었다. 반면에, PBS에서 인산염은 입자 표면에 흡수되었고, 이는 오직 건조한 상태에서 저배율 TEM을 통해 관찰되었으나, 마이크로겔의 응집이나 침전은 발견되지 않았다. 또한, DMEM의 경우에는 CSPM 입자는 CSPM과 다양한 단백질의 상호작용으로 인하여 시간에 따른 응집을 보였다.In water, CSPM was observed to be simply dispersed in a spherical shape. On the other hand, phosphate in PBS was absorbed on the particle surface, which was observed only in a dry state through low-magnification TEM, but no aggregation or precipitation of microgels was found. In addition, in the case of DMEM, CSPM particles showed aggregation with time due to the interaction of CSPM with various proteins.

물 속에서 CSPM과 CSPM-PheoA 마이크로겔은 응집 없이 안정적인 혼탁 콜로이드 현탁액을 만들고, CSPM-PheoA는 자외선(파장 = 365nm)에 노출되었을때 붉은색 형광을 나타낸다. 물의 흡수와 팽창하는 특징은 CSPM 마이크로겔이 종양에 곧바로 주입될 수 있고, 부분적으로 PDT에 의해 발생된 약물의 방출을 이용할 수 있음을 제시하고 있다.In water, CSPM and CSPM-PheoA microgels form a stable turbid colloidal suspension without aggregation, and CSPM-PheoA exhibits red fluorescence when exposed to ultraviolet (wavelength = 365 nm). The water absorption and swelling characteristics suggest that CSPM microgels can be injected directly into the tumor and can take advantage of the drug release generated in part by PDT.

<실험예 3> CSPM-PheoA-DFCR 마이크로겔의 팽창<Experimental Example 3> Expansion of CSPM-PheoA-DFCR microgel

동적광산란광도계(DLS)에 의해 측정된 CSPM 입자의 평균 크기는 1309±306 nm이고, TEM으로 측정된 평균 건조 직경은 511±59 nm이다. CSPM-PheoA의 평균 입자 크기는 1214±320 nm(DLS)이고, 332±30 nm(TEM)이며, 이것은 CSPM-PheoA와 DFCR 사이의 결합에 의하여는 변화하지 않는다. 이러한 결과는 입자의 크기가 물의 함량에 매우 의존한다는 것을 보여주고 있다. 그 결과를 도 5에 나타내었다.The average size of the CSPM particles measured by dynamic light scattering spectroscopy (DLS) was 1309±306 nm, and the average dry diameter measured by TEM was 511±59 nm. The average particle size of CSPM-PheoA was 1214±320 nm (DLS) and 332±30 nm (TEM), which was not changed by binding between CSPM-PheoA and DFCR. These results show that the particle size is highly dependent on the water content. The results are shown in FIG. 5 .

도 5.A.는 동적광산란광도계(DLS)에 의해 측정된 CSPM 입자의 평균 크기와 TEM으로 측정된 평균 건조 직경을 나타내는 사진 및 그림이다.Figure 5.A. is a photograph and figure showing the average size of CSPM particles measured by dynamic light scattering spectroscopy (DLS) and the average dry diameter measured by TEM.

도 5.B.는 동적광산란광도계(DLS)에 의해 측정된 CSPM-PheoA 입자의 평균 크기와 TEM으로 측정된 평균 건조 직경을 나타내는 사진 및 그림이다.Figure 5.B. is a photograph and figure showing the average size of CSPM-PheoA particles measured by dynamic light scattering photometer (DLS) and the average dry diameter measured by TEM.

입자의 체적 팽창률은 다음 식을 사용하여 계산되었다.The volumetric expansion rate of the particles was calculated using the following equation.

체적 팽창률 = Vwet/Vdry = rwet 3/rdry 3 Volumetric expansion rate = V wet /V dry = r wet 3 /r dry 3

(Vwet: wet sample volume, Vdry: dry sample volume, rwet: wet particle radius as determined by DLS, rdry: dried particle radius as determined by TEM)(V wet : wet sample volume, V dry : dry sample volume, r wet : wet particle radius as determined by DLS, r dry : dried particle radius as determined by TEM)

CSPM-PheoA의 체적 팽창률은 CSPM보다 훨씬 크다는 것을 알 수 있다.(48.9 vs 16.8). 게다가, PheoA의 소수성 때문에 CSPM-PheoA의 입자 크기는 CSPM의 크기보다 작다는 것을 관찰하였다. 그 결과를 도 5.C.에 나타내었다.It can be seen that the volumetric expansion rate of CSPM-PheoA is much larger than that of CSPM (48.9 vs 16.8). Furthermore, we observed that the particle size of CSPM-PheoA was smaller than that of CSPM because of the hydrophobicity of PheoA. The results are shown in Fig. 5.C.

도 5.C.는 마이크로겔이 종양에 주입되기 전과 후에 CSPM과 CSPM-PheoA의 크기 변화를 나타낸 그래프이다.Figure 5.C. is a graph showing the size change of CSPM and CSPM-PheoA before and after the microgel is injected into the tumor.

약물 용출 하이드로겔을 이용한 국소 영역 암 치료의 효과는 하이드로겔의 물리적 성질에 의하여 영향을 받는다. 일반적으로, 국소 영역 주입 후에 마이크로겔의 팽창은 약물의 방출을 촉진하고, 약물의 농도를 상승시킨다.The effectiveness of local cancer treatment using drug-eluting hydrogels is affected by the physical properties of hydrogels. In general, swelling of the microgel after topical injection promotes the release of the drug and raises the concentration of the drug.

<실험예 4> 근적외선 조사에 의하여 발생한 활성산소의 생성<Experimental Example 4> Generation of active oxygen generated by near-infrared irradiation

1-1: 실험 방법1-1: Experimental method

근적외선의 조사로 인하여 CSPM-PheoA에 의해 발생한 일중항 산소를 측정하기 위하여, 형광 발광하는 9,10-디메틸안트라센(9,10-dimethylanthracene; DMA)을 사용하였다. DMA는 잘 알려진 일중항산소에 민감한 푸른 형광 염료로서, 엔도페록시드 안트라센 형성에 의한 형광 소광을 통해 일중항산소의 검출에 사용할 수 있다. DMA를 DMSO에서 CSPM-PheoA 4.5 mg/ml에 첨가하고, 바로 근적외선 레이저에 노출시킨다(λ = 671 nm, 167 mW/cm2)).In order to measure singlet oxygen generated by CSPM-PheoA due to near-infrared irradiation, 9,10-dimethylanthracene (DMA) emitting fluorescence was used. DMA is a well-known blue fluorescent dye sensitive to singlet oxygen, which can be used for the detection of singlet oxygen through fluorescence quenching by the formation of endoperoxide anthracene. DMA is added to 4.5 mg/ml of CSPM-PheoA in DMSO and immediately exposed to a near-infrared laser (λ = 671 nm, 167 mW/cm 2 ).

각각 다른 시간(t = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 30분)동안 microplate reader(Infinite 200 pro, Tecan, Mannedorf, Switzerland)를 사용하여 근적외선을 조사한 후, λmax = 420 nm에서 DMA의 형광 정도를 측정하였다.After irradiating near infrared rays using a microplate reader (Infinite 200 pro, Tecan, Mannedorf, Switzerland) for different times (t = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 30 minutes), λ max = 420 nm The degree of fluorescence of DMA was measured.

1-2: CSPM-PheoA-DFCR 마이크로겔에서 근적외선에 의해 발생한 활성산소 생성1-2: CSPM-PheoA-DFCR Microgel generates reactive oxygen species generated by near-infrared rays

합성된 CSPM-PheoA-DFCR 복합체에 의해 발생한 단일항 산소의 측정을 위하여 최종 농도가 100μM인 DMA를 샘플에 첨가하고, 샘플에 근적외선 레이저(671 nm, 167 mW/cm2)를 1분에서 30분 조사한 후에 DMA 형광 강도를 형광 분석기를 이용하여 측정하였다. DMA(380-600 nm)와 CSPM-PheoA-DFCR 마이크로겔에서 PheoA(600-800 nm)의 형광 강도는 노출 시간이 길어질수록 점차적으로 줄어들었다. 그 결과를 도 6에 나타내었다.For the measurement of singlet oxygen generated by the synthesized CSPM-PheoA-DFCR complex, DMA with a final concentration of 100 μM was added to the sample, and a near-infrared laser (671 nm, 167 mW/cm 2 ) was applied to the sample for 1 to 30 minutes. After irradiation, DMA fluorescence intensity was measured using a fluorescence analyzer. In DMA (380-600 nm) and CSPM-PheoA-DFCR microgels, the fluorescence intensity of PheoA (600-800 nm) gradually decreased with increasing exposure time. The results are shown in FIG. 6 .

도 6은 근적외선 조사 시간에 따라 활성산소 생성에 의하여 반응한 DMA의 형광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing the fluorescence spectrum of the DMA reacted by the generation of reactive oxygen species according to the near-infrared irradiation time.

마이크로겔 없이 DMA 용액만 같은 시간 동안 근적외선에 노출시킨 경우에는 형광 강도에 변화가 보이지 않았다. 근적외선 조사 시간에 대한 DMA의 형광 소광을 나타내는 그래프를 보면, 일정한 빛의 강도에서 마이크로겔을 근적외선에 노출시킨 경우, 시간에 따라 단일항산소의 생성량은 증가하였고, 가장 많은 단일항산소가 생성되는 때는 포화시키기 시작하고 10분이 경과한 때였다. 마이크로겔이 없는 경우에는 근적외선을 조사하여도 DMA의 형광 소광이 나타나지 않았고, 이것은 단일항 산소가 마이크로겔에서 PheoA에 의해 발생한 것임을 나타내는 것이며, CSPM-PheoA-DFCR의 단일항산소 발생 효율은 100 J/cm2보다 에너지가 큰 경우에 가장 높은 것을 보여준다. 그 결과를 도 7에 나타내었다.When only the DMA solution without microgel was exposed to near-infrared light for the same time, there was no change in fluorescence intensity. Looking at the graph showing the fluorescence quenching of DMA with respect to the near-infrared irradiation time, when the microgel was exposed to near-infrared light at a constant light intensity, the amount of singlet oxygen produced increased with time, and when the greatest amount of singlet oxygen was produced, 10 minutes had elapsed since saturation began. In the absence of microgel, fluorescence quenching of DMA did not appear even when irradiated with near-infrared rays, indicating that singlet oxygen was generated by PheoA in the microgel, and the singlet oxygen generation efficiency of CSPM-PheoA-DFCR was 100 J/ It shows the highest when the energy is larger than cm 2 . The results are shown in FIG. 7 .

도 7은 마이크로겔이 있는 경우와 없는 경우 DMA의 형광 스펙트럼을 비교한 그래프이다.7 is a graph comparing the fluorescence spectra of DMA with and without microgels.

<실험예 5> 근적외선 조사에 의하여 방출된 DFCR<Experimental Example 5> DFCR emitted by near-infrared irradiation

1-1: 실험 방법1-1: Experimental method

마이크로겔에서 활성산소에 의한 약물의 방출 특성을 확인하기 위하여, PBA(phenylboronic acid)를 마이크로겔과 DFCR의 연결을 위해 사용하였다. PBA와 DFCR 사이의 보론산 에스터 결합에 의해 복합체를 합성하고, 에스터 결합을 형성하기 위하여 키토산에서 D-글루코사민(D-glucosamine)의 아민 그룹과 PBA-DFCR 복합체에서 4-하이드록시메틸(4-hydroxymethyl) 그룹 사이의 반응을 통하여 CSPM-PheoA 복합체를 형성하였다. CSPM-PheoA-DFCR은 DMSO의 존재 하에서 dialysis로 정제하고, 빛에 의한 약물 방출 실험에 사용하였다.In order to confirm the release characteristics of the drug by reactive oxygen species in the microgel, PBA (phenylboronic acid) was used to connect the microgel and DFCR. The complex is synthesized by the boronic acid ester bond between PBA and DFCR, and the amine group of D-glucosamine in chitosan and 4-hydroxymethyl in the PBA-DFCR complex to form an ester bond. ) to form a CSPM-PheoA complex through the reaction between the groups. CSPM-PheoA-DFCR was purified by dialysis in the presence of DMSO and used for drug release experiments by light.

활성산소에 의하여 CSPM-PheoA-DFCR에서 방출된 DFCR의 양은 HPLC를 통하여 측정하였다. 마이크로겔 샘플 5 mg/ml을 각기 다른 시간(t = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 30분)동안 근적외선(λ = 671 nm, 167 mW/cm2,)에 노출시키고, 30분 동안 13000 rpm으로 원심분리하여 침전시켰다. 상층에 뜬 DFCR은 컬럼 크기는 4.6 X 160 mm, 입자 크기는 5μm(GL Science, Japan), 주입량은 10 μl, 증류수/메탄올 완충 용액(8:2, v/v), 흡수 파장은 220 nm 조건 하에 HPLC(2487 detector가 장치된 Alliance 2695; Waters, MA, USA)로 측정하였다.The amount of DFCR released from CSPM-PheoA-DFCR by active oxygen was measured through HPLC. 5 mg/ml of microgel samples were exposed to near-infrared (λ = 671 nm, 167 mW/cm 2 , ) for different times (t = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 30 min), It was precipitated by centrifugation at 13000 rpm for 30 minutes. DFCR floating on the upper layer had a column size of 4.6 X 160 mm, a particle size of 5 μm (GL Science, Japan), an injection volume of 10 μl, a distilled water/methanol buffer solution (8:2, v/v), and an absorption wavelength of 220 nm. It was measured by HPLC (Alliance 2695 equipped with a 2487 detector; Waters, MA, USA).

1-2: CSPM-PheoA-DFCR 마이크로겔에서 활성산소에 의한 DFCR의 방출1-2: Release of DFCR by reactive oxygen species in CSPM-PheoA-DFCR microgels

근적외선이 CSPM-PheoA-DFCR 마이크로겔에서 DFCR 방출을 개시하였고, DFCR의 방출은 근적외선을 10분 조사하였을 때 최대가 되었다. 근적외선을 조사하지 않은 경우에는 DFCR 방출의 흔적을 볼 수 없었다. 이러한 결과는 근적외선 조사 하에 CSPM-PheoA-DFCR에서 DFCR의 방출은 단일항산소의 발생과 동시 발생함을 시사한다. 그 결과를 도 8에 나타내었다.Near infrared rays initiated DFCR emission in the CSPM-PheoA-DFCR microgel, and the emission of DFCR was maximized when near infrared rays were irradiated for 10 minutes. In the case of not irradiating near-infrared rays, no trace of DFCR emission could be seen. These results suggest that the release of DFCR from CSPM-PheoA-DFCR under near-infrared irradiation coincides with the generation of singlet oxygen. The results are shown in FIG. 8 .

도 8은 근적외선을 조사한 경우와 조사하지 않은 경우에 활성산소에 의하여 CSPM-PheoA-DFCR 마이크로겔에서 방출된 약물의 양을 비교한 그래프이다.8 is a graph comparing the amount of drug released from the CSPM-PheoA-DFCR microgel by active oxygen when irradiated with near-infrared rays and when not irradiated.

근적외선 조사 하에 마이크로겔에서 발생된 활성산소와 H2O2의 효과를 측정하기 위해, DCFDA(2',7'-dichlorofluorescine diacetate)의 존재 하에 세포 이미징 연구를 진행하였다. DCFDA는 형광 표시기로, 산화된 상태에서 강한 형광을 보인다. CT-26 세포 그 자체와 근적외선을 조사하지 않고 CSPM-PheoA-DFCR을 처리한 세포의 경우에는 세포 독성을 볼 수 없었고, DCFDA의 형광도 볼 수 없었다. 그러나, 근적외선 또는 H2O2에 노출시킨 CSPM-PheoA-DFCR을 처리한 세포의 경우에는 세포군이 줄어들었고, DFCR의 형광은 세포 내에서 증가하였다. 이러한 결과는 세포 독성은 근적외선 조사 하에 활성산소 또는 H2O2에 의해 발생한 것임을 나타낸다.To measure the effects of reactive oxygen species and H 2 O 2 generated in the microgel under near-infrared irradiation, cell imaging studies were conducted in the presence of DCFDA (2',7'-dichlorofluorescine diacetate). DCFDA is a fluorescent indicator and shows strong fluorescence in the oxidized state. In the case of CT-26 cells themselves and cells treated with CSPM-PheoA-DFCR without near-infrared irradiation, cytotoxicity and DCFDA fluorescence were not observed. However, in the case of cells treated with CSPM-PheoA-DFCR exposed to near-infrared or H 2 O 2 , the cell population decreased, and DFCR fluorescence increased in the cells. These results indicate that cytotoxicity is caused by reactive oxygen species or H 2 O 2 under near-infrared irradiation.

<실험예 6> 세포 독성 평가<Experimental Example 6> Cytotoxicity evaluation

1-1: 세포 조건1-1: Cell Conditions

인간의 췌장암 세포주인 PANC-1과 뮤린 결장암 세포주인 CT-26을 소태아혈청인 10% FBS, 1% 페니실린, 1% 스트렙토마이신을 포함하는 DMEM(Dulbecco's modified Eagle's medium)에서 배양시킨다.The human pancreatic cancer cell line PANC-1 and the murine colon cancer cell line CT-26 are cultured in DMEM (Dulbecco's modified Eagle's medium) containing 10% FBS, 1% penicillin, and 1% streptomycin, which are fetal bovine serum.

1-2: 활성산소와 DFCR이 조합된 경우 CSPM-PheoA-DFCR 마이크로겔의 세포 독성1-2: Cytotoxicity of CSPM-PheoA-DFCR microgels when active oxygen and DFCR are combined

마이크로겔의 세포 독성을 조사하기 위하여 WST(water-soluble tetrazolium) assay를 사용한다. 세포(4 x 104 per well)는 94-well plate에 배양시키고, 온도 37℃, 5% CO2 인큐베이터에서 24시간 동안 인큐베이션 시킨 후, DFCR, CSPM, 또는 CSPM-PheoA를 각각 다른 농도에서 첨가시킨다. 24시간, 48시간, 72시간 동안 인큐베이션 시킨 후, WST-1를 각각의 well에 첨가시키고 4시간 동안 인큐베이션 한다. 세포의 생존 능력은 microplate reader(Infinite 200 pro, Tecan, Mannedorf, Switzerland)를 사용하여 빛의 흡수 정도를 측정함으로써 분석하였다. PDT 효과를 측정하기 위하여, 5% DMSO 배지에 있는 세포를 최종 농도가 65 μg/ml인 DMSO에 있는 CSPM-PheoA 또는 CSPM-PheoA-DFCR과 반응시키고, 근적외선 레이저(λ=671 nm, 100 J/cm2)를 2시간 동안 조사한 후, WST-1을 이용하여 세포의 생존 능력을 평가하였다.To investigate the cytotoxicity of microgels, a water-soluble tetrazolium (WST) assay is used. Cells (4 x 10 4 per well) are cultured in a 94-well plate, incubated at 37 ° C., 5% CO 2 in an incubator for 24 hours, and then DFCR, CSPM, or CSPM-PheoA is added at different concentrations. . After incubation for 24 hours, 48 hours, and 72 hours, WST-1 is added to each well and incubated for 4 hours. Cell viability was analyzed by measuring the degree of light absorption using a microplate reader (Infinite 200 pro, Tecan, Mannedorf, Switzerland). To measure the PDT effect, cells in 5% DMSO medium were reacted with CSPM-PheoA or CSPM-PheoA-DFCR in DMSO with a final concentration of 65 μg/ml, followed by a near-infrared laser (λ=671 nm, 100 J/ml). cm 2 ) after irradiating for 2 hours, the viability of cells was evaluated using WST-1.

CSPM-PheoA-DFCR의 잠재적인 치료 효과를 측정하기 위하여, PANC-1 암세포를 사용하여 세포 독성을 조사하였다. 3일 동안 0.35-700μg/ml 농도 범위에서 CSPM 또는 CSPM-PheoA 마이크로겔과 함께 세포를 인큐베이션 했을 때, 특별한 세포 독성을 관찰할 수 없었다. 이와 유사하게, CSPM-PheoA-DFCR에서도 역시 독성을 관찰할 수 없었다.To determine the potential therapeutic effect of CSPM-PheoA-DFCR, PANC-1 cancer cells were used to investigate cytotoxicity. When cells were incubated with CSPM or CSPM-PheoA microgels in the concentration range of 0.35-700 μg/ml for 3 days, no specific cytotoxicity was observed. Similarly, no toxicity was observed in CSPM-PheoA-DFCR as well.

근적외선에 노출시킨 마이크로겔의 세포 독성을 조사하기 위하여, PANC-1 세포를 CSPM-PheoA 또는 CSPM-PheoA-DFCR과 처리한 후, 빛을 조사하였다. 마이크로겔이 없는 경우에는 근적외선을 조사하여도 세포는 근적외선에 의하여 영향을 받지 않았지만, CSPM-PheoA 또는 CSPM-PheoA-DFCR를 처리한 경우에는 세포 활성에 급격한 감소를 볼 수 있었다(< 20%). 이러한 결과에 따르면, CSPM-PheoA-DFCR의 세포 독성 효과는 CSPM-PheoA 보다 약간 큰 것을 알 수 있다. 합성된 CSPM 마이크로겔은 크기가 아주 크고(물에서 ~1 μm), 세포 흡수와 활성산소 확산 효율이 낮을 것으로 기대되었다. 그러나, CSPM-PheoA 와 CSPM-PheoA-DFCR의 PDT 효과는 세포 독성에서 > 80% 임을 볼 수 있었다. 이러한 결과는 마이크로겔 내부에서 PheoA에 의해 발생한 활성산소는 짧은 반감기와 짧은 확산 거리와 같은 한계가 있음에도 불구하고 세포에 영향을 주는 것을 암시한다. 이러한 결과는 또한, 마이크로겔에서 아민이 풍부한 키토산은 양전하를 나타내고, 음전하를 나타내는 세포막과 더욱 효과적으로 결합시킬 수 있음을 세포 내에서 활성 산소의 확산과 독성이 증가한다는 결과를 통해 암시한다. 그 결과를 도 9에 나타내었다.To investigate the cytotoxicity of microgels exposed to near-infrared rays, PANC-1 cells were treated with CSPM-PheoA or CSPM-PheoA-DFCR, and then light was irradiated. In the absence of microgels, cells were not affected by near-infrared radiation even when irradiated with near-infrared rays, but when treated with CSPM-PheoA or CSPM-PheoA-DFCR, a sharp decrease in cell activity was observed (< 20%). According to these results, it can be seen that the cytotoxic effect of CSPM-PheoA-DFCR is slightly greater than that of CSPM-PheoA. The synthesized CSPM microgel was expected to have a very large size (~1 μm in water) and to have low cell uptake and active oxygen diffusion efficiency. However, the PDT effect of CSPM-PheoA and CSPM-PheoA-DFCR was >80% in cytotoxicity. These results suggest that the reactive oxygen species generated by PheoA in the microgel affect cells despite limitations such as short half-life and short diffusion distance. These results also suggest that the amine-rich chitosan in microgels exhibits a positive charge and can bind more effectively with the negatively charged cell membrane through the results of increased diffusion and toxicity of active oxygen in the cell. The results are shown in FIG. 9 .

도 9.A.는 CSPM과 CSPM-PheoA 마이크로겔의 농도에 따른 세포 활성을 비교하는 그래프이다.9.A. is a graph comparing cell activity according to the concentration of CSPM and CSPM-PheoA microgel.

도 9.B.는 근적외선을 조사한 경우와 조사하지 않은 경우에 CSPM-PheoA와 CSPM-PheoA-DFCR의 존재 여부에 따른 세포 활성을 비교하는 그래프이다.Figure 9.B. is a graph comparing the cell activity according to the presence or absence of CSPM-PheoA and CSPM-PheoA-DFCR when irradiated with near-infrared rays and when not irradiated.

1-3: 세포 이미징1-3: Cell Imaging

세포 이미징을 통해 근적외선에 의하여 마이크로겔로부터 발생한 활성산소의 세포 독성 효과를 측정한다. 0.5 ml DNEM 에서 PANC-1 세포(50000 cells/well)를 배양시키고, 온도 37℃, 5% CO2 분위기에서 24시간 동안 인큐베이션 한다. DMSO(25 ㎕, 4.6 mg/ml)에 같은 양의 CSPM, CSPM-PheoA, 또는 CSPM-PheoA-DFCR 마이크로겔을 넣고, 이를 세포에 첨가한 후 2시간 동안 인큐베이션 한다. 그리고 근적외선에 10분 동안 노출시킨 후, 다시 2시간 동안 인큐베이션 한다. 그리고 핵 염색(ReadyProbes cell viability imaging kit, Blue/Green, Thermo Fisher)을 통해 염색시키고, PBS 완충용액으로 3회 워싱한다. 4% 파라포름알데하이드(paraformaldehyde)로 고정하고, 공초점 현미경(FV1000, Olympus)를 이용하여 세포의 이미지를 획득하였다.We measure the cytotoxic effect of reactive oxygen species generated from microgels by near-infrared rays through cell imaging. In 0.5 ml DNEM, PANC-1 cells (50000 cells/well) are cultured, and incubated for 24 hours at a temperature of 37° C. and 5% CO 2 atmosphere. Add the same amount of CSPM, CSPM-PheoA, or CSPM-PheoA-DFCR microgel to DMSO (25 μl, 4.6 mg/ml), and incubate for 2 hours after adding this to the cells. Then, after exposure to near-infrared rays for 10 minutes, incubation is performed for another 2 hours. Then, it is stained with nuclear staining (ReadyProbes cell viability imaging kit, Blue/Green, Thermo Fisher), and washed 3 times with PBS buffer. It was fixed with 4% paraformaldehyde, and images of cells were acquired using a confocal microscope (FV1000, Olympus).

아무 처리하지 않은 것과 CSPM 마이크로겔을 처리한 PANC-1 세포는 근적외선 조사 후에 약한 초록색 핵 형광을 볼 수 있었지만, CSPM-PheoA 과 CSPM-PheoA-DFCR을 처리한 세포는 강한 초록색 형광을 볼 수 있었고, 유리 바닥에서 죽은 세포의 분리로 인하여 interest(512x512 pixel)의 지역에서 더 적은 세포를 볼 수 있었다. ImageJ를 이용하여 형광 이미지를 측정한 결과, CSPM-PheoA-DFCR에서 초록색 형광의 정도는 CSPM-PheoA에서 보다 통계적으로 더 큰 것을 볼 수 있었다. 이러한 결과는 세포 독성 실험에서와 일치함을 보였다. 그 결과를 도 10에 나타내었다.Untreated and CSPM microgel-treated PANC-1 cells showed weak green nuclear fluorescence after near-infrared irradiation, but cells treated with CSPM-PheoA and CSPM-PheoA-DFCR showed strong green fluorescence. Fewer cells could be seen in the region of interest (512x512 pixel) due to the separation of dead cells from the glass bottom. As a result of measuring the fluorescence image using ImageJ, it was found that the degree of green fluorescence in CSPM-PheoA-DFCR was statistically larger than in CSPM-PheoA. These results were shown to be consistent with those in cytotoxicity experiments. The results are shown in FIG. 10 .

도 10.A.는 각기 다른 마이크로겔을 처리한 후에 근적외선에 노출된 PANC-1 세포의 현미경 이미지를 나타낸다.Figure 10.A. shows a microscopic image of PANC-1 cells exposed to near-infrared light after treatment with different microgels.

도 10.B.는 각기 다른 마이크로겔을 처리한 후에 세포에서 상대적인 형광의 강도를 비교하는 그래프를 나타낸다.10.B. shows a graph comparing the relative fluorescence intensities in cells after treatment with different microgels.

<실험예 7> IN VIVO 실험<Experimental Example 7> IN VIVO experiment

1-1: 실험 방법1-1: Experimental method

물과 음식에 자유롭게 접근 가능한 15-20 g의 BALB/c mice를 25℃에 두고, 12시간 주기의 낮과 밤 사이클을 두었다. 모든 동물을 이용한 실험은 인하대학교 생명과학연구소에서 만든 동물 실험에 대한 가이드라인에 따라 진행하였다.15-20 g of BALB/c mice with free access to water and food were placed at 25°C, followed by a 12-hour day and night cycle. Experiments using all animals were conducted in accordance with the guidelines for animal experiments made by the Institute of Life Sciences, Inha University.

뮤린 결장암 CT-26 세포(2.5x106)는 BALB/c mice의 등에 주입되었다. 초기 종양의 크기가 100 mm3에 도달하면, 쥐를 4개의 그룹으로 분리하고, 3개의 마이크로겔(CSPM, CSPM-PheoA, CSPM-PheoA-DFCR) 또는 PBS 10 mg/kg의 양을 종양에 바로 주입하였다. 그리고 왼쪽 편의 종양에는 근적외선 레이저(λ = 671 nm, 100 J/cm2)를 3일 동안 하루에 한 번 조사하였다. 초기 종양의 크기와 몸무게를 2주 동안 매일 측정하였다. 절제된 종양은 헤마톡실린-에오신(H&E) 염색과 말단 디옥시뉴클레오티딜 전이 효소 매개 목 단부 표지(TUNEL) 염색를 사용하여 분석하였다.Murine colon cancer CT-26 cells (2.5x10 6 ) were injected into the back of BALB/c mice. When the initial tumor size reached 100 mm 3 , the mice were separated into 4 groups, and an amount of 3 microgels (CSPM, CSPM-PheoA, CSPM-PheoA-DFCR) or PBS 10 mg/kg was applied directly to the tumor. injected. And the tumor on the left side was irradiated with a near-infrared laser (λ = 671 nm, 100 J/cm 2 ) once a day for 3 days. Initial tumor size and weight were measured daily for 2 weeks. Resected tumors were analyzed using hematoxylin-eosin (H&E) staining and terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated neck end label (TUNEL) staining.

1-2: 암 치료 요법을 통한 대장암 성장 저해1-2: Inhibition of colorectal cancer growth through cancer therapy

CSPM-PheoA 와 CSPM-PheoA-DFCR에 근적외선을 노출시킨 경우 효과적으로 종양의 성장을 억제하였고, 몸무게에는 변화를 관찰할 수 없었다. 특히, 종양에 CSPM-PheoA-DFCR와 근적외선을 조사한 경우, CSPM-PheoA과 비교하여 2주 후에 종양의 성장 억제에 더 효과적임을 볼 수 있었다.When NIR was exposed to CSPM-PheoA and CSPM-PheoA-DFCR, tumor growth was effectively inhibited, and no change in body weight was observed. In particular, when the tumor was irradiated with CSPM-PheoA-DFCR and near-infrared rays, it was found to be more effective in inhibiting tumor growth after 2 weeks compared to CSPM-PheoA.

추가적으로, 종양 조각의 헤마톡실린-에오신(H&E) 염색과 말단 디옥시뉴클레오티딜 전이 효소 매개 목 단부 표지(TUNEL) 염색이 수행되었다. 이것은 CSPM-PheoA 또는 CSPM-PheoA-DFCR에 근적외선을 조사한 경우, PBS 또는 CSPM과 같은 다른 그룹과 비교하여 더 높은 암세포 자멸과 괴사를 볼 수 있었다. 그 결과를 도 11에 나타내었다.Additionally, hematoxylin-eosin (H&E) staining of tumor slices and terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated neck end label (TUNEL) staining were performed. This shows that when CSPM-PheoA or CSPM-PheoA-DFCR was irradiated with near-infrared rays, higher cancer cell apoptosis and necrosis were seen compared to other groups such as PBS or CSPM. The results are shown in FIG. 11 .

도 11.A.는 각기 다른 마이크로겔을 쥐의 CT-26 종양에 투여한 경우, 근적외선을 조사한 경우와 조사하지 않은 경우 종양의 부피를 비교한 그래프이다.11.A. is a graph comparing the volume of tumors when different microgels were administered to CT-26 tumors of mice, when irradiated with near-infrared rays and when not irradiated.

도 11.B.는 각기 다른 마이크로겔을 쥐의 CT-26 종양에 투여한 경우, 근적외선을 조사한 경우와 조사하지 않은 경우 쥐의 몸무게를 비교한 그래프이다.11.B. is a graph comparing the body weight of mice when different microgels were administered to CT-26 tumors in mice, and when near-infrared rays were irradiated and when not irradiated.

도 11.C.는 각기 다른 마이크로겔을 쥐의 CT-26 종양에 투여하고 근적외선을 조사한 경우, H&E 염색된 종양 조각을 비교한 사진이다.11.C. is a photograph comparing H&E-stained tumor fragments when different microgels were administered to mouse CT-26 tumors and irradiated with near-infrared rays.

도 11.D.는 각기 다른 마이크로겔을 쥐의 CT-26 종양에 투여하고 근적외선을 조사한 경우, TUNEL 염색된 종양 조각을 비교한 사진이다.11.D. is a photograph comparing TUNEL-stained tumor fragments when different microgels were administered to CT-26 tumors of mice and irradiated with near-infrared rays.

일반적으로, 조합 치료의 시너지 효과는 암 분자 또는 종양 유전자의 다중적인 저해로 부터 얻어진다. 이 연구에서, 우리는 두 기능적인 약물(DNA 합성의 저해를 위한 DFCR과 활성산소에 의한 암세포 자멸을 위한 PheoA)의 효과의 조합을 근적외선에 의해 방출된 메커니즘과 함께 마이크로겔 전달 시스템을 사용하여 조사하였다. 그리고, CSPM-PheoA-DFCR을 근적외선에 노출시킨 경우, in vivo 와 in vitro에서 모두 강한 암세포 저해를 보여주었다. 모든 경우에서 PDT와 화학적 치료 효과의 시너지 효과를 증명할 수 있었다.In general, the synergistic effect of combination therapy results from multiple inhibition of cancer molecules or oncogenes. In this study, we investigated the combination of the effects of two functional drugs (DFCR for inhibition of DNA synthesis and PheoA for free radical-induced cancer cell apoptosis) using a microgel delivery system with a mechanism emitted by near-infrared rays. did. And, when CSPM-PheoA-DFCR was exposed to near-infrared rays, it showed strong cancer cell inhibition both in vivo and in vitro. In all cases, a synergistic effect of PDT and chemotherapy could be demonstrated.

Claims (15)

생체 적합성 고분자로 형성된 주쇄;
상기 주쇄에 결합된 광민감제(photosensitizer); 및
상기 주쇄에 결합된 항암제; 를 포함하는, 암 치료용 고분자 복합체이되,
상기 생체 적합성 고분자는 키토산(chitosan), 글라이콜 키토산(glycolchitosan), 폴리-L-라이신(poly-L-lysine), 또는 폴리(에틸렌 글라이콜)(poly(ethyleneglycol))이고,
상기 광민감제는 광에 노출되면 활성산소를 발생시키며, 상기 광민감제는 카르복실 작용기를 갖는 포르피린류 화합물로 하이드록시에틸메타크릴레이트(2-hydroxyethyl methacrylate; HEMA)가 에스테르화 반응으로 결합된 후, 생체 적합성 고분자로 형성된 주쇄에 도입되며,
상기 항암제는 디하이드록실 작용기를 포함하고, 상기 항암제는 광민감제에 의해 발생하는 활성산소에 의해 절단되는 링커를 통해 주쇄에 결합함으로써 광 노출 하에서만 항암제를 방출하는 것을 특징으로 하는, 암 치료용 고분자 복합체.
a main chain formed of a biocompatible polymer;
a photosensitizer bound to the main chain; and
an anticancer agent bound to the main chain; A polymer complex for cancer treatment comprising a
The biocompatible polymer is chitosan (chitosan), glycol chitosan (glycolchitosan), poly-L-lysine (poly-L-lysine), or poly (ethylene glycol) (poly (ethyleneglycol)),
The photosensitizer generates active oxygen when exposed to light, and the photosensitizer is a porphyrin-like compound having a carboxyl functional group after hydroxyethyl methacrylate (HEMA) is combined through an esterification reaction, It is introduced into the main chain formed of a biocompatible polymer,
The anticancer agent includes a dihydroxyl functional group, and the anticancer agent is a polymer for cancer treatment, characterized in that the anticancer agent is released only under light exposure by binding to the main chain through a linker cleaved by active oxygen generated by the photosensitizer. complex.
제1항에 있어서,
상기 포르피린류(porphyrins) 화합물은 헤마토포르피린(hematoporphyrin), 프로토포르피린 Ⅸ(protoporphyrin Ⅸ), 탈라포르핀(talaporfin), 페오포르비드 A(pheophorbide A) 및 클로린 e6(chlorin e6)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종, 또는 2종 이상의 조합인 것을 특징으로 하는, 암 치료용 고분자 복합체.
According to claim 1,
The porphyrins compound is selected from the group consisting of hematoporphyrin, protoporphyrin IX, talaporfin, pheophorbide A and chlorin e6. A polymer complex for cancer treatment, characterized in that it is one type, or a combination of two or more types.
제1항에 있어서,
상기 광민감제가 광에 노출되어 발생하는 활성산소는 생체 적합성 고분자로 형성된 주쇄에 결합되어 있던 항암제를 방출시키는 것을 특징으로 하는, 암 치료용 고분자 복합체.
According to claim 1,
Active oxygen generated by exposure of the photosensitizer to light is a polymer complex for cancer treatment, characterized in that it releases the anticancer agent bound to the main chain formed of the biocompatible polymer.
제1항에 있어서,
상기 항암제는 활성산소에 의해 링커가 절단됨에 따라 방출되는 것을 특징으로 하는, 암 치료용 고분자 복합체.
According to claim 1,
The anticancer agent is a polymer complex for cancer treatment, characterized in that it is released as the linker is cleaved by active oxygen.
제1항에 있어서,
상기 활성산소에 의해 절단되는 링커는 티오-에테르(thio-ether), 셀레늄(selenium), 티오케탈(thioketal), 아미노아크릴레이트(aminoacrylate), 보론산-에스테르(boronic acid-ester), 퍼옥살레이트-에스테르(peroxalate-ester), 또는 폴리프롤린(polyproline)으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 암 치료용 고분자 복합체.
According to claim 1,
The linker cleaved by the active oxygen is thio-ether, selenium, thioketal, aminoacrylate, boronic acid-ester, peroxal Late-ester (peroxalate-ester), or polyproline (polyproline), characterized in that selected from, cancer treatment polymer complex.
제5항에 있어서,
상기 보론산-에스테르에서 보론산은 4-하이드록시페닐보론산(4-hydroxyphenylboronic acid), 4-(하이드록시메틸)페닐보론산(4-(hydroxymethyl)phenylboronic acid), 2-하이드록시페닐보론산(2-hydroxyphenylboronic acid), (3-t-부틸-5-메틸페닐)보론산((3-t-butyl-5-methylphenyl)boronic acid), 2-하이드록시-3-메틸페닐보론산(2-hydroxy-3-methylphenylboronic acid), 6-하이드록시피리딘-2-보론산(6-hydroxypyridine-2-boronic acid), 6-(하이드록시메틸)피리딘-3-보론산(6-(hydroxymethyl)pyridine-3-boronic acid), [3-(3-하이드록시프로필)페닐]보론산([3-(3-hydroxypropyl)phenyl]boronic acid), 또는 5-(하이드록시메틸)퓨란-2-보론산(5-hydroxymethyl)furan-2-boronic acid)으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 암 치료용 고분자 복합체.
6. The method of claim 5,
In the boronic acid-ester, boronic acid is 4-hydroxyphenylboronic acid, 4-(hydroxymethyl)phenylboronic acid, 2-hydroxyphenylboronic acid ( 2-hydroxyphenylboronic acid), (3-t-butyl-5-methylphenyl)boronic acid ((3-t-butyl-5-methylphenyl)boronic acid), 2-hydroxy-3-methylphenylboronic acid (2-hydroxy- 3-methylphenylboronic acid), 6-hydroxypyridine-2-boronic acid, 6-(hydroxymethyl)pyridine-3-boronic acid (6-(hydroxymethyl)pyridine-3- boronic acid), [3- (3-hydroxypropyl) phenyl] boronic acid ([3- (3-hydroxypropyl) phenyl] boronic acid), or 5- (hydroxymethyl) furan-2-boronic acid (5- hydroxymethyl) furan-2-boronic acid), characterized in that selected from, cancer treatment polymer complex.
제1항에 있어서,
상기 항암제는 카페시타빈(capecitabine), 디옥시플루오로시티딘(5'-deoxy-5-fluorocytidine; 5'-DFCR) 및 독시플루리딘(doxifluridine; 5-DFUR)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종, 또는 2종 이상의 조합인 것을 특징으로 하는, 암 치료용 고분자 복합체.
According to claim 1,
1 selected from the group consisting of capecitabine, deoxyfluorocytidine (5'-deoxy-5-fluorocytidine;5'-DFCR) and doxifluridine (5-DFUR) A polymer complex for cancer treatment, characterized in that it is a species, or a combination of two or more.
제1항에 있어서,
상기 암의 광역학적 및 화학적 치료용 복합체는 하기 화학식 A로 표시되는 고분자 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 암 치료용 고분자 복합체:
[화학식 A]
Figure 112022066808792-pat00006

상기 화학식 A에서,
m과 n은 1:10 내지 1000 몰 비율로 존재하고,
a + (b-c) + (c-d) + d는 a + b이고, a + b는 하기 화학식 B로 표시되며 중량평균분자량(Mw)이 10,000 내지 500,000 범위인 키토산에 의해 정의된다:
[화학식 B]
Figure 112022066808792-pat00007
.
According to claim 1,
The complex for photodynamic and chemical treatment of cancer is a polymer complex for cancer treatment, characterized in that it comprises a polymer compound represented by the following formula (A):
[Formula A]
Figure 112022066808792-pat00006

In the above formula (A),
m and n are present in a molar ratio of 1:10 to 1000,
a + (bc) + (cd) + d is a + b, a + b is represented by the following formula B and is defined by chitosan having a weight average molecular weight (M w ) in the range of 10,000 to 500,000:
[Formula B]
Figure 112022066808792-pat00007
.
제8항에 있어서,
상기 화학식 B로 표시되는 키토산에서,
a 및 b의 몰 비율은 1:0.001 내지 1000 범위인 것을 특징으로 하는, 암 치료용 고분자 복합체.
9. The method of claim 8,
In the chitosan represented by Formula B,
The molar ratio of a and b is 1:0.001 to 1000, characterized in that the range, cancer treatment polymer complex.
제1항에 있어서,
상기 암 치료용 고분자 복합체는 100 내지 2,000 nm 범위의 평균 직경을 갖는 구형의 겔 형태인 것을 특징으로 하는, 암 치료용 고분자 복합체.
According to claim 1,
The polymer complex for cancer treatment is characterized in that it is in the form of a spherical gel having an average diameter in the range of 100 to 2,000 nm, the polymer complex for cancer treatment.
제10항에 있어서,
상기 구형의 겔 형태는 코어-쉘 타입의 마이크로겔 형태로,
코어에는 광민감제가 위치하고, 쉘에는 항암제가 위치하는 것을 특징으로 하는, 암 치료용 고분자 복합체.
11. The method of claim 10,
The spherical gel form is a core-shell type microgel form,
A polymer complex for cancer treatment, characterized in that the photosensitizer is located in the core, and the anticancer agent is located in the shell.
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