KR102591787B1 - 키토산-빌리루빈 접합체를 포함하는 입자 및 이를 포함하는 약제학적 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 키토산-빌리루빈 접합체, 입자, 및 이를 포함하는 약제학적 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 접합체 및/또는 입자는 항산화 효능 및 항염증 효능이 우수하며, 장내 염증반응의 완화 뿐만 아니라, 전신 염증의 완화 효과를 나타내며, 장내 미생물 분포의 균형을 정상화시키는 효능이 있으므로, 염증성 장질환, 전신성, 만성염증성 질환 등의 치료에 유용하게 사용할 수 있다.

Description

키토산-빌리루빈 접합체를 포함하는 입자 및 이를 포함하는 약제학적 조성물{Particle comprising chitosan-bilirubin conjugate and Pharmaceutical composition comprising the same}
본 발명은 키토산-빌리루빈 접합체를 포함하는 입자 및 이를 포함하는 약제학적 조성물에 관한 것이다.
염증성 장 질환은 세계적으로 많은 사람들에게 나타나는 질환으로 그 치료제 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나, 대부분의 치료제는 단순히 염증을 낮추는 것에 초점을 둘 뿐, 염증 이후의 장 기능 정상화에서의 효과에 대해선 연구가 아직 미흡하다.
정상적인 장의 경우, 장 상피세포와 장내 미생물 간의 지속적인 상호작용으로 장 기능이 조절된다. 장내 미생물들은 정상인 상태에서 불필요한 염증 반응이 나타나지 않도록 주요한 경로들을 억제하는데 기여함으로써 전체적인 장내미생물 균형과 점액층(mucus layer)의 유지가 이루어진다(Nature 448, 427-434 (2007)). 장에서 염증반응이 일어날 경우, 장내미생물들의 균형이 염증성 물질들에 의해 붕괴되고, 과도한 양의 활성산소가 생성되면서 장벽이 붕괴하며, 점액층의 유지도 어려워진다. 또한, 과량의 면역세포들이 몰려들어 염증을 더욱 심하게 야기하게 된다. 따라서, 장내 염증반응을 줄이기 위해서는, 활성산소 등을 제거해줄 수 있는 항산화 물질의 전달이 필요하다. 또한 항산화 효과를 통해 염증을 억제하면서 동시에 장내 미생물 균총의 정상화가 된다면, 장 기능 회복에 훨씬 효과적으로 작용할 수 있을 것으로 기대된다.
기존 연구에 의하면, 빌리루빈은 강한 항산화작용을 하여 항염증성 효과를 가진다는 것이 잘 알려져 있다. 그러나 빌리루빈은 친수성(hydrophilicity)이 매우 낮아, 빌리루빈 자체만으로는 약물로서 사용이 불가능하였으며, 특히 경구투여 방식으로 전달하기가 곤란하였다는 한계가 있다.
R. J. Xavier et al., Nature 448, 427-434 (2007)
본 발명자들은 강력한 항산화작용을 하는 빌리루빈을 경구투여가 가능하도록, 친수성의 키토산과 결합(conjugation)시켜 물에 잘 용해되도록 물성을 개선하고자 하였다. 그 결과로 제조된 키토산-빌리루빈 접합체는 수성 용매에서 자가 조립에 의해 나노 입자를 형성하였으며, 경구투여시 우수한 항산화 효능 및 항염증 효능을 나타냄을 확인하였다. 또한, 상기 접합체와 입자는 장내 염증반응의 완화 뿐만 아니라, 전신 염증의 완화 효과가 있으며, 장내 미생물의 균형을 조절하는 데에도 효과가 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 친수성의 키토산과 빌리루빈의 접합체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 접합체를 포함하는 입자를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 접합체, 입자, 또는 이들의 조합; 및 약제학적으로 허용되는 담체를 포함하는 항염증용 약제학적 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 친수성 키토산 및 빌리루빈을 포함하고, 상기 친수성 키토산은 빌리루빈과 연결된 접합체(conjugate)를 제공한다.
본 명세서에서 키토산은 키틴으로부터 얻어지는 다당류의 일종으로 생적합성과 생분해성을 동시에 지닌다. 그러나, 키틴으로부터 디아세틸화(de-acetylation)되어 얻어지는 키토올리고사카라이드(chito-oligosaccharide)는 물에 대한 친화력이 비교적 좋지 않았다. 따라서 본 발명자들은 추가의 과정을 통해 긴 사슬로부터 더욱 짧은 길이를 가지는 키토산, 즉 저분자량 키토산을 제조하였다. 구체적으로는 상업적으로 생산되는 키토올리고사카라이드를 잘게 파편화시키는 과정(fractionation)을 통해 저분자량-키토산(Low Molecular Weight Chitosan, LMWC)를 제조하였다.
본 명세서에서, 상기 본 발명의 일 양태에 따른 "친수성 키토산과 빌리루빈의 접합체는 (친수성 또는 저분자량) 키토산-빌리루빈, (친수성 또는 저분자량) 키토산-빌리루빈 접합체, (친수성 또는 저분자량) 키토산 및 빌리루빈 접합체, LMWC-BR, LMWC-BR 접합체, 또는 접합체 등으로 표현될 수 있다. 상기 괄호는 괄호 안의 표현이 생략 가능함을 의미한다.
또한, 본 명세서에서, 상술한 키토산-빌리루빈 접합체를 표현하는 용어는 본 발명의 실시예와 관련하여 키토산-빌리루빈 접합체로부터 제조된 입자를 의미하는 용어로 사용되기도 한다. 구체적으로 상기 키토산-빌리루빈 접합체로부터 제조된 입자는, 키토산-빌리루빈 접합체를 수성 용매에서 용해시키는 경우 자가조립에 의해 생성되는 입자를 말한다. 상기 입자는 DLS로 측정시 수력학적 직경이 10 내지 5,000 nm, 보다 구체적으로는 10 내지 4,000 nm, 10 내지 3,000 nm, 10 내지 2,000 nm, 10 내지 1,000 nm, 10 내지 800 nm, 10 내지 600 nm, 10 내지 500 nm, 10 내지 400 nm, 10 내지 350 nm, 10 내지 300 nm, 10 내지 250 nm, 10 내지 220 nm, 10 내지 200 nm, 10 내지 150 nm, 10 내지 140 nm, 10 내지 130 nm, 10 내지 120 nm, 또는 10 내지 110 nm이나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 입자는 상술한 바와 같이 마이크로 단위 내지 나노 단위의 크기를 가진다. 따라서 본 발명의 입자는 입자의 직경에 따라 미세입자(microparticle) 또는 나노 입자(nanoparticle)이라고 표현된다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 친수성 키토산은 빌리루빈과 공유결합에 의해 연결된다.
본 발명의 일구현예에 있어서, 상기 친수성 키토산은 빌리루빈과 아미드 결합을 통해 연결된다. 보다 구체적으로, 상기 접합체는 빌리루빈의 카르복실기와 상기 친수성 키토산의 아민기 사이의 아미드 결합을 통해 연결된다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 접합반응(e.g. 아미드 결합 반응)을 위해 빌리루빈의 카르복실기는 카르복실기 활성화제에 의해 활성화된다. 상기 카르복실기 활성화제는 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide (EDC), Dicyclohexylcarbodiimide (DCC), 또는 N,N'-Diisopropylcarbodiimide (DIC)이나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 구체적인 구현예에 있어서, 상기 카르복실기 활성화제는 EDC이다.
본 발명에서, 상기 빌리루빈의 카르복실기는 EDC와 반응하여 활성 O-아실이소우레아 중간체를 형성하고, 이어서 반응 혼합물 중 키토산의 1차 아민기로부터의 친핵성 공격에 의해 치환된다. 원한다면, N-hydroxysulfosuccinimide (Sulfo-NHS)가 키토산의 1차 아민과의 반응하는 동안 첨가된다. Sulfo-NHS의 첨가로, 생리학적 pH에서 1차 아민과의 효율적인 접합을 가능하게 하면서, EDC는 NHS를 카르복실기과 결합시켜 O-아실이소우레아 중간체보다 더 안정한 NHS 에스테르를 형성한다. 두 경우 모두 빌리루빈과 키토산 사이의 공유 결합을 야기한다. 스즈키-미야우라 교차-결합(cross-coupling), 숙신이미딜 4-(N-말레이미도 메틸) 사이클로 헥산-1- 카복실레이트(SMCC) 또는 알데히드 기반 반응과 같은 다른 화학 반응이 대안적으로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 친수성 키토산은 3 kDa 내지 30 kDa, 보다 구체적으로는 3 kDa 내지 25 kDa , 3 kDa 내지 20 kDa, 3 kDa 내지 15 kDa, 3 kDa 내지 10 kDa, 5 kDa 내지 30 kDa , 5 kDa 내지 25 kDa , 5 kDa 내지 20 kDa, 5 kDa 내지 15 kDa, 5 kDa 내지 10 kDa의 분자량을 가진 것이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 구체적인 구현예에 있어서, 상기 접합체는 하기 화학식 1의 구조를 가진다:
여기서 상기 n은 4 내지 45의 정수이고, 보다 구체적으로는 4-40, 4-35, 4-30, 4-25, 4-20, 4-15, 4-14, 4-13, 4-12, 4-11, 4-10, 4-9, 4-8, 5-45, 5-40, 5-35, 5-30, 5-25, 5-20, 5-15, 5-14, 5-13, 5-12, 5-11, 5-10, 5-9, 5-8, 6-45, 6-40, 6-35, 6-30, 6-25, 6-20, 6-15, 6-14, 6-13, 6-12, 6-11, 6-10, 6-9, 6-8, 7-45, 7-40, 7-35, 7-30, 7-25, 7-20, 7-15, 7-14, 7-13, 7-12, 7-11, 7-10, 7-9, 7-8, 8-45, 8-40, 8-35, 8-30, 8-25, 8-20, 8-15, 8-14, 8-13, 8-12, 8-11, 8-10, 8-9, 9-45, 9-40, 9-35, 9-30, 9-25, 9-20, 9-15, 9-14, 9-13, 9-12, 9-11, 9-10, 10-45, 10-40, 10-35, 10-30, 10-25, 10-20, 10-15, 10-14, 10-13, 10-12, 10-11, 12-45, 12-40, 12-35, 12-30, 12-25, 12-20, 12-15, 12-14, 12-13, 14-45, 14-40, 14-35, 14-30, 14-25, 14-20, 14-15, 20-45, 20-40, 20-35, 20-30, 20-25, 25-45, 25-40, 25-35, 25-30, 30-45, 30-40, 30-35, 40-45, 또는 상기 수치 범위 사이에 해당하는 각각의 정수임.본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 접합체를 구성하는 빌리루빈 및 키토산의 중량비는 1:1 내지 1:15, 1:1 내지 1:10, 1:1 내지 1:8, 1:1 내지 1:7, 1:1 내지 1:5, 1:1 내지 1:4, 1:1 내지 1:3, 1:1 내지 1:2, 1:15, 1:10, 1:9, 1:8, 1:7, 1:6, 1:5, 1:4, 1:3, 1:2, 또는 1:1이다. 상기 중량비는 상기 수치 범위 사이의 정수 뿐만 아니라, 모든 소수점 단위에 해당하는 수치를 포함한다.
본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 상기 친수성 키토산 및 빌리루빈이 접합(conjugation)에 의해 제조된 접합체(conjugate)를 포함하는 입자를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 입자는 수용액 내에서 복수개의 접합체의 자가조립(self-assembly)에 의해 형성된다.
본 발명의 입자를 이루는 상기 키토산-빌리루빈 접합체에서 키토산은 친수성 모이어티를 구성하고, 빌리루빈은 소수성 모이어티를 구성한다. 친수성 모이어티는 친수성인 중합체 또는 소분자를 의미하고, 소수성 모이어티는 소수성인 중합체 또는 소분자를 의미한다. 본 발명의 복수개의 접합체의 자가조립에 의해 형성된 입자는 소수성 모이어티를 구성하는 빌리루빈이 소수성 코어를 갖는 마이셀 구조를 형성하고, 친수성 모이어티를 구성하는 키토산이 코어의 바깥 쪽으로 배향한다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 입자는 동적광산란(dynamic light scattering, DLS)에 의해 측정시 수력학적 직경(hydrodynamic diameter)이 10 내지 5,000 nm, 보다 구체적으로는 10 내지 4,000 nm, 10 내지 3,000 nm, 10 내지 2,000 nm, 10 내지 1,000 nm, 10 내지 800 nm, 10 내지 600 nm, 10 내지 500 nm, 10 내지 400 nm, 10 내지 350 nm, 10 내지 300 nm, 10 내지 250 nm, 10 내지 220 nm, 10 내지 200 nm, 10 내지 150 nm, 10 내지 140 nm, 10 내지 130 nm, 10 내지 120 nm, 또는 10 내지 110 nm; 20 내지 350 nm, 20 내지 220 nm, 20 내지 200 nm, 20 내지 150 nm, 20 내지 140 nm, 20 내지 130 nm, 20 내지 120 nm, 또는 20 내지 110 nm; 30 내지 350 nm, 30 내지 220 nm, 30 내지 200 nm, 30 내지 150 nm, 30 내지 140 nm, 30 내지 130 nm, 30 내지 120 nm, 또는 30 내지 110 nm; 40 내지 350 nm, 40 내지 220 nm, 40 내지 200 nm, 40 내지 150 nm, 40 내지 140 nm, 40 내지 130 nm, 40 내지 120 nm, 또는 40 내지 110 nm; 50 내지 350 nm, 50 내지 220 nm, 50 내지 200 nm, 50 내지 150 nm, 50 내지 140 nm, 50 내지 130 nm, 50 내지 120 nm, 또는 50 내지 110 nm; 100 내지 350 nm, 100 내지 220 nm, 100 내지 200 nm, 100 내지 150 nm, 100 내지 140 nm, 100 내지 130 nm, 100 내지 120 nm, 또는 100 내지 110 nm,이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 상기 키토산-빌리루빈 접합체, 입자, 또는 이들의 조합; 및 약제학적으로 허용되는 담체를 포함하는 항염증용 약제학적 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 약제학적 조성물은 상기 키토산-빌리루빈 접합체로 제조된 입자를 유효성분으로 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 입자는 H2O2, AAPH, 및 NaOCl 등 ROS를 소거하는 효능이 우수하여 항산화 제제로 사용될 수 있다. 구체적으로 경구적으로 체내로 투여된 본 발명의 입자는 EPR(Enhanced permeability and retention) 효과에 의하여 염증 부위를 타겟팅 할 수 있다. 염증 부위에서 나노 입자는 비정상적 수준의 활성 산소를 소거함으로써 항염 활성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 입자는 대식세포를 타겟팅하여 작용한다. 보다 구체적으로, 본 발명의 입자는 대식세포에서 염증과 관련된 사이토카인인 IL-1beta, IL-6, 및 TNF-alpha의 발현 및 분비를 억제하고, 손상된 조직의 회복에 관여하는 사이토카인인 TGF-beta, 및 IL-10의 발현 및 분비를 촉진하므로 항염증용 제제 또는 염증개선용 제제로서 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 입자는 염증성 장질환에 의한 체중의 감소를 정상화시키는 효과를 나타낸다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 입자는 염증성 장질환에 의한 질병활성도(DAI)를 낮추는 효과를 나타낸다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 입자는 염증성 장질환에 의한 결장의 길이 감소를 정상화시키는 효과를 나타낸다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 입자는 염증성 장질환에 의해 야기되는 전신성 염증의 증상인 비장의 위축을 예방 또는 치료한다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 입자는 염증성 장질환에 의해 야기되는 간염증을 나타내는 수치 지표인 혈중 ALT 및 혈중 AST를 정상 수준에 가깝게 낮추는 효과를 나타낸다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 입자는 염증성 장질환에 의해 야기되는 신장의 염증 또는 신장 기능의 수치 지표인 혈중 Creatine과 혈중 BUN을 정상 수준에 가깝게 낮추는 효과를 나타낸다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 입자는 염증성 장질환에 의한 전신성 염증의 유무를 나타내는 지표인 혈중 IL-6 및 혈중 TNF-alpha의 농도를 정상 수준에 가깝게 낮추는 효과를 나타낸다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 입자는 염증성 장질환에 의한 장의 손상을 나타내는 지표인 ZO-1, Claudin-1 및 Occludin-1 유전자의 mRNA 발현양을 정상 수준에 가깝게 증가시키는 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 입자는 마이크로바이옴 분포와 관련하여, 염증성 장질환 모델 마우스의 마이크로바이옴 분포를 정상 마우스와 유사한 마이크로바이옴 분포로 정상화시키는 예측불가의 우수한 효과가 있다.
본 발명의 약제학적 조성물은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있는 방법에 따라, 약제학적으로 허용되는 담체 및/또는 부형제를 이용하여 제제화됨으로써 단위 용량 형태로 제조되거나, 또는 다용량 용기 내에 내입시켜 제조될 수 있다. 이때 제형은 오일 또는 수성매질중의 용액, 현탁액 또는 유화액 형태일 수 있으며, 분산제 또는 안정화제를 추가적으로 포함할 수 있다.
본 발명의 조성물이 약제학적 조성물인 경우, 상기 약제학적으로 허용되는 담체는 제제 시에 통상적으로 이용되는 것으로서, 락토스, 덱스트로스, 수크로스, 솔비톨, 만니톨, 전분, 아카시아 고무, 인산 칼슘, 알기네이트, 젤라틴, 규산 칼슘, 미세결정성 셀룰로스, 폴리비닐피롤리돈, 셀룰로스, 물, 시럽, 메틸 셀룰로스, 메틸히드록시벤조에이트, 프로필히드록시벤조에이트, 활석, 스테아르산 마그네슘 및 미네랄 오일 등을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 약제학적 조성물은 상기 성분들 이외에 윤활제, 습윤제, 감미제, 향미제, 유화제, 현탁제, 보존제 등을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의　약제학적 조성물은 수크로스,　만니톨,　소르비톨, 글리세린,　트레할로스,　폴리에틸렌글리콜류의　부형제,　및　사이클로덱스트린류(알파, 베타, 감마-사이클로덱스트린,　히드록시　사이클로덱스트린　내지　사이클로덱스트린의　유도체　등)의 부형제를 추가적으로 포함한다. 상기 부형제는 본　약제학적 조성물의 유효성분인 입자에 첨가되어 동결보호제 또는 삼투압조절제로 기능하며, 동결건조, 용매증발법 등으로 인해 제형화 된다.　
본 발명의 약제학적 조성물은 경구 투여 및 비경구 투여가 가능하다. 예컨대 정맥내 투여, 복강내 투여, 근육내 투여, 피하투여 또는 국소 투여될 수 있다. 또한, 그 밖에도 직장 내 투여, 흡입투여, 경비투여 등이 가능하다. 본 발명의 구체적인 구현예에 있어서, 상기 약제학적 조성물은 경구투여용이다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 약제학적 조성물의 유효성분인 상기 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체, 또는 이들의 자가 조립에 의해 형성되는 나노 입자는 장내 점착성을 나타내는 저분자량의 키토산을 포함하는 바, 특히 경구 투여용(제형)으로서 제조되기에 적합하다.
본 발명의 약제학적 조성물의 적합한 투여량은 제제화 방법, 투여방식, 환자의 연령, 체중, 성, 질병 증상의 정도, 음식, 투여 시간, 투여 경로, 배설 속도 및 반응 감응성과 같은 요인들에 의해 다양하며, 보통으로 숙련된 의사는 목적하는 치료에 효과적인 투여량을 용이하게 결정 및 처방할 수 있다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 약제학적 조성물의 1일 투여량은 0.001-100 ㎎/㎏이다.
본 명세서에서 용어 "투여"는 임의의 적절한 방법으로 대상(subject)에게 소정의 물질을 제공하는 것을 의미한다. 본 발명의 조성물의 투여경로는 목적 조직에 도달할 수 있는 한 일반적인 모든 경로를 통하여 상술한 바와 같이 경구 또는 비경구 투여될 수 있다. 또한, 본 발명의 조성물은 유효성분을 표적 세포, 조직 또는 기관으로 전달할 수 있는 임의의 장치를 이용해 투여될 수도 있다.
본 명세서에서 용어 "대상(subject)"은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 인간, 원숭이, 소, 말, 양, 돼지, 닭, 칠면조, 메추라기, 고양이, 개, 마우스, 쥐, 토끼 또는 기니아 피그를 포함하고, 바람직하게는 포유류, 보다 바람직하게는 인간을 의미한다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 항염증용은 염증성 질환의 예방 용도 및 치료 용도를 의미한다. 상기 염증성 질환에는 예를 들면, 염증성 장질환(inflammatory bowel disease, IBD), 아토피 피부염, 부종, 피부염, 알레르기, 천식, 결막염, 치주염, 비염, 중이염, 죽상경화증, 인후염, 편도염, 폐렴, 위 궤양, 위염, 크론병, 대장염, 치질, 통풍, 간직성 척추염, 류마티스 열, 루푸스, 섬유근통(fibromyalgia), 건선 관절염, 골관절염, 류마티스 관절염, 견관절주위염, 건염, 건초염, 근육염, 간염, 방광염, 신장염, 쇼그렌 증후군(sjogren's syndrome) 및 다발성 경화증 등이 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 항염증용은 만성염증성 질환의 예방 용도 및 치료 용도를 의미한다. 상기 만성 염증성 질환에는 예를 들면, 비알콜성 지방간염(non-alcoholic steatohepatitis), 폐렴, 폐섬유화(pulmonary fibrosis), 신장염, 신부전(kidney failure), 방광염, 쇼그렌 증후군(sjogren's syndrome), 다발성경화증(multiple sclerosis), 천식(asthma), 동맥경화증(atherosclerosis), 심근경색, 췌장염, 당뇨병, 건선(psoriasis), 골다공증, 관절염, 골관절염, 류마티스 관절염(rheumatoid arthritis), 전신성염증반응증후군, 패혈증, 치매(dementia) 등이 있다. 상기 만성 염증성 질환은 전신의 염증 반응으로 인해 발병이 가능하거나, 상기 염증성 질환의 발명으로 전신에 염증반응을 일으키는 질환이다. 본 명세서에서 용어 "염증성 장질환"은 장, 즉 소장, 및 대장에 염증이 생기는 질환을 의미하며, 장관 내 비정상적인 만성 염증이 호전과 재발을 반복하는 질환을 포함한다. 또한, 원인이 밝혀진 특이성 장염, 원인이 밝혀지지 않은 비특이성 장염, 및 타질환으로부터 야기된 장염, 예를 들어 장형 베체트병 등을 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 염증성 장질환은 궤양성 대장염(ulcerative colitis), 크론병(crohn's disease), 장형 베체트(intestinal behcet's disease), 불확정 대장염(indeterminate colitis), 세균성 장염, 바이러스성 장염, 아메바성 장염, 출혈성 직장 궤양, 장누수증후군, 허혈성 대장염 및 결핵성 장염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이나 이에 제한되지는 않는다. 보다 구체적으로 상기 염증성 장질환은 궤양성 대장염 또는 크론병이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 약제학적 조성물의 유효성분인 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체, 또는 이를 포함하는 입자는 경구 투여시 장내 염증 뿐만 아니라, 전신성 염증을 나타내는 지표를 개선하는 효과가 있으므로, 전신성, 만성염증성 질환의 예방 또는 치료용 약제학적 조성물로 유용하게 사용할 수 있다.
본 명세서에서 용어, "예방"은 본 발명에 따른 조성물의 투여로 염증성 질환의 증상을 억제 또는 지연시키는 모든 행위를 의미한다.
본 명세서에서 용어, "치료"는 본 발명에 따른 조성물의 투여로 염증성 질환의 증상을 호전시키거나 완치시키는 모든 행위를 의미한다.
본 발명의 약제학적 조성물은 본 발명의 입자의 약제학적 유효량을 포함한다. 상기 약제학적 유효량은 상기한 입자가 약리학적 효과를 달성하는데 충분한 양을 의미한다.
또한, 본 발명의 약제학적 조성물은 당업계에 염증성 장질환 또는 만성 염증성 질환의 치료 효과가 있는 것으로 알려져 있는 유효 성분을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 글루코코르티코스테로이드(glucocorticosteroid) 등의 스테로이드류, 설파 살라진 (sulfasalazine), 메살라진(mesalazine) 등의 5-아미노살리실산(5-aminosalicylic acid, 5-ASA) 계통 약물, 항-TNF-α 단일클론항체 등이다.
본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 상기 키토산-빌리루빈 접합체, 입자, 또는 이들의 조합을 포함하는 염증개선용 식품조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 상기 키토산-빌리루빈 접합체, 입자, 또는 이들의 조합을 포함하는 항산화용 식품조성물을 제공한다.
본 발명의 식품 조성물은 분말, 과립, 정제, 캡슐 또는 음료 등의 형태로 제조될 수 있다. 예컨대 캔디류의 각종 식품류, 음료, 껌, 차, 비타민 복합제, 또는 건강보조 식품류 등이 있다.
본 발명의 식품 조성물은 유효성분으로서 상기 키토산-빌리루빈 접합체, 입자, 또는 이들의 조합 뿐만 아니라, 식품 제조 시에 통상적으로 첨가되는 성분을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 단백질, 탄수화물, 지방, 영양소, 조미제 및 향미제를 포함한다. 상술한 탄수화물의 예는 모노사카라이드, 예를 들어, 포도당, 과당 등; 디사카라이드, 예를 들어 말토스, 수크로스, 올리고당 등; 및 폴리사카라이드, 예를 들어 덱스트린, 사이클로덱스트린 등과 같은 통상적인 당 및 자일리톨, 소르비톨, 에리트리톨 등의 당알콜이다. 향미제로서 천연 향미제 [타우마틴, 스테비아 추출물 (예를 들어 레바우디오시드 A, 글리시르히진 등]) 및 합성 향미제(사카린, 아스파르탐 등)를 사용할 수있다. 예컨대, 본 발명의 식품 조성물이 드링크제로 제조되는 경우에는 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체, 입자, 또는 이들의 조합 이외에 구연산, 액상과당, 설탕, 포도당, 초산, 사과산, 과즙, 두충 추출액, 대추 추출액, 감초 추출액 등을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 키토산-빌리루빈 접합체, 입자, 또는 이들의 조합을 포함하는 항염증, 또는 염증 개선용 사료 조성물을 제공한다.
본 발명의 식품 조성물 및 사료 조성물에 포함되는 키토산-빌리루빈 접합체, 입자, 또는 이들의 조합에 관한 내용은 상기 약제학적 조성물에 포함되는 키토산-빌리루빈 접합체, 입자, 또는 이들의 조합에 관한 내용과 동일하기 때문에, 이 둘 사이에 공통된 내용은 본 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여, 그 기재를 생략한다.
본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음 단계를 포함하는 접합체의 제조방법을 제공한다:
(a) 빌리루빈을 카르복실기 활성화제와 반응시켜 카르복실기를 활성화시키는 단계; 및
(b) 친수성 키토산의 아민기와 반응시켜 아미드 결합을 형성하는 단계.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 카르복실기 활성화제는 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide (EDC), Dicyclohexylcarbodiimide (DCC), 또는 N,N'-Diisopropylcarbodiimide (DIC)이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 (a) 단계의 반응에 N-hydroxysulfosuccinimide (Sulfo-NHS)가 첨가된다.
본 발명은 키토산-빌리루빈 접합체 및 이를 포함하는 입자를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 접합체, 입자, 또는 이들의 조합을 포함하는 약제학적 조성물을 제공한다.
본 발명의 접합체 입자를 포함하는 약제학적 조성물은 항산화 효능 및 항염증 효능이 우수하며, 장내 염증반응의 완화 뿐만 아니라, 전신 염증의 완화 효과를 나타내며, 장내 미생물 분포의 균형을 정상화시키는 효능이 있으므로, 염증성 장질환, 전신성, 만성염증성 질환 등의 치료에 유용하게 사용할 수 있다.
도 1은 저분자량 키토산 제조방법의 개략도를 나타낸다.
도 2a는 본 발명의 LMWC-BR 접합체의 반응식을 나타낸 도이다.
도 2b는 본 발명의 LMWC-BR 접합체 제조방법의 개략도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 LMWC-BR 접합체의 파장별 흡광도를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 LMWC-BR 접합체로 이루어진 나노 입자의 입자 직경 분포를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 LMWC-BR 접합체 및 저분자량 키토산의 H1-NMR 분석 데이터를 나타낸 도이다.
도 6은 UV/Vis 흡광도를 측정하여 본 발명의 LMWC-BR 접합체의 농도를 확인한 도이다.
도 7은 본 발명의 LMWC-BR 접합체로 이루어진 나노 입자의 안정성을 확인하기 위하여 수성 용매에서의 일자별 입자 사이즈를 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명의 LMWC-BR 접합체로 이루어진 나노 입자의 입계 마이셀 농도를 확인하고자 농도별 나노 입자 크기를 나타낸 도이다.
도 9는 물과 DMSO에서 고분자량 키토산(HMWC), 저분자량 키토산(LMWC), 빌리루빈(BR), 저분자량 키토산-빌리루빈(LMWC-BR) 접합체를 용해시킨 후, 각 용매에서의 용해력을 비교한 도이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 LMWC-BR 접합체의 항산화 효능을 확인하기 위하여 LMWC-BR 접합체와 H2O2 (Hydrogen peroxide) (도 10a), NaOCl (도 10b), 및 AAPH (도 10c)를 각각 접촉시키고 UV/Vis 흡광도를 측정한 도이다.
도 11a 내지 도 11c는 LMWC-BR 접합체의 ROS 소거 효능을 확인하기 위한 그래프이다. 구체적으로 도 11a는 H2O2의 농도에 따른 형광 강도를 나타낸 그래프이고, 도 11b는 H2O2에 처리된 LMWC의 농도에 따른 H2O2의 농도를 나타낸 도이다. 도 11c는 H2O2에 처리된 LMWC-BR 접합체의 농도에 따른 H2O2의 농도를 나타낸 도이다.
도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체의 ROS 소거 효과를 확인하기 위하여 CHO 세포와 HT-29 세포에서 H2O2 와 함께 LMWC, LMWC-BR 접합체를 각각 처리한 경우의 세포생존율을 나타낸 도이다.
도 13은 대식세포에 LPS를 처리한 후 초기-염증성 사이토카인(IL-1beta, IL-6, 및 TNF-alpha)의 mRNA 발현량을 RT-qPCR을 통해 확인한 도이다.
도 14a 내지 도 14c는 대식세포에 LPS와 함께 LMWC, 또는 LMWC-BR 접합체(2.5 μg/ml, 5 μg/ml, 10 μg/ml)를 처리한 후 초기-염증성 사이토카인(IL-1beta, IL-6, 및 TNF-alpha)의 mRNA 발현량을 RT-qPCR을 통해 확인한 도이다.
도 15는 대식세포에 LMWC, 또는 LMWC-BR 접합체를 처리하고 워싱한 후 LPS를 처리한 후에 초기-염증성 사이토카인(IL-1beta, IL-6, 및 TNF-alpha)의 mRNA 발현량을 확인하는 시험방법의 개략도이다.
도 16a 내지 도 16c는 대식세포에 LMWC, 또는 LMWC-BR 접합체(2.5 μg/ml, 5 μg/ml, 10 μg/ml)를 처리하고 워싱한 후 LPS를 처리한 후에 초기-염증성 사이토카인(IL-1beta, IL-6, 및 TNF-alpha)의 mRNA 발현량을 나타낸 도이다.
도 17a 내지 도 17c는 대식세포에 본 발명의 LMWC-BR 접합체(10 μg/ml)를 처리하고 워싱한 후 LPS를 처리한 후에 초기-염증성 사이토카인(IL-1beta, IL-6, 및 TNF-alpha)의 mRNA 발현량을 나타낸 도이다.
도 18은 대식세포에 본 발명의 LMWC-BR 접합체 및 LPS를 처리한 후의 항염증성 사이토카인인 IL-10 및 TGF-beta의 mRNA 발현량을 나타낸 도이다.
도 19는 실시예 6-1의 실험 스케쥴의 개략도이다.
도 20은 실시예 6-1의 마우스 그룹별 체중변화를 나타낸 도이다.
도 21은 실시예 6-1의 마우스 그룹별 결장 길이를 나타낸 도이다.
도 22a는 실시예 6-2의 실험군별 투여용량을 나타낸 도이다.
도 22b는 실시예 6-2의 실험스케쥴 및 투여 물질의 외관을 나타낸 도이다.
도 23은 DSS-유도 IBD 마우스 모델에서의 본 발명의 LMWC-BR 접합체와 LMWC, BR을 투여한 후의 일자별 체중 변화를 나타낸 도이다.
도 24는 DSS-유도 IBD 마우스 모델에서의 본 발명의 LMWC-BR 접합체와 LMWC, BR을 투여한 후의 질병활성지수 변화를 나타낸 도이다.
도 25는 DSS-유도 IBD 마우스 모델에서의 본 발명의 LMWC-BR 접합체와 LMWC, BR을 투여한 후의 결장 길이를 나타낸 도이다.
도 26은 DSS-유도 IBD 마우스 모델에서의 본 발명의 LMWC-BR 접합체와 LMWC, BR을 투여한 후의 염증성 사이토카인 단백질 IL-1beta의 분비 수준을 나타낸 도이다.
도 27은 DSS-유도 IBD 마우스 모델에서의 본 발명의 LMWC-BR 접합체와 LMWC, BR을 투여한 후의 염증성 사이토카인 단백질 IL-6의 분비 수준을 나타낸 도이다.
도 28은 DSS-유도 IBD 마우스 모델에서의 본 발명의 LMWC-BR 접합체와 LMWC, BR을 투여한 후의 염증성 사이토카인 단백질 TNF-alpha의 분비 수준을 나타낸 도이다.
도 29는 DSS-유도 IBD 마우스 모델에서의 본 발명의 LMWC-BR 접합체와 LMWC, BR을 투여한 후의 항염증성 사이토카인 단백질 IL-10의 분비 수준을 나타낸 도이다.
도 30은 DSS-유도 IBD 마우스 모델에서의 본 발명의 LMWC-BR 접합체와 LMWC, BR을 투여한 후의 항염증성 사이토카인 단백질 TGF-beta의 분비 수준을 나타낸 도이다.
도 31은 실시예 7의 개략적인 실험방법을 나타낸 도이다.
도 32는 실시예 7의 마우스 그룹별 체중변화를 나타낸 도이다.
도 33은 실시예 7의 마우스 그룹별 질병활성도(DAI)를 나타낸 도이다.
도 34는 실시예 7의 마우스 그룹별 결장 길이를 나타낸 도이다.
도 35는 실시예 7의 마우스 그룹별 비장의 중량을 나타낸 도이다.
도 36은 실시예 7의 마우스 그룹별 간염증 수치를 나타내는 지표인 혈중 ALT와 혈중 AST를 나타낸 도이다.
도 37은 실시예 7의 마우스 그룹별 신장 기능의 정상 여부를 나타내는 지표인 혈중 Creatine과 혈중 BUN을 나타낸 도이다.
도 38 및 도 39는 실시예 7의 마우스 그룹별 전신염증의 유무를 나타내는 지표인 혈중 IL-6 및 혈중 TNF-alpha의 농도를 나타낸 도이다.
도 40 내지 도 42는 실시예 7의 마우스 그룹별 염증성 장질환에서 장의 손상을 나타내는 지표인 ZO-1, Claudin-1 및 Occludin-1의 발현양을 나타낸 도이다.
도 43은 히알루론산-빌리루빈 접합체의 제조과정을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 44는 히알루론산-빌리루빈 접합체의 H1-NMR data를 나타낸 도이다.
도 45는 히알루론산-빌리루빈 접합체를 수성 용매에서 나노 입자로 제조한 후 DLS 측정을 통해 나노 입자의 크기를 나타낸 도이다.
도 46은 LMWC-BR 및 HA-BR의 빌리루빈의 함량(weight %)을 계산하기 위하여 빌리루빈의 UV 흡광도를 측정하여 나타낸 도이다.
도 47은 본 발명의 실시예 8-2의 실험방법의 개략도이다.
도 48은 실시예 8-2의 마우스 그룹별 체중변화를 나타낸 도이다.
도 49은 실시예 8-2의 마우스 그룹별 질병활성도(DAI)를 나타낸 도이다.
도 50는 실시예 8-2의 마우스 그룹별 결장 길이를 나타낸 도이다.
도 51은 실시예 8-2의 마우스 그룹별 비장의 중량을 나타낸 도이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
실시예
본 명세서 전체에 걸쳐, 특정 물질의 농도를 나타내기 위하여 사용되는 "%"는 별도의 언급이 없는 경우, 고체/고체는 (중량/중량) %, 고체/액체는 (중량/부피) %, 그리고 액체/액체는 (부피/부피) %이다.
실시예 1: 저분자량 키토산-빌리루빈 접합체의 합성(Synthesis of LMWC-BR)
키토올리고사카라이드(chitooligosaccharide, COS)를 pH 4.2 에서 180 ml 의 0.05 암모늄 아세테이트 버퍼 중에 용해시켰다. 5,000Da-10,000Da 사이의 아미콘(Amikon) 필터를 이용하여 작은 분자로 파편화(fragmented)시키는 과정을 거쳤으며, 질소를 주입하여 가해지는 압력으로 인해 용액이 추출되는 방식으로 키토산 용액 샘플을 얻었다. 이후 free-salt등의 완전한 제거를 위해 3500 Da 크기의 필터막을 이용하여 투석을 수행하였다. 투석까지 완료한 용액은 동결건조를 통해 분말 형태의 저분자량 키토산(low molecular weight chitosan, LMWC)을 얻었다. 키토산은 저분자량일수록 수용성이 높아진다. 디아세틸화의 정도(Degree of deacetylation (DDA, %))은 NMR 데이터에 기초하여 측정되었다(Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis 32, 1149-1158 (2003) 참조). 상기 저분자량 키토산 제조방법의 개략도를 도 1에 나타내었다.
다음으로, 빌리루빈과의 컨쥬게이션(conjugation) 과정을 진행하였다. 키토산의 경우, 아민기(amine group)가 파편화(fractionation) 과정을 거치면서 디아세틸화(deacetylation)로 인해 노출된다. 이러한 아민기(amine group)가 빌리루빈의 카르복실기(carboxylic group)와 반응하여 접합체(conjugate) 형태로 형성될 수 있다.
상기 빌리루빈의 카르복실기(carboxylic group)가 반응을 하기 위해서는 카르복실기를 활성화하는 과정이 필요하므로, EDC (1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide)를 빌리루빈과 함께 DMSO(Dimethyl sulfoxide):물(4:1)에 녹여 40분 동안 활성화시켰다. 이후, 물에 녹인 저분자량 키토산을 반응에 첨가하여 총 4시간 동안 키토산과 빌리루빈 컨쥬게이션(conjugation)을 진행하였다. 모든 반응은 산소(진공펌프로 공기 제거 후 질소를 주입하였음)와 빛을 차단하여 교반기 위에서 진행하였으며, 둥근 플라스크에서 반응시켰다. 키토산, 빌리루빈, 및 EDC는 1:1~5:1.5~7.5의 비율로 혼합하여 제조할 수 있으며, 이중 최적 비율인 1:1:1.5의 비율로 첨가하여 반응을 수행하였다. 상기 반응의 화학반응식은 도 2a에 나타내었고, 저분자량 키토산-빌리루빈 접합체 제조방법의 개략도를 도 2b에 나타내었다.
컨쥬게이션 반응이 끝난 이후, 반응에 참여하지 않고 남아있는 반응물(EDC)을 제거하기 위한 공정을 진행하였다. 반응 후 혼합물을 일정양으로 코니칼 튜브(15 ml)에 옮겨 담고, 10 ml의 아세톤을 첨가하여 4℃, 4000 rpm, 15분간 원심분리 하고 상층액을 폐기하였다. 다시 10 ml의 아세톤을 첨가하여 같은 조건으로 원심분리 및 상층액 폐기를 2회 더 반복하여, 총 3번의 원심분리 및 상층액 폐기를 수행하였다. 최종 결과물을 건조하여 갈색 분말 형태의 물질을 얻고, 냉동고에 저장하였다.
실시예 2: 저분자량 키토산-빌리루빈 접합체의 특성 확인(Characterization of LMWC-BR)
2-1. UV/Vis Spectrum (300 nm-600 nm)
본 발명의 저분자량 키토산-빌리루빈의 접합체 형성이 잘 이루어졌는지를 알아보기 위하여, 분말 형태의 키토산-빌리루빈을 증류수(DW)에 녹여 UV/Vis 흡광도를 측정하여, 빌리루빈의 특징적인 피크(peak)가 검출되는지 확인하였다. 일반적으로 빌리루빈은 노란색을 띄어 450 nm 파장대에서 흡광도가 최대치를 보이므로, 키토산-빌리루빈의 접합체에서도 같은 위치의 피크가 검출되는지 흡광도를 측정하였다. 결과는 도 3에 나타내었다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 키토산-빌리루빈 접합체 물질에 대해서 430 nm 근처에서 빌리루빈의 피크가 확인되었다. 또한 200 nm~300 nm사이에서 키토산의 피크 또한 발견되어(미도시), 이를 통해 1차적으로 접합체가 형성되었음을 확인할 수 있었다.
2-2. DLS에 의한 수화입자 사이즈의 측정(Hydrodynamic Size Measurement by DLS)
제조된 키토산-빌리루빈 접합체 물질을 증류수에 녹인 후 키토산-빌리루빈 접합체 물질로 제조된 입자의 사이즈를 측정하기 위해, 수화된(hydro-dynamic size) 파티클의 지름을 DLS(Dynamic Light Scattering)를 통해 측정하였다.
측정 결과, 용액에 존재하는 모든 파티클들 중 가장 많은 비율을 차지하는 입자의 크기가 149.6 nm인 비율이 96.2%로 가장 많다는 것을 확인하였다.
2-3. H 1 -NMR Spectrum
또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, H1-NMR을 통해 키토산-빌리루빈의 파장을 확인하였다.
2-4. 키토산-빌리루빈 접합체 내 빌리루빈의 정량(Calculation of BR Amount in LMWC-BR)
Sample Absorbance Intensity
(λ=450nm)		 Concentration of conjugate
(mg/ml)		 Calculated BR content (mg/ml) Amount of BR in 1mg of conjugate (mg)
1:1 LMWC-BR 0.4787 0.1 0.025 0.25
마지막으로 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체 물질 내의 빌리루빈 양을 정량하기 위하여, free-빌리루빈을 DMSO에 녹여 연속으로 10배 희석시켜 여러 농도의 빌리루빈 용액을 만든 이후, 각 용액의 UV/Vis 흡광도를 측정하여 빌리루빈 정제 그래프를 작성하였다. 이를 통해 같은 흡광도를 나타내는 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체의 농도를 확인함으로써 최종적으로 키토산-빌리루빈 접합체 내의 빌리루빈의 농도를 측정하였다. 결과는 도 6 및 표 1에 나타내었다.
도 6 및 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 1 mg의 키토산-빌리루빈 접합체 내에는 0.25 mg (중량 퍼센테이지: 25%)의 빌리루빈이 함유되어 있음을 확인하였다. 본 발명자들은 키토산-빌리루빈 접합체를 새롭게 합성할 때마다 새로 상기 빌리루빈을 기준으로 한 흡광도를 측정하여 접합체 내 빌리루빈 양을 확인하였다. 키토산의 경우 5000Da-10,000Da사이의 크기로 파편화시켰기 때문에(볼츠만 분포에 의하여 8000Da이 가장 많은 것으로 가정) 정확한 분자량을 계산할 수 없다. 따라서 모든 실험은 상기 키토산-빌리루빈 접합체 내에 있는 빌리루빈의 양을 기준으로 실행되었다.
2.5 Particle Stability
증류수에서 수화입자 사이즈의 측정
본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체를 물에 녹였을 때 생성되는 나노 입자의 물에서의 안정성을 확인하기 위하여, 키토산-빌리루빈 접합체를 물에 녹인 후 냉장 보관하면서 이틀 간격으로 DLS를 이용하여 입자의 사이즈를 측정하였으며, 임계 마이셀 농도(critical micelle concentration, CMC)를 찾고자 10배수로 여러 농도로 희석하여 DLS를 이용하여 입자의 사이즈를 측정하였다. 결과는 도 7 및 도 8에 나타내었다.
도 7에 나타낸 바와 같이 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체로 제조된 수성 용액 내 나노 입자는 약 150 nm의 입자크기를 8일까지 일정하게 유지하여 안정성이 높은 입자가 생성된다는 것을 확인하였다.
또한, 도 8에 나타낸 바와 같이, 빌리루빈 농도를 기준으로 1 μM의 농도보다 아래로 떨어질 경우, 입자의 사이즈가 감소하거나 입자의 형성이 잘 이루어지지 않는다는 것을 알 수 있었다.
2.6 Solubility (5 mg in 500 μl of solvent)
또한, 본 발명자들은 물과 DMSO에서 고분자량 키토산, 저분자량 키토산, 빌리루빈, 저분자량 키토산-빌리루빈 접합체를 용해시킨 후, 각 용매에서의 용해력을 비교하였다. 그 결과, 저분자량 키토산과 키토산-빌리루빈 접합체만 응집되지 않고 물에 녹았음을 확인하였다(dissociation) (도 9).
실시예 3: 저분자량 키토산-빌리루빈 접합체 포함 나노 입자의 ROS-소거 효과 (ROS-scavenging effect of LMWC-BR)
3-1. 다양한 종류의 ROS에 대한 저분자량 키토산-빌리루빈 접합체의 ROS-소거 효과
ROS scavenging effect of BR in conjugate (1000 μM BR in conjugate)
본 발명의 저분자량 키토산-빌리루빈 접합체 포함 나노 입자가 활성산소 등의 ROS와 반응을 하여 이것을 환원시킬 수 있는지 확인하기 위하여, 저분자량 키토산-빌리루빈 접합체 일정양을, 세 가지 농도(0, 100, 및 1000 μM) 및 세 종류의 ROS(Hydrogen peroxide, AAPH, 및 NaOCl)와 반응을 시켜 반응물의 색을 확인(노란색이 없어지는지 등)함과 동시에 반응시간을 측정하여, 일정 시간 이후 UV/Vis 흡광도를 측정하여 빌리루빈의 피크(peak)가 사라졌는지를 확인하여, 환원 능력을 검증하였다. 상기 시험은 키토산-빌리루빈 접합체 포함 나노 입자 내의 빌리루빈 농도 1000 μM를 기준으로 수행하였다. 결과는 도 10a 내지 도 10c에 나타내었다.
도 10a 내지 도 10c에 나타낸 바와 같이, 세 종류의 ROS 모두 빌리루빈의 피크가 감소하거나 없어져 본 발명의 저분자량 키토산-빌리루빈 접합체 포함 나노 입자는 ROS 소거능이 있음을 확인하였다.
3-2. 저분자량 키토산 및 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체 포함 나노 입자의 ROS-소거 효과 비교
또한, 본 발명자들은 본 발명의 접합체의 ROS-소거 효과를, 빌리루빈을 컨쥬게이션하지 않은 저분자량 키토산 자체의 ROS-소거 효과와 비교하였다. 구체적으로 H2O2 농도를 달리하며 HRP 어세이 키트를 이용하여 H2O2의 농도를 측정하였고, 저분자량 키토산(0.2μM - 0.0002 μM)을 100μM의 H2O2 와 2시간 동안 반응시킨 후 잔량의 H2O2 농도를 검출하였다.
또한, 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체를 상기 키토산과 동일한 비율로 첨가하여 100μM의 H2O2 와 2시간 동안 반응시킨 후 잔량의 H2O2 농도를 검출하였다. 결과는 도 11a 내지 도 11c에 나타내었다.
도 11a 내지 도 11c는 LMWC-BR 접합체의 ROS 소거 효능을 확인하기 위한 그래프이다. 구체적으로 도 11a는 H2O2의 농도에 따른 형광 강도를 나타낸 그래프이고, 도 11b는 H2O2에 처리된 LMWC의 농도에 따른 H2O2의 농도를 나타낸 도이다. 도 11c는 H2O2에 처리된 LMWC-BR 접합체의 농도에 따른 H2O2의 농도를 나타낸 도이다.
측정 결과, 본 발명의 LMWC-BR 접합체의 경우 높은 농도일수록 더 낮은 농도의 H2O2 가 검출되고, 키토산만 처리한 그룹에서는 H2O2 의 농도변화가 거의 없었다. 따라서, 본 발명의 LMWC-BR 접합체는 H2O2 를 소거하는 효과가 매우 우수하며 LMWC와 컨쥬게이션 된 빌리루빈에 의해 H2O2 를 소거하는 효과가 나타남을 알 수 있었다.
실시예 4: 저분자량 키토산-빌리루빈 접합체 포함 나노 입자의 인 비트로 ROS-소거 효과 (In vitro Analysis : ROS-scavenging effect on cell)
세포독성 시험(Cell Cytotoxicity Test)
키토산-빌리루빈 접합체 포함 나노 입자를 빌리루빈을 기준으로 다양한 농도(1, 10, 100, 및 1000 μM)로 제조한 후, CHO cell(Chines Hamster Ovarian cell) 및 결장암 세포주인 HT-29에 각각 처리하였다. 2시간 후에 100 μM의 H2O2 를 처리하고, ROS에 의한 독성으로 인한 세포의 생존율 변화를 WST-8 assay kit를 이용하여 확인하였다. 비교군으로는 LMWC-BR 대신 LMWC를 다양한 농도(0.0002, 0.002, 0.02, 및 0.2 μM)로 처리한 군을 사용하였다. 아무것도 처리하지 않은 군(control)의 세포 생존율을 기준으로 다른 군의 세포생존율을 백분율로 나타내었다. 결과는 도 12a 내지 도 12d에 나타내었다.
도 12a 내지 도 12d에 나타낸 바와 같이, hydrogen peroxide와 키토산을 함께 처리한 그룹과 hydrogen peroxide만 처리한 그룹에서는 낮은 세포생존율을 보였으나, 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체를 처리한 모든 그룹에서는 세포생존율이 정상 그룹에 가까울 정도로 높게 측정되었다. 상기 결과로부터, 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체는 ROS를 소거하여 세포를 보호할 수 있으며, LMWC와 컨쥬게이션 된 빌리루빈에 의해 H2O2 를 소거하는 효과가 나타남을 알 수 있었다.
실시예 5: 저분자량 키토산-빌리루빈 접합체 포함 나노 입자의 대식세포에서 염증성 사이토카인 발현 억제 효과
5-1. 조직 손상시 대식세포 활성화 패턴(Macrophage activation pattern in tissue injury)
본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체가 약으로써 작용하여 항염증성 효과를 나타내기 위해서는 핵심 면역 세포를 타겟팅하는 능력이 필요하다. 본 발명자들은 다양한 면역세포들 중 대식세포에 초점을 두어 향후 실험을 계획하였다. 대식세포는 면역반응에서 비교적 초기에 활성되며 면역 활성을 하는데 중요하게 기여하는 것으로 알려져 있으며, 조직 손상시 회복에 관여하는 항염증성 물질은 대식세포에서 분비하는 TGF-beta, 및 IL-10인 것으로 알려져 있다.
5-2. 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체 포함 나노 입자가 대식세포의 염증성 사이토카인의 mRNA 발현량에 미치는 영향
LMWC 및 LMWC-BR 처리 후 대식세포의 염증성 사이토카인의 mRNA 발현량 비교
본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체 포함 나노 입자가 대식 세포의 극성화에 미치는 영향을 확인하기 위하여 다음과 같은 시험을 수행하였다. 먼저, 대식세포의 일종인 J774.1 세포주에 0.5 μg/ml의 LPS(lipopolysaccharide)를 처리하여 염증을 유발시킨 다음, LPS 처리후 0, 3, 5, 7, 및 9시간 후에 각 세포에서 RNA를 정제하여 초기-염증성 사이토카인(IL-1beta, IL-6, 및 TNF-alpha)의 mRNA 발현량을 RT-qPCR을 통해 확인하였다. 결과는 도 13에 나타내었다.
도 13에 나타낸 바와 같이, mRNA의 발현이 가장 높게 측정되는 시점은 대식세포에 LPS를 처리한 후 5시간 후로 확인되었다. mRNA는 발현과정에서 최종적으로 단백질로 번역되기 때문에, 일정 시간이 지나면 다시 발현양이 감소하였다.
이후, 새로운 실험으로 키토산(LMWC: 1.875, 3.75, 및 7.5 μg/ml)과, 키토산-빌리루빈 접합체(LMWC-BR: 0.2, 5, 및 10 μg/ml)을 먼저 처리한 후 두시간 이후 LPS를 처리하여, 5시간을 배양한 다음 세포로부터 RNA를 추출하여 마찬가지로 RT-qPCR을 통해 염증성 사이토카인의 발현양을 비교하였다. 상기 실시예에서 키토산의 농도와 키토산-빌리루빈 접합체의 농도가 상이한 것은 표 1에 따른 키토산/빌리루빈의 함량 비율을 고려하여 동량의 키토산이 포함되도록 설정한 것이며, 이하의 실험에서도 같다.
도 14a 내지 도 14c는 대식세포에 LPS와 함께 LMWC, 또는 LMWC-BR 접합체를 처리한 후 초기-염증성 사이토카인(IL-1beta, IL-6, 및 TNF-alpha)의 mRNA 발현량을 RT-qPCR을 통해 확인한 도이다.
도 14a 내지 도 14c에 나타낸 바와 같이, LMWC도 농도 의존적으로 항염증 효과를 나타내었고, 본 발명의 LMWC-BR도 농도 의존적으로 항염증 효과를 나타는 것이 확인되었다.
그러나, 키토산의 경우 LPS와 서로 전하-전하 상호작용에 의해 LPS의 염증 유발 효과를 길항하는 것으로 알려져 있었다(Biomaterials 29 (2008) 2173-2182). 구체적으로 키토산은 LPS와 마찬가지로 TLR4 수용체를 통해 대식세포로 유입되어 들어와 염증성 사이토카인을 증가시키게 되는데, LPS와 키토산을 동시에 처리할 경우, 키토산과 LPS가 서로 반응하여 염증효과가 사라지게 된다. 따라서 본 발명자들은 보다 정확한 실험 결과를 얻기 위하여, 키토산과 LPS가 세포의 배양액속에서 동시에 존재하지 않도록 시험물질인 키토산(LMWC)과 키토산-빌리루빈 접합체(LMWC-BR)을 2시간 먼저 처리하여 배양한 후, 철저한 워싱 후 LPS를 처리하였다(도 15).
LMWC 및 LMWC-BR 처리 후 대식세포의 염증성 사이토카인의 mRNA 발현량 비교(재시험 결과)
도 15는 대식세포에 LMWC, 또는 LMWC-BR 접합체를 처리하고 워싱한 후 LPS를 처리한 후에 초기-염증성 사이토카인(IL-1beta, IL-6, 및 TNF-alpha)의 mRNA 발현량을 확인하는 시험방법의 개략도이다.
도 15에 나타낸 바와 같이, 변경된 물질 처리 순서에 따라 재실험을 수행한 결과는 도 16a 내지 도 16c, 및 도 17a 내지 도 17c에 나타내었다.
도 16a 내지 도 16c는 대식세포에 LMWC, 또는 LMWC-BR 접합체를 처리하고 워싱한 후 LPS를 처리한 후에 초기-염증성 사이토카인(IL-1beta, IL-6, 및 TNF-alpha)의 mRNA 발현량을 나타낸 도이다.
도 16a에 나타낸 바와 같이, 키토산만 처리한 그룹은 LPS 처리 5시간 후 키토산의 농도가 높아짐에 따라 IL-1beta가 증가한 반면, 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체의 경우에는 농도 의존적으로 IL-1beta의 mRNA 발현량을 감소시켜 항염증 효과를 나타내었다. 도 16b 및 도 16c에 나타낸 바와 같이, 염증성 사이토카인 IL-6, TNF-alpha에서도 LPS 처리 5시간 후 키토산의 농도가 높아짐에 따라 염증성 사이토카인 IL-6, TNF-alpha의 mRNA 발현량이 증가한 반면, 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체 포함 나노 입자의 경우에는 농도 의존적으로 염증성 사이토카인 IL-6, TNF-alpha의 mRNA 발현량이 감소하였다.
한편, 7.5 μg/ml의 LMWC에 상응하는 농도인, 10 μg/ml의 본 발명의 LMWC-BR 및 LPS를 처리한 후 시간에 따른 대식세포의 염증성 사이토카인의 mRNA 발현량을 측정하였다(도 17a 내지 17c 참조). 그 결과, 5시간 후 본 발명의 LMWC-BR을 처리한 군에서 염증성 사이토카인 IL-1beta, IL-6, 및 TNF-alpha의 mRNA 발현 감소 효과가 매우 우수하게 나타남을 확인하였다.
5-3. 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체 포함 나노 입자가 대식세포의 항염증성 사이토카인의 mRNA 발현량에 미치는 영향(Macrophage Polarization Test)
본 발명자들은 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체의 처리가 대식세포에서 항염증성 효과를 초래하는 것으로 알려진 IL-10과 TGF-beta의 발현량에 미치는 효과를 확인하기 위하여, 상기 실시예에서 항염증성 효과를 가장 우수하게 나타낸 그룹인 10 μg/ml의 LMWC-BR 접합체 처리군과, 이와 상응하는 키토산 함량을 가진 7.5 μg/ml의 LMWC 처리군에서의 시간에 따른 항염증성 사이토카인(IL-10 및 TGF-beta)의 발현양을 확인하였다. 결과는 도 18에 나타내었다.
도 18에 나타낸 바와 같이, 두 가지 항염증성 사이토카인 모두 12시간에서 가장 높은 발현양을 나타냈고, LPS를 처리한 군 모두에서 항염증성 사이토카인의 mRNA 발현량이 증가하였다. 그러나, 빌리루빈이 포함된 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체 그룹에서 가장 높은 증가를 보였다.
실시예 6: 저분자량 키토산-빌리루빈 접합체 포함 나노 입자의 마우스 염증성 장질환 모델에서의 효능 평가
6-1. DSS-유도 IBD 마우스 모델에서의 LMWC-BR의 인 비보 효능
본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체의 IBD 마우스 모델에서의 효능을 확인하고자 다음과 같은 실험을 수행하였다. 먼저 마우스(C57BL/6, 6주령, 암컷, 14일간 순응과정을 거침)에 염증성 장질환(IBD) 증상을 유발하기 위하여 장내 염증을 유발하는 물질인 DSS(Dextran Sulfate Sodium: 장벽을 붕괴시켜 세균투여 증가 및 출혈 발생을 촉진시킴)를 투여하기 시작하는 날부터 총 7일간 매일 DSS및 시험물질인 키토산-빌리루빈 접합체를 경구투여하였다. 이때 효과적인 투여 용량을 확인하고자 세 가지 투여조건(10 mg/kg, 30 mg/kg, 및 50 mg/kg)으로 시험물질을 투여하였다. 모든 마우스 그룹의 몸무게 변화를 확인함으로써 질병의 진행정도 및 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체의 효과를 확인하였다. 경구투여 횟수는 효능 검증을 위해 임의로 정해졌다. 실험 9일차에 모든 마우스를 희생시켜 장을 채취하였으며, 염증의 정도 및 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체 효능을 확인하기 위하여, 장의 맹장 아래 부분부터 직장까지의 길이를 비교하였다. DSS를 투여하는 경우, 장내 염증이 생기면서 장의 길이가 짧아지는 것이 특징이다. 실시예 6-1의 개략적인 실험 스케쥴을 도 19에 도시하였다.
도 20은 실시예 6-1의 마우스 그룹별 체중변화를 나타낸 도이다.
도 21은 실시예 6-1의 마우스 그룹별 결장 길이를 나타낸 도이다.
도 20에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체를 50 mg/kg로 투여한 그룹에서 가장 체중의 변화가 적었다.
도 21에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체를 50 mg/kg로 투여한 그룹의 결장 길이가 가장 길었고, 결장의 길이가 정상군의 결장 길이에 가까웠다.
6-2. DSS-유도 IBD 마우스 모델에서의 LMWC-BR과 LMWC, BR의 인 비보 효능 비교
체중, 질병활성지수, 및 결장 길이
상기 실시예 6-1의 실험 결과, 투여용량 50 mg/kg에서 가장 높은 약물효과를 나타내었다. 본 발명자들은 상기 실시예 5-1의 결과를 바탕으로 50 mg/kg의 키토산-빌리루빈 처리군과, 12.5 mg/kg의 free-빌리루빈, 37.5 mg/kg의 free-키토산 처리군의 인 비보 효능을 비교함으로써, 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체의 효과가 다른 군보다 우수한지 여부를 확인하였다.
본 실시예 6-2에서는 DSS로 마우스에 장염을 유발시킨 후, 장염 증상이 나타나기 시작하는 2일차부터 총 다섯번(1일 1투여)의 경구투여를 진행하였다. 빌리루빈은 물에 잘 녹지 않으나 현탁액(suspension)의 형태로 투여하였다. 키토산의 경우 저분자량이기에 물에 완전히 녹인 상태로 주입이 가능했다(도 22b). 각 그룹의 약물 투여량은 빌리루빈과 키토산의 접합체안에 들어있는 비율로 계산하여 투여하였다(도 22a). DSS를 먹이는 날을 시작으로 9일까지의 데일리 몸무게 변화를 확인하였으며(도 23), 별개로 몸무게 감소 비율이나 변의 상태를 확인하여 질병의 진행정도(Disease Activity Index)를 점수를 부여하여 비교하는 과정을 추가로 진행하였다(도 24). 점수를 부여하는 기준은 하기 표 2에 따랐다. 또한 실시예 6-1과 마찬가지로 9일차에 마우스를 희생시켜 장을 채취하였으며, 동일한 방식으로 맹장 아래부터 직장까지의 길이를 비교함으로써 효능을 평가하였다.
실시예 6-2의 개략적인 실험 방법을 도 22a 및 도 22b에 도시하였다. 도 23은 실시예 6-2의 마우스 그룹별 체중변화를 나타낸 도이다. 도 24는 실시예 6-2의 마우스 그룹별 질병 활성 지수(disease activity index, DAI)를 나타낸 도이다. 도 25는 실시예 6-2의 마우스 그룹별 결장 길이를 나타낸 도이다.
도 23에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체를 50 mg/kg로 투여한 그룹에서 가장 체중의 변화가 적었다.
도 24에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체를 50 mg/kg로 투여한 그룹에서 질병활성지수가 낮았다.
또한, 도 25에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체를 50 mg/kg로 투여한 그룹의 결장 길이가 가장 길었고, 결장의 길이가 정상군의 결장 길이에 가까웠다.
장내 염증성 사이토카인(IL-1beta, IL-6, TNF-alpha)의 측정
상기 실시예 5의 세포실험과 마찬가지로 장내 염증성 사이토카인(IL-1beta, IL-6, TNF-alpha)의 수준을 ELISA assay를 통해 확인하였다.
상기 희생된 마우스 그룹별로 채취된 장의 동일 부분을 전처리 과정을 거쳐 균질화하고, 이를 원심분리 시켜 얻어진 상층액을 이용하여 IL-1beta, IL-6, TNF-alpha의 단백질 수준을 측정하는 assay를 진행하였다. 결과는 도 26 내지 도 28에 나타내었다.
도 26 내지 28에 나타낸 바와 같이, 50mg/kg 키토산-빌리루빈 처리군에서 염증성 사이토카인 단백질의 발현 수준이 가장 낮았다.
장내 항염증성 사이토카인(IL-10, TGF-b)의 측정
동일한 방식으로 항염증성 사이토카인(IL-10, TGF-b)의 발현양 또한 확인하였다. 결과는 도 29 및 도 30에 나타내었다.
도 29 및 도 30에 나타낸 바와 같이, 50mg/kg 키토산-빌리루빈 처리군에서 염증성 사이토카인 단백질의 발현 수준이 가장 낮았다.
실시예 7: 저분자량 키토산-빌리루빈 접합체 포함 나노 입자의 마우스 염증성 장질환 모델에서의 효능 평가 2
본 발명자들은 상기 실시예 6-1 및 6-2의 실험결과를 바탕으로 50 mg/kg의 키토산-빌리루빈 처리군과, 12.5 mg/kg의 free-빌리루빈, 37.5 mg/kg의 free-키토산 처리군, 및 상용화 약물 대조군으로 키토산-빌리루빈과 동량(50 mg/kg)의 5-ASA 처리군에서의 인 비보 효능을 비교함으로써, 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체의 효과를 재확인하였다.
실시예 7의 개략적인 실험방법을 도 31에 도시하였다.
도 32는 실시예 7의 마우스 그룹별 체중변화를 나타낸 도이다.
도 33은 실시예 7의 마우스 그룹별 질병활성도(DAI)를 나타낸 도이다.
도 34는 실시예 7의 마우스 그룹별 결장 길이를 나타낸 도이다.
도 35는 실시예 7의 마우스 그룹별 비장의 중량을 나타낸 도이다.
도 36은 실시예 7의 마우스 그룹별 간염증 수치를 나타내는 지표인 혈중 ALT와 혈중 AST를 나타낸 도이다.
도 37은 실시예 7의 마우스 그룹별 신장 기능의 정상 여부를 나타내는 지표인 혈중 Creatine과 혈중 BUN을 나타낸 도이다.
도 38 및 도 39는 실시예 7의 마우스 그룹별 전신염증의 유무를 나타내는 지표인 혈중 IL-6 및 혈중 TNF-alpha의 농도를 나타낸 도이다.
도 40 내지 도 42는 실시예 7의 마우스 그룹별 염증성 장질환에서 장의 손상을 나타내는 지표인 ZO-1, Claudin-1 및 Occludin-1의 발현양을 나타낸 도이다.
도 32에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체를 50 mg/kg로 투여한 그룹에서 가장 체중의 변화가 적었다.
도 33에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체를 50 mg/kg로 투여한 그룹의 질병활성도가 가장 낮았고, 실험 종료시점의 질병활성도는 정상군의 질병활성도와 유사하였다.
도 34에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체를 50 mg/kg로 투여한 그룹의 결장 길이가 가장 길었고, 결장의 길이가 정상군의 결장 길이에 가까웠다.
본 발명자들은 실시예 7에서 장염증의 영향으로 인한 타 장기의 염증 및 이상을 확인하였다. 염증성 장 질환의 경우 증상이 심화될 수록 혈액 내의 염증성 사이토카인 방출을 통해 전신 염증을 일으킬 수 있으므로, 효과적인 항염증성 치료제라면 이를 방지하여 비장, 간, 신장 등에서의 염증성 물질 방출을 억제해줄 수 있을 것이라 여겨 이를 확인하고자 하였다.
도 35에 나타낸 바와 같이, 각 마우스의 그룹별로 비장을 적출하여 외관 및 무게를 측정한 결과, DSS를 투여하여 장질환을 유도시킨 그룹에서는 비장의 크기가 줄어드는 것을 확인하였다. 그러나 본 발명의 키토산-빌리루빈과 5-ASA를 먹인 그룹에선 다른 그룹 대비 비장의 무게가 높게 측정되었다.
비장의 경우 염증이 진행될 수록 다양한 면역세포들의 유입으로 인해 비대해질 수 있으나, 심각한 염증의 경우 오히려 수축하는 비장 위축(spleen atrophy)을 일으킬 수 있다는 점을 고려하면, 상기 결과는 심각한 염증에 의하여 야기된 비장의 위축을 염증 완화를 통해 개선하는 것으로 판단된다.
또한, 본 발명자들은 실시예 7에서 장염증의 영향으로 인한 간염증 수치의 이상을 확인하였다. 도 36에 나타낸 바와 같이, 각 마우스의 그룹별로 혈중 ALT 및 혈중 AST를 측정한 결과, 본 발명의 키토산-빌리루빈을 투여한 그룹에서 가장 수치가 낮게 나타나는 것을 확인하였다.
또한, 본 발명자들은 실시예 7에서 장염증의 영향으로 인한 신장 기능의 이상을 확인하였다. 도 37에 나타낸 바와 같이, 각 마우스의 그룹별로 혈중 Creatine 및 혈중 BUN을 측정한 결과, 본 발명의 키토산-빌리루빈을 투여한 그룹에서 가장 수치가 낮게 나타나는 것을 확인하였다.
또한, 본 발명자들은 실시예 7에서 장염증의 영향으로 인한 혈중 염증성 사이토카인 IL-6 및 TNF-alpha의 이상을 확인하였다. 도 38 및 도 39에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 키토산-빌리루빈을 투여한 그룹에서 염증성 사이토카인 IL-6 및 TNF-alpha의 수치가 가장 낮게 나타나는 것을 확인하였다.
상기 결과로부터, 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체는 장내 염증으로 인한 전신성 염증도 완화시키는 효과가 있음을 알 수 있었다.
또한, 본 발명자들은 실시예 7에서 염증성 장질환에서 손상되는 장의 구조로 인해 장의 치밀연접(Tight junction) 관련 유전자의 발현이 낮아짐에 착안하여, 관련된 유전자인 ZO-1, Claudin-1 및 Occludin-1의 mRNA 발현양을 측정하였다. 도 40 내지 42에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 키토산-빌리루빈을 투여한 그룹에서 장내 치밀연접과 관련된 유전자 ZO-1, Claudin-1 및 Occludin-1의 mRNA 발현양이 가장 높게 나타나는 것을 확인하였다.
상기 결과로부터, 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체 포함 나노 입자는 상용화된 약물인 5-ASA 보다도 더 우수한 장내 염증의 치료 효과가 있음을 알 수 있었다.
또한, 본 실시예의 결과로 나타내지는 않았으나, 0일, 4일, 8일째의 분변을 채취하여 마이크로바이옴의 다양성 및 16s rRNA를 분석한 결과, 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체를 투여한 그룹에서만 정상 마우스와 유사한 마이크로바이옴 분포를 보여주어, 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체 포함 나노 입자는 염증성 장질환에서 마이크로바이옴 분포를 정상화시키는 예측불가의 효과가 있음을 알 수 있었다.
실시예 8: 히알루론산-빌리루빈 접합체의 제조 및 본 발명의 저분자량 키토산-빌리루빈 접합체와의 마우스 염증성 장질환 모델에서의 효능 비교
본 발명자들은 본 발명의 저분자량 키토산-빌리루빈 접합체와 기존에 알려진 빌리루빈 입자들과의 효능을 비교하기 위하여, 히알루론산-빌리루빈 접합체를 합성하고, 이로부터 제조된 나노 입자를 이용하여 in vivo 효능평가를 진행하였다.
8-1. 히알루론산-빌리루빈 접합체의 합성 및 특성확인
히알루론산-빌리루빈 접합체의 합성을 위하여 본 실험의 저분자량 키토산과 동일한 분자량인 10 kDa 히알루론산을 사용하였으며, 합성의 조건 및 reagent는 키토산-빌리루빈 접합체 제조시의 조건과 동일하게 진행하였다. 비율의 최적화를 위하여 히알루론산 대비 빌리루빈의 몰비율을 1:1, 1:2 두가지로 진행한 후에 접합체 제조 후 접합체의 빌리루빈의 함량을 비교하였다.
구체적으로 빌리루빈의 카르복실기와 히알루론산을 반응시키기 위하여 10 kDa 히알루론산에 10%의 아민기를 도입시켜 반응에 사용하였다. 히알루론산-빌리루빈 접합체의 제조과정은 도 43에 나타내었다.
도 43에 나타낸 바와 같이, 40분간 EDC로 빌리루빈의 카르복실기를 활성화시키고, 아민기를 도입한 10 kDa 히알루론산과 4시간 동안 접합 반응을 시킨 후 반응 혼합물을 아세톤 첨가를 통해 정제하였다. 정제된 반응 혼합물을 건조하여 고체형태의 히알루론산-빌리루빈 접합체를 수득하였다. 접합체의 합성 여부는 H1-NMR data를 통해 확인하였으며(도 44), 수성 용매에서 나노 입자로 제조한 후 DLS 측정을 통해 수성 용매 내에서 제조된 히알루론산-빌리루빈 접합체로 이루어진 나노 입자의 크기를 측정하였다(도 45). 또한, 빌리루빈의 UV 흡광도와의 비교를 통해 빌리루빈의 함량(weight %)을 계산하였다(도 46 및 표 3).
접합체 내 빌리루빈 함량 (중량%)
그룹 PEG-BR 1:1 HA-BR 1:2 HA-BR LMWC-BR
접합체 1 mg 내의 빌리루빈 중량%
(BR weight % in 1 mg conjugate)		 20.8 17.5 19.1 25.6
상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 1:2의 몰비율로 제조한 HA-BR 접합체 포함 나노 입자가 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체 포함 나노 입자와 빌리루빈 함량이 유사하다고 판단되어, 1:2 HA-BR로 향후 실험을 진행하였다. 상기 표 2의 PEG-BR은 대한민국 특허 제10-1681299호에 개시된 페길화 빌리루빈 접합체를 의미한다.
8-2. 종래 빌리루빈 접합체(PEG-BR, HA-BR) 포함 나노 입자 및 키토산-빌리루빈 접합체 포함 나노 입자와의 마우스 염증성 장질환 모델에서의 효능 비교
대한민국 특허 제10-1681299호에 개시된 페길화 빌리루빈 접합체(PEG-BR)와, 상기 실시예 8-1에서 제조된 히알루론산-빌리루빈 접합체 (HA-BR), 및 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체(LMWC-BR)의 in vivo 효능을 아래와 같이 비교하였다.
도 47은 본 발명의 실시예 8-2의 실험방법의 개략도이다.
도 48은 실시예 8-2의 마우스 그룹별 체중변화를 나타낸 도이다.
도 49은 실시예 8-2의 마우스 그룹별 질병활성도(DAI)를 나타낸 도이다.
도 50는 실시예 8-2의 마우스 그룹별 결장 길이를 나타낸 도이다.
도 51은 실시예 8-2의 마우스 그룹별 비장의 중량을 나타낸 도이다.
도 48에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체를 50 mg/kg로 투여한 그룹에서 가장 체중의 변화가 적었다.
도 49에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체를 50 mg/kg로 투여한 그룹의 질병활성도가 가장 낮았고, 실험 종료시점의 질병활성도는 정상군의 질병활성도와 유사하였다.
도 50에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체를 50 mg/kg로 투여한 그룹의 결장 길이가 가장 길었고, 결장의 길이가 정상군의 결장 길이에 가까웠다.
도 51에 나타낸 바와 같이, 각 마우스의 그룹별로 비장을 적출하여 외관 및 무게를 측정한 결과, 본 발명의 키토산-빌리루빈을 투여한 그룹에서 다른 그룹 대비 비장의 무게가 높게 측정되었다.
상기 결과로부터, 본 발명의 키토산-빌리루빈 접합체로 제조된 나노 입자는 다른 종래의 빌리루빈 접합체로 제조된 나노 입자보다 마우스 염증성 장질환 모델에서의 염증 치료 효과가 현저하게 우수함을 알 수 있었다.

Claims (17)

  1. (a) 3 kDa 내지 30 kDa의 분자량을 가진 키토산 및 빌리루빈이 공유결합에 의해 연결된 접합체 화합물(conjugate compound), 또는 (b) 상기 접합체 화합물로 이루어진 입자; 및 약제학적으로 허용되는 담체를 포함하는 염증성 장질환 또는 비알콜성 지방간염(non-alcoholic steatohepatitis) 치료용 경구투여용 약제학적 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 키토산은 빌리루빈과 아미드 결합을 통해 연결되는 것인, 약제학적 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 빌리루빈의 카르복실기와 상기 키토산의 아민기 사이의 아미드 결합을 통해 연결되는 것인, 약제학적 조성물.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 접합체는 하기 화학식 1의 구조를 가지는 것인, 약제학적 조성물:
    [화학식 1]

    여기서 상기 n은 4 내지 45의 정수임.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 입자는 수용액 내에서 복수개의 접합체의 자가조립에 의해 형성된 것인, 약제학적 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 입자는 동적광산란(dynamic light scattering, DLS)에 의해 측정시 수력학적 직경이 10 내지 5,000 nm인, 약제학적 조성물.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서, 상기 약제학적 조성물은 궤양성 대장염(ulcerative colitis), 크론병(crohn's disease), 장형 베체트(intestinal behcet's disease), 불확정 대장염(indeterminate colitis), 세균성 장염, 바이러스성 장염, 아메바성 장염, 출혈성 직장 궤양, 장누수증후군, 허혈성 대장염 및 결핵성 장염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 염증성 장질환 치료용인, 약제학적 조성물.


  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
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