KR102599100B1 - Hyaluronidase inhibitor-incorporated crosslinked hyaluronic acid hydrogel - Google Patents

Hyaluronidase inhibitor-incorporated crosslinked hyaluronic acid hydrogel Download PDF

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Abstract

본 발명은 히알루론산 분해효소 저해제가 도입된 가교결합된 히알루론산 하이드로겔의 제조방법, 이에 의해 제조된 히알루론산 하이드로겔 및 이를 포함하는 피하주사용 주사제를 제공한다.
본 발명의 히알루론산 분해효소 저해제가 도입된 가교결합된 히알루론산 하이드로겔 제형 및 이를 포함하는 피하주사용 주사제는 피하조직에 머무름을 연장시킬 수 있고, 약물 서방출을 성공적으로 달성할 수 있으므로, 약물의 투여 빈도를 감소시킴으로써 환자 순응도를 향상시킬 수 있는 제형으로서 유용하게 사용될 수 있다.
The present invention provides a method for producing a cross-linked hyaluronic acid hydrogel introduced with a hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor, a hyaluronic acid hydrogel produced thereby, and an injectable agent for subcutaneous injection containing the same.
The cross-linked hyaluronic acid hydrogel formulation containing the hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor of the present invention and the subcutaneous injection containing the same can prolong retention in the subcutaneous tissue and successfully achieve sustained release of the drug. It can be useful as a formulation that can improve patient compliance by reducing the frequency of administration.

Description

히알루론산 분해효소 저해제가 도입된 가교결합된 히알루론산 하이드로겔{Hyaluronidase inhibitor-incorporated crosslinked hyaluronic acid hydrogel}Crosslinked hyaluronic acid hydrogel incorporating a hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor {Hyaluronidase inhibitor-incorporated crosslinked hyaluronic acid hydrogel}

본 발명은 가교결합된 히알루론산 하이드로겔에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 히알루론산 분해효소 저해제가 도입된 가교결합된 히알루론산 하이드로겔에 관한 것이다.The present invention relates to a cross-linked hyaluronic acid hydrogel, and more particularly to a cross-linked hyaluronic acid hydrogel into which a hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor has been introduced.

히알루론산(Hyaluronic acid, HA)은 약물 전달, 조직 공학 및 화장품(예: 피부 필러)을 포함하는 생물의학 응용 분야에서 광범위하게 연구되고 있다(Cho, 2020; Fakhari and Berkland, 2013; Highley et al., 2016; Lee and Cho , 2019; Lee et al., 2018b, Lee et al., 2019a; Prestwich, 2011; Son et al., 2013). HA는 β-1,3-글리코시드 결합 및 β-1,4-글리코시드 결합으로 연결된 D-글루쿠론산(D-glucuronic acid )과 N-아세틸-D-글루코사민(N-acetyl-D-glucosamine)의 반복 단위를 기반으로 하며, 상피 조직 및 결합 조직에서 발견된다(Trombino et al., 2019). HA는 원형질막에서 히알루로난 합성효소(hyaluronan synthase)에 의해 합성되어 세포 외 기질로 이동한다. HA는 히알루론산 분해효소(hyaluronidase, HAase)에 의해 분해되고, HA의 존재 부위에 따라 수 분 내지 수 주의 반감기를 나타낸다(Trombino et al., 2019). 엔도-β-N-아세틸 헥소사미니다제(Endo-β-N-acetyl hexosaminidase)는 HA에서 β글리코시드 결합을 절단할 수 있는 포유류에 존재하는 주요한 히알루론산 분해효소다(Girish and Kemparaju, 2007; Girish et al., 2009). HA는 높은 분자량 및 높은 수분 흡수능으로 인해 신체의 기계적 및 점탄성 역할을 유지하는데 필수적이다(Trombino et al., 2019). 이러한 HA의 생체적합성 및 생분해성으로 인해 상처 드레싱, 피부 필러 및 약물 전달을 포함한 다양한 임상 응용 프로그램에 유용하게 사용되고 있다.Hyaluronic acid (HA) has been extensively studied for biomedical applications, including drug delivery, tissue engineering, and cosmetics (e.g., dermal fillers) (Cho, 2020; Fakhari and Berkland, 2013; Highley et al. , 2016; Lee and Cho, 2019; Lee et al., 2018b, Lee et al., 2019a; Prestwich, 2011; Son et al., 2013). HA consists of D-glucuronic acid and N -acetyl-D-glucosamine linked by β-1,3-glycosidic bonds and β -1,4-glycosidic bonds. ) and is found in epithelial and connective tissues (Trombino et al., 2019). HA is synthesized by hyaluronan synthase in the plasma membrane and moves to the extracellular matrix. HA is decomposed by hyaluronidase (HAase), and has a half-life of several minutes to several weeks depending on the site of HA (Trombino et al., 2019). Endo-β- N -acetyl hexosaminidase is a major hyaluronic acid-degrading enzyme in mammals that can cleave β-glycosidic bonds in HA (Girish and Kemparaju, 2007; Girish et al., 2009). HA is essential for maintaining the mechanical and viscoelastic role of the body due to its high molecular weight and high water absorption capacity (Trombino et al., 2019). Due to the biocompatibility and biodegradability of HA, it is useful in a variety of clinical applications, including wound dressings, dermal fillers, and drug delivery.

또한, HA 분산액 자체의 불충분한 기계적 및 유동학적 특성은 물리적 상호작용 및 화학 반응으로 조절될 수 있다(Trombino et al., 2019). 이들의 음전하는 양이온과 정전기적 상호작용을 일으킬 수 있으며, 이들의 카르복실산 및 하이드록실 기는 다른 작용기와 반응하여 화학적 가교결합을 형성할 수 있다(Park et al., 2014). 가교결합된 HA(crosslinked HA, cHA) 하이드로겔을 설계하기 위하여 다양한 화학 반응 전략(예: 라디칼 중합, 클릭 화학(click chemistry), 이황화 가교결합 및 효소적 가교결합)이 사용되어져 왔다(Trombino et al., 2019). 카르보디이미드(carbodiimide), 디비닐 설폰(divinyl sulfone), 히드라지드(hydrazide), 메타크릴아미드(methacrylamide), 폴리(에틸렌글리콜) 디글리시딜 에테르(poly(ethylene glycol) diglycidyl ether), 및 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르(1,4-butanediol diglycidyl ether, BDDE)(Fidalgo et al., 2018; Hwang et al., 2012)를 포함한 화학적 가교결합제 중에서 BDDE는 HA의 하이드록실 기와 BDDE의 에폭사이드 기 사이에 공유 에테르 연결을 형성하는데 가장 일반적으로 사용되었다(Kenne et al., 2013 ;; La Gatta et al., 2016; La Gatta et al., 2019). 탈 양성자화된 하이드록실(알칼리 조건에서)은 HA의 다른 기(예를 들면, 카르복실산 기)보다 더 강한 친핵체(nucleophile)이기 때문에 에테르 결합을 형성하는 가교결합제와의 반응에 주로 참여할 수 있다(Kenne et al., 2013). 또한, BDDE는 에테르 결합을 하는 다른 가교결합제보다 생분해성이 높고 독성이 적기 때문에 피부 주사 제제에 적용되고 있다(De Boulle et al., 2013). 따라서, BDDE에 의해 가교결합된 다양한 HA 하이드로겔은 화장품으로 시판되고 있으며, 이들의 조직 공학 및 약물 전달에의 활용에 대하여 활발하게 연구되고 있다(La Gatta et al., 2016; La Gatta et al., 2019; Schante et al., 2011 ). 그러나, 독성을 최소화하고 생체내 체류를 향상시키기 위해 임상 적용에 있어서 하이드로겔 내 BDDE의 양은 최적화되어야 한다.Additionally, the insufficient mechanical and rheological properties of the HA dispersion itself can be controlled by physical interactions and chemical reactions (Trombino et al., 2019). Their negative charge can cause electrostatic interactions with cations, and their carboxylic acid and hydroxyl groups can react with other functional groups to form chemical crosslinks (Park et al., 2014). Various chemical reaction strategies (e.g. radical polymerization, click chemistry, disulfide cross-linking, and enzymatic cross-linking) have been used to design crosslinked HA (cHA) hydrogels (Trombino et al. ., 2019). carbodiimide, divinyl sulfone, hydrazide, methacrylamide, poly(ethylene glycol) diglycidyl ether, and 1 Among chemical crosslinking agents, including 1,4-butanediol diglycidyl ether (BDDE) (Fidalgo et al., 2018; Hwang et al., 2012), BDDE combines the hydroxyl group of HA with BDDE. It was most commonly used to form covalent ether linkages between epoxide groups (Kenne et al., 2013;; La Gatta et al., 2016; La Gatta et al., 2019). Since the deprotonated hydroxyl (under alkaline conditions) is a stronger nucleophile than other groups of HA (e.g. carboxylic acid groups), it can mainly participate in reactions with cross-linkers to form ether bonds. (Kenne et al., 2013). In addition, BDDE is applied to dermal injection preparations because it is more biodegradable and less toxic than other cross-linking agents with ether bonds (De Boulle et al., 2013). Therefore, various HA hydrogels cross-linked by BDDE are commercially available as cosmetics, and their applications in tissue engineering and drug delivery are being actively studied (La Gatta et al., 2016; La Gatta et al. , 2019; Schante et al., 2011). However, the amount of BDDE in the hydrogel must be optimized for clinical applications to minimize toxicity and improve in vivo retention.

HA 하이드로겔로부터의 약물 방출 메커니즘은 다양하고 복잡하며, 다른 하이드로겔 전달 시스템에서 일반적으로 나타나는 것처럼 확산/용해 및 붕괴(erosion)를 포함한다(Li and Mooney, 2016). 히알루론산 분해효소 저해제는 HA의 동화 작용과 이화 작용 사이의 균형을 유지할 수 있으며, 다양한 형태의 히알루론산 분해효소 저해제(즉, 단백질, 글리코사미노글리칸[glycosaminoglycan], 폴리/올리고당 류, 지방산 및 기타 화학 물질)가 보고되었다(Girish and Kemparaju, 2007; Girish et al., 2009). 따라서, 히알루론산 분해효소 저해제를 HA 하이드로겔에 도입하면 히알루론산 분해효소에 의한 겔 분해로부터 보호되고, 겔이 주입된 조직에서의 머무름 시간을 개선할 수 있다(Lee et al., 2018a). 하이드로겔의 느린 분해는 봉입된 약물의 지속적인 방출에도 기여할 수 있다(Li and Mooney, 2016). 다양한 플라보노이드에 대하여 히알루론산 분해효소 저해 활성이 스크리닝되었으며, 쿠어세틴(quercetin, QCT)은 소 고환 히알루론산 분해효소(bovine testis HAase)에 대하여 상당한 저해능을 나타내었다(Kuppusamy et al., 1990).Drug release mechanisms from HA hydrogels are diverse and complex, and include diffusion/dissolution and erosion, as commonly seen in other hydrogel delivery systems (Li and Mooney, 2016). Hyaluronic acid inhibitors can maintain the balance between anabolism and catabolism of HA, and various types of hyaluronic acid inhibitors (i.e. proteins, glycosaminoglycans, poly/oligosaccharides, fatty acids and and other chemicals) have been reported (Girish and Kemparaju, 2007; Girish et al., 2009). Therefore, introducing a hyaluronic acid lyase inhibitor into the HA hydrogel can protect the gel from degradation by hyaluronic acid lyase and improve the gel's retention time in the injected tissue (Lee et al., 2018a). The slow degradation of hydrogels may also contribute to the sustained release of encapsulated drugs (Li and Mooney, 2016). Various flavonoids were screened for hyaluronidase inhibitory activity, and quercetin (QCT) showed significant inhibitory activity against bovine testis HAase (Kuppusamy et al., 1990).

대한민국 특허등록 제10-1554758호(2015.09.15.)Republic of Korea Patent Registration No. 10-1554758 (2015.09.15.)

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본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다양한 목적에 적합한 하이드로겔 제형을 제공하기 위하여, 특히, 피하주사를 위한 가교결합된 히알루론산 하이드로겔 제형을 설계함에 있어서, 가교결합제를 최소한으로 사용하되, 높은 팽윤도와 약물 함량을 갖도록 최적화된 하이드로겔의 제조방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a hydrogel formulation suitable for various purposes, especially in designing a cross-linked hyaluronic acid hydrogel formulation for subcutaneous injection, using a cross-linking agent to a minimum, while maintaining a high degree of swelling and To provide a method for manufacturing a hydrogel optimized to have drug content.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따라, 히알루론산을 염기성 수용액 중에서 가교결합제와 혼합하여 가교결합된 히알루론산 하이드로겔을 얻는 단계; 및 상기 얻은 가교결합된 히알루론산 하이드로겔을 히알루론산 분해효소 저해제가 포함된 매질 중에서 팽윤시키는 단계;를 포함하는, 히알루론산 분해효소 저해제가 도입된 가교결합된 히알루론산 하이드로겔의 제조방법이 제공된다.In order to achieve the above technical problem, according to one aspect of the present invention, mixing hyaluronic acid with a cross-linking agent in a basic aqueous solution to obtain a cross-linked hyaluronic acid hydrogel; and swelling the obtained cross-linked hyaluronic acid hydrogel in a medium containing a hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor. A method for producing a cross-linked hyaluronic acid hydrogel into which a hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor has been introduced is provided. .

본 발명의 다른 측면에 따라, 상기 제조방법에 의해 제조된, 히알루론산 분해효소 저해제가 도입된 가교결합된 히알루론산 하이드로겔이 제공된다.According to another aspect of the present invention, a cross-linked hyaluronic acid hydrogel produced by the above production method and introduced with a hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor is provided.

본 발명의 또 다른 측면에 따라, 상기 히알루론산 분해효소 저해제가 도입된 가교결합된 히알루론산 하이드로겔을 포함하는 피하주사용 주사제가 제공된다.According to another aspect of the present invention, a subcutaneous injection comprising a cross-linked hyaluronic acid hydrogel into which the hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor is introduced is provided.

본 발명에 의해 제조된, 히알루론산 분해효소 저해제가 도입된 가교결합된 히알루론산 하이드로겔은 높은 팽윤도와 약물 함량을 갖도록 최적화되었으며, 히알루론산 분해효소 저해제 및 도입되는 약물이 반용매 침전법에 의해 성공적으로 도입되었다. 상기 최적화된 가교결합된 히알루론산 하이드로겔은 피하주사에 적합한 유동학적 특성을 나타내어 피하조직에 머무름을 연장시킬 수 있고, 심각한 독성을 나타내지 않았으며, 생체 내 도입시 초기 최대 방출을 줄이면서 약물 방출을 성공적으로 지속시킬 수 있음을 확인하였다. 이러한 제형은 약물의 투여 빈도를 감소시킴으로써 환자 순응도를 향상시키는 새로운 접근법이 될 수 있으므로 임상 적용하여 유용하게 사용될 수 있다.The cross-linked hyaluronic acid hydrogel into which the hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor was introduced, prepared by the present invention, was optimized to have high swelling degree and drug content, and the hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor and the introduced drug were successfully absorbed by anti-solvent precipitation method. was introduced as The optimized cross-linked hyaluronic acid hydrogel exhibits rheological properties suitable for subcutaneous injection, can extend retention in the subcutaneous tissue, does not show serious toxicity, and increases drug release while reducing the initial maximum release when introduced in vivo. It was confirmed that it could be continued successfully. This formulation can be a new approach to improve patient compliance by reducing the frequency of drug administration and can therefore be useful in clinical applications.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the description or claims of the present invention.

도 1은 피하주사용 가교결합된 히알루론산(cHA) 하이드로겔 제형의 전략으로서, HA는 최소량의 BDDE로 가교결합되어 피하주사에 적합한 유동학적 특성과 약물 함량을 극대화하기 위한 높은 팽윤성을 가지며, 히알루론산 분해효소(HAase) 저해제의 도입은 cHA의 분해를 지연시켜 약물 방출을 지속화시키는데 기여한다.
도 2는 cHA 하이드로겔의 제조 공정으로서, 쿠에티아핀(QTP) 및 쿠어세틴(QCT)을 각각 cHA 하이드로겔에 모델 약물 및 히알루론산 분해효소 저해제로 도입하였다.
도 3은 가교결합된 하이드로겔 제형의 최적화 과정으로서, (A) DW, PBS 및 EtOH에서 QTP 헤미푸마레이트(hemifumarate) 및 QTP 침전물의 용해도이다[각 수치는 평균±SD(n=4)로 나타냄]. (B) cHA 하이드로겔의 BDDE 양 및 EtOH 백분율에 따른 팽윤 비율이다[각 수치는 평균±SD(n=3)로 나타냄]. (C) cHA 하이드로겔(BDDE/HA=1.1, w/w)을 DW 또는 PBS와 혼합된 다양한 비율(0, 50, 60, 70, 80 및 100 %)의 EtOH로 24 시간 팽창시키기 전, 후의 사진이다. (D) cHA 하이드로겔(BDDE/HA=1.1, w/w)을 PBS와 혼합된 다양한 비율(0, 50, 60, 70 및 80 %)의 EtOH로 24 시간 팽창시킨 후 계산된 팽창 비율이다[각 수치는 평균±SD(n=3)로 나타냄]. (E) DW 중 다양한 비율(50, 60 및 70 %)의 EtOH 용액에서 24 시간 동안 팽창시킨 다음, PBS에서 24 시간 동안 인큐베이션한 cHA/QTP 하이드로겔의 QTP 함량이다[각 수치는 평균±SD(n=4)로 나타냄]. (F) cHA/QCT1, cHA/QCT3 및 cHA/QCT5 하이드로겔의 QCT 함량이다[각 수치는 평균±SD(n=4)로 나타냄].
도 4는 가교결합된 하이드로겔 제형의 유동학적 특징으로서, (A) 반전법으로 실험한 HA, cHA, cHA/QTP 및 cHA/QTP/QCT5 하이드로겔의 겔화 특성, (B) cHA/QTP/QCT5 하이드로겔의 주사기 주입 가능성, (C) cHA/QTP 및 cHA/QTP/QCT5 하이드로겔의 진동수 및 변형에 따른 점탄성 특성이다.
도 5는 HA, cHA/QCT1, cHA/QCT3 및 cHA/QCT5 하이드로겔의 시험관 내 분해 양상으로서, 초기 중량 대비 각 하이드로겔의 잔존 중량 백분율(%)로 표시되어 있다[각 수치는 평균±SD(n=3)로 나타냄].
도 6은 cHA/QTP 및 cHA/QTP/QCT5 하이드로겔에서 QTP의 방출 그래프로서, 하이드로겔 또는 QTP 용액을 투석막 주머니에 넣고 0.5 % SLS가 포함된 PBS에 넣은 후 측정하였다[각 수치는 평균±SD(n=3)로 나타냄].
도 7은 cHA/QTP 및 cHA/QTP/QCT5 하이드로겔을 마우스에 피하주사한 후의 생체 내 분해 양상 및 14 일 후 남아있는 하이드로겔 사진으로서, 초기 중량 대비 하이드로겔의 잔존 중량 백분율(%)로 표시되어 있다[각 수치는 평균±SD(n=3)로 나타냄].
도 8은 HA, cHA, cHA/QCT5, cHA/QTP 및 cHA/QTP/QCT5 주입 군의 혈액화학 검사 결과이다[각 수치는 평균±SD(n=4)로 나타냄].
도 9는 HA, cHA, cHA/QCT5, cHA/QTP 및 cHA/QTP/QCT5 주입 군의 헤마톡실린 및 에오신(H&E) 염색 사진이다[스케일 바의 길이는 100 μm임].
도 10은 랫트에 cHA/QTP 또는 cHA/QTP/QCT5 하이드로겔(QTP로서 20 mg/kg)을 피하주사한 후 QTP의 혈장 농도 양상이다[각 수치는 평균±SD(n=4)로 나타냄].
Figure 1 is a strategy of cross-linked hyaluronic acid (cHA) hydrogel formulation for subcutaneous injection. HA is cross-linked with a minimal amount of BDDE to have rheological properties suitable for subcutaneous injection and high swelling properties to maximize drug content, and hyaluronic acid (cHA) hydrogel formulation is shown in Figure 1. The introduction of a lone acid lyase (HAase) inhibitor contributes to sustaining drug release by delaying the decomposition of cHA.
Figure 2 shows the manufacturing process of cHA hydrogel, in which quetiapine (QTP) and quercetin (QCT) were introduced into cHA hydrogel as a model drug and hyaluronic acid lyase inhibitor, respectively.
Figure 3 shows the optimization process of the cross-linked hydrogel formulation. (A) Solubility of QTP hemifumarate and QTP precipitate in DW, PBS, and EtOH [each value represents mean ± SD (n = 4). ]. (B) Swelling ratio of cHA hydrogel according to BDDE amount and EtOH percentage [each value is expressed as mean ± SD (n = 3)]. (C) cHA hydrogel (BDDE/HA=1.1, w/w) before and after swelling for 24 h with various ratios (0, 50, 60, 70, 80, and 100%) of EtOH mixed with DW or PBS. It's a photo. (D) Swelling ratio calculated after swelling cHA hydrogel (BDDE/HA=1.1, w/w) with various ratios (0, 50, 60, 70, and 80%) of EtOH mixed with PBS for 24 hours [ Each value is expressed as mean ± SD (n = 3)]. (E) QTP content of cHA/QTP hydrogels swollen for 24 h in EtOH solutions at various ratios (50, 60, and 70%) in DW and then incubated in PBS for 24 h [each value is the mean ± SD ( indicated as n=4)]. (F) QCT content of cHA/QCT1, cHA/QCT3, and cHA/QCT5 hydrogels [each value is expressed as mean ± SD (n = 4)].
Figure 4 shows the rheological characteristics of cross-linked hydrogel formulations: (A) gelation characteristics of HA, cHA, cHA/QTP, and cHA/QTP/QCT5 hydrogels tested by inversion method, (B) cHA/QTP/QCT5 Syringe injectability of hydrogels, (C) Viscoelastic properties of cHA/QTP and cHA/QTP/QCT5 hydrogels according to frequency and deformation.
Figure 5 shows the in vitro degradation patterns of HA, cHA/QCT1, cHA/QCT3, and cHA/QCT5 hydrogels, expressed as a percentage (%) of the remaining weight of each hydrogel compared to the initial weight [each value is the mean ± SD ( indicated as n=3)].
Figure 6 is a graph of the release of QTP from cHA/QTP and cHA/QTP/QCT5 hydrogels. The hydrogel or QTP solution was placed in a dialysis membrane bag and placed in PBS containing 0.5% SLS and then measured [each value is the mean ± SD. (represented as (n=3)].
Figure 7 shows the in vivo degradation pattern after subcutaneous injection of cHA/QTP and cHA/QTP/QCT5 hydrogels into mice and a photograph of the remaining hydrogel after 14 days, expressed as a percentage (%) of the remaining weight of the hydrogel compared to the initial weight. [Each value is expressed as mean ± SD (n = 3)].
Figure 8 shows the blood chemistry test results of the HA, cHA, cHA/QCT5, cHA/QTP and cHA/QTP/QCT5 injection groups [each value is expressed as mean ± SD (n = 4)].
Figure 9 is a photo of hematoxylin and eosin (H&E) staining of HA, cHA, cHA/QCT5, cHA/QTP and cHA/QTP/QCT5 injection groups [scale bar length is 100 μm].
Figure 10 shows the plasma concentration pattern of QTP after subcutaneous injection of cHA/QTP or cHA/QTP/QCT5 hydrogel (20 mg/kg as QTP) in rats [each value is expressed as mean ± SD (n = 4)] .

본 발명은 히알루론산을 염기성 수용액 중에서 가교결합제와 혼합하여 가교결합된 히알루론산 하이드로겔을 얻는 단계; 및 상기 얻은 가교결합된 히알루론산 하이드로겔을 히알루론산 분해효소 저해제가 포함된 매질 중에서 팽윤시키는 단계;를 포함하는, 히알루론산 분해효소 저해제가 도입된 가교결합된 히알루론산 하이드로겔의 제조방법을 제공한다.The present invention includes the steps of mixing hyaluronic acid with a cross-linking agent in a basic aqueous solution to obtain a cross-linked hyaluronic acid hydrogel; and swelling the obtained cross-linked hyaluronic acid hydrogel in a medium containing a hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor. .

본 발명의 제조방법에서 하이드로겔 네트워크를 형성하는 메커니즘은 도 1에 나타나 있다. 상기 제조방법에서는, 하이드로겔 네트워크에 히알루론산 분해효소 저해제를 도입하여 가교결합된 히알루론산 하이드로겔의 분해 속도를 줄이는 전략에 초점을 맞추었으며, 피하주사 후 하이드로겔 분해 지연 및 약물 서방출 전략이 포함되어 있다. 피하주사용 제제를 위하여, 비정형 항정신병 약물 중 하나인 쿠에티아핀(quetiapine, QTP)을 cHA 하이드로겔에 봉입시켰으며, 피하 조직에서 하이드로겔의 유지 기간을 연장하기 위하여 히알루론산 분해효소 저해제로서 QCT를 사용하였다. 제조시에는 cHA 하이드로겔 조성 및 팽윤 조건을 최적화한 후, 반용매 침전법을 적용하여 QTP와 QCT를 모두 도입하였다. 본 발명의 히알루론산 분해효소 저해제 도입 cHA 하이드로겔은 하이드로겔의 분해를 지연시키고 약물 방출을 연장시키기 위한 최초의 시도이다.The mechanism for forming the hydrogel network in the production method of the present invention is shown in Figure 1. In the above manufacturing method, the focus was on a strategy to reduce the decomposition rate of the cross-linked hyaluronic acid hydrogel by introducing a hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor into the hydrogel network, and included a strategy of delaying hydrogel decomposition and sustained drug release after subcutaneous injection. It is done. For the formulation for subcutaneous injection, quetiapine (QTP), one of the atypical antipsychotic drugs, was encapsulated in the cHA hydrogel, and to extend the maintenance period of the hydrogel in the subcutaneous tissue, it was used as a hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor. QCT was used. During production, the cHA hydrogel composition and swelling conditions were optimized, and then both QTP and QCT were introduced by applying an anti-solvent precipitation method. The cHA hydrogel incorporating a hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor of the present invention is the first attempt to delay hydrogel decomposition and prolong drug release.

본 발명의 제조방법은 히알루론산을 염기성 수용액 중에서 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르와 혼합하여 가교결합된 히알루론산 하이드로겔을 얻는 단계를 포함한다. 상기 단계에서, 히알루론산은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 것으로서, 하이드로겔을 형성할 수 있는 정도의 평균 분자량을 갖는 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 평균 분자량 범위 10 ~ 8000 kDa, 더욱 바람직하게는 100 ~ 800 kDa일 수 있다.The production method of the present invention includes mixing hyaluronic acid with 1,4-butanediol diglycidyl ether in a basic aqueous solution to obtain a cross-linked hyaluronic acid hydrogel. In the above step, hyaluronic acid is commonly used in the technical field to which the present invention pertains, and has an average molecular weight sufficient to form a hydrogel. Preferably, the average molecular weight ranges from 10 to 8000 kDa, and further. Preferably it may be 100 to 800 kDa.

일 구현예에서, 상기 가교결합제는 다이글리시딜에테르 기를 포함하는 물질로서 에폭시 기에 의해 히알루론산의 하이드록실 기와 반응하여 에테르 결합을 형성할 수 있는 물질이라면 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 1,4-부탄다이올 다이글리시딜에테르; 1,2-비스(2,3-에폭시프로폭시)에틸렌; 1-(2,3-에폭시프로필)-2,3-에폭시사이클로헥산; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1종일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In one embodiment, the crosslinking agent is a material containing a diglycidyl ether group and can be used without limitation as long as it can form an ether bond by reacting with the hydroxyl group of hyaluronic acid through an epoxy group. For example, 1,4-butanediol diglycidyl ether; 1,2-bis(2,3-epoxypropoxy)ethylene; 1-(2,3-epoxypropyl)-2,3-epoxycyclohexane; and a combination thereof, but is not limited thereto.

가교결합제 사용시에는 형성되는 하이드로겔의 사용 목적에 맞게 히알루론산과의 가교결합 비율을 조절할 수 있으며, 가교결합된 구조체에 도입(봉입)되는 물질이 최대로 포함될 수 있도록 가교결합 정도를 조절할 수 있다. 알칼리 상태에서 다이글리시딜에테르 기를 포함하는 물질의 에폭시 기는 히알루론산의 하이드록실 기(1차 알코올)와 우선적으로 반응하여 에테르 결합을 형성하는데, 에테르 결합은 에스테르 결합이나 아미드 결합보다 안정한 것으로 알려져 있다. 그러나, 높은 정도의 가교결합은 단단함을 증가시키고 주사기 바늘을 통한 주사가능성을 감소시킨다. 따라서, 피하주사에 적합한 유동학적 특성과 약물 함량을 최대화하기 위한 높은 팽윤도를 갖도록, 최소 가교결합을 갖는 히알루론산 하이드로겔을 설계하는 것이 중요하다. 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예에서, 상기 히알루론산과 가교결합제는 1:0.5 ~ 1:3 중량비로 혼합될 수 있으며, 바람직하게는, 1:0.8 ~ 1:2.5 중량비, 더욱 바람직하게는 1:1 ~ 1:1.5 중량비일 수 있다.When using a cross-linking agent, the cross-linking ratio with hyaluronic acid can be adjusted to suit the purpose of use of the formed hydrogel, and the degree of cross-linking can be adjusted to maximize the inclusion of substances introduced (encapsulated) into the cross-linked structure. In an alkaline state, the epoxy group of a material containing a diglycidyl ether group preferentially reacts with the hydroxyl group (primary alcohol) of hyaluronic acid to form an ether bond, and the ether bond is known to be more stable than the ester bond or amide bond. . However, a high degree of cross-linking increases rigidity and reduces injectability through a syringe needle. Therefore, it is important to design a hyaluronic acid hydrogel with minimal crosslinking to have rheological properties suitable for subcutaneous injection and a high degree of swelling to maximize drug content. To achieve the above object, in one embodiment of the present invention, the hyaluronic acid and the cross-linking agent may be mixed at a weight ratio of 1:0.5 to 1:3, preferably at a weight ratio of 1:0.8 to 1:2.5. Preferably, the weight ratio may be 1:1 to 1:1.5.

본 발명의 제조방법은 상기 얻은 가교결합된 히알루론산 하이드로겔을 히알루론산 분해효소 저해제가 포함된 매질 중에서 팽윤시키는 단계를 포함한다. 상기 단계는 가교결합된 히알루론산 하이드로겔의 분해 속도를 감소시키기 위하여 하이드로겔 네트워크에 히알루론산 분해효소 저해제를 도입하는 단계이다. 이는 이후의 피하주사 후 생체 내에서의 하이드로겔 분해 지연 및 약물 서방출 전략과 연결된다.The manufacturing method of the present invention includes the step of swelling the obtained cross-linked hyaluronic acid hydrogel in a medium containing a hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor. This step is a step of introducing a hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor into the hydrogel network in order to reduce the decomposition rate of the cross-linked hyaluronic acid hydrogel. This is linked to the delayed hydrogel degradation in vivo after subsequent subcutaneous injection and the sustained drug release strategy.

상기 단계에서, 상기 히알루론산 분해효소 저해제로서는 플라보노이드를 사용할 수 있으며, 상기 플라보노이드는 플루테올린(luteolin), 아피게닌(apigenin), 탠저리틴(tangeritin), 쿠어세틴(quercetin), 카엠프페롤(kaempferol), 마이리세틴(myricetin), 피세틴(fisetin), 이소람네틴(isorhamnetin), 파키포돌(pachypodol), 람나진(rhamnazin), 헤스페레틴(hesperetin), 나린게닌(naringenin), 에리오딕티올(eriodictyol), 헤모에리오딕티올(homoeriodictyol), 탁시폴린(taxifolin), 다이하이드로쿠어세틴, 다이하이드로카엠프페롤, 탄닌산, 탄니스(tannis), 농축 탄니스, 가수분해가능한 탄니스 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1종일 수 있다.In this step, flavonoids can be used as the hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor, and the flavonoids include luteolin, apigenin, tangeritin, quercetin, and kaempferol ( kaempferol, myricetin, fisetin, isorhamnetin, pachypodol, rhamnazin, hesperetin, naringenin, eriodic Thiol (eriodictyol), hemoeriodictyol (homieriodictyol), taxifolin (taxifolin), dihydroquercetin, dihydrokaempferol, tannic acid, tannis, concentrated tannis, hydrolyzable tannis and these It may be one type selected from the group consisting of a combination of.

일 구현예에서, 상기 히알루론산 분해효소 저해제는 상기 히알루론산 대비 0.1 ~ 2 중량비로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.2 ~ 1 중량비로 포함될 수 있다.In one embodiment, the hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor may be included in a weight ratio of 0.1 to 2, preferably 0.2 to 1, relative to the hyaluronic acid.

일 구현예에서, 상기 매질은 가교결합된 히알루론산 하이드로겔을 수화시켜 팽윤시킴과 동시에, 히알루론산 분해효소 저해제가 용해될 수 있고, 선택적으로 추가로 포함되는 물질(예를 들어, 약물)이 용해될 수 있는 용매여야 한다. 따라서, 이러한 조건을 만족시킨다면 제한 없이 사용될 수 있으며, 사용되는 물질의 조합(히알루론산 분해효소 저해제 및 약물 등)에 따라 적합한 용매를 선택하여야 한다. 본 발명의 일 구현예에서는 50 ~ 80 %(EtOH/물, v/v) EtOH 수용액을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 60 ~ 70 %(v/v) EtOH 수용액을 사용할 수 있다.In one embodiment, the medium hydrates and swells the cross-linked hyaluronic acid hydrogel, while at the same time dissolving the hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor, and optionally dissolving additionally included substances (e.g., drugs). It must be a solvent that can be used. Therefore, if these conditions are met, it can be used without limitation, and an appropriate solvent must be selected depending on the combination of substances used (hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor, drug, etc.). In one embodiment of the present invention, a 50 to 80% (EtOH/water, v/v) EtOH aqueous solution can be used, and preferably a 60 to 70% (v/v) EtOH aqueous solution can be used.

일 구현예에서, 상기 매질은 약물을 포함할 수 있다. 상기 약물은 매질에 용해되는 형태로 포함되어 하이드로겔이 팽윤(수화)되는 과정에서 매질에 용해된 상태로 하이드로겔 네트워크에 도입될 수 있다. 따라서, 상기 약물은 매질에 용해되어 하이드로겔 네트워크에 용액 상태로 침투될 수 있는 물질이라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 본 발명의 하이드로겔에 의해 서방출 목적에 부합되는 약물일 수 있다. 예를 들어, 정신분열증, 우울 장애 및 양극성 장애를 표적으로 하는 항정신병제일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In one embodiment, the medium may include a drug. The drug is contained in a form dissolved in the medium and can be introduced into the hydrogel network in a dissolved state in the medium during the process of swelling (hydration) of the hydrogel. Therefore, the drug can be used without limitation as long as it is a material that can be dissolved in the medium and penetrate into the hydrogel network in a solution state, and preferably, it can be a drug that meets the purpose of sustained release by the hydrogel of the present invention. For example, it may be, but is not limited to, an antipsychotic that targets schizophrenia, depressive disorder, and bipolar disorder.

일 구현예에서, 상기 팽윤은 가교결합된 히알루론산 하이드로겔이 더이상 부피 팽창하지 않는 상태가 될 때까지 수행될 수 있으며, 바람직하게는 1 ~ 48 시간 동안 수행될 수 있다. In one embodiment, the swelling may be performed until the cross-linked hyaluronic acid hydrogel no longer expands in volume, and may preferably be performed for 1 to 48 hours.

일 구현예에서, 상기 팽윤시키는 단계 이후에 인산완충염 용액에서 인큐베이션하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이는 가교결합된 히알루론산 하이드로겔의 팽윤 거동에 미치는 약학적 염의 존재와 상이한 pH 값의 영향을 최소화하기 위한 것이다. 즉, 얻어진 하이드로겔이 생체 내 투여되는 경우에 생체 내에서 발생되는 변화를 미리 유도함으로써, 제형(또는 하이드로겔 내부 도입 물질)이 생체 내 투여 후에 변화되어 발생시킬 수 있는 잠재적인 부작용을 최소화하기 위함이다. 상기 인산완충염 용액에서의 인큐베이션은 매질에서 팽윤된 하이드로겔이 더이상 변화되지 않는 상태가 될 때까지 수행될 수 있으며, 바람직하게는 1 ~ 48 시간 동안 수행될 수 있다.In one embodiment, the step of incubation in a phosphate buffered salt solution may be further included after the swelling step. This is to minimize the influence of the presence of pharmaceutical salts and different pH values on the swelling behavior of the cross-linked hyaluronic acid hydrogel. In other words, by inducing changes that occur in vivo when the obtained hydrogel is administered in vivo, the purpose is to minimize potential side effects that may occur due to changes in the formulation (or substances introduced into the hydrogel) after in vivo administration. am. Incubation in the phosphate buffered salt solution can be performed until the hydrogel swollen in the medium is no longer changed, and is preferably performed for 1 to 48 hours.

본 발명은 또한, 상기 제조방법에 의해 제조된, 히알루론산 분해효소 저해제가 도입된 가교결합된 히알루론산 하이드로겔을 제공한다. 본 발명의 가교결합된 히알루론산 하이드로겔을 마우스에 피하주사한 후 하이드로겔의 생체 내(in vivo) 생분해 속도를 특정한 결과, 히알루론산 분해효소 저해제가 도입된 경우의 분해 속도는 히알루론산 분해효소 저해제가 포함되지 않은 경우에 피하여 현저히 낮았으며(p <0.05), 이는 히알루론산 분해효소 저해제의 기능이 목적한 바에 따라 발현되었음을 의미한다. 이에 따라, 히알루론산 분해효소 저해제를 도입함으로써, 주사 부위에서 하이드로겔의 분해가 감소되어 장시간 유지를 연장시킬 수 있으므로, 내부에 도입된 약물의 서방출성에 기여할 수 있다.The present invention also provides a cross-linked hyaluronic acid hydrogel prepared by the above production method and into which a hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor is introduced. After subcutaneously injecting the cross-linked hyaluronic acid hydrogel of the present invention into mice, the in vivo biodegradation rate of the hydrogel was measured. As a result, the decomposition rate when a hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor was introduced was hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor. When it was not included, it was significantly lower (p <0.05), which means that the function of the hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor was expressed as intended. Accordingly, by introducing a hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor, decomposition of the hydrogel at the injection site can be reduced and maintenance for a long time can be extended, thereby contributing to the sustained release of the drug introduced therein.

본 발명은 또한, 상기 히알루론산 분해효소 저해제가 도입된 가교결합된 히알루론산 하이드로겔을 포함하는 피하주사용 주사제를 제공한다. 피하주사용 주사제로 사용되기 위하여는 하이드로겔의 형태를 취하면서, 동시에 피하주사용 주사기의 바늘로부터 주입될 수 있는 정도의 물리화학적 및 유동학적 특성을 보유하여야 한다. 본 발명의 하이드로겔 제형은 피하주사 하기에 적합한 점탄성과 주사가능성을 나타내었고, 생체 내 투여 시 혈액화학 및 조직학적 염색 연구에서 심각한 급성 독성이 유발되지 않았으며, 히알루론산 분해효소 저해제를 포함하지 않은 경우에 비하여 더 낮은 최대 약물 농도(Cmax), 더 긴 반감기(t1/2) 및 평균 체류 시간(MRT) 값을 나타내어, 약물 서방출을 위한 생체 적합성 피하주사 제형으로 사용될 수 있음이 확인되었다.The present invention also provides a subcutaneous injection comprising a cross-linked hyaluronic acid hydrogel into which the hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor has been introduced. In order to be used as a hypodermic injection, it must take the form of a hydrogel and at the same time have physicochemical and rheological properties that allow it to be injected from the needle of a hypodermic syringe. The hydrogel formulation of the present invention exhibited viscoelasticity and injectability suitable for subcutaneous injection, did not cause serious acute toxicity in blood chemistry and histological staining studies when administered in vivo, and did not contain a hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor. It was confirmed that it can be used as a biocompatible subcutaneous injection formulation for sustained drug release by exhibiting lower maximum drug concentration (C max ), longer half-life (t 1/2 ), and mean residence time (MRT) values compared to the previous case. .

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

<실시예><Example>

1. 물질 및 실험방법1. Materials and experimental methods

1.1. 물질1.1. matter

HA(분자량 범위 0.15 ~ 0.6 MDa)는 SK 바이오랜드(SK Bioland Co., Ltd., 한국 천안)에서 공급받았다. BDDE, 히알루론산 분해효소(소 고환 유래), 폴리에틸렌글리콜(PEG) 400 및 QCT는 시그마-알드리치사(Sigma-Aldrich Co., 미국 미주리 주 세인트 루이스)에서 구입하였다. QTP 헤미푸마레이트(hemifumarate) 및 소듐 라우릴 설페이트(sodium lauryl sulfate, SLS)는 Tokyo Chemical Industry(일본 도쿄)에서 구입하였다. 다른 모든 시약은 상업적 공급원에서 공급된 분석 등급이었다.HA (molecular weight range 0.15–0.6 MDa) was supplied by SK Bioland Co., Ltd. (Cheonan, Korea). BDDE, hyaluronic acid degrading enzyme (from bovine testis), polyethylene glycol (PEG) 400, and QCT were purchased from Sigma-Aldrich Co. (St. Louis, MO, USA). QTP hemifumarate and sodium lauryl sulfate (SLS) were purchased from Tokyo Chemical Industry (Tokyo, Japan). All other reagents were analytical grade supplied from commercial sources.

1.2. 다양한 매체에서 QTP의 용해도 평가1.2. Solubility evaluation of QTP in various media

cHA 겔을 수화(즉, 팽윤)하기 위한 용매를 선택하기 위하여, 증류수(DW), 인산염 완충 식염수(phosphate buffered saline, PBS, pH 7.4) 및 에탄올(EtOH) 중 QTP 헤미푸마레이트 및 QTP 염기의 용해도를 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC) 시스템으로 정량분석하였다. 요약하면, 과량의 QTP 헤미푸마레이트 또는 QTP 염기를 각 용매 1 mL에 첨가하고, 완전히 와류혼합한 후, 37 ℃에서 24 시간 동안 흔들리는 수조(50 rpm, Lab Companion, BS-21, Jeiotech Co., Ltd., 한국)에 놓았다. 정상 상태(steady-state)에 도달하면 각 검체를 원심분리하고 여과하여 용해되지 않은 분획을 제거하였다. 준비된 검체를 역상 C18 컬럼(Kinetex C18; 250 × 4.6 mm, 5 μm; Phenomenex, Torrance, CA, USA)에 주입하였다. 펌프(Waters 1515; Waters Company, Milford, MA, USA), UV/Vis 검출기(Waters 2487) 및 자동 주입기(Waters 717 plus)가 장착된 HPLC 시스템을 사용하여 각 용매에서의 QTP 농도를 측정하였다. 이동상은 DW(pH 6.0) 및 메탄올(30:70, v/v) 중 30 mM 암모늄 아세테이트로 구성되었다. 유속과 주입량은 각각 1.0 mL/min과 20 μL이었다. 검출을 위한 흡수 파장은 238 nm로 설정되었고, QTP의 머무름 시간은 14 분이었다(Li et al., 2016).To select a solvent to hydrate (i.e., swell) the cHA gel, the solubility of QTP hemifumarate and QTP base in distilled water (DW), phosphate buffered saline (PBS, pH 7.4), and ethanol (EtOH). was quantitatively analyzed using a high-performance liquid chromatography (HPLC) system. Briefly, an excess of QTP hemifumarate or QTP base was added to 1 mL of each solvent, thoroughly vortexed, and incubated in a shaking water bath (50 rpm, Lab Companion, BS-21, Jeiotech Co.) at 37°C for 24 hours. Ltd., Korea). When steady-state was reached, each sample was centrifuged and filtered to remove undissolved fractions. The prepared sample was injected onto a reversed-phase C 18 column (Kinetex C 18 ; 250 × 4.6 mm, 5 μm; Phenomenex, Torrance, CA, USA). QTP concentration in each solvent was measured using an HPLC system equipped with a pump (Waters 1515; Waters Company, Milford, MA, USA), UV/Vis detector (Waters 2487), and automatic injector (Waters 717 plus). The mobile phase consisted of 30 mM ammonium acetate in DW (pH 6.0) and methanol (30:70, v/v). The flow rate and injection volume were 1.0 mL/min and 20 μL, respectively. The absorption wavelength for detection was set at 238 nm, and the retention time of QTP was 14 min (Li et al., 2016).

QTP 염기 침전물은 보고된 탈염 방법을 약간 변형하여 제조하였다(Sugihara and Taylor, 2018). 요약하면, QTP 헤미푸마레이트(10 mg)를 1 N HCl 용액(0.7 mL)에 용해시킨 다음, 1 N NaOH 용액(0.8 mL)을 첨가하여 QTP 염기를 침전시켰다. 혼합물을 16,000 g에서 5 분간 원심분리하여 상층액을 제거하였다. 침전물에 DW 1 mL를 첨가한 후 16,000 g에서 5 분간 원심분리하여 상층액을 제거하였다. 마지막으로, QTP 염기 침전물을 이후 사용을 위해 -70 ℃에서 48 시간 동안 동결건조시켰다(FDCF-12003, Operon, 한국 김포).QTP base precipitate was prepared by slightly modifying the reported desalting method (Sugihara and Taylor, 2018). Briefly, QTP hemifumarate (10 mg) was dissolved in 1 N HCl solution (0.7 mL), and then 1 N NaOH solution (0.8 mL) was added to precipitate the QTP base. The mixture was centrifuged at 16,000 g for 5 minutes and the supernatant was removed. After adding 1 mL of DW to the precipitate, it was centrifuged at 16,000 g for 5 minutes to remove the supernatant. Finally, the QTP base precipitate was freeze-dried at -70 °C for 48 hours for further use (FDCF-12003, Operon, Gimpo, Korea).

1.3. HA 하이드로겔의 가교결합 및 팽윤 조건의 최적화1.3. Optimization of crosslinking and swelling conditions of HA hydrogels

BDDE의 에폭시 기는 알칼리 조건에서 HA의 하이드록실 기와 반응하여 BDDE와 HA가 에테르 결합에 의해 가교결합된다(Xue et al., 2020). 가교결합 및 팽윤에 대한 BDDE의 양과 EtOH의 백분율은 각각 HA 하이드로겔에서 QTP의 함량을 최대화하기 위한 조건으로 최적화되었다. 요약하면, HA(50 mg)를 0.25 N NaOH 용액(1 mL)에 녹인 후, 다양한 양의 BDDE(55, 110, 165 mg)와 혼합한 다음, 각 분취량(0.1 mL)을 96 웰 플레이트의 각 웰에 넣었다. 가교결합 반응을 실온에서 24 시간 동안 수행한 후, 각 겔의 단편을 DW 또는 PBS 중 0 %, 50 %, 60 %, 70 % 및 80 % EtOH 10 mL에서 24 시간 동안 팽윤시켰다. 그 다음 PBS(20 mL)에서 24 시간 동안 추가로 인큐베이션하였다. BDDE 양 및 EtOH 백분율에 따른 팽윤도를 하기 계산식 1에 의해 계산하였다.The epoxy group of BDDE reacts with the hydroxyl group of HA under alkaline conditions, and BDDE and HA are cross-linked by ether bonds (Xue et al., 2020). The amount of BDDE and the percentage of EtOH for cross-linking and swelling were optimized to maximize the content of QTP in the HA hydrogel, respectively. Briefly, HA (50 mg) was dissolved in 0.25 N NaOH solution (1 mL), mixed with various amounts of BDDE (55, 110, 165 mg), and then each aliquot (0.1 mL) was spread in a 96 well plate. added to each well. After the cross-linking reaction was performed at room temperature for 24 hours, fragments of each gel were swollen in 10 mL of 0%, 50%, 60%, 70%, and 80% EtOH in DW or PBS for 24 hours. They were then further incubated in PBS (20 mL) for 24 hours. The swelling degree according to the amount of BDDE and the percentage of EtOH was calculated using the following equation 1.

<계산식 1><Calculation 1>

여기서 W a W b 는 각각 24 시간 동안 PBS로 팽윤시킨 후 및 팽윤시키기 전 하이드로겔의 무게이다.where W a and W b are the weight of the hydrogel after and before swelling with PBS for 24 hours, respectively.

cHA 하이드로겔(BDDE/HA=1.1, w/w) 중 QTP 함량은, 다양한 비율(50 %, 60 % 및 70 %)의 EtOH와 혼합된 DW 용액(10 mL)에 QTP 염기 침전물(100 mg)을 24 시간 동안 넣은 다음, PBS(20 mL)에서 추가 24 시간 동안 인큐베이션한 후에 측정하였다. 10 mg, 30 mg 또는 50 mg의 QCT을 함유하는 cHA 하이드로겔(BDDE/HA=1.1, w/w)[각각 cHA/QCT1, cHA/QCT3 및 cHA/QCT5]의 QCT 함량은 EtOH/DW(70:30, v/v) 용액(10 mL)에 24 시간 동안, 이어서 PBS(20 mL)에서 24 시간 동안 인큐베이션한 후에 측정하였다.The QTP content in cHA hydrogel (BDDE/HA=1.1, w/w) was determined by precipitating QTP base (100 mg) in DW solution (10 mL) mixed with various ratios (50%, 60% and 70%) of EtOH. was added for 24 hours and then incubated in PBS (20 mL) for an additional 24 hours before measurement. The QCT content of cHA hydrogels (BDDE/HA=1.1, w/w) [cHA/QCT1, cHA/QCT3, and cHA/QCT5, respectively] containing 10 mg, 30 mg, or 50 mg of QCT was measured in EtOH/DW (70 :30, v/v) solution (10 mL) for 24 hours, followed by incubation in PBS (20 mL) for 24 hours.

cHA 하이드로겔의 QTP 및 QCT 함량은 HPLC 방법으로 정량분석하였다. 요약하면, 각 하이드로겔을 DMSO와 DW(7:3, v/v)의 혼합물에 넣고 1 시간 동안 와류혼합 및 초음파 처리로 균질화하였다. 그 다음 혼합물을 주사기 필터(Wattman syringe filter; nylon; 0.20 μm pore size)에 통과시키고 QTP 및 QCT를 이동상으로 적절히 희석한 후 HPLC로 정량분석하였다. QCT 및 QTP 용 HPLC 시스템은, QCT 검체를 역상 C18 컬럼(Fortis C18; 150 × 4.6 mm, 5 μm; Fortis Technologies Ltd., Cheshire, UK)에 주입한 것과 이동상이 아세토니트릴과 물(40:60, v/v)로 구성된 것을 제외하고는 상기와 동일하였다. QCT에 대한 흡수 파장과 머무름 시간은 각각 354 nm와 5.6 분이었다(Kumari et al., 2010).The QTP and QCT contents of cHA hydrogel were quantitatively analyzed using HPLC method. Briefly, each hydrogel was placed in a mixture of DMSO and DW (7:3, v/v) and homogenized by vortex mixing and sonication for 1 h. Next, the mixture was passed through a syringe filter (Wattman syringe filter; nylon; 0.20 μm pore size), and QTP and QCT were appropriately diluted with a mobile phase and quantitatively analyzed by HPLC. The HPLC system for QCT and QTP consisted of injecting the QCT sample onto a reversed-phase C 18 column (Fortis C18; 150 , v/v), except that it was the same as above. The absorption wavelength and retention time for QCT were 354 nm and 5.6 min, respectively (Kumari et al., 2010).

1.4. cHA 하이드로겔의 물리화학적 및 유동학적 특성1.4. Physicochemical and rheological properties of cHA hydrogel

cHA 하이드로겔의 겔화 거동은 다양한 물리화학적 및 유동학적 특성 분석으로 평가하였다. 반전 시험에서 HA, cHA, cHA/QTP 및 cHA/QTP/QCT5 표본을 플라스틱 튜브에 준비하고 교차결합 및 겔화를 확인하기 위해 반전시켰다(Lee et al., 2020). cHA 하이드로겔(즉, cHA/QTP/QCT5)의 주사가능성을 평가하기 위하여 주사기 바늘(23 게이지)을 통해 밀어내었다. 하이드로겔의 유동학적 특성은 레오미터(rheometer, Advanced Rheometric Expansion System; Rheometric Scientific, Inc., Piscataway, NJ, 미국)를 사용하여 플레이트-플레이트 형상(plate-plate geometry, 직경 25mm)으로 평가하였다(Lee et al., 2020). 진동수 변화 시험(frequency sweep: 1251 rad/s 진동수 범위 및 20 % 변형) 및 변형률 변화 시험(strain sweep: 1200 % 변형 범위 및 10 rad/s 진동수) 측정은 25 ℃에서 수행되었다.The gelation behavior of cHA hydrogel was evaluated through various physicochemical and rheological characterization analyses. In the inversion test, HA, cHA, cHA/QTP, and cHA/QTP/QCT5 specimens were prepared in plastic tubes and inverted to check for cross-linking and gelation (Lee et al., 2020). To evaluate the injectability of the cHA hydrogel (i.e., cHA/QTP/QCT5), it was pushed through a syringe needle (23 gauge). The rheological properties of the hydrogel were evaluated by plate-plate geometry (diameter 25 mm) using a rheometer (Advanced Rheometric Expansion System; Rheometric Scientific, Inc., Piscataway, NJ, USA) (Lee et al., 2020). The frequency sweep test (frequency sweep: 1251 rad/s frequency range and 20 % strain) and strain sweep test (1200 % strain range and 10 rad/s frequency) measurements were performed at 25 °C.

cHA 하이드로겔 구조의 시험관 내(in vitro) 분해 특성은 보고된 방법을 약간 변형하여 초기 중량 대비 하이드로겔의 중량 변화를 모니터링하여 조사하였다(Khaleghi et al., 2020). 요약하면, cHA 및 QCT-로딩된 cHA 하이드로겔(즉, cHA/QCT1, cHA/QCT3 및 cHA/QCT5)의 중량 변화를 평가하기 위하여 각 겔 표본(약 1,100mg)을 히알루론산 분해효소 5 U/mL 포함 PBS 용액 10mL에 넣었다. 매질(medium)에 잠기게 하고, 정해진 시간 간격(2, 4, 6 및 8 시간)으로 하이드로겔의 무게를 측정하였다. 초기 중량과 비교하여 각 하이드로겔의 잔존 중량 비율(%)을 기록하였다.The in vitro degradation properties of the cHA hydrogel structure were investigated by monitoring the change in weight of the hydrogel relative to the initial weight using a slightly modified method reported (Khaleghi et al., 2020). Briefly, to evaluate the weight change of cHA and QCT-loaded cHA hydrogels (i.e., cHA/QCT1, cHA/QCT3, and cHA/QCT5), each gel specimen (approximately 1,100 mg) was incubated with 5 U/H of hyaluronic acid lyase. It was added to 10 mL of PBS solution containing mL. The hydrogel was immersed in the medium and the weight of the hydrogel was measured at set time intervals (2, 4, 6, and 8 hours). The percentage (%) of the remaining weight of each hydrogel compared to the initial weight was recorded.

cHA 하이드로겔로부터의 시험관 내(in vitro) QTP 방출은 변형된 투석 백(dialysis bag) 방법을 사용하여 측정하였다(Lee et al., 2020). 요약하면, QTP 용액(에탄올, PEG 400 및 PBS(1:1:2, v/v/v)의 혼합물) 및 QTP-봉입 하이드로겔(즉, cHA/QTP 및 cHA/QTP/QCT5)(QTP 12mg에 해당함)의 분취량을 투석막(분자량 컷오프 2 kDa; Cellu Sep H1, Membrane Filtration Products Ltd, Seguin, TX, USA)에 넣었다. 각 투석막 백을 0.5 % SLS가 포함된 PBS(20 mL)에 잠기게 한 후, 교반되는 수조(37 ℃)에서 50 rpm으로 교반하였다. 방출 매질에서 정해진 시간 간격(0.5, 1, 2, 4, 6, 8, 24, 48, 72, 96, 144, 168, 192, 288, 336 및 360 시간)으로 15 일 동안 일정량을 분취하고 동일한 부피의 새로운 방출 매질을 보충하였다. 방출 매질의 QTP 농도는 상기 설명된 HPLC 방법으로 정량분석하였다. In vitro QTP release from cHA hydrogel was measured using a modified dialysis bag method (Lee et al., 2020). Briefly, QTP solutions (mixture of ethanol, PEG 400, and PBS (1:1:2, v/v/v)) and QTP-encapsulated hydrogels (i.e., cHA/QTP and cHA/QTP/QCT5) (12 mg of QTP) An aliquot of dialysis membrane (corresponding to Each dialysis membrane bag was submerged in PBS (20 mL) containing 0.5% SLS and then stirred at 50 rpm in a stirred water bath (37 °C). Aliquot aliquots from the release medium for 15 days at defined time intervals (0.5, 1, 2, 4, 6, 8, 24, 48, 72, 96, 144, 168, 192, 288, 336, and 360 hours) and distribute equal volumes. was replenished with new release medium. The QTP concentration in the release medium was quantitatively analyzed by the HPLC method described above.

1.5. 생체 내(1.5. In vivo ( in vivoin vivo ) 분해 연구) Decomposition study

cHA 하이드로겔(즉, cHA/QTP 및 cHA/QTP/QCT5)의 생체 내(in vivo) 생분해 속도를 보고된 방법에 따라 ICR 마우스(5 주령, 수컷, 오리엔트바이오, 성남, 한국)로 약간 변형하여 수행하였다(Hahn et al., 2007). 각 하이드로겔(0.2 mL)을 마우스에 피하주사하고 남은 겔 중량을 2, 4, 7 및 14 일에 절제한 후 측정하였다. 하이드로겔의 초기 무게와 비교하여 상대적인 잔존 무게(%)를 계산하였다.The in vivo biodegradation rate of cHA hydrogels (i.e., cHA/QTP and cHA/QTP/QCT5) was measured in ICR mice (5 weeks old, male, Orient Bio, Seongnam, Korea) according to the reported method with slight modifications. was performed (Hahn et al., 2007). Each hydrogel (0.2 mL) was injected subcutaneously into mice, and the remaining gel weight was measured after resection at 2, 4, 7, and 14 days. The relative remaining weight (%) was calculated compared to the initial weight of the hydrogel.

1.6. 생체 내(1.6. In vivo ( in vivoin vivo ) 독성 연구) Toxicity study

가교결합된 하이드로겔 제형의 생체 내 독성을 혈액화학 및 조직학적 염색 분석으로 평가하였다(Lee et al., 2020). HA, cHA, cHA/QCT5, cHA/QTP 및 cHA/QTP/QCT5의 분취량(0.2 mL)을 마우스의 등쪽에 피하주사한 후 7 일째에 심장 채혈로 혈액 검체를 준비하였다. 혈청 검체에서 알부민, 알라닌 아미노전달효소(alanine transaminase, ALT), 아스파르테이트 아미노전달효소(aspartate transaminase, AST) 및 혈중요소질소(BUN)의 양을 Cobas 8000 C702 화학 자동분석기(Roche Diagnostics, Manheim, Germany)로 정량적 측정하였다. 조직학적 분석을 위해 주요 기관(즉, 심장, 신장, 간, 폐 및 비장)을 마우스에서 절제하였다. 이들을 고정하기 위해 포름알데히드(4 %, v/v) 용액에서 인큐베이션하고 조직 절편(약 6 μm 두께)을 파라핀화하고 일련의 에탄올성 용액으로 수화시켰다. 이후 각 표본을 표준 프로토콜에 따라 헤마톡실린 & 에오신(H&E) 시약으로 염색하였다.The in vivo toxicity of the cross-linked hydrogel formulation was evaluated by blood chemistry and histological staining analysis (Lee et al., 2020). Aliquots (0.2 mL) of HA, cHA, cHA/QCT5, cHA/QTP, and cHA/QTP/QCT5 were injected subcutaneously into the back of mice, and blood samples were prepared by cardiac blood sampling on day 7. The amounts of albumin, alanine transaminase (ALT), aspartate transaminase (AST), and blood urea nitrogen (BUN) in serum samples were measured using a Cobas 8000 C702 automatic chemical analyzer (Roche Diagnostics, Manheim, Germany) and quantitative measurement was performed. Major organs (i.e., heart, kidney, liver, lung, and spleen) were excised from mice for histological analysis. To fix them, they were incubated in a solution of formaldehyde (4%, v/v), and tissue sections (approximately 6 μm thick) were paraffinized and hydrated in a series of ethanolic solutions. Each specimen was then stained with hematoxylin & eosin (H&E) reagent according to standard protocols.

1.7. 생체 내 약물동태학 연구1.7. In vivo pharmacokinetic studies

QTP의 약물동태학 연구는 랫트에 cHA/QTP 또는 cHA/QTP/QCT5 하이드로겔(20 mg/kg 용량의 QTP)을 피하주사한 후 수행하였다. 수컷 랫트(Sprague-Dawley, SD)를 오리엔트바이오(Orient Bio, Sungnam, Korea)에서 구입하였다. 각 하이드로겔을 피하주사한 후 0.5, 1, 2, 4, 6, 8, 24, 48, 72, 120 및 168 시간에 꼬리 정맥에서 혈액 검체의 분취량(~ 250 μL)을 취하였다. 4 ℃에서 2.5 분 동안 16,000 g에서 원심분리한 후, 상층액의 분취량(50 μL)을 얻어 -20 ℃에 보관하였다.Pharmacokinetic studies of QTP were performed in rats after subcutaneous injection of cHA/QTP or cHA/QTP/QCT5 hydrogel (QTP at a dose of 20 mg/kg). Male rats (Sprague-Dawley, SD) were purchased from Orient Bio (Sungnam, Korea). Aliquots (~ 250 μL) of blood samples were taken from the tail vein at 0.5, 1, 2, 4, 6, 8, 24, 48, 72, 120, and 168 hours after subcutaneous injection of each hydrogel. After centrifugation at 16,000 g for 2.5 minutes at 4°C, an aliquot (50 μL) of the supernatant was obtained and stored at -20°C.

혈장 샘플(50 μL)을 카르바마제핀(200 ng/mL; 내부표준물질(IS))이 함유된 메탄올(200 μL)과 5 분 동안 와류혼합하고 16,000 g에서 5 분 동안 원심분리하였다. 상층액의 분취량(5 μL)을 액체 크로마토그래피-질량 분석/질량 분석(LC-MS/MS) 시스템에 주입하였다. LC-MS 시스템(Agilent Technologies 6430 Triple Quad)이 장착되어 있고 C18 컬럼(Synergi Hydro-RP; 4μm, 80Å, 75mm×2.0 mm; Phenomenex, Torrance, CA, USA)과 연결되어 있는 HPLC 시스템(Agilent Technologies 1260 Infinity, Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA)을 사용하여 분석하였다. 이동상은 80 % 아세토니트릴과, 5 mM 암모늄 아세테이트를 포함하는 20 % 물로 구성되었으며, 유속은 0.4 mL/min으로 유지하였다. QTP에 대한 전구체 대 생성물 이온의 m/z 값, 단편 전압, 충돌 에너지 및 셀 가속기 전압은 각각 384.2 대 253.1, 144 V, 17 eV 및 1 V였다. 카르바마제핀(IS)은 각각 237 대 194, 126 V, 18 eV, 1 V였다. QTP와 IS의 머무름 시간은 각각 1.7 분과 0.7 분이었다.Plasma samples (50 μL) were vortexed for 5 min with methanol (200 μL) containing carbamazepine (200 ng/mL; internal standard (IS)) and centrifuged at 16,000 g for 5 min. An aliquot (5 μL) of the supernatant was injected into a liquid chromatography-mass spectrometry/mass spectrometry (LC-MS/MS) system. An HPLC system (Agilent Technologies) equipped with an LC-MS system (Agilent Technologies 6430 Triple Quad) and coupled to a C 18 column (Synergi Hydro-RP; 4 μm, 80 Å, 75 mm × 2.0 mm; Phenomenex, Torrance, CA, USA). 1260 Infinity, Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA). The mobile phase consisted of 80% acetonitrile and 20% water containing 5 mM ammonium acetate, and the flow rate was maintained at 0.4 mL/min. The m/z values of precursor versus product ions, fragment voltage, collision energy, and cell accelerator voltage for QTP were 384.2 versus 253.1, 144 V, 17 eV, and 1 V, respectively. Carbamazepine (IS) was 237 vs. 194, 126 V, 18 eV, and 1 V, respectively. The retention times of QTP and IS were 1.7 and 0.7 min, respectively.

0 시간~무한대의 혈장 농도-시간 곡선하 면적(AUC), 최대 혈장 농도(Cmax), Cmax에 도달하는 시간(Tmax), 반감기(t1/2) 및 평균체류시간(MRT)과 같은 약물동태학적 파라미터는 WinNonlin(버전 3.1, NCA 201; Pharsight, Mountain View, CA, USA)을 사용한 비구획 분석 기반으로 구하였다.Area under the plasma concentration-time curve (AUC) from 0 hours to infinity, maximum plasma concentration (C max ), time to reach C max (T max ), half-life (t 1/2 ) and mean residence time (MRT) The same pharmacokinetic parameters were obtained based on noncompartmental analysis using WinNonlin (version 3.1, NCA 201; Pharsight, Mountain View, CA, USA).

1.8. 통계 분석1.8. statistical analysis

모든 실험은 3 회 이상 수행하였으며 데이터는 평균±표준 편차(SD)로 표시하였다. 분산 분석(ANOVA) 및 양측검정 스튜던트 t-검정을 사용하여 통계 분석을 수행하였다. 0.05 미만의 p-값을 통계적으로 유의한 것으로 간주하였다.All experiments were performed at least three times, and data were expressed as mean ± standard deviation (SD). Statistical analysis was performed using analysis of variance (ANOVA) and two-tailed Student's t -test. A p-value of less than 0.05 was considered statistically significant.

2. 결과 및 토의2. Results and discussion

2.1. 가교결합된 하이드로겔 제형의 제조 및 최적화2.1. Preparation and optimization of cross-linked hydrogel formulations

도 1에는 cHA 하이드로겔 제형의 모식도가 나타나 있으며, 피하주사 후 하이드로겔 분해 지연 및 약물 서방출 전략이 포함되어 있다. 도 2는 cHA 하이드로겔 제조 과정과 반용매 침전법에 의한 QCT와 QTP의 도입을 요약한 것이다. 알칼리 상태에서 BDDE의 에폭시 기는 HA의 하이드록실 기(1차 알코올)와 우선적으로 반응하여 에테르 결합을 형성한다(Xue et al., 2020). 에테르 결합은 에스테르 결합이나 아미드 결합보다 안정한 것으로 알려져 있어서, BDDE 가교결합된 HA 기반의 필러(filler)는 임상 적용시 높은 지속성을 나타낼 수 있다(De Boulle et al., 2013). 그러나, 높은 정도의 가교결합은 단단함을 증가시키고 주사기 바늘을 통한 주사가능성을 감소시킨다. 따라서, 피하주사에 적합한 유동학적 특성과 약물 함량을 최대화하기 위한 높은 팽윤도를 갖도록, 최소 BDDE 가교결합을 갖는 cHA 하이드로겔을 설계하였다. 또한, cHA 하이드로겔 구조에 히알루론산 분해효소 저해제(즉,이 연구에서 QCT)를 봉입함으로써 cHA 하이드로겔의 생체 내 유지 시간을 연장시켰다(도 1). 히알루론산 분해효소 저해제는 HA의 분해 과정을 방해하므로, 주사 후 피하 조직에서 HA 하이드로겔의 머무름을 연장시킬 수 있다.Figure 1 shows a schematic diagram of the cHA hydrogel formulation and includes strategies for delaying hydrogel decomposition and sustained drug release after subcutaneous injection. Figure 2 summarizes the cHA hydrogel preparation process and the introduction of QCT and QTP by anti-solvent precipitation method. In alkaline conditions, the epoxy group of BDDE preferentially reacts with the hydroxyl group (primary alcohol) of HA to form an ether bond (Xue et al., 2020). Ether bonds are known to be more stable than ester or amide bonds, so BDDE cross-linked HA-based fillers can exhibit high persistence in clinical applications (De Boulle et al., 2013). However, a high degree of cross-linking increases rigidity and reduces injectability through a syringe needle. Therefore, a cHA hydrogel with minimal BDDE cross-linking was designed to have rheological properties suitable for subcutaneous injection and high swelling to maximize drug content. Additionally, the in vivo retention time of the cHA hydrogel was extended by encapsulating a hyaluronic acid lyase inhibitor (i.e., QCT in this study) into the cHA hydrogel structure (Figure 1). Hyaluronic acid lyase inhibitors interfere with the decomposition process of HA and can therefore prolong the retention of HA hydrogel in the subcutaneous tissue after injection.

본 실시예에서는 정신분열증, 우울 장애 및 양극성 장애를 표적으로 하는 항정신병제로서 QTP를 하이드로겔 네트워크에 봉입하였다(Ravindran et al., 2010). 도 3A에 나타난 바와 같이, DW, PBS, EtOH에서 QTP 헤미푸마레이트의 용해도가 하이드로겔 제조에 충분하지 않았기 때문에 헤미푸마레이트 염을 제거하여 염기 침전물 형태를 제조하였다. EtOH에서 QTP 염기의 용해도가 50 mg/mL 이상이어서(도 3A), 하이드로겔 제형의 제조에서 QTP의 용매로 선택하였다. 또한, QCT는 물에 거의 녹지 않지만(<10 μg/mL), EtOH에는 잘 용해되어(17.64±1.05 mg/mL), EtOH 용액이 QTP 및 QCT를 모두 포함하는 cHA 하이드로겔 제형의 제조에 적합하다는 것을 확인하였다. 따라서, BDDE의 양과 EtOH의 비율을 변화시켜, cHA 하이드로겔의 가교결합 및 팽윤 조건을 최적화함으로써, cHA 하이드로겔에서의 QTP 및 QCT 함량을 최대화하는 높은 팽윤도를 도출하였다.In this example, QTP, an antipsychotic targeting schizophrenia, depressive disorder, and bipolar disorder, was encapsulated in a hydrogel network (Ravindran et al., 2010). As shown in Figure 3A, because the solubility of QTP hemifumarate in DW, PBS, and EtOH was not sufficient for hydrogel preparation, the hemifumarate salt was removed to prepare a base precipitate form. Since the solubility of QTP base in EtOH was more than 50 mg/mL (Figure 3A), it was selected as the solvent for QTP in the preparation of hydrogel formulations. In addition, QCT is virtually insoluble in water (<10 μg/mL), but well soluble in EtOH (17.64±1.05 mg/mL), suggesting that EtOH solution is suitable for the preparation of cHA hydrogel formulations containing both QTP and QCT. confirmed. Therefore, by changing the ratio of the amount of BDDE and EtOH to optimize the crosslinking and swelling conditions of the cHA hydrogel, a high swelling degree was obtained that maximizes the QTP and QCT contents in the cHA hydrogel.

도 3B는 하이드로겔의 팽윤도에 대한 BDDE 양 및 EtOH 백분율의 효과를 나타낸다. DW 중 80 % EtOH 군을 제외하고는 BDDE와 HA의 중량비 1.1(BDDE/HA=1.1, w/w)로 제조된 cHA 하이드로겔의 팽윤비가 중량비 2.2와 3.3의 비율보다 높았다. 따라서, HA 하이드로겔을 가교하기 위해 BDDE 대 HA 비율이 1.1 중량비로 선택되었다. cHA 하이드로겔의 팽윤도에 대한 EtOH 비율의 영향은 도 3C 및 3D에 나타나 있으며, 다양한 비율의 EtOH가 DW 또는 PBS와 혼합되어 팽윤 매질로 사용되었다. cHA 겔의 팽윤도는 DW(0 % EtOH)에서 가장 높았지만 QTP와 QCT의 수용해도가 부족하여 팽윤 용액으로 적합하지 않았다. 80 % 이상의 EtOH(DW 및 PBS 모두에서)에서는 cHA 하이드로겔의 팽윤도가 거의 무시할 수 있는 정도여서 데이터에서 제외되었다. DW 중 EtOH 군이 PBS 중 EtOH 군보다 더 높은 팽윤성을 나타냈다(도 3C 및 3D). 약학적 염의 존재와 상이한 pH 값이 팽윤 거동에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서, DW 용액 중 다양한 비율의 EtOH에서 cHA 하이드로겔을 팽윤시킨 다음, PBS로 추가 인큐베이션시켜 약물을 침전(하이드로겔 내 침전)시킨 후 cHA 하이드로겔 중의 QTP 함량을 측정하여, cHA 하이드로겔을 팽윤하기에 최적인 용액을 선정하였다(도 3E). DW 중 50 %, 60 %, 70 % EtOH 군 간에 cHA 하이드로겔의 QTP 함량에는 유의한 차이가 없었다. 그러나, QCT가 5 mg/mL 농도로 DW 중 50 %, 60 % 및 70 % EtOH 용액에 용해되었을 때, 70 % EtOH 용액에서만 투명하게 용해되었다. 따라서, DW의 70 % EtOH를 수화 용액으로 선택한 다음, 다양한 cHA 하이드로겔(cHA/QCT1, cHA/QCT3 및 cHA/QCT5)에서 QCT의 실제 함량을 팽윤 및 침전 후에 정량분석하였다(도 3F). cHA 하이드로겔 중의 QCT 함량은 QCT의 로딩 양에 선형적으로 의존하여 cHA/QCT5 하이드로겔에서 가장 높은 QCT 함량을 나타내었다. 따라서, 이후 평가를 위해 cHA/QTP/QCT5 하이드로겔이 최종적으로 선택되었으며, 50 mg HA, 55 mg BDDE, 100 mg QTP 염기 및 50 mg QCT로 제조되었다. cHA 하이드로겔을 QTP 및 QCT를 포함하는 10 mL의 EtOH/DW(70:30, v/v) 용액에서 24 시간 동안 팽윤시킨 다음, 20 mL의 PBS에서 24 시간 동안 인큐베이션하여 침전시켰다. 최종 cHA/QTP/QCT5 하이드로겔은 QCT의 노란색인 투명한 상태였으나, QTP와 QCT의 침전물 형성 후에는 탁한 색으로 변하였다(도 2). cHA/QTP/QCT5에서 QTP 및 QCT의 실제 함량은 각각 16.4±1.1 μg/mg 겔 및 7.3±0.9 μg/mg 겔이었다.Figure 3B shows the effect of BDDE amount and EtOH percentage on the swelling degree of the hydrogel. Except for the 80% EtOH group in DW, the swelling ratio of cHA hydrogel prepared with a weight ratio of BDDE and HA of 1.1 (BDDE/HA=1.1, w/w) was higher than that of the weight ratios of 2.2 and 3.3. Therefore, a BDDE to HA ratio of 1.1 weight ratio was chosen to crosslink the HA hydrogel. The effect of EtOH ratio on the swelling degree of cHA hydrogel is shown in Figures 3C and 3D, where various ratios of EtOH mixed with DW or PBS were used as swelling media. The swelling degree of cHA gel was highest in DW (0% EtOH), but it was not suitable as a swelling solution due to the insufficient water solubility of QTP and QCT. Above 80% EtOH (in both DW and PBS), the swelling of the cHA hydrogel was almost negligible and was therefore excluded from the data. The EtOH group in DW showed higher swelling properties than the EtOH group in PBS (Figures 3C and 3D). The presence of pharmaceutical salts and different pH values were shown to influence the swelling behavior. Therefore, the cHA hydrogel was swollen in various ratios of EtOH in the DW solution, then further incubated with PBS to precipitate the drug (precipitation within the hydrogel), and then the QTP content in the cHA hydrogel was measured to swell the cHA hydrogel. The optimal solution was selected (Figure 3E). There was no significant difference in the QTP content of cHA hydrogels between the 50%, 60%, and 70% EtOH groups in DW. However, when QCT was dissolved in 50%, 60%, and 70% EtOH solutions in DW at a concentration of 5 mg/mL, it was dissolved transparently only in the 70% EtOH solution. Therefore, 70% EtOH in DW was selected as the hydration solution, and then the actual content of QCT in various cHA hydrogels (cHA/QCT1, cHA/QCT3, and cHA/QCT5) was quantitatively analyzed after swelling and precipitation (Figure 3F). The QCT content in the cHA hydrogel was linearly dependent on the loading amount of QCT, with the cHA/QCT5 hydrogel showing the highest QCT content. Therefore, cHA/QTP/QCT5 hydrogel was finally selected for further evaluation, prepared with 50 mg HA, 55 mg BDDE, 100 mg QTP base, and 50 mg QCT. The cHA hydrogel was swollen in 10 mL of EtOH/DW (70:30, v/v) solution containing QTP and QCT for 24 h and then precipitated by incubation in 20 mL of PBS for 24 h. The final cHA/QTP/QCT5 hydrogel was transparent with the yellow color of QCT, but changed to a cloudy color after the formation of precipitates of QTP and QCT (Figure 2). The actual contents of QTP and QCT in cHA/QTP/QCT5 were 16.4 ± 1.1 μg/mg gel and 7.3 ± 0.9 μg/mg gel, respectively.

2.2. 하이드로겔의 물리화학적 및 유동학적 특성2.2. Physicochemical and rheological properties of hydrogels

최적화된 하이드로겔 제형의 겔화 거동은 반전법(도 4A)으로 실험하였다(Lee et al., 2020). 비결합 HA 군과 비교하여, cHA 군은 가교결합된 하이드로겔 덩어리가 역 위치에 머물러 있는 것으로 나타났다. 이는 HA 분산의 BDDE-개시 가교결합 및 점탄성 특성의 상승을 의미한다. cHA/QTP 및 cHA/QTP/QCT5 검체도 모두 흐르지 않고 역 위치에 머물렀으며, 이는 QTP 및 QCT를 하이드로겔 시스템에 도입하는 것이 HA 구조의 BDDE-매개 가교결합에 방해되지 않았음을 나타낸다. cHA/QTP/QCT5 하이드로겔의 주사가능성은 바늘과 연결된 플라스틱 주사기로 시험하였다(도 4B). 교차결합된 하이드로겔은 23 게이지 주사기 바늘을 쉽게 통과할 수 있었고, 이는 최소 침습성 피하주사에 적합함을 의미한다. cHA 하이드로겔(즉, cHA/QTP 및 cHA/QTP/QCT5)의 점탄성 특성은 레오미터를 사용하여 보다 정확하게 조사하였다(도 4C)(Lee et al., 2020). cHA/QTP 및 cHA/QTP/QCT5 하이드로겔 모두 진동수 및 변형률 변화 시험 결과에서 손실 계수(G")에 비해 더 높은 저장 계수(G')를 나타내었다. 점성도보다 높은 탄성도는 점탄성 고체의 일반적인 거동을 반영한다. 반전 시험(도 4A)에서 관찰된 바와 같이, 가교결합된 하이드로겔이 역 위치에서 머무르는 것은 상기와 같은 점탄성 특성으로 추가로 설명될 수 있다.The gelation behavior of the optimized hydrogel formulation was tested by the inversion method (Figure 4A) (Lee et al., 2020). Compared to the unbound HA group, the cHA group showed that the cross-linked hydrogel mass remained in the reverse position. This indicates an increase in BDDE-initiated crosslinking and viscoelastic properties of the HA dispersion. Both cHA/QTP and cHA/QTP/QCT5 samples also did not flow and stayed in the reverse position, indicating that the introduction of QTP and QCT into the hydrogel system did not interfere with the BDDE-mediated cross-linking of the HA structure. The injectability of the cHA/QTP/QCT5 hydrogel was tested with a plastic syringe connected to a needle (Figure 4B). The cross-linked hydrogel could easily pass a 23-gauge syringe needle, indicating that it is suitable for minimally invasive subcutaneous injection. The viscoelastic properties of cHA hydrogels (i.e., cHA/QTP and cHA/QTP/QCT5) were investigated more accurately using a rheometer (Figure 4C) (Lee et al., 2020). Both cHA/QTP and cHA/QTP/QCT5 hydrogels showed higher storage modulus (G') compared to loss modulus (G") in frequency and strain change test results. Elasticity higher than viscosity is a typical behavior of viscoelastic solids. As observed in the inversion test (Figure 4A), the stay of the crosslinked hydrogel in the inverted position can be further explained by the viscoelastic properties as above.

QCT-로딩된 cHA 하이드로겔(즉, HB/QCT1, HB/QCT3 및 HB/QCT5)의 시험관 내 분해 속도를 측정하여 QCT의 히알루론산 분해효소 억제 효과를 조사하였다(도 5). QCT는 HA 하이드로겔의 분해 속도를 늦추기 위하여 본 연구에서 히알루론산 분해효소 저해제로 선택되었다. 도 5에서 보는 바와 같이, 8 시간 인큐베이션한 후 cHA, cHA/QCT1, cHA/QCT3 및 cHA/QCT5 군의 잔존 겔 중량의 상대적 비율은 각각 9.3 %, 49.2 %, 63.0 % 및 91.2 %였다. QCT 없는 경우에는 8 시간 동안 90 % 이상의 cHA 하이드로겔이 소실된 반면, QCT가 용량에 비례하여 히알루론산 분해효소를 억제하여, cHA/QCT5 하이드로겔에서는 동일 시간 동안 90 % 이상이 남아 있었다. 이러한 시험관 내 분해 결과는 cHA에 QCT를 봉입하면 HA 하이드로겔의 분해 속도를 효율적으로 지연시킬 수 있음을 의미한다.The hyaluronic acid lyase inhibitory effect of QCT was investigated by measuring the in vitro degradation rate of QCT-loaded cHA hydrogels (i.e., HB/QCT1, HB/QCT3, and HB/QCT5) (Figure 5). QCT was selected as a hyaluronic acid lyase inhibitor in this study to slow down the degradation rate of HA hydrogel. As shown in Figure 5, after 8 hours of incubation, the relative proportions of the remaining gel weight of the cHA, cHA/QCT1, cHA/QCT3, and cHA/QCT5 groups were 9.3%, 49.2%, 63.0%, and 91.2%, respectively. In the case without QCT, more than 90% of the cHA hydrogel was lost over 8 hours, whereas QCT inhibited hyaluronic acid degrading enzyme in proportion to the dose, so in the cHA/QCT5 hydrogel, more than 90% remained for the same time. These in vitro degradation results imply that encapsulation of QCT in cHA can effectively delay the degradation rate of HA hydrogel.

도 6은 cHA 하이드로겔의 QTP 방출 속도를 나타낸다. 방출 실험 동안 싱크(sink) 상태를 유지하기 위해 0.5 % SLS를 방출 매질에 추가하였다. 단일물질 QTP 군에서는 90 % 이상의 QTP가 8 시간 내에 투석막에서 방출되어 투석막이 방출에 있어서 장벽으로 작용하지 않음을 확인하였다. 그러나, cHA/QTP 및 cHA/QTP/QCT5 군은 서방출 양상을 보였고, 15 일에 QTP의 완전한(거의 100 %) 방출에 도달하였다. cHA/QTP 및 cHA/QTP/QCT5 군 간에 QTP 방출 속도에 있어서 유의한 차이는 없었으며, 이는 cHA의 QCT가 QTP의 방출에 영향을 미치지 않았으며 최대 15 일 동안 QTP의 지속 방출이 달성되었음을 의미한다.Figure 6 shows the QTP release rate of cHA hydrogel. 0.5% SLS was added to the release medium to maintain sink conditions during the release experiment. In the single-substance QTP group, more than 90% of QTP was released from the dialysis membrane within 8 hours, confirming that the dialysis membrane did not act as a barrier to release. However, the cHA/QTP and cHA/QTP/QCT5 groups showed a sustained release pattern, reaching complete (almost 100%) release of QTP at 15 days. There was no significant difference in QTP release rate between cHA/QTP and cHA/QTP/QCT5 groups, meaning that QCT of cHA did not affect the release of QTP and sustained release of QTP was achieved for up to 15 days. .

2.3. 생분해2.3. biodegradable

cHA/QTP 및 cHA/QTP/QCT5 하이드로겔의 생체 내(in vivo) 생분해 속도를 마우스에 피하주사한 후 평가하였다(도 7). cHA/QTP 하이드로겔의 잔존 중량이 cHA/QTP/QCT5에서보다 더 빠르게 감소하였다. 14일 시점에 cHA/QTP 하이드로겔의 상대적 잔존 중량(22 %)은 cHA/QTP/QCT5(63 %)에서보다 현저히 낮았으며(p <0.05), 이는 시험관 내 분해 연구와 일치하였다(도 5). cHA/QTP에 비해 cHA/QTP/QCT5의 느린 분해 속도는 히알루론산 분해효소에 대한 QCT의 억제 효과로 설명된다. 따라서, 히알루론산 분해효소 저해제를 도입함으로써, 주사 부위에서 cHA/QTP 하이드로겔의 유지를 더욱 연장시켜, 도입된 약물의 서방출성에 기여할 수 있다.The in vivo biodegradation rate of cHA/QTP and cHA/QTP/QCT5 hydrogels was evaluated after subcutaneous injection into mice (Figure 7). The remaining weight of cHA/QTP hydrogel decreased more rapidly than that of cHA/QTP/QCT5. At 14 days, the relative residual weight of cHA/QTP hydrogel (22%) was significantly lower (p <0.05) than that of cHA/QTP/QCT5 (63%), which was consistent with in vitro degradation studies (Figure 5). . The slower degradation rate of cHA/QTP/QCT5 compared to cHA/QTP is explained by the inhibitory effect of QCT on hyaluronic acid degrading enzyme. Therefore, by introducing a hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor, maintenance of the cHA/QTP hydrogel at the injection site can be further prolonged, contributing to the sustained release of the introduced drug.

2.4. 가교결합된 하이드로겔의 생체 내 독성2.4. In vivo toxicity of cross-linked hydrogels

cHA 하이드로겔 제형의 생체 내 독성은 마우스에 피하주사 후 7 일에 평가하였다. 혈액화학 검사결과(즉, 알부민, ALT, AST 및 BUN 농도) 및 HA, cHA, cHA/QCT5, cHA/QTP 및 cHA/QTP/QCT5 군의 H&E 염색 사진(즉, 심장, 신장, 간, 폐 및 비장)은 도 8 및 도 9에 나타나 있다. 대조군과 cHA/QTP/QCT5 하이드로겔 군 간에 알부민, ALT, AST, BUN 농도에 있어서는 유의적 차이가 없음을 알 수 있다(도 8). 또한, H&E 염색 사진에 있어서 cHA/QTP/QCT5 군은 대조군 대비 유의적 차이가 없었다(도 9). 이러한 결과로부터 마우스에 cHA 하이드로겔 제형을 피하주사하면 각 기관 및 조직에 심각한 독성을 유발하지 않음을 알 수 있다.The in vivo toxicity of the cHA hydrogel formulation was evaluated 7 days after subcutaneous injection in mice. Blood chemistry test results (i.e., albumin, ALT, AST, and BUN concentrations) and H&E staining photos of HA, cHA, cHA/QCT5, cHA/QTP, and cHA/QTP/QCT5 groups (i.e., heart, kidney, liver, lung, and Spleen) is shown in Figures 8 and 9. It can be seen that there is no significant difference in albumin, ALT, AST, and BUN concentrations between the control group and the cHA/QTP/QCT5 hydrogel group (FIG. 8). In addition, there was no significant difference in the cHA/QTP/QCT5 group compared to the control group in the H&E staining photos (FIG. 9). From these results, it can be seen that subcutaneous injection of the cHA hydrogel formulation into mice does not cause serious toxicity to each organ and tissue.

HA는 생체 적합성 및 생분해성 고분자로 알려져 있어, 생체 의학 응용 분야에 널리 사용되고 있다(Prestwich, 2011). 다양한 BDDE-가교결합 HA 하이드로겔이 피부 필러에도 적용되고 있어, BDDE 농도를 조절하여 피하주사 클리닉에서 쉽게 사용될 수 있다(La Gatta et al., 2016; Xue et al., 2020). cHA의 에테르 결합은 사이토크롬 P450에 의해 절단될 수 있는 반면, BDDE는 글리세롤과 부탄디올로 가수분해된 후 소변을 통해 소실되는 것으로 알려져 있다(De Boulle et al., 2013). 낮은 정도의 BDDE 가교결합은 HA 하이드로겔의 가능한 독성을 감소시킬 수 있지만, 주사 후 급속한 분해로 피하조직에서의 머무름 시간이 짧아질 수도 있다. 따라서, cHA 하이드로겔에 히알루론산 분해효소 저해제로서 QCT를 도입하는 것은, BDDE 가교결합과 관련된 독성을 최소화하면서 머무름 시간을 연장하는 대안 전략이 될 수 있다.HA is known to be a biocompatible and biodegradable polymer and is widely used in biomedical applications (Prestwich, 2011). Various BDDE-crosslinked HA hydrogels are also being applied as dermal fillers and can be easily used in subcutaneous injection clinics by controlling the BDDE concentration (La Gatta et al., 2016; Xue et al., 2020). The ether bond of cHA can be cleaved by cytochrome P450, while BDDE is known to be hydrolyzed to glycerol and butanediol and then eliminated through urine (De Boulle et al., 2013). A low degree of BDDE cross-linking may reduce the possible toxicity of HA hydrogels, but rapid degradation after injection may result in a shorter retention time in the subcutaneous tissue. Therefore, incorporating QCT as a hyaluronic acid lyase inhibitor into cHA hydrogels could be an alternative strategy to extend retention time while minimizing the toxicity associated with BDDE cross-linking.

2.5. 생체 내 약물동태학2.5. In vivo pharmacokinetics

랫트에 cHA 하이드로겔 제형(QTP로서 20 mg/kg)을 피하주사한 후 QTP의 혈장 농도 양상을 도 10에 나타내었으며, 약물동태학적 파라미터는 하기 표 1에 요약하였다.The plasma concentration profile of QTP after subcutaneous injection of cHA hydrogel formulation (20 mg/kg as QTP) in rats is shown in Figure 10, and the pharmacokinetic parameters are summarized in Table 1 below.

파라미터parameter cHA/QTPcHA/QTP cHA/QTP/QCT5cHA/QTP/QCT5 AUC (ng·h/mL)AUC (ng·h/mL) 15772.0±5439.315772.0±5439.3 15875.1±3531.215875.1±3531.2 Cmax (ng/mL)C max (ng/mL) 1827.6±481.31827.6±481.3 782.6±174.4* 782.6±174.4 * T max (h) T max (h) 2.4±1.92.4±1.9 3.0±3.43.0±3.4 t 1/2 (h) t 1/2 (h) 13.4±4.913.4±4.9 23.5±2.7* 23.5±2.7 * MRT (h)MRT (h) 14.3±4.814.3±4.8 30.9±3.9* 30.9±3.9 * * p <0.05, cHA/QTP 군 대비.
데이터는 평균±SD(n=4)로 표시됨.
* p <0.05, compared to cHA/QTP group.
Data are expressed as mean ± SD (n = 4).

랫트에서 QTP의 생물학적 반감기(위내 투여)는 는 2.1 시간으로 보고되었으므로(Chen et al., 2019), cHA 하이드로겔 군에서 QTP 혈장 농도가 최대 7 일 동안 느린 소실 양상을 나타내는 것은 시사점이 있다. 또한, cHA/QTP/QCT5 군이 cHA/QTP 군보다 더 느린 소실 속도를 보인다는 것에 주목하여야 한다. cHA/QTP 및 cHA/QTP/QCT5 군의 AUC 및 Tmax에는 유의적 차이가 없었다(p> 0.05)(표 1). 하지만, cHA/QTP/QCT5 군의 t1/2 및 MRT는 cHA/QTP 군에서보다 높은 반면(p <0.05), cHA/QTP의 Cmax는 cHA/QTP/QCT5 군에서보다 유의적으로 높았다. 이러한 결과는, cHA 하이드로겔 제형에 QTP를 도입하면 초기 최대(burst) 방출을 줄이면서 QTP 방출을 성공적으로 연장시킬 수 있음을 의미한다. 도 6에서는 cHA 하이드로겔에 QCT를 첨가해도 QTP의 시험관 내 방출이 영향을 받지 않는 것을 알 수 있는 반면, 시험관 내 및 생체 내 cHA의 분해는 QCT에 의해 저해되었음을 알 수 있다(도 5 및 7). 따라서, cHA 하이드로겔에 QCT를 첨가하면 히알루론산 분해효소 활성을 성공적으로 억제하는 것으로 보이며, cHA 하이드로겔의 분해를 지연시켜 QTP의 서방출에 기여하는 것임을 알 수 있다.Since the biological half-life of QTP (intragastric administration) in rats was reported to be 2.1 hours (Chen et al., 2019), it is suggestive that QTP plasma concentration in the cHA hydrogel group showed a slow disappearance pattern for up to 7 days. Additionally, it should be noted that the cHA/QTP/QCT5 group shows a slower rate of disappearance than the cHA/QTP group. There was no significant difference in AUC and T max between cHA/QTP and cHA/QTP/QCT5 groups (p> 0.05) (Table 1). However, t 1/2 and MRT of the cHA/QTP/QCT5 group were higher than those of the cHA/QTP group (p <0.05), while C max of cHA/QTP was significantly higher than that of the cHA/QTP/QCT5 group. These results indicate that introducing QTP into cHA hydrogel formulations can successfully prolong QTP release while reducing the initial burst release. Figure 6 shows that the in vitro release of QTP was not affected by the addition of QCT to the cHA hydrogel, while the degradation of cHA in vitro and in vivo was inhibited by QCT (Figures 5 and 7). . Therefore, it appears that the addition of QCT to the cHA hydrogel successfully inhibits hyaluronic acid degrading enzyme activity and delays the decomposition of the cHA hydrogel, thereby contributing to the sustained release of QTP.

3. 결론3. Conclusion

BDDE 가교결합을 최소화한 cHA 하이드로겔의 조성 및 제조는 높은 팽윤도와 약물 함량을 갖도록 최적화되었다. 히알루론산 분해효소 저해제(즉, QCT)는 cHA의 빠른 분해를 지연시키기 위해 cHA 하이드로겔에 도입되었다. QCT와 QTP는 반용매 침전법에 의해 성공적으로 도입되었다. 최적화된 cHA 하이드로겔은 피하주사에 적합한 유동학적 특성을 나타냈으며 심각한 독성을 나타내지 않았다. 랫트에 cHA 하이드로겔을 피하주사한 후 얻은 약물동태학 결과로부터, cHA 하이드로겔 제형에 QCT를 도입하면 초기 최대 방출을 줄이면서 QTP의 방출을 성공적으로 지속시킬 수 있음을 알 수 있다. 시험관 내 및 생체 내 평가에서 확인된 cHA 하이드로겔의 지연된 분해는 QTP의 서방출에 기여할 수 있다. 종합하면, cHA 하이드로겔에 히알루론산 분해효소 저해제를 도입하면 피하조직에 머무름을 연장시킬 수 있으며 도입된 약물의 방출을 지속하는데 적합한 전략이 될 수 있다. 이러한 제형은 약물의 투여 빈도를 감소시킴으로써 환자 순응도를 향상시키는 새로운 접근법이 될 수 있으므로 임상 적용을 위한 이행 타당성을 조사하는 것이 요구된다.The composition and preparation of cHA hydrogel with minimal BDDE cross-linking were optimized to have high swelling degree and drug content. Hyaluronic acid catabolism inhibitor (i.e., QCT) was introduced into the cHA hydrogel to delay the rapid degradation of cHA. QCT and QTP were successfully introduced by antisolvent precipitation method. The optimized cHA hydrogel exhibited rheological properties suitable for subcutaneous injection and did not exhibit significant toxicity. Pharmacokinetic results obtained after subcutaneous injection of cHA hydrogel in rats show that the introduction of QCT into cHA hydrogel formulation can successfully sustain the release of QTP while reducing the initial maximum release. The delayed degradation of cHA hydrogels, confirmed in in vitro and in vivo evaluations, may contribute to the sustained release of QTP. In summary, introducing a hyaluronic acid lyase inhibitor into cHA hydrogel can prolong its retention in the subcutaneous tissue and may be a suitable strategy to sustain the release of the introduced drug. Since these formulations could be a new approach to improve patient compliance by reducing the frequency of drug administration, it is necessary to investigate their feasibility for clinical application.

4. 요약4. Summary

본 발명에서는 높은 팽윤도 및 약물 함량을 갖는 피하주사용 하이드로겔 제형을 구현하기 위하여, 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르(1,4-butanediol diglycidyl ether, BDDE)와 가교결합된 히알루론산(HA) 하이드로겔의 구성 비율을 최적화하고, 히알루론산 분해효소(HAase) 저해제를 도입하였다. 본 발명의 피하주사용 하이드로겔 제형에 의해, 피하 조직에서 하이드로겔의 장기간 머무름과 약물의 지속 방출이 입증되었으며, 가교결합된 HA(crosslinked HA, cHA) 기반 하이드로겔은 피하주사 하기에 적합한 점탄성과 주사가능성을 나타내었다. cHA 하이드로겔 제형에 QCT를 도입한 경우에는 QCT가 도입되지 않은 경우에 비하여 시험관 내(in vitro) 및 생체 내(in vivo) 분해 속도가 감소되었고, 랫트에 피하 경로로 최적화된 하이드로겔을 단회 투여한 후 수행한 혈액화학 및 조직학적 염색 연구에서 심각한 급성 독성이 유발되지 않았다. 랫트에서 피하주사 후 수행한 약물동태학 연구에서 QCT 도입 cHA 하이드로겔은 cHA 하이드로겔에 비해 더 낮은 최대 QTP 농도(Cmax), 더 긴 반감기(t1/2) 및 평균 체류 시간(MRT) 값을 나타내었다. 이러한 모든 결과에 의해, 히알루론산 분해효소 저해제가 봉입된 cHA 하이드로겔은 약물 서방출을 위한 생체 적합성 피하주사 제형이 될 수 있음이 입증되었다.In the present invention, in order to implement a hydrogel formulation for subcutaneous injection with high swelling degree and drug content, hyaluronic acid (HA) cross-linked with 1,4-butanediol diglycidyl ether (BDDE) ) The composition ratio of the hydrogel was optimized, and a hyaluronic acid degrading enzyme (HAase) inhibitor was introduced. With the hydrogel formulation for subcutaneous injection of the present invention, long-term retention of the hydrogel and sustained release of drug in subcutaneous tissue were demonstrated, and crosslinked HA (crosslinked HA, cHA)-based hydrogel has viscoelasticity and viscoelasticity suitable for subcutaneous injection. Possibility of injection was indicated. When QCT was introduced into the cHA hydrogel formulation, the in vitro and in vivo degradation rates were reduced compared to the case where QCT was not introduced, and a single dose of the optimized hydrogel was administered to rats by subcutaneous route. Blood chemistry and histological staining studies performed after treatment showed no serious acute toxicity. In a pharmacokinetic study performed after subcutaneous injection in rats, QCT-incorporated cHA hydrogels showed lower maximum QTP concentration (C max ), longer half-life (t 1/2 ), and mean residence time (MRT) values compared to cHA hydrogels. indicated. All these results demonstrated that the cHA hydrogel encapsulated with a hyaluronic acid lyase inhibitor can be a biocompatible subcutaneous injection formulation for sustained drug release.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as unitary may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims described below, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (14)

히알루론산을 염기성 수용액 중에서 가교결합제인 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르와 1:1 ~ 1:1.5 중량비로 혼합하여 가교결합된 히알루론산 하이드로겔을 얻는 단계; 및
상기 얻은 가교결합된 히알루론산 하이드로겔을 히알루론산 분해효소 저해제가 상기 단계의 히알루론산의 중량 대비 0.1 ~ 2 중량비로 포함된 50 ~ 70 %(EtOH/물, v/v) EtOH 수용액 중에서 팽윤시키는 단계;
를 포함하는, 히알루론산 분해효소 저해제가 도입된 가교결합된 히알루론산 하이드로겔의 제조방법.
Obtaining a cross-linked hyaluronic acid hydrogel by mixing hyaluronic acid with 1,4-butanediol diglycidyl ether, a cross-linking agent, in a basic aqueous solution at a weight ratio of 1:1 to 1:1.5; and
Swelling the obtained cross-linked hyaluronic acid hydrogel in a 50 to 70% (EtOH/water, v/v) EtOH aqueous solution containing a hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor in a weight ratio of 0.1 to 2 relative to the weight of the hyaluronic acid in the step. ;
A method for producing a cross-linked hyaluronic acid hydrogel containing a hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor.
제1항에 있어서, 상기 히알루론산이 평균 분자량 범위 10 ~ 8000 kDa인 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 1, wherein the hyaluronic acid has an average molecular weight range of 10 to 8000 kDa. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 히알루론산 분해효소 저해제가 플라보노이드인 것을 특징으로 하는 제조방법.The production method according to claim 1, wherein the hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor is a flavonoid. 제5항에 있어서, 상기 플라보노이드가 플루테올린(luteolin), 아피게닌(apigenin), 탠저리틴(tangeritin), 쿠어세틴(quercetin), 카엠프페롤(kaempferol), 마이리세틴(myricetin), 피세틴(fisetin), 이소람네틴(isorhamnetin), 파키포돌(pachypodol), 람나진(rhamnazin), 헤스페레틴(hesperetin), 나린게닌(naringenin), 에리오딕티올(eriodictyol), 헤모에리오딕티올(homoeriodictyol), 탁시폴린(taxifolin), 다이하이드로쿠어세틴, 다이하이드로카엠프페롤, 탄닌산, 탄니스(tannis), 농축 탄니스, 가수분해가능한 탄니스 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 5, wherein the flavonoid is luteolin, apigenin, tangeritin, quercetin, kaempferol, myricetin, blood fisetin, isorhamnetin, pachypodol, rhamnazin, hesperetin, naringenin, eriodictyol, hemoeriodictyol ( homoeriodictyol), taxifolin, dihydroquercetin, dihydrocaremferol, tannic acid, tannis, concentrated tannis, hydrolyzable tannis, and combinations thereof. Characterized manufacturing method. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 매질이 약물을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 1, wherein the medium contains a drug. 제9항에 있어서, 상기 약물이 항정신병제인 것을 특징으로 하는 제조방법.The manufacturing method according to claim 9, wherein the drug is an antipsychotic agent. 제1항에 있어서, 상기 팽윤이 1 ~ 48 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.The manufacturing method according to claim 1, wherein the swelling is performed for 1 to 48 hours. 제1항에 있어서, 상기 팽윤시키는 단계 이후에 인산완충염 용액에서 인큐베이션하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.The manufacturing method according to claim 1, further comprising the step of incubating in a phosphate buffered salt solution after the swelling step. 제1항, 제2항, 제5항, 제6항, 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된, 히알루론산 분해효소 저해제가 도입된 가교결합된 히알루론산 하이드로겔.A cross-linked hyaluronic acid hydrogel into which a hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor is introduced, manufactured by the production method of any one of claims 1, 2, 5, 6, and 9 to 12. 제13항의 히알루론산 분해효소 저해제가 도입된 가교결합된 히알루론산 하이드로겔을 포함하는 피하주사용 주사제.A subcutaneous injection comprising a cross-linked hyaluronic acid hydrogel into which the hyaluronic acid degrading enzyme inhibitor of claim 13 has been introduced.
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