KR102652539B1 - 변형된 콜라겐, 이의 제조 방법 - Google Patents

변형된 콜라겐, 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 S-나이트로소기를 포함하는 변형된 콜라겐 및 이와 같은 변형된 콜라겐의 제조 방법을 제공한다. 또한 이와 같은 변형된 콜라겐을 포함하는 상처 드레싱, 특히 이와 같은 변형된 콜라겐을 포함하는 제형화된 조성물을 포함하는 상처 드레싱이 제공된다.

Description

변형된 콜라겐, 이의 제조 방법
본 발명은 혈관 확장, 항염증 및 소독 효과 중 하나 이상을 가지는 변형된 콜라겐 분자의 제조 방법을 제공한다. 보다 구체적으로, 본 발명은 필름, 막(membrane), 하이드로겔 및 상처 치유 의료 장비로서 적용하기 위한 안정적인 겔 또는 막 기반 스캐폴드(scaffold)를 생성할 수 있는 다른 구조물을 제작하기 위한 다른 콜라겐 종 및 다른 중합체 중 하나 또는 둘 다와 함께 제형화될 수 있는 변형된 콜라겐에 관한 것이다.
콜라겐은 세포외 기질(extracellular matrix: ECM)의 주요 단백질이며, 총 단백질 함량의 25% 및 피부의 70% 내지 80%(건조 중량)를 차지하는 포유동물에서 발견되는 가장 풍부한 단백질이다. 모든 콜라겐 분자의 핵심 특성은 뻣뻣한, 3중 가닥의 나선형 구조이다. 유형 I, II 및 III은 결합 조직에서 발견되는 콜라겐의 주요 유형이며 신체의 모든 콜라겐의 90%를 구성한다.
이전에는, 콜라겐이 단지 구조적 지지체로서 작용하는 것으로 생각되었으나; 이제는 콜라겐 및 콜라겐-유래 단편이 세포 형상 및 분화, 다수 단백질의 이동, 및 합성을 비롯하여 다수의 세포 기능을 제어한다는 것이 명백하다. 결과는, 정확한 세포외 기질 분자와의 세포 접촉이 기질 침착의 양과 질을 조절함으로써 세포 거동에 영향을 미친다는 것을 시사한다.
상처 치유는 다양한 면역학적 시스템과 생물학적 시스템 사이의 조직화된 상호작용을 수반하는 복잡한 과정이다. 장기적인 상처는 어려운 임상적 문제로 남아있으며, 이는 경제적으로 큰 영향과 함께, 매년 대략 6백만명의 환자에게 영향을 미친다.
상처 치유는 피부(또는 또 다른 장기-조직)가 상해 후에 스스로 회복하는 과정이다. 정상 피부에서, 표피(가장 바깥쪽의 층) 및 진피(안쪽 또는 더 깊은 층)는 정상 상태 평형상태 및 외부 환경으로부터 차폐된 상태로 존재한다. 피부가 상처입었을 때, 상처 치유의 정상적인 (생리적) 과정이 시작된다. 상처 치유의 고전 모델은 3 또는 4개의 순차적이지만 서로 중복되는 단계를 포함한다:
단계 1: 지혈.
단계 2: 염증.
단계 3: 증식.
단계 4: 재형성(Remodelling).
피부 상해시, 복잡한 생화학적 사건 세트가 손상을 회복하기 위하여 밀접하게 조직된 캐스케이드로 일어난다. 다수의 잠재적인 자극(국소 조직의 허혈, 바이오버든(bioburden), 괴사 조직, 반복된 외상 등)으로 인하여, 상처는 상처의 만성에 기여하는 염증 단계에서 지연될 수 있다. 만성 상처의 한 가지 중요한 구성요소는 상승된 수준의 기질 단백분해효소(matrix metalloproteinase: MMP)이다. 상승된 수준에서, MMP는 성장 불가능한 콜라겐뿐만 아니라, 성장가능한 콜라겐도 분해시킨다. 추가적으로, 만성 상처의 섬유아세포는 MMP의 활성을 제어하기 위하여 적절한 수준에서 MMP의 조직 억제제(TIMP)를 분비하지 않을 수 있다. 이러한 사건은 세포 이동에 필요한 스캐폴드의 형성을 막고, 궁극적으로 세포외 기질(ECM) 및 육아 조직의 형성을 막는다.
콜라겐-기반 상처 드레싱은 독특하게 상처에서 '희생 기질'로서 작용함으로써 상승된 수준의 MMP의 문제를 해결하는 데 적합화된다. 또한 콜라겐 파괴 생성물은 육아 조직의 형성에 필요한 다양한 세포 유형에 대하여 주화성임이 입증되었다. 추가적으로, 콜라겐 기반 드레싱은 상처 삼출액을 흡수하고 촉촉한 상처 환경을 유지하는 능력을 가진다.
다수의 상이한 콜라겐 드레싱이 이용가능하며, 이는 다양한 운반체/결합제, 예컨대 겔, 페이스트, 중합체, 산화 재생 셀룰로스(oxidized regenerated cellulose: ORC), 및 에틸렌 다이아민 테트라아세트산(EDTA)을 이용한다. 이들 제품 내의 콜라겐은 소, 돼지, 말, 또는 조류 공급원으로부터 유래하는 경향이 있으며, 이는 비항원성으로 만들기 위해 정제된다. 소정의 콜라겐 드레싱에서 콜라겐은 농도 및 유형이 다양할 수 있다. 특정 콜라겐 드레싱은 유형 I (천연) 콜라겐으로 구성되는 반면; 다른 콜라겐 드레싱은 또한 변성 콜라겐(젤라틴)을 함유한다. 소정의 콜라겐 드레싱은, 알긴산염, 및 흡수성, 유연성, 및 편안함을 향상시키고, 촉촉한 상처 환경을 유지하는 데 도움을 줄 수 있는 셀룰로스 유도체와 같은 성분을 함유할 수 있다.
연구는, 일부 콜라겐-기반 드레싱이 섬유아세포 생성에서 상당한 증가를 가져오고; 섬유아세포 침투를 촉진시키는 데 중요할 수 있는 친수성 특성을 가지며; 섬유아세포를 끌어당기고 세포의 유도된 이동을 야기함으로써 배향되고 조직화된 콜라겐 섬유의 침착을 향상시키고; 피브로넥틴의 흡수 및 생물학적 이용가능성에 도움을 주며; 백혈구, 대식세포, 섬유아세포, 및 상피세포를 보호하는 것을 돕고; 상처의 화학적 및 항온 미세환경의 유지를 돕는다는 것을 나타내었다. 여러 가지 콜라겐 드레싱의 작용 방식은 과량의 MMP의 억제 또는 불활성화를 포함한다. 언급한 바와 같이, 과량의 MMP는 상처 만성화의 주요 원인이다.
콜라겐 드레싱은 또한 다양한 기공 크기 및 표면적을 가진다. 이러한 모든 속성은 드레싱의 상처 관리 양태를 향상시키도록 고안되어 있다. 다수의 콜라겐 드레싱은 항균제를 함유하여 상처 내 병원균을 제어한다. 콜라겐 드레싱은 전형적으로 2차 드레싱을 필요로 한다.
NO는 신체의 다수의 조직과 기관에서 생성되는 휘발성 기체이며, 세포 간의 신호전달 메커니즘으로서 작용한다. NO는 다음을 비롯한 여러 가지 효과를 발휘한다:
· 혈관 확장.
· 혈관 신생의 자극.
· 면역 반응의 조절.
· 강력한 항균 활성.
최근, NO는 상처 치유에 있어서 중요한 분자로서 부상하였으며, 이때 NO 수준은 피부 손상 후 빠르게 증가하고 치유 과정이 진행됨에 따라 점차적으로 감소한다. 표제가 "산화질소-방출 나노입자는 섬유아세포 이동 및 콜라겐 침착을 촉진시킴으로써 상처 치유를 가속화한다(Nitric Oxide-Releasing Nanoparticles Accelerate Wound Healing by Promoting Fibroblast Migration and Collagen Deposition)"인 한(Han) G외 다수에 의한 연구(The American Journal of Pathology. 2012; Vol. 180, No. 4, April)에서, 저자는 마우스에서 상처 치유에 대한 신규한 NO-방출 나노입자 기술의 효과를 입증하였다. 결과는, NO-나노입자(NO-np)가 상처 치유를 상당히 가속화시킬 수 있다는 것을 나타내었다. 또한 NO-np가 상처 영역에서 백혈구 이동을 변형시키고 종양 성장 인자-β의 생성을 증가시킬 수 있었으며, 이는 추후 혈관 신생(혈류)을 촉진시켜 치유 과정을 향상시킨다는 것을 확인하였다. 저자는 또한, 인간 진피 섬유아세포를 사용하여, NO-np가 상처 조직에서 섬유아세포 이동 및 콜라겐 침착을 증가시킨다는 것을 입증하였다. 이러한 데이터는, NO-방출 나노입자가 다면발현성 방식으로 상처 치유를 조정하고 가속화하는 능력을 가진다는 것을 나타낸다.
NO-나노입자는 국소화된 NO 효과를 전달하는 것이 실현 가능해야 한다는 것을 입증하였지만, 상처 치료 장비를 개발하는 방법으로서 콜라겐-NO 스캐폴드를 형성하는 능력은 입증되지 않았다.
주로 표적 조직에 효과적으로 NO를 전달하고 또한 물질 중에 안정적인 형태로 NO를 저장할 수 있는 기술적 과제로 인하여, 현재까지 NO의 임상적 사용은 최소화되었다. NO의 추가적인 기술적 과제는 특정 용도에 있어서 정확한 속도(동역학)로 의료 장비로부터 분자를 방출할 수 있는 것을 포함한다.
당뇨병성 족부 궤양 상처에서, 연관된 만성 미생물 감염과 염증의 조합은 모세 혈관 파괴(혈류의 감소) 및 절단으로 이어질 수 있다. 당뇨병성 족부 궤양(diabetic foot ulcer: DFU)을 표적화하는 의료 장비는 다음을 수행하는 것이 바람직하다:
· 연관 감염을 감소하는 데 임상적 이익을 제공.
· 이환된 영역으로 혈류를 자극하는 능력을 제공.
· 상처 치유를 촉진.
· DFU의 치료를 위한 더 안전하고 더 효과적인 제품에 대한 시장 수요 증가를 충족.
본 발명은 외인성 NO를 전달하는 S-나이트로소 콜라겐, 특히 S-나이트로소 콜라겐 기반 스캐폴드, 예컨대 포유동물 또는 해양 공급원, 보다 바람직하게는 해파리로부터 유래된 S-나이트로소 콜라겐 I, II, III, IV, V, VI, IX, X 또는 XI 기반 스캐폴드의 개발을 통해 상기 개괄한 문제를 해결하고자 한다. 이러한 기술의 이익은 산화질소(NO)의 국소화되고 제어된 방출을 생성하여 혈류를 자극하는 것을 돕는 것 및 또한 DFU와 연관된 미생물 감염을 치료하는 것이다. 현재의 치료 전략은 DFU의 치료에서 차선책으로 입증되었으며, 이는 단기 및 장기 상처 관리 모두에 있어서 새로운 치료적 접근법 및 기술 개발에 초점을 맞추어야 할 필요가 있다.
본 발명은 S-나이트로소기를 포함하는 변형된 콜라겐의 합성을 수반하는 상처 치료를 위한 NO 방출 시스템을 제공한다.
싸이오나이트라이트라고도 불리는 S-나이드로소싸이올은 활성 산소 종에 의한 불활성화로부터 불안정한 NO 라디칼을 안정화시키고 따라서 상처 손상 부위로 산화질소를 전달하여 혈류의 증가 및 미생물 감염의 효과적인 치료를 야기함으로써 내피 유래 이완 인자(endothelium relaxing factor: EDRF)의 작용 메커니즘에서 운반체의 역할을 할 수 있다.
외인성 NO를 공급하는 능력은 신체의 자연 방어 및 신호전달 시스템을 회복시키기 때문에, 이러한 능력은 유리하다.
본 발명의 제1 양태에서, 적어도 다음 단계를 포함하는, 변형된 콜라겐을 생성하는 방법이 제공된다:
- S-S 결합을 포함하는 콜라겐을 제공하는 단계;
- S-S 결합을 포함하는 상기 콜라겐에서 S-S 결합의 환원에 의해 -SH기를 도입하여 -SH기를 포함하는 콜라겐 싸이올을 제공하는 단계;
- 콜라겐 싸이올의 -SH기를 나이트로소화하여 변형된 콜라겐, 즉 S-나이트로소기를 포함하는 상기 변형된 콜라겐을 제공하는 단계.
일 실시형태에서, 콜라겐은 바람직하게는 유형 I, II, III, IV, V, VI, IX, X 및 XI 중 하나 이상의 콜라겐이다. 또 다른 실시형태에서, 콜라겐은 유형 I, II, III, IV, V, VI, IX, X 및 XI 중 하나 이상의 콜라겐 이외의 콜라겐, 예컨대 유형 VII, VIII, XII, XIII, XIV, XV, XVI, XVII, XVIII, XIX, XX, XXI, XXII, XXIII, XXIV, XXV, XXVI, XXVII, XXVIII 및 XXIX 중 하나 이상의 콜라겐이다.
일 실시형태에서, 콜라겐은 바람직하게는 유형 I, II 및 V 중 하나 이상이다. 또 다른 실시형태에서, 콜라겐은 바람직하게는 유형 IV 및 XI 유사 물질 중 하나 이상이다.
일 실시형태에서, S-S 결합을 포함하는 콜라겐을 제공하는 단계는, 적어도 다음 단계를 포함한다:
- 라이신 잔기 및 하이드록시라이신 잔기 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 공급원 콜라겐을 제공하는 단계;
- 공급원 콜라겐을 이황화기를 포함하는 활성화된 다이카복실산 유도체와 반응시켜 활성화된 다이카복실산 유도체의 카보닐 작용기와 라이신 잔기 및 하이드록시라이신 잔기 중 하나 또는 둘 다의 ε-NH2기 사이에 아마이드 결합을 형성하고, 이에 의해 S-S 결합을 포함하는 콜라겐을 제공하는 단계.
또 다른 실시형태에서, 공급원 콜라겐은 유형 I, II, III, IV, V, VI, IX, X 및 XI 중 하나 이상이며, 상기 라이신 잔기 및 하이드록시라이신 잔기 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 공급원 콜라겐 및 S-S 결합을 포함하는 콜라겐은 S-S 결합을 포함하는 유형 I, II, III, IV, V, VI, IX, X 및 XI 중 하나 이상이다.
또 다른 실시형태에서, 공급원 콜라겐은 펩신 가용화 콜라겐 및 산 가용화 콜라겐 중 하나 또는 둘 다, 바람직하게는 펩신 가용화 콜라겐으로부터 선택된다.
또 다른 실시형태에서, 활성화된 다이카복실산 유도체는 하기 화학식의 화합물이다:
[화학식 I]
ZN-C(O)-R3-C(O)-NH-R1-S-S-R2-NH-C(O)-R3-C(O)-NZ
여기서, R1, R2 및 R3은 독립적으로 2가 연결기를 나타내고;
ZN은 함께 질소 함유 복소환기를 나타낸다.
또 다른 실시형태에서, 활성화된 다이카복실산 유도체는 하기 화합물을 포함한다:
[화학식 II]
또 다른 실시형태에서, S-S 결합을 포함하는 콜라겐을 제공하는 단계는, 적어도 다음 단계를 포함한다:
- 콜라겐-결합 단백질이 -SH기를 포함하는 시스테인 잔기를 포함하는, 콜라겐-결합 단백질을 제공하는 단계;
- 콜라겐-결합 단백질의 시스테인 잔기 -SH기를 광반응성 가교제와 반응시켜 -S-S 기를 포함하는 광반응성 가교제 변형된 콜라겐-결합 단백질을 제공하는 단계;
- 광반응성 가교제 변형된 콜라겐-결합 단백질을 콜라겐과 결합시켜 광반응성 가교제 변형된 콜라겐-결합 단백질 및 콜라겐의 복합체를 제공하는 단계
- 복합체를 전자기방사선으로 처리하여 광반응성 가교결합제와 콜라겐을 가교결합시켜 S-S를 포함하는 콜라겐을 제공하는 단계.
또 다른 실시형태에서, S-S 결합을 포함하는 콜라겐은 S-S 결합을 포함하는 유형 I, II, III, IV, V, VI, IX, X 및 XI 중 하나 이상이다.
또 다른 실시형태에서, 시스테인 잔기를 포함하는 콜라겐-결합 단백질을 제공하는 단계는 콜라겐-결합 단백질의 부위-특이적 돌연변이유발에 의해 수행된다.
또 다른 실시형태에서, 광반응성 가교제는 N-[4-(p-아지도살리실아미도)뷰틸]-3'-(2'피리딜다이싸이오) 프로피온아마이드(APDP)이고 전자기방사선은 자외 방사선이다.
또 다른 실시형태에서, S-나이트로소기는 변형된 콜라겐 상의 단백질 결합 부위 부근에 있다.
또 다른 실시형태에서, S-S 결합의 환원에 의해 상기 S-S 결합을 포함하는 콜라겐에서 -SH기를 도입하여 -SH기를 가지는 콜라겐 싸이올을 제공하는 단계는 다음을 포함한다:
- S-S 결합을 포함하는 콜라겐을 다이싸이오트레이톨과 반응시키는 단계.
또 다른 실시형태에서, -SH기의 나이트로소화는 다음 중 하나 이상을 포함한다:
- 콜라겐 싸이올의 -SH기를 산성화된 아질산염의 용액과 반응시키는 것;
- 콜라겐 싸이올의 -SH기를 기체 NO와 반응시키는 것; 및
- 콜라겐 싸이올의 -SH기를 S-나이트로소싸이올과 반응시키는 것.
또 다른 실시형태에서, -SH기의 나이트로소화는 킬레이트제, 예컨대 EDTA의 존재 하에 수행된다.
또 다른 실시형태에서, -SH기의 나이트로소화는 실온 미만, 예컨대 5℃ 미만의 온도, 바람직하게는 0℃ 미만의 온도에서 수행된다.
또 다른 실시형태에서, 방법은 다음 단계를 추가로 포함한다:
- 변형된 콜라겐을 유형 II 콜라겐, 유형 V 콜라겐 및 젤라틴 매트릭스를 포함하는 군 중 하나 이상에 혼입시키는 단계; 또는
- 변형된 콜라겐을 중합체, 바람직하게는 필름-형성 중합체, 막-형성 중합체, 하이드로겔-형성 중합체 또는 필름, 막, 하이드로겔 및 안정적인 겔 또는 막 기반 스캐폴드를 생성할 수 있는 다른 구조물을 제작할 수 있는 중합체 내로 혼입시키는 단계.
또 다른 실시형태에서, 콜라겐, 특히 유형 I, II, III, IV, V, VI, IX, X 및 XI 중 하나 이상의 콜라겐은, 포유동물 또는 비포유동물 공급원, 예컨대 천연 또는 GMO 공급원으로부터 유래된다.
또 다른 실시형태에서, 비포유동물 공급원은 해파리, 해양 무척추동물 및 어류로부터 선택되는 하나 이상이다.
또 다른 실시형태에서, 콜라겐, 예컨대 비포유동물 공급원으로부터 유래된 콜라겐은 아텔로콜라겐이다.
제2 양태에서, 제1 양태 또는 이의 실시형태의 방법에 의해 수득가능한 변형된 콜라겐이 제공된다.
제3 양태에서, S-나이트로소기를 포함하는 변형된 콜라겐이 제공된다.
일 실시형태에서, 변형된 콜라겐은 바람직하게는 유형 I, II, III, IV, V, VI, IX, X 및 XI 중 하나 이상의 콜라겐으로부터 유래된다. 또 다른 실시형태에서, 콜라겐은 유형 I, II, III, IV, V, VI, IX, X 및 XI 중 하나 이상의 콜라겐 이외의 콜라겐, 예컨대 유형 VII, VIII, XII, XIII, XIV, XV, XVI, XVII, XVIII, XIX, XX, XXI, XXII, XXIII, XXIV, XXV, XXVI, XXVII, XXVIII 및 XXIX 중 하나 이상의 콜라겐이다.
일 실시형태에서, 변형된 콜라겐은 포유동물 또는 비포유동물 공급원, 예컨대 천연 또는 GMO 공급원으로부터 유래된다.
또 다른 실시형태에서, 변형된 콜라겐이 유래된 비포유동물 공급원은 해파리, 해양 무척추동물 및 어류로부터 선택되는 하나 이상이다.
또 다른 실시형태에서, 변형된 콜라겐은 아텔로콜라겐으로부터 유래된다. 아텔로콜라겐은 공급원 콜라겐의 펩신 효소 분해로 생성될 수 있다.
또 다른 실시형태에서, S-나이트로소기를 포함하는 변형된 콜라겐은 화학식 IX의 라이신 또는 하이드록시라이신을 포함한다:
[화학식 IX]
여기서, R1 및 R3은 상기 정의된 바와 같고, 바람직하게는 독립적으로 에탄다이일 또는 프로판다이일기, 가장 바람직하게는 에탄다이일, 즉 -CH2CH2-를 나타내고;
R5는 H 또는 OH이며;
X는 OH기 또는 화학 결합으로부터 선택되고; Y는 H 또는 화학 결합으로부터 선택되되, 단 X 및 Y 중 하나 또는 둘 다는 변형된 콜라겐 내에서 펩타이드 결합을 형성하는 화학 결합이다.
제4 양태에서, 변형된 콜라겐은 약제로서 사용하기 위한 것이다.
일 실시형태에서, 변형된 콜라겐은 상처 치유에 사용하기 위한 것이다.
또 다른 실시형태에서, 상처 치유는 상처, 바람직하게는 궤양, 더 바람직하게는 당뇨병성 궤양, 특히 당뇨병성 족부 궤양의 치료이다.
제5 양태에서, 해파리로부터 유래된 유형 II 콜라겐, 해파리로부터 유래된 유형 V 콜라겐 및 젤라틴 매트릭스를 포함하는 군 중 하나 이상에 혼입된 변형된 콜라겐을 포함하는 제형화된 조성물을 포함하는 상처 드레싱이 제공된다.
제6 양태에서, 콘드로이틴, 히알루론산, 규소, 또는 상처 적용에 적용가능한 일부 다른 중합체 기반 기술로 구성된 중합체 기반 매트릭스 스캐폴드에 혼입된 변형된 콜라겐을 포함하는 제형화된 조성물을 포함하는 상처 드레싱이 제공된다.
상처 드레싱의 일 실시형태에서, 제형화된 조성물은 필름, 막 또는 하이드로겔 복합재이다.
상처 드레싱의 또 다른 실시형태에서, 상기 필름, 막 또는 하이드로겔 복합재는 5 내지 200 마이크로미터 범위의 두께를 가진다. 상기 필름, 막 또는 하이드로겔 복합재는 5 내지 1000 마이크로미터 범위의 두께를 가진다.
상처 드레싱의 또 다른 실시형태에서, 상기 필름, 막 또는 하이드로겔 복합재는, 바람직하게는 상처 드레싱의 형성 동안 멸균된다.
상처 드레싱의 또 다른 실시형태에서, 상기 필름, 막 또는 하이드로겔 복합재는 다공성 구조를 가진다.
상처 드레싱의 또 다른 실시형태에서, 상기 해파리로부터 유래된 콜라겐은 리조스토마 풀모(Rhizostoma pulmo) 해파리 조직을 포함한다.
상처 드레싱의 또 다른 실시형태에서, 상처 드레싱은 식품 등급 제제를 추가로 포함한다.
상처 드레싱의 또 다른 실시형태에서, 상처 드레싱은 의료 등급 제제를 추가로 포함한다.
상처 드레싱의 또 다른 실시형태에서, 상처 드레싱은, 특히 혈류 제어에 대하여, 향상된 혈관 확장 효과를 가진다.
상처 드레싱의 또 다른 실시형태에서, 상처 드레싱은 소독제로서 작용한다.
상처 드레싱의 또 다른 실시형태에서, 상처 드레싱은, 특히 박테리아, 효모, 진균 및 바이러스에 대하여, 항균 특성을 가진다.
제7 양태에서, 산성화된 아질산염으로부터 전달된 산화질소(NO)에 대한 노출, NO 기체에 대한 노출 및 S-나이트로소싸이올과의 반응 중 하나 이상을 포함하는 콜라겐 싸이올 내 -SH-함유 기의 S-나이트로소화 방법이 제공된다.
일 실시형태에서, 변형된 콜라겐은 과량의 S-나이트로소싸이올로 처리된다.
또 다른 실시형태에서, S-나이트로소싸이올은 S-나이트로소-글루타티온, S-나이트로소-N-아세틸페니실라민 및 S-나이트로소-시스테인을 포함하는 군으로부터 선택되는 하나 이상이다.
이제 본 발명의 실시형태는 단지 예로서 첨부된 도면을 참조하여 기재될 것이다:
도 1a)는 본 명세서에 개시된 방법에서 사용될 수 있는 광반응성 가교제인 N-[4-(p-아지도살리실아미도)뷰틸]-3'-(2'피리딜다이싸이오) 프로피온아마이드(APDP)의 구조.
도 1b)는 본 명세서에 개시된 바와 같이 설피드릴기를 콜라겐에 도입하는 한 가지 방법에 대한 도식.
도 2는 하기 실시예에서 상술된 바와 같이, 니트로소화제가 첨가되지 않은 대조군 샘플과 함께 니트로소제로 10분 처리한 후 S-H기를 포함하는 변형된 콜라겐의 290 내지 365㎚ 파장 범위에서의 흡수 스펙트럼.
이하의 상세한 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위하여 다수의 특정 세부사항이 제시된다. 당업자는, 본 발명의 실시형태가 청구범위의 범주 내에 여전히 남아있으면서 이러한 특정 세부 사항 없이 실시될 수 있음을 이해할 것이다.
유형 I 콜라겐은 진피 매트릭스의 가장 풍부한 구조 성분이며 이동하는 각질형성세포는 이 단백질과 상호작용할 가능성이 있다. (젤라틴의 형성을 통한) 콜라게나제는 콜라겐-풍부 매트릭스로부터 각질형성세포를 해리시키는 것을 돕고, 이에 의해 진피 및 잠정 매트릭스 상에서 효율적인 이동을 촉진시킬 수 있다.
세포 기능은 세포외 기질(ECM)에 의해 조절된다. ECM 거대 분자에 의해 제공되는 정보는 특수 세포 표면 수용체에 의해 처리되고 세포 내로 전달된다. 증거는, 수용체가 상처의 수축, 상피 세포의 이동, 콜라겐 침착, 및 매트릭스-분해 콜라게나제의 유도에서 주요 기능을 수행한다는 것을 입증한다. 각질형성세포가 변성 콜라겐(젤라틴)에 부착할 것이지만, 콜라게나제 생성은 이 기질에 반응하여 시작하지 않는다. 각질형성세포는 유형 I 콜라겐 기층 상에서 인식하고 이동하여 콜라게나제 생성을 향상시키는 것으로 알려져 있다. 그러므로 콜라겐은 상처 치유의 각 단계에서 중요한 역할을 한다.
본 발명은 S-나이트로소기를 포함하는 변형된 콜라겐을 생성하는 방법에 관한 것이다. 단백질에서 설피드릴(-SH) 기는 생리학적 조건 하에서 용이하게 형성되는 NO 및 S- 나이트로소-단백질과의 상호작용을 위한 환원된 싸이올의 풍부한 공급원을 나타낸다. 콜라겐 상에서 단백질-결합 부위를 결정하는 것에 대한 주요 한계는 이와 같은 설피드릴기를 도입하기 위한 유용한 방법의 부재이었다.
본 명세서에 기재된 변형된 콜라겐은, 본 명세서에서 "공급원" 콜라겐으로도 지칭되는 유형 I, II, III, IV, V, IX 및 X 중 하나 이상의 콜라겐으로부터 생성될 수 있다. 변형된 콜라겐은 포유동물 또는 비포유동물 공급원으로부터 유래된 콜라겐으로부터 생성될 수 있다. 바람직하게, 콜라겐이 포유동물 공급원으로부터 유래될 때, 콜라겐은 비인간 포유동물 공급원으로부터 유래된다. 비포유동물 공급원은 해파리, 해양 무척추동물 및 어류로부터 선택되는 하나 이상의 공급원일 수 있다. 변형된 콜라겐은 천연 또는 유전자 변형 생물체(GMO) 공급원으로부터 유래된 콜라겐으로부터 생성될 수 있다.
본 명세서에 기재된 방법의 제1 단계는 콜라겐이 S-S 결합을 포함하는 콜라겐을 제공하는 것을 포함한다. 바람직하게 콜라겐은 유형 I, II, III, IV, V, VI, IX, X 및 XI 중 하나 이상이다. 대안적으로, 콜라겐은 유형 I, II, III, IV, V, VI, IX, X 및 XI 중 하나 이상 이외의 콜라겐, 예컨대 유형 VII, VIII, XII, XIII, XIV, XV, XVI, XVII, XVIII, XIX, XX, XXI, XXII, XXIII, XXIV, XXV, XXVI, XXVII, XXVIII 및 XXIX 중 하나 이상의 콜라겐이다.
자연적으로 발생하는 콜라겐은 전형적으로 S-S 결합을 포함하지 않는다. 이황화기는 다수의 경로에 의해 콜라겐에 혼입될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, S-S 결합을 포함하는 콜라겐은 공급원 콜라겐을 제공함으로써 수득가능하며, 여기서 콜라겐은 라이신 잔기 및 하이드록시라이신 잔기 중 하나 또는 둘 다를 포함한다. 예를 들어, 공급원 콜라겐은 라이신 잔기 및 하이드록시라이신 잔기 중 하나 또는 둘 다를 가지는 유형 I, II, III, IV, V, VI, IX, X 및 XI 중 하나 이상의 콜라겐일 수 있다.
라이신 및 하이드록시라이신은 ε-아미노 기를 가지는 α-아미노산이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "잔기"는, 예를 들어 화학 반응 및 결합 형성에 의해 또 다른 기질에 혼입된 후 남아 있는 화학적 화합물의 일부를 말한다. 따라서, 아미노산 "잔기"는 폴리펩타이드에 존재하는 아미노산 단량체의 중합화 형태를 말한다. 콜라겐은 폴리펩타이드 사슬의 삼중-나선체로 형성되며, 상기 사슬 중 하나 이상은 일반적으로 라이신 잔기 및 하이드록시라이신 잔기 중 하나 또는 둘 다를 포함한다. 라이신은 포유동물 및 어류 콜라겐에서 10가지 가장 풍부한 아미노산 잔기 중 하나로서 존재한다. 콜라겐에서 라이신 잔기보다 4~5배 덜 풍부하지만, 하이드록시라이신 잔기도 또한 본 명세서에 개시된 방법에서 사용하기에 충분한 양으로 존재한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 바와 같은 처리 전에, 라이신 잔기 또는 하이드록시라이신 잔기를 포함하는 콜라겐은 화학식 XI의 잔기를 포함할 수 있다:
[화학식 XI]
여기서, R5는 H 또는 OH이다. R5가 H일 때, 라이신 잔기가 존재한다. R5가 OH일 때, 하이드록시라이신 잔기가 존재하며;
X는 OH기 또는 화학 결합으로부터 선택되고 Y는 H 또는 화학 결합으로부터 선택되되, 단 X 및 Y 중 하나 또는 둘 다는 콜라겐 내에서 펩타이드 결합을 형성하는 화학 결합이다. 변형된 콜라겐의 펩타이드 사슬 형성 부분은 화학식 XI에서 "[ ]"로 괄호 안에 나타내어져 있다. 예를 들어 X 및 Y 중 어느 것이 각각 OH 및 H인 경우, 잔기는 펩타이드의 말단 위치에 있을 수 있다. X 및 Y 둘 다 펩타이드 결합인 경우, 라이신 잔기는 콜라겐의 펩타이드 사슬 형성 부분 내에서 비말단이다.
라이신 잔기 및 하이드록시라이신 잔기 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 공급원 콜라겐은 바람직하게는 라이신 및 하이드록시라이신 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 가용화된 공급원 콜라겐이다. 가용화는 펩틴 분해 또는 산 분해에 의해 이루어져 라이신 및 하이드록시라이신 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 펩신 가용화된 공급원 콜라겐을 제공하거나 산 분해에 의해 이루어져 라이신 및 하이드록시라이신 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 산 가용화된 공급원 콜라겐을 제공할 수 있다.
라이신 잔기 및 하이드록시라이신 잔기 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 공급원 콜라겐, 예컨대 펩신 가용화된 또는 산 가용화된 공급원 콜라겐은, 이황화(즉, S-S) 기를 포함하는 활성화된 다이카복실산 유도체와 반응하여 S-S 결합을 포함하는 콜라겐, 예컨대, S-S 결합을 포함하는 유형 I, II, III, IV, V, VI, IX, X 및 XI 중 하나 이상의 콜라겐을 제공할 수 있다. 이 반응에서, 활성화된 다이카복실산 유도체의 카보닐 기는 콜라겐에 존재하는 라이신 잔기 또는 하이드록시라이신 잔기의 ε-아미노 기와 반응하여 아마이드 결합을 형성할 수 있다.
활성화된 다이카복실산 유도체는 바람직하게는 하기 화학식의 화합물이다:
[화학식 I]
ZN-C(O)-R3-C(O)-NH-R1-S-S-R2-NH-C(O)-R3-C(O)-NZ
여기서, R1, R2 및 R3은 독립적으로 2가 연결기, 바람직하게는 2가 유기 연결기, 더 바람직하게는 2가 탄화수소 연결기, 예컨대 1 내지 6개의 탄소 원자를 가지는 알칸다이일 기 또는 2 내지 6개의 탄소 원자를 가지는 알켄다이일 또는 알카인다이일 기를 나타낸다. 훨씬 더 바람직하게, R1, R2 및 R3은 독립적으로 에탄다이일 또는 프로판다이일기, 가장 바람직하게는 에탄다이일, 즉 -CH2CH2-를 나타낸다. R1, R2 및 R3 기는 독립적으로 1 내지 4개의 수소 원자를 하이드록실 기 또는 할로겐, 예컨대 F 또는 Cl로 대체함으로써 선택적으로 치환될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, R1 및 R2는 동일하고;
ZN은 함께 질소 함유 복소환기, 바람직하게는 복소환 고리에 5 내지 6개의 원자를 가지는 질소 함유 복소환기를 나타내며, 여기서 Z가 2개의 원자가가 질소에 결합된 2가 연결기를 나타내도록, N 원자는 화학식 I의 화합물의 카보닐 기에 직접 결합된다. Z가, 특히 2 내지 4개의 탄소 원자를 가지는, 알칸다이일, 알켄다이일 또는 알카인다이일을 나타낼 수 있도록, 복소환기는 포화 또는 불포화될 수 있다. Z는 선택적으로 O, S 및 N으로부터 선택되는 1 또는 2개의 헤테로원자를 포함할 수 있다.
더 바람직하게, ZN은 아릴 고리에 5 내지 6개의 원자를 가지는 질소 함유 헤테로아릴 기이며, 상기 아릴 고리의 1 내지 3개 원자는 O, N 및 S로부터 선택되는 헤테로원자이고, 이 중 적어도 1개는 화학식 I의 화합물의 카보닐 기에 직접 결합된 N이다. 훨씬 더 바람직하게, 헤테로아릴 기는 아릴 고리에 5 내지 6개의 원자를 가지고, 상기 아릴 고리의 2개 원자는 N이다. 대안적으로, ZN은 화학식 I의 화합물의 카보닐 기에 직접 결합된 1개의 N 원자를 가지는 복소환 고리에 5 내지 6개의 원자를 가지는 질소 함유 복소환기이며 Z는 α, ω-오가노다이온다이일이다. 예를 들어, α, ω-오가노다이온다이일은 -C(O)R4C(O)-로 나타내어질 수 있으며, 여기서 R4는 2 또는 3개의 탄소 원자를 가지는 알칸다이일 또는 알켄다이일이다.
ZN 기는 1 내지 4개 수소 원자를 하이드록실 기 또는 할로겐, 예컨대 F, Br 또는 Cl로 대체함으로써 또는 동일한 탄소에 결합된 2개의 수소 원자를 산소 원자로 대체함으로써 선택적으로 치환되어 카보닐 기를 형성할 수 있으며, 후자의 치환은 1회 또는 2회 일어날 수 있다.
가장 바람직하게, ZN 기는 다음과 같다:
1-이미다졸, 즉 , 또는 1-피롤리딘-2,5-다이온, 즉 .
바람직한 활성화된 다이카복실산 유도체는 다음으로부터 선택될 수 있다:
[화학식 II]
[화학식 III]
.
활성화된 다이카복실산 유도체(I)는 2개의 단계로 합성될 수 있다. 먼저, 화학식 IV의 다이아미노 다이설파이드는 적어도 2몰 당량의 화학식 V의 다이카복실산 무수물과 반응하여 화학식 VI의 다이카복실산 다이아마이드를 제공할 수 있다:
여기서, R1, R2 및 R3은 상기 정의된 바와 같다. R1 및 R2가 동일할 때, 화학식 IV의 다이아미노 다이설파이드는 대칭형의 활성화된 다이카복실산 유도체(I)를 생성할 대칭형 분자임이 명백할 것이다.
제1 반응 단계는 용매, 예컨대 물 중에 화학식 IV의 다이아미노 다이설파이드를 용해시키고, 화학식 V의 다이카복실산 무수물을 첨가함으로써 수행될 수 있다. 산 무수물의 첨가 이전에 염기가 첨가될 수 있도록, 상기 반응은 염기성 조건 하에서 수행되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 수성 수산화나트륨을 첨가하여 pH를 10으로 조정할 수 있다. 다이카복실산 무수물의 첨가 후, pH를 감소시킬 수 있고, 추가 염기의 첨가에 의한 반응 동안 pH를 7 내지 10의 범위로 유지하는 것이 바람직하다. 반응은 교반 하에 실온에서 수행될 수 있으며 30분 내지 2시간 이내에 완료될 수 있다. 화학식 VI의 다이카복실산 다이아마이드 생성물은, 산, 예컨대 수성 염산의 첨가에 의해, pH를 낮춤으로써, 예를 들어 pH를 1로 낮춤으로써 침전될 수 있다. 침전된 다이카복실산 다이아마이드(VI)를 여과에 의해 단리하고, 물로 세척한 다음, 감압 하에서 건조시킬 수 있다.
합성의 제2 단계에서, 다이카복실산 다이아마이드(VI)는 질소 함유 복소환 화합물의 첨가에 의해 활성화되어 활성화된 다이카복실산 유도체(I)를 제공한다:
HO-C(O)-R3-C(O)-NH-R1-S-S-R2-NH-C(O)-R3-C(O)-OH (VI) →
ZN-C(O)-R3-C(O)-NH-R1-S-S-R2-NH-C(O)-R3-C(O)-NZ (I)
여기서, R1, R2, R3 및 NZ는 상기 정의된 바와 같다.
일 실시형태에서, 질소 함유 복소환 화합물은 카보디이미드, 예컨대 화학식 VII의 화합물일 수 있다:
[화학식 VII]
여기서, Z는 상기 정의된 바와 같다. 바람직하게, ZN은 함께 아릴 고리에 5 내지 6개의 원자를 가지는 질소 함유 복소환기이며, 상기 아릴 고리 중 1 내지 3개의 원자는 O, N 및 S로부터 선택되는 헤테로원자이고, 이 중 적어도 1개는 N이다. 카보디이미드(VII)는 더 바람직하게는 1,1'-카보닐-다이이미다졸 등이다.
다이카복실산 다이아마이드(VI)의 몰 당 적어도 2몰 당량의 카보디이미드가 사용되어야 한다. 이론적으로, 반응은, 다이카복신산 다이아마이드(VI)의 몰 당, 2몰 당량의 이산화탄소 및 2몰 당량의 이미다졸을 생성할 것이다. 이산화탄소 기체의 발생은, 반응이 진행되고 있음을 나타낸다. 반응은 감압 하에서 수행될 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 질소 함유 복소환 화합물은 화학식 VIII의 N-하이드록시 복소환 화합물일 수 있다:
[화학식 VIII]
여기서, ZN은 함께 복소환 고리에 5 내지 6개의 원자를 가지는 질소 함유 복소환기이며, 상기 복소환 고리 중 1개는 N이고 Z는 α, ω-오가노다이온다이일이다. 예를 들어, α, ω-오가노다이온다이일은 -C(O)R4C(O)-로 나타내어질 수 있으며, 여기서 R4는 2 또는 3개의 탄소 원자를 가지는 알칸다이일 또는 알켄다이일이다. N-하이드록시 복소환 화합물(VIII)은 가장 바람직하게는 N-하이드록시 석신이미드이다.
제2 반응 단계는 용매, 예컨대 무수물 다이메틸폼아마이드 중에 다이카복실산 다이아마이드(VI)를 용해시킨 다음 질소 함유 복소환 화합물(VII 또는 VIII)을 첨가함으로써 수행될 수 있다. 활성화된 다이카복실산 유도체(I)는 용액으로부터 침전된다. 생성물을 여과에 의해 수집하고, 무수물 에틸 아세테이트로 세척한 다음, 감압 하에서 건조시킬 수 있다.
본 발명의 제1 단계로 돌아가면, 라이신 잔기 및 하이드록시라이신 잔기 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 공급원 콜라겐은 이황화기를 포함하는 활성화된 다이카복실산 유도체, 예컨대 화학식 I의 활성화된 다이카복실산 유도체와 반응하여 S-S 결합을 포함하는 콜라겐, 예컨대, S-S 결합을 포함하는 유형 I, II, III, IV, V, VI, IX, X 및 XI 중 하나 이상의 콜라겐을 제공할 수 있다. 이 반응에서, 활성화된 다이카복실산 유도체의 카보닐 기는 콜라겐에 존재하는 라이신 잔기 또는 하이드록시라이신 잔기의 ε-아미노 기와 반응하여, 이에 의해 이황화기를 혼입시킬 수 있다. 반응은 다음과 같이 나타내어질 수 있다:
ZN-C(O)-R3-C(O)-NH-R1-S-S-R2-NH-C(O)-R3-C(O)-NZ(I) + 콜라겐-NH2
ZN-C(O)-R3-C(O)-NH-R1-S-S-R2-NH-C(O)-R3-C(O)-NH-콜라겐 + HNZ
이 반응은 활성화된 다이카복실산 유도체의 활성화된 카복실기 둘 다가 콜라겐, 특히 상이한 콜라겐 삼중 나선체 또는 피브릴과 반응할 때 가교결합된 콜라겐을 계속 제공할 수 있다:
ZN-C(O)-R3-C(O)-NH-R1-S-S-R2-NH-C(O)-R3-C(O)-NH-콜라겐 + 콜라겐-NH2
콜라겐-HN-C(O)-R3-C(O)-NH-R1-S-S-R2-NH-C(O)-R3-C(O)-NH-콜라겐 + HNZ
반응은 용매 중에 공급원 콜라겐을 용해시킴으로써 수행될 수 있다. 공급원 콜라겐의 용해는 2 단계 과정으로 수행될 수 있다. 제1 단계에서, 공급원 콜라겐은 메탄올과 혼합될 수 있다. 제2 단계에서, 극성 비양자성 용매가 첨가된다. 예를 들어, 공급원 콜라겐은 메탄올과 다이메틸설폭사이드의 혼합물에 첨가되고, 팽윤될 수 있다. 공급원 콜라겐의 용해가 완료될 때까지 교반하면서 추가적인 다이메틸설폭사이드가 첨가될 수 있다. 그 다음, 메탄올은 감압 하에서 증발에 의해 용액으로부터 제거될 수 있다. 이러한 가용화 과정은 아텔로콜라겐 및 텔로콜라겐 둘 다를 이용하여 사용될 수 있다.
그 다음, 활성화된 다이카복실산 유도체는 용매, 특히 무수물 극성 비양자성 용매, 예컨대 다이메틸설폭사이드 중에 용해될 수 있다. 화학식 I의 활성화된 다이카복실산 유도체는 물에 민감하게 때문에, 콜라겐과의 반응은 바람직하게는 무수 극성 비양자성 용매, 예컨대 다이메틸설폭사이드 중에서 수행된다. 그 다음, 용매 중에 용해된 활성화된 다이카복실산 유도체는 공급원 콜라겐 용액에 첨가된다. 활성화된 다이카복실산 유도체의 카보닐 기는 공급원 콜라겐에 존재하는 라이신 잔기 또는 하이드록시라이신 잔기의 ε-아미노 기와 반응하여 아마이드 결합을 형성할 수 있다.
겔이 형성될 때까지, 혼합물은 실온, 예를 들어 22℃에서 교반될 수 있다. 그 다음, 겔을 함유하는 혼합물은, 예를 들어 12 내지 18시간 동안 건드리지 않은 상태로 둘 수 있다. 그 다음, 다이메틸설폭사이드는 과량의 아세톤과 배합하고, 디캔테이션에 의해 콜라겐 겔을 수집한 다음, 추가 아세톤과 재배합합으로써 겔로부터 추출될 수 있다. 그 다음, 혼합물을, 예를 들어 0.5 내지 1시간 동안 교반하고 이어서 여과에 의해 콜라겐을 단리하며, 아세톤으로 세척한 다음, 물-에탄올(30:70 v/v)로 세척하고, 에탄올로 탈수시킬 수 있다. 이에 의해 S-S 결합을 포함하는 콜라겐, 예컨대, S-S 결합을 포함하는 유형 I, II, III, IV, V, IX 및 X 중 하나 이상의 콜라겐이 제공된다.
대안적인 실시형태에서, S-S 결합을 포함하는 콜라겐은, 콜라겐-결합 단백질을 변형하여 이황화기를 포함하는 광반응성 가교제를 포함하고, 이를 공급원 콜라겐과 결합시켜 복합체를 제공하며, 광반응성 가교제를 가교결합시키는 복합체를 방사선 처리하여 이황화기를 콜라겐에 혼입시킴으로써 제공될 수 있다. 예를 들어, S-S 결합을 포함하는 콜라겐은 S-S 결합을 포함하는 유형 I, II, III, IV, V, VI, IX, X 및 XI 중 하나 이상의 콜라겐일 수 있고, 유형 I, II, III, IV, V, VI, IX, X 및 XI 중 하나 이상의 공급원 콜라겐으로부터 생성될 수 있다.
이 경로는 콜라겐에서 싸이올 기의 형성을 가능하게 하는 부위-특이적 광-가교결합 전략을 사용함으로써 콜라겐 상에 단백질-결합 부위를 형성한다. 이는 부위-특이적 돌연변이유발에 의해 콜라겐-결합 단백질 내로 시스테인 잔기의 도입을 수반한다. 광반응성 가교제, 바람직하게는 APDP는 단백질 상 시스테인 -SH기에 도이보딜 수 있다. APDP-변형 단백질 및 콜라겐의 복합체는 자외선(uv) 조사에 의해 가교결합될 수 있다. 그 다음, 이황화 가교결합은 환원에 의해 절단될 수 있으며, -SH기는 콜라겐 상에 생성되어 추후 S-나이트로소화를 가능하게 한다.
제1 단계에서, 도 1b)의 단계 a에 나타낸 바와 같이, 시스테인 잔기를 포함하는 콜라겐-결합 단백질이 제공된다. 시스테인 잔기는 가교제와의 반응에 필요한 설피드릴기를 포함하기 때문에 시스테인 잔기는 필수적이다. 콜라겐-결합 단백질은, 예를 들어 색소 상피-유래 인자(pigment epithelium-derived factor; PEDF)일 수 있다. PEDF는 문헌[Biochemistry, 2003, 42, pages 3160-3167]에 개시된 바와 같이 야스이(Yasui)외 다수에 의해 확인된 콜라겐 결합 부위를 가지는 공지된 항-혈관 신생/신경영양성 인자이다.
필요한 경우, 시스테인은 이미 존재하지 않거나 콜라겐-결합 단백질이 충분한 시스테인을 함유하지 않는 경우 콜라겐-결합 단백질에 혼입될 수 있다. 시스테인 치환은, 예를 들어 콜라겐 결합 부위가 국소화된 경우(F383) 부위-특이적 돌연변이유발을 통해 그리고 상기 부위의 반대 표면(Y211) 상에서 이루어질 수 있다. 이와 같은 부위-특이적 돌연변이유발을 수행히기 위한 방법은 문헌[J. D. J. Biol . Chem. 2002, 277, 4223-4231] 및 [R. R. Biochemistry 1992, 31, 9526-9532]에서 확인된다.
그 다음, 도 1b)의 단계 b에 나타낸 바와 같이, 시스테인 치환의 결과로서 도입된 설피드릴기는 광반응성 가교제와 반응될 수 있다. 광반응성 가교제는 2작용성이어야 한다. 특히, 광반응성 가교제는 설피드릴기와 반응할 수 있는 작용기를 포함하여 이황화 결합을 생성하여야 한다. 하나의 이와 같은 적합한 작용기는 피리딜-다이싸이오 기, 즉 C5NH5-S-S-, 특히 2-피리딜 다이싸이오이다. 광반응성 가교제는 또한 광-조사 하에서 콜라겐과 가교결합할 수 있는 작용기를 포함하여야 한다. 하나의 이와 같은 적합한 작용기는 아지드기, 특히 아릴 아지드 기, 예컨대 페닐아지드, 특히 파라-C6H4-N3이다.
N-[4-(p-아지도살리실아미도)뷰틸]-3'-(2'피리딜다이싸이오) 프로피온아마이드(APDP)는 바람직한 광반응성 가교제의 한 예이고, 이의 구조는 도 1a)에 나타내어져 있다. APDP의 이황화기는 시스테인의 설피드릴기와 반응하여 시스테인과 광반응성 가교제 사이에 이황화 결합을 생성할 수 있으며, 이에 의해 S-S 기를 포함하는 광반응성 가교제 변형된 콜라겐 결합 단백질을 제공할 수 있다. 2-피리딜 싸이온은 이 반응의 일부로서 이탈기로서 유리된다.
그 다음, 도 1b)의 단계 c에 나타낸 바와 같이, 광반응성 가교제 변형된 콜라겐-결합 단백질은 콜라겐, 예컨대 유형 I, II, III, IV, V, VI, IX, X 및 XI 중 하나 이상의 콜라겐과 결합하여, 광반응성 가교제 변형된 콜라겐-결합 단백질 및 콜라겐의 복합체를 제공할 수 있다. 이 단계에서, 광반응성 가교제 변형된 콜라겐-결합 단백질은 콜라겐의 단백질 결합 부위에 결합하여 복합체를 형성한다. 그 다음, 광반응성 가교제 변형된 콜라겐-결합 단백질 및 콜라겐의 복합체는, 예를 들어 uv 광으로 조사될 수 있다. 도 1b)의 단계 d에 나타낸 바와 같이, 조사는 광반응성 가교제 상에 존재하는 가교결합할 수 있는 작용기를 야기하여 복합체에서 인접 콜라겐과 공유 결합을 형성한다. 예를 들어, 가교결합할 수 있는 작용기가 페닐 아지드일 때, 250 내지 280 ㎚ 범위의 파장에서의 조사는 니트렌을 생성할 것이며, 그 다음 니트렌은 친핵성 또는 활성 수소기, 예컨대 콜라겐 상의 C-H 또는 C-NH2를 공격하여 C-H 또는 N-H 결합을 가로질러 삽입함으로써 가교결합을 생성할 수 있다. 이러한 방법으로, S-S 기를 포함하는 광반응성 가교제 변형된 콜라겐 결합 단백질은 콜라겐에 혼입되어 S-S 결합을 포함하는 콜라겐을 제공한다. 이황화기는 이러한 경로에 의해 콜라겐 단백질 결합 부위의 부근에 제공될 것임이 명백할 것이다.
그 다음, 설피드릴기는 상기 논의된 방법 중 하나에 의해, 즉 활성화된 다이카복실산 유도체 또는 광반응성 가교제 방법을 사용하여 제공될 수 있는 S-S 결합을 포함하는 콜라겐에 도입될 수 있다. S-S 결합을 포함하는 콜라겐은, 예를 들어 도 1b)의 단계 e에 나타낸 바와 같이, 적합한 환원제와 반응될 수 있다. 환원제는 이황화 결합을 2개의 설피드릴기로 환원시키고, 이에 의해 이황화기가 위치하는 활성화된 다이카복실산 유도체 잔기 또는 광반응성 가교제 잔기를 절단한다. 이와 같은 환원은 2개의 순차적인 싸이올-이황화 교환 반응에 의해 진행되어, 이황화기의 환원이 일어나서 설피드릴(-SH) 기를 포함하는 콜라겐을 생성한다.
적합한 환원제는, 예를 들어 다이싸이오트레이톨(DTT), (2S)-2-아미노-1,4-다이머캅토부탄(DTBA) 및 트리스(2-카복시에틸) 포스핀 HCl(TCEP 하이드로클로라이드)을 포함한다. 다이싸이오트레이톨은 바람직한 환원제이다.
환원 단계는 S-S 결합을 포함하는 콜라겐을, 7.5 내지 9.5의 범위, 더 바람직하게는 약 8 내지 9.5, 바람직하게는 약 8.0의 pH에서 완충 용액, 예컨대 글리신/수산화나트륨 완충 용액에 첨가함으로써 수행될 수 있다. S-S 결합을 포함하는 콜라겐은 본질적으로 산성일 수 있고, 그렇다면 염기, 예컨대 수산화나트륨을 이용한 중화가 필요할 수 있다.
바람직하게, 동일한 완충액에서 이황화기의 몰 당 적어도 2몰 당량의 DTT 환원제가 첨가될 수 있고 반응은 30℃에서 2 내지 6시간 동안 진행될 수 있다. 반응 완료 후, 액체의 pH는, 예를 들어 HCl을 사용하여, 2로 감소될 수 있다. 그 다음, 혼합물을 묽은 HCl 용액으로 투석하고, 원심분리한 다음 동결건조시켜 -SH기를 가지는 콜라겐 싸이올을 제공할 수 있다.
환원은 콜라겐 사슬의 경미한 분해를 야기할 수 있다. 따라서, 더 짧은 반응 시간, 더 낮은 pH 및 더 낮은 온도는 모두 임의의 분해를 최소화시키기 위해 사용될 수 있다.
광반응성 가교제 변형된 콜라겐-결합 단백질을 사용하여 S-S 결합을 포함하는 콜라겐이 제공될 때, 변형된 콜라겐-결합 단백질은 도 1b)의 단계 d에 나타낸 바와 같이 콜라겐 싸이올을 형성하는 단계 이전에 광반응성 가교제를 통해 콜라겐에 여전히 부착될 것임이 명백할 것이다. S-S 결합의 환원은 광반응성 가교제의 S-S 결합을 절단할 것이다.
공급원 콜라겐이 라이신 잔기 및 하이드록시라이신 잔기 중 하나 또는 둘 다를 포함할 때, 화학식 X의 라이신 잔기 또는 하이드록시라이신 잔기를 포함하는 콜라겐 싸이올이 제공된다:
[화학식 X]
여기서, R1, R3 및 R5는 상기 정의된 바와 같다. 예를 들어, R1 및 R3은 독립적으로 2가 연결기, 바람직하게는 2가 유기 연결기, 더 바람직하게는 2가 탄화수소 연결기, 예컨대 1 내지 6개의 탄소 원자를 가지는 알칸다이일 기 또는 2 내지 6개의 탄소 원자를 가지는 알켄다이일 또는 알카인다이일 기로부터 선택된다. 훨씬 더 바람직하게, R1 및 R3은 독립적으로 에탄다이일 또는 프로판다이일기, 가장 바람직하게는 에탄다이일, 즉 -CH2CH2-를 나타낸다. 아미노산 잔기가 라이신 잔기일 때 R5는 H이다. 아미노산 잔기가 하이드록시라이신 잔기일 때 R5는 OH이고;
X는 OH기 또는 화학 결합으로부터 선택되며 Y는 H 및 화학 결합으로부터 선택되되, 단 X 및 Y 중 하나 또는 둘 다는 콜라겐 내에서 펩타이드 결합을 형성하는 화학 결합이다. 변형된 콜라겐의 펩타이드 사슬 형성 부분은 화학식 X에서 "[ ]"로 괄호 안에 나타내어져 있다. 예를 들어 X 및 Y 중 어느 것이 각각 OH 및 H인 경우, 잔기는 펩타이드의 말단 위치에 있을 수 있다. X 및 Y 둘 다 펩타이드 결합인 경우, 라이신 잔기는 콜라겐의 펩타이드 사슬 형성 부분 내에서 비말단이다.
그 다음, 도 1b)의 단계 f에 나타낸 바와 같이, -SH기를 가지는 콜라겐 싸이올은 나이트로소화되어, S-나이트로소기를 포함하는 변형된 콜라겐을 제공할 수 있다. S-나이트로소화는 단백질의 S-나이트로소화에 대해 당업계에 공지된 임의의 기법에 의해 수행될 수 있다. 나이트로소화는 S-나이트로소기 생성물을 포함하는 콜라겐의 안정성을 개선시키기 위하여, 예를 들어 S-나이트로소기의 분해를 촉진시키는 전이 금속 이온의 존재를 제거함으로써, 킬레이트제, 예컨대 EDTA의 존재 하에 수행되는 것이 바람직하다. 나이트로소화는, S-나이트로소 생성물의 임의의 분해를 최소화하기 위하여, 실온 미만, 예컨대 5℃ 미만의 온도, 더 바람직하게는 0℃ 미만의 온도에서 수행되는 것이 더 바람직하다.
예를 들어, 콜라겐 싸이올은 산성화된 아질산염의 수용액과 반응할 수 있다. 아질산염은 알칼리 금속 아질산염, 예컨대 아질산나트륨 또는 아질산칼륨, 바람직하게는 아질산나트륨일 수 있다. 산성화는 완충액, 예컨대 인산완충생리식염수를 사용하여 수행될 수 있다. 나이트로소화 반응이 진행됨에 따라, 수소 이온은 유리되어, 완충액에 의해 안정화되는 용액의 산도가 증가하게 된다. 산성화될 때, 아질산염의 희석 용액은 설피드릴기와 반응하는 유리 아질산을 생성하여 콜라겐 상에 S-나이트로소기를 형성하고 부산물로서 물을 생성할 수 있다. 이와 같은 반응은 1983년 표제가 '설피드릴-기 상에서 아질산염 작용에 의한 S-나이트로싸이올 형성 정도의 분광 평가(Spectroscopic Estimation of the Extent of S-Nitrosothiol Formation by Nitrite Action on Sulfhydryl-Groups)'인 논문(Journal of Agricultural and Food Chemistry 31: 523-527)에서 바일러(Byler) D M, 고세르(Gosser) D K, 수시(Susi) H에 의해 개시되어 있다. 1994년 윈크(Wink) D A, 님스(Nims) R W, 다비셔(Darbyshire) J F외 다수는 문헌[Chemical Research in Toxicology 7: 519-525]에서 '중성 pH에서 호기성 산화질소 용액 중 시스테인 및 글루타티온의 나이트로소화에 대한 반응-동역학 - NO/O-2 반응에서 생성된 중간체의 운명 및 생리학적-효과에 대한 통찰(Reaction-Kinetics for Nitrosation of Cysteine and Glutathione in Aerobic Nitric-Oxide Solutions at Neutral pH - Insights into the Fate and Physiological-Effects of Intermediates Generated in the NO/O-2 Reaction)'을 조사하였다.
대안적으로, 콜라겐 싸이올은 기체 NO와 반응할 수 있다. 이는 용매 중에서 콜라겐 싸이올을 통해 기체 NO를 버블링시킴으로써 이루어질 수 있다. 콜라겐 싸이올은 또한 S-나이트로소싸이올과 반응할 수 있다. 바람직하게, S-나이트로소싸이올은 상대적으로 불안정하고 저분자량이며, 예컨대 기체 화합물이다. 더 바람직하게, S-나이트로소싸이올은 S-나이트로소-글루타티온, S-나이트로소-N-아세틸페니실라민 및 S-나이트로소-시스테인을 포함하는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물이다. S-나이트로소싸이올과의 반응은 투석 백 중에서 수행될 수 있으며, 저분자량 시약 및 생성물은 투석되어 S-나이트로소화된 콜라겐을 남길 수 있다.
S-NO 비흡광 피크가 uv-가시광선 스펙트럼에서 330 내지 340 ㎚의 범위, 예컨대 339 ㎚ 및 540 내지 600 ㎚의 범위, 예컨대 545 ㎚에서 존재하기 때문에 나이트로소화 반응은 분광광도법으로 모니터링할 수 있다. 흡수 피크는 S-나이트로소싸이올로부터 NO를 방출하는 것으로 공지된, Cu+ 이온의 존재 및 부재 하에 모니터링할 수 있다. NO(NO 전극에 의함)의 생성 및 330 내지 340 ㎚의 범위, 예컨대 λ=339 ㎚에서 흡광도의 감소 둘 다 S-나이트로소 콜라겐으로부터 NO 방출의 성공적인 생성을 나타낸다.
유사하게, 1480 내지 1530 ㎝-1의 범위에서 비흡광 피크는 적외선 스펙트럼에서 S-나이트로소싸이올의 N=O 결합의 신축 진동을 나타낸다. 600 내지 730 ㎝-1의 범위에서 제2 흡수 피크는 S-나이트로소싸이올에서 C-S 결합의 진동 특징이다. 공급원 콜라겐이 라이신 잔기 및 하이드록시라이신 잔기 중 하나 또는 둘 다를 포함할 때, 화학식 IX의 라이신 잔기 또는 하이드록시라이신 잔기를 포함하는 변형된 콜라겐이 제공된다:
[화학식 IX]
여기서, R1, R3 및 R5는 상기 정의된 바와 같다. 예를 들어, R1 및 R3은 독립적으로 2가 연결기, 바람직하게는 2가 유기 연결기, 더 바람직하게는 2가 탄화수소 연결기, 예컨대 1 내지 6개의 탄소 원자를 가지는 알칸다이일 기 또는 2 내지 6개의 탄소 원자를 가지는 알켄다이일 또는 알카인다이일 기로부터 선택된다. 훨씬 더 바람직하게, R1 및 R3은 독립적으로 에탄다이일 또는 프로판다이일기, 가장 바람직하게는 에탄다이일, 즉 -CH2CH2-를 나타낸다. 아미노산 잔기가 라이신 잔기일 때 R5는 H이다. 아미노산 잔기가 하이드록시라이신 잔기일 때 R5는 OH이고;
X는 OH기 또는 화학 결합으로부터 선택되며 Y는 H 및 화학 결합으로부터 선택되되, 단 X 및 Y 중 하나 또는 둘 다는 콜라겐 내에서 펩타이드 결합을 형성하는 화학 결합이다. 변형된 콜라겐의 펩타이드 사슬 형성 부분은 화학식 X에서 "[ ]"로 괄호 안에 나타내어져 있다. 예를 들어 X 및 Y 중 어느 것이 각각 OH 및 H인 경우, 잔기는 펩타이드의 말단 위치에 있을 수 있다. X 및 Y 둘 다 펩타이드 결합인 경우, 라이신 잔기는 변형된 콜라겐의 펩타이드 사슬 형성 부분 내에서 비말단이다.
변형된 콜라겐은 S-나이트로소기, 예컨대 상기 논의된 것을 포함하는 라이신 잔기 또는 하이드록시라이신 잔기를 포함할 때, 예를 들어 분해에 대한 S-나이트로소기의 안정성이 개선된, 화학식 IX의 잔기를 포함하는 변형된 콜라겐이 관찰된다. 예를 들어, S-나이트로소기를 포함하는 라이신 잔기 또는 하이드록시라이신 잔기를 포함하는 변형된 콜라겐은 S-나이트로소기를 포함하는 시스테인 잔기에 비하여 대략 10배의 안정성 증가를 나타낸다.
S-나이트로소기 생성물을 포함하는 변형된 콜라겐은, 예를 들어 투석에 의해 정제될 수 있다. 변형된 콜라겐은 수 중 에틸렌 다이아민 테트라아세트산(EDTA)을 포함하는 인산 완충액에 대하여 투석되는 것이 바람직하다.
또 다른 실시형태에서, 본 명세서에 기재된 변형된 콜라겐은 유형 II 콜라겐, 유형 V 콜라겐 및 젤라틴 매트릭스를 포함하는 군 중 하나 이상에 혼입될 수 있다. 바람직하게, 콜라겐은 해파리, 예컨대 리조스토마 풀모 해파리 조직, 즉 바렐(Barrel) 해파리로부터 유래된다.
본 명세서에 기재된 변형된 콜라겐은 약제로서 사용될 수 있다.
일 실시형태에서, 변형된 콜라겐은 상처 치유에 사용하기 위한 것이다. 따라서, 또한 적어도 본 명세서에 기재된 바와 같은 변형된 콜라겐을 상처에 부착시키는 단계를 포함하는, 개체에서의 상처 치료 방법이 본 명세서에 개시되어 있다. 변형된 콜라겐은, 예를 들어 상처 드레싱, 접착, 봉합 등의 일부로서 결합과 같은 임의의 통상적인 수단에 의해 부착될 수 있다. 상처는 궤양, 예컨대 당뇨병성 궤양, 예를 들어 당뇨병성 족부 궤양일 수 있다.
유익한 임상적 효과를 지원하기 위해 NO의 국소화되고 제어된 방출의 최대 전달을 위한 변형된 콜라겐의 제형은 겔 매트릭스(예를 들어, 세포외 기질) 형태로 전달되거나 더 바람직하게는 콜라겐, 젤라틴, 히알루론산, 폴리메틸셀룰로스, 알긴산염, 알긴산 및 실리콘 기반 물질 중 하나 이상으로 제조되거나 이로 구성된 임의의 적합한 중합체 물질 내로 제형화될 수 있다.
또한 해파리로부터 유래된 유형 II 콜라겐, 해파리로부터 유래한 유형 V 콜라겐 및 젤라틴 매트릭스를 포함하는 군 중 하나 이상에 혼입된 본 명세서에 기재된 변형된 콜라겐을 포함하는 제형화된 조성물을 포함하는 상처 드레싱이 제공된다. 바람직하게, 콜라겐이 해파리로부터 유래된 때, 이는 리조스토마 풀모 해파리 조직, 즉 바렐 해파리로부터 유래된다.
상처 드레싱의 제형화된 조성물은 필름, 막 또는 하이드로겔 복합재일 수 있다. 상기 필름, 막 또는 하이드로겔 복합재는 5 내지 1000 마이크로미터 범위의 두께를 가진다. 바람직하게, 상처 드레싱은 5 내지 200 마이크로미터 범위의 두께를 가진다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 용어 '두께'는 상처 드레싱의 가장 작은 치수를 말한다.
상처 드레싱은 식품 등급 제제를 추가로 포함할 수 있다.
상처 드레싱은 의료 등급 제제를 추가로 포함할 수 있다.
필름, 막 또는 하이드로겔 복합재는, 바람직하게는 상처 드레싱의 형성 동안, 멸균되는 것이 바람직하다. 멸균은, 예컨대 0.22 ㎛ 내지 0.45 ㎛ 범위의 필터를 이용한 필터 멸균을 사용하여 또는 에틸렌옥사이드(EtO)를 이용한 처리 또는 감마선 조사에 의해 이루어질 수 있다.
상처 드레싱은 바람직하게는 실온 미만, 바람직하게는 4℃ 미만의 온도에서 저장된다. 상처 드레싱은 바람직하게는 무수 조건 하에서 저장된다. 상처 드레싱은 바람직하게는 불활성 분위기 하에서, 예컨대 질소 하에서 저장된다. 이러한 단계는 S-나이트로소기의 분해를 최소화한다.
본 명세서에 개시된 상처 드레싱은 변형된 콜라겐의 S-나이트로소기의 존재로 인하여 혈류 제어에 대하여 향상된 혈관 확장 효과를 제공한다. S-나이트로소기는 생리학적 조건 하에서 산화질소를 방출할 수 있다. 산화질소는 혈관 확장 효과를 제공하는 것으로 알려져 있다.
또 다른 실시형태에서, 상처 드레싱은 효과적인 소독제로서 작용한다. 내인적으로 생성된 산화질소는 신체의 천연 방어 메커니즘의 중요한 구성요소이다. 농도에 따라서, NO는 2가지 방법으로 항균 효과를 발휘한다. 저농도에서, NO는 면역 세포의 성장 및 활성을 촉진시키는 신호전달 분자로서 작용한다. 고농도에서, 예컨대 호중구의 호흡폭발 동안, NO는 DNA, 단백질 및 지질과 공유결합하고, 이에 의해 표적 병원균을 억제하거나 사멸시킨다. NO가 숙주 면역 반응의 필수적이고 고도로 보존된 부분이라는 것을 고려하면, NO의 항균 효과를 피할 수 있는 박테리아가 거의 없다는 것은 놀라운 일이 아니다.
또 다른 실시형태에서, 상처 드레싱은 항균제이다. 특히, 상처 드레싱은 박테리아, 효모, 진균 및 바이러스에 대하여 항균 특성을 나타낸다. 이는 변형된 콜라겐의 S-나이트로소기에 의해 방출된 산화질소가 항균 활성을 발휘하기 때문이다.
본 발명의 다양한 추가의 양태 및 실시형태는 본 개시내용을 고려하여 당업자에게 명백할 것이다.
본 발명의 다른 양태 및 실시형태는, 용어 "포함하는(comprising)"이 용어 "~로 이루어진(consisting of")으로 대체되어 상기 기재된 양태 및 실시형태, 및 용어 "포함하는"이 용어 "~로 본질적으로 이루어진(consisting essentially of)"으로 대체되어 상기 기재된 양태 및 실시형태를 제공한다.
실험
다음 실험예는 해파리 공급원 유래의 S-나이트로소기를 포함하는 변형된 콜라겐의 합성을 기재한다. S-나이트로소기를 포함하는 변형된 콜라겐의 반감기 또한 조사한다.
콜라겐 공급원은 바렐 해파리, 즉 리조스토마 풀모로부터 입수하였다. 해파리 콜라겐(간충질 및 구완으로부터 유래된 콜라겐을 포함함)의 1.003 g 샘플을 먼저 0.1% 내지 0.001% v/v 펩신(시그마(Sigma))의 첨가에 의해 효소 분해하여 아텔로콜라겐을 제공하였다. 우선, 0.1 M 아세트산 중에서 10 ㎎/㎖의 펩신 효소 원액을 제조하고, 볼텍스(vortex) 상에서 혼합한 다음 4℃에서 저장하였다. 0.1% 내지 0.001% v/v의 최종 농도, 더 바람직하게는 0.01% v/v 펩신의 최종 농도에 도달할 때까지 이 효소 원액을 첨가하였다. 모든 효소 콜라겐 분해 샘플을 4℃에서 저장하였다.
그 다음, 아텔로콜라겐을 200 내지 400 ㎖ 메탄올(래스번 케미컬스 리미티드(Rathburn Chemicals Ltd.)) 중에서 팽윤시켰다. 팽윤된 아텔로콜라겐은 1시간 동안 교반한 후 용해되지 않았다.
팽윤된 아텔로콜라겐을 용해시키기 위하여, 40 ㎖ 다이메틸설폭사이드(래스번 케미컬스 리미티드)를 첨가하고, 혼합물을 1분간 음파처리하면서 20분 동안 교반하였다. 추가 200 내지 450 ㎖ 다이메틸설폭사이드를 첨가하고, 혼합물을 30초의 기간 동안 간헐적으로 음파처리하면서 1시간 동안 교반하여 다이메틸설폭사이드 중 아텔로콜라겐 용액을 제공하였다.
감압 하 35℃의 온도에서 메탄올을 아텔로콜라겐 용액으로부터 제거하였다.
16 ㎖ 다이메틸설폭사이드 중에 용해시킨 N,N'-다이석신오일 시스타민의 400 ㎎ 샘플을 아텔로콜라겐 용액에 첨가한 다음, 이를 덮고 2.5시간 동안 교반하였다.
그 다음 혼합물을 16시간 동안 방치한 후, 강한 냄새가 있는 황색 액체를 수득하였다. 점도에는 변화가 없었다.
그 다음, S-S 결합을 포함하는 아텔로콜라겐을 아세톤(브렌태크(Brenntag))과 2:1 v/v 아세톤:아텔로콜라겐 혼합물의 비율로 배합하였다. 첫 번째 배합물에서 30초 후에 황백색(off-white)의 편상(flaky) 침전물을 형성하였다. 배합물을 10℃ 미만의 온도, 바람직하게는 2 내지 5℃의 온도에서 1시간 동안 방치한 후, 일부 침전물의 침강을 관찰하였으며, 나머지 입자는 현탁액 상태로 남아있었다.
원심분리 및 상청액의 제거에 의해 S-S 결합을 포함하는 아텔로콜라겐을 수집하였다. 침전을 완료시키기 위하여 아세톤과의 배합, 침강 및 원심분리를 2회 더 반복하였다.
그 다음, S-S 결합 침전물을 포함하는 아텔로콜라겐을 여과하고 아세톤으로 세척하였다. 기공 크기가 1.6 ㎛인 유리 섬유 여과지를 사용하여 중력 여과에 의해 침전물을 수집하였다. 침전물을 100 ㎖ 아세톤으로 5회 세척하여 걸쭉한 황갈색의 겔 유사 물질을 수득하였다.
그 다음, S-S 결합 침전물을 포함하는 아텔로콜라겐을 100 ㎖의 70:30 v/v 변성 에탄올(시그마)/물로 헹구고, 이로 침전물 합병이 함께 일어나서 고무밴드와 유사한(elastic-like) 회갈색 물질이 형성되었다.
변성 에탄올 세척 후, 합병된 침전물을 동결건조시켜 375 ㎎의 S-S 결합을 포함하는 황백색의 초크와 같은 아텔로콜라겐을 제공하였다.
S-S 결합을 포함하는 동결건조된 아텔로콜라겐을 50 ㎖의 pH가 9.5인 0.1 M의 글리신/NaOH 완충액과 혼합하였다. 볼텍싱 및 격렬한 진탕 후, 황갈색의 겔과 같은 물질이 형성되었다.
이 콜라겐 혼합물에, 다이싸이오트레이톨(시그마)을 첨가하고, pH를 8.04로 떨어뜨렸다. 4시간 동안 교반한 후 아텔로콜라겐을 완전히 용해시켜 S-H기를 포함하는 더 점성인 연한 복숭아색의 아텔로콜라겐(R1 및 R3은 -CH2CH2-이고 R5는 H인 화학식 X의 화합물) 용액을 수득하였다.
그 다음, S-H기를 포함하는 아텔로콜라겐을 18 mM HCl(피셔 사이언티픽(Fischer Scientific))을 이용하여 투석하였다. 신선한 투석 배지로 투석을 1회 반복하였다. 24.5시간 후 액체의 농도에는 변화가 없었다.
그 다음, S-H기를 포함하는 투석된 아텔로콜라겐을 원심분리하여 고형의 변형된 콜라겐의 펠릿 및 연황색의 섬유상 상청액을 제공하였다.
그 다음, S-H기를 포함하는 아텔로콜라겐의 343 ㎎ 샘플을 5 ㎖ 인산완충생리식염수(피셔 사이언티픽)에 첨가하여 5.34 g의 총 중량을 가지는 겔상의 덩어리를 형성하였다. 겔상의 덩어리의 0.4313 g 샘플을 절단하고 잘게 썰어 유리 다용도 바이알에 넣은 다음, 37℃의 수조에서 2 ㎖의 킬렉스(chelex) 처리 H2O 중에 용해시켰다. 용액은 pH가 2.19이었다.
나이트로소화 이전에, 40 μM EDTA(시그마)를 첨가하였다.
그 다음, 샘플을 2개의 분취액으로 분할하고, 첫 번째는 실온에서 보관하고, 두 번째는 얼음으로 냉각시켰다.
40 mM 아질산나트륨(시그마)의 0.003 g 샘플을 각각의 분취액에 첨가하여 나이트로소화 과정을 개시하였다. 혼합물을 포일로 싸서 빛을 제거하였다. 분취액 둘 다 2.5분 이내에 눈에 띄게 장미빛으로 되었다.
5, 10, 20, 30, 60 및 90분째에 290 내지 450 ㎚의 파장 범위에 걸쳐 바리스칸(Variskan) 플레이트 판독기 상에서 분취액 a)를 검사하였다. 도 2는 10분째에 샘플에 대한 흡수 스펙트럼을 나타낸다. 아질산나트륨을 첨가하지 않은 대조군 플레이트를 또한 검사하였으며, 스펙트럼은 또한 도 2에 나타내어져 있다. 10분째에 아질산염 처리된 샘플에 대한 스펙트럼은 약 335 ㎚에서, S-나이트로소 형성을 나타내는 현저한 흡수 피크를 나타낸다는 것이 명백하다.
얼음 상에서 분취액 b)는 극도로 점성으로 되었으며, 따라서 샘플을 웰 플레이트 내로 피펫팅할 수 없었다. 그러나 색상은 선명하게 남아있었고 60분째에 샘플을 수조에서 가온시켜 샘플을 다시 유체 상태로 되돌렸다.
문맥이 달리 요구하지 않는 한, 본 출원은 상기 기재된 상기 양태 및 실시형태 중 임의의 것의 서로의 모든 조합을 개시하는 것으로 이해되어야 한다. 유사하게, 문맥이 달리 요구하지 않는 한, 본 출원은 단독으로 다른 양태 중 임의의 것과 함께 바람직한 및/또는 선택적인 특성의 모든 조합을 개시한다.

Claims (28)

  1. 변형된 콜라겐을 생성하는 방법으로서,
    - S-S 결합을 포함하는 콜라겐을 제공하는 단계로서, 상기 콜라겐은 해파리, 해양 무척추동물, 및 어류로부터 선택되는 하나 이상의 공급원으로부터 유래되는, 상기 제공하는 단계;
    - 상기 S-S 결합의 환원에 의해 상기 S-S 결합을 포함하는 콜라겐에 -SH기를 도입하여 -SH기를 포함하는 콜라겐 싸이올을 제공하는 단계; 및
    - 상기 콜라겐 싸이올의 상기 -SH기를 나이트로소화하여 변형된 콜라겐을 제공하는 단계로서, 상기 변형된 콜라겐은 S-나이트로소기를 포함하는, 상기 변형된 콜라겐을 제공하는 단계를 적어도 포함하는, 변형된 콜라겐을 생성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 S-S 결합을 포함하는 콜라겐은 S-S 결합을 포함하는 유형 I, II, III, IV, V, VI, IX, X 및 XI 중 하나 이상으로부터 선택되는, 변형된 콜라겐을 생성하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 S-S 결합을 포함하는 콜라겐을 제공하는 단계는,
    - 라이신 잔기 및 하이드록시라이신 잔기 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 공급원 콜라겐을 제공하는 단계; 및
    - 상기 공급원 콜라겐을 이황화기를 포함하는 활성화된 다이카복실산 유도체와 반응시켜 활성화된 다이카복실산 유도체의 카보닐 작용기와 라이신 잔기 및 하이드록시라이신 잔기 중 하나 또는 둘 다의 ε-NH2기 사이에 아마이드 결합을 형성함으로써, 상기 S-S 결합을 포함하는 콜라겐을 제공하는 단계를 적어도 포함하는, 변형된 콜라겐을 생성하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 활성화된 다이카복실산 유도체는 하기 화학식 I의 화합물인, 변형된 콜라겐을 생성하는 방법:
    [화학식 I]
    ZN-C(O)-R3-C(O)-NH-R1-S-S-R2-NH-C(O)-R3-C(O)-NZ
    식 중, R1, R2 및 R3은 독립적으로 2가 연결기를 나타내고;
    ZN은 함께 질소 함유 복소환기를 나타낸다.
  5. 제4항에 있어서, 상기 활성화된 다이카복실산 유도체는 하기 화학식 II의 화합물을 포함하는, 변형된 콜라겐을 생성하는 방법:
    [화학식 II]
    .
  6. 제1항에 있어서, 상기 S-S 결합의 환원에 의해 상기 S-S 결합을 포함하는 콜라겐에 -SH기를 도입하여 -SH기를 가지는 콜라겐 싸이올을 제공하는 단계는,
    - 상기 S-S 결합을 포함하는 콜라겐을 다이싸이오트레이톨과 반응시키는 단계를 포함하는, 변형된 콜라겐을 생성하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 -SH기의 상기 나이트로소화는,
    - 상기 콜라겐 싸이올의 상기 -SH기를 산성화된 아질산염의 용액과 반응시키는 것;
    - 상기 콜라겐 싸이올의 상기 -SH기를 기체 NO와 반응시키는 것; 및
    - 상기 콜라겐 싸이올의 상기 -SH기를 S-나이트로소싸이올과 반응시키는 것
    중 하나 이상을 포함하는, 변형된 콜라겐을 생성하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    - 상기 변형된 콜라겐을 유형 II 콜라겐, 유형 V 콜라겐 및 젤라틴 매트릭스를 포함하는 군 중 하나 이상에 혼입시키는 단계; 또는
    - 상기 변형된 콜라겐을 중합체 내로 혼입시키는 단계
    를 추가로 포함하는, 변형된 콜라겐을 생성하는 방법.
  9. S-나이트로소기를 포함하는 변형된 콜라겐으로서, 상기 변형된 콜라겐은 해파리, 해양 무척추동물, 및 어류로부터 선택되는 하나 이상의 공급원으로부터 유래되고, 상기 변형된 콜라겐은 S-나이트로소기를 포함하는 라이신 잔기 및 하이드록시라이신 잔기 중 하나 또는 둘 다를 포함하고, 상기 라이신 잔기 또는 하이드록시라이신 잔기는 식 (IX)인, S-나이트로소기를 포함하는 변형된 콜라겐:
    [화학식 IX]

    R1 및 R3은 독립적으로 2가 연결기;
    R5는 H 또는 OH;
    X는 OH기 또는 화학 결합으로부터 선택되며; Y는 H 또는 화학 결합으로부터 선택되되, 단 X 및 Y 중 하나 또는 둘 다는 상기 변형된 콜라겐 내에서 펩타이드 결합을 형성하는 화학 결합이다.
  10. 제9항에 있어서, 상기 변형된 콜라겐은 유형 I, II, III, IV, V, VI, IX, X 및 XI 콜라겐 중 하나 이상인, 변형된 콜라겐.
  11. 제9항에 있어서, 상기 R1 및 R3은 독립적으로 에탄다이일 또는 프로판다이일기를 나타내는, 변형된 콜라겐.
  12. 제9항에 있어서, 상기 R1 및 R3은 독립적으로 에탄다이일(-CH2CH2-)을 나타내는, 변형된 콜라겐.
  13. 제9항에 있어서, 약제로서 사용하기 위한, 변형된 콜라겐.
  14. 제9항에 있어서, 상처 치유에 사용하기 위한, 변형된 콜라겐.
  15. 제9항에 따른 변형된 콜라겐을 포함하는 제형화된 조성물을 포함하는 상처 드레싱으로서, 상기 변형된 콜라겐은 해파리로부터 유래된 유형 II 콜라겐, 해파리로부터 유래된 유형 V 콜라겐 및 젤라틴 매트릭스를 포함하는 군 중 하나 이상에 혼입된, 상처 드레싱.
  16. 제9항에 따른 변형된 콜라겐을 포함하는 제형화된 조성물을 포함하는 상처 드레싱으로서, 상기 변형된 콜라겐은 임의의 중합체 매트릭스에 혼입된, 상처 드레싱.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제형화된 조성물은 필름, 막 또는 하이드로겔 복합재인, 상처 드레싱.
  18. 제17항에 있어서, 상기 필름, 막 또는 하이드로겔 복합재는 5 내지 1000 마이크로미터 범위의 두께를 가지는, 상처 드레싱.
  19. 제17항에 있어서, 상기 필름, 막 또는 하이드로겔 복합재는 멸균되는, 상처 드레싱.
  20. 제17항에 있어서, 상기 필름, 막 또는 하이드로겔 복합재는 다공성 구조를 가지는, 상처 드레싱.
  21. 제15항에 있어서, 상기 해파리로부터 유래된 콜라겐은 리조스토마 풀모(Rhizostoma pulmo) 해파리 조직을 포함하는, 상처 드레싱.
  22. 제15항에 있어서, 식품 등급 제제 또는 의료 등급 제제를 추가로 포함하는, 상처 드레싱.
  23. 제15항에 있어서, 혈관 확장제로서 사용하기 위한, 상처 드레싱.
  24. 제15항에 있어서, 소독제로서 사용하기 위한, 상처 드레싱.
  25. 제24항에 있어서, 상기 상처 드레싱은 박테리아, 효모, 진균 및 바이러스에 대하여 항균 특성을 가지는, 상처 드레싱.
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
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