KR20030067660A

KR20030067660A - 마이크로입자

Info

Publication number: KR20030067660A
Application number: KR10-2003-7002225A
Authority: KR
Inventors: 김격윤; 다니엘 더블유 팩; 코리 제이 버크란드
Original assignee: 보드 오브 트러스티즈 오브 유니버시티 오브 일리노이
Priority date: 2000-08-15
Filing date: 2001-08-15
Publication date: 2003-08-14
Also published as: US20040022939A1; WO2002013786A3; CA2419115C; ATE449596T1; KR100867392B1; US20020054912A1; EP1355630B1; CA2419115A1; US20080175915A1; EP1355630A2; WO2002013786A2; KR20080050540A; US6669961B2; US7368130B2; AU2001284982A1; KR100902625B1; JP2004505761A; DE60140625D1

Abstract

액체를 포함하는 스트림을 가속화하는 단계; 이 스트림을 진동시켜 입자를 형성하는 단계를 포함하는 입자 형성 장치. 이 입자는 스트림의 제조에 사용되는 노즐의 직경 보다 작은 직경을 가질 수 있어서, 마이크로- 및 나노-크기의 입자를 형성할 수 있게 한다.

Description

마이크로입자{MICROPARTICLES}

생물공학에서의 급속한 진보는 많은 단백질의 발견과 펩티드 치료제를 가능하게 하였고, 이들 중 다수는 최근 판매되고 있거나, 현재 미국 식품의약국(FDA)에 의해 검토중에 있다. 하지만, 종래의 소분자 약물과 달리 단백질과 펩티드는 일반적으로 경구 투여될 수 없고; 주사나 주입이 가장 빈번하게 요구된다. 또한, 이들의 불안정성(fragility)과 생체내 짧은 반감기 때문에, 생분해성 중합체 디바이스(이것으로부터 약물이 장시간 국소 또는 전신적으로 전달될 수 있음)내에 단백질을 캡슐화하는 것은 이들 문제점에 대하여 유망하고도 심도있게 연구되어 온 해결책이었다. 다양한 중합체를 포함하는 생분해성 미소구는 제작이 비교적 간단하다는 점과, 시린지 바늘을 통해 생체내의 다양한 부위로 간편하게 투여할 수 있다는 점 때문에, 가장 많이 연구된 디바이스였다.

침전법, 스프레이법, 상 분리법 및 에멀젼 기법을 비롯하여 미소구 제작을 위한 몇가지 방법들이 기재되어 있다. 에멀젼법 및 스프레이법은 벤치 및 산업적 규모 둘다에서 널리 사용되고 있다. 구의 크기 및 크기 분포는 재현가능하지만, 종종 조절에 실패할 수 있다. 평균 직경의 25-50%에 달하는 표준 편차는 드물지 않다.

구의 크기와 크기 분포의 조절은 제어 방출 약물 전달과 몇가지 중요한 연관성을 가지고 있다. 예를 들면, 일반적으로 바람직한 방출 속도 및 투여 경로를 제공하는 이상적인 구의 크기가 있다. "너무 작은" 구는 불량한 캡슐화 효율을 나타내고, 주사 부위로부터 이동할 수 있으며, 이들의 페이로드(payload)의 바람직하지 않은 급속한 방출을 보일 수 있다. "너무 큰" 구는 시린지 바늘을 쉽게 통과할 수 없다. 그러므로, 종래 기술의 제작 기법에 의해 생성된 통상적인 다분산 구를 여과하거나 체질하여 소정의 크기 범위내 입자를 분리하고, 이 범위 밖의 중합체와 약물로 된 구는 버려야 한다.

직경 약 1 내지 5 ㎛의 균일한 미소구는 대식 세포 및 수상 세포와 같은 전문 항원 제시 세포(APC)의 수동적 표적화에 있어서 이상적이다. 유사하게, 직경 10 내지 20 ㎛의 미소구를 사용하여 화학색전술(chemoembolization)에 의해 종양 조직의 꼬인 모세관층을 표적화할 수 있다. 정확하게 미세구를 제작할 수 있는 시스템을 사용함으로써, 이러한 용도에 대하여 최적의 크기를 확인할 수 있고, 이 시스템은 상업적 제조 및 임상적 실시에 대한 유효한 경로를 제공한다.

제어 방출 약물 전달 기법에 있어서 오랜기간 추구되어온 목적은 캡슐화된 화합물의 방출 속도를 정확하게 조절하는 능력이고, 미소구 크기는 방출 동역학의 주요 결정인자이다. 보다 큰 구는 다른 특성(중합체 분자량, 초기 공극률, 구내의 약물 분포 등)은 동일하지만, 일반적으로 캡슐화된 화합물을 보다 느리게, 그리고 보다 장시간에 걸쳐 방출한다. 일정한(즉, 0차) 방출 속도가 바람직한 경우가 종종 있지만, 가변 약물 방출 속도가 다수의 중요한 징후(적응증)에 대하여 유리할 수 있다. 예를 들어, 간헐적인 고용량의 항생제는 박테리아에서 내성의 진전을 완화시킬 수 있고, 불연속적인 백신 투여는 종종 면역 반응을 증강시킨다.

약물 방출 속도를 조절하는 방법은 i) 중합체 화학(무수물, 에스테르 등) 및 공단량체 비율의 선택, ii) 약물을 중합체에 결합시키는 것, iii) 미소구 제제 파라미터를 변화시켜 얻어진 입자의 물리적 특성을 변화시키는 것, 및 iv) 입자 크기와 분포의 조작을 포함한다. 후자 연구의 성공은 비교적 넓은 미소구 크기 분포에 의해 제한되었다.

최근, 제어되고 균일한 크기를 가진 생분해성 중합체 미소구의 제작에 대한 몇가지 보고가 있었다[P. Sansdrap and A.J. Moes, Influence of manufacturing parameters on the size characteristics and the release profiles of nifedipine from poly(DL-lactide-co-glycolide) microsphere. Int. J. Pharm. 98(1993) 157-164; B. G. Amsden and M. Goosen, An examination of the factors affecting thesize, distribution, and release characteristics of polymer microbeads made using elecrostatics. J. Control. Release 43 (1997) 183-196; K. Shiga, N, Muramatsu and T. Kondo, Preparation of poly(D,L-lactide) and copoly(lactide-glycolide) microspheres of uniform size. J. Pharm. Pharmacol. 48 (1996) 891-895; B. Amsden, The production of uniformly sized polymer microspheres. Pharm. Res. 16 (1999) 1140-1143; and N. Leelarasamee, S. A. Howard, C. J. Malanga and J. K. H. Ma, A method for the preparation of polylactic acid microcapsules of controlled particle size and drug laoding. J. Microencapsul. 5(1988) 147-157]. 그러나, 이들 방법 중 어느 것도 좁은 크기 분포를 유지하면서도 약물 전달에 적합한 크기 범위(∼1-100 ㎛)의 입자를 생산하는 데 있어 성공적이지 못했다. 또한, 이들 기존의 방법들은 상업적 용도를 위해 그 규모를 확대하는 것이 곤란할 것으로 보인다.

중공형 구 제작 기법은 문헌[N.K. Kim, K. Kim, D.A. Payne, and R.S. Upadhye, "Fabrication of hollow silica aerogel sphere by a droplet generation method and sol-gel processing," J. Vac. Sci., Technol. A., vol. 7, no. 3 pp. 1181-1184 (1989) and K. Kim, K.Y. Jang and R.S. Upadhye, "Hollow silica spheres of controlled size and porosity by sol-gel processing,"J. Am. Ceram. Soc., 74:8, pp. 1987-1992 (1991)]에 개시되어 있다.

정전기적 스프레이 기법이 문헌[K. Kim and R.J. Tumbull, "Generation of charged drops of insulating liquids by electrostatic spraying,"J. Appl.Phys., vol. 47, no. 5, pp. 1964-1969, May 1976, U.S. Patent No. 5,344,676 to Kim et al., and U.S. Patent No. 6,060,129 to Kim, et al]에 개시되어 있다.

중공형 구를 제작하기 위해 설계된 기존의 기법은 이중 노즐 구조를 사용하는데, 여기서는 액상 중에 다른 물질들을 운반하는, 동축상에 설치된 2개의 노즐(내부 노즐내의 물질은 기체일 수 있음)은 완만한 실린더형 제트를 생산하고, 이후 이것은 음향 여기(acoustic excitation)에 의해 균일한 소적으로 흩어진다[N. K. Kim, et al., "Fabrication of hollow silica aerogel spheres by a droplet generation method and sol-gel processing,"infraand K. Kim et al., "Hollow silica spheres of controlled size and porosity by sol-gel processing,"infra]. 이 방법을 사용하여 만들어질 수 있는 가장 작은 방울은 외부 노즐 개구의 대략 두배이다. 결과적으로, 이것은 작은 크기(직경 약 50 ㎛ 미만), 특히 미크론 이하의 크기를 갖는 균일한 고체 중공형 구를 제작하는 것과 관련된 실제적인 곤란함을 의미한다. 그 이유는, 특히 캡슐화할 약학적 화합물을 구를 형성하는 액체 중에 미립자로서 현탁시킨다면, 노즐의 개구가 작아질수록, 이것이 폐쇄될 확률이 커지기 때문이다. 이 문제는, 사용될 물질이 점성을 띄는 경우에 더욱 악화된다.

노즐형 디바이스로부터 미소액적을 분무하는 선행 기술에 있어서, 통상적으로 얻을 수 있는 구의 크기 최소치는 통상적으로 노즐 개구의 크기에 의해 제한된다. 일반적으로, 노즐 개구 보다 더 작은 액적을 제조하는 것은 불가능하며, 통상적으로 소적의 직경은 노즐 직경의 1 내지 4배가 된다. 이것은 소정의 입자 크기가 감소함에 따라 몇가지 문제점을 나타낸다. 한가지 문제점은 크기가 감소함에 따라노즐 자체의 제작이 더욱 어려워진다는 점이다. 이것은 노즐의 어레이(약 1000-2000)를 통해 소적을 형성하는 것이 필요한 대규모 제작 방법에 있어서 특히 그러하다. 두번째 제한은 작은 노즐을 통해 유체를 펌핑하는 데 드는 압력에서 기인한다. 필요한 압력은 다음 식에서 얻어진다.

여기서, △p는 노즐을 통한 압력 강하이고, μ는 유체의 점도이고, L은 노즐 "통과" 길이이고, Q는 노즐을 통과하는 유체의 용적 유량(유량)이고, R은 노즐 개구의 반경이다. 그러므로, 필요한 압력은 R⁴에 의존한다. 직경 5 ㎛ 이하의 미소액적을 제조하고자 하는 경우, 종래 기술의 방법에 의하면 직경이 5 ㎛ 이하인 노즐이 필요하게 될 것이다. 예를 들어, 1 ml/분의 유량 및 100 센티포아즈의 유체 점도(물의 100배 점도)에서, 5 ㎛ 직경의 오리피스는 1.1 x 10¹⁰Pa 이하(∼110,000 atm)인 펌프 헤드를 필요로 할 것이다. 이것은 불가능하게 높은 압력임에 틀림없다. 심지어 μ이 1 cp 이하인 물도 5 ㎛ 직경 노즐을 통해 1 ml/분으로 펌핑하기 위해서는 1,100 atm의 압력이 필요하다. 그러므로, 5 ㎛ 직경의 노즐을 통해 임의의 액체를 실제로 펌핑하는 것은 특수 장비(가능하다면)를 필요로 할 것이다.

작은 구를 형성하는 종래 기술에 있어서의 또다른 문제점은 플라스미드 DNA와 같은 캡슐화될 특정 화합물들이 전단력에 의해 손상될 수 있다는 점이다. 그 손상은 전단 속도 γ 및 전단 영역에서 소요된 시간 θ의 곱에 좌우된다. 파이프를통해 흐르는 유체에 있어서 이 곱의 평균치는 다음 식에 의해 얻는다.

(γθ)_avg= 16/3·(L/D)

여기서, L은 파이프의 길이이고, D는 파이프의 직경이다. 노즐의 오리피스는 파이프와 유사할 수 있다. 그러나, 유입 효과는 전단 속도를 증가시킬 것이고, 이는 이 방정식이 낮은 예측치를 산출할 것임을 의미한다. 어쨌든, γθ 값은 오리피스의 직경에 대략적으로 반비례한다. 그러므로, 100 ㎛에서 5 ㎛로 노즐 직경을 감소시키면 임의의 캡슐화된 화합물에 가해지는 손상은 20배로 증가될 것이다.

미국 특허 제6,116,516호는 에어로졸을 형성하는 안정화된 모세관 마이크로제트에 관해 기술하고 있다. 이 마이크로제트는 액체 스트림 주변에 기체를 강제 주입함으로써 형성된다. 정확한 조건하에서, ㎛ 크기의 에어로졸이 생성되는데, 90% 이상이 ±3 ∼ 30%의 동일한 직경을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명은 두개의 가출원, 가출원 번호 60/225,525(출원일: 2000년 8월 15일; 출원인: 격윤 김과 다니엘 더블유. 팩; 발명의 명칭: "생물의학적 사용을 위한 정확하고, 제어된 중합체의 제작 방법") 및 가출원 번호 60/225,620(출원일: 2000년 8월 15일; 출원인: 격윤 김; 발명의 명칭: "필드-주사 하전 및 전기유체역학 스프레이법을 사용하여 미크론 및 그 이하의 크기를 갖는 균일한 고체 중공형 구상 입자 및 제어된 크기, 전기적 전하, 화학적 조성 및 화학량론을 가진 이들 입자의 제작 장치 및 방법")을 우선권 주장한다. 이 두 개의 출원은 본 명세서에 참고로 포함된다.

도 1은 스트로브(strobe) 램프로 비춰진 자유 낙하 구를 나타내며, 그 영상은 10 x 현미경 대물 렌즈(objective) 및 CCD 카메라를 사용하여 비디오테이프 상에 포착하였다.

도 2는 15 내지 500 ㎛인, 단일 제제내 구 직경의 균일성을 도시한다.

도 3A 및 3B는 쿨터(COULTER) 멀티사이저를 사용하여 측정된 구 집단의 크기 분포를 도시한다.

도 3C는 유량 및 음향 진동수의 즉각적인 변화에 의해 크기 분포를 조작하는 능력을 나타낸다.

도 3D는 연속적으로 다양한 크기 분포를 생성시키는 능력을 나타낸다.

도 4는 전기유체역학 장치가 PLGA/에틸 아세테이트 입자의 크기를 감소시킨다는 것을 나타낸다.

도 4D는 노즐에 대해 증가되는 포텐셜을 인가하는 것을 나타낸다.

도 5A 및 5B는 조잡하고 최적화되지 않은 장치를 사용하는 경우에도 얻어질 수 있는 작은 구 크기를 나타낸다.

도 5C 및 5D는 수집된 3㎛ 이하의 작은 구를 나타낸다.

도 6은 형광 현미경을 통해, 모델 화합물인 로다민 B를 사용하여 중합체 미소구 내에 약물을 캡슐화하는 능력을 나타낸다.

도 6은 또한 PBS에서 37℃로 7 내지 10일간 항온처리하는 동안 구로부터 로다민 B의 방출에 대해 나타낸다. 이 방출 속도는, 구가 예상되는 것보다 더 많은 약물을 함유하였을 때 더욱 신속하였다.

도 7은 본 발명의 장치의 구체예를 도시한다.

도 8은 본 발명의 장치의 또다른 구체예를 도시한다.

발명의 개요

본 발명의 목적은 작은 오리피스를 통해 물질을 펌핑한 후 음향파로 이 액체를 진동시켜 마이크로- 및 나노-크기의 구상 입자를 생산하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 작은 오리피스를 통해 물질을 펌핑하고 추가의 하강력을 가해 마이크로- 및 나노-크기의 구상 입자를 생산하는 것인데, 여기서 하강력은 전기유체역학 기법, 또는 제1 액체보다 큰 속도로(의), 이 액체에 인접하고 평행한 제2 액체 스트림을 포함한다. 본 발명의 또다른 목적은 상기 방법에 의해음향파를 사용하여 균일한 마이크로- 및 나노-크기의 구상 입자를 생산하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 동축상에 설치된 2개의 노즐 중 하나 또는 다른 하나를 통과하는 내부 및 외부 액체를 사용하여 동축상에 내부 액체(또는 기체)를 보유하는 외부 액체의 완만한 실린더형 제트를 생성함으로써 중공형 마이크로- 및 나노-크기의 구상 입자를 생산하는 것이다. 이 제트는 추가로 음향파에 의해 균일한 소적으로 흩어질 수 있다.

본 발명의 또다른 목적은 마이크로- 및 나노-구를 제조하는 상기 임의의 방법을 사용하여 마이크로- 및 나노-구를 경화시키는 신규의 방법을 제공하는 것이다. 여기서, 사용되는 노즐이나 오리피스를 수조의 표면 아래에 두어 변형을 최소화하면서 구를 경화시킨다.

본 발명의 또다른 목적은 인간의 의료 처치를 위한, 그리고 치료적 가치가 있는 생물의학적 조성물로서 유용한, 상기 임의의 기법에 의해 캡슐화된 치료 화합물을 제조하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 제어된 크기, 외피 두께 및 외피 개수를 가진 다중 외피 마이크로- 및 나노-구를 생산하는 것으로서, 여기서 상이한 외피들은 제어 방출 약물 전달 시스템을 포함하는 인간 및 동물에 대한 생물의학적 용도에 유용한 상이한 물질들을 포함한다.

본 발명의 또다른 목적은 소정의 세포, 조직 또는 신체 부위로의 수동적 또는 능동적 표적화를 포함하는 생물의학적 용도를 위해, 전술한 형태 및 다른 형태의 마이크로- 및 나노-구를 생산하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 생물의학적 용도, 특히 제어 방출 약물 전달 시스템에 있어서 정확하게 제어된 크기 및 크기 분포를 가진 마이크로- 및 나노-구상 입자를 생산하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 소정의 크기, 화학적 조성 및 화학양론을 가진 안정한 마이크로- 및 나노-구를 생산하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 제어 방출 약물 전달 시스템을 포함하는 생물의학적 용도를 위해 제어된 크기의 마이크로- 및 나노-구를 생산하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 제어 방출 약물 전달 시스템을 포함하는 생물의학적 용도를 위해 제어된 크기의 중공형 마이크로- 및 나노-구를 생산하는 것이다.

이러한 그리고 다른 목적들은 본 명세서에 제시되어 있으며, 이하에서 보다 구체적으로 설명한다.

첫번째 양상으로서, 본 발명은 제1 액체를 포함하는 제1 스트림을 가속화하는 것 및 제1 스트림을 진동시켜 입자를 형성하는 것을 포함하는 입자의 제조 방법이다.

두번째 양상으로서, 본 발명은 제1 액체를 포함하는 제1 스트림을 가속화하는 것을 포함하는 입자의 제조 방법이다. 가속화는 제1 스트림에 전하를 인가하는 것을 포함한다. 입자는 코어와 외피를 포함한다.

세번째 양상으로서, 본 발명은 평균 직경이 50 내지 100 ㎛인 입자이다. 이들 입자의 90%는 입자 평균 직경의 2%내의 직경을 가진다.

네번째 양상으로서, 본 발명은 평균 직경이 1 내지 50 ㎛인 입자이다. 이들 입자의 90%는 입자 평균 직경의 1 ㎛내의 직경을 가진다.

다섯번째 양상으로서, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 입자이다.

여섯번째 양상으로서, 본 발명은 i) 제1 액체의 제1 스트림을 형성하는 제1 노즐, ii) 제1 스트림과 접촉해 있는 제2 액체의 제2 스트림을 형성하기 위해 배치된 제2 노즐, 및 iii) 제1 스트림으로부터 입자를 형성하기 위한 진동기를 포함하는 입자 형성 장치이다.

일곱번째 양상으로서, 본 발명은 i) 제1 액체의 제1 스트림을 형성하는 제1 노즐, ii) 제1 스트림에 전하를 인가하기 위한 전하 공급원, 및 iii) 제1 스트림으로부터 입자를 형성하기 위한 진동기를 포함하는 입자 형성용 장치이다.

여덟번째 양상으로서, 본 발명은 i) 제1 액체의 제1 스트림을 형성하기 위한 수단, ii) 제1 스트림을 가속화하기 위한 수단, 및 iii) 제1 스트림을 진동시키기 위한 수단을 포함하는 입자 형성 장치이다.

아홉번째 양상으로서, 본 발명은 i) 제1 액체의 제1 스트림을 형성하기 위한 제1 노즐, ii) 제1 스트림을 둘러싸는 제2 액체의 제2 스트림을 형성하기 위한, 제1 노즐을 둘러싸는 제2 노즐, iii) 제1 및 제2 스트림 중 하나 이상에 전하를 인가하기 위한 전하 공급원을 포함하는 입자 형성 장치이다.

열번째 양상으로서, 본 발명은 상기 장치를 사용하여 입자를 형성하는 것을 포함하는 입자 제조 방법이다.

상세한 설명

본 발명은 작은 오리피스를 통해 물질을 펌핑한 후 음향파를 사용하여 상기 액체를 진동시키는 것에 의해 마이크로- 및 나노-크기의 입자, 바람직하게는 구상 입자를 생산하는 방법에 관한 것이다. 여기서, 유체의 속도는 액체 다음의 압력에 의해 얻어지는 속도를 넘어서 증가된다. 노즐 직경은 생성된 입자보다 클 수 있다. 예를 들어, 휠씬 큰 노즐, 가령 100 ㎛ 직경의 노즐로부터 5 ㎛의 소적이 생성될 수 있다. 입자는 주변의 액체 내에서 형성되어, 변형이 방지된다.

매우 작은 입자를 형성하는 데 필요한 압력은 본 발명에 의해 크게 감소된다. 예를 들어, 100-㎛ 직경 노즐을 통해 1 ml/분으로 펌핑된 100-cp 용액은 단지 ∼68,000 Pa(∼0.67 atm)의 펌프 압력만을 필요로 하거나, 또는 글리세린(μ∼500 cp) 정도의 점성을 가진 용액은 15 atm의 펌프 헤드를 사용하여 100-㎛ 직경 노즐을 통해 5 ml/분으로 펌핑될 수 있다. 이들 압력은 상업용 고압력 펌프, 예를 들어 고압 액체 크로마토그래피 시스템에 일반적으로 제공되는 펌프를 사용하면 쉽게 얻어진다. 또한, 전단력은 주어진 입자 크기에 대하여 크게 감소되어, 매우 작은 직경의 노즐을 사용하는 경우에 발생하는 문제점이 해소된다. 본 발명의 양상은 문헌["Fabrication of PLG microspheres with precisely controlled and monodisperse size distributions" J. Controlled Release 73(1):59-74 (May 8, 2001)]에 기재되어 있고, 이 문헌은 본 명세서에 참고로 포함된다.

본 발명은 또한 작은 오리피스를 통해 물질을 펌핑하는 것, 및 추가로 하강력을 가하는 것에 의해 마이크로- 및 나노-크기의 구상 입자를 생산하는 방법에 대한 것으로서, 상기 하강력은 전기유체역학 기법, 또는 제1 액체보다 큰 속도로(의)이 액체에 인접하고 평행한 제2 액체 스트림을 포함한다. 음향파를 또한 상기 방법에 사용할 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어 "입자"는 액체 입자(소적) 및 고체 입자 모두를 포함한다.

본 발명은 또한 내부 및 외부 액체가 동축상에 설치된 2개의 노즐 중 하나 또는 다른 하나를 통과함으로써 동축상에 내부 액체(또는 기체)를 함유하는 외부 액체의 완만한 실린더형 제트를 생산하는, 중공형 마이크로- 및 나노-크기의 구상 입자의 생산 방법에 관한 것이다.

본 발명은 또한 마이크로- 및 나노-구의 신규한 경화 방법을 제공하는데, 여기서 상기 구를 생산하는 데 사용되는 노즐 또는 오리피스를 수조의 표면 아래에 두어 변형을 최소화하면서 구를 경화시킨다.

본 발명은 또한 생물의학적 조성물로서 유용한, 상기 임의의 기법에 의해 캡슐화된 치료 화합물을 제공한다.

본 발명의 한가지 구체예는 "전기유체역학 스프레이법" 및 "이중 노즐법"을 각각 또는 함께 사용하여 매우 작은 균일한 고체, 중공형 또는 다중 외피의 구를 제조한다. 전기유체역학 스프레이법을 도입하여 중공형 및 다중 외피의 마이크로- 및 나노-구의 제작을 가능하게 한다는 점은 신규하다. 이 기법은 신규하며, 기존의 다른 임의의 기법에 의해 실질적으로 생성이 불가능한, 마이크로미터- 및 나노미터-크기의 중공형 및 다중 외피 구의 제작에 특히 적합하다는 점에서 매우 유용하다. 또한, 치료 화합물을 매우 균일한 구 형태, 특히 중공형 및 다중 외피 구 형태로 캡슐화하는 것은 신규하고, 기존의 다른 기법에 의해 제작된 구를 사용해서는 얻을 수 없는 정확하게 제어된 방출 속도로의 제어 방출 약물 전달, 그리고 표적화된 약물 전달에 매우 유용하다.

본 발명의 장치 및 방법은 다양한 생물의학적 용도에 있어 특히 유용할 제2 물질의 구상 외피내에 제1 물질을 캡슐화하는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 장치 및 방법은 또한 내부 노즐을 통해 제1 물질의 공급을 차단함으로써, 제2 물질만의 고체 구의 생산을 가능하게 한다.

본 발명의 또다른 독특하고 신규한 양상은, 이 접근법이, 생산되는 마이크로- 및 나노-구의 전기적 극성(중성, 양성 또는 음성)을 선택하기 위해 사용될 수 있다는 점이다.

이 개념은 2가지 종류 이상의 물질을 포함하는 다중 외피 구를 제작하는 데까지 확장될 수 있다. 본 발명이 직경 50 또는 100 ㎛ 이하의 매우 작은 다중 외피 구의 생산을 가능케한다는 점은 약물 전달 시스템(DDS)을 비롯한 용도에 있어서 특히 유용하다. DDS 이외의 다수의 용도가 가능할 것이다.

본 발명은 또한 제어된 크기, 외피 두께, 전기적 전하, 화학적 조성 및 화학양론의 고체 또는 중공형의 균일한 마이크로- 및 나노-구를 제공한다. 이러한 구는 생물의학 분야에서 다수의 독특한 용도를 가진다.

본 발명은 작은 오리피스를 통해 물질을 펌핑한 후 음향파로 상기 액체를 진동시켜 마이크로- 및 나노-크기의 구상 입자를 생산하는 것을 포함하는 마이크로- 및 나노-크기의 구상 입자의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명은 또한 작은 오리피스를 통해 물질을 펌핑하고, 추가의 하강력을 상기 액체에 가하여 오리피스를 통해 액체를 끌어당기는 것을 포함하는 마이크로- 및 나노-크기의 구상 입자의 제조 방법에 관한 것이다. 추가의 하강력은 전기유체역학 기법, 또는 구를 형성하는 액체보다 큰 속도에서(로) 이 액체에 인접하고 평행한 제2 액체 스트림일 수 있다. 이들 방법은 음향파를 첨가함으로써 추가로 개질될 수 있다.

본 발명은 또한 내부 및 외부 액체를 포함하는 중공형 마이크로- 및 나노-크기의 구상 입자의 제조 방법에 관한 것이다. 여기서, 내부 및 외부 액체는 동축상에 설치된 2개의 노즐 중 하나 또는 다른 하나를 통해 흐르며, 여기서 상기 외부 액체의 내부에 내부 액체(또는 기체)를 동축상에 포함하는 외부 액체의 완만한 실린더형 제트가 생성된다. 이 제트는 음향파에 의해 균일한 소적으로 흩어질 수 있다. 중공형 구의 반경과 두께 사이의 비율과 크기는 외부 또는 내부 액체의 상대 유량, 노즐의 상대적인 크기, 노즐의 상대적인 위치, 음향 여기의 진폭과 진동수를 변화시킴으로써 조절된다.

이 방법은 또한, 배쓰 액체의 표면 장력이 중공형 구의 구 형상과 일체성(완전성)을 유지하는 것을 도와주기 때문에, 중공형 구의 두께와 반경의 비율이 큰 중공형 구의 제작을 용이하게 한다.

본 발명은 또한 마이크로- 및 나노-구의 상기 제조 방법 중 임의의 것을 사용함으로써 마이크로- 및 나노-구를 경화시키는 방법에 관한 것이다. 여기서, 사용되는 노즐과 오리피스를 수조의 표면 아래에 두어 변형을 최소화하면서 구를 경화시킨다. 상기 노즐 형태 중 어느 것도 본 발명의 이 구체예에서 사용할 수 있다.

본 발명은 또한 의학적 처치를 위해 인간에게 제공되는, 상기 기법 중 임의의 것에 의해 캡슐화된 치료 화합물에 관한 것이다.

본 발명은 또한 이중 노즐 시스템 및 전기유체역학 개념을 사용하여 마이크로 및 나노-크기의 구상 입자를 생산하는 것을 포함하는 마이크로 및 나노-크기의 구의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명은 이중 노즐 시스템의 내부 노즐내에 매우 날카로운 피하주사용 바늘을 사용하여 반도체 및 생물의학적 용도에 적합한 고체, 중공형 및 다중 외피의 마이크로- 및 나노-크기의 입자를 생산하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 또한 균일한 고체, 중공형 및 다중 외피 마이크로- 및 나노-크기의 입자(중공형 및 충전형)를 포함하는 신규한 생물의학적 조성물에 관한 것이다.

이 출원에서, 용어, 구, 비이드 및 입자는 본 발명의 마이크로- 및 나노구를 설명하기 위하여 호환적으로 사용된다. 또한, "중공형"이라는 용어는 비어있거나 기체를 함유한 코어를 의미하기 위해 사용된다. "다중 외피"라는 용어는 코어가 액체(수성, 오일 등) 또는 고체, 예를 들어 다른 중합체인 입자를 포함한다. 용어 "중공형" 및 "다중-외피"는 본 발명에서 다른 것으로서 사용되었지만, 이들 용어는 나머지를 포함하는 것으로서 해석되어야 한다.

생물의학 분야에서는, 마이크로- 및 나노-크기의 구를 제조해야 할 필요성이 있다. 정확히 제어된 크기, 크기 분포 및 형상(예를 들어, 중공형, 다중 외피의, 고체, 다공성 등)을 가진 입자를 형성하는 능력은 특히 생물공학 분야에서 몇가지 아주 중요한 용도를 가진다. 이 방법은 다수의 약물 전달 기법을 가능하게 하고/거나 유의성 있는 정도로 개선시킬 것이다.

본 발명의 한가지 구체예는 생물의학적 용도, 특히 제어 방출 약물 전달 시스템을 위해, 정확하게 제어된 크기, 크기 분포 및 형상을 갖는 고체, 중공형 및 다중 외피의 마이크로- 및 나노-입자를 생산하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 제1 물질을 포함하는 신규한 마이크로- 및 나노-구에 관한 것이다. 본 발명은 또한 제2 물질을 캡슐화하는 제1 물질의 신규한 중공형 마이크로- 및 나노-구에 관한 것이다.

본 발명의 또다른 구체예는 생물의학적 용도, 특히 제어 방출 약물 전달 시스템을 위해 정확하게 제어된 크기, 크기 분포 및 형상을 갖는 마이크로- 및 나노-입자의 생산 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 구체예는 직경이 수 mm 내지 약 1 ㎛일 수 있는 작은 오리피스를 통해 액체 물질(예를 들어, 유기 용매 중에 용해된 중합체, 중합체 용융물 등)을 펌핑함으로써 입자 또는 구를 형성시킨다. 오리피스는 직경이 500 nm 정도로 작을 수 있다. 오리피스에 존재하는 액체 스트림은, 이 디바이스를 제어된 진동수 및 진폭으로 진동시키거나(vibrating) 흔드는(shaking) 방법에 의해 소적으로 흩어진다.

이러한 진동 또는 흔들기는 예를 들어 파동 발생기에 의해 구동되는 압전 변환기에 의해 달성될 수 있다. 기계적인 여기는 액체 제트를 따라 음향 에너지파를 발사하여 주기적인 불안정성을 발생시키고, 이어서 스트림을 균일한 소적의 트레인으로 만드는 것으로 여겨진다.

소적 크기는 오리피스 직경, 용액 유량, 진동의 진동수 및 진폭에 의해 결정된다. 그러므로, 이들 4개의 파라미터를 변화시킴으로써, 소적 크기는 조절될 수 있다. 또한, 고정된 오리피스를 가진 장치가 제공되는 경우에, 소적 크기는 오리피스 개구에 비해 약간 큰 최소 크기로부터 오리피스 개구의 적어도 10배인 최대 크기 사이일 수 있다.

이 접근법은 음향파의 강도가 보다 낮을 때 종래 기술의 초음파 노즐에 비해 개선점을 나타내며, 당업자는 진동수 및 용액 유량의 매치를 정밀하게 조절할 수 있다.

본 발명의 또다른 구체예에서, 구의 크기는 오리피스를 통해 액체 제트를 "끌어당길" 추가의 하강력을 사용하여, 제트 크기를 오리피스 직경 이하로 감소시킴으로써 더욱 조절될 수 있다. 한가지 예는, 전기력이 생성된 소적과 액체 제트의 직경을 감소시키는 작용을 하는 전기유체역학 기법이다. 전기유체역학 기법은, 예를 들어 배터리 또는 가정용 전류로 전환시키는 정류기 및 변압기를 사용하여 고전압을 노즐에 또는 직접 액체에 인가함으로써, 액체내로의 소정의 극성 전하의 주입을 통해 활성화된다. 노즐 개구의 하전된 액체 메니스커스에서 외부로 향하는 전기적 장력이 생겨나서, 더 작은 소적을 노즐로부터 낙하시킬 수 있다("드립 모드"). 이론에 구속되는 것은 아니지만, 이와 같은 낙하 크기 감소의 이유로는, 두가지 힘, 즉 인력(중력)과 전기력(이들은 함께 작용하여 노즐로부터 액체를 낙하시키지만, 표면 장력은 노즐에 액체가 머무르게 한다)이 존재하기 때문일 것이다. 전하 주입량이 증가함에 따라, 전기적 장력은 증가하고, 마침내 중력과 표면장력을 지배하여 소적 크기를 감소시킨다. 특정 역치값 이상으로 전하 주입이 더욱 증가되면,문자 그대로 액체를 노즐로부터 끌어당겨 하전된 얇은 액체 제트를 형성하는 매우 강력한 전기적 장력이 생겨나게 되고, 이어서 이 액체 제트는 매우 균일한 소적으로 흩어지게 된다("제트 모드"로 알려져 있음). 전하 주입이 더욱 증가됨에 따라, 제트 모드는 단일-제트로부터 다중-제트 모드로 변화한다.

사용된 추가의 하강력의 또다른 예는 구 형성 액체에 비해 큰 속도의, 이 구 형성 액체에 인접하고 평행한, 오리피스를 통한 별도의 액체 스트림(통상적으로, 비혼화성임)이다. 구 형성 액체는 액체/액체 계면에서 항력(drag force)에 의해 끌어당겨진다. 2개 스트림의 선형 속도 차이에 비례하는 인자에 의해 구 형성 제트의 직경이 감소된다.

본 발명의 기법은, 상이한 물질로 된 2개 이상의 동심(concentric) 구로 이루어진 "중공형" 또는 다중 외피 입자를 생성하도록 추가로 개질될 수 있다. 예를 들어, 약물을 함유하는 수성상을 둘러싸고 있는 중합체 외피로 이루어진 구가 생성될 수 있다. 이러한 구는 동축상에 설치된 2개의 노즐을 이용하는 것으로 이루어진 이중 노즐 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 노즐 중 하나 또는 다른 하나를 통해 2가지 액체를 통과시킴으로써 내부에 다른 액체(또는 기체)를 동축상에 함유하는 하나의 액체의 완만한 실린더형의 제트가 생성될 수 있다. 이어서, 전술한 바와 같이 음향파를 사용하여 이 제트를 균일한 소적으로 흩트려서, "중공형" 또는 다중-외피 구를 얻을 수 있다. 구의 반경과 두께 사이의 크기와 비율은 외부 및 내부 유체의 상대 유량, 노즐의 상대 크기, 노즐의 상대 위치 및 음향 여기의 진폭과 진동수를 변화시킴으로써 제어할 수 있다.

본 발명의 또다른 구체예는 구의 균일성을 유지하면서, 마이크로- 및 나노-구의 신규한 경화를 가능하게 하는 것이다. 장치로부터 낙하하는 소적은 경화되어, 구를 포함하는 물질의 유형에 따라 좌우되는 임의의 몇가지 표준 방법에 의해 마이크로-구를 형성할 수 있다. 구의 수집, 경화(상 역전) 및 건조시에 균일한 크기 또는 소정의 크기 분포를 유지하는 것은 중요하게 고려된다. 노즐에 존재하는 소적이 공기를 통해 낙하된 후 액체 배쓰(주로 수성 또는 액체 질소이며, 유기 용매는 추출될 것임)내에 들어가게 되면, 예를 들어 액체 표면과 구와의 충돌로 인해 구의 형상이 변형되거나 심지어 완전히 붕괴될 수도 있다. 본 발명의 또다른 구체예는 선행 기술에 있어서의 이와 같은 본질적인 문제점을 극복하는 것으로, 이 구체예는 수조의 표면 아래에 오리피스를 배치함으로써 표면과의 충돌을 방지하는 방법이다. 이어서, 구를 교반하여 유기 용매가 유효하게 추출되게 한다. 그러나, 부드럽게 교반하여야 하며, 일반적인 교반 속도는 너무 큰 전단력을 유발하게 되고, 입자를 붕괴시켜, 입자 분포를 망치게 된다. 다른 스프레이 방법은 액체/공기 계면 아래에 위치한 노즐을 사용하고 있지 않기 때문에, 이는 신규한 것이다.

한가지 구체예에 있어서, 본 발명은 이중 노즐 방법과 함께 전기유체역학 스프레이법을 사용하여, 중공형의 매우 작은 균일한 구를 제조한다. 소정의 크기를 갖는 마이크로- 및 나노-구, 화학적 조성물 및 화학양론은 이러한 신규의 방법(일명, 유동-제한 영역 주사 정전기 스프레이법; FFESS)을 통해 가장 안정한 방식으로 제조될 수 있다. 이 구체예는 중공형 구 제작 기법 및 정전기 스프레이 기법의 기본 이론을 조합한다. 중공형 구 제작 기법은 문헌[N.K. Kim, K. Kim, D.A. Payne,and R.S. Upadhye, "Fabrication of hollow silica aerogel spheres by a droplet generation method and sol-gel processing,"J. Vac. Sci., Technol. A., vol. 7, no. 3 pp. 1181-1184 (1989) and K. Kim, K.Y. Jang and R.S. Upadhye, "Hollow silica spheres of controlled size and porosity by sol-gel processing,"J. Am. Ceram. Soc., 74:8, pp. 1987-1992, (1991)]에 개시되어 있다. 정전기 스프레이법은 문헌[K. Kim and R.J. Tumbull, "Generation of charged drops of insulating liquids by electrostatic spraying,"J. Appl. Phys., vol. 47, no. 5, pp. 1964-1969, May 1976, U.S. Patent No. 5,344,676 to Kim et al., and U.S. Patent No. 6,060,128 to Kim et al.]에 개시되어 있다. 이 구체예에서, 본 발명은 전기유체역학 스프레이법의 개념을 도입하여 상기 난점을 극복하였다. 단지 기계력만을 사용하여 완만한 액체 제트를 균일한 중공형 소적으로 흩트리는 통상의 중공형 구 제작 기법과 달리, 본 발명의 구체예는 구동 액체를 하전시키고, 생성된 전기 장력을 사용하여 액체 제트 웰의 크기를 노즐의 개구 크기 이하로 감소시킨다. 이어서, 이것은, 액체 제트를 흩트려 얻어지는 소적의 크기를 감소시키게 된다. 이러한 방식으로, 당업자는 매우 작은(직경 50 ㎛ 이하), 상이한 물질을 함유하는 균일한 다중-외피 구를 제작할 수 있다. 본 발명의 이러한 특수한 능력은, 제어 약물 방출 또는 약물 전달 시스템을 비롯한 생물의학적 용도에 따라 추구되는 다수의 필요조건에 부합하는 선택된 물질을 포함하는 구상 외피 내에 나노-미터 크기의 입자를 캡슐화하는 것을 가능하게 한다. 외부 구상 외피를 포함하는 물질의 두께를 조절하는 능력은 약물 방출 동력학의 조절을 위한 다양한 시나리오의 제조를 용이하게 한다. 2개 이상의 노즐을 포함하는 동축 노즐에 본 발명의 방법을 적용함으로써, 상이한 물질로 된 2개 이상의 층을 가진 다중-외피 구상 입자의 제작이 가능하게 된다는 점은 강조되어야 한다.

본 발명의 입자는 매우 좁은 크기 분포를 가질 수 있다. 바람직하게는, 입자의 90% 이상이 평균 입자 직경의 2% 이내, 더욱 바람직하게는 1% 이내의 직경을 가진다. 대안으로서, 바람직하게는 입자의 95% 이상이 평균 입자 직경의 10% 이내, 더욱 바람직하게는 5% 이내, 더더욱 바람직하게는 2% 이내, 가장 바람직하게는 1% 이내의 직경을 가진다. 대안으로서, 바람직하게는 입자의 95% 이상이 평균 입자 직경의 10% 이내, 더욱 바람직하게는 5% 이내, 더더욱 바람직하게는 2% 이내, 가장 바람직하게는 1% 이내의 직경을 가진다. 대안으로서, 바람직하게는 입자의 98% 이상이 평균 입자 직경의 10% 이내, 더욱 바람직하게는 5% 이내, 더더욱 바람직하게는 2% 이내, 가장 바람직하게는 1% 이내의 직경을 가진다. 대안으로서, 바람직하게는 입자의 99% 이상이 평균 입자 직경의 10% 이내, 더 바람직하게는 5% 이내. 더더욱 바람직하게는 2% 이내, 가장 바람직하게는 1% 이내의 직경을 가진다. 본 명세서에서, 입자와 관련된 용어 "직경" 및 "평균 직경"은 수치(number) 평균 직경을 의미한다.

바람직하게는 최대 50 ㎛, 더욱 바람직하게는 1 ㎛ 내지 50 ㎛, 가장 바람직하게는 1 ㎛ 내지 30 ㎛의 평균 직경을 가진 입자에 대한 좁은 크기 분포를 설명하기 위한 또다른 방법은 평균 직경의 특정 길이 범위내의 직경을 가지는 백분율에 의하는 것이다. 바람직하게는 입자의 90%가 입자 평균 직경의 1 ㎛ 이내인 직경을,더욱 바람직하게는 입자 평균 직경의 0.5 ㎛ 이내의 직경을, 가장 바람직하게는 입자 평균 직경의 0.1 ㎛ 이내의 직경을 가진다. 대안으로서, 바람직하게는 입자의 95%가 입자 평균 직경의 1 ㎛ 이내인 직경을, 더욱 바람직하게는 입자 평균 직경의 0.5 ㎛ 이내의 직경을, 가장 바람직하게는 입자 평균 직경의 0.1 ㎛ 이내의 직경을 가진다.

본 발명은 생물의학적 용도, 특히 제어 방출 약물 전달 시스템을 위해 정확하게 제어된 크기 및 크기 분포를 가진 마이크로- 및 나노-입자를 제조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 제1 물질을 포함하는 신규한 마이크로- 및 나노-구에 관한 것이다. 또, 본 발명은 제2 물질을 캡슐화하는 제1 물질의 신규한 중공형 마이크로- 및 나노-구에 관한 것이다.

본 발명은 생물의학적 용도, 특히 제어 방출 약물 전달 시스템을 위해 정확하게 제어된 크기 및 크기 분포를 갖는 마이크로- 및 나노-입자의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명은 또한 이중 노즐 시스템의 내부 노즐에서 매우 날카로운 피하형 주사기를 사용하여 반도체 및 생물의학적 용도에 유용한 고체, 중공형 및 다중-외피 마이크로- 및 나노-크기의 입자를 생산하는 방법에 관한 것이다.

예시적으로, 입자 또는 구의 형성은 소형 오리피스(직경 수 밀리미터 내지 10 마이크로미터)를 통해 액체 물질(예를 들어, 유기 용매중에 용해된 중합체, 중합체 용융물 등)을 펌핑함으로써 수행된다. 오리피스를 벗어난 액체 스트림은 제어된 진동수 및 진폭으로 디바이스를 진동 또는 흔들어주면 소적으로 흩어지게 된다.

진동 또는 쉐이킹은 예를 들어 파동 발생기에 의해 구동되는 압전 변환기에 의해 달성될 수 있다. 기계적 여기는 액체 제트를 따라 음향 에너지파를 발사하여 주기적 불안정성을 발생시키고, 이어서 스트림을 액적의 트레인으로 흩어지게 한다.

본 발명의 또다른 구체예는 치료 화합물에 관한 것이다. 치료 화합물(예를 들어, 펩티드, 단백질, 핵산, 다당류, 지질, 스테로이드 및 유기 및 무기 약학 화합물 등)은 다양한 기법에 의해 구내에 캡슐화될 수 있다. 액체 상 중에 용해가능한 화합물이 단순히 용해될 수 있다. 불용성 물질은 작은 입자 형태로 액체 중에 현탁될 수 있다. 대안적으로, 불용성 물질은 소적 형성 전에 비혼화성 상에 용해되고, 구 형성 액체와 유화될 수 있다. 예를 들어, 단백질은 완충 수용액 중에 용해될 수 있지만, 중합체(구 형성 물질)는 유기 용매, 예를 들어 메틸렌 클로라이드 또는 에틸 아세테이트 중에 용해될 수 있다. 수성 및 유기 용액을 혼합하고, 균질화하여, 차후에 소적-형성 액체로 될 유중수 에멀젼을 형성할 수 있다.

본 발명의 구체예에서는 생분해성 중합체 폴리(락트산-글리콜산 공중합체)(PLGA)를 사용한다. PLGA는 약물 전달을 위해 잘 연구되어 있고, 다수의 생체내 용도로 FDA 승인되어 있다. 그러나, 기법은 폴리(오르토에스테르), 폴리(안하이드라이드), 폴리(포스포에스테르), 폴리(포스파젠) 등을 비롯한 기타 물질들로 일반화될 수 있다.

본 발명의 실시에 유용한 오리피스의 비제한적인 예로는 끝이 뾰족한 노즐, 모세관 튜브, 평평한 플레이트 중 단순한 구멍, 또는 임의의 이들 형태의 다중 오리피스의 어레이를 들 수 있다.

입자 형성에 유용한 물질의 비제한적인 실시예는 폴리에스테르(예를 들어, 폴리(락트산), 폴리(글리콜산) 및 폴리(락트산-글리콜산 공중합체), 폴리(락트산-리신 공중합체), 폴리(락트산-리신 그래프트 중합체), 폴리안하이드라이드(예를 들어, 폴리(지방산 이량체), 폴리(푸마르산), 폴리(세바스산), 폴리(카르복시페녹시 프로판), 폴리(카르복시페녹시 헥산), 이들 단량체의 공중합체 등),폴리(안하이드라이드-이미드 공중합체), 폴라(아미드), 폴리(오르토 에스테르), 폴리(이미노카르보네이트), 폴리(우레탄), 폴리(오르가노파스파젠), 폴리(포스페이트), 폴리(에틸렌 비닐 아세테이트) 및 기타 아실 치환된 셀룰로즈 아세테이트 및 이의 유도체, 폴리(카프로락톤), 폴리(카르보네이트), 폴리(아미노산), 폴리(아크릴레이트), 폴리아세탈, 폴리(시아노아크릴레이트), 폴리(스티렌), 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(비닐 플루오라이드), 폴리(비닐 이미다졸), 클로로설폰화 폴리올레핀, 폴리에틸렌 옥사이드 및 이의 공중합체 및 이의 배합물을 포함한다.

약물 전달 이외의 용도를 위해서, 구는 중합체(예를 들어, 폴리스티렌)에서 금속, 무기물(실리카), 극저온물(동결된 수소)에 이르는 임의의 물질을 주성분으로 할 수 있다.

본 발명에 의해 생산된 구는 약 1 나노미터 내지 약 1 밀리미터의 범위이다. 약물 전달 용도에 대하여, 약 10 nm 내지 약 100 ㎛의 크기가 가능하다. 본 출원에 사용된 용어 구(들)는 가로세로비가 1인 입자에 제한되지 않고, 완벽한 구로부터 유의성있게 벗어난 입자도 포함한다. 입자의 가로세로비가 1 내지 10이 것이 바람직하며, 1 내지 2인 것이 더욱 바람직하다.

용어 "나노-"는 약 1 내지 약 1000 nm 범위의 크기로서 정의된다. 용어 "마이크로-"는 약 1 내지 약 1000 ㎛ 범위의 크기로서 정의된다.

2 성분 비이드의 바깥쪽 외피의 두께는, 용도에 따라 비이드 직경의 약 99% 내지 비이드 직경의 약 1%일 수 있다. 그러나, 바깥쪽 외피에 대하여 얻을 수 있는 최소 두께는 중공형 비이드의 전체 크기 및 이를 포함하는 물질의 특성에 따라 좌우될 것이다. 얻을 수 있는 절대 두께의 최소값은 소수의 분자층의 것에 비해 더 크다.

본 발명의 구는 다수의 가능한 생물의학적 용도를 가진다.

식세포작용의 수동 표적화. 면역계의 세포, 특히 거대 세포 및 수상 세포는 면역화의 표적이다. 이들 "전문 항원 제시 세포(APC)"는 백신 성분에 대한 소정의 T-세포 반응을 일으킬 수 있다. APC는 통상적으로 1 내지 10 ㎛ 입자에 대해 식세포작용을 가질 수 있고, 체내 다른 유형의 세포 대부분은 이러한 큰 입자를 내재화할 수 없다. 백신 성분을 함유하는 이러한 크기의 입자를 형성함으로써, 당업자는 APC에 대한 백신의 전달을 수동적으로 표적화할 수 있다. 현재의 기법은 유의성있게 넓은 크기 분포를 가지는, 이러한 크기의 입자를 제조할 수 있을 뿐이다. 본 출원의 방법은 거의 100%의 구가 소정의 크기를 가지는, 백신 캡슐화 미소구를 생성할 수 있다. APC 표적화는 너무 크거나 너무 작은 구 중에서 고가의 백신 성분을 낭비하는 일 없이 최적화될 수 있다.

모세관 색전술.혈관 크기는 신체를 통해 변화하며, 가장 작은 혈관은 모세관이다. 통상적으로, 종양 조직은 특히 급속하게 성장하는 종양 조직에 영양을 공급하는 꼬인 모세관 층을 나타낸다. 종양 조직을 표적화하는 한가지 접근법은, 좁은 모세관내에 머무르게 될 수 있는 크기의 미소구내에 캡슐화된 치료제를 전달하는 것이다. 이어서, 이 미소구를 종양에 영양을 공급하는 동맥내로 주입한다. 너무 큰 구는 더욱 큰 혈관중에 머무르게 될 것이고, 따라서 치료제는 모든 종양 조직에 도달할 수 없게 된다. 너무 작은 구는 종양을 통과할 것이고, 치료제를 기타 건강한 조직으로 전달할 수 있고, 다수의 항암제는 물론 세포독성이 있기 때문에 심각한 문제가 된다. 정확한 크기의 구를 생산할 수 있는 능력은 가장 작은 모세관에 머무르는 구의 수, 즉 소정의 부위로 전달되는 치료제의 양을 최대화시킨다.

나노-구에 의한 표적화.직경 1 ㎛ 이하의 생분해성 중합체 구(나노-입자 또는 나노-구)는 약물 전달에 있어서 몇가지 특정한 용도를 가진다. 예를 들어, 직경 150 nm 이하의 입자는 다수의 다른 종류의 세포에 의한 수용체 매개 엔도사이토시스를 표적화할 수 있다. 또, 나노 입자는 입자가 장 상피를 가로지를 수 있고, M-세포 및 파이어판으로 흡수될 수 있는 경구 투여에 적합하다. 너무 큰 입자는 흡수가 불량하고, 너무 작은 입자는 치료제를 거의 함유하지 않는다. 생분해성 중합체 나노 입자를 형성하는 현재 가장 널리 사용되는 방법들 중 다수는 광범위한 입자 크기 편차를 가진다. 예를 들어, 중합체와 약물을 용매(예를 들어, 메틸렌 클로라이드) 중에 용해시킨 후, 비용매 상(예를 들어, 석유 에테르)에 부어넣는 상 역전 나노캡슐화 방법을 사용하는 경우에는 100 내지 5000 nm의 입자가 얻어진다. 평균 크기 주변에서 수 %의 최대 편차를 가진 입자 크기로 제어하는 본 발명의 능력은최적의 나노입자 표적화를 가능하게 할 것이다.

고체 미소구로부터 약물 방출 속도의 조절.다수의 제어 방출 약물 전달 시스템은 생분해성 중합체로부터 제조된 미소구로 이루어진다. 미소구 중에 캡슐화된 치료 화합물은 체내 수성 환경에서 주로 가수분해에 의해 중합체가 침식됨에 따라 방출된다. 약물 방출 속도는 중합체 조성, 중합체 분자량, 미소구 공극 등을 비롯한 몇가지 인자에 의해 좌우된다. 그러나, 결정적인 파라미터는 구의 크기이다. 일반적으로, 더 큰 표면적/부피를 가진 더 작은 구는 더 큰 구에 비해 보다 신속하게 침식되어 치료제를 방출한다.

구의 크기 분포를 정확하게 조절하는 능력은 약물 방출 속도에 대한 선례가 없었던 제어를 가능하게 한다. 액체 유량, 진동의 진동수 및 진폭을 변화시킴으로써, 구의 크기를 제어할 수 있다. 또한, 이들 3가지 파라미터를 연속적이고 완만하게 변화시킴으로써, 정해진 크기 분포를 얻을 수 있다. 약물 방출 속도는 구의 크기 분포에 따라 달라지므로, 이로써 소정의 방출 속도 양상(예를 들어, 0차 방출, 맥동형 방출 등)을 제공하는 적절한 크기 분포를 결정할 수 있다.

코어/외피 복합체 마이크로입자의 제작.다중 노즐법을 사용하여, 2가지 이상의 다른 물질로 이루어진 복합체 입자를 제작할 수 있다. 약물 전달을 위한 코어/외피 마이크로입자는 이미 제조되고 있으나, 단지 비혼화성 코어 및 외피 상을 사용하는 경우에만 제조가 가능하였다. 또한, 구의 크기 및 외피 두께의 조절은 불량하였다. 외피 두께 및 구 직경의 미세한 제어는 가능하다. 2가지 상은 중합체 외피내의 기체 코어; 중합체 외피내 약물을 함유하는 수성 코어(외피는 또한 바로그 화합물 또는 제2 화합물을 캡슐화할 수 있음); 제2 또는 동일한 화합물을 캡슐화하는 중합체 외피(동일하거나 상이한 물질임)내에 약물 화합물을 캡슐화하는 중합체 코어를 포함할 수 있다. 이러한 입자는 신규하고 유용한 약물 방출 속도 양상을 나타낼 수 있다.

미소 외피로부터 약물 방출 속도의 제어.소수성 중합체 미소구내 수용성 화합물의 캡슐화는, 통상적으로 약물/수성상이 중합체/오일 상으로 유화되는 이중 유화법을 필요로 한다. 유중수 에멀젼을 형성하는 데 필요한 물리적인 힘, 및 약물을 수성/오일 계면에 접촉시키는 것은 치료제 단백질 및 핵산을 비롯한 약물 화합물에 손상을 줄 수 있다. 미소 외피내의 캡슐화는 어떠한 물리적인 힘도 사용하지 않고, 수성/오일 계면의 면적이 크게 감소되므로, 이러한 문제점을 경감시킬 수 있다.

미소 외피는 선례가 없었던 약물 방출 속도의 조절 기회를 제공한다는 점에서 더욱 중요하다. 우리의 방법은 구의 직경과 중합체 외피의 두께 양자의 정확한 조절을 가능하게 한다. 생분해성-중합체 미소외피, 특히 표면-침식성 중합체(예를 들어, 폴리안하이드라이드)로 이루어진 것으로부터의 약물 방출은, 일단 침식이 외피의 완전성을 어떤 최소 임계치로 감소시키면, 한번의 "방출(burst)"이 일어날 것으로 예상된다. 입자 집단에서 외피 두께 및 임의의 주어진 외피 두께를 가진 미소외피의 개수를 연속적으로 변화시킴으로써, 실질적으로 임의의 목적하는 약물 방출 속도 양상을 얻을 수 있다.

나노 외피의 제작.전기유체역학 및 이중 노즐법을 조합하여 중합체 나노 외피를 제작할 수 있다. 전술한 바와 같이, 실질적으로 임의의 화합물을 입자의 내부상에 캡슐화할 수 있다. DNA(또는 다른 핵산)를 캡슐화하는 경우, 유전자 전달에 특히 유용할 수 있는 "인공 바이러스" 입자가 제조될 수 있다.

본 발명에 의해 캡슐화/방출될 수 있는 약학적 화합물은 핵산, 단백질과 펩티드, 호르몬과 스테로이드, 화학요법제, NSAID, 백신 성분, 진통제, 항생제, 항우울제 등을 포함하지만, 이것만으로 제한되지 않는다.

본 발명의 실시에 유용한 핵산은 안정성을 향상시키기 위해 개질된 DNA, RNA, 펩티드-핵산, 올리고뉴클레오티드(예를 들어, 포스포로티오에이트, 아미노포스포네이트 또는 메틸포스포네이트)를 포함하지만, 이것만으로 제한되지 않는다.

본 발명의 실시에 유용한 단백질과 펩티드는 인간 성장 호르몬, 소의 성장 호르몬, 에리트로포이에틴, 트롬보포이에틴, 조직 플라스미노겐 활성인자와 유도체, 인슐린, 모노클로날 항체(예를 들어, 항-인간 상피 성장 인자 수용체 2(헤르셉틴), 항-CD20(리툭시맙), 항-CD-18, 항-맥관 내피 성장 인자, 항-IgE, 항-CD 11a) 및 이들의 유도체, 단일쇄 항체 단편, 인간 데옥시리보뉴클레아제 I(도나아제 알파, 풀모자임), 제1형 인터페론, 과립구 콜로니 자극 인자, 황체 호르몬 방출 호르몬 저해제 펩티드, 류프롤리드 아세테이트, 엔도스타틴, 안지오스타틴, 돼지 인자 VIII 응고 인자, 인터페론 알파콘-1, 판크레리파아제(췌장 효소) 등을 포함하지만, 이것만으로 제한되지 않는다.

본 발명의 실시에 유용한 호르몬 및 스테로이드(코르티코스테로이드)는 노르에틴드론 아세테이트, 에티닐 에스트라디올, 프로게스테론, 에스트로겐, 테스토스테론, 프레드니손 등을 포함하지만, 이것만으로 제한되지 않는다.

본 발명의 실시에 유용한 화학요법제는 탁솔(파클리탁셀), 빈블라스틴, 시스플라틴, 카르보플라틴, 타목시펜 등을 포함하지만, 이것만으로 제한되지 않는다.

본 발명에 유용한 NSAID는 피록시캄 등을 포함하지만, 이것만으로 제한되지 않는다.

본 발명의 실시에 유용한 백신 성분은 간염 B, 폴리오, 홍역, 이하선염, 풍진, HIV, 간염 A(예를 들어, 해브릭스) 등을 포함하지만, 이것만으로 제한되지 않는다.

본 발명의 실시에 유용한 진통제는 아스피린, 아세트아미노펜, 이부프로펜, 나프록센 나트륨염 등을 포함하지만, 이것만으로 제한되지 않는다.

본 발명의 실시에 유용한 항생제는 아목시실린, 페니실린, 설파제, 에리스로마이신, 스트렙토마이신, 테트라사이클린, 클라리스로마이신, 시프로플로자신, 테르코나졸, 아지트로마이신 등을 포함하지만, 이것만으로 제한되지 않는다.

본 발명의 실시에 유용한 항우울제는 졸로프트, 플루옥세틴(프로작), 파르옥세틴(팍실), 시탈로프람, 벤라팍신, 플루보옥사민 말레이트, 이미프라민 하이드로클로라이드, 리튬, 네파조돈 등을 포함하지만, 이것만으로 제한되지 않는다.

본 발명의 실시에 유용한 기타 생물약학적 화합물은 실데나필(비아그라), 아시클로비르, 간시클로비르, 펙소페니딘, 셀레콕시브(셀레브렉스), 로페콕시브(바이옥스), 안드로스테네디온, 클로로퀸, 디페닐하이드라민 HCl, 부스피론, 독사조신 메실레이트, 로라타딘, 클로르니핀, 아연 글루코네이트, 아연 아세테이트, 하이드로코르티손, 와파린, 인디나비르 설페이트, 리도카인, 노바카인, 에스트라디올, 노르에틴드론 아세테이트, 메드록시프로게스테론, 덱스펜플루라민, 덱스트로암페타민, 독시사이클린, 탈리도미드, 플루티카손, 플루다라빈 포스페이트, 에타네르셉트, 메트포르민 하이드로클로라이드, 하이알루로네이트, 테트라조신 하이드로클로라이드, 로페라미드, 이보가인, 클로나제팜, 케타민, 라미부딘(3TC), 이소트레티노인, 니코틴, 메플로퀸, 레보플록사신, 아토르바스타틴(리피토), 마이코나졸 나이트레이트(모니스타트), 리토나비르, 파모티딘, 심바스타틴(조코), 시부트라민 HCl 모노하이드로클로라이드, 오플록사신, 란소프로졸, 랄옥시펜(에비스타), 자나미비르(릴렌자), 오셀타미비르 포스페이트, 4-페닐부티르산 나트륨염, 클로르프로마진, 네비라핀, 지도부딘, 세티리진 하이드로클로라이드(지르텍) 등을 포함하지만, 이것만으로 제한되지 않는다.

본 발명의 실시에 또한 사용될 수 있는 물질은 문헌[Physician's Desk Reference 2000, 54th Edition, ISBN: 1563633302,AHFS 99 Drug Information, Amer. Soc. of Health System, ISBN: 1879907917 and U.S. Patent No. 5,019,400]에서 찾을 수 있으며, 이 문헌들은 그 전체로서 본 명세서 중에 참고로 포함된다.

본 발명의 구는 그에 포함된 다른 물질을 가질 수 있다. 본 발명의 구내에 포함될 수 있는 물질은 염, 금속, 당, 표면활성제, 산, 염기, 안정화제 및 방출 촉진제로 이루어진 군 중에서 선택된다.

본 발명의 구는 외피내로, 코어내로, 각각의 외피에 개별적으로, 또는 동심원상의 외피들에서 다른 농도로 함유된 물질을 포함할 수 있다.

본 발명의 구체예는 선택된 중합체(들) 및 약학 화합물(들)의 이종 혼합물을포함한다.

본 발명의 한가지 양상은 본 발명의 실시를 가능하게 하는 장치이다. 이 장치는, 공급 물질의 유량, 주사 전하 및 온도를 조절하기 위한, 그리고 생성된 중공형 또는 다중-층 액적의 시각적 규명화를 위한 적절한 기구들(이들 모두는 컴퓨터에 의해 조절됨)에 연결된 공축상의 다중 노즐 시스템을 포함한다. 이 장치는 특히 목적하는 특정한 구를 제작하기에 가장 적합한 처리 조건을 최적화하는 컴퓨터에 의해 조절될 수 있고, 이 기구들이 목적하는 다중-외피 구를 생산할 수 있게 한다. 이러한 시스템은 조절된 크기, 외피 두께, 화학적 조성 및 화학양론을 갖는 다중 외피 구를 제작하기 위한 완전한 실험 장치로서 개발될 수 있다. 또는, 이러한 시스템은 특정한 외부 사용자의 소정의 요구사항을 만족시킬 수 있는 구를 생산하기 위한 중앙 설비로서 작동될 수 있다.

본 발명 장치의 구체예는 도 7에 도시되어 있다. 장치(10)는 용액(20)이 통과하여 제트(14)를 형성하는 노즐(12)을 포함한다. 비용매 액체의 캐리어 스트림(18)은 제트 주위에서 유동하여, 제트의 속도를 증가시킨다. 증폭기(22)를 통해 진동수(주파) 발생기(24)에 의해 구동되는 압전 변환기(16)를 사용하는 경우에, 진동이 유도되어 제트가 입자로 흩어지게 된다. 입자들은 수집 플라스크(26)에 수집될 수 있다.

본 발명 장치의 또다른 구체예는 도 8에 도시되어 있다. 장치(28)는 용액(20)이 통과하는 노즐(제트는 도시되지 않음)(12)을 포함한다. 노즐은 수집 플라스크(26)내의 캐리어 액체(30)내에 있다. 전하 공급원(32)은 노즐에 부착되어,방출(exiting) 제트를 하전시켜, 그 속도를 증가시킨다. 대안으로서, 날카로운 바늘을 전하 공급원에 부착하고, 액체내로 삽입하여 방출 제트를 하전시킬 수도 있고; 다중 노즐(및 다중 액체)인 경우에, 바늘을 가장 반응성인 액체내에 둘 수 있다. 접지면이 수집 부위에 포함될 수도 있다. 진동이 제트내에서 유도되어 제어에서 입자로의 흩어짐을 제어하는 것이 바람직하다.

본 명세서의 실시예는 본 발명에 따른 다양한 구체예를 예시할 목적으로 제시되며, 어떤 식으로든 본 발명을 제한하지 않는다.

실시예 1 - 균일한 고체 PLGA 미소구의 제작.

PLGA를 에틸 아세테이트(50 mg/ml) 중에 용해시키고, 그 용액을 2-3 ml/분의 다양한 유량으로 60 ㎛ 오리피스를 통해 펌핑하였다. 동시에, 음향형 여기 진동수를 14에서 70 kHz로 변화시켰다. 스트로브 램프를 사용하여 자유 낙하 구를 비추고, 10 x 현미경 대물렌즈 및 CCD 카메라를 사용하여 비디오테이프 상에서 그 영상을 포착하였다. 도 1에 도시된 바와 같이, 65 내지 120 ㎛ 크기를 가진 균질한 구가 제조되었다(구의 최소 크기는 오리피스 직경보다 단지 약간 크다는 점에 주목할 것). 구의 크기는 중합체 용액 유량을 증가시킴에 따라, 그리고 초음파를 감소시킴에 따라 증가되었다.

오리피스 직경, 중합체 용액 유량 및 초음파 진동수를 변화시킨 점을 제외하고는 상기와 동일한 기법을 사용하여 15 내지 500 ㎛의 넓은 범위에 걸쳐 균일한 구를 제조하였다. 1% 폴리(비닐 알코올)의 수성 용액 중 용매 추출법/증발법에 의해 미소구를 경화시켰다. 미소구 현탁액 분취량을 현미경 커버 슬립 상에 두고, 광현미경을 사용하여 영상화하였다. 도 2에 도시한 대표 영상은 단일 제제내에서 구 직경의 균일성, 및 이러한 단순한 장치를 사용하여 미소구가 얻어진 크기 범위를을 도시하고 있다. 자발적으로 육각형의 밀집된 어레이로 어셈블리된 미소구; 육각형 패턴 및 입자 균일성은 커버 슬립상의 전체 샘플에서 관찰되었다.

구 집단의 크기 분포는 쿨터 멀티사이저(BECKMAN INSTRUMENTS)를 사용해서 측정하였다. 도 3A 및 3B에서 보는 바와 같이, 그 분포는 매우 좁다. 피이크 너비는 장치를 검정하는 데 사용되는 상업용 크기 표준의 것과 유사하다. 도 3C는 실험을 통해 동시에 유량을 올리고, 음향 진동수 미드-웨이를 저하시켜 73 ㎛에서 82 ㎛로 입자 직경을 이동시킴으로써 크기 분포를 조작하는 능력을 보여준다. 도 3D에 도시된 분포를 얻기 위해, 유량을 수동적으로 증가시키고, 음향 진동수를 감소시켜, 줄어든 횟수에 대한 각각의 세트의 조건을 유지하였다. 파라미터를 수동적으로 변화시키기 때문에, 그 분포가 완만하지는 않지만, 그럼에도 정해진 미소구 크기 분포가 사실상 얻어질 수 있음을 보여주고 있다.

실시예 2 - 보다 작은 입자 크기의 PLGA 제조

이러한 기본 기법을 사용하여 얻어질 수 있는 구 직경 최소치는 노즐의 크기에 의해 지배된다. 오리피스 크기를 ∼30 ㎛ 이상으로 감소시키면 몇가지 문제가발생한다. 먼저, 예를 들어 모세관을 끌어당기는 것에 의한 노즐의 재현가능한 제작은, 그 크기가 감소됨에 따라 더욱 어려워진다. 둘째, 매우 작은 노즐은 외부 먼지 입자 또는 중합체 응집체에 의해 용이하게 막히고, 모든 장치의 주의깊은 세척과 용액의 여과가 요구된다. 이들은 단순히 시스템의 신중한 조작에 의해 극복될 수 있는 기술적인 문제이다. 그러나, 더욱 심각한 문제는, 오리피스 직경이 감소됨에 따라, 작은 오리피스를 통한 점성 중합체 용액의 통과는 더욱 어렵게 되고, 더욱 큰 전단력을 발생시킨다는 점이다. 그러므로, 전기유체역학 스프레이법을 사용하여 직경 약 30 ㎛ 이하의 미소구를 생산하였다.

전기유체역학 장치는 PLGA 입자의 크기를 감소시킨다. 이러한 예비 실험에서, PLGA/아세톤 용액을 800 ㎛ 노즐을 통해 통과시켰다. 도 4A에서 보는 바와 같이, 인가된 전하 부재하에서, 노즐에 존재하는 액적의 직경은 노즐 직경의 약 4배인 수 밀리미터였다. 노즐에 증가하는 전위가 인가되면, 액적 크기는 급속히 감소되어, 결과적으로 10 ㎛ 이하의 직경을 갖는 PLGA 입자가 생성되었다(도 4B 내지 4D). 전기 전하가 더욱 증가되면, 입자 스프레이의 "다중-제트 모드"가 생성되었다. 여기서, 중합체 용액은 이것은 미세한 연무상으로 분사되었고, 개개의 입자는 너무 작아서 우리가 가진 영상화 장치를 사용해서는 관찰할 수 없었다.

우리의 조잡하고 최적화되지 않은 장치를 사용하는 경우에도 얻어질 수 있는 작은 구의 크기를 측정하기 위하여, 전기유체역학 기법을 사용하여 더욱 작은(100 ㎛) 글래스 노즐로부터 PLGA 입자를 생성시켰다. 2가지 다른 기법을 사용하여 입자를 수집하였다. 이것을 액체 질소 배쓰(여기서 구가 냉각됨)에로 낙하시킨 후 저온의 에탄올 중에서 용매를 추출함으로써, 직경 ∼3-30 ㎛의 구를 수집하였다. 직경이 약 10 및 5 ㎛인 구가 도 5A 및 5B에 각각 도시되어 있다. 직경 3 ㎛ 내지 100 nm의 보다 작은 크기의 구를 스트림 아래에 배치된 실리콘 EM 스터브 상에 수집한 후, SEM에 의해 영상화하였다(도 5C 및 5D). 이 구들이 스터브로 낙하하는 동안의 단지 최소 건조 시간이 지난 후 구를 포집하였기 때문에, 구는 각각 분리되어 있지 않았다. 이 보다는, 중합체/용매 소적은 실리콘 표면상에 응집하는 경향을 보였다. 그렇지만, 이 입자 크기 및 구의 형상은 이 영상에 있어서 명백하다. 구는 직경이 약 1 ㎛이며, 나노미터 범위의 유의성있는 구의 파편을 가졌다는 사실이 가장 중요하다. 또한, 음향 여기는 이 실험에서 사용되지 않았으며, 생성된 구는 완전히 균질(균일)하지 않았다. 그렇지만, 입자 크기는 다소 균일한 것으로 나타났다. 이들 구는 비교적 큰 노즐과 원시적인 실험 설정을 사용하여 제작되었기 때문에, 이 기법의 보다 개량된 형태를 사용해서 마이크론 이하의 크기를 갖는 구를 일관성있게 생성할 수 있음은 의심의 여지가 없을 것이다.

실시예 3 - 약물의 캡슐화

마지막으로, 모델 화합물 즉 로다민 B를 사용하여 중합체 미소구 내에 약물을 캡슐화하는 능력을 입증하였다. 유리 염기 형태의 로다민 B를 하중 이론치 1, 3 및 5%(약물 중량/중합체 중량)로 PLGA/에틸 아세테이트 용액 중에 용해시켰다. 상기 실시예에서 설명한 방법을 사용하여, 균일한 35, 50 및 65 ㎛ 직경을 갖는 미소구를 제작하고, 경화시켜, 수집하였다. 로다민의 존재는 입자의 균일성에 대해 어떤 주목할만한 효과를 보이지 않았다. 로다민의 캡슐화(효율 70% 이하)는 형광 현미경에 의해 확인되었다(도 6, 우측). 로다민 B는 PBS 중 37℃로 7 내지 10일간 항온처리하는 동안 구로부터 방출되었다. 그 방출 속도는, 예측한 바와 같이 구가 더 작을 수록(도시되지 않음) 또는 더 많은 약물을 함유할수록(도 6, 좌측) 더욱 신속하였다.

실시예 4 - 오일 코어를 함유하는 PLG 중합체 외피의 제작

코어 물질을 운반하는 내부 노즐(오리피스 100 ㎛) 및 외피 물질을 운반하는 "외부" 노즐(250 ㎛ 오리피스)을 가진 이중 노즐 시스템을 제3 노즐의 내부로 배치하여 코어/외피 스트림의 가속화를 위한 비-용매 스트림을 생성하였다. 이 경우에, 카놀라유를 내부 노즐을 통해 펌핑하였다. PLG를 메틸렌 클로라이드 중에 용해시키고(50 mg/ml), 외피 물질을 운반하는 "외부" 노즐을 통해 이것을 펌핑하였다. 입자의 외피를 영상화하여, 모델 약물을 캡슐화하는 능력을 측정하기 위해, 일부 예에서 소량의 로다민 B(∼1%)를 PLG 상에 용해시켰다. 수 중 1%(w/w) PVA의 용액을 코어/외피 스트림 주변의 제3 노즐로부터 유동시켜, 이 스트림을 좁히고, 메틸렌 클로라이드 여기를 위한 수성의 비-용매 배쓰내로의 생성된 입자의 유입과 입자 경화를 원활히 하였다. 목적하는 입자 크기에 따라, 이 노즐을 다양한 진동수로 음향 여기시켰다(0-50 kHz).

전반적인 입자 크기, 외피 두께 및 코어 반경을 독립적으로 조작하였다. 1% PVA 스트림의 속도를 변화시킴으로써, 개별적인 입자의 전체적인 직경을 조정하였다. 1% PVA 스트림의 속도가 증가하면, 코어와 외피 스트림이 가속화되어, 전반적인 입자 크기가 감소되었다. 전반적인 입자 크기의 추가적인 조정은 실시예 1에 기재한 바와 같이 음향 여기 진동수를 변화시킴으로써 가능하였고, 두개의 파라미터(일명, 1% PVA 스트림의 속도 및 음향 여기 진동수)를 조정하여 소정의 입자 크기를 얻었다. 또한, 오일(코어) 및 PLG(외피) 스트림 유량을 주의깊게 조정함으로써, 다양한 코어 반경과 외피 두께를 가진 입자를 얻었다. PLG 스트림 유량을 변화시켜, 일정한 코어 반경과 가변성의 조절된 외피 두께를 가진 외피를 얻었다. 다른 파라미터를 일정하게 유지하면서 오일 스트림 유량을 변화시켜, 일정한 외피 체적과 조절된 코어 반경을 갖는 외피를 생산하였다. 이러한 방식으로, 조절가능하고 잘 구획된 전반적인 크기 및 외피 두께 대 코어 반경의 비를 나타내는 코어/외피 입자를 제작할 수 있다. 이 경우에, 스트림의 상대 유량 및 음향 여기 진동수를 조정함으로써, 3 내지 35 ㎛ 범위에 걸쳐 조절되고 균일한 외피 두께를 가진 직경 20 내지 70 ㎛의 균일한 입자를 생산하였다.

광학 현미경 관찰 및 캡슐화된 로다민 B의 형광 검출에 의해 입자 크기 분포 및 가로세로비를 증명하였다. 크기 분포는 고체 입자를 생산하는 경우에 얻어지는 분포에 필적하는 것으로 밝혀졌다(도 3). 또한, 공초점 형광 현미경을 사용한 광학적 횡단면 분석에 의해 입증된 바와 같이, 주어진 샘플에서 입자는 일정하고 균일한 외피 두께 및 코어 반경을 가졌다.

그러므로, 본 발명에 따라서, 전술한 이점과 목적을 완전히 만족시키는 방법이 제공됨은 명백하다. 본 발명은 다양한 구체적인 실시예와 이의 구체예에 대하여 기재되었지만, 본 발명은 그것만으로 제한되지 아니하며, 많은 대안, 개질 및 변경은 전술한 기재에 비추어 당업자에게 명백할 것이다.

따라서, 이러한 모든 대안, 개질 및 변경은 본 발명의 정신과 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

제1 액체를 포함하는 제1 스트림을 가속화하는 단계; 및

제1 스트림을 진동시켜 입자를 형성하는 단계

를 포함하는 입자 형성 방법.
제1항에 있어서, 입자를 고체화하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 입자는 코어와 외피를 포함하는 것인 방법.
제3항에 있어서, 상기 입자는 다수의 외피를 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 입자는 약학 조성물을 포함하는 것인 방법.
제3항에 있어서, 상기 코어는 약학 조성물을 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 가속화 단계는 제1 스트림을 제2 스트림에 접촉시키는 것을 포함하고, 제2 스트림은 제2 액체를 포함하는 것인 방법.
제7항에 있어서, 상기 제2 스트림은 제1 스트림을 둘러싸는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 가속화 단계는 제1 스트림에 전하를 인가하는 것을 포함하는 것인 방법.
제9항에 있어서, 제2 액체를 포함하는 제2 스트림은 제1 스트림을 둘러싸고 있으며, 가속화 단계는 제2 스트림의 가속화를 더 포함하는 것인 방법.
제10항에 있어서, 상기 입자는 코어와 외피를 포함하는 것인 방법.
제11항에 있어서, 상기 입자는 다수의 외피를 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 노즐을 통해 제1 액체를 통과시킴으로써 제1 스트림을 형성하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
제10항에 있어서, 상기 노즐은 입자 평균 직경의 1/2 보다 큰 직경을 가지는 것인 방법.
제11항에 있어서, 상기 노즐은 입자 평균 직경 이상의 직경을 가지는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 입자는 최대 100 ㎛의 평균 직경을 가지는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 입자는 최대 50 ㎛의 평균 직경을 가지는 것인 방법.
제17항에 있어서, 상기 입자는 10 nm 내지 50 ㎛의 평균 직경을 가지는 것인 방법.
제17항에 있어서, 상기 입자는 1 ㎛ 내지 50 ㎛의 평균 직경을 가지는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 입자는 50 ㎛ 내지 100 ㎛의 평균 직경을 가지며, 입자의 90%는 입자 평균 직경의 2% 이내의 직경을 가지는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 입자는 1 ㎛ 내지 50 ㎛의 평균 직경을 가지며, 입자의 90%는 입자 평균 직경의 1 ㎛ 이내의 직경을 가지는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 가속화 단계는 제1 스트림을 가속화하는 단계이고, 진동 단계는 제1 스트림을 진동시키는 단계인 방법.
제1 액체를 포함하는 제1 스트림을 가속화하는 단계를 포함하며, 상기 가속화 단계는 제1 스트림에 전하를 인가하는 것을 포함하고, 입자는 코어와 외피를 포함하는 입자 형성 방법.
제23항에 있어서, 입자를 고체화하는 것을 더 포함하는 것인 방법.
제23항에 있어서, 상기 입자는 다수의 외피를 포함하는 것인 방법.
제23항에 있어서, 상기 입자는 약학 조성물을 포함하는 것인 방법.
제23항에 있어서, 노즐을 통해 제1 액체를 통과시킴으로써 제1 스트림을 형성하는 것을 더 포함하고, 노즐은 입자 평균 직경의 1/2 이상의 직경을 가지는 것인 방법.
제23항에 있어서, 상기 입자는 최대 100 ㎛의 평균 직경을 가지는 것인 방법.
제23항에 있어서, 상기 입자는 10 nm 내지 50 ㎛의 평균 직경을 가지는 것인 방법.
50 ㎛ 내지 100 ㎛의 평균 직경을 가진 입자로서, 입자의 90%는 입자 평균직경의 2% 이내의 직경을 가지는 입자.
제30항에 있어서, 입자의 95%는 입자 평균 직경의 1% 이내의 직경을 가지는 것인 입자.
1 ㎛ 내지 50 ㎛의 평균 직경을 가진 입자로서, 입자의 90%는 입자 평균 직경의 1 ㎛ 이내의 직경을 가지는 입자.
제32항에 있어서, 상기 입자는 1 ㎛ 내지 30 ㎛의 평균 직경을 가지는 것인 입자.
제33항에 있어서, 상기 입자는 1 ㎛ 내지 10 ㎛의 평균 직경을 가지는 것인 입자.
제30항에 있어서, 상기 입자는 코어와 외피를 포함하는 것인 입자.
제35항에 있어서, 상기 입자는 다수의 외피를 포함하는 것인 입자.
제30항에 있어서, 상기 입자는 약학 조성물을 포함하는 것인 입자.
제35항에 있어서, 상기 코어는 약학 조성물을 포함하는 것인 입자.
제20항의 방법에 의해 제조된 입자.
제21항의 방법에 의해 제조된 입자.
(i) 제1 액체의 제1 스트림을 형성하기 위한 제1 노즐,

(ii) 제1 스트림과 접촉해 있는 제2 액체의 제2 스트림을 형성하기 위해 배치된 제2 노즐, 및

(iii) 제1 스트림으로부터 입자를 형성하기 위한 진동기

를 포함하는 입자 형성 장치.
제41항에 있어서, 상기 제2 노즐은 제1 노즐과 동축상에 존재하는 것인 장치.
제41항에 있어서, 상기 진동기는 압전 변환기를 포함하는 것인 장치.
제41항에 있어서, 상기 제1 노즐은 30 ㎛ 이상의 직경을 가지는 것인 장치.
제41항에 있어서, 상기 제1 노즐은 100 ㎛ 이상의 직경을 가지는 것인 장치.
(i) 제1 액체의 제1 스트림을 형성하기 위한 제1 노즐,

(ii) 제1 스트림에 전하를 인가하기 위한 전하 공급원, 및

(iii) 제1 스트림으로부터 입자를 형성하기 위한 진동기

를 포함하는 입자 형성 장치.
제46항에 있어서, 상기 전하 공급원은 정류기와 변압기를 포함하는 것인 장치.
제46항에 있어서, 상기 진동기는 압전 변환기를 포함하는 것인 장치.
제46항에 있어서, 상기 제1 노즐은 30 ㎛ 이상의 직경을 가지는 것인 장치.
제46항에 있어서, 상기 제1 노즐은 100 ㎛ 이상의 직경을 가지는 것인 장치.
제46항에 있어서, 제1 스트림을 둘러싸는 제2 액체의 제2 스트림을 형성하기 위하여 (iv) 제1 노즐을 둘러싸는 제2 노즐을 더 포함하는 것인 장치.
(i) 제1 액체의 제1 스트림을 형성하는 수단,

(ii) 제1 스트림을 가속화하는 수단, 및

(iii) 제1 스트림을 진동시키는 수단

을 포함하는 입자 형성 장치.
제52항에 있어서, 상기 제1 스트림을 가속화하는 수단이 제2 노즐인 장치.
제52항에 있어서, 상기 제1 스트림을 가속화하는 수단이 전하 공급원인 장치.
(i) 제1 액체의 제1 스트림을 형성하기 위한 제1 노즐,

(ii) 제1 스트림을 둘러싸는 제2 액체의 제2 스트림을 형성하기 위한, 제1 노즐을 둘러싸는 제2 노즐,

(iii) 제1 및 제2 스트림 중 하나 이상에 전하를 인가하기 위한 전하 공급원을 포함하는 입자 형성 장치.
제55항에 있어서, 상기 전하 공급원은 정류기 및 변압기를 포함하는 것인 장치.
제55항에 있어서, 상기 제1 노즐은 30 ㎛ 이상의 직경을 가지는 것인 장치.
제55항에 있어서, 상기 제1 노즐은 100 ㎛ 이상의 직경을 가지는 것인 장치.
제41항의 장치를 사용하여 입자를 형성하는 것을 포함하는 입자 제조 방법.
제46항의 장치를 사용하여 입자를 형성하는 것을 포함하는 입자 제조 방법.
제52항의 장치를 사용하여 입자를 형성하는 것을 포함하는 입자 제조 방법.
제55항의 장치를 사용하여 입자를 형성하는 것을 포함하는 입자 제조 방법.