KR20040086521A - 생물학적 활성물질과 생체적합성 고분자의 1:1 접합체,이의 제조방법과 이를 함유하는 약학 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생체적합성 고분자가 생물학적 활성물질의 카르복실기에 1:1의 비율로 결합된 생체적합성 고분자-생물학적 활성물질 접합체, 이의 제조방법과 이를 함유하는 약학 조성물을 제공한다.

Description

생물학적 활성물질과 생체적합성 고분자의 1:1 접합체, 이의 제조방법과 이를 함유하는 약학 조성물{Biologically Active Material Conjugated With Biocompatible Polymer with 1:1 complex, Preparation Method Thereof And Pharmaceutical Composition Comprising The Same}
본 발명은 생체적합성 고분자와 생물학적 활성물질의 1:1 접합체, 이의 제조방법 및 이를 함유하는 약학 조성물에 관한 것이다. 좀더 구체적으로는, 본 발명은 생물학적 활성물질의 카르복실기 부위에 PEG와 같은 생체적합성 고분자를 1:1로 특이적으로 결합시킨 이들의 접합체, 이의 제조방법과 이를 함유하는 약학 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 펩타이드 또는 단백질과 같은 생물학적 활성물질을 의약품으로 사용하는 경우에는 체내에서 쉽게 가수분해가 되거나 단백질 분해 효소에 의하여 분해되어 생체 흡수율이 낮아지거나 반복 투여에 의하여 면역반응이 유도되는 문제점이 있다. 이러한 이유로 대부분의 단백질 또는 펩타이드 약물은 주로 주사제로서 투여되며, 투여횟수는 1일 1회 또는 그 이상의 빈도로 투여되어 왔는데 이러한 약물의 빈번한 투여는 환자에게 고통과 위험을 수반하며, 특히 장기 치료를 요하는 환자의 경우에는 일상 생활에 많은 불편을 주게되어 시간적 및 경제적으로 비효율적이다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하는 보다 안정성 있는 약물의 개발이 요구되며, 그에 따라 펩타이드 또는 단백질과 같은 생물학적 활성물질을 생체적합성 고분자로 수식하는 기술이 개발되었다. 단백질 또는 약리 활성을 가진 분자를 합성 고분자와 결합시키는 것은 생체 내(in vivo) 및 생체 외(in vitro) 적용 시에 많은 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 생리활성 분자에 대한 고분자의 공유결합은 분자의 표면특성 및 용해성을 변화시켜서, 물 또는 유기용매에 대한 용해성을 증가시킬 수 있고, 또한, 생체적합성(biocompatibility)을 증가시켜서 면역 반응성을 감소시키며, 생체 내에서의 안정성을 증가시킬 뿐만 아니라 장관 시스템, 신장, 비장 또는 간에 의한 소실(clearance)을 연장시킬 수 있다.
이와 같이, 목적하는 단백질이나 펩타이드 등의 생물학적 활성물질에 PEG 등의 생체적합성 고분자를 결합시킬 경우 많은 장점이 있지만 지금까지 알려진 기술로 단백질 또는 펩타이드 등의 생물학적 활성물질에 생체적합성 고분자가 결합된 접합체를 만드는 경우 해결하여야 할 문제점이 남아 있다. 예를 들면, 가장 일반적인 방법으로는 PEG가 라이신과 같은 아민기에 결합하는 것인데, 대개의 결합할 단백질 또는 펩타이드의 하나 또는 그 이상의 자유 라이신 잔기는 단백질의 활성 부위에 근접해 있는 경우가 많아, 단백질의 표면 부위 중 단백질의 활성과 직접 관계가 있는 부위가 PEG와 결합할 경우에는, 그 부위는 더 이상 생물학적 기능을 수행할 수 없게 되어 단백질의 활성이 감소하게 된다. 또한, PEG와 라이신 잔기의 결합은 상당히 용이하게 일어나는 반응으로 PEG-생물학적 활성물질 접합체는 2개 이상의 PEG가 하나의 단백질에 수식된다. 예를 들어 인터페론, CSF, 인터루킨과 같은 사이토카인류, EGF, hGH, 인슐린과 같은 폴리펩타이드는 2개 이상의 PEG가 표면에 수식되게 되면 활성이 급격하게 감소되어 더 이상의 역할을 할 수 없게 된다. 또한 이러한 반응은 대개 무작위적으로 일어나게 되므로 많은 종류의 PEG-단백질 접합체들의 혼합물로 존재하게 되고, 따라서 원하는 접합체를 순수 분리하는 과정이 복잡하고 어려워지게 된다. 즉, 너무나 많은 활성 중합체가 표적 단백질 또는펩타이드에 부착되는 경우, 생물학적 활성은 현저히 감소되거나 상실되며, 단백질에 중합체를 연결시키는 강력한 링커가 사용되거나 불충분한 양의 중합체가 표적에 부착되는 경우, 수득되는 접합체의 치료학적 가치가 오히려 제한되기도 한다.
이러한 문제점을 극복하기 위한 방안으로 많은 연구자들이 특정부위에 생체고분자를 결합하기 위하여 단백질의 아미노산기를 유전학적으로 변환하여 변환된 부위에 고분자를 결합시키는 연구도 많이 시도하고 있다. 그러나 이러한 방법은 유전학적으로 단백질을 변화하는 것으로 본래의 단백질과는 성질이 달라지기도 하며 치료용으로 인체내에 투여하기에는 안전성을 증명해야 문제가 있다.
화학적으로 생물학적 활성물질의 특정 부위를 생체고분자로 수식함으로써 문제를 해결하고자 한 시도의 예로서 미국특허 제5951974호 및 미국특허 제5985263호에는 인터페론의 히스티딘 잔기에 PEG를 공유결합시켜 체내 반감기를 증가시키는 등 약물의 효능을 증가시키고자 하였다. 그러나 이러한 방법도 여전히 활발한 아민기와의 반응이라 여러 부위의 히스티딘에 무작위로 고분자가 접합되어 PEG와 인터페론이 1:1로 접합된 고활성 PEG-인터페론을 분리하기 위하여 이온-교환 컬럼을 사용하여야만 하였다.
미국특허 제5766897호에는 생리활성 거대분자 및 그의 돌연변이체의 시스테인 잔기에 활성화된 PEG를 접합시켜 특정부위를 수식하였다. 대부분의 단백질은 1개 정도의 유리 시스테인을 갖거나 디설파이드 결합을 형성하여 여분의 시스테인을 갖지 못하는 경우가 있다. 이러한 경우 돌연변이 과정을 거쳐 활성 부위와 관계없는 잔기를 시스테인으로 변화시킨 후, 고분자를 결합시키고 있다. 이러한 방법은특정 부위에 고분자가 접합되는 장점은 있으나 다른 반응기, 즉, 아민기나 카르복실기와 같은 것에 비해 활성이 상당히 떨어지는 경향이 있다.
미국특허 제5985265호는 G-CSF나 IFN의 N-말단 잔기에 PEG를 수식하는 특정 부위 접합체를 개시하였다. 그러나 이 방법은 반응하는 고분자의 활성 부위가 상당히 반응성이 낮아 반응시간이 상당히 길어지며 생성물의 수율이 낮고 단백질의 안정성을 우려하게 된다. 특히, 이러한 방법은 단백질의 활성 부위가 N-말단 부근일 경우에는, 고분자가 N-말단의 아민기에 접합됨으로써 급격한 활성 저하 또는 상실을 가져올 수 있게 된다.
미국특허 제5824778호는 G-CSF의 아민기나 카르복실기에 PEG를 결합한 접합체에 대해 개시하였다. 그러나 상기 미국특허에서는 단백질의 카르복실기를 활성화하기 위해 사용되는 EDAC를 지나치게 과량으로 사용함으써 여러 잔기의 카르복실기가 활성화되어 다수의 PEG가 결합되었으며 수득된 PEG-G-CSF 접합체의 분자량 측정 결과 다양한 분자량 분포의 불균질 혼합물 형태로 접합체가 생성되었으며 단백질 활성이 상당히 저하되었다.
따라서, 생물학적 활성물질에 생체적합성 고분자를 부위 특이적으로 특정비율로 결합시켜, 고분자가 결합된 후에도 생물학적 활성물질의 생리활성이 유지되고, 나아가 부위 특이적으로 고분자를 수식한 것이 균질한 형태로 수득될 수 있다면 생물학적 활성물질의 임상적 응용에 크게 기여하게 될 것이다.
본 발명자는 아민기 보다는 반응성이 낮은 카르복실기에 1:1의 특정 비율로 PEG가 생물학적 활성 물질에 결합된 PEG-생물학적 활성물질 접합체를 제조하였으며, 이러한 접합체가 체내에서 결합되지 않은(native) 단백질에 비해 상당히 안정하며 긴 반감기를 가지고 있으므로 치료제로서의 효능이 20배 이상 증가되며, 또한 PEG가 카르복실기에 1:1을 초과한 비율로 결합된 접합체 및 PEG가 아민기에 결합된 접합체 보다 우수한 특성을 나타낸다는 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명은 생체적합성 고분자가 생물학적 활성물질의 카르복실기에 선택적으로 1:1의 비율로 결합되어, 천연의 생물학적 활성물질이 나타내는 생리활성을 유지하면서도 고분자의 수식에 의해 안정성과 생체이용률 및 체내 반감기가 증가된, 생체적합성 고분자-생물학적 활성물질 접합체, 그 제조방법 및 이를 함유하는 약학 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 PEG(5K)-G-CSF 결합 반응 정도를 HPLC 및 SDS-PAGE로 나타낸 것이다.
도 2은 PEG(20K)-G-CSF 결합 반응 정도를 HPLC 및 SDS-PAGE로 나타낸 것이다.
도 3는 1:1로 결합된 PEG(5K)-IFN 를 SDS-PAGE로 나타낸 것이다.
도 4는 EDAC의 양에 따른 PEG(20K)-IFN 접합체의 생성 정도를 SDS-PAGE로 나타낸 것이다.
도 5은 EDAC 첨가 방법 및 EDAC의 양에 따른 PEG(20K)-IFN 접합체를 SDS-PAGE에 의해 측정한 것이다.
도 6은 이온-교환 컬럼을 이용하여 분리 정제된 PEG(20K)-IFN 접합체를 SDS-PAGE에 의해 확인한 것이다.
도 7은 PEG(20K)-G-CSF 접합체의 세포 검정에 의한 생물학적 활성을 결합되지 않은 G-CSF 및 비교품인 PEG-G-CSF 접합체(NeulastaTM, 미국 Amgen사에서 2002년 허가)와 비교한 것이다.
도 8은 PEG(20K)-G-CSF 접합체의 반감기를 결합되지 않은 G-CSF 및 비교품인 PEG-G-CSF 접합체(NeulastaTM, 미국 Amgen사에서 2002년 허가)과 비교한 것이다.
도 9는 PEG(20K)-G-CSF 접합체의 WBC를 결합되지 않은 G-CSF 및 비교품인 PEG-G-CSF 접합체(NeulastaTM, 미국 Amgen사에서 2002년 허가)와 비교한 것이다.
도 10은 PEG(12K)-IFN 접합체의 CPE 검정에 의한 생물학적 활성을 결합되지 않은 INF 및 비교품인 PEG-IFN 접합체(Schering-Plough)과 비교한 것이다.
도 11은 PEG(20K)-IFN 접합체의 CPE 검정에 의한 생물학적 활성을 결합되지 않은 IFN과 비교한 것이다.
도 12는 PEG가 IFN에 2개가 결합된 Di-PEG-IFN과 1개가 결합된 Mono-PEG-IFN의 CPE 검정에 의한 생물학적 활성을 비교한 것이다.
도 13은 PEG(20K)-IFN 접합체의 반감기를 결합되지 않은 IFN 및 비교품인 PEG-IFN 접합체(Schering-Plough)과 비교한 것이다.
도 14는 카르복실기에 결합된 PEG-IFN의 안정성과 아민기에 결합된 PEG-IFN의 안정성을 비교한 것이다.
일 양태로, 본 발명은 생체적합성 고분자가 생물학적 활성물질의 카르복실기 부위를 통해 생물학적 활성물질과 1:1의 비율로 결합됨을 특징으로 하는 생체적합성 고분자 - 생물학적 활성물질 접합체에 관한 것이다.
일 양태로, 본 발명은 치료 유효량의 상기 생체적합성 고분자 - 생물학적 활성물질 접합체 및 약학적으로 허용되는 담체를 포함하는 약학 조성물에 관한 것이다.
일 양태로, 본 발명은 생물학적 활성물질, 활성화된 생체적합성 고분자 및카르복실기 커플링화제를, 생물학적 활성물질 대 활성화된 생체적합성 고분자의 몰비가 1 : 1 내지 20, 생물학적 활성물질과 커플링화제의 몰비가 1 : 1 내지 50, 반응물의 pH가 2 내지 5의 반응조건하에서 결합시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 생체적합성 고분자가 생물학적 활성물질의 카르복실기 부위를 통해 생물학적 활성물질과 1:1의 비율로 결합된 생체적합성 고분자 - 생물학적 활성물질 접합체의 제조방법에 관한 것이다. 상기 방법에서 커플링화제, 예를 들어 EDAC는 수용액에서 불안정하여 가수분해되므로 한번에 첨가시키는 것 보다 수회, 바람직하게는 5회 이상, 보다 바람직하게는 5회 또는 6회에 나누어 첨가한다.
상기한 방법에 의해 생체적합성 고분자가 생물학적 활성물질의 카르복실기에 1:1의 비율로 결합한 접합체가 얻어진다. 즉, 본 발명은 반응성 그룹으로 활성화시킨 고분자 수식물질을 생물학적 활성물질의 카르복실기 부위에만 실질적으로 1:1의 비율로 선택적으로 결합시킴으로써, 생물학적 활성물질의 생물학적 활성에 관여하는 부위에의 결합에 의한 활성 부위의 차단과 이로 인한 생물학적 활성물질의 활성 상실 또는 감소 등의 문제를 방지하고, 활성 부위의 다수의 반응성 잔기와의 무작위 결합에 의한 다양한 종류의 불균질 접합체의 혼합물 형성을 회피하여 1:1 비율의 생체적합성 고분자-생물학적 활성물질 접합체를 수득할 수 있게 한다. 나아가 본 발명의 접합체는 생체적합성 고분자가 부여하는 여러 특성에 의하여 생체내 안정성이 증가하고 그에 따른 생체이용률과 생체 반감기가 증가되는 이점이 있다. 따라서, 균질한 생체적합성 고분자-생물학적 활성물질 접합체의 생산으로 인하여 불균질 혼합물이 생성되는 종래 기술에 비해 생산시간 및 경비가 단축되어 경제적이다.
국제 특허 제WO92/16555호는 PEG-하이드라지드(Hz) 또는 아미노산 잔기를 스페이서 한 PEG-하이드라지드를 오브알부민의 당 부위나 카르복실기에 결합시키는 것을 개시하였으나, 상기 특허는 생물학적 활성물질에 다수의 PEG가 결합되는 것에 대해서만 기술하고 있을뿐 1:1 비율의 생체적합성 고분자와 생물학적 활성물질 접합체의 제조 및 이의 활성에 대해서는 언급이 없다. 또한, 미국 특허 제5824779호에서도 G-CSF의 카르복실기에 PEG를 결합하는 것에 대해 기술하고 있으나, 이러한 방법으로 도출된 접합체는 아스파트산 또는 글루탐산의 감마-카르복실 그룹에 무작위하게 여러개의 PEG가 결합되어 단백질 활성 저하의 주 요인이 되어 왔다.
일반적으로 아미노산의 pKa 따른 반응성을 이용하여 부위 특이적으로 반응시키나 특정 부위에 결합되는 고분자의 수를 조절하는 것이 용이하지 않아 실질적으로 응용하기에는 어려움이 많았다. 반응물의 pH를 7-8로 하여 아민기에 반응시킬 때, 라이신 잔기와 더불어 히스티딘 잔기에도 동시에 무작위로 반응한다. 이러한 배경하에서, 본 발명자는 상기한 바와 같은 접합체의 방법에서 반응물의 반응 pH를 3이하로 조절하는 경우 PEG가 생물학적 활성물질의 카르복실기, 특히 C-말단에서 1:1 결합한다는 것을 밝혀내었다.
따라서, 일 양태로, 본 발명은 생체적합성 고분자가 생물학적 활성물질의 C-말단 부위에서 생물학적 활성물질과 1:1의 비율로 결합됨을 특징으로 하는 생체적합성 고분자 - 생물학적 활성물질 접합체에 관한 것이다.
또 다른 양태로, 본 발명은 치료 유효량의 상기한 바와 같은 C-말단에서 1:1결합된 생체적합성 고분자 - 생물학적 활성물질 접합체 및 약학적으로 허용되는 담체를 포함하는 약학 조성물에 관한 것이다.
또 다른 양태로, 본 발명은 생물학적 활성물질, 활성화된 생체적합성 고분자 및 카르복실기 커플링화제를, 생물학적 활성물질 대 활성화된 생체적합성 고분자의 몰비가 1 : 1 내지 20, 생물학적 활성물질과 커플링화제의 몰비가 1 : 1 내지 50, 반응물의 pH가 2 내지 3의 반응조건하에서 결합시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 생체적합성 고분자가 생물학적 활성물질의 카르복실기 부위를 통해 생물학적 활성물질과 1:1의 비율로 결합된 생체적합성 고분자 - 생물학적 활성물질 접합체의 제조방법에 관한 것이다.
생체적합성 고분자
본 발명에서 생물학적 활성물질의 수식에 사용되는 "수식물질"이란 천연 또는 인공 합성 고분자 물질 등 생물학적 활성물질에 부가될 수 있는 인체에 유용한 모든 생체적합성 고분자를 총칭한다.
본원에서 사용되는 "생체적합성"이란 용어는 생체 독성 반응, 염증 반응, 면역 반응, 발암성 등을 일으킴이 없이 생체에 무독 무해하고 면역학적 거부 반응을 일으키지 않으면서 생체 조직이나 생체 시스템과 좋은 친화성으로 양립할 수 있는 능력을 말한다.
생물학적 활성물질과 결합하여 접합체를 형성하는 것은 생체적합성 고분자이다. 본 발명에 사용될 수 있는 인체에 유용한 생체적합성 고분자 물질로는 다양한용매에 쉽게 용해될 수 있고 수평균 분자량이 바람직하게는 약 300 달톤 내지 약 100,000 달톤, 더욱 바람직하게는 약 2,000 달톤 내지 약 40,000 달톤인 생체적합성 고분자로서, 예를 들면 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리옥시에틸렌, 폴리트리메틸렌글리콜, 폴리락트산 및 이들의 유도체, 폴리아크릴산 및 그의 유도체, 폴리아미노산, 폴리비닐 알콜, 폴리우레탄, 폴리포스파진, 폴리(L-라이신), 폴리알킬렌 옥사이드, 폴리사카라이드, 덱스트란, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리아크릴아마이드 및 이들의 둘 이상의 공중합체로 이루어진 그룹 중에서 선택된 비면역원성 고분자 물질이 포함되며 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 생체적합성 고분자에는 선형 고분자뿐만 아니라 하기와 같은 고분자들이 포함되는 것으로 의도된다. 본 발명의 생체적합성 고분자에는 문헌[미국 특허 제5,643,575호 및 미국 특허 제5,919,455호]에 기재된 바와 같이, 지방족 연결 잔기를 통해 친핵성 치환을 수행할 수 있는 활성화 작용기에 결합된 수용성 비항원성 고분자가 포함된다. 또한, 본 발명의 생체적합성 고분자에는 문헌[미국 특허 제5,932,462호]에 기재된 바와 같이, 중심 탄소 원자에 고분자 암(arm)을 각각 갖는 두 개의 링커 단편, 단백질 등과 같은 생물학적 활성 분자에 부착되도록 활성화될 수 있는 잔기, 및 수소 또는 메틸기이거나 또 다른 링커 단편일 수 있는 측쇄를 갖는 다중-암(armed), 일작용성 및 가수분해 안정성 고분자가 포함된다. 또한, 본 발명의 생체적합성 고분자에는 문헌[WO 제00/33881호]에 기재된 바와 같이, PEG 등의 작용성 잔기가 리포터 잔기를 갖는 링커 암을 통해 생물학적 활성 분자에 결합되어져 있는 가지달린 PEG의 중합체가 포함된다.
이중에서도 PEG는 본 발명 생체적합성 고분자의 대표적인 물질 중의 하나이다. PEG는 HO-(-CH2CH2O-)-H의 반복 구조를 가지는 수용성, 무독성의 고분자로서 생물학적 반감기 (Plasma half-life)의 증가, 용해도 및 안정성의 증가, 면역원성의 감소 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 펩타이드 또는 단백질 등의 생물학적 활성물질에 결합되는 PEG의 분자량 범위는 대략 1,000 내지 100,000으로, PEG의 분자량이 1,000 이상일 경우 독성은 상당히 낮은 편으로 알려져 있다. 분자량 범위 1,000 내지 6,000의 PEG는 전신에 분포하며 신장을 통해 대사되고, 특히 분자량 40,000의 측쇄형 PEG는 혈액과 간을 포함한 기관들에 분포되고 대사는 간에서 이루어진다.
상업적으로 이용 가능한 분자량의 범위가 다양하고, 옥시에틸렌 골격이 각 단위당 물 분자 2-3개가 결합 가능한 친수성 성질을 갖고 있으며, 메톡시 폴리에틸렌글리콜로부터 단일 작용기를 갖는 유도체를 합성하는 것이 용이하며, 항원-항체 반응을 유발할 위험이 낮고 관련 기술도 많이 개발되어 있기 때문에 생체적합성 고분자 수식물질로는 PEG가 가장 바람직하다.
생물학적 활성물질
본원에서 사용되는 용어 "생물학적 활성물질"은 활성화된 생체적합성 고분자와 결합되는 모든 친핵체를 의미하며 접합체를 형성한 후 고유 활성의 적어도 일부분은 유지된다. 본원에서 "생물학적 활성"이라는 용어는 생리학적 또는 약물학적활성으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 효소를 함유한 것과 같은 일부 친핵체 접합체는 유기 용매에서 반응을 촉매할 수 있다. 마찬가지로, 콘카나발린 A, 면역글로불린 등과 같은 단백질을 함유한 일부 고분자 접합체는 또한 실험실 진단체로서 유용하다. 일반적으로, 생물학적 활성물질로는 재조합적으로 또는 화학적으로 합성된 것이거나 천연으로부터 분리된 것 모두를 포함하여 단백질, 펩타이드, 폴리펩타이드, 효소, 의학물질, 유전자, 플라스미드 또는 유기 잔기가 포함된다.
단백질, 펩타이드 및 폴리펩타이드로는 이들로 한정되는 것은 아니지만 헤모글로빈, 혈청 단백질(예, 인자 VII, VIII 및 IX를 포함한 혈액 인자), 면역글로불린, 사이토카인(예, 인터루킨), α-, β- 및 γ-인터페론, 콜로니 자극 인자(G-CSF 및 GM-CSF 포함), 혈소판 유도된 성장 인자(PDGF) 및 포스포리파제-활성화 단백질(PLAP)이 포함된다. 다른 일반적인 생물학적 또는 치료학적 단백질로는 인슐린, 식물성 단백질(예, 렉틴 및 리신), 종양 괴사 인자(TNF) 및 연관된 대립형질체, 성장 인자(예, TGFα 또는 TGFβ와 같은 조직 성장 인자 및 내피 성장 인자), 호르몬(예, 소낭-자극 호르몬, 갑상선-자극 호르몬, 항이뇨 호르몬, 색소성 호르몬, 황체호르몬 분비 호르몬 및 이의 유도체), 칼시토닌, 칼시토닌 유전자 관련 펩타이드(calcitonin gene related peptide, CGRP), 합성 엔케팔린(enkephalin), 소마토메딘, 에리쓰로포이에틴(EPO), 시상하부 분비 인자, 프롤락틴, 융모막 생식선자극 호르몬, 조직 플라스미노겐 활성화제, 성장호르몬 분비 펩타이드(growth hormone releasing peptide, GHRP), 흉선 체액성 인자(thymic humoral factor, THF) 등이 포함된다. 면역글로불린으로는 IgG, IgE, IgM, IgA, IgD 및 이들의 단편이 포함된다.
특히, 저분자량의 인터페론, G-CSF 등의 경우 2개 이상의 생체적합성 고분자가 이들 폴리펩타이드에 결합되면 생물학적 활성이 상당히 저하된다. 반응성이 높은 아민기에 고분자를 결합하게 되면 2개 이상의 고분자가 결합되며 이러한 접합체중에서 1:1 접합체를 분리하기가 용이하지 않다. 그러나, 본 발명에 따라 1:1 비율의 생체적합성 고분자-인터페론 또는 G-CSF 접합체를 선택적으로 제조할 수 있었으며, 이러한 접합체는 높은 생물학적 활성, 연장된 반감기를 나타내는 등 우수한 생체이용률을 나타내었다.
또한, 본 발명의 생물학적 활성물질은 생체내 생활성(bioactivity)을 보이는 폴리펩타이드의 일부를 포함한다. 이의 예로는 아미노산 서열, 안티센스 잔기 등, 항체 단편, 단일쇄 결합 항원(참조: 미국특허 제4,946,778호), 항체 또는 단편의 융합체를 포함한 결합 분자, 폴리클로날 항체, 모노클로날 항체, 촉매성 항체, 뉴클레오타이드 및 올리고뉴클레오타이드가 포함된다.
또한, 본 발명의 생물학적 활성물질은 효소를 포함한다. 이러한 효소의 예로는 탄수화물-특이적 효소, 단백질분해 효소, 산화환원 효소, 트랜스퍼라제, 하이드롤라제, 라이아제, 이소머라제 및 리가제가 포함된다. 구체적인 효소로는 이들로 한정하는 것은 아니지만 아스파라기나제, 아르기나제, 아르기닌 데아미나제, 아데노신 데아미나제, 수퍼옥사이드 디스뮤타제, 엔도톡시나제, 카탈라제, 키모트립신, 리파제, 유리카제, 아데노신 디포스파타제, 티로시나제 및 빌리루빈 옥시다제를 들 수 있다. 탄수화물-특이적 효소의 예로는 글루코스 옥시다제, 글루코시다제, 갈락토시다제, 글루코세레브로시다제, 글루코우로니다제 등이 포함된다.
전술한 것들은 본 발명의 생체적합성 고분자와 결합시키기에 적합한 생물학적 활성 친핵체의 예이다. 위에서 특정적으로 언급되지 않았으나 적합한 친핵성 기를 갖는 생물학적 활성물질 또한 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 목적상, 생물학적 활성물질은 고분자 수식을 위하여 유리된 카르복실기 부위를 가지고 있어야 한다.
본 발명의 접합체는 생물학적으로 활성적이고 다양한 치료 용도로 적용된다. 치료를 요하는 포유동물은 목적하는 생물학적 활성물질을 함유한 치료 유효량의 고분자 접합체를 그 동물에게 투여함으로써 치료될 수 있다.
생체적합성 고분자 - 생물학적 활성물질 접합체의 제조방법
일반적으로, 생물학적 활성 접합체의 제조에 있어서, 생체적합성 고분자를 생물학적 활성물질에 결합시키기 위해 말단 그룹 중 하나를 반응성 작용기로 전환시키는데 이 과정을 "활성화"라고 하며, 이 과정에 의한 산물을 "활성화된 생체적합성 고분자"라고 한다. 예를 들면, 폴리(알킬렌 옥사이드)를 펩타이드 또는 단백질에 결합시키기 위해 하이드록실 말단 그룹 중 하나를 카르보네이트와 같은 반응성 작용기로 전환시킬 수 있으며 이에 따라 수득된 산물은 실온에서 수용성인 활성화된 폴리(알킬렌 옥사이드)(PAO)가 된다. 이러한 그룹에는 mPEG과 같은 일 치환 폴리알킬렌 옥사이드 유도체 또는 C1-4말단 그룹을 함유하는 것들과 같은 다른 적당한 알킬-치환 PAO 유도체가 있다.
본원에서 사용되는 "반응성 작용기"란 목적하는 생물학적 활성물질과 결합하기 위해 생체적합성 고분자를 활성화하는 그룹 또는 잔기를 말한다.
본 발명에 사용될 수 있는 반응성 작용기는 1급 아민, 또는 하이드라진 및 하이드라자이드 작용기(아실 하이드라자이드, 카르바제이트, 세미카르바제이트, 티오카르바제이트 등)와 같이 카르복실산 및 반응성 카르보닐기와 반응할 수 있는 작용기 중에서 선택될 수 있다.
본원에서 또한 사용되는 “카르복실기의 커플링화제”(이하, 커플링화제)는 상기 반응성 작용기로 활성화된 생체적합성 고분자와 결합되는 단백질 등의 생리활성 물질의 카르복실 그룹을 커플링화시키는 제제를 의미한다.
본 발명에서 사용될 수 있는 카르복실기의 커플링화제는 이로써 제한되는 것은 아니지만, 카르보디이미드계 커플링화제, 예를 들면, EDAC[N-(3-디메틸아미노프로필)-N'-에틸카르보디이미드 하이드로클로라이드], DIC[1,3-디이소프로필카르보디이미드], DCC[디사이클로헥실 카르보디이미드], 및 EDC[1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)-카르보디이미드] 등을 포함한다. 바람직한 카르복실기의 커플링화제는 EDAC이다.
생물학적 활성 접합체의 제조방법은 목적하는 생물학적 활성물질의 고유 활성 중 적어도 일부를 유지하면서 결합이 이루어지도록 하기에 충분한 조건하에서 상기 활성화된 생체적합성 고분자와 치환 반응을 할 수 있는 친핵체를 함유한 생물학적 활성물질을 접촉시키는 단계를 포함한다.
생물학적 활성물질에 1:1 비율로 결합된 생체적합성 고분자는 화학량론 과량의 고분자를 생물학적 활성물질과 반응시켜 수득할 수 있다. 예를 들면, 단백질-고분자, 펩타이드-고분자, 효소-고분자, 항체-고분자 및 약물-고분자 접합체의 제조시, 생물학적 활성물질 대 활성화된 생체적합성 고분자의 몰비는 약 1:1 내지 1:20이며, 보다 바람직하게는 1:1 내지 1:10이다. 또한 생물학적 활성물질의 카르복실기를 활성화시키는 데 사용되는 물질로는 다음의 예로 한정되는 것은 아니나, 다음의 그룹 중에서 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들면, N-(3-디메틸아미노프로필)-N'-에틸카르보디이미드 하이드로클로라이드(EDAC), 3-[2-모폴리닐-(4)-에틸] 카르보디이미드와 같은 수용성 카르보디이미드 그룹, p-톨루엔 설포네이트, 우드워드 시약 K(Woodward's Reagent K)와 같은 5-치환 이속사졸리늄 염 등이 있다.
본 발명에서 카르복실기에 수식된 생체적합성 고분자 - 생물학적 활성물질 접합체의 제조시 사용된 EDAC는 생물학적 활성물질 대 EDAC의 몰비가 약 1:1 내지 1:50이며, 보다 바람직하게는 1:1 내지 1:30인 것이 바람직하며 1:1 내지 1:20이 가장 바람직하다. 그러나, EDAC가 용액상태에 존재할 때 신속히 가수분해되는 경향이 있어 한번에 20배의 EDAC를 첨가하면 반응성이 현저히 낮아지므로 5번 이상, 바람직하게는 5 내지 6번으로 나누어 첨가할 때, PEG-생물학적 활성물질 접합체 형성이 증가된다.
생물학적 활성물질은 완충작용을 하는 수용성 반응매질에서 pH에 의존적으로 활성화된 고분자와 반응할 수 있다. 일반적으로, 단백질/폴리펩타이드 물질을 고려할 때 반응시 pH는 약 2 내지 약 5이고, 바람직하게는 약 2.5 내지 4.5이다. 이들 물질의 안정화 및 반응 효율을 위한 최적 반응 조건은 당업자에게 잘 알려져 있다. 바람직한 온도 범위는 0 내지 60℃이고, 보다 바람직하게는 4 내지 30℃이다. 반응 매질의 온도는 펩타이드 또는 단백질 등의 생물학적 활성물질이 변성되거나 또는 분해될 수 있는 온도를 초과하지 않아야 한다. 반응시간은 10분 내지 5시간으로 하는 것이 바람직하다. 형성된 생물학적 활성 접합체는 칼럼 크로마토그래피, 투석여과 또는 상기 방법 등을 조합하여 사용함으로써 회수하고 정제할 수 있다.
약학 조성물
본 발명은 또한 치료 유효량의 본 발명의 활성화된 생체적합성 고분자 - 생물학적 활성물질 접합체를 활성성분으로 포함하는 약학 조성물에 관한 것이다.
본원에서 "약학적으로 허용되는"이란 용어는 인간에 투여시에 앨러지 반응 또는 그와 유사한 다루기 힘든 반응을 일으키지 않는 분자 또는 조성물을 일컫기 위해 사용된다.
본 발명의 약학 조성물에 사용되는 활성성분으로서 생체적합성 고분자 - 생물학적 활성물질 접합체는 그 자체가 예방 및 치료제로서 사용되거나 약학적으로 허용되는 담체와 혼합하여 제형된 형태로 사용될 수 있다.
용어 "약학적으로 허용되는 담체"는 신체의 한 기관 또는 부분으로부터 신체의 다른 기관 또는 부분으로 활성 성분을 수송하는 역할을 하는 액체 또는 고체 충진제, 희석제, 부형제 또는 용매와 같은 약학적으로 허용되는 물질, 조성물 또는비히클을 의미한다.
본 발명의 약학 조성물은 경구, 국소, 주사 또는 비경구 경로를 통해 투여될 수 있으며, 이들 제형은 일반적으로 활성 성분으로서 본 발명의 생체적합성 고분자 - 생물학적 활성물질 접합체를 치료 유효량으로 함유한다. 본 발명에 따른 경구 투여용 제제는 예를 들면, 환제, 정제, 랙커링된 정제, 제피정, 산제, 과립, 트로키제, 웨이퍼, 엘릭서제, 경질 및 연질 젤라틴 캡슐, 용액, 시럽, 에멀션, 현탁제, 또는 분무 혼합제 등의 형태로 투여될 수 있으며, 비경구 투여용 제제로는 예를 들면 주사액, 마이크로캡슐, 경피제 등이 포함될 수 있다.
약학 제제는 약학적으로 허용되는 불활성 무기 또는 유기 부형제를 사용하는 공지의 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 환제, 정제, 제피정, 경질 젤라틴 캡슐 등을 제조하기 위해 락토스 또는 옥수수 전분 또는 이의 유도체, 활석, 스테아르산 또는 이의 염 등을 사용할 수 있다. 연질 젤라틴 캡슐 및 좌제에 대한 부형제로는, 예를 들면 지방, 왁스, 반고형 및 액체 폴리올, 천연 또는 고형화 오일 등이 있다. 용액 및 시럽의 제조에 사용되는 적당한 부형제는, 예를 들면, 물, 수크로스, 전화당, 글루코스, 폴리올 등이 있다. 주사액의 제조에 적당한 부형제로는 물, 알콜, 글리세롤, 폴리올, 식물성 오일 등이 있다. 주사제는 또는 보존제, 무통화제, 가용화제 및 안정제를 혼합하여 사용할 수 있다. 국소 투여용 제제의 경우에는 가스, 부형제, 윤활제 및 보존제 등을 혼합하여 제조할 수 있다. 마이크로캡슐 또는 이식제에 대한 적당한 부형제로는 공중합체 또는 글리콜산 및 락트산이 있다.
본 발명에 따른 생체적합성 고분자 - 생물학적 활성물질 접합체의 투여 용량은 체내에서 활성성분의 흡수도, 용해도, 환자의 연령, 성별, 상태 및 치료할 질환의 경중에 따라 적당히 선택될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 생체적합성 고분자 - 생물학적 활성물질 접합체의 투여는 기존의 1일 1회 내지 수 회 또는 2일 1회인 치료용 주사제를 1주 1회 또는 2주 1회의 투여 횟수로 대폭 줄여 빈번한 투여로 인한 약물 독성 및 부작용을 감소시킬 수 있다.
이하, 하기 실시예에 의해 본 발명을 좀더 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 단지 본 발명의 예시에 불과하며 이로써 본 발명이 제한되지는 않는다.
실시예
1. 생물학적 활성물질의 카르복실기를 통해 결합된 생체적합성 고분자 - 생물활성물질 접합체의 제조
<실시예 1> mPEG(12000)-Hz-G-CSF 접합체의 제조
1 mg의 G-CSF 용액(0.00005 mmol)을 50 mM의 MES 완충용액(pH 3.0)으로 투석여과(Centricon-10, Amicon, USA)하여 농도를 2 mg/ml로 유지시켰다. 여기에 6.6 mg의 mPEG(12000)-HZ (이수화학, 한국, 0.0005 mmol)를 가하였다. 2 mg의 EDAC를 d-H2O 20 ㎕에 용해시킨 후 2 ㎕(0.001 mmol, 20배)를 가하였다. 실온에서 1시간 동안 교반 하에 반응을 진행시켰다. 반응하지 않은 G-CSF나 과량의 시약은 크기배제 칼럼 또는 이온 교환 칼럼으로 제거하였다. 0.3 mg 이상의 mPEG(12000)-Hz - G-CSF 접합체가 수득되었다. 또한, G-CSF에 대해 EDAC 양을 20배 내지 200배로 변화시키고 PEG(12000)-Hz를 10배 내지 20배로 사용하여 상기의 방법으로 진행하였다. EDAC의 양을 50배 초과로 사용할 때는 2개 이상의 PEG가 G-CSF의 카르복실기에 결합되었다.
<실시예 2> mPEG(5000)-Hz-G-CSF 접합체의 제조
1 mg의 G-CSF 용액(0.00005 mmol)을 50 mM의 MES 완충용액(pH 3.0)으로 투석여과(Centricon-10, Amicon, USA)하여 농도를 5 mg/ml로 유지시켰다. 여기에 1.3 mg의 mPEG(5000)-HZ (이수화학, 한국, 0.00025 mmol)를 가하였다. 2 mg의 EDAC를 d-H2O 20 ㎕에 용해시킨 후 2 ㎕(0.001 mmol, 20배)를 가하였다. 실온에서 1시간 동안 교반 하에 반응을 진행시켰다. 반응하지 않은 G-CSF나 과량의 시약은 크기 배제 칼럼 또는 이온 교환 칼럼으로 제거하였다. 0.3 mg 이상의 mPEG(5000)-Hz - G-CSF 접합체가 수득되었다. 도 1에 PEG - G-CSF 접합체의 반응 정도를 SDS-PAGE 및 HPLC (크기 배제 컬럼 크로마토그라피)로 나타내었다.
<실시예 3> mPEG(20000)-Hz-G-CSF 접합체의 제조
1 mg의 G-CSF 용액(0.00005 mmol)을 50 mM의 MES 완충용액(pH 3.0)으로 투석여과(Centricon-10, Amicon, USA)하여 농도를 5 mg/ml로 유지시켰다. 여기에 5 mg의 mPEG(20000)-HZ (이수화학, 한국, 0.00025 mmol)를 가하였다. 2 mg의 EDAC를 d-H2O 20 ㎕에 용해시킨 후 2 ㎕(0.001 mmol, 20배)를 가하였다. 실온에서 1시간 동안 교반 하에 반응을 진행시켰다. 반응하지 않은 G-CSF나 과량의 시약은 크기 배제 칼럼 또는 이온 교환 칼럼으로 제거하였다. 0.3 mg 이상의 mPEG(20000)-Hz - G-CSF 접합체가 수득되었다. 도 2에 PEG - G-CSF 접합체의 반응 정도를 SDS-PAGE로 나타내었다.
<실시예 4> mPEG(5000)-Hz-IFN 접합체의 제조
각각 200 ㎍의 IFN 용액(0.00001 mmol)을 포함하는 4개의 튜브를 50 mM MES 완충 용액(pH 3.0)으로 투석여과(Centricon-10, Amicon, USA)하여 농도를 1 mg/ml로 유지시켰다. 각 반응 튜브에 2.16 mg의 mPEG(5000)-HZ를 가하였다. 2 mg의 EDAC를 d-H2O 20 ㎕에 용해시킨 후 0.8 ㎕(40배)를 가하였다. 실온에서 1시간 동안 교반 하에 반응을 진행시켰다. 반응하지 않은 IFN이나 과량의 시약은 크기-배제 칼럼이나 이온 교환 칼럼으로 제거하였다. 도3은 1:1로 PEG가 IFN에 결합된 접합체를 SDS-PAGE로 나타낸 것이다.
<실시예 5> mPEG(12000)-Hz-IFN 접합체의 제조
1 mg의 IFN 용액(0.00005 mmol)을 50 mM MES 완충 용액(pH 3.0)으로 투석여과(Centricon-10, Amicon, USA)하여 농도를 1 mg/ml로 유지시켰다. 여기에 6.6mg의 mPEG(12000)-HZ를 가하였다. 2 mg의 EDAC를 d-H2O 20 ㎕에 용해시킨 후 2 ㎕(0.001 mmol, 20배)를 가하였다. 실온에서 1시간 동안 교반 하에 반응을 진행시켰다. 반응하지 않은 IFN이나 과량의 시약은 크기 배제 칼럼 또는 이온 교환 칼럼으로 제거하였다. 0.3 mg 이상의 mPEG(12000)-Hz - 인터페론 접합체가 수득되었다.
<실시예 6> mPEG(20000)-Hz-IFN 접합체 제조
각각 200 ㎍의 IFN 용액(0.00001 mmol)을 포함하는 4개의 튜브를 50 mM MES 완충 용액(pH 4.4)으로 투석여과(Centricon-10, Amicon, USA)하여 농도를 2 mg/ml로 유지시켰다. 각 반응 튜브에 4.32 mg의 mPEG(20000)-HZ (0.0002 mmol, 이수화학, 한국)를 가하였다. 2 mg의 EDAC를 d-H2O 20 ㎕에 용해시킨 후 상기의 각 튜브에 1 ㎕(50배) 또는 4 ㎕(200배)를 가하였다. 또한 이 때 결합을 촉진시키기 위하여 30 배의 설포-NHS를 첨가하여 반응 정도를 비교하였다. 실온에서 1시간 동안 교반 하에 반응을 진행시켰다. 각 반응 조건은 아래의 표에 자세히 표기하였다. 반응하지 않은 IFN이나 과량의 시약은 크기-배제 칼럼이나 이온 교환 칼럼으로 제거하였다. 상기의 반응정도를 SDS-PAGE로 분석하였다.
Sample No. IFN PEG Buffer Rx. Time
#1 2 mg/ml HZ 20K(x20) 50mM MES pH4.4EDAC(x50) 1hr
#2 2 mg/ml HZ 20K(x20) 50mM MES pH4.4EDAC(x50)NHS(x30) 1hr
#3 2 mg/ml HZ 20K(x20) 50mM MES pH4.4EDAC(x200) 1hr
분석 결과, EDAC를 200배 넣은 반응은 PEG가 IFN의 카르복실기에 결합되나 너무 많은 PEG가 결합되어 서로 전혀 분리가 되지 않았으며 정확한 PEG 개수를 파악하기가 어려웠다. 또한 50배의 EDAC를 넣은 경우에도 반응은 진행되나 Gel상에서 너무 퍼져있어 1:1 PEG-IFN 접합체를 구분하기는 어려웠다. 결합을 촉진시키기 위해 설포-NHS를 넣은 경우에는 넣지 않고 반응시킨 것과 거의 차이가 없었다(도 4).
또한, EDAC를 여러번에 나누어 첨가했을 때의 반응정도를 관측하기 위해 아래의 표에서와 같은 반응 조건에서 반응시켰다:
Sample No. IFN PEG-Hz Buffer Rx. Time
#1 5 mg/ml 20K(x5) 50mM MES pH4.4EDAC(x10)10분간격으로 6번 첨가총 EDAC의 양: 60배 1hr
#2 5 mg/ml 20K(x5) 50mM MES pH4.4EDAC(x10)10분간격으로 5번 첨가총 EDAC 의 양: 50 배 1hr
#3 5 mg/ml 20K(x5) 50mM MES pH4.4EDAC(x5)10분간격으로 6번 첨가총 EDAC 의 양: 30배 1hr
#4 5 mg/ml 20K(x5) 50mM MES pH4.4EDAC(x3)5분간격으로 6번 첨가총 EDAC의 양: 18배 1hr
분석 결과, EDAC를 여러 번에 걸쳐 첨가했을 때, 1:1로 결합된 PEG-IFN 접합체가 많이 생성됨을 알 수 있었다(도 5).
EDAC를 나누어 첨가하더라도 EDAC 양이 50배를 초과할 때는 2개 이상의 PEG가 무작위로 IFN에 결합되는 것을 보여주었다.(도 5).
<실시예 7> mPEG(20000)-Hz-IFN 접합체의 제조
1 mg의 IFN 용액(0.00005 mmol)을 50 mM MES 완충 용액(pH 2.5)으로 투석여과(Centricon-10, Amicon, USA)하여 농도를 5 mg/ml로 유지시켰다. 여기에 10.8 mg의 mPEG(20000)-HZ (0.0005 mmol, 10배)를 가하였다. 2 mg의 EDAC를 d-H2O 20 ㎕에 용해시킨 후 2 ㎕(0.001 mmol, 20배)를 가하였다. 실온에서 1시간 동안 교반 하에 반응을 진행시켰다. 반응하지 않은 IFN이나 과량의 시약은 크기 배제 칼럼 또는 이온 교환 칼럼으로 제거하였다. 0.3 mg 이상의 mPEG(20000)-Hz-인터페론 접합체가 수득되었다.
<실시예 8> 1:1 결합된 PEG-IFN 접합체의 분리 정제
PEG-IFN 접합체(실시예 6)를 1 mg/ml 농도가 되도록 10mM 나트륨 아세테이트(pH4.4) 로 희석하였다. PEG-IFN 반응물을, 이미 10 mM 아세테이트 완충액(pH 4.4)로 평형화된 SP-sepharose Fast Flow 컬럼(5 x 50 mm, 총 1 ml 컬럼 용적)에 로딩하였다. 3 컬럼 용적의 10 mM 아세테이트 완충액(pH 4.4)로 세척하였다. 그런 후, 500 mM NaCL을 포함하는 10 mM 아세테이트 완충액(pH 4.4)로 구배 방법으로 용출하면서 반응하지 않은 온전하나 IFN과 PEG-IFN을 분리 정제하였다. 이 때 분리된 PEG-IFN은 PEG 1개가 IFN의 카르복실기에 결합한 접합체이며 SDS-PAGE로 확인되었다(도 6).
<실시예 9> PEG-G-CSF 접합체의 생물학적 활성 측정
세포변성 분석(CPE 분석)을 다음과 같은 방법으로 수행하였다. 60 mm 디쉬에 세포(M-NFS-60)를 2.5 × 106세포(5 × 105세포/ml)로 2차 배양하였다(RPMI-1640 배지, 10% FBS, 37℃, 5% CO2). 천연 G-CSF (대조군 l) 및 mPEG(20000)-Hz-G-CSF 접합체(실시예 3)를 각각 1 ng/㎕의 농도로 희석하여 세포수가 1 x 104인 96-웰 플레이트에 처리하여 연속 희석(serial dilution)하였다. 이어서, 37℃에서 2일간 배양한 다음, 50 ㎕의 XTT 키트(Roche, 독일)를 처리하여 37℃에서 배양하였다.4시간 후, 플레이트의 발색 정도를 490 nm에서 ELISA 판독기로 분석하였다. 분석 결과, 본 발명의 mPEG(20000)-Hz-G-CSF 접합체의 생물학적 활성은 고분자가 아민기를 통하여 결합된 접합체인 mPEG(20000)-NHS-G-CSF 접합체와 유사한 것으로 나타났다(도 7).
<실시예 10> PEG-G-CSF 접합체의 반감기 측정
7주령의 랫트(각 군 5마리씩)을 케타민/Rompun으로 마취시킨 후 수술하여 대정맥에 PE 튜브를 삽입한다. 마취에서 회복된 후, 정맥을 통하여 mPEG(20000)-Hz-G-CSF 접합체(실시예 3) 100 ㎍/kg를 투여하였다. 대조군으로는 PBS만을 투여하고 접합되지 않은 G-CSF 100ul/kg을 같은 방법으로 투여하여 비교하였다.
투여 후 0, 0.5, 1, 2, 4, 6, 12, 24, 48 시간에 미리 삽입된 캐뉼라로 혈액을 300 ㎕씩 채혈하였다. 원심분리(13,000 rpm, 10 min, 4℃)로 혈청을 분리하여 검정에 사용할 때까지 -20℃에 보관하였다. G-CSF 프리로 세포를 24시간 동안 인큐베이션한 후, 96 웰 플레이트에 1.5 × 104개의 세포를 분주하였다. 각 시간대별 혈청을 1/100 배 희석하여 50 ㎕ 처리하여 37℃에서 48시간 동안 CO2하에 인큐베이션하였다. 그런 후, XTT 시약을 각 웰에 처리한 후, 37℃에서 4시간 동안 인큐베이션한 후, 490 nm에서 ELISA 판독기로 O.D.를 측정하였다.
도 8은 mPEG(20000)-Hz-G-CSF 접합체(실시예 3)의 반감기를 천연 G-CSF 및 비교품인 NeulastaTM(Amgen, N-말단에 PEG가 접합된 PEG-G-CSF)와 비교한 것이다.천연 G-CSF에 비해서는 월등히 장시간의 체내 활성을 보여주며 비교품과는 유사한 정도의 반감기를 보여줌을 알 수 있다.
<실시예 11> PEG-G-CSF 접합체의 백혈구(WBC) 측정
7주령 웅성 Sprague-Dawley 랫트(체중 220-240g, Charles River Co., Atsugi, Japan)에서 구입하여 사용하였다. mPEG(20000)-Hz-G-CSF 접합체(실시예 3)를 100㎍/kg의 농도로 랫트의 꼬리 정맥으로 주사하였으며, 대조구는 생리 식염수를 약물 투여량과 같은 용량으로 주사하였다. 또한 같은 양의 G-CSF가 대조구로 사용되었다. 채혈은 약물 투여전, 투여후 6, 12, 24, 48, 72, 96 시간에 꼬리 정맥을 통하여 채혈하였으며, WBC 측정은 채혈 후 즉시 자동화된 혈액 분석기(Automated Hematology Analyzer, Cysmex K-4500)로 WBC를 측정하였다. 이의 결과는 도 9에 나타나 있다. mPEG(20000)-Hz-G-CSF 접합체는 결합되지 않은 G-CSF 및 비교품인 NeulastaTM보다 높은 WBC를 나타내었다.
<실시예 12> PEG-IFN 접합체의 생물학적 활성 측정
MDBK 세포를 혈구계(hemocytometer)로 계수하여 5% FBS/MEM으로 7.5 × 105세포/㎖ 농도로 희석하여 현탁시켰다. 각각의 웰에 배지(5% FBS/MEM) 100 ㎕를 넣고 mPEG(12000)-Hz-IFN 접합체(실시예 5)를 각각 100 IU (1 mg/ml = 2 X 108IU)의 농도로 희석하여 각각의 첫 번째 웰에 100 ㎕씩을 넣은 후 연속 희석하였다. 이어서, 각각의 웰에 세포 현탁액을 100 ㎕씩 넣고 배양기에서 20시간 동안 배양시켰다. 수포성 구내염 바이러스(Vesicular Stomatitis Virus:VSV, ATCC VR-158)를 100배 희석시켜 100 ㎕씩 가한 후, 다시 배양기에서 20시간 동안 배양시켰다. 96-웰 플레이트의 수포성 구내염 바이러스(VSV, ATCC VR-158) 배지 용액을 제거한 후, 0.05% 크리스탈 바이올릿 염색액을 웰 당 50 ㎕씩 넣고 마이크로플레이트 판독기의 파장 550 nm에서 각 웰에 대한 O.D.를 측정하여 IFN의 활성을 계산하였다. mPEG(12000)-Hz-IFN 접합체(실시예 5)의 활성은 천연 IFN에 비해 40-50% 의 활성을 가지며 비교품인 PEG-IFN 접합체(아민기에 PEG가 접합된 제품, Schering-Plough에서 개발한 FDA 승인 의약품)와 유사한 활성 정도를 나타내었다(도 10).
마찬가지로, mPEG(20000)-Hz-IFN 접합체(실시예 6)로 실시하였으며, 이의 활성은 천연 IFN에 비해 40% 정도의 활성을 가지는 것으로 나타났다(도 11).
또한, Di-PEG-IFN 접합체와 Mono-PEG-IFN 접합체의 CPE 검정으로 생물학적 활성을 비교한 결과 PEG와 IFN의 1:1 접합체인 Mono-PEG-IFN이 높은 생물학적 활성을 나타내었다(도 12).
<실시예 13> PEG-IFN 접합체의 반감기 측정
MDBK 세포를 헤모사이토미터로 계수하여 5% FBS/MEM으로 7.5 × 105세포/㎖ 농도로 희석하여 현탁시켰다. 세포 현탁액을 100 ㎕씩 96-웰 플레이트의 각 웰에 넣고, mPEGz(20000)-Hz-IFN 접합체(실시예 6)를 래트에 정맥투여한 다음 채혈하여수득한 혈청 샘플의 50배 희석액 100 ㎕씩을 넣은 후 배양기에서 20시간 동안 배양시켰다. 수포성 구내염 바이러스(VSV, ATCC VR-158)를 100배 희석시켜 100 ㎕씩 가한 후, 다시 배양기에서 20시간 동안 배양시켰다. 96-웰 플레이트의 수포성 구내염 바이러스(VSV, ATCC VR-158) 배지 용액을 제거한 후, 0.05% 크리스탈 바이올릿 염색액을 웰 당 50 ㎕씩 넣고 마이크로플레이트 판독기의 파장 550 nm에서 각 웰에 대한 O.D.를 측정하여 IFN의 반감기를 측정하였다.
도 13은 카르복실기에 수식된 PEG(20000)-Hz-IFN 접합체 (실시예 6)의 반감기를 보여주며 천연 IFN 및 비교품인 PEG - IFN 접합체와 비교한 것이다. 천연 IFN에 비해서는 월등히 장시간 동안 체내 활성을 보여주며 비교품에 비해서도 긴 반감기를 나타내었다.
<실시예 14> PEG-IFN 접합체의 안정성 측정
실시예 6의 방법으로 제조되어 분리 정제된 PEG(20000)-Hz-IFN와 IFN의 아민기에 PEG를 결합한 PEG-IFN (Nektar에서 구입한 branched PEG(10K)2-NHS를 사용하여 일반적으로 알려진 방법으로 제조하여 크기 배제 컬럼으로 mono PEG-IFN만을 분리 정제함)을 1mg/ml 농도로 PBS 용액에 4℃에서 냉장 보관한 후 SDS-PAGE로 온전한 IFN이 떨어져 나오는 여부를 측정함으로 PEG-IFN의 안정성을 관찰하였다. 아민기에 결합된 PEG-IFN은 2주정도 경과하면서 약 14% 정도의 온전한 IFN이 떨어져나오는 것이 관찰되었다. 그러나 IFN의 카르복실기에 PEG가 결합된 PEG-IFN은 6개월정도가 경과하였을 때에도 떨어져 나오는 것이 관찰되지 않았다(도 14).
이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있음을 이해할 수 있다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시예 및 실험예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 제한적인 것이 아닌 것으로 이해하여야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술되는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포섭되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따라 생체 적합성 고분자가 단백질이나 펩타이드와 같은 생물학적 활성물질의 카르복실기에 생물학적 활성물질과 1:1의 비율로 결합됨을 특징으로 하는 생체적합성 고분자 - 생물학적 활성물질 접합체 및 이의 제조 방법이 제공되며, 상기 접합체가 해당 질환의 치료제로 사용될 때 약물의 생체내 안정성의 증가로 인한 생체내 반감기 및 생체이용률의 증가로 약물 투여의 횟수를 대폭 감소시킬 수 있다.

Claims (20)

  1. 생체적합성 고분자가 생물학적 활성물질의 카르복실기 부위를 통해 생물학적 활성물질(단, PTH 제외)과 1:1의 비율로 결합됨을 특징으로 하는 생체적합성 고분자 - 생물학적 활성물질 접합체.
  2. 제 1 항에 있어서, 생체적합성 고분자가 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리옥시에틸렌, 폴리트리메틸렌 글리콜, 폴리락트산 및 이들의 유도체, 폴리아크릴산 및 이의 유도체, 폴리(아미노산), 폴리우레탄, 폴리포스파진, 폴리(L-라이신), 폴리알킬렌 옥사이드, 폴리사카라이드, 덱스트란, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리비닐 알콜 및 폴리아크릴 아마이드 및 이들의 둘 이상의 공중합체로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 비면역원성 고분자인 접합체.
  3. 제 1 항에 있어서, 생물학적 활성물질이 알파, 베타 및 감마 인터페론, 아스파라기나제, 아르기나제, 아르기닌 데아미나제, 아데노신 데아미나제, 수퍼옥사이드 디스뮤타제, 엔도톡시나제, 카탈라제, 키모트립신, 리파제, 유리카제, 아데노신 디포스파타제, 티로시나제, 글루코스 옥시다제, 글루코시다제, 갈락토시다제, 글루코유로니다제, 헤모글로빈, 혈액인자 VII, VIII 및 IX, 면역글로불린, 사이토카인, G-CSF, GM-CSF, PDGF, 렉틴, 리신, TNF, TGF, EGF, 칼시토닌, 인슐린, 합성 엔케팔린, 인터루킨, EPO, 성장호르몬 분비 펩타이드, 황체호르몬 분비 호르몬 및 그 유도체, 시상하부의 분비물질, 칼시토닌 유전자 관련 펩타이드, 갑상선 자극 호르몬 및 흉선 체액성 인자로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 접합체.
  4. 제 3 항에 있어서, 생물학적 활성물질이 인터페론 또는 G-CSF인 접합체.
  5. 치료 유효량의 제 1 항에 따른 생체적합성 고분자 - 생물학적 활성물질 접합체(단, PTH 제외) 및 약학적으로 허용되는 담체를 포함하는 약학 조성물.
  6. 생물학적 활성물질(단, PTH 제외), 활성화된 생체적합성 고분자 및 카르복실기 커플링화제를, 생물학적 활성물질 대 활성화된 생체적합성 고분자의 몰비가 1 : 1 내지 20, 반응물의 pH가 2 내지 5, 생물학적 활성물질과 커플링화제의 몰비가 1 : 1 내지 50의 몰비의 반응조건하에서 카르복실기 커플링화제를 분할하여 첨가하면서 결합시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 생체적합성 고분자가 생물학적 활성물질의 카르복실기 부위를 통해 생물학적 활성물질과 1:1의 비율로 결합된 생체적합성 고분자 - 생물학적 활성물질 접합체의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 생체적합성 고분자가 카르복실산 및 반응성 카르보닐기와 반응할 수 있는 작용기로 활성화되는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 생체적합성 고분자가 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리옥시에틸렌, 폴리트리메틸렌 글리콜, 폴리락트산 및 이들의 유도체, 폴리아크릴산 및 이의 유도체, 폴리(아미노산), 폴리우레탄, 폴리포스파진, 폴리(L-라이신), 폴리알킬렌 옥사이드, 폴리사카라이드, 덱스트란, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리비닐 알콜 및 폴리아크릴 아마이드 및 이들의 둘 이상의 공중합체로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 비면역원성 고분자인 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 생물학적 활성물질이 알파, 베타 및 감마 인터페론, 아스파라기나제, 아르기나제, 아르기닌 데아미나제, 아데노신 데아미나제, 수퍼옥사이드 디스뮤타제, 엔도톡시나제, 카탈라제, 키모트립신, 리파제, 유리카제, 아데노신 디포스파타제, 티로시나제, 글루코스 옥시다제, 글루코시다제, 갈락토시다제, 글루코유로니다제, 헤모글로빈, 혈액인자 VII, VIII 및 IX, 면역글로불린, 사이토카인, G-CSF, GM-CSF, PDGF, 렉틴, 리신, TNF, TGF, EGF, 칼시토닌, 인슐린, 합성 엔케팔린, 인터루킨, EPO, 성장호르몬 분비 펩타이드, 황체호르몬 분비 호르몬 및 그 유도체, 시상하부의 분비물질, 칼시토닌 유전자 관련 펩타이드, 갑상선 자극 호르몬 및 흉선 체액성 인자로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 방법.
  10. 제 6 항의 방법에 의해 수득된, 생체적합성 고분자가 생물학적 활성물질의 카르복실기 부위를 통해 생물학적 활성물질(단, PTH 제외)과 1:1의 비율로 결합됨을 특징으로 하는 생체적합성 고분자 - 생물학적 활성물질 접합체.
  11. 생체적합성 고분자가 생물학적 활성물질의 C-말단 부위를 통해 생물학적 활성물질(단, PTH 제외)과 1:1의 비율로 결합됨을 특징으로 하는 생체적합성 고분자 - 생물학적 활성물질 접합체.
  12. 제 11 항에 있어서, 생체적합성 고분자가 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리옥시에틸렌, 폴리트리메틸렌 글리콜, 폴리락트산 및 이들의 유도체, 폴리아크릴산 및 이의 유도체, 폴리(아미노산), 폴리우레탄, 폴리포스파진, 폴리(L-라이신), 폴리알킬렌 옥사이드, 폴리사카라이드, 덱스트란, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리비닐 알콜 및 폴리아크릴 아마이드 및 이들의 둘 이상의 공중합체로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 비면역원성 고분자인 접합체.
  13. 제 11 항에 있어서, 생물학적 활성물질이 알파, 베타 및 감마 인터페론, 아스파라기나제, 아르기나제, 아르기닌 데아미나제, 아데노신 데아미나제, 수퍼옥사이드 디스뮤타제, 엔도톡시나제, 카탈라제, 키모트립신, 리파제, 유리카제, 아데노신 디포스파타제, 티로시나제, 글루코스 옥시다제, 글루코시다제, 갈락토시다제, 글루코유로니다제, 헤모글로빈, 혈액인자 VII, VIII 및 IX, 면역글로불린, 사이토카인, G-CSF, GM-CSF, PDGF, 렉틴, 리신, TNF, TGF, EGF, 칼시토닌, 인슐린, 합성 엔케팔린, 인터루킨, EPO, 성장호르몬 분비 펩타이드, 황체호르몬 분비 호르몬 및 그 유도체, 시상하부의 분비물질, 칼시토닌 유전자 관련 펩타이드, 갑상선 자극 호르몬 및 흉선 체액성 인자로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 접합체.
  14. 제 13 항에 있어서, 생물학적 활성물질이 인터페론 또는 G-CSF인 접합체.
  15. 치료 유효량의 제 11 항에 따른 생체적합성 고분자 - 생물학적 활성물질 접합체(단, PTH 제외) 및 약학적으로 허용되는 담체를 포함하는 약학 조성물.
  16. 생물학적 활성물질(단, PTH 제외), 활성화된 생체적합성 고분자 및 카르복실기 커플링화제를, 생물학적 활성물질 대 활성화된 생체적합성 고분자의 몰비가 1 : 1 내지 20, 반응물의 pH가 2 내지 3, 생물학적 활성물질과 커플링화제의 몰비가 1 : 1 내지 50의 몰비의 반응조건하에서 카르복실기 커플링화제를 분할하여 첨가하면서 결합시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 생체적합성 고분자가 생물학적 활성물질의 C-말단 부위를 통해 생물학적 활성물질과 1:1의 비율로 결합된 생체적합성 고분자 - 생물학적 활성물질 접합체의 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 생체적합성 고분자가 카르복실산 및 반응성 카르보닐기와 반응할 수 있는 작용기로 활성화되는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 생체적합성 고분자가 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리옥시에틸렌, 폴리트리메틸렌 글리콜, 폴리락트산 및 이들의 유도체, 폴리아크릴산 및 이의 유도체, 폴리(아미노산), 폴리우레탄, 폴리포스파진,폴리(L-라이신), 폴리알킬렌 옥사이드, 폴리사카라이드, 덱스트란, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리비닐 알콜 및 폴리아크릴 아마이드 및 이들의 둘 이상의 공중합체로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 비면역원성 고분자인 방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 생물학적 활성물질이 알파, 베타 및 감마 인터페론, 아스파라기나제, 아르기나제, 아르기닌 데아미나제, 아데노신 데아미나제, 수퍼옥사이드 디스뮤타제, 엔도톡시나제, 카탈라제, 키모트립신, 리파제, 유리카제, 아데노신 디포스파타제, 티로시나제, 글루코스 옥시다제, 글루코시다제, 갈락토시다제, 글루코유로니다제, 헤모글로빈, 혈액인자 VII, VIII 및 IX, 면역글로불린, 사이토카인, G-CSF, GM-CSF, PDGF, 렉틴, 리신, TNF, TGF, EGF, 칼시토닌, 인슐린, 합성 엔케팔린, 인터루킨, EPO, 성장호르몬 분비 펩타이드, 황체호르몬 분비 호르몬 및 그 유도체, 시상하부의 분비물질, 칼시토닌 유전자 관련 펩타이드, 갑상선 자극 호르몬 및 흉선 체액성 인자로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 방법.
  20. 제 16 항의 방법에 의해 수득된, 생체적합성 고분자가 생물학적 활성물질의 C-말단 부위를 통해 생물학적 활성물질(단, PTH 제외)과 1:1의 비율로 결합됨을 특징으로 하는 생체적합성 고분자 - 생물학적 활성물질 접합체.
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J302 Written judgement (patent court)

Free format text: JUDGMENT (PATENT COURT) FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20070727

Effective date: 20080228

Free format text: TRIAL NUMBER: 2007201006560; JUDGMENT (PATENT COURT) FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20070727

Effective date: 20080228

J2X2 Appeal (before the supreme court)

Free format text: APPEAL BEFORE THE SUPREME COURT FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL

Free format text: TRIAL NUMBER: 2008301000965; APPEAL BEFORE THE SUPREME COURT FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL

J303 Written judgement (supreme court)

Free format text: JUDGMENT (SUPREME COURT) FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20080320

Effective date: 20080529

Free format text: TRIAL NUMBER: 2008301000965; JUDGMENT (SUPREME COURT) FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20080320

Effective date: 20080529