KR20070084219A

KR20070084219A - 피부 또는 체모에 국소 적용된 중합체로부터 활성 분자의지속적인 방출

Info

Publication number: KR20070084219A
Application number: KR1020077010988A
Authority: KR
Inventors: 파올로 유. 지아코모니; 리차드 그로스; 스티브 락진스키
Original assignee: 이엘씨 매니지먼트 엘엘씨; 폴리테크닉 대학교
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2007-08-24
Also published as: JP2008520757A; AU2005299620B2; EP1807113A2; WO2006047714A3; AU2005299620A1; CA2586040A1; US20060088489A1; WO2006047714A2

Abstract

본 발명은 생물학적 활성 성분의 국소 전달용 중합체에 관계하는데, 상기 중합체는 적어도 하나의 모이어티: U-B-A를 포함하고, 여기서, U는 소중합체(oligomer) 또는 중합체(polymer)의 생리학적으로 허용되는 단위를 나타내고; A는 생물학적 활성 성분을 나타내고; B는 A를 U에 연결하는 하나이상의 결합을 나타내고, 상기 결합은 피부 내에서 또는 피부 상에서 발생하는 생물학적, 물리적 또는 화학적 과정에 의해 파괴될 수 있다.

국소 전달용 중합체

Description

피부 또는 체모에 국소 적용된 중합체로부터 활성 분자의 지속적인 방출{SUSTAINED RELEASE OF ACTIVE MOLECULES FROM POLYMERS TOPICALLY APPLIED TO SKIN OR HAIR}

본 발명은 국소 조성물에 관계한다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 피부와 체모에 생물학적 활성물질을 전달하는데 유용한 중합성 조성물에 관계한다.

효소, 약제, 보습제, 방향제 및 다른 미용적 또는 약리학적 분자의 국소 적용은 인류 역사에서 수세기 동안 이용되어 왔다. 국소 알파-케모트립신(chemotrypsin)은 혈종(hematoma)을 치료하는데 사용되고(1), 높은 농도에서 국소 살리실산(salicylic acid)은 굳은살(callous body)을 제거하는데 사용되고(2), 낮은 농도에서 국소 살리실산은 자연적인 박리(desquamation) 과정을 도와 부드러운 피부 표면을 유도하고(3), 국소 비타민 E는 태양 복사(solar radiation)의 원치않는 효과를 감소시키는데 사용될 수 있다. 미용제와 약제는 다양한 성분의 국소 투여에 의해 달성되는 유익한 효과의 무수한 실례를 제공한다.

최근에, 경피 전달이 살포(perfusion) 또는 전신 전달에 대한 대안으로서, 미용 활성물질과 제약 활성물질의 투여 경로로서 주목을 받고 있다. 경피 전달은 특정 질환을 치료하는데 효과적이지만 소화계에 독성을 나타내거나 소화계에 의해 무력화되는 약제, 또는 살포 경로에 적합하지 않는 약제의 이용을 가능하게 할 뿐만 아니라 전달 시에 환자에 적은 외상을 비롯한 여러 이점을 갖는다. 피부를 통하여 활성물질을 전달하는 이러한 방법은 이점을 상쇄시키는 여러 단점이 존재한다.

경피 전달에서 주요한 어려움중의 하나는 활성물질의 효과적인 전달을 달성하기 위하여, 상기 물질이 피부의 각질층(stratum corneum), 표피(epidermis), 기저막(basal membrane)을 통과해야 한다는 점이다. 이의 달성은 전달되는 물질의 친지성/친수성 특성에 좌우된다(5). 이런 어려움을 우회하는 한가지 방법은 리포좀 내에 활성물질의 통합과 전달인데, 적어도 표피 전달의 경우에 리포좀에 의한 일부 성공이 달성되었다(6).

성공적인 경피 전달을 달성하는데 있어 다른 주요한 문제점은 치료 효과를 달성하기 위하여 필요한 다량의 약제가 한 번에, 다시 말하면, 적용 시점에 전체가 투여되어야 한다는 점이다. 활성물질의 화학적 실체에 따라, 효과량은 다수의 원치않는 효과, 예를 들면, 자극, 염증, 국소 독성 또는 아폽토시스를 유발할 수 있다. 이러한 효과는 약제에 한정되지 않는다: 유사하게, 미용 성분이 비-통제된 방식으로 피부 또는 체모에 적용되는 경우에 이들 성분의 준최적 효과(suboptimal effect) 역시 발생할 수 있다. 가령, 과량의 보습제는 건성 피부에 원하는 느낌을 제공하지 못하고, 다량의 방향제는 일부 민감한 사용자에게 지나치거나 알레르기를 유발하는 것으로 간주될 수 있다.

따라서, 국소 적용된 제약 성분 또는 미용 성분의 지속적인 방출을 달성함으로써 특히, 유리 성분(free ingredient)의 다량 적용의 부작용을 피하면서 원하는 효과의 지속 기간을 연장시키는 결과를 달성하는 시스템의 개발이 여전히 필요하다. 본 발명에서는 이러한 목적을 달성하기 위한 장치를 제시한다.

본 발명의 요약

본 발명은 생물학적 활성 성분의 국소 전달용 중합체에 관계하는데, 상기 중합체는 적어도 하나의 모이어티: U-B-A를 포함하고,

여기서, U는 소중합체(oligomer) 또는 중합체(polymer)의 생리학적으로 허용되는 단위를 나타내고;

A는 생물학적 활성 성분을 나타내고;

B는 피부 내에서 또는 피부 상에서 발생하는 생물학적, 물리적 또는 화학적 과정에 의해 파괴될 수 있는 결합을 나타낸다. 피부 상에서 상기 결합의 파괴의 결과로써, 활성 리간드는 전체가 동시에 방출되는 방식이 아닌 통제된 방식으로 피부 상에 방출되고, 따라서 물질의 더욱 완만하고 효율적인 전달이 유도된다. 더 나아가, 본 발명은 본 발명의 중합체를 함유하는 국소 조성물; 및 생물활성물질을 구성요소로서 함유하는 본 발명의 중합체를 피부에 적용하는 단계를 포함하는, 생물활성물질을 피부에 전달하는 방법을 제시한다.

정의

본 명세서에서, 다양한 용어는 아래와 같이 정의된다:

“부분선택성 반응(regioselective reaction)”은 적어도 2개의 구성적 이성질체가 단일 반응물로부터 형성될 수 있지만 한 이성질체가 반응의 산물로서 우세하게 관찰되는 반응이다. 부분선택성 반응은 한 이성질체가 배타적으로 형성되는 반응 역시 포함할 수 있다. 본 발명에서, 이는 ≥3 하이드록실기를 보유하는 폴리올 내에 포함된 2개의 하이드록실기의 선택적 중합화(selective polymerization)를 직접적으로 지시한다.

“화학적 반응”에는 공지된 수단을 통하여 이온 구조, 공유 구조, 또는 비-공유 구조의 형성 또는 분리가 포함될 수 있다. 화학적 반응에는 pH, 이온 강도(ionic strength), 온도와 같은 환경 조건에서 변화가 포함될 수 있다.

“중합체”는 평균 사슬 길이가 2개 이상의 반복 단위(repeat unit)인 동종중합체, 공중합체, 이들의 조합이거나, 또는 이들을 포함할 수 있다.

“소중합체”는 평균 사슬 길이가 10개 이하의 반복 단위(repeat unit)인 동종중합체, 공중합체, 이들의 조합이거나, 또는 이들을 포함할 수 있다.

“폴리올”은 2개 이상의 하이드록실기가 존재하는 임의의 화합물일 수 있다. 폴리올 화합물은 탄수화물과 같은 화합물을 포함할 수 있다.

“폴리에스테르”는 1개 이상의 에스테르 결합이 존재하는 임의의 화합물일 수 있다.

달리 정의하지 않는 경우에, 본 명세서에 이용된 모든 기술 용어와 과학 용어는 본 발명이 속하는 분야의 당업자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에 기술된 것들과 유사하거나 동등한 방법과 재료가 본 발명의 실시와 검사에 이용될 수 있긴 하지만, 적절한 방법과 재료가 아래에 기술된다. 이에 더하여, 이들 재료, 방법, 실례는 설명을 목적으로 하며, 본 발명을 결코 한정하지 않는다.

도 1은 사슬의 카르복실 말단에서 에스테르화된 제라니올로 올리고(ε-카프로락톤)의 리파아제-촉진된 합성의 도표이다.

도 2는 사슬의 카르복실 말단에서 아니실 에스테르로 폴리(1,8-옥타닐세바케이트)를 형성하는 시베이식산, 1,8-옥탄디올, 아니실의 리파아제-촉진된 축합 중합화의 도표이다.

도 3은 사슬의 카르복실 말단에서 아니실 에스테르로 상응하는 폴리에스테르를 형성하는 아디핀산, 솔비톨, 아니실 알코올의 리파아제-촉진된 축합 중합화의 도표이다.

도 4는 사슬의 카르복실 말단에서 플로랄로존(floralozone)의 2-(4-아미노페닐)에틸 알코올 시프 염기(Schiff base) 유도체로 올리고(ε-카프로락톤)의 리파아제-촉진된 합성의 도표이다.

도 5는 올리고(ε-카프로락톤)의 리파아제-촉진된 합성 동안, 플로랄로존 글리세롤 아세탈 유도체의 합성 및 에스테르 결합에 의한 카르복실 사슬 말단에 이의 공액의 도표이다.

포유동물 피부는 다수의 상이한 기능을 수행할 수 있고, 또한 그와 접촉하여 위치하는 물질에 대해 극도로 반응할 수 있는 살아있는 장기이다. 본 발명에서는 피부 세포에 미용 활성 성분과 제약 활성 성분의 연장된 방출을 달성하기 위하여 피부의 이들 특성을 활용한다.

이러한 개념에 대한 가장 포괄적인 접근에서, 본 발명의 전달 시스템은 임의의 결합에 의해 생물 활성 리간드에 결합된 국소적으로 허용되는 중합체를 포함한다. 본 명세서에서 “중합체”는 평균 사슬 길이가 11개 이상의 반복 단위인 동종중합체, 공중합체, 이들의 조합이거나, 또는 이들을 포괄한다. 또한, “중합체”는 소중합체, 다시 말하면, 3 내지 10개 반복 단위의 사슬 길이를 갖는 짧은 사슬 중합체 역시 포괄한다. 활성물질을 중합체 사슬, 또는 사슬 내에 단량체에 연결하는 결합은 이온 결합, 공유 결합, 또는 모든 유형의 비-공유 결합이고, 본질적으로, 피부 상에서 통상적으로 발생할 수 있는 화학적, 생물학적 또는 물리적 과정, 예를 들면, 효소 활성, 또는 물의 존재에 의해 파괴될 수 있어야 한다. 본 발명의 중합체는 적어도 하나의 모이어티: U-B-A를 포함하는 것으로 특성화되는데,

여기서, U는 소중합체 또는 중합체의 생리학적으로 허용되는 단위를 나타내고;

A는 피부에 전달되는 목적의 생물학적 활성 성분을 나타내고;

B는 피부 내에서 또는 피부 상에서 발생하는 앞서 기술된 과정중 하나에 의해 파괴될 수 있는 결합을 나타낸다. 특정 구체예에서, 중합체는 평균적으로, 적어도 2개 이상의 U 단위를 보유한다. 중합체 사슬 길이에 명시된 하한선 또는 상한선이 존재하진 않지만, 전형적으로, 중합체는 2개 내지 대략 40개의 구성 단위(constituent unit), 더욱 전형적으로, 4개 내지 30개의 구성 단위를 보유한다. 이들 중합체의 평균 분자량(average molecular weight)은 전형적으로, 0.5 내지 15 kDA, 바람직하게는, 1 내지 5 kDA, 더욱 바람직하게는, 3 kDA이다.

효소의 이용은 락톤, 환형 탄산염, 환형 무수물, 이산(diacid), 디에스테르, 디올, 다중산(polyacid), 폴리올, 아미노 알코올, 디아민, 하이드록시산의 가벼운 선택적 중합화 반응을 촉진하는데 유효한 것으로 입증되었다(가령, US 20040019178 참조). 본 발명의 중합체가 더욱 전형적이고 공지된 화학 촉매에 의해 구성될 수 있긴 하지만, 이들 과정은 덜 선호된다. 효소 반응은 금속의 부재하에 낮은 온도에서 수행될 수 있다. 대조적으로, 화학적 중합화는 종종, 고온(>l5O℃)을 필요로 하고, 인간 접촉에 적합하지 않는 고도 반응성 유기금속성 시약이나 촉매를 이용한다. 이에 더하여, 화학 방법에 요구되는 가혹한 반응 조건은 활성물질의 구조를 변화시킬 수 있고, 따라서 전달되는 물질의 생물 활성의 유지에 불리하다. 이런 이유로, 효소 촉매에 의한 제조가 강하게 선호되는데, 그 이유는 이런 과정이 독성 금속 촉매의 최종 산물로의 이용과 통합을 피하고, 생물활성물질 및 물 및/또는 피부 효소의 존재하에 본질적으로 분해되는 단량체/중합체 사이에 결합을 발생시키고, 피부 상으로 방출되는 성분이 원래 상태로 전달되어 완전한 활성을 나타낼 수 있도록 하는 가벼운 반응 조건을 이용하기 때문이다.

중합성 분자는 적어도 하나의 생물 활성 성분(요소 A)을 보유한다. 최종 산물 내에서 요소 A는 중합체의 사슬 말단에 존재하고, 중합체 골격 내에 통합되고 및/또는 중합체 골격 상에서 측쇄 또는 이의 일부분이다. 중합체는 상이한 화학적 실체의 복수 활성 단위, 예를 들면, 사슬 말단에 위치하는 하나의 활성 단위 및 측쇄로서 위치하는 다른 활성 단위를 보유한다. 일정한 활성물질의 위치는 활성물질의 실체 및 중합체 내에서 U의 실체에 좌우된다. 다시 말하면, 중합체 내에서 활성물질의 최종 위치는 활성물질에서 이용가능한 반응기와 반응하는, U 단위 상에서 이용가능한 반응기의 특성에 좌우된다.

본 발명의 중합체의 U 구성요소는 소중합체 또는 중합체의 일부를 형성할 수 있고 활성물질과 피부-파괴가능 결합을 형성할 수 있는 생리학적으로 허용되는 단위이다. 중합체에서 가장 중요한 단위는 측쇄기로서, 사슬 사이에 반복 단위로서, 또는 사슬의 가지 사이의 부위에 한쪽 또는 양쪽 사슬 말단에서 공유 결합에 의해 활성물질에 연결될 수 있는 것들이다. 바람직한 구체예에서, 이들 단위는 락톤, 환형 탄산염, 환형 무수물, 지방산, 에폭시드, 환형 N-카르복시무수물, 이산, 디에스테르, 하이드록시산, 디올, 다중산, 폴리올, 아미노 알코올, 디아민, 또는 이들의 조합에서 선택된다. 이들 중합체는 블록 공중합체(block copolymer), 무작위 공중합체(random copolymer), 교대 공중합체(alternating copolymer), 사슬 사이에 이들 단위 정렬의 임의의 조합으로서 정렬되는 이들 단위의 혼합물로 구성된다. 이들 중합체는 선, 가지, 브러시(빗 모양), 수지상 또는 하이퍼브랜치(hyperbranch) 모양이나 구조를 갖는다. 편의를 위하여, 중합성 전구물질 및 이의 단위는 아래의 문장에서 단량체로서 언급된다.

구성요소 B, 단량체 단위와 활성 모이어티 사이에 형성된 결합(“피부 파괴가능 결합”)은 자연적으로 발생하는 물리적, 화학적 또는 생물학적 과정에 의해 피부 내에서 또는 피부 상에서 파괴될 수 있는 결합이다. 이들 과정에는 피부 세포에 의해 또는 피부 미생물에 의해 유발되는 지에 상관없이 피부 상에서 통상적으로 발생하는 효소 작용, 또는 피부 상에서 정상적으로 존재하는 물에 의한 가수분해가 포함되지만 이에 국한되지 않는다. 피부 상에서 자연적으로 발생하는 효소에는 예로써, 리파아제, 프로테아제, 큐틴분해효소, 에스테라아제가 포함된다. 효소 또는 물의 자연적인 작용에 의해 피부 상에서 쉽게 파괴되는 결합의 실례에는 에스테르, 에테르, 무수물, 탄산염, 아마이드, 아세탈, 케탈 및 시프 염기(일차 아민과 알데히드 또는 케톤의 비-효소 반응 산물)를 통한 결합이 포함되지만 이들에 국한되지 않는다. 이들 결합을 형성할 수 있는 단량체의 실례는 락톤(가령, ε-카프로락톤, 파라-디옥사논), 에폭시드(가령, 산화에틸렌), 환형 무수물(가령, 숙신산 무수물), 환형 탄산염(가령, 트리메틸렌 탄산염), N-카르복시무수물(가령, 아미노산으로부터 형성된 것들), 알데히드(가령, 부틸알데히드), 폴리올(가령, 펜타에리테리톨), 아미노알코올(가령, 1-아미노-4-부탄올)이다. 다양한 여러 활성 성분에 폭넓게 이용되는 특히 유용한 결합은 에스테르이고, 본 발명의 바람직한 중합체는 폴리에스테르이다.

구성요소 A는 피부에 및/또는 보편적으로 미용 효과 또는 제약 효과를 제공하고, 파괴가능 결합을 발생시키는데 필요한 촉매 과정에 화학적으로 순응하는 생물활성물질에서 선택된다. 광의에서, 이들 활성 분자는 선택된 축합 조건하에서 유리 산이나 유리 아민 기능기를 갖는 적절한 단량체와 결합하는 유리 하이드록시, C=O, 또는 아미노 기를 보유하는 임의의 분자이다. 더욱 특정한 구체예에서, 활성 성분은 화학적으로, 알코올, 알데히드, 케톤 또는 아민이거나, 또는 목적 단량체에 결합할 수 있는 모이어티를 적어도 보유한다. 본 명세서와 특허청구범위에서, “활성물질”은 직접적인 생물활성을 나타내는 물질, 예를 들면, 항산화제 또는 화학적 박리제(exfoliator); 또는 간접적인 또는 부가적인 생물활성을 나타내는 화합물, 예를 들면, 방향제 또는 연화제; 또는 생물학적인 지 또는 물리학적인 지에 상관없이 피부에 적용될 때 유익한 효과를 나타내는 임의의 미용 성분을 의미한다. 이들 화합물은 엄밀하게 심미적 효과를 위하여 통상적으로 사용되지만, 예로써, 연화제의 경우에 피부에 엄밀하게 생물학적이라기보다는 물리적인 효과를 나타내고, 또는 방향제의 경우에 방향요법(aromatherapy)에 의해 제공되는 기분 조절(mood modulation)과 같은 다소 정량되지 않는 효과를 나타낸다. 본 명세서에서, “활성” 또는 “생물활성”은 동일한 의미로 이용된다.

본 발명의 중합체는 트랜스에스테르화(transesterification) 또는 트랜스아미드화(transamidation) 반응에 의해, 단량체로부터 직접적으로 만들어지거나, 또는 미리 준비된 중합체로부터 제조된다. 이들 반응은 벌크에서(in-bulk) 또는 용매에서(in-solvent)에서 수행될 수 있다. 촉매로서 이용되는 효소는 리파아제, 에스테라아제, 큐틴분해효소, 프로테아제로서 정상적으로 기능하는 효소들로부터 선택될 수 있다. 리파아제, 프로테아제, 에스테라아제가 바람직하다. 중합체의 제조는 한가지 유형의 효소에 한정되지 않고, 다수의 적절한 효소가 상업적으로 구입가능하다. 유용한 리파아제에는 Novozyme-435(물리적으로 고정된 칸디다 안타락시아(Candida antarctica) 리파아제 B), 칸디다 실린데라세아(Candida cylinderacea) 리파아제(CCL), 칸디다 루고사(Candida rugosa) 리파아제(CR), 페니실리움 로크훠티(Penicillium roqueforti) 리파아제(PR), 리파아제 IM(무코르 메이헤이(Mucor meihei)), PS-30(슈도모나스 세파시아(Pseudomonas cepacia)), PA(슈도모나스 애루지노사(Pseudomonas aeruginosa)), 리파아제 PF(슈도모나스 플로레센스(Pseudomonas fluorescence)), 슈도모나스 세파시아(Pseudomonas cepacia)로부터 고정된 리파아제 PC, 칸디다 실린데라세아(Candida cylinderacea) 리파아제, 돼지 췌장 리파아제(PPL), 아스페르길루스 니게르(Aspergillus niger) 리파아제 등이 포함된다. 유용한 프로테아제에는 소 췌장으로부터 α-키모트립신 타입 II, 파파인(papain), 돼지 위 점막으로부터 펩신, 아스페르길루스 사이토이(Aspergillus saitoi)로부터 프로테아제 타입 XIII, 스트렙토마이세스 그리세우스(Streptomyces griseus)로부터 프로테아제(Pronase E) 타입 XIV, 바실루스 리체니포미스(Bacillus lichenifomis)로부터 프로테아제 타입 VIII(서브탈리신 칼스버그(Subtilisin Carlsberg)), 바실루스 써모프로테올리티쿠스 로코(Bacillus thermoproteolyticus rokko)로부터 프로테아제 타입 X(Thermolysin), 프로테아제 타입 XXVII(Nagarse) 등이 포함된다. 본 발명의 중합체를 제조하기 위한 효소로서 리파아제가 바람직하다. 특히 바람직한 리파아제는 칸디다 안타락시아(Candida antarctica)로부터 리파아제 B이다.

생물활성물질이 낮은 휘발성(volatility)과 높은 화학적 안정성을 보유하는 경우에, 화학 촉매가 생물 촉매 대신에 사용될 수 있다. 락톤의 소중합화와 중합화 및 이산/디올 시스템의 축합에 사용될 수 있는 화학 촉매의 실례는 디메톡시디부틸틴, 옥탄산 주석, 티타늄 테트라부톡사이드, 트리알킬알루미늄, 모노클로로디알킬알루미늄, 란탄족(lanthanide)과 스칸듐(scandium) 기초된 유기 금속, 음이온 시스템(anionic system)(가령, 칼륨 tert-부톡사이드) 등이다. 하지만, 이러한 방법은 이들이 기능하는 높은 온도, 형성된 산물에서 정제의 어려움, 중합화 반응으로부터 수분과 산소의 완전한 배제 필요, 중합화 동안 통제의 상대적 부족, 솔비톨과 같은 다중기능성 단량체를 이용할 때 가지화되거나 가교결합된 산물의 형성으로 인하여 덜 선호된다.

아래에 더욱 완전하게 상술된 한 구체예에서, 본 발명의 중합체를 제조하는 방법은 일단의 락톤, 환형 탄산염, 환형 무수물, 이산, 디에스테르, 디올, 다중산, 폴리올, 아미노 알코올, 에폭시드, 탄수화물, 디아민, 폴리아민, 디에스테르, 하이드록시산으로부터 하나이상의 단량체를 선택하고, 용기 내에서 이들 반응물과 적절한 효소를 합치고, 반응물 단량체를 연결하는 소중합화, 중합화, 트랜스에스테르화 또는 트랜스아미드화 반응을 수행하는 전반적인 단계를 포함한다. 락톤, 환형 탄산염, 환형 무수물, 이산, 디에스테르, 디올, 다중산, 폴리올, 아미노 알코올, 하이드록시산으로 수행되는 소중합화, 중합화, 트랜스에스테르화 반응에 적합한 효소는 리파아제, 에스테라아제 또는 큐틴분해효소이다. 에테르 연결을 형성하기 위하여 에폭시드 또는 탄수화물로 수행되는 소중합화와 중합화 반응에 적합한 효소는 글리코시다아제(glycosidase) 또는 에폭시드 가수분해효소(epoxide hydrolase)이다. 아미노 알코올, 디아민, 디에스테르, 다중산, 폴리아민으로 수행되는 소중합화와 중합화 반응에 적합한 효소는 리파아제와 프로테아제이다. 한 구체예에서, 단량체 혼합물은 활성 성분을 함유하지 않는데, 활성 성분은 활성 성분의 특성에 맞는 효소 반응 또는 화학 반응에 의해 사슬 말단 또는 측쇄에 후속적으로 부착된다. 대안적 구체예에서, 활성 성분은 단량체 혼합물 내로 통합되고 중합체 반응에 참여하며 중합체의 하나이상의 사슬 말단에서 또는 측쇄기로서 직집적으로 통합된다. 많은 경우에, 활성 성분은 다른 단량체와 달리, 단지 하나의 반응 부위를 보유한다; 이런 경우에, 활성 성분은 중합화를 위한 개시인자(initiator)(가령, 하나의 하이드록실기를 보유하는 활성 성분이 리파아제-촉진된 락톤 중합화를 개시하고, 이런 이유로 사슬의 카르복실 말단에 위치한다)로서 기능하거나, 또는 사슬 신장의 종결인자(terminator)(가령, 하나의 카르복실기를 보유하는 활성 성분이 리파아제-촉진된 락톤 중합화를 종결시키고, 이런 이유로 사슬의 하이드록실 말단에 위치하게 된다)로서 기능한다.

이러한 반응은 하나이상의 반응물이 액체이면, 반응 용기에 용매의 추가없이 수행된다. 적절하게는, 이용된 효소는 대략 70℃에서 유지되는 고정된 리파아제이다. 반응은 원하는 산물에 따라, 1분 내지 48시간동안 진행된다. 적절하게는, 대략 0.0001wt% 내지 20wt%의 반응 혼합물이 고정된 촉매로 구성되고, 더욱 적절하게는, 대략 10wt%의 반응 혼합물이 고정된 촉매로 구성되고, 여기서 대략 5wt% 내지 20wt%의 고정된 촉매가 효소이고, 더욱 적절하게는, 대략 0.5wt%의 반응 혼합물이 고정된 촉매로 구성되고, 여기서 대략 10wt%의 촉매가 효소를 보유한다.

용매를 사용하는 경우에, 적합한 용매는 톨루엔, 디이소프로필에테르, 이소옥탄이다. 사용되는 용매의 범위는 0.0wt% 내지 90wt%의 반응 혼합물이다. 용매가 반드시 필요한 것은 아니지만, 단량체 부피의 대략 2배의 양으로 용매를 이용하면 만족스런 결과가 달성되는 것으로 밝혀졌다.

본 발명의 공정의 예시로서, 카프로락톤(CL)과 폴리데카락톤(PDL)의 코폴리에스테르가 제조된다. 공단량체(comonomer) CL과 PDL은 70℃에서, 고정된 리파아제 (Novozym-435), 생물활성물질, 톨루엔을 보유하는 반응 용기 내로 동시에 이전한다. 이들 반응물은 교반하고, 반응은 1분 내지 48시간동안 지속한다. 반응이 알코올과 산성 기 사이에 축합을 수반하는 경우에는 산물을 형성하기 위하여 진공이 필요할 수도 있다.

단일 유형의 연쇄를 보유하는 중합체, 예를 들면, 폴리에스테르 이외에, 본 발명은 혼합된 연쇄를 보유하는 공중합체, 예를 들면, 에스테르/에테르, 에스테르/탄산염, 에테르/탄산염의 리파아제-촉진된 합성을 포함하는데, 이는 단량체 사이에 연쇄, 또는 단량체와 활성물질 사이에 연쇄를 대표할 수 있고, 여기서 활성물질은 사슬 말단에 위치하거나, 반복 단위이거나, 또는 측쇄기로서 중합체에 연결된다. 리파아제-촉진된 소중합화 또는 중합화 반응은 무작위, 이중블록, 다중블록, 브러시, 하이퍼브랜치, 수지상, 또는 공중합체 사슬 사이에 반복 단위의 다른 정렬 모양의 공중합체를 형성하는데 이용된다. 가령, 리파아제는 구조적으로 상이한 모이어티의 조합 사이에 중합화 반응을 촉진하는데 이용된다: i) 락톤, ii) 락톤과 환형 탄산염, iii) 락톤과 환형 무수물, iv) 이산과 디올, v) 이산과 폴리올, vi) 이산, 디올, 폴리올, vii) 이산, 디올, 다중산, viii) 아미노, 카르복실 또는 하이드록실 말단기를 보유하는 사슬 분절과 상기한 단량체 조합중에서 하나. 활성물질은 사슬 상에서 말단기를 형성하는 개시인자이다. 대안으로, 활성물질은 사슬 내에서 반복 단위이거나, 또는 기능성 측쇄기를 통하여 사슬에 연결된다. 상기한 바와 같이, 중합체 내에서 활성물질의 위치는 활성물질의 반응성 부위의 특성과 개수, 다른 구성요소 단량체 상에서 반응성 부위의 특성과 개수, 활성물질을 단량체 혼합물에 통합하는 지 또는 이를 미리 준비된 중합체에 부가하는 지의 여부에 좌우된다.

원하는 분자량과 중합체 조성을 달성하기 위하여 기질, 온도, 시간, 용매(또는 용매의 부재), 촉매, 바람직하게는 효소의 실체, 촉매 활성화 방법과 같은 반응 파라미터를 이용할 수 있다. 가령, 구성요소의 비율이 5:1 미만이 되도록 하는 단일 반응 부위를 보유하는 생물활성 구성요소에 대한 단량체의 반응 혼합비(reaction mix)의 제공은 반응 시간을 단축시키고, 따라서 평균 사슬 길이를 잠재적으로 단축시킨다; 결과적으로, 상이한 구성요소 단량체의 비율의 통제가 최종 중합체의 궁극적 특성을 결정하게 된다. 예로써, 중합화는 리파아제-촉진된 개환(ring-opening)) 반응과 단계-축합 반응에 의해 수행된다. 개환 중합화에 적합한 단량체는 ε-카프로락톤(ε-CL)이다. 개환 중합화에 바람직한 단량체 쌍에는 ε-CL/트리메틸렌 탄산염과 ε-CL/ω-펜타데카락톤이 포함된다. 단계-축합 중합화에 적합한 이산에는 아디핀산, 시베이식산, 도데카노익산이 포함된다; 또한, 이들 산 대신에 그들의 상응하는 에스테르를 사용하는 것도 가능하다. 적절한 에스테르의 실례에는 메틸과 에틸 에스테르가 포함된다. 예로써, 전자를 끌어당기고 소중합화와 중합화 반응을 가속시키는 이산의 여러 다른 에스테르 역시 사용될 수 있다. 단계-축합 중합화에 적합한 디올에는 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 1,8-옥탄디올, 1,10-데칸디올, 1,12-도데칸디올이 포함된다. 단계-축합 중합화에 적합한 폴리올에는 글리세롤, 솔비톨, 트리메틸롤프로판이 포함된다. 바람직한 촉매는 Novozym-435이고, 바람직한 용매는 톨루엔이다. 상기한 모든 반응은 용해도에서 실질적으로 차별되는 공중합체의 형성을 결과한다. 가령, ε-CL과 ω-펜타데카락톤과 같은 소수성 단량체를 이용하면 더욱 지용성(소수성)인 선택된 분자가 생성된다. 대안으로, 솔비톨과 숙신산과 같은 친수성 단량체를 이용하면 더욱 수용성(친수성) 분자가 생성된다. 피부 상에서 활성물질의 방출 속도의 통제 역시 분자 설계에서, 피부 상에서 효소 또는 물에 의해 더욱 빠르게 또는 더욱 느리게 분해되는 결합을 선택함으로써 달성될 수 있다. 가령, 단량체로서 ω-펜타데카락톤 대신에 파라-디옥사논의 이용은 생물활성물질 및 상기 생물활성물질을 방출시키는 가수분해에 의해 더욱 신속하게 분해되는 올리고머 또는 중합체 사이에 공액체를 결과한다.

본 발명의 중합체는 A 구성요소로서, 알코올, 알데히드(바람직하게는, 아세탈 또는 시프 염기로서 보호됨), 아민이나 카르복실산 기능기를 갖는 앞서 전반적으로 정의된 바와 같은 임의의 생물학적 활성 물질(즉, 유리 하이드록시-, 아미노- 또는 카르복실산 기를 보유하는 분자)을 유리 카르복실산, 아민 또는 에스테르 측쇄의 변형에 의해 소중합체 또는 중합체(가령, 폴리아크릴산, 폴리비닐아민, 폴리[메틸 아크릴레이트], 또는 이들 단량체를 보유하는 공중합체)에 연결하거나, 또는 폴리에스테르, 폴리(에스테르/탄산염), 폴리(에스테르/무수물), 다른 생물재흡수성 중합체의 사슬 말단에 연결한다. 대안으로, A 구성요소는 사슬 내에서 반복 단위로서 통합된다. 광의에서, 활성 성분으로 유용한 것으로 정의된 이들 그룹은 박리제(exfoliating agent), 비타민, 생물학적 활성 펩티드, 레티노이드, 항산화제, 소염제, 멜라닌 전구물질, 하이드록시산, 신경매개인자(neuromediator), 항균제(antimicrobial), 보존제, 방향제, 효소 활성인자 또는 저해물질(반응의 효소 촉매, 또는 활성물질의 방출을 위하여 피부 상에서 필요한 효소와 상당히 친화성이다)을 포괄하는데, 이들 화합물의 더욱 특정한 실례에는 예로써, 알코올; 비타민, 예를 들면, 레티놀, 모든-트랜스 레티놀, 3,4 디데하이드로레티놀, 칼시페롤, 다른 형태의 비타민 D2와 D3; 미백제, 예를 들면, 레조르시놀(resorcinol) 또는 레조르시놀 유도체; 항산화제, 예를 들면, 레스베라트롤(resveratrol) 및 디올, 예를 들면, 솔비톨; 알데히드, 예를 들면, 비타민 레틴알데히드; 아민, 예를 들면, 비타민 K 또는 비타민 B12, 또는 아미노산, 카테콜아민, 또는 도파민; 산, 예를 들면, 박리 알파와-하이드록시산(가령, 락트산, 글리콜산, 살리실산, 3-하이드록시부틸산, 3-하이드록시프로피온산); 비타민, 예를 들면, 니코틴산 또는 레티노산; 미백제, 예를 들면, 코지산 또는 아스코르브산; 테르페노이드(terpenoid), 예를 들면, 우르솔릭산(ursolic acid); 머리카락 성장 촉진물질(hair growth stimulator), 예를 들면, 프로스타글란딘과 프로스탄산(prostanoic acid); 타닌(tannin), 예를 들면, 카페인산(caffeic acid), 퀴닉산(quinic acid), 페룰린산(ferulic acid), 로스마린산(rosmarinic acid), 시키믹산(shikimic acid), 엘라직산(ellagic acid), 갈릭산(gallic acid); 플라본(flavone), 예를 들면, 제니스테인(genistein), 아피제닌(apigenin), 에피갈로카테킨(epigallocatechin) 등이 포함되지만 이들에 국한되지 않는다. 다른 실례는 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 본 명세서와 특허청구범위가 피부에 대한 적용과 관계하는 경우에, 이는 피부의 모든 부분 및 밀접하게 연관된 구조, 예를 들면, 각질층, 표피, 진피, 모낭(hair follicle), 모간(hair shaft), 모구(hair bulb), 피지선(sebaceous gland), 연관된 미세균총(microflora)과 동물군(fauna)에 대한 적용을 포괄한다.

특히 바람직한 구체예에서, A 구성요소는 방향제 성분이다. 통상적으로 사용되는 자연과 합성 방향제 성분은 알코올 또는 알데히드이다. 방향제를 전달하는데 있어 본 발명의 중합체의 이용은 다수의 유익한 효과를 달성한다. 먼저, 방향제 이용자의 빈번한 불만사항은 방향제가 충분히 길게 지속되지 않는다는 것이다. 본 발명의 소중합체 또는 중합체에 의해, 방향제는 연장된 기간동안 방출되고, 전통적인 방향제에서 전형적인 한 번에 방출되지 않기 때문에, 더욱 오랜 기간동안 효과가 나타난다. 또한, 방향제의 지효성 방출은 특정 방향제 성분에 민감한 개체에서 알레르기 반응을 유인할 가능성이 더욱 낮아지는 추가적인 이점을 갖는다. 따라서, 본 발명의 소중합체 또는 중합체의 일부로서 방향제 성분의 통합은 방향제 업계의 골칫거리인 알레르기성 방향제의 발생을 감소시킨다. 이와 관련하여, 잠재적 알레르기원으로서 확인된 방향제 성분, 예를 들면, 신나밀 알코올, 아밀신나밀 알코올, 계피알데히드, 하이드록시시트로넬랄(hydroxycitronellal), 이소유제놀(isoeugenol), 유제놀(eugenol), 제라니올, 벤질 알코올, 알파-아밀 계피알데히드, 시트랄(citral), 알파-헥실 계피알데히드, 시트로넬롤(citronellol), 파르네솔(farnesol), 아니스 알코올(anise alcohol), 리나롤(linalool), 벤질 살리실레이트(benzyl salicylate), 코우마린(coumarin), 하이드록시이소헥실 3-사이클로헥센 카르복스알데히드, 벤질 신남산염(benzyl cinnamate), 부틸페닐 메틸프로피오날, 벤질 벤조에이트(benzyl benzoate), 메틸 2-옥타노에이트(2-octanoate), 알파-이소메틸 이논 및 이들 중에서 한가지이상을 포함하는 임의의 필수 오일(essential oil) 또는 식물 추출물을 통합하는 소중합체 또는 중합체를 생성하는 것이 특히 바람직하다.

방향제 분자에 이용하기 적합한 중합체 기부(polymer base)는 물 또는 친핵성 성분이 거의 없는 오일-유사 매체에 용해되어, 피부에 대한 적용에 앞서 활성물질과 소중합체 또는 중합체 사이에 결합의 조기 가수분해를 피한다. 이는 더욱 높은 반감기 안정성(shelf-life stability)을 보유하면서도 예로써 피부 상에 적용되면 분해되어 활성물질을 방출하는 제제를 결과한다.

바람직한 소중합체 또는 중합체

환형 단량체 - γ-발레로락톤, ε-카프로락톤(ε-CL), ω-옥타놀리드, ω-데카놀리드, ω-도데카놀리드, 파라-디옥사논, 락티드, 글리콜리드, β-메틸-β-부티로락톤, 트리메틸렌 탄산염, 이들의 혼합물과 함께 활성물질의 다양한 성분으로부터 생성된 소중합체 또는 중합체. 상기 락톤 대신에 그들의 상응하는 ω-하이드록시산이 사용될 수 있다. 바람직한 산물은 저분자량(M _n 대략 2000 g/mol)이다. 단량체의 혼합물을 이용하고 분자량을 제한함으로써, 생성 산물은 결정성을 전혀(또는 거의) 나타내지 않거나, 또는 비-극성 소수성 전달 매체에 용해되는 오일이 된다. 상기한 모든 단량체 및 이들의 혼합물이 이런 목적에 이용될 수 있다. 가장 바람직한 시스템은 단독으로, 또는 다른 단량체, 예를 들면, 트리메틸렌 탄산염, 파라-디옥사논 또는 ω-도데카놀리드와 함께, ε-카프로락톤(ε-CL)을 포함한다.

바람직한 디올/이산 시스템

i) 글리세롤, ii) 지방족 디올, 예를 들면, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 1,8-옥탄디올, 1,10-데칸디올 또는 1,12-도데칸디올, iii) 지방족 이산, 예를 들면, 숙신산, 아디핀산, 스베린산(suberic acid) 또는 다른 사슬 길이 산, iv) 유리 알코올 기를 보유하는 활성물질로 구성되는 글리세롤 삼량체. 가령, 특정 방향제 분자의 모노-알코올 기는 축합 중합체의 하나이상의 사슬 말달 산기와 에스테르를 형성한다. 축합 중합체에 에스테르 연결을 형성하는데 사용되는 다른 형태의 활성물질은 i) 유리 하이드록실기를 보유하는 알데히드 활성물질과 폴리올을 반응시킴으로써 아세탈(가령, 글리세롤과 시트로넬랄(citronellal)을 반응시킴으로써 형성된 아세탈), ii) 활성물질의 알데히드와 아미노알코올을 반응시킴으로써 형성된 하나이상의 유리 하이드록실기를 보유하는 시프 염기이다. 디올과 이산에 대한 글리세롤의 비율은 산 말단기의 개수를 변화시키는데 이용된다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 단량체 피드(monomer feed) 내에서 하이드록실기에 대한 산의 비율을 증가시키면, 카르복실산 말단기의 개수가 증가될 수 있다. 이는 특히, 글리세롤 공중합체가 가지화될 수 있고 가지의 말단기가 카르복실산을 보유하기 때문에 가능하다. 바람직한 산물은 저분자량(M _n 대략 2000 g/mol)이다. 상기한 바와 같이, 단량체의 혼합물을 이용하고 분자량을 제한함으로써, 축합 중합화로부터 공중합체는 비-극성 소수성 전달 매체에 용해되는 오일 형태가 된다. 상기한 모든 단량체 및 이들의 혼합물이 이런 목적에 이용될 수 있다. 바람직한 시스템은 6개 이상의 탄소를 보유하는 글리세롤과 디올/이산이다. 가장 바람직하게는, 시베이식산, 도데카놀, 또는 글리세롤 삼량체이다. 단량체 피드 내에서 높은 함량의 이산으로 형성된 삼량체는 알코올, 하나이상의 “유리” 하이드록실기를 보유하는 알데히드 활성물질의 아세탈, 하나이상의 “유리” 하이드록실기를 보유하는 알데히드 활성물질의 시프 염기인 방향제를 연결하는 다수의 말단 산성 기를 제공한다.

피부 상에서 활성물질의 방출 속도의 통제 역시 분자 설계에서, 피부 상에서 효소 또는 물에 의해 더욱 빠르게 또는 더욱 느리게 분해되는 결합을 선택함으로써 달성될 수 있다. 가령, 단량체로서 ε-카프로락톤 대신에 파라-디옥사논의 이용은 생물활성물질 및 상기 생물활성물질을 방출시키는 가수분해에 의해 더욱 신속하게 분해되는 올리고머 또는 중합체 사이에 공액체를 결과한다. 시프 염기와 아세탈의 구조는 이들이 더욱 빠르게 또는 느리게 가수분해되도록 가공될 수 있다.

소중합체 또는 중합체에 결합될 수 있는 방향제의 실례는 1) 시트로넬롤, 2) 아니솔, 3) 제라니올, 4) 시트로넬랄, 5) 신넴알데히드(cinnemaldehyde)이다. 축합 중합화에서, 알코올 시트로넬롤, 아니솔, 제라니올은 앞서 기술된 단량체와 반응을 이용하여, 이산 단량체와 반응하거나, 확산 사슬 말단(propagating chain end)에서 카르복실 말단기와 반응하거나, 또는 미리 준비된 선형과 가지형 폴리에스테르의 카르복실 말단기와 반응하게 된다. 이에 더하여, 알코올 시트로넬롤, 아니솔, 제라니올은 락톤과 탄산염과 같은 환형 단량체의 개환 중합화를 위한 개시인자로서 사용될 수 있다. 대안으로, 시트로넬랄과 신넴알데히드와 같은 알데히드기를 보유하는 활성물질은 먼저, 각각 폴리올 또는 아민 알코올과의 반응으로, 그들의 상응하는 아세탈 또는 시프 염기 유도체로 전환된다. 시프 염기 또는 아세탈 유도체의 유리 알코올은 시트로넬롤, 아니솔, 제라니올에서 기술된 바와 동일하게 중합체 내로 통합될 수 있다. 이런 목적에 적합한 폴리올의 실례에는 에리트리톨, 자일리톨, 솔비톨, 락티톨, 만니톨, 말티톨이 포함되지만 이들에 국한되지 않는다.

A. 전반적인 공정 재료와 방법

아래에서는 작업 실시예에서 이용되는 재료와 방법을 전반적으로 기술한다.

(i) 미용 물질이 사슬 말단에 존재하거나, 반복 단위(repeat unit)이거나, 또는 측쇄기(pendant group)로서 중합체에 연결되는 효소 중합화(enzymatic polymerization)를 위한 전반적인 프로토콜.

이들 반응은 디올과 이산 사이에 직접적인 반응, 락톤과 같은 환형 단량체의 개환 및 선택적으로, 폴리올, 하이드록시산, 락톤, 탄수화물, 무수물, 이들의 조합에서 선택되는 추가의 화합물에 의해 용매에서 또는 벌크(용매 없음)에서 수행된다. 선택된 화합물의 혼합물은 에스테르 고리를 갖는 중합체를 제조하기 위하여 가수분해 효소와 한가지이상의 활성물질의 존재하에 반응된다. 반응은 동시 중합화로서 진행되고, 선택된 화합물 사이에 직접적인 반응을 위한 경로를 제공할 수 있다. 활성물질은 사슬 말단에 위치하는 사슬 개시인자 또는 사슬 종결인자로서 기능할 수 있다. 대안으로, 활성물질은 효소 가수분해(enzymatic catalysis)에 의해 중합체 측면 작용기 또는 가지에서 형성된 공유 결합을 통하여 연결될 수 있다. 더 나아가, 활성물질은 사슬을 따라, 반응하고 반복 단위를 형성하는 복수의 작용기를 보유할 수 있다.

리파아제는 여러 상이한 반응에 통상적으로 이용되고 용이하게 추정되기 때문에, 대표적인 효소 집단으로서 선택된다. 리파아제(0.001 내지 1% wt/wt의 단량체)는 진공 건조기(0.lmmHg, 25℃, 24 hr)에서 건조시키고, 알코올 또는 알데히드 활성물질/폴리올/디올/이산을 함유하는 혼합물의 균질성 용해물을 포함하는 50 ㎖ 원형-바닥 플라스크로 이전한다. 대안으로, 이들 혼합물은 ε-카프로락톤과 같은 활성과 환형 단량체의 균질성 액체를 함유한다. 상응하는 메틸 또는 에틸 에스테르와 같은 디에스테르가 이산 대신에 사용될 수 있다. 반응성 하이드록시기에 대한 카르복실산의 비율은 이들이 동몰량(1:1)이 되도록 조정된다. 이는 이들 폴리올의 일차 하이드록실기만을 반응성으로 간주함으로써 달성된다. 하지만, 하이드록실기에 대한 카르복실산의 비율 변화가 활성물질과 반응할 수 있는 유리 카르복실기와 하이드록실기의 가지화(branching)와 유용성(availability)을 변화시키는데 이용될 수 있다. 플라스크는 고무 격막으로 막는다. 이후, 이들 플라스크는 자석 교반(magnetic stirring)과 같은 다양한 수단에 의해 교반되는 일정한 온도의 기름 중탕(50-100℃)에 위치시킨다. 축합 중합화를 위하여, 반응 혼합물은 감압(0.1 내지 100 mmHg)하여 상기 시스템으로부터 수분 제거의 속도를 통제한다.

대안적 구체예에서, 본 공정으로 생성된 폴리에스테르는 락톤과 같은 환형 단량체의 중합화; 2개 이상의 락톤; 락톤의 환형 탄산염으로 공중합화; 이산과 디올; 이산과 폴리올; 이산, 디올, 폴리올; 이산, 디올, 하이드록시산; 이산, 폴리올, 하이드록시산; 이산, 디올, 폴리올, 하이드록시산; 이산, 디메틸 에스테르, 디 올, 하이드록실아민; 이산, 디올, 하이드록실아민, 무수물; 이산, 디올, 폴리올, 하이드록실아민, 무수물, 또는 단량체의 임의의 다른 적절한 조합, 가령, 이산이 그의 메틸에스테르 또는 에틸 에스테르 유도체로 치환된 조합으로부터 반복 단위(repeating unit)를 포함하거나 이들 반복 단위로 구성된다. 축합 중합화를 위하여, 바람직한 전형적인 조합은 아디핀산/1,6-헥산 디올/글리세롤, 아디핀산/1,6-헥산 디올/솔비톨, 아디핀산/1,4-부탄디올/디메틸아디페이트/에탄올아민, 아디핀산/1,4-부탄디올/숙신산 무수물/에탄올아민, 디메틸아디페이트/1,4-부탄디올, 아디핀산/에탄올아민, 에탄올아민/아디핀산, 디에탄올아민/아디핀산, 에탄올아민/디메틸아디페이트, N-메틸에탄올아민/디메틸아디페이트, 디에탄올아민/디메틸 아디페이트, 아디핀산/글리세롤, 아디핀산/솔비톨, 아디핀산/수크로오스, 아디핀산/1,4-부탄디올/솔비톨, 아디핀산/디에틸렌 글리콜, 아디핀산/디에틸렌 글리콜/글리세롤, 아디핀산/디에틸렌 글리콜/솔비톨, 아디핀산/디에틸렌 글리콜/트리메틸로프로판, 디에틸렌 글리콜/아디핀산/디메틸로프로판, 아디핀산/1,6-헥산디올 등이다. 다른 바람직한 전형적인 조합은 글리세롤 또는 솔비톨 대신에 수크로오스 또는 다른 탄수화물(가령, 자일리톨 또는 락토오스); 아디핀산 대신에 더욱 긴 사슬 길이의 이산(가령, 8개 내지 32개 탄소를 갖는 선형 α-,ω-이산); 1,4- 부탄디올 대신에 더욱 긴 사실 길이의 디올(가령, 8개 내지 32개 탄소를 갖는 선형 α-,ω-디올); 이타콘산 무수물, 말레산 무수물, 글루타르산 무수물과 같은 숙신산 무수물 이외의 무수물; 에탄올아민 이외의 상이한 사슬 길이를 갖는 알코올 아민(가령, 부탄올아민 또는 헥산올아민); 1,4-부탄올아민과 같은 알코올 아민 대신에 1,4-디아미노부 탄과 같은 디아민 등이다.

본 과정에 이용되는 효소는 유리 형태로 사용되거나, 또는 불활성 담체, 예를 들면, 음이온 교환수지, 양이온 교환수지, 아크릴 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리에스테르 수지, 실리카 수지, 또는 폴리우레탄 수지과 같은 중합체에 결합된다. 불활성 담체에 결합된 효소는 복잡한 정제 단계의 필요 없이 반응 혼합물로부터 용이하게 제거될 수 있다(가령, 여과에 의해). 적절하게는, 효소는 반응 혼합물로부터 회수되고 재활용된다. 적절하게는, 효소는 분리된 형태로 존재한다. 불활성 담체에 결합된 효소는 담체로부터 제거되거나 이탈되고 반응 혼합물 내로 확산된다.

사용된 효소의 양은 중요하지 않지만 효소는 중합화를 촉진할 만큼 충분한 양으로 존재해야 한다. 너무 적은 효소는 더욱 긴 반응 시간을 유발할 수 있고, 너무 많은 효소는 불필요하지만 더욱 빠른 반응 시간을 유발한다. 칸디다 안타락시아(Candida antarctica)(Novo Industries AS Catalogue no SP 435)로부터 리파아제로, 단량체의 전체 중량에 기초하여 0.1 내지 1.5wt%, 바람직하게는, 0.1 내지 0.6wt%, 가장 바람직하게는, 0.15 내지 0.3wt%의 지지 촉매(supported catalyst)를 사용하는 것이 편의한 것으로 밝혀졌다. 다른 효소의 경우에, 당업자는 과도한 실험 없이 적절한 양의 효소를 결정할 수 있다. 더 나아가, 당업자는 공유 부착을 통하여, 또는 다른 물리적 상호작용(소수성-소수성, 이온 등)에 의해 효소가 고정될 수 있는 적절한 모체(matrix)를 결정할 수 있다.

이러한 방법은 10-120℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 적절하게는, 상기 방법은 50℃ 내지 100℃ 온도에서 수행된다. 가장 적절하게는, 상기 방법은 65℃ 내지 90℃ 온도에서 수행된다. 일부 효소는 90℃보다 약간 높은 온도에서 변성될 수 있고, 일부 효소는 반응이 10℃ 미만의 온도에서만 상대적으로 완만하게 진행되도록 한다.

상기 방법은 대기압 이하에서 수행될 수 있다. 축합 중합화에서, 수분 제거의 속도가 반응 속도에 영향을 주게 된다. 모든 중합화에서, 반응에서 최적 수분 함량이 존재한다는 것은 당업자에게 공지되어 있다.

본 방법에서 반응은 당업자에게 널리 공지된 임의의 수단에 의해 소멸될 수 있다. 가령, 반응의 소멸은 여과에 의한 효소의 제거로 달성될 수 있다. 충분히 낮은 몰 질량(molar mass)과 점도를 갖는 산물의 경우에, 이는 용매의 첨가 없이 달성될 수 있다. 높은 용해 점도(melt viscosity)를 갖는 중합체의 경우에, 여과를 용이하게 하기 위하여 낮은 수준의 용매가 중합체 용해물에 첨가될 수 있다. 대안으로, 효소의 제거와 재활용을 용이하게 하기 위하여, 이는 반응기 내에(가령, 반응기 벽, 배플(baffle), 날개바퀴(impeller)) 고정될 수 있다.

전체 반응 시간은 일반적으로, 2-48 시간, 바람직하게는, 12-24 시간이다. 반응은 샘플을 제거하고 검사함으로써 모니터할 수 있다.

(i) 전반적인 분석 기술

(a). 핵 자기 공명(Nuclear Magnetic Resonance, NMR).

양자(¹H)와 탄소(¹³C) NMR 스펙트럼은 각각, 300과 75.13 MHz에서 Bruker Instruments, Inc. DPX300 분광계에 기록하였다. ¹H-와 ¹³C-NMR 스펙트럼에 대한 화학적 이동(chemical shift)(part per million, ppm)은 0.00에서 내부 참조(internal reference)로서 테트라메틸실란(TMS)에 기준하였다. 고-분석력 ¹H-와 ¹³C- 1과 2-차원 FT-NMR, Heteronuclear ¹H-¹³C 상관관계 실험을 수행하였다. 1차원과 2차원 NMR 스펙트럼을 이용하여 효소 폴리에스테르화 반응의 부분선택성(regioselectivity)을 결정하였다

양자 NMR(CDCl₃에서)은 생물활성-폴리(카프로락톤) 공액체의 수평균 분자량(number average molecular weight, M _n)을 결정하는데 이용되는 한가지 방법이다. 양자 NMR 신호는 δ5.34와 5.09(C H =), 4.07(O=COC H ₂), 3.64(C H ₂OH), 2.32(O=CC H ₂), 1.66(모든 다른 메틸렌), 1.40(제라니올에서 C H ₃)에서 관찰하였다. ¹H NMR 말단기 분석에 의한 사슬 길이는 4.07과 3.64 ppm에서 신호의 상대적 강도로부터 결정하였다. 산물 내에 제라니올의 몰 함량(molar content)은 5.09와 4.07에서 신호의 상대적 강도로부터 결정할 수 있다. 사슬-말단 하이드록실기와 카르복실기의 비율을 결정하기 위하여, 산물은 옥살릴 클로라이드로 유도체화시켰는데, 3.64에서 신호가 4.21로 이동하고 2.9에서 새로운 신호가 나타났다. 이들 신호는 각각, 옥살릴 클로라이드 유도체화된 사슬-말단 하이드록실기와 카르복실기에 인접하는 메틸렌 탄소에 기인한다. 이들 두 신호의 비율은 하이드록실 대 카르복실 사슬-말단의 상대적 양을 결정하는데 이용된다.

(b). 분자량 측정.

분자량은 모델 510 펌프, Waters 모델 717 자동시료주입기(autosampler), 모델 410 굴절률 검출기(refractive index detector) 및 500, 10³, 10⁴, 10⁵ Åultrastyragel 칼럼을 연속하여 갖는 모델 T-50/T-60 검출기(Viscotek Corporation)가 구비된 Waters HPLC 시스템을 이용한 겔 투과 크로마토그래피(gel permeation chromatography)(GPC)로 결정하였다. Trisec GPO 소프트웨어 버전 3이 계산에 이용되었다. 클로로포름은 분당 1.0 ㎖의 유속에서 용출액(eluent)으로 이용되었다. 0.2 % wt/vol의 샘플 농도 및 100 ㎕의 주입 용적(injection volume)이 이용되었다. 분자량은 Aldrich로부터 획득된 제한적 분자량 폴리스티렌 기준(narrow molecular weight polystyrene standard)에 의해 산출된 통상적인 검량선(calibration curve)에 기초하여 결정하였다. 일부 중합체 산물의 경우에, 절대 광 산란(absolute light scattering) 방법으로 분자량을 분석하였다. 또한, 광 산란 연구를 이용하여 회전 반경(radius of gyration)과 같은 동력학적 계수(hydrodynamic constant)를 측정하였다. 이들 연구는 자외선-가시광선 광도계(ultraviolet-visible photometer), 간섭 굴절계(interferometric refractometer)(Wyatt OptiLab DSP), 다각도 레이저 광 산란 광도계(multi-angle laser light scattering photometer)(Wyatt Dawn DSP light Scattering Instrument)를 이용하여 수행하였다.

(c). 재료

(i). 이산.

반응식 1: HOOC-R-COOH

R = (CH₂)_nCH_x(R₁)(R₂)(CH₂)_m, 여기서

R₁ = 수소, 케토, 니트릴, 할로겐, 티올, 이중치환된 아민, 삼중치환된아민, 사중치환된 아민, 카르복실산, 하이드록실기, 아세탈, 에테르, 알켄, 알킨, 이소니트릴, 질산염, 황산염, 인산염, 포스포에스테르, 실리콘 계통의 전체 구성원, 여기서 R₁은 사슬 사이에 스페이서 기(spacer group)를 통하여 주요 사슬에 간접적으로 부착된 탄소에 직접적으로 부착된 사슬 사이에 측쇄기이다;

R₂ = 수소, 케토, 니트릴, 할로겐, 티올, 이중치환된 아민, 삼중치환된아민, 사중치환된 아민, 카르복실산, 하이드록실기, 아세탈, 에테르, 알켄, 알킨, 이소니트릴, 질산염, 황산염, 인산염, 포스포에스테르, 실리콘 계통의 전체 구성원;

n = 0-32, m = 0-32, x = 0-2;

R = CH=CH, CH₂CH=CHCH₂ 및

R = (CH₂)_x(-Si[R']₂-O-)_n(CH₂)_x, 여기서 x = 1-10, n = 1 내지 1000, R' = 메틸, 페닐, 에틸, 프로필, 부틸 또는 이들 기의 임의의 혼합물.

본 발명에 적합한 지방족 디카르복실산은 R = (CH₂)_n이고, 여기서 n = 0 내지 30이다. R₁-기는 측쇄기이거나, 또는 주요 사슬 사이에 위치한다. R₁-기에는 탄 소 이중이나 삼중 결합, 케톤, 에스테르, 아질산염, 이소니트릴, 질산염, 황산염, 인산염, 포스포에스테르, 할로겐, 티올, 이중치환된 아민, 삼중치환된아민, 사중치환된 아민, 카르복실산, 하이드록실기, 아세탈, 에테르, 실리콘 화합물 계통의 구성원(가령, {-Si[R]₂-O-}n)이 포함된다. 본 발명에 사용되는 이산의 실례에는 옥살산, 숙신산, 글루타르산, 아디핀산, 아제알산(azealic acid), 시베이식산(sebasic acid), 푸마르산, 말레산이 포함되지만 이들에 국한되지 않는다. 가장 바람직한 경우에, 아디핀산이 사용된다.

(ii). 무수물과 하이드록시산.

적절한 지방족 무수물에는 숙신산 무수물, 말레산 무수물, 이타콘산 무수물, 프탈산 무수물이 포함되지만 이들에 국한되지 않는다. 적절한 하이드록시산에는 2개 내지 22개의 탄소를 보유하는 것들이 포함된다. 적절하게는, 이들은 ω-하이드록실기를 보유하지만 이차 하이드록실기 역시 보유할 수 있다. 적절한 지방족 하이드록실 산에는 글리콜산, 락트산, 4-하이드록시부틸산, 6-하이드록시카프로산, 8-하이드록시옥타노익산, 1O-하이드록시데카노익산, 12-하이드록시도데카노익산, 16-하이드록시헥사데카노익산, 12-하이드록시 스테아르산, 12-하이드록시 올레산, 17-하이드록실올레산, 담즙산이 포함되지만 이들에 국한되지 않는다. 다른 적절한 하이드록실산 빌딩 블록(building block)에는 통상적으로, ABx(x = 2-7)로서 기술되는 것들이 포함되는데, 여기서 A와 B는 각각, 카르복실기와 하이드록실기이다. 대안으로, AB 빌딩 블록에는 A와 B가 각각, 하이드록실기와 카르복실기인 것들이 포 함된다. 적합한 AB₂ 빌딩 블록에는 구연산, 말레산, bis-2,2 하이드록시 메틸프로파논산, 말론산이 포함되지만 이들에 국한되지 않고, 가장 바람직하게는, AB₂ 빌딩 블록은 말레산이다.

(iii). 디올.

반응식 2: HOH₂C-R-CH₂OH

R = (CH₂)_nCH_x(R₁)(R₂)(CH₂)_m, 여기서

n = 0-32, m = 0-32, x = 0-2;

R = CH=CH, CH₂CH=CHCH₂;

R = C≡C, CH₂CH≡CHCH₂; 및

R = HO(CH₂)_x(-Si[R']₂-O-)_n(CH₂)_xOH, 여기서 x = 1-10, n = 1 내지 1000, R' = 메틸, 페닐, 에틸, 프로필, 부틸 또는 이들 기의 임의의 혼합물.

본 발명에 적합한 지방족 디올은 C-2 내지 C-22개 탄소 원자를 보유하는 α,ω-디올이 포함되지만 이들에 국한되지 않는다(반응식 2 참조). 디올은 측쇄기로서 또는 주요 사슬 사이에, 탄소-탄소 이중이나 삼중 결합, 케톤, 에스테르, 아질산염, 이소니트릴, 질산염, 황산염, 인산염, 포스포에스테르, 할로겐, 티올, 이중치환된 아민, 삼중치환된아민, 사중치환된 아민, 카르복실산, 아세탈, 에테르, 실리콘 화합물 계통의 구성원(가령, {-Si[R]₂-O-}n)을 보유한다. 적절한 디올의 실례는 에틸렌 글리콜, 폴리(에틸렌 글리콜)(가령, 분자량 200 Da), 1,3-프로판 디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,8-옥탄디올, 1,12-도데칸디올이다. 본 발명에서 가장 바람직한 실례는 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 1,8-옥탄디올이다.

(iv). 폴리올.

본 발명에서 폴리올은 적어도 3개의 하이드록실기를 보유하는데, 이들 중에서 적어도 2개는 일차 또는 고도 반응성 이차 하이드록실기이다. 적절한 폴리올에는 글리세롤, 에리트리톨, 펜타에리트리톨, 자일리톨, 리비톨, 솔비톨, 1,2,6 헥산 트리올, 1,2,4-부탄트리올, 말토오스, 수크로오스, 락토오스가 포함되는데, 솔비톨이 특히 유용하다. 1,2,6 헥산 트리올과 1,2,4-부탄트리올을 제외하고, 앞서 기술된 폴리올은 넓은 범위에서, 탄수화물에 속한다.

순수한 형태로 또는 다른 폴리올과의 혼합물로서 다수의 폴리올 단량체가 본 발명의 방법에 사용될 수 있다. 본 명세서에서 이들 단량체는 전체적으로, 화학식 R_p(OH)_n으로 표현될 수 있는데, 여기서 R_p는 폴리올 단량체의 골격이고 n은 폴리올 단량체 상에서 하이드록실기의 개수이다. 적절하게는, R_p는 폴리올 단량체가 일차 또는 이차 하이드록실기인 적어도 2개의 리파아제 활성 하이드록실기 및 반응하지 않거나 리파아제 활성 하이드록실기에 비하여 매우 느리게 반응하는 이차 또는 삼차 하이드록실기를 보유한다. 적절하게는, 리파아제 활성 하이드록실기는 비-활성 또는 느린 반응성 이차/삼차 하이드록실기보다 적어도 5배 빠르게 반응한다. 더욱 적절하게는, 리파아제 활성 하이드록실기는 비-활성 또는 느린 반응성 이차/삼차 하이드록실기보다 적어도 10배 빠르게 반응한다.

R_p-기는 유연하고, 구조 어레이로부터 선택될 수 있다. R_p-기는 1개 내지 10개의 탄소를 보유하는 탄소-기초된 구조일 수 있다. R_p-기는 알칸, 알켄, 알킨에서 선택될 수 있다. R_p-기는 또한, 복수 하이드록실기를 보유하고, 환형이고, 가지화되고, 비-가지화될 수 있다. 더 나아가, R_p-기는 케톤, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 질산염, 황산염, 포스포에스테르, 할로겐, 티올, 이중치환된 아민, 삼중치환된아민, 사중치환된 아민, 카르복실산, 아세탈, 에테르, 실리콘 화합물 계통의 구성원(가령, {-Si[R]₂-O-}n)을 보유할 수 있다. R_p-기는 치환되거나 치환되지 않을 수 있다.

대부분의 탄수화물은 본 발명에서 사슬 말단 또는 가지화된 위치에서 생물활성물질로 폴리에스테르의 합성을 위한 빌딩 블록으로서 유용한 폴리올이다. 이에 더하여, 폴리올은 알데히드 생물활성물질과 반응하여 유리 하이드록실기를 갖는 아세탈을 형성할 수 있다(가령, 글리세롤 또는 만니톨과 알데히드 생물활성물질의 반응). 아세탈 형성이후에 잔존하는 아세탈의 유리 하이드록실은 앞서 기술된 바와 같이 축합 또는 개환 반응에 의해 발생하는 소중합화 또는 중합화동안 반응하는데 이용될 수 있다. 자연 공급원으로부터 폴리올의 활용이 특히 흥미로운데, 그 이유는 이들이 안전한 것으로 알려져 있기 때문이다. 본 방법에 이용하기 적합한 전형적인 당 기초된 폴리올은 만니톨, 글리세롤, 단당류(가령, 글루코오스), 이당류(가령, 락토오스, 수크로오스, 말토오스), 삼당류(가령, 말토트리오스), 폴리(n-알킬글루코시드) 및 다른 탄수화물 소중합체이다. 바람직한 자연 폴리올은 글리세롤이다.

(v). 락톤.

본 발명에서 락톤에는 4개 내지 16개 원소 고리를 갖는 것들이 포함된다. 적절한 락톤에는 β- 또는 δ-부티로락톤, γ-발레로락톤, ε-카프로락톤, 8-옥타놀리드, ω-도데카놀리드, ω-펜타데카락톤, 락티드, 디옥사논, 글리콜리드가 포함된다. 바람직한 락톤은 카프로락톤이다.

(vi). 환형 탄산염.

본 발명에서 환형 탄산염에는 트리메틸렌 탄산염, 1-메틸트리메틸렌 탄산염, 1,3-디메틸트리메틸렌탄산염, 2,2-디메틸트리메틸렌탄산염, 2-메틸-2-카르복시트리 메틸렌탄산염, 2-카르복시트리메틸렌탄산염, 1,2-O-이소프로필리덴-[D]-자일로푸라노스-3,5-환형 탄산염, 1,2-이소프로필리덴 글루코푸라노스-4,4-bis-하이드록시메틸 환형 탄산염이 포함된다. 바람직한 환형 탄산염은 트리메틸렌 탄산염이다.

(vii). 효소.

리파아제, 프로테아제, 에스테라아제는 본 발명에서, 산성 기(acid group)의 활성화 없이 벌크에서 당/디올/이산의 부분선택성 중축합을 위한 촉매로서 사용하기 적합한 효소 집단이다. 대부분의 효소는 상업적으로 입수가능하고, 본 명세서에 기술된 중합화에 사용하기 적합하다. 이들에는 Novozyme-435(물리적으로 고정된 칸디다 안타락시아(Candida antarctica) 리파아제 B), 리파아제 IM(무코르 메이헤이(Mucor meihei)), PS-30(슈도모나스 세파시아(Pseudomonas cepacia)), PA(슈도모나스 애루지노사(Pseudomonas aeruginosa)), 리파아제 PF(슈도모나스 플로레센스(Pseudomonas fluorescence)), 칸디다 실린데라세아(Candida cylinderacea)로부터 리파아제, 돼지 췌장 리파아제, 아스페르길루스 니게르(Aspergillus niger)로부터 리파아제 등이 포함된다. 소 췌장으로부터 α-키모트립신 타입 II, 파파인(papain), 돼지 위 점막으로부터 펩신, 아스페르길루스 사이토이(Aspergillus saitoi)로부터 프로테아제 타입 XIII, 스트렙토마이세스 그리세우스(Streptomyces griseus)로부터 프로테아제(Pronase E) 타입 XIV, 바실루스 리체니포미스(Bacillus lichenifomis)로부터 프로테아제 타입 VIII(서브탈리신 칼스버그(Subtilisin Carlsberg)), 바실루스 써모프로테올리티쿠스 로코(Bacillus thermoproteolyticus rokko)로부터 프로테아제 타입 X(Thermolysin), 프로테아제 타입 XXVII(Nagarse)와 같은 프로테아제 역시 포함된다.

본 발명에 사용될 수 있는 다른 리파아제 및 상기 리파아제의 개선된 형태는 오차가 발생가능한(error-prone) PCR 및 유전자 섞기(gene-shuffling)와 같은 통상적으로 이용되는 재조합 유전자 기술로 획득할 수 있다. 더 나아가, 다른 적절한 리파아제는 토양과 같은 다양한 환경으로부터 DNA의 발굴(mining)에 의해 획득된다. 본 발명에 적합한 효소는 칸디다 안타락시아(Candida antarctica)로부터 리파아제 B의 고정된 형태이다. 칸디다 안타락시아(Candida antarctica)로부터 리파아제 B는 비-고정된 형태로 반응 혼합물에 첨가에 의해 사용될 수도 있다. 칸디다 안타락시아(Candida antarctica)로부터 리파아제 B의 상업적으로 입수가능한 고정된 형태의 한가지 실례는 Novozyme-435(Novozymes)이다. 칸디다 안타락시아(Candida antarctica)로부터 리파아제 B의 고정에 사용될 수 있는 다른 매크로포러스(macroporous) 수지에는 다양하게 변형된 실리카, Accurrel(Akzo Nobel), purolite, QDE, Amberlite가 포함된다. 고정화는 효소와 모체 사이에 공유 결합의 형성을 수반한다. 대안으로, 고정화는 소수성-소수성, 이온 등과 같은 상호작용에 의한, 모체에 효소의 물리적 흡수를 수반한다.

B. 실시예

실시예 1

사슬의 카르복실 말단에서 에스테르화된 제라니올로 올리고(카프로락톤)의 리파아제-촉진된 합성: 진공 건조기(0.lmmHg, 25℃, 24 h)에서 건조된 Novozyme-435(1/10 wt/wt의 단량체)는 질소 대기하에, 5:1 mol/mol의 비율로 ε-카프로락톤 과 제라니올을 포함하는 오븐 건조된 10 ㎖ pyrex 배양 튜브 내로 이전한다. 이들 바이알은 고무 격막으로 막고 테플론 테이프로 더욱 밀봉한다. 이후, 건조 톨루엔(2:1 vol/wt의 단량체)을 반응 바이알 내로 추가한다. 상기 바이알은 2-4시간동안 교반하면서 항온(70℃) 기름 중탕 내에 위치시킨다. 반응은 과량의 차가운 클로로포름을 첨가하고 여과(유리-용해된 필터, 중간 구멍 다공도(pore porosity))로 상기 효소를 제거함으로써 종결시킨다. 불용성 물질은 뜨거운 클로로포름으로 수회 세척한다. 여과액은 합치고, 클로로포름은 회전 증발로 제거하고, 잔류물은 클로로포름:에테르(1:2 v/v)에 용해시키고 n-헥산에 첨가로 2회 침전시켰다. 생성된 산물은 진공 오븐(0.1 mmHg, 50℃, 24 h)에서 건조시킨다. 상기 산물은 62% 수율로 수득된다: M _n 2170, 다분산성(polydispersity)(M _w/M _n) 1.7, 제라니올의 함량 4 mol. %. 양자 NMR(CDC1₃에서): 신호는 δ5.34 (1H, C H =), 5.09 (1H, C H =), 4.08-4.04 (2H, t, J=6.9, O=COC H ₂), 3.67-3.62 (2H, t, J=1.3, C H ₂OH), 2.33-2.28 (2H, t. J=14.7, O=CC H ₂), 2.09-2.04 (4H. t, J=15, 제라니올에서 C H ₂), 1.70-1.60 (6H, m, J=29.4, 올리고(ε-카프로락톤)에서 C H ₂), 1.41-1.39 (9H, d, J=6.9, 제라니올에서 C H ₃)에서 관찰된다.

실시예 2: 사슬의 카르복실 말단에서 아니실 에스테르로 상응하는 폴리에스테르를 형성하는 시베이식산, 1,8-옥탄디올, 아니실의 리파아제-촉진된 축합 중합화.

시베이식산(sebacic acid)(Aldrich, 2.02 g, 1 eq.)은 135℃에서 옥탄디올(Aldrich, 1.32g, 0.9 eq.)의 용해물에서 현탁시킨다. 이후, 반응 혼합물의 온도를 90-95℃로 낮춘다. 아니실 알코올(0.14g, 0.1 eq.)과 Novozyme-435(347㎎, 10% w/w의 단량체)를 플라스크에 채우고, 반응을 2시간 동안 지속한다. 이후, 반응물은 감압(10 mmHg)하여 상기 시스템으로부터 수분을 제거한다. 모든 다른 상세는 상기 “전체적인 공정 방법”을 참조한다. 48시간후, 반응 혼합물은 메탄올 내로 침전에 의해 분획한다. 생성된 산물은 72% 수율로 수득된다: M _n과 M _w/M _n, 각각 608과 6.5(SEC에 의해). 분획된 산물의 양자 NMR(CDCl₃에서)을 이용하여 중합체 말단기 구조를 분석한다(상기 “전반적인 분석 기술, NMR”을 참조한다). 이러한 분석에서 아니실 알코올의 몰 함량이 올리고(ε-카프로락톤)에 비하여 4 mol %인 것으로 밝혀졌다. 더 나아가, 사슬 말단기의 27 mol%가 아니실 에스테르, 38 mol%가 카르복실릭 사슬 말단이고, 35%가 하이드록실 말단기이다. 중합화의 평균 이음수(average degree)는 8.8이다.

실시예 3: 사슬의 카르복실 말단에서 아니실로 상응하는 폴리에스테르를 형성하는 아디핀산, 솔비톨, 아니실 알코올의 리파아제-촉진된 축합 중합화.

아디핀산(Aldrich, 1.46 g, 1eq.)은 130℃에서 솔비톨(Aldrich, 1.64 g, 0.9 eq.)의 용해물에서 현탁시킨다. 반응 혼합물의 온도를 90-95℃로 낮추고, 이후 아니실 알코올(0.14 g, 0.1 eq)과 Novozyme-435(324 ㎎, 10% w/w의 단량체)를 반응 플라스크에 추가한다. 반응물은 90 내지 95℃에서 48시간동안 유지시킨다. 더 나아 가, 첫 2시간이후, 반응물은 나머지 46시간동안, 진공(20-50 mmHg)하에 위치시킨다. 모든 다른 상세는 상기 “전체적인 공정 방법”을 참조한다. 48시간후 획득된 반응 혼합물은 클로로포름에 용해시키고, 용액은 여과하여 상기 효소를 제거하고, 농축하고, 이후 메탄올 내로 추가에 의해 침전시킨다. 산물은 77% 수율로 수득된다: 크기 배제 크로마토그래피(SEC)에 의한 M _n과 M _w/M _n은 각각 140과 2.9이고, 아니실 알코올의 몰 함량은 아디페이트에 비하여 12 mol %이다.

실시예 4: 사슬의 카르복실 말단에서 아니실 에스테르로 폴리(1,6-헥사노일아디페이트-co-솔비톨아디페이트)를 형성하는 아디핀산, 솔비톨, 1,6-헥산디올, 아니실 알코올의 리파아제-촉진된 축합 공중합화.

100 ㎖ 원형 바닥 플라스크에 아디핀산(14.63 g, 1 eq.), 1,6-헥산디올(3.54 g, 0.3 eq.), 솔비톨(10.9 g, 0.6 eq)을 첨가한다. 반응물은 교반하면서 115℃에서 가열하여 혼합물을 용해시켰다. 이후, 반응 혼합물의 온도를 90℃로 낮추고, 아니실 알코올(1.38 g, 0.1 eq.)과 Novozyme-435(3.04 g)를 플라스크에 채운다. 첫 2시간의 반응이후, 혼합물은 진공(20 mmHg)하에 위치시켜 상기 시스템으로부터 수분을 제거한다. 중합화는 24시간후 종결시킨다. 반응 혼합물은 클로로포름 - 메탄올(3:1)에 용해시키고 디에틸 에테르 내로 침전시킨다. 산물은 62% 수율로 수득된다: 크기 배제 크로마토그래피(SEC)에 의한 M _n과 M _w/M _n은 각각 329와 4.0이고, 아니실 알코올의 몰 함량은 아디페이트에 비하여 10 mol %이다. ¹H-NMR(CD₃OD), δ7.31-7.22 (2H, d, J=27, Ar H ), 6.92-6.89 (2H, d, J=12.2, Ar H ), 4.25-4.92 (3H, m, J=50, 0=COC H ₂+OCOC H ), 4.092-3.47 (3H, m, J=120, HOC H ₂+C H OH), 2.42-2.33 (2H, dd, J=24, 0CC H ₂), 1.7 (4H, brs, J=9, C H ₂CH₂C0), 1.41(3H, s, 아니실 알코올에서 0C H ₃), 1.21-1.16(모든 다른 메틸렌 양자). 산물에서 아니실 알코올의 함량은 6.8 vs. 4.32에서 신호의 상대적 강도로부터 측정한다.

실시예 5: 사슬의 카르복실 말단에서 아니실 에스테르로 폴리(1,6-헥사노일아디페이트-co-글리세롤)을 형성하는 아디핀산, 글리세롤, 1,6-헥산디올, 아니실 알코올의 리파아제-촉진된 축합 공중합화.

아디핀산(Aldrich 1.46 g, 0.1 mole, leq.)과 헥산 디올(Aldrich, 0.47g, 0.4eq.)은 125℃로 가열한다. 반응 혼합물의 온도를 90-95℃로 낮추고, 이후 글리세롤(0.46 g, 0.5 eq.), 아니실 알코올(0.14 g, 0.1 eq)과 Novozyme-435(371 ㎎)를 반응 플라스크에 채운다. 반응물은 70 내지 75℃에서 48시간동안 유지시킨다. 더 나아가, 첫 2시간이후, 반응물은 나머지 46시간동안, 감압(20-50 mmHg)하에 위치시킨다. 이용된 방법의 다른 상세는 상기 “전체적인 공정 방법”에서 기술된다. 48시간 반응이후에 형성된 산물은 클로로포름에 용해시키고, 메탄올/n-헥산(1:2) 내로 침전시킨다. 침전된 산물은 61% 수율로 수득된다: 크기 배제 크로마토그래피(SEC)에 의한 M _n과 M _w/M _n은 각각 374와 6.9이다. 아니실 알코올의 몰 함량은 아디페이트에 비하여 16 mol %이다. H-NMR(CDCl₃에서), δ6.89 (2H, ArH), 7.27 (2H, ArH), 4.21(4H, OCH₂+0C0CH₂), 3.79 (1H, CHOH 글리세롤), 3.5 (2H, CH₂OH), 2.35 (2H, OCCH₂), 1.67, 1.40, 1.2 (16H).

실시예 6: 에스테르에 의해 사슬의 카르복실 말단에 연결된 플로랄로존(floralozone)의 시프 염기 유도체로 올리고(ε-카프로락톤)의 리파아제-촉진된 합성.

플로랄로존(1.9 g, 1 eq.), 2-(4-아미노페닐)에틸 알코올(1.38g, 1eq) 및 6 ㎖의 THF에서 0.1 g 아세트산의 혼합물은 10시간동안 환류시킨다. 상기 용액은 실온으로 냉각한 이후 여과하고 상기 용매를 제거한다. 이후, 잔류물은 에테르에 용해시키고 유리-용해된 필터(중간 구멍 다공도)를 통하여 여과한다. 여과액은 진공 증발기에서 건조시켜 94% 수율로 상응하는 시프 염기 산물을 획득한다. 이후 상기 시프 염기(3.1 g, 1 eq.)는 Novozyme-435(0.88 g, 10%-by-wt)를 촉매로서 이용한, ε-카프로락톤(5.7 g, 5 eq.)의 개환 중합화를 4 ㎖ 톨루엔에서 개시하는데 사용된다. 반응물의 온도는 70℃이고, 지속 시간은 4시간이다. 4시간후 반응 혼합물은 클로로포름에 용해시키고 메탄올에 침전시킨다. 산물은 65% 수율로서 수득된다: 크기 배제 크로마토그래피(SEC)에 의한 M _n과 M _w/M _n은 각각 1810과 1.52이다. 산물에서 플로랄로존의 몰 함량은 ε-카프로락톤 단위에 비하여 4 mol %이다. ¹H-NMR(CDCl₃에서), δ7.67 (1H, m, C H =N), 7.00 (2H, Ar H ), 6.62 (2H, Ar H ), 4.06 (2H, OC H ₂), 3.61 (2H, HOC H ₂), 2.61(2H, C0C H ₂), 1.65와 1.39 ppm에서 모든 다른 메틸렌 양자, 1.056 (9H, C H ₃, 플로랄로존).

실시예 7: 에스테르에 의해 사슬의 카르복실 말단에 연결된 플로랄로존 글리세롤 아세탈로 올리고(ε-카프로락톤)의 리파아제-촉진된 합성.

A) 플로랄로존 글리세롤 모노아세탈의 합성.

플로랄로존(1.9 g, 1 eq), 글리세롤(1.2 g, 1.3 eq) 및 톨루엔(40 ㎖)에서 p-톨루엔설폰산의 소수 결정의 혼합물은 2-목 50-㎖ 원형 바닥 플라스크에 추가하고 환류에서 질소하에 Dean-Stark 트랩(trap)으로 24시간동안 가열하여 수분을 제거한다. 혼합물은 냉각하고, 세척하고(중탄산염 용액과 포화된 NaCl 용액), 황산나트륨에서 건조시키고, 농축한다. 잔류 오일은 높은 진공하에 가열하여 반응하지 않은 플로랄로존을 제거한다. 수율은 72%이다: ¹H-NMR(CDCl₃에서), δ7.17-7.08 (4H, m, J=27.1Hz, Ar H ), 4.73 (s, 1H, 1,3-디옥산에서 C H ), 4.19-3.32 (5H, m, 1,3-디옥산에서 C H ₂C H C H ₂), 2.72-2.58 (4H, m, J=42Hz, 플로랄로존에서 C H ₂), 2.02 (brs, 1 H, 글리세롤에서 CHO H ), 1.25-1.16 (3H, m, J=27Hz, 플로랄로존에서 ArCH₂C H ₃), 0.92-081 (6H, m, J=33Hz, 플로랄로존에서 C H ₃).

B) 에스테르에 의해 사슬의 카르복실 말단에 연결된 플로랄로존 글리세롤 아세탈로 올리고(ε-카프로락톤)의 리파아제-촉진된 합성.

합성된 플로랄로존-글리세롤 아세탈 (2.6 g, 1 eq), ε-카프로락톤(5.7 g, 5 eq), 톨루엔(10 ㎖), Novozyme-435(400 ㎎)는 70℃에서 4시간동안 교반한다. 반응은 차가운 클로로포름의 추가로 종결시킨다. 이후, 상기 효소는 여과로 제거하고, 클로로포름은 회전-증발로 제거하고, 잔류물은 클로로포름에 용해시키고 메탄올에 침전시키며, 침전물은 에테르로 2회 세척하여 68%-수율로 산물을 수득한다. 크기 배제 크로마토그래피(SEC)에 의한 M _n과 M _w/M _n은 각각 675와 7.7이다. 산물에서 플로랄로존의 몰 함량은 올리고(ε-카프로락톤)에 비하여 15 mol %이다. ¹H-NMR(CDCl₃에서), δ7.17-7.08 (4H, m, Ar H ), 4.66 (1H, s, 1,3-디옥산에서 C H ), 4.11-3.35 (2H, m, OCH₂), 3.95-3.44 (5H, m, 글리세롤에서 CH₂CHCH₂ + 2H, 올리고(ε-카프로락톤)에서 HOC H ₂), 2.73-2.58 (2H, m, 올리고(ε-카프로락톤)에서 OCOC H ₂), 2.30-2.24 (4H, t, 플로랄로존에서 C H ₂), 1.70-1.53 (4H, t, 올리고(ε-카프로락톤)에서 C H ₂), 1.35-1.18 (6H, m, 플로랄로존에서 2 C H ₃ + 2H, 올리고(ε-카프로락톤)에서 C H ₂), 0.92-0.87 (3H, m, 플로랄로존에서 C H ₃).

실시예 8: 사슬의 카르복실 말단에서 에스테르화된 레티놀로 올리고(카프로락톤)의 리파아제-촉진된 합성:

진공 건조기(0.lmmHg, 25℃, 24 h)에서 건조된 Novozyme-435(1/10 wt/wt의 단량체)는 질소 대기하에, 5:1 mol/mol의 비율로 ε-카프로락톤과 레티놀을 포함하는 오븐 건조된 10 ㎖ pyrex 배양 튜브 내로 이전한다. 이들 바이알은 고무 격막으로 막고 테플론 테이프로 더욱 밀봉한다. 이들 바이알은 2-4시간동안 교반하면서 항온(70℃) 기름 중탕 내에 위치시킨다. 반응 온도가 25℃로 낮아지면, 테트라하이 드로푸란을 반응 혼합물에 추가한다. 현탁된 효소 촉매는 여과(유리-용해된 필터, 중간 구멍 다공도)로 제거한다. 이후, THF를 제거하여 사슬의 카르복실 말단에서 에스테르화된 레티놀을 보유하는 소중합체를 포함하는 산물을 수득한다.

실시예 9

통합된 활성 성분의 지효성 방출을 달성하는데 있어 본 발명의 중합체의 유용성을 입증하기 위하여, 다수의 상이한 방향제 성분의 연장된 이용성을 입증하는 실험을 수행한다. 특히, 적절한 제제로 피부에 국소 적용된 중합체로부터 방향제의 완만한 방출이 관찰된다.

각 경우에, 아래에 확인된 5O㎕의 중합체는 손등 부분 위에 3 내지 4 ㎠ 피부 패치에 적용된다. 국소 적용된 중합체의 냄새를 매 5분마다 맡고, 방향제의 이용성의 동태 및 파악된 방향제의 강도를 기록하기 위하여 훈련된 코가 필요하다(이용성과 강도의 상대적 정도는 표에서 ‘+'의 개수로 표시된다).

제제는 20 ㎖의 기부(base)에 1g 양으로 방향제-중합체를 함유하고, 상기 기부는 이소프로판올-40%; 호호바 오일(jojoba oil)-30%; 올리브 오일-30%를 함유한다.

실례는 표 1에서 보고된다.

화합물	적용이후 시간(min.)
	0	5	10	15	30	45	60	90
아니솔 + 솔비톨에스테르	-	-	-	+	+	+	+	-
제라니올 + 폴리카프롤락톤	-	-	-	+	++	++	++	++
시트로넬롤 + 폴리카프롤락톤		-	-	+	++	++	++	+

이들 결과는 본 발명의 중합체 내에 결합된 방향제의 지효성 방출을 확증한다.

Claims

생물학적 활성 성분의 국소 전달용 중합체에 있어서, 상기 중합체는 적어도 하나의 모이어티: U-B-A를 포함하고,

여기서, U는 소중합체(oligomer) 또는 중합체(polymer)의 생리학적으로 허용되는 단위를 나타내고;

A는 생물학적 활성 성분을 나타내고;

B는 A를 U에 연결하는 하나이상의 결합을 나타내고, 상기 결합은 피부 내에서 또는 피부 상에서 발생하는 생물학적, 물리적 또는 화학적 과정에 의해 파괴될 수 있는 것을 특징으로 하는 국소 전달용 중합체.
제 1항에 있어서, 모이어티 U-B-A는 중합체의 하나이상의 사슬 말단에 위치하는 것을 특징으로 하는 국소 전달용 중합체.
제 1항에 있어서, 모이어티 U-B-A는 중합체 내에서 하나이상의 부위에 위치하는 것을 특징으로 하는 국소 전달용 중합체.
제 1항에 있어서, A는 알코올, 알데히드, 케톤 또는 아민인 모이어티(moiety)이거나, 또는 이를 포함하는 것을 특징으로 하는 국소 전달용 중합체.
제 4항에 있어서, A는 알코올 또는 알데히드인 모이어티이거나, 또는 이를 포함하는 것을 특징으로 하는 국소 전달용 중합체.
제 1항에 있어서, B는 에스테르, 에테르, 무수물, 탄산염, 아마이드, 아세탈, 케탈 또는 시프 염기 결합인 것을 특징으로 하는 국소 전달용 중합체.
제 5항에 있어서, B는 에스테르 결합인 것을 특징으로 하는 국소 전달용 중합체.
제 1항에 있어서, U는 락톤, 환형 탄산염, 환형 무수물, 지방산, 에폭시드, 환형 N-카르복시무수물, 이산(diacid), 디에스테르(diester), 하이드록시산, 디올, 다중산(polyacid), 폴리올, 아미노 알코올, 디아민, 이들의 조합에서 선택되는 것을 특징으로 하는 국소 전달용 중합체.
제 8항에 있어서, U는 락톤, 이산, 다중산, 디올, 폴리올, 이들의 조합에서 선택되는 것을 특징으로 하는 국소 전달용 중합체.
제 1항에 있어서, U는 락톤, 환형 탄산염, 환형 무수물, 지방산, 에폭시드, 환형 N-카르복시무수물, 이산, 디에스테르, 하이드록시산, 디올, 다중산, 폴리올, 아미노 알코올, 디아민, 이들의 조합에서 선택되고; B는 에스테르, 에테르, 무수 물, 탄산염, 아마이드, 아세탈, 케탈 또는 시프 염기 결합이고; A는 알코올, 알데히드, 케톤 또는 아민인 모이어티이거나, 또는 이를 포함하는 것을 특징으로 하는 국소 전달용 중합체.
제 1항의 중합체 및 미용학적으로 또는 제약학적으로 허용되는 담체를 함유하는 국소 조성물.
제 10항의 중합체를 함유하는 국소 조성물.
생물학적 활성 성분을 피부에 전달하는 방법에 있어서, 상기 방법은 생물학적 활성 성분의 국소 전달용 소중합체 또는 중합체를 피부에 적용하는 단계를 포함하고, 상기 소중합체 또는 중합체는 적어도 하나의 모이어티: U-B-A를 포함하고,

여기서, U는 소중합체 또는 중합체의 생리학적으로 허용되는 단위를 나타내고;

A는 생물학적 활성 성분을 나타내고;

B는 A를 U에 연결하는 하나이상의 결합을 나타내고, 상기 결합은 피부 내에서 또는 피부 상에서 발생하는 생물학적, 물리적 또는 화학적 과정에 의해 파괴될 수 있는 것을 특징으로 하는 전달 방법.
제 13항에 있어서, A는 알코올, 알데히드, 케톤 또는 아민인 모이어 티(moiety)이거나, 또는 이를 포함하는 것을 특징으로 하는 전달 방법.
제 13항에 있어서, U는 락톤, 이산, 다중산, 디올, 폴리올, 이들의 조합에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전달 방법.
제 13항에 있어서, B는 에스테르, 에테르, 무수물, 탄산염, 아마이드, 아세탈, 케탈 또는 시프 염기 결합인 것을 특징으로 하는 전달 방법.
생물학적 활성을 보유하는 지효성 방출 중합체를 제조하는 방법에 있어서,

(a) 피부 내에서 또는 피부 상에서 발생하는 생물학적, 물리적 또는 화학적 과정에 의해 파괴될 수 있는 결합 B의 형성을 촉진할 수 있는 적어도 하나의 촉매; 적어도 하나의 생물학적 활성물질 A; 중합체의 일부를 형성할 수 있고 활성물질 A와 결합 B를 형성할 수 있는 적어도 하나의 생리학적으로 허용되는 단위 U를 반응 용기 내에서 혼합하고;

(b) A와 U 사이에 결합 B의 형성에 적합한 조건 하에 반응 용기를 유지시키고, 따라서 적어도 하나의 모이어티 U-B-A를 포함하는 중합체가 생산되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제 17항에 있어서, 촉매는 리파아제, 에스테라아제, 큐틴분해효소(cutinases), 프로테아제에서 선택되는 효소인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제 17항의 방법으로 생산된 지효성 방출(delayed release) 중합체.