KR20090131975A

KR20090131975A - 서방형 약물전달 및 조직재생용 덮인 다공성 생분해성고분자 미립구의 제조 방법

Info

Publication number: KR20090131975A
Application number: KR1020080058006A
Authority: KR
Inventors: 한동근; 박귀덕; 김재진; 손준식; 배순언
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2008-06-19
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2009-12-30
Also published as: US20090317478A1; KR100963435B1; US8192655B2

Abstract

본 발명은 내부에는 넓은 표면적과 높은 다공도를 갖는 열린(open) 기공 구조를 갖고 외부 표면은 생분해성 고분자 박막(thin membrane)으로 덮여(covered) 기공의 개구부가 막힌 구조를 갖는 서방형 약물전달 및 조직재생용 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구(microsphere) 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 본 발명에 따른 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구는 1) 생분해성 고분자를 유기용매에 용해시킨 고분자 용액에 생리활성물질을 함께 용해시키거나 현탁시켜 생리활성물질을 함유한 고분자 용액을 제조하는 단계; 2) 과산화수소-함유 화합물을 상기 고분자 용액에 첨가하고 균일하게 혼합하여 유중수형(water in oil, W/O) 에멀젼을 제조하는 단계; 3) 에멀젼 안정화제 용액에 상기 유중수형 에멀젼을 유탁시켜 수중유형(oil in water, O/W) 에멀젼을 제조하는 단계; 및 4) 상기 수중유형 에멀젼에 과산화수소 분해 촉매를 첨가하여 과산화수소를 분해하면서 유기용매를 증발시키는 단계에 의해 제조된다. 본 발명에 따른 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구는 외부 표면이 생분해성 고분자 박막으로 덮여져 기공의 개구부가 막힌 구조를 갖고 있어 인체 투여 후 초기에 생리활성물질이 과도하게 방출되는 것을 제어할 수 있고, 이후 체내에서 생분해성 고분자 박막이 분해되면서 내부의 상호 연결된(interconnected) 기공 구조에 의해 생리활성물질이 지속적으로 방출되는 효과를 기대할 수 있어 서방형 약물전달체 및 조직재생용 지지체로 매우 유용하게 사용될 수 있다.

서방형 미립구, 약물전달체, 조직재생, 과산화수소, 덮인 다공성 표면

Description

서방형 약물전달 및 조직재생용 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구의 제조 방법{METHOD OF PREPARING BIODEGRADABLE COVERED POROUS POLYMER MICROSPHERES FOR SUSTAINED-RELEASE DRUG DELIVERY AND TISSUE REGENERATION}

본 발명은 비등(발포)성 물질로 과산화수소-함유 화합물을 사용하여 미립구의 내부에는 넓은 표면적과 높은 다공도의 상호 연결된(interconnected) 기공 구조를 갖는 반면 외부 표면은 생분해성 고분자 박막으로 덮여져 기공의 개구부가 막힌 구조를 갖는 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구를 간단하고 효율적이면서도 친환경적으로 제조하는 방법 및 이 방법에 의해 제조된 서방형 약물전달체 및 조직재생용 지지체로 유용하게 사용될 수 있는 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구에 관한 것이다.

약물전달용 미립구는 치료부위에 질병 치료용 약물을 효율적으로 전달함으로써 약물의 부작용을 줄이고 약물에 대한 환자의 순응도를 높이며 약물의 효능 및 효과를 극대화할 수 있도록 제형을 설계하는 것이 중요하다. 특히 생분해성 고분자를 이용한 약물전달용 미립구는 지용성 또는 수용성의 생리활성물질을 미립구에 쉽게 함유시킬 수 있어야 하고, 인체 내에서 약물을 담지하고 일정기간 유지할 수 있는 물성과 인체에 무해한 물질로 분해되는 안정성 및 인체에 투입된 초기에는 약물을 방출하지 않다가 목표지점에 도달한 이후에 원하는 기간 동안 충분히 약물을 방출할 수 있는 지속성을 가지고 있어야 한다. 미립구는 일반적으로 1 내지 500 ㎛의 작은 입자 크기를 가져 일반적인 주사기에 의해 쉽게 인체에 투여될 수 있고 1회 투여로 장기간에 걸쳐 약효를 지속시킬 수 있는 장점이 있어 현재 연구가 활발히 진행되고 있지만, 효과적인 약물 봉입, 초기 약물 방출 제어, 균일한 크기 제어 등에 대해서는 아직까지 해결해야할 과제가 남아있다.

현재 널리 사용되고 있는 생분해성 고분자로는 폴리글리콜산(PGA), 폴리락트산(PLA), 락트산-글리콜산 공중합체(PLGA), 폴리-ε-카프로락톤(PCL), 락트산-ε-카프로락톤 공중합체(PLCL), 폴리다이옥산온(PDO), 폴리트라이메틸렌카보네이트(PTMC), 폴리아미노산(poly(amino acid)), 폴리안하이드라이드(polyanhydride), 폴리오르쏘에스테르(polyorthoester) 및 이들의 공중합체 등이 있다. 그러나 현재까지는 PGA, PLA, PLGA 등만이 미국 식품의약청(FDA)으로부터 인체에 사용가능한 생분해성 고분자로 승인되어 약물전달용 미립구 및 인체 조직의 체내 재생을 위한 다공성 고분자 지지체(scaffold) 재료로 사용되고 있다.

상기와 같은 생분해성 고분자를 이용한 미립구의 제조방법으로는 용매증발 건조법(미국 특허 제4,652,441호), 상분리법(미국 특허 제4,675,189호), 분무건조법(미국 특허 제6,709,650호) 및 저온 용매추출법(미국 특허 제5,019,400호) 등이 알려져 있으며, 최근에는 생분해성 고분자를 용해시키는 용매로서 다이클로로메탄 또는 클로로폼 등을 사용하지 않고 수용성 유기용매인 아세트산, 락트산, 아세톤 등을 사용하여 생체적합성을 향상시키면서 약물의 봉입효율을 개선한 방법들이 개시된 바 있다(미국 특허 제5,100,699호). 그러나 상기와 같이 제조되는 미립구는 대부분 비다공성으로서 그 제조가 용이하지 못하고 시간이 많이 소요되며, 비다공성으로 인해 봉입된 약물의 방출속도가 느리다는 단점을 가지고 있다.

다공성 미립구를 제조하는 방법으로는 염 침출/가스 발포법과 용매/비용매를 이용한 상 분리법 등이 알려져 있는데, 염 침출/가스 발포법은 암모늄바이카보네이트(NH₄HCO₃) 등을 비등성 물질로 사용하여 미립구에 다공성을 부여하는 방법[김 등, Biomaterials 27: 152-159, 2006)이고, 용매/비용매 상 분리법은 고분자를 용매에 녹인 다음 사용되는 용매와는 혼화성이 있지만 사용되는 고분자에는 비용매로 작용하는 물질을 첨가하여 미립구에 다공성을 부여하는 방법이다[홍 등, Polym . Adv . Technol. 16: 622-627, 2005). 그러나 위와 같이 제조한 다공성 미립구는 대부분이 조직공학용 세포 지지체에 적용하고자 한 것이며 이를 약물전달용으로 사용할 경우에는 다공성에 의한 높은 표면적으로 인해 인체 투여 초기에 봉입된 약물이 모두 방출되는 단점을 수반할 수 있어 약물전달용으로는 그 용도가 제한적이다.

한편, 과산화수소(hydrogen peroxide)는 수소와 산소의 화합물로서 물, 에탄올, 에테르에 잘 용해되며, 공업용은 30 내지 35% 또는 50%의 수용액으로 강한 산화력을 가진다. 과산화수소는 알칼리 금속, 중금속 및 이산화망간과 같은 무기물 및 카탈라아제(catalase)와 같은 효소와의 촉매반응에 의해 산소와 물로 쉽게 분해되므로 친환경적인 화합물이라 할 수 있다. 이러한 과산화수소는 살균소독제, 섬 유, 종이 및 식품 표백과 소독, 치아 미백제, 농업, 공해처리, 로켓 등의 추진연료 등으로 광범위하게 사용되고 있다. 그러나 최근까지 이러한 과산화수소를 고분자 미립구의 다공성을 유도하기 위하여 사용된 적은 없다.

이에 본 발명자들은 비다공성과 다공성의 장점을 결합시킨 생분해성 고분자 미립구를 제조하고자 예의 연구 노력한 결과, 생분해성 고분자 미립구의 제조 시 비등(발포)성 물질로 과산화수소-함유 화합물을 이용하면 미립구의 내부는 넓은 표면적과 높은 다공도의 상호연결된 기공 구조를 갖는 반면 미립구의 외부 표면은 생분해성 고분자 박막이 덮여져 기공의 개구부가 막힌 구조를 갖는 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구가 제조되고, 상기 미립구가 인체 투여 초기에는 생리활성물질의 방출을 효과적으로 제어하면서 이후에 표면에 덮여진 생분해성 고분자 박막이 체내에서 분해됨과 동시에 생리활성물질을 지속적으로 방출할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 서방형 약물전달체 및 조직재생용 지지체로 유용한 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구를 제조하는 것으로, 미립구의 기공 크기를 용이하게 조절할 수 있고 유해 물질의 분비 및 잔존 현상을 해결할 수 있으면서도, 미립구의 내부는 표면적과 다공도가 매우 높은 기공간 열린(open) 구조를 갖는 반면 미립구의 외부 표면은 생분해성 고분자 박막으로 덮여져 있어 봉입된 약물의 서방형 방출제어 및 지속성을 향상시킬 수 있는 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구를 간단하고 효율적이면서도 친환경적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

1) 생분해성 고분자를 유기용매에 용해시킨 고분자 용액에 생리활성물질을 함께 용해시키거나 현탁시켜 생리활성물질을 함유한 고분자 용액을 제조하는 단계;

2) 과산화수소-함유 화합물을 상기 고분자 용액에 첨가하고 균일하게 혼합하여 유중수형(water in oil, W/O) 에멀젼을 제조하는 단계;

3) 에멀젼 안정화제 용액에 상기 유중수형 에멀젼을 유탁시켜 수중유형(oil in water, O/W) 에멀젼을 제조하는 단계; 및

4) 상기 수중유형 에멀젼에 과산화수소 분해 촉매를 첨가하여 과산화수소를 분해하면서 유기용매를 증발시키는 단계를 포함하는 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구의 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 방법에 따라 제조된 서방형 약물전달체 및 조직재생용 지지체로 유용하게 사용될 수 있는 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구를 제공한다.

본 발명은 비등(발포)성 물질로 과산화수소-함유 화합물을 사용하여 미립구에 형성되는 기공의 크기 및 분포 조절이 용이하고 과산화수소에 의한 미립구의 살균효과를 기대할 수 있어서 생체적합성을 크게 증진시킬 수 있으며 기존 방법에 비해서 단시간 내에 간단하면서도 친환경적으로 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구를 제조할 수 있다. 또한 본 발명에 따라 제조된 본 발명의 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구는 외부 표면이 생분해성 고분자 박막으로 덮여져 기공의 개구부가 막힌 구조를 가져 인체 투여 후 초기에 생리활성물질의 방출을 효과적으로 제어할 수 있고 내부에는 넓은 표면적 및 높은 다공도의 상호 연결된 기공 구조로 인해 생리활성물질을 지속적으로 방출할 수 있기 때문에 안정적이고 효율적인 서방형 약물전달체 및 조직재생용 지지체로서 유용하게 사용될 수 있다.

본 발명에서 용어 "덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구"는 미립구의 내부에는 넓은 표면적 및 높은 다공도의 상호 연결된 기공 구조가 형성되어 있고, 미립구의 외부 표면에는 미립구의 제조 시 사용된 생분해성 고분자가 박막 형태로 덮여져 있어 미립구의 표면에 형성된 기공의 개구부가 막힌 구조를 갖는 것을 의미한다. 미립구의 표면에 형성된 기공은 그의 개구부가 외부로 노출되어 있기 때문에 미립 구에 봉입된 생리활성물질이 상호 연결된 기공 구조에 의해 인체 투여 초기에 모두 방출되어 소실되는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 것이 본 발명의 "덮인" 다공성 구조로, 외부 표면이 생분해성 고분자 박막으로 덮여 있어 외부로 노출된 기공의 개구부가 막힌 상태이기 때문에 인체 투여 초기에는 생리활성물질의 방출이 효과적으로 제어되다가 미립구가 표적하는 치료부위에 도달한 후 체내에서 외부 표면에 덮여져 있던 생분해성 고분자 박막이 분해됨과 동시에 서서히 지속적으로 생리활성물질을 방출하게 된다.

이하 본 발명을 단계별로 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구의 제조방법은

4) 상기 수중유형 에멀젼에 과산화수소 분해 촉매를 첨가하여 과산화수소를 분해하면서 유기용매를 증발시키는 단계를 포함한다.

상기 단계 1)은 생분해성 고분자를 용해시킬 수 있는 적당한 유기용매에 생분해성 고분자와 생리활성물질을 함께 용해시키거나 현탁시켜 생리활성물질을 함유 한 고분자 용액을 제조하는 단계이다.

본 발명에 사용가능한 생분해성 고분자로는 생체 내에서 분해될 수 있는 무독성 고분자라면 모두 사용할 수 있는데, 예를 들면 폴리글리콜산(PGA), 폴리락트산(PLA), 락트산-글리콜산 공중합체(PLGA), 폴리-ε-카프로락톤(PCL), 폴리아미노산, 폴리안하이드라이드, 폴리오르쏘에스테르 및 이들의 유도체 및 공중합체 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도 미국 식품의약청(FDA)으로부터 인체에 사용가능한 생분해성 고분자로 승인된 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 락트산-글리콜산(PLGA) 공중합체 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 상기 생분해성 고분자는 중량평균 분자량이 5,000 내지 2,000,000 g/mol, 보다 바람직하게는 10,000 내지 700,000 g/mol 범위인 것을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서 상기 생분해성 고분자를 용해시키는데 사용될 수 있는 유기용매로는 고분자의 종류에 따라 달라질 수 있지만, 메틸렌클로라이드, 클로로포름, 사염화탄소, 아세톤, 다이옥산, 테트라하이드로퓨란, 헥사플루오로아이소프로판올 등을 예로 들 수 있다. 그 중에서도 메틸렌클로라이드와 클로로포름을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 이러한 유기용매에 생분해성 고분자 및 생리활성물질을 함께 용해시키거나, 생분해성 고분자만 용해시킨 후 거기에 생리활성물질을 현탁시켜 생리활성물질 함유 고분자 용액을 제조할 수 있다. 이때, 생분해성 고분자는 유기용매에 대해 5 내지 15 중량%로, 생리활성물질은 상기 생분해성 고분자에 대하여 0.1 내지 50 중량%로 용매에 첨가될 수 있다.

본 발명에 사용가능한 생리활성물질은 성장인자, 성장 호르몬, 펩타이드 또는 단백질 의약품, 소염진통제, 항암제, 항바이러스제, 성호르몬, 항생제, 항균제 또는 화합물 등이며, 예를 들어 전환 성장인자(transforming growth factor, TGF), 섬유아세포 성장인자(fibroblast growth factor, FGF), 골 형태발생 단백질(bone morphogenic protein, BMP), 혈관내피 성장인자(vascular endothelial growth factor, VEGF), 표피 성장인자(epidermal growth factor, EGF), 인슐린-유사 성장인자(insulin-like growth factor, IGF), 혈소판-유래 성장인자(platelet-derived growth factor, PDGF), 신경 성장인자(nerve growth factor, NGF), 간세포 성장인자(hepatocyte growth factor, HGF), 태반 성장인자(placental growth factor, PIGF), 과립구 콜로니 자극인자(granulocyte colony stimulating factor, G-CSF) 등의 성장인자; 헤파린(heparin), 동물 성장 호르몬, 인간 성장 호르몬(hGH), 적혈구 증강제(EPO), 인터페론(INF), 난포 자극 호르몬(FSH), 황체 호르몬(LH), 고세릴린 아세테이트, 루프로레인 아세테이트, 데카펩틸의 황체 호르몬 방출 호르몬 작동약(LH-RH agonist) 등의 펩타이드 또는 단백질 의약품; 덱사메타손(dexamethasone), 인도메타신, 이부프로펜, 케토프로펜, 피록시캄, 플루비프로펜, 디클로페낙 등의 소염진통제; 파클리탁셀, 독소루비신, 카보플레탄, 캄토테신, 5-플루오로우라실, 시프르레틴, 사이토신 아라비노스, 메토트렉세이트 등의 항암제; 아시클로버, 루바빈 등의 항바이러스제; 테스토스테론, 에스트로젠, 프로게스테론, 에스트라다이올 등의 성호르몬; 테트라사이클린, 미노사이클린, 독시사이클린, 오플록사신, 레보프록사신, 시프로프록사신, 클라리스로마이신, 에리쓰로마이 신, 세파클러, 세포탁심, 이미페넴, 페니실린, 겐타마이신, 스트렌토마이신, 반코마이신 등의 항생제; 케토코나졸, 이트라코나졸, 플루코나졸, 암포테리신-B, 그리세오풀빈 등의 항진균제; β-인산글리세롤(β-glycerophosphate), 아스코베이트(ascobate), 하이드로코르티손(hydrocortisone), 5-아자사이티딘(5-azacytidine) 등의 화합물 등이 사용될 수 있다.

단계 2)는 상기 단계 1)에서 제조된 생리활성물질 함유 고분자 용액에 비등(발포)성 물질로 과산화수소-함유 화합물을 첨가하고 균일하게 혼합하여 1차 에멀젼으로 유중수형(water in oil, W/O) 고분자 혼합용액을 제조하는 단계이다.

이 단계에서 첨가되는 과산화수소-함유 화합물은 제조되는 미립구 내부에 넓은 표면적과 높은 다공도의 상호 연결된 기공 구조를 부여함과 동시에 미립구의 외부 표면을 생분해성 고분자 박막으로 덮어 주어 외부 표면상에 노출된 기공의 개구부를 막아주는 역할을 수행한다.

기존의 다공성 미립구는 미립구 표면에 형성된 기공이 외부로 노출되어 있기 때문에 인체 투여 초기에 미립구 내부의 기공에 봉입된 생리활성물질이 상호 연결된 기공 구조에 의해 쉽게 방출되는 문제점이 있었으나, 본 발명에서는 비등(발포)성 물질로 과산화수소-함유 화합물을 사용하여 미립구 내부에 수많은 기공을 형성하면서 미립구의 표면에 형성된 기공의 개구부를 생분해성 고분자 박막으로 덮어주어 미립구의 기공에 봉입된 약물이 인체 투여 초기에 방출되는 문제점을 해결하였다.

또한 본 발명에서 과산화수소-함유 화합물의 사용은 미립구의 기공 크기 및 다공도를 용이하게 조절할 수 있고, 과산화수소 분해 시 물과 산소만이 발생하므로 친환경적인 미립구의 제조를 가능케 하며, 이때 발생하는 산소 기포로 인해 미립구에 극대화된 기공을 형성시킬 수 있을 뿐만 아니라, 고분자 지지체의 살균효과를 기대할 수 있어 생체적합성을 크게 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

상기 단계 2)에서 과산화수소-함유 화합물은 고분자 용액에 대해 1 내지 100 부피%, 보다 바람직하게는 10 내지 80 부피%로 첨가하는 것이 바람직하다. 본 발명에 적합한 과산화수소-함유 화합물로는 순수한 과산화수소가 1 내지 50 부피% 범위로 포함되어 있는 용액 또는 고체물질이며, 예를 들어 과산화소수 수용액, 우레아 하이드로겐 퍼옥사이드(urea hydrogen peroxide 또는 carbamide peroxide), 소듐 퍼카보네이트(sodium percarbonate 또는 sodium carbonate hydrogen peroxide), 과산화수소를 저온에서 동결한 고체 과산화수소(solid hydrogen peroxide), 유·무기에 과산화수소가 결합되어 있는 비등성 화합물 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 이 중에서 순수한 과산화수소가 3 내지 50 부피% 범위로 포함되어 있는 수용액을 사용하는 것이 바람직하다.

단계 2)에서 고분자 혼합용액은 수상(aqueous phase)이 불연속상(discontinuous phase)이고 유상(oleic phase)이 연속상(continuous phase)인 구조를 갖는 유중수형(water in oil, W/0) 에멀젼 상태로 얻어지는데, 이를 제조하는 방법이 특별히 한정되진 않지만, 혼합용액을 격렬하게 일정시간 교반하는 방법에 의해서 제조할 수 있다. 예를 들면, 생리활성물질 함유 고분자 용액에 과산화수소-함유 화합물을 첨가하고 10 내지 100 rpm으로 1초 내지 10분간 교반을 수행하여 생분해성 고분자 미립구 내부에 과산화수소-함유 화합물이 포함된 수용액이 캡슐화되어 있는 유중수형 에멀젼을 제조한다.

단계 3)은 에멀젼 안정화제 용액에 상기 단계 2)에서 제조된 유중수형 에멜젼을 유탁시켜 수중유형(oil in water, O/W) 에멀젼을 형성하는 단계로서, 에멀젼 안정화제를 녹인 용액을 10 내지 80℃의 온도에서 50 내지 10,000 rpm의 속도로 교반하면서 유중수형 고분자 혼합용액을 서서히 유탁시켜 유상이 불연속상이고 수상이 연속상인 구조를 갖는 수중유형(oil-in-water, O/W) 에멀젼을 제조한다.

본 발명에 사용될 수 있는 에멀젼 안정화제는 에멀젼의 안정성을 향상시키기 위한 것으로, 인체 및 환경에 무해하고 물에는 녹지만 유기용매에는 녹지 않는 고분자로서 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜 및 폴록사머 등의 수용성 합성 고분자와 하이드록시프로필셀룰로오즈 및 하이드록시프로필메틸셀룰로오즈 등의 셀룰로오즈 유도체를 들 수 있다. 상기 에멀젼 안정화제는 고분자 혼합용액에 대해 바람직하게는 0.1 내지 20 중량%로 사용할 수 있다.

단계 4)는 상기 수중유형 에멀젼에 과산화수소 분해 촉매를 첨가하여 과산화수소를 분해시키면서 유기용매를 증발시키는 단계로, 단계 3)에서 수중유형 에멀젼 형태로 유탁시킨 생분해성 고분자 미립구 내부에 캡슐화되어 있는 과산화수소-함유 화합물을 분해하기 위하여 과산화수소 분해 촉매를 첨가한 후 5분 내지 4시간 동안 10 내지 100 rpm으로 교반하여 과산화수소를 분해시키면서 유기용매를 증발시켜 본 발명에 따른 특정 구조를 갖는 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구를 제조하는 단 계이다.

본 발명에서 과산화수소-함유 화합물을 분해하기 위해 사용되는 과산화수소 분해 촉매로는 카탈라아제(catalase) 등과 같은 효소 촉매; 과망간산칼륨, 이산화망간, 요오드화칼륨, 중크롬산칼륨, 탄산나트륨, 산화구리, 탄소 파우더 등과 같은 무기 촉매; 전기, 열, 자외선 등과 같은 물리적인 촉매 등을 예로 들 수 있으며, 이들 중에서 카탈라아제를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 과산화수소 분해 촉매는 수중유형 에멀젼에 대해 0.01 내지 10 부피% 범위로 사용하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 제조된 미립구는 원심분리를 통해 간단히 회수될 수 있으며 여러 번의 세척과정을 거쳐 불순물을 최소화하고 추가로 동결건조를 수행하여 입자 형태로 미립구를 보관하고 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구의 제조방법에 있어서, 미립구에 형성되는 기공은 원형에 가까운 모양으로 5 내지 98% 범위의 다공도 및 0.1 내지 50 ㎛ 범위의 기공 크기를 가지며, 기공의 분포 및 크기는 비등(발포)성 물질로 사용된 과산화수소-함유 화합물의 양에 비례한다. 또한 본 발명의 제조방법은 과산화수소 분해 시 물과 산소만이 발생하기 때문에 친환경적으로 미립구의 제조를 가능케 하고, 이때 발생하는 산소 기포로 인해 미립구에 기공 형성을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 과산화수소에 의한 고분자 지지체의 살균효과를 기대할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 방법에 의해 제조된 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구는 1 내지 500 ㎛, 바람직하게는 50 내지 300 ㎛의 입자 크기를 가질 수 있다. 이때, 입 자 크기는 용액의 점성도, 회전속도, 에멀젼 안정화제의 점성도, 과산화수소 함유 수용액의 부피 비율에 의해 결정될 수 있다. 이러한 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구는 기존에 알려진 미립구와는 전혀 다른 구조를 갖는 새로운 미립구로서, 미립구의 표면이 생분해성 고분자 박막으로 덮여져 있어 기공 내에 봉입된 약물이 인체 투여 초기에 방출되는 것을 제어할 수 있는 반면, 미립구의 내부에는 표면적과 다공도가 매우 높은 기공간 열린(open) 구조가 형성되어 있어 체내에서 상기 생분해성 고분자 박막이 분해됨과 동시에 서서히 그리고 지속적으로 약물이 방출되도록 고안된 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명에 따른 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구는 서방형 약물전달체 및 조직재생용 지지체로 유용하게 사용될 수 있다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀 더 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 제한되는 것은 아니다.

실시예 1:

락트산(lactic acid)과 글리콜산(glycolic acid)이 50:50의 중량비로 함유된 락트산-글리콜산 공중합체(PLGA, IV: 0.16-0.24 dl/g) 500 ㎎을 메틸렌클로라이드 6 ㎖에 용해시켰다. 여기에 30% 과산화수소 수용액 5 ㎖을 추가하고 균질기(homogenizer)로 5,000 rpm에서 3분간 교반하여 1차 유중수형(W/O) 에멀젼을 형성하였다. 에멀젼 안정화제로 0.2% 폴리비닐알코올(PVA) 용액 300 ㎖을 제조하여 40℃에서 70 rpm으로 교반하면서 상기에서 제조된 1차 유중수형 에멀젼을 가하여 수중유형(O/W) 에멀젼을 형성하였다. 에멀젼이 안정화되면 과산화수소 분해 촉매로 카탈라아제를 첨가하여 4시간 동안 70 rpm으로 교반하면서 미립구 내부에 캡슐화되어 있는 과산화수소를 분해하는 동시에 메틸렌클로라이드를 증발시켰다. 이렇게 제조된 미립구를 원심분리에 의해 분리하고 증류수로 여러 번 세척하여 불순물을 최소화한 다음 동결건조하여 최종적으로 덮인 다공성 생분해성 PLGA 미립구를 제조하였다.

제조된 덮인 다공성 생분해성 PLGA 미립구의 표면과 단면을 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)으로 관찰한 결과, 도 1a 및 1b에 나타난 바와 같이, 미립구의 내부는 극대화된 다공성 구조를 갖는 반면 그의 표면에는 박막이 덮여 있어 외부로 노출된 기공의 개구부가 막혀 있는 미립구가 제조된 것을 확인하였다. 이때 미립구의 크기는 약 100 ㎛m, 기공의 크기는 1 내지 30 ㎛, 다공도는 95%이었다. 또한 미립구의 표면을 덮고 있는 박막을 확인하고자 ¹H-NMR, FT-IR, GPC 및 DSC 분석을 수행한 결과, 생분해성 고분자로 사용된 PLGA가 미립구의 표면을 덮고 있는 것을 확인하였다.

실시예 2:

용매로 메틸렌클로라이드 대신 아세톤을 사용하고, 1차 유중수형 에멀젼을 형성시킬 때 생리활성물질로 덱사메타손 10 ㎎을 추가하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 덱사메타손이 봉입된 덮인 다공성 생분해성 PLGA 미립구를 제조하였다.

이렇게 제조된 덮인 다공성 생분해성 PLGA 미립구의 형태와 기공 크기 및 분포는 실시예 1과 유사한 결과를 나타내었다.

실시예 3:

락트산과 글리콜산이 75:25의 중량비로 함유된 락트산-글리콜산 공중합체(PLGA, IV: 0.16-0.24 dl/g) 500 ㎎을 클로로폼 12 ㎖에 용해시키고 40% 우레아 하이드로겐 퍼옥사이드 수용액 6 ㎖을 첨가한 다음 전환 성장인자(transforming growth factor, TGF) 10 ㎍을 첨가하여 1차 유중수형 에멀젼을 형성하고, 카탈라아제 대신 과망간산칼륨을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 덮인 다공성 생분해성 PLGA 미립구를 제조하였다.

실시예 4:

락트산과 글리콜산이 85:15의 중량비로 함유된 락트산-글리콜산 공중합체(PLGA, IV: 1.3-1.7 dl/g) 500 ㎎을 메틸렌클로라이드 8 ㎖에 용해시키고 50% 소듐 퍼카보네이트 수용액 5 ㎖을 추가한 다음 골 형태발생 단백질(bone morphogenic protein, BMP) 10 ng을 첨가하여 1차 유중수형 에멀젼을 형성하고, 카탈라아제 대신 이산화망간을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 덮인 다공성 생분해성 PLGA 미립구를 제조하였다.

실시예 5:

폴리락트산(Poly lactic acid, PLA, IV: 0.16-0.24 dl/g) 500 ㎎을 메틸렌클로라이드 10 ㎖에 용해시키고 50% 고체 과산화수소 수용액 5 ㎖을 추가한 다음 섬유아세포 성장인자(fibroblast growth factor, FGF) 10 ug을 첨가하여 1차 유중수형 에멀젼을 형성하고, 카탈라아제 대신 산화구리를 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 덮인 다공성 생분해성 PLA 미립구를 제조하였다.

이렇게 제조된 덮인 다공성 생분해성 PLA 미립구의 크기는 약 300 ㎛m, 기공의 크기는 5 내지 40 ㎛, 다공도는 90%이었다. 또한 미립구의 표면을 덮고 있는 박막을 확인하고자 ¹H-NMR, FT-IR, GPC 및 DSC 분석을 수행한 결과, 생분해성 고분자로 사용된 PLA가 미립구의 외부 표면을 덮고 있는 것을 확인하였다.

실시예 6:

폴리-ε-카프로락톤(PCL, IV: 1.3-1.8 dl/g) 500 ㎎을 메틸렌클로라이드 10 ㎖에 용해시키고 30% 과산화수소 수용액 10 ㎖을 추가한 다음 표피 성장인자(epidermal growth factor, EGF) 10 ㎍을 첨가하여 1차 유중수형 에멀젼을 형성 하고, 카탈라아제 대신 탄소파우더를 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 덮인 다공성 생분해성 PCL 미립구를 제조하였다.

이렇게 제조된 덮인 다공성 생분해성 PCL 미립구의 크기는 약 150 ㎛, 기공의 크기는 3 내지 30 ㎛, 다공도는 80%이었다. 또한 미립구의 표면을 덮고 있는 박막을 확인하고자 ¹H-NMR, FT-IR, GPC 및 DSC 분석을 수행한 결과, 생분해성 고분자로 사용된 PCL이 미립구의 외부 표면을 덮고 있는 것을 확인하였다.

실시예 7:

락트산과 ε-카프로락톤이 70:30의 중량비로 함유된 락트산-ε-카프로락톤 공중합체(PLCL, IV: 1.3-1.8 dl/g) 500 ㎎을 메틸렌클로라이드 10 ㎖에 용해시키고 50% 과산화수소 수용액 5 ㎖을 추가한 다음 혈관내피 성장인자(vascular endothelial growth factor, VEGF) 10 ㎍을 첨가하여 1차 유중수형 에멀젼을 형성하고, 카탈라아제 대신 자외선을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 덮인 다공성 생분해성 PLCL 미립구를 제조하였다.

이렇게 제조된 덮인 다공성 생분해성 PLCL 미립구의 크기는 약 50 ㎛m, 기공의 크기는 1 내지 30 ㎛, 다공도는 98%이었다. 또한 미립구의 표면을 덮고 있는 박막을 확인하고자 ¹H-NMR, FT-IR, GPC 및 DSC 분석을 수행한 결과, 생분해성 고분자로 사용된 PLCL이 미립구의 외부 표면을 덮고 있는 것을 확인하였다.

비교예 1:

락트산과 글리콜산이 50:50의 중량비로 함유된 락트산-글리콜산 공중합체(PLGA, IV: 0.16-0.24 dl/g) 500 ㎎을 메틸렌클로라이드 6 ㎖에 용해시키고 10% 암모늄 바이카보네이트 수용액 5 ㎖과 덱사메타손 10 ㎎을 추가하여 1차 유중수형 에멀젼을 형성시키는 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법을 수행하여 덱사메타손이 봉입된 다공성 생분해성 PLGA 미립구를 제조하였다.

이렇게 제조된 다공성 생분해성 PLGA 미립구의 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 도 2에 나타난 바와 같이, 미립구의 표면이 박막으로 덮여 있지 않고 기공들이 완전히 열린(open) 구조로 노출되어 있음을 확인하였다.

비교예 2:

락트산과 글리콜산이 50:50의 중량비로 함유된 락트산-글리콜산 공중합체(PLGA, IV: 0.16-0.24 dl/g) 500 ㎎을 메틸렌클로라이드 6 ㎖에 용해시키고 덱사메타손 10 ㎎을 추가하여 1차 유중수형 에멀젼을 형성시키는 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법을 사용하여 덱사메타손이 봉입된 비다공성 생분해성 PLGA 미립구를 제조하였다.

이렇게 제조된 비다공성 생분해성 PLGA 미립구의 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 도 3에 나타난 바와 같이, 미립구의 내부 및 표면에 기공이 전혀 존재하지 않는 비다공성 구조임을 확인하였다.

실험예 1:

상기 실시예 2와 비교예 1 및 2에서 제조된 각각의 미립구 10 ㎎을 인산염 완충용액(phosphate-buffered saline, PBS, pH 7.4)에 넣고 30일간 일정량의 PBS 용액을 채취하여 미립구로부터 방출된 덱사메타손의 양을 분석하였다. 미립구로부터 PBS 용액으로 방출된 덱사메타손의 양은 UV 분광광도계(spectrophotometer)를 이용하여 242 ㎚에서 측정하였다.

도 4는 실시예 2와 비교예 1 및 2에서 제조된 미립구에서 방출되는 덱사메타손의 약물 방출 거동을 나타낸 것으로, 본 발명의 방법에 따라 제조된 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구의 방출곡선이 비다공성 및 완전 다공성 미립구의 방출곡선의 중간에 위치하여 투여 초기에는 약물 방출이 효과적으로 제어되다가 일정 시간 경과 후부터 지속적으로 약물을 방출함을 확인하였다. 상기 결과로부터 본 발명의 덮인 다공생 생분해성 고분자 미립구가 보다 효율적인 서방형 약물전달체로 사용될 수 있음을 알 수 있다.

도 1a 및 1b는 각각 본 발명의 방법에 따라 제조된 생리활성물질을 함유한 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구의 표면과 단면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이고,

도 2는 종래 기술의 방법에 따라 제조된 생리활성물질을 함유하는 다공성 생분해성 고분자 미립구의 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이고,

도 3은 종래 기술의 방법에 따라 제조된 생리활성물질을 함유하는 비다공성 생분해성 고분자 미립구의 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이고,

도 4는 본 발명의 방법에 따라 제조된 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구로부터 덱사메타손의 약물방출 거동을 나타내는 그래프이다.

Claims

3) 에멀젼 안정화제 용액에 상기 유중수형 에멀젼을 유탁시켜 수중유형(oil in water, O/W) 에멀젼을 제조하는 단계;

4) 상기 수중유형 에멀젼에 과산화수소 분해 촉매를 첨가하여 과산화수소를 분해하면서 유기용매를 증발시키는 단계를 포함하는, 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구의 제조방법.

제1항에 있어서,

단계 1)에서 생분해성 고분자가 폴리글리콜산(PGA), 폴리락트산(PLA), 락트산-글리콜산 공중합체(PLGA), 폴리-ε-카프로락톤(PCL), 폴리아미노산, 폴리안하이드라이드, 폴리오르쏘에스테르, 이들의 유도체 및 공중합체로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 제조방법.

제1항에 있어서,

단계 1)에서 생분해성 고분자가 5,000 내지 2,000,000 g/mol의 중량평균 분 자량을 갖는 것을 특징으로 하는 제조방법.

제1항에 있어서,

단계 1)에서 유기용매가 메틸렌클로라이드, 클로로포름, 사염화탄소, 아세톤, 다이옥산, 테트라하이드로퓨란 및 헥사플루오로아이소프로판올로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 제조방법.

제1항에 있어서,

단계 1)에서 생분해성 고분자가 유기용매에 대해 5 내지 15 중량%로 첨가되고 생리활성물질이 상기 생분해성 고분자에 대하여 0.1 내지 50 중량%로 첨가되는 것을 특징으로 하는 제조방법.

제1항에 있어서,

단계 1)에서 생리활성물질이 성장인자, 성장 호르몬, 펩타이드 의약품, 단백질 의약품, 소염진통제, 항암제, 항바이러스제, 성호르몬, 항생제, 항균제 및 화합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 제조방법.

제6항에 있어서,

상기 생리활성물질이 전환 성장인자(transforming growth factor, TGF), 섬유아세포 성장인자(fibroblast growth factor, FGF), 골 형태발생 단백질(bone morphogenic protein, BMP), 혈관내피 성장인자(vascular endothelial growth factor, VEGF), 표피 성장인자(epidermal growth factor, EGF), 인슐린-유사 성장인자(insulin-like growth factor, IGF), 혈소판-유래 성장인자(platelet-derived growth factor, PDGF), 신경 성장인자(nerve growth factor, NGF), 간세포 성장인자(hepatocyte growth factor, HGF), 태반 성장인자(placental growth factor, PIGF), 과립구 콜로니 자극인자(granulocyte colony stimulating factor, G-CSF), 헤파린(heparin), 동물 성장 호르몬, 인간 성장 호르몬(hGH), 적혈구 증강제(EPO), 인터페론(INF), 난포 자극 호르몬(FSH), 황체 호르몬(LH), 고세릴린 아세테이트, 루프로레인 아세테이트, 데카펩틸의 황체 호르몬 방출 호르몬 작동약(LH-RH agonist), 덱사메타손(dexamethasone), 인도메타신, 이부프로펜, 케토프로펜, 피록시캄, 플루비프로펜, 디클로페낙, 파클리탁셀, 독소루비신, 카보플레탄, 캄토테신, 5-플루오로우라실, 시프르레틴, 사이토신 아라비노스, 메토트렉세이트, 아시클로버, 루바빈, 테스토스테론, 에스트로젠, 프로게스테론, 에스트라다이올, 테트라사이클린, 미노사이클린, 독시사이클린, 오플록사신, 레보프록사신, 시프로프록사신, 클라리스로마이신, 에리쓰로마이신, 세파클러, 세포탁심, 이미페넴, 페니실린, 겐타마이신, 스트렌토마이신, 반코마이신, 케토코나졸, 이트라코나졸, 플루코나졸, 암포테리신-B, 그리세오풀빈, β-인산글리세롤(β-glycerophosphate), 아스코베이트(ascobate), 하이드로코르티손(hydrocortisone) 및 5-아자사이티딘(5-azacytidine)으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 제조방법.

제1항에 있어서,

단계 2)에서 과산화수소-함유 화합물이 고분자 용액에 대해 1 내지 100 부피%로 첨가되는 것을 특징으로 하는 제조방법.

제1항에 있어서,

단계 2)에서 과산화수소-함유 화합물이 순수한 과산화수소를 1 내지 50 부피% 범위로 포함하고 있는 용액 또는 고체물질인 것을 특징으로 하는 제조방법.

제9항에 있어서,

상기 과산화수소-함유 화합물이 과산화소수 수용액, 우레아 하이드로겐 퍼옥사이드(urea hydrogen peroxide 또는 carbamide peroxide), 소듐 퍼카보네이트(sodium percarbonate 또는 sodium carbonate hydrogen peroxide), 과산화수소를 저온에서 동결한 고체 과산화수소(solid hydrogen peroxide), 유·무기에 과산화수소가 결합되어 있는 비등성 화합물 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 제조방법.

제1항에 있어서,

단계 2)에서 유중수형 에멀젼이 생리활성물질 함유 고분자 용액에 과산화수소-함유 화합물을 첨가하고 10 내지 100 rpm으로 1초 내지 10분간 교반을 수행하여 제조되는 것을 특징으로 하는 제조방법.

제1항에 있어서,

단계 3)에서 수중유형 에멀젼이 에멀젼 안정화제를 녹인 용액을 10 내지 80℃의 온도에서 50 내지 10,000 rpm의 속도로 교반하면서 단계 2)의 유중수형 에멀젼을 서서히 유탁시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 제조방법.

제1항에 있어서,

단계 3)에서 에멀젼 안정화제가 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜, 폴록사머, 하이드록시프로필셀룰로오즈 및 하이드록시프로필메틸셀룰로오즈로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 제조방법.

제1항에 있어서,

단계 3)에서 에멀젼 안정화제가 유중수형 에멀젼에 대해 0.1 내지 20 중량%로 첨가되는 것을 특징으로 하는 제조방법.

제1항에 있어서,

단계 4)에서 과산화수소 분해 촉매가 효소 촉매, 무기 촉매 또는 물리적인 촉매인 것을 특징으로 하는 제조방법.

제15항에 있어서,

상기 효소 촉매가 카탈라아제(catalase)인 것을 특징으로 하는 제조방법.

제15항에 있어서,

상기 무기 촉매가 과망간산칼륨, 이산화망간, 요오드화칼륨, 중크롬산칼륨, 탄산나트륨, 산화구리 및 탄소 파우더로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 제조방법.

제15항에 있어서,

상기 물리적인 촉매가 전기, 열 또는 자외선인 것을 특징으로 하는 제조방법.

제1항에 있어서,

단계 4)에서 과산화수소 분해 촉매가 수중유형 에멀젼에 대해 0.01 내지 10 부피%로 첨가되는 것을 특징으로 하는 제조방법.

제1항 내지 제19항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 서방형 약물전달 및 조직재생용 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구.

제20항에 있어서,

상기 미립구의 크기가 1 내지 500 ㎛이고 0.1 내지 50 ㎛ 크기의 기공을 가 지며 다공도가 5 내지 98% 범위이고, 기공들이 미립구 내에서 상호 연결된(interconnected) 열린(open) 구조를 가짐과 동시에 표면에 노출된 기공의 개구부가 생분해성 고분자 박막으로 덮여져 막힌 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 덮인 다공성 생분해성 고분자 미립구.