KR20120005989A - 나노섬유시트 기재의 경구용 약물의 제어 전달을 위한 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나노섬유시트 기재의 경구용 약물의 제어 전달을 위한 시스템에 관한 것으로, 나노섬유시트가 약물 확산 벽으로 작용하여 불균일한 장 내부의 환경에 관계없이 약물의 전달을 제어할 수 있고 약물과 나노섬유시트를 물리적 방법을 통해 조립하여 약물의 안정성을 보장할 수 있으며 대량 생산이 용이한 경구용 약물의 제어 전달체 및 이의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Description

나노섬유시트 기재의 경구용 약물의 제어 전달을 위한 시스템{Nanofibrous sheet-based systems for controlled delivery of oral drugs}

본 발명은 나노섬유시트를 사용하여 물리적 방법을 통해 조립된 나노섬유시트 기재의 경구용 약물의 제어 전달을 위한 전달체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

경구용 약물 전달 시스템은 주사 기재의 투여에 수반될 수 있는 통증 또는 감염의 가능성은 훨씬 덜하면서 용이하게 투여할 수 있기 때문에 널리 사용되어 왔다(A. Fasano, Journal of pharmaceutical sciences, 87 (2000) 1351-1356; S.V. Sastry et al., Pharmaceutical science & technology today, 3 (2000) 138-145). 이에 따라, 다양한 타입의 상업화된 약물 전달 제품들 중에서, 반 이상이 경구 투여 경로를 위해 설계되어 있다(A.A. Deshpande et al, Drug Development and Industrial Pharmacy, 22 (1996) 531-539).

대부분의 경구 약물 전달 시스템은 시간에 따라 약물 방출을 지속시키거나 지연시키도록 개발되어 약물의 생물학적 이용 가능성을 높일 뿐만 아니라 부작용을 감소시킨다. 약물이 생체 적합성 고분자의 인케이싱 매트릭스를 통해 서서히 확산되는 압축된 정제(C. Yomota et al., Journal of the Pharmaceutical Society of Japan, 114 (1994) 257; N.K. Ebube et al., Pharmaceutical Development and Technology, 2 (1997) 161-170), 마이크로입자(Q. Ain et al., International journal of pharmaceutics, 239 (2002) 37-46), 나노입자(G. Mittal et al., Journal of Controlled Release, 119 (2007) 77-85) 등과 같은 수많은 종류의 약물 전달 시스템이 연구되어 왔다. 이러한 방식으로, 투여 주기가 감소될 수 있고, 또한 환자의 복약순응도를 높일 수 있으며 이로 인한 환자의 복약 중단을 줄일 수 있다(M. Kumar, J. Pharm. Pharm. Sci., 3 (2000) 234-258).

그러나, 이러한 시스템들에서는, 약물의 방출 패턴이 단지 확산에 의해서만 제어되기 때문에 약물 방출 상의 복잡한 제어에 한계가 있다. 즉, 약물이 대부분의 경우 후기 단계에 비해 초기 단계에 더 빨리 방출됨에 따라, 선형의 일정한 방출 속도를 필요로 하는 약물인 항염증제, 항협심증제 또는 항고혈압제와 같은 경우에는 제어 전달이 어렵다(C. Berkland et al., Journal of Controlled Release, 82 (2002) 137-147). 이를 극복하기 위하여, 잘 제어된 실험 환경 하에서 초기 단계에 약물 방출을 억제하는 데 주로 초점을 맞춘 추가의 코팅 물질 사용 (Y. Qiu et al., Journal of Controlled Release, 51 (1998) 123-130), 선택적인 용해도를 가지는 고분자의 사용, 약물-고분자 복합체 형성 (M. M. Bari et al., Drug Development and Industrial Pharmacy, 32 (2006) 531-538) 등을 구체화한 수많은 접근법들이 제시되어 왔다. 하지만, 상기와 같이 획득한 방출 패턴들은 변화하는 pH(A. McDowell et al., Advanced drug delivery reviews, 59 (2007) 1121-1132; S. Kim et al., Journal of Controlled Release, 132 (2008) 222-229; D.F. Evans et al., Measurement of gastrointestinal pH profiles in normal ambulant human subjects, Gut, 29 (1988) 1035), 장 운동성 및 음식(J.F. Auiler et al., Current Medical Research and Opinion, 18 (2002) 311-316; N.B. Modi et al., Biopharmaceutics & drug disposition, 21 (2000) 23-31; B.S. Schug et al., British journal of clinical pharmacology, 53 (2002) 582-588)에 의해 야기된 위장(GI) 관의 동적인 조건 변화에 영향을 받기 쉽다.

선형 약물 방출이 널리 사용되고 있는 성공적인 기술 중에 하나는 삼투압-제어 방출 경구 전달 시스템(osmotic-controlled release oral delivery system, OROS)이다(R. Conley et al., Current Medical Research and Opinion, 22 (2006) 1879-1892; B. Ds, Drug safety, 25 (2002) 14). 약물전달을 수동적인 확산에 의지하지 않고, 반투과막을 통해 내부로 들어온 물이 삼투압을 형성하는 물질의 swelling을 유도하여 내부의 약물을 나노 또는 마이크로 크기의 구멍을 통해서 능동적으로 밀어낸다.

이렇게 하면, 체액(물)이 존재하는 한 OROS는 GI 관에서의 생리학적인 변화에 영향을 받지 않고 재현성을 가지고 일정한 방출 속도로 약물을 전달할 수 있다. 그러나, OROS는 좁은 구멍을 통한 단일방향 약물 전달에 의해 위의 한쪽 벽에만 약의 농도가 높아져서 위자극과 위궤양이 야기될 수 있고(P. Laidler et al., Pathology, research and practice, 180 (1985) 74), OROS 외피가 분해가 불가능한 경질로 되어있기 때문에 GI 폐색 및 배설 불편이 있다는 몇 가지 문제점을 여전히 가진다. 또한, 각각의 OROS정제에 대해 레이저 천공을 개별적으로 진행하여 제조해야만 하기 때문에 OROS의 제작 비용이 다소 높다(G. Santus et al., Journal of Controlled Release, 35 (1995) 1-21).

이에 본 발명자는 상기와 같은 점을 감안하여 연구하던 중 약물을 나노섬유시트 위에 두고 상기 약물과 나노섬유시트 위에 또 다른 나노섬유시트를 올린 다음 둘러싸는 주변을 물리적 방법으로 조립함으로써 나노섬유시트로 캡핑(capping)된 약물 전달체를 제조하고 상기 약물 전달체의 약물 방출 형상을 조사함으로써 경구용 약물의 제어 전달이 가능함을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 다공성의 나노섬유시트를 사용하여 물리적 방법을 통해 조립하여 불균일한 장 내부의 환경에 관계없이 약물의 전달을 제어할 수 있고 약물의 안정성이 보장되며 대량 생산이 용이한 경구용 약물의 제어 전달체를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 약물을 나노섬유시트 위에 두고 상기 약물과 나노섬유시트 위에 또 다른 나노섬유시트를 올린 다음 약물 정제의 주변만을 물리적 방법으로 조립함으로써 나노섬유시트로 캡핑(capping)된 경구용 약물의 제어 전달체를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

하나의 양태로서, 본 발명은 하부 나노섬유시트, 하부 나노섬유시트 상에 놓인 약물, 상기 하부 나노섬유시트와 약물을 덮는 상부 나노섬유시트를 포함하며 상기 하부 나노섬유시트와 상부 나노섬유시트의 가장자리가 조립된 경구용 약물의 제어 전달체를 제공한다.

상기 상부 나노섬유시트와 하부 나노섬유시트의 조립은 물리적 방법으로 수행되는 것이 바람직하다.

본 발명의 경구용 약물의 제어 전달체는 약물을 나노섬유시트 내에 물리적인 방법으로 캡핑함으로써 약물에 대한 안정성을 최대한 살리면서, 동시에 사용하는 나노섬유시트의 두께 또는 공극도 등과 같은 물리적인 인자나 나노섬유시트를 구성하는 고분자의 종류를 제어함으로써 다양한 약물 전달의 형상을 가질 수 있다. 즉, 본 발명의 경구용 약물의 제어 전달체는 약물의 안정성을 보장하는 동시에 약물 방출 시작 시간(약물 방출의 lag time)을 조절함으로써 다양한 약물 전달 형상을 가질 수 있다.

따라서, 상기 방법을 통해 장용 전달이 필요시되거나 선호되는 약물에 대해서는 위장을 통과한 후 약물이 전달되도록 lag time을 조절 할 수 있다.

다른 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 경구용 약물의 제어 전달체를 2종 이상 포함하는 키트를 제공한다.

본 발명의 경구용 약물 제어 전달체가 다양한 약물 전달 형상을 가지기 때문에 이들 경구용 약물 제어 전달체를 2종 이상 조합하게 되면 또 다른 다양한 약물 전달 형상을 가지는 경구용 약물 제어 전달 시스템 즉, 경구용 약물 제어 전달을 위한 키트를 제공할 수 있다.

본 발명에서, 상기 키트는 선형의 약물 방출 패턴은 물론 이외의 다양한 방출 패턴을 나타내도록 조합될 수 있다.

구체적인 예로, 본 발명의 키트는 나노섬유시트 없이 또는 얇은 나노섬유시트를 사용하여 초기 단계에 약물 방출이 뚜렷한 경구용 약물의 제어 전달체와, 두꺼운 나노섬유시트를 사용하여 일정한 지연 시간 이후에 약물 방출이 뚜렷해지는 경구용 약물의 제어 전달체의 2 종을 포함함으로써, 이들 2종 전달체가 체내에서 상호 보완적인 방출 형상을 나타내어 결과적으로 선형의 약물 방출 형상을 나타낼 수 있다.

다른 하나의 양태로서, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 경구용 약물의 제어 전달체를 제조하는 방법을 제공한다.

1) 약물을 나노섬유시트 위에 놓는 단계;

2) 상기 약물과 나노섬유시트 위에 또 다른 나노섬유시트를 올리는 단계; 및

3) 상기 두 개의 나노섬유시트의 가장자리를 조립하는 단계.

바람직한 양태로서, 본 발명의 경구용 약물의 제어 전달체의 제조 방법은 상기 1 단계 이전에 1-1) 약물에 부형제를 혼합하여 제형화하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

상기 단계 1)은, 약물을 나노섬유시트 위에 놓는 단계로서, 약물을 캡핑하기 위한 나노섬유시트 상에 올려놓는 단계이다.

본 발명에서, 상기 약물은 니페디핀(Nifedipine), 트레프로스티닐 디에탄올아민(Treprostinil diethanolamine), 레르카니디핀(Lercanidipine), 독사조신 메실레이트(Doxazosin mesylate), 메틸페니데이트 HCl(Methylphenidate HCl), 옥시부티닌 클로라이드(Oxybutynin chloride), 에날라프릴 딜티아젬(Enalapril Diltiazem), 딜티아젬 HCl(Diltiazem HCl), 베라파밀 HCl(Verapamil HCl), 이스라디핀(Isradipine), 프라조신(Prazosin), 토피라메이트(Topiramate), 메트포르민 HCl(Metformin HCl), 피오글리타존 HCl(Pioglitazone HCl), 로바스타틴(Lovastatin), 글리피자이드(Glipizide), 시클로벤자프린(Cyclobenzaprine), 옥시코돈(Oxycodone), 히드로모르폰(Hydromorphone), 팔리페리돈(Paliperidone), 벤라팍신 HCl(Venlafaxine HCl), 카바마제핀(Carbamazepine), 인도메타신(Indomethacin), 테오필린(Theophylline), 슈도에페드린 HCl(Pseudoephedirne HCl), 펙소펜아딘 HCl(Fexofenadine HCl), 로라타딘(Loratadine), 아스테미졸(Astemizole), 브롬페니라민(Brompheniramine), 클로르페니라민(Chlorpheniramine), 알부테롤(Albuterol), 비타민 C(Vitamine C), 페닐프로파놀아민(Phenylpropanolamine), 라니타딘 HCl(Ranitidine HCl), 메토트롤롤(Metotrolol) 또는 살부타몰(Salbutamol) 일 수 있으며, 이에 제한되지는 않는다.

본 발명에서, 상기 상하부 나노섬유시트는 각각 하나의 나노섬유시트를 단일층으로 사용하거나 또는 둘 이상의 나노섬유시트를 다중층으로 겹쳐서 사용할 수 있다.

본 발명에서, 상기 나노섬유시트는 전기방사 방식으로 제작된 것일 수 있다.

본 발명에서, 상기 나노섬유시트는 생분해되지 않는 고분자 또는, 위장관(GI tract)에서의 거주시간보다 훨씬 긴 생분해 기간을 가지는 생체 적합성 고분자로 제조된 것이다. 바람직하기로 상기 나노섬유시트는 체액 조건에서 1주 이상의 생분해 기간을 가지는 생체 적합성 고분자로 제조된다.

본 발명에서, 상기 생체 적합성 고분자로는 폴리락타이드 (Polylactide, PLA), 폴리글라이콜라이드 (Polyglycolide, PGA) 또는 이들의 공중합체인 폴리(락틴-코-글리콜산)(Poly(lactic-co-glycolic acid, PLGA) 등의 폴리에스테르 (Polyester), 폴리오르토에스테르 (Polyorthoester), 폴리안하이드라이드 (Polyanhydride), 폴리아미노산(Polyamino acid), 폴리하이드록시부티르산 (Polyhydroxybutyric acid), 폴리카프로락톤 (Polycaprolactone), 폴리알킬카보네이트 (Polyalkylcarbonate), 에틸 셀룰로즈(Ethyl cellulose), 키토산(chitosan), 전분(starch), 구아검(guargum), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(collagen) 등이 있으며 이에 제한되지는 않는다.

상기 단계 2)는, 상기 약물과 나노섬유시트 위에 또 다른 나노섬유시트를 올리는 단계로서, 약물을 캡핑하기 위해 또 다른 나노섬유시트로 덮는 단계이다.

상기 단계 2)에서 상부에 배치되는 나노섬유시트는, 상기 단계 1)에서 하부에 배치된 나노섬유시트와 동일한 재질인 것이 바람직하다.

상기 단계 3)은, 상기 두 개의 나노섬유시트의 가장자리를 조립하는 단계로서, 약물을 캡핑하기 위해 상부 및 하부에 배치된 나노섬유시트의 가장자리를 조립하는 단계이다.

상기 상부 나노섬유시트와 하부 나노섬유시트의 조립은 물리적 방법으로 수행되는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 물리적 방법은 열적 가압법 또는 용매를 매개로 한 가압법일 수 있으며 이에 제한되지는 않는다. 상기 용매를 매개로 한 가압법에서 사용할 수 있는 용매로는 물 또는 메틸렌 클로라이드, 아세톤, 에탄올, 메탄올, 클로로포름, 아세토니트릴 등의 유기용매를 포함하며 이에 제한되지 않는다.

이하, 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.

경구 약물 전달 시스템은 약물의 생물학적 이용 가능성을 향상시키고 부작용을 감소시키기 위하여 널리 연구되어 왔다. 이들 중에서, 선형 약물 전달은 일정한 약물 방출 속도를 가지고, 투여 일정이 줄어든다 할지라도 약물의 농도가 고도로 제어된 방식으로 유지될 수 있기 때문에 매우 중요하다. 이러한 이유 때문에, 많은 경구 약물을 위한 선형 전달 시스템들이 개발되었으나, 이들의 방출 프로파일은 위장관의 pH 변화 및 장 운동성으로 인해 높은 재현성을 가지고 제어되기 어려웠다.

이러한 점에서, OROS는 재현성 있는 선형의 약물 방출을 성공적으로 달성한다. 물의 삼투압은 작은 전달 구멍 밖으로 약물을 능동적으로 밀어내고 이에 따라 위장관의 조건에 상관없이 선형의 약물 방출이 일어난다. 그러나, 이러한 장점에도 불구하고, OROS는 환자의 복약순응도의 견지에서 여전히 한계가 있었다. OROS의 경질의 캡슐은 위장관 폐색과 배설의 불편함을 야기시킬 수 있다. 또한 약물이 OROS 캡슐 상의 작은 구멍을 통해 특별히 위벽을 향해 방출될 수 있어 위자극 또는 위궤양을 일으킬 가능성이 있다. 더 나아가, 전달 구멍이 각각의 OROS 캡슐에 대해 레이저 천공되어야 하기 때문에 제작 공정이 복잡하다.

그러므로, 이러한 문제점에 초점을 맞추어 새로운 형태의 경구용 약물의 전달 시스템을 개발하는 노력의 일환으로서, 본 발명은 pH 독립적인 선형의 약물 방출, 모든 방향으로의 약물 방출, 연질의 담체, 및 단순한 제작 방법이 가능한 나노섬유시트 기재의 시스템을 제공한다.

이를 위해 바람직한 양태로서 본 발명의 경구용 약물의 제어 전달체는 도 1과 같은 구조를 가진다. 도 1을 보면, 본 발명의 경구용 약물의 제어 전달체는 하부 나노섬유시트(1), 하부 나노섬유시트(1) 상에 놓인 약물(2), 상기 하부 나노섬유시트(1)와 약물(2)을 덮는 상부 나노섬유시트(3)로 구성되며 상기 하부 나노섬유시트(1)와 상부 나노섬유시트(3)의 가장자리가 물리적 방법으로 조립되어 접합 부위(4)를 이룬다.

상기와 같은 물리적 방법을 통한 조립으로 하부 나노섬유시트(1)와 상부 나노섬유시트(3) 사이에 약물이 캡핑되게 되며, 약물은 도 1의 화살표와 같이 전달체 주변의 모든 방향으로 확산되게 된다.

약물은 질환, 기타 병적 상태의 진단, 치료, 예방이나 고통의 경감, 또는 개선을 목적으로 사람 또는 동물에 투여되는 화합물을 총칭한다.

본 발명에서, 약물의 제어 전달체에 적용 가능한 약물은 고형의 제형을 가진 경구용 약물이라면 어느 것이나 적합하다. 본 발명에 적용할 수 있는 '약물'로는 생리활성 펩타이드 및 단백질, 항암제, 항생제, 진통제, 항염증제, 진정제, 항궤양제, 항우울증제, 항알레르기제, 당뇨병 치료제, 과지질혈증 치료제, 항결핵제, 호르몬, 마취제, 골대사 제제, 면역 억제제, 혈관형성 억제제, 피임제, 비타민제 등을 포함하며 이에 한정되지 않는다. 구체적인 예로는, 니페디핀(Nifedipine), 트레프로스티닐 디에탄올아민(Treprostinil diethanolamine), 레르카니디핀(Lercanidipine), 독사조신 메실레이트(Doxazosin mesylate), 메틸페니데이트 HCl(Methylphenidate HCl), 옥시부티닌 클로라이드(Oxybutynin chloride), 에날라프릴 딜티아젬(Enalapril Diltiazem), 딜티아젬 HCl(Diltiazem HCl), 베라파밀 HCl(Verapamil HCl), 이스라디핀(Isradipine), 프라조신(Prazosin), 토피라메이트(Topiramate), 메트포르민 HCl(Metformin HCl), 피오글리타존 HCl(Pioglitazone HCl), 로바스타틴(Lovastatin), 글리피자이드(Glipizide), 시클로벤자프린(Cyclobenzaprine), 옥시코돈(Oxycodone), 히드로모르폰(Hydromorphone), 팔리페리돈(Paliperidone), 벤라팍신 HCl(Venlafaxine HCl), 카바마제핀(Carbamazepine), 인도메타신(Indomethacin), 테오필린(Theophylline), 슈도에페드린 HCl(Pseudoephedirne HCl), 펙소펜아딘 HCl(Fexofenadine HCl), 로라타딘(Loratadine), 아스테미졸(Astemizole), 브롬페니라민(Brompheniramine), 클로르페니라민(Chlorpheniramine), 알부테롤(Albuterol), 비타민 C(Vitamine C), 페닐프로파놀아민(Phenylpropanolamine), 라니타딘 HCl(Ranitidine HCl), 메토트롤롤(Metotrolol) 또는 살부타몰(Salbutamol) 등이 있다.

본 발명에서, 상기 약물은 필요한 경우 상기 약물 이외에 추가로 1종 이상의 부형제를 혼합하여 정제(tablet)로 제조한 다음 사용할 수 있다. 부형제로는 용해도 증강제, 담체, 항산화제 및 결합제가 있으며 이에 제한되지는 않는다.

구체적으로 본 발명에서는 소수성의 약물을 위하여 별도의 용해도 증강제를 혼합하여 정제화한 다음 사용하였는데, 이는 소수성인 약물이 체내에서 바람직한 약물 방출 프로파일을 나타내게 하기 위함이었다. 한편, 친수성의 약물의 경우에는 별도의 용해도 증강제를 혼합할 필요는 없고, 결합제를 혼합하여 적용하였는데, 이는 약물 파우더의 결합력을 증강시켜 약물정의 구성을 용이하게 하기 위함이었다.

본 발명의 실시예에서, 니페디핀(Nifedipine)과 베라파밀(Verapamil)은 경구 투여 후 선형의 방출 프로파일이 바람직하기 때문에 약물 모델로서 사용되었다.

나노섬유는 부피 대비 매우 큰 표면적, 다양화가 가능한 표면 기능성 및 우수한 기계적 성능으로 인해 여과 용도, 조직 공학(tissue engineering), 화장료로부터 약물 전달까지 많은 분야에서 유용하게 사용되어 왔다. 본 발명에서는 이들 나노섬유의 시트 두께 및 다공도 제어를 통해 확산의 지연을 성공적으로 이루어지게 할 수 있었으며 이를 통해 약물 전달 시스템에 더욱 더 적합하게 적용할 수 있었다.

본 발명에서 마이크로 크기의 기공이 존재하는 나노섬유시트는 니페디핀이나 베라파밀과 같은 약물의 압축된 정제를 캡핑함으로써 확산 속도 제한 장벽으로 사용된다. 시트의 두께를 변화시킴으로써 약물 방출의 다양한 지연 상태를 얻을 수 있다. 예를 들어, 시트 없이 또는 얇은 시트를 사용한 경우, 약물 방출은 초기 단계에 뚜렷하나 이후 단계에서는 극소량이었다. 다른 한편으로, 두꺼운 시트를 사용한 경우, 약물 방출은 초기 단계에는 매우 억제되나 일정한 지연 시간 이후에는 뚜렷해졌다. 지연시간을 조절하여 장용 약물전달 체계 구현이 가능하다. 따라서, 이러한 두 개의 다른 약물 전달체를 조합함으로써 선형의 약물 방출을 구현할 수 있다. 2개의 전달체는 1개의 캡슐로 packaging 하여 1개의 정 형태로 개발 할 수 있다.

또한, 본 발명에서 나노섬유시트는 용해도가 다른 두 개 이상의 약물 정제를 하나의 약물 전달체 안에 캡핑할 수 있다. 또한, 본 발명에서 약물 확산 장벽으로서 1개의 나노섬유시트를 단일층으로 사용하여 약물을 캡핑 할 수도 있고, 2개 이상의 나노섬유시트를 다중층으로 사용하여 약물을 캡핑할 수도 있다.

본 발명에서 나노섬유시트는 생분해되지 않거나, 위장관에서의 거주시간보다 훨씬 긴 생분해 기간을 가지고 있다. 단, GI tract에서는 존재하지 않는 염기조건에서 빠른 분해를 보이는 생체 적합성 고분자가 사용 가능하다. 생분해성 나노섬유시트는 체내에서 1주 이상의 생분해 기간을 가지는 생체 적합성 고분자로 제조된다.

본 발명에서 사용 가능한 생체 적합성 고분자의 구체적인 예로는 폴리락타이드 (Polylactide, PLA), 폴리글라이콜라이드 (Polyglycolide, PGA) 또는 이들의 공중합체인 폴리(락틴-코-글리콜산)(Poly(lactic-co-glycolic acid, PLGA) 등의 폴리에스테르 (Polyester), 폴리오르토에스테르 (Polyorthoester), 폴리안하이드라이드 (Polyanhydride), 폴리아미노산(Polyamino acid), 폴리하이드록시부티르산 (Polyhydroxybutyric acid), 폴리카프로락톤 (Polycaprolactone), 폴리알킬카보네이트 (Polyalkylcarbonate), 에틸 셀룰로즈(Ethyl cellulose), 키토산(chitosan), 전분(starch), 구아검(guargum), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(collagen) 등이 있으며 이에 제한되지는 않는다.

본 발명의 일실시예에서는 3주 이상의 긴 생분해 기간을 가지고 염기 조건에서만 더욱더 빠른 분해가 가능한 연질의 생체 적합성 고분자인 폴리(락틱-코-글리콜산)(PLGA)을 사용하여 나노섬유시트를 제조하였다.

상기와 같이 긴 생분해 기간을 가지고 염기 조건에서만 빠른 분해가 가능한 생체 적합성 고분자로 이루어진 나노섬유시트는 하루 미만의 기간 동안 위장관을 통과하며 그것의 본래의 구조적 모습(즉, 마이크로 기공)을 유지할 수 있고, 이에 따라 pH에 독립적인 약물 방출이 단지 나노섬유시트의 기공에 의해서만 제어되게 된다. 또한, 약물 방출이 완전히 이루어진 이후에는 물 흡수에 의해 연해진 시트만 남아 배출되어 OROS의 경질 외피와 대비하여 보다 더 바람직하다.

본 발명에서는 전기방사 방식으로 넓은 면적의 나노섬유시트를 제작하고 다수의 약물 정제들을 위아래로 덮은 다음 열 스탬핑(thermal stamping)을 통해 약물정의 주변부만을 동시에 밀봉하는 방식으로 약물 전달체를 제조한다. 이러한 단순한 공정은 대량 생산에 바람직하다.

제조된 약물 전달체의 제어 전달 특성을 평가하기 위하여 본 발명에서는 시험관내 약물 방출 테스트를 모의 위장관 조건 하에서 수행하였다.

본 발명에서 약물을 나노섬유시트 안으로 캡핑하는 방법으로는 열적 가압법 또는 용매를 매개로 한 가압법 등의 물리적 방법을 사용한다.

구체적으로, 도 2에서 보여지는 바와 같이, 다양한 두께의 나노섬유시트를 이용하여 캡핑(capping)된 CPT는 압축 정제 제조, 및 정렬용 스탬프와 접합 스탬프와 같은 작은 기구를 사용한 단순한 조립의 통상적인 방식을 포함하는 몇몇의 단계에 의해 제조된다. 이러한 기술은 쉽게 대량생산으로 규모를 늘릴 수 있고 넓은 종류에서의 다양한 약물에 사용할 수 있다. 도 3은 나노크기의 섬유와 확산 경로로서 작용하는 마이크로 크기의 기공을 보여준다. 나노섬유시트가 확산 조절 장벽으로서 사용된다는 것이 확인되었기 때문에(T. Okuda et al., Journal of Controlled Release, (2010)), 본 발명에서는 마이크로 크기의 기공을 통한 확산이 캡핑 시트의 두께에 의해 영향을 받는 다공도의 제어를 통해 조절되는지만을 확인하였다. 도 5에 나타난 그래프의 왼쪽으로의 이동은, 시트의 두께가 증가함에 따라 기공 크기가 감소하며, 시트의 두께가 얇아짐에 따라 확산이 쉬워진다는 것을 반영하는 것이다. 다만 이때 시트의 두께가 증가함에 따라 실제 기공 크기나 모양은 변화가 없으나, 다공도를 측정한 기구의 측정방식상 나노섬유시트의 두께 개념은 없고 다만 나노섬유시트의 두께가 증가할수록 더욱 큰 저항을 가지게 되므로 마치 기공 크기가 감소하는 것과 같은 결과가 나타나는 것이다.

많은 경구 약물 전달 기술이 위장관의 pH 변화에 의해 주로 영향을 받기 때문에, 본 발명에서는 pH 변화가 약물 방출 형상에 영향을 주지 않음을 확인하였다. 도 4는 pH 1.2 용액과 pH 6.8 용액에서 나노섬유시트의 나노섬유 구조와 다공도에 차이가 없다는 것을 보여준다. 도 6은 열 스탬핑(Heat Stamping)에 의해 영향 받지 않은 시트 부분은 섬유 구조를 유지하고 이러한 섬유 구조를 통해서 약물을 확산시킬 수 있으므로 OROS의 주된 단점으로 여겨지는 단일방향 확산과 달리, 다중방향 확산이 가능하게 됨을 보여준다. 반대로, 정제의 최외곽 부분은 열에 의해 용융되고 완전히 밀봉되어 기공들이 뚜렷하게 없어짐에 따라 확산이 일어나지 않게 됨을 보여준다. 이는 동일한 두께를 가지는 2 개의 다른 시트가 정제를 내부로 밀봉하기 위해 사용되고, 모든 활성 화합물이 확산될 때까지 약물이 새어 나오지 않게 정제를 포함하도록 최외곽 부분이 완전히 용융되었기 때문이다. 최외곽 부분이 완전히 밀봉되지 않고 약간의 구멍이라도 남아 있게 되면 이러한 구멍들을 통해 더 많은 약물이 확산되어서 제어 전달이 불가능하게 된다.

본 발명의 일 실시예에서는, 매우 소수성인 것으로 알려져 있는 니페디핀(도 7)이 약물 모델로서 선택되었으며, 본 발명의 다른 일 실시예에서는, 친수성인 것으로 알려져 있는 베라파밀이 약물 모델로서 선택되었다.

니페디핀은 소수성 약물이기 때문에 물이 압축된 니페디핀 자체 내부로 투과할 수 없으므로, 니페디핀의 표면만이 물과 접촉하고 용해된다. 따라서 용해도 증강제인 PVP를 니페디핀과 혼합할 필요가 있었다. 공지된 친수성의 PVP를 혼합함으로써 물은 PVP와 니페디핀이 균질하게 혼합되어 있는 압축된 정제 내부로 쉽게 들어갈 수 있으며, 이에 따라 니페디핀 내부가 많은 물과 접촉하여 니페디핀의 용해도가 급격히 증가한다(도 7).

확산 조절 장벽으로서 작용하는 것으로 알려진 것과 같이, 다양한 두께의 나노섬유시트는 다른 지연 시간을 가진다. 두께가 늘어감에 따라 약물전달은 더 지연되며, lag time이 더 길어지는 패턴을 보인다(도 8, 도 9, 도 10).

지연 시간 동안, 물이 기공 안에 들어가고, 약물은 나노섬유시트 내 압축된 정제로부터 방출되어 나노섬유시트 내 약물의 농도가 포화된다. 그 다음 지연 시간 이후에 나노섬유시트 내부의 포화된 약물이 확산에 의해 방출되게 된다. 지연 시간은 상기와 같이 나노섬유시트의 두께 외에도 다공도 변화와 같은 다른 물리적인 인자, 또는 구성 고분자의 종류 등에 따라 매우 다양하게 변화할 수 있다. 더 나아가 방출 형상이 다른 전달체를 2 개 이상 조합하여 또 다른 방출 형상을 가지는 경구용 약물 전달 시스템을 구축할 수 있다.

일례로 선형의 약물 방출을 위하여, 본 발명에서는 각각 다른 약물 방출의 지연 시간을 나타내는 2 개의 다른 정제, 즉 전달체를 조합하였다(도 9, 도 10). 이러한 2 개의 다른 정제의 조합 중에서, 결정 계수가 니페디핀의 경우 50CPT (50 μm 두께 시트) & 75CPT (75 μm 두께 시트) 의 조합에서 가장 높았고(R²= 0.9833)(표 1), 베라파밀의 경우 20CT-50CT (R²=0.978)와 50CT-80CT (R²=0.982)가 가장 높았다 (표 2). 또한 위장관의 조건을 따르기 위해, 2 시간 후에 pH 1.2 용액으로부터 pH 6.8 용액으로의 방출 매질 변경하여 실험을 실시하면서 방출 실험을 하였다. 그 결과 수학적 기대값과 거의 유사하여 높은 재현성을 가지는 선형전달형상을 확인할 수 있었다. 더 얇은 시트로 캡핑된 정제는 초기 단계에 대부분의 약물을 방출하고 더 두꺼운 시트로 캡핑된 정제는 더 긴 지연 시간 이후 후기 단계에 약물이 대부분 방출되었다. 그러므로, 각각 초기 및 후기 단계에 약물 방출을 보완해주는 이들 두 정제가 단일 시스템으로 결합되면, 니페디핀의 경우 24 시간 동안, 베라파밀의 경우 다양한 시간 동안(8, 10 시간) 거의 선형의 약물 방출을 보이게 되는 것이다(도 11, 도 12).

본 발명의 전달체는 pH에 대해 독립적인 약물 방출 프로파일을 나타내었다. 도 8에 나타난 바와 같이, 위 체류 기간으로 알려진 시간의 거의 2 배가 되는 4 시간 동안, pH 1.2 및 6.8에서의 약물 방출 패턴은 거의 차이가 없었다. 이는 도 4에서 관찰된 바와 같이, pH에 상관없이 약물 확산의 주요 경로인 나노섬유시트 상의 기공이 잘 유지되고 있는 것을 나타내주는, pH 1.2 및 6.8에서의 유사한 나노섬유시트의 형태 때문이라고 할 수 있다. 나노섬유시트를 구성하는 PLGA는 위장관 내 체액 조건에서 24 시간 동안 체류하면서 분해되지 않았다.

본 발명의 캡핑된 정제에서, 약물은 나노섬유시트의 손상되지 않은 부분을 통하여 모든 방향으로 방출된다(도 6c). 약물 정제 최외곽 부분에 형성된 열에 의해 접합된 부분은 나노섬유시트의 손상되지 않은 표면에 비해 매우 작다(도 6d). 약물 방출이 완료되면, 약물 정제는 용해되고 사라지며 단지 나노섬유시트만이 남게 된다. 시트는 분해되지 않더라도 수용성 매질 내에 잠겼을 때 부풀어서(도 4) 부드럽고 속이 비어 있는 캡슐만이 남겨져 배출되게 된다.

본 발명에서 약물 정제와 나노섬유시트는 개별적으로 제조된 다음 단순히 조립되어 캡핑된 정제로 제조되었다. 이러한 제조 방법은 대량 생산의 견지에서 이점을 가진다. 약물과 첨가제의 혼합 분말을 압축하여 정제화 할 수 있으며, 이러한 공정은 이미 당 업계에 널리 공지된 것이다. 본 발명에서는 상기와 같이 제작된 압축 정제를 링 형상의 정렬용 스탬프 및 접합 스탬프를 사용하여 나노섬유시트로 차례로 캡핑하였다. 정렬용 스탬프가 약물 정제를 고정된 위치에 두고, 접합 스탬프의 상부가 약물 정제의 최외곽 부분을 가열시켜 접합시킴으로써 약물의 열분해가 없었다. 큰 면적의 나노섬유시트와 다수의 링을 구비하는 스탬프가 제작된다면 다수의 약물 정제가 한 번에 캡핑되어 밀봉될 수 있게 된다. 전기 방사 방식을 통해 대규모 면적의 나노섬유시트 제작이 가능함은 공지되어 있다.

본 발명은 약물을 나노섬유시트 위에 두고 상기 약물과 나노섬유시트 위에 또 다른 나노섬유시트를 올린 다음 가장자리를 물리적 방법으로 조립함으로써 불균일한 장 내부의 환경에 관계없이 약물의 전달을 제어할 수 있고 약물의 안정성이 보장되며 대량 생산이 용이한 경구용 약물의 제어 전달체를 제공할 수 있으며 나노섬유시트의 물리적인 인자 또는 구성 고분자의 종류 등을 제어함으로써 다양한 약물 방출 형상을 가진 전달체를 제공하고 아울러 이러한 약물 방출 형상이 다른 2 개 이상의 전달체를 조합함으로써 또 다른 다양한 방출 패턴을 가진 전달 시스템을 얻을 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 경구용 약물 제어 전달체의 구조를 도식화한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 캡핑된 약물 정제의 제조 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 나노섬유시트의 SEM 이미지이다.
도 4는 pH 1.2(a-c) 및 6.8(d-f)의 매질에 실시예 1에서 제조한 나노섬유시트를 침지한 후 1 시간 후(a, e), 2 시간 후(b, f) 및 4 시간 후(c, g)의 형태학적인 변화를 보여주는 SEM 이미지이다.
도 5는 25 ㎛(a), 50 ㎛(b), 62 ㎛(c) 및 75 ㎛(d)의 다른 두께를 가지는 실시예 1에서 제조한 나노섬유시트의 기공 크기 분포를 나타낸 것이다.
도 6은 실시예 2에서 제조한 캡핑되지 않은 약물 정제(a)와 캡핑된 약물 정제(b)의 모습, 및 캡핑된 약물 정제의 용융되지 않은 부분(c), 용융된 부분(d) 그리고 경계 부분(e)에서의 나노섬유시트의 형태를 보여준다. a-b의 스케일 바는 8 mm, c-e의 스케일 바는 100 ㎛이다.
도 7은 pH 6.8에서 캡핑되지 않은 니페디핀 정제와, 캡핑되지 않은 니페디핀 및 PVP의 혼합 정제가 보여주는 시험관내 약물 방출 프로파일을 나타낸다.
도 8은 pH 1.2(a) 및 6.8(b)의 완충 용액에서의 NCPT와 모든 캡핑된 정제에 대한 4 시간 동안의 시험관내 약물 방출 프로파일을 나타낸다.
도 9는 pH 6.8에서의 NCPT와 모든 캡핑된 정제에 대한 24시간 동안의 시험관내 약물 방출 프로파일을 나타낸다.
도 10은 pH 6.8에서 제조한 캡핑되지 않은 베라파밀 정제 및 캡핑된 베라파밀 정제들의 시험관내 약물 방출 프로파일을 나타낸다.
도 11은 2 시간 동안 pH 1.2의 완충 용액에서 그리고 나머지 실험 기간 동안 pH 6.8에서의 니페디핀 정제의 50CPT 및 75CPT 조합의 시험관내 약물 방출 프로파일을 나타낸다.
도 12는 2 시간 동안 pH 1.2의 완충 용액에서 그리고 나머지 실험 기간 동안 pH 6.8에서의 베라파밀 정제의 20CT-20CT, 20CT-50CT, 50CT-80CT 조합의 시험관내 약물 방출 프로파일을 나타낸다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 나노섬유시트의 제조

폴리(락틱-코-글리콜산)(PLGA; 50:50; 고유점도=0.36 dl/g, Lakeshore Biomaterials, AL, USA)을 디클로로메탄(DCM)(JT Baker, NJ, USA), 디메틸포름아미드(DMF)(Daejung, Korea) 및 테트라히드로푸란(THF)(Daejung, Korea)의 혼합 용매(3:1:1, v/v/v)에 용해시켜 30% PLGA 용액(w/v)을 제조하였다. 그 다음 상기 용액을 하기 조건 하에서 전기방사(Nano NC, Korea) 하였다: 적용된 전압; 20 kV (니페디핀 정제) 또는 15 kV (베라파밀 정제), 컬렉터 거리; 10 cm, 유속; 0.6 ml/h). 니페디핀 정제를 위해 각각 60, 120, 140 및 180 분 동안, 베라파밀 정제를 위해 40, 155 및 275 분 동안 전기방사 나노섬유를 수집함으로써 다른 두께를 가진 시트를 제조하였다.

실시예 2: 본 발명의 캡핑된 경구용 약물의 제어 전달체의 제조

니페디핀 정제를 제조하기 위하여, 먼저 순수한 니페디핀(Sigma, MO, USA), 또는 니페디핀과 폴리비닐피롤리돈(PVP)(Fluka, MO, USA)의 혼합물(니페디핀:PVP = 1:5, w/w)을 28000 rpm (IKA A11 basic, Brazil)으로 분쇄하여 미세 분말로 제조하였다. 상기에서 얻은 16.5 mg의 니페디핀을 함유하는 상기 분말을 7.35 mm 두께의 테플론 플레이트에 형성되어 있는 내경에 채우고, 60 s 동안 321 kg/㎠로 압축하여 캡핑되지 않은(noncapped) 약물 정제를 제조하였다. 상기 캡핑되지 않은 니페디핀 정제(NCT) 및 캡핑되지 않은 니페디핀-PVP 정제(NCPT)를 위하여 사용된 내경의 직경은 각각 6 mm 및 8 mm이었다(도 2a).

한편, 베라파밀(Sigma, MO, USA)과 결합제 물질인 히드록시프로필 메틸셀룰로스(HPMC)(Sigma, MO, USA)의 혼합물(베라파밀:HPMC = 10:1, w/w)을 28000 rpm (IKA A11 basic, Brazil)으로 분쇄하여 미세 분말로 제조하였다. 상기에서 얻은 90 mg의 베라파밀을 함유하는 혼합 분말을 8 mm 직경의 몰드에 넣고, 250 kg/㎠로 압축하여 캡핑되지 않은 약물 정제(NCT)를 제조하였다.

상기 실시예 1에서 제조한 나노섬유시트로 캡핑된 약물 정제를 제조하기 위하여, 상기 시트를 평평한 테플론 플레이트의 상부에 먼저 올리고(도 2b), 그 위에 링-형상의 정렬용 스탬프(aligning stamp)를 위치시켰다. 그 다음 NCPT를 스탬프 링의 중앙에 넣고(도 2c), 정렬용 스탬프를 제거하였다. 그 후, NCPT를 동일한 종류의 또 다른 나노섬유시트로 덮고(도 2d), 정렬용 스탬프로 약하게 압축하였다(도 2e). 그 다음 상기 정제를 싸고 있는 상하부의 나노섬유시트를 135 ℃로 미리 가열된 링-형상의 접합 스탬프로 60 s 동안 압축하였다(도 2f). NCPT 자체에 가해지는 열의 영향을 막기 위하여, 상기 접합 스탬프의 중앙에 냉각 공기의 연속적인 공급과 함께 단열 스탬프를 준비하였다. 이러한 방식으로, 단지 접합 스탬프에 접하여 있는 시트만이 녹아 접착되고, 스탬프의 중앙에 배치된 정제는 고온에 의해 영향을 받지 않았다(도 2g). 이에 따라, 니페디핀 정제의 경우 4개의 별개의 캡핑된 정제를 제조하였다: 25 ㎛ 두께의 시트로 캡핑된 NCPT(25CPT), 50 ㎛ 두께의 시트로 캡핑된 NCPT(50CPT), 62 ㎛ 두께의 시트로 캡핑된 NCPT(62CPT), 및 75 ㎛ 두께의 시트로 캡핑된 NCPT(75CPT).

베라파밀 정제의 경우 3개의 캡핑된 정제를 제조하였다: 20 ㎛ 두께의 시트로 캡핑된 NCT (20CT), 50 ㎛ 두께의 시트로 캡핑된 NCT (50CT), 80 ㎛ 두께의 시트로 캡핑된 NCT (80CT).

실험예 1: 나노섬유시트의 형태 조사

상기 실시예 1에서 제조한, 각각의 나노섬유시트를 5 mm × 5 mm로 자르고, 이를 SEM 시료 검경판 상에 놓았다. 상기 시료를 10 분 동안 스퍼터링하여 백금으로 코팅하였다(208HR, Cressington Scientific, England). 그 다음 상기 시료의 현미경적 구조를 3 kV의 가속 전압으로 주사전자현미경(SEM, 7401F; Jeol; Japan)을 사용하여 관찰하였다.

그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3을 보면, 전기방사 방식을 통해 PLGA의 나노섬유시트가 성공적으로 제작된 것을 알 수 있다. 시트는 다수 층의 전기방사된 나노섬유로 이루어져 있으며 약물의 확산 경로로서 제공되는 마이크로 크기의 기공들을 갖고 있다. 4 개의 다른 두께 즉, 25 ㎛, 50 ㎛, 62 ㎛ 및 75 ㎛의 두께를 가진 나노섬유시트는 나노섬유의 수집 시간을 변화시킴으로써 제조되었다. 나노섬유가 동일한 전기방사 조건 하에서 회수되었기 때문에, 모든 나노섬유시트의 형태는 다르지 않았다.

또한, 습윤에 의한 나노섬유시트의 형태 변화를 조사하였다. pH의 영향을 평가하기 위하여, pH 1.2 및 6.8 2 개의 별개의 완충용액을 사용하였다. 나노섬유시트의 한 조각(5 mm × 5 mm; 50 ㎛-두께)을 37℃의 상기 완충용액에 침지시켰다. 1, 2 또는 4 시간 후에, 상기 시트를 꺼내어 초순수물(DI water)로 완전히 세척하고 2 일 이상 동결 건조시켰다. 비록 위의(gastric) 체류 시간이 1-2 시간인 것으로 알려져 있지만, 확실한 검증을 위해 최대 침지 시간을 2 배로 하였다. 그 다음 상기 시트를 상기에서 기술한 바와 같이 SEM으로 표면을 관찰하였다.

본 실험에서는 시트가 위장관을 통해 동적인 환경을 겪을 동안에도 동일하게 효과가 있어야만 하는 경구 전달용 니페디핀 같은 약물 전달에 있어서 확산 장벽으로 나노섬유시트를 사용하였다. 이러한 이유로, 시트의 기공들만이 약물 확산 도관으로서 작용하여야 하며, 따라서 이러한 구조의 본래 모습이 pH 변화에 관계없이 계속 유지되어야만 한다. 그러므로, 각각 위강과 장강의 체액을 모방하는 2개의 구별되는 pH 1.2 및 6.8의 수성 매질에 침지한 후, 상기 나노섬유시트의 형태를 조사하였다. 도 4에서 보여지는 바와 같이, 물 흡수에 의해 나노섬유가 급작스럽게 팽창함으로 인하여 시트의 기공 크기에 있어 1 시간 내에 유의적인 변화가 관찰되었다. 그러나, 팽창 후에, 시트의 형태에 있어 더 이상의 변화는 나타나지 않았으며, pH 1.2 및 6.8 간의 눈에 띄는 차이는 나타나지 않았다. 나노섬유시트를 구성하는 PLGA가 훨씬 더 긴 시간(> 3주)에 걸쳐 분해되는 것으로 알려져 있기 때문에 모든 pH(pH 1.2, 6.8)에서 4 시간까지 시트가 분해되는 것은 나타나지 않았다.

실험예 2: 나노섬유시트의 다공도 조사

캐필러리 플로우 포로미터(capillary flow porometer, CFP-1500AEL, PMI, NY, USA)를 사용하여 실시예 1에서 제조한 나노섬유시트의 다공도를 조사하였다. 25 ㎛, 50 ㎛, 62 ㎛ 및 75 ㎛의 다른 두께를 가지는 나노섬유시트를 각각 7.73 mm의 반경의 준비 틀에 준비하고 이를 캐필러리 플로우 포로미터에 넣었다. 각 시트의 유동 저항성을 하기 2 가지 다른 조건 하에서 측정하였다: 1) 질소 가스를 불어넣으면서 공동의(hollow) 기공들을 가지는 시트의 저항력 측정, 2) 표면 장력이 15.9 dyne/cm인 갈윅 용액(Galwick fluid)으로 미리 침지시킨 시트의 저항력 측정. 상기와 같이 측정된 건조 곡선과 습윤 곡선을 얻은 후에, 하기 수학식 1을 사용하여 Porous Media Inc. (NY, USA)의 소프트웨어로 기공 크기와 분포를 계산하였다.

상기 식에서, γ는 습윤액의 표면 장력이고, θ는 접촉각이며, p는 기공을 가로지르는 차압이다.

캐필러리 플로우 포로미터를 이용한 측정에 따르면, 시트의 두께가 변화함에 따라 기공 크기 분포의 변화가 뚜렷하였다. 도 5에 보여지는 바와 같이, 시트의 두께가 증가하였을 때 기공 크기 분포는 더 작은 크기로 이동하였다. 평균 기공 크기는 25 ㎛, 50 ㎛, 62 ㎛ 및 75 ㎛의 두께에 대하여 각각 1.87 ㎛, 1.12 ㎛, 0.96 ㎛ 및 0.51 ㎛이었다. 이러한 결과는 얇은 나노섬유시트가 다소 더 큰 크기의 빈 공간을 가지고, 이와 동시에 나노섬유시트가 더 두꺼워짐에 따라 떨어져 있는 메시 간에 작은 크기의 빈 공간이 생성되어야 하기 때문인 것으로 예상된다(P.W. Gibson et al., AIChE J., 1999, 45, 190-195). 캐필러리 플로우 포로미터는 실제로 유동 저항성 즉, 시트를 가로지르는 유동과 시트에 가해진 압력 간의 관계를 측정하고, 그 다음 기공 크기로 조정된다. 따라서, 캐필러리 플로우 포로미터에 의해 보여지는 기공 크기에 있어서의 감소는 나노섬유시트를 통과해 흐르는데 있어 어려움이 증가했다는 것을 나타낸다. 그러므로, 본 발명에서 제조된 나노섬유시트는 시트 두께가 증가함에 따라 덜 투과적이게 된다.

실험예 3: 캡핑된 약물 정제의 표면 형태 조사

상기 실시예 2에서 제조한 캡핑된 니페디핀 약물 정제의 표면 형태를 관찰하였다.

도 6은 캡핑되지 않은 약물 정제와 캡핑된 약물 정제의 모습을 보여준다. NCT는 직경이 6 mm이고 높이가 1 mm이었다(데이터 미도시). NCPT는 PVP가 혼합(니페디핀:PVP = 1:5, w/w)됨으로써 정제의 부피가 증가하여, 직경과 높이가 둘 다 8 mm와 1.85 mm로 각각 증가하였다(도 6a). 그 다음 NCPT를 4 개의 다른 두께 즉, 25 ㎛, 50 ㎛, 62 ㎛ 및 75 ㎛의 두께를 가진 나노섬유시트로 캡핑함으로써 25CPT, 50CPT, 62CPT 및 75CPT가 각각 제조되었다(도 2). 제조된 모든 정제들은 16.5 mg의 니페디핀을 함유하였다. 도 6b는 25 ㎛ 두께의 나노섬유시트로 NCPT를 싼, 22 mm의 직경과 2.1 mm의 높이를 가지는 25CPT를 보여준다.

더 나아가, 상기 실시예 2에서 제조한 캡핑된 약물 정제의 다른 위치에서의 나노섬유시트의 형태를 주사전자현미경(SEM, 7401F; Jeol; Japan)을 사용하여 조사하였다.

그 결과를 도 6c 내지 도 6e에 나타내었다. CPT의 중앙 부분은 손상되지 않은 다공성 구조를 나타내었으며(도 6c), 이로써 열적 스탬핑 공정(도 2f) 중에 링 형상의 접합 스탬프의 중앙에서 단열(thermal insulation)이 적절히 이루어졌음을 알 수 있었다. 한편, 본딩 스탬프와 접한 나노섬유시트는 섬유 구조가 없는 매끄러운 표면을 보여, 용융되어 붙여진 것으로 나타났다(도 6d). 손상되지 않은 부분과 용융된 부분 사이의 경계는 도 6e에서 보여지는 바와 같이 식별가능하였다. 이러한 방식으로, NCPT는 나노섬유시트 내부에 완전히 밀봉될 수 있었으며, 약물의 확산은 CPT의 손상되지 않은 중앙 부분 즉, 마이크로 기공을 가진 손상되지 않은 나노섬유시트에 의해 주로 결정되었다.

상기 결과를 통해, 니페디핀 등의 약물을 물리적인 방법으로 나노섬유시트 내부에 완전히 밀봉시킬 수 있음을 알 수 있었다. 특히, 캡핑된 약물 정제의 중앙 부분은 손상되지 않은 다공성 구조를 나타내어 이를 통한 약물의 확산을 기대할 수 있었다.

실험예 4: 시험관내 약물 방출 테스트

시험관내 약물 방출 실험은 암실에서 125 rpm으로 지속적으로 교반하면서 37 ℃에서 방출 매질 중에서 수행하였다. pH 1.2 및 6.8로 완충된 2개의 구별되는 방출 매질을 위장관을 통해 존재하는 체액을 모방하기 위하여 사용하였다. 니페디핀 정제의 경우 상기 방출 매질 각각은 1%의 트윈 20(Amresco, OH, USA)을 함유하였는데, 이는 니페디핀의 용해도를 증가시키고, 이에 따라 전체 방출 실험 동안 상기 싱크 조건(sink condition)을 유지하기 위함이었다. 한 반면, 베라파밀 정제의 경우에는 트윈 없이 순수한 방출 매질을 사용하였다. 상기 실시예 2에서 제조한, 각각의 약물 정제에 대하여, pH 1.2에서 4 시간 동안 그리고 pH 6.8에서 24 시간 동안 실험을 수행하였다. 약물 방출에 대한 pH의 영향을 평가하기 위하여, 확실한 검증을 위한 위 체류 시간 대비 2 배 이상의 시간인 4 시간까지 두 pH에서 방출 프로파일을 비교하였다.

또한, 위장관을 통한 조건을 더 잘 모방하도록 방출 매질의 pH를 변경하면서, 2 개의 달리 캡핑된 정제를 조합하여 약물 방출을 조사하였다. 즉, 2개의 정제는 처음에 pH 1.2에서 2 시간 동안 방출 매질에 침지되고 이어서 나머지 22 시간 동안은 pH 6.8의 매질로 옮겼다. 모든 실험에서, 방출 매질의 분취량을 계획된 구간에서 샘플링하여 분광광도계로 분석하였다. 각각의 시료는 통계적 유의성을 검토하기 위해서 동일하게 만들어진 3개의 샘플을 측정하였다.

먼저, 니페디핀 정제의 경우, 캡핑되지 않은 정제의 시험관내 약물 방출 프로파일을 실험하였다. 본 실험에서는, 경구로 투여된 제형의 위장관에서의 체류 시간으로 알려진 24 시간 동안 100% 니페디핀을 전달하는 것을 목적으로 하였다. 그러나 상기 약물은 수용성 매질에서 낮은 용해도(pH 2.2-10.0에서 5-6 ㎍/㎖)를 가지는 것으로 알려져 있기 때문에, 단지 니페디핀만을 가지고 상기와 같이 100% 니페디핀의 전달이 달성될 수 없었다. 따라서, 약물의 용해를 증진시키기 위하여 용해도 증진제인 PVP를 혼합한 캡핑되지 않은 정제 즉, NCPT를 제조하고, PVP를 혼합하지 않은 캡핑되지 않은 정제 즉, NCT와 그 약물 방출 형상을 비교하였다. pH 6.8에서의 NCT와 NCPT의 방출 프로파일을 도 7에 나타내었다. 예상대로, NCT에서는 24 시간 동안 40% 미만의 약물이 방출되어 약물 방출이 효과적이지 않았다. 그러나, PVP를 혼합한 경우(니페디핀:PVP = 1:5, w/w), 약물 방출 속도는 극적으로 증가하여 대략 100%의 약물이 24 시간 이내에 방출되었다.

비록 니페디핀의 용해도가 크게 증가하였으나, 40%이상의 약물이 처음 30분 동안 급속하게 방출되기 때문에 방출 프로파일은 아직까지 제어되지 않았다(도 7). 그러므로, 본 실험에서는 초기 버스트(initial burst)를 억제하고 오히려 약물 방출이 지연되도록 다양한 두께의 나노섬유시트로 NCPT를 캡핑하였다. 도 8에 나타낸 바와 같이, NCPT와 모든 캡핑된 정제의 약물 방출 프로파일이 pH 1.2 및 6.8 모두에서 조사되었다. pH와 관계없이, 시트의 두께가 증가함에 따라 약물 방출이 더욱 지연되었다. 처음 30분 동안의 약물 방출 감소가 캡핑되지 않은 정제와 캡핑된 정제 사이에서 가장 크게 식별되었다. 즉, 처음 30분 동안 40% 이상의 약물이 NCPT에서 방출되는 동안 25CPT에서는 10 %의 약물이 방출되었다. 시트의 두께가 0 ㎛로부터 75 ㎛로 증가함에 따라, 처음 4 시간 동안의 전체 방출 퍼센트가 65-69 %로부터 4-7 %까지 점차 감소하였다.

본 실험에서는 또한 pH 1.2 및 6.8에서 정제의 방출 패턴을 비교하였다. 도 8a 및 도 8b에서 보여지는 바와 같이, 각 타입의 정제에 대하여 두 pH에서, 공지된 위(gastric) 체류 시간의 2 배 이상의 시간인, 4 시간까지 유사한 약물 방출 패턴이 관찰되었다. 약물 방출은 시트의 물리적인 구조, 즉 다공도에 의해 주로 조절되고, 도 4에서 나타난 바와 같이 pH에 의해 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.

pH 6.8에서 NCPT와 모든 캡핑된 정제에 대하여 약물 방출 실험을 24 시간까지 계속하였다. 도 9에 보여지는 바와 같이, 시트의 두께가 증가함에 따라 약물 방출은 더욱더 지연되었다. 특히, 50 ㎛ 이상의 두께를 가지는 시트로 캡핑된 정제 즉, 50CPT, 62CPT 및 75CPT에서는 약물 방출의 지연 상태가 뚜렷하게 되었다. 약물 방출이 많이 억제되는(< 20%) 지연 시간은 50CPT, 62CPT 및 75CPT에서 각각 2, 8 및 10 시간이었으며, 이는 명백히 시트 두께와 함께 증가하였다. 특히, 모든 캡핑된 정제에서, 특정 lag time 이후에 약물 방출의 속도는 NCPT의 약물 방출 속도와 거의 유사하게 회복되었다. 즉, 16 시간 동안 80% 이상이 방출되었다. 나노섬유시트는 단지 수성 체액의 침입에 대한 장벽으로서 작용하는 것으로 나타났다. 따라서, 일단 외부 매질과 약물의 중심 간에 액상 루트가 성립되면, 약물 방출은 나노섬유시트의 고도의 다공성 구조에 의하여 현저하게 제어되지 않게 되는 것을 알 수 있었다. 모든 정제에 대하여, 약물은 24 시간 이내에 거의 100% 방출이 이루어졌다.

본 실험에서는 선형의 약물 방출 프로파일을 얻기 위하여 2 개의 별개의 정제를 조합하였다. 도 9에서 보여주듯이, 캡핑되지 않은 정제 또는 얇은 시트로 캡핑된 정제는 초기 단계에 빠른 약물 방출을 나타내나 그 이후에 속도가 줄어들게 되었다. 반대로, 두꺼운 시트로 캡핑된 정제는 초기 단계에서는 약물 방출이 크게 억제되나 후기 단계에서는 약물 방출이 촉진되는 것으로 보여졌다. 그러므로, 2 개의 다른 타입의 정제를 적절히 조합하여, 초기 및 후기 단계의 약물 방출을 보완하고, 이에 따라 거의 선형의 약물 방출이 가능하였다.

먼저, 각각의 개별적인 정제에서 이미 얻은 시험관내 약물 방출 프로파일에 기초하여, 2 개의 정제 조합으로부터 약물 방출을 예측하였다(도 9). 시험관내 약물 방출 데이터에 대해 선형의 최적선(least square fit)을 얻기 위하여, 2 개 정제의 모든 가능한 조합을 수학적으로 예측하였다. 총 10 개의 다른 조합이 테스트되었다: NCPT와 25CPT; NCPT와 50CPT; NCPT와 62CPT; NCPT와 75CPT; 25CPT와 50CPT; 25CPT와 62CPT; 25CPT와 75CPT; 50CPT와 62CPT; 50CPT와 75CPT; 및 62CPT와 75CPT. 표 1에서 보여지는 바와 같이, 이들 조합 중에서 50CPT와 75CPT의 정제가 선형 방출과 좋은 상관 관계를 보여줄 것(R²> 0.9833)으로 예측되었다.

2 개의 캡핑된 정제의 다양한 조합의 약물전달형상과 선형그래프와의 R² 값 예측치

2 개 정제의 조합	R2
NCPT와 25CPT	0.2027
NCPT와 50CPT	0.4382
NCPT와 62CPT	0.7166
NCPT와 75CPT	0.8278
25CPT와 50CPT	0.7078
25CPT와 62CPT	0.8901
25CPT와 75CPT	0.9626
50CPT와 62CPT	0.9318
50CPT와 75CPT	0.9833
62CPT와 75CPT	0.9513

상기와 같은 상관 관계를 확인하기 위하여, 실제로 50CPT와 75CPT의 2 개의 정제를 사용하여 시험관내 약물 방출 실험을 수행하였다. 이때, 상기 2 개의 정제는 위장관을 통한 조건을 더 잘 모방하기 위하여, pH 1.2에서 2 시간 동안, pH 6.8에서 나머지 22 시간 동안 방출 매질 중에 함께 침지시켰다. 본 발명에서 제조한 각각의 정제가 16.5 mg의 니페디핀을 포함하고 있기 때문에, 2 개 정제의 투여량은 대략 33 mg이 되었으며, 이는 판매되고 있는 약제인, 33 mg의 니페디핀을 함유하는 아달라트^®(Adalat^®) OROS 30(Bayer HealthCare AG, Germany)와 동일하게 되었다. 도 10에서 보여지는 바와 같이, 50CPT와 75CPT의 2 개 정제의 조합으로부터의 약물 방출은 예측된 시험관 내 약물 방출 프로파일과 유사하였으며, 재현 가능하였으며, 또한 상당히 우수한 선형 방출 상관 관계를 보여주었다(R²> 0.9864).

베라파밀 정제의 경우, 본 발명에서 베라파밀의 방출을 지연시키는 것을 목적으로 하기 때문에 본 실시예에서는 베라파밀의 방출 프로파일에 대한 시트 두께의 영향을 조사하기 위하여 NCT, 20CT, 50CT 및 80CT를 사용하여 시험관내 방출 실험을 수행하였다. NCT 및 캡핑된 정제 단독에 대한 시험관내 방출 실험은 단지 pH 6.8의 매질에서만 수행하였다. 이는 상기 니페디핀에 대한 실험에서 확인한 바와 같이, 매질의 pH가 방출 프로파일 및 나노섬유시트의 형태에 영향을 미치지 않기 때문이다.

NCT 내의 베라파밀은 예상된대로 이의 친수성으로 인하여 1.5 시간 내에 거의 방출되었고 2 시간 내에 완전히 방출되었다(도 10). 그러나, NCT가 나노섬유시트로 캡핑된 경우, 베라파밀의 방출이 지연되었고, 시트 두께가 증가함에 따라, 약물 방출이 더욱더 지연되었다. 베라파밀은 20CT, 50CT 및 80CT에 대하여 각각 6 시간, 10 시간 및 16 시간 내에 완전히 방출되었다.

NCT 및 20CT의 경우, 약물은 거의 선형으로 방출되었고 (R²은 각각 0.967 및 0.989임) 약물은 각각 2 시간 및 6 시간 내에 완전히 방출되어 20CT의 단일정제로도 선형방출이 가능함을 보였다. 반대로 50CT 및 80CT는 2 단계의 방출 프로파일을 보였다. 첫째로, 50CT 및 80CT 내의 약물은 확산 방식으로 4 시간 동안 천천히 방출되었다. 50CT 및 80CT 내의 각각 35% 및 30% 이상의 베라파밀이 첫 번째 단계에서 나노섬유시트 밖으로 확산되었다. 그 후, 잔여 약물들이 첫 번째 단계보다 더욱 급속하게 방출되었다. 첫 번째 단계 이후, 50CT의 약물 방출 속도가 증가하였고 10 시간 동안 방출되었다. 이와 유사하게, 80CT 내의 베라파밀도 첫 번째 단계에서 4 시간 동안 천천히 방출된 후, 약물의 방출 속도가 증가하여 16 시간 동안 약물이 방출되었다. 이러한 2 단계의 방출 프로파일은 투과 및 확산을 위한 물과 약물의 도관 형성 과정으로서 설명할 수 있다. 첫 번째 단계에서, 단지 일부의 기공들이 캡핑된 정제 내로 물이 투과되기 위한 경로를 제공하고 이에 따라 약물들은 이러한 도관들을 통해서만 확산될 수 있다. 이후 2 단계에서 모든 기공들이 도관을 제공하게 되고, 이에 따라 투과되는 물과 약물이 도관이 형성된 순간 급속하게 확산될 수 있다.

시험관내 방출 프로파일에 기초하여, 선형 전달 시간을 단일정인 20CT가 나타내는 6시간 이상으로 늘리기 위하여 하기 표 2와 같이 캡핑된 시트 내 다른 종류의 2 개의 정제를 조합할 경우 방출 프로파일을 예측 하였다.

선형 방출 시간(h)	2개 정제의 조합	R2	방출 퍼센트(%)
8	NCT-50CT	0.443	94.5
	20CT-50CT	0.978	94.8
10	NCT-80CT	0.186	90.1
	20CT-80CT	0.936	90.2
	50CT-80CT	0.982	89.8

상기 표 2의 데이터에서, 선형 방출 시간은 약물이 선형으로 방출되는 기간을 의미하고 방출 퍼센트는 상기 선형 방출 시간 동안 정제 내에서 방출된 약물의 퍼센트를 나타낸다. 표 2에는 결정 계수(R²)가 계산된 5 종류의 2 개의 구별되는 정제들 간의 조합을 나타내었다. 상기 2 개 정제의 가능한 조합을 8 시간 및 10 시간의 선형 방출 시간에 따라 분류하였다. NCT- 50CT 및 20CT-50CT는 8 시간 동안 90& 이상의 약물이 방출될 것으로 예상되며, NCT-80CT, 20CT-80CT 및 50CT-80CT는 10 시간 동안 90%에 가까운 약물이 방출될 것으로 예상되었다. 이러한 예측에 따라, 20CT-50CT 및 50CT-80CT가 각각 0.978 및 0.982의 결정계수(R²)를 가진 상당한 선형 방출 상관 관계를 나타내었다.

니페디핀의 경우와 마찬가지로 각각의 정제가 90 mg의 베라파밀을 함유하고 있기 때문에 2개의 정제가 함께 전달될 경우 (180 mg), 실제 판매가 되고 있는 Covera-HS (Pfizer 社)와 동일한 용량을 전달할 수 있다. 따라서, 약물이 선형으로 방출되는 것으로 예측된 2 개-정제 시스템을 상기 예측을 기초로 하여 실험하였다(도 12). 20CT 단독으로는 90 mg의 약만 전달이 가능하기 때문에 Covera-HS와 같이 180 mg의 양을 전달하기 위해 동일한 20CT 2개를 전달하였다. 그 결과, 약물의 97.6 %(즉, 180 mg 당 175.6 mg)가 6 시간 동안 방출되었다. 더 나아가, 20CT-20CT 내 약물은 거의 선형으로 방출되었으며 이의 R²는 20CT의 개별 약물 용출 실험에서 나타난 값과 유사한 0.996이었다.

20CT-50CT에 대하여는, 약물의 95.4 %(즉, 180 mg 당 171.2 mg)가 8 시간 동안 선형으로 방출되었다. 이의 R²는 0.984이었으며, 이는 예측된 값(0.978)에 비해 다소 높았다. 약물은 50CT-80CT를 통해 10 시간 동안 선형으로 방출되었다(R²=0.987). 이러한 조합에서, 약물의 90.2%(즉, 180 mg 당 162.3 mg)가 선형 방출 기간 동안 방출되었다.

Claims (16)

1. 하부 나노섬유시트, 하부 나노섬유시트 상에 놓인 약물, 상기 하부 나노섬유시트와 약물을 덮는 상부 나노섬유시트를 포함하며 상기 하부 나노섬유시트와 상부 나노섬유시트의 가장자리가 조립된 경구용 약물의 제어 전달체.
2. 제1항에 있어서, 상기 약물은 니페디핀, 트레프로스티닐 디에탄올아민, 레르카니디핀, 독사조신 메실레이트, 메틸페니데이트 HCl, 옥시부티닌 클로라이드, 에날라프릴 딜티아젬, 딜티아젬 HCl, 베라파밀 HCl, 이스라디핀, 프라조신, 토피라메이트, 메트포르민 HCl, 피오글리타존 HCl, 로바스타틴, 글리피자이드, 시클로벤자프린, 옥시코돈, 히드로모르폰, 팔리페리돈, 벤라팍신 HCl, 카바마제핀, 인도메타신, 테오필린, 슈도에페드린 HCl, 펙소펜아딘 HCl, 로라타딘, 아스테미졸, 브롬페니라민, 클로르페니라민, 알부테롤, 비타민 C, 페닐프로파놀아민, 라니타딘 HCl, 메토트롤롤 또는 살부타몰인, 경구용 약물의 제어 전달체.
3. 제1항에 있어서, 상기 상하부 나노섬유시트는 각각 하나의 나노섬유시트를 단일층으로 사용하거나 또는 2 이상의 나노섬유시트를 다중층으로 겹쳐서 사용하는 경구용 약물의 제어 전달체.
4. 제1항에 있어서, 상기 나노섬유시트는 전기방사 방식으로 제작된 것을 사용하는 경구용 약물의 제어 전달체.
5. 제1항에 있어서, 상기 나노섬유시트는 생분해되지 않거나, 위장관 체액 조건에서 1주 이상의 긴 생분해 기간을 가지는 생체 적합성 고분자로 제조된 것인, 경구용 약물의 제어 전달체.
6. 제5항에 있어서, 상기 생체 적합성 고분자는 폴리락타이드, 폴리글라이콜라이드, 폴리(락틴-코-글리콜산), 폴리오르토에스테르, 폴리안하이드라이드, 폴리아미노산, 폴리하이드록시부티르산, 폴리카프로락톤, 폴리알킬카보네이트, 에틸 셀룰로즈, 키토산, 전분, 구아검, 젤라틴 또는 콜라겐인, 경구용 약물의 제어 전달체.
7. 제1항에 있어서, 상기 조립은 열적 가압법 또는 용매를 매개로 한 가압법으로 수행되는, 경구용 약물의 제어 전달체.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 경구용 약물의 제어 전달체를 2 이상 포함하는 키트.
9. 제8항에 있어서, 상기 키트는 선형의 약물 방출이 가능하도록 조합된 키트.
10. 하기 단계를 포함하는 경구용 약물의 제어 전달체를 제조하는 방법:
    약물을 나노섬유시트 위에 놓는 단계;
    상기 약물과 나노섬유시트 위에 또 다른 나노섬유시트를 올리는 단계; 및
    상기 두 개의 나노섬유시트의 가장자리를 조립하는 단계.
11. 제10항에 있어서, 상기 약물을 나노섬유시트 위에 놓는 단계 이전에 약물에 부형제를 혼합하여 제형화하는 단계를 추가로 포함하는, 경구용 약물의 제어 전달체의 제조 방법.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 약물은 니페디핀, 트레프로스티닐 디에탄올아민, 레르카니디핀, 독사조신 메실레이트, 메틸페니데이트 HCl, 옥시부티닌 클로라이드, 에날라프릴 딜티아젬, 딜티아젬 HCl, 베라파밀 HCl, 이스라디핀, 프라조신, 토피라메이트, 메트포르민 HCl, 피오글리타존 HCl, 로바스타틴, 글리피자이드, 시클로벤자프린, 옥시코돈, 히드로모르폰, 팔리페리돈, 벤라팍신 HCl, 카바마제핀, 인도메타신, 테오필린, 슈도에페드린 HCl, 펙소펜아딘 HCl, 로라타딘, 아스테미졸, 브롬페니라민, 클로르페니라민, 알부테롤, 비타민 C, 페닐프로파놀아민, 라니타딘 HCl, 메토트롤롤 또는 살부타몰인, 경구용 약물의 제어 전달체의 제조 방법.
13. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 나노섬유시트는 전기방사 방식으로 제작된 것을 사용하는, 경구용 약물의 제어 전달체의 제조 방법.
14. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 나노섬유시트는 생분해되지 않거나, 위장관 체액 조건에서 1주 이상의 긴 생분해 기간을 가지는 생체 적합성 고분자로 제조된 것인, 경구용 약물의 제어 전달체의 제조 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 생체 적합성 고분자는 폴리락타이드, 폴리글라이콜라이드, 폴리(락틴-코-글리콜산), 폴리오르토에스테르, 폴리안하이드라이드, 폴리아미노산, 폴리하이드록시부티르산, 폴리카프로락톤, 폴리알킬카보네이트, 에틸 셀룰로즈, 키토산, 전분, 구아검, 젤라틴 또는 콜라겐인, 경구용 약물의 제어 전달체의 제조 방법.
16. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 조립은 열적 가압법 또는 용매를 매개로 한 가압법으로 수행되는, 경구용 약물의 제어 전달체의 제조 방법.

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