KR20120017556A - 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자, 이를 이용한 조영제 및 그 제조방법 - Google Patents

양전하성의 초상자성 산화철 나노입자, 이를 이용한 조영제 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20120017556A
KR20120017556A KR1020100080216A KR20100080216A KR20120017556A KR 20120017556 A KR20120017556 A KR 20120017556A KR 1020100080216 A KR1020100080216 A KR 1020100080216A KR 20100080216 A KR20100080216 A KR 20100080216A KR 20120017556 A KR20120017556 A KR 20120017556A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
iron oxide
oxide nanoparticles
superparamagnetic iron
positively charged
polymer layer
Prior art date
Application number
KR1020100080216A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101244140B1 (ko
Inventor
용두 최
현진 김
윤희 김
대홍 김
인후 김
Original Assignee
국립암센터
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국립암센터 filed Critical 국립암센터
Priority to KR1020100080216A priority Critical patent/KR101244140B1/ko
Priority to JP2010232806A priority patent/JP2012044130A/ja
Priority to US13/013,193 priority patent/US20120045399A1/en
Publication of KR20120017556A publication Critical patent/KR20120017556A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101244140B1 publication Critical patent/KR101244140B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K49/00—Preparations for testing in vivo
    • A61K49/06—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations
    • A61K49/18—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, microcapsules, liposomes
    • A61K49/1818—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, microcapsules, liposomes particles, e.g. uncoated or non-functionalised microparticles or nanoparticles
    • A61K49/1821—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, microcapsules, liposomes particles, e.g. uncoated or non-functionalised microparticles or nanoparticles coated or functionalised microparticles or nanoparticles
    • A61K49/1824—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, microcapsules, liposomes particles, e.g. uncoated or non-functionalised microparticles or nanoparticles coated or functionalised microparticles or nanoparticles coated or functionalised nanoparticles
    • A61K49/1827—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, microcapsules, liposomes particles, e.g. uncoated or non-functionalised microparticles or nanoparticles coated or functionalised microparticles or nanoparticles coated or functionalised nanoparticles having a (super)(para)magnetic core, being a solid MRI-active material, e.g. magnetite, or composed of a plurality of MRI-active, organic agents, e.g. Gd-chelates, or nuclei, e.g. Eu3+, encapsulated or entrapped in the core of the coated or functionalised nanoparticle
    • A61K49/1851—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, microcapsules, liposomes particles, e.g. uncoated or non-functionalised microparticles or nanoparticles coated or functionalised microparticles or nanoparticles coated or functionalised nanoparticles having a (super)(para)magnetic core, being a solid MRI-active material, e.g. magnetite, or composed of a plurality of MRI-active, organic agents, e.g. Gd-chelates, or nuclei, e.g. Eu3+, encapsulated or entrapped in the core of the coated or functionalised nanoparticle having a (super)(para)magnetic core coated or functionalised with an organic macromolecular compound, i.e. oligomeric, polymeric, dendrimeric organic molecule
    • A61K49/1854—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, microcapsules, liposomes particles, e.g. uncoated or non-functionalised microparticles or nanoparticles coated or functionalised microparticles or nanoparticles coated or functionalised nanoparticles having a (super)(para)magnetic core, being a solid MRI-active material, e.g. magnetite, or composed of a plurality of MRI-active, organic agents, e.g. Gd-chelates, or nuclei, e.g. Eu3+, encapsulated or entrapped in the core of the coated or functionalised nanoparticle having a (super)(para)magnetic core coated or functionalised with an organic macromolecular compound, i.e. oligomeric, polymeric, dendrimeric organic molecule the organic macromolecular compound being obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, e.g. poly(meth)acrylate, polyacrylamide, polyvinylpyrrolidone, polyvinylalcohol
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K49/00—Preparations for testing in vivo
    • A61K49/06—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations
    • A61K49/18—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, microcapsules, liposomes
    • A61K49/1818—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, microcapsules, liposomes particles, e.g. uncoated or non-functionalised microparticles or nanoparticles
    • A61K49/1821—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, microcapsules, liposomes particles, e.g. uncoated or non-functionalised microparticles or nanoparticles coated or functionalised microparticles or nanoparticles
    • A61K49/1824—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, microcapsules, liposomes particles, e.g. uncoated or non-functionalised microparticles or nanoparticles coated or functionalised microparticles or nanoparticles coated or functionalised nanoparticles
    • A61K49/1827—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, microcapsules, liposomes particles, e.g. uncoated or non-functionalised microparticles or nanoparticles coated or functionalised microparticles or nanoparticles coated or functionalised nanoparticles having a (super)(para)magnetic core, being a solid MRI-active material, e.g. magnetite, or composed of a plurality of MRI-active, organic agents, e.g. Gd-chelates, or nuclei, e.g. Eu3+, encapsulated or entrapped in the core of the coated or functionalised nanoparticle
    • A61K49/1833—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, microcapsules, liposomes particles, e.g. uncoated or non-functionalised microparticles or nanoparticles coated or functionalised microparticles or nanoparticles coated or functionalised nanoparticles having a (super)(para)magnetic core, being a solid MRI-active material, e.g. magnetite, or composed of a plurality of MRI-active, organic agents, e.g. Gd-chelates, or nuclei, e.g. Eu3+, encapsulated or entrapped in the core of the coated or functionalised nanoparticle having a (super)(para)magnetic core coated or functionalised with a small organic molecule
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/22—Compounds of iron
    • C09C1/24—Oxides of iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/50—Solid solutions
    • C01P2002/52—Solid solutions containing elements as dopants
    • C01P2002/54—Solid solutions containing elements as dopants one element only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/30—Particle morphology extending in three dimensions
    • C01P2004/32—Spheres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/22—Rheological behaviour as dispersion, e.g. viscosity, sedimentation stability
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2982—Particulate matter [e.g., sphere, flake, etc.]
    • Y10T428/2991—Coated
    • Y10T428/2998—Coated including synthetic resin or polymer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
  • Compounds Of Iron (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)

Abstract

양전하성의 초상자성 산화철 나노입자, 이를 이용한 조영제 및 그 제조방법을 제공한다. 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자는 초상자성 산화철 나노입자, 상기 나노입자의 표면에 코팅된 다수의 카복실기를 함유한 고분자를 포함하는 고분자층, 및 상기 고분자층 표면에 아마이드 결합으로 연결된 양이온성 물질을 포함한다. 본 발명에 따르면, 초상자성 산화철 나노입자를 친수성이면서도 강한 양이온성을 갖도록 간단하면서도 재현성 있게 제조할 수 있다. 제조된 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자는 높은 세포 내 흡수 효율 및 안정성을 가지며, 비침습 생체 영상을 통한 효과적인 조영제로서 다양하게 활용될 수 있다.

Description

양전하성의 초상자성 산화철 나노입자, 이를 이용한 조영제 및 그 제조방법{Positively charged superparamagnetic iron oxide nanoparticles, contrast agent using the same and method for preparation thereof}
본 발명은 상자성 나노입자, 그 용도 및 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양전하로 표면이 개질된 초상자성 산화철 나노입자, 이를 이용한 조영제 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자가 면역 질환, 퇴행성 신경질환 및 암과 같은 질병을 위한 치료제로서 세포를 이용하고자 하는 시도가 계속되고 있다. 예를 들어, 인간 간엽세포는 조직 재생을 위한 커다란 가능성을 보여주었다[Bussolati B, J Nephrol 2006;19:706-709]. 세포 치료에 있어서, 환자에 투여한 세포가 표적으로 하는 위치로 잘 이동하고 있는지와 표적위치로 도달한 세포의 양 등에 대한 정보를 얻는 것은 매우 중요하다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 가장 많이 시도 되어온 방법 중 하나는 자기공명영상(magnetic resonance imaging, MRI) 조영제인 초상자성 산화철 나노입자(superparamagnetic iron oxide nanoparticles, SPION)를 줄기세포 등에 표지한 후 생체 내에 투여하여 MRI 영상으로부터 세포의 이동을 비침습적으로 추적하는 것이다. 줄기세포를 MRI 조영제인 초상자성 나노입자로 표지하는 방법은 리포펙션(lipofection), 엔도시토시스(endocytosis), 일렉트로포레이션(electroporation), 마그네토펙션(magnetofection)등 여러 기술이 사용될 수 있는데, 보통은 음이온 전하를 띤 덱스트란(dextra)이 표면에 코팅되어 있는 초상자성 산화철 나노입자를 프로타민 설페이트 또는 폴리라이신과 같은 양이온성 폴리펩티드와 일정 비율로 섞은 후 세포에 24~36시간 동안 처리하여 세포 표지를 행한다[Arbab AS, et al. Blood, 2004. 15;104(4):1217-23]. 이러한 방법은 양이온성 폴리펩티드와 초상자성 산화철 나노입자의 농도 및 혼합 비율에 따라서 세포 독성 및 표지 효율이 달라지기 때문에 최적의 조건을 찾는 번거로운 작업이 동반되고, 세포 처리 시간이 길어서 세포에 좋지 않은 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 여러 문헌에서 보고된 바에 의하면, 양이온성 물질은 세포 내 전달을 촉진하는 역할을 수행한다. 따라서 만약 초상자성 나노입자의 표면이 이미 충분히 강한 양이온을 띠고 있다면 프로타민 설페이트와 같은 보조시약의 도움 없이도 초상자성 나노입자만을 이용하여 간단히 그리고 효율적으로 세포 표지를 할 수 있을 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자 및 이를 이용한 조영제를 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자를 제공한다. 상기 나노입자는 초상자성 산화철 나노입자, 상기 나노입자의 표면에 코팅된 다수의 카복실기를 함유한 고분자를 포함하는 고분자층, 및 상기 고분자층 표면에 아마이드 결합으로 연결된 양이온성 물질을 포함한다.
상기 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자는 +30 mV 이상의 표면 제타전위를 가질 수 있으며, 10 내지 500 nm의 평균 직경을 가질 수 있다.
상기 고분자층에 포함된 고분자는 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리이타콘산 및 이들의 유도체 중에서 선택될 수 있다.
상기 고분자층 표면에 결합된 양이온성 물질은 아민기를 함유하는 4차 암모늄일 수 있다.
상기 산화철 나노입자는 마그헤마이트(γ-Fe2O3) 또는 마그네타이트(Fe3O4)를 포함할 수 있으며, 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 가돌리늄(Gd) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자는 상기 고분자층 표면에 아마이드 결합으로 연결된 형광 염료를 더 포함할 수 있으며, 상기 형광 염료는 로다민(rhodamie), 보디피(bodipy), 알렉사 플루오르(Alexa Fluor), 사이아닌(cyanine) 및 이들의 유도체 중에서 선택될 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 상술한 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자를 포함하는 조영제를 제공한다.
상기 조영제는 자기공명영상, 광학영상 또는, 자기공명영상 및 광학영상에 사용되는 것일 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 또 다른 측면은 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자의 제조방법을 제공한다. 상기 방법은 (a) 표면이 소수성 리간드로 코팅된 초상자성 산화철 나노입자를 준비하는 단계; (b) 상기 나노입자의 표면에 코팅된 소수성 리간드를 다수의 카복실기를 함유하는 고분자로 치환하여 친수성 고분자층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 친수성 고분자층의 표면으로 노출된 카복실기와 아민기 함유 양이온성 물질을 반응시켜 아마이드 결합을 형성시키는 단계를 포함한다.
또한, 상기 (c) 단계는, 상기 친수성 고분자층의 표면으로 노출된 카복실기와 형광 염료를 반응시켜 아마이드 결합을 형성시키는 반응을 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 초상자성 산화철 나노입자를 친수성이면서도 강한 양이온성을 갖도록 간단하면서도 재현성 있게 제조할 수 있다. 제조된 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자는 높은 세포 내 흡수 효율 및 안정성을 가지며, 비침습 생체 영상을 통한 효과적인 조영제로서 다양하게 활용될 수 있다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 실시예에 따른 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자 구조의 일 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2a 및 2b는 TMA-SPION의 투과전자현미경 사진이다.
도 3은 3차 증류수에 분산시킨 TMA-SPION 및 페리덱스(Feridex)의 크기를 입도 분석기를 통해 측정한 그래프이다.
도 4는 인산완충액(PBS) 및 우태아 혈청(FBS)이 함유된 인산완충액에 TMA-SPION을 첨가하고 22시간 방치한 후 촬영한 사진이다.
도 5는 TMA-SPION과 페리덱스(Feridex)의 이완성을 비교한 그래프이다.
도 6은 증류수, 페리덱스(Feridex) 및 TMA-SPION 수용액의 T2-강조 자기공명영상 사진이다.
도 7a, 7b 및 7c는 각각 인간간엽세포를 세포 배양액(대조군), 페리덱스(Feridex) 및 TMA-SPION으로 처리하고, 프러시안 블루법으로 염색한 후 촬영한 사진이다.
도 8은 TMA-SPION 및 페리덱스(Feridex)의 처리 농도에 따른 줄기세포 생존율을 분석한 그래프이다.
도 9a 및 9b는 각각 초상자성 산화철 나노입자가 표지된 인간간엽세포의 백색광 영상 및 자기공명영상 사진이다.
도 10은 형광 염료가 결합된 TMA-SPION과 형광 염료가 결합되지 않은 TMA-SPION의 형광 강도를 비교 분석한 그래프이다.
도 11a, 11b, 11c 및 11d는 로우스 뱅갈(rose bengal)에 의한 마우스 뇌 허혈 모델에서, 뇌 허혈 부위에 TMA-SPION이 표지된 줄기세포가 축적되는지를 시간 별로 자기공명영상화한 결과이다(도 11b, 11c 및 11d의 화살표가 가리키는 어두운 영상 부위는 TMA-SPION이 표지된 줄기세포가 존재하는 부위이다).
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 설명의 편의를 위해, 과장, 축소 또는 생략된 부분이 있을 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자를 제공한다.
도 1은 본 실시예에 따른 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자 구조의 일 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자(P)는 중심부(코어, core)에 위치한 초상자성 산화철 나노입자(10), 상기 나노입자(10)의 표면에 코팅된 다수의 카복실(carboxyl)기를 함유한 고분자를 포함하는 고분자층(12), 및 상기 고분자층(12) 표면에 아마이드(amide) 결합으로 연결된 양이온성 물질(14)을 포함한다.
상기 중심부에 위치한 초상자성 산화철 나노입자(10)는 마그헤마이트(γ-Fe2O3) 또는 마그네타이트(Fe3O4)를 포함한다. 이러한 초상자성 산화철 나노입자(10)는 외부 자기장을 받았을 때 자성을 띠다가 외부 자기장을 제거하면 잔류된 자기가 사라지면서 잔류자기로 인한 부작용이 없고, 체내에서 생분해될 수 있어 생체적합성이 우수한 장점이 있으므로, 치료용 세포의 자기공명영상(MRI) 추적을 위한 세포 표지물질로서 이용될 수 있다. 또한, 상기 초상자성 산화철 나노입자(10)는 조영 증강 효과 등을 위해 필요에 따라 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 가돌리늄(Gd) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 산화철 나노입자(10)의 표면에 코팅된 고분자층(12)을 이루는 고분자는 다수의 카복실기를 함유한다. 상기 카복실기는 상기 산화철 나노입자(10)와 다중 결합점에서 배위결합을 형성하므로 상기 고분자층(12)의 코팅 안정성을 높일 수 있으며, 상기 산화철 나노입자(10)에 친수성을 부여하여 수용액 상에서 균일한 상태로 분산될 수 있도록 해준다. 상기 다수의 카복실기를 함유하는 고분자는 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리이타콘산 및 이들의 유도체일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 카복실기를 함유하는 다양한 생체적합성 고분자를 사용할 수 있다.
상기 양이온성 물질(14)은 상기 고분자층(12)의 표면에 아마이드 결합을 통해 안정적인 결합을 이룰 수 있으며, 이로써 강한 양전하 특성을 갖는 나노입자를 제공할 수 있다. 상기 양이온성 물질은 예를 들어, 아민기를 함유하는 4차 암모늄일 수 있으며, 상기 아민기는 상기 고분자층(12)에 포함된 카복실기 중 상기 산화철 나노입자(10)와 배위결합을 형성하지 않은 카복실기와 반응하여 아마이드 결합을 형성할 수 있다. 도 1에서는 상기 아민기를 함유하는 4차 암모늄의 일 예로, 양전하를 띠는 질소원자에 메틸기가 결합된 물질을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 메틸기 이외에 수용성을 잃지 않는 범위 내에서 다른 탄화수소기 또는 함산소탄화수소기(예를 들어, 폴리옥시에틸렌) 등이 사용될 수 있다. 도 1에서 R로 표시된 부분은 탄화수소 사슬을 나타낸다.
상기 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자(P)의 표면 양전하는 +30 mV 이상의 표면 제타전위를 가질 수 있으며, 나노입자간 강한 반발력에 의해 수용액 상에서 매우 안정된 분산성을 유지할 수 있다. 한편, 상기 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자(P)는 10~500 nm의 평균 직경을 가질 수 있으며, 이러한 직경 범위 내에서 사용되는 조영제의 용도에 따라 적절한 크기를 가질 수 있다.
또한, 상기 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자(P)는 고분자층(12) 표면에 결합된 형광 염료를 더 포함할 수 있다(미도시). 상기 형광 염료를 도입함으로써, 상기 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자(P)는 자기공명영상 조영제뿐 아니라, 광학영상 조영제로도 사용될 수 있다. 상기 형광 염료는 산화철 나노입자와 강한 결합을 형성하기 위해 상기 고분자층(12) 표면에 아마이드 결합으로 연결되는 것이 바람직하며, 이를 통해 상기 형광 염료는 체내에 주입된 후에도 산화철 나노입자 표면에 잔존할 수 있다. 상기 형광 염료는 로다민(rhodamie), 보디피(bodipy), 알렉사 플루오르(Alexa Fluor), 사이아닌(cyanine) 및 이들의 유도체일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자의 제조방법을 제공한다. 상기 제조방법은 (a) 표면이 소수성 리간드로 코팅된 초상자성 산화철 나노입자를 준비하는 단계, (b) 상기 나노입자의 표면에 코팅된 소수성 리간드를 다수의 카복실기를 함유하는 고분자로 치환하여 친수성 고분자층을 형성하는 단계, 및 (c) 상기 친수성 고분자층의 표면으로 노출된 카복실기와 아민기 함유 양이온성 물질을 반응시켜 아마이드 결합을 형성시키는 단계를 포함한다.
상기 (a) 단계는 공침(co-precipitation)법, 열분해(thermal decomposition)법, 열수합성(hydrothermal synthesis)법 또는 마이크로유화(microemulsion)법 등 다양한 공지된 방법에 의해 수행할 수 있으며, 바람직하게는 열분해법에 의해 수행할 수 있다. 상기 열분해법에 따르면, 나노입자의 미세한 크기 조절이 가능하고, 나노입자의 크기 분포가 균일하며, 입자의 결정성이 높아서 자성 특성이 좋은 장점이 있다. 이때, 유기용매 상에서 합성된 나노입자는 나노입자의 표면이 소수성 리간드, 예를 들어, 올레익산(oleic acid), 라우릭산(lauric acid)과 같은 지방산으로 코팅되어 있으므로, 생체 내에서 사용 가능한 조영제로 활용하기 위해서는 나노입자의 표면을 친수성으로 개질하는 절차가 필요하다.
상기 (b) 단계는 리간드 치환법에 의해 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 (a) 단계에서 준비된 소수성 리간드로 코팅된 초상자성 산화철 나노입자를 극성 유기 용매 하에서 다수의 카복실기를 함유하는 친수성 고분자로 혼합하고 가열함으로써, 소수성 리간드를 친수성 고분자로 치환할 수 있다. 이때, 상기 극성 유기 용매는 에틸렌글리콜, 다이에틸렌글리콜, 트라이에틸렌글리콜 등의 글리콜계 유기 용매일 수 있으며, 상기 친수성 고분자는 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리이타콘산 및 이들의 유도체일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 (c) 단계는 카복실기에 의해 음전하의 표면 특성을 갖는 나노입자를 양전하의 표면 특성을 갖도록 개질하는 과정으로서, 본 단계에 의해 도입된 양이온성 물질은 나노입자에 코팅된 고분자층에 아마이드 결합으로 연결되어 있으므로 안정적인 결합을 유지할 수 있다. 이때, 사용되는 양이온성 물질은 4차 암모늄일 수 있다.
한편, 상기 (c) 단계는, 상기 친수성 고분자층 표면에 양이온성 물질을 결합시키는 반응에 더하여, 상기 친수성 고분자층 표면에 형광 염료를 결합시키는 반응을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 바람직하게는 상기 형광 염료는 상기 친수성 고분자층의 표면으로 노출된 카복실기와 아마이드 결합을 통해 연결될 수 있다. 상기 형광 염료는 로다민(rhodamie), 보디피(bodipy), 알렉사 플루오르(Alexa Fluor), 사이아닌(cyanine) 및 이들의 유도체일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<제조예 1: 양전하로 표면이 개질된 초상자성 산화철 나노입자의 제조>
친수성 고분자로 코팅된 초상자성 나노입자의 제조
초상자성 산화철 나노입자(superparamagnetic iron oxide nanoparticles, SPION)는 박종남 등이 2004년에 발표한 논문(Nature materials, 3:891-895 (2004))에 따라 합성하였다. 이에 따라 합성된 나노입자는 표면이 올레익산(oleic acid)으로 코팅되어 있으므로 소수성 표면 특성을 갖는다. 이어서, 상기 올레익산을 친수성 고분자인 폴리아크릴산(polyacrylic acid, PAA)으로 다음과 같은 방법으로 치환하였다.
먼저, 올레익산으로 코팅된 초상자성 나노입자(oleic acid-coated SPION, OA-SPION) 200 mg을 톨루엔(toluene) 2 ml에 첨가한 후 하루 동안 교반하여 잘 분산 되도록 하였다. 가지 달린 둥근 플라스크에 다이에틸렌글리콜(DEG) 16 ㎖와 폴리아크릴산 (PAA, Mw 1,800)) 2 g을 첨가하고 아르곤(Ar) 가스를 흘려주면서 5분 동안 교반한 후, 플라스크 내 온도를 110 ℃로 올려 30분 동안 가열함으로써 PAA가 DEG에 완전히 용해되도록 하였다. 여기에 OA-SPION이 분산되어 있는 톨루엔 용액 2 ㎖를 주사기를 사용하여 플라스크 내로 주입하고, 반응 온도를 240 ℃로 올려 6시간 동안 더 반응시켰다. 반응을 하는 동안 아르곤 가스를 플라스크 내로 계속 공급하여 주었다. 반응 종료 후에는 실온에서 서서히 식혀서 용액의 온도를 떨어뜨렸다. 3차 증류수 150 ㎖에 염산(HCl) 2 ㎖를 넣어서 용액의 pH를 약 2.6에 맞춘 강산성 용액을 준비하고, 이 강산성 용액에 앞에서 얻어진 반응물을 첨가하여 PAA로 코팅된 SPION(PAA-SPION)의 침전을 유도하였다. 침전된 초상자성 산화철 나노입자를 7,000 rpm에서 15분 동안 원심분리하고, 상층액을 버린 후, 100 mM NaOH 20 ㎖를 첨가하여 침전물을 다시 분산시켰다. 나노입자 분산액을 투석막(Spectrumlabs, Inc., MWCO 50,000 dalton)에 넣고, 3차 증류수를 이용하여 18시간 동안 투석하여 나노입자 표면에 결합하지 않은 PAA등을 제거하였다. 투석을 종료한 후에 시린지 필터(syringe filter)(Pall Corporation, GHP acrodisc, 0.2 ㎛)를 이용하여 200 nm보다 큰 크기의 나노입자를 제거한 다음, 수용액을 액체 질소에 얼린 후 동결 건조하였다. 200 mg의 OA-SPION을 반응시켰을 때 평균 100 mg의 표면 음전하를 갖는 PAA-SPION을 얻을 수 있었다(약 50 %의 수율).
양전하로 표면이 개질된 초상자성 나노입자의 제조
나노입자 표면이 폴리아크릴산으로 치환된 PAA-SPION 100 mg을 3차 증류수 10 ㎖에 분산시킨 후에, 2-aminoethyl trimethyl ammonium (TMA) 200 mg을 PAA-SPION이 분산되어 있는 수용액에 첨가하고 30분간 실온에서 교반시켰다. 이 후에 0.1 M MES 완충액(pH 4.7) 500 ㎕에 0.2 M이 되도록 EDC를 녹여서 넣고, 이 용액을 PAA-SPION이 분산된 수용액에 첨가하여 2시간 더 교반시켰다. 투석막(Spectrumlabs, Inc., MWCO 50,000 dalton)에 용액을 첨가하고, 3차 증류수를 이용하여 18시간 동안 투석함으로서 나노입자 표면에 결합하지 않은 TMA 등을 제거하였다. 양이온성인 trimethyl ammonium (TMA)으로 표면이 치환된 초상자성 산화철 나노입자인 TMA-SPION이 분산되어 있는 수용액을 액체 질소에 얼린 후 동결 건조하여 분말 상태로 얻은 후 4 ℃에서 보관하였다. 100 mg의 PAA-SPION을 반응시켰을 때 평균 50 mg의 양전하로 표면 전하가 개질된 TMA-SPION을 얻을 수 있었다(약 50 % 수율).
<분석예 1: PAA-SPION 및 TMA-SPION의 형상, 전위 및 안정성 분석>
PAA-SPION과 TMA-SIPON을 3차 증류수에 분산시킨 수용액을 400 메시 구리 그리드(mesh copper grid)(Ultrathin carbon film, product No. 01824, TED PELLA, INC.)에 분주하고 하루 동안 건조시킨 후 투과전자현미경(300 kV, FEI Tecnai: F30ST)으로 관찰하였다. PAA 또는 TMA으로 치환된 전후의 산화철 나노입자 모양은 원형으로 균일하게 나타났다. 도 2a 및 2b는 TMA-SPION의 투과전자현미경 사진이다. 나노입자의 핵(core) 크기는 약 9.6 nm로서 균일한 원형의 모양을 가지는 것을 알 수 있다.
또한, 각각의 SPION 크기(hydrodynamic volume) 및 표면 제타전위를 측정하기 위하여 나노입자 분말을 3차 증류수로 희석한 후 입도 분석기(Nano Zetasizer, Malvern Instruments)를 이용하여 측정하였다. TMA-SPION의 평균 나노입자의 크기는 101 nm 정도로 페리덱스(Feridex, Advanced Magnetics, Inc.)와 비슷한 분포를 보였다(도 3). PAA-SPION의 제타전위 값은 -41.6±5.3 mV로 초상자성 나노입자의 표면이 강한 음전하를 띠는 것이 확인되었으며, TMA-SPION은 +40.0±2.2 mV로서 나노입자의 표면이 음전하에서 양전하로 바뀌었음이 확인되었다. +30 mV 이상의 표면 제타전위 값을 갖는 나노 입자는 수용액상에서 매우 안정한 분산을 보이는 것으로 알려져 있으며, 약 +40 mV의 제타전위를 갖는 TMA-SPION은 증류수에서 200일 동안 크기의 변화 없이 안정적인 분산 상태를 유지하였다.
다음, 세포 배양액에 첨가하는 우태아 혈청(fetal bovine serum, FBS)이 존재하는 조건 하에서 TMA-SPION의 분산 안정성을 시험하였다. 인산완충액(PBS)에 FBS를 각각 0, 10, 50 v/v%로 혼합하고, 여기에 TMA-SPION 수용액을 첨가한 후 실온에서 방치하여 나노입자 침전물 생성 여부를 관찰하였다. 22시간 후에도 모든 조건 하에서 침전물이 생성되지 않았으며, 이로써 TMA-SPION의 분산 안정성을 확인할 수 있었다(도 4).
<분석예 2: 이완성(relaxivity) 분석>
페리덱스(Advanced Magnetics, Inc.)와 TMA-SPION을 각각 3차 증류수에 분산시킨 후 유도결합 플라스마-원자 방출 분광법(ICP-AES)을 이용하여 분산용액 내의 철 농도를 측정하였다. 그 결과 각각 페리덱스 11 mg Fe/㎖ 및 TMA-SIPO 2.3 mg Fe/㎖로 확인되었다. 이 용액을 증류수로 희석하여 여러 가지 농도의 용액을 만든 후, 7-Tesla MRI(Bruker Biospin MRI, Germany)를 이용하여 각 농도별 1/T2 값을 구하고 1/T2 값과 농도의 그래프로부터 이완성(relaxivity, r2) 값을 얻었다. 초상자성 산화철 나노입자의 MR 영상 조영 능력을 나타내는 r2값을 비교한 결과, TMA-SIPON이 페리덱스보다 4.4배 큰 것으로 나타났다(도 5). 또한, 7-Tesla MRI를 이용한 T2-강조 영상(용액의 농도=0.698 ㎍ Fe/㎖, TR=2500 msec, TE=8.5 msec)으로부터 TMA-SPION이 페리덱스에 비하여 T2를 더 짧게 하여 영상을 더 어둡게 만드는 것(negative-enhanced contrast)을 확인하였다(도 6).
<분석예 3: 줄기세포 표지 효율 분석>
12-웰 플레이트에 폴리라이신(Sigma, P7890)으로 코팅된 원형 커버슬립을 놓고, 여기에 인간간엽세포 (human Mesenchymal stem cells, Lonza, PT-2501)를 1x105 cells/well의 숫자로 분주한 후 24시간 동안 10% FBS를 포함한 MEM alpha 배지에서 배양하였다. 각각 페리덱스와 TMA-SPION 분산 수용액을 1 ml 무혈청(serum-free) 배지에 0.025 mg Fe/㎖ 농도로 희석하여 웰에 첨가한 후 4시간 동안 처리하였다. 이 후에 혈청이 들어있는 배지로 교체하여 2시간 더 배양하고 세포를 염색하였다. 세포 염색은 세포 내 SPION의 표지 효율을 분석하기 위하여 프러시안 블루 염색(prussian blue staining) 기법을 사용하였는데, 10% 아세트산(Sigma, 320099)과 10% 육시아노철(Ⅱ)산 칼륨(potassium ferrocyanide) (Sigma, P3289) 용액을 반응하기 직전에 잘 섞은 다음 세포에 처리한 후 20분간 반응시켰다. 반응 후 인산완충액(100 mM, pH7.4, NaCl 138 mM)으로 씻어주고 세포 핵과 세포질 염색을 위하여 각 웰에 1 ml Nucelar fast red solution (Sigma, N3020)을 처리하여 5분간 반응시켰다. 반응이 끝난 후 인산완충액으로 씻어주고 50배율 광학 현미경 (Ziess, Germany )으로 관찰하여 이미지를 얻었다.
도 7a, 7b 및 7c는 각각 인간간엽세포를 세포 배양액(대조군), 페리덱스 및 TMA-SPION으로 처리하고, 프러시안 블루법으로 염색한 후 촬영한 사진이다. 도 7a의 경우, 세포 내에 파란색으로 염색된 부분이 보이지 않으며, 도 7b의 경우, 일부 세포가 약한 파란색으로 염색이 되었음을 확인할 수 있다. 이에 비해, 도 7c의 경우, 모든 세포가 강한 파란색으로 염색되었음을 확인할 수 있으며, 이로써 TMA-SPION이 세포 내에 효율적으로 흡수되었음을 알 수 있다. 즉, 기존의 상용화된 초상자성 산화철 나노입자의 경우 세포 내 투과를 보조해 줄 수 있는 프로타민 설페이트와 같은 보조제가 필요한데 반해 TMA-SPION은 보조제 없이도 4시간 만에 세포에 잘 들어가는 것을 확인할 수 있다. 이는 TMA-SPION 표면의 양전하가 세포 내 투과를 용이하게 함을 나타내는 결과라고 말할 수 있다.
<분석예 4: 세포 독성 시험>
초상자성 산화철 나노입자의 처리 농도에 따른 세포 독성 효과를 시험하기 위해서 페리덱스와 TMA-SPION을 무혈청 세포배양액에 각각 0, 0.12, 0.25, 0.5, 1 mg Fe/㎖ 의 농도로 제조하였다. 인간간엽세포를 96웰 플레이트에 1x104 cells/well로 분주하여 24시간 동안 배양한 후, 기존의 세포 배양액을 제거하고 초상자성 산화철 나노입자가 분산된 세포배양액을 웰당 100 ㎕씩 넣어준 후, 4시간 동안 배양하였다. 반응 후에는 CCK-8 분석법을 이용하여 세포 생존율을 측정하였다. 도 8에 의하면 0.5 mg Fe/㎖의 농도까지는 페리덱스와 TMA-SPION 모두 세포 독성을 보이지 않았으며, 1 mg Fe/㎖에서는 페리덱스의 경우 약 80%의 생존율을 보인데 반해, TMA-SPION은 같은 농도에서 90% 이상의 생존율을 보인 것으로 나타났다(*, p=0.007로 통계적으로 유효한 값임을 확인하였다).
<분석예 5: 초상자성 산화철 나노입자가 표지된 줄기세포의 T2-강조영상 비교 분석>
초상자성 산화철 나노입자가 표지된 줄기세포가 T2-강조 MR영상에서 나타나는 조영 효과를 확인하기 위하여, 3x105개의 인간간엽세포를 6웰 플레이트에서 24시간 동안 배양한 후, 세포 배양액에 분산된 페리덱스와 TMA-SPION을 각각 0.025 mg Fe/㎖의 농도로 4시간 동안 처리해주었다. 상층액을 제거하고, 트립신(Trypsin)/EDTA(Gibco,25200)로 처리하여 인간간엽세포를 떼어내고, 12,000 rpm에서 2분 동안 원심분리하여 세포 펠렛(pellet)을 얻었다. 인산완충액(100 mM, pH7.4, NaCl 138 mM)으로 펠렛(pellet)을 두 번 씻어서 줄기세포 표면에 흡착되어 있는 나노입자를 제거하고 7 T-MRI장비를 이용하여 T2-강조영상(TE=7.6 msec, TR=2000 msec)을 얻었다.
도 9a 및 9b는 초상자성 산화철 나노입자가 표지된 인간간엽세포의 백색광 영상 및 자기공명영상 사진이다(도 9a 및 9b의 사진 왼쪽부터 대조군, 페리덱스 처리 시료 및 TMA-SPION 처리 시료). 도 9b를 참조하면, 같은 농도에서 페리덱스로 표지한 경우보다 TMA-SPION으로 표지한 인간간엽세포의 경우가 T2-강조 자기공명 영상에서 더 어둡게 보이는 것을 확인할 수 있다.
<제조예 2: 형광 염료가 결합된 TMA-SPION 제조>
PAA-SPION에 TMA와 5-TAMRA 카다베린(cadaverine)(5 mg/ml, 5-Carboxytetramethylrhodamine, AnaSpec Inc., CA94555)을 1000:1 비율로 맞춰서 첨가하고 30분 동안 교반한 다음, 0.1 M EDC(0.1 M MES 완충액,pH 4.7)를 첨가하여 2시간 동안 반응 시킨 후 2일 동안 암실에서 투석한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일한 방법을 수행하여 형광 염료가 결합된 TMA-SPION을 제조하였다.
<분석예 6: 형광 측정>
상기 제조예 2에서 제조된 형광 염료가 결합된 TMA-SPION과 형광 염료가 결합되지 않은 TMA-SPION(대조군)의 형광을 측정하여 비교하였다. 비교 결과, 도 10에 도시된 바와 같이, 형광 염료가 결합된 TMA-SPION이 대조군에 비해 580~590 nm에서 약 17 배의 높은 형광 강도를 나타내는 것을 확인하였다(실선은 대조군, 점선은 5-TAMRA가 결합된 TMA-SPION). 이를 통해, 세포 및 생체 내에서 자기공명영상뿐 아니라 형광영상 측정도 가능함을 확인할 수 있다.
<분석예 7: 자기공명영상법을 통한 TMA-SPION이 표지된 인간간엽세포의 생체이동 영상 추적 효능 평가>
먼저, 뇌 허혈(brain ischemia) 모델을 만들기 위해서 4 마리의 Balb/c-nu mouse(Origin, 7~8 weeks)를 호흡 마취 시킨 후, 광감각제인 로우스 뱅갈(rose bengal)을 마우스(mouse)의 꼬리 정맥에 5 mg/kg의 용량으로 정맥 투여하였다. 마우스의 두피를 벗겨내고 시상과 관상 봉합 접합점의 왼쪽 부위에 530 nm 레이저를 이용하여 20 mW로 10분 동안 조사하여 레이저가 조사된 부위에서 뇌 허혈을 유도하였다. 빛 조사가 끝난 후 두피를 봉합하고 하루 동안 안정시키고, 다음 날 뇌 허혈 부위를 7-Tesla MRI로 T2-강조 영상을 확인하였다(도 11a, TR=2500 msec, TE=35 msec, slice thickness= 0.7 mm). 도 11a에 도시된 바와 같이, 광감각제를 이용한 뇌허혈 모델이 잘 만들어졌음을 알 수 있다. 이후, 0.01 mg Fe/ml의 농도의 TMA-SPION을 1x105 인간간엽 줄기세포에 4시간 동안 처리하고, 인산완충액으로 표지되지 않은 TMA-SPION을 제거하고, TMA-SPION이 표지된 줄기세포를 트립신/EDTA로 처리하여 세포를 분리하였다. 0.05 ml 배지에 분산된 줄기세포를 0.5 ml 인슐린 주사기(30 G, 성심 메디칼. CO. LTD.)에 옮긴 후 마우스의 꼬리에 정맥 투여하였다. TMA-SPION이 표지된 인간간엽세포를 주사한 후 1일, 2일, 7일째에 자기공명영상을 촬영하여 뇌 허혈 부위로 줄기세포의 이동이 있는지를 관찰하였다. TMA-SPION이 표지된 줄기세포를 정맥 투여한 후, 1일째에는 뇌 허혈 부위에 약간의 줄기세포가 관찰되었으며(도 11b), 2일째에는 훨씬 더 많은 양의 줄기세포가 뇌 허혈부위로 이동하여 축적되어 있음을 자기공명영상으로부터 확인할 수 있다(도 11c). 줄기세포 투여 후 7일째에는 뇌 허혈 부위가 회복되고 있으며, 가장자리 부분에 여전히 상당한 줄기세포가 존재함을 확인할 수 있다(도 11d). 이는 TMA-SPION으로 표지된 인간간엽세포가 정맥 혈관을 통해 손상된 뇌 부위로 이동하는 것을 자기공명영상으로 추적하는데 유용하게 이용될 수 있다는 것을 보여주는 결과이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 초상자성 산화철 나노입자를 친수성이면서도 강한 양이온성을 갖도록 간단하면서도 재현성 있게 제조할 수 있으며, 제조된 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자는 높은 세포 내 흡수 효율 및 안정성을 가지므로, 비침습 생체 영상을 통한 효과적인 조영제로서 다양하게 활용될 수 있다. 이에 더하여, 세포 표면에 존재하는 특정 수용체 등과 결합할 수 있는 리간드나 항체를 추가로 결합하여 다양한 유도체의 합성이 가능할 것으로 기대된다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (13)

  1. 초상자성 산화철 나노입자;
    상기 나노입자의 표면에 코팅된 다수의 카복실기를 함유한 고분자를 포함하는 고분자층; 및
    상기 고분자층 표면에 아마이드 결합으로 연결된 양이온성 물질을 포함하는 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양전하는 +30 mV 이상의 표면 제타전위를 갖는 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자는 10 내지 500 nm의 평균 직경을 갖는 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고분자는 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리이타콘산 및 이들의 유도체 중에서 선택되는 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 양이온성 물질은 아민기를 함유하는 4차 암모늄인 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 산화철 나노입자는 마그헤마이트(γ-Fe2O3) 또는 마그네타이트(Fe3O4)를 포함하는 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 산화철 나노입자는 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 가돌리늄(Gd) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 더 포함하는 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고분자층 표면에 아마이드 결합으로 연결된 형광 염료를 더 포함하는 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 형광 염료는 로다민(rhodamie), 보디피(bodipy), 알렉사 플루오르(Alexa Fluor), 사이아닌(cyanine) 및 이들의 유도체 중에서 선택되는 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자를 포함하는 조영제.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 조영제는 자기공명영상, 광학영상 또는, 자기공명영상 및 광학영상에 사용되는 것인 조영제.
  12. (a) 표면이 소수성 리간드로 코팅된 초상자성 산화철 나노입자를 준비하는 단계;
    (b) 상기 나노입자의 표면에 코팅된 소수성 리간드를 다수의 카복실기를 함유하는 고분자로 치환하여 친수성 고분자층을 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 친수성 고분자층의 표면으로 노출된 카복실기와 아민기 함유 양이온성 물질을 반응시켜 아마이드 결합을 형성시키는 단계를 포함하는 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 친수성 고분자층의 표면으로 노출된 카복실기와 형광 염료를 반응시켜 아마이드 결합을 형성시키는 반응을 더 포함하는 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자 제조방법.
KR1020100080216A 2010-08-19 2010-08-19 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자, 이를 이용한 조영제 및 그 제조방법 KR101244140B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100080216A KR101244140B1 (ko) 2010-08-19 2010-08-19 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자, 이를 이용한 조영제 및 그 제조방법
JP2010232806A JP2012044130A (ja) 2010-08-19 2010-10-15 正電荷性の超常磁性酸化鉄ナノ粒子と、これを利用した造影剤及びその製造方法
US13/013,193 US20120045399A1 (en) 2010-08-19 2011-01-25 Positively-charged superparamagnetic iron oxide nanoparticle, contrast agent using the same and method of preparing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100080216A KR101244140B1 (ko) 2010-08-19 2010-08-19 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자, 이를 이용한 조영제 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120017556A true KR20120017556A (ko) 2012-02-29
KR101244140B1 KR101244140B1 (ko) 2013-03-14

Family

ID=45594245

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100080216A KR101244140B1 (ko) 2010-08-19 2010-08-19 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자, 이를 이용한 조영제 및 그 제조방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20120045399A1 (ko)
JP (1) JP2012044130A (ko)
KR (1) KR101244140B1 (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016200074A1 (ko) * 2015-06-10 2016-12-15 한국기초과학지원연구원 친수성 입자, 그의 제조 방법, 및 그를 이용한 조영제
WO2018034464A1 (ko) * 2016-08-19 2018-02-22 주식회사 아모라이프사이언스 초상자성 나노복합체의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 초상자성 나노복합체
WO2018048048A1 (ko) * 2016-09-09 2018-03-15 한국과학기술연구원 불소계 용매에 대한 분산성이 향상된 자성 나노입자 및 이의 제조방법
KR20190138091A (ko) * 2018-06-04 2019-12-12 경북대학교 산학협력단 가돌리늄 산화물 나노입자 및 이의 제조 방법
CN112978803A (zh) * 2021-02-23 2021-06-18 四川大学 一种表面带正电的水溶性超顺磁性四氧化三铁微球的制备方法
CN114160106A (zh) * 2021-12-06 2022-03-11 郑州安图生物工程股份有限公司 一种氨基磁性纳米微粒的包被方法及其应用

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017539080A (ja) * 2014-10-23 2017-12-28 コーニング インコーポレイテッド 高分子被包磁性ナノ粒子
CN108743616B (zh) * 2018-05-30 2020-12-25 博瑞生物医药（苏州）股份有限公司 一种超顺磁氧化铁内毒素的去除方法
WO2021085315A1 (ja) * 2019-10-30 2021-05-06 キヤノン株式会社 組成物、及び熱輸送装置
CN114306650B (zh) * 2022-01-21 2022-12-06 南方医科大学 一种磁性四氧化三铁纳米粒及其制备方法和应用

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4224396A (en) * 1978-03-02 1980-09-23 Xerox Corporation Magnetic toner materials containing quaternary ammonium polymers as charge control agents
US4873102A (en) * 1988-03-14 1989-10-10 Manchium Chang Magnetic particles
JP2007528784A (ja) * 2004-02-11 2007-10-18 マサチューセッツ・インスティチュート・オブ・テクノロジー 多層ポリマー被覆磁性ナノクラスタ
JP4928775B2 (ja) * 2005-01-06 2012-05-09 株式会社日立ソリューションズ 半導体ナノ粒子表面修飾方法
KR100727454B1 (ko) * 2005-08-04 2007-06-13 경북대학교 산학협력단 초상자성 나노 입자의 코팅 방법
JP5789356B2 (ja) * 2006-09-22 2015-10-07 テルモ株式会社 磁気共鳴画像視認性と表面潤滑性とを有する重合体および医療用器具
JP2008280277A (ja) * 2007-05-09 2008-11-20 Univ Of Tokyo 腫瘍撮像用ｍｒｉ造影剤
KR100951719B1 (ko) * 2007-10-02 2010-04-07 재단법인서울대학교산학협력재단 세포투과성 펩타이드와 형광표지 자성나노입자의 복합체 및그 용도
KR100987936B1 (ko) * 2008-07-04 2010-10-18 경희대학교 산학협력단 광전환될 수 있는 형광성의 초상자성 금속 산화물 나노입자

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016200074A1 (ko) * 2015-06-10 2016-12-15 한국기초과학지원연구원 친수성 입자, 그의 제조 방법, 및 그를 이용한 조영제
KR20160145873A (ko) * 2015-06-10 2016-12-21 한국화학연구원 친수성 입자, 그의 제조 방법, 및 그를 이용한 조영제
WO2018034464A1 (ko) * 2016-08-19 2018-02-22 주식회사 아모라이프사이언스 초상자성 나노복합체의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 초상자성 나노복합체
US10658097B2 (en) 2016-08-19 2020-05-19 Amolifescience Co., Ltd. Method of manufacturing superparamagnetic nanocomposite and superparamagnetic nanocomposite manufactured using the same
US11087908B2 (en) 2016-08-19 2021-08-10 Amolifescience Co., Ltd. Method of manufacturing superparamagnetic nanocomposite and superparamagnetic nanocomposite manufactured using the same
WO2018048048A1 (ko) * 2016-09-09 2018-03-15 한국과학기술연구원 불소계 용매에 대한 분산성이 향상된 자성 나노입자 및 이의 제조방법
KR20190138091A (ko) * 2018-06-04 2019-12-12 경북대학교 산학협력단 가돌리늄 산화물 나노입자 및 이의 제조 방법
CN112978803A (zh) * 2021-02-23 2021-06-18 四川大学 一种表面带正电的水溶性超顺磁性四氧化三铁微球的制备方法
CN114160106A (zh) * 2021-12-06 2022-03-11 郑州安图生物工程股份有限公司 一种氨基磁性纳米微粒的包被方法及其应用
CN114160106B (zh) * 2021-12-06 2024-01-26 郑州安图生物工程股份有限公司 一种氨基磁性纳米微粒的包被方法及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012044130A (ja) 2012-03-01
KR101244140B1 (ko) 2013-03-14
US20120045399A1 (en) 2012-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101244140B1 (ko) 양전하성의 초상자성 산화철 나노입자, 이를 이용한 조영제 및 그 제조방법
Das et al. Tailor made magnetic nanolights: Fabrication to cancer theranostics applications
Efremova et al. Magnetite-Gold nanohybrids as ideal all-in-one platforms for theranostics
Xie et al. Iron oxide nanoparticle platform for biomedical applications
Lee et al. Designed synthesis of uniformly sized iron oxide nanoparticles for efficient magnetic resonance imaging contrast agents
J Wang et al. Recent advances in superparamagnetic iron oxide nanoparticles for cellular imaging and targeted therapy research
Bae et al. Bioinspired synthesis and characterization of gadolinium-labeled magnetite nanoparticles for dual contrast T 1-and T 2-weighted magnetic resonance imaging
Li et al. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles as MRI contrast agents for non-invasive stem cell labeling and tracking
Kim et al. Mesoporous silica-coated hollow manganese oxide nanoparticles as positive T 1 contrast agents for labeling and MRI tracking of adipose-derived mesenchymal stem cells
De et al. Hybrid magnetic nanostructures (MNS) for magnetic resonance imaging applications
Javed et al. MRI based on iron oxide nanoparticles contrast agents: effect of oxidation state and architecture
US20120114564A1 (en) Mri t1 contrasting agent comprising manganese oxide nanoparticle
US6534039B2 (en) Extended organic cobalt and nickel magnetic complexes
US20050260137A1 (en) Contrast agents for magnetic resonance imaging
Yang et al. Synthesis of ultrasensitive magnetic resonance contrast agents for cancer imaging using PEG-fatty acid
KR101721570B1 (ko) 산화철 나노입자 기반 림프절 이미징용 ｍｒｉ 조영제 및 이를 이용하여 림프절을 조영하는 방법
WO2007064175A1 (en) Magnetic resonance imaging contrast agents containing water-soluble nanoparticles of manganese oxide or manganese metal oxide
Chen et al. Improving sensitivity of magnetic resonance imaging by using a dual-targeted magnetic iron oxide nanoprobe
Kim et al. A highly sensitive magnetite nanoparticle as a simple and rapid stem cell labelling agent for MRI tracking
Freis et al. Bioconjugation studies of an EGF-R targeting ligand on dendronized iron oxide nanoparticles to target head and neck cancer cells
KR20070114943A (ko) 실리콘-포함 수용성 고분자로 코팅된 나노입자 및 그의조영제로서의 용도
KR20080071463A (ko) 산화망간 나노입자를 포함하는 자기공명영상 티1 조영제
Liu et al. Redox/pH-responsive hollow manganese dioxide nanoparticles for thyroid cancer treatment
KR20080071472A (ko) 산화망간 나노입자를 포함하는 자기공명영상 티1 조영제
Costa Preclinical testing of theranostic graphene-based magnetic nanocarriers in 2D and 3D hepatocellular carcinoma models

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160223

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170302

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180305

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee