KR20120113694A - A molecular imaging system using chemical conjugation of biocompatibility polymer mediator - Google Patents

A molecular imaging system using chemical conjugation of biocompatibility polymer mediator Download PDF

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KR20120113694A
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이동윤
정민진
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A system for molecular imaging of subject cells is provided to connect the subject cells with a contrast medium and to enhance cell bioavailability. CONSTITUTION: A composite for molecular imaging comprises a biocompatibility polymer mediator with different fractional groups at both ends, wherein the one end is conjugated with surface modified-iron oxide system nanoparticles, and the other end is chemically conjugated with the surface of the subject cells. The biocompatibility polymer mediator is polyethylene glycol(PEG) with a hetero functional group. The subject cells are islet cells. The molecular imaging is MRI(magnetic resonance imaging).

Description

생체적합성 매개 고분자와의 화학적 결합을 이용한 분자 영상화 시스템{A Molecular Imaging system using chemical conjugation of Biocompatibility Polymer Mediator}Molecular Imaging System Using Chemical Conjugation of Biocompatibility Polymer Mediator

본 발명은 대상세포의 분자영상화를 위한 효과적인 시스템에 관한 것으로, 양쪽 말단에 서로 다른 작용기를 가지는 생체적합성 매개 고분자 물질을 이용하여 대상세포와 조영제를 화학적으로 연결(chemical conjugation)시키는 것을 특징으로 하는 분자영상화 방법 및 이러한 화학적 결합 구조의 분자영상용 복합체 등에 관한 것이다.
The present invention relates to an effective system for molecular imaging of a target cell, wherein the molecule is characterized by chemically conjugating the target cell and a contrast agent using a biocompatible mediator polymer material having different functional groups at both ends. Imaging methods and complexes for molecular imaging of such chemically bonded structures.

분자영상(Molecular Imaging)은 최근 급속히 발전하고 있는 분야로, 세포 내에서 일어나는 여러 분자수준의 변화, 즉 유전자의 발현, 생화학적 현상, 생물학적 변화들을 영상으로 평가하는 기법이다. 분자영상법은 분자세포생물학과 첨단영상 기술이 접목하여 가능하게 되었으며 의학, 유전학, 분자생물학,세포학, 화학, 약학, 물리학, 전산학, 의공학, 영상의학, 핵의학 등이 통합하여 생긴 새로운 분야이다.Molecular imaging (Molecular Imaging) is a rapidly developing field. It is a technique for evaluating various molecular-level changes in cells, such as gene expression, biochemical phenomena, and biological changes. Molecular imaging is made possible by combining molecular cell biology and advanced imaging technology, and is a new field created by integrating medicine, genetics, molecular biology, cytology, chemistry, pharmacy, physics, computer science, medical engineering, radiology, and nuclear medicine.

기존의 의학영상 방법이 비특이적인 물리적, 화학적 성상의 차이를 이용하여 영상신호를 만들고 이 신호의의미를 임상적으로 추정 이용하는 데 반하여 분자영상법에서는 분자 수준, 유전자 수준의 작용에서 나오는 영상신호를 이용하기 때문에 보다 특이적 영상이라는 특징이 있다.While conventional medical imaging methods produce video signals using nonspecific physical and chemical properties and clinically estimate the meaning of these signals, molecular imaging uses video signals from the molecular and gene levels. Because of this, there is a characteristic of a more specific image.

이러한 분자 영상화 기법은 일차적으로 의료 분야에서 유전자 치료나 인체의 각 기능을 평가하는 데 필요한 기반기술이며 더 나아가서는 생명현상에 대한 정보를 제공함으로써 생물공학 분야에 일대 혁신을 가져올 핵심 기반기술이다. 그리고 최근 20~30년간 생화학 및 분자생물학의 발전과 영상기법의 발전이 상승작용을 하여 앞으로 미래 생의학분야 연구의 지평을 여는 중요한 분야로 자리잡을 것으로 전망된다.Molecular imaging techniques are the basic technology necessary for the first time in the medical field to evaluate gene therapy and each function of the human body, and furthermore, it is a core technology that will revolutionize biotechnology by providing information on life phenomena. The development of biochemistry and molecular biology and imaging techniques over the past 20-30 years is expected to become an important field that opens the horizon of future biomedical research.

한편, 당뇨병은 만성적인 고혈당을 가진 중요한 특징으로 하는 질환으로서 이에 따라 뇌졸중, 심장마비, 실명, 신부전증, 신경병증 및 하지절단과 같은 합병증이 발병하여 사회적, 경제적으로 중요한 질병이다. On the other hand, diabetes is an important disease with chronic hyperglycemia, and accordingly, complications such as stroke, heart failure, blindness, renal failure, neuropathy and lower limb cutting are social and economically important diseases.

현재까지 당뇨병을 완치시킬 수 있는 치료법은 없으며, 인슐린 강화요법을 하더라도 고혈당으로 인한 당뇨병의 합병증을 줄일 수는 있으나, 완전히 막을 수는 없는 것이 현실적이다. 최근 당뇨병의 완치에 도전하고 있는 새로운 방법들로 가장 생리적인 방법은 췌장 또는 췌도세포 이식이라고 할 수 있는데, 췌도세포 이식의 경우 췌장이식에 비해 시술이 간편하고 시험관 내에서 면역 및 증식에 대한 조작이 가능하며, 반복시술이 가능한 장점이 있어 췌도 세포이식을 권장하고 있는 추세이다. There is no cure for diabetes until now, and insulin fortification can reduce the complications of diabetes due to hyperglycemia, but it is not practical to prevent it completely. Recently, the most physiological method is the pancreatic or pancreatic islet transplantation. The pancreatic islet transplantation is simpler than the pancreas transplantation and the manipulation of immunity and proliferation in vitro is difficult. It is possible to repeat the procedure, and pancreatic islet transplantation is a trend that is recommended.

하지만 췌도세포 이식 후 이식된 췌도 세포가 10% 정도 남아 있을 때 인지하는 문제점을 가지고 있다. 그때는 췌도세포를 이식하기 늦은 상태이고 그렇게 때문에 이식한 췌도 세포의 생존 여부를 확인할 수 있는 분자영상이 필요하다. However, there is a problem of recognizing when about 10% of the transplanted pancreatic islets remain after islet cell transplantation. At that time, the islets are late to be transplanted, and thus molecular imaging is needed to confirm the survival of the transplanted islets.

그러나, 췌도 세포 이식이 활발한 현재, 췌도 세포 이식 후 췌도 세포의 위치와 생존 여부를 확인할 효과적인 방법이 없었다.However, currently, there is no effective way to determine the location and survival of islet cells after islet cell transplantation.

췌도 세포의 위치와 생존 여부의 파악은 췌도 세포 이식에 중요한 문제로 이식한 췌도 세포가 10%가 남아있어도 이 기능은 문제 없지만, 10% 남아있는 췌도 세포는 그 기능이 빠르게 떨어지기 때문에 췌도 세포의 위치 확인이 중요하다. Identifying the location and survival of islet cells is an important issue for islet cell transplantation. Even if 10% of the islet cells are transplanted, this function is not a problem, but 10% of the remaining islet cells are rapidly deteriorated. Location is important.

이런 경우에는 지금까지, 조영제가 췌도 세포 안으로 들어가는 방법, 즉 산화철 조영제를 세포에 침습시켜 췌도세포의 위치를 확인하고 있다. 그렇지만 기존 방식에는 몇가지 문제점을 가지고 있다.In this case, until now, the method of entering the pancreatic islets into the pancreatic islet cells, that is, the iron oxide contrast agent has been invaded into the cells to identify the location of the pancreatic islets. However, there are some problems with the existing method.

첫째, 산화철 조영제가 세포 안에 오랜시간 동안 머물러 독성의 문제에 영향을 주어 생존율에 문제가 된다. 이로 인해 췌도 세포의 존재 여부를 알기 위해 세포에 무리를 주는 결과로 그 효과를 위해 다른 한쪽에 문제점이 생기는 결과를 초래한다.First, the iron oxide contrast agent stays in the cells for a long time, affecting the problem of toxicity and thus the survival rate. This causes the cells to know the presence of pancreatic islets, resulting in problems on the other side for the effect.

둘째, 이 산화철 조영제는 나노 사이즈로 생체에 영향을 주지 않기 때문에 걱정 없을 것이라 생각 들지만 이 산화철 조영제는 서로 붙으려는 성질이 강하기 때문에 특히나 규칙 없이 24시간 동안 세포와 산화철 조영제를 미디아 상에서 세포로 침습하는 방식은 세포 안에서 산화철 조영제가 어떤 형태로 존재하는지 알 수 없고 이는 또한 산화철 조영제가 서로 얽혀 그로 인해 사이즈는 나노 사이즈보다 커지게 되고 이것은 세포 생존률에 영향을 미치게 된다. Second, I think this iron oxide contrast agent will not be worried because it does not affect the living body at nano size, but since this iron oxide contrast agent has a strong tendency to stick together, the method of invading the cell and iron oxide contrast agent into the cell on the media for 24 hours without rule is especially It is not known what form of iron oxide contrast agent is in the cell, and it also causes the iron oxide contrast agent to become entangled with each other, causing the size to be larger than the nanosize, which affects cell viability.

셋째, 24시간동안 세포와 산화철 조영제를 미디아 조건에서 인큐베이션한 방식을 100% 라벨링이 되지 않는다. 이 사실은 기존 연구에서 보고된 바가 있으며 이식한 췌도세포의 분포와 MRI로 확인한 결과 나타나는 췌도세포의 분포가 다름을 확인하였고 이것이 문제점으로 대두되고 있다.
Third, 100% labeling of cell and iron oxide contrast agents incubated under media conditions for 24 hours. This fact has been reported in previous studies, and it is confirmed that the distribution of transplanted pancreatic islets and the distribution of pancreatic islets as a result of MRI are different and this is a problem.

이에 본 발명자들은 생체적합성 매개 고분자 물질을 이용하여 세포와 산화철 조영제를 연결시켜주는 화학적인 방법으로 기존의 방법인 세포 안으로 침습하는 방법이 아닌 세포 표면에 산화철 조영제를 연결시켜주는 방법을 개발코자 예의 노력한 결과, 서로 다른 작용기를 가진 PEG를 사용하여 작용기 NHS에는 췌도 세포와 반응하고 다른 한쪽 반응기 말레이미드에는 조영제의 폴리사카라이드와 반응하게 함으로써 세포와 조영제를 서로 화학적으로 연결시켜 줄 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
Therefore, the present inventors made an effort to develop a method of connecting iron oxide contrast agent to the cell surface rather than invading into the cell, which is a chemical method of connecting a cell and iron oxide contrast agent using a biocompatible mediated polymer material. As a result, using PEG with different functional groups, it is confirmed that the cells can be chemically connected to each other by allowing the functional group NHS to react with the islet cells and the other reactor maleimide with the polysaccharide of the contrast agent. The present invention has been completed.

본 발명은 종래 분자영상에 사용되는 조영제의 문제점을 해결하기 위해 새로운 방법의 분자영상화 기술에 관한 것으로,The present invention relates to a new method of molecular imaging technology to solve the problems of contrast agents used in conventional molecular imaging,

본 발명의 주된 목적은 생체적합성 매개 고분자를 이용하여 산화철 나노입자 조영제와 대상세포를 화학적으로 연결시킨 구조를 가지는 분자영상용 복합체를 제공하는 데 있다. The main object of the present invention is to provide a composite for molecular imaging having a structure in which the iron oxide nanoparticle contrast agent and the target cell chemically connected by using a biocompatible mediated polymer.

본 발명의 다른 목적은 생체적합성 매개 고분자를 이용하여 대상세포의 표면을 개질시키는 것을 특징으로 하는, 상기 분자영상용 복합체를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a method for producing the composite for molecular imaging, characterized in that for modifying the surface of the target cell using a biocompatible mediated polymer.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 분자영상용 복합체를 이용한, 대상세포의 분자영상화 방법을 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention to provide a molecular imaging method of the target cell using the complex for molecular imaging.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 서로 다른 작용기를 양쪽 말단에 가지는 생체적합성 매개 고분자의 한 쪽 말단은 개질용 고분자 또는 다당류로 표면개질된 산화철계 나노입자(조영제)와 결합되어 있고; 다른 한 쪽 말단은 대상세포 표면과 화학적으로 결합되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 분자영상용 복합체를 제공한다.In order to solve the above problems, one end of the biocompatible mediated polymer having different functional groups at both ends is combined with iron oxide-based nanoparticles (contrast agent) surface-modified with a modifying polymer or polysaccharide; The other end provides a molecular imaging complex, characterized in that it has a configuration that is chemically bonded to the surface of the target cell.

본 발명의 사용에 바람직한 분자영상 기법은 자기공명영상(magnetic resonance imaging, MRI)이다.A preferred molecular imaging technique for use in the present invention is magnetic resonance imaging (MRI).

상기 분자영상용 복합체를 이루는 생체적합성 매개 고분자는 폴리에틸렌글리콜(PEG), 알지네이트, 하이드로젤, 피브리노겐 젤, 콜라젠, 젤라틴, 카이토산, 알지네이트, 히알루로닉산, PLGA, PEI, 및 PEO로 구성된 군에서 선택할 수 있고, 바람직하게는 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 사용한다. Biocompatible media polymers constituting the complex for molecular imaging is selected from the group consisting of polyethylene glycol (PEG), alginate, hydrogel, fibrinogen gel, collagen, gelatin, chitosan, alginate, hyaluronic acid, PLGA, PEI, and PEO And preferably polyethylene glycol (PEG).

특히, 상기 폴리에틸렌글리콜(PEG)은 양 쪽 말단에 서로 다른 작용기를 가지는데(헤테로 작용기), 다음의 변형된 형태 중 어느 하나의 구성을 가질 수 있다:In particular, the polyethylene glycol (PEG) has different functional groups at both ends (hetero functional groups), and may have any one of the following modified forms:

Figure pat00001
Figure pat00001

본 발명의 일 구체예에서, 상기 폴리에틸렌글리콜(PEG)의 한쪽 말단은 말레이미드기를 가지고 있고 다당류로 표면개질된 산화철계 나노입자와 결합되어 있고; 다른 한쪽 말단은 NHS기를 가지고 있고 대상세포 표면과 화학적으로 결합되어 있는 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
In one embodiment of the present invention, one end of the polyethylene glycol (PEG) is bound to iron oxide nanoparticles having a maleimide group and surface-modified with a polysaccharide; The other end has an NHS group and is characterized by having a structure chemically bonded to the surface of the target cell.

한편, 산화철계 나노입자(SPIO, 조영제)의 표면개질에는 개질용 고분자 또는 다당류를 사용할 수 있는데, 바람직하게는 다당류를 사용한다.On the other hand, for the surface modification of the iron oxide-based nanoparticles (SPIO, contrast agent) can be used for modifying polymers or polysaccharides, preferably polysaccharides.

상기 개질용 고분자는 PEG, 알지네이트, 하이드로젤, 피브리노겐 젤, 콜라젠, 젤라틴, 카이토산, 알지네이트, 히알루로닉산, PLGA, PEI, 및 PEO로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 고분자일 수 있다. The modifying polymer may be at least one polymer selected from the group consisting of PEG, alginate, hydrogel, fibrinogen gel, collagen, gelatin, chitosan, alginate, hyaluronic acid, PLGA, PEI, and PEO.

또한, 상기 다당류는 알지네이트(alginate), 히알루론산(hyaluronic acid), 황산콘드로이친(chondroitin sulfate), 덱스트란(dextran), 덱스트란 설파이트(dextran sulfate), 헤파린(heparin), 헤파린 설파이텀(heparin sulfatem), 헤파란 설파이트(heparan sulfate), 키토산(chitosan), 젤란검(gellan gum), 잔탄검(xanthan gum), 구아검(guar gum), 수용성 셀룰로오스 유도체(cellulose derivatives) 및 카라기난(carrageenan)으로 구성된 군에서 선택될 수 있는데, 바람직하게는 헤파린(heparin)일 수 있다.
In addition, the polysaccharide is alginate, hyaluronic acid, chondroitin sulfate, dextran, dextran sulfate, heparin, heparin sulfate. ), Heparan sulfate, chitosan, gellan gum, xanthan gum, guar gum, water-soluble cellulose derivatives and carrageenan It may be selected from the group consisting of, preferably heparin (heparin).

또한, 상기 대상세포는 분자영상화 대상이 될 수 있는 세포라면 특별한 제한은 없다. 예를 들어, 췌도 세포, 줄기 세포, 역 분화 유도 줄기세포 (IPS), 지방 세포, 연골 세포, 간 세포, 또는 심근 세포 등일 수 있다. 특히, 본 발명은 특정 세포의 이식 후의 병리 상태를 확인하기 위해 분자영상화 방법을 적용하는 경우에 유용하게 사용될 수 있다. In addition, the target cell is not particularly limited as long as the cell can be a molecular imaging target. For example, it may be islet cells, stem cells, inverted differentiation induced stem cells (IPS), adipocytes, chondrocytes, liver cells, cardiomyocytes, and the like. In particular, the present invention can be usefully used when applying the molecular imaging method to confirm the pathological state after transplantation of specific cells.

본 발명의 일 구체예에서는 복합세포의 일종인 췌도세포를 대상세포로 사용하였다.In one embodiment of the present invention, pancreatic islet cells, which are a kind of complex cells, were used as target cells.

그러므로, 본 발명은 말레이미드기 및 NHS기를 양쪽 말단에 각각 가지는 폴리에틸렌글리콜(PEG)의 말레이미드기는 헤파린으로 표면개질된 산화철계 나노입자와 화학적으로 결합되어 있고; NHS기는 췌도세포 표면의 아민기와 화학적으로 결합되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 췌도세포 분자영상용 복합체를 제공한다.
Therefore, in the present invention, a maleimide group of polyethylene glycol (PEG) having maleimide groups and NHS groups at both ends is chemically bonded to iron oxide nanoparticles surface-modified with heparin; The NHS group provides a complex for islet cell molecular imaging, characterized in that it has a configuration that is chemically bonded to the amine group on the surface of the islet cells.

또한, 본 발명은 대상세포의 분자 영상화에 이용하기 위하여,In addition, the present invention for use in molecular imaging of the target cell,

개질용 고분자 또는 다당류로 산화철 나노입자 표면을 개질하는 단계,Modifying the surface of the iron oxide nanoparticles with a modifying polymer or polysaccharide,

대상세포와 생체적합성 매개 고분자를 화학적으로 결합시키는 단계, 및Chemically binding a target cell and a biocompatible median polymer, and

상기 표면개질된 산화철 나노입자와 상기 대상세포와 결합된 생체적합성 매개 고분자를 화학적으로 결합시키는 단계를 포함하는, 상기 분자 영상용 복합체의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a composite for molecular imaging comprising the step of chemically bonding the surface-modified iron oxide nanoparticles and the biocompatible mediated polymer coupled to the target cell.

각각의 단계에서 사용되는 구성성분은 앞서 설명한 바와 같다.
The components used in each step are as described above.

또한, 본 발명은 서로 다른 작용기를 양쪽 말단에 가지는 생체적합성 매개 고분자를 매개하여, 산화철계 나노입자의 조영제와 대상세포를 화학적으로 연결시켜 사용하는 것을 특징으로 하는, 대상세포의 분자 영상화 방법도 제공한다. In addition, the present invention also provides a method for molecular imaging of a target cell, characterized in that it is used by chemically connecting a contrast agent of the iron oxide-based nanoparticles and the target cell through a biocompatible mediated polymer having different functional groups at both ends. do.

상기 방법에서 사용되는 각각의 구성에 대한 설명 역시 앞서 설명한 바와 같다.
A description of each configuration used in the method is also as described above.

본 발명은 세포에 적용되는 종래 조영제의 문제점을 해결할 수 있다. 세포에 생체적합성 매개 고분자 물질을 이용하여 세포 표면개질과 동시에 상기 물질이 대상세포와 조영제를 연결시킴으로써, 기존의 세포 침습적 조영제가 세포에 미치는 독성여부를 해결하여 세포의 생존율을 높여주고, 대상세포에 대해 100% 라벨링이 가능하다.The present invention can solve the problems of conventional contrast agents applied to cells. By using biocompatible mediated polymer material on the cell, the material is connected to the target cell and the contrast agent at the same time as the cell surface modification, thereby solving the toxicity of the existing cell-invasive contrast agent to the cell to increase the survival rate of the cell, 100% labeling is possible.

따라서, 본 발명은 매우 안전하고 효율적인 분자영상화를 통해, 질환의 진단 또는 특정 세포 이식 후 병리상태 확인 등에 유용하게 사용될 수 있다.
Therefore, the present invention can be usefully used for diagnosing a disease or checking a pathology after transplantation of a specific cell through very safe and efficient molecular imaging.

도 1은 본 발명의 분자영상용 복합체의 개략적인 구조를 도시한 그림이다.
도 2는 다당류로 표면을 개질한 산화철 조영제의 투과 전자 현미경 사진이다.
도 3은 표면을 개질한 산화철 조영제에 코팅된 다당류의 존재를 확인하기 위한 우라닐 아세테이트 염색사진이다.
도 4은 다당류로 표면을 개질한 산화철 조영제의 MRImage 결과이다.
도 5는 췌도세포 표면에 존재하는 산화철 조영제 존재 확인을 위한 플시안블루 염색사진 및 전자현미경 사진이다.
도 6은 조영제에 FITC 형광 Dye를 붙인 후 본 발명의 복합체를 공초점 현미경으로 확인한 사진이다.
도 7은 본 발명의 복합체에 대한 MRImage 결과이다.
도 8은 MRI상 T2감쇄 신호정도를 확인한 결과 그래프이다.
도 9는 산화철 조영제 농도에 따른 췌도세포의 MRImage 결과이다.
도 10은 조영제의 농도별 처리에 따른 췌도세포 생존율을 비교한 결과이다.
도 11은 본 발명의 복합체를 마우스에 이식한 직후 및 한 달 후의 MR T2 이미지이다.
1 is a diagram showing a schematic structure of a composite for molecular imaging of the present invention.
2 is a transmission electron micrograph of an iron oxide contrast agent modified surface with polysaccharides.
Figure 3 is a uranil acetate staining to confirm the presence of the polysaccharide coated on the surface modified iron oxide contrast agent.
Figure 4 is an MRImage results of the iron oxide contrast agent modified surface with polysaccharides.
Figure 5 is a plyan blue staining and electron micrographs to confirm the presence of iron oxide contrast agent present on the surface of the islet cells.
Figure 6 is a photograph of the complex of the present invention after the FITC fluorescent Dye attached to the contrast medium confirmed by confocal microscopy.
7 is MRImage results for the complex of the present invention.
8 is a graph showing the results of confirming the M2 T2 attenuation signal.
9 is an MRImage result of pancreatic islets according to the iron oxide contrast agent concentration.
10 is a result of comparing the islet cell survival rate according to the concentration-specific treatment of the contrast agent.
11 is an MR T2 image immediately after and one month after implantation of the complex of the present invention into a mouse.

본 발명에서 사용되는 용어에 대한 정의는 이하와 같다.
Definitions of terms used in the present invention are as follows.

"진단"은 병리 상태의 존재 또는 특징을 확인하는 것을 의미한다. 본 발명의 목적상, 진단은 특정 세포의 체내 이식 후의 상태를 확인하는 것을 포함한다. "Diagnosis" means identifying the presence or characteristic of a pathological condition. For the purposes of the present invention, diagnosis involves identifying the state after transplantation of specific cells in the body.

"생체적합"이란 바람직하지 않은 후속효과 없이 인체와 상호작용하는 물질을 의미한다."Biocompatibility" means a substance that interacts with the human body without undesirable subsequent effects.

"분자영상법"은 세포 내에서 일어나는 여러 분자수준의 변화, 즉 유전자의 발현, 생화학적 변화, 생물학적 변화를 영상으로 분석 평가하는 기법으로, 분자생물학과 첨단 영상기술이 접목하여 가능하게 되었으며 의학, 유전학, 분자생물학, 세포학, 화학, 약학, 물리학, 전산학, 의공학, 영상의학, 핵의학의 기술들이 집약되어 있는 기술이다. 분자영상법을 이용함으로써 세포의 근원적 현상, 생체기전을 영상화하는 데 시간적 정보와 공간적 정보를 함께 평가하는 것이 가능하여 질병에 대한 이해도가 증가하고, 뿐만 아니라 종양, 뇌신경 질환, 면역 질환 등 많은 난치성 질병의 조기 진단이 가능하다. 또한 특정 분자, 유전자, 신호전달체계에 작용하는 신약의 개발에 이용될 수 있으며 외부에서 주입된 유전자가 목표 장기나 조직에서 발현되는 것을 비침습적으로 영상화하고 쉽게 정량화할 수 있으므로 유전자 치료에 크게 기여한다."Molecular imaging" is a technique that analyzes and evaluates various molecular-level changes in a cell, such as gene expression, biochemical changes, and biological changes, and is made possible by combining molecular biology and advanced imaging technology. It is an integrated technology of molecular biology, cytology, chemistry, pharmacy, physics, computer science, medical engineering, radiology and nuclear medicine. By using molecular imaging, it is possible to evaluate both temporal and spatial information for imaging the fundamental phenomena and biomechanism of cells, increasing understanding of the disease, as well as many intractable diseases such as tumors, neurological diseases and immune diseases. Early diagnosis is possible. In addition, it can be used for the development of new drugs that act on specific molecules, genes and signaling systems, and contributes to gene therapy since non-invasive imaging and easy quantification of the expression of externally injected genes in target organs or tissues .

"대상세포"는 임의의 병리 상태의 존재 등을 확인하기 위해 조영제를 이용하여 분자영상화 하려는 타겟이 되는 세포로서, 본 발명의 일 구체예에서는 췌도세포의 이식 후 생존 여부를 확인하려는 목적으로 분자영상법을 이용한다."Target cell" is a target cell to be molecularly imaged using a contrast agent to confirm the presence of any pathological state, in one embodiment of the present invention molecular imaging for the purpose of confirming the survival after transplantation of pancreatic islet cells Use the law.

"조영제"란 어떤 특정 장기나 조직이 주위와 뚜렷한 대조를 이루어 관찰하기 쉽도록 하기 위해 쓰이는 물질로, 일반적으로 음성조영제와 양성조영제로 나뉘어진다. 음성조영제는 주위의 조직보다 X선, 방사선 등을 더 많이 흡수해서 영상을 나타내고, 양성조영제는 그 반대의 경우이다."Contrast" is a substance used to make certain organs or tissues easy to observe in contrast with the surroundings, and is generally divided into negative contrast agent and positive contrast agent. Negative contrast agent absorbs more X-rays, radiation, etc. than the surrounding tissue to display an image, and positive contrast agent is the opposite.

"표지" 또는 "라벨"는 직접 또는 간접적으로 시약, 예를 들어 핵산 프로브 또는 항체에 컨쥬게이팅 되거나 융합되고 컨쥬게이팅 되거나 융합된 시약의 검출을 용이하게 하는 화합물 또는 조성물을 의미한다. 표지는 그 자체가 검출될 수 있거나 (예를 들어, 방사성 동위원소 표지 또는 형광 표지), 효소 표지의 경우에, 검출가능한 기질 화합물 또는 조성물의 화학적 변형을 촉매 할 수 있다.By "label" or "label" is meant a compound or composition that directly or indirectly facilitates the detection of a reagent conjugated to, fused, conjugated or fused to a reagent, eg, a nucleic acid probe or antibody. The label may itself be detected (eg, a radioisotope label or a fluorescent label) or, in the case of an enzyme label, may catalyze the chemical modification of the detectable substrate compound or composition.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
As used herein, the terms "about", "substantially", and the like, are used at, or in close proximity to, numerical values when manufacturing and material tolerances inherent in the meanings indicated are intended to aid the understanding of the invention. Accurate or absolute figures are used to assist in the prevention of unfair use of unscrupulous infringers.

본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 또한 본 명세서에는 바람직한 방법이나 시료가 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다.
All technical terms used in the present invention, unless defined otherwise, are used in the meaning as commonly understood by those skilled in the art in the related field of the present invention. Also, preferred methods or samples are described in this specification, but similar or equivalent ones are also included in the scope of the present invention.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명자들은 생체적합성 매개 고분자 물질을 이용하여 대상세포와 산화철 조영제를 연결시켜주는 화학적인 방법으로, 세포 안으로 침습하는 기존의 방법이 아닌 대상세포 표면에 산화철 조영제를 연결시켜주는 방법을 처음으로 고안하였다.
The present inventors have devised for the first time a method of connecting iron oxide contrast agent to the surface of a target cell, rather than the conventional method of invading into cells, using a biocompatible mediated polymer material to connect the target cell and the iron oxide contrast agent. .

본 발명은 분자영상(Melecular Imaging)과 관련한 기술이다.The present invention is a technique related to molecular imaging.

분자영상은 세포 내에서 일어나는 여러 분자수준의 변화를 영상으로 평가하는 기법으로, 분자영상화 기술은 크게 3가지 접근방법으로 연구되고 있는데, 광학적 영상화기법(Optical imaging), 핵의학적 영상화 기법(Nuclear imaging), MRI(Magnetic resonance imaging)를 위시한 CT, 초음파(US) 등 방사선과적 영상기법 등이다.Molecular imaging is a technique for evaluating the changes of various molecular levels occurring in a cell. Molecular imaging technology has been studied in three approaches: optical imaging and nuclear imaging. And radiological imaging techniques such as CT and ultrasound (US), including magnetic resonance imaging (MRI).

광학적 영상화 기법은 리포터 유전자로 형광단백질(fluorescent protein)을 이용한 방법과 luciferase라는 효소를 사용하는 발광(bioluminescent) 영상법이 가장 널리 사용되고 있다.Optical imaging techniques are the most widely used reporter genes using fluorescent proteins and bioluminescent imaging using an enzyme called luciferase.

핵의학적 영상화 기법을 이용한 연구로 UCLA의Gambhir와 Memorial Sloan-Kettering CancerCenter의 Tjuvajev가 최초로 리포터 유전자 영상법을 개발하였으며 이들은 Herpes simplex virus 1형의 thymidine kinase(HSV1-TK) 유전자를 특정 세포 내로 이입시키고 이 유전자의 발현을 방사성 표지 기질과 PET를 이용하여 영상화한 방법을 발표하였다. TK를 이용하여 만든 영상은 PET 영상으로서 광학영상법과는 달리 투과력이 좋아 단층 영상의 획득이나 정량화가 용이하다.In the study using nuclear medical imaging techniques, Tjuvajev of the Gambhir of UCLA and Tjuvajev of the Memorial Sloan-Kettering CancerCenter developed the reporter gene imaging method, which transferred the herpes simplex virus type 1 thymidine kinase (HSV1-TK) gene into specific cells. A method of imaging gene expression using a radiolabeled substrate and PET was presented. The image made using TK is a PET image, and unlike the optical imaging method, it has a high permeability, making it easy to acquire or quantify tomographic images.

그리고, MR, CT, 초음파를 이용한 방사선과적 영상화 기법이 있으며 이러한 기존의 진단방사선과 방법은 해상력이 높고 심층부까지 영상화가 가능한장점이 있다. In addition, there are radiographic imaging techniques using MR, CT, and ultrasound, and these conventional diagnostic radiographs and methods have high resolution and have an advantage of being able to image deeper.

본 발명에서는 바람직하게 방사선과적 분자 영상화기법이 이용된다. 특히 자기공명영상(magnetic resonance imaging, MRI)을 이용하는 것이 가장 바람직하다.In the present invention, a radiological molecular imaging technique is preferably used. In particular, it is most preferable to use magnetic resonance imaging (MRI).

자기공명영상(MRI)은 세포를 이미지하기에 적합한 분자영상기술로 MRI는 양성자에서 나오는 신호를 측정하는 것으로 어떤 조직이든 횡단면, 관상면 및 시상면 등을 필요한 각도로 자유자재로 촬영할 수 있는 진단영상 방법으로 기존 Xray 관련 영상기기의 방사능 노출에 따른 위험이 없는 장점을 가지고 있다.
Magnetic resonance imaging (MRI) is a molecular imaging technology suitable for imaging cells. MRI measures signals from protons. Diagnostic images can be taken at any angle, at any angle, in any cross section, coronal plane, and sagittal plane. As a method, there is no risk of radiation exposure of existing Xray-related imaging equipment.

따라서, 본 발명은 본 발명은 일 관점에서, Therefore, the present invention is, in one aspect,

서로 다른 작용기를 양쪽 말단에 가지는 생체적합성 매개 고분자의 한 쪽 말단은 다당류로 표면개질된 산화철계 나노입자와 결합되어 있고, 다른 한 쪽 말단은 대상세포 표면과 화학적으로 결합되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 분자영상용 복합체에 관한 것이다.
One end of the biocompatible mediator having different functional groups at both ends is combined with iron oxide-based nanoparticles surface-modified with polysaccharides, and the other end is chemically bonded to the surface of the target cell. It relates to a composite for molecular imaging.

산화철계Iron oxide 나노입자(조영제) Nanoparticles (Contrast Agents)

본 발명에서 바람직하게 사용될 수 있는 분자영상법인 MRI 영상의 선명도 및 정확도를 증가시키기 위해 조영제를 사용하는데, 1988년 처음 MRI 조영제(contrast agent)가 시판된 이후 X-ray 촬영 시 확인 불가능했던 부분이 관찰 가능하게 되면서 특히 MRI 조영제 중 나노기술을 이용한 초상자성 산화철(superparamagnetic iron oxide, SPIO)계열을 기본으로 하는 콜로이드 나노입자 용액은 조영효과가 뛰어나 MRI 조영제로써 연구 가능성 및 효과의 잠재성이 크다. 또한 현재의 연구동향에 발맞추어 민감도가 높은 진단 방법을 SPIO 조영제에 추가적으로 접목함으로써 보다 정확하고 선명한 진단이 가능하도록 하는 연구나, 진단과 치료를 동시에 수행하며 치료 효과까지도 바로 평가할 수 있는 형태의 조영제 개발이 활발할 것으로 보인다. Contrast agent is used to increase the clarity and accuracy of the MRI image, which is a molecular imaging method that can be preferably used in the present invention. In particular, colloidal nanoparticle solutions based on superparamagnetic iron oxide (SPIO) series using nanotechnology among MRI contrast agents are excellent in contrast and have great potential for research as MRI contrast agents. In addition, in line with current research trends, a highly sensitive diagnostic method can be additionally combined with SPIO contrast agents to provide a more accurate and clear diagnosis, or to develop a form of contrast medium that can simultaneously diagnose and treat the treatment effect. This seems to be lively.

본 발명에서 조영제로 사용되는 물질은 산화철계 나노입자로서, 바람직하게는 초상자성 산화철계 나노입자(Superparamagnetic iron oxide nanoparticle,SPIO)이다. "산화철계 나노입자"라는 용어는 본 명세서에서 "산화철 나노입자", "산화철 조영제" 또는 "조영제" 등의 용어와 혼용하여 사용되고 있다.The material used as the contrast agent in the present invention is iron oxide nanoparticles, preferably superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIO). The term "iron oxide nanoparticles" is used herein interchangeably with terms such as "iron oxide nanoparticles", "iron oxide contrast agent" or "contrast agent."

산화철 나노입자는 자화되는 특성을 가지고 있어서 생의학적으로 매우 큰 활용가치를 가지고 있다. 산화철은 나노 몰농도에서도 높은 자기공명 효율을 나타내므로 MRI 조영제로 많이 연구되고 있다. Iron oxide nanoparticles have a magnetizing property and thus have a very high biomedical value. Iron oxide has been studied as MRI contrast agent because it shows high magnetic resonance efficiency even at nano molar concentration.

특히, 초상자성 산화철 나노입자은, 자기공명영상(MRI) 진단, 약물운반 및 치료와 같은 생물의학 분야에서 최근에 각광을 받고 있다. SPIO은 그의 초상자성 특성 때문에, 종래의 상자성 Gd-계열의 조영제 보다 MRI에서 높은 조영능력을 발휘할 수 있다. 이러한 초상자성 산화철 입자는 가돌리늄(Gd) 및 망간 (Mn)보다 더 긴 혈액 반감기를 가지며, 자기공명 효율이 상자성 복합체보다 10~100배 정도 더 높게 나타남으로써 더 작은 양을 사용할 수 있다는 장점이 있다.In particular, superparamagnetic iron oxide nanoparticles have been in the spotlight recently in biomedical fields such as magnetic resonance imaging (MRI) diagnostics, drug delivery and treatment. Because of its superparamagnetic properties, SPIO can exhibit higher contrast in MRI than conventional paramagnetic Gd-based contrast agents. These superparamagnetic iron oxide particles have a longer blood half-life than gadolinium (Gd) and manganese (Mn), and the magnetic resonance efficiency is about 10 to 100 times higher than that of the paramagnetic composite, so that a smaller amount can be used.

상기 초상자성 산화철 나노입자는 일반적으로 알려져 있는 공침법, 졸-겔법, 열분해법 또는 에멀젼법 등을 제한없이 사용하여 제조할 수 있으나, 바람직하게는 열분해법을 사용할 수 있다. 상기 열분해법은 공침법에 비해초상자성 산화철 나노입자의 크기 조절이 용이하고, 분산성, 결정성 및 상자성이 우수한 나노입자를 제조할 수있다. 또한, 상기 초상자성 산화철 나노입자의 성장은 시드 성장법(Seed mediated growth method)을 재차 적용하여 원하는 크기로 제조할 수 있다.The superparamagnetic iron oxide nanoparticles can be prepared using any of known co-precipitation method, sol-gel method, pyrolysis method or emulsion method without limitation, but preferably pyrolysis method can be used. The thermal decomposition method is easier to control the size of the superparamagnetic iron oxide nanoparticles than the coprecipitation method, it is possible to produce nanoparticles excellent in dispersibility, crystallinity and paramagnetic properties. In addition, the growth of the superparamagnetic iron oxide nanoparticles may be manufactured to a desired size by applying a seed mediated growth method again.

그러나, 상기 초상자성 산화철 나노 입자는 화학적 결합, 조영제의 응집에 의한 점도와 면역, 및 리소자임과 같은 효소작용의 금지 등 생체 내 독성을 유발할 수 있으므로, 그 자체로는 사용할 수 없다. 따라서, 초상자성 산화철 나노 입자들을 MRI 조영제로 사용하기 위해서는 높은 영상 이미지, 적은 독성, 높은 효율성, 혈액 내에서의 긴 반감기, 조직 특이성에서의 분산력, 좋은 용해성과 생리학적인 유체에서의 안정성 등을 고려하여 생체적합성 고분자로 코팅하여야 한다. However, the superparamagnetic iron oxide nanoparticles may cause toxicity in vivo such as chemical bonding, viscosity and immunity due to aggregation of contrast agent, and inhibition of enzymatic action such as lysozyme, and thus cannot be used as such. Therefore, the use of superparamagnetic iron oxide nanoparticles as an MRI contrast medium requires high imaging images, low toxicity, high efficiency, long half-life in blood, dispersion in tissue specificity, good solubility and stability in physiological fluids. It should be coated with a biocompatible polymer.

한편, 산화철계 나노입자(SPIO, 조영제)의 표면개질에는 개질용 고분자 또는 다당류를 사용할 수 있는데, 본 발명에서는 다당류로 표면개질된 산화철 나노입자를 사용하는 것이 바람직하다.On the other hand, for the surface modification of the iron oxide-based nanoparticles (SPIO, contrast agent) can be used for modifying polymers or polysaccharides, in the present invention, it is preferable to use iron oxide nanoparticles surface-modified with polysaccharides.

상기 개질용 고분자는 PEG, 알지네이트, 하이드로젤, 피브리노겐 젤, 콜라젠, 젤라틴, 카이토산, 알지네이트, 히알루로닉산, PLGA, PEI, 및 PEO로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 고분자일 수 있다. The modifying polymer may be at least one polymer selected from the group consisting of PEG, alginate, hydrogel, fibrinogen gel, collagen, gelatin, chitosan, alginate, hyaluronic acid, PLGA, PEI, and PEO.

상기 다당류는 알지네이트(alginate), 히알루론산(hyaluronic acid), 황산콘드로이친(chondroitin sulfate), 덱스트란(dextran), 덱스트란 설파이트(dextran sulfate), 헤파린(heparin), 헤파린 설파이텀(heparin sulfatem), 헤파란 설파이트(heparan sulfate), 키토산(chitosan), 젤란검(gellan gum), 잔탄검(xanthan gum), 구아검(guar gum), 수용성 셀룰로오스 유도체(cellulose derivatives) 및 카라기난(carrageenan)으로 구성된 군에서 선택될 수 있다. 가장 바람직하게는 헤파린으로 표면개질한 산화철 나노입자를 사용한다.The polysaccharide may be alginate, hyaluronic acid, chondroitin sulfate, dextran, dextran sulfate, heparin, heparin sulfate, Group consisting of heparan sulfate, chitosan, gellan gum, xanthan gum, guar gum, water soluble cellulose derivatives and carrageenan Can be selected from. Most preferably, iron oxide nanoparticles surface-modified with heparin are used.

헤파린은 설페이트화된 선형의 다당류로 이루어져 있으며, 주로 우론산(uronic acid)으로 구성되어 있다. 헤파린은 다양한 구조의 혼합체로서 항혈전성, 염증억제, 혈관신생 암 성장 억제 및 면역 억제 등의 다양한 성질을 가지고 있다. 본 발명에서 사용하는 헤파린은 약 20,000 Da의 분자량을 갖는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Heparin consists of sulfated linear polysaccharides, mainly composed of uronic acid. Heparin is a mixture of various structures and has various properties such as antithrombogenicity, inflammation inhibition, angiogenic cancer growth inhibition and immunosuppression. Heparin used in the present invention preferably has a molecular weight of about 20,000 Da, but is not limited thereto.

한편, 상기 산화철계 나노입자, 바람직하게는 초상자성 산화철계 나노입자(SPIO)는 그 표면에, 본 발명에서 매개자 역할을 하는 생체적합성 매개 고분자의 한쪽 말단과 화학적으로 결합할 수 있는 리간드 및 이들을 연결시키는 역할을 하는 링커를 포함하여 이루어진다.On the other hand, the iron oxide-based nanoparticles, preferably superparamagnetic iron oxide-based nanoparticles (SPIO) on the surface, a ligand capable of chemically binding to one end of the biocompatible median polymer acting as a mediator in the present invention and connects them It comprises a linker that serves to make.

일 실시예에서 헤파린으로 표면개질된 산화철계 나노입자는 헤파린의 작용기를 설파이드기로 변형시켜, 본 발명에서 매개자 역할을 하는 생체적합성 매개 고분자의 한쪽 말단, 예를 들어 말레이미드기와 화학적으로 결합한다. In one embodiment, the iron oxide-based nanoparticles surface-modified with heparin convert the functional group of heparin into a sulfide group to chemically bind to one end of a biocompatible mediator, for example, a maleimide group, which acts as a mediator in the present invention.

즉, 본 발명에서 조영제, 산화철계 나노입자는 다당류로 표면개질된 후 대상세포 내로 직접적으로 침습해 들어가는 종래의 경우와 달리, 매개 역할을 하는 생체적합성 고분자와 화학적으로 결합되어 있는 구조를 가진다.That is, in the present invention, the contrast agent, the iron oxide-based nanoparticles have a structure that is chemically bonded to a biocompatible polymer that acts as a mediator, unlike the conventional case in which the surface-modified polysaccharide and directly invade into the target cell.

이 때, 상기 (초상자성) 산화철계 나노입자의 크기는 특별히 제한되지는 않으나 바람직하게는 4 ~ 200 nm 이다. 상기 (초상자성) 산화철계 나노입자크기가 200 nm를 초과하면 생체 내에서 대식 세포에 의해 쉽게 인식되는 문제가 있고, 4 nm 미만인 경우에는 이의 제조가 용이하지 않은 문제가 있기 때문이다.
At this time, the size of the (superparamagnetic) iron oxide nanoparticles is not particularly limited, but is preferably 4 to 200 nm. If the (superparamagnetic) iron oxide-based nanoparticle size exceeds 200 nm, there is a problem that is easily recognized by macrophages in vivo, and if it is less than 4 nm there is a problem that its production is not easy.

또한 본 발명에 있어서, 상기 산화철계 나노입자의 표면에 형광 프로브를 더 결합시킬 수 있다. In addition, in the present invention, a fluorescent probe may be further bonded to the surface of the iron oxide nanoparticles.

상기 형광프로브로로 사용되는 형광염료는 FITC, RITC, IRDye, Cy2(상표명), Cy3(상표명), Cy3.5(상표명), Cy5(상표명), Cy5.5(상표명), Cy-크롬, 피코에리트린, PerCP(페리디닌 클로로필-a 단백질), PerCP-Cy5.5, 알렉사 플로어(Alexa Fluor,상표명) 350, 알렉사 플로어(상표명) 430, 알렉사 플로어(상표명) 488, 알렉사 플로어(상표명) 532, 알렉사 플로어(상표명) 546, 알렉사 플로어(상표명) 568, 알렉사 플로어(상표명) 594, 알렉사 플로어(상표명) 633, 알렉사 플로어(상표명) 647, 알렉사 플로어(상표명) 660, 알렉사 플로어(상표명) 680 을 들 수 있다
The fluorescent dyes used as the fluorescent probes are FITC, RITC, IRDye, Cy2 (trade name), Cy3 (trade name), Cy3.5 (trade name), Cy5 (trade name), Cy5.5 (trade name), Cy-chrome, pico Eritrin, PerCP (Peridinine Chlorophyll-a Protein), PerCP-Cy5.5, Alexa Fluor (R) 350, Alexa Floor (R) 430, Alexa Floor (R) 488, Alexa Floor (R) 532, Alexa Floor (trade name) 546, Alexa Floor (trade name) 568, Alexa Floor (trade name) 594, Alexa Floor (trade name) 633, Alexa floor (trade name) 647, Alexa floor (trade name) 660, Alexa floor (trade name) 680 Can

대상세포Target cell

본 발명에서 대상세포란 분자영상화하기 위한 타겟으로, 특별한 제한은 없다. 대상세포로 복합세포체도 사용 가능하며 단일세포체도 사용 가능하다. In the present invention, the target cell is a target for molecular imaging, and there is no particular limitation. Multiple cell bodies can be used as target cells, and single cell bodies can be used.

즉, 임의의 세포가 표적일 수 있으며, 바람직하게는 이식 후의 생존율을 확인하기 위한 분자영상법 적용이 필요한, 췌도 세포, 줄기 세포, 역 분화 유도 줄기세포 (IPS), 지방 세포, 연골 세포, 간 세포, 또는 심근 세포 등일 수 있다. 본 발명의 일 구체예에서는 췌도 세포를 대상세포로 사용하였다.That is, any cell may be a target, and preferably, islet cells, stem cells, reverse differentiation induced stem cells (IPS), adipocytes, chondrocytes, liver, which require molecular imaging to confirm survival after transplantation. Cells, or cardiomyocytes and the like. In one embodiment of the present invention, pancreatic islet cells were used as target cells.

본 발명의 분자영상용 복합체의 구조상에서, 상기 대상세포 표면의 작용기와 생체적합성 매개 고분자의 다른쪽 말단이 화학적으로 결합되어 있다. In the structure of the molecular imaging complex of the present invention, the functional group on the surface of the target cell and the other end of the biocompatible medial polymer are chemically bound.

본 발명의 일 구체예에서, 췌도세포 표면의 콜라겐 조직에 존재하는 아민기와 생체적합성 매개 고분자의 NHS기가 화학적으로 결합되어 있는 구성을 지닌다.
In one embodiment of the present invention, the amine group present in the collagen tissue on the surface of the islet cells has a configuration in which the NHS group of the biocompatible mediator polymer is chemically bonded.

특히, 본 발명에서는 상기 대상세포 하나하나마다 생체적합성 매개 고분자 물질을 처리하여 그 물질에 100% 붙을 수 있도록 한 후, 상기 산화철계 나노입자(조영제)의 표면 다당류 작용기를 결합시키므로 100% 라벨링이 가능하다. 즉, 본 발명에서는 대상세포의 표면이 생체적합성 매개 고분자들로 표면개질되는 효과가 있다.
Particularly, in the present invention, the biocompatibility-mediated polymer material is applied to each of the target cells so that 100% adheres to the material, and then 100% labeling is performed because the surface polysaccharide functional group of the iron oxide-based nanoparticles (contrast agent) is combined. Do. That is, in the present invention, the surface of the target cell has the effect of surface modification with biocompatible mediated polymers.

생체적합성 매개 고분자Biocompatible Mediated Polymers

본 발명에서 생체적합성 매개 고분자로서는 대상세포와 조영제(산화철계 나노입자)를 화학적으로 단단히 매개할 수 있는 두 작용기를 가질 수 있는 생체적합성 고분자라면 무엇이든 사용할 수 있다.In the present invention, any biocompatible polymer that can have two functional groups capable of chemically and firmly mediating a target cell and a contrast agent (iron oxide nanoparticles) may be used as the biocompatible media polymer.

바람직한 예로써, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 알지네이트, 하이드로젤, 피브리노겐 젤, 콜라젠, 젤라틴, 카이토산, 알지네이트, 히알루로닉산, PLGA, PEI, 또는 PEO 등을 사용할 수 있다. 이 중에서 특히 폴리에틸렌글리콜(PEG)이 더욱 바람직하다. As a preferred example, polyethylene glycol (PEG), alginate, hydrogel, fibrinogen gel, collagen, gelatin, chitosan, alginate, hyaluronic acid, PLGA, PEI, PEO or the like can be used. Among these, polyethylene glycol (PEG) is especially preferable.

상기 생체적합성 매개 고분자는 대상세포와 산화철 나노입자(조영제)를 매개하는 역할을 하는 물질로, 양 쪽 말단에 서로 다른 작용기를 가지는 것을 특징으로 한다. The biocompatible mediated polymer is a material that plays a role of mediating a target cell and iron oxide nanoparticles (contrast agent), and has different functional groups at both ends.

이 때, 상기 생체적합성 매개 고분자의 양 쪽 말단에 가지는 서로 다른 작용기는 대상세포 및 조영제를 표면개질한 물질의 종류에 따라 적절히 변형하여 사용할 수 있다.
In this case, different functional groups having both ends of the biocompatible mediated polymer may be appropriately modified according to the type of the material to which the target cell and the contrast agent are surface-modified.

이하, 폴리에틸렌글리콜(PEG)의 경우를 예시로서 기술한다. Hereinafter, the case of polyethylene glycol (PEG) is described as an example.

PEG는 나노 구조물을 림프구의 공격이나 단백질 흡착으로부터 보호하는 역할을 함으로써 나노 구조물의 안정성 및 체류 시간을 늘려주는 역할을 하기 때문에, 주로 아민기, 카르복시기, 하이드록시기, 티올기, 말레이미드 등으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상의 작용기를 갖는 다중 분지형태(muti-branched PEG)로 사용 가능하며, 2개, 3개, 6개 등 다양한 개수의 가지를 가진 형태의 PEG가 상용화 되어 있으며, 그 말단에 다양한 작용기가 적용될 수 있다. PEG protects the nanostructures from lymphocyte attack and protein adsorption, thereby increasing the stability and retention time of the nanostructures. Therefore, PEG mainly consists of amine groups, carboxyl groups, hydroxyl groups, thiol groups, maleimide, etc. It can be used as a multi-branched PEG having one or more functional groups selected from the group, and PEGs having various numbers of branches such as two, three, and six are commercialized, and various ends thereof are commercialized. Functional groups can be applied.

즉, 다음의 모든 PEG를 이용하여 세포표면에 조영제와 화학적 컨쥬게이션(chemical conjugation)하는 방식으로 결합시킬 수 있다.
That is, all of the following PEG may be used to bind the cell surface by chemical conjugation with a contrast agent.

(i) 단일기능(Monofunctioncal)의 활성화된 PEG(i) Monofunctioncal activated PEG

Figure pat00002
Figure pat00002

?카르복실화된 mPEGs: NHS 활성 에스테르Carboxylated mPEGs: NHS Active Ester

Figure pat00003
Figure pat00003

?기타 단일기능의 활성화된 PEGOther monofunctional activated PEGs

Figure pat00004
Figure pat00004

(ii) 다작용기 활성PEG(multi-arm activated PEG)(ii) multi-arm activated PEG

?2 작용기 PEG 시리즈? 2 Functional PEG Series

Figure pat00005
Figure pat00005

?4 작용기 PEG 시리즈? 4 Functional PEG Series

Figure pat00006
Figure pat00006

?8 작용기 PEG 시리즈? 8 Functional PEG Series

Figure pat00007
Figure pat00007

(iii) 분지형(branched) 활성 PEG(iii) branched active PEG

Figure pat00008
Figure pat00008

Figure pat00009
Figure pat00009

Figure pat00010
Figure pat00010

(iv) 헤테로작용성 PEG(iv) heterofunctional PEG

Figure pat00011

Figure pat00011

본 발명의 일 실시예에서는 양 쪽 말단에 각각 말레이미드기와 NHS기를 지니고 있는 PEG를 사용하였다. In one embodiment of the present invention, PEG having maleimide group and NHS group at both ends was used.

즉, 췌도 세포와 조영제를 연결시켜주는 컨쥬게이션 방식을 적용하기 위해 생체적합성 매개 고분자 물질인 PEG를 서로 다른 작용기를 가진 다른 두자리 즉, Heterobifuctional group을 가진 PEG를 선택하였다. PEG가 한 쪽에만 붙거나 서로 얽히는 경우가 생기는 것을 방지하기 위해 다른 두자리 작용기의 PEG를 선택하였다.
That is, to apply the conjugation method that connects the pancreatic islet cells with the contrast agent, PEG, a biocompatible mediator polymer, was selected to have two different sites with different functional groups, that is, a PEG having a Heterobifuctional group. In order to prevent the PEG from sticking to one side or entanglement with each other, PEG of the other bidentate functional group was selected.

Figure pat00012

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그리고, 상기 NHS기는 대상세포의 아민기와 화학적으로 결합하고 상기 말레이미드기는 산화철계 나노입자(조영제) 표면 다당류의 SH기와 화학적으로 결합한다.The NHS group is chemically bound to the amine group of the target cell, and the maleimide group is chemically bonded to the SH group of the iron oxide nanoparticle (contrast agent) surface polysaccharide.

Figure pat00013

Figure pat00013

이러한 방식에 의해서 본 발명의 분자영상용 복합체는 도 1에 도시한 구조를 취하게 된다.In this way, the composite for molecular imaging of the present invention takes the structure shown in FIG.

이처럼, 본 발명의 분자영상용 복합체는 생체적합성 매개 고분자 물질을 이용하여 대상세포와 산화철계 조영제를 화학적으로 연결 시키고 있는 구성을 이루고 있고, 이는 종래 세포내로 침습시키기 위해 산화철계 조영제 표면을 개질한 구성과 비교하여, 대상세포의 표면을 개질하는 구성을 취하는 것에 특징이 있다.As such, the composite for molecular imaging of the present invention comprises a composition in which the target cell and the iron oxide-based contrast agent are chemically connected by using a biocompatible mediated polymer material, which is a structure in which the surface of the iron oxide-based contrast agent is modified to invade into a conventional cell. Compared with the above, it is characterized by taking the configuration of modifying the surface of the target cell.

즉, 본 발명에서는 PEG 등의 생체적합성 매개고분자를 이용하여 대상세포 표면을 개질함으로써, 외부의 면역반응으로부터 차단해주어 대상세포의 생존율을 높여주는데 이용하고 있다.
That is, in the present invention, by modifying the surface of the target cell using a biocompatible mediator such as PEG, it is used to increase the survival rate of the target cell by blocking it from external immune responses.

또한, 본 발명은 다른 관점에서 상기 분자영상용 복합체의 제조방법에 관한 것이다. In another aspect, the present invention relates to a method for preparing the composite for molecular imaging.

일 구체예에서, 본 발명은 대상세포의 분자 영상화에 이용하기 위하여,In one embodiment, the present invention, for use in molecular imaging of the target cell,

개질용 고분자 또는 다당류로 산화철 나노입자 표면을 개질하는 단계,Modifying the surface of the iron oxide nanoparticles with a modifying polymer or polysaccharide,

대상세포와 생체적합성 매개 고분자를 화학적으로 결합시키는 단계, 및Chemically binding a target cell and a biocompatible median polymer, and

상기 표면개질된 산화철 나노입자와 상기 대상세포와 결합된 생체적합성 매개 고분자를 화학적으로 결합시키는 단계를 포함하는, 분자영상용 복합체의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a composite for molecular imaging comprising the step of chemically bonding the surface-modified iron oxide nanoparticles and the biocompatible media polymer coupled to the target cell.

각각의 성분에 대한 구체적인 설명은 앞서 언급한 바와 같다.
Detailed description of each component is as mentioned above.

산화철 나노입자를 개질용 고분자 또는 다당류로 표면개질하는 방법이나, 표면개질된 조영제나 대상세포 표면의 작용기와 결합할 수 있도록 생체적합성 매개 고분자의 양쪽 말단의 작용기를 변형시키는 기술 등은 당업자들이 공지 기술들을 적절히 활용할 수 있다.Techniques for surface-modifying iron oxide nanoparticles with modified polymers or polysaccharides, or techniques for modifying functional groups at both ends of a biocompatible mediated polymer so as to bind surface-modified contrast agents or functional groups on the surface of a target cell, are known to those skilled in the art. Use them appropriately.

예를 들어, 상기 생체적합성 매개 고분자 또는 가교제 상의 작용기를 통하여 조영제와 대상세포에 각각 결합을 형성될 수 있다.For example, a bond may be formed to the contrast agent and the target cell through functional groups on the biocompatible mediated polymer or crosslinking agent, respectively.

가교제의 말단에 상기 생체적합성 매개 고분자에 결합된 작용기와 결합 가능한 작용기 (가교 링커, cross-linker)를 도입시킬 수 있는 활성화 물질을 사용하여 가교제를 활성화시킬 수 있으며, 그 반대의 경우도 가능하다. 이때, 상기 생체적합성 매개 고분자들은 자신에 결합된 작용기와 가교제에 도입된 가교 링커를 통하여 가교되거나, 가교제에 결합된 작용기와 자신에 도입된 가교 링커를 통하여 가교될 수 있다. 상기 생체적합성 매개 고분자에 결합되는 작용기는 대상세포와 표면개질된 조영제와 화학적으로 결합할 수 있는 모든 작용기일 수 있으며, 예컨대, 아민기, 카르복시기, 하이드록시기, 티올기, 말레이미드기 등일 수 있다. The crosslinking agent may be activated using an activating material capable of introducing a functional group (cross-linker) capable of binding to a functional group bonded to the biocompatible median polymer at the end of the crosslinking agent, and vice versa. In this case, the biocompatible media may be crosslinked through a crosslinking linker introduced into the crosslinking agent or a functional group bonded thereto, or crosslinked through a crosslinking linker introduced into the crosslinking agent. The functional group bound to the biocompatible median polymer may be any functional group capable of chemically binding to the target cell and the surface-modified contrast agent, and may be, for example, an amine group, a carboxyl group, a hydroxyl group, a thiol group, a maleimide group, or the like. .

상기한 방법으로 제조된 분자영상용 복합체의 평균 크기는 50㎚ 내지 10㎛, 바람직하게는 50㎚ 내지 200㎚이다. 일 실시예에서는 60nm였다. The average size of the composite for molecular imaging prepared by the above method is 50nm to 10㎛, preferably 50nm to 200nm. In one embodiment it was 60 nm.

본 발명에 따른 분자 영상용 복합체는 MRI 영상에서 우수한 조영효과를 나타내며, 실시간 조직 영상 및 비침투적 질병의 조기진단을 위한 센서로서 활용이 가능하다.
The complex for molecular imaging according to the present invention shows excellent contrast effect in MRI images, and can be used as a sensor for early diagnosis of real-time tissue images and non-invasive diseases.

본 발명은 또 다른 관점에서 서로 다른 작용기를 양쪽 말단에 가지는 생체적합성 매개 고분자를 이용하여, 산화철계 나노입자의 조영제와 대상세포를 화학적으로 연결시켜 사용하는 것을 특징으로 하는, 대상세포의 분자영상화 방법에 관한 것이다.
In another aspect, the present invention provides a method for molecular imaging of a target cell, comprising using a biocompatible mediator having different functional groups at both ends, and chemically connecting the contrast agent of the iron oxide-based nanoparticles to the target cell. It is about.

상기 분자영상화 방법은 앞서 설명한 본 발명의 분자영상용 복합체 또는 이와 함께 약제학적으로 허용되는 담체를 포함하는 조성물의 사용을 포함한다.The molecular imaging method includes the use of a composition comprising a complex for a molecular imaging of the present invention described above or a pharmaceutically acceptable carrier with it.

담체는 의약 분야에서 통상 사용되는 담체 및 비히클을 포함하며, 구체적으로 이온 교환, 알루미나, 알루미늄 스테아레이트, 레시틴, 혈청 단백질(예, 사람 혈청 알부민), 완충 물질(예, 여러 인산염, 글리신, 소르브산, 칼륨 소르베이트, 포화 식물성 지방산의 부분적인 글리세라이드 혼합물), 물, 염 또는 전해질(예, 프로타민설페이트, 인산수소이나트륨, 인산수소캄륨, 염화나트륨 및 아연 염), 교질성 실리카, 마그네슘 트리실리케이트, 폴리비닐피롤리돈, 셀룰로즈계 기질, 폴리에틸렌 글리콜, 나트륨 카르복시메틸셀룰로즈, 폴리아릴레이트, 왁스, 폴리에틸렌 글리콜 또는 양모지 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 복합체 조성물은 또한 상기 성분들 이외에 윤활제, 습윤제, 유화제, 현탁제, 또는 보존제 등을 추가로 포함할 수 있다.Carriers include carriers and vehicles commonly used in the medical arts, and specifically include ion exchange, alumina, aluminum stearate, lecithin, serum proteins (eg, human serum albumin), buffer substances (eg, various phosphates, glycine, sorbic acid). , Potassium sorbate, partial glyceride mixtures of saturated vegetable fatty acids), water, salts or electrolytes (e.g. protamine sulfate, disodium hydrogen phosphate, potassium hydrogen phosphate, sodium chloride and zinc salts), colloidal silica, magnesium trisilicate, poly Vinylpyrrolidone, cellulose based substrates, polyethylene glycol, sodium carboxymethylcellulose, polyarylates, waxes, polyethylene glycols or wool, and the like. The composite composition of the present invention may also further include lubricants, wetting agents, emulsifiers, suspending agents, preservatives and the like in addition to the above components.

한 양태로서, 본 발명에 따른 복합체 조성물은 비경구 투여를 위한 수용성 용액으로 제조할 수 있다. 바람직하게는 한스 용액(Hank’s solution), 링거 용액(Ringer’s solution) 또는 물리적으로 완충된 염수와 같은 완충 용액을 사용할 수 있다. 수용성 주입(injection) 현탁액은 소디움 카르복시메틸셀룰로즈, 솔비톨 또는 덱스트란과 같이 현탁액의 점도를 증가시킬 수있는 기질을 첨가할 수 있다.In one embodiment, the complex composition according to the invention can be prepared in an aqueous solution for parenteral administration. Preferably, a buffer solution such as Hanks' solution, Ringer's solution, or physically buffered saline may be used. Aqueous injection suspensions can be added with a substrate that can increase the viscosity of the suspension, such as sodium carboxymethylcellulose, sorbitol or dextran.

본 발명의 복합체 조성물의 다른 바람직한 양태는 수성 또는 유성 현탁액의 멸균 주사용 제제의 형태일 수 있다. 이러한 현탁액은 적합한 분산제 또는 습윤제(예를 들면 트윈 80) 및 현탁화제를 사용하여 본 분야에 공지된 기술에 따라 제형화할수 있다. 멸균 주사용 제제는 또한 무독성의 비경구적으로 허용되는 희석제 또는 용매 중의 멸균 주사 용액 또는 현탁액(예를 들면 1,3-부탄디올 중의 용액)일 수 있다. 사용될 수 있는 비히클 및 용매로는 만니톨, 물, 링거 용액 및 등장성 염화나트륨 용액이 있다. 또한, 멸균 비휘발성 오일이 통상적으로 용매 또는 현탁화 매질로서 사용된다. 이러한 목적을 위해 합성모노 또는 디글리세라이드를 포함하여 자극성이 적은 비휘발성 오일은 그 어느 것도 사용할 수 있다.
Another preferred embodiment of the complex composition of the present invention may be in the form of sterile injectable preparations of aqueous or oily suspensions. Such suspensions may be formulated according to techniques known in the art using suitable dispersing or wetting agents (eg Tween 80) and suspending agents. Sterile injectable preparations may also be sterile injectable solutions or suspensions (eg solutions in 1,3-butanediol) in nontoxic parenterally acceptable diluents or solvents. Vehicles and solvents that may be used include mannitol, water, Ringer's solution, and isotonic sodium chloride solution. In addition, sterile, nonvolatile oils are conventionally employed as a solvent or suspending medium. For this purpose any non-irritating non-volatile oil, including synthetic mono or diglycerides can be used.

보다 구체적으로, 상기 분자영상화 방법은 본 발명의 복합체를 생체 또는 시료에 투여하는 단계; 및 상기 생체 또는 시료로부터 복합체에 의해 발산되는 신호를 감지하여 영상을 수득하는 단계를 포함한다.More specifically, the molecular imaging method comprises administering the complex of the present invention to a living body or a sample; And obtaining an image by sensing a signal emitted by the complex from the living body or the sample.

“시료”는 진단하고자 하는 대상으로부터 분리한 조직 또는 세포를 의미한다. 또한 상기 복합체 조성물을 생체 또는 시료에 주입하는 단계는 의약 분야에서 통상적으로 이용되는 경로를 통해 투여될 수 있으며, 비경구 투여가 바람직하고 예를 들어 정맥내, 복강내, 근육내, 피하 또는 국부 경로를 통하여 투여할 수 있다."Sample" means a tissue or cell isolated from a subject to be diagnosed. In addition, the step of injecting the complex composition into a living body or a sample may be administered via a route commonly used in the medical field, parenteral administration is preferred, for example, intravenous, intraperitoneal, intramuscular, subcutaneous or topical route. It can be administered through.

상기 방법에 있어서, 복합체에 의해 발산되는 신호는 자기장을 이용하는 각종 장비들에 의해서 감지될 수 있으며, 특히 자기공명영상 장치(MRI)가 바람직하다.In this method, the signal emitted by the complex can be detected by various equipment using a magnetic field, and in particular, a magnetic resonance imaging device (MRI) is preferable.

자기공명영상 장치는 강력한 자기장 속에 생체를 넣고 특정 주파수의 전파를 조사하여 생체조직에 있는 수소 등의 원자핵이 에너지를 흡수하여 에너지가 높은 상태로 만든 후 상기 전파를 중단하여 상기 수소 등의 원자핵 에너지가 방출되게 하고 이 에너지를 신호로 변환하여 컴퓨터로 처리하여 영상화한 장치이다. 자기 또는 전파는 골에 방해를 받지 않기 때문에 단단한 골 주위 또는 뇌나 골수의 종양에 대하여 종단, 횡단, 임의의 각도에서 선명한 입체적인 단층상을 얻을 수 있다. 특히 상기 자기 공명 영상 장치는 T2 스핀-스핀 이완 자기 공명영상 장치인 것이 바람직하다.
The magnetic resonance imaging apparatus puts a living body in a strong magnetic field and irradiates radio waves of a specific frequency so that atomic nuclei such as hydrogen in biological tissues absorb energy to make energy high, and then stops propagating the nuclear energy such as hydrogen. The energy is converted into a signal, processed by a computer, and imaged. Since the magnetic or radio waves are not disturbed by the bone, a sharp three-dimensional tomographic image can be obtained at the end, transverse, or any angle with respect to the hard bone around or the brain or the bone marrow. In particular, the magnetic resonance imaging apparatus is preferably a T2 spin-spin relaxation magnetic resonance imaging apparatus.

이와 같이, 본 발명은 대상세포와 조영제를 서로 다른 작용기를 가진 생체적합성 매개 고분자, 예를 들어 PEG를 사용하여 이의 한쪽 작용기에는 대상세포와 반응하고 다른 한쪽 반응기는 조영제(산화철 나노입자)의 표면 다당류와 반응하게 함으로써 대상세포와 조영제를 서로 연결시켜주는 화학적인 컨쥬게이션 기술에 관한 것이다. As described above, the present invention reacts the target cell and the contrast agent with the target cell at one functional group thereof using a biocompatible mediated polymer having different functional groups such as PEG, and the other reactor is a surface polysaccharide of the contrast agent (iron oxide nanoparticles). It relates to a chemical conjugation technique that connects a target cell and a contrast agent to each other by making it react with each other.

본 발명은 이러한 구성을 특징으로 함으로써 이하의 기존 문제점들을 해결한다. The present invention solves the following existing problems by featuring such a configuration.

첫째, 대상세포 표면에 생체적합성 매개 고분자 물질로 산화철 조영제를 컨쥬게이션시킴으로써, 조영제가 직접 대상세포로 침습하여 세포 소기관들에 영향을 주어 생존율이 문제가 되었던 점을 해결한다.First, by conjugating the iron oxide contrast agent with a biocompatible mediator polymer on the surface of the target cell, the contrast agent directly invades the target cell and affects the organelles, thereby solving the problem of viability.

둘째, 종래 산화철 조영제의 일정하지 않았던 존재와 형태로 인한 문제점을 대상세포 표면의 컨쥬게이션 방식을 취함으로써 해결하였다. 대상세포 표면의 컨쥬게이션 방식은 조영제 산화철의 사이즈와 크기에 문제를 가져다 주지 않기 때문이다.Second, the problems caused by the non-constant existence and morphology of the conventional iron oxide contrast agent were solved by taking a conjugation method on the surface of the target cell. This is because the conjugation method of the surface of the target cell does not cause a problem in the size and size of the contrast iron oxide.

셋째. 종래 단점으로 여겨지고 있던 100% 라벨링(표지)이 되지 않은 문제점을 해결하였다. 즉, 대상세포마다 생체적합성 매개 고분자 물질을 처리하여 그 물질에 100% 붙을 수 있도록 산화철 조영제의 다당류 작용기를 변화시킴으로써 100% 라벨링을 가능케 하였다.
third. It solved the problem of not being 100% labeling (cover), which was considered as a disadvantage. That is, 100% labeling was made possible by changing the polysaccharide functional group of the iron oxide contrast agent so that the target cell was treated with a biocompatible mediated polymer material and adhered to the material 100%.

실시예Example

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
It is to be understood by those skilled in the art that these examples are for illustrative purposes only and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these examples.

실시예Example 1:  One: 췌도Pancreatic islets 세포 분리 Cell separation

실험동물(SD-rat 흰쥐)에서 제거한 췌장을 water bath에 15분간 반응시키고 반응 후 M199 미디아 (sigma) 를 50ml까지 넣고 1400RPM/2분으로 맞춰 놓은 원심분리기에 넣었다. 원심분리가 끝나면 위에 있는 상층액은 비커에 천천히 버리고, 이 작업을 2번 반복하고 25ml M199 Media를 다시 넣고 볼텍싱 해주었다. The pancreas removed from the experimental animals (SD-rat rats) was reacted in a water bath for 15 minutes, after which the M199 media (sigma) was added to 50 ml and placed in a centrifuge set at 1400 RPM / 2 minutes. After centrifugation, the supernatant was slowly discarded into a beaker, repeated twice and vortexed 25ml M199 Media.

볼텍싱이 끝나고 여과(filteration)에 들어갔다. 50ml 튜브에 깔대기를 꽂고 깔데기 안에 키트를 놓고 볼텍싱한 췌도 세포를 붓고 비어있는 췌도세포 튜브에 다시 25ml 버퍼를 넣고 흔들어서 다시 50ml 튜브에 넣고 1400RPM/2분으로 셋팅 된 원심분리기에 넣고 돌렸다. The vortexing was over and entered filtration. The funnel was placed in a 50 ml tube, the kit was placed in the funnel, the vortexed islet cells were poured, the 25 ml buffer was added to the empty islet cell tube, shaked again, placed in a 50 ml tube and placed in a centrifuge set at 1400 RPM / 2 minutes.

상층액을 다시 비커에 버리고 50ml 튜브를 거꾸로 뒤집어 놓았다. 30초 후에 입구를 휴지로 닦고 피콜용액(sigma)을 5ml 넣었다. 추가로 피콜용액 10m를 넣고 그 위에 M199 미디아 10ml을 천천히 부어주었다. The supernatant was thrown back into the beaker and the 50 ml tube was turned upside down. After 30 seconds, the inlet was cleaned with a tissue and 5 ml of picol solution (sigma) was added. In addition, 10 m of picol solution was added and 10 ml of M199 media was slowly poured on it.

RPM:2400/17분/4도/Break:0로 맞춰진 원심분리기에 넣고, 10ml 디스포저 파이펫으로 천천히 층 사이에 있는 췌도세포를 뽑아 담았다. 이 튜브에 50ml M199 미디아를 넣고 1800RPM/2분으로 맞춰놓은 원심분리기에 돌리고 디스포져 파이펫으로 뽑아 버렸다. It was placed in a centrifuge set at RPM: 2400/17 min / 4 deg / Break: 0, and the pancreatic islets were slowly extracted between layers with a 10 ml disposer pipette. 50 ml M199 media was added to the tube, which was then turned into a centrifuge set at 1800 RPM / 2 minutes and removed with a disposer pipette.

다시 25ml M199 미디아를 붓고 손으로 살살 풀어준 다음, 4분에 한번씩 M199 미디아를 약 10ml 붓고(비커에 버리고), 다시 10ml을 넣는 과정을 6번 반복하였다. 7번째에 10ml을 버린 후 3등분하였다. 60mm dish에 각각 9ml(①), 5ml(②) 및 1ml(③)을 넣고(대부분 islet임), 이들을 각각 10ml로 맞춰주었다.Pour 25ml M199 media again and gently loosen it by hand, pour about 10ml of M199 media every 4 minutes (put it in a beaker), and repeat the process of adding 10ml again. The 10ml was discarded at the 7th and divided into 3 parts. 9ml (①), 5ml (②) and 1ml (③) were put into 60mm dish (mostly islet), and they were adjusted to 10ml each.

파이펫과 현미경을 이용하여 일일이 췌도 세포를 골라낸 후, 이것을 가지고 클린벤치에서 5ml RPMIMedia(Sigma)를 채웠다. 3~6분 정도 가라앉히게 놔둔 후, 세척하고 150mm 디쉬에 담았다. RPMI+FBS+P/S Media를 디쉬에 20ml 넣고 배양하였다.
Using a pipette and a microscope, the pancreatic islets were picked out one by one and filled with 5 ml RPMIMedia (Sigma) in a clean bench. Allow to settle for 3-6 minutes, then wash and place in 150mm dish. RPMI + FBS + P / S Media was added to the dish in 20 ml and incubated.

실시예Example 2: 다양한 다당류를 이용하여 만든 산화철 조영제 제작 2: Preparation of Iron Oxide Contrast Agent Using Various Polysaccharides

Three neck, Angled Flask 100ml에 3차 D.W 30ml을 질소전용 실린지를 꽂아 질소를 흘리면서 30분간 드레싱 후에 Iron(Ⅲ)chloride Hexahydrate Eisen(Ⅲ)chloride Hexahydrate(sigma) 0.5g FeCl3, 6H2O(sigma), Iron(Ⅱ)chloride Tetrahydrate Eisen(Ⅱ)chloride Tetrahydrate(sigma) 0.184g FeCl2, 4H2O(sigma), ammonium hydroxide solution ammoniumhydroxide-Losung(Fluka) 7.5ml을 파이펫에이드로 넣었다. 30분간 질소가스를 흘리며 교반하였다.Insert 30 ml of 3rd DW into a 3 neck, Angled Flask 100ml, and then dressing for 30 minutes while flowing nitrogen. Iron (III) chloride Hexahydrate Eisen (III) chloride Hexahydrate (sigma) 0.5g FeCl 3 , 6H 2 O (sigma) Pipetteade was added with 7.5 ml of iron (II) chloride Tetrahydrate Eisen (II) chloride Tetrahydrate (sigma) 0.184g FeCl 2 , 4H 2 O (sigma), and ammonium hydroxide solution ammoniumhydroxide-Losung (Fluka). The mixture was stirred for 30 minutes under flowing nitrogen gas.

준비된 다당류를 (하기 화학식들 참조) 3차 D.W. 25ml에 250mg 씩 넣었다. 이때 다당류의 특성에 따라 준비하는 방법이 약간 다른데, 30분간 교반한 Magnetite를 3차 증류수로 세척하고, 마지막 세척시에 30ml D.W.를 넣고 여기에 준비된 다당류를 넣어 비커 안에 코팅하는 과정에 들어갔다. 마그네틱바를 넣고 2시간 동안 교반한 후 세척하였다. 세척이 끝나고 50분 동안 소니케이션하였다. 이때, 마지막 세척시는 20ml DW를 넣고 소니케이션하였다.
The prepared polysaccharide (see formulas below) was put in 250 mg of 25 ml of 3rd DW. At this time, the preparation method is slightly different depending on the characteristics of the polysaccharides, the magnetite was stirred for 30 minutes with distilled water, the final washing 30ml DW and put the prepared polysaccharides in the process of coating in the beaker. Magnetic bar was added and stirred for 2 hours, and then washed. The wash was done and sonicated for 50 minutes. At this time, the last washing was put into 20ml DW was sonicated.

[화학식 1] 덱스트란[Formula 1] Dextran

Figure pat00014
Figure pat00014

[화학식 2] 알지네이트[Formula 2] Alginate

Figure pat00015
Figure pat00015

[화학식 3] 글리콜키토산[Formula 3] glycol chitosan

[화학식 4] 메틸 셀룰로오스[Formula 4] methyl cellulose

Figure pat00017
Figure pat00017

[화학식 5] 다당류: 고분자량 헤파린Polysaccharide: high molecular weight heparin

Figure pat00018
Figure pat00018

[화학식 6] 저분자량 헤파린[Formula 6] low molecular weight heparin

Figure pat00019

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[화학식 7] 고 분자량 헤파린의 작용기를 변형시킨 다당류Polysaccharide modified by functional group of high molecular weight heparin

산화철 조영제의 다당류 중 변형시킨 헤파린(모식도 참고)을 사용하였으며 헤파린의 작용기가 아민그룹이기 때문에 췌도 세포의 막의 작용기와 동일하여 헤파린의작용기를 2-iminothiolane을 사용하여 헤파린의 작용기를 설파이드기(-SH)로 변형시켰다. 말레이미드는 설파이드와 효과적으로 결합하는 작용기로 이를 이용하여 PEG의 나머지 한쪽 작용기를 말레이미드로 선택하였다.The modified heparin (see schematic) in polysaccharide of iron oxide contrast agent was used. Because heparin functional group is an amine group, heparin functional group is the same as that of membrane of pancreatic islet, and heparin functional group is used as 2-iminothiolane and sulfide group (-SH). ). Maleimide was a functional group that effectively binds sulfides, and was used to select the other functional group of PEG as maleimide.

Figure pat00020

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소니케이션이 끝난 후 마그네틱 자석위에 12시간 올려놓았다. 그 후 상층액만을 원심분리기 튜브에 담아 RPM10.000 10분간 3번 원심분리를 하였다. 원심분리한 튜브를 가지고 시린지에 25mm 필터를 꽂아 필터링하고 산화철 조영제((주)바이알) 1ml 와 D.W 2ml 넣고 80℃로 가열된 교반기에 넣고 60분 동안 가열 한 후에 제타사이저로 사이즈를 재었다. After the completion of the sonication, it was placed on a magnetic magnet for 12 hours. Thereafter, only the supernatant was placed in a centrifuge tube and centrifuged three times for 10 minutes at RPM10.000. The tube was centrifuged and filtered by inserting a 25 mm filter into a syringe, and 1 ml of iron oxide contrast agent (vial) and 2 ml of D.W were placed in a stirrer heated to 80 ° C., heated for 60 minutes, and then sized with a zetasizer.

범위가 맞으면 울트라 필터레이션 (Amicon stirred cell model 8200) 100K에 10ml 정도 농축시켰다. 농축 후 사이즈를 잴 때 1mlDW와 방울 농축액을 넣어 재었다. 이러한 방법으로 산화철 조영제를 완성하였다.
If the range was correct, it was concentrated to about 10ml in 100K ultrafiltration (Amicon stirred cell model 8200). After concentrating, 1 mlDW and droplet concentrate were added to determine the size. In this way, the iron oxide contrast agent was completed.

여러 가지 다당류를 이용하여 산화철 조영제를만들어 사이즈를 측정한 결과를 이하 표 1에 나타내었다. 다당류들의 제타 전위도 함께 측정하여 나타내었다.Table 1 shows the results of measuring the size of iron oxide contrast agent using various polysaccharides. The zeta potential of the polysaccharides is also measured and shown.

Figure pat00021
Figure pat00021

상기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 사용한 다당류 모두 nm사이즈로 인체의 무해한 사이즈로 결과가 나왔다.
As can be seen from the above table, all of the polysaccharides used were in the size of nm and harmless size of the human body.

실험예Experimental Example 1 : 산화철 조영제의 다당류  1: Polysaccharide of Iron Oxide Contrast Agent 표면개질Surface modification 확인 Confirm

(1) 투과전자현미경((1) Transmission electron microscope TransmissionTransmission ElectronElectron MicroscopeMicroscope )에 의한 확인Confirmation by)

상기 제조한 산화철 조영제를 투과전자현미경으로 관찰하였다. The prepared iron oxide contrast agent was observed by transmission electron microscope.

그 결과를 도 2에 나타내었다. 투과전자현미경은 나도 입자의 크기와 모양을 상세히 볼 수 있는 현미경으로 산화철 조영제를 관찰하기에 적합한 현미경이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 코팅하지 않은 산화철 조영제로 크기는 나노사이즈지만 입자들이 서로 모여있고 이는 산화철 조영제의 문제점을 나타내는 중요한 근거이다.한편, 다당류 덱스트란과 고분자량 헤파린으로 코팅한 산화철 조영제 경우 일정한 모양을 유지하고 있음을 볼 수 있었다. The results are shown in Fig. The transmission electron microscope is a microscope suitable for observing the iron oxide contrast agent under a microscope that can detail the size and shape of the particles. As shown in FIG. 2, the uncoated iron oxide contrast agent is nanosized in size but the particles are gathered together, which is an important reason for showing the problem of the iron oxide contrast agent. On the other hand, the iron oxide contrast agent coated with polysaccharide dextran and high molecular weight heparin is uniform. You can see that it keeps its shape.

이를 통해 산화철 조영제의 나노입자의 사이즈를 확인함과 동시에 나노입자의 모양을 확인하였다.
Through this, the size of the nanoparticles of the iron oxide contrast agent and the shape of the nanoparticles were confirmed.

(2) 표면의 다당류 존재 확인((2) Checking the presence of polysaccharides on the surface 우라닐Uranil 아세테이트 염색) Acetate dyeing)

우라닐 아세테이트 염색시료를 이용하여 산화철 조영제의 염색 후 투과전자현미경으로 확인하였다. 우라닐 아세테이트 염색시료는 다당류를 염색하여 투과전자현미경 상으로 검게 나오는 특징을 보이는 염색시료이다.
Uranyl acetate stained samples were confirmed by transmission electron microscopy after staining the iron oxide contrast agent. Uranyl acetate dye sample is a dye sample that shows the characteristic of blackening on a transmission electron microscope by dyeing a polysaccharide.

그 결과를 도 3에 나타내었다. The results are shown in Fig.

덱스트란으로 코팅한 산화철 조영제 경우에는 검을 라인으로 다당류인 덱스트란이 존재하고 있음을 확인하였다. 고분자량 헤파린의 경우에도 검은 라인과 염색되지 않은 흰 부분의 경계가 명확함으로 다당류인 고분자량 헤파린이 산화철 조영제에 존재하고 있음을 확인하였다.
In the case of the iron oxide contrast agent coated with dextran, it was confirmed that dextran, a polysaccharide, was present in the line of gum. In the case of high molecular weight heparin, the boundary between the black line and the undyed white part was clear, and it was confirmed that the high molecular weight heparin was present in the iron oxide contrast agent.

더욱 정확히 확인하기 위하여 염색하지 않은 조영제와 염색을 한 조영제를 비교해 보았다. In order to confirm more precisely, the contrasted dyes and contrasted dyes were compared.

도 3에 나타난 바와 같이, 저분자량 헤파린으로 염색을 한 결과와 염색하지 않은 결과가 명확히 다르다는 것을 확인할 수 있었다.
As shown in Figure 3, it was confirmed that the result of staining with low molecular weight heparin and the result without staining is clearly different.

(3) 산화철 조영제의 (3) of iron oxide contrast agent MRIMRI

상기 다당류로 코팅한 산화철 조영제를 MRI로 확인한 결과를 도 4에 도시하였다.4 shows the results of confirming the iron oxide contrast agent coated with the polysaccharide by MRI.

그 결과, 제조된 산화철 조영제는 T2감쇄를 감지하고 T2감쇄는 검게 나오는 결과를 보였다. 조영제를 처리하지 않은 경우는 T2감쇄 효곽 나타나지 않아 하얗게 나오는 결과르 보였고 다당류로 코팅한 조영제 모두 조영제의 농도가 높아질수록 T2감쇄 효과가 커져서 MRI상으로 검게 나타남을 확인하였다.
As a result, the prepared iron oxide contrast agent detected T2 attenuation and T2 attenuation was black. When the contrast agent was not treated, T2 attenuation effect was not shown, which resulted in white color. In contrast, as the concentration of the contrast agent was increased, the T2 attenuation effect was increased and appeared black as MRI.

실시예Example 3:  3: PEGPEG 를 이용한 Using 췌도Pancreatic islets 세포와 산화철 조영제와의 화학적 결합 Chemical Bonding of Cells with Iron Oxide Contrast

췌도 세포와 조영제를 연결시켜주는 컨쥬게이션 방식을 적용하기 위해 생체적합성 매개 고분자 물질인 PEG를 서로 다른 작용기를 가진 다른 두자리 즉, Heterobifuctional group을 가진 PEG를 선택하였다. 서로 다른 자리가 아니라면 PEG가 한 쪽에만 붙거나 서로 얽히는 경우가 생기기에 본 연구의 목적에 다른 두자리 작용기의 PEG를 선택하였다In order to apply the conjugation method that connects the islet cells and the contrast agent, PEG, which is a biocompatible mediator, was selected to have two different sites with different functional groups, that is, a PEG having a Heterobifuctional group. If it is not different sites, PEG may stick to only one side or become entangled with each other, so we chose a PEG with a different double site functional group for the purpose of this study.

Figure pat00022

Figure pat00022

췌도 세포막은 콜라겐 층으로 둘러싸여 있으며 콜라겐 층에는 아민그룹이 많이 분포되어있다. 그러므로, 아민그룹과 효과적으로 결합하는 작용기 NHS를 이용하여 PEG의 다른 두자리 작용기 중 한쪽 작용기를 NHS로 선택하였다The islet cell membrane is surrounded by the collagen layer, and the collagen layer contains a lot of amine groups. Therefore, one functional group of the other bidentate functional groups of PEG was selected as NHS by using the functional group NHS that effectively binds the amine group.

먼저, 췌도 세포와 PEG를 PH8.0 HBSS 버퍼의 조건에서 1시간 반응 시켜 연결 시켰으며, 반응이 끝난 후 왓싱 작업에 들어가고 100mm 디쉬에 넣고 고분자량의 헤파린의 작용기를 변형하여 만든 산화철 조영제를 PH 6.0 HBSS 버퍼를 넣어 1시간 반응 시켜 컨쥬게이션 시켰다.First, the pancreatic islet cells and PEG were reacted for 1 hour under the conditions of PH8.0 HBSS buffer.Then, after the reaction, the iron oxide contrast agent made by modifying the functional group of heparin in high molecular weight was put into 100 mm dish and then added to PH 6.0. HBSS buffer was added and reacted for 1 hour to conjugate.

Figure pat00023

Figure pat00023

(1) (One) 췌도Pancreatic islets 세포와  Cells and PEGPEG 결합 Combination

배양된 췌도세포(islet)을 원심분리기에서 RPM1400로 2분 동안 돌리고 버퍼 HBSS PH8.0(Gibco)을 원심분리한 튜브에 붓고 이것을 100mm 배양접시에 넣었다.Cultured pancreatic islets were run for 2 min at RPM1400 in a centrifuge and buffered HBSS PH8.0 (Gibco) was poured into centrifuge tubes and placed in a 100 mm culture dish.

PEG(NOF)25mg를 E-tube에 담고 시린지 안에 HBSS PH8.0 버퍼를 2ml 넣고 이것을 E-Tube안에 1ml 넣고 빨아들였다. 다시 한번 더 빨아낸 다음, 시린지 필터를 끼고 췌도세포가 들어있는 8ml dish에 넣었다. 인큐베이터에 한 시간 동안 넣어두었다.25 mg of PEG (NOF) was placed in an E-tube, and 2 ml of HBSS PH8.0 buffer was added to the syringe, and 1 ml was added to the E-Tube. Once again sucked, put a syringe filter in an 8ml dish containing pancreatic islets. It was left in the incubator for one hour.

한 시간 후에 RPMI1640(Gibco)를 약간 넣어 반응을 멈추게 한 다음, 50ml 튜브에 넣었다. RPM1400에서 2분 동안 원심분리기에 돌렸다.After an hour, RPMI1640 (Gibco) was added a little to stop the reaction, and then placed in a 50ml tube. Centrifuge for 2 minutes at RPM1400.

(2) 조영제와 (2) contrast agent PEGPEG 결합 Combination

PH 6.0 HBSS 5ml을 dish에 넣고 PEGylation 된 췌도세포를 dish에 넣었다. 그리고 자체 제작한 조영제 (600mg/ml) 450ml를 넣고 인큐베이터에 한 시간 동안 두었다. 한 시간 후에 RPMI1640(Gibco)를 약간 넣고 반응을 멈춘 후, 50ml 튜브에 넣었. RPM1400에서 2분 동안 원심분리기에 돌렸다.
5 ml of PH 6.0 HBSS was added to the dish and PEGylated islet cells were added to the dish. And 450 ml of self-made contrast agent (600 mg / ml) was added and placed in an incubator for one hour. After an hour, RPMI1640 (Gibco) was added a little, the reaction was stopped, and then placed in a 50ml tube. Centrifuge for 2 minutes at RPM1400.

실험예Experimental Example 2 : 복합체의 구조 확인  2: check the structure of the complex

(1) 염색 및 전자현미경에 의한 관찰(1) Observation by staining and electron microscope

췌도세포를 프루시안블루 염색시료로 염색하여 관찰하였다. 프루시안블루 염색시료는 철이 있는 경우 푸른색으로 염색되는 염색 시료로 췌도세포 표면쪽에 산화철 조영제가 존재하는지 여부를 확인하고자 한 실험이다.
Islets were observed by staining with Prussian blue staining sample. The Prussian blue dye sample is a dye stained blue color in the presence of iron, and is an experiment to check whether iron oxide contrast agent is present on the surface of the islet cells.

그 결과를 도 5의 위쪽에 도시하였다. 처리하지 않은 췌도세포 경우 프루시안블루 염색시료로 염색을 했지만 아무런 염색이 되지 않은 결과를 확인했다. The results are shown above in FIG. The untreated pancreatic islet cells were stained with a Prussian blue staining sample, but no staining was confirmed.

그리고 종래 방법처럼 췌도 세포를 24시간 인큐베이션시켜 물리적으로 산화철 조영제가 세포 안으로 들어가도록 유도한 경우에는 세포 표면과 안이 뚜렷하게 푸른색으로 염색되었음을 확인했다. 그러나, 본 발명의 생체적합성 매개 고분자로 췌도 세포와 산화철 조영제를 화학적으로 컨쥬게이션시킨 경우에는 췌도세포 표면에 존재하는 산화철 조영제가 염색되어 가장자리가 푸른색으로 염색되었음을 확인하였다.
In addition, when the pancreatic islet cells were incubated for 24 hours as in the conventional method, the iron oxide contrast agent was physically induced into the cells. However, when chemically conjugated the islets and iron oxide contrast agent with the biocompatible mediator of the present invention, it was confirmed that the iron oxide contrast agent present on the surface of the islet cells was stained and the edges were colored blue.

그리고, 전자현미경으로 관찰한 결과를 도 5의 아래쪽에 도시하였다. And the result observed with the electron microscope is shown in the lower part of FIG.

즉, 처리시간이 같음에도 불구하고 1시간 인큐베이션한 결과는 세포 안으로엔도사이토시스의 메커니즘을 통하여 들어가고 있음이 확인되었고, 본 발명의 컨쥬게이션 복합체는 동일한 시간 동안 인큐베이션해도 조영제가 세포표면에 자리잡고 있음을 확인되었다.
In other words, despite the same treatment time, the result of incubation for 1 hour was confirmed to enter into the cell through the mechanism of endocytosis, and the conjugation complex of the present invention was placed on the cell surface even if incubated for the same time. It was confirmed.

(2) (2) 공초점Confocal 현미경을 이용한 관찰 Observation with a microscope

산화철 조영제 표면개질에 사용한 다당류에 FITC 형광 dye를 붙여, 췌도세포에 PEG를 이용하여 컨쥬게이션 된 조영제를 공초점 현미경을 이용하여 확인하였다.
The polysaccharide used for surface modification of iron oxide contrast agent was attached to the FITC fluorescent dye, and the contrast agent conjugated using PEG to the islets was confirmed by confocal microscopy.

그 결과, 도 6에 나타난 바와 같이, FITC 형광시료는 초록색 빛을 띠며 세포 주위에 형광시료가 라운드로 분포되어있음을 확인하였다. 이를 통해, 생체적합성 매개 고분자로 췌도세포와 산화철 조영제를 화학적으로 컨쥬게이션시킨 본 발명의 구성이 완성되었음을 확인되었다.
As a result, as shown in Figure 6, the FITC fluorescent sample is green light, it was confirmed that the fluorescent sample is distributed around the cell in a round. Through this, it was confirmed that the configuration of the present invention was chemically conjugated to the islet cells and the iron oxide contrast agent with a biocompatible mediated polymer.

실시예Example 3 : 분자영상화- 3: Molecular Imaging MRIMRI 에 의한 관찰Observation by

다음으로, 췌도세포에 산화철 조영제를 처리하여 MRI로 확인하였다.Next, the pancreatic islet cells were treated with iron oxide contrast agent, and confirmed by MRI.

그 결과, 도 7에 나타난 바와 같이, 산화철 조영제를 처리하지 않은 췌도세포의 경우에는 T2감쇄 효과가 없음을 확인했고, 종래 방법과 같이 산화철 조영제를 물리적으로 업테이크한 췌도세포는 T2감쇄 효과가 있음을 확인하였다. 본 발명의 복합체의 경우에는 업테이크한 췌도세포보다 T2감쇄가 높음을 보였다.As a result, as shown in Figure 7, it was confirmed that there is no T2 attenuation effect in the case of the islet cells not treated with the iron oxide contrast agent, the islet cells physically uptake iron oxide contrast agent as in the conventional method has a T2 attenuation effect It was confirmed. In the complex of the present invention, the T2 attenuation was higher than that of the uptake islets.

이를 통해, 산화철 조영제가 세포 안으로 업테이크한 종래의 물리적방법을 사용하는 경우는 산화철 조영제의 기능이 많이 떨어지는 것을 알 수 있다.
Through this, it can be seen that the function of the iron oxide contrast agent is much deteriorated when the conventional physical method up-taken into the cell.

그리고, 도 8에서 췌도세포에 산화철 조영제를 처리하여 MRI상 T2감쇄 신호정도를 확인 한 결과를 그래프로 나타내었다.In addition, the results of confirming the degree of T2 attenuation signal on the MRI by treating the iron oxide contrast agent in the islet cells in FIG.

T2 감쇄 수치는 적을수록 MRI에 효과적으로 감지한다는 것을 나타낸다. 즉, T2값이 낮을수록 조영제로써, 또한 이미지상으로써 좋은 효과를 보이는 것이고, R2값은 높을수록 좋은 결과를 의미한다.Lower T2 attenuation values indicate that MRI is more sensitive to MRI. That is, the lower the T2 value, the better the contrast agent and the image. The higher the R2 value, the better the result.

도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 산화철 조영제를 처리하지 않은 췌도세포 경우에는 산화철 조영제를 업테이크한 췌도세포보다 감쇄 수치가 높음을 확인했고 MRI상으로 확인했듯 T2감쇄 효과로 나타나는 흐려지는효과를 보지 못했다. 그러나, 본 발명의 복합체의 경우, 종래 산화철 조영제를 업테이크한 췌도세포보다 T2감쇄가 약 4배 정도로 더 효과적이었다.
As can be seen in Figure 8, in the case of pancreatic islets that were not treated with the iron oxide contrast agent, the attenuation was higher than that of the uptake pancreatic islet cells, and the MRI showed no clouding effect as indicated by the T2 attenuation effect. . However, in the complex of the present invention, T2 attenuation was about four times more effective than islet cells uptake of conventional iron oxide contrast medium.

실시예Example 4 : 산화철 조영제 농도에 따른  4: according to the iron oxide contrast agent concentration 췌도세포의Pancreatic islet cells MRIMRI

도 9에 도시하고 있는 것처럼, 산화철 조영제의 농도를 달리하여 췌도 세포에 처리하였다. 그리고, 종래 조영제가 췌도 세포 안으로 침습한 경우와 본 발명의 복합체의 경우를 비교하였다. As shown in FIG. 9, the pancreatic islet cells were treated at different concentrations of the iron oxide contrast agent. And, the conventional contrast agent invaded into the islet cells and the case of the complex of the present invention was compared.

그 결과, 본 발명의 복합체의 경우가 적은 농도에서도 MR이미지가 나타남을 확인했다. 즉, 산화철 조영제를 적은 농도로 처리하여 분자영상화가 가능하므로 세포에 미치는 영향을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 췌도세포의 생존율에도 더욱 효과적이다. As a result, it was confirmed that the MR image appears even at a small concentration of the complex of the present invention. In other words, by treating the iron oxide contrast agent in a small concentration, it is possible to reduce the effect on the cells as well as molecular imaging, and is more effective in the survival rate of the islets.

이하, 직접 췌도세포의 생존율을 비교해보았다.
Hereinafter, the survival rate of the pancreatic islet cells was directly compared.

실시예Example 5 :  5: 췌도세포의Pancreatic islet cells 생존율 비교 Survival Rate Comparison

산화철 조영제를 도 10에 기재한 대로, 농도별로 처리하고 1일, 5일, 10일 후 생존율을 비교하였다.
Iron oxide contrast agent was treated according to the concentration, as described in Figure 10 and compared the survival rate after 1 day, 5 days, 10 days.

그 결과, 도 10에 나타난 바와 같이, 본 발명의 복합체는 1일, 5일 후에도 처리하지 않은 췌도세포와 생존율의 차이를 보이지 않았으며, 낮은 농도의 산화철 조영제 처리했을 때는 오히려 생존율이 높음이 확인되었다. 그러나, 종래의 업테이크 방식의 췌도세포는 생존율이 떨어졌음을 확인할 수 있었다. As a result, as shown in Figure 10, the complex of the present invention did not show a difference in survival rate with the untreated islet cells even after 1 day, 5 days, it was confirmed that the survival rate is rather high when treated with a low concentration of iron oxide contrast agent . However, it was confirmed that the survival rate of the conventional uptake pancreatic islets is poor.

즉, 본 발명의 복합체 구성은 생체적합성 매개 고분자 물질이 췌도세포를 보호해 주는 역할을 함을 알 수 있다.
That is, the complex configuration of the present invention can be seen that the biocompatible mediators play a role in protecting the islet cells.

실시예Example 6 :  6: 분자영상용For molecular imaging 복합체의  Complex 마우스에게로의To the mouse 이식 transplantation

췌도세포에 산화철 조영제를 컨쥬게이션한 본 발명의 복합체를 누드마우스왼쪽 신장에 300개를 이식하였다. In the pancreatic islet, 300 complexes of the present invention conjugated with an iron oxide contrast agent were implanted into the left kidney of the nude mouse.

그 결과, 도 11에서 알 수 있는 바와 같이, 췌도 세포가 이식됐음을 명확히확인할 수 있었다.As a result, as can be seen in Figure 11, it was clearly confirmed that the islet cells were transplanted.

그리고, 한 달 후, MRI로 분자영상화하여 관찰한 결과를 도 11에 함께 나타내었다. 이식된 췌도세포의 존재 및 상태를 명확히 확인할 수 있었다. After one month, the results of molecular imaging with MRI were also shown in FIG. 11. The presence and condition of the transplanted pancreatic islets could be clearly confirmed.

이와 같이, 본 발명의 복합체는 이식 후의 세포 상태를 확인하기 위한 분자영상화에 매우 유용하게 사용될 수 있다. As such, the complex of the present invention can be very usefully used for molecular imaging to confirm the cell state after transplantation.

Claims (22)

서로 다른 작용기를 양쪽 말단에 가지는 생체적합성 매개 고분자의
한 쪽 말단은 개질용 고분자 또는 다당류로 표면개질된 산화철계 나노입자와 결합되어 있고
다른 한 쪽 말단은 대상세포 표면과 화학적으로 결합되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 분자영상용 복합체.
Biocompatible mediated polymers with different functional groups at both ends
One end is combined with iron oxide nanoparticles surface-modified with a modifying polymer or polysaccharide,
The other end has a configuration that is chemically bonded to the surface of the target cell complex for molecular imaging.
제1항에 있어서, 상기 생체적합성 매개 고분자는 폴리에틸렌글리콜(PEG), 알지네이트, 하이드로젤, 피브리노겐 젤, 콜라젠, 젤라틴, 카이토산, 알지네이트, 히알루로닉산, PLGA, PEI, 및 PEO로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 고분자인 것을 특징으로 하는 분자영상용 복합체.
The method of claim 1, wherein the biocompatible media is selected from the group consisting of polyethylene glycol (PEG), alginate, hydrogel, fibrinogen gel, collagen, gelatin, chitosan, alginate, hyaluronic acid, PLGA, PEI, and PEO A composite for molecular imaging, characterized in that at least one polymer.
제2항에 있어서, 상기 생체적합성 매개 고분자는 폴리에틸렌글리콜(PEG)인 것을 특징으로 하는 분자 영상용 복합체.
The composite of claim 2, wherein the biocompatible mediated polymer is polyethylene glycol (PEG).
제3항에 있어서, 상기 폴리에틸렌글리콜(PEG)의 한 쪽 말단은 말레이미드기를 가지고 있고 개질용 고분자 또는 다당류로 표면개질된 산화철계 나노입자와 결합되어 있고; 다른 한 쪽 말단은 NHS기를 가지고 있고 대상세포 표면과 화학적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 분자 영상용 복합체.
The method of claim 3, wherein one end of the polyethylene glycol (PEG) has a maleimide group and is bonded to the iron oxide-based nanoparticles modified with a polymer or polysaccharide for modification; The other end has an NHS group, and the molecular imaging complex characterized in that it is chemically bonded to the surface of the target cell.
제3항에 있어서, 상기 폴리에틸렌글리콜(PEG)은 다음의 헤테로 작용기를 가지는 형태 중 어느 하나의 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 분자 영상용 복합체:
Figure pat00024

The complex of claim 3, wherein the polyethylene glycol (PEG) has a structure having any one of the following hetero functional groups:
Figure pat00024

제1항에 있어서, 상기 개질용 고분자는 PEG, 알지네이트, 하이드로젤, 피브리노겐 젤, 콜라젠, 젤라틴, 카이토산, 알지네이트, 히알루로닉산, PLGA, PEI, 및 PEO로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 고분자인 것을 특징으로 하는 분자 영상용 복합체.
The method of claim 1, wherein the modifying polymer is one or more polymers selected from the group consisting of PEG, alginate, hydrogel, fibrinogen gel, collagen, gelatin, chitosan, alginate, hyaluronic acid, PLGA, PEI, and PEO A composite for molecular imaging, characterized in that.
제1항에 있어서, 상기 다당류는 알지네이트(alginate), 히알루론산(hyaluronic acid), 황산콘드로이친(chondroitin sulfate), 덱스트란(dextran), 덱스트란 설파이트(dextran sulfate), 헤파린(heparin), 헤파린 설파이텀(heparin sulfatem), 헤파란 설파이트(heparan sulfate), 키토산(chitosan), 젤란검(gellan gum), 잔탄검(xanthan gum), 구아검(guar gum), 수용성 셀룰로오스 유도체(cellulose derivatives) 및 카라기난(carrageenan)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 분자 영상용 복합체.
The method of claim 1, wherein the polysaccharide is alginate, hyaluronic acid, chondroitin sulfate, dextran, dextran sulfate, heparin, heparin, heparin sulfpy. Heparin sulfate, heparan sulfate, chitosan, gellan gum, xanthan gum, guar gum, water-soluble cellulose derivatives and carrageenan (carrageenan) is a composite for molecular imaging, characterized in that selected from the group consisting of.
제7항에 있어서, 상기 다당류는 헤파린(heparin)인 것을 특징으로 하는 분자 영상용 복합체.
The complex for molecular imaging according to claim 7, wherein the polysaccharide is heparin.
제1항에 있어서, 상기 대상세포는 췌도 세포, 줄기 세포, 역 분화 유도 줄기세포 (IPS), 지발 세포, 연골 세포, 및 심근 세포로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 분자 영상용 복합체.
The method of claim 1, wherein the target cell is any one selected from the group consisting of islet cells, stem cells, reverse differentiation induced stem cells (IPS), branched cells, chondrocytes, and cardiomyocytes. Complex.
제9항에 있어서, 상기 대상세포는 췌도 세포인 것을 특징으로 하는 분자 영상용 복합체.
The complex of claim 9, wherein the target cell is a pancreatic islet cell.
제1항에 있어서, 상기 분자영상은 자기공명영상(magnetic resonance imaging, MRI)인 것을 특징으로 하는 분자 영상용 복합체.
The complex of claim 1, wherein the molecular image is magnetic resonance imaging (MRI).
말레이미드기 및 NHS기를 양쪽 말단에 각각 가지는 폴리에틸렌글리콜(PEG)의
말레이미드기는 헤파린으로 표면개질된 산화철계 나노입자와 화학적으로 결합되어 있고,
NHS기는 췌도세포 표면의 아민기와 화학적으로 결합되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 췌도세포 분자영상용 복합체.
Of polyethylene glycol (PEG) which has maleimide group and NHS group in both ends, respectively
Maleimide groups are chemically bound to iron oxide-based nanoparticles surface-modified with heparin,
The NHS group is a pancreatic islet cell molecular imaging complex, characterized in that it has a configuration that is chemically bonded to the amine group on the surface of the islets.
대상세포의 분자 영상화에 이용하기 위하여,
개질용 고분자 또는 다당류로 산화철 나노입자 표면을 개질하는 단계,
대상세포와 생체적합성 매개 고분자를 화학적으로 결합시키는 단계, 및
상기 표면개질된 산화철 나노입자와 상기 대상세포와 결합된 생체적합성 매개 고분자를 화학적으로 결합시키는 단계를 포함하는, 제1항의 분자 영상용 복합체의 제조방법.
To use for molecular imaging of target cells,
Modifying the surface of the iron oxide nanoparticles with a modifying polymer or polysaccharide,
Chemically binding a target cell and a biocompatible median polymer, and
Chemically bonding the surface-modified iron oxide nanoparticles and the biocompatible media polymer coupled to the target cells, the method of claim 1, wherein the molecular imaging complex.
제13항에 있어서, 상기 생체적합성 매개 고분자는 폴리에틸렌글리콜(PEG), 알지네이트, 하이드로젤, 피브리노겐 젤, 콜라젠, 젤라틴, 카이토산, 알지네이트, 히알루로닉산, PLGA, PEI, 및 PEO로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 고분자인 것을 특징으로 하는 제1항의 분자 영상용 복합체의 제조방법.
The method of claim 13, wherein the biocompatible media is selected from the group consisting of polyethylene glycol (PEG), alginate, hydrogel, fibrinogen gel, collagen, gelatin, chitosan, alginate, hyaluronic acid, PLGA, PEI, and PEO Method of producing a composite for molecular imaging of claim 1, characterized in that at least one polymer.
제13항에 있어서, 상기 다당류는 알지네이트(alginate), 히알루론산(hyaluronic acid), 황산콘드로이친(chondroitin sulfate), 덱스트란(dextran), 덱스트란 설파이트(dextran sulfate), 헤파린(heparin), 헤파린 설파이텀(heparin sulfatem), 헤파란 설파이트(heparan sulfate), 키토산(chitosan), 젤란검(gellan gum), 잔탄검(xanthan gum), 구아검(guar gum), 수용성 셀룰로오스 유도체(cellulose derivatives) 및 카라기난(carrageenan)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 제1항의 분자 영상용 복합체의 제조방법.
The method of claim 13, wherein the polysaccharide is alginate, hyaluronic acid, chondroitin sulfate, dextran, dextran sulfate, heparin, heparin, heparin sulfpy. Heparin sulfate, heparan sulfate, chitosan, gellan gum, xanthan gum, guar gum, water-soluble cellulose derivatives and carrageenan The method for preparing a complex for molecular imaging according to claim 1, which is selected from the group consisting of (carrageenan).
제13항에 있어서, 상기 개질용 고분자는 PEG, 알지네이트, 하이드로젤, 피브리노겐 젤, 콜라젠, 젤라틴, 카이토산, 알지네이트, 히알루로닉산, PLGA, PEI, 및 PEO로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 고분자인 것을 특징으로 하는 제1항의 분자 영상용 복합체의 제조방법.
The method of claim 13, wherein the modifying polymer is at least one polymer selected from the group consisting of PEG, alginate, hydrogel, fibrinogen gel, collagen, gelatin, chitosan, alginate, hyaluronic acid, PLGA, PEI, and PEO. Method for producing a composite for molecular imaging of claim 1, characterized in that.
제13항에 있어서, 상기 대상세포는 췌도 세포, 줄기 세포, 역 분화 유도 줄기세포 (IPS), 지발 세포, 연골 세포, 및 심근 세포로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 제1항의 분자 영상용 복합체의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the target cell is any one selected from the group consisting of islet cells, stem cells, reverse differentiation induced stem cells (IPS), branched cells, chondrocytes, and cardiomyocytes. Method for preparing a composite for molecular imaging.
서로 다른 작용기를 양쪽 말단에 가지는 생체적합성 매개 고분자를 이용하여, 산화철계 나노입자의 조영제와 대상세포를 화학적으로 연결시켜 사용하는 것을 특징으로 하는, 대상세포의 분자 영상화 방법
A method of molecular imaging of a target cell, comprising using a biocompatible mediated polymer having different functional groups at both ends and chemically connecting the contrast agent of the iron oxide-based nanoparticles to the target cell.
제18항에 있어서, 상기 분자영상은 자기공명영상(magnetic resonance imaging, MRI)인 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 18, wherein the molecular image is magnetic resonance imaging (MRI).
제18항에 있어서, 상기 산화철계 나노입자의 조영제는 다당류로 표면개질된 것을 특징으로 하는 방법.
19. The method of claim 18, wherein the contrast agent of the iron oxide nanoparticles is surface modified with polysaccharides.
제18항에 있어서, 상기 생체적합성 매개 고분자는 폴리에틸렌글리콜인 것을 특징으로 하는 방법.
19. The method of claim 18, wherein the biocompatible mediated polymer is polyethylene glycol.
제18항에 있어서, 상기 대상세포는 췌도세포인 것을 특징으로 하는 방법.19. The method of claim 18, wherein the target cell is a pancreatic islet cell.
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