KR20130038426A - Glycol chitosan hydrogel modified hydrophobically with fatty acid-bonded antidiabetic peptide and a pharmaceutical composition for prevention or treatment of diabetes comprising the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A pharmaceutical composition containing glycol chitosan hydrogel which is hydrophobically conjugated with a fatty acid-bonded antidiabetic peptide is provided to enhance gel formation in vivo and to enable long-term drug release. CONSTITUTION: Glycol chitosan hydrogel contains a fatty acid-bonded antidiabetic peptide and fatty acid-bonded glycol chitosan which are hydrophobically conjugated. The fatty acid has 12-18 carbon atoms. The fatty acid is substituted with N-hydroxysuccinimidyl ester or sulfo N-hydroxysuccinimidyl(sulfo-NHS) ester. The fatty acid is bonded by an acylate bond.

Description

지방산이 결합된 항당뇨 펩티드가 소수성 결합된 글리콜 키토산 히드로겔 및 이를 포함하는 당뇨병 예방 또는 치료용 약학적 조성물{Glycol chitosan hydrogel modified hydrophobically with fatty acid-bonded antidiabetic peptide and a pharmaceutical composition for prevention or treatment of diabetes comprising the same}Glycol chitosan hydrogel modified hydrophobically with fatty acid-bonded antidiabetic peptide and a pharmaceutical composition for prevention or treatment of diabetes configuring the same}

본 발명은 지방산이 결합된 항당뇨 펩티드가 소수성 결합된 글리콜 키토산 히드로겔 및 이를 포함하는 당뇨병 예방 또는 치료용 약학적 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지방산이 결합된 항당뇨 펩티드와, 지방산이 결합된 글리콜 키토산이 소수성 결합을 통해 자가-조립되어 형성된 글리콜 키토산 히드로겔 및 이를 포함하는 당뇨병 예방 또는 치료용 약학적 조성물에 관한 것이다.
The present invention relates to a hydrophilic glycol chitosan hydrogel in which an anti-diabetic peptide to which a fatty acid is bound and a pharmaceutical composition for preventing or treating diabetes comprising the same, and more particularly, to an anti-diabetic peptide to which a fatty acid is bound, and a fatty acid to be bound. The present invention relates to a glycol chitosan hydrogel formed by self-assembling glycol chitosan through hydrophobic bonds and a pharmaceutical composition for preventing or treating diabetes.

히드로겔은 바이오 의학과 약제학 분야에서 주사가능한 약물 전달체로 큰 관심을 가져왔다. 이러한 약물 전달체는 3차원적인 친수성 네트워크 구조를 제공함으로써 물리적, 화학적 봉입, 다량의 물과 약물을 보유, 지속적인 패턴의 약물방출을 가능하게 한다. 또한, 이것은 최소한의 침습성 절차를 통한 간단한 주입을 통해 쉽게 투약이 되고, 환자의 편의성을 향상시킨다. 최근에는 자기 응집성의 그리고 그 위치에서의 겔 형태의 하이드로 젤이 많이 연구되고 있고, 이러한 것들은 효소를 매개로하거나 상보적인 그룹의 화학적 결합, 이온 결합, 친유성 결합, 복합체와 같은 일련의 방법들을 포함한다. Hydrogels have been of great interest as injectable drug carriers in the biomedical and pharmaceutical fields. These drug carriers provide a three-dimensional hydrophilic network structure, enabling physical and chemical encapsulation, retaining large amounts of water and drugs, and sustaining patterns of drug release. In addition, it is easily dosed through simple infusion through minimally invasive procedures and improves patient comfort. Recently, many hydrogels in the form of gels of self-cohesive and in situ have been studied, and these include a series of methods such as enzyme-mediated or complementary groups of chemical bonds, ionic bonds, lipophilic bonds, and complexes. do.

다양한 합성 또는 천연의 중합체들이 히드로겔의 준비과정에 사용된다. 예를 들면 PVA, 폴리(2-히드록시에틸메타크릴레이트), 폴리에틸렌 글리콜, 알지네이트, 키토산, 하이알유론 등이 있다. 특히, 천연 중합체들은 대부분 다당류들이며, 면역원성 약점과 동물 기원의 발열성 물질의 잠재적 위험성을 제공하지 않는다. 이러한 것들 중, 키토산은 가장 매력적인 천연 다당류(이것은 생체적 합성이 가능하고, 독성이 낮고, 효소분해에 대한 감수성이 있고, 면역 반응이 없다) 중에 하나이다. 키토산은 글루타르알데히드, 글리옥살, 디아세트알데히드, PEG 등을 이용한 잘 설립된 결합 절차를 통해 히드로겔로서 준비된다. 게다가 키토산은 pH에 의한 하이드로젤라틴 특성을 보여주는데, 이는 키토산이 pKa가 6.0~6.5이기 때문이며 생리활성을 나타내는 pH 환경에서 나타난다. 그러므로 이러한 화학적, 물리적으로 결합된 키토산을 사용한 히드로겔은 가장 실질적인 약물전달 시스템 중의 하나로서 상당한 관심을 받고 있다.Various synthetic or natural polymers are used in the preparation of hydrogels. For example, there are PVA, poly (2-hydroxyethyl methacrylate), polyethylene glycol, alginate, chitosan, hyaluron and the like. In particular, natural polymers are mostly polysaccharides and do not present immunogenic weaknesses and the potential risk of pyrogenic substances of animal origin. Of these, chitosan is one of the most attractive natural polysaccharides, which are biosynthetic, low toxicity, susceptible to enzymatic degradation, and no immune response. Chitosan is prepared as a hydrogel through well established binding procedures using glutaraldehyde, glyoxal, diacetaldehyde, PEG and the like. In addition, chitosan exhibits hydrogelatinous properties by pH, because chitosan has a pKa of 6.0-6.5 and appears in a pH environment that exhibits physiological activity. Hydrogels using such chemically and physically bound chitosan are therefore of considerable interest as one of the most practical drug delivery systems.

이러한 히드로겔 시스템 중에서 최근 연구되고 있는 것은 가교된 폴리로스파젠(cross-linked polyphosphazene blend) 히드로겔(Biomaterials 31: 8107-8120, 2010)이다. 이 시스템은 화학적가교(chemical cross-linking)와 물리적가교(physical cross-linking)를 동시에 사용하여 겔형성력을 극대화하고 안정적인 서방출 약물특성을 확보하려고 노력하였다. 또한 N-팔미토일 키토산을 이용하여 pH 변화에 반응하는 주사용 히드로겔을 제조하려는 시도가 있었다(Biomaterials 30: 4877-4888, 2009). 이 연구에서는 글리콜키토산의 생체적합성과 생체 내 pH에서 겔화되는 능력에 중점을 두어 연구를 진행하였다. 히드로겔에서 물리적인 가교방법은 이온성 착물, 고분자 전해질 착물, 열가역성 하이드로겔과 소수성 결합 방법이 공개되어 있으며 화학적 가교방법에는 글루타르알데히드 등을 사용하여 영구적으로 고분자를 표면결합시키는 방법 등이 있다(Adv . Drug Deliv . Rev . 62: 83-99, 2010).Recently studied among such hydrogel systems are cross-linked polyphosphazene blend hydrogels ( Biomaterials 31: 8107-8120, 2010). This system attempted to maximize the gel formation ability and secure stable sustained-release drug characteristics by simultaneously using chemical cross-linking and physical cross-linking. Attempts have also been made to prepare injectable hydrogels that respond to pH changes using N-palmitoyl chitosan ( Biomaterials 30: 4877-4888, 2009). The study focused on the biocompatibility of glycolchitosan and its ability to gel at in vivo pH. In hydrogels, physical crosslinking methods include ionic complexes, polymer electrolyte complexes, thermoreversible hydrogels and hydrophobic bonding methods, and chemical crosslinking methods include a method of permanently bonding a polymer by using glutaraldehyde. Adv . Drug Deliv . Rev. 62: 83-99, 2010).

그러나 상기 문헌에서 보고된 방법은 아직 생체적용에서 미세한 조절이나 생체적합성 및 독성문제가 완벽히 해결되지 않았다는 명백한 한계점을 가지고 있어 보다 구체적이고 실용적인 히드로겔 방법이 요구된다.
However, the method reported in the above literature has a clear limitation that the microcontrolling, biocompatibility and toxicity problems have not been completely solved in bioapplications, and thus a more specific and practical hydrogel method is required.

Exendin-4 (Ex4)는 Gila monster (Heloderma suspectum)라는 도마뱀의 타액에서 분리 정제한 펩티드 물질로서 하기와 같이 39개의 아미노산 서열로 이루어져 있으며 내인성 글루카곤유사펩티드-1 (GLP-1)과 53% 서열 유사성을 나타낸다 (Diabetes 53: 2181-2189, 2004). GLP-1과 유사한 생리작용을 지니고 있지만 2번 아미노산이 Gly로 되어있어 DPP IV에 대한 강한 저항성을 가지고 있을 뿐만 아니라 신장의 사구체 여과속도도 GLP-1에 비하여 매우 느려서 결과적으로 GLP-1 보다 연장된 생체반감기와 생리활성을 지니고 있다고 알려져 있다 (Diabetologia 46: 706-712, 2006; Diabetes 53: 2181-2189, 2004). 존 엥 (John Eng)에 의해 처음 개발되었으며 물질특허는 미국에만 적용되는 것으로 알려져 있다(미국등록특허 제5424286호).Exendin-4 (Ex4) is a peptide substance isolated and purified from the saliva of a lizard called Gila monster (Heloderma suspectum), consisting of the following 39 amino acid sequences and 53% sequence similarity to endogenous glucagon-like peptide-1 (GLP-1) ( Diabetes 53: 2181-2189, 2004). It has a similar physiological effect as GLP-1, but the amino acid 2 is Gly, which not only has a strong resistance to DPP IV but also has a slower glomerular filtration rate than GLP-1, resulting in prolongation of GLP-1. It is known to have half-life and bioactivity ( Diabetologia 46: 706-712, 2006; Diabetes 53: 2181-2189, 2004). It was first developed by John Eng and it is known that the material patent applies only to the United States (U.S. Pat.

ExendinExendin -4 아미노산 서열-4 amino acid sequence

His1-Gly-Glu-Gly-The-Phe-The-Ser-Asp-Leu-Ser-Lys12-Gln-Met-Glu-Glu-Glu-Ala-Val-Arg-Leu-Phe-Ile-Glu-Trp-Leu-Lys27-Asn-Gly-Gly-Pro-Ser-Ser-Gly-Ala-Pro-Pro-Pro-Ser-NH2 His 1 -Gly-Glu-Gly-The-Phe-The-Ser-Asp-Leu-Ser-Lys 12 -Gln-Met-Glu-Glu-Glu-Ala-Val-Arg-Leu-Phe-Ile-Glu- Trp-Leu-Lys 27 -Asn-Gly-Gly-Pro-Ser-Ser-Gly-Ala-Pro-Pro-Pro-Ser-NH 2

상기한 바와 같이 Ex4는 위장관 운동성을 억제하고 음식섭취를 감소시켜주며 혈장 글루카곤 분비를 억제한다고 알려져 있으며(미국 등록특허 제6858576호, 제6956026호 및 제6872700호), 설포닐 우레아와 메트포르민 등의 경구 항당뇨제와 병용요법 모두에서 28일간 투여 후 1% 범위 내에서 당화혈색소(HbA1C)의 수치를 낮추었다고 보고된 바 있다(Diabetes 53 suppl. 3: S197-S204, 2004). 최근에는 Byetta?라는 상표로 합성 Ex4 (Exenatide; Amylin & Eli Lily)가 2005년 4월부터 미국 식품의약품안전청 (FDA)으로부터 시판 허가되어 의약품으로 사용되고 있다.As described above, Ex4 is known to inhibit gastrointestinal motility, reduce food intake, and inhibit plasma glucagon secretion (US Pat. Nos. 6858576, 6956026, and 6872700), oral sulfonyl urea and metformin. Both antidiabetic and combination therapies have been reported to lower the levels of glycated hemoglobin (Hb A1C ) within 1% after 28 days of administration ( Diabetes 53 suppl. 3: S197-S204, 2004). Recently, Byetta ? Synthetic Ex4 (Exenatide; Amylin & Eli Lily) has been marketed by the US Food and Drug Administration (FDA) since April 2005 and has been used as a drug.

최근에는 Ex4, 글루카곤-유사 펩티드-1, 인슐린 같은 폴리펩티드 항당뇨제에 알부민을 물리화학적으로 결합시켜 폴리펩티드가 갖는 짧은 생체반감기의 문제점을 해결하려는 시도가 진행 중이다. 인간 혈청 알부민(HSA)은 585개의 아미노산으로 이루어진 약 67 kDa 정도의 단백질로서 인간의 혈청 1 L당 35~50 g의 농도로 존재하고 반감기는 약 19일 정도이라고 알려져 있다(J. Control . Release 132: 171-183, 2008). 혈액의 삼투압을 조절하며 사슬이 긴 지방산뿐만 아니라 부분적으로 소수성을 띠는 약물과 단백결합을 하여 생체반감기를 연장하는 것으로 알려져 있다(Pharm . Res . 19: 569-577, 2002).Recently, attempts have been made to solve the problem of short biological half-life of polypeptides by physicochemically binding albumin to polypeptide antidiabetics such as Ex4, glucagon-like peptide-1 and insulin. Human serum albumin (HSA) is a protein of about 67 kDa consisting of 585 amino acids and is present at a concentration of 35-50 g per liter of human serum and has a half-life of about 19 days ( J. Control . Release 132) . : 171-183, 2008). It is known to prolong blood half-life by regulating the osmotic pressure of blood and protein binding with long chain fatty acids as well as partially hydrophobic drugs ( Pharm . Res . 19: 569-577, 2002).

긴 지방산 사슬을 이용한 알부민 단백결합유도 기술은 Novo Nordisk사에 개발하였으며 폴리펩티드의 라이신 아민에 C14~C16정도의 지방산을 도입하는 방법이다. 일반적으로 알부민 한 분자는 107~108의 결합상수로 지방산 약 5개가 소수성 결합할 수 있는데 일단 결합하면 매우 강하게 결합하는 것으로 알려져 있다. Novo Nordisk사에서는 myristic acid (C14)을 인간 인슐린에 결합하여 생산한 Insulin detemer (Levemir?)를 미국에 2005년 6월에 시판하였으며(http://www.levemir-us.com), 팔미트산(C16)를 GLP-1 유사체의 Lys26에 아미노산에 결합하여 생산한 NN2211 (Liraglutide?)의 임상 스터디를 모두 마치고 Eli Lily사와 공동으로 시판할 계획인 것으로 알려져 있다 (Diabetes 53: 2181-2189, 2004).
The albumin protein binding induction technique using a long fatty acid chain was developed by Novo Nordisk and introduced a C 14 ~ C 16 fatty acid to the lysine amine of the polypeptide. In general, one molecule of albumin has a binding constant of 10 7 to 10 8 , and about five fatty acids can be hydrophobicly bound. Novo Nordisk sold Insulin detemer (Levemir ? ), Produced by binding myristic acid (C 14 ) to human insulin, in the United States in June 2005 (http://www.levemir-us.com). It is known that it will be marketed jointly with Eli Lily after completing the clinical study of NN2211 (Liraglutide ? ), Which produced acid (C 16 ) by binding amino acids to Lys 26 of the GLP-1 analogue ( Diabetes 53: 2181-2189). , 2004).

이에 본 발명자들은 상기와 같은 점을 감안하여 연구하던 중, 지방산이 결합된 항당뇨 펩티드와, 지방산이 결합된 글리콜 키토산을 소수성 결합을 통해 자가-조립시켜 글리콜 키토산 히드로겔을 제조한 후 이의 혈당 강하 효과를 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
In view of the above, the inventors of the present invention, while preparing a glycol chitosan hydrogel by self-assembly of a fatty acid-bound anti-diabetic peptide and a glycol chitosan to which a fatty acid is bound through a hydrophobic bond, lowering its blood sugar The present invention was completed by confirming the effect.

본 발명의 목적은 지방산이 결합된 항당뇨 펩티드, 및 지방산이 결합된 글리콜 키토산이 소수성 결합된 글리콜 키토산 히드로겔을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an antidiabetic peptide to which a fatty acid is bound, and a glycol chitosan hydrogel to which a glycol chitosan to which a fatty acid is bound is hydrophobicly bound.

본 발명의 다른 목적은 상기 글리콜 키토산 히드로겔을 포함하는 당뇨병 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공하는 것이다.
Another object of the present invention to provide a pharmaceutical composition for preventing or treating diabetes comprising the glycol chitosan hydrogel.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 지방산이 결합된 항당뇨 펩티드, 및 지방산이 결합된 글리콜 키토산이 소수성 결합된 글리콜 키토산 히드로겔을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides an anti-diabetic peptide combined with a fatty acid, and a glycol chitosan hydrogel in which a hydrophilic glycol chitosan is bonded to a fatty acid.

본 발명에서, 지방산이 결합된 항당뇨 펩티드는 소수성 결합(hydrophobic interaction)을 통하여 지방산이 결합된 글리콜 키토산에 표면수식되어 글리콜 키토산 히드로겔을 형성한다.In the present invention, the fatty acid-bound antidiabetic peptide is surface-modified to the glycol chitosan to which the fatty acid is bound through hydrophobic interaction to form a glycol chitosan hydrogel.

구체적으로, 도 1에 팔미틴산 결합을 통해 소수성이 증강된 글리콜 키토산의 화학적구조 및 제조방법과(a), 아울러 팔미틴산이 결합된 엑센딘-4, 및 팔미틴산이 결합된 글리콜 키토산이 서로 소수성 결합을 통해 자가-조립(self-assembly)되어 글리콜 키토산 히드로겔을 형성하는 과정(b)이 간략히 도시되어 있다.Specifically, the chemical structure and manufacturing method of glycol chitosan hydrophobicity enhanced through palmitic acid binding in Figure 1 (a), Exendin-4, and palmitic acid-bound glycol chitosan combined with palmitic acid through a hydrophobic bond with each other The process (b) of self-assembly to form a glycol chitosan hydrogel is shown briefly.

상기 지방산은 체내의 알부민과 단백결합을 유도할 수 있도록 탄소개수는 약 12개에서 18개 정도인 지방산이 바람직하다. 또한, 상기 지방산은 선형형태가 비선형 환형태(cyclic type)보다 알부민 결합도가 높기 때문에 선형형태(linear type)인 것이 바람직하다.The fatty acid is preferably a fatty acid having a carbon number of about 12 to about 18 so as to induce protein binding with albumin in the body. In addition, since the fatty acid has a higher degree of albumin binding than the nonlinear cyclic type, the fatty acid is preferably linear.

지방산이 결합된 항당뇨 펩티드의 제조를 위해서 지방산은 항당뇨 펩티드의 아민과 반응할 수 있도록 반응활성형(activated)인 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 상기 지방산은 N-히드록시숙신이미딜(NHS) 에스테르 또는 설포 N-히드록시숙신이미딜(Sulfo-NHS) 에스테르로 치환되어 있는 것이 바람직하다.For the preparation of the antidiabetic peptide to which the fatty acid is bound, the fatty acid is preferably activated to react with the amine of the antidiabetic peptide. Specifically, the fatty acid is preferably substituted with N-hydroxysuccinimidyl (NHS) ester or sulfo N-hydroxysuccinimidyl (Sulfo-NHS) ester.

본 발명에서, 상기 지방산의 결합은 아실레이트 결합인 것이 바람직하다.In the present invention, the fatty acid bond is preferably an acylate bond.

본 발명에서, 상기 항당뇨 펩티드는 엑센딘-4(Exendin-4)인 것이 바람직하다. 여기에서 상기 항당뇨 펩티드 exendin-4는 합성형 및 재조합형일 수 있다.In the present invention, the antidiabetic peptide is preferably Exendin-4 (Exendin-4). Wherein the antidiabetic peptide exendin-4 may be synthetic and recombinant.

본 발명에서, 상기 글리콜 키토산의 평균 분자량은 30 내지 90 kDa인 것이 바람직하다.In the present invention, the average molecular weight of the glycol chitosan is preferably 30 to 90 kDa.

본 발명에 따르면 지방산과 항당뇨 펩티드의 접합체를 제조할 때에는 양쪽 모두 녹을 수 있는 용매인 디메틸설폭시드 (DMSO)에서 반응을 유도하며 지방산이 항당뇨 펩티드에 1:1 당량으로 반응되도록 유도하여야 하며 최대 1시간 정도 반응이 소요된다. 여기에 반응속도를 단축시키기 위해 트리에틸아민(TEA, triethylamine) 또는 디메틸아미노피리딘(DMAP, dimethyl- aminopyridine)을 적량 첨가할 수 있다.According to the present invention, when preparing a conjugate of a fatty acid and an antidiabetic peptide, both of them induce a reaction in a soluble solvent of dimethyl sulfoxide (DMSO) and induce a fatty acid to be reacted with the antidiabetic peptide in a 1: 1 equivalent. The reaction takes about 1 hour. An appropriate amount of triethylamine (TEA, triethylamine) or dimethylaminopyridine (DMAP) may be added thereto to shorten the reaction rate.

히드로겔이 생체에 적용되기 때문에 이의 제조에 사용되는 고분자중합체는 생체적합성과 생체분해성을 지니고 있어야 하며 따라서 생체세포에 안전하여야 하며 지방산접합 exendin-4의 방출 종료 시에는 스스로 분해되어 소실될 수 있는 것이 바람직하다. 따라서 키토산(chitosan)은 분자량이 너무 커서 생분해성이 제한을 받지 않아야 하므로 이들의 분자량은 약 ~40 kDa이 바람직하고 최대 80 kDa을 넘는 분획이 5%이하여야 한다. 또한 물과 디메틸설폭시드와 같은 유기용매에 모두 녹는 성질을 가져야 하므로 에틸렌옥시드(ethylene oxide)가 결합되어 양친매성을 확보하는 것이 바람직하다.Since the hydrogel is applied to a living body, the polymer used in the preparation of the polymer should be biocompatible and biodegradable and therefore safe for living cells, and can be decomposed and lost at the end of the release of the fatty acid conjugated exendin-4. desirable. Therefore, chitosan (chitosan) is so large that the molecular weight of biodegradability should not be limited, so their molecular weight is preferably about ~ 40 kDa and fractions over 80 kDa should be 5% or less. In addition, it should be soluble in both organic solvents such as water and dimethyl sulfoxide, ethylene oxide (ethylene oxide) is preferably bonded to secure the amphiphilic.

키토산에 지방산이 과도하게 결합하면 소수성 증대가 너무 커져 겔형성이 유도되지 않으며 단단하게 굳어지는 경향이 있으며 지방산 결합이 너무 작으면 키토산 자체에 의해 히드로겔의 형성이 매우 약할 수 있으므로 키토산에 결합하는 지방산의 비율의 적정성을 확보하여야 한다.Fatty acid binding to chitosan is excessive when the fatty acid is excessively bound to chitosan, so the hydrophobicity is too large to induce gel formation and tends to harden. If the fatty acid bond is too small, the formation of hydrogel by chitosan itself may be very weak. The adequacy of the ratio should be ensured.

구체적으로, 키토산에 결합하는 지방산의 비율은 키토산 100 중량부에 대하여 10 내지 30 중량부인 것이 바람직하다.Specifically, the ratio of fatty acid bound to chitosan is preferably 10 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of chitosan.

이와 같이 제조된 지방산접합 exendin-4 함입 글리콜키토산은 약물방출이 지속적으로 나타나며 전신순환에서 혈액 내 알부민과 결합하여 체내 잔존기간이 증가되어 향상된 당뇨치료효과 (혈당강하)를 갖게 된다.
The fatty acid conjugated exendin-4-containing glycolchitosan prepared as described above continuously releases the drug and binds to albumin in the blood in the systemic circulation, thereby increasing the remaining period of the body and thus improving diabetes treatment (hypoglycemia).

또한, 본 발명은 상기 글리콜 키토산 히드로겔을 포함하는 당뇨병 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a pharmaceutical composition for preventing or treating diabetes, including the glycol chitosan hydrogel.

이러한 약학적 조성물은 겔형성을 증가시키며 지방산접합 항당뇨 펩티드와의 소수성결합을 유도하여 약물을 장시간 서방출하는데 매우 유용하며 흡수되어 혈액 내에서 알부민과 가역적 결합을 유도하여 생체반감기와 혈당강하 지속효과를 크게 개선시킬 수 있는 우월한 특징을 갖는다.
These pharmaceutical compositions increase gel formation and induce hydrophobic bonds with fatty acid conjugated antidiabetic peptides, which are very useful for prolonged sustained release of the drug and are absorbed to induce reversible bonds with albumin in the blood to sustain bio-half and hypoglycemic effects. Has superior characteristics that can greatly improve.

본 발명의 실험예에서, 상기 글리콜 키토산 히드로겔이 우수한 혈당 강하 효과를 가짐을 확인하였다.
In the experimental example of the present invention, it was confirmed that the glycol chitosan hydrogel has an excellent hypoglycemic effect.

본 발명의 약학적 조성물은 경구 또는 주사 투여 형태로 제형화 할 수 있다. 경구 투여용 제형으로는 예를 들면 정제, 캅셀제 등이 있는데, 이들 제형은 활성성분 이외에 희석제(예: 락토스, 덱스트로즈, 수크로즈, 만니톨, 솔비톨, 셀룰로즈 및/또는 글리신), 활탁제(예: 실리카, 탈크, 스테아르산 및 그의 마그네슘 또는 칼슘염 및/ 또는 폴리에틸렌 글리콜)을 함유하고 있다. 정제는 또한 마그네슘 알루미늄 실리케이트, 전분페이스트, 젤라틴, 트라가칸스, 메틸셀룰로즈, 나트륨 카복시메틸셀룰로즈 및/또는 폴리비닐피콜리딘과 같은 결합제를 함유할 수 있으며, 경우에 따라 전분, 한천, 알긴산 또는 그이 나트륨 염과 같은 붕해제 또는 비등 혼합물 및/또는 흡수제, 착색제 항미제, 및 감미제를 함유할 수 있다. 주사용 제형으로는 등장성 수용액 또는 현탁액이 바람직하다.The pharmaceutical compositions of the invention can be formulated in oral or injection dosage forms. Formulations for oral administration include, for example, tablets, capsules, etc. These formulations may contain, in addition to the active ingredient, diluents (e.g. lactose, dextrose, sucrose, mannitol, sorbitol, cellulose and / or glycine), lubricants (e.g. : Silica, talc, stearic acid and its magnesium or calcium salt and / or polyethylene glycol). Tablets may also contain binders such as magnesium aluminum silicate, starch paste, gelatin, tragacanth, methylcellulose, sodium carboxymethylcellulose and / or polyvinylpicolidine, optionally starch, agar, alginic acid or its Disintegrating or boiling mixtures such as sodium salts and / or absorbents, colorant anti-flavoring agents, and sweetening agents. Injectable formulations are preferably aqueous isotonic solutions or suspensions.

상기 조성물은 멸균되고/되거나 방부제, 안정화제, 수화제 또는 유화 촉진제, 삼투압 조절을 위한 염 및/또는 완충제 등의 보조제 및 기타 치료적으로 유용한 물질을 함유할 수 있다.The composition may be sterilized and / or contain adjuvants such as preservatives, stabilizers, wettable or emulsifying accelerators, salts for controlling osmotic pressure and / or buffers, and other therapeutically useful substances.

상기 제형은 통상적인 혼합, 과립화 또는 코팅 방법에 의해 제조될 수 있으며 활성 성분을 약 0.1 내지 75 중량%, 바람직하게는 약 1 내지 50 중량%의 범위에서 함유할 수 있다. 약 50 내지 70kg의 포유동물에 대한 단위 제형은 약 10 내지 200mg의 활성성분을 함유한다.The formulations may be prepared by conventional mixing, granulating or coating methods and may contain the active ingredient in the range of about 0.1 to 75% by weight, preferably about 1 to 50% by weight. The unit dosage form for about 50-70 kg mammals contains about 10-200 mg of active ingredient.

본 발명의 글리콜 키토산 히드로겔의 바람직한 투여량은 환자의 상태 및 체중, 질병의 정도, 약물의 형태, 투여 경로 및 기간에 따라 다르지만, 당업자에 의해 적절하게 선택될 수 있다. 그러나, 바람직한 효과를 위해서, 본 발명의 글리콜 키토산 히드로겔을 1일 0.0001 내지 100 mg/kg(체중), 바람직하게는 0.001 내지 100 mg/kg(체중)으로 투여하는 것이 좋다. 투여는 1일 1회 또는 분할하여 경구 또는 비경구적 경로를 통해 투여될 수 있다.Preferred dosages of the glycol chitosan hydrogels of the invention vary depending on the condition and weight of the patient, the extent of the disease, the form of the drug, the route and duration of administration, and may be appropriately selected by those skilled in the art. However, for the desired effect, it is preferable to administer the glycol chitosan hydrogel of the present invention at 0.0001 to 100 mg / kg body weight, preferably 0.001 to 100 mg / kg body weight. Administration can be administered via oral or parenteral routes once or divided daily.

본 발명의 약학적 조성물은 쥐, 생쥐, 가축 및 인간 등을 비롯한 포유동물에 다양한 경로로 투여될 수 있다. 투여의 모든 방식은 예상될 수 있는데, 예를 들어, 경구, 직장 또는 정맥, 근육, 피하, 자궁내 경막 또는 뇌혈관(intracerbroventricular) 주사에 의해 투여될 수 있다.
The pharmaceutical composition of the present invention can be administered to mammals including rats, mice, livestock and humans by various routes. All modes of administration can be expected, for example, by oral, rectal or intravenous, intramuscular, subcutaneous, intrauterine dural or intracerbroventricular injections.

본 발명을 통해 지방산이 결합된 항당뇨 펩티드, 및 지방산이 결합된 글리콜 키토산이 소수성 결합된 글리콜 키토산 히드로겔 및 이를 포함하는 당뇨병 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공할 수 있다. 상기 소수성이 증강된 히드로겔은 생체 내에서 겔형성을 증가시키며 지방산이 결합된 항당뇨 펩티드와의 소수성결합을 유도하여 약물을 장시간 서방출하는데 매우 유용할 뿐만 아니라 exendin-4로 인해 혈장글루코스 저하, 위 및 장 운동 억제, 위 및 장 공복 억제 또는 음식섭취 억제 등과 같은 효능을 발휘하여 인슐린 의존성 및 비의존성 당뇨병, 비만, 과민성 장 증후군에 치료적으로 유용하게 사용될 수 있다.
The present invention can provide an antidiabetic peptide to which a fatty acid is bound, a glycol chitosan hydrogel to which a hydrophilic glycol chitosan is bonded to a fatty acid, and a pharmaceutical composition for preventing or treating diabetes, including the same. The hydrogel with enhanced hydrophobicity increases gel formation in vivo and is very useful for prolonged sustained release of the drug by inducing hydrophobic binding with antidiabetic peptides bound with fatty acids, as well as lowering plasma glucose due to exendin-4, It can be used therapeutically for insulin dependent and non-dependent diabetes mellitus, obesity, irritable bowel syndrome by exerting such effects as suppressing stomach and intestinal motility, suppressing stomach and intestinal fasting or inhibiting food intake.

도 1은 팔미틴산 결합을 통해 소수성이 증강된 글리콜 키토산의 화학적구조 및 제조방법과(a), 아울러 팔미틴산이 결합된 엑센딘-4, 및 팔미틴산이 결합된 글리콜 키토산이 서로 소수성 결합을 통해 자가-조립(self-assembly)되어 글리콜 키토산 히드로겔을 형성하는 과정(b)을 간략히 도시한 것이다.
도 2는 합성된 Pal-GC는 H NMR을 나타낸다. 이때 a는 글리콜 키토산의 H NMR Chart, b는 팔리틸화 글리콜 키토산의 H NMR Chart를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 글리콜 키토산 히드로겔의 모습을 나타낸 것이다. 이때, a는 겔 형성 전의 글리콜 키토산과 팔리틸화 글리콜 키토산, b는 겔 형성 후의 글리콜 키토산과 팔리틸화 글리콜 키토산을 나타낸다.
도 4는 주사전자현미경을 이용한 본 발명 글리콜 키토산 히드로겔의 형태 확인 결과를 나타낸다. 이때, a는 글리콜 키토산과 N-히드록시숙신이미딜(NHS) 에스테르 결합 팔미틴산의 반응몰비가 1 : 0인 것, b는 1 : 45인 것, c는 1 : 75인 것, d는 1 : 100인 것, e는 1 : 150인 것, f는 1 : 200인 것의 형태를 나타낸다.
도 5는 본 발명 글리콜 키토산 히드로겔의 혈당강하 효과 조사 결과를 나타내는 그래프이다.
1 is a chemical structure and manufacturing method of glycol chitosan hydrophobicity enhanced through palmitic acid binding (a), as well as exendin-4 and palmitic acid-bound glycol chitosan self-assembled through hydrophobic bonding (b) is a simplified illustration of the process of self-assembly to form a glycol chitosan hydrogel.
2 shows the synthesized Pal-GC shows H NMR. In this case, a represents an H NMR chart of glycol chitosan, and b represents an H NMR chart of parylated glycol chitosan.
Figure 3 shows the appearance of a glycol chitosan hydrogel of the present invention. In this case, a represents glycol chitosan and palytylated glycol chitosan before gel formation, and b represents glycol chitosan and palytylated glycol chitosan after gel formation.
Figure 4 shows the results of morphology confirmation of the present invention glycol chitosan hydrogel using a scanning electron microscope. Where a is a reaction molar ratio of glycol chitosan and N-hydroxysuccinimidyl (NHS) ester-bonded palmitic acid is 1: 0, b is 1: 45, c is 1: 75, d is 1: 100, e is 1: 150, and f is 1: 200.
5 is a graph showing the blood glucose lowering effect investigation result of the present invention glycol chitosan hydrogel.

이하 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 단, 이들 실시예는 본 발명의 일부 실험방법과 조성을 나타낸 예시일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, these examples are only examples showing some experimental methods and compositions of the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예Example 1:  One: 팔미틴산Palmitic acid ( ( palmiticpalmitic acidacid ) 접합 글리콜 키토산 ) Conjugated Glycol Chitosan 히드로겔의Hydrogel 제조 Produce

0.3% DMAP가 함유된 DMSO 10mL 중에 용해시킨 33~124.5mg의 N-hydroxysuccinimidyl-activated palmitic acid를 200mg의 글리콜 키토산(glycol chitosan, GC)(평균 분자량: 62 kDa, 제조사: Sigma-Aldrich, 제조국: 미국)에 혼합시켰다. 이후 실온에서 6시간 동안 아실레이션(acylation)을 유도하였다. 그 결과 혼합물을 DMSO에서 투석시키고 난 후, cut off 10 kDa 멤브레인을 이용하여 DW에서 각각 48시간씩 투석시켰다. 마지막으로 얻어진 GC 유도체 용액을 동결건조시키고 -70 ℃에서 사용될 때까지 얼려서 보관하였다. 33-124.5 mg of N-hydroxysuccinimidyl-activated palmitic acid dissolved in 10 mL of DMSO containing 0.3% DMAP was obtained with 200 mg of glycol chitosan (GC) (average molecular weight: 62 kDa, manufactured by Sigma-Aldrich, country of origin: USA ). Then acylation was induced for 6 hours at room temperature. As a result, the mixture was dialyzed in DMSO, followed by dialysis in DW for 48 hours using a cut off 10 kDa membrane. Finally the obtained GC derivative solution was lyophilized and stored frozen until used at -70 ° C.

합성된 Pal-GC는 H NMR을 통해 분석하고, GC를 조절하여 비교하였다(도 2).Synthesized Pal-GC was analyzed by H NMR and compared by adjusting the GC (Fig. 2).

도 2에서 a는 글리콜 키토산의 H NMR Chart, b는 팔리틸화 글리콜 키토산의 H NMR Chart를 나타낸다.
In Figure 2 a is a H NMR Chart of glycol chitosan, b is a H NMR Chart of the parylated glycol chitosan.

실시예Example 2:  2: 팔미틴산Palmitic acid ( ( PalmiticPalmitic acidacid )이 )this 접합된Bonded Ex4Ex4 의 제조 및 분리정제Preparation and Separation

N-hydroxysuccinimidyl Palmitic acid를 2.5 mg/ml 농도로 디메틸설폭시드 (Dimethylsulfoxide)에 상온에서 녹인 후 이 중 0.5 ml를 취하여 Ex-4 (American Peptide Company) 15 mg이 녹여진 0.3% triethylamine 함유 디메틸설폭시드 3 ml에 가하여 반응을 유도하였다. 약 1시간 후 반응을 종료하기 위하여 1% trifluoroacetic acid가 함유된 50% 증류수/아세토니트릴 용액 1.5 ml을 가하였다. 이 후 반응액을 reversed-phase HPLC에 주입하여 팔미틴산 (Palmitic acid)이 접합된 Ex4를 분리하고 그 분획을 취합하였다. 이 때 사용한 이동상은 0.1% trifluoroacetic acid가 함유된 증류수와 아세토니트릴이었으며 0.1% trifluoroacetic acid가 함유된 아세토니트릴의 비율이 30%에서 50%되는데 약 20분이 되도록 조정하였다. 크로마토그램은 215 nm의 파장에서 얻어졌다. 취합된 분획은 질소기류 하에서 아세토니트릴을 제거한 후 여액을 Centricon (MW cut off 3,000)을 이용하여 농축시킨 후 원하는 pH의 완충용액으로 교체하여 최종시료를 확보 및 보관하였다.
N-hydroxysuccinimidyl Palmitic acid was dissolved in dimethylsulfoxide at a concentration of 2.5 mg / ml at room temperature, and 0.5 ml of this solution was taken. 0.3% triethylamine-containing dimethyl sulfoxide 3 dissolved in 15 mg of Ex-4 (American Peptide Company) 3 The reaction was induced by addition to ml. After about 1 hour, 1.5 ml of 50% distilled water / acetonitrile solution containing 1% trifluoroacetic acid was added to terminate the reaction. Thereafter, the reaction solution was injected into reversed-phase HPLC to separate Ex4 conjugated with palmitic acid, and the fractions were collected. The mobile phase used was distilled water and acetonitrile containing 0.1% trifluoroacetic acid, and the ratio of acetonitrile containing 0.1% trifluoroacetic acid was adjusted from 20% to 30%. The chromatogram was obtained at a wavelength of 215 nm. The collected fractions were acetonitrile removed under a nitrogen stream, the filtrate was concentrated using Centricon (MW cut off 3,000), and then replaced with a buffer solution of the desired pH to secure and store the final sample.

실시예Example 3:  3: 팔미틴산Palmitic acid 접합  join Ex4Ex4 , 및 , And 팔미틴산Palmitic acid 접합 글리콜 키토산이 소수성  Conjugated Glycol Chitosan Hydrophobic 결합된Combined 글리콜 키토산  Glycol Chitosan 히드로겔의Hydrogel 제조 Produce

상기 실시예 1에서 제조한 Pal-GC (45eq.)의 일정 부분(10mg)을 5ml의 DMSO에 녹이고 이 용액에 상기 실시예 2에서 제조한 팔미틴산 (Palmitic acid)이 접합된 Ex4(Ex4-C16)(250nmol/kg)를 첨가하였다. 상기 용액을 마그네틱 바를 이용하여 12시간 동안 혼합시키고, DW에서 12시간 동안 투석시켰다.A portion (10 mg) of Pal-GC (45 eq.) Prepared in Example 1 was dissolved in 5 ml of DMSO, and this solution was conjugated to Ex4 (Ex4-C16) in which palmitic acid (Palmitic acid) prepared in Example 2 was conjugated. (250 nmol / kg) was added. The solution was mixed for 12 hours using a magnetic bar and dialyzed for 12 hours in DW.

상기 제조된 글리콜 키토산 히드로겔의 모습을 도 3에 나타내었다.Figure 3 shows the appearance of the prepared glycol chitosan hydrogel.

도 3에서, a는 겔 형성 전의 글리콜 키토산과 팔리틸화 글리콜 키토산, b는 겔 형성 후의 글리콜 키토산과 팔리틸화 글리콜 키토산을 나타낸다.In Fig. 3, a denotes glycol chitosan and palytylated glycol chitosan before gel formation, and b denotes glycol chitosan and palytylated glycol chitosan after gel formation.

도 3을 통해, 본 발명에서 제조된 글리콜 키토산 히드로겔의 겔형성 능력이 뛰어남을 확인할 수 있다.
3, it can be seen that the gel-forming ability of the glycol chitosan hydrogel prepared in the present invention is excellent.

실험예Experimental Example 1: 주사전자현미경을 이용한 본 발명 글리콜 키토산  1: Glycol Chitosan of the Invention Using a Scanning Electron Microscope 히드로겔의Hydrogel 형태 확인 Check shape

상기 실시예 3에서 제조한 글리콜 키토산 히드로겔의 형태를 SEM을 통해 확인하였다. The form of the glycol chitosan hydrogel prepared in Example 3 was confirmed by SEM.

먼저, 각각 샘플의 건조된 가루를 양면테이프를 이용하여 표본 스터브에 부착시켰다. 그리고 아르곤 대기 속에서 스퍼터 시켰다. 그 후 글리콜 키토산 히드로겔의 형태를 SEM을 이용하여 관찰하였다.First, the dried powder of each sample was attached to the sample stub using double-sided tape. And sputtered in the argon atmosphere. The morphology of the glycol chitosan hydrogel was then observed using SEM.

상기 관찰 결과를 도 4에 나타내었다.The observation results are shown in FIG. 4.

도 4에서, 팔미틴산의 반응몰비가 a는 1 : 0인 것, b는 1 : 45인 것, c는 1 : 75인 것, d는 1 : 100인 것, e는 1 : 150인 것, f는 1 : 200인 것의 형태를 나타낸다.In Figure 4, the reaction molar ratio of palmitic acid is a is 1: 0, b is 1: 45, c is 1: 75, d is 1: 100, e is 1: 150, f Represents the form of 1: 200.

도 4를 통해, 팔미틸화가 진행될수록 글리콜키토산 히드로겔의 내부구조네트워크가 보다 치밀해지는 것을 알 수 있다.
4, it can be seen that as palmitylation progresses, the internal structure of the glycolchitosan hydrogel becomes more dense.

실험예Experimental Example 2: 본 발명 글리콜 키토산  2: present invention glycol chitosan 히드로겔의Hydrogel 혈당강하 효과 확인 Checking hypoglycemic effect

상기 실시예 3에 의해 제조된 본 발명 글리콜 키토산 히드로겔의 혈당강하 효과는 6~9주령 수컷 C57BL/6 db/db 생쥐(한국생명공학연구원, 대전)를 사용하여 확인 및 평가하였다. The hypoglycemic effect of the glycol chitosan hydrogel of the present invention prepared by Example 3 was confirmed and evaluated using 6-9 weeks old male C57BL / 6 db / db mice (Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology, Daejeon).

먼저, db/db 생쥐를 온도 (22±3°C), 습도 (55±5%), 빛 (밝고 어두운 상태가 12시간씩 반복) 상태 등 일정한 조건에서 최소 1주일 이상 적응시켰다. 실험 전 그룹 당 4~6마리의 생쥐를 임의로 나누었으며 실험 중간에도 물과 사료를 자유롭게 섭취하도록 하였고 또한 제조된 시료는 0.1 ml 복강주사 하였다. 수컷 db/db 마우스(6-7주령)이 저혈당 효과 테스트에 사용되었다. 단식이 아닌 상황에서, 동물들은 식염수, Ex4, Ex4-C16-loaded Pal-GC 하이드로 젤을 한 번씩 주사 맞았다. 혈당은 one-touch blood glucose meter를 사용하여 측정되었고, 위에서 언급한 것과 같이 관리되어 96시간동안 모니터링 하였다. 저혈당 효과는 총 저혈당 정도로 표현되었으며 하기 식을 이용하였다. First, db / db mice were adapted for at least 1 week under constant conditions such as temperature (22 ± 3 ° C), humidity (55 ± 5%), and light (light and dark repeated 12 hours). Four to six mice were randomly divided per group before the experiment, and water and feed were freely taken in the middle of the experiment, and the prepared samples were intraperitoneally injected with 0.1 ml. Male db / db mice (6-7 weeks old) were used for hypoglycemic effect testing. In non-fasting situations, animals were injected once with saline, Ex4, Ex4-C16-loaded Pal-GC hydrogels. Blood glucose was measured using a one-touch blood glucose meter and administered as mentioned above and monitored for 96 hours. The hypoglycemic effect was expressed as the total hypoglycemia and used the following formula.

[(AUCsaline ,0- last time - AUCtest ,0- last time)/AUCsaline ,0- last time ]x 100
[(AUC saline , 0- last time -AUC test , 0- last time ) / AUC saline , 0- last time ] x 100

본 발명 글리콜 키토산 히드로겔의 혈당강하 효과 조사 결과를 도 5에 나타내었다.The hypoglycemic effect investigation result of the glycol chitosan hydrogel of this invention is shown in FIG.

도 5를 통해, 본 발명 글리콜 키토산 히드로겔이 우수한 혈당강하 효과를 가짐을 확인할 수 있다.5, it can be seen that the present invention glycol chitosan hydrogel has an excellent hypoglycemic effect.

Claims (7)

지방산이 결합된 항당뇨 펩티드, 및 지방산이 결합된 글리콜 키토산이 소수성 결합된 글리콜 키토산 히드로겔.
Antidiabetic peptides to which fatty acids are bound, and glycol chitosan hydrogels to which hydrolysis of glycol chitosan to which fatty acids are bound.
제1항에 있어서, 상기 지방산은 12 내지 18개의 탄소 개수를 갖는 지방산인 글리콜 키토산 히드로겔.
The glycol chitosan hydrogel of claim 1, wherein the fatty acid is a fatty acid having 12 to 18 carbon atoms.
제1항에 있어서, 상기 지방산은 N-히드록시숙신이미딜(NHS) 에스테르 또는 설포 N-히드록시숙신이미딜(Sulfo-NHS) 에스테르로 치환되어 있는 것인 글리콜 키토산 히드로겔.
The glycol chitosan hydrogel of claim 1, wherein the fatty acid is substituted with an N-hydroxysuccinimidyl (NHS) ester or a sulfo N-hydroxysuccinimidyl (Sulfo-NHS) ester.
제1항에 있어서, 상기 지방산의 결합은 아실레이트 결합인 글리콜 키토산 히드로겔.
The glycol chitosan hydrogel of claim 1, wherein the fatty acid linkage is an acylate linkage.
제1항에 있어서, 상기 항당뇨 펩티드는 엑센딘-4(Exendin-4)인 글리콜 키토산 히드로겔.
The glycol chitosan hydrogel of claim 1, wherein the antidiabetic peptide is Exendin-4.
제1항에 있어서, 상기 글리콜 키토산의 평균 분자량은 30 내지 90 kDa인 글리콜 키토산 히드로겔.
The glycol chitosan hydrogel of claim 1, wherein the average molecular weight of the glycol chitosan is 30 to 90 kDa.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 글리콜 키토산 히드로겔을 포함하는 당뇨병 예방 또는 치료용 약학적 조성물.A pharmaceutical composition for preventing or treating diabetes, comprising the glycol chitosan hydrogel of any one of claims 1 to 6.
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CN106661096A (en) * 2014-03-21 2017-05-10 安尼根有限公司 Novel exenatide analogue and use thereof
KR20200053305A (en) * 2018-11-08 2020-05-18 충남대학교산학협력단 Self-assembled polymeric micelles of phosphonium glycol chitosan derivatives specifically targeting mitochondria, preparation method and uses thereof
US11365215B2 (en) 2015-07-08 2022-06-21 Korea Research Institute Of Chemical Technology Method for preventing, improving, or treating inflammatory bowel disease
US11739120B2 (en) 2018-02-28 2023-08-29 Bridge Biotherapeutics, Inc. Water soluble salts of lipidated peptides and methods for preparing and using the same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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