KR20140096821A - Gd-PEI Nanogel and Contrast Agent or Pharmaceutical Composition Comprising the Same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a Gd-PEI nanogel and a contrast agent or a pharmaceutical composition comprising the same. The Gd-PEI nanogel has an amorphous shape and a flexible nature, and thus passes through an RES system. The Gd-PEI nanogel expresses minimum cytotoxin and enables excellent targeting of in-vivo tumor, thereby ensuring high biomedical potential power as the contrast agent and a drug carrier.

Description

Gd-PEI 나노겔 및 이를 포함하는 조영제 또는 약제학적 조성물{Gd-PEI Nanogel and Contrast Agent or Pharmaceutical Composition Comprising the Same}Gd-PEI Nanogel, and a contrast agent or pharmaceutical composition containing the same.

본 발명은 Gd-PEI 나노겔 및 이를 포함하는 조영제 또는 약제학적 조성물에 관한 것이다.  
The present invention relates to Gd-PEI nanogels and to contrast agents or pharmaceutical compositions comprising them.

유기 및 무기 성분의 하이브리드화는 계면에서 상보적으로 상승효과적인 통합을 가능하게 하기 때문에, 많은 연구의 대상이 되어왔다.1 대표적인 하이브리드 물질로는 금속 이온과 유기 리간드 사이의 조화에 의하여 형성되는 금속-유기 킬레이트가 있다. 금속-유기 프레임워크(MOFs)는, 높은 다공도 및 구조의 다양성으로 인하여, 넓은 범위의 잠재적인 적용을 구비한 가장 흥미로운 발견 중의 하나이다.2,3 생의학 영상화 및 약제학적 적용에 있어서, 나노스케일 금속-유기 프레임워크(나노MOFs)는 전도 유망한 나노플랫폼으로서 최근 많은 주목을 받고 있다.4-8 나노MOFs의 일차적인 생의학적 적용은 약물 전달체로서 높은 잠재력을 보여주었지만, 그들의 인 비보에서의 사용, 특히 종양 표적화와 관련한 사용은 아직 연구된 바가 없다. Hybridization of organic and inorganic components has been a subject of much research since it allows complementary and synergistic integration at the interface. 1 as a typical metal hybrid material is formed by a balance between a metal ion and organic ligands are the organic chelating agent. Metal-organic frameworks (MOFs) are one of the most exciting discoveries with a wide range of potential applications, due to their high porosity and variety of structures. In biomedical imaging and pharmaceutical applications, nanoscale metal-organic frameworks (nano MOFs) have received much attention in recent years as promising nanoproducts. The primary biomedical application of 4-8 nano-MOFs has shown high potential as a drug delivery vehicle, but their use in in vivo, particularly with respect to tumor targeting has not been studied.

혈액을 순환하고 있는 나노물질들은, 증가된 투과성 및 보유성(EPR) 효과에 의하여, 수동적으로 종양을 표적화할 수 있는 잠재력을 가지는데, 이는 혈관 구조 및 림프 배수의 결함을 갖는 종양 조직 중에 축적되고 보유되는 성향에 의존한다.9-11 그러나, 전신으로 투여된 견고한/결정형의 하이브리드 코어들(예컨대, 나노MOFs 및/또는 다른 하이브리드 나노물질들)은, 항오염 표면 보호막에도 불구하고, 망내피 시스템(RES)에 의하여 배재되는데, 이로 인하여 그들의 혈중 순환시간이 짧아지며, 그에 따라 종양 축적이 제한되게 된다.8,12,13 RES 필터링을 최소화할 수 있는 것으로 일반적으로 알려진 방법은 견고한 코어의 크기를 10 nm 이하로 낮추는 것이다.14-16 그러나 몇몇 케이스에서, 사이즈 감소는 코어의 크기에 의존적인 활성화 기능(예컨대, 드럭 로딩 용량, EPR 효과 또는 횡축 자기화 이완도 등)에 대한 부작용을 나타냄으로써, 나노물질의 용도를 제한할 수 있다.4-6,9-11,17,18 구조적인 변형능력을 구비하는 연성의 물질은 리포좀 및 폴리머 나노입자들에서 관찰되는 바와 같이, 사이즈 감소를 필수적으로 동반하지 아니하고도, RES 천공들을 통과하여 지나갈 수 있는 것으로 알려져 있다.19 몇몇 MOFs는 결정형임에도 불구하고, 외부적 자극에 대해 반응하여, 일정 정도는 유연할 수 있다고 보고되고 있다.7,20-25 그러나 그러한 유연성에도 불구하고, 결정형의 나노MOFs는 인 비보 투여된 경우 RES 기관에 의하여 신속하게 배제되는 것으로 관찰된다.17,18
Nanomaterials circulating in the blood have the potential to passively target tumors, due to increased permeability and retention (EPR) effects, which accumulate in tumor tissues with vascular and lymphatic drainage defects Depending on the propensity to be retained. 9-11 However, systemically administered rigid / crystalline hybrid cores (e.g., nano MOFs and / or other hybrid nanomaterials) are excreted by the network endothelial system (RES), despite the anti-fouling surface protective layer , Which shortens their circulation time and thus limits tumor accumulation. 8, 12, 13 A commonly known method that can minimize RES filtering is to reduce the size of the robust core to below 10 nm. 14-16 However, in some cases, the size reduction represents a side effect on the size-dependent activation function of the core (eg, drag loading capacity, EPR effect, or transverse magnetization relaxation), thereby limiting the use of nanomaterials . 4-6, 9-11, 17, 18 A ductile material with structural deformation capability may pass through the RES perforations without necessarily accompanied by a reduction in size, as observed in the liposome and polymer nanoparticles It is known to be able to. 19 Although some MOFs are crystalline, they have been reported to be somewhat flexible, responding to external stimuli. Despite 7,20-25 However, such flexibility and nano-MOFs of crystalline if the in vivo administration were observed to be rapidly excluded by the RES organ. 17,18

한편, 가돌리늄은 원소번호 64의 희토류원소에 속하며 자연상태에서 7종의 동위원소가 존재한다. 가돌리늄은 자성이 강하고 중성자를 흡수하는 힘이 다른 원소보다 월등히 크다는 장점을 지니고 있어 MRI 조영제로 사용되고 있다. 또한 중성자 흡수능을 이용하여 중성자 항암치료제로의 사용도 시도되고 있다. 하지만 대부분 조영제와 마찬가지로 가돌리늄 조영제도 투여 후 구토, 설사, 어지러움증 등의 단점을 지니고 있으며 체내에서 독성을 일으키기도 하기 때문에 환자들이 거부감을 가진다. 이러한 가돌리늄의 부작용을 제거하고 혈관체류 시간이 짧은 가돌리늄의 혈관체류 시간을 증진시키기 위한 연구가 필요한 실정이다.
On the other hand, gadolinium belongs to the rare earth element of element number 64 and there are seven isotopes in the natural state. Gadolinium has strong magnetic properties and is superior to other elements in its ability to absorb neutrons and is used as an MRI contrast agent. In addition, the use of neutron absorptive capacity as a therapeutic agent for neutron cancer has also been attempted. However, as with most contrast media, gadolinium contrast agents also have disadvantages such as vomiting, diarrhea and dizziness after administration, and they cause toxicity in the body. In order to eliminate the side effects of gadolinium and to improve the vascular retention time of gadolinium with a short vascular retention time, research is needed.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
Numerous papers and patent documents are referenced and cited throughout this specification. The disclosures of the cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety to better understand the state of the art to which the present invention pertains and the content of the present invention.

대한민국 특허번호 제10-1080499호Korean Patent No. 10-1080499

본 발명자들은 가돌리늄을 타이트 킬레이션하고, RES 시스템을 효과적으로 통과하여 독성 또는 부작용 없이 전신 종양 표적화가 가능한 생체적합성 가돌리늄 조영제 내지 약물 전달체를 개발하기 위하여 연구 노력하였고, 그 결과 가돌리늄이 폴리에틸렌이민 망상 구조속에 함침된 코어 구조를 포함하는, 무정형이면서 유연한 가돌리늄-PEI 나노겔을 제조해냄으로써 본 발명을 완성하게 되었다. The present inventors have made efforts to develop a biocompatible gadolinium contrast agent or a drug delivery system capable of tightly chelating gadolinium and effectively passing the RES system and achieving systemic tumor targeting without toxicity or side effects and as a result gadolinium has been impregnated into the polyethyleneimine network The present invention has been accomplished by preparing an amorphous and flexible gadolinium-PEI nano-gel including a core structure of the present invention.

따라서 본 발명의 목적은 가돌리늄-PEI 하이브리드 나노겔을 제공하는 데 있다. It is therefore an object of the present invention to provide a gadolinium-PEI hybrid nanogel.

본 발명의 다른 목적은 Gd-PEI 나노겔을 포함하는 조영제 조성물을 제공하는 데 있다. It is another object of the present invention to provide a contrast agent composition comprising a Gd-PEI nanogel.

본 발명의 또 다른 목적은 Gd-PEI 나노겔을 포함하는 암 또는 종양 치료용 약제학적 조성물을 제공하는 데 있다. It is another object of the present invention to provide a pharmaceutical composition for treating cancer or tumor comprising Gd-PEI nanogel.

본 발명의 또 다른 목적은 가돌리늄-PEI 하이브리드된 나노겔의 제조방법을 제공하는 데 있다.
It is still another object of the present invention to provide a method for producing a gadolinium-PEI hybridized nanogel.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.

본 발명의 하나의 관점은 PEI(폴리에틸렌이민)의 망상 구조 내부에 가돌리늄(Gd)이 함침되어 있는 구형의 코어를 포함하는 Gd-PEI 나노겔을 제공하는 것이다. One aspect of the present invention is to provide a Gd-PEI nanogel comprising spherical cores impregnated with gadolinium (Gd) in the network structure of PEI (polyethyleneimine).

기존에 알려진 산화철 나노입자(SPION)와 같이 견고한 구조를 갖는 결정형의 나노하이브리드가 RES 시스템에 의하여 신속하게 배재되는 점을 보완하기 위하여, 본 발명자들은 무정형이며 유연한 하이브리드 코어를 가지는 "연성" 대체물의 신규한 개념을 고안해내었다. In order to compensate for the rapid dissipation of a crystalline nanohybrid having a rigid structure such as the previously known iron oxide nanoparticles (SPION) by the RES system, the present inventors have found that a novel " soft "substitute having an amorphous and flexible hybrid core I invented a concept.

본 발명의 Gd-PEI 나노겔은 유연하고 무정형인 것을 특징으로 한다. 이러한 무정형의 유연한 네트워트 망상 구조는, 탄성적 변형력의 장점을 가짐으로 인해, 그 크기를 줄이지 않고도 RES를 통과하여 지날 수 있는바, 증가된 혈중 순환 시간과 인 비보 종양 표적화가 가능하다는 장점이 있다.The Gd-PEI nanogel of the present invention is characterized by being flexible and amorphous. This amorphous, flexible network network architecture has the advantage of being able to pass through the RES without reducing its size due to the advantage of elastic straining forces, allowing increased blood circulation time and in vivo tumor targeting.

또한, 본 발명의 Gd-PEI 나노겔은 PEI의 망상 구조가 가돌리늄을 타이트 킬레이션하여, 유리 가돌리늄 이온의 독성 효과를 최소화시키는 또 다른 장점을 제공한다. The Gd-PEI nanogels of the present invention also provide another advantage in that the network structure of PEI tightly kills gadolinium to minimize toxic effects of free gadolinium ions.

일 구현예에 있어서, 본 발명의 Gd-PEI 나노겔은 DTPA(diethylene triamine pentaacetic acid) 및 산화철을 포함하지 않는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 Gd-PEI 나노겔은 어디까지나 유연한 PEI 망상 네트워크 구조를 기본으로 하여, 그 내부에 가돌리늄 이온이 타이트 킬레이션된 것으로서, 기존에 가돌리늄 조영제에 사용되어 온 다른 고분자들(예컨대 DTPA)을 기본 구조로 하고, 여기에 PEI를 컨주게이션 내지 추가 도입한 구조와는 전혀 별개의 구조를 갖는 것이다. 물론, 본 발명의 Gd-PEI 나노겔도 그 기본 구조를 형성하는 고분자인 PEI에 다른 기능성 물질을 컨주게이션 내지 추가 도입할 수 있지만, 어디까지나 기본 구조가 유연한 무정형의 PEI 망상 구조라는 점에 그 특징이 있다.In one embodiment, the Gd-PEI nanogel of the present invention is characterized in that it does not include diethylene triamine pentaacetic acid (DTPA) and iron oxide. The Gd-PEI nanogel of the present invention is based on a flexible PEI network network structure, and gadolinium ions are tightly chelated therein, and other polymers (for example, DTPA) conventionally used in gadolinium contrast agents Structure, and has a completely different structure from the structure in which PEI is conjugated or additionally introduced. Of course, the Gd-PEI nanogels of the present invention can also be conjugated or further introduced with other functional materials to PEI, which is a polymer forming the basic structure. However, since the basic structure is a flexible amorphous PEI network structure .

일 구현예에서, 상기 Gd-PEI 나노겔의 전체 직경은 100 내지 500 nm이며, 바람직하게는 100 내지 200 nm이다. In one embodiment, the total diameter of the Gd-PEI nanogel is 100 to 500 nm, preferably 100 to 200 nm.

다른 구현예에서, 상기 Gd-PEI 나노겔의 코어의 직경은 10 내지 100 nm이며, 바람직하게는 40 내지 80 nm이다.In another embodiment, the core of the Gd-PEI nanogel has a diameter of 10 to 100 nm, preferably 40 to 80 nm.

또 다른 일 구현예에서, 본 발명의 Gd-PEI 나노겔은 PEI에 존재하는 기능기를 이용하여 추가의 화학 또는 생체 기능성 물질을 도입할 수 있는데, 예컨대 PEI의 여분의 아민기에 폴리에틸렌 글리콜(PEGs) 또는 형광 표지자 내지 형광체를 결합시킬 수 있다.In another embodiment, the Gd-PEI nanogels of the present invention may incorporate additional chemical or biofunctional materials using functional groups present in PEI, such as polyethylene glycols (PEGs) or The fluorescent indicator or the phosphor can be bonded.

적합한 형광체로는 예컨대, 플루오리신(fluorescein), 피코에리트린(phycoerythrin), 로다민, 리사민(lissamine), Cy3, Cy5(Pharmacia), 발색단, 화학발광단, 자기입자, 방사능동위원소(P32 및 S35), 매스 표지, 전자밀집입자, 효소(알칼린 포스파타아제 또는 호스래디쉬 퍼옥시다아제) 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Suitable phosphors include, for example, fluorescein, phycoerythrin, rhodamine, lissamine, Cy3, Cy5 (Pharmacia), chromophore, chemiluminescent moiety, magnetic particles, radioactive isotopes S35), mass labels, electron dense particles, enzymes (alkaline phosphatase or horseradish peroxidase), but are not limited thereto.

바람직한 일 구현예에 있어서, 본 발명의 Gd-PEI 나노겔에 사용되는 PEI는 분지형의 PEI인 것을 특징으로 한다.
In one preferred embodiment, the PEI used in the Gd-PEI nanogel of the present invention is characterized by being a branched PEI.

본 발명의 다른 관점은 상술한 Gd-PEI 나노겔 및 약제학적으로 허용되는 담체를 포함하는 조영제 조성물을 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a contrast agent composition comprising the Gd-PEI nanogel described above and a pharmaceutically acceptable carrier.

상기 약제학적으로 허용되는 담체는 제제시에 통상적으로 이용되는 것으로서, 락토스, 덱스트로스, 수크로스, 솔비톨, 만니톨, 전분, 아카시아 고무, 인산 칼슘, 알기네이트, 젤라틴, 규산 칼슘, 미세결정성 셀룰로스, 폴리비닐피롤리돈, 셀룰로스, 물, 시럽, 메틸 셀룰로스, 메틸히드록시벤조에이트, 프로필히드록시벤조에이트, 활석, 스테아르산 마그네슘 및 미네랄 오일 등을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 적합한 약제학적으로 허용되는 담체 및 제제는 Remington's Pharmaceutical Sciences (19th ed., 1995)에 상세히 기재되어 있다. Such pharmaceutically acceptable carriers are those conventionally used in the field of manufacture and include lactose, dextrose, sucrose, sorbitol, mannitol, starch, acacia rubber, calcium phosphate, alginate, gelatin, calcium silicate, microcrystalline cellulose, But are not limited to, polyvinylpyrrolidone, cellulose, water, syrup, methylcellulose, methylhydroxybenzoate, propylhydroxybenzoate, talc, magnesium stearate and mineral oil. Suitable pharmaceutically acceptable carriers and formulations are described in detail in Remington ' s Pharmaceutical Sciences (19th ed., 1995).

본 발명의 조영제 조성물은 비경구 방식으로 투여되는 것이 바람직하다. 비경구 투여를 하는 경우, 정맥내 주입, 근육내 주입, 관절내(intra-articular) 주입, 활액내(intra-synovial) 주입, 수망강내 주입, 간내(intrahepatic) 주입, 병변내(intralesional) 주입 또는 두개강내(intracranial) 주입 등으로 투여할 수 있다. 본 발명의 조영제 조성물의 적합한 투여량은 제제화 방법, 투여 방식, 환자의 연령, 체중, 성, 병적 상태, 음식, 투여 시간, 투여 경로, 배설 속도 및 반응 감응성과 같은 요인들에 의해 다양하게 처방될 수 있다.The contrast agent composition of the present invention is preferably parenterally administered. In the case of parenteral administration, intravenous infusion, intramuscular injection, intra-articular injection, intra-synovial injection, intrathecal injection, intrahepatic injection, intralesional injection, Intracranial injection or the like. A suitable dose of the contrast agent composition of the present invention may be variously prescribed by such factors as the formulation method, the administration method, the age, body weight, sex, pathological condition, food, administration time, administration route, excretion rate and responsiveness of the patient .

일 구현예에서, 본 발명의 조영제 조성물은 MRI(Magnetic resonance imaging) 용인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the contrast agent composition of the present invention is characterized by being for Magnetic Resonance Imaging (MRI).

다른 구현예에서 본 발명의 조영제 조성물은 형광 영상화용인 것을 특징으로 한다.In another embodiment, the contrast agent composition of the present invention is characterized by being for fluorescent imaging.

바람직한 일 구현예에서, 본 발명의 조영제 조성물은 MRI영상화와 형광 영상화를 동시에 수행할 수 있는 이중-방식(dual-modality) 조영제 조성물인 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the contrast agent composition of the present invention is characterized by being a dual-modality contrast agent composition capable of simultaneously performing MRI imaging and fluorescent imaging.

본 발명의 조영제를 이용하여 형광 이미지 및 MRI 이미지를 얻는 방법은 종래의 방법에 따라 실시할 수 있다. 예를 들어, 이들 방법은 미국 특허 제6,151,377호, 제6,072,177호 제5,900,636호, 제5,608,221호, 제5,532,489호, 제5,272,343호 및 제5,103,098호, 미국 특허 제6,151,377호, 제6,144,202호, 제6,128,522호, 제6,127,825호, 제6,121,775호, 제6,119,032호, 제6,115,446호, 제6,111,410호 및 제602,891호에 개시되어 있으며, 상기 특허 문헌은 본 명세서에 참조로서 삽입된다. The method of obtaining the fluorescent image and the MRI image using the contrast agent of the present invention can be carried out according to the conventional method. For example, these methods are described in U.S. Patent Nos. 6,151,377, 6,072,177, 5,900,636, 5,608,221, 5,532,489, 5,272,343 and 5,103,098, 6,151,377, 6,144,202, 6,128,522, 6,127,825, 6,121,775, 6,119,032, 6,115,446, 6,111,410 and 602,891, the disclosures of which are incorporated herein by reference.

본 발명의 조영제 조성물은 형광 이미지화 및 MRI 이미지화의 조영제로 동시에 이용될 수 있기 때문에, 이미지를 얻고자 하는 조직에 도달한 조영제로부터 MRI 및 형광 이미지를 같이 얻을 수 있다. 이러한 특징은, MRI 및 형광 이미징의 장점을 모두 취할 수 있도록 하며 결국, 형광 이미징 우수한 민감도 및 높은 일시적 해상도와 MRI의 높은 공간 해상도가 반영된 이미지를 동시에 얻을 수 있다. Since the contrast agent composition of the present invention can be used simultaneously as a contrast agent for fluorescence imaging and MRI imaging, MRI and fluorescence images can be obtained from the contrast agent reaching the tissue to be obtained. This feature makes it possible to take full advantage of both MRI and fluorescence imaging, and ultimately, images with high sensitivity and high temporal resolution of fluorescence imaging and high spatial resolution of MRI can be obtained at the same time.

본 발명의 이중-방식 조영제는 인체의 내부 부위(internal region)에 대한 이미징에 매우 유용하다. 이미징 과정은 사람에게 조영제의 진단학적 유효량을 투여한 다음 인체의 내부 부위(조직)의 가시적 이미지를 얻기 위하여 형광 이미징 및 MRI 이미징을 이용하여 인체를 스캐닝함으로써 이루어진다.The dual-system contrast agent of the present invention is very useful for imaging the internal region of the human body. The imaging process is accomplished by administering a diagnostically effective amount of contrast agent to a human and then scanning the human body using fluorescence imaging and MRI imaging to obtain a visible image of the internal region (tissue) of the body.

특히, 본 발명의 이중-방식 조영제는 암 이미징에 유용하다.
In particular, the dual-mode contrast agents of the present invention are useful for cancer imaging.

본 발명의 또 다른 관점은 상술한 Gd-PEI 나노겔 및 약제학적으로 허용되는 담체를 포함하는 암 또는 종양 치료용 약학적 조성물을 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a pharmaceutical composition for treating cancer or tumor comprising the Gd-PEI nanogel described above and a pharmaceutically acceptable carrier.

본 발명의 조성물은 조영 이외의 다른 기능(예컨대, 암 치료)을 더 부여하기 위하여, 생체 활성을 나타내는 화학물질 또는 생물질(biomolecules)과 같은 약물을 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 약물은 PEI(폴리에틸렌이민)의 망상 구조 내부에 추가로 함침될 수 있다.The composition of the present invention may contain a drug such as a chemical substance or biomolecules exhibiting bioactivity, in order to further impart functions other than imaging (for example, cancer treatment), wherein the drug is PEI Polyethyleneimine). ≪ / RTI >

상기 생체활성 화학물질은 다양한 기능성 단분자, 고분자 및 무기 지지체 등을 포함한다.   The bioactive chemical material includes various functional monomolecules, polymers, inorganic supports, and the like.

상기 단분자의 예는 항암제, 항생제, 비타민, 폴산을 포함하는 약물, 지방산, 스테로이드, 호르몬, 퓨린, 피리미딘, 단당류 및 이당류 등을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of such monomers include, but are not limited to, anticancer drugs, antibiotics, vitamins, drugs including folic acid, fatty acids, steroids, hormones, purines, pyrimidines, monosaccharides and disaccharides.

상기 생물질(biomolecules)의 예는, 단백질, 펩타이드, DNA, RNA, 항원, 합텐(hapten), 아비딘(avidin), 스트렙타비딘(streptavidin), 뉴트라비딘 (neutravidin), 프로테인 A, 프로테인 G, 렉틴(lectin), 셀렉틴(selectin), 호르몬, 인터루킨, 인터페론, 성장인자, 종양괴사인자, 엔도톡신, 림포톡신, 유로키나제, 스트렙토키나제, 조직 플라스미노겐 활성제, 가수분해 효소, 산화-환원효소, 분해 효소, 이성질화 효소와 합성효소 등의 생체활성 효소, 효소 공인자 및 효소 억제제 등을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
Examples of the biomolecules include proteins, peptides, DNA, RNA, antigens, hapten, avidin, streptavidin, neutravidin, protein A, protein G, a cytotoxic agent such as lectin, selectin, a hormone, an interleukin, an interferon, a growth factor, a tumor necrosis factor, an endotoxin, a lymphotoxin, an urokinase, a streptokinase, a tissue plasminogen activator, a hydrolase, But are not limited to, enzymatically active enzymes such as isomerization enzymes and synthetic enzymes, enzyme enzymes and enzyme inhibitors, and the like.

본 발명의 또 다른 관점은 가돌리늄(Gd)염 및 PEI(폴리에틸렌이민)을 수용액상에서 혼합하여 Gd-PEI 나노겔을 형성시키는 단계 및 상기 형성된 Gd-PEI 나노겔을 분리하는 단계를 포함하는, Gd-PEI 나노겔의 제조방법을 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is a method of preparing a Gd-PEI nanogel comprising the steps of: mixing a gadolinium (Gd) salt and PEI (polyethyleneimine) in an aqueous solution to form a Gd- PEI nanogel, And a method for producing the PEI nanogel.

PEI는 에틸렌 디아민 단위(강건한 금속-킬레이트 리간드)를 매우 높은 밀도로 가지는 유연한 수용성 고분자이기 때문에, 가돌리늄 이온과 수용액 중에서 혼합하는 경우 유연한 고분자 사슬의 불규칙한 가교로 인하여, 고분자 사이(interpolymeric)에 가돌리늄 이온을 함침하여, 빠르고 불규칙적인 겔화를 야기한다.Because PEI is a flexible water-soluble polymer with very high density of ethylenediamine units (strong metal-chelating ligands), when mixed in gadolinium ions and aqueous solutions, irregular cross-linking of the flexible polymer chain results in the formation of gadolinium ions in the interpolymeric Impregnated, causing fast and irregular gelation.

일 구현예에서, Gd-PEI 나노겔의 분리는 에멀젼 브레이킹, 원심분리, 세척, 수중에 재현탁시키는 방법에 의하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
In one embodiment, the separation of the Gd-PEI nanogel can be performed by emulsion braking, centrifugation, washing, resuspension in water, but is not limited thereto.

본 발명의 Gd-PEI 나노겔은 무정형이고 유연한 성질을 나타내고, 최소한의 세포 독성을 나타내며, 우수한 인 비보 종양 표적화가 가능하므로, 조영제 및 약물 전달제로서의 높은 생의학적 잠재력을 갖는다.
The Gd-PEI nanogels of the present invention exhibit amorphous and flexible nature, exhibit minimal cytotoxicity, and are capable of superior in vivo tumor targeting, thus having a high biomedical potential as contrast agents and drug delivery agents.

도 1. (a) GdNGs 내 네트워크 구조의 도식. (b) 수중에서 형성된 Gd-배위된PEI 겔. (c) 역 마이크로 에멀젼 기법에 의한 콜로이드성 GdNGs 제조의 도식. GdNGs 의 (d) 극저온 TEM 이미지 및 (e) EDX 스펙트럼. Gd 의 L 및 M 껍질 이온화는 적색 화살표로 표시하였다. 청색 화살표는 구리 그리드로부터의 방출을 지시한다.
도 2. (a) 수중에 잠긴 유리 기질 상에 고정시킨 GdNGs의 AFM 지형 형태 이미지. 화살표 (i) 및 (ii)는 각각 나노겔 및 에폭시실란 코팅된 유리를 나타낸다. (b) (a)에서 화살표 (i) 및 (ii)에 의해 지시되는 위치에서 수중에서 얻은 인덴테이션 커브. 실선은 지시된 바에 따라 영률값을 계산한 이론적 피트를 나타낸다. (c) 지시된 바에 따라 다양한 기공 크기를 갖는 필터를 통한 SPION 및 GdNGs의 여과를 보여주는 컬러 및 NIR 형광(NIRF) 이미지. (d) (c)에 있어서 필터의 상대적인 흡광도(Abs) 및 형광(FL). (e) 시료 처리 6시간 후 행해진 MTT 분석에 의하여 평가된, SCC7 세포에 대한 GdNGs, Gd-DTPA 및 GdCl3(0.1 mM Gd3 +)의 세포 독성. 대조군은 시료를 첨가하지 않은 세포이다. 에러 바는 독립적인 실험(n=10)에 대한 표준 편차를 나타낸다. (f) 37℃에서 PBS(pH 7.4, 10% FBS 포함) 중에서 배양된 GdNGs로부터 방출된 유리 Gd3 +. 에러 바는 독립적인 실험(n=3)에 대한 표준 편차를 나타낸다.
도 3. (a) GdNGs(200 L, 3.8 mM Gd3 +)를 꼬리 정맥 주입하기 전과 후의 SCC7 종양 모델 마우스의 인 비보 NIRF 이미지. 주입 후 이미지화 시점을 나타낸다. 백색 점은 종양 위치를 나타낸다. (b) 주입 전(대조군) 및 후에 절제된 기관 및 종양으로부터의 NIRF 신호로부터 확인한 GdNGs의 생체 분포. 에러 바는 독립된 실험(n=3)의 표준 편차를 나타낸다.
도 4. (a) Gd3 + 농도(1: 0 mM, 2: 0.0625 mM, 3: 0.125 mM, 4: 0.25 mM, 5: 0.5 mM, 6: 1 mM, 7: 1.5 mM, 8: 3 mM) 작용에 따른, R 2 맵 이미지 (b) GdNGs의 R 1R 2 커브. 경사는 지시된 r 1r 2을 제공한다. (c) GdNGs (200 L, 3.8 mM Gd3 +)의 꼬리 정맥 주입 전 및 2시간 후의 SCC7 종양 포함 마우스의 T 2-중량 MR 이미지. 종양 조직은 점선으로 표시되었다.
도 5. 수중에 분산된 GdNGs의 흡광 및 발광 스펙트럼.
도 6. 수중에 분산된 GdNGs의 수평균 유체역학적 크기(DLS로 측정).
도 7. (a) GdNGs 파우더의 작은 각 파우더 x-레이 회절(왼쪽), 회절도(삽입) 및 모델링(NanoFit, Bruker, Germany) 결과(오른쪽). (b) GdNGs 파우더의 넓은 각 파우더 x-레이 회절(왼쪽) 및 회절도.
도 8. (a) 수중에 분산된 SPION의 수평균 유체역학적 크기(DLS로 측정함). (b) SPION과 GdNG 및 SPION 혼합물의 TEM 이미지.
도 9. GdNGs로 처리된 SCC7 세포의 근적외선 형광(NIRF) 이미지.
도 10. SCC7 종양 포함 마우스로부터 절제된 기관의 엑스 비보 NIRF 이미지. 마우스는 GdNGs의 정맥 투여 전(대조군) 및 1일/1주 후에 희생되었다(대조군은 n=1, 1일/1주 시료는 n=3).
도 11. (a) Gd-DTPA 및 (b) 다른 Gd3 + 농도(0 mM ~ 3 mM)의 GdNGs를 포함하는 팬텀의 R 1 맵. (c) GdNGs(3.8 mM Gd3 +의 200 L)를 꼬리 정맥 주입하기 전 및 주입 2시간 후의 SCC7 종양 포함 마우스의T 1-중량 MR 이미지.
Figure 1. (a) Schematic of network structure in GdNGs. (b) Gd-coordinated PEI gel formed in water. (c) Scheme of preparation of colloidal GdNGs by inverse microemulsion technique. (D) cryogenic TEM image of GdNGs and (e) EDX spectrum. The L and M shell ionization of Gd is indicated by the red arrow. The blue arrow indicates emission from the copper grid.
Figure 2. (a) AFM topographic image of GdNGs immobilized on submerged glass substrates. Arrows (i) and (ii) represent nanogel and epoxy silane coated glass, respectively. (b) An indentation curve obtained underwater at the position indicated by arrows (i) and (ii) in (a). The solid line represents the theoretical pit which calculates the Young's modulus value as indicated. (c) Color and NIR fluorescence (NIRF) images showing filtration of SPION and GdNGs through filters with different pore sizes as indicated. (d) Relative absorbance (Abs) and fluorescence (FL) of the filter in (c). (e) Cytotoxicity of the sample for 6 hours of the evaluation performed by the MTT analysis, cells SCC7 GdNGs, Gd-DTPA and GdCl3 (0.1 mM Gd 3 +) for. The control group is a cell to which no sample is added. Error bars represent standard deviations for independent experiments (n = 10). (f) the glass Gd 3 + released from GdNGs incubated in PBS (pH 7.4, containing 10% FBS) at 37 ℃. Error bars represent standard deviations for independent experiments (n = 3).
Figure 3. (a) GdNGs vivo image of the NIRF (200 L, 3.8 mM Gd 3 +) tail vein injection to before and after SCC7 tumor model mouse. And represents the imaging time after injection. The white dot indicates the tumor location. (b) Biodistribution of GdNGs identified from NIRF signals from resected organs and tumors before (control) and after injection. Error bars represent the standard deviation of independent experiments ( n = 3).
Figure 4. (a) Gd 3 + concentration (1: 0 mM, 2: 0.0625 mM, 3: 0.125 mM, 4: 0.25 mM, 5: 0.5 mM, 6: 1 mM, 7: 1.5 mM, 8: 3 mM ), R 2 map image (b) R 1 and R 2 of the curve GdNGs according to the action. The slope provides the indicated r 1 and r 2 . wt MR images - (c) T 2 in the tail vein before injection and 2 hours after SCC7 tumor including mice GdNGs (200 L, 3.8 mM Gd 3 +). Tumor tissues were marked with dotted lines.
Figure 5. Absorption and emission spectra of GdNGs dispersed in water.
Figure 6. Number of GdNGs dispersed in water Average hydrodynamic size (measured by DLS).
Figure 7. (a) Small powder x-ray diffraction (left), diffraction (insertion) and modeling (NanoFit, Bruker, Germany) results of GdNGs powder (right). (b) broad powder x-ray diffraction (left) and diffraction diagram of GdNGs powder.
Figure 8. (a) Number-averaged hydrodynamic size (measured in DLS) of SPION dispersed in water. (b) TEM images of SPION and GdNG and SPION mixtures.
Figure 9. Near infrared fluorescence (NIRF) image of SCC7 cells treated with GdNGs.
10. NIRF image of excised organs extracted from SCC7 tumor bearing mice. Mice were sacrificed before and after intravenous administration of GdNGs (control) and 1 day / 1 week (control group, n = 1, 1 il / week sample is n = 3).
Figure 11. (a) Gd-DTPA, and (b) another Gd 3 + concentrations (0 mM ~ 3 mM) R 1 maps of a phantom containing a GdNGs. wt MR images - (c) T 1 of GdNGs (3.8 mM Gd 3 + of 200 L) to the tail vein injection before and 2 hours after injection SCC7 tumor include mouse.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명 하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not to be construed as limiting the scope of the present invention. It will be self-evident.

실시예Example

<실험방법><Experimental Method>

실험도구Experimental tools

투과전자현미경(TEM, CM200 electronmicroscope, Philips, Netherlands) 및 극저온 투과전자현미경(Cryo TEM, Tecnai G2 F20 Cryo, FEI, Netherlands)을 사용하여 나노겔의 형태를 관찰하였다. 캔틸레버(NT-MDT)를 구비한 액상 원자현미경(NTEGRA, NT-MDT, Russia)을 사용하여, 유리 기질 상에 고정한 나노겔의 표면 지형 및 힘 곡선을 얻었다. 흡광도 및 형광 스펙트럼은 각각 UV-가시광선 분광기(8453, Agilent, USA) 및 형광분광기(F-7000, Hitachi, Japan)를 사용하여 취득하였다. Gd3 +의 농도는 유도 결합 플라스마-질량 분석기(ICP-MS, Elan 6100DRC Plus, Perkin Elmer, USA)를 사용하여 측정하였다. 유체역학적 크기 및 제타 포텐셜은 제타사이저 나노 ZS(Malvern, UK)를 사용하여 측정하였다. 파워 X-레이 회절 패턴은 GADDS(general area detector diffraction system, Bruker AXS, Germany) 상에 취득하였다. SCC7 세포의 NIR 형광은 누안스(Nuance) FX 멀티스펙트럼 이미지 시스템(Cambridge Research & Instrumentation, Inc.,USA)을 사용하여 이미지화하였다. 96-웰 플레이트의 NIR 형광 이미지 및 SCC7 종양 포함 마우스의 절개 기관 형태는 150-W 석영 할로겐 일루미네이터(Fiber-Lite, PL900, Dolan-Jenner, USA)를 구비한 12-비트 CCD 카메라(Image Station 4000MM, Kodak, USA) 및 Cy5.5 용 여기/발광 필터 세트(Omega optical, USA)를 사용하여 취득하였다. SCC7 종양 포함 마우스의 인 비보 NIR 형광 이미지는 37oC로 가열한 동물 플레이트 상에서 마우스에 위치한 익스플로어 옵틱스 시스템(ART, Canada)을 사용하여 얻었다. 또한, 7T MRI 시스템(70/20 BioSpec, Bruker BioSpin GmbH, Germany)에서 자기 공명 이미지를 얻었다.
The morphology of the nanogels was observed using a transmission electron microscope (TEM, CM200 electronmicroscope, Philips, Netherlands) and a cryo-transmission electron microscope (Cryo TEM, Tecnai G2 F20 Cryo, FEI, Netherlands). The surface topography and force curves of the nanogels fixed on the glass substrate were obtained using a liquid atomic microscope (NTEGRA, NT-MDT, Russia) equipped with a cantilever (NT-MDT). Absorbance and fluorescence spectra were obtained using a UV-visible spectrophotometer (8453, Agilent, USA) and a fluorescence spectrometer (F-7000, Hitachi, Japan). The concentration of Gd + 3 is ICP was measured by using the mass spectrometer (ICP-MS, Elan 6100DRC Plus , Perkin Elmer, USA). The hydrodynamic size and zeta potential were measured using Zetasizer Nano ZS (Malvern, UK). The power X-ray diffraction pattern was acquired on a GADDS (general area detector diffraction system, Bruker AXS, Germany). NIR fluorescence of SCC7 cells was imaged using a Nuance FX multispectral imaging system (Cambridge Research & Instrumentation, Inc., USA). NIR fluorescence images of 96-well plates and cut-off organ morphology of SCC7 tumor-bearing mice were prepared using a 12-bit CCD camera (Image Station 4000MM, manufactured by Dow Corning, Inc.) equipped with a 150-W quartz halogen illuminator (PL900, Dolan- Kodak, USA) and an excitation / emission filter set for Cy5.5 (Omega optical, USA). In vivo NIR fluorescence images of SCC7 tumor bearing mice were obtained using an exploratory optics system (ART, Canada) located in mice on animal plates heated at 37 ° C. Magnetic resonance images were also obtained from a 7T MRI system (70/20 BioSpec, Bruker BioSpin GmbH, Germany).

GdNGsGdNGs 의 제조 Manufacturing

트윈 80의 역 미셀 중에서, 분지형 PEI(bPEI, Mw 1.8k, Polysciences Inc., USA) 및 Gd3 +사이의 인 시투 콜로이드 함침에 의하여 GdNGs를 제조하였다. 구체적으로 GdNGs의 균일한 분산을 위하여, 격렬한 교반 조건하에서 사이클로헥산 중에 있는 20 w% 트윈 1 mL에, 20 wt% aq. GdCl3·H2O2 (Sigma-Aldrich) 20 L, 20 wt% aq. bPEI, 30 L, aq. Cy5.5-비닐설폰(10 mg mL-1, BioActs Co. Ltd., Korea) 10 L 및 aq. PEG-NHS(Mw 5k, 10mg mL-1, Sunbio Inc., Korea) 15 L를 연속적으로 첨가하였다. 실온에서 12시간 동안 부드럽게 흔들어 준 다음, 유화 혼합물을 과에탄올에 부었다. 원심분리(10000 rpm, 1 h), 상등액의 조심스로운 제거 및 프로브 소니케이션 하에서 에탄올에 재현탁하는 과정을 3회 반복하여, 침전된 GdNGs를 정제하였다. 마지막 원심분리 후 정제된 GdNGs 침전물을 프로브 소니케이션을 사용하여 Milli-Q 워터(1 mL)에 재현탁시키고, 추가 실험에 사용하였다.
In reverse micelles of Tween 80, minutes to prepare a branched PEI (bPEI, Mw 1.8k, Polysciences Inc., USA) and GdNGs situ by the colloid-impregnated between Gd + 3. Specifically, for uniform dispersion of GdNGs, 20 mL of 20 wt% aq. Solution was added to 1 mL of 20 w% tween in cyclohexane under vigorous stirring conditions. GdCl 3 .H 2 O 2 (Sigma-Aldrich) 20 L, 20 wt% aq. bPEI, 30 L, aq. Cy5.5-vinyl sulfone (10 mg mL- 1 , BioActs Co. Ltd., Korea) 10 L and aq. 15 L of PEG-NHS (Mw 5k, 10 mg mL -1 , Sunbio Inc., Korea) was continuously added. After gently shaking at room temperature for 12 hours, the emulsion mixture was poured into ethanol. The precipitated GdNGs were purified by centrifugation (10000 rpm, 1 h), careful removal of supernatant and resuspension in ethanol under probe sonication three times. After the last centrifugation, the purified GdNGs precipitate was resuspended in Milli-Q water (1 mL) using a probe sonication and used for further experiments.

나노 Nano 인덴테이션Indentation 실험  Experiment

에폭시 실란-코팅된 유리 플레이트를 5 mm × 5 mm로 절단하고, 96-웰 플레이트의 웰 속에 두었다. GdNGs 현탁액 100 L를 웰에 첨가하고, 주변 온도에서 24시간 동안 보관하여, GdNGs를 유리의 표면 상에 고정시켰다. AFM 측정 전에, 시료-고정화된 유리를 Milli-Q 워터로 3회 세척하고, 물을 채운 액상 AFM 셀 속에 담갔다. 세미-콘택 모드에서 NSG20 캔틸레버(NT-MDT, force constant = 48 N/m)를 가지고 상온에서 NT-MDT AFM 이미지화를 수행하여, 표면 지형(topography) 정보를 취득하였다. 표면 지형으로부터 단일의 GdNG를 다룬 후에, 캔틸레버에 대하여 액상 셀을 올리고, GdNG 세포에서, 그리고 비교를 위하여 에폭시 실란-코팅된 유리 표면 근처에서 캔틸레버의 편향 거리를 기록하는 것에 의하여 힘 곡선을 측정하였다. 얻은 힘 곡선에 다음의 등식을 적용하는 것에 의하여 헤르츠 모델에 따라 영률(Young's modulus)을 계산하였다: An epoxy silane-coated glass plate Cut into 5 mm x 5 mm, and placed in a well of a 96-well plate. 100 L of a GdNGs suspension was added to the wells and kept at ambient temperature for 24 hours to fix GdNGs on the surface of the glass. Prior to AFM measurement, the sample-immobilized glass was washed three times with Milli-Q water and immersed in a liquid AFM cell filled with water. NT-MDT AFM imaging was performed at room temperature with an NSG20 cantilever (NT-MDT, force constant = 48 N / m) in semi-contact mode to obtain surface topography information. After dealing with a single GdNG from the surface topography, the force curves were measured by raising the liquid cell against the cantilever, recording the deflection distance of the cantilever in GdNG cells, and for comparison, near the epoxy silane-coated glass surface. Young's modulus was calculated according to the Hertz model by applying the following equation to the obtained force curve:

d = [(2/π)[E/(1-v)2](d-z)2tan(α)]/k d = [(2 / π) [E / (1- v) 2] (d - z) 2 tan (α)] / k

여기서 d는 편향 거리, E는 영률, v는 시료의 푸아송 비(Poisson ratio)(고무에 대하여 0.5를 추정하였음), z는 피에조 움직임(도 2(b)에서 시료의 높이), α는 인덴팅 콘(indenting cone) 열림 각도의 절반(NSG20 캔틸레버에 대하여 11o), 그리고 k는 힘 상수(NSG20 캔틸레버에 대하여 48 N/m)를 나타낸다.Where d is the deflection distance, E is the Young's modulus, v is the Poisson ratio of the sample (estimated 0.5 for rubber), z is the piezo motion (height of sample in Figure 2 (b) Half of the indenting cone opening angle (11 o for the NSG20 cantilever), and k represents the force constant (48 N / m for the NSG20 cantilever).

GdNGsGdNGs 의 세포 독성Cytotoxicity

SCC7 세포를 96-웰 플레이트에서 배양하고, GdNGs, Gd-DTPA 및 GdCl3·H2O2(모든 시료에 대하여 0.1 mM Gd3 +)와 함께 6시간 동안 배양하였다. 신선한 배지로 세척한 다음, 세포 생존도를 MTT 분석으로 평가하였다.
SCC7 cells were cultured in 96-well plates and cultured for 6 hours with GdNGs, Gd-DTPA and GdCl 3 .H 2 O 2 (0.1 mM Gd 3 + for all samples). After washing with fresh medium, cell viability was assessed by MTT assay.

인 비트로 세포 내 도입 및 형광 이미지화Intracellular introduction and fluorescence imaging in vitro

뮤린 SCC7(squamous carcinoma cell) 세포를 10% 우태아 세럼(FBS)을 포함하는 RPMI1640 배지 중에서 배양하였다. 시험한 세포를 35 mm 유리 커버슬립 접시 상에 통과시키고 2일 동안 방치하였다(접시 당 1×106 세포). 그 다음, 세포를 DPBS로 세척하고 10% FBS 배지 중의 GdNGs 현탁물(200 L, 1 mM Gd3+)과 함께 3시간 동안 배양하였다. 그 다음 DPBS로 세포를 2회 세척하고, 620-660 nm 여기 및 100 ms 노출 시간으로 설정된 누안스 FX 멀티스펙트럼 이미지 시스템(Cambridge Research & Instrumentation, Inc., USA)을 구비한 LEICA DMI3000B를 사용하여 직접 이미지화하였다.
Murine SCC7 (squamous carcinoma cell) cells were cultured in RPMI1640 medium containing 10% fetal calf serum (FBS). The tested cells were passed on a 35 mm glass cover slip dish and left for 2 days (1 x 106 cells per dish). The cells were then washed with DPBS and incubated with GdNGs suspension (200 L, 1 mM Gd 3+ ) in 10% FBS medium for 3 hours. Cells were then washed twice with DPBS and incubated directly with LEICA DMI 3000B equipped with a Nuance FX multispectral imaging system (Cambridge Research & Instrumentation, Inc., USA) set at 620-660 nm excitation and 100 ms exposure time Respectively.

동물 영상화 실험Animal imaging experiment

모든 동물 실험은 한국 과학기술원의 동물 보호 및 사용 윤리위원회의 승인을 받았으며, 모든 마우스에 대한 조작은 위원회 규정에 따라 행하여졌다. 5주령의 BALB/c 누드 마우스(Orient. Korea)에 RPMI1640 세포 배양 배지 중의 1×107 SCC7 세포 현탁액을 피하 주입하는 방법으로 종양 이종이식 모델을 만들었다. 접종 후 2~3주 후에, 마우스 꼬리 정맥을 통하여 GdNGs(200 mL, 3.8 mM Gd3 +)를 주입하였다. 형광 영상화를 위하여 옵틱스 익스플로어 시스템(Advanced Research Technologies Inc., Canada)을 사용하여, 37oC에서의 MR 영상화를 위하여 7 T MRI 시스템 70/20 BioSpec(Bruker BioSpin GmbH, Germany)을 사용하여 인 비보 영상화 실험을 수행하였다. GdNGs의 조직 분포를 평가하기 위하여, 미리 정해진 시점에 마우스로부터 주요 기관 및 종양을 절제하였다. 12-비 CCD 카메라(Image Station 4000MM, Kodak, USA)를 사용하여 절제된 기관 및 종양의 형광 영상을 얻었다. 분석 워크스테이션 소프트웨어(Advanced Research Technologies Inc., Canada)의 ROI(region of interest) 기능에 의하여, 조직 영상으로부터 형광 강도를 정량화하였다.
All animal experiments were approved by the Korea Institute of Science and Technology animal protection and use ethics committee, and all mice were operated according to the regulations of the committee. Five - week - old BALB / c nude mice (Orient, Korea) were subcutaneously injected with 1 × 10 7 SCC7 cell suspension in RPMI1640 cell culture medium to make a tumor xenograft model. After two to three weeks after inoculation, the GdNGs (200 mL, 3.8 mM Gd 3 +) was injected into mice via the tail vein. For fluorescence imaging, in vitro visualization was performed using a 7 T MRI system 70/20 BioSpec (Bruker BioSpin GmbH, Germany) for MR imaging at 37 ° C using the Optics explorer system (Advanced Research Technologies Inc., Canada) Imaging experiments were performed. In order to evaluate the tissue distribution of GdNGs, major organs and tumors were excised from the mice at predetermined time points. Fluorescent images of excised organs and tumors were obtained using a 12-CCD camera (Image Station 4000MM, Kodak, USA). Fluorescence intensity was quantified from tissue images by the region of interest (ROI) function of the analytical workstation software (Advanced Research Technologies Inc., Canada).

<실험결과><Experimental Results>

GdNGsGdNGs 구조 확인 Structure verification

결정형의 나노 MOFs는 인 비보 투여된 경우 RES 기관에 의하여 신속하게 배제되는 점을 고려하여, 본 발명자들은 고도의 변형성을 얻기 위하여, 비결정형/유연성의 금속-유기 하이브리드 플랫폼, 즉 금속-고분자 배위 네트워크 구조로 구성되는 임의로 가교된 나노겔을 디자인하기에 이르렀다. 유기 성분의 유연함을 차용하기 위하여, 다돌기성(multidentate)의 고분자 리간드로서 분지화된 폴리(에틸렌이민)(PEI, MW = 1.8 kD)을 채택하였는데, 이는 금속 이온과 수용액 중에서 킬레이션을 시키는 경우, 유연한 고분자 사슬의 불규칙한 가교로 인하여, 빠르고 불규칙적인 겔화를 야기할 것을 기대하였기 때문이다. 이렇게 생성된 무정형의 네트워트 구조는, 그것이 나노 관찰적 공간 내에 제한된다면, 탄성적 변형성의 장점을 가짐으로 인해 RES를 통과하여 지날 수 있는 고무와 유사한 "연성의" 나노겔을 형성하게 될 것이다.
Considering that the crystalline nano-MOFs are rapidly excluded by the RES organs when administered in vivo, the present inventors have found that in order to obtain a high degree of deformability, an amorphous / flexible metal-organic hybrid platform, Structure of the nanocomposite structure. In order to take advantage of the flexibility of organic components, branched poly (ethyleneimine) (PEI, MW = 1.8 kD) was adopted as a multidentate polymeric ligand, which is chelated in metal ions and aqueous solutions , Because of the irregular cross-linking of the flexible polymer chain, it was expected to cause rapid and irregular gelation. The resulting amorphous network structure will form a "soft" nanogel similar to a rubber that can pass through the RES because of its elastic deformability, if it is confined within the nanoscopic space.

본 발명자들은 우선, 용액 중의 벌크 착물에 의하여 Gd3 + 및 PEI간 복합이 실제 일어났음을 확인하였다. 기대하였던 바와 같이, GdCl3 및 PEI 수용액의 혼합은 상온에서 부동상 겔의 즉각적인 형성을 야기하였는데(도 1b), 이는 Gd가 함침된 PEI의 가교결합이 매우 효율적이어서, 과량의 물을 그 내부에 붙잡아 둘 수 있을 정도로 충분히 강건한 망상 구조를 형성함을 나타낸다. 나노스케일의 GdNGs를 제조하기 위하여, 오일 중 물 마이크로에멀젼(Tween 80/cyclohexane /water) 시스템 중에서 겔화를 수행하였다(도 1c). 마이크로에멀젼 중에 형성된 나노겔은 표면 코팅과 이중-방식 이미지화를 위하여, 여분의 유리 PEI 아민기에 각각 폴리에틸렌 글리콜(PEGs) 및 NIR 염색 표지(Cy5.5)를 결합시키어 추가적으로 기능화하였다. 페길화에 의한 항오염 코팅은 PEI계 나노겔의 양이온 대전된 표면 상에 일어날 수 있는 혈장 단백질의 옵소닌화를 방지하기 위한 것이었다. 마지막으로, 에탄올 중에서의 에멀젼 브레이킹, 원심분리, 세척 및 수중에 재현탁시키는 과정으로 GdNGs를 분리하여, NIR 흡광 및 형광을 가지는 수성 현탁액을 생산하였다(도 5).The inventors first confirmed that the complex between Gd 3 + and PEI actually took place by the bulk complex in solution. As expected, the mixing of GdCl 3 and PEI aqueous solution caused immediate formation of a frozen phase gel at room temperature (Fig. 1b), which is very efficient in cross-linking the Gd-impregnated PEI, To form a network structure that is robust enough to hold. To prepare nanoscale GdNGs, gelation was performed in a water-in-oil microemulsion (Tween 80 / cyclohexane / water) system (FIG. The nanogels formed in the microemulsion were further functionalized by coupling polyethylene glycol (PEGs) and NIR staining labels (Cy5.5) to the extra free PEI amine groups for surface coating and dual-mode imaging. The anti-fouling coating by pegylation was to prevent opsonization of plasma proteins that could occur on the cation-charged surface of PEI nanogels. Finally, GdNGs were separated by emulsion blanching in ethanol, centrifugation, washing and resuspension in water to produce an aqueous suspension with NIR absorption and fluorescence (FIG. 5).

ICP-MS(inductively coupled plasma-mass spectrometry)에 의하여, Gd3 + 농도가 3.84 mM로 측정되었는데, 이는 에멀젼 중의 Gd3 + 이온이 37%의 수율로 PEI와 복합되었음을 나타내는 것이다. 극저온 투과전자현미경 및 DLS(dynamic light scattering) 연구는, 이렇게 얻어진 나노겔이 평균 크기가 65 ± 4 nm(도 1d)인 Gd가 함침된 구형의 하이브리드 코어를 가지고 있으며, 그 전체의 유체역학적 크기는 159 ± 62 nm(도 6)임을 나타낸다.By ICP-MS (inductively coupled plasma- mass spectrometry), was Gd + 3 concentration is measured with a 3.84 mM, which indicates that the Gd + 3 ion complex with PEI as a 37% yield of the emulsion. Cryo-transmission electron microscopy and DLS (dynamic light scattering) studies have shown that the nanogels thus obtained have a spherical hybrid core impregnated with Gd having an average size of 65 4 nm (Fig. 1d), and the hydrodynamic size of the whole 159 ± 62 nm (FIG. 6).

TEM 관찰 하에서 얻은 GdNGs의 EDX(Energy dispersive X-ray) 스펙트럼은 Gd의 L 및 M 껍질 방출 피크 특성을 나타내었고, 여기서 그 어떠한 Cl도 탐지되지 않았는데, 이는 GdCl3의 완전한 제거를 나타내는 것이다(도 1e). PXRD(powder X-ray diffraction) 패턴에 있어서, 작은 각 영역(2θ=2.6°) 중에서 오직 하나의 넓은 회절 피크만이 관찰되었는데, 이는 구형의 나노 물체에 들어맞는 56 nm의 직경에 해당하는 것이며, TEM 결과와도 잘 일치하는 것이었다(도 7a). 특히 넓은 각 범위에 걸쳐 결정형 구조가 관찰되지 않았다는 것에 주목해야 하는데, 이는 Gd-함침된 코어가 예상한 바와 같이 랜덤하게 가교된 무정형의 겔임을 확인해주는 것이다(도 7b).
The energy dispersive X-ray (EDX) spectrum of GdNGs obtained under TEM observation showed L and M shell peaks characteristic of Gd, where no Cl was detected, indicating complete removal of GdCl 3 ). In the powder X-ray diffraction (PXRD) pattern, only one large diffraction peak was observed in the small angular region (2? = 2.6 占 corresponding to a diameter of 56 nm that fits into a spherical nano- (Fig. 7A). Particularly, it should be noted that no crystalline structure was observed over a wide range of angles, confirming that the Gd-impregnated core was a randomly cross-linked amorphous gel as expected (FIG. 7b).

GdNGsGdNGs 의 형태 Form of 변형력Strain

GdNGs의 탄성적 변형력은 NSG-20 캔틸레버(spring constant: 48 N/m)를 사용하여 원자력 현미경에 의해 수중에서 평가하였다. AFM 인덴테이션 측정을 위하여, 표면 아민 결합을 통하여 에폭시-코팅된 유리 표면 상에 GdNGs를 미리 고정시키고, 물속에 넣었다. 도 2a-b는 반-접촉 모드에서 스캔한 표면 지형과 헤르쯔 모델26에 따라 분석한 나노 인덴테이션 결과를 보여준다. 초기 힘 인덴테이션 범위 중의 커브 피트로부터, GdNGs의 명백한 영률은 3.0 MPa으로 측정되었는데, 이는 GdNGs가 없는 에폭시실란-코팅된 기질의 그것(9.2 MPa)보다 훨씬 작은 값이다. 이 값은 부풀려진 젤라틴의 박막26과 유시한 모듈 범위에 있는데, 이는 GdNGs가 기계적으로 연성이고 유연함을 확인시켜 준다. 참으로, 평균 크기가 158 nm인 GdNGs는 0.2 m 만큼이나 작은 멤브레인의 기공 크기에도 관계없이 멤브레인 필터를 쉽게 통과하여 지나갔다(도 2c-d). 급격한 대조에서, 단단한/비변형성의 산화철 나노입자(SPION)는, 그들이 훨씬 작은 코어 및 전체 크기(각각 9 및 54 nm; 도 8)를 가지고 있음에도 불구하고, 기공 크기의 감소에 따라 막을 가로지르는 통과가 현저하게 감소하였다. 이렇게 유연성에 의존하는 뚜렷한 동태는 유연한 GdNGs가 RES27와 같은 여과 시스템을 통과하여 지날 수 있도록 하는 형태 변형력을 가짐을 강하게 뒷받침한다.
The elastic deformation force of GdNGs was evaluated in water by atomic force microscope using NSG-20 cantilever (48 N / m). For AFM indentation measurements, GdNGs were pre-immobilized on epoxy-coated glass surfaces through surface amine bonds and placed in water. 2a-b show the surface topography scanned in the semi-contact mode and the nanoindentation results analyzed according to the Hertz model 26. FIG. From the curve pits in the initial force indentation range, the apparent Young's modulus of GdNGs was measured at 3.0 MPa, which is much less than that of the epoxy silane-coated substrate (9.2 MPa) without GdNGs. This value is in the modular range of the inflated gelatin film 26 , which confirms that GdNGs are mechanically soft and flexible. Indeed, GdNGs with an average size of 158 nm easily passed through the membrane filter regardless of the pore size of the membrane as small as 0.2 m (Fig. 2c-d). In the steep contrast, the hard / non-deforming iron oxide nanoparticles (SPION), despite their much smaller core and overall size (9 and 54 nm, respectively, 8) Lt; / RTI &gt; This apparent flexibility, which is dependent on flexibility, strongly supports that the flexible GdNGs have a morphotropic force that allows them to pass through a filtration system such as RES 27 .

GdNGsGdNGs 의 세포 독성 여부Cytotoxicity of

RES 봉쇄 이외에도, 금속 이온으로부터 야기되는 잠재적인 독성은 생의학적 용도에 적용하기 위한 나노하이브리드에 있어 고려해야 할 또 다른 이슈이다. Gd3 + 이온은 세포 내 중요한 Ca2 + 신호를 교란시키므로 높은 독성을 가지며, 따라서 유리 Gd3+ 방출을 피하기 위하여 DTPA(diethylenetriamine pentaacetate)와 같은 리간드에 의한 강한 킬레이션을 필요로 하는 것으로 알려져 있다.28 이와 관련하여, PEI는 '에틸렌 디아민'이 풍부한 다돌기성(polydentate) 성질을 가지기 때문에, 리간드로서 PEI를 사용하는 것은 타이트 킬레이션에 유익하다. 게다가, 양이온을 띤 분지된 PEI는 생적합성일뿐만 아니라, 세포 투과성까지 제공하는 것으로 알려져 있다.29 참으로, 양성적 제타 전위(38 mV)를 가진 PEI계 GdNGs는 NIR 형광 현미경 하에 시험하였을 때, Cy5.5 표지로부터의 강한 신호가 세포질 내에서 관찰되어, SCC7(squamous cell carcinoma) 세포 속으로의 매우 효과적으로 도입되었음을 나타내었다(도 9). PEI 킬레이션의 유익함을 평가하기 위하여, 본 발명자들은 GdNGs, Gd-DTPA 및 GdCl3(모두 0.1 mM Gd3 + 포함)으로 6시간 동안 처리된 SCC7 세포를 가지고 MTT 분석을 수행하여, 세포 생존에 관한 비교 실험을 수행하였다(도 2e). 유리된 Gd3 +(GdCl3)의 독성이 심각한 주어진 조건 하에서, 리간드 킬레이트된 Gd-DTPA(상업적으로 판매하는 MRI 조영제)의 경우 세포 생존에 대한 영향이 감소되긴 했지만 여전히 주목할 만한 영향을 나타내었다. 하지만, PEI 킬레이션을 구비한 GdNGs는 눈에 띠는 독성 없이 세포 생존에 있어 훨씬 향상된 결과를 나타내었는데, 이는 독성의 Gd3 + 이온이 PEI 의 망상 구조에 강하게 붙잡히었음을 제시한다. 이를 입증하기 위하여, 본 발명자들은 10% 우태아 혈청(FBS)을 포함하는 37oC PBS(phosphate-buffered saline, pH 7.4) 중에서 배양된 GdNGs로부터 유리된 임시의 Gd3 +를 관찰하였다. 각 시점에 시료를 원심분리하여 나노겔을 가라앉히고, ICP-MS로 분석하여 전체 Gd3 + 함량에 대한 상등액 유리 이온 분율을 계산하였다. 도 2f는 상등액 중에서 얻어진 Gd3 + 프로파일을 나타내는데, 여기서 초기 Gd3 +의 존재(ca. 1.2%)는 불완전한 원심분리 또는 약하게 결합된 이온의 초기의 빠른 방출에서 기인한 것이다. 여기서, 실험 기간(2 주) 동안에 그 어떠한 추가의 상등액 분율의 증가도 관찰되지 않았다는 점에 주목해야 하는데, 이는 PEI에 의한 다돌기성 킬레이션이 생리학적 조건하에서 독성 Gd3 + 이온의 유리를 최소화 할 수 있을 만큼 강건하다는 사실을 확인시켜 주는 것이다.
In addition to the RES blockade, the potential toxicity resulting from metal ions is another issue to consider in nanohybrid applications for biomedical applications. Gd 3 + ions because the disturbance within the relevant Ca 2 + cell signal has a high toxicity, and therefore are known to require strong chelation of the ligand such as DTPA (diethylenetriamine pentaacetate) in order to avoid the free Gd 3+ emission. 28. In this regard, PEI is because "ethylenediamine" rich multi-projection property (polydentate) have a property, the use of PEI as a ligand is advantageous in tight chelation. In addition, cationic branched PEI is known to provide not only biocompatibility but also cell permeability. 29 Indeed, when tested under NIR fluorescence microscopy, PEI-based GdNGs with a positive zeta potential (38 mV) were observed in the cytoplasm of a strong signal from the Cy5.5 labeling, and into SCC7 (squamous cell carcinoma) cells (Fig. 9). In order to evaluate that the benefit of PEI chelation, the inventors have found that by performing the MTT assay has the SCC7 cells treated for 6 hours with GdNGs, Gd-DTPA and GdCl 3 (both 0.1 mM Gd 3 + included), the cell viability (Fig. 2E). Under the given conditions, where the toxicity of liberated Gd 3 + (GdCl 3 ) is severe, the effect on ligand-chelated Gd-DTPA (a commercially available MRI contrast agent), although reduced in cell survival, still has a notable effect. However, GdNGs with PEI chelation showed much improved results in cell viability without noticeable toxicity, suggesting that the toxic Gd 3 + ions are strongly caught in the PEI network. In order to prove this, the inventors have observed a 10% fetal bovine serum (FBS) 37 o C PBS of the temporarily released from the culture from GdNGs (phosphate-buffered saline, pH 7.4 ) Gd 3 + , which includes a. Seated go Nano gel to separate the sample centrifuged each time point, the supernatant fraction of the free ion of the entire Gd 3 + content was calculated according to analysis by ICP-MS. Figure 2f shows the Gd 3 + profiles obtained in the supernatant, where the presence of initial Gd 3 + (ca. 1.2%) is due to incomplete centrifugation or the initial rapid release of weakly bound ions. It should be noted here that no additional increase in the supernatant fraction was observed during the experimental period (2 weeks), because PEI-induced polyprotein chelation minimizes the release of toxic Gd 3 + ions under physiological conditions It is confirmed that it is robust enough to do.

GdNGsGdNGs 의 인 비보 혈액 순환, 종양 In vivo blood circulation, tumor 표적화Targeting 및 신장을 통한 배출 And excretion through the kidneys

상기 기술된 탄성 변형력 및 최소한도의 세포 독성의 장점을 가지고, 본 발명자들은 인 비보 종양 표적화 및 이중-방식 이미지화를 위한 RES-통과 나노플랫폼으로서의 GdNGs의 가능한 유용성을 시험하였다. 이를 위하여, 꼬리 정맥 주입을 통하여 GdNGs를 SCC7 종양 포함 마우스 속으로 전신 투여하고, NIR 형광 이미지화에 의하여, 그들의 약동학적 동태를 관찰하였다. 우리의 관심에 대하여, GdNGs는 그것의 큰 코어 및 유체역학적 크기(각각 65 및 158 nm)에도 불구하고 도 3a에서 보여지는 바와 같이, 우수한 혈액 순환 및 종양 축적을 나타내었다. 주입 직후에, 전체 몸 신호 중에서 주목할 만한 이미지 대비가 종양에서 강하게 증가하는 것으로 나타났다. 종양 신호는 주입 후 12시간까지 더 증가하였는데, 이는 EPR 효과에 의한 종양 표적화를 나타내는 것이다. 도 3b는 다양한 시점에서 절제된 종양 및 기관의 엑스 비보 이미지(도 10)로부터 얻어진 평균 형광 강도의 분포를 나타낸다. 초기 신호가, 견고한 나노물질을 신속하게 붙잡는 것으로 기대되는 간 및 비장과 같은 RES 기관에서 보다 종양 중에서 훨씬 높았다는 점에 주목하여야 한다. 게다가, 다른 기관들의 경우 점진적으로 어두워진 반면에, 신장 신호는 전 시간 동안 높게 유지되었는데, 이는 GdNGs의 신장 배출을 의미한다. 이러한 결과는 GdNGs가 혈중에서 변형가능하고, 그 결과 큰 크기에도 불구하고 RES 필터를 통과하는 능력이 있다는 것을 명백하게 입증하는 것이다. GdNGs 추가 실험(연장된 혈액 순환, EPR 효과에 의한 종양 표적화 및 신장을 통한 신체 정화) 수행은 금속-유기 나노 하이브리드의 구조적인 변형력을 목적으로 하는 본 발명의 디자인 전략을 입증한다.
With the advantages of the elastic modulus and minimal cytotoxicity described above, the present inventors have tested the possible utility of GdNGs as a RES-pass nano platform for in vivo tumor targeting and dual-mode imaging. For this purpose, GdNGs were administered systemically into SCC7 tumor-bearing mice via tail vein infusion and their pharmacokinetic behavior was observed by NIR fluorescence imaging. For our interest, GdNGs exhibited excellent blood circulation and tumor accumulation, as shown in Figure 3a, despite its large core and hydrodynamic size (65 and 158 nm, respectively). Immediately after injection, a remarkable image contrast in the whole body signal was found to strongly increase in the tumor. Tumor signals increased further up to 12 hours after injection, indicating tumor targeting by EPR effects. FIG. 3B shows the distribution of mean fluorescence intensity obtained from the x-vivo images (FIG. 10) of excised tumors and organs at various time points. It should be noted that the initial signal was much higher in the tumor than in the RES organs, such as the liver and spleen, which are expected to rapidly capture robust nanomaterials. In addition, while other organs progressively darkened, the renal signal remained elevated throughout the entire time, indicating renal excretion of GdNGs. These results clearly demonstrate that GdNGs are capable of being modified in the blood, and thus capable of passing through the RES filter despite its large size. Further experiments with GdNGs (prolonged blood circulation, tumor targeting by EPR effect and body cleansing through elongation) demonstrate the design strategy of the present invention for the structural strain of metal-organic nanohybrid.

GdNGsGdNGs 의 조영제로서의 용도As a contrast medium

GdNGs의 Gd3 +가 풍부한 구조로부터 본 발명자들은 자기 공명 이미지(MRI)를 위한 조영제로서의 용도를 구상하여 이를 시험하게 되었다. MRI는 의학적 이미지 진단을 위한 뛰어난 비침습적인 도구로서, 정상 조직과 질환이 있는 조직간의 물 수소원자의 밀도 및 이완도(relaxivity)의 차이를 측정한다. 물 프로톤의 세로축 이완을 가속화하여 T 1-중량 MRI 대비를 촉진하기 위하여 상자성 Gd3 + 복합체가 일반적으로 사용된다. 나노-가돌리듐의 경우, 세로축(T 1) 및 가로축(T 2) 이완 시간은 Gd3+ 이온의 수 또는 크기에 의존하는 것으로 알려져 있다.30,31 나노크기의 멀티-Gd3 + 복합체로서, 37oC 7 T MR 필드에서 세로축(r 1) 및 가로축(r 2) 이완능력을 측정하는 것에 의하여 GdNGs의 자성을 측정하였다. R 1 (=1/T 1) 및 R 2 (=1/T 2) 맵 이미지는 Gd3 + 농도가 증가됨에 따라 물 프로톤 이완이 명백하게 증가함을 보여주었다(도 4a 및 도 11). R 1R 2 플롯의 양 의존성으로부터 GdNGs의 r 1r 2 은 각각 2.1 및 82.6 mM-1s-1로 평가되었다(도 4b). Gd-DTPA(모노-Gd3 +의 킬레이트)의 r 1r 2 값은 동일한 실험 조건하에서 3.6 및 5.5 mM-1s- 1으로 측정되었다. Gd-DTPA와 비교하여 GdNGs의 감소된 r 1은 작은 표면 대 부피 비율을 가지는 큰 나노겔 코어 크기에서 기인하는데, 세로축 이완에 영향을 주기 위한 전제 조건인 직접적인 Gd3 +-물 접촉을 방해한다. 반면에, 가로축 이온은 ~40의 높은 r 2/ r 1 비율로 현저하게 증가하였는데, 이는 큰 사이즈 코어 중의 Gd3 + 이온의 높은 밀도에서 기인한 것이다. 얻어진 가로축 이완도(r 2 = 82.6 mM-1s-1)는 초상자성 산화철 나노입자의 범위에 속하는데,32 이는 T 2 MRI 조영제로서 가능한 GdNGs의 용도를 제시한다.
From the Gd 3 + -rich structure of GdNGs, the inventors have contemplated and tested their use as contrast agents for magnetic resonance imaging (MRI). MRI is an excellent non-invasive tool for medical image diagnosis that measures the density and relaxivity of water hydrogen atoms between normal and diseased tissues. To speed up the vertical axis of the water proton relaxation T 1 - a paramagnetic Gd + 3 complex to facilitate weight MRI contrast is generally used. In the case of nano-gadolinium, relaxation times on the longitudinal axis ( T 1 ) and the transverse axis ( T 2 ) are known to depend on the number or size of Gd 3+ ions. 30,31 3 + as a multi -Gd complex of nano-size, 37 o C 7 T and the vertical axis in the MR field (r 1) and a horizontal axis (r 2) of the magnetic GdNGs was determined by measuring the relaxation ability. R 1 (= 1 / T 1 ) and R 2 (= 1 / T 2 ) The map image is Gd + 3 concentration showed that the water proton relaxation obviously increased with the increased (Fig. 4a and Fig. 11). R 1 and R 2 From the amount dependence of the plot, r 1 and r 2 of GdNGs were estimated to be 2.1 and 82.6 mM -1 s -1 , respectively (FIG. 4b). R 1 and r 2 value for Gd-DTPA (chelating of mono -Gd + 3) are under the same experimental conditions, 3.6 and 5.5 mM -1 s - 1 was determined to be. Compared to Gd-DTPA, the reduced r 1 of GdNGs results from large nanogel core sizes with small surface-to-volume ratios, which interfere with direct Gd 3 + -water contact, a prerequisite to affect longitudinal axis relaxation. On the other hand, the transverse ion increased significantly at a high r 2 / r 1 ratio of ~ 40, due to the high density of Gd 3 + ions in the large size core. The horizontal axis relaxation also obtained (r 2 = 82.6 mM -1 s -1) is to fall within the scope of the superparamagnetic iron oxide nanoparticles, and 32 which The use of GdNGs as a T 2 MRI contrast agent is presented.

7 T MR 필드에서 종양 이미지화에 의하여, GdNGs의 인 비보 MRI 성능을 평가하였다. NIR 형광 이미지화를 위하여 동일한 양의 GdNGs를 SCC7 종양 포함 마우스에게 정맥 투여하였는데, 이는 Gd-DTPA(100 몰 Gd/kg)의 표준 투여량보다 약간 낮은 수준인 77 몰 Gd/kg에 해당하였다.33 이러한 실험 조건 하 스핀-에코 T 1-중량 이미지에서 그 어떠한 주목할 만한 콘트라스트 증진도 관찰되지 않았다(도 11). 그러나, 재초점 에코(RARE) 펄스 시퀀스(echo time: 40 ms, RARE factor: 4)를 가지고 신속한 획득을 사용하는 T 2-중량 이미지에서, 주입 2시간 후 종양의 특정 영역 중에서, 높은 공간 해상도에서 종양 내부 조직을 시각화하면서 현저한 신호 어두워짐이 명백하게 관찰되었다(도 4c). 강한 NIR 형광을 가진 뚜렷한 종양 시각화(도 3a)와 함께, 음성적 콘트라스트 증진은 GdNGs가 전신 종양 표적화를 가능하게 하는 이중-방식(T 2 MRI 및 optical) 조영제로서의 잠재력을 가짐을 제시한다.
In vivo MRI performance of GdNGs was assessed by tumor imaging in the 7 T MR field. For NIR fluorescence imaging, the same amount of GdNGs was intravenously administered to SCC7 tumor-bearing mice, corresponding to 77 molar Gd / kg, which was slightly lower than the standard dose of Gd-DTPA (100 molar Gd / kg). 33 No noticeable contrast enhancement was observed in the spin-echo T 1 -weight image under these experimental conditions (FIG. 11). However, in a T 2 -weighted image with a refocusing echo time (40 ms, RARE factor: 4) using rapid acquisition, within 2 hours after injection, in certain regions of the tumor, at high spatial resolution Significant signal darkening was clearly observed while visualizing the tumor internal tissues (Figure 4c). With enhanced tumor visualization with strong NIR fluorescence (FIG. 3A), the negative contrast enhancement suggests that GdNGs have potential as dual-mode ( T 2 MRI and optical) contrast agents that enable systemic tumor targeting.

GdNGsGdNGs of 약물전달제로서의As a drug delivery agent 용도 Usage

GdNGs를 SCC7 종양 함유 마우스에 전신 투여한 후NIR 형광 현미경하에 시험한 결과, Cy5.5 표지로부터의 강한 신호가 세포질 내에서 관찰되어, SCC7(squamous cell carcinoma) 세포 속으로의 매우 효과적으로 도입되었음을 확인하였다(도 9). 또한, MTT 분석을 통한 세포 생존도 비교 실험을 수행한 결과 PEI 킬레이션을 구비한 GdNGs의 경우 유리 Gd3 + 이온에 의한 독성 없이 우수한 세포 생존을 나타냄을 확인할 수 있었다. 또한, GdNGs는 RES와 같은 여과 시스템을 통과하여 지날 수 있도록 하는 탄성적 변형력을 가질 뿐만 아니라(도 2 c-d), 과량의 물을 그 내부에 붙잡아 둘 수 있을 정도로 충분히 강건한 망상 구조를 형성하는데(도 1a), 이러한 결과들은 그 가교 결합된 나노겔 코어 내부에 약물 기타 생분자를 함침시킴에 의하여, 효율적으로 종양 조직에 약물 등을 전달할 수 있는 GdNGs의 약물 탑재 및 전달체로서의 용도를 뒷받침한다.
GdNGs was systemically administered to SCC7 tumor-bearing mice and tested under NIR fluorescence microscopy. As a result, a strong signal from the Cy5.5 label was observed in the cytoplasm, confirming that it was highly efficiently introduced into SCC7 (squamous cell carcinoma) cells (Fig. 9). In addition, a comparison of cell viability by MTT assay showed that GdNGs with PEI chelation showed excellent cell survival without toxicity by free Gd 3 + ion. In addition, GdNGs not only have an elastic deformation force that allows them to pass through a filtration system such as the RES (Fig. 2 cd), but also forms a network structure that is robust enough to hold an excess of water inside 1a). These results support the drug loading and delivery of GdNGs, which can efficiently transfer drugs and the like to tumor tissues by impregnating drugs or other biomolecules into the crosslinked nanogel cores.

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Claims (13)

PEI(폴리에틸렌이민)의 망상 구조 내부에 가돌리늄(Gd)이 함침되어 있는 구형의 코어를 포함하는 Gd-PEI 나노겔.
A Gd-PEI nanogel comprising spherical cores impregnated with gadolinium (Gd) in the network of PEI (polyethyleneimine).
제1항에 있어서, 상기 Gd-PEI 나노겔은 DTPA(diethylene triamine pentaacetic acid) 및 산화철을 포함하지 않는 것인 Gd-PEI 나노겔.
The Gd-PEI nanogel according to claim 1, wherein the Gd-PEI nanogel does not comprise DTPA (diethylene triamine pentaacetic acid) and iron oxide.
제1항에 있어서, 상기 Gd-PEI 나노겔은 유연하고 무정형인 것인 Gd-PEI 나노겔.
The Gd-PEI nanogel of claim 1, wherein the Gd-PEI nanogel is flexible and amorphous.
제1항에 있어서, 상기 Gd-PEI 나노겔의 직경은 100 내지 500 nm인 것인 Gd-PEI 나노겔.
The Gd-PEI nanogel according to claim 1, wherein the diameter of the Gd-PEI nanogel is 100 to 500 nm.
제1항에 있어서, 상기 코어의 직경은 10 내지 100 nm인 것인 Gd-PEI 나노겔.
The Gd-PEI nanogel according to claim 1, wherein the core has a diameter of 10 to 100 nm.
제1항에 있어서, 상기 PEI의 아민기에 형광체가 결합되어 있는 것인 Gd-PEI 나노겔.
The Gd-PEI nanogel according to claim 1, wherein a phosphor is bonded to the amine group of the PEI.
제1항에 있어서, 상기 PEI는 분지형의 PEI인 것인 Gd-PEI 나노겔.
The Gd-PEI nanogel according to claim 1, wherein the PEI is a branched PEI.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항의 Gd-PEI 나노겔; 및 약제학적으로 허용되는 담체를 포함하는 조영제 조성물.
A Gd-PEI nanogel according to any one of claims 1 to 7; And a pharmaceutically acceptable carrier.
제8항에 있어서, 상기 조영제 조성물은 MRI(Magnetic resonance imaging) 용인 것인 조영제 조성물.
The contrast agent composition of claim 8, wherein the contrast agent composition is for MRI (Magnetic Resonance Imaging).
제8항에 있어서, 상기 조영제 조성물은 형광 영상화(Fluorescence Imaging) 용인 것인 조영제 조성물.
9. The contrast agent composition of claim 8, wherein the contrast agent composition is for Fluorescence Imaging.
제8항에 있어서, MRI영상화와 형광 영상화가 동시에 가능한 이중-방식(dual-modality) 조영제임을 특징으로 하는 조영제 조성물.
9. The contrast agent composition of claim 8, wherein the contrast agent is a dual-modality contrast agent capable of simultaneous MRI imaging and fluorescent imaging.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항의 Gd-PEI 나노겔; 및 약제학적으로 허용되는 담체를 포함하는 암 또는 종양 치료용 약학적 조성물.
A Gd-PEI nanogel according to any one of claims 1 to 7; A pharmaceutical composition for the treatment of cancer or tumor comprising a pharmaceutically acceptable carrier.
가돌리늄(Gd)염 및 PEI(폴리에틸렌이민)을 수용액상에서 혼합하여 Gd-PEI 나노겔을 형성시키는 단계; 및
상기 형성된 Gd-PEI 나노겔을 분리하는 단계
를 포함하는, 제1항의 Gd-PEI 나노겔의 제조방법.
Mixing a gadolinium (Gd) salt and PEI (polyethyleneimine) in an aqueous solution to form a Gd-PEI nanogel; And
Separating the formed Gd-PEI nanogel
Wherein the Gd-PEI nanoparticles are prepared by the method of claim 1.
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