KR20140115542A - 혈관 재협착의 예방 또는 치료용 약물 전달 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 혈관 중재술에서 경피적 확장술이나 스텐트 삽입술을 시행받은 병변에서 혈관의 내경이 다시 좁아지는 재협착을 방지하기 위하여 내피 증식을 억제하는 물질을 목표 병변까지 운송하는 약물 전달 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 약물전달 시스템은 하이드로겔-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트 층의 내부 및/또는 외부가 MPC(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine)층의 박막으로 도포된 것을 특징으로 한다.

Description

혈관 재협착의 예방 또는 치료용 약물 전달 시스템{ Drug delivery system for preventing or treating a restenosis of blood vessel}

본 발명은 혈관 중재술에서 경피적 확장술이나 스텐트 삽입술을 시행받은 병변(lesion)에서 혈관의 내경이 다시 좁아지는 재협착(restenosis)을 방지하기 위하여 내피 증식을 억제하는 물질을 목표 병변까지 운송하는 약물 전달 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 mPEG-티오미데이트-HSA-파클리탁셀(mPEG-thiomidate-HSA-paclitaxel conjugate)층의 외부가 MPC(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine)층의 박막으로 도포되거나, 상기 하이드로겔-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트 층의 내부와 외부가 MPC층의 박막으로 도포된 것을 특징으로 하는 혈관 재협착 예방 또는 치료용약물 전달 시스템에 관한 것이다.

심장에 발생하여 진행된 동맥경화에 의한 죽상종 병변을 기계적으로 치료하는 방법인 경피적 관동맥 중재술은 환자의 증상 개선 및 삶의 질 개선에 큰 영향을 미쳤으며, 진행 중인 급성 심근경색증 환자들의 경우에는 생존율을 증가시키는 치료법으로 인정받고 있다. 혈관 중재술은 그 영역을 넓혀 관상동맥 이외에도 경동맥 및 신동맥, 하지 말초 혈관에 있는 병변들에 대해서도 시술되고 있다. 이러한 경피적 중재술에서 대표적인 치료법인 풍선 성형술과 함께 보다 개선된 치료법이라 할 수 있는 스텐트 삽입술도 완벽한 시술법은 아니어서 시술 후 초기에 스텐트가 혈전에 의해 폐쇄되는 급성 합병증과 함께 후기에 혈관의 내경이 좁아지거나 폐쇄되는 재협착이라는 단점을 지니고 있다.

의학계의 부단한 노력에 의해 여러 효과적인 예방법과 치료법들이 개발되었으며, 특히 진행된 관상 동맥 질환자들을 위한 치료법으로 1967년에는 수술적 방법으로 개흉술을 통해 심장을 정지시킨 후 좁아지거나 막힌 혈관 부위를 우회하여 하지의 복제 정맥이나, 좌측 그리고 이후에는 우측의 내유선 동맥, 기타 상지의 요골 동맥이나 복부의 동맥을 이용하여 새로운 혈관을 허혈 심근 부위에 이어주는 관동맥 우회술이 개발되었다.

이후 좀 더 비침습적인 방법으로서 좁아진 혈관을, 도관을 통한 경피적 방법으로 풍선을 이용하여, 확장시키는 경피적 관동맥 풍선 성형술이 1977년에 스위스에서 최초로 시술되었다. 이후 경피적 관동맥 풍선 성형술은 경험의 축적과 함께 기술의 발달로 비약적인 발전을 거듭하여 초기에 시행하기 어려웠던 완전 폐쇄 병변이나 편심성 병변, 길이가 긴 병변, 그리고 석회화가 진행된 고등도의 병변이나 혈전을 포함하는 병변 등, 여러 복잡 병변들을 치료하는 효과적인 치료법으로 확립되었다. 이후 이러한 중재적 시술 시스템은 그 이용범위를 더욱 확대하여 경동맥과 신동맥, 하지 말초 혈관의 광범위한 죽상종 병변을 치료하게 되었고, 최근에는 뇌 실질 내에 있는 뇌혈관 병변으로 그 치료 영역을 넓혀나가고 있다.

그러나 이러한 경피적 관동맥 풍선 성형술도 단점이 있어, 급성 합병증으로 시술 직후에 혈관의 과도한 박리에 의해 발생하는 급성 혈관 폐쇄와 함께, 드물기는 하지만 아직도 그 원인이 명확하지 않은 재관류 부재 현상(no reflow phenomenon) 및 완류 현상(slow flow phenomenon)이 있으며, 만성 합병증으로는 다시 혈관이 좁아지는 재협착이 있다. 재협착은 주로 시술 이후 6개월 이내에 발생하며 그 빈도가 30%에서 50%에 달하는 실정이다.

재협착의 원인으로는 크게는 혈관의 외피 부분까지를 포함하여 전체 혈관의 크기가 작아지는 부정적인 혈관 재형성(negative vascular remodeling)과 혈관의 중피(media)에 존재하는 혈관성 평화근 세포(Vascular Smooth Muscle Cell,; VSMC)가 내피로 이동하여 증식 반응을 일으키거나, 골수(bone marrow)를 거쳐 말초 혈액(peripheral blood) 내에 존재하는 혈관성 평활근 세포의 전구세포(precursor cell)들이 확장 병변에 안착(homing)한 후에 혈관 평활근 세포로 분화된 후 증식 반응을 일으키는 내피증식(intimal hyperplasia)이 있다.

1985년에 영국의 시그와트(Sigwart)가 최초로 고안한 혈관 내 그물망인 스텐트(stent) 삽입법은 이후 발전을 거듭하여 급성 합병증인 급성 관동맥 폐쇄에서는 아주 유효한 치료법이 되었으며, 또한 만성 합병증으로 그 빈도가 상당히 높아 경피적 관동맥 풍선 성형술의 단점으로 지적되어 오던 재협착의 경우도 부정적 혈관 재형성을 방지하여 재협착의 빈도를 감소시키는 양호한 결과를 보였다.

이처럼 풍선 성형술과 스텐트 삽입술 그리고 기타 기술을 이용하여 관동맥 내의 진행된 죽상종을 치료하는 기술을 경피적 관동맥 중재술이라 하며 경피적 관동맥 풍선 성형술과 스텐트 삽입술이 주류를 이룬다. 경피적 관동맥 중재술은 환자의 증상 개선 및 삶의 질 개선에 큰 영향을 미쳤으며 진행 중인 급성 심근경색증 환자들의 경우에는 생존율을 증가시키는 한 치료법으로 인정받고 있다.

그러나 이러한 스텐트 삽입술의 경우도 단점이 있어 시술 후 수일 이내에 발생하는 혈전에 의한 아급성(acute) 관동맥 폐쇄가 있으며, 경피적 풍선 성형술과 마찬가지로 스텐트 삽입 부위의 내부나 근처 혈관의 내피가 증식하여 혈관의 구경을 다시 협착시키거나 폐쇄시키는 내피증식(intimal hyperplasia)에 의한 만성 재협착은 여전히 존재하고 있다. 이러한 재협착은 전체 시술 병변의 15% 내지 30%에서 발생하고 있다.

재협착 병변의 발생을 감소시키기 위해서는 혈관 손상과 장기간 혈관 내에 존재하는 삽입물에 대한 생물학적 반응 기전을 규명하는 것이 이러한 단점을 줄이는데 필수적이다. 이러한 생물학적 반응은 에델만(Edelman) 등에 의하면 그 시기와 기전에 따라 크게 1) 혈전, 2) 염증 반응, 3) 신내피 세포막의 증식 및 4) 혈관 재형성 등의 4가지로 대별된다.

1) 혈전 형성은 스텐트 삽입 후 3일부터 발생하기 시작하여 임상적으로는 3일에서부터 10일 사이에 발생되는 스텐트 삽입술의 급성 및 아급성 합병증의 주요 원인이자 재협착의 한 요소이기도 하다. 일차적으로는 혈관벽 손상의 정도에 따라 그 정도가 다르며 혈소판의 응집, 활성화된 피브린(fibrin)의 침착과 적혈구의 응집으로 구성된다. 혈관의 손상 정도, 스텐트 표면의 성상, 스텐트의 기하학적 구조 등이 혈전 형성 반응의 정도에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 일반적으로 혈전 형성 반응은 단순한 고식적 풍선 혈관 성형술에 비해 스텐트 삽입 시 그 반응이 더욱 격렬한 것으로 알려져 있다.

2) 염증 반응은 기본적으로 외부로부터 삽입된 이물질인 스텐트에 대한 조직 반응으로서 실험적으로는 삽입 후 15분에서부터 나타나기 시작하여 56일까지도 관찰되는 반응으로 임파구, 호산구, 조직구와 혈소판들이 혈관 내면에 침착되고, 이들 세포로부터 각종 시토킨(cytokine), 성장 인자 및 미토겐(mitogen)들이 분비되어 여러 염증 반응을 일으키며, 차후의 혈관 신내피 증식(neointimal hyperplasia)에 관여한다. 고식적인 단순 풍선 혈관 성형술에 비해 스텐트 삽입술 시에 그 반응이 더욱 격렬하며, 스텐트 시술 시에도 (1) 스텐트 제작시 사용 물질, (2) 스텐트의 표피 처리 여부 및 사용 물질, (3) 스텐트 디자인 등이 영향을 미치는 것으로 알려져 있는데, 참고적으로 금속 중에서도 구리가 반응이 더욱 격렬하며, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 등과 같은 합성 폴리머로 코팅된 경우에 반응이 더 격렬하다. 아울러 디자인 상 슬롯티드 튜브 형(slotted tube type)의 스텐트가 파형 컨쥬게이트 링 타입(corrugated conjugate ring type)의 스텐트 보다도 반응이 더욱 격렬하다.

3) 신내피막(neointima)의 증식 반응은 재협착의 주요 기전으로 인식되고 있으며 혈관 평활근 세포(Vascular Smooth Muscle Cell; VSMC)의 증식에 의한다. 단순 풍선 혈관 성형술에서 보다 스텐트 삽입술 시에 그 반응이 더 심하며, (1) 혈관 손상의 생물학적 정도, (2) 스텐트 삽입 직후 혈관 내경의 크기, (3) 스텐트의 기하학적인 변형, (4) 스텐트 지주(strut)의 성상 등이 증식반응의 정도에 관여하는 것으로 알려져 있다. 기존에는 어떠한 스텐트도 이러한 증식 반응을 효과적으로 억제하지 못하는 것으로 알려져 왔으나, 최근에 혈관 평활근 세포를 억제하는 물질들로 알려진 라파마이신(rapamycin)이나 택솔(taxol) 등을 도포한 DES(drug eluting stent)가 재협착을 스텐트 삽입 이후, 초기 및 중기에 줄이는 것으로 알려져 있다.

4) 혈관 재형성 반응은 혈관의 내경 이외에 외피까지도 포함하는 전체 혈관의 크기가 혈관 중재술 이후에 변화하는 반응으로, 그 크기가 증가하는 긍정적 혈관 재형성 및 그 크기가 감소하는 부정적 혈관 재형성이 모두 존재한다. 단순 풍선 성형술 시에 스텐트 삽입술에 비해 그 반응의 정도가 심하다. 탄성적 재꼬임 (elastic recoil)과 혈관 손상에 따른 외피의 소혈관 반응 및 상흔 반응이 관여하는 것으로 알려져 있으며 스텐트 삽입술의 경우에는 그 반응의 정도가 덜하지만 완전히 극복된 것은 아니다.

이러한 스텐트 삽입술 이후에 발생하는 만성 합병증인 혈관 내피 증식에 의한 재협착을 줄이려는 노력도 거듭되어 혈관 내 방사선 조사 요법과 함께 전술한 DES(drug eluting stent)가 개발되었다. 방사선 조사 요법은 초기에 혈관 외부에서 방사선을 조사하는 방법을 채택하였으나 혈관 병변의 재협착을 막지 못하였다.

이후 혈관 내 조사 요법이 시도되었으며 여기에는 베타선( -ray) 및 감마선( -ray)이 사용되었다. 베타선( -ray) 조사 요법은 비교적 사용 장비가 간단한 데 반하여 초기에 혈관 내피세포의 파괴가 지속되므로 혈전 형성이 잘되는 단점이 있어 평생 항혈전 요법이 필요한 반면, 감마선( -ray) 조사 요법은 혈전 형성에서 베타선에 비해 유리한 점이 있으나, 사용 장비의 비용이 많이 소요되는 단점이 있다. 어떠한 파장을 사용하더라도 방사선 조사요법은 혈관 병변 변연부에 다시 재협착이 발생하는 소위 캔디 래퍼(candy-wrapper) 현상이 존재하며 재협착을 완전히 방지하지 못하는 불완전한 치료법으로서, 그 사용이 점차 감소 추세에 있으며 현재는 약물 도포 스텐트 사용 후에 발생하는 재협착 병변의 치료에 그 이용이 국한되고 있는 실정이다.

약물 도포 스텐트 시스템은 이와 같은 방사선 조사 요법의 단점을 크게 개선한 방법으로 약물에 의해 비교적 선택적으로 혈관 내피 내에 존재하는 혈관성 평활근 세포에 작용하는 치료요법으로 생물학적 접근을 시도한다는 점에서 주목 받고 있다.

한편, 본 발명에 따른 약물 전달 시스템에 사용되는 파클리탁셀(paclitaxel)은 전술한 대로 세포 주기상 증식 주기인 M 기에 세포 내에서 마이크로튜불(microtubule)을 안정화시켜 세포분열을 방지함으로써 세포의 증식을 억제하는 세포 독성 효과를 나타내는 항암물질로서, 1990년대 유방암이나 난소암, 비소세포성 폐암 등 주로 고형 악성 종양에 탁월한 효과를 보였다. 아울러 실험 쥐에서 항암 효과를 보이는 파클리탁셀 농도의 100분의 1정도로도 혈관 성형술 이후 신형성 내피의 혈관성 평활근 세포의 증식을 억제한다는 것이 밝혀졌다. 또한 파클리탁셀을 이용한 약물 방출 스텐트를 관상동맥 재협착의 실험돼지 모델에 적용하였을 때 신내피의 증식을 억제하는 것이 입증되었고, 임상전 실험에서도 재협착률이 거의 0%에 가까운 좋은 성적을 보였다. 그러나 파클리탁셀은 약물 동역학 상 소수성이 높아 수용성이 극히 낮다.

이를 극복하기 위한 방법으로 전신적 투여를 위한 수용성 확보를 위하여 사용되는 첨가물인 크레모퍼(Chremophor) EL 및 에탄올과 관련된 과민 반응이 임상적으로 문제가 되었다. 하지만 세포 증식 억제 효과가 탁월한 만큼 이 약물을 임상적으로 이용하려는 시도는 광범위하게 이루어져 왔으며, 특히 국소적으로 특정 지역에 파클리탁셀을 다량으로 전달하여 전신적인 부작용을 감소시키면서 특정 세포의 증식 억제 효과를 극대화하기 위한 방법이 모색되어 왔다.

이러한 목적을 위해 일반적으로 약물 전달에 탁월한 효과를 보이는 하이드로겔을 파클리탁셀의 전달 수단으로 이용하려는 시도가 꾸준히 있어 왔다. 일반적으로 하이드로겔 매트릭스(hydrogel matrix)들은 사용되는 물질의 성격에 따라서 대별되며 자연계에서 얻어지는 물질들로는 콜라겐, 젤라틴, 전분, 알기네이트, 키토산, 덱스트란 등이 있으며, 합성 폴리머에 기초한 것들로는 폴리 N-비닐피롤리돈(poly-N-vinylpyrrolidone), 폴리비닐알코올(poly-vinylalcohol), 폴리포스파젠(polyphosphazene), 폴리에틸렌옥사이드-베타-폴리프로필렌옥사이드 공중합체(polyethyleneoxide- -polypropyleneoxide), PL(G)A/PEO/PL(G)A 공중합체, PVA-g-PLGA 그라프트 폴리머, PEGT-PBT 공중합체(Polyactive), MA-올리고락타이드-PEO-올리고락타이드-MA(MA-oligolactide-PEO-oligolactide-MA) 등이 있으며, 반응성 폴리머들로는 메타크릴레이트(methacrylate)[pH 의존성 스웰링 (swelling)], 폴리-N-이소프로필아크릴아미드(poly-N-isopropylacrylamide) (LCST), PEO-PPO-PEO(Pluronics), PEO-PPO-PAA 그라프트 공중합체(LCST), PLGA-PEO -PLGA(LCST) 등이 있다.

일반적으로 새로운 약물 투여 방법의 개발 방향은 나노 테크놀로지를 이용한 고분자(macromolecule)를 장시간에 걸쳐서 지속적으로 분비되게 하는 방향과 함께 특정 지역에 국한하여 국소적으로 다량 투입하는 소위 표적 지향적 전달(targeted delivery)에 치중되고 있는데 안정성에 대해서는 아직 논란의 여지가 많다.

현대의학의 혈관 중재술에서 각광을 받고 있는 DES(drug eluting stent)는 혈관에 삽입되는 스텐트의 표면에 혈관 내피로 이동한 혈관성 평활근 세포들의 증식을 억제하는 물질들인 라파마이신(rapamycin)이나 택솔(taxol) 등을 도포한 것이다. 이미 동물 실험과 임상 전단계 실험을 거쳐 임상적으로 사용되고 있으며, 국내에서도 존슨 앤 존슨(Johnson & Johnson)사의 사이퍼(CYPHER) 스텐트가 시판되어 사용되고 있다. 사이퍼 스텐트는 라파마이신을 도포한 스텐트로 임상 전단계 실험에서 기존의 비약물 스텐트에 비해 재협착률이 유의하게 낮은 좋은 결과를 보이고 있으나, 이도 완벽한 것은 아니어서 당뇨병 환자에서는 삽입 후 1년 내에 재협착률이 17%에 달하는 것으로 알려져 있다. 이러한 재협착은 주로 병변의 중심부보다는 스텐트의 양 극단부에 주로 발생하여 도포 상태에 따른 약물 효과의 불균등성에 기인한 것으로 추정된다. 아울러 스텐트 1개당 원화로 380만원에 이르는 고가로서 현재는 보험 급여를 받지 못하고 있어 일반인들에게는 쉽게 사용되기 어려운 단점이 있다.

그 외에도 당뇨병 환자에서는 다른 질환군에 비해 유의하게 재협착률이 높은 것으로 보아 도포 약물의 농도가 충분하지 못하거나, 또는 약물 체류기간이 내피 증식기에 비해 상대적으로 짧아 내피 증식을 충분히 억제하지 못하거나,약물을 포함한 매트릭스 위에 약물을 포함하지 않는 매트릭스가 별도로 존재함으로써 통상적으로 시술 직후 15분부터 발생할 수 있는 내피 증식기에 즉각적으로 적절한 시간에 작용하지 못하는 것으로 추정된다. 곧 병변의 재협착 위험도에 관계없이 이미 스텐트에 도포된 용량의 라파마이신만을 정해진 시간대에 이용하는 제한성을 지니고 있다.

이러한 단점을 극복하면서도 비교적 저렴한 비용으로 약물 도포 스텐트와 유사하거나 이론적으로는 더 우월한 효과를 보일 수 있는 약물 투여 시스템의 개발이 요청되고 있다.

이에, 본 발명자들은 기존의 혈관 중재술에 평상적으로 사용되는 풍선에 바로 적용할 수 있는 약물 전달 시스템으로 이론적으로는 약물 도포 스텐트와 유사하거나 우월한 효과를 보이고, 가격도 저렴하면서 이용 범위도 더욱 광범위한 약물 전달 시스템을 개발하고자 예의 노력한 결과, 본 발명을 완성하게 되었다.

특허등록 10-0907971호

본 발명의 목적은 혈관 중재술에서 경피적 확장술이나 스텐트 삽입술을 시행받은 병변에서 내피 증식을 억제하는 물질을 목표 병변까지 운송하여 혈관의 내경이 다시 좁아지는 재협착을 예방하거나 치료하기 위한 새로운 약물 전달 시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하이드로겔-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트 층의 외부가 MPC(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine)층의 박막으로 도포된 것을 특징으로 하는 혈관 재협착 예방 또는 치료용 약물전달 시스템을 제공한다.

본 발명은 또한 상기 하이드로겔-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트 층의 외부와 내부가 MPC(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine)층의 박막으로 도포된 것을 특징으로 하는 혈관 재협착 예방 또는 치료용 약물전달 시스템을 제공한다.

상기 하이드로겔-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트는 mPEG-티오미데이트(mPEG-thiomidate)-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트인 것을 특징으로 할 수 있고, 또한, 상기 하이드로겔-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트 층에 택솔이 도포된 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 약물전달 시스템은 부속물로 혈관 확장에 이용하는 풍선에 장착되는 소형튜브(microtube)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 동맥 경화의 기전으로 인해 관상동맥과 경동맥 및 말초 혈관에 발생한 죽상종 병변에 대해 기존의 고가의 약물 방출 스텐트에 의한 재협착률 감소와 유사하거나 보다 더 우수한 효과를 보다 더 저렴한 가격으로 실현할 수 있는 새로운 개념의 약물 전달 시스템을 제공하는 효과가 있다. 또한, 각 병변의 성상에 따라서 매트릭스에 혼합되는 택솔의 농도를 달리할 수 있어 각 병변에 대해 재협착의 위험도에 따라서 맞춤형 치료방법을 제공할 수 있는 장점도 있다. 이외에도 스텐트를 약물 전달 방법으로 사용하지 않으므로 혈관 중재술 시 굳이 스텐트를 사용하지 않아도 되는 소위 STL(stent-like lesion)에도 기존에 사용하였던 풍선에 약물 전달 시스템을 적용하여 사용할 수 있으므로 비용을 절감하면서 차후 병변의 재협착 방지 효과를 증대시키는 효과가 있다.

도 1 은 mPEG-티오미데이트-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트의 개략적인 합성과정을 나타내는 도시이다.
도 2 는 HSA-파클리탁셀과 mPEG-티오미데이트의 결합 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 3 은 mPEG-티오미데이트-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트의 SDS-PAGE 분석결과이다.
도 4 는 약물 전달 시스템을 위한 소형 튜브를 나타내는 것이다.
도 5 는 동물실험 결과로부터 얻어지는 혈관 절편의 조직학적 그림으로, (a)는 대조군, (b)는 본 발명에 따른 약물전달 시스템을 적용하여 시술한 군을 나타낸다.
도 6 은 파클리탁셀 양에 따른 LLI(late loss index) 및 평균 루미날 직경(Luminal diameter)을 나타내는 그래프이다.

본 발명은 극성물질로서 친수성(hydrophilic)을 지닌 하이드로겔 (hydrogel)을 글리세라이드(glyceride)를 이용하여 극성을 변화시킨 후, 세포 주기상 M 기에서 세포의 마이크로튜불(microtubule)을 안정화시켜 세포 분열을 방지함으로써 세포의 증식을 억제하여 임상적으로 재협착을 방지하는 효과를 지닌 택솔 (taxol)을 전달하는 약물 전달 시스템(Drug Delivery System; DDS)이다.

본 발명에 따르면, 혈관 중재술의 기존의 방법대로 치료 대상 혈관에 도관을 유도한 후에, 치료 대상 병변에 대해 일차적으로 유도 철선을 통과시킨다. 이후 이 유도 철선을 따라 풍선을 병변에 삽입하여 일차적으로 풍선 확장술을 시행한 다음에, 필요에 따라 약물이 도포되지 않은 기존의 고식적 스텐트를 삽입하는 시술을 행한다.

이후에 기사용한 풍선에 본 발명에 따른 약물 전달 시스템을 사용하여 혈관성 평활근 세포 억제물질인 택솔(taxol)을 도포시킨 후에 다시 병변 부위에 풍선을 삽입하여 다시 한번 풍선을 확장시킴으로써 약물 투여를 종료하는 방법이다.

이러한 약물 전달 시스템에서 약물을 전달하는 물질로 하이드로겔 (hydrogel)을 채택하였다. 하이드로겔은 친수성(hydrophilic) 물질로서 지질이 주성분을 이루는 세포막을 통해 세포 내로 침투하는데 비해 혈액 내에서 용해되는 현상이 더 심한 물질이기도 하지만 피부나 체내 심부 장기에 약물을 전달하는데 현재도 많이 사용되는 물질이다.

기존의 혈관 중재술에서는 이러한 장점을 지닌 하이드로겔을 이용하여 혈관 중재술에 유용한 약물을 국소적으로 투여하는데 이용하려고 시도하였다. 곧 혈관 확장 풍선 도관을 하이드로겔로 제작하여 목표 병변까지 약물을 전달하는 도구로 이용하려고 하였다. 그러나 이러한 방법에는 단점이 있어, 하이드로겔 카테터(hydrogel catheter)가 목표 병변에 도달한 후에 약물을 전달하는 과정에서 충분한 시간(대략 15분에서 30분 정도) 동안 확장되어 있어야 하므로 그 기간 동안에 허혈에 민감한 심근이나 뇌 실질 조직들은 임상적으로 허혈 상태에 빠지게 되는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 병변 원위부에 풍선 확장 중에도 혈류를 공급하는 관류 카테터를 개발하여 실험 중이지만 완전히 허혈을 제거하지는 못하는 것으로 알려져 있다.

본 시스템에서는 하이드로겔 카테터의 기존 방법의 단점을 극복하기 위하여 확장 풍선은 기존의 풍선을 그대로 사용하고 하이드로겔 카테터의 사용을 피하려고 하였다. 즉, 하이드로겔을 약물 운반 매트릭스로 이용하되, 1) 심근 허혈의 완화, 2) 하이드로겔 카테터의 추가적 사용에 따른 비용 상승의 회피, 3) 시술의 단순화 등을 고려하여, 하이드로겔을 포함한 매트릭스에 세포증식 억제 물질인 파클리탁셀(paclitaxel)을 배합하여 별도의 튜브에 저장하고 이를 체외에서 풍선에 도포하는 방법을 채택하였다. 본 시스템에서 사용하는 하이드로겔은 글리세라이드와 혼합하여 극성을 완화시킴으로써 약물을 포함한 매트릭스가 풍선 확장 후에 혈관 내벽에 장시간 체류할 수 있는 성질을 지니고 있다. 이는 임상적으로 내피 증식에 의한 재협착을 방지할 수 있는 충분한 기간 동안 파클리탁셀이 혈관 내벽에 존재할 수 있도록 하는 역할을 하고 있다.

소수성(hydrophobic) 물질인 파클리탁셀은 세포 주기 상 증식 주기인 M 기에 세포 내에서 마이크로튜불을 안정화시켜 세포분열을 방지함으로써 세포의 증식을 막는 역할을 하며, 주로 수동 확산(passive diffusion)에 의해 세포 내로 침투하여 작용하는 것으로 알려져 있다. 이런 성상을 지니는 파클리탁셀을 적절히 배합하기 위하여 친수성 물질인 하이드로겔에 적절한 글리세라이드를 혼합하여 사용한다.

아울러 본 발명에 따른 약물전달 시스템은 각 병변의 성상에 따라서 매트릭스에 혼합되는 파클리탁셀의 농도를 달리할 수 있어 각 병변에 대해 재협착의 위험도에 따라서 맞춤형 치료방법을 제공할 수 있는 장점도 있다. 또한 장착 약물을 달리하여 병변의 성격에 맞는 새로운 물질을 운송하는데에도 유용하게 활용될 것으로 기대된다. 이외에도 스텐트를 약물 전달 방법으로 사용하지 않으므로, 혈관 중재술시 굳이 스텐트를 사용하지 않아도 되는, 소위 STL(stent-like lesion)에도 기존에 사용하였던 풍선에 약물 전달 시스템을 적용하여 사용할 수 있으므로 비용을 절감하면서 차후 병변의 재협착 예방 또는 방지 효과의 증진을 기대할 수 있을 것으로 기대된다.

따라서 본 약물 전달 시스템이 적용될 수 있는 범위는 다음과 같다 :

1) 처음으로 시행되는 기존의 고식적인 관상동맥 스텐트 삽입 병변;

2) 처음으로 시행되는 경피적 관상동맥 풍선 성형술 요법에 부가적으로 재협착 방지를 위한 약물 투여 병변;

3) 기존의 경동맥, 기존의 관상동맥 스텐트 시술 후에 내피세포 증식으로 발생된 재협착이나 폐쇄 병변 (약물 방출 스텐트 포함);

4) 처음으로 시행되는 기존의 고식적인 경동맥 스텐트 삽입 병변;

5) 기존의 신동맥 스텐트 시술 후에 내피세포 증식으로 발생된 재협착이나 폐쇄 병변;

6) 처음으로 시행되는 기존의 고식적인 신동맥 스텐트 삽입 병변;

7) 처음으로 시행되는 경피적 신동맥 풍선 성형술 요법에 부가적으로 재협착 방지를 위한 약물 투여 병변;

8) 기존의 하지 말초동맥 스텐트 시술 후에 내피세포 증식으로 발생된 재협착이나 폐쇄 병변;

9) 처음으로 시행되는 기존의 고식적인 하지 말초동맥 스텐트 삽입 병변;

10) 처음으로 시행되는 경피적 하지 말초동맥 풍선 성형술 요법에 부가적으로 재협착 방지를 위한 약물 투여 병변.

본 시스템에서는 독성이 없으며, 항원성이 없어 면역 반응의 우려가 없는 합성 폴리머인 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol: PEG)을 이용하여 약물의 작용 반감기를 연장하고 파클리탁셀 단위에 의해 체내 탐식세포에 의한 흡수를 줄이고자 시도하였다. PEG는 독성이 매우 낮고, 수용성 및 지용성이 우수함과 동시에 항원성이 극히 낮을 뿐만 아니라 약물 동역학적으로 우수한 효과를 지녀 이와 같은 약물 전달 체계의 매체에 적합한 성질을 지니고 있다. 이상과 같은 이유로 본 약물 시스템이 채택한 매트릭스는 2kDa 및 5kDa의 중량을 지니는 모노메톡시-폴리-에틸렌글라이콜(monomethoxy-poly-ethyleneglycol: mPEG) 유도체인 mPEG-티오미데이트 (mPEG-thiomidate)를 사용하였다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다 할 것이다.

실시예 1: 파클리탁셀 -약물 전달 시스템의 제조

파클리탁셀-약물 운송 시스템의 제조과정은 다음과 같다. 먼저 PBS에 용해된 5㎎의 겔 여과 정제 인간 혈청 알부민(human serum albumin: HSA)을 30몰 가량의 파클리탁셀과 결합시킨 후 1시간 동안 실온에 방치시킨 후, 원심분리시킨 후에 PBS로 평형시킨 PD-10 탈염 칼럼을 통과하여 용존시킨 후 광범위하게 투석시켜 화합물을 정제하였다.

도 1 은 본 발명의 약물전달 시스템에 사용되는 mPEG-티오미데이트-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트의 합성과정을 나타낸다. PEG 유도체는 mPEG 2000 및 mPEG 5000을 건조된 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran)에 용해시킨 후, 소듐 나프탈렌(sodium naphthalene)용액을 점적하였다. 건조된 테트라하이드로퓨란에 용해된 7-브로모헵탄니트릴(7-bromoheptanenitrile) 용액을 위 용액에 서서히 첨가한 후 실온에서 하루 밤 동안 방치시킨 다음, 반응용액을 감압된 상태에서 농축 시키고 정제한 후 100 ㎖의 디에틸 에테르(diethyl ether)에 교반하면서 첨가하여 고체로 변화시킨 후 이를 다시 다이크로모메탄(dichromomethane) 대 메탄올이 93:7로 배합된 플래쉬 크로마토그래피(flash chromatography)를 이용하여 정제하였다. 티오미데이트 에스테르 염산염 (thiomidate ester hydrochlorid)은 에탄티올(ethanthiol)과 염화수소 가스를 이용하여 피너(Pinner) 합성법을 통해 해당 니트릴로부터 얻은 후에 차가운 무수화 디에틸 에테르를 이용하여 수 차례 세척한 후 -20 에 보관하였다.

이렇게 얻은 PBS-EDTA(100 mM 인산 나트륨, 100 mM NaCl, 1 mM EDTA, pH 7.4)에 5 ㎎/㎖ 농도의 HSA-파클리탁셀이 포함된 용액 0.5 ㎖을 아르곤을 이용하여 진공화 시킨 후, 이 용액을 분자량이 각각 2kDa 및 5 kDa인 고체 상태의 mPEG-티오미데이트 에스테르 염산염에 첨가한 후 실온에서 한시간 동안 방치시키고 이를 YM-10 막을 이용한 한외여과(ultrafiltration)법을 통하여 정제한 후 5㎖로 희석시켰다.

이후 이러한 희석과 한외 여과를 3회 반복하여 여분의 mPEG과 저분자 물질을 제거하고 최종 산물 0.5 ㎖를 취하였다. 이때, 5 배에서 150 배에 달하는 과잉 몰부피(molar excess)의 mPEG-티오미데이트 에스테르 염산염에 차례로 HSA-파클리탁셀을 첨가하여 mPEG-티오미데이트의 결합 곡선을 구하고 단백질 농도를 구하기 위하여 스펙트로포토메트리 및 수정 로리법(modified Lowry method)를 사용하였다(도 2). mPEG 결합물의 성상을 검사하기 위해서는 SDS-PAGE를 이용하였다. 도 3 은 mPEG-티오미데이트-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트의 SDS-PAGE 분석결과이다.

상기와 같은 방법으로 얻은 mPEG-티오미데이트-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트들의 단백질 변형(protein modification)의 정도는 0.1% 2,4,6-트리니트로벤젠술포닉산(2,4,6-trinitrobenzenesulphonic acid: TNBS) 용액을 40 에서 2시간 동안 인큐베이션 시킨 후 하비브(Habeeb) 방법을 이용하여 비색계(colorimetry) 방법으로 정량하였다.

이상과 같은 방법으로 얻은 mPEG-티오미데이트-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트가 혈관벽에 침투하여 수동 확산을 거쳐 세포 내로 안전하게 이동한 후에 전술한 대로 생물학적인 작용을 나타내도록 하기 위해서는 목표 지점의 병변(target lesion)에 까지 안전하게 도달할 수 있어야 하며, 이동과정에서 mPEG-티오미데이트-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트의 손실을 최소화시켜야 한다. 아울러 mPEG-티오미데이트가 혈관벽의 표면에 도포된 후에 혈액 내의 혈액 응고 시스템이 활성화되어 혈전을 형성하는 것을 막기 위한 노력을 기울여야 하는데, 이를 위해 이미 상용화되어 있는 MPC(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine)를 mPEG-티오미데이트-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트의 전면과 후면에 박막으로 도포하여 표면처리하였다.

아울러 기존의 혈관 중재술에서 이미 시행하고 있는 방법과 동일하게 아스피린 및 다른 항혈소판 제제인 플레탈(pletal) 및 티클로피돈(ticlopidone) 그리고 경우에 따라서는 클로피도그렐(clopidogrel) 등을 사용하였다. 아스피린은 항구적으로 사용하며 티클로피딘과 클로피도그렐은 각각 6개월, 그리고 티클로피딘은 2주일에서 4주일 정도 사용하는데, 이는 기존의 혈관 중재술에서 사용하는 방법과 동일하고 시술자의 필요에 따라 헤파린(heparin)을 사용하는 것도 기존의 방법과 동일하다.

실시예 2: 약물 전달 시스템의 풍선 표면 장착

이러한 약물 전달 시스템을 임상적으로 사용되고 있는 풍선의 표면에 장착하기 위해서는 비교적 손쉬운 수작업을 한번 거친다. 죽상종 병변을 확장하기 위하여 이미 일차적으로 확장된 풍선을 유도 카테터에서 꺼낸 후, 다시 원형에 가깝게 원래의 위치로 환원시켜 구경을 감소시키는 소형 튜브시스템이 모든 풍선 시스템에 이미 포함되어 있다.

일단 이 소형 튜브를 이용하여 풍선의 구경을 원위치로 환원시킨 후 이 풍선에 MPC로 박막 처리된 mPEG-티오미데이트-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트를 저장하고 있는 소형 튜브시스템(기존의 풍선 시스템에 존재하는 튜브보다도 구경이 0.5mm 정도 더 큼)을 통과시켜 약물 전달 시스템을 풍선에 장착하게 된다. 이 소형 튜브 시스템에는 시스템당 사용한 파클리탁셀 농도에 따라 각각 200 ㎍, 300 ㎍, 400 ㎍의 파클리탁셀을 함유하도록 되었다. 도 4 는 약물 전달 시스템을 위한 소형 튜브를 나타내는 도면이다.

이와 같이 일단 장착이 완료된 풍선에 유도 철선을 타고 카테터를 통과한 후 목표 병변에 도달하는 과정에서 시스템상 가장 외층에 존재하는 MPC층이 카테터나 혈관벽과의 물리적 마찰로 인해 소실되지만 mPEG-티오미데이트-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트 층과 풍선에 바로 인접하고 있어, 혈관 내에서 풍선 확장시 혈관의 가장 안쪽에 위치하게 되트 MPC 층이 온전히 존재하게 된다. 아울러 좀 더 고농도의 파클리탁셀의 투여가 요청되고, 혈관의 굴곡이 심하지 않아 심한 물리적 마찰이 예상되지 않을 때에는 두층만으로 구성된 약물 전달 시스템을 채택할 수 있다.

약물 장착 풍선을 목표 병변에 위치시킨 이후 약 60초 정도의 시간 동안에 통상적인 6기압에서 12기압 정도의 풍선 확장을 통해 혈관벽에 파클리탁셀을 포함한 mPEG-티오미데이트 컨쥬게이트 층을 밀착시킨다. 곧 혈관 벽과 바로 인접하여 mPEG-티오미데이트-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트 층이 존재하고, 혈관 내경의 가장 안쪽에 위치하는 MPC층이 목표 병변에 남고 풍선을 다시 빼내게 됨으로써 약물을 목표 병변에 도달시키는 작업이 종료된다. 필요시에는 60초 정도의 풍선 확장을 1회 반복 시행할 수 있다.

이러한 방법은 기존의 혈관 중재술을 통하여 목표 병변에 풍선 확장술을 시행하거나 스텐트를 삽입한 후 바로 풍선을 다시 한번만 더 확장하는 방법을 택하므로 시술이 비교적 용이하다. 시술 후 혈관 안쪽에 존재하는 MPC층은 이미 알려진대로 혈액 성분 중에서 인지질 성분을 흡착시켜 혈전 형성에 저항력을 지니는 생체 적합적인 층막(biocompatible membrane)을 형성하게 되고 그 안쪽에 존재하는 mPEG-티오미데이트-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트 층에서 파클리탁셀이 수동 확산 방법을 통해서 혈관벽에 존재하는 세포들에 침투한 후 세포 주기상 M 기에 작용하여 마이크로튜불의 기능을 억제함으로써 세포증식을 막는 작용을 나타낸다. 이는 이후 임상적으로 혈관 내피 증식에 의한 임상적인 재협착을 방지하는 효과를 나타내게 된다.

실시예 3: 동물실험

콜레스테롤이 풍부한 차우(chow)로 사육된 3.0 ㎏에서 3.5 ㎏정도의 뉴질랜드 화이트 래빗(white rabbit) 15마리를 대상으로 본 약물 시스템인 mPEG-티오미데이트-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트 투여군을 제1군(n=5), mPEG-티오미데이트 투여군을 제2군(n=5), 비약물 전달 시스템 투여군을 제3군(n=5)으로 하였다.

시험 3일 전부터는 차우에 아스피린과 클로피도그렐을 첨가하여 사육하였다. 케타민(ketamine)을 50 ㎎/㎏ 근육 주사한 후 자일라진(xylazine) 10 ㎎/㎏를 근주하여 마취를 유도하였다. 서혜부의 서혜인대(inguinal ligament) 직하부의 좌우측 대퇴동맥(femoral artery)들을 노출시킨 후, 헤파린 황산염(heparin sulfate) 1,000 U을 정주하여 혈액 응고를 방지하고 조영제(contrast media)로 채워진 3.0 ㎜ 구경에 20 ㎜ 길이의 관동맥 확장풍선으로 대동맥 이분지 직하부위의 장골 동맥(iliac artery)를 확장한 다음 확장된 풍선을 그대로 빼내는 방법으로 혈관내피세포를 파괴하였다.

이와 같은 풍선확장을 동일 부위에 3회 반복하여 완전한 혈관내피세포의 박탈을 시도하였다. 이후 이미 사용한 풍선에 1군에는 mPEG-티오미데이트-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트를 도포한 후 다시 한번 60초간 확장하였다. 좌측은 1회 확장, 우측은 2회 확장하였다. 이후 풍선을 감압하여 체외로 제거하였다. 동일한 방법으로 제2실험군에는 mPEG-티오미데이트를 도포한 후 확장하였고, 제3군은 약물 전달 시스템을 도포 장착하지 않은 채 풍선을 확장하였다. 이후 혈관 조영술을 시행하고 실험을 종료하였으며, 아스피린과 클로피도그렐이 첨가된 차우로 4주간 사육한 후 혈관 조영술을 다시 시행하고 치사량의 페노바비탈(phenobarbital)을 사용하여 실험 동물을 안락사시켰다.

이후 압력 관류 고정(pressure perfusion fixation)을 위하여 복부 중간부를 절개하여 하위 복부 대동맥을 노출시켜 제거한 후 식염수로 세척한 후 10% 포르말린이 포함된 PBS 용액을 80 ㎜Hg의 압력으로 15분간 관류시켰다. 관류 24시간 후 동맥 혈관을 탈수시킨 후 파라핀에 끼워넣었다.

이후 조직학적 검사를 위해서 5 마이크로 미터 절편을 획득하여 엘라스틱 반 기손(elastic van Gieson) 염색과 헤마톡실린-에오신(hematoxylin-eosin) 염색을 시행하고 현미경 하에서 관찰하여 사진 촬영을 시행한 후 혈관 내경, 혈관 내피 및 중피의 면적을 계산하였다. 이미 시행했던 2차례의 혈관 조영술은 이후 카필러(caliper)를 이용하여 협착의 정도를 계산하였다.이후 혈관 구경과 LLI(late loss index)를 계산하였다. 아울러 혈관 절편에서 잔류하는 파클리탁셀을 정량하였다.

실시예 4: 동물 실험 결과

동물 실험을 실시한 결과 도 5 에서 나타나는 바와 같이, 대조군에 비해, 본 발명에 따른 약물전달 시스템으로 시술된 판스군에서 우수한 결과를 얻을 수 있었다. 또한 혈관 조영술의 결과 파클리탁셀 및 대조군으로 처리된 내막(Intima) 및 매체(Media) 영역의 비교를 나타낸 표 1 과 같은 결과를 얻었다. 또한 파클리탁셀 양에 따른 LLI 및 평균 루미날 직경(Luminal diameter)은 도 6 에 나타난 바와 같다. 삽입후 파클리탁셀 회수율은 표 2 에 나타난 바와 같다. 한편, 파클리탁셀의 양에 따른 모포메트리(morphometry) 결과는 표 3 과 같았다.

파클리탁셀 및 대조군으로 처리된 내막(Intima) 및 매체(Media) 영역의 비교

	팍스(Pax) (n=10)	대조군 (n=10)
내막 영역, ㎟	0.15±0.13*	0.70±0.13
매체 영역, ㎟	0.62±0.17*	0.13±0.38
내막 대 매체 비율, %	22±18*	61±12

삽입후 파클리탁셀의 회수율

적용량	회수율
n ㎍	n	스텐트, ㎍	조직, ㎍	㎍	전체, ㎍	%
16.7±1.6	6	3.36±1.75	2.28±1.39	0.02±0.005	5.65±2.17	33.8
		(59.4%)	(40.2%)	(0.3%)	(100%)
177±8.5	4	63.68±8.45	55.43±13.92	0.93±0.860	120.02±15.03	67.8
		(53.0%)	(46.2%)	(0.8%)	(100%)

*해부기로부터 제거된 파클리탁셀

파클리탁셀의 양에 따른 모포메트리(morphometry) 결과

조직 사건(tissue event)	0	0.2	15	187
국소출혈 (focal hemorrhage)(%)
신내피(Neointima)	<1	9	18	25
매체 웰(media well)	ND	ND	6	28
조직 괴사(Tissue necrosis)	ND	ND	2	13
무정형의 침전물 (Amorphous deposits)(%)
신내피(Neointima)	ND	<1	31	68
매체 웰(media well)	ND	ND	6	53
염증(Inflammation)(%)	0.3	0.7	3.0	ND
혈전증(Thrombosis)(%)	ND	ND	ND	ND

상기 표 3 의 동맥 횡단면도는 파이 모양의 부채꼴로 나뉘어졌다. 이때, N은 스텐트 지주의 총수를 나타낸다. 조직병리학적 사건의 진동수는 (n X 100)/N이었고, n은 사건이 나타나는 부채꼴의 수를 나타낸다. 각 래빗당 평균 스코어는 인접, 중앙 및 말단 동맥 횡단면도로부터 계산되었다. 모든 래빗으로부터 얻어진 데이터는 주어진 량의 평균 스코어에서 계산되었다. ND는 측정할 수 없음을 표시한다. 염증의 존재가 지주(strut) 주변의 매우 온화하고 비원주형인 침윤물(infiltrate)로 발견되었다.

Claims (5)

1. 하이드로겔-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트 층의 외부가 MPC(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine)층의 박막으로 도포된 것을 특징으로 하는 혈관 재협착 예방 또는 치료용 약물 전달 시스템.
2. 하이드로겔-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트 층의 내부 및 외부가 MPC(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine)층의 박막으로 도포된 것을 특징으로 하는 혈관 재협착 예방 또는 치료용 약물 전달 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   하이드로겔-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트는 mPEG-티오미데이트(mPEG-thiomidate)-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트인 것을 특징으로 하는 약물 전달 시스템.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 하이드로겔-HSA-파클리탁셀 컨쥬게이트 층에 택솔이 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 약물 전달 시스템.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   부속물로 혈관 확장에 이용하는 풍선에 장착되는 소형 튜브(microtube)를 포함하는 것을 특징으로 하는 약물 전달 시스템.
   
   

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