KR20140117799A - 유무기 하이브리드 약물 전달체 및 이의 제조 방법 - Google Patents

유무기 하이브리드 약물 전달체 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유무기 하이브리드 약물 전달체 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인산 칼슘 입자의 표면을 이산화 규소로 코팅하고, 상기 이산화 규소가 코팅된 인산 칼슘 입자의 표면에서 온도감응 고분자를 중합시킨 유무기 하이브리드 약물 전달체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 유무기 하이브리드 약물 전달체는 인산 칼슘 화합물을 포함하는 구형 입자 코어부 표면에 실리카 쉘부를 코팅하여 인산 칼슘 화합물의 강도를 보완하면서, 상기 실리카 쉘부의 외곽을 다시 온도 감응성 고분자로 중합되게 하여 온도에 따라 약물을 흡장 방출 속도를 제어할 수 있다.

Description

유무기 하이브리드 약물 전달체 및 이의 제조 방법{ORGANIC INORGANIC HYBRID DRUG DELIVERY SYSTEM AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 유무기 하이브리드 약물 전달체 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인산 칼슘 입자의 표면을 이산화 규소로 코팅하고, 상기 이산화 규소가 코팅된 인산 칼슘 입자의 표면에서 온도감응 고분자를 중합시킨 유무기 하이브리드 약물 전달체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
온도-감응성 폴리머는 온도 변화에 따라 폴리머의 상이 변하는 폴리머를 말하여, 솔(Sol)에서 겔(Gel) 또는 겔에서 솔로 변한다. 이때, 일정 온도 이하에서는 솔이고 그 온도를 초과하면 겔로 변할 때 이때의 온도를 LCST(Low Critical Solution Temperature)라 하고, 이와 반대로 일정 온도 이상에서 솔이고 그 온도 미만에서 겔로 변할 때 이때의 온도를 UCST라고 하는데, 주로 LCST 형태의 폴리머가 주류를 이루고 있다(K. Park, Controlled Drug Delivery, 485, 1997).
온도-감응성 폴리머는 폴리머 골격에 결합되어 있는 소수성기와 친수성기의 균형에 따라 LCST가 변하며 일반적으로 친수성기의 함량이 증가하면 상전이 온도가 올라가고 소수성기가 증가하면 반대로 상전이 온도가 내려간다. 이러한 온도-감응성 폴리머는 약물 전달 시스템을 중심으로 하는 의료용 재료분야, 환경 분야, 화장품 분야 등 다양한 분야에서 응용 연구가 활발히 진행되고 있다. 예를 들어 온도-감응성 폴리머 겔에 각종 약물을 담지시킨 후에 온도를 변화시킴으로써 약물의 방출 속도를 제어하는 분야, 온도-감응성 폴리머를 효소에 결합시켜 온도-감응성 효소를 제조하여 효소 반응 후에 온도를 변화시킴으로써 생성물과 효소를 쉽게 분리할 수 있음에 따라 반응효율을 높이는 연구 등을 들 수 있다. 현재까지, 수십 종류의 온도-감응성 폴리머들이 보고되어 있으며, 이들을 본 발명에서 온도-감응성 폴리머로 사용할 수 있다. PNIPAm[poly(N-isopropylacrylamide] 또는 이들의 코폴리머가 LCST가 33.2℃이기 때문에 약물 전달 체계에 많이 이용되고 있다(E.Kokufuta et al., Macromolecules, 26, 1053, 1993). 이외에도 폴리메타크릴산(Polymethacrylic acid), 폴리(2-하이드로메타크릴산)[poly(2-hydromethacrylicacid)], 폴리(N,N'-디에틸아미노에틸) 아크릴레이트[poly(N,Ndiethylaminoethyl)acrylate], 폴리푸마르산(polyfumaric acid)이 사용될 수 있다.
생체 재료로서 사용되는 bioceramic 중 하이드록시아파타이트 (HAp)는 화학적으로 골과 하드 티슈의 미네랄 성분과 비슷한 성질을 지니고 있다. 생체 내에서 독성반응이 잘 일어나지 않으며, 경부조직뿐만 아니라 근육이나 피부 등과 같은 연부 조직에 대해서도 우수한 생체 적합성을 나타낸다.
CaP 마이크로 미립자는 결손 구조를 용이하게 수용하고 주변 세포가 증식하고 성장하도록 지지하며 최종적으로 새로운 골조직이 재생되도록 분해될 수 있기 때문에 골 결손 부위를 채우고 증대시키기 위해 임상적으로 사용하는 형태로서 관심을 받아 왔다(Sharma CP. et al., J Mater Sci Mater Med, 1999, 10(7), 383-8; Sharma CP. et al., J Biomater Appl, 2003, 17(4), 253-64; Kim CH et al., Tissue Eng A, 2010, 16(5), 1681-91).
HAp의 화학식은 [Ca10(PO4)6(OH)2]으로 칼슘 (Ca)과 인(P)의 화학적 비율이 1.67인 인회석으로 골의 주 구성 성분이며, 사람의 치아나 골 무기물 성분의 70~90%를 차지하는 세라믹 생체 재료이다. 또한 그 합성 온도에 따라 다양한 결정 상태로 만들 수 있고 생체 내 비흡수형부터 생체 흡수형까지 다양한 물리적 성질의 조절이 가능하므로 현재 가장 널리 사용되고 있는 세라믹 생체 재료들 중의 하나이다
또한, CaP 미립자의 하나의 주요한 장점은 약물 및 생체분자를 탑재하고 전달할 수 있는 능력이며, 이에 따라 치료 기능을 할 수 있다는 점이다(Sharma CP. et al., J Mater Sci Mater Med, 1999, 10(7), 383-8). CaP와 같은 생체 세라믹은 비면역원성이고 결합되는 약물에 대해 높은 친화성을 가지기 때문에 국부적인 약물 전달을 위한 적합한 방법으로서 이를 사용하여 왔다(Sharma CP. et al., J Biomater Appl, 2003, 17(4), 253-64).
최근 몇몇의 연구들은 단백질, 효소 및 항생제 등을 포함하는 다양한 약물의 효과적인 탑재 및 제어가능한 방출에 대한 CaP 마이크로 미립자의 이용 가능성을 보여주었다(Koplik EV. et al., Biomater, 2002, 23(16), 3449-54; Sharma CP. et al., J Biomed Mater Res, 2002, 61(4), 660-2; Tang R. et al., Chem Mater, 2007, 19(13), 3081-3)
본 발명은 인산 칼슘 입자와 온도 감응 고분자를 이용한 새로운 구조의 유무기 하이브리드 약물 전달체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 유무기 하이브리드 약물 전달체의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여
인산 칼슘 화합물을 포함하는 구형 입자 코어부;
상기 하이드록시 아파타이트 구형 입자 코어부 표면에 형성되는 실리카 쉘부; 및
상기 실리카 쉘부 표면에 형성되는 온도-감응성 폴리머 쉘부; 를 포함하는 유무기 하이브리드 약물 전달체를 제공한다.
본 발명에 의한 유무기 하이브리드 약물 전달체에 있어서, 상기 온도-감응성 폴리머는 폴리(N-이소프로필아크릴아미드)(PNIPAm), 폴리메타크릴산, 폴리(2-하이드로 메타크릴산), 폴리(N,N'-디에틸아미노에틸)아크릴레이트 및 폴리푸마르산 으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 유무기 하이브리드 약물 전달체에 있어서, 상기 인산 칼슘 화합물은 트리칼슘 포스페이트, 모노칼슘 포스페이트, 테트라칼슘 포스페이트, 디칼슘 포스페이트, 하이드록시 아파타이트 또는 이의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 유무기 하이브리드 약물 전달체에 있어서, 상기 유무기 하이브리드 약물 전달체의 입경은 550 ㎛ 내지 650 ㎛ 인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 유무기 하이브리드 약물 전달체에 있어서, 상기 약물이 단백질, 펩타이드, 합성화합물, 추출물 및 핵산으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 유무기 하이브리드 약물 전달체에 있어서, 상기 약물이 골다공치료제, 항생제, 항암제, 소염진통제, 항바이러스제, 항균제 및 호르몬으로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한,
인산 칼슘 화합물 구형 입자를 제조하는 단계;
상기 인산 칼슘 화합물 구형 입자 표면에 실리카 쉘부를 형성하는 단계;
상기 인산 칼슘 화합물 구형 입자 내에 약물을 담지시키는 단계; 및
상기 실리카 쉘부 표면에서 온도-감응성 폴리머를 중합시키는 단계; 를 포함하는 유무기 하이브리드 약물 전달체의 제조방법을 제공한다.
도 1에 본 발명에 의한 유무기 하이브리드 약물 전달체의 제조 공정을 개략적으로 나타내었다.
본 발명에 의한 유무기 하이브리드 약물 전달체의 제조방법에 있어서,
상기 실리카 쉘부 표면에서 온도-감응성 폴리머를 중합시키는 단계는
상기 실리카 쉘부 표면을 개질시키는 단계;
상기 개질된 실리카 쉘부에서 온도-감응성 폴리머를 중합시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 유무기 하이브리드 약물 전달체의 제조방법에 있어서, 상기 실리카 쉘부 표면을 개질시키는 단계에서는 이중 결합을 가지는 silane coupling agent를 이용하여 실리카 쉘부 표면에 C=C 이중 결합을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 유무기 하이브리드 약물 전달체의 제조방법에 있어서, 상기 silane coupling agent 는 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate 인 특징으로 한다.
본 발명에 의한 유무기 하이브리드 약물 전달체의 제조방법에 있어서, 상기 실리카 쉘부 표면에서 온도-감응성 폴리머를 중합시키는 단계에서는 가교제로서 N,N'-methylenebisacrylamide, 개시제로서 potassium persulfate 를 사용하여 라디칼 중합에 의해 온도-감응성 폴리머가 중합되는 특징으로 한다.
본 발명에 의한 유무기 하이브리드 약물 전달체의 제조방법에 있어서, 상기 제조된 약물 전달체에 약물을 담지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 유무기 하이브리드 약물 전달체는 인산 칼슘 화합물을 포함하는 구형 입자 코어부 표면에 실리카 쉘부를 코팅하여 인산 칼슘 화합물의 강도를 보완하면서, 상기 실리카 쉘부의 외곽을 다시 온도 감응성 고분자로 중합되게 하여 온도에 따라 약물을 흡장 방출 속도를 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 유무기 하이브리드 약물 전달체의 제조 공정을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서 제조된 인산칼슘 마이크로 입자의 SEM 사진을 측정한 결과를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 제조된 인산칼슘 마이크로 입자의 EDS분석 결과이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 제조된 인산칼슘 마이크로 입자의 열처리 전(a)과 후(b)의 FT-IR spectrum을 측정한 결과이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 제조된 인산칼슘 마이크로 입자의 TGA 분석 결과를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 제조된 이산화규소가 표면 코팅된 인산칼슘 마이크로 입자 및 단면에 대해 SEM 사진을 측정한 결과를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 제조된 이산화규소가 표면 코팅된 인산칼슘 마이크로 입자의 EDS 분석 결과를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서 제조된 이산화규소가 표면 코팅된 인산칼슘 마이크로 입자의 FT-IR 분석 결과를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에서 제조된 PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 입자에 대해 SEM 사진을 측정한 결과를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에서 제조된 PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 입자의 FT-IR 을 측정한 결과를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에서 제조된 PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 입자의 TGA 를 분석한 결과를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 실시예들에서 제조된 CaP 마이크로 입자들의 크기 및 입도를 분석한 결과를 나타낸다.
도 13 내지 15는 본 발명의 실시예들에서 제조된 CaP 마이크로 입자들의 약물 방출 실험을 실시한 결과를 나타낸다.
이하에서는 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이하의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1> 입자가 담지되지 않은 유무기 하이브리드 약물 전달체의 제조
< 실시예 1-1> 인산 칼슘 마이크로 입자 합성
인산칼슘 마이크로 입자는 urea 분해를 위한 urease를 사용하여 pH 를 증가시킴으로써 하이드록시아파타이트(HAp)를 재결정시키고, water-in-oil emulsion 방식에 의해 제조하였다.
이차증류수 40 mL 에 하이드록시 아파타이트(HAp) 0.2 g 을 넣고 HCl을 이용하여 pH 2.5로 조절하였다. 상기 하이드록시 아파타이트(HAp)가 녹아있는 산성 용액에 urea 0.2 g 을 넣고 400 rpm으로 1시간 동안 실온에서 교반하고, NaOH를 이용하여 pH 4.3으로 조절하여 urea 활성화 조건을 만들고 urease 0.1 g 을 넣고 10분 동안 교반하였다. 하이드록시 아파타이트(HAp)의 재결정이 일어나면, mineral oil 100 g 과 분산제인 span 85 1mL 가 섞여있는 용액에 HAp, urea, urease가 섞여있는 용액을 떨어뜨리고, 이후 1000 rpm에서 4시간 동안 교반하였다.
반응 후, 3000 rpm에서 10분 동안 원심분리하여 오일을 분리시키고 여액을 제거하여 에테르로 남아있는 오일을 제거하고, 만들어진 인산칼슘 마이크로 구형 입자를 실온에서 진공 건조하였다. 인산칼슘 마이크로 입자에 남아있는 유기물질을 제거하기 위해 700 ℃까지 2시간 동안 온도를 올리고, 4시간 동안 온도를 유지하여 열처리하였다.
< 실험예 1-1> SEM 사진 측정
제조된 인산칼슘 마이크로 입자의 SEM 사진을 측정하고 그 결과를 도 2 에 나타내었다. 도 2 에서(A), (B) 는 열처리 전을 나타내고, (C), (D) 는 열처리 후의 인산칼슘 마이크로 입자의 SEM 사진을 나타낸다. 도 2 에서 합성된 인산칼슘 마이크로 입자가 구형임을 확인할 수 있었다.
< 실험예 1-2> EDS 측정
인산 칼슘에 있어서, Ca/P의 mole 비율이 1 이하일 경우, 생체에 적합하지 않다는 것이 이미 알려져 있다(Lee SC, Choi HW, Lee HJ, Kim KJ, Chang JH, Kim SY, Choi J, Oh KS, Jeong YK, "In-situ synthesis of reactive hydroxyapatite nano-crystals for a novel approach of surface grafting polymerization" J. Mater. Chem., 2007; 17; 174-180).
본 발명에 의하여 합성된 인산칼슘의 원소 분석과 화학조성을 EDS 로 확인하였다. 얻어진 인산칼슘 마이크로 입자를 금 코팅을 하고, EDS와 연결된 SEM (Topcon SM-300 Scanning Electron Microscope)으로 15 KV 교류전압에서 입자와 CaP의 원소분석을 하고 표면 및 단면적을 관찰하였다.
도 3은 합성된 인산칼슘 마이크로 입자의 EDS분석 결과이다. 분석 결과 CaP 마이크로 입자는 C, N, O, P, Ca로 이루어졌음을 알 수 있었다. 본 발명에 의해 합성된 인산칼슘 마이크로 입자의 Ca/P mole 비율은 1.17로 측정되어 생체에 적합한 것으로 확인되었다.
< 실험예 1-3 > FT - IR 측정
인산칼슘 마이크로 입자의 열처리 전(a)과 후(b)의 FT-IR spectrum을 측정하고 그 결과를 도 4 에 나타내었다.
도 4에서 인산칼슘 마이크로 입자의 열처리 전과 후에서 HAp의 phosphate (PO4 3-) peak가 1214 cm-1, 1063 cm-1, 990 cm-1에서 모두 나타났으나, 열처리 후에는 N-H 결합의 3539 cm-1, 3486 cm-1, 3073 cm-1, 1250 cm- 1와 O-H 결합의 2385 cm-1, carbonyl (C=O)의 1646 cm-1, 1415 cm-1, 875 cm-1, C-H 결합의 2973 cm-1, 2931 cm-1 peak가 사라지는 것을 확인할 수 있었다.
< 실험예 1-4 > TGA 측정
인산칼슘 마이크로 입자의 TGA분석을 통해 각 샘플의 유기물질 함량을 확인할 수 있다.
제조된 인산칼슘 마이크로 입자의 TGA 를 분석하고 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5 에서 인산칼슘 마이크로 입자의 무게 변화는 크게 120 ℃까지의 변화와 200 ℃ 이후의 변화로 나눌 수 있다. 초기 120 ℃까지의 무게변화는 인산칼슘 마이크로 입자 표면에 남아있던 수분의 의한 무게 감소로 판단된다.
메인 변화인 200 ℃ 이후의 변화에서는 약 13 wt%의 무게 감소가 있었다. 무게 감소는 분해되지 않고 남아있던 urea나 W/O emulsion에서 사용한 계면활성제에 의해 발생한다.
< 실시예 1-2 > 인산칼슘 마이크로 입자의 이산화규소 코팅
상기 실시예에서 제조된 인산칼슘 마이크로 입자가 쉽게 부서지는 성질을 보완하기 위해 인산칼슘 마이크로 입자의 표면을 이산화규소로 코팅하였다.
TEOS의 산 촉매 가수분해에 의해 인산칼슘 마이크로 입자의 표면에 SiO2 가 코팅되도록 5 mL 와 0.1 M HCl 1 mL을 혼합하고 실온에서 15분간 반응시킨 후, 상기 실시예에서 제조된 인산칼슘 마이크로 입자 0.1 g 을 넣어주었다. 이 혼합물을 cyclohexane 300 mL에 한방울씩 떨어뜨리고 mechanical stirrer를 사용하여 실온에서 4시간 동안 반응시킨다. 반응 후 필터하여 methanol로 수세하여준 뒤 실온에서 진공 건조하였다.
< 실험예 1-5 > SEM 사진 측정
상기 실시예 1-2 에서 제조된 이산화규소가 표면 코팅된 인산칼슘 마이크로 입자의 입자 및 단면에 대해 SEM 사진을 측정하고 그 결과를 도 6 에 나타내었다.
도 6에서 CaP 마이크로 입자 표면뿐만 아니라 CaP 마이크로 입자 사이도 Silica에 의해 모두 둘러싸인 것을 확인할 수 있다.
< 실험예 1-6> EDS 측정
상기 실시예에서 제조된 이산화규소 코팅 인산칼슘 마이크로 입자의 EDS 를 분석하고 그 결과를 도 7 에 나타내었다.
도 7 에서 이산화규소가 코팅된 인산칼슘 마이크로 입자는 Si, C, O, P, Ca로 구성되며, Si의 함량이 약 31 wt%로 인산칼슘 마이크로 입자 표면에 SiO2가 합성된 것을 확인할 수 있었다.
< 실험예 1-7> FT - IR 측정
상기 실시예에서 제조된 이산화규소 코팅 인산칼슘 마이크로 입자의 FT-IR 를 분석하고 그 결과를 도 8 에 나타내었다.
도 8에서 이산화규소 코팅 인산칼슘 마이크로 입자의 FT-IR spectrum은 인산칼슘 마이크로 입자의 FT-IR spectrum 과 유사하나 795 cm-1에서 Si-O의 새로운 peak이 나타났다. 또한 Si-O-Si 결합의 1145 cm-1, 1081 cm-1 peak와 Si-OH 결합의 946 cm-1 peak가 넓게 나타나 CaP 마이크로 입자에 SiO2가 코팅된 것을 확인할 수 있었다.
< 실시예 1-3> C=C 결합 형성을 위한 표면 개질
상기 실시예 1-2 에서 합성된 이산화규소 코팅 인산칼슘 마이크로 입자의 표면을 3-MOP로 표면 개질을 하여 C=C 를 형성하였다.
건조된 이산화규소 코팅 인산칼슘 마이크로 입자 0.05 g과 3-MOP 2 mL, water/ethanol 10 mL/80 mL을 함께 넣고 24시간 동안 실온에서 반응시킨다. 반응 후, 반응하지 않은 3-MOP를 제거하기 위해 ethanol로 수세하고 50 ℃ 진공오븐에서 건조하여 3-MOP modified SiO2-CaP 마이크로 입자를 합성하였다.
< 실시예 1-4> NIPAm 중합
3-MOP 로 표면 개질된 이산화규소 코팅 인산칼슘 마이크로 입자의 표면에서 온도 감응성 고분자인 NIPAm 를 중합시켰다.
단량체인 NIPAm 은 hexane에서 재결정하여 사용하였다. two-neck flask에 상기 실시예에서 제조된 3-MOP 로 표면 개질된 SiO2-CaP 마이크로 입자 0.1 g과 단량체인 NIPAm 0.2 g, 가교제인 MBA 0.1 g 을 30 mL 이차수에 넣어 mechanical stirrer를 사용하여 질소 분위기에서 30분간 교반하였다. 이 혼합물에 개시제인 KPS 0.01 g와 sodium metabisulfite 0.01 g을 이차수 1 mL에 녹인 수용액을 넣어 4시간 동안 반응하여 PNIPAm가 표면 중합된 PNIPAm /SiO2-CaP 마이크로 입자를 얻었다. 합성된 PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 입자의 반응하지 않고 남아있는 NIPAm을 제거하기 위해 증류수로 수세하여 진공 건조하였다.
< 실험예 1-8 > SEM 사진 측정
상기 실시예 1-4 에서 제조된 PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 입자에 대해 SEM 사진을 측정하고 그 결과를 도 9 에 나타내었다.
도 9에서 PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 입자의 표면은 울퉁불퉁하고 PNIPAm으로 완전히 둘러싸인 것을 확인할 수 있다. PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 입자의 평균 크기는 593.3 ㎛ 인 것으로 확인 되었다.
< 실험예 1-8> FT - IR 측정
상기 실시예 1-4 에서 제조된 PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 입자에 대해 FT-IR 을 측정하고 그 결과를 도 10 에 나타내었다.
도 10 에서 분석 결과 C=O 결합을 2984 cm-1, 1650 cm-1, 1461 cm- 1 의 peaks을 통해 확인 할 수 있었고, PNIPAm의 C-H 결합을 3080 cm-1과 2973 cm- 1 의 peaks을 통해 확인하였다. 또한 3439 cm-1, 3305 cm-1, 1545 cm-1, 1370 cm- 1 의 N-H 결합을 확인하였다. 이 결과 이산화규소 코팅 인산칼슘 마이크로스피어 표면에 PNIPAm이 합성된 것을 확인할 수 있다.
< 실험예 1-9 > TGA 측정
상기 실시예 1-4 에서 제조된 PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 입자 의 TGA 를 분석하고 그 결과를 도 11에 나타내었다. 도 11에서 TGA 분석 결과 100 ℃ 이하에서 PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 구형 입자의 표면에 남아있던 수분으로 인한 무게 변화가 나타났고, 300~400℃ 까지 PNIPAm에 의해 45 Wt%의 무게 감소가 일어나 이산화규소로 코팅된 인산칼슘 화합물 구형 입자의 표면에 PNIPAm이 합성된 것을 확인할 수 있었다.
< 실험예 1-10 > 입도 분석 및 입자 크기 비교
상기 실시예 1-4 에서 제조된 PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 구형 입자의 입자 크기 및 입도를 분석하고 그 결과를 도 12 에 나타내었다.
도 12에서 CaP 마이크로 입자와 SiO2-CaP 마이크로 입자, PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 입자의 평균 크기는 각각 459.7 ㎛ , 499.0 ㎛, 593.3㎛ 로 나타났다. SiO2-CaP 마이크로 입자 표면에 PNIPAm 이 중합되었기 때문에 PNIPAm/ SiO2-CaP 마이크로 입자의 크기가 가장 컸고, SiO2 와 PNIPAm 에 의해 마이크로 입자가 코팅될수록 입자 크기가 커지는 것을 확인할 수 있었다.
< 실시예 2> DOX 가 담지된 PNIPAm / SiO 2 - CaP 마이크로 구형 입자의 제조
상기 실시예 1-3 에서 합성된 표면 개질된 이산화규소 코팅 인산칼슘 마이크로 입자에 항암제인 DOX 를 담지하였다.
이차수 1 ml 에 DOX 1 mg 을 용해시키고 상기 실시예 1-3 에서 합성된 표면 개질된 이산화규소 코팅 인산칼슘 마이크로 입자를 12시간 동안 담가놓은 후 실온에서 진공 건조 하였다.
이후 상기 실시예 1-4 와 같은 방법으로 NIPAm 를 표면에서 중합시켜서 DOX 가 담지된 PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 입자를 제조하였다.
< 비교예 > SiO 2 - CaP microspheres 합성
상기 실시예 1-2 까지 합성된 이산화규소 코팅 인산칼슘 마이크로 입자를 비교예로 하였다.
< 실험예 > 약물 방출 패턴 확인
상기 실시예 2 에서 제조된 DOX 가 담지된 PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 입자와 상기 비교예에서 제조된 SiO2-CaP 마이크로 입자의 방출 패턴을 확인하였다.
5 mL phosphate buffer (pH 7.4, 10 mM)에 넣어 37 ℃와 25 ℃ shaker에서 160 rpm으로 각각 유지주면서, 일정 시간마다 새로운 phosphate buffer 5 mL로 교체하여 얻은 buffer는 UV-Vis를 통하여 482 nm와 321 nm에서 흡광도를 측정하였고, 일정 시간간격으로 25 oC와 37 oC로 온도를 교대로하여 같은 방법으로 실험을 진행하였다.
도 13은 DOX이 담지된 SiO2-CaP 마이크로 입자와 PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 입자를 10mM PBS buffer solution에서 25 ℃와 37 ℃의 조건으로 각각 방출실험을 진행한 결과이다.
실험 결과 SiO2-CaP 마이크로 입자에서 DOX의 방출은 25 ℃ (b) 보다 37 ℃ (a)에서 더 빠르게 방출되는 것을 알 수 있었다. 반면, PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 입자의 경우 SiO2-CaP 마이크로 입자의 경우보다 훨씬 천천히 DOX 방출이 일어나는 것을 확인하였고, 216 h 이상 약물 방출이 지속되는 것을 확인할 수 있었다. 초기 12 h동안은 약물의 burst release가 나타났다. 초기 burst release 이후, 25 ℃에서 PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 입자는 더 이상 DOX이 방출되지 않았지만 37 ℃의 경우 약물이 오랜 시간 지속적으로 방출되는 것을 확인할 수 있었다.
< 실시예 3> DOX 및 IMC 가 담지된 PNIPAm / SiO 2 - CaP 마이크로 구형 입자의 제조
상기 실시예 2 에서 합성된 DOX 가 담지된 PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 입자에 인도메타신(IMC)를 추가로 담지하였다. 에탄올 1 ml 에 IMC 를 녹이고 상기 실시예 2 에서 합성된 DOX 가 담지된 PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 입자를 침지하여 DOX 및 IMC 를 담지시키고, 이후 상기 실시예 1-4 와 같은 방법으로 NIPAm 를 표면에서 중합시켰다.
< 실험예 > 약물 방출 패턴 확인
상기 실시예 3 에서 제조된 DOX 가 담지된 PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 입자와 상기 비교예에서 제조된 SiO2-CaP 마이크로 입자의 방출 패턴을 확인하였다.
도 14는 PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 입자에서 DOX (A)과 IMC (B) 두 약물의 약물 방출 실험 결과를 보여준다. 도 14에서 보는 바와 같이 PNIPAm이 코팅된 마이크로 입자에서 초기 12 h까지 두 약물의 burst release가 나타났다. DOX과 IMC을 모두 포함하고 있는 PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 입자는 37 ℃에서 초기 burst release가 감소됨을 보였고 약물이 300 h간 동안 천천히 지속적으로 방출되는 것을 확인할 수 있었다.
도 15는 DOX과 IMC을 포함하고 있는 PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 입자에 일정 시간마다 온도 변화를 주어 약물방출 실험을 진행한 결과이다.
24 시간 마다 온도를 25 ℃와 37 ℃로 바꿔주면서 온도 변화에 따른 DOX과 IMC의 방출량을 확인하였다. 실험 결과 25 ℃에서는 DOX과 IMC의 방출량이 줄어들다가 37 ℃에서 다시 약물이 방출되는 on-off 형태를 따르는 것을 확인하였다. 낮은 온도에서 polymer는 swelling되어 polymer 안쪽에 있는 약물이 빠져 나오지 못하게 한다. PNIPAm의 LCST 보다 온도가 올라가면 polymer는 shrinking 되고, polymer의 기공에 채워져 있던 약물이 squeezing 되면서 밖으로 빠져 나온다. PNIPAm/SiO2-CaP 마이크로 입자의 LCST인 37 ℃부근에서 수화/비수화의 변화가 일어나고 그로 인해 25 ℃ 보다 37 ℃에서 약물이 더 빠르게 방출되는 것이다.

Claims (12)

  1. 인산 칼슘 화합물을 포함하는 구형 입자 코어부;
    상기 하이드록시 아파타이트 구형 입자 코어부 표면에 형성되는 실리카 쉘부; 및
    상기 실리카 쉘부 표면에 형성되는 온도-감응성 폴리머 쉘부; 를 포함하는 유무기 하이브리드 약물 전달체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도-감응성 폴리머는 폴리(N-이소프로필아크릴아미드)(PNIPAm), 폴리메타크릴산, 폴리(2-하이드로 메타크릴산), 폴리(N,N'-디에틸아미노에틸)아크릴레이트 및 폴리푸마르산 으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것인 유무기 하이브리드 약물 전달체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 인산 칼슘 화합물은 트리칼슘 포스페이트, 모노칼슘 포스페이트, 테트라칼슘 포스페이트, 디칼슘 포스페이트, 하이드록시 아파타이트 또는 이의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택되는 것인 유무기 하이브리드 약물 전달체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유무기 하이브리드 약물 전달체의 입경은 550 ㎛ 내지 650 ㎛ 인 것인 유무기 하이브리드 약물 전달체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 약물이 단백질, 펩타이드, 합성화합물, 추출물 및 핵산으로 이루어진 그룹중에서 선택되는 약물전달체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 약물이 골다공치료제, 항생제, 항암제, 소염진통제, 항바이러스제, 항균제 및 호르몬으로 이루어진 그룹에서 선택되는 약물전달체.
  7. 인산 칼슘 화합물 구형 입자를 제조하는 단계;
    상기 인산 칼슘 화합물 구형 입자 표면에 실리카 쉘부를 형성하는 단계; 및
    상기 실리카 쉘부 표면에서 온도-감응성 폴리머를 중합시키는 단계; 를 포함하는 유무기 하이브리드 약물 전달체의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 실리카 쉘부 표면에서 온도-감응성 폴리머를 중합시키는 단계는
    상기 실리카 쉘부 표면을 개질시키는 단계;
    상기 개질된 실리카 쉘부에서 온도-감응성 폴리머를 중합시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 약물 전달체의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 실리카 쉘부 표면을 개질시키는 단계에서는 이중 결합을 가지는 silane coupling agent를 이용하여 실리카 쉘부 표면에 C=C 이중 결합을 형성하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 약물 전달체의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 silane coupling agent 는 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate 인 것인 유무기 하이브리드 약물 전달체의 제조방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 실리카 쉘부 표면에서 온도-감응성 폴리머를 중합시키는 단계에서는 가교제로서 N,N'-methylenebisacrylamide, 개시제로서 potassium persulfate 를 사용하여 라디칼 중합에 의해 온도-감응성 폴리머가 중합되는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 약물 전달체의 제조방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 제조된 약물 전달체에 약물을 담지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 약물 전달체의 제조방법.
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