KR20160024853A - 당뇨병 치료를 위한 주사형 나노-네트워크 겔 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주사형 나노-네트워크를 통한 포도당-매개 인슐린 전달과 같은 치료, 예방 또는 진단 약물의 "지능형" 전달을 위한 시스템이고, 상기 주사형 나노-네트워크는 인슐린을 캡슐화하는 반대로 대전된 덱스트란 나노입자와 겔형 3D 골격을 형성하는 포도당-특이적 효소를 포함한다. 실시예에서 입증된 바와 같이, 본 발명의 시스템은 고혈당 조건에서 인슐린을 방출하기 위하여 효과적으로 해리되고, 포도당의 글루콘산으로의 포도당의 촉매 변환과 후속의 중합체 매트릭스 분해가 가능해진다. 이러한 제재의 설계는 자가-조절 및 장기간 당뇨병 관리를 위한 전달 전략을 제공한다.

Description

당뇨병 치료를 위한 주사형 나노-네트워크 겔{INJECTABLE NANO-NETWORK GELS FOR DIABETES TREATMENT}

관련 출원의 상호 관련성

본 출원은 2013. 4. 30에 출원된 미국 가출원 61/817,752와 2013. 8. 9에 출원된 미국 가출원 61/864,609의 우선권을 주장한다. 2013. 4. 30에 출원된 미국 가출원 61/817,752와 2013. 8. 9에 출원된 미국 가출원 61/864,609들은 전부 여기에 통합된다.

본 발명은 포도당 농도에 따른 치료, 예방 또는 진단 약제의 스마트형 또는 상호작용 전달 시스템에 관한 것이다.

당뇨병은 혈중 포도당의 축적으로써 혈당 조절의 장애이다. 보통 개인에서, 인슐린은 기초적으로, 통상 0.5 내지 1.0 단위/시간(units/hour)의 범위로 분비되고, 그 농도는 식후 증가한다. 혈중 포도당 농도의 증가에 응답하여, 췌장은 인슐린을 분비하고, 췌장은 세포 내로의 포도당 흡수를 자극하고 간에게 포도당 생산을 감소하도록 신호를 송출함으로써 혈중 포도당을 통상적인 농도로 복귀시킨다. 식사에 응답하여 2형태의 인슐린 방출이 있다. 초기 형태(간의 포도당 생산 중단을 위한 응답)는 2 내지 15분 동안의 식사시간에 발생하는 인슐린 방출 피크이다. 후기 방출은 약 2시간동안 연장된다. 식사 사이에 간은 포도당 저장을 정지하여 포도당을 뇌와 다른 조직에게 제공한다.

당뇨병은 췌장의 적당량의 인슐린을 생산하는 능력 감퇴 또는 불능으로 인한, 또는 세포의 인슐린의 합성 및/또는 방출 능력 감퇴 또는 불능으로 인한 만성적 고혈당증을 유발한다. 당뇨병에서, 식후 포도당 농도를 일으키는 제1형 응답의 효율성은 감소하거나 존재하지 않는다. 당뇨병은 전세계의 2억 8500 인류에 영향을 미치는 공중 건강의 중요한 문제이고, 이 숫자는 2030까지 4억 5천만 이상이 될 것으로 추정된다(Wild, et al., Diabetes Care, 27: 1047-1053 (2004). 포도당 조절의 기능장애는 1) 췌장의 f3-세포들의 자가면역-매개 파괴로 인한 불충분한 인슐린 분비(제1형 당뇨병) 또는 2) 인슐린 저항 및 분비의 장애(제2형 당뇨병) (Pickup, et al., Diabetes Metab. Res. Rev., 24: 604-610 (2008); Stumvoll, et al. Lancet, 365:1333-1346 (2005); and Kahn, Diabetes 43:1066-1084 (1994)로부터 발병한다.

빈번한 인슐린의 피하주사와 혈중 포도당 농도의 규칙적인 감시가 제1형 당뇨병 환자와 몇몇 제2형 당뇨병 환자의 치료에 필수적이다(Owens, et al., Lancet, 358:739-746 (2001)). 그러나, 그러한 자가 투여는 통증이 있고 필수적인 입원을 필요로 한다. 더욱 중요한 것은, 이 치료법은, 개방-루프식 인슐린 전달체계로 알려진, 동적 혈중 포도당 농도로 인하여 정상혈당을 유지하지 못한다(Jeandidier, et al., Adv. Drug Deliv. Rev., 35:179-198 (1999); Owens, et al., Nat. Rev. Drug Discov., 1:529-540 (2002)). 포도당의 농도를 정상적인 농도에 근접하도록 엄격하게 제어하지 못하는 것은 사지 절단, 실명, 신부전과 같은 많은 만성적 합병증 때문이다(N Engl J Med., 329:977-986 (1993)). 따라서, 췌장과 같이, 혈중 포도당 농도에 응답하여 연속적으로 그리고 지능적으로 인슐린을 인슐린을 방출할 수 있는 인공 폐-루프형 기구가 매우 바람직하다(Kumareswaran, et al. Expert Rev. Med. Devices, 6:401-410 (2009); Ravaine, et al., J. Control Release, 132:2-11 (2008)).

포도당 농도에 응답하여 연속적인 방출을 얻을 수 있는 직접적인 방법은, 포도당 감시 모이에티와 센서-작동식 인슐린 방출 모이에티를 하나의 시스템으로 통합하는 것이다. 현재까지 많은 포도당-응답형 제형과 장치들이 연구되어 이들은 주로 세가지 범주에서 유도된다: 1) 효소 작용-유발 응답 시스템에 기초하는 포도당 산화효소(GOx); 2) 응답시스템에 기초한 결합 렉틴 단백질 콘카나발린 A(Concanavalin A), 및 3) 합성 포도당-결합 시스템에 기초한 페닐보론산(PBA) (phenylboronic acid) (Ravaine, et al., J. Control Release 132:2-11 (2008)).

GOx에 기초한 시스템은 Lossef, et al.,의 미국특허 제4,364,385호에 개시되어 있다. 이 특허는 포도당 산화물 및 카탈라아제를 함유하는 반투과성, 이온적으로 대전된 멤브레인에 의해 분리된 부분을 포함한다. Taylor의 미국특허 제6,410,053 호는 덱스트란/콘카발린A 매트릭스안에 고정된 인슐린을 개시하고 있는데, 이 매트릭스는 포도당 농도에 변화에 응답하여 역으로 포도당을 차단하고 인슐린을 방출할 수 있다. PBA는 페닐 치환기와 보론에 부착된 2개의 하이드록실 기를 포함하는 보론산이다. PBA와 그 유도체는 포도당 및 프룩토오스와 같은 폴리올 분자와 함게 복합체를 형성하고, 폴리(비닐 알코올)과 같은 폴리올과 함께 안정적인 하이드로겔을 형성할 수 있다(Hisamitsu, et al., Pharm. Res., 14:289-293 (1997)). PBA의 폴리올과의 결합능력은 인슐린 전달 시스템과 결합하는 포도당을 제공하기 위하여 2가지 방법으로 연구되어 왔다. 하이드로겔은 N-이소프로필아크릴아미드 (NIPAM)에서 얻었고, PBA는 pH 9의 포도당 농도에 따라 증가되었고 수축되었다. 이 시스템은 페놀 고리상의 전기-구인성 기(electron-withdrawing group)로써 수용체의 화학적 구조를 수정함으로써 생리학적 pH 조건에서 작동하도록 수정되었다(Matsumoto, et al., Biomolecules, 4(5):1410-6 (2003)). 다른 연구들은 포도당 결합 인슐린을 제공하기 위하여 인슐린에 PBA 모이에티를 직적 결합하였다. 예를 들면, Hoeg-Johnson, et al.의 미국공개특허번호 20030186846는 아릴 보로네이트 모이에티와 같은 포도당 센서내의 구축물과 함께 인슐린 유도체로 만들어진 인슐린 전달 시스템을 개시하고 있다.

이들 포도당 인슐린 전달 시스템은 몇몇 제한사항을 가진다. 단백질-포함 플랫폼들은 생리학적 조건하에서 변질로 인하여 장시간 동안 비활동적이다. GOx 기반 응답은 추가적인 분해된 산소를 필요로 한다. Con A는 심각한 세포독성을 나타낸다. 이들은 이식가능한 응용들에 제한을 가한다(Ravaine, et al., J. Control Release 132:2-11 (2008)). PBA 시스템을 위하여, 생리학적 pH에서 또는 그 부근에서 포도당 농도의 변화에 응답하여 작동하는 기구들을 설계하기 위한 도전들이 남아 있다.

본 발명의 목적은 생리학적 pH에서 또는 그 부근에서 포도당 농도의 변화에 응답하는, 비독성 상호작용 또는 '지능형' 인슐린 전달 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 생리적 pH에서 인슐린 농도 변화에 대응하는 지능형 인슐린 전달 시스템을 투여함으로써 환자의 혈중 포도당 농도를 필요에 따라 조절하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 치료용, 예방용 또는 진단용 약물의 조절된 방출을 위한, 주사가능한 중합체의 나노입자-가교된 네트워크 제형을 개발하였다. 상기 제형은 산-분해성 폴리머 매트릭스, 포도당과 같은 생리학적 성분에 대한 성분 응답제, 및 치료용, 예방용 또는 진단용 약물로 형성된 입자들을 포함하고, 첫번째 복수의 입자들은 표면에 제1의 0이 아닌 전하를 가지고, 두 번째 복수의 입자들은 제2의 반대의 0이 아닌 전하를 표면에 가지며, 이들은 주사형 폴리머의 나노입자-가교된 네트워크를 형성하기 위하여 상호작용하고, 상기 응답성 산 성분은 생리학적 성분의 존재하에서 산을 생성하며, 이 치료용, 예방용 또는 진단용 약물을 방출하기 위하여 상기 폴리머를 분해한다.

췌장 활동과 포도당 농도 변화에 대응하여 인슐린의 방출을 최소화할 수 있는 인공의 "폐-루프" 시스템은 환자의 순응도와 건강을 개선할 수 있다. 인슐린의 자가-조절형 전달을 위한 포도당-매개형 방출 전략은 인슐린 및 포도당-특이적 효소로 로딩된 덱스트란 나노입자와 같은 반대극성의 폴리머 나노입자들 사이의 정전기 상호작용에 의해 형성된, 주사가능한 그리고 산-분해성 폴리머 네트워크를 사용한다.

포도당 매개 인슐린 전달을 할 수 있는, 주사형 고분자 나노입자 가교 네트워크(지정 나노 네트워크)는 바람직하게 혈당 조절형 인슐린 전달을 위한 산-분해 성 및 생체 적합성 매트릭스 물질로서 화학적으로 변형된 덱스트란(지정된 M-덱스트란)을 사용한다. 다른 매트릭스 물질이 사용될 수 있고, 여기서 상기 제제의 분해는 효소 활성, 산화환원 조건이나 포토 조사 등의 자극에 의해 유발된다.

상기 조성물은 제1 복수의 입자와 복수의 제2입자를 포함하고, 양자는 인슐린, 산-분해성 폴리머 매트릭스로 캡슐화된 포도당 산화 효소 ( "GOX")를 포함한다. 산 분해성 폴리머 매트릭스는 바람직하게 변형된 덱스트란 폴리머이다. 제1 복수의 입자는 양의 제타 전위를 부가한 키토산과 같은 표면 코팅을 가진다. 제2 복수의 입자는 음의 제타 전위를 부가한 알기네이트와 같은 표면 코팅을 갖는다. 조합으로, 제1의 복수의 입자와 제2의 복수의 입자는 나노네트워크 겔을 형성하고, 상기 겔은 전단 조건하에서 주사가능하고 비전단 조건하에서 강성을 가진다. 나노-복합체-기반의 다공성 구조는 고혈당 상태에서 존재할 때, 포도당의 글루콘산으로의 결정 변환을 통하여 인슐린을 방출하기 위하여 분해된다. 생체외 인슐린 방출은 포도당 농도에 응답하여 맥동적 형태로 변조될 수 있다.

생체내 연구는 상기 제형이 피하 분해성 나노 네트워크로 피하 투여되는 제1 형 당뇨병 마우스에서 개선된 포도당 제어를 제공함을 나타낸다. 개발된 나노 네트워크의 단일 주사는 최소 10일 동안까지 정상 혈당 상태 (<200 mg/dL)의 혈당 농도의 안정화를 가능하게 하였다.

치료용, 예방용 또는 진단용 약물의 조절된 방출을 위한, 주사가능한 폴리머 나노입자-가교된 네트워크 제형이 개시된다. 상기 제형은 입자를 포함할 수 있고, 상기 입자는 산-분해성 폴리머 매트릭스와 같은 응답성 폴리머 매트릭스, 응답성 성분 또는 조성물(이 것들의 예는 응답성 신호송출 성분, 응답성 산 성분, 및 응답성 산 신호송출 성분이다)과 같은 응답성 신호 송출 수단, 및 치료용, 예방용 또는 진단용 약물을 포함한다. 제1 복수의 입자는 표면상에 0이 아닌 전하를 가지며, 제2 복수의 입자는 표면 상에 0이 아닌 반대 전하를 갖는다. 반대로 대전된 입자는 주사형 고분자 나노입자 가교결합된 네트워크를 형성하도록 상호 작용한다. 응답성 성분은 생리적 성분의 존재하에 산을 생성하고, 산은 예방, 치료 또는 진단 약제를 방출하기 위하여 고분자를 분해한다.

일부 실시예에서, 상기 제제는 인슐린 또는 인슐린 유사체 또는 이들의 조합, 인슐린 농도, 인슐린 수준, 내인성 인슐린을 증가시키는 약물이다. 일부 실시예에서, 신호송출 수단은 포도당 산화제 및 카탈라아제(catalase)를 포함하는 응답성 신호송출 성분이다. 이 것은, 포도당-응답성 신호송출 성분의 예이다. 일부 실시예에서, 산-분해성 폴리머 매트릭스에 대한 포도당 산화제와 카탈라아제의 비율은 1:100에서 1:15이다. 일부 실시예에서, 포도당 산화제와 카탈라아제는 4:1의 비율로 존재한다.

일부 실시예에서, 표면에 양 전하를 가지는 제1의 복수의 입자와 표면에 음전하를 가지는 제2의 복수의 입자는 상호 작용하여 겔을 형성한다.

일부 실시예에서, 제1 복수의 입자의 입자들의 제타 전위와, 제2 복수의 입자의 입자들의 제타 전위는 5 내지 15 mV의 크기를 갖는다. 일부 실시예에서, 제1 복수의 입자의 입자들은 표면 개질제를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 표면 개질제는 키토산 또는 알기네이트다. 일부 실시예에서, 상기 입자는 350nm 이하의 유체 역학적 반경을 갖는다.

일부 실시예에서, 응답성 폴리머 매트릭스는 산-분해성 폴리머 매트릭스 및 산-분해성 폴리머 매트릭스는 가교결합된 폴리머 및 산-분해성 가교결합제를 포함한다. 일부 실시예에서, 산-분해성 폴리머 매트릭스는 복수의 가수 분해성 모이에티(moiety)를 갖는 폴리머를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 제형은 고혈당 조건하에서 분해되고 정상적인 포도당수준에서는 실질적으로 분해되지 않는다.

일부 실시예에서, 상기 제제는 400 mg/dL의 포도당 농도에서 8 시간 후에 분해된다. 일부 실시예에서, 상기 제제는 실질적으로 정상 혈당에서 15 시간 후에는 실질적으로 분해되지 않는다. 일부 실시예에서, 인슐린 또는 인슐린 유사체 또는 인슐린 농도를 증가시키는 약물의 방출은 포도당 농도가 정상 조건과 고혈당 조건 사이에서 주기적으로 변화할 때 맥동한다.

또한 필요한 환자를 치료하는 방법이 개시되고, 이 방법은, 필요한 환자에게여기서 개시된 주사형 고분자 나노입자 가교결합된 네트워크 제형의 유효량을 투여하는 것을 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 제제는 인슐린 또는 인슐린 유사체 또는 인슐린 농도를 증가시키는 약물이고, 상기 환자는 제1형 제2형 당뇨병 환자이다.

일부 실시예에서, 상기 제형은 정상 혈당, 정상 포도당 알부민 수준 또는 고 신체 조건 스코어를 유지하기 위하여 투여된다. 일부 실시예에서, 혈당 농도를 70 내지 130 mg/dL 사이 또는 90 내지 110 mg/dL 사이로 유지하는 데 효과적인 제제의 양이 투여된다.

도 1의 (a)는, 왼쪽에 키토산 코팅 m-덱스트란 나노입자를, 오른쪽에 알기네이트 코팅 m-덱스트란 나노입자(NP)를 도시하고, 각각은 캡슐화된 인슐린, 포도당 산화제(GOx), 및 카탈라아제(CAT)를 포함한다.
도 1의 (b)는 아세탈 개질된 덱스트란 폴리머 m-덱스트란의 구조를 도시한다.
도 1의 (c)는 키토산 코팅 입자와 알기네이트 코팅 입자들을 혼합할 때 나노-네크워크(NN) 겔의 형성을 보여준다. GOx는 포도당을 포도당 산으로 변환함으로써 pH를 낮춘다. 상기 NN과 NP는 분해되어 인슐린을 방출한다.
도 1의 (d)는 NN 겔을 고혈당의 당뇨병 쥐에 피하 주사를 나타낸다. 포도당-매개형 NN 분해는 정상 포도당을 촉진한다.
도 2는 m-덱스트란의 합성 및 산 분해의 개략도이다.
도 3의 a)는 포도당 산화제(GOx)와 카탈라아제(CAT)를 통한 효소 응답의 개략도이다.
도 3의 b)는 시간에 대한 pH 그래프이고, 이 그래프는 다른 중량비를 가진 GOx와 CAT가 존재하에서, 37℃, 0.5 mL 400 mg/dL의 포도당 생리식염수안에서 감소한다.
도 4의 a) 및 b)는 키토산 또는 알기네이트로 코팅된 빈 m-덱스트란 나노입자의 농도의 농도(mg/ml)의 함수(도 4의 a))로서 세포의 생존능력과, HeLa 세포로써 24시간 배양한 후 분해 산물의 그래프이다.
도 5는 400mg/dL 포도당으로써, 30℃에서 배양할 때 나노-네트워크(NN(E+1)의 점도 및 전단-박형 거동의 그래프이다.
도 6의 a) 내지 c)는 나노-네트워크의 포도당-응답성 분해와 인슐린 방출을 보여주는 그래프이다. 도6의 a) 는 나노네트워크의 다른 배양 용액안에서의 관련 pH변화의 그래프이고; 도6의 b) 는 37℃의 다른 포도당 농도에서 나노-네트워크의 시험관내 축적된 인슐린 방출의 그래프이고; 도 6의 c)는 포도당 농도의 함수로서 인슐린 방출율을 나타내는 나노-네트워크의 자가 조절된 프로파일의 그래프이다. 데이터의 점들은 a), d) 및 e)에서 평균값ㅁSD(n=2)를 나타낸다.
도 7의 a) - d)는 제1형 당뇨병 치료를 위한 나노-네트워크의 생체내 연구의 그래프이다. 혈중 포도당 수준(7의 a) 및 1ㅧPBS 피하주사후 STZ-유발형 C57B6 당뇨병 쥐에서의 혈장 인간 인슐린 농도(7의 c), 나노-네트워크 캡슐화된 인슐린 및 효소(NN(E)), 효소만으로 캡슐화된 또는 순수한 인슐린 용액으로 캡슐화된 나노-네트워크, 투여시간에 대한 정상 포도당 범위(200mg/dL) 내의 다른 그룹에 있는 쥐의 수의 변화가 도 7b에 나타나 있다.
도 7d에는 PBS, NN(E+1), NN(I), NN(E), 및 인슐린 용액으로 처리된 쥐의 당화알부민 100%농도가 보여진다. 스튜던트의 t-검증: *p<0.05, ***p<0.001. 데이터 점들은 평균값ㅁSD(n=8)를 나타낸다.
도 8은 1xPBS, 인슐린과 효소(NN(E+I)로 캡슐화된 나노-네트워크, 효소 단독(NN(E))으로 캡슐화된 나노-네트워크를 STZ-유발된 C57B6 당뇨병 쥐에 피하주사한 후, 그 쥐의 혈당 농도를 12시간 모니터링한 그래프이다.
도 9는 나노-네트워크의 생체내 포도당-응답성을 보여주고, NN(E+1) 주사후 6일 동안 NN(E+1)로 처리된 그룹에서 i.v. 포도당 허용 테스트를 하였고(1.5g/kg 체중), 건강한 쥐와 비교하였다. 데이터는 평균값ㅁSD(n=5)로서 표현된다.
도 10은 NN(E+1)와 NN(I)로 처리된 STZ-유발형 C57B6 당뇨병 쥐의 주사 부위의 시간에 대한 덩어리(lump) 크기의 변화 그래프로써 생체내 생체 적합성을 보여주는 그래프이다.

I. 정의(Definitions)

여기서 사용되는 "친수성의"이란 유기용매와 비교하여 물과의 더 친화도, 그리하여 물에 용해도를 가지는 분자를 의미한다. 어떤 화합물의 친수성은 물(또는 완충 수용액)과 물과 혼합할 수 없는 유기용매, 예를 들면, 옥타놀, 에틸 아세테이트, 메틸렌 클로라이드 또는 메틸 3차-부틸 에테르와 같은 유기용매 사이의 분배 계수(partition coefficient)를 측정함으로써 수량화될 수 있다. 평형후 화합물의 농도가 유기용매에서 보다 물에서 더 크면, 그 화합물은 친수성으로 간주된다.

여기서 사용되는 "소수성의"이란 물과 비교하여 유기용매과의 더 친화도, 그리하여 유기용매에 대한 더 큰 용해도를 가지는 분자를 의미한다. 어떤 화합물의 친수성은 물(또는 완충 수용액)과 물과 혼합할 수 없는 유기용매, 옥타놀, 에틸 아세테이트, 메틸렌 클로라이드 또는 메틸 3차-부틸 에테르와 같은 유기용매 사이의 분배 계수(partition coefficient)를 측정함으로써 수량화될 수 있다. 평형후, 화합물의 농도가 물에서 보다 유기 용매에서 더 큰 경우, 그 화합물은 소수성인 것으로 간주된다.

여기서 사용되는 "하이드로 겔"은, 미세하게 분산되어 반고체 상태의 고분자, 고분자들이 외부상 또는 분산 상태에 있고 물(또는 수용액)이 내부 상태 또는 분상태에 있는, 젤라틴 콜로이드, 또는 폴리머 분자의 집합체를 의미한다. 일반적으로 하이드로 겔은 수용액의 적어도 90중량%이다.

여기서 사용되는 "펩티드"는 "폴리펩티드", "올리고펩티드"를 포함하고, 공유 결합 (예, 펩티드 결합)에 의해 서로 연결된 α-아미노산 잔기의 쇄를 지칭한다. 펩티드의 길이는 단지 자기 조립 펩티드를 형성하기 위해 필요한 최소 수의 아미노산에 의해 하단부에서 제한된다.

여기서 사용되는 "소분자"란 2,000 달톤 이하, 1500 달톤 이하, 1000 달톤 이하, 750 달톤 이하 또는 500 달톤 이하의 분자량을 가진 분자, 예컨대 유기 또는 유기 금속 화합물과 같은 분자를 의미한다. 소분자는, 친수성, 소수성 또는 양친성 화합물일 수 있다.

여기서 사용되는 용어 "올리고머"는, 복수의 단량체 단위로 이루어지는 것을 말하고, 일반적으로 "올리고머"라 칭한다. 올리고머는 100 달톤 내지 10,000 달톤, 500 달톤 사이 5,000 달톤, 10 달톤 및 15,000 달톤 사이의 분자량을 가질 수 있다. 올리고머는 3 내지 100 단량체 단위, 4~50 단량체 단위, 또는 5~25 모노머 단위를 가질 수 있다.

여기서 사용되는 용어, "효소"는, 일반적으로 하나의 효소 또는 효소의 조합을 나타낼 수 있다. 용어 "효소"의 의미 내에 효소 변이체(예를 들면, 재조합 기술에 의해 제조된)를 포함하는 것으로 이해하여야 한다.

여기서 사용되는 용어, "중합체의"는, 주로 "중합체"는 이루어진 것을 말한다. 용어 "폴리머"는 당업계에 일반적으로 인식된다. 용어 "중합체"는 대체로 제한없이, 호모중합체, 공중합체, 삼원 중합체 뿐만아니라 상기 모든 것의 혼성 및 블렌드 및 이들의 조합을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 여기서 사용되는 중합체 성분은 일반적으로 1 kDa 이상, 5 kDa 이상 또는 10 kDa 이상의 분자량을 가진다.

"통합된"과 "캡슐화된"은 원하는 적용에서 활성 약물의 서방과 같은 약물 방출을 고려하는 조성물 내에 및/또는 위에, 활성 약물을 통합, 형성 또는 포함하는 다른 것을 의미한다. 그 용어들은 치료제 또는 다른 물질을 중합체 매트릭스에 통합되는 임의의 방식을 고려한다: 예컨대 중합체의 단량체에 부착(공유결합, 이온 결합 또는 다른 상호작용 결합에 의한), 물리적 혼합, 중합체의 코팅층으로 약물을 둘러싸는 것, 중합체내에 통합, 중합체 매트릭스에 걸쳐 분포, 중합체 매트릭스의 표면에 부착(공유결합 또는 다른 상호작용 결합에 의한), 중합체 매트릭스 내에 캡슐화 등. 용어 "상호-통합" 또는 "상호-캡슐화"는 치료제 또는 다른 물질의 통합, 그리고 적어도 대상 조성물안에 적어도 하나의 다른 치료제 또는 다른 물질을 통합하는 것을 말한다.

"나노입자"는 본 명세서에서 사용 된 바와 같이, 일반적으로 최대 약 1 나노 미터의 직경을 갖는 임의의 형태의 입자를 지칭하지만, 약 500 나노 미터, 바람직하게는 3 nm 내지 약 1 마이크론을 포함하지 않는다. 구형 형상을 갖는 나노입자는 일반적으로 "나노"라고 칭한다. 나노입자의 크기는 실험적으로 투과 전자 현미경 (TEM), 동적 광산란 (DLS), 겔 여과 크로마토 그래피 (GFC)와 형광 상관 분광법 (FCS)을 포함한 당업계에 공지된 다양한 방법을 사용하여 결정될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "생체 적합성" 및 "생물학적으로 호환"은 임의의 대사산물 또는 분해 산물과 함께 일반적으로 수용체에 비독성이고, 수용체에 어떠한 중요한 역효과를 야기하지 않는 물질을 말한다. 일반적으로 말해서, 생체 적합성 물질은 개인에게 투여될 때 중요한 염증성, 면역성, 또는 독성 응답을 유발하지 않는 물질이다.

"생분해성 중합체" 및 "생침식성 중합체"는 상호교환적으로 그리고 일반적으로 생리학적 조건 하에서 효소 작용 또는 가수분해에 의해 대사, 제거 또는 배설될 수 있는 더 작은 단위 또는 화학적 종으로 분해 또는 침식되는 중합체를 말한다. 분해 시간은 중합체의 조성, 다공성, 입자 크기, 및 환경과 같은 형태의 함수이다. 적절한 분해 시간은 바람직하게 몇시간에서 며칠이다. 예를 들어, 중합체는 한 시간에서 14일, 4시간에서 7일, 12시간에서 7일 또는 18시간에서 2일간의 기간에 걸쳐 분해될 수 있다.

용어 "제타 전위"는 인터페이스에 걸쳐 발생하는 전위 구배를 제한없이 의미하는 것으로 사용된다. 이 용어는 특히 나노입자의 표면에 계면을 가로질러 발생하는 전위 구배를 의미한다, 또한 표면 전하라고 한다. 입자의 이동 속도는 표면 전하의 양과 인가된 전계 강도에 의존한다. 양의 제타 전위를 갖는 입자는 음극 쪽으로 이동하고, 마찬가지로 음의 제타 전위를 갖는 입자는 양극 측으로 이동한다. 이동 비율을 결정하기 위해, 이동하는 입자는 전계에서 레이저로 조사된다. 입자의 이동은, 입사광에 대한 반사광의 주파수 변위로 측정된다. 주파수 변위량은 이동 속도에 의존하고, 소위 도플러 주파수 변위(도플러 효과)이다. 도플러 주파수에서 파장, 산란 각도와 입자의 이동 속도가 유도될 수 있다. 전기영동 이동은 이동 속도와 전계 강도의 비율에 의해 결정된다. 제타 전위는 전기영동 이동도에 직접 비례하고, 전형적으로 mV로 기술된다. 여기서 사용되는 바와 같이, "제타 전위"는 제타 전위 및 입자 크기 분포가 Brookhaven Instruments에 의한 90플러스 입도 분석기를 사용하여 동적 광산란 (DLS)에 의해 측정된다.

여기서 상호 교환적으로 사용되는 용어, "스마트 전달 시스템" 또는 "상호 전달 시스템"은, 하나 이상의 치료, 예방 또는 진단 약제에 대한 전달 시스템을 말하고, 전달 비율은 전달 속도는, 전달에 대한 필요성을 나타내는 하나 이상의 자극에 응답한다, 즉 비한정적인 예로서, 스마트 인슐린 전달 시스템은 그 전달시스템에 근접하게 포도당 농도에 의존하는 비율로 인슐린을 전달한다.

총 응답, 즉 중합체 매트릭스의 총 분해량 또는 인슐린의 총 방출량은 pH가 분해를 촉진하는 데 충분한 산성의 시간, 즉 정상혈당을 회복하는 데 소요되는 시간에 의존한다. 상기 응답은 바람직하게는 맥동적이고, 바람직하게는 생리적 pH 7.0에서 인슐린을 거의 전혀 방출하지 않는다(거의 분해가 전혀 일어나지 않는). 여기서 설명되는 산성 분해가능한 중합체는 pH 5의 용액에서 보다 pH 7.4의 용액에서 중요하게 더 낮은 분해율을 가져야 한다. 바람직한 실시예에서, 중합체는 pH 5.0, 37℃에서 5분 내지 24시간의 분해 반감기를 가져야 하지만, pH 7.4에서 적어도 12시간 내지 250일의 더 긴 반감기를 가져야 한다. 어떤 실시예에서, pH 5.0, 37ㅀ C에서 약 5-30분, 약 2-5시간 또는 24시간의 반감기를 가지는 반면, pH 7.4, 37ㅀ C에서는 산성 pH에서 생리활성 물질의 급속 방출과 생리학적 pH에서 생리활성 물질의 서방을 가능하게 하기위하여 약 90일, 약 180일, 또는 약 250일의 반감기를 가지는 것이 유용할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 변형된 폴리하이드록실레이트된 중합체는 pH 7.4 보다 높은 pH에서 더 안정적이지만 바람직하게는 약 pH 5에서 가수분해된다.

여기서 사용되는 용어, "맥동성" 또는 "맥동성 방출"은, 환자에 단일 투여량에서 복수의 용량을 방출을 의미한다. 각 용량들은 다양한 간격으로 투여될 수 있고, 전달 시스템 및 애플리케이션의 형성에 의존한다. 스마트 맥동성 전달 시스템은 하나 이상의 자극에 응답하여, 치료, 예방 또는 진단 약제의 복수의 용량을 투여 할 수 있고, 전달 용량은 목표 값에서 자극의 편차에 응답한다. 비 한정적인 예로서, 스마트 맥동성 인슐린 전달 시스템은 정상 혈당의 기간 동안에 거의 인슐린을 전혀 전달하지 않고 고혈당 조건에 응답하여 바람직하게는 정상 혈당을 회복하는 데 충분한 양으로 일정한 용량의 인슐린을 전달한다.

방출되는 양은 국소적으로 생리학적 pH를, 예를 들면 pH 응답 인슐린 전달 시스템을 위한 pH를 회복하는 pH 및 시간에 의존한다. 보다 일반적으로 총 방출량은 정상값으로 복귀하는데 필요한 정상값과 시간에서 외부자극의 편차에 의존하여야 한다.

"리간드 및 수용체 쌍"은, 생체 적합성 리간드와 수용체의 임의의 조합을 의미할 수 있고, 상기 리간드는 수용체와 배타적으로 또는 주로 관련된다. 이러한 관련은 하나 또는 하나 이상의 비-공유결합(즉, 예를 들면, 이온결합, 반데르발스 결합력, 전자결합등) 또는 공유결합적 상호작용을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 상기 리간드 및/또는 수용체는 자연적으로 발생할 수 있거나 합성될 수 있다. 상기 리간드는 핵산, 폴리펩티드, 당단백질, 당펩티드, 플리테오글리칸, 탄수화물, 지징, 소분자 등일 수 있다. 상기 수용체는 세포 표면 수용체와 같은 천연적으로 발생하는 수용체 또는 그 유사체 또는 유도체일 수 있고, 합성 수용체일 수 있다. 상기 수용체는 단백질, 탄수화물, 지질 및/또는 핵산일 수 있다. 상기 리간드와 수용체 쌍은 바람직하게는 고친화도로써 결합한다. 고 친화도로 결합하는 리간드와 수용체 쌍은 1μM 이하, 10nM 이하, 1nM이하, 100pM이하의 해리상수로서 결합한다.

II. 조절된, 응답형 인슐린 방출을 위한 스마트 나노 네트워크

혈당 농도에 응답하여 연속적으로 그리고 지능적으로 인슐린을 방출할 수 있는 인공적인 췌장과 같은 합성 폐루프 장치가 개발되어 왔다. 이러한 주사가능한 겔형 나노 네트워크는 인슐린의 장시간 전달을 위하여 매트릭스 물질로서 산-분해성 및 생체적합성 덱스트란과 같은 물질을 사용한다.

포도당 산화효소를 포함함으로써, 나노 네트워크가 효과적으로 고혈당 조건 하에서 분해 될 수 있고, 포도당 응답 형태로 자가-조절 베이스의 인슐린 전달 시스템의 개발을 위하여 적합하다.

이 방법에 사용되는 폴리머 매트릭스는 고도의 생체 적합성 및 생분해성을 가진다. 대표적인 중합체는 덱스트란, 폴리(락트산-코-글리콜산) (PLGA), 히알루론산 (HA), 키토산, 알기네이트, 폴리(베타-아미노 에스터) (PBAE)을 포함한다;

페이로드를 가진 나노 네트워크는 피하 주사를 통해 직접적으로 투여될 수 있다;

나노입자의 작은 크기 뿐만 아니라 네트워크의 나노 다공성 구조는 시약의 철저한 접촉 뿐만 아니라 용이한 확산을 위하여 넓은 표면적을 제공한다;

나노 구조는 네트워크 근처 영차 동역학으로 약물의 방출을 조절할 수 있다;

나노 네트워크를 통한 페이로드 (인슐린)의 캡슐화 효율은 높다(즉, 40-60 %); 그리고. 매트릭스 물질의 분해성은 방출 형태를 조절하기 위해 조정될 수 있다.

기능적 관점에서, 실시예에서 입증된 바와 같이:

나노 네트워크의 인슐린 체외 방출 프로필은 현저한 맥동 패턴을 나타낸다:

고혈당(400mg/dL)에서 높은 방출율을 나타내고, 정상혈당(100 mg/dL)에서 저방출율을 나타내다. 이 것은 자가-조절 베이스의 폐쇄 루프 전달 시스템으로서 매우 바람직하다.

나노 네트워크는 지연된 생체내 인슐린 분비 뿐만 아니라 인슐린 활성 방출의 장시간 약학적 기간(최대 7-10일)을 보여준다. 상기 활성 시간은 특성 또는 매트릭스 물질의 저하 뿐만 아니라 주사 용량을 조절을 통하여 더욱 개선될 수 있다.

최적화될 때, 장기간 및 인슐린의 포도당 응답성 전달을 위한 나노 네트워크 기반 플랫폼은 폐루프 인슐린 전달을 위한 현재의 접근 방식에 비해 많은 장점을 가진다. 그것은 스마트하고 안전한 의도를 위한 경쟁력있는 도구이다. 또한, 인슐린 수송 외에, 이 플랫폼은 인슐린 유사체, 다른 단백질/펩티드 및 작은 분자 항염 약물을 포함한 다른 치료제의 전달 또는 상호 전달을 확장할 수 있다. 당뇨병 관리를 위한 장치 및 치료의 상당한 시장 규모를 고려하고, 지속적이고 장기적인 자료, 지능적인 응답, 관리의 용이성, 좋은 생체 적합성 및 손쉬운 준비로 식별 전략은 확실히 광범위한 관심을 일으킨다.

나노 네트워크의 개략도는 도 1의 a) - c)에 도시되어 있다. 반대로 대전된 분해성 나노입자들은 상호 작용하고 정전기력을 통해 자가 조립되어 점착성 겔과 같은 네트워크를 생성한다. 생성된 겔 네트워크는 안정된 삼차원의 다공성 구조를 형성하고, 그 것은 포도당과 GO_X 사이의 최대 상호 작용을 위한 용적비에 대한 증가된 표면적을 생성한다(도 2의 b). 이 고안의 물질은 제로 주문 kinetics25을 가진 페이로드를 방출해야 한다. 또, 부가 적으로, 가해진 전단력이 증가함에 따라, 나노 네트워크는 입자-입자 간 상호 작용의 붕괴로 인한 전단 박화 거동을 생성한다. 외력이 제거되면, 강한 응집성은 회복되고, 이로써 편리한 성형 및 사출을 제공한다(도 1의 a 내지 b).

예들은 두 가지 유형의 나노입자들로부터 형성된 겔을 보여준다. 하나는 수산기기가 2-에트옥시프로펜(에톡시프로펜)을 가진 3차 에테르로 변환되고, 다른 유형은 알기네이트로 형성된다. 입자 표면은 키토산 또는 알기네이트로 코팅되어 각 표면에 양전하 또는 음전하를 생성한다. 그리고나서 대전된 입자들은 겔을 형성한다. 상기 입자들은 인슐린과 GO_X/CAT (포도당 산화 효소/catylase)로써 로드된다. GO_X/CAT 시스템은 포도당을 국부적인 pH 변화로 변환한다. 변경된 고분자는 pH에 응답한다.

A. 응답성 중합체 매트릭스

벌크 중합체 매트릭스는 높은 생체적합성 및 생분성이어야 한다. 벌크 중합체 매트릭스는 하나 또는 하나 이상의 외부 자극에 응답하는 생분해 비율을 가져야 한다. 외부 자극은 pH, 온도, 하나 또는 하나 이상의 화학적 또는 효소적 약제의 농도, 방사 등을 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 벌크 중합체 매트릭스의 생분해율은 국부적인 pH에 대하여 응답한다.

대표적인 중합체는 호모 중합체 및 알기네이트, 키토산, 덱스트란, 만난(mannan), 풀루란(pullulan), 이알루론산(HA), 크산탄(xanthan) 검과 같은 다당류의 공중합체; 폴리락틴산, 폴리글리콜산, 폴리(3-하이드록시부틸레이트), 및 폴리카프로락톤과 같은 생분해성 폴리에스테르; 아크릴레이트와 2-(하이드록시에틸)메타아클릴레이트와 같은 메타아크릴레이트 중합체 및 그의 공중합체를 포함한다.

생분해율은 일부 실시예에서 공중합체의 반복 단위의 비율을 변경함으로써 조절 될 수 있다. 예를 들면, 중합체 매트릭스가 폴리(락트산-코-글리콜산) (PLGA)인 경우, 생분해율은 중합체, 락트산 및 글리콜 산의 비율을 변화시킴으로써, 제어 가능하게 수일에서 수개월로 변화될 수 있다. 고분자 매트릭스를 형성하는 중합체는 일부 실시예에 제공하거나 하나 이상의 외부 자극에 대한 응답성을 향상시키기 위해 변경될 수 있다. 다음은 바람직하게는 친수성 중합체이다. 예를 들어, 일부 실시예에서 이러한 생분해성 다당류 중합체는 pH를 응답하도록 변형된다.

바람직한 실시예에서 벌크 중합체 매트릭스를 형성하는 중합체는 로컬 pH로 응답성을 제공하거나 증가시키기 위해 변경된다. 예를 들어, 일부 실시예에서 중합체는 변경된 폴리하이드록실레이트된 중합체이고, 이 폴리하이드록실레이트된 중합체는 가역적으로 변경된 하이드록실 기를 가지며, 하이드록실 기는 산 분해성 관능기의 특징을 가지도록 변형된다. 예시적인 산 분해성 관능기는 아세탈, 방향족 아세탈, 케탈, 비닐 에테르, 알데히드, 케톤일 수 있다. 폴리하이드록실레이트된 중합체의 하이드록실 기들은 변경됨으로써, 변경된 폴리하이드록실레이트된 폴리머가 산 분해성, pH 민감성, 전형적으로 수 불용성이 된다. 폴리하이드록실레이트된 중합체는 천연 중합체 또는 하이드록실-함유 중합체, 다중-하이드록실레이트된 중합체, 다당류, 탄수화물, 폴리올, 폴리비닐알콜, 폴리세린과 같은 폴리아미노산, 및 2-(하이드록시에틸)메타크릴레이트와 같은 다른 중합체를 포함하는 중합체로 예비 형성될 수 있다. 변경된 폴리하이드록실레이트된 중합체를 형성하기 위하여 사용될 수 있는 예시적인 다당류는, 덱스트란, 만난, 풀루란, 말토덱스트린, 전분, 셀룰로오스 및 셀룰로오스 유도체, 검(예, 크산탄, 로커스트 빈, 등) 및 펙틴을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.

변경된 하이드록실레이트된 중합체에서 하이드록실 기의 가역적 변경은 변경된 하이드록실 기를 제공하기 위하여 수행될 수 있고, 중합체내의 하이드록실 기의 적어도 20%, 25%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 98%, 99% or 100%가 변경될 수 있다.

폴리하이드록실레이트된 중합체의 선택과 변형 정도는

합성 용이성, 용해도, 시판 시약, 산 분해성 중합체의 유형, 로딩 효율, 중합체로 구성된 약물 전달 시스템의 분산, 독성 및 아세탈 결합의 가수분해 비율과 같은 인자들에 기초할 수 있다.

분해 산물은 생체 적합적이고 생분해가능한 것이 바람직하다. 예를 들면, 분해 산물은 비면역적이고 비독성이어야 한다. 예를 들면 승인된 생체내 사용을 위하여 이 기술분야의 전문가에 의해 선호되는 크기 및/또는 독성 농도를 가져야 한다.

개질된 중합체는 펜던트 아세탈로써 개질될 수 있고, 그에 따라 아세탈-유도된 다당류를 제공한다. 일부 실시예에서는, 개질된 폴리하이드록실레이트된 중합체는 아세탈-유도체합성화된 덱스트란, 아세탈-유도체합성화된 만난 도는 아세탈-유도체합성화된 폴리비닐 알코올, 바람직하게는 아세탈-유도체합성화된 덱스트란이다.

변경된 하이드록실 기에서 변경된 관능기(아세탈 또는 케탈)를 가지는 변경된 중합체는 산 촉매화된 가수분해에 의해 완전히 배출될 수 있는 낮은 분자량의 화합물로 분해되어야 한다. 이러한 중합체들의 가수분해율은 관능기(예, 아세탈 또는 케탈) 연결을 변경시킴으로써 늦은 분해에서 빠른 분해, 변경 정도 또는 변경의 소수성으로 변화될 수 있고, 그리하여 약물 전달을 위한 광범위한 방출 동력학을 제공한다. 따라서, 서로 다른 산-민감성을 가진 다양한 산 분해성 결합이 중합체 백본 상에 통합될 수 있고, 그에 따라 중합체 가수분해율의 큰 제어를 허용하는 것으로 고려된다.

바람직한 실시예에서, 여기서 설명되는 본 발명의 산 분해성 중합체는 pH 5 보다 pH 7.4의 용액에서 유의미적으로 더 낮은 분해율을 가져야 한다. 바람직한 실시예에서, 중합체는 pH 5.0, 37℃에서 5분 내지 24시간의 분해 반감기를 가져야 하지만, pH 7.4에서 적어도 12시간 내지 250일의 더 긴 반감기를 가져야 한다. 어떤 실시예에서, pH 5.0, 37ㅀ C에서 약 5-30분, 약 2-5시간 또는 24시간의 반감기를 가지는 반면, pH 7.4, 37ㅀ C에서는 산성 pH에서 생리활성 물질의 급속 방출과 생리학적 pH에서 생리활성 물질의 서방을 가능하게 하기위하여 약 90일, 약 180일, 또는 약 250일의 반감기를 가지는 것이 유용할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 변형된 폴리하이드록실레이트된 중합체는 pH 7.4 보다 높은 pH에서 더 안정적이지만 바람직하게는 약 pH 5에서 가수분해된다. 일 실시예에서, 변경된 중합체는 다양한 물질로 처리될 수 있도록 통상의 유기용매에 용해된다. 다른 실시예에서, 이들 변경된 중합체들은 비 수용성이다.

다른 매트릭스 물질들은 효소 활동, 산화환원 조건 또는 광조사와 같은 다른 자극에 의해 제형의 분해가 개시되는 경우에 사용될 수 있다.

B. 응답성 신호송출 수단

일부 실시예에서, 벌크 중합체 매트릭스는 관심의 외부 자극에 응답하여 분해율을 가질 것이다. 예를 들어, 특정 효소의 검출시 생물 활성제를 전달하기 위한 조성물은 특정 효소의 존재에 따라 증가하는 생분해성율을 가진 중합체를 함유할 수 있다. 다른 실시예에서, 조성물은 원하는 자극을 중합체 매트릭스의 생분해성을 자극하는 국부적인 변경으로 변환하는 응답성 신호송출 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, pH 응답성 중합체 매트릭스를 함유하는 조성물은 특정 분석물의 존재를 검출하고 국부적으로 응답하여 pH를 변화할 수 있는 신호송출 수단을 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서 조성물은 포도당 농도에 응답하여 하나 이상의 파라미터를 국부적으로 변경할 수 있는 포도당 응답성 신호송출 수단을 포함한다. 예를 들어, 응답성 중합체 매트릭스 및 혈당 농도에 응답하여 국부적으로 pH를 변경할 수 있는 신호 송출 성분을 포함하는 조성물이 제공된다.

상기 효소는 박테리아, 곰팡이 또는 효모와 같은 임의의 적합한 공급원으로부터 유도될 수 있다. 적절하게 응답성 신호송출 수단으로서 통합될 수 있는 효소의 형태로는 산화환원 효소, 전이효소, 가수분해 효소, 리아제, 이성질체, 및 리가아제를 포함한다. 바람직한 효소는 포도당 산화효소, 페록시다아제 등의 산화 환원 효소 및 락카아제 뿐만 아니라 카탈라제를 포함한다. 이 기술분야의 전문가라면 응답성 중합체 매트릭스의 총량 및 신호 송출 수단의 활동 수준에 의존할 것이라는 것을 이해할 것이다. 일부 실시예에서, 응답성 중합체 매트릭스는 위에서 설명한 산 분해성 중합체와 GOx/CAT 신호 송출 수단을 포함하고, 바람직하게는 중합체에 대한 총 효소의 비는 1:1000에서 1:1까지, 바람직하게는 1:500에서 1:2까지, 더욱 바람직하게는 1:100에서 1:15까지이다. 포도당 산화효소는 원칙적으로 글루코산을 생성하기 위하여 포도당을 산화할 수 있는 한, 또한 바람직하게는 카탈라아제와 조합하여 사용될 때 페록사이드를 생성할 수 있는 한, 포도당 산화효소 활성을 나타내는 임의의 생체 적합성 효소일 수 있다. 상업적으로 가용한 포도당 산화효소는 Novozymes A S, Denmark에서 입수가능한, GLUZYME™ 2.500 BG, GLUZYME™ 10000 BG 및 GLUZYME™ MONO 10000 BG, DSM에서 입수가능한 FERMIZYME™ GO 10.000 및 FERMIZYME™ GO 1500, Amano에서 입수가능한 HYDERASE™ 15 및 HYDERASE™ H, 또는 Genencor Int.에서 입수가능한 OXYGOㄾ를 포함하고, 상업적으로 가용한 카탈라아제는 TERMINOX™ 및 TERMINOX Ultra™ (Novozymes A/S, Bagsvaerd, Denmark) 및 Catalase T100T™ (Genencor International Inc.)를 포함한다.

포도당 산화효소(GOx)는 다음의 응답에서 보여지는 산호의 존재하에서 포도당을 글루코산으로의 변환을 촉매하는 효소이다.

GOx를 가진 이전의 포도당-반웅 시스템은 효소를 생체적합물질내에 가두거나 고정하고, 포도당 농도를 증가시킴에 따라 pH를 국부적으로 감소시킨다. 예를 들면, Gordijo et al., Adv. Funct. Mater. 2011, 21(1):73-82; Fischel-Gordon et al., Proc. Nat. Acad. Sci. USA 1988, 85(7):2403-2406; 및 Traitel et al., Biomaterials 2000, 21(16):1679-1687를 참조하라. 이러한 전략에 기초하여, 많은 벌크 하이드로겔 시스템들이 Bratlie et al., Adv. Healthcare Mater. 2012, 1:267-284 및 Ravaine et al., J. Control에 설명된 바와 같이 개발되어 왔다. 그러나 이들과 같은 벌크 하이드로겔 시스템은 매스 수송 제한으로 인하여 포도당 농도에 변화에 늦은 응답을 보인다. 반면에, 멤브레인을 함유하는 GOx는 취약한 기계적 강도를 가짐으로써 인슐린 누설을 초래한다.

콜로이드성 하이드로겔 물질은 글루코스 농도의 변화에 대한 신속한 응답을 제공 할 수 있다. 그 조성물은 GOX와 카탈라제 (CAT)를 모두 포함할 수 있다. 카탈라아제 효소는 글루코스의 GOX 매개 산화로 소모되는 산소를 제공함으로써 GOX 효소와 함께 작동한다(도 3의 a에 도시된 바와 같이). 제조된 H₂O₂는 CAT에 의해 다시 산소로 변환되어, 산소의 공급원과 글루코스 변환을 위한 증가된 구동력을 제공한다.

효소의 총량은 복수의 인자, 특히 중합체 매트릭스의 총량과 효소의 활성 농도에 의존한다.

실시예 1은 3.5mg의 총 효소(GOx 및 CAT) 및 240mg의 변경된 덱스트란을 가진다. 통상의 전문가라면, 응답성 신호송출 수단의 총량은 응답성 중합체 매트릭스의 양과 신호 송출 수단의 활성 농도에 의존하는 것을 이해할 것이다. 일부 실시예에서, 응답성 중합체 매트릭스는 위에서 설명한 산분해성 중합체와 GOx/CAT 신호 송출 수단을 포함하고, 바람직하게는 중합체에 대한 총 효소의 비는 1:1000에서 1:1까지, 바람직하게는 1:500에서 1:2까지, 더욱 바람직하게는 1:100에서 1:15까지이다. 포도당 산화효소는 원칙적으로 글루코산을 생성하기 위하여 포도당을 산화할 수 있고, 바람직하게는 카탈라아제와 조합하여 사용될 때 페록사이드를 생성할 수 있는 포도당 산화효소 활성을 나타내는 임의의 생체 적합성 효소일 수 있다.

일부 실시예에서, CAT에 대한 GOx의 중량비는 변화하는 포도당 농도에 응답하도록 효소 혼합물의 능력을 강화하기 위하여 최적화된다. CAT에 대한 GOx의 중량비는 바람직하게는 상기 비는 1:1에서 1:8까지일 수 있지만, 1:100에서 100:1까지이다. 일부 실시예에서는, GOx/CAT 시스템의 응답은 약 4: 1의 CAT에 대한 GOx의 중량비에서 최적화된다.

응답성 신호송출 수단은 중합체 매트릭스안에 통합될 수 있고, 입자들의 표면에 코팅될 수 있고, 다른 생분해성 입자들 내에서 캡슐화될 수 있고, 또는 조성물과는 별개로 투여될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 응답성 중합체 매트릭스는 조성물내에 더욱 바람직하게는 응답성 중합체 매트릭스내에 통합될 수 있다.

응답성 신호송출 수단은 상술한 GOx/CAT 신호송출 방법과 같은 하나 이상의 효소를 함유할 수 있다. 이 목적에 적합한 효소는 임의의 효소일 수 있다. 적합한 효소는 가수 분해 효소, 큐티나아제, 산화효소, 전이효소, 환원제, 헤미셀룰라아제, 에스테라제, 이성질체, 펙티나아제, 락타아제, 페록시다아제, 락타아제, 펙티나아제, 카탈라제, 니트릴라아제 및 이들의 혼합물을 포함한다. 가수분해효소가 기질을 가수 분해하고, 프로테아제(세균성, 진균성, 산성, 중성 또는 알칼리성), 아밀라아제 (알파 또는 베타), 리파제, 포스포 리파제, 에스테라제, 만나아제, 셀룰라아제, 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 관심의 특정 효소는 산화 효소, 카탈라제, 퍼 옥시다아제, 및 탈수소일 수 있다.

일부 실시예에서, 응답성 하이드로겔 조성물은 하나 또는 하나 이상의 산화제를 CAT와 조합하여 함유하여 제공된다. 선택적으로 CAT와 조합하여 하나 또는 하나 이상의 산화제를 사용될 수 있는 효소의 예로는 글루코스 산화제, α-하이드록시 산화제, 락테이트 산화제, 우레아제, 크레아틴 아미도하이드라제, 크레아틴 아미디노 가수분해효소, 사르코신 산화제, 글루타메이트 디하이드로게나아제, 피루베이트 키나제, 알콜 산화제, 락테이트 디하이드로게나아제 등이 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응성 pH 중합체 매트릭스 및 알코올 산화효소 및 카탈라제 효소의 조합을 포함하는 조성물은 수소 혈중 알코올 농도에 응답하여 하나 이상의 활성제를 전달하는데 사용될 수 있다.

C. 표면 개질제

일부 실시예에서, 입자들은 표면 개질제로써 코팅된다. 표면 개질제는 전하를 가진 입자를 생성하거나 다른 전하를 가진 입자들, 즉 2개 또는 그 이상의 복수의 입자들을 생성하기 위하여 적용될 수 있고 복수의 입자들은 더 큰 전하(더욱 음극성 또는 양극성) 크기를 가지거나 다른 복수의 입자들과 비교하여 반대의 전하를 가질 수 있다. 반대의 충전의 나노입자들은 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이 겔을 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 표면 개질제는 작은 분자량일 수 있고 올리고머, 또는 천연 중합체일 수 있다. 표면개질제는 전하에 관련된 하나 또는 하나 이상의 특성, 전하밀도, 제타전위, 기계적 강도, 강성, 색상, 표면 거칠기, 자성모멘트, 또는 표면의 모이에티의 존재 및 밀도를 변경할 수 있다. 모이에티는 입자들 사이에 특이적 또는 비특이적 인력(결합)의 상호작용을 생성하는 모이에티를 포하할 수 있다. 예시적인 모이에티는 항원/항체 쌍, 수소결합 공여자 및 수소결합 수용체 및 가교 모이에티와 같은 리간드 및 수용체 쌍을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 복수의 입자들은 복수의 수용체 모이에티를 나타내는 표면개질제를 가질 수 있고, 반면에 제2 복수의 입자들은 수용체에 특이적으로 결합하여 다른 입자들 사이에 강한 인력작용을 생성하는 복수의 표적 리간드를 나타내는 표면 개질제를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 복수의 수소 결합 공여자를 나타내는 표면개질제를 가진 입자들은 복수의 수소결합 수용체를 나타내는 입자에 강한 끌어당기는 상호작용을 가질 것이다.

일부 실시예에서, 표면 개질제는 바람직하게는 고 친화도로써 결합하는 하나 또는 하나 이상의 리간드/수용체 쌍을 포함한다. 고 친화도 리간드/수용체 쌍은 문헌에 알려져 있다. 예시적인 고 친화도 리간드/수용체 쌍은 FK506/FKBP12, 메토트렉세이트/디하이드로폴레이트 환원제, PPI- 2458/메티오닌 아미노펩티다아제, 바이오틴/스트렙타비딘 테트라, 히루딘/트롬빈, ZFV^P(O)F/카르복 펩티다아제 및 크로로알칸 디할로게나아제를 포함한다. 고친화도 결합쌍의 결정 방법은 공지되어 있고, 높은 친화도 리간드/수용체 쌍을 식별하기 위해 사용될 수 있다.

일부 실시예에서, 표면 개질제는 하나 이상의 수소결합 공여체 및/또는 결합 수용체 중 하나 이상의 수소를 포함할 수 있다. 예시적인 수소결합 공여체는 모이에티, 알콜, 페놀, 카르복실산, 일차 및 이차아민, 포스폰산, 인산에스테르, 술폰산 및 황산을 포함한 가용의 히드록시기 또는 아미노기를 갖는 모이에티를 포함한다. 단당류는 자유-OH기, 단당류, 이당류, 올리고당류를 포함하고, 다당류는 예시적인 수소 결합 공여체이다. 당류를 함유하는 변형된 표면 개질제는 알기산, 키토산, 폴리비닐알콜, 셀룰로스와 같은 중합체, 및 메틸 셀룰로오스, 하이드록시 프로필 셀룰로오스, 하이드록시 에틸셀룰로오스, 하이드록시에틸메틸 셀룰로오스, 카르복시 메틸 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 프탈레이트, 크로스 카멜로스, 하이프로멜로오스, 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스와 같은 셀룰로오스 유도체, 카라기난, 덱스트린, 폴리덱스트로스, 옥수수 전분, 아밀라아제, 아밀로펙틴, 및 나트륨 전분 글리콜레이트, 당류 또는 말산, 트레할로스, 프로필렌글리콜, 글리세롤, 글리세롤 모노 스테아레이트, 소르비톨, 리보스, 아라비노스와 같은 당 등을 작은 분자 같은 다른 전분, 크실로스, 릭소스, 알로오스, 알트로스, 만노스, 만니톨, 포도당, 덱스트로스, 아이도스, 갈락토스, 탈로스, 포도당, 과당, 포도당, 덱 스트레이트, 락토스, 수 크로스, 말 토스, 스테아르 산, 비타민 E 및 이들의 유도체를 포함한다. 예시적인 수소 결합 수용체는 예를 들면 -CO- 및 = N-를 함유하는 모이에티를 포함하고, 자유원자가 전자쌍을 가진, 산소, 질소, 황 등의 전기 음성기를 함유한다. 예시적인 수소결합 공여체는 아민, 아미드 이민, 이미드, 니트릴, 및 우레아 뿐만 아니라 피리딘, 이미다졸 등과 같은 방향족 질소-기반 관능기, 카로복실레이트 기(카르복실산, 카르복실 에스테르), 포스포네이트, 설폰산, 설폰 및 카바메이트를 포함한다.

일부 실시예에서, 나노입자들이 생리학적 pH에서 반대의 전하를 가진 중합체로 구성되는 반면에, 다른 실시예에서는 나노입자들은 동일한 중합체 및 양전하 또는 음전하를 가진 생체 적합성 물질로 코팅된 하나 또는 하나 이상의 입자 군으로 구성된다. 예를 들면, 반대로 대전된 입자를 얻기 위하여, 키토산 및 알기네이트와 같은 다당류, 인간에 사용되는 2개의 다당류들이 도 1의 (B)에 도시된 바와 같이, 양전하 및 음전하 표면을 유도하기 위하여 나노입자를 코팅하는 표면 개질제로서 적용될 수 있다.

일부 실시예에서, 입자의 다른 그룹은 반대 전하(반대 부호)를 가질 수 있거나 동일한 부호이지만 표면에 다른 크기 또는 전하의 양을 갖는 전하를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 반대 전하를 갖는 입자는 전하를 갖는 중합체 매트릭스의 특성에 의해 또는 하나의 표면 개질제에서 전하를 통하여, 겔을 형성하기 위해 결합될 수 있다. 대전된 표면 개질제는 작은 분자, 올리고머 또는 바람직하게는 생리적 pH에서 또는 그 부근에서 양 또는 음의 전하를 갖는 중합체를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 대전된 표면 개질제는 입자의 표면의 계면 활성제가 될 수 있다.

예시적인 양전하로 대전된 계면 활성제(양이온성 계면활성제)는 벤잘코니움 클로라이드(알킬벤질이메틸암모늄); 세틸피리디움 클로라이드; 및 세틸트리메틸암모늄 클로라이드(헥사데실트리메틸암모늄 클로라이드)를 포함할 수 있다.

예시적인 음전하로 대전된 계면 활성제(음이온성 계면활성제)는

디라우로일포스포글리세롤(1,2-디라우로-SN-글리세로-3-[포스vh-락-(l-글리세롤)]; 포스폰산; 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산과 같은 포화 지방산; 팔미트산, 올레산, 리놀레산 및 리놀렌산과 같은 불포화 지방산; 데옥시콜산; 콜산; 카 프릴산; 글리코산; 글리코데옥시콜산; 라우르올사르코신; 및 N- 도데실설페이트;를 포함한다.

일부 실시예에서 입자는, 예를 들어, 하나 이상의 가교 결합제, 예를 들면 열적으로 활성화된 또는 UV 활성화된 가교 결합제를 포함하는 표면 개질제로 코팅한다. 이러한 가교제는 생리적 온도에서 또는 열 적용에 따라 활성화되는 열 가교제를 포함한다. 이러한 열 가교제가 다관능성 이소시아네이트, 아지리딘, 다관능성 (메트) 아크릴레이트, 및 에폭시 화합물을 포함할 수 있다. 전형적인 가교제는 1,6- 헥산디올디아크릴레이트 또는 당업자에게 알려진 바와 같이 관능 아크릴레이트 등의 관능성 아크릴레이트를 포함한다. UV 활성화된 가교 결합제는 가교 결합 입자를 사용할 수 있다. 이러한 UV 가교제는 벤조페논 및 4-아크릴옥시벤조페논을 포함할 수 있다.

일부 실시예에서 입자들은 대전된 중합체, 양이온성 중합체나 음이온성 중합체인표면개질제로 만들어지거나 코팅된다. 예시적인 양이온성 중합체는 선형 및 가지형 단일 중합체 및 폴리알릴아민(PAH); 폴리에틸렌이민(PEI); 폴리(L-리신)(PLL); 폴리(L-아르기닌) (PLA); 폴리비닐아민; 폴리(비닐벤질-트리-Ci-C4-알킬암모늄염); 폴리(비닐피리딘), 폴리(비닐피리디늄 염); 폴리 (N,N-디알릴-N,N-디-Ci-C4-알킬암모늄할라이드); 및/또는 폴리아미노아미드의 공중합체를 포함한다.

예시적인 양이온성 중합체는 하이드록시에틸 셀룰로오스와 디알릴디메틸암모늄 클로라이드의 공중합체, 아크릴아미드 및 디알릴디메틸암모늄 클로라이드의 공중합체, 비닐피롤리돈과 디메틸아미노 에틸메타크릴레이트 메토설페이트의 공중합체, 아크릴아미드 및 베타메타크릴리옥시에틸 트리메틸암모늄 클로라이드의 공중 합체, 폴리비닐피롤리돈과 이미다졸리민 메토클로라이드의 공중합체, 디알릴디메틸암모늄 클로라이드와 아크릴산의 공중합체, 비닐피롤리돈과 메타크릴아미도프로필 트리메틸 암모늄 클로라이드의 공중합체, 비닐피롤리돈과 메타아크릴아미도프로필 트리에틸 암모늄 클로라이드의 공중합체, 메타크릴로옥시에틸 트리에틸암노뮨과 메타아크릴로옥시에틸 디에틸아세틸암모늄의 공중합체의 메토설페이트, 4기 하이드록시에틸 셀룰로오스; 디메틸실록산3-(3-((3-코코아미도프로필)디메틸아모니오)-2-하이드록시프록시)프로필 기 말단 아세테이트; 아미노에틸아미노프록실로산과 디메틸실로산의 공중합체; 아미노에틸아미노프로필실록산/디메일실록산-공중합체와 음이온성 실리콘 중합체의 폴리에틸렌 글리콜 유도체;를 포함한다.

예시적인 음이온성 중합체는, 선형 및 가지형 단일 중합체 또는 폴리아크릴산(PAA), 폴리메티아크릴산(PMA), 말레산, 푸마르산, 폴리(스티렌설폰산)(PSS), 폴리아미도산, 폴리(2-아크릴아미도-2-메틸프로판설폰산)(폴리-(AMPS)), 알킬렌 폴리포스페이트, 알킬렌 폴리포스페이트, 카르보하이드레이트 폴리포스페이트 또는 카르보하이드레이트 폴리포스포네이트(예, 테이코산)의 공중합체를 포함한다. 메타크릴산의 합성 음이온성 공중합체의 예들은 예를 들면, 아크릴아미드, N,N-디메틸 아크릴아미드 또는 N-비닐피롤리돈을 포함하는 비닐 단량체와 함께, 아크릴 또는 메타아크릴산의 공중합 산물을 포함한다. 예시적인 음이온성 생중합체 또는 개질된 생중합체는 히알루론산, 헤파린 또는 콘드로이틴 설페이트와 같은 글리코사아미노글리칸, 푸코이단, 폴리-아스파르트산, 폴리-글루타민산, 카르복시메틸 셀룰로스, 카르복시에틸 덱스트란, 알기네이트, 펙틴, 젤란, 카르복시알킬 키틴, 카르복시메틸 키토산, 및 셀페이트화 다당류를 포함한다.

일부 실시예에서, 입자상의 표면개질제의 상호 작용 및/또는 밀도의 특성은 입자 간의 상호 작용의 인력 강도를 제어하기 위해 조절 될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 개질은 결과적인 겔의 물리적 특성, 즉 비전단에서의 강성 또는 전단 조건에서의 유동성, 겔의 전체 기계적인 강도에 영향을 주기 위하여 사용될 수 있다. 수정될 수 있는 물리적 특성의 예는 인장 강도, 신율, 굴곡 강도, 굴곡 탄성율, 전단 하에서 점도 등이다.

D. 치료, 예방 또는 진단 약제

여기서 설명되는 조성물은 하나 이상의, 치료, 예방 또는 진단 약제의 반응성 및/또는 제어된 전달을 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 조성물은 단지 하나의 치료, 예방, 또는 진단 약제, 즉 인슐린을 함유한다. 다른 실시예들에서 다수의 약제들이 함께 또는 독립적으로, 응답 방식 또는 제어된 방식 중 하나의 방식으로 전달될 수 있다.

예를 들면, 일부 실시예에서 제1의 치료, 예방, 또는 진단 약제의 지속적인 확장된 방출을 제공하고, 동시에 특정 자극에 응답하는 제2의 치료, 예방, 또는 진단 약제의 방출을 제공하는 것이 유리할 수 있다. 그러한 실시예에서, 제1약제는 공지된 바와 같이 표준 확장 방출 중합체성 매트릭스를 함유하는 중합체 입자에 혼입 될 수 있다. 제2 약제는 본원에 기재된 바와 같이 반응성 중합체 매트릭스를 함유하는 중합체 입자에 혼입 될 수 있다.

특정의 비한정적인 예를 들면, 당뇨병의 치료에서, 이러한 알파-글루코시다아제 억제제와 같은 당뇨병 약물의 지속적인 전달을 제공하는 것이 바람직할 수 있지만 동시에 검출된 혈당농도의 증가에 응답하여 인슐린 전달을 위해 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 일부 실시예에서, 알파-글루코시다아제 억제제를 캡슐화한 확장된-방출 입자(즉, PLGA입자)와 인슐린을 캡슐하한 알파-글루코시다아제의 억제제-응답성 입자(예, 본원 실시예에 기재된 변성 덱스트란 입자와 같은)의 양자를 함유하는 네트워크 겔 조성물을 제공함으로써 달성될 수 있다.

바람직한 실시예에서 인슐린 또는 인슐린 유사체를 함유하는 조성물이 제공된다. "인슐린"는 혈중 포도당의 수준을 제어하는 췌장에 의해 만들어지는 천연 펩티드 호르몬을 말한다. 인슐린은 세포가 포도당을 사용하는 것을 허용한다. 본 발명에서 사용되는 "인슐린 유사체"는 하나 이상의 아미노산 잔기가 다른 아미노산 잔기로 치환하거나 삭제하거나 그 N 말단이나 C 말단에서 하나 이상의 아미노산 잔기를 추가함으로써 아미노산 잔기에 A사슬 및/또는 B사슬이 연장된 인간 인슐린을 의미한다. 그리고 인슐린 유사체는 혈당 수준을 천연적으로 발생하는 인슐린보다 다른 약동력학적으로 제어한다. 인슐린 유사체의 예에는, NPH 인슐린; Humulin N이란 이름의 회사와 Eli Lilly에 의해 출시된 Humulin N, Novolin N, Novolin NPH, NPH Iletin II 및 이소판 인슐린은 당뇨병 환자의 혈당 수준을 관리하는 데 도움을 주도록 주어진 매개-작용 인슐린이다. 많은 사람들이 80년대에 포르신/보빈 인슐린에서 이들 인슐린으로 교체함으로써 생기는 문제들을 보고하였다. 문제는 분위기/기질 변화, 기억 문제 및 저-무감지증이다.

Lispro. Eli Lilly 및 Company는 급속작용 인슐린 유사체로서, "lispro"로써 최초의 인슐린 유사체를 가졌다. 그것은 상품명 Humalog 상품명으로 출시되었다. 그 것은 재조합 DNA 기술을 통해 B 사슬의 C 말단에 있는 끝에서 두 번째의 리신 잔기와 프롤린이 역전되도록 설계되었다. 이러한 변형은 인슐린 수용체 결합을 변경하지 않았으나 인슐린 다이머 및 헥사머의 형성을 차단하였다. 이 것은 활성 단량체 인슐린의 더 큰 량이 식후 주사를 위해 가능하게 허용하였다.

아스파르트(Aspart). Novo Nordisk는 "Aspart"를 만들어 급속작용 인슐린 유사체로 NovoLog/NovoRapid (UK-CAN)로 출시하였다. 그 것은 통상적인 프롤린 아미노산, B28이, 아스파르트산 잔기로 치환되도록 재조합 DNA 기술을 통해 만들었다. 그 서열은 효모의 게놈 내로 삽입되고, 효모는 생반응기에서 수확된 인슐린 유사체를 발현하였다. 이 유사체는 급속작용 인슐린을 생성하기 위하여, 헥사머의 형성을 방지한다. CSII 펌프와 Flexpen, 피하 주사를 위한 Novopen 전달 장치에서의 사용을 위해 승인되었다.

글루리신(Glulisine). Glulisine는 Sanofi-Aventis에서 개발한 더 새로운 급속 작용 인슐린 유사체이고, 인슐린 펌프 또는 Opticlik Pen에서 표준 주시기로서 사용이 승인된 것이다. 표준 주사기 전달도 옵션이다. 그것은 Apidra라는 이름으로 판매되고 있다. FDA 승인-라벨은 그 것이 급속 발명 및 더 짧은 작용기간에 의해 표준 인간 인슐린과는 다르다고 기재하고 있다.

이동된 등전점 인슐린

표준의 변경되지 않은 인슐린은 생리학적 pH에서 용해된다. 이동된 등전점을 가지는 유사체들은 유사체들이 대부분은 석출하지만 혈류에서 서서히 분해되고 결국 신장에서 분비되는 용해도 평형상태에 존재하도록 만들어졌다. 이러한 인슐린 유사체는 인슐린의 기초 수준을 대체하기 위해 사용되며, 최대 24 시간의 기간에 걸쳐 효과적 일 수 있다. 그러나, 인슐린 디터머와 같은 일부 인슐린 유사체들은 초기 인슐린 변형체와 같은 지방보다는 알부민에 결합하고, 장기간 사용 (예를 들어 10 년 이상)의 결과들이 결코 방출되지 않았다.

글라진 인슐린(Glargine insulin). Sanofi-Aventis는 지속시간이 더 긴 인슐린 유사체로서 글라진(Glargine)을 개발하여 Lantus라는 상품명으로 출시하였다. 그것은 세 가지 아미노산을 변경하여 만들어졌다. 두개 양전하로 대전된 아르기닌 분자는 B 사슬의 C 말단에 추가되었고, 그 것들은 등전점들을 5.4에서 6.7로 이동시켜 약 산성 pH에서 더 잘 녹고 생리학적 pH에서 덜 녹는 글라진을 만들었다. 체인의 위치 21의 산-민감성 아스파라긴을 글리신으로 교체하는 것이 아르기닌 잔류물의 탈아미노화 및 이량체화를 피하기 위해 필요하다. 이들 세 가지 구조적 변화와 아연을 가진 제형은 생합성 인간 인슐린과 비교했을 때 연장된 작용을 초래한다. pH 4.0 용액을 주사하면, 물질의 대부분은 석출하고 생물학적으로 유용하지 않다. 소량의 사용을 위해 즉시 이용할 수 있으며, 나머지는 피하 조직에 격리되어 있다. 글라진이 사용되는 바와 같이, 침전 물질의 소량은 혈류안의 용액안으로 이동하고, 기저 인슐린 수준은 최대 24 시간까지 유지 될 것이다. 피하 인슐린 글라진의 작용 개시는, NPH 인간 인슐린보다 다소 느리다. 화학식에는 아연이 없기 때문에 투명한 용액이다.

디터머 인슐린(Detemir insulin). Novo Nordisk는 인슐린 디터머를 만들고, 인슐린의 기저 수준을 유지하기 위하여 장기간-지속형 인슐린 유사체로서 Levemir 라는 상품명으로 출시하고 있다. 기저 인슐린 수준은 최대 20시간 동안 유지될 수 있지만, 시간이 명백히 주입 용량의 크기에 의해 영향을 받는다. 이 인슐린은 작용의 지속 시간을 증가시키고, 혈청 알부민에 대한 높은 친화성을 갖는다.

당뇨병 약제

예시적인 당뇨병 약제는 설포닐우레아, 메글리티나이드, 비구아나이드, 티아졸리 딘디온, 알파-글루코시다아제 억제제, 또는 DPP-4 억제제를 포함한다.

설포닐우레아는 인슐린을 방출하는 췌장의 베타 세포를 자극한다. 클로르 프로 (Diabinese)는 오늘날에도 여전히 사용하는 유일한 제1세대 설포닐우레아다. 제2 세대 설포닐유레아는 제1세대 약물보다 더 작은 용량으로 사용된다. 3개의 제2세대 약물이 있다: 글리피지드 (글루코트롤과 글루코트롤 XL), 글리부리드 (미크로, 글리나아제 및 다이어베타), 및 글리메피리드(아마릴). 메글리티나이드는 인슐린을 방출하는 베타 세포를 자극하는 약물이다. 레파글리니드 (프딘) 및 나테글리나이드 (스타릭스는) 메글리티나이드가 있다. 메트포르민 (글루코파아제)은 비구아니드이다. 주로 간에서 생산 된 포도당의 양을 감소시킴으로써 낮은 비구아니드 혈당치를 낮춘다. 로시글리타존 (아반디아)과 피오글리타존 (ACTOS) 티아졸리딘디온라는 약물의 그룹에 있다. 이 약은 인슐린이 근육과 지방에서 더 잘 작동하고 또한 간에서 포도당 생성을 줄일 수 있다. DPP-4 억제제는 저혈당을 유발하지 않고 A1C를 개선하는 데 도움이 된다. 이들은 본체, GLP-1의 천연 화합물의 분해를 방지하여 작동한다. GLP-1은 체내에서 혈당 수준을 감소 시키지만, 매우 빨리 약물 자체 주입 때 잘 작동하지 않게 세분화된다. GLP-1 분해 공정을 방해하여, DPP-4 억제제는 이들이 상승 된 경우에 만이 혈당 강하, 신체 이상에서 활성 상태를 유지하도록 허용한다. 시타글리틴(JANUVIA)????과 삭사글립틴(ONGLYZA)는 현재 시장에서 두 DPP-4 억제제이다.

특정 바람직한 실시예에서 증가된 포도당 농도에 응답하여 인슐린 및 인슐린 유사체의 응답성 방출과 조합하여 당뇨병 약물의 연장된 방출을 응답식으로 또는 독립적으로 제공함으로써 함께 전달될 수 있는 인슐린 및 하나 이상의 추가적인 당뇨병 약물을 함유하는 조성물이 제공된다.

인슐린 및 인슐린 유사체 외에 다른 치료, 예방 또는 진단 약제는 치료 또는 질환 또는 장애를 관리하기 위해 캡슐화 될 수 있다. 이들은 작은 약물, 단백질 또는 펩티드, DNA, mRNA 및 siRNA와 같은 핵산 분자, 다당류, 지질 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.

캡슐화된 특정 치료, 예방, 진단 약제는 처리되는 조건에 의존한다. 예를 들어, 혈중 알코올 농도에 응답하여 중합체 매트릭스를 함유하는 조성물에, 일반적으로 알코올 중독 또는 다른 약물 중독, 즉 을 위해 주로 사용되는 하나 또는 하나 이상의 약물, 즉 디설피람 또는 칼슘 카르바미드, 디아제팜 또는 리브리윰, 또는 날록손, 날트렉손, 사이클라조신, 디프레노핀, 엑타조신, 레발로판, 메타조신, 또는 날로르핀과 같은 아편제 길항물질의 치료에 사용되는 하나 이상의 약품을 사용하는 것이 유리할 수 있다.

진단 약제는 단독으로 또는 치료 및/또는 예방제와 함께 방출될 수 있다. 예로서는 방사성핵종, 방사선 불투과성 분자와 MRI, X선 또는 초음파 감지 분자를 포함한다.

E. 첨가제

여기서 사용되는 "약학적으로 수용가능한 캐리어"는 비독성, 비활성 고체, 반-고체 또는 액체 필터, 희석제, 캡슐화 물질 또는 임의의 형태의 제형 보조제를 의미한다. Gennaro, Mack Publishing, Easton, Pa., 1995 발행 Remington 's Pharmaceutical Sciences Ed.는 약학적 조성물을 제형하는 데 사용되고 그 제조를 위해 공지된 기술로 사용되는 다양한 캐리어를 개시하고 있다. 제형은 단지 입자들과 인슐린 또는 인슐린 유사체를 캡슐화하는 결과 겔과 증류수, 멸균완충 식염수, 또는 다른 표전 첨가제와 같은 하나 또는 하나 이상의 첨가제를 포함한다.

II. 응답성 조성물의 제조 방법

A. 나노네트워크 겔을 제조하는 방법

콜로이드성 나노네트워크 겔은 예를 들면 나노입자 또는 마이크로입자와 같은 반대로 대전된 입자들을 사용하여 제조될 수 있고, 그 것은 안정된 3차원 뼈대를 형성하기 위하여 상호작용한다. 즉, 상기 콜로이드성 겔은 다양한 용도를 위해 응답성 약물 전달 골격으로 성형되거나 만들어질 수 있다. 제형은 안정된 구조를 형성하기 위하여 피하주사에 앞서 행하여 질 수 있고 또는 그자리에서 안정적인 구조를 형성하도록 피하주사 도중에 행하여 질 수 있다.

형상-특정 조직 골격의 제조를 용이하게 하도록 지지체는 전단 강한 응집력 정적 하에서 순응성 원하는 정도를 구성할 수 있다. 또한, 충전 된 중합체는 하전 된 입자와 반대 전하를 갖는 고분자 겔 콜로이드를 생산하는 제조 공정 중에 대전 된 입자 중 하나에 대해 치환 될 수 있다. 따라서, 설명은 본 명세서에 하나의 대전 된 입자가 충전 된 중합체로 치환되는 것을 포함할 수 있다.

콜로이드 입자 겔은 생분해 성 및/또는 생 물 내성 입자로부터 제조 될 수 있다. 입자 중 적어도 하나는 반응 약물 전달 폴리머 매트릭스를 포함하고, 예방 적 치료 또는 진단 제는 하나 이상의 조건???? 변화에 응답하여, 즉, 응답 방식으로 전달한다. 이와 같이, 입자의 적어도 일부는 바람직하게는 중합체 일 것이다. 추가의 입자는 중합체 성 유기, 무기, 세라믹, 무기물, 이들의 조합 등을 포함할 수 있다. 콜로이드 겔은 생분해 성 고분자와 무기물 입자로서, 하나 이상의 유형을 포함할 수 있다.

겔은 콜로이드 형상 특정 마이크로 재료의 제작이 가능 고농도 전시 슈도 동작에 반대로 충전 된 나노입자를 제조할 수 있다. 이러한 재료의 응집력과 같은 입자 간 상호 작용에 따라 달라진다; 정전기력, 반 데르 발스 인력, 입체 장애 및 치료 예방, 또는 진단 제의 목적하는 방출 이외에 원하는 기계적 및 물리적 특성을 갖는 nanonetwork 겔의 설계를 용이하게하기 위해 활용 될 수 있다.

도. 도 1의 a) - c)는 형성된/또는 치료 용 지지체로서 사용하기위한 임플란트로 성형 될 수 있는 네트워크의 겔을 제조하기위한 하나의 프로세스의 개략도를 제공한다. 도에 도시 된 바와 같이. 1A, 포지티브 키토산 코팅 된 입자와 음 알기네이트 피복 입자 콜로이드 다공성 겔 (도 1C)를 제조하기 위해 결합 될 수 있다. 일부 실시예에서, 콜로이드 겔은 다양한 형상 중 하나를 가질 수 임플란트로 성형 될 수 있다. 종종, 모양 이식에 적합한 형태로 될 것입니다. 임플란트는 하나 이상의 치료 적, 예방 적 반응의 전달, 진단 제 또는 치료제를위한 스캐 폴드를 제공하기 위해 주입 될 수 있다. 일부 실시예에서 네트워크 겔 임플란트 표준 바늘로 주입할 수 있도록 전단 조건하에 점도를 가질 것이다. 바람직한 실시예에서, 임플란트의 전달은 인슐린 또는 혈당에 응답 인슐린 유사체 (도 1C)를 제공한다.

일부 실시예에서, 대상 입자와 비 대상 입자는 입자와 액자 네트워크 인 콜로이드 다공성 겔을 제조하기 위해 결합 될 수 있다. 본원에 기재된 네트워크 콜로이드 겔의 형태로 기공 매트릭스를 형성하기 위해, 대상 입자와 관련된 대상 입자의 네트워크를 포함로서 콜로이드 겔은 실질적이다. 전단력이 관을 통과 주사기로부터 분사되는 등, 콜로이드 겔에 적용되거나, 대상 입자를 교반과 음극 입자가 너무 해리 될 때 콜로이드 겔 점에서 전단 박화 특성을 갖고 페이스트를 형성하거나 콜로이드 겔 일부 증가 유동성을 제공하기 위해. 따라서, 상기 입자의 네트워크가 일시적 유동성을 제공하기 위하여 파괴 될 수 있다. 유동성 콜로이드 겔 성형하고 주걱 또는 다른기구로 형성 될 수 있는 페이스트의 것과 유사할 수 있다. 아니오 전단력 하에서, 대상 입자와 비 대상 입자는 다시 다공성 콜로이드 네트워크 겔을 형성하기 위해 결합 될 수 있는 경우. 어떠한 전단력이 적용되지 않을 때 콜로이드 겔이어서 구조적 사운드 형태로 설정할 수 있다. 따라서, 설정 콜로이드 겔 임플란트로 사용될 수 시츄 성형 및 shapeable 임플란트를 제공하기 위해 신체 내 부위에 주사할 수 있다.

콜로이드 성 겔 지지체는 하나 이상의 치료 적 예방, 또는 진단 제의 장기간 전달을 위해 사용될 수 있고, 양전하 생체 입자 및 제1 복수의 음전하 생체 입자 2 복수를 포함할 수 있다. 콜로이드 겔의 형태로 입체 매트릭스를 형성하기 위해 양 및 음의 이온 입자의 상호 작용 또는 다른 상호 작용을 통해 서로 연결될 수 있다. 선택적으로, 매트릭스는 공극으로 정의하고 입자 사이에 배치 된 복수를 포함할 수 있다. 기공은 입자보다 작거나 살아있는 세포들을 수신하기에 충분한 크기 일 수 있다. 예를 들어, 기공은 입자 또는 큰 공극 간의 격자 공간 일 수 있다. 따라서, 세공은 작은 분자, 거대 분자, 세포 등을 유지하도록 치수 화 될 수 있다. 또한, 결합 입자는 기공 내에 복수과 입자로부터 제조 된 지지체에 세포와의 상호 작용을위한 충분한 표면적을 가질 수 있다.

생체 입자는 입자의 제1 및 제2 세트를 포함할 수 있다. 일반적으로, 입자들의 제1 세트는 양으로 대전되고, 입자들의 제2 세트는 음으로 하전 된, 또는 그 반대로된다. 또한, 입자의 제1 세트는 충전 형보다 먼저 다른 특성을 가질 수 있다. 입자들의 제2 세트는 제1 특성 상이한 대전 형보다 다른 제2 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 특성은 서로 독립적으로하기로부터 선택 될 수 있다 : 조성물; 중합체; 입자 크기; 입자 크기 분포; 제타 전위; 밀도를 충전; 생물 활성제의 종류; 생물 활성제 조합의 유형; 생물 활성제 농도; 생물 활성제의 양; 생리 활성 에이전트 방출 속도; 기계적 강도; 적응성; 엄격; 색; radiotranslucency; 또는 radiopaqueness.

반대로 하전 입자가 양의 입자가 매트릭스를 형성하는 대상 입자와 연관되도록 혼합된 공간 분포로 결합 될 수 있다. 일부 예에서, 매트릭스의 일부분은 더 높은 전하 밀도를 가질 수 있는 하나 이상의 다른 전하의 종류 및 입자의 다른 유형 이상의 입자를 가질 수 있다. 즉, 더 낮은 전하 밀도는 더 많은 입자가 콜로이드 겔 매트릭스를 형성하기 위해, 높은 전하 밀도와 더 적은 입자와 결합 될 수 있다.

일 실시예에서, 반응 약물 전달 지지체로서 사용하기위한 콜로이드 겔 중합체 입자의 하나의 치환에 의해 제조 될 수 있다. 이것은 포지티브 하전 중합체 네가티브 하전 입자들, 또는 마이너스 하전 중합체 양성 하전 된 다수의 입자와 결합되는 복수 개의 결합되는 복수를 포함할 수 있다. 충전 폴리머는 다양한 분자량을 가질 수 있다; 그러나, 대형 및/또는 중합체는 이상과 같은 유용한 많은 입자 일 수 있다. 중합체는, 가교 결합, 또는 직쇄 분지 될 수 있다. 중합체는 하전 입자 유사한 전하 밀도를 포함할 수 있다. 또한, 중합체는 전하를 운반하는 복수의 단위를 가질 수 있다. 중합체 양 입자 또는 네거티브 입자, 및 중합체의 반대 전하의 입자 하나를 대체할 수 있는 반응 약물 전달 지지체로서 사용하기위한 본원에 기재된 특성을 갖는 콜로이드 겔을 제조하기 위해 이들과 결합 될 수 있다.

반대로 대전 된 입자와 반응 약물 전달 지지체의 제조 공정은 성공적으로 적합한 치료, 예방, 또는 진단 제의 선택에 따라 다양한 용도에 적합할 수 있는 다공성 잘 연결된 매트릭스를 생성한다. 프로세스는, 예를 들어로 이루어지는 입자를 이용하여 다공질 생체 적합성 및 생분해 성 지지체, 폴리 (D, L- 락 티드 - 코 - 글리콜 라이드) (PLG)을 만드는 데 사용할 수 있는, 폴리 (D, L- 락트산 - 코 - 글리콜 산) (PLGA). 또한, 다공성 패턴을 다양한 크기의 입자를 사용하여 지지체 내에서 생성 될 수 있다.

일부 실시예에서, 양의 전하를 갖는 입자들의 제1 세트가 제공된다; 설치되어 전달되는 하나 음전하를 갖는 입자 또는 반응성 중합체 매트릭스 및 치료, 예방, 또는 진단 제를 포함하는 두 세트의 제2 세트; 상기 제1 세트의 두 번째 세트의 입자는 공극에 의해 정의 된 입자 사이에 배치 된 복수 갖는 입체 매트릭스를 형성하기 위해 결합된다. 다수의 입자는 세포가 모공 내에 복수의 통과를 허용하기에 충분한 표면적을 갖는다. 입체 매트릭스는 대상 입자가 인접하여 행렬을 형성하도록 이온 대상 입자와 관련되도록 혼합된 입자들의 제1 세트 및 제2 세트를 포함할 수 있다.

지지체는 미리 정해진 형상의 금형에 반대 전하 입자 현탁액을 흐르게함으로써 제조 될 수 있는 미리 정의 된 흐름 프로파일과 (형상 특정 물질의 제조를 허용). 반대로 대전 된 입자와 연결 및 결합 된 연속 부재를 형성하기 위해 함께 혼합 될 수 있다. 프로세스는 (예를 들어, 모터 구동 시린지 펌프) 금형에 반대로 대전 된 입자를 펌핑하도록 시판 프로그래머블 주사기 펌프를 이용할 수 있다. 이러한 형태의 펌프의 다양한 특성은 이제 3 차원 약물 전달 골격을 만들 반대로 대전 된 입자 조성물과 함께 사용될 수 있다.

일부 실시예에서 반대 전하 입자 조성물의 각종 형태의 기록은, 인쇄, 성형, 또는 절단에 의해 형성 될 수 있는 콜로이드 성 겔을 형성하는 정확한 구조를 나타내는 입체 미세주기의 네트워크를 생성하는데 사용될 수 있다. 또한, 겔은 콜로이드 성형 동결 더 단단한 구조를 만들 건조 또는 직접 원위치에 형성 지지체로 주입 될 수 있다. 지지체에 염화나트륨, 염, 오일, 파라핀, 중합체, 또는 포로 겐 활성제 등, 응용은 상호 연결된 3 차원 기공 구조를 향상시키기 위해 다양한 크기의 기공을 만들 수 있다.

일부 실시예에서, 입자 계 지지체의 제조 방법은 다음 중 어느 하나를 포함할 수 대상 입자들의 제1 세트의 제1 액체 현탁액을 제조하는 단계; 제 세트, 제 세트 또는 반응성 중합체 매트릭스 및 치료, 예방, 또는 진단 제를 포함하는 두 세트 중 한 마이너스 입자들의 제2 세트의 제2 액체 현탁액을 준비하는 단계; 금형에 제1 액체 현탁액을 도입하는 단계; 동안, 전 금형에 제2 액체 현탁액을 도입 및/또는 금형에 제1 액체 현탁액을 도입시킨 후, 음전하와 양전하 연관 가진 금형에 입자들의 제2 세트를 성형하여 행렬을 형성하도록.

일부 실시예에서, 제1 및 제2 입자를 결합할 수 있고, 그 다음 행렬을 형성하기 위해 환자의 체내에 도입했다. 필요하거나 원하는 매트릭스이어서 형성 될 수 있다. 예를 들어, 제 입자 조성물은 제 입자 조성물과 조합 될 수 있고, 조합 된 조성물은 환자의 신체 내에서 원하는 위치에 증착 될 수 있다. 따라서, 조성물 이식하기 전에 미리 형상 또는 피사체의 몸 안에 증착 된 후에 형성 될 수 있다.

일 실시예에서, 입자는 표면에 고정화 인자 (예를 들어, RGD 부착 서열)를 포함할 수 있다. 입자의 분포가 세포 이동에 영향을 미칠 수 있는 인자 등의 구배를 생성 표면 인자를 고정화 데.

반응 약물 전달 지지체는 입자 계에 비계 입경 및 전하 밀도의 효과를 탐구하는 시스템 개선으로 이어질 수 반대로 대전 된 단 분산 입자로 형성 될 수 있다. 균일 한 입자는 기공 크기와 지지체의 기공률보다 나은 제어를 제공하고, 임의로 크기의 입자에 비해 밀접 포장할 수 있으며, 상당히 비계의 기계적 무결성을 도울 수 있다. 또한, 대량의 지지체 입자 분자 지방 릴리스 개별 입자 크기 및 중합체 특성에 관한 것이다. 균일 한 입자 기반의 골격과 관련된 재현성과 예측은 약물 전달 발판하기에 더 적합할 수 있다. 다양한 전하 밀도는 단일 지지체에 사용될 수 있다.

둘 이상의 상이한 중합체를 사용하여 일부 실시예에서 (예를 들면, 공중 합체와 같은 블록 공중 합체 및 단독 중합체와 같은) 입자의 특성을 제어할 수 있다. 기술 된 방법은 본원에 예를 들어, 캡슐화 된 치료제의 높은 양이 나노입자를 형성하는 일부 실시예에서, 즉 약 0.2 내지 약 20 중량 예 : 약 0.2 내지 약 40 중량 %, 또는 약 0.2 내지 약 30 중량 %를 포함할 수 있다 퍼센트 또는 치료, 예방 또는 진단 제의 약 1 내지 약 10 중량 %를 구성한다.

일부 실시예에서, 나노 에멀젼 공정은 제1 중합체와 함께, 치료 적 예방, 또는 진단 제를 캡슐화하는 데 사용된다 (예를 들어, PLA-PEG 또는 PLGA-PEG) 및/또는 제2 중합체 (예 덱스트로스 개질 된 다당류), 제1 유기 상을 형성하는 유기 용액과 혼합된다. 이러한 첫 번째 단계는 약 50 중량 % 고형분, 예를 약 5 포함 예를 들면, 약 5 내지 약 40 % 고체, 또는 약 10 내지 약 30 % 고체, 약 10 %, 15 %, 20 %의 고체. 제1 유기 상을 두 번째 상을 형성하는 제1 수용액과 조합 될 수 있다. 유기 용액은 예컨대, 아세토 니트릴, 테트라 히드로 푸란, 에틸 아세테이트, 이소 프로필 알콜, 이소???? 프로필 아세테이트, 디메틸 포름 아미드, 메틸렌 클로라이드, 디클로로 메탄, 클로로포름, 아세톤, 벤질 알코올, 이의 TWEENㄾ 80, 또는 스팬 80, 및 이들의 조합을 위해 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 유기 상을 이들 벤질 알코올, 에틸 아세테이트, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 두 번째 단계는 약 1 내지 50 중량 %, 예를 들면, 5~40 중량 %, 고체 사이에있을 수 있다. 수용액은 임의로 하나 나트륨 콜레이트, 에틸 아세테이트, 벤질 알코올과 더 조합 물이 될 수 있다.

예를 들어, 오일 또는 유기 상을 부분적으로 만 혼화 비용매 (물)와 인용매를 사용할 수 있다. 충분히 낮은 비율로 혼합할 때, 물, 유기 용매로 미리 포화 사용시 따라서, 및/또는, 유상 액 남아있다. 액체 방울, 예컨대 균질 기 또는 sonicators 예를 들어, 고 에너지 분산 시스템을 이용하여 나노입자에 전단으로 유상은 수용액에 유화 될 수 있다. 그렇지 않으면 "수상"로 알려진 에멀젼의 수성 부분은, 나트륨 콜레이트, 에틸 아세테이트 및 벤질 알콜로 미리 포화 된 계면 활성제로 이루어진 용액이 될 수 있다.

두번째 단계 유화하는 유화 단계가 하나 또는 두개의 유화 단계에서 수행 될 수 있다 형성한다. 예를 들어, 기본 에멀젼을 제조하고 미세 에멀젼을 형성 유화 될 수 있다. 일차 에멀션 단순 혼합, 고압 균질화 기, 초음파기 탐침, 교반 막대, 또는 로터 스테이터 균질기를 사용하여, 예를 들어 형성 될 수 있다. 일차 에멀젼 등의 사용을 통해 미세 에멀젼으로 형성 될 수 있다 탐침 초음파 처리기 또는 고압 균질화 ^ 예 균질 기의 과정을 1, 2, 3 또는 그 이상의 패스를 이용하여. 예를 들어, 고압 호 모지 나이저를 사용하는 경우, 사용 압력은 약 13,200 psi의 예는 약 5,000 내지 약 15,000 PSI 또는 약 9900 일 수 있다 9900 또는 13200 PSI.

하나 또는 희석 용매 증발은 입자를 용매 추출을 완료하고 고화 필요할 수 있다. 추출 및 확장 성 공정 동역학보다 나은 제어를 위해, 수성 급냉 통해 희석 용매가 사용될 수 있다. 예를 들어, 에멀젼 켄칭 상을 형성하는 유기 용매 모두를 용해하기에 충분한 농도로 냉수로 희석 될 수 있다. 담금질은 약 5℃ 이하의 온도에서 적어도 부분적으로 수행 될 수 있다. 예를 들면, 급냉에 사용되는 물은 (예를 들어 이하의 룸온도의 온도에서 일 수 있다 약 0 내지 약 10℃, 또는 약 0) 약 5℃까지이다.

B. 치료, 예방 또는 진단의 통합

콜로이드 성 겔 매트릭스의 입자는 적어도 하나의 치료, 예방, 또는 자극 또는 조건에 응답하여 방출된다 진단 제, 혈당 수치 증가에 반응하여, 바람직하게는 인슐린 방출을 포함한다. 콜로이드 겔 매트릭스는 또한 추가의 치료 예방, 또는 진단 제에 함유 된 입자 또는 하나 또는 전하의 제 1 세트에 배치를 포함 할 수 있다.. 치료, 예방, 또는 진단 제는 또한 결합 입자 사이의 틈새 공간에 배치 될 수 있다.. 얻어진 지지체가 제의 바람직한 농도를 생성하기 위하여 추가적인 예방 치료제 또는 진단 제를 방출하도록 구성 될 수 있다.. 선택적으로, 입자들의 제 2 세트는 실질적으로 제의 결여 될 수 있고, 또는 제 2 제제를 포함 할 수 있다.. 제 2 제제가 함유 또는 입자들의 제 2 세트에 배치 될 때, 발판은 첫 원하는 농도와 동일하거나 상이한 제 2 제제의 목적하는 농도를 생성하도록 상기 제 2 약제를 방출하도록 구성 될 수 있다. 첫 번째 에이전트. 다른 에이전트는 긍정과 부정 모두 입자 또는 별개의 입자 수 있으며 제어 및/또는 응답 방식으로 방출 될 수 있다.. 예를 들어, 대상 입자는 제 1 작용제를 포함 할 수 있으며, 대상 입자는 제 2 작용제를 포함 할 수 있다.. 또한, 상기 대상 입자는 제제의 하나 이상의 유형을 포함 할 수 있다.. 또한, 동일한 치료 예방 또는 진단 제는 양 및 음의 입자 모두에있을 수 있다.. 하나 이상의 치료 적 예방, 또는 진단 제의 목적하는 방출 프로파일이 얻어 질 수 있고, 예컨대 혈액과 같은 하나 이상의 분자의 농도 변화와 같은 하나 이상의 자극에 반응 할 수 있도록이 입자의 다양하고 복잡한 구성을 허용 포도당, 산도의 변화, 또는 온도의 변화. 또한, 제의 한 종류와 입자 우선적 행렬의 다른 측면 또는 부분 작용제의 종류가 다른 콜로이드 겔 매트릭스의 일측에 배치 될 수 있다.. 다른 제제와 다른 입자의 구성은 하나의 금형 내에서의 위치와 다른 위치에서의 입자의 다른 유형의 입자 중 한 유형을 배치함으로써 제조 공정에서 달성 될 수 있다.. 따라서, 입자의 다른 유형의 수는 각각 지지체에, 예방 적 치료 또는 진단 제의 다른 유형의 다수를 제공하는 생물 활성제를 가질 수 있다..

따라서, 입자의 제 1 세트의 제 1 특성은 제 2 제제에 함유 또는 입자 상에 배치 될 수 있는 제 1 작용제에 포함 또는 입자 상에 배치되고, 입자들의 제 2 세트의 제 2 특성이 될 수 있다.. 일부 실시예에서, 제 1 세트 또는 제 입자의 집합 중 적어도 하나는 생분해 성 중합체를 포함 할 수 있다.. 예를 들어, 입자는 폴리 락 티드 - 코 - 글리콜 라이드 또는 폴리 (락트산 - 코 - 글리콜 산) 또는 PLGA 또는 다른 유사한 중합체 또는 공중 합체를 포함 할 수 있다..

일 실시예에서, 지지체는 동일하거나 첫 번째 또는 두 번째 특성이 상이하다 전하보다 다른 제 특성을 갖는 입자의 제 3 세트를 포함 할 수 있다.. 입자들의 제 3 세트는 상이한 또는 매트릭스에 대하여 양 및 음의 입자의 공간 위치와 동일 위치에 소정의 공간을 가질 수 있다.. 또한, 3 세트는 긍정, 부정, 또는 중립이 될 수 있다. 경우 중성 입자는 양/음 입자 매트릭스 내에 포획 될 수 있거나 또는 화학적으로 이에 결합 될 수 있다..

일 실시예에서, 상기 지지체는 제 1 단부와 대향 제 2 단부를 포함 할 수 있다.. 따라서, 입자의 제 1 세트는 제, 예방 치료 또는 진단 제를 가질 수 있고, 제 1 단부는 제 세트의 입자의 대부분을 가질 수 있다.. 이에 대응하여, 입자들의 제 2 세트는 제 1 작용제는 다른 제 2, 예방 치료 또는 진단 제와 두 번째 세트의 입자의 대부분을 갖는 제 2 단부를 가질 수 있다.. 입자의 표면에 플러스, 마이너스 전하가 겔을 형성하도록 상호 작용한다.

로드 약물 입자를 제조하는 방법은 당 업계에 공지되어있다. 일부 실시예에서 중합체 입자는 겔을 형성하기 전에 하나 이상의 치료, 예방, 또는 진단 제와 함께로드된다. 젤 형성 후 일부 실시 하나 이상의 치료, 예방, 또는 진단 제에서 제를 함유하는 용액에 침지함으로써 겔을, 예를 들면, 입자로 로딩된다. 바람직한 실시예에서 제는 인슐린 또는 인슐린 유사체이다. 인슐린 전 또는 하이드로 겔로 자기 조립 성분을 혼합 한 후, 하이드로 겔에 로딩한다. 일부 실시예에서, 인슐린은 먼저로드 입자 임의로 표면 개질제를 갖는, 반응성 중합체 성 매트릭스를 갖는 생성되고, 입자는 겔을 형성하기 위해 결합된다. 일 실시예에서, 이미 형성된 반응성 중합체 입자를 함유하는 하이드로 겔은 인슐린을 흡수하여 인슐린 용액과 함께 배양한다.

일부 실시예에서, 모든 치료, 예방, 또는 진단 제의이 단계에서 입자로 캡슐화되고, 약물 용해 보조제는 가용화 된 상을 형성하는 켄칭 상에 첨가된다. 예컨대 일 수 있다. 용해제 약물 TWEENㄾ 80 TWEENㄾ 20, 폴리 비닐 피 롤리 돈, 사이클로 덱스트란, 소듐 도데 실 설페이트, 또는 소듐 콜레이트. 예를 들어, 80 TWEENㄾ 유리 약물 가용화 및 약물 결정의 형성을 방지하기 위해 급냉 나노입자 현탁액에 첨가 될 수 있다.. 1 내지 약 10 : 일부 실시예에서, 치료제로 약물 용해 보조제의 비율은 약 1 내지 100.

가용화 상 나노입자를 회수하기 위해 필터링 될 수 있다.. 예를 들어, 한외 여과막은 나노입자 현탁액을 농축 및 유기 용매가 실질적으로, 유리 약물 및 다른 가공 보조제 (계면 활성제)을 제거하기 위해 사용될 수 있다..

실시 여과 접선 플로우 여과 시스템을 이용하여 수행 될 수 있다.. 예를 들어, 통과 구멍 용질, 미셀을 허용하면서 나노입자를 유지하기에 적합한 크기, 및 유기 용매와 막을 사용하여 나노입자를 선택적으로 분리 할 수????있다. 약 300 ~ 500 kDa의 (-5-25 ㎚)의 분자량 컷 - 오프를 예시적인 멤브레인이 사용될 수 있다..

정용 여과는 여과와 같은 비율로 공급 현탁액에 첨가 할 수 있다. diafiltrate (차가운 탈 이온수 약 10 ㅀ C로 예 약 0 ℃, 약 5 ㅀ C로 C 또는 0)를 의미하는, 일정 부피 방식을 사용하여 수행 될 수 있다. 정지에서 제거됩니다. 일부 실시예에서, 필터링은 약 5 ℃ 내지 약 0 ℃의 제 1 온도를 사용하여 C, 또는 약 10 ㅀ ~ 0 ㅀ C C, 약 30 ㅀ C 내지 약 20 ㅀ C의 임의 제 2 온도를 제 필터링을 포함 할 수 있다. 약 35 ㅀ C, 또는 15 ㅀ C. 예를 들어, 필터링은 약 5 ℃로 약 0 ℃에서 약 20 내지 약 10 diavolumes 처리를 포함 할 수 있다.. 다른 실시예에서, 필터링은 약 5 ㅀ 내지 약 0 ㅀ C에서 C, 및 처리 적어도 하나 diavolume (예를 들어 약 1 내지 약 3 또는 약 1-2 diavolumes) 약 20 ℃에서 약 6 diavolumes 1에 대한 처리를 포함 할 수 있다. 약 30 ㅀ C까지.

임의로, 정제 및 나노입자 현탁액을 농축 후, 입자는 -0.2 μπι 깊이 프리 필터를 사용하여, 예를 들어, 하나, 둘 또는 그 이상의 살균 및/또는 깊이를 필터에 통과 될 수 있다..

나노입자의 제조 실시예에서, 유기 상 치료제의 혼합물, 예를 들면, 인슐린, 및 중합체 (단독 중합체 및 공중 합체)로 이루어지는 형성된다. 5 비율 (오일 상 : 수성 상) 성상 계면 활성제 및 선택적으로 이루어지는 용매에 용해되는 유기 상을 약 1 수성 상과 혼합 될 수 있다.. 일차 에멀젼을 다음 간단한 혼합하에 또는 로터 스테이터 균질 기의 사용을 통해 두 단계의 조합에 의해 형성된다. 일차 에멀젼을 다음의 예를 이용하여 미세 에멀젼으로 형성되고 고압 균질. 미세 에멀젼이어서, 예컨대 급냉 수도 혼합 하에서 탈 이온수에 첨가. 실시 급랭 에멀젼 비가 수 있다.. 약 8 : 1 TWEENㄾ의 용액 (예 TWEENㄾ 80)을 예를 달성하기 급랭에 첨가 될 수 있다. 무료, 캡슐화 인슐린을 용해하는 역할을 할 수 있다. 전체 약 1 ~ 2 %의 TWEENㄾ 형성된 나노입자는 원심 분리 또는 한외 여과/정용 여과 방식을 통해 분리 될 수 있다..

C. 제형

제형은 공지된 부형제 및 약학적으로 사용될 수 있는 제제로 처리를 촉진 보조제를 포함하는 하나 이상의 생리 학적으로 허용 가능한 담체를 사용하여 통상의 방식으로 제형 화 될 수 있다.. 일 실시예에서, 주입 전에, 제형은 현탁액의 형태이다.

약물의 제제는 예를 들면, 설명, Hoover, John E., Remington's Pharmaceutical Sciences, Mack Publishing Co., Easton, Pa. (1975), 그리고 Liberman, H. A. and Lachman, L., Eds., Pharmaceutical Dosage Forms, Marcel Decker, New York, N.Y. (1980). 적절한 제제는 선택된 투여 경로에 의존한다.

바람직한 실시예에서, 제제는 주사 가능한 제형이다. 주 사용 인슐린 제제는 희석제 겔 캡슐화 인슐린을 현탁시킴으로써 제조 될 수 있다.. 서스펜션은 살균 장치 또는 여러 주사 투여에 적합한 유리 병에 채워진다. 당 업계에 공지 된 멸균 주사 제제는 제제화 될 수 있다.. 사용될 수 있는 허용되는 비히클 및 용매 중에는 물, 링거액, USP 아르 및 등장성 염화나트륨 용액이있다. 주 사용 제형은, 또는 용해 또는 멸균 수 또는 이전에 사용 기타 멸균 주사 매질에 분산 될 수 있는 멸균 고체 조성물의 형태로 멸균 제를 혼입함으로써 박테리아 - 보유 필터를 통해 여과하여, 예를 들면, 멸균 될 수 있다.

IV. 조성물을 사용하는 방법

A. 투여 방법

제제는 근육 내, 또는 피내, subcutanteously 투여 될 수 있다.. 바람직한 실시예에서, 제제는 피하 주입된다. 일부 실시예에서 젤 예비 성형되며 전단 조건 하에서 주사. 이러한 실시예에서 그것은 표준 바늘을 사용하여 겔을 주입하는 것이 가능할 수 있다.. 일부 실시예에서, 겔은 겔을 형성하는 반응계에서 입자의 주먹 및 제 2 복수를 조합하여 또는 UV 또는 다른 같은 합성 겔은 열인가시에 형성되는 입자 광에 의해, 예를 들면 동일 반응계에서 형성된다 외부 자극은 겔을 형성한다. 예를 들어, 열적으로 활성화 가교제로 코팅 된 입자는 단순히 생리적 온도 증가에 의해, 몇몇 실시예에서, 가열에 의해 반응계 내에서 또는 겔화 될 수 있다..

본원에서 사용되는 "단위 투여 형태"는 치료 될 환자에 대한 적절한 공액의 물리적으로 분리 유닛을 지칭한다. 일 실시예에서, 제제는 기저 방출 프로파일 다음 주입 시간에 따라 전신 순환으로 인슐린을 방출하기위한 인슐린 제제 인 환자. 다른 실시예에서, 제형은 환자에 주입 다음 비 기저 방출 프로파일과 함께 시간이 지남에 따라 전신 순환으로 인슐린을 방출하도록 설계된다. 예시적인 비 - 기저 용출은 정규 인간 인슐린 방출 프로파일 및 식후 방출을 포함 프로파일. 일 실시예에서, 제제는 환자에게 주입 다음 일반 인간 인슐린 방출 프로파일과 함께 시간에 걸쳐 전신 순환으로 인슐린을 방출하도록 설계된다. 또 다른 실시예에서, 제형은 식후 시간에 따라 전신 순환으로 인슐린을 방출하도록 설계된다.

B. 치료될 환자

응답성 약물 전달 지지체 또는 겔을 포함하는 조성물 및 제형은 응답 방식, 치료 적 예방, 또는 진단 제의 전달을 필요로하는 환자에게 투여 될 수 있다.. 바람직한 실시예 세트에서, 환자는 당뇨병에 기인 즉 혈당 수준의 증가에 응답하여 치료제의 투여를 필요로한다.

환자의 혈당 상승으로 일부 실시예에서, 포도당 (예를 들면 입자 중에 캡슐화 GOX/CAT 시스템)에 응답 신호에 의해 글루 콘산으로 전환된다. 글루 콘산 로컬 입자 속도가 의존하기 때문에, 캡슐화 된 인슐린을 방출할 때 저하 (예컨대, 다른 중합체가 사용될 수 있다. 본 명세서에서 비록 기재된 변성 포도당 중합체) 산 분해성 중합체 매트릭스의 증가 된 분해 결과 pH를 낮춘다 글루 콘산으로 혈당의 전환시에, 글루코스 의존적으로 전달될 수 있다..

환자의 혈당 상승으로 일부 실시예에서, 혈당은 겔 형성에 기여하는 작용을 방해, 펩티드, 하이드로 겔의 글루코오스 결합 포팅 결합한다. 글루코스와의 상호 작용은도 1의 (c)에 도시 된 바와 같이 혈중 글루코스 의존적으로 인슐린 제제로부터 방출 리드.

일부 실시예에서, 인슐린 제제는 인슐린 의존성 완전하지 않은 환자에게 투여된다. 환자는 안전한 범위 내에서 그/그녀의 혈당 수준을 유지하기 위해 추가의 인슐린을 함유하는 제형이 필요하지 않도록 한 실시예에서, 제형은 하루 동안 환자에게 인슐린의 충분한 양을 제공한다. 환자는 전형적으로 완전히 인슐린 의존하지 않는다.

다른 실시예에서, 제형은 하루 동안 환자에게 투여 인슐린 - 함유 제제 중 하나로 집약 인슐린 치료를 받고있는 환자에게 투여된다. 바람직하게는, 제제는 기초 방출 프로파일을 가진 환자에게 인슐린을 제공합니다.

본원에서 사용되는 "제어 혈당치는"70부터 1백30까지 밀리그램/dL 이상 또는 90~110 밀리그램/dL로 사이에 통상적으로 원하는 수준의 혈중 글루코스 농도의 유지를 의미한다.

바람직한 구체 예에서, 당뇨병 환자에게 투여 제형은 최대 5 일, 1 주, 2 주 1 개월, 또는 최대 2 개월 동안 정상 혈당 (정상 혈당 수준)을 유지할 수 있다..

본 발명은하기 비 제한적인 실시예를 참조하여 이해 될 것이다.

실시예

모든 화학물질은 달리 명시되지 않는 한 Sigma-Aldrich로부터 구입하고, 수령하는 대로 사용 하였다. 인간 재조합 인슐린 (아연 염, 27.5 IU/mg)을 Invitrogen 사에서 구입하였다. 탈 이온수 밀리포어 NanoPure 정제시스템(18.2 MΩ ?? cm-1보다 높은 저항율)에 의해 제조하였다.

m-덱스트란 제조

간단히, 덱스트란 1.0 g (MN~9-11 kDa의 분자량)를 화염건조된 둥근 바닥 플라스크에 첨가하고, 질소로 퍼징하였다. 무수 디메틸설폭사이드 10 ml를 플라스크에 첨가하고, 덱스트란이 완전히 용해될 때까지 교반하였다. 피리디늄 p- 톨루엔술포 네이트 (PPTS, 15.6 ㎎, 0.062mmol)의 2-에톡시프로펜 (4.16 ㎖, 37 mmol)을 첨가한 후 용액에 첨가하였다. 반응 혼합물을 간단히 질소 치환한 다음 반응물의 증발을 방지하기 위해 파라 필름으로 밀봉하였다. 반응은 30분 동안 실온에서 교반하여 그 결과 m-덱스트란이 생겼다. 그 시점에서, 반응은 트리에틸아민 1 mL를 첨가하여 ??칭시켰다. 혼합물을 물에 침전시켜 염기성 불필요한 저하를 방지하기 (pH는 ~ 8)로 3 회 세척하고 원심 분리 (8000 rpm으로, 15 분)에 의해 수집하였다. 생성물은 잔여물을 제거하고 동결 건조하여 백색 고체를 생성하였다. IR (KBr을, cm-1) : 3485, 2,971, 2,862, 1,471, 1,374, 1,246, 1,203, 1,047, 806, 746, 549. 1H NMR (400 MHz의, CDCl3) : 5.21 (BR, 1H), 4.87 (BR , 1H), 4.10-3.70 (BR, 12H), 3.46 (BR, 4H), 1.30 (BR, 16H), 1.11 (BR, 8H).

포도당-응답성 나노입자 및 나노-네트워크 겔의 제조

재료 및 방법

덱스트란 나노입자는 개선된 이중 에멀젼 용매를 증발/추출 방법에 의해 제조하였다. 간단히, 5.8 ㎖의 240 밀리그램 m-덱스트란을 함유하는 유기 상(디클로로 메탄 (DCM)은)을 35 mg의 인간 재조합 인슐린 (Invitrogen 사, USA)를 단독으로 또는 3.5 mg의 효소(카탈라아제에 대한 포도당 중량비 4:1)와 함께 함유한 0.5 mL의 수성 상으로 현탁시켰다. 그 후, 일차 에멀션 즉시 키토산 또는 알기네이트 수용액 (1 %)의 25 ㎖에 붓고, 45주기 동안 초음파 처리 하였다. 알기네이트 또는 비 (Mw : 1.6 ㅧ 105) 수용액 (0.2 %), (96.1 %의 탈아세틸화 정도 612 kDa의 Mn)이 이중 에멀젼이어서 키토산 150 ㎖에 옮겼다. 혼합 된 현탁액을 증발시켜 DCM을 제거하여 실온에서 교반 하였다. 2시간 후, 생성 된 나노입자는 세척하고, 10,000 rpm에서 원심 분리하고, 증류수로 재현 탁 세번의 절차를 반복하여 모았다. 생성물을 동결 건조에 의해 건조시키고, 4 ℃에서 보관 하였다. 나노 네트워크 겔, 키토산, 알기네이트 또는 코팅 된 나노입자는 별도로 탈 이온수 (w/V =???? 20 %)에 분산 혼합 하였다을 얻었다 (w/1/1 = w) 2 분간의 목욕 sonitator. 제조된 나노 네트워크 겔을 3 분 동안 3000 rpm에서 원심 분리하여 수집하고, 4 ℃에서 보관하였다.

적재 능력 (LC) 및 인슐린 캡슐화 된 나노입자의 포위 효율 (EE)의 BCA (bicinchoninic 산) 단백질 분석을 통해 비 캡슐화 된 인슐린의 양을 측정하고, 기본 보정 인슐린이없는 입자를 사용하여 결정 하였다. LC 및 EE는 다음과 같이 계산 하였다 : LC = (AB)/C는 EE가 인슐린의 봉입 량이 예상 = (AB)/A는, B는 수거 용액의 인슐린없는 양이며 C는 전체 중량이었다 입자.

결과

반대로 하전 된 나노입자, 키토산 및 알기네이트 염을 얻기 위해, 덱스트란 코팅 된 나노입자에 대한 표면 개질제로서 사용 하였다. 키토산과 알기네이트 모두 덱스트란 나노입자에 대한 긍정과 부정, 각각 표면 전하를 모두 소개 이용했다. 이중 유화 방법을 이용하여, 덱스트란 입자를 두 종류 알기네이트 피복 입자 키토산 피복 입자 7.9 ㅁ 0.8 중량 %, 및 11.4 ㅁ 0.1 중량 %의 인슐린 부하 용량을 별도로 제조 하였다. 주사 전자 현미경 (SEM)에 의해 도시 된 바와 같이, 키토산 및 알기네이트 염 코팅 된 나노입자는 모두 거의 단 분산 입자 크기를 가진다. 키토산 및 알기네이트 염 코팅 피복 입자의 동적 광산란 (DLS)에 따라 결정 역학적 평균 입자 크기가 각각 340 nm 내지 293 nm이었다. 두 입자의 제타 전위는 각각 10.6 ㅁ 1.9 MV (키토산 코팅) 및 -11.5 ㅁ 1.7 MV (코팅 알기네이트)를했다. 제타 전위가 반대 정전 상호 작용의 결과로 입자 타이트한 포장 촉진하면서 이들 나노입자의 균일하고 크기가 작은 응집 강도를 제공 하였다.

효소와 인슐린 모두로드 응집 나노 네트워크는 반대로 대전 덱스트란 나노입자 용액을 혼합하여 (NN (E + I))의 이용을 만들었습니다. SEM은 나노입자와 미세 3 차원 네트워크로 구성 벌크 다공성 구조를 형성하도록 함께 결합 된 것을 도시한다. 단단히 포장 덩어리로 구성된 도메인의 형성은 나노 네트워크의 응집력 자연 입자 간 명소 (덩어리)과 반발 (기공)의 평형의 결과 나타냅니다.

또한 반대로 대전 된 입자들 사이의 상호 작용을 확인하기 위해, 두 개의 서로 다른 형광 염료와 결합 인슐린은 키토산과 알지네이트로 코팅 된 나노입자로 캡슐화했다. 3D 레이저 스캐닝 공 초점 현미경 (LSCM)은 결과 네트워크의 입자가 눈에 띄게 이동하지 않고 압축 된 것을 나타냅니다.

나노 네트워크 입성을 조사하기 위해, 동일한 고형분 각 나노입자 제제 및 결과적인 나노 네트워크의 점도는 전단 속도 (도 5)의 함수로서 측정 하였다. 순수한 나노입자에 비해 낮은 전단 속도에서 나노 네트워크의 초기 점도 매력적인 정전 상호 작용 및 소형 포장 나노입자의 생성을 확인했다. 응집력은 주사기를 통해 나노 네트워크의 편리 주입을 가능하게 낮은 점도의 결과로 높은 전단 속도로 감소되었다.

생체내 방출 연구

재료 및 방법

나노 네트워크의 글루코스 응답 해리를 검사, 겔은 고혈당 수준 모두 마이크로 원심 튜브에 수집하고, 부재 또는 글루코스의 존재 하에서 PBS 용액과 함께 배양 하였다 (400 mg을 DL-1), 정상 수준 (100 mg의 DL-1).

의 방출을 평가하기 위해 궤도 진탕 나노 네트워크의 제조 후, 각종 용액 (PBS 100 mg의 DL-1 또는 400 mg의 DL-1 글루코오스, 500 μL)를 각 튜브에 첨가하고 37 ℃에서 인큐베이션 인슐린. 소정 시점에서, 샘플 (8000 RPM, 30 초), 상층 액 12 μL의 분석을 위해 제거 하였다 원심 분리 하였다. 신규 용액 12 μL는 일정한 부피를 유지하기 위해 상기 튜브에 첨가하고, 인큐베이터 내에 다시 두었다. 총 인슐린 함량은 쿠마 플러스 단백질 분석을 이용하여 측정 하였다. 웰의 흡광도를 595 nm에서 검출하고, 농도는 단지 효소 나노 네트워크를 사용하여 인슐린 표준 곡선과 검량선으로부터 내삽 하였다. 글루코스 수준 주기적 변화에 적응하는 재료의 능력을 평가하기 위해, 각각의 나노 네트워크 샘플 먼저 그 시점에서 37 ℃에서 2 시간 동안 400 mg을 DL-1 글루코오스 (500 μL)에서 배양하고, 시료를 원심 분리 ( 8000 rpm으로 30 초), 상층 액을 모두 회수 하였다. 시료는 PBS로 두 번 세척 한 후 2 시간 동안 100 mg의 DL-1 글루코오스 (500 μL)에 배양 하였다. 이 사이클을 여러 번 반복 하였다. 마찬가지로, 인슐린 농도는 쿠마 플러스 단백질 분석을 이용하여 측정 하였다.

결과

고혈당 용액에 노출 된 나노 물질은 네트워크 시간에 걸쳐 서서히 분해. 8시간 후, 배양 용액으로 인해 원시 덱스트란으로 변성 덱스트란의 철저한 가수 투명하게되었다. 한편, 배양 용액의 pH 값을 기록 포도당의 효소 적 전환을 확인 7.4-4.2 용액의 pH의 감소와 상관 네트워크의 열화는, 글루 콘산 것을 입증. 대조적으로, 대조 시료 (NO 글루코오스 100 mg의 DL-1 글루코오스)의 양을 8 시간의 시간에 걸쳐 관찰 해리, 용액의 pH의 변화의 결핍과 일치하는 (도 3)을 표시하지 않았다. 고혈당 상태 (도 5)에 노출 될 때 부가 적으로, 낮은 전단 속도에서 나노 네트워크 점도 꾸준히 pH가 감소함에 의한 고분자 전해질의 전하 변화에 응집력을 감소의 결과로 감소 하였다. 나노 네트워크로부터 방출 인슐린의 전체적인 구조는 구조적 원형 이색 (CD) 스펙트럼에 의해 설명 네이티브 인슐린의 유지 하였다.

다양한 포도당 수치에 응답하여 인슐린 분비 동력학을 평가했다. 축적 된 인슐린 분비 연구를 수행하고도 6의 a) 내지 c)에 플롯으로 빠른 인슐린 분비가 고혈당 환경 하에서 나노 네트워크에서 달성되었음을 확인 하였다. 대조적으로, 나노 네트워크에서 한정된 인슐린 분비는 정상적인 혈당 및 글루코스가없는 PBS 완충액에서 배양 15 시간 내에 관찰 하였다. 이러한 결과는 또한 상술 해리 반응과 일치한다. 한편, 인슐린의 용해도는 상기 인슐린 방출 속도를 향상 산성 환경 하에서 증가된다.

글루코스 농도는 여러 번 반복마다 2 시간 정상 혈당 수치간에 주기적 변화시킨 때 나노 네트워크 인슐린 방출 프로파일은 맥동 패턴을 선보였다. 나노 네트워크 혈당치가 고혈당 상태로 전환되었을 때 얻은 포도당 수준의 변경과 인슐린 방출 속도에서 최대 3.6 배 증가에 반응. 또한, 고혈당과 정상 혈당 수준 모두에서 방출 속도는 안정적 극대점까지 증가 후 서서히 감소 하였다. 방출 속도의 "가속 기간은"네트워크의 점진적 약화 및 응집력 해리 구조에 기인한다. 종합적으로, 이러한 결과는 나노 네트워크의 성능 저하를 가리 이후의 인슐린 분비는 포도당 - 중재 및 pH에 의존하는 과정이다. 스마트 밸브 시스템과 같이, 나노 - 네트워크를 통해 인슐린 분비는 포도당 높은 수준에서 용이하게 되고 저 포도당 수준에서 저해.

STZ-유발형 당뇨병 쥐에 대한 생체내 연구

재료 및 방법

당뇨병 치료를위한 인슐린 나노로드 네트워크의 효능 STZ 유발 성인 당뇨병 마우스에서 혈당에 대한 평가 (수컷 C57B6 잭슨 랩, USA)에 의해 생체 내에서 평가 하였다. 마우스는 비교 의학 MIT의 부문의 감독하에 및 실험 동물 관리의 NIT의 원칙을 준수 마음에 든다고했다.

마우스의 혈당은 계속적으로 꼬리 정맥 (~ 3 μL)를 채혈하고 명료 GL2Plus 혈당 모니터 (VWR, USA)를 사용하여 측정하여 투여 전 이틀 동안 시험 하였다. 여덟 당뇨 마우스는 PBS 용액, 인슐린 용액 만 효소 만 인슐린 또는 나노 네트워크 로케이션 인간 재조합 인슐린, 효소, 나노 네트워크 로케이션 나노 네트워크와 각 투여 군으로 선정 하였다. 1 % 이소 플루 란으로 마취되었다 : 수용액 또는 나노 네트워크 150 μL는 마우스의 피하 배부 하였다 (60 mg/kg 인슐린 용량)으로 19 게이지 바늘로 1 공통 주사기를 이용하여 주입 하였다. 각 마우스의 혈당은 (다음 일 아침에 하루 투여 일에 제 12 시간 및 30 분마다 한 번 또는 2 시간) 시간에 걸쳐 모니터링 하였다.

생체 내 인슐린 농도, 혈액 샘플 (25 μL)을 측정하는 마우스의 꼬리 정맥으로부터 그려진 Sarstedt의 혈청 겔 마이크로 튜브에 수집 하였다. 20 ㅀ C 분석까지 - 혈청 샘플 (5 μL)는에서 냉동 보관 하였다. 혈장 인슐린 농도는 인간 인슐린 ELISA 키트 (Calbiotech, USA)를 사용하여 측정 하였다. 정량적으로 총 알부민 농도 이상 당화 알부민, 수집 된 혈청 샘플 (7 μL)의 비율을 결정하기 위해 투여 전 일일 마우스 당화 알부민 키트 (크리스탈 화학, 미국)를 사용하여 투여 후 2 주 분석 하였다.

나노 네트워크의 생체 적합성을 평가하기 위해, 또는 알기네이트와 키토산 HeLa 세포쪽으로 그들의 분해 생성물로 코팅 된 나노입자의 세포 독성은 0.05 mg 내지/mL의 1.2 ㎎/㎖ 범위의 다양한 농도에서 평가되었다.

결과

당뇨병 치료를위한 인슐린 - 로딩 나노 네트워크의 효과를 조사하기 위해서, 스트렙토 조 토신 (STZ)은 유도 된 당뇨병 mice31 피하 인슐린, 효소 (NN (E + I 로케이션 PBS 용액, 인간 재조합 인슐린 용액 나노 네트워크 주사했다 )), 인슐린 로케이션 나노 전용 네트워크 (NN (I)) 및 효소 로케이션 나노 전용 네트워크 (NN (E)). 각 그룹의 투여 마우스의 혈당 (BG) 수준은 시간에 걸쳐 모니터링 하였다. NN-EI 하나 주입 처리 당뇨병 생쥐의 BG 수준이 정상 혈당을 안정적으로 유지 하였다 (<200 밀리그램/DL) 고혈당 또는 저혈당 상태 피크없이 10 일까지 다양하다.

처리 된 마우스의 일부, BG 수준 이상 2 주 동안 정상 혈당 범위로 유지 하였다. NN (E + I) 군의 평균 BG 수준은 점차적으로 인해 인슐린 함량 또는 캡슐화 인슐린의 생체 활성의 손실의 감소로 증가하지만, 아직까지 3 주간 원래 BG 수준보다 유의하게 낮았다. 이에 대응하여, NN (E + I)를 주입 한 마우스에서의 혈장 인슐린은 인간 세 주 시간 걸쳐 검출 할 수 있다..

처음 12 시간 BG 수준의 급격한 감소로 인해 나노 네트워크의 표면에 용액 부에 해제되거나 부착 인슐린 초기 버스트 쉽다. 그러나, 효소 촉매 반응에 의해 매개 나노입자로 캡슐화 남아있는 인슐린의 후속 릴리스는 천천히 일어났다. 대조적으로, NN (I)로 처리 된 마우스의 BG 수준은 고혈당 상태로 돌아 가기 전에 이틀 동안 정상 범위 내 BG 수준을 유지 하였다. 한편 인슐린 용액이 주입 된 마우스의 BG 수준은 투여 후 둘째 날 고혈당 범위로 증가 하였다. 효소가없는 경우, NN (I)을 효과적으로 인슐린을 방출 산성 열화 이벤트를 겪을 수없고, 따라서 투여 마우스의 BG 수준 NN (E + I)로 처리 된 것보다 현저하게 높았다. 로딩 매트릭스없이, 순수한 인슐린 신속하게 삭제하고, 관리의 다음 날에 혈장 인슐린 농도의 급격한 감소 결과.

BG 수준의 감소에 포도당 촉매 소비의 가능한 효과를 조사하기 위해, 당뇨병 생쥐 NN (E)으로 처리 하였다. 그러나, 효소 통한 글루코스의 전환율은 BG 수준을 낮추는 효과가 검출되지 않았다. 글루코오스 반응성은 6일 후 분사에 정맥 내 글루코스 내성 시험에 의해 생체 내에서 시험 하였다. NN (E + I)로 처리 된 마우스는 마지막 건강한 동물과 비교하여 80 분에서 정상 BG 수준에 도달하기 조금 지연 감소 하였다 글루코스 주입시 BG 수준의 급격한 증가를 보였다. 혈청 당화 알부민 수준은, 중기 (2-3 주) 당뇨 관리의 지표도 시험 하였다. 당화 알부민 비율 (당화 알부민/총 알부민)이 눈에 띄게 감소 하였다 1.6 배 이주 NN과 투여 후 (E + I)을. 또한, 4 주간 투여 후 기간 후에, NN (E + I)로 처리 한 군은 대조군에 비하여 더 높은 신체 상태 점수를 얻었다. 종합적 분해성 인슐린 나노로드 네트워크로부터 인슐린 분비를 유지하고 인슐린의 약리 활성 기간이 관찰되었다.

모든 연구 농도를 들어, m-덱스트란 계 나노입자와 관련된 분해 산물은 세포 생존 능력의 감소가 나타나지 않았다 (도 4a 및도 4b). 상기 생체 적합성 및 생체 나노 네트워크 분해성 조사에 의한 피하 주사로 피부 돌기의 크기는 시간에 걸쳐 모니터링 하였다. 도 10에 도시 된 바와 같이, NN (E + I)로 처리 된 마우스의 주사 부위에서의 평균 덩어리 크기가 꾸준히 포도당 - 매개 분해를 실질적으로 유발 된 제안 감소. 유의 한 피부 돌기 4 주 후에 발견 할 수 있다.. 그러나, NN (I)로 처리 된 마우스에 대한, 덩어리의 크기는 분명히 심지어 4주 후에 감소하지 않았다. 주입 된 나노 네트워크의 조직 학적 반응 보여준다 처음 2 주 동안, 이러한 두 NN (E + I) 및 NN (I)로 침투 polymorphnuclear 세포 (PMN) 및 대 식세포, 나노 네트워크와 같은 염증 세포, 무 혈관 영역과 무 세포이고, 피브린 네트워크 근육 영역으로부터 나노 네트워크를 분리 하였다. 이 염증 반응은 생체 물질은 피하 주입 될 때 종종 발생하는 급성 염증에 기인 할 수 있다.. 사주 후, NN (E + I)을 완전히 분해했고, 영향을받는 영역은 결합 조직으로 덮여 있었다. 그러나, 염증 부위에 띄는 여전히 NN (I)과 함께 투여 시료에서 관찰 할 수 있다..

다르게 정의되지 않는 한 일반적으로 개시된 본 발명이 속하는 당업자에 의해 이해되는, 본원에 사용 된 모든 기술적 및 과학적 용어는 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 인용 된 간행물 및 이들이 특히 참조로 인용된다 인용되는 물질.

당업자가 인식, 또는 통상의 실험만을 사용하여 확인할 수있을 것이며, 본 명세서에서 설명 된 본 발명의 특정 실시예에 많은 등가물. 이러한 등가물은하기 특허 청구 범위에 의해 포함되도록 의도된다.

Claims (20)

1. 치료, 예방, 또는 진단 약제의 제어된 방출을 위한 주사형 중합체 나노입자-가교 네트워크 제형이고,
   산-분해성 중합체 매트릭스,
   응답성 신호 송출 성분, 및
   치료, 예방 또는 진단 약제를 포함하고,
   제1 복수의 입자들은 표면에 제1 비제로 전하를 가지고, 제2 복수의 입자들은 제2 반대 비제로(non-zero) 전하를 표면에 가지며, 주사형 중합체 나노입자-가교된 네트워크를 형성하기 위하여 상호 작용하며, 상기 응답성 신호 송출 성분은 생리학적 성분의 존재에서 산을 생성하고, 산은 치료, 예방 또는 진단 약제를 방출하기 위하여 중합체를 분해하는 주사형 중합체 나노입자-가교 네트워크 제재.
2. 제1항에 있어서, 상기 약제는 인슐린 농도를 증가시키는 인슐린 또는 인슐린 유사체인 것을 특징으로 하는 주사형 중합체 나노입자-가교 네트워크 제재.
3. 제2항에 있어서, 상기 응답성 신호 송출 성분은 포도당 산화제 및 카탈라아제를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 중합체 나노입자-가교 네트워크 제재.
4. 제3항에 있어서,
   상기 포도당 산화제 및 카탈라아제의 산-분해성 중합체 매트릭스에 대한 비는 1:100 내지 1:15인 것을 특징으로 하는 주사형 중합체 나노입자-가교 네트워크 제재.
5. 제4항에 있어서,
   상기 포도당 산화제 및 카탈라아제는 4:1(w/w)의 비로 존재하는 것을 특징으로 하는 주사형 중합체 나노입자-가교 네트워크 제재.
6. 제1항에 있어서,
   표면에 양전하를 가지는 상기 제1 복수의 입자와 표면에 음전하를 가지는 상기 제2 복수의 입자는 상호작용하여 겔을 형성하는 것을 특징으로 하는 주사형 중합체 나노입자-가교 네트워크 제재.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 복수의 입자의 입자의 제타전위와 제2 복수의 입자의 입자의 제타전위는 5 내지 15mV의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 주사형 중합체 나노입자-가교 네트워크 제재.
8. 제6항에 있어서, 상기 제1 복수의 입자의 입자들은 표면 개질제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 중합체 나노입자-가교 네트워크 제재.
9. 제8항에 있어서, 상기 표면 개질제는 키토산 또는 알기네이트인 것을 특징으로 하는 주사형 중합체 나노입자-가교 네트워크 제재.
10. 제1항에 있어서, 상기 입자는 350nm 이하의 유체역학적 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 주사형 중합체 나노입자-가교 네트워크 제재.
11. 제1항에 있어서, 상기 산-분해성 중합체 매트릭스는 가교성 중합체와 산-분해성 가교제를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 중합체 나노입자-가교 네트워크 제재.
12. 제1항에 있어서, 상기 산-분해성 중합체 매트릭스는 복수의 가수분해성 모이에티를 가지는 중합체인 것을 특징으로 하는 주사형 중합체 나노입자-가교 네트워크 제재.
13. 제2항에 있어서, 상기 제재는 고혈당 조건에서 해리되고 정상 혈당 수준에서는 실질적으로 해리되지 않는 것을 특징으로 하는 주사형 중합체 나노입자-가교 네트워크 제재.
14. 제13항에 있어서, 상기 제형은 400mg/dL의 포도당 농도에서 8시간 후 해리되는 것을 특징으로 하는 주사형 중합체 나노입자-가교 네트워크 제재.
15. 제13항에 있어서, 상기 제형은 정상 포도당 수준에서 15시간 후에 실질적으로 분해되지 않는 것을 특징으로 하는 주사형 중합체 나노입자-가교 네트워크 제재.
16. 제13항에 있어서, 상기 인슐린 또는 인슐린 유사체 또는 인슐린 농도를 증가시키는 약제의 방출은 포도당 농도가 정상조건과 고혈당조건 사이에서 주기적으로 변화할 때 맥동적인 것을 특징으로 하는 주사형 중합체 나노입자-가교 네트워크 제재.
17. 환자를 치료하는 방법이고 이 방법은 각 환자 개인에게 제1항 내지 제16항중 어느 한 항의 제재의 유효량을 투여하는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 약제는 인슐린 또는 인슐린 유사체 또는 인슐린 농도를 증가시키는 약제를 포함하고 환자 개인은 제1형 또는 제2항 당뇨병을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 방법은 정상 혈당, 정상 당화알부민 수준, 또는 고 신체충실지수를 유지하기 위하여 상기 제재를 투여하는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제19항에 있어서, 혈당농도를 70-130 mg/dL 사이 또는 90-110 mg/dL사이로 유지하기 위하여 유효량으로 투여되는 것을 특징으로 하는 방법.

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