KR20180075646A - 졸-겔 폴리머 복합체 및 이의 용도 - Google Patents

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레베카 알. 퀘스넬
데니스 엘. 후크젝
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Abstract

본 개시내용은 일반적으로 적합한 배지 중의 키토산, 친수성 폴리머, 겔화제, 및 임의의 추가의 성분을 포함하는 졸-겔 폴리머 복합체에 관한 것이다. 유리하게는, 졸-겔 폴리머 복합체는 하나 이상의 생리적 자극에 반응하여 내구성 밀봉부(seal) 또는 강한 고형물을 형성할 수 있다. 본 개시내용은 추가로 복합체의 의료적 및 수의학적 용도, 특히, 낙동 동물에서의 유선 장애의 발생을 감소시키거나 또는 예방하기 위한 방법 및 전달 시스템에 관한 것이다. 보다 특별하게는, 본 개시내용은 유선 장애 예컨대 유방염의 예방적 치료를 위한 비인간 동물의 유두 표면 상에 또는 유두관 또는 유두조 상에 물리적 배리어를 생성하기 위한 방법 및 졸-겔 폴리머 복합체 조성물을 포함하고, 여기서 졸-겔 폴리머는 하나 이상의 생리적 자극에 반응하여 밀봉부를 생성한다.

Description

졸-겔 폴리머 복합체 및 이의 용도
본 개시내용은 일반적으로 독특한 졸-겔 폴리머 복합체 및 이의 신규한 용도에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 개시내용은 생리적 자극에 반응하여 강한 고형물을 형성하는 졸-겔 폴리머 복합체에 관한 것이고, 강한 고형물은 생리적 자극에 반응하여 예정된 침투성 및 기계적 특성을 갖는다. 상기 복합체는 용이하게 주사가능하고, 넓은 범위의 인간 및 동물 건강 응용분야에 유용하게 하는 전단 박화 특성을 가지고, 여기서 대상체에게의 주사 이후 신속하게 고형화되는 액체를 주사하는 것이 바람직하다. 본 개시내용은 또한 동물에서의 유방염의 발생을 감소시키거나 또는 예방하기 위한 유두 실런트로서 복합체를 이용함으로써 병원성 부담으로부터 낙농 동물의 유선을 보호하기 위한 신규한 방법에 관한 것이다.
본 명세서에서 인용된 모든 특허 및 공보의 내용은 본원에 참조로 그 전문이 포함되어 있다.
하이드로겔은 수중에서 또는 다른 생물학적 유체 중에 분산된 고도로 수화된 거대분자 네트워크이다. 증가된 온도로 증가된 점도의 특정 특성을 나타내는 하이드로겔은 열가역적, 감열성 (또는 열경화성) 하이드로겔로서 공지되어 있다. 감열성 하이드로겔은 천연 유래 예컨대 키토산의 폴리머로부터 제조될 수 있고, 이는 상업적으로 이용가능하고, 저렴한 폴리머이고, 이는 부분적으로 키틴, β-1,4-글리코시드 결합을 통해 연결된 N-아세틸글루코사민으로 제조된 선형 다당류의 실질적인 알칼리성 N-탈아세틸화에 의해 수득된다. 탈아세틸화 과정은 일반적으로 고온의 농축된 수산화물 용액, 보통 수산화나트륨을 사용하여 수행된다.
키토산은 생분해성, 비독성, 및 비면역원성이고, 이는 의료, 약학, 화장품, 및 조직 구성의 기술분야에서의 이의 용도를 가능하게 한다. 예를 들면, 통상적인 눈의 응용분야 및 망막 부근에서의 안구내 주사 또는 이식이 사용되어 왔다. 또한, 키토산은 임의의 특정한 효소, 예를 들면, 리소자임에 의해 대사작용으로 절단되고, 이에 따라 생분해성인 것으로 고려될 수 있다. 또한, 키토산은 상피성 융합막을 여는 것에 의해 침투 증강제로서 역할을 하는 것으로 보고된 바 있다. 키토산은 또한 상처 치유를 촉진하고, 항균, 항진균 및 항종양 특성을 나타낸다.
생물학적 구조 예컨대 천연 조직의 복잡성은 연구자가 대상체의 피부 또는 신체에 액체로서 주입되고, 간단한 적용 또는 주사를 통해 고형물 또는 고형물 유사체로 변하는 생체물질 및 의료 장치의 사용의 연구를 초래하였다. 예를 들면, 키토산 하이드로겔은 연골 재생 및 급성 및 만성 연골 결함과 관련된 무릎 통증의 예방에 유용한 것으로 나타났다. 키토산-기반 겔은 또한 대량의 새롭게 합성된 음이온성 프로테오글리칸을 포집함으로써 척추 디스크 (IVD) 세포의 캡슐화를 위한 스캐폴드로 변하게 역할을 하는 것으로 나타났다. 키토산은 다수의 다가 음이온, 예컨대 포스페이트 유도체의 존재하에 열가역성 겔을 형성하는 것으로 알려져 있다. 이온성 다당류 겔, 예컨대 키토산/오르가노-포스페이트 수성계의 온도 조절된 pH-의존적 형성은 예를 들면 PCT 국제공보번호 WO 99/07416 및 미국특허번호 6,344,488에 기재되어 있다. 그러나, 이온성 다당류 예컨대 키토산으로부터 제조된 하이드로겔은 약하고, 보통 폴리머 및 염 용액을 혼합한 이후에 상대적으로 긴 대기 시간 이후에만 형성된다. 이는 주로 이의 좋지 않은 용해도로 인하여 고농도의 키토산, 특히 고분자량 키토산을 가진 균질하고, 완전 수화된 키토산 용액을 얻기 어렵다는 사실에 기인한다. 추가로, 다수의 의료 응용분야는 간단한 졸-겔 전이뿐만 아니라 원하는 거대기공 및 기계적 특성을 갖는 고형물 구조의 제공을 요구한다. 또한, 온도는 비-특이적 자극이고, 신체 외부의 요소, 예컨대 고온 날씨에 의해, 또는 간단하게 고온 음료를 마시는 경구 적용에 대해 유발될 수 있다. 따라서, 특정 생리적 자극에 의해 유발되는 경우에만 원하는 기계적 및/또는 투과 특성에 도달될 수 있는 자극-반응성 임플란트 및 패치에 대한 필요성이 존재한다.
미국특허번호 9,034,348은 하이드로겔을 형성하는 주사가능한 키토산 혼합물을 개시하고 있다. 약 30% 내지 약 60%의 범위의 아세틸화도를 갖는 적어도 하나의 유형의 키토산, 및 적어도 약 70%의 탈아세틸화도를 갖는 적어도 하나의 유형의 키토산을 포함하는, 생리적 pH 및 37℃ 부근에서 하이드로겔을 형성하는 키토산 조성물이 기재되어 있다. 적어도 약 70%의 탈아세틸화도 및 10-4000 kDa의 분자량을 갖는 적어도 하나의 유형의 키토산, 및 200-20000 Da의 분자량을 갖는 적어도 하나의 유형의 키토산을 갖는 적어도 하나의 유형의 키토산을 포함하는, 생리적 pH 및 37℃ 부근에서 하이드로겔을 형성하는 키토산 조성물이 추가로 개시되어 있다. 또한, 키토산 조성물의 제조 및 사용 방법이 개시되어 있다.
미국특허출원 공보 2010/0028434는 온도 조절되고, pH-의존성의 자가-겔화 생고분자 수용액을 개시하고 있다. 자가 겔화 시스템 및 겔을 제조하기 위한 생고분자 액체 수성 조성물이 기재되어 있고, 이는 산성의 수계 배지, 0.1 내지 10 중량%의 pH-겔화 산-가용성 생고분자, 및 염기성 특성 및 6.0 내지 8.4의 pKa을 갖는 0.1 내지 10 중량%의 수용성 분자, 또는 염기성 특성 및 6.0 내지 8.4의 pKa을 갖는 분자의 수용성 잔기 또는 시퀀스를 포함한다. 액체 조성물은 5.8 내지 7.4의 범위의 최종 pH를 갖고, 10 내지 70℃의 온도 범위 내에서 안정한 고형물 및 균질한 겔을 형성한다. 조성물의 제조 방법 및 이의 용도가 또한 기재되어 있다.
미국특허출원 공보 번호 2010/0285113은 향상된 안정성을 갖는 인버스 열적 겔화 복합체 하이드로겔(inverse thermal gelling composite hydrogel)을 개시하고 있다. 음이온성 다당류 또는 이의 유도체, 예컨대 히알루로난 (또한 일반적으로 히알루론산으로 지칭됨) 또는 이의 유도체의 수용액 및 메틸셀룰로오스 또는 이의 다른 수용성 셀룰로오스 유도체의 수용액의 블렌드를 포함하고, 분산된 폴리머성 입자, 예컨대 마이크로입자 및 나노입자로부터 선택된 폴리머성 소수성 입자를 내부에 갖는 복합체 하이드로겔이 기재되어 있고, 여기서 하이드로겔의 안정성은 하이드로겔 단독의 안정성에 비해 향상된다. 폴리머성 입자는 적어도 하나의 치료제를 포함할 수 있고, 이 경우 각각의 치료제는 마이크로입자 및/또는 나노입자의 적절한 폴리머 제형을 선택함으로써 조정되거나 또는 변경될 수 있는 선형의 지속 방출 속도를 나타낸다. 상기 복합체는 주사가능할 수 있고, 치료제가 없는 경우, 재건 및 성형 수술을 위한 벌크제로서 사용될 수 있거나 또는 치료제의 후속 전달을 위한 플랫폼으로서 역할을 할 수 있다.
수의학 건강 문제와 관련하여, 유방염은 전형적으로 대부분의 경우에 유두 구멍을 통해 유선으로 유입되는 박테리아에 의해 야기되는 유선의 감염이다. 비수유 기간 또는 유선에서의 "건유기" 동안, 유두 구멍 및 유두관에서의 케라틴의 침착물은 최초 방어 기전을 형성한다. 동물의 유두에서 형성되는 케라틴 마개(keratin plug)는 보호성 배리어를 형성하고, 유두에서의 퍼어스텐부르크 원좌(Furstenburg's Rosette)의 면역-풍부 조직뿐만 아니라 건조-젖소 분비물의 천연 보호 인자는 높은 수준의 자연 발생된 항균 물질 (양이온성 단백질)을 포함하고, 이는 유두 구멍으로부터 유두조 (유두동) 및 유선조(gland cistern)로의 세균의 통과를 억제한다. 그러나, 이러한 케라틴 마개 및 이러한 천연 면역 방어 기작은 동물이 수유의 종료시의 건유기로 들어갈 때, 동물의 건유기 과정, 및/또는 분만 과정에서의 세균 침입에 압도될 수 있다. 그 결과, 세균은 유선에 침입하여, 건유기 과정 동안, 보다 상세하게는 분만 직후에 유방염을 야기한다.
유방염을 일으키는 주요 병원체는 포도상구균(Staphylococcal) 종 예컨대, 예를 들면, 연쇄상구균 아갈락티아에 (Streptococcus agalactiae ), 스타필로코쿠스 아우레스(Staphylococcus aureus ) 및 기타 동종의 것, 코라이네박테리움 보비 스(Corynebacterium bovis ), 마이코플라스마( Mycoplasma ), 대장균 예컨대, 예를 들면, 에세리키아 콜리 ( Esherichia coli ), 클렙시엘라 ( Klebsiella ) 종, 엔테로박터(Enterobacter) 종, 및 사이트로박터 ( Citrobacter ) 종, 환경적 스트렙토코칼(Streptococcal) 종 예컨대, 예를 들면, Strep. 디스갈락티애 (Strep. dysgalactiae), Strep. 우베리스 (Strep. uberis ), 및 엔테로코쿠스 ( Enterococcus ) 종, 슈도모나스( Pseudomonas ) 종 등이다. 유방염이 주로 세균에 의해 야기되지만, 감염은 또한 바이러스 감염 (예를 들면, 소 헤르페스바이러스 II 및 IV, 파라백시니아 바이러스 예컨대 가성 우두(Pseudo Cowpox), 및 기타 동종의 것) 또는 비정형 병원체 예컨대 진균 (예를 들면, 칸디다(Candida ) 종 및 아스페르길루스(Aspergillus) 종)에 의한 감염 또는 2차 세균 감염을 갖거나 갖지 않는 조류 미생물 (예를 들면, 프로토테카(Prototheca) 종)의 결과로 일어날 수 있다.
병원체의 존재로 인한 유방염은 낙농 산업에 대해 많은 생산성 손실을 야기하는 낙농장에 국한되는 고도로 전염성인 조건이 될 수 있다. 마실 수 있는 우유의 감소가 이후 우유가 인간 소비에 적합하지 못하게 하는 유해한 병원체 영향 또는 다양한 처리로부터 일어날 수 있다. 다수의 경우가 사멸로 종료될 수 있지만, 방해받지 않은 발병은 또한 동물의 유방에 영구적인 손상을 야기할 수 있다. 낙농 동물의 다수의 풍토병으로서, 유방염은 동물 보호를 위험하게 하고, 대개 다소 비용소모적인 수의과 관리를 수반한다. 건유기로부터 영구화하는 현존하는 새로운 감염으로부터의 초기 수유 기간을 보호하기 위한 중요성은 산업에 대해 고도로 가치가 큰 것으로 남아 있다. 유방염의 치료 및 조절은 동물의 건강을 유지하고, 낙농업에서 우유 생산의 높은 비용을 낮추기 위한 중요한 목표인 것은 분명하다.
이를 위하여 특히 어린 암송아지 및 이전에 한번 이상 임신한 경험이 있는 암소를 위해 유방염 및 다른 조건을 방지하기 위한 동물의 유두를 밀봉하기 위한 제품, 예를 들면 착유 기간 동안 유두의 외부 표면 및 유두관을 밀봉하기 위한 또는 유두관을 밀봉하기 위한 또는 건유기 동안 유두조를 밀봉하기 위한 배리어 유두 딥(barrier teat dip)을 개발하였다.
이러한 제품 중에서, 유방염의 발생을 감소시키기 위한 다수의 방법, 예를 들면, 단일 전달 장치로부터 항균 제형 및 밀봉 제형을 비인간 동물의 유두관으로 연속하여 전달하는 것을 포함하고, 여기서 밀봉 제형은 비독성 중금속 염 예컨대 비스무트 (미국특허번호 8,353,877); 유두관 및/또는 유두동으로 외인성 케라틴을 포함하는 조성물을 적용하는 방법 (미국특허번호 8,226,969); 동물의 유두관으로 일정 양의 유두 밀봉 제형을 주입함으로써 동물의 건유기 과정 동안 예방을 위한 유두관에서의 물리적 배리어를 형성하는 방법으로서, 유두 밀봉 제형은 비스무트-무함유, 비독성, 티탄, 아연, 바륨 또는 이의 조합의 중금속 염을 포함하고, 물리적 배리어는 동물로부터 우유로 제조하는 낙농 제품에서의 블랙 스폿 결함 (black spot defect)을 야기하지 않는 방법 (미국특허번호 7,906,138); 건유기 과정 동안 유방염의 예방적 치료를 위해 동물의 유두관에서의 항감염성 무함유 물리적 배리어를 형성하는 방법으로서, 비히클 예컨대 액체 파라핀을 갖는 알루미늄 스테아레이트의 겔 염기 또는 폴리에틸렌 겔을 포함하는 겔 염기로 항감염제 없이 동물의 유두관으로 밀봉 제형으로 주입하는 단계로서 밀봉 제형은 비독성 중금속 염 예컨대 비스무트를 포함하는 단계를 포함하는 방법 (미국특허번호 6,254,881) 등이 본 기술분야에 기재되어 있다.
그러나, 현존하는 밀봉 제형 또는 외부 딥 제품 중 어느 것도 유방염, 특히 동물, 예컨대 암송아지에서 치명적이고 및/또는 매우 오염성일 수 있는 형태의 것을 예방하기 위해 충분한 양의 시간 동안 외부적으로 낙농 동물의 유두를 밀봉하지 못한다. 또한, 유두 실런트가 항생제 선택 또는 투여와 무관하게 더 높은 수준의 보호를 제공하는 실행가능한 방법으로서 확립되는 한편, 시장에서의 현재 제품은 사용의 용이성 및 장기 지속되는 조직 부착성, 제거의 용이성, 우유 오염의 방지 및 숙성된 치즈의 블랙 스폿 결함의 방지에 대한 요구를 충족시키지 못한다. 이에 따라, 투여자의 동물 취급을 위해 용이하고 안전하며, 바람직하게는 조직 상에 직접 배치되는 유효한, 장기-지속된 밀봉부(seal) (즉, "현장 내")을 형성하는 비독성 제형이 필요로 된다. 추가적으로, 이는 낙동 동물의 우유, 요거트 또는 치즈 제품 (우유로부터 생산됨)의 품질을 저해하지 않는 밀봉 제형을 위해, 특히 숙성된 치즈에서의 블랙 스폿 결함을 회피하기 위한 실런트를 위해 필요로 된다. 사실상, 바람직하게는 동물 우유의 대중 소비를 위한 절식 기간을 요구하는 항생제 또는 다른 약물의 사용 없이 병원체에 의해 야기된 유방염의 발생을 유의미하게 예방하거나 또는 감소시키기 위해 동물의 유두 상에 적절한 배리어를 형성하기 위한, 장기 지속되는, 비독성, 비자극성 밀봉 제형을 찾기 위한 수의학 분야에서의 분명한 기술분야에 인식된 필요성이 존재한다.
따라서, 본 기술의 목적은 공지된 하이드로겔의 불편함을 개선하는 졸-겔 폴리머 복합체를 제공하기 위한 것이다.
간략한 요약
본 개시내용은 적합한 배지 중에 키토산, 친수성 폴리머, 및 겔화제를 포함하는 신규한 졸-겔 폴리머 복합체에 관한 것이고, 유리하게는 졸-겔 폴리머 복합체는 하나 이상의 생리적 자극에 반응하여 내구성 밀봉부 또는 강한 고형물을 형성할 수 있다. 본 개시내용은 추가로 졸-겔 폴리머 복합체에 대한 다양한 의료 및 수의학적 용도에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시내용은 동물이 건유기로 들어감에 따라 또는 건유기 동안 주로 발생하는 유선 장애의 예방적 치료 또는 예방을 위한 낙농 동물의 유두관에서의 물리적 배리어를 형성하는 신규한 방법과 관련되고, 상기 방법은 졸-겔 폴리머 복합체를 동물의 유두에 외부에 적용하거나 또는 유두관 또는 유두조 내에 복합체를 주입하는 기본 단계를 포함한다. 바람직하게는, 본 조성물은 강한 고형물을 형성하기 위해 하나 이상의 생리적 자극에 반응하여 신속하게 겔화 또는 고화시킨다. 본 개시내용은 또한 유선 장애의 치료를 위한 낙농 동물의 유두관에서의 물리적 배리어를 형성하기 위한 시스템을 제공하고, 상기 시스템은 동물의 유두조에 조성물을 주입하기 위한 주입 장치 및 졸-겔 폴리머 복합체를 포함한다. 이러한 시스템은 유방염-야기 미생물에 의해 유선의 침습을 차단하거나 또는 감염의 발생 또는 재발을 감소시키기 위한 유두 실런트에 관한 것이다.
본 개시내용의 배경 및 본 기술분야로부터의 이의 발달은 첨부된 도면을 참조하여 하기에 본원에 추가로 기재될 것이고, 여기서
도 1은 (A) F1-20141210 및 (B) F4-20141210 제형에 대한 f = 0.1 Hz 및 τ = 1 Pa의 진동 응력(oscillatory stress)에서 기록된 25 내지 37℃의 온도 급증시의 탄성 계수 (G') 및 손실 탄젠트 (tan δ = G"/G')의 시간 의존도의 그래프를 나타낸다.
도 2는 f = 0.1 Hz 및 τ= 1 Pa의 진동 응력에서 멸균 이후 시간 0 및 12주차에 기록된 F1-20141210 제형에 대한 25 내지 37℃의 온도 급증시 탄성 계수 (G') 및 손실 탄젠트 (tan δ = G"/G')의 시간 의존도의 그래프를 나타낸다.
도 3은 진동 주파수 f = 0.1 Hz 및 온도 T = 25℃에서 등록된 제형 F1-20140825 (비멸균) 및 F1-20141210 (실온에서 12주 동안 멸균되고 저장됨)에 대한 응력 스위프(stress sweep) 결과의 그래프를 나타낸다. 화살표는 전단-박화 영역의 시점을 나타내고, 이는 두 샘플에 대해 유사하다.
도 4는 1% w/w 키토산 (CH) (대략 6의 pH)에서의 17% w/w Pluronic® F127의 제형에 대한 나노결정성 셀룰로오스 (NCC)의 양에 대한 겔화 온도의 의존성의 그래프를 나타낸다.
도 5는 상이한 온도에서 시간의 함수로서 6 s-1에서 PVA-아크릴레이트의 점도의 그래프를 나타낸다.
도 6은 진동 주파수 f = 0.1 Hz 및 온도 T = 25℃에서 나타난 바와 같은 졸-겔 폴리머 복합체 제형에 대한 응력 스위프 결과를 나타낸다. 화살표는 전단-박화 영역의 시작을 나타낸다.
도 7은 f = 1 Hz 및 τ= 1 Pa의 진동 응력에서 기록된 25 내지 37℃의 온도 급증시 탄성 계수 G' 및 손실 탄젠트, tan δ = G"/G'의 시간 의존도의 그래프를 나타낸다.
도 8은 T=25℃ 및 T=37℃에서 졸-겔 폴리머 복합체 제형 F2로부터의 아목시실린의 평균 방출 속도를 나타낸다. 오차 막대는 표준 편차 (n=3)를 나타낸다.
본 개시내용에 따라, 적합한 배지 중, 바람직하게는 수성 배지, 보다 바람직하게는 약산, 수계 배지 중에 키토산, 친수성 폴리머, 및 겔화제를 포함하는 신규한 졸-겔 폴리머 복합체를 제공한다. 졸-겔 폴리머 복합체는, 복합체가 실온에서 주사기에서 변형될 수 있도록 전단 박화 특성을 가진다. 졸-겔 폴리머 복합체는 또한 단일-배럴 주사기 등을 사용하여 주사될 수 있다. 유리하게는, 상기 복합체는 임의의 다른 제제의 첨가 없이 하나 이상의 생리적 자극에 반응하여 고형물, 특히 강한 고형물을 형성할 수 있다. 자극에 반응시, 졸-겔 폴리머 복합체는 대개 신속하게 고화된다. 다른 장점은 상기 복합체는 생리적 조건에서의 기계적 압력 또는 수압에 저항할 수 있는 즉시-겔화되는 강한 고형물을 제공한다는 것이다. 추가적으로, 상기 복합체는 포유동물 대상체로의 주사 이후 누출없는, 적하 없는 마개를 형성할 수 있다.
본 개시내용은 추가로 특별하게 설계된 제형으로부터 유리한 졸-겔 폴리머 복합체에 대한 다수의 의료적 및 수의학적 용도를 제공한다. 인간 적용은 본 개시내용으로부터 자명할 것이고, 바람직한 용도는 전형적으로 동물이 건유기가 시작됨에 따라 또는 건유기 동안 발생되는 유선 장애의 예방적 치료를 위한 낙농 동물의 유두관에서의 물리적 배리어를 형성하는 독특한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 동물의 유두 또는 유두관 내에 졸-겔 폴리머 복합체를 투여하는 단계를 포함하고, 바람직하게는 내구성 밀봉부 또는 강한 고형물을 형성하기 위해 하나 이상의 생리적 자극에 반응하여 신속하게 겔화되거나 또는 고화되는 조성물에 관한 것이다. 또한, 본 개시내용은 유방염-야기 미생물에 의한 유선의 침입을 차단하고, 새로운 감염 또는 재감염의 발생을 감소시키거나 또는 예방하는 새로운 치료 방법을 제공한다.
본 개시내용은 유선 장애를 방지하거나 또는 감염의 유해한 효과를 줄이기 위한 낙동 동물의 물리적 배리어를 형성하기 위한 시스템으로서, 바람직하게는 유두관 내의 내부 배리어이고, 상기 시스템은 졸-겔 폴리머 복합체 및 동물의 유두조로의 조성물을 주입하기 위한 전달 장치를 포함한다. 이러한 시스템은 유방염-야기 미생물에 의한 유선의 침입을 차단하기 위한 또는 감염의 발생 또는 재발생의 위험을 감소시키기 위한 치료에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 개시내용은 졸-겔 폴리머 복합체가 동물이 건유기가 시작함에 따라 또는 한편 다른 동물, 예컨대 염소, 양, 물소 등을 포함할 수 있는 낙동 가축, 바람직하게는 암송아지 또는 암소의 건유기 동안 대개 주입되는 방법 및 시스템을 제공한다. 졸-겔 폴리머 복합체는 건유기 동안 유방염의 예방 및 조절에 있어서 보조적인 것으로 역할을 하고, 이에 따라 건유기 동안 그리고 수유의 제1 단계 (분만 후)에서 임상적 및 준임상적 경우를 감소시킨다. 건유기에 걸쳐 유두관에 남아 있음으로써, 졸-겔 폴리머 복합체는 사전-신선화 낙동 동물(pre-fresh dairy animal)에서의 고위험 기간 동안 유두관을 통한 미생물 침입을 근절하거나 또는 감소시킨다.
일 양태에서, 본 개시내용은 낙동 동물에서의 미생물의 유선 유방염을 방지하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은 우유 제품의 생산시 사용되는 동물로부터 얻은 우유에 관한 것이고, 상기 방법은 낙동 동물의 관련 유선 조직 상에 또는 유두관 내에 졸-겔 폴리머 복합체를 국소적으로 적용하거나 또는 직접적으로 주입하여 유두 밀봉부를 형성하는 단계를 포함한다. 이러한 유두 실런트는 전형적으로 건유기 시점에서 각각의 유두에 유방내 투여를 통해 투여될 것이다. 바람직하게는, 졸-겔 폴리머 복합체는 건강한 동물의 감염 이전에 적용되거나 또는 주입된다. 다른 양태에서, 본 개시내용은 대중 소비가 우유 제품의 생산시 허용되기 이전에 유방염을 치료받는 동물로부터 얻은 우유의 절식 시간(withholding time)을 감소시키기 위한 방법을 제공하고, 여기서 졸-겔 폴리머 복합체는 동물의 유두관 내에 국소적으로 적용되거나 또는 주입된다. 본 개시내용은 또한 우유 제품의 생산을 개선하기 위해 유방염의 빈도를 예방하거나 또는 감소시키도록 예방적으로 치료되는 동물로부터 얻은 우유의 절식 시간을 감소시키기 위한 방법을 제공하고, 여기서 졸-겔 폴리머 복합체는 동물의 유두관 내에 국소적으로 적용되거나 또는 주입된다.
보다 특별하게는, 본 개시내용은 유제품이 우유, 요거트 또는 치즈인 상기 방법을 제공한다. 유제품이 우유인 경우, 상기 방법은 유체 밀크의 건조를 포함한다. 또한, 본 개시내용은 졸-겔 폴리머 복합체가 유방내 주입을 통해 또는 유두를 디핑시킴으로써 투여되는 이러한 방법을 제공한다. 모든 구현예에서, 본 개시내용의 관련 수의학 용도의 필요에 있어서의 비인간 동물은 바람직하게는 암송아지 또는 암소이나, 또한 다른 낙동 가축일 수 있고; 투여는 대개 동물이 건유기로 시작되거나 또는 건유기 동안 유방내 주입에 의해 달성된다. 또한, 본 개시내용은 졸-겔 폴리머 복합체가 비수유 동물의 산후 기간 동안 투여되거나 또는 졸-겔 폴리머 복합체가 동물의 산전 기간 동안 투여되는 이러한 방법을 제공한다.
본 개시내용의 유두 실런트는 사용 (투여 및 제거 모두)의 향상된 용이성을 통해 및 이의 신규한 품질 프로파일, 예로서 졸-겔 폴리머 복합체의 비독성, 생체적합성, 생분해성, 탄성 (유연성), 장기 지속 조직 부착성, 주사가능성, 실온에서의 유동성, 체온에 반응하여 고형화되는 능력, 37℃에서의 신속 겔화 시간, 비자극성 및 불활성 특징 등의 전체로 시장에서 현재 실런트에 비해 수많은 장점을 제공한다. 현저하게는, 주입가능한 수계, 열-전이 졸-겔 하이드로겔은 독특하게 실온에서 유체이거나, 유두관에서 체온으로 겔을 형성한다. 졸-겔 폴리머 제형은 넓은 온도 범위에 걸친 주입의 용이성뿐만 아니라 유두관으로부터 수동 박리에 의한 제거를 가능하게 하는 조정가능한 전단 박화 특성을 나타낸다. 체강으로부터 제거시, 졸-겔 폴리머 복합체는 실온에서 액상으로 복귀되고, 이는 유제품에 대한 실제 장점을 제공한다. 또한, 현재 시판되는 실런트와 달리, 본 개시내용의 유두 실런트는 우유의 초기 처리 단계 과정에서 스테인리스 스틸 파이프 (우유 라인) 또는 벌크 탱크에 점착되지 않고, 표준 냉각수 또는 고온수 세정 과정에서 세정가능하고 (즉, 산업시설 표면을 용이하게 세정할 것임), 이는 우유 오염을 궁극적으로 회피하고, 이로써 숙성된 치즈에서 볼 수 있고, 공지되고, 종래의 유두 실런트에서 볼 수 있는 블랙 스폿 결함을 예방한다.
또한, 유리하게는, 본 개시내용의 유두 실런트는 유방염에 대해 예방적으로 치료되는 비인간 동물의 절식 시간을 근절하거나 또는 상당하게 감소시키고, 이에 의해 동물이 항생제가 주어지는 경우에 요구되는 표준 우유 폐기 기간(standard milk discard period)을 회피하거나 또는 줄인다. 동등하게 유용한, 유두 실런트는 졸-겔 폴리머 복합체의 염 성분을 변화시킴으로써 상대적으로 중성인 pH를 갖도록 제조되는 경우에, 우선적으로 치즈 종균 배양에 완전하게 상용가능하도록 설계될 수 있다. 치료되는 동물로부터의 초유는 또한 새끼를 낮는 사료로 안전한 것이다.
정의
본원에서 사용되는 모든 과학적 및 기술적 용어는 본 기술분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지는 것으로 이해되어야 한다. 하기 정의는 단순히 본 개시내용과 연결하여 사용되는 주요 용어와 일반적인 의미를 단순히 예시하기 위해 주어진다.
용어 "유방"은 본원에서 암컷 반추 동물 예컨대 암소, 염소, 양, 물소 등의 유선 구조체를 지칭한다. 암소에서, 이는 하나의 유두 및 각각의 하나의 배출관을 갖는 4개의 독립적인 선(gland)을 포함하고, 반면 양 및 염소는 2개의 선을 가진다. 용어 "유두"는 본원에서 우유 또는 유두동의 일부를 포함하는 유선의 보호부를 지칭한다.
용어 "유두 실런트"는 본원에서 동물 유두의 표면 또는 내부 상의 물리적 배리어를 형성하기 위해 사용되는 조성물 및 장치를 지칭한다. 유두 실런트는 유두 표면 상에, 유두 유두관 내부, 및/또는 유두조 내부에 있을 수 있다.
용어 "항균"은 본원에서 미생물 예컨대 세균, 바이러스, 균류, 효모 또는 원생동물을 사멸시키거나 또는 이의 성장 또는 재생산을 억제하는 물질을 지칭한다.
용어 "용액"은 본원에서 달리 언급하지 않는 한, 용액, 현탁액, 또는 분산액을 지칭한다. 본원에서 사용되는 용어 "스프레이"는 예컨대 작거나 큰 액적을 포함하고, 예컨대 조성물의 광범위한 응용을 전달하기 위한 의도된 목적을 위해 에어로졸 살포기 또는 펌프 스프레이 살포기를 통해 도포되는 분무화 조성물에 관한 것이다.
용어 "스트림"은 본원에서 조성물의 연속적, 직접적, 및 집중된 도포를 지칭한다. 용어 "주입"은 본원에서 강(cavity), 정맥 또는 유조(cistern)로의 유체 또는 용액의 연속적 주입을 지칭한다.
용어 "포유동물"은 본원에서 포유류의 온형 척추 동물을 지칭하고, 이는 피부 상의 머리카락 또는 털, 새끼에서 영양분을 주기 위한 암컷에 의한 우유 생산 유선으로부터 우유의 분비, 및 네방 심장을 갖는 인간 및 동물 모두를 포함한다.
유방염에 관련된 본 개시내용의 구현예의 경우, 용어 "동물"은 본원에서 암컷의, 비인간 포유동물을 지칭하고, 이는 수유 기간을 가지며, 비제한적으로, 가축, 예컨대, 암소, 양, 염소, 말, 돼지, 물소 등을 포함한다. 바람직하게는 동물은 젖소이다. "암소" 및 "암송아지 모두는 암컷 소인 한편, 용어 "암송아지"는 본원에서 송아지를 출산하지 못하는 임의의 어린 암컷 암소, 전형적으로 3세 나이 미만의 젖을 뗀 것을 지칭한다. 용어 "암소"는 송아지를 낳은 나이든 암컷 동물을 지칭한다.
용어 "건유기"는 암소 또는 다른 낙동 동물의 수유 주기 중의 비수유 단계를 지칭한다. 이는 하나의 수유 주기의 종결과 다음 수유의 시작 사이에 일어난다. 각각의 수유 주기의 종결시, 동물은 동물이 "건유기"로 들어감에 따라 "건유"의 단계를 시작하고, 이는 동물의 비-수유 기간 (건유기) 동안 우유 생산의 중지와 관련되는 통상적인 생리학적, 대사적 및 내분비 변화를 포함한다.
용어 "유제품"은 본원에서 임의의 양의 우유를 액체 또는 분말 형태로 포함하는 제품을 지칭한다. 이는 또한 치즈 및 요거트를 포함한다.
용어 "분만후"는 본원에서 분만 이후 즉시 시작되고, 약 6주 동안 연장되는 기간을 지칭한다. 용어 "분만전"은 본원에서 분만 이전의 임신 동안의 기간을 지칭한다. 용어 "분만전후기(periparturient)"는 본원에서 분만의 직전 및 직후의 기간을 지칭한다.
용어 "건유전(involution)"은 본원에서 암소에서의 우유 생산의 중단 이후 최초 2 내지 3주를 지칭한다.
용어 "케라틴 마개(keratin plug)"는 본원에서 건유기의 우유 생산 중지 이후 암소의 유두관/관의 케라틴 기반 폐색을 지칭한다.
용어 "미생물 침습"은 본원에서 신체 조직 또는 체강으로 확산되는 병원체 미생물 예컨대, 예를 들면, 세균, 특히 화농성 또는 괴사성 세균, 바이러스, 균류, 효모, 원생동물 등의 이동을 지칭하고, 이는 감염 및/또는 질환으로 진행될 수 있는 조직 손상을 야기한다. 본 개시내용의 목적을 위해, "미생물 침습"은 전형적으로 "세균 침습"을 지칭한다.
본원에서 용어 "졸-겔 폴리머 복합체"는 본원에 기재된 특정 조건 하에 졸-겔 상태를 형성하기 위해 졸-겔 과정을 진행할 수 있는 폴리머 조성물을 지칭한다. 용어 "고형물" 및 "겔", 및 "고형화" 및 "겔화"는 졸-겔 상 전이가 하나 이상의 생리적 자극에 반응하여 일어난 이후 형성되는 겔/고형물을 지칭하는 것으로 본원에서 상호교환적으로 사용된다.
용어 "폴리머"는 본원에서 한 세트의 거대분자를 포함하는 물질을 지칭한다. 폴리머에 포함되는 거대분자는 동일할 수 있거나 또는 일부 경우에서 서로 상이할 수 있다. 거대분자는 다양한 골격 구조 중 임의의 것을 가질 수 있고, 하나 이상의 유형의 모노머성 단위를 포함할 수 있다. 특히, 거대분자는 선형 또는 비선형의 골격 구조를 가질 수 있다. 비선형 골격 구조의 예는 예컨대 스타-분지형, 빗-분지형, 또는 덴드리틱 분지형(dendritic-branched), 또는 네트워크 골격 구조인 것과 같은 분지형 골격 구조이다. 호모폴리머에 포함되는 거대분자는 전형적으로 하나의 유형의 모노머성 단위를 포함하고, 한편 코폴리머에 포함되는 거대분자는 전형적으로 2개 이상의 유형의 모노머성 단위를 포함한다. 코폴리머의 예는 통계 코폴리머, 랜덤 코폴리머, 교대 코폴리머, 주기적 코폴리머(periodic copolymer), 블록 코폴리머, 방사상 코폴리머, 및 그라프트 코폴리머를 포함한다.
폴리머와 관련하여 본원에 사용되는 용어 "분자량 (MW)"은 수평균 분자량, 중량 평균 분자량, 또는 폴리머의 용융 지수를 지칭한다.
용어 "탄성 계수" (또한 본원에서 "영의 계수" 또는 저장 탄성 계수 (G')로서 지칭됨)는 본원에서 물질에서 적용된 변형률 (즉, 전단 변형률 (비례적 변형)에 대한 전단 응력 (힘/단위면적)의 비)로의 응력에 있어서의 변화로서 정의된다. 본질적으로, 탄성 계수는 시험되는 물질의 이의 본래 형상 또는 크기로 회복되는 능력을 측정하는 탄성재의 강성의 정량적 측정값이다. G'는 후크의 법칙으로 유도된 식을 사용하여 계산될 수 있고, 이는 탄성 계수가 변형률에 대한 응력의 비 (즉, 크기의 분율 변화에 대한 적용된 힘의 비)와 동일하다. 탄성 계수의 측정값은 단위 면적당 힘으로 기록된다 (단위 면적당 뉴튼의 표준 측정 비(N/m2) 또는 파스칼 (Pa) (여기서 1 파스칼은 1제곱미터의 면적 (1 m2)에 대한 적용된 1뉴튼 (1 N)의 힘과 동일함). 이러한 파스칼 단위는 압력, 인장 강도, 응력, 및 탄성력의 단위를 정의하기 위해 대개 사용되는 본 기술분야에 인식된 용어이다.
본원에 사용되는 용어 "전단 박화"는 본원에서 비뉴튼 유체의 일반 특성을 지칭하고, 이에서 상기 유체 점도는 전단 속도 또는 응력이 증가함에 따라 감소한다. 전단 박화는 현탁액, 에멀젼, 폴리머 용액 및 겔에서 관찰된다. 전단 박화 속성으로 인하여 폴리머의 점도를 감소시키는 경우, 전단 속도를 증가시킴으로써 거대분자 또는 겔을 제조하는 것이 가능하다. 기본적으로, 전단 속도의 증가시 점도의 감소의 결과로서, "전단 박화" 특성은 주사기의 피스톤으로부터의 온건한 수동 압력의 적용을 통하여 일시적으로 변형되는 하이드로겔 네트워크의 능력의 측정값이다. 이러한 전단 박화 현상은 예로서 그렇지 않으면 강성인 생체적합성 하이드로겔을 주입가능하게 만드는데 사용될 수 있다.
용어 "손실 탄젠트 tan δ" 또는 "tan δ"는 본원에서 위상각의 탄젠트를 지칭하고, 이는 탄성 계수 (G')에 대한 점탄성 계수 (G")의 비 및 유체에서의 탄성의 정도 및 존재의 보조적 수량자이다. 1 미만의 tan δ 값은 탄성-우세 (즉, 고형물-유사) 거동을 나타내고, 1 초과의 값은 점섬-우세 (즉, 액체-유사) 거동을 나타낸다. 탄성 고형물에서 tan δ"　= 0이다.
본원에 사용되는 "강한(strong)"은 일반적으로 생리적 온도에서 넓게는 약 420 Pa 이상, 약 600 Pa 내지 약 10,000 Pa, 또는 약 6000 Pa 내지 약 10,000 Pa 등의 범위일 수 있는 탄성 계수 G'를 의미하는 것으로 의도된다. 강도의 수준에 기초하여, 고형물 본체는 예를 들면 하중이 이에 적용되는 경우에 변형된다. 물질이 탄성인 경우에, 본체는 하중이 제거된 이후에 이의 본래의 형상으로 복귀된다. "강한 고형물"은 일반적으로 생리적 조건 (예를 들면, 37℃, 및/또는 생리적 pH 부근)에서 G'가 전형적으로 약 560 Pa 초과인 졸-겔 상 전이 이후에 형성되는 겔 또는 고형물이고, 한편 강한 고형물은 제형을 제조하거나, 멸균하거나 또는 저장하기 위한 처리 단계에서의 다른 인자에 따라 약 560 Pa 미만 또는 약 10,000 Pa 초과에서 형성될 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "생리적 온도"는 예를 들면 약 35℃ 내지 약 40℃, 약 36℃ 내지 약 40℃, 약 37℃, 약 37.5℃ 등의 포유동물에 대한 일반 체온을 의미하는 것으로 의도된다.
용어 "하나 이상의 생리적 자극"은 본원에서 비제한적으로 온도 (예를 들면, 약 36℃ 내지 약 40℃, 또는 약 37℃의 온도와 같은 체온), pH (예를 들면, 생리적 pH 부근, 알칼리성 또는 산성 조건), 이온 강도 (예를 들면, 저장성 또는 고장성 조건) 등을 포함하는 하나 이상의 자극의 선택을 지칭한다. 다른 유형의 생리적 자극은 체액 예컨대, 예를 들면, 모유 또는 다른 분비불, 혈액 등에 대한 노출을 포함한다. 다른 유형의 자극은 신체 화학물질 또는 거대분자 예컨대 비제한적으로 이온, 전해질, 칼슘, 나트늄, 세포 독소, 대식 세포, 효소, 항원, 글루코오스, 에스트로겐 등과의 접촉으로부터 일어난다.
조성물의 성분 및 특성
일반적으로, 본 개시내용의 졸-겔 폴리머 복합체는 적합한 산성 수계 배지 중에 키토산, 친수성 폴리머, 및 겔화제를 포함한다. 임의로, 졸-겔 폴리머 복합체는 추가로 강화제 예컨대 적합한 나노결정성 충전재 및/또는 하나 이상의 항균제를 포함한다. 유리하게는, 졸-겔 폴리머 복합체는 하나 이상의 생리적 자극에 반응하여 내구성 밀봉부 또는 강한 고형물을 형성한다. 제형은 전달성(deliverability), 팽윤성, 및 접착력의 독특한 조합을 나타낸다.
신규한 졸-겔 폴리머 복합체의 성분의 경우, 키토산은 일부 경우에서 아실화되고, 예를 들면, 키토산은 아실 키토산을 포함하고, 이는 비제한적으로 카복시메틸 키토산 (CMCh)을 포함한다. 일부 구현예에서, 키토산은 적어도 약 75%, 적어도 약 77%, 적어도 약 80%, 또는 적어도 약 90%의 탈아세틸화도 (% DDA)를 가진다. 일부 구현예에서, 키토산은 약 75%, 약 77%, 약 80%, 약 95%, 약 96%, 약 97%, 약 98%, 약 99% 이상의 %DDA를 가진다. 친수성 폴리머는 비제한적으로 메틸 셀룰로오스 (MC) 예컨대 메틸 셀룰로오스 에테르 또는 셀룰로오스 에테르, 폴리비닐 아세테이트 (PVA), PVA-아실레이트, 하이드록시프로필 셀룰로오스 (HPC), 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스 (EHEC), 히알루론산 (HA), 폴록사머 (비이온성 트리블록 코폴리머) 예컨대 Pluronic®, 폴리에틸렌 글리콜 (PEG), 나트륨 알기네이트, 또는 고도로 점성인 감열성 겔을 형성할 수 있는 다른 수용성 다당류를 포함한다. 친수성 폴리머는 아실화될 수 있다. 바람직하게는, 졸-겔 폴리머 복합체는 메틸 셀룰로오스 또는 PVA-아실레이트를 포함하고, 이는 생리적 온도에서 냉수 및 점성의 겔 중에서의 용해 이후 묽은 혼합물 (슬러리)를 형성한다.
보통, 겔화제는 자극, 예를 들면 온도에 반응하여 물리적 가교결합이 진행되는 열겔화 성분이다. 일부 구현예에서, 겔화제는 염, 예컨대 β-글리세로포스페이트 디나트륨 수화물 또는 오수화물, 나트륨 파이로포스페이트 사염기, 인산칼륨 이염기 삼수화물, 이들의 혼합물 등이다. 유리하게는, 겔화제는 나트륨 파이로포스페이트 사염기 및 인산칼륨 이염기 삼수화물 염의 혼합물이다. 용어 "겔화제" 및 "겔제"는 본원에서 상호교환적으로 사용된다.
약산성 수계 배지 예컨대, 예를 들면 0.1 M 수성 아세트산에서 졸-겔 폴리머 복합체를 제조하는 것이 바람직하다.
졸-겔 폴리머 복합체의 제형은 임의로 강화제 예컨대 나노결정성 충전재를 포함할 수 있다. "나노결정성 충전재"로서 지칭되는 강화 물질은 일반적으로 나노결정성 물질, 예를 들면 비공유적 물리적 상호작용, 예컨대, 비제한적으로 수소 결합 또는 정전기 인력을 통해 졸-겔 폴리머 복합체에 기계적 강화를 제공할 수 있는 나노 결정성 입자 또는 폴리머이다. 그 예는 비제한적으로, 나노결정성 셀룰로오스 (NCC), 무기 점토, 유기 점토, 카본블랙, 발연 실리카, 그래핀, 흑연 등을 포함한다. 바람직하게는, 나노결정성 충전재는 나노결정성 셀룰로오스 (NCC)이다. 대안적으로, 나노결정성 충전재는 예를 들면, 나노결정성 전분, 나노클레이, 그래핀, 탄소 나노튜브, 유기 나노클레이, 또는 오르가노클레이를 포함한다. 다른 예의 경우, 나노결정성 충전재는 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 카올리나이트, 헥토라이트, 할로이사이트 등일 수 있다.
일부 구현예에서, 졸-겔 폴리머 복합체는 강화제, 예컨대 무기 충전재, 예를 들면 이산화규소 (SiO2)를 포함한다.
일부 구현예에서, 졸-겔 폴리머 복합체는 추가로 강화제로서 인산칼슘을 포함한다. 다른 구현예에서, 졸-겔 폴리머 복합체는 강한 고형물 상의 강화를 위해 이중 네트워크 하이드로겔을 형성한다. 이중 네트워크 겔은 2개의 유형의 폴리머 성분으로 이루어진 특정 네트워크 구조를 특징으로 하고, 높은 물 함량 (약 90% w/w) 및 높은 기계적 강도 및 인성 모두를 가진다.
상기 조성물은 또한 임의로 하나 이상의 약제, 특히 항균, 항바이러스, 항-진균성 또는 항-기생충 활성 등을 갖는 항미생물제를 포함할 수 있다. 약제 또는 약제들은 이의 형성시 조성물에 포집될 것이고, 일정 기간 직후 또는 이에 걸쳐 조성물로부터 방출될 것이다.
유방염에서의 문제가 되는 병원체가 세균이기 때문에, 졸-겔 폴리머 복합체는 바람직하게는 항균제를 포함할 수 있다. 동물에 사용하기 위해 이용가능한 다양한 항균제가 존재한다. 이러한 항균제는 비제한적으로 하기의 것을 포함한다: 매크롤라이드, 예를 들면, 툴라트로마이신 (Draxxin®), 틸디피로신 (Zuprevo®) , 틸미코신 (Micotil®), 타일로신 포스페이트 (Tylan®), 및 가미트로마이신 (Zactran®); 세팔로스포린, 예를 들면, 세프티오푸르 나트륨 (예를 들면, Naxcel® 및 Excenel®), 세프티오푸르 하이드로클로라이드 (예를 들면, Excenel RTU®, Excenel RTU EZ®, Spectramast®), 세프티오푸르 결정성 유리산 (Excede®), 세포베신 나트륨 (Convenia®), 및 세프포독심 프록세틸 (Simplicef®); 린코사미나이드 항생제, 예를 들면, 린코마이신 (Lincomix®), 피를리마이신 하이드로클로라이드 (Pirsue®), 및 클린다마이신 하이드로클로라이드 (Antirobe®); 플루오로퀴놀론, 예를 들면, 다노플록사신 (Advocin®), 엔로플록사신 (Baytril®), 및 마르보플록사신 (Zeniquin®); 및 테트라사이클린, 예를 들면, 클로르테트라사이클린, 옥시테트라사이클린, 및 독시사이클린. 다른 항균제는 비제한적으로 페니실린 유도체 예컨대 아목시실린 삼수화물을 단독으로 또는 클라불론산 (Clavamox®), 스펙티노마이신 (Adspec®), 트리메토프림/설파디아진 (Tucoprim®) 및 설파디메톡신/오르메토프림 (Primor®)를 포함하는 효능이 증가된 설폰아미드; 클로르암페니콜 및 그것의 유도체 예컨대 티암페니콜 및 티암페니콜의 불소화된 합성 유사체 예컨대 플로르페니콜 (예를 들면, Nuflor® 및 Nuflor® Gold)와 함께 포함한다. 항균제는 본 개시내용의 조성물과 동시에 또는 순차적으로 투여될 수 있다.
본 개시내용의 졸-겔 폴리머 복합체는 하나 이상의 생리적 자극에 반응하여, 전형적으로 약 37℃의 온도에서 내구성 밀봉부 또는 강한 고형물을 형성할 수 있다. 이상적으로, "강한" 고형물 졸-겔 폴리머는 탄성 계수 G' (또한 저장 탄성 계수 (G')로서 지칭됨)가 생리적 온도에서 적어도 약 420 Pa 이상인 것을 의미한다. "강한 고형물"은 일반적으로 졸-겔 상 전이 이후에 형성된 겔 또는 고형물이고, 이에 대한 생리적 조건 (예를 들면 37℃, 및/또는 생리적 pH 부근)에서의 G'가 일반적으로 약 560 Pa 초과, 대개 약 600 Pa 이상이고, 그러나 또한 약 450 Pa 내지 약 10,000 Pa을 포함하고, 비제한적으로 약 490 Pa, 약 560 Pa, 약 650 Pa, 약 800 Pa, 약 1700 Pa, 약 1900 Pa, 약 2500 Pa, 약 5500 Pa 약 6000 Pa, 약 6500 Pa, 약 7000 Pa, 약 7500 Pa, 약 8000 Pa, 약 8500 Pa, 약 9800, 약 9000 Pa, 약 9500 Pa, 약 10,000 Pa 이상 등의 값을 포함한다. 일부 구현예에서, G'는 약 450 Pa 내지 약 600 Pa, 약 500 Pa 내지 약 1000 Pa, 약 1000 Pa 내지 약 6000 Pa, 약 5000 Pa 내지 약 9800 Pa, 약 7000 Pa 내지 약 10,000 Pa, 약 8500 Pa 내지 약 10,000 Pa 등이다. 본 개시내용의 "강한" 고형물 졸-겔 폴리머 복합체는 일반적으로 약한 것으로 공지된 공지된 키토산 하이드로겔보다 더 강하다 (환언하면, 강한 고형물 졸-겔 폴리머 복합체는 공지된 키토산 하이드로겔보다 더 강하거나 또는 더 높은 기계적 특성을 가진다). 다른 구현예에서, 유두 실런트로서 유용한 졸-겔 폴리머 복합체의 G'는 약 420 Pa 내지 9,800 Pa 이상일 수 있고, 폴리머 복합체는 예상외로 누출 없이 주입가능하고, 본원에 기재된 강한 폴리머 복합체와 유사하게 생리적 조건에 반응하여 내구성 밀봉부를 형성하는 것으로 밝혀졌다.
유리하게는, 졸-겔 폴리머 복합체는 임의의 다른 제제의 첨가 없이 장기 지속 밀봉부 또는 강한 고형물을 형성하기 위해, 하나 이상의 생리적 자극, 예컨대 생리적 온도에 반응하여 신속하게 겔화하거나 또는 고화할 수 있는 열적 증점 특성(thermal thickening property)를 가진다. 또한, 졸-겔 폴리머 복합체는 하나 이상의 생리적 자극에 반응하여 신속하게 겔화되거나 또는 고화되고, 본원에 논의된 바와 같이 기계적 또는 점탄성 특성을 갖는 밀봉부 또는 고형물을 형성하고, 여기서 고형물은 독특하게 동물에서의 생리적 조건 하에 기계적 압력 또는 수압에 견딜 수 있게 하는 충분한 강도를 가진다. 일부 경우에서, 졸-겔 폴리머 복합체는 예를 들면, 낙농 동물로의 주입 이후, 생리적 자극에의 노출 이후 수초 내에, 즉, 즉각적으로 또는 거의 즉각적으로 겔화되거나 또는 고화될 수 있다. 본원에 제공되는 졸-겔 폴리머 복합체는 주입 부위에서 마개가 신속하게 형성되도록 생리적 자극에 반응하여 매우 신속하게 액체-고체 상전이를 진행한다. 졸-겔 폴리머 복합체는 바람직한 전단-박화 특성을 나타내고, 즉, 이의 점도는 증가된 전단 속도시 감소될 것이고, 이는 유리하게는 졸-겔 폴리머 복합체가 용이하게 주입되게 하거나 또는 주입 이전에 실온에서 고화가 이미 진행되었더라도 주사기에서 변형될 수 있게 한다. 유리한 전단-박화 특성으로 인해, 졸-겔 폴리머 복합체는 유방염의 치료를 위해 요구되는 약제의 방출을 가능하게 하기 위해 유두 부분을 밀봉하는 물질의 더 나은 조작을 위해 높은 다공성 및/또는 탄성을 갖는 고형물 구조를 포함할 수 있다.
동적 생리적 환경에서 분산되고 누출되는 경향이 있는 본 기술분야에 알려진 약한 겔을 사용하는 단점과 대조적으로, 복합체가 누출 또는 적하 없이 주사기를 통한 용이한 주입 및 낙농 동물의 유두관 또는 유두동으로의 주입 이후 누출없는, 적하없는 졸-겔 마개의 신속한 형성을 가능하게 하는, 즉각적-겔화, 탄성적 밀봉부 또는 강한 고형물을 제공할 수 있도록 신속하게 고화시키는 것은 이의 능력에 있어서의 본 졸-겔 폴리머 복합체의 추가의 장점이다. 일부 경우에서, 졸-겔 폴리머 복합체는 단일 배럴 주사기로 투여될 수 있다.
온도, pH 및 이온 강도에서의 변화에 반응하는 졸-겔 폴리머 제형의 특성으로 인하여, 이는 힘이 적용되지 않는 경우에도, 장기-지속 밀봉부 또는 강한 겔/고형물을 형성할 수 있으나, 이들은 유동할 수 있고, 예를 들면 주사기에서 외부력이 적용되는 경우에 주사기 주입이 가능하다. 상기 복합체는 또한 주입 이후 내구성, 탄성 겔 또는 다공성 고형물을 형성할 수 있다.
구체적으로 설계된 상기 졸-겔 폴리머 복합체에서 볼 수 있는 다른 주요한 기술 효과는 점도를 증가시키기 위한 폴리머에서의 소수성 치환, 생리적 유체에서 가교결합가능한 마이크로겔 구체 및 약물 방출을 위해 사용될 수 있는 마이크로겔 구체를 형성하고, 뿐만 아니라 동물에서 분해의 속도를 조절하고, 생리적 온도에서 바람직한 점탄성 특성 및 대상체에서 특정 기공 크기를 갖는 다공성 고형물을 형성하는 능력이다.
유리하게는, 수계 졸-겔 폴리머 제형은 우유-생산 동물의 유두관으로 직접적으로 주입될 수 있고, 건유기 동안 단단한 실런트를 형성한다. 상기 제형은 보통 유선의 건유시 볼 수 있는 높은 이온 함량 하에 그리고 우유의 존재 하에 37℃에서 이러한 비침투성 밀봉부를 생성할 수 있다.
졸-겔 폴리머 복합체의 제조 방법
졸-겔 공정은 재료 과학 및 공학의 기술분야에서 널리 사용되는 습식-화학 기술이다. 이러한 방법은 주로 별개의 입자 또는 네트워크 폴리머의 통합된 네트워크 (또는 겔)에 대한 전구체로서 역할을 하는 콜로이달 용액 (졸)로부터 출발되는 물질의 제조를 위해 사용된다. 졸-겔 공정에서, 콜로이달 고형물 (졸)의 유체 현탁액은 액상 및 별개의 입자로부터 연속적 폴리머 네트워크로의 범위의 형태의 고상 모두를 포함하는 겔-유사 이상 시스템의 형성을 향하여 진행된다 (일반 정보는 문헌 [C.J. Brinker and G.W. Scherer, 1990, Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing, Academic Press, ISBN 0121349705; L.L. Hench and J.K. West, 1990, The Sol-Gel Process, Chemical Reviews 90:33]을 참조한다).
일부 경우에서, 폴리머의 반응성 및 작용성은 비제한적으로 산 무수물, 아미노 또는 염, N-치환된 아미노, 아미드, 카보닐, 카복시 또는 염, 사이클로헥실 에폭시, 에폭시, 글리시딜, 하이드록시, 이소시아네이트, 우레아, 알데하이드, 에스테르, 에테르, 알킬, 알케닐, 알키닐, 티올, 디설파이드, 실릴 또는 실란, 또는 글리옥살, 아지리딘, 활성 메틸렌 화합물 또는 다른 β-디카보닐 화합물 (예를 들면, 2,4-펜탄디온, 말론산, 아세틸아세톤, 에틸아세톤 아세테이트, 말론아미드, 아세토아세트아미드 및 그것의 메틸 유사체, 에틸 아세토아세테이트, 및 이소프로필 아세토아세테이트)로부터 선택되는 기, 할로, 수소화물, 또는 다른 극성 또는 H 결합 기 및 이들의 조합을 포함하는 한 세트의 작용기의 첨가에 의해 변경될 수 있다. 이러한 작용기는 폴리머와 함께 다양한 위치에서 첨가될 수 있고, 예컨대 폴리머와 함께, 폴리머의 말단에서, 결정가능한 측쇄 상의 측면, 말단 또는 임의의 위치 상에서 무작위적으로 또는 규칙적으로 분산되고, 폴리머의 별개의 매달린 측면 기로서 부착되거나, 또는 폴리머의 골격에 직접적으로 부착될 수 있다. 또한, 폴리머는 주위 또는 처리 조건 하에서 이의 기계적 강도 또는 이의 분해에 대한 저항성을 증가시키기 위해 가교결합, 얽힘, 또는 수소 결합이 가능하다.
이해할 수 있는 바와 같이, 폴리머는 상이한 분자량을 갖는 다양한 형태로 제공될 수 있고, 이는 폴리머의 분자량 (MW)은 폴리머를 형성하기 위해 사용되는 처리 조건 하에 좌우될 수 있다. 따라서, 폴리머는 본원에서 특정 분자량 또는 일정 범위의 분자량을 가지는 것으로 언급될 수 있다.
졸-겔 폴리머 복합체는 키토산을 높은 점성의 감열성 겔을 생성하는 친수성 폴리머 (예를 들면, 수용성 다당류)와 혼합함으로써 형성되는 키토산에 기초한 신속하게 염-유도되고, 열가역성인 겔화 시스템을 필요로 한다. 이러한 수-팽윤성 폴리머 복합체 제형은 온도, pH 및 이온 강도를 증가시키는 경우에 신속한 겔화가 진행된다. 복합체는 전형적으로 2개의 친수성 폴리머 및 이온 겔제를 포함한다. 제1 폴리머는 온도-유도된 겔화가 진행되고, 생리적 온도, 예를 들면 약 37℃에서 유두관에서 탄성 겔의 형성을 가능하게 한다. 제2 폴리머는 제형으로 주입하기 위한 이온성 겔제 (겔화제)와 접촉시키는 경우 겔을 형성한다. 겔화제 (즉, 열겔화 성분)의 첨가시, 상기 시스템은 물리적 가교결합을 생성한다. 겔화는 기본적으로 생성물에서 주요 성분인 폴리머에서의 물리적 구조 변화에 기인하고, 폴리머들 사이에서의 공유 가교결합은 형성되지 않는다. 제1 폴리머의 겔의 강도는 첨가된 젤제의 양뿐만 아니라 약 5.1 내지 6.8의 pH 및 약 5 g/L의 이온 강도를 갖는 제형의 이온 강도 및 pH에 좌우된다. 2개의 친수성 폴리머는 키토산의 겔화에 대한 중요한 효과를 가지고, 이는 자극, 예컨대 염 첨가 및 PDHS에 대한 신속한 반응을 야기한다. 그 결과, 겔은 건유 유두관에서 pH 및 이온 함량의 변화시 강화된다.
시스템에서 폴리머, 염 및 겔화제 농도를 조심스럽게 조정함으로써, 생리적 조건 (예를 들면, 온도) 하에 겔화의 속도 및 가역성뿐만 아니라 시스템의 생체적합성, 점탄성 특성 (예를 들면, G'), 투과성/다공성 및 겔화 이후 형성되는 밀봉부 또는 강한 고형물의 내구성을 포함하여, 겔화 임계점 아래 및 위 모두에서 겔화 온도 및 시스템의 기계적 특성 또는 무결성을 미세 조정하는 것이 가능하다. 예를 들면, 폴리머, 염 첨가 및 겔화제는 구체적으로 내구성, 탄성 특성을 갖고, 특정 기공 크기를 갖는 거대기공 고형물을 요구하는 것에서 또는 생분자 예컨대 항생제의 자유 통과를 가능하게 하는 특정 기공 크기 또는 다공도를 갖는 고형물인 구조물을 요구하는 응용분야에서 설계된 인간 또는 수의학적 용도를 위해 적합한 졸-겔 폴리머 복합체를 제조하기 위해 조작될 수 있다.
또한, 졸-겔 폴리머 제형은 바람직하게는 치즈 종균 배양, 예를 들면 락토코쿠스 락티스, L. 락티스 하위종. 세레모리스, 스트렙토코커스 테모필러스 등과의 생체 적합성 및 용도를 위해 설계될 수 있다. 살아있는 종균 배양은 치즈를 제조하기 위한 공정을 위한 적합한 산성화를 달성할 것을 필요로 하기 때문에, 폴리머 제형의 산도는 적절하게는 배양 활성 및 성장을 방해하는 것을 회피하기 위해 염 성분을 변경함으로써 적합하게 조정될 수 있다. 따라서, 유리하게 치즈 종균 배양과 상용성인 졸-겔 폴리머 제형을 제조하기 위해, 염 성분은 최종 생성물의 산도를 중화시키기 위해 용이하게 변화된다. 전형적으로, 예로서, 대략 6.8 (상대적 중성)의 pH에서 제형은 표준 세균 배양을 억제하지 않고, 치즈 종균 배양과 함께의 용도가 발견될 것이다.
본 개시내용의 특정 제형을 예시하기 위해, 졸-겔 폴리머 복합체는 약 7.3% w/w의 메틸 셀룰로오스, 약 1.8% w/w의 키토산, 약 9.4% w/w의 나트륨 파이로포스페이트 사염기 (용액 염), 약 0.05% w/w의 나트륨 파이로포스페이트 사염기 (고체 염), 및 약 82% w/w의 0.1 M 수성 아세트산을 포함한다. 이러한 복합체는 본원에서 "F1" 또는 "F1-20141210" 제형으로 지칭된다. 제2 구현예에서, 졸-겔 폴리머 복합체는 약 7.3% w/w의 메틸 셀룰로오스, 약 1.8% w/w의 키토산, 약 9.1% w/w의 β-글리세로포스페이트 디나트륨 (용액 염), 약 3.0% w/w의 β-글리세로포스페이트 디나트륨 (고체 염), 및 약 82% w/w의 0.1 M 수성 아세트산을 포함한다. 이러한 복합체는 본원에서 "F4" 또는 "F4-20141210" 제형으로 지칭된다. 비교를 위해, 다른 졸-겔 폴리머 복합체, 예컨대 하기 표 B 및 C에서 나타난 F2 또는 F3 제형을 제조하였다. 추가의 예에서, 졸-겔 폴리머 복합체는 아세트산 중의 0.5% w/w, 1% w/w, 또는 2% w/w 키토산 용액 중에 약 16% w/w, 17% w/w 또는 18% w/w Pluronic® F127를 포함한다. 다른 구현예에서, 졸-겔 폴리머 복합체는 하기 표 4에 기재된 키토산-Pluronic® F127 용액 중 하나를 포함한다.
일반적인 규칙으로서, 본 개시내용의 졸-겔 폴리머 복합체 제형에서의 성분의 양은 다소 변화될 수 있다. F1 내지 F4 제형의 상기 설명에서, 예를 들면, 메틸 셀룰로오스의 양은 약 4% w/w 내지 약 12% w/w의 범위일 수 있고, 키토산은 약 0.5% w/w 내지 약 4% w/w의 범위일 수 있고, 용액 염 또는 겔화제는 약 6% w/w 내지 약 12% w/w의 범위일 수 있고, 고형물 염은 약 0.01% w/w 내지 약 4% w/w의 범위일 수 있고, 0.1M보다 높은 농도의 수성 아세트산이 사용될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 본원에 기재된 원하는 특성을 갖는 겔 또는 하이드로겔을 형성하기 위해 언급된 범위보다 높거나 낮은 양을 포함하여, 특정 조합의 범위가 용이하게 조정될 수 있음을 이해하여야 한다.
졸-겔 폴리머 복합체의 용도
본원에 제공되는 졸-겔 폴리머 복합체는 하나 이상의 생리적 자극에 반응하는 액체-고체 상전이가 진행된다. 따라서, 이는 넓은 범위의 동물 및 인간 건강 응용분야에서의 용도를 가질 수 있고, 여기서 대상체에 주입 이후 신속하게 고화되는 액체를 주입하는 것이 바람직하다. 특히, 졸-겔 폴리머 복합체는 높은 다공도, 탄성 또는 대상체에서 생리적 조건 하에 기계적 압력 또는 수압에 견디기 위해 충분한 강도를 갖는 고형물 구조로 제공되는 것이 바람직한 응용분야에서의 용도를 가질 수 있다.
특정 응용분야에 대한 졸-겔 폴리머 복합체의 적합성은 다수의 인자, 예컨대 이의 생체적합성, 기계적 무결성, 생리적 조건 (예를 들면, 온도) 하에서의 겔의 형성의 속도 및 가역성, 기계적 또는 점탄성 특성 (예를 들면, G'), 다공성/투과성, 및 내구성에 영향을 받을 것으로 이해되어야 한다. 본 기술에 따라, 이러한 특성은 본원에 기재된 시스템에서의 폴리머 및 겔화제 농도를 조정함으로써 결정될 수 있다. 예를 들면, 일부 구현예에서, 졸-겔 폴리머 복합체는 내구성, 탄성 특성을 갖고, 특정 기공 크기를 갖는 거대기공 고형물을 요구하는 응용분야에서 또는 생분자 예컨대 글루코오스, 산소, 또는 인슐린의 자유 통과를 가능하게 하는 특정 기공 크기 또는 다공도를 갖는 고형물인 구조물을 요구하는 응용분야에서 사용하기에 적합하다.
일부 구현예에서, 졸-겔 폴리머 복합체는 대상체에서의 입구 내의 누출없는, 적하없는 마개의 형성을 요구하는 응용분야에서 사용하기에 적합하다. 예를 들면, 이는 점막부착형 이식물, 안구 점안액, 경피 패치, 치과용 임플란트, 질 좌약 등으로서의 용도가 발견될 것이고, 이는 인공 척추 디스크 및 연골과 마찬가지로 누출없는, 적하없는 마개를 요구한다.
다른 구현예의 경우, 졸-겔 폴리머 복합체는 조직 공학기술에서 사용하기에 적합하고, 여기서 임플란트는 관절 내에서 악화되거나 또는 그렇지 않으면 손상된 연골을 대체할 수 있다. 이와 관련하여, 복합체는 인공 연골로서 사용하기에 적합하다. 연골 조직이 정상 관절 기능에 대해 중요하기 때문에, 부상 또는 노화로부터 손상된 조직을 대체하기 위한 치료적 용도를 위한 인공 연골에 대한 필요성이 존재한다. 인공 연골에서의 용도를 위한 잠재적인 물질은 본원에 제공되는 졸-겔 폴리머 복합체와 마찬가지로 점탄성이고, 강하고, 내구성일 필요가 있다. 졸-겔 폴리머 복합체는 따라서 관절 수술을 위해 사용되고, 무릎 관절에서 이식되고, 각막 치유 물질로서 사용되고, 또는 조직 및 신체 일부를 복구하고, 대체하고, 또는 치료적으로 치료하기 위해 사용될 수 있다. 졸-겔 폴리머 복합체는 활막 유체 및 뼈에서 이온의 존재 하에 주입 이후, 인공 연골, 반월판, 또는 수핵(nucleus pulposus)을 형성하는 내구성, 탄성의 겔을 형성할 수 있다.
상기 복합체는 또한 유리하게는 상처 치유를 위한 골관절염, 류마티스성 관절염, 다른 염증성 질환, 일반화된 관절 통증 또는 다른 관절 질환을 치료하기 위한 주사가능한 임플란트 또는 좌약으로서 유용하다. 일부 구현예에서, 졸-겔 폴리머 복합체는 대상체에서 신속하게 마개를 형성하기 위해 주사될 수 있고, 여기서 상기 마개가 주사의 부위에 즉시 형성되도록 생리적 자극의 반응하여 신속하게 액체 고체 전이가 일어난다. 예를 들면, 졸-겔 폴리머 복합체는 섬 세포를 면역-단리하고, 글루코오스 및 산소의 자유 통과를 가능하도록 췌장에서의 랑게르한스섬으로 주입될 수 있다.
특정 구현예에서, 졸-겔 폴리머 복합체는 예를 들면 동맥을 차단하거나 또는 암 세포에 영양분 보급 차단을 위한 색전성 또는 폐색 제제로서 유용하다. 다른 구현예에서,졸-겔 폴리머 복합체는 초음파 조영제로서 유용하다. 또 다른 구현예에서,졸-겔 폴리머 복합체는 조직 공학을 위한 거대기공 또는 미세기공 기재를 형성할 수 있는 세포와 함게 주사하기에 적합하다.
대안적인 구현예는 졸-겔 폴리머 복합체가 재건 또는 성형 수술, 약물 전달 시스템을 위한 벌크제로서, 예를 들면 치료제의 서방출 전달을 위한 또는 예를 들면 주사가능한 폼을 형성하는 하지정맥류의 치료를 위한 플랫폼으로서 사용하기에 적합하다. 일부 구현예에서, 졸-겔 폴리머 복합체는 자궁 유섬유종을 치료하기 위한 벌크제로서 또는 치과용 임플란트로서 사용하기에 적합하다. 상기 복합체는 추가로 예를 들면 혈류를 차단하는, 예를 들면 상아 세관을 차단하는 역할을 하는 주사 이후 다공성 고형물을 형성하여 상처를 지혈시키기 위해, 그리고 뇌 임플란트로서, 치아에 대한 막-형성 폴리머로서 사용하기에 적합하다.
동물에 대한 유두 실런트로서의 졸-겔 폴리머 복합체
본 개시내용의 졸-겔 폴리머 복합체를 포함하는 유두 실런트의 원하는 특성이 예컨대 이것이 (예를 들면 유선 조직 외부에 또는 유두강 내에) 적용되는 경우와 같은 실런트의 의도된 용도, 실런트의 제형 및 다른 인자에 따라 변화될 것임을 이해하여야 한다. 그러나, 유두 실런트의 일부 일반적인 특성이 언급될 수 있다. 실런트가 유두관 내의 유방내에 배치되는 경우, 예로서, 맞춤화가능한 전단 박화 특성은 주입의 용이성뿐만 아니라 유두관으로부터의 수동 박리에 의한 제거를 가능하게 한다. 접착된 유두 실런트가 유두로부터 용이하게 제거가능한 것이 유리하다. 유두 실런트의 제형을 조정함으로써, 졸-겔 폴리머 복합체는 실런트가 유두로부터 용이하게 박리될 수 있고, 뒤에 물질이 약간 남겨지거나 남겨지는 것 없이 최초 박리시에 하나의 회합 유닛에서 제거되기에 충분하도록 강하게 제조될 수 있다. 졸-겔 폴리머 복합체가 마크로 또는 마이크로 수준으로의 마개로서 사용되는 경우에, 이들은 적절한 범위의 접착력을 포함하도록 제형화될 수 있고, 이는 원위치에서 형성된 조성물이 조직에 부착되고, 필요에 따라 길게 본래 자리에서 유지되는 한편 그 부위로부터 수동으로 용이하게 제거될 수 있다. 또한, 이러한 조성물이 유체를 보유하거나 또는 흡수하기 위한 배리어가 필요로 되는 위치를 막는 경우, 상기 조성물은 이의 원하는 위치에서 잔류하면서 자연적으로 상기 유체를 흡수하도록 제형화될 수 있다.
본 개시내용의 원위치에서 형성된 유두 실런트는 유두 또는 유두관의 형상에 맞추어질 수 있는 것이 추가로 유리하다. 졸-겔 폴리머 복합체의 유연성 특성은 실런트가 유두 표면 또는 유두관뿐만 아니라 유두 주변의 조직 표면의 표면형상에 잘 피팅되도록 맞추어지게 한다. 이러한 맞춤가능성은 또한 유두 실런트의 수명, 편안함 및 효능을 연장한다.
본 개시내용에서 유두 실런트로서 유용한 졸-겔 폴리머 복합체는 또한 안전하고, 안정하다. 실런트의 비독성 특성은 표적 동물뿐만 아니라 동물의 인간 취급자 및 동물에 대한 실런트의 작업자에게 안전성을 제공한다. 유두 실런트가 우유 라인 또는 관련 착유 장비에서 실런트의 잔류 축적을 야기하지 않기 때문에, 실런트의 비독성은 또한 인간 식품, 예컨대 치료된 동물로부터 얻은 우유로부터 제조된 우유 및 유제품은 소비하기에 안전하다. 모든 조성물 성분은 본래 중금속 무함유, 생체적합성, 생분해성 조직 접착성이고, 최종 유두 실런트 제형에 존재하는 양으로 동물에 대해 비자극적이다. 졸-겔 폴리머 복합체는 동물의 유선으로 주입하기에 적합하기 때문에, 이들은 독성 물질, 자극물질 등이 없이 제조되고, 온도, pH, 이온 강도 등의 생리적 조건 하에서 사용하기에 적합하다. 또한, 졸-겔 폴리머 복합체는 표준 스트림, 건조 멸균제 (고압살균), 감마선 조사, 전자빔 방법 (전자빔 멸균) 등에 의해 용이하게 멸균될 수 있다. 방부제가 또한 유두 실런트의 유리한 특성을 변경하지 않고 조성물에 포함될 수 있다.
전달 방법에 따라, 점도는 국소 적용, 주입 등에 적합하도록 제조되도록 유두 실런트의 제형에서 특별하게 설계된다. 따라서, 졸-겔 폴리머 복합체의 점도는 조성물이 우수한 배리어가 생성되게 하는 방식으로 유두 상에 또는 그 내부에 분무되거나 또는 유동될 수 있도록 조절된다. 또한, 졸-겔 폴리머 복합체는 용이하게 주사기를 통과하고, 우수한 전단-박화 특성을 가지고, 이는 동물 취급자에 의한 신속하고 용이한 제품 사용을 위해 실온에서 주사기로 복합체를 성형하는데 필요하다. 특히, 졸-겔 폴리머 복합체는 유리하게는 단일-배럴 주사기를 사용하여 주입할 수 있다. 유두로 직접적으로 주입되는 경우, 제형은 유두관을 충전하고, 체온에서 겔로의 신속하게 전이하는 능력을 가진다. 상기 제형의 전단 박화 특성은 주입의 용이성 및 제거가능성 모두를 가능하게 한다.
유두 상에서의 조성물의 겔화는 바람직하게는 신속하여, 적용 위치로부터의 조성물이 벗어나거나 또는 손실되는 것을 회피한다. 겔화 시간은 약 5분 이하, 바람직하게는 약 3분 미만, 보다 바람직하게는 약 30초 미만, 일부 경우, 졸-겔 폴리머 복합체의 외부 적용시 약 10초 이하로 낮다.
본 개시내용에서 유용한 유두 실런트의 다수의 원하는 상술한 특성은 내구성 밀봉부 또는 강한 고형물의 기계적 특성 및 투과성/다공성을 변경하기 위해 졸-겔 폴리머 복합체에서의 폴리머 및 겔화제 농도를 조정함으로써 얻어진다. 기본적으로, 유두 실런트의 접착력 및 팽윤 특성은 특별하게 제형을 설계함으로써 조절된다. 접착력 및 팽윤 특성의 특별한 조합을 가지는 졸-겔 폴리머 복합체는 예컨대 연장된 기간 동안 동물의 조직에 부착되는 탁월하고 신규한 특성을 나타내고, 이는 또한 예방적 치료가 종료되는 경우 유두 배리어로서 용이하게 제거되거나, 또는 한조각으로 동물의 유두로부터 박리되기에 충분하게 강하거나 또는 편안함을 위해 동물의 신체에 맞추어지고, 유선 장애의 발생을 예방하거나 또는 감소시키는 효과적인 배리어로서 원위치에서 유지되도록 충분하게 가요성인 반-고체 또는 액체로서 용이하게 제거된다.
유두 실런트 조성물의 전달
적절한 점도는 이용되는 전달 수단에 좌우된다. 일반적으로, 조성물은 실온에서 또는 사용의 조건 과정 동안 (즉, 동물 내에 있지 않음) 에어로졸로 전달되도록 약 800 cps 미만, 바람직하게는 300 cps 미만, 보다 바람직하게는 200 cps 미만의 점도를 가져야 한다. 펌프 스프레이를 통한 전달은 보통 예컨대 약 150 cps 미만의 저점도를 요구한다. 에어로졸을 사용하지 않는 스프레이는 약 50 cps 미만의 점도를 요구한다.
유두 실런트 제형은 종래의 수단, 예컨대, 예를 들면, 주사기, 펌프, 스프레이 노즐, 에어로졸, 딥, 또는 다른 유형의 장치로부터의 스트림 또는 스프레이에 의해 유두에 적용된다. 스프레이 및 스트림의 조합은 쇼어 헤드(shower head)와 유사한 방법에서 적용될 수 있고, 이에 의해 복수개의 스트림은 모사된 광범위한 범위의 스프레이 적용을 제공한다. 졸-겔 폴리머 복합체는 유두 조직 상의 외부에 스프레이 또는 스트림으로 적용되고, 여기서 이들은 배리어 밀봉부를 형성한다.
유두동 또는 유두관과 같은 유두 내로의 주입에 의한 적용의 경우, 가늘어지는 주사기 말단, 유두관으로의 용액의 삽입을 위해 특별하게 제조된 유두 바늘 또는 유방내 팁을 갖는 임의의 수의과용 주사기가 사용될 수 있다. 일 예의 경우, 겔은 종래의 주입관 또는 주입 노즐 (표준 5 또는 6 mL 주사기를 사용함)을 통해 삽입될 수 있다. 유선 장애를 예방하거나 또는 치료하기 위해 유두관에서 원하는 물리적 배리어를 형성할 것인 유두 실런트의 유효량은 낙농 동물 종 및 이의 유두의 크기에 좌우된다. 전형적으로, 2 내지 3 mL의 체적은 유두관을 적절하게 충전시키기에 만족스러운 것이지만, 그 양은 변화될 수 있고, 유두로 실런트를 주입하는 취급자에 의해 용이하게 적정될 수 있다.
일반적으로, 약 0.5 내지 5.0 mL, 바람직하게는 약 1.0 내지 4.0 mL, 보다 바람직하게는 약 2.0 mL 이상, 보다 더 바람직하게는 약 3.0 mL의 조성물은 동물 유두에 투여될 것이다. 제형은 용이한 단위 용량 투여를 위해 주사기에 사전장입될 수 있다. 바람직하게는, 상기 조성물은 낙동 농물이 수유 주기의 말기에 건유기로 들어가는 경우에 또는 동물의 건유기 과정, 특히 이것이 암송아지 또는 암소인 경우에 투여된다.
또한, 상기 조성물은 스프레이 장치 또는 스트림 장치로부터 유두에 외부에 또는 국소적으로 전달될 수 있다. 스프레이 장치는 액체의 조성물의 스프레이 전달을 위한 분배기를 갖는 컨테이너를 포함할 수 있다. 사용되는 컨테이너의 유형은 조성물과의 상용성 및 스프레이 분배기에 따라 변화가능하고, 유리, 플라스틱, 또는 금속일 수 있다. 용액은 충분히 낮은 점도의 것인 경우에, 스프레이 전달은 적절하게 설계된 노즐을 통해 손으로 주사기의 플런저를 가압하는 경우에 달성되는 것과 같은 간단한 기계적 힘으로 달성될 수 있다. 유두의 적절한 피복을 보장하기 위해 유두에 조성물의 다수의 층을 적용하는 것이 바람직할 수 있다. 임의의 경우, 물리적 배리어를 형성하기 위한 유효량은 유두 상의 실런트의 시각적 외관에 의해 용이하게 결정될 수 있다.
또한, 상기 조성물은 스프레이 헤드가 외부고정된 주사기를 사용하여 전달될 수 있다. 일반적으로, 컨테이너로부터의 스프레이로서 액체 조성물을 추진하기 위한 임의의 화학적, 기계적 또는 전자 방법이 적절하다. 일 양태에서, 상용가능한 액체 또는 가스 에어로졸 추진제는 조성물과 함께 적절한 컨테이너 내에 배치되고, 분배기는 액체 조성물의 분무화 스프레이 전달을 가능하게 하는 밸브 기구를 포함한다. 바람직하게는 유방내 주입 장치는 유두에 직접적으로 유두 실런트 조성물을 전달하기 위해 사용될 수 있다. 상기 장치는 단일 분배기, 예컨대 Nordson Corporation (웨스트레이트, 오하이오주, U.S.A.).로부터의 스프레이 팁을 가진다. 상기 장치는 조성물의 정량이 조절될 수 있도록 계량기를 포함할 수 있다.
유두 실런트로서 조성물을 전달하기 위해 사용되거나 또는 사용하기 위해 변경될 수 있는 장치의 예는 WO 2015/038281 (Zoetis), 미국특허출원번호 2015/0080841 (C. M. Bradley 외 다수), 미국특허번호 5,989,215 (Y. Delmotte 외 다수), 미국특허번호 8,353,877 (S. Hallahan 외 다수), WO 2003/022245 (Bimeda Research & Development Limited), 및 WO 2013/021186 (Norbrook Laboratories Limited)에 기재된 것을 포함한다.
상술한 설명은 신규한 졸-겔 폴리머 복합체 제형의 제조 방식뿐만 아니라 본 개시내용에서 사용하기 위한 이의 독특한 특성을 나타낸다. 하기 실시예는 본 개시내용의 다른 양태를 나타낸다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 예시적인 것이고, 본 개시내용의 조건 및 범위를 전체적으로 한정하는 것으로 주장하는 것이 아님을 이해하여야 한다. 화학물질은 달리 언급하지 않는 한, 세인트루이스에 있는 Sigma-Aldrich로부터 구입한 것이었다. 졸-겔 폴리머 복합체의 제조시 단계의 순서는 중요하지 않으며, 실시예로부터 변화될 수 있음을 이해하여야 한다. 예로서, 성분이 탱크로 주입되는 순서는 최종 제품에 대한 손상 없이 변경될 수 있다 (예컨대 키토산을 최초로 첨가하는 것 대신에 메틸 셀룰로오스를 첨가함, 기타 등등). 전형적인 반응 조건 (예를 들면, 온도, 반응 시간 등)이 주어지는 경우, 상기 및 하기에 구체화된 범위 모두가 또한 덜 편리하더라도 사용될 수 있다. 그 예는 실온 (약 23℃ 내지 약 28℃) 및 주위 압력에서 실시된다. 달리 언급하지 않는 한, 본원에 언급된 모든 부 및 백분율은 중량에 기초하고, 모든 온도는 섭씨 온도로 표현된다.
본 개시내용의 추가의 이해는 하기에 후속되는 비제한적인 실시예로부터 얻을 수 있다.
실시예 1
졸-겔 폴리머 복합체의 제조 및 특성
4개의 폴리머 복합체 제형 (F1, F2, F3, 및 F4)을 하기와 같이 제조하였다. 표 A, B, C, 및 D는 각각 F1, F2, F3, 및 F4 제형을 나타낸다. 표에 나타낸 바와 같이 약 30 g, 110 g, 또는 165 g의 배치로 제형을 제조하였다.
[표 A] F1 제형
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
[표 B] F2 제형
Figure pct00004
Figure pct00005
[표 C] F3 제형
Figure pct00006
Figure pct00007
[표 D] F4 제형
Figure pct00008
Figure pct00009
Figure pct00010
F1 및 F4 제형을 하기와 같이 제조하였다: 우선 F1을 위해 135.5 mL의 물에 0.813 g (0.772 mL)의 AcOH을 첨가함으로써 0.1 M AcOH를 제조하였다. F4의 경우, 0.81 g (0.77 mL)의 AcOH를 135.0 mL의 물에 첨가하였다. 그 다음, 0.1 N (0.1 M) AcOH 중의 메틸 셀룰로오스 (12 g), 키토산 (3 g)의 용액 (F1에 대해 135.5 mL 및 F4에 대해 135.0 mL)을 제조하였다. 강한 교반 하에 85-90℃으로 가열된 0.1 N (0.1 M) AcOH에 대해 폴리머 분말을 첨가함으로써 상기 용액을 제조하였다. 균질한 분산액을 얻을 때까지 가열을 지속하였다 (약 5분). 용액을 이후 교반하면서 (300 rpm) 실온으로 냉각시켰다. 냉각시, 용액을 정화시키고, 매우 점성이게 되었고, 이는 60-100 rpm의 교반 속도의 감소를 필요로 하였다. 냉각 및 정제는 약 1시간이 소요되었다. 용액을 이후 장래 사용시까지 4℃에서 저장하였다.
수중에서의 겔화제의 용액 (염이 또한 본원에서 "겔제"로서 지칭되는 겔화제로서 제형에서 작용함)을 이후 물과 함께 분말화된 형태로의 염을 혼합하여 제조하였다. 염 용액에 대한 농축은 하기와 같았다: F1의 경우, 나트륨 피로포스페이트 사염기 (5 g/L)를 100 mg의 나트륨 피로포스페이트 사염기를 20 mL의 물로 첨가하고, 완전하게 용해될 때까지 이를 교반함으로써 제조하였다. F4의 경우, (44% w/w 수용액으로서) 22 g의 글리세로포스페이트 디소듐 하이드레이트를 33 mL의 물로 첨가하고, 완전하게 용해될 때까지 교반하면서 45℃에서 교반함으로써 (44% w/w 수용액으로서) β-글리세로포스페이트 디소듐 하이드레이트 (66g의 물당 44g)를 제조하였다.
이에 따라 제조된 겔제 용액을 균질화시까지의 느린 기계적 교반 (100 rpm에서 믹서를 사용함)을 하면서 냉각된 폴리머 용액에 첨가하였다. 상당한 점도 증강 및 기포 형성이 관찰되었다. 용액을 이후 4℃에서 하룻밤 정치시켰다. 제형을 액체 사이클 상에서 고압살균으로 멸균시켰다.
F2 및 F3 제형을 하기와 같이 제조하였다: 100 mL의 물에 0.6 g (0.57 mL)의 AcOH를 첨가함으로써 0.1 M AcOH를 제조하였다. 메틸 셀룰로오스 (8 g), 키토산 (2 g), 및 나트륨 아자이드 (0.025 g)의 용액을 0.1 N AcOH (90 mL) 중에서 제조하였다. 교반기를 갖는 비이커를 칭량하였다. 분말 (1회)을 교반 하에 비점 (85-90℃) 으로 가열된 0.1 N AcOH로 첨가함으로써 용액을 제조하였다. 가열을 중지하여, 약 3분 동안 약수저로 교반함으로써 균질한 분산액을 수득하였다. 최종 중량 (염을 가지지 않음)이 달성될 때까지 AcOH의 첨가로 이를 완료하였다. 이후, 상기 용액을 실온으로 냉각시켰다. 냉각시, 용액을 정제하고, 매우 점성이게 되었다. 냉각 및 정제는 약 1시간 소요되었다. 비이커를 파라필름으로 덮었고, 24시간 동안 (또는 장래 사용까지) 4℃에서 저장하였다.
겔화제 (겔화제 또는 겔제로서의 염)의 용액을 이후 원하는 농도로 분말화된 형태의 염을 물에 혼합함으로써 수중에서 제조하였다. 젤화 용액을 느린 기계적 교반 (약수저로 또는 100 rpm에서의 믹서를 사용함) 하에 냉각된 폴리머 용액에 첨가하였다. 상당한 점도 증강 및 기포 형성이 관찰되었다. 용액을 4℃에서 밤새 정치시켰다. 공기 기포를 제거하기 위해 용액을 10분 동안 4000 rpm에서 원심분리시켰다.
제형 성능에 대해 가장 바람직한 폴리머 및 이의 농도를 선택하기 위해 다수의 폴리머를 제형에서 다양한 농도에서 시험하였다. 또한, 제형의 온도 반응성, 이의 주사기 주입가능성, 및 이의 유동 특성을 조정하기 위해 다양한 겔화제를 시험하였다. 넓은 범위의 유동 특성을 갖는 4개의 졸-겔 폴리머 복합체 제형 (F1 - F4)을 이후 추가의 시험을 위해 선택하였다.
F1 - F4 샘플의 예비 특징은 표 E에 나타나 있다. 겔의 pH는 약 6 내지 7이었음을 주목한다. 본 실험에서, 겔은 6 mL 주사기를 사용하는 표준 16-게이지 바늘을 통해 주사될 수 있음을 나타내었고, 이는 유두 실런트로서 사용하기 위한 유두 바늘 또는 노즐을 통해 주입되는 이의 특유의 능력을 입증하였다. 표 E에서의 데이터의 경우, 시험되는 제형은 전체 110 g에 대해 표 A-D에서의 성분 및 양을 사용하여 제조된 것이었다.
[표 E] 폴리머 복합체 제형 F1-F4의 특성
Figure pct00011
우유의 존재 하에서의 마개 형성은 제형 (1.5-2 mL)을 37℃에서 0.5 mL의 우유 (3.5% 지방)을 포함하는 시험 튜브로 첨가함으로써 시험하였다. 모든 제형은 우류의 표면 상에 겔 마개를 형성하였다. 우유와 겔 사이의 계면의 조사는 제형과 우유 사이의 어느 정도의 혼합은 우유에 겔의 첨가시 예상된 한편, 샘플은 예상외로 마개의 형성시 우유와의 매우 제한된 혼화성을 나타내었다. 그 결과는 제형이 우유의 존재 하에 겔을 형성할 수 있고, 시험 튜브로부터 누출을 예방할 수 있음을 나타내었다.
응력 스위프 시험 (즉, 고정된 주파수에서의 응력의 함수로서의 탄성 및 손실 탄성률의 측정)은 샘플의 전단 박화 특성을 확인하기 위해 수행되었다. 그 결과는 도 6에 나타나 있다. 도 6에서의 데이터의 경우, 시험되는 제형은 전체 110 g에 대해 표 A-D에서의 성분 및 양을 사용하여 제조된 것이었다.
낮은 인가된 응력에서, 탄성 계수 G'의 값은 일정하였다. 샘플의 탄성은 F1의 경우에 약 10 Pa로부터 F4의 경우에 약 440 Pa의 범위의 넓은 스펙트럼을 포함한다. 전단-박화 거동 (즉, 인가된 응력의 함수로서 탄성 계수 G'의 감소)은 더 높은 응력 값에서 관찰되었다. 전단-박화 영역은 F2 제형에 대해 최저 응력에서 시작되었고, 이후 F1, F3, 및 F4를 후속하였다. 이러한 결과는 샘플은 주사주입 가능하고, 이의 주입이 가능한 것임을 확인한다. 제형 주입 및 후처리 유두 박리 과정에 인가된 힘이 300 Pa을 훨씬 초과하기 때문에, 모든 제형은 임의의 전달 또는 회수 문제점을 겪지 않을 것이다.
그 다음, 제형의 레올로지를 실온에서 체온으로 온도에서의 갑작스러운 급증시 모니터링하였다. 1 Pa의 일정한 응력 (즉, 고원부(plateau region)) 및 주파수 (f = 0.1 Hz)에서 시간의 함수로서 탄성 및 저장 탄성률의 값은 하기와 같다. 실험의 제1 단계 (10분)에서, 온도를 25℃에서 유지시켰다. 제2 단계 (10분)에서, 온도를 37℃로 고정하였다. 두 단계 사이의 가열 과정은 대략 20초가 소요되었다. 그 결과는 표 F 및 도 7에 나타나 있고; 이는 탄성 계수 G' 및 손실 탄젠트 tan δ = G"/G'로서 표현되고, 탄성 및 점도 특성의 비는 하나가 우세한 것을 나타낸다. 1의 tan δ 값의 경우, 물질의 탄성 및 점도 특성은 동일하다. 손실 탄젠트가 작을수록, 물질이 보다 더 탄성적이다. 물리적 겔의 경우, G' > G" 및 tan δ < 1이다. 점성의 액체의 경우, G" > G' 및 tan δ > 1이다. 표 F 및 도 7에서의 데이터의 경우, 시험되는 제형은 전체 110 g에 대해 표 A-D에서의 성분 및 양을 사용하여 제조된 것이었다. 값은 이용되는 장비 및 레올로지 방법에 기초하여 변화될 수 있음을 이해하여야 하고; 추가로 이러한 값은 특정 시험 프로토콜에 따라 서로에 대해 상대적이다.
[표 F] 졸-겔 폴리머 복합체 제형 F1-F4에 대한 레올로지 시험의 결과
(G' 및 tan δ에 대한 값은 응력을 적용하고 10분 후 기록되었다. 각주파수 f = 0.1 Hz, 진동 응력 τ=1 Pa)
Figure pct00012
F1-F4의 탄성은 53 (F1) 내지 20 (F4)로 변화되는 G'(37℃)/G'(25℃) (표 E)의 비의 값으로 증명되는 바와 같이 온도와 함께 상당하게 증가하였다. 실온에서, F1은 점성 액체 (tan δ > 1)과 같이 거동하였다. 3개의 다른 제형은 F3 < F2 < F4의 순서에서 보다 명확하게 되는 고형물-유사 거동을 나타내었다.
37℃에서, 탄성 계수는 상당하게 증가하였다. 이는 손실 탄젠트의 신속한 감소에 의해 달성되었고, 이는 겔 구조의 강화를 나타내었다. 이러한 과정은 약 1-2분이 소요되었다. F2, F3 및 F4의 경우, 이는 F1 제형보다 약간 더 길게 소요되었다 (약 5분).
결론적으로, 넓은 범위의 유동 특성을 포함하는 4개의 졸-겔 폴리머 복합체 제형을 제조하였고, 특성화하였다. 폴리머 복합체 제형은 온도, pH 및/또는 이온 강도가 증가하는 경우 신속한 겔화가 진행된다. 상기 복합체는 2개의 친수성 폴리머 및 이온 겔제를 포함한다. 기술된 바와 같이, 제1 폴리머는 온도-유도된 겔화를 진행하고, 약 37℃에서 탄성 겔의 형성을 가능하게 한다. 제2 폴리머는 제형으로 도입되는 이온성 겔제와 접촉시 겔을 형성한다. 제2 폴리머의 겔의 강도는 첨가되는 겔제의 양뿐만 아니라 제형의 pH 및 이온 강도에 좌우된다.
이의 전단-박화 특성으로 인해 샘플은 주입가능하였다. 이는 온도-유도된 박화를 나타내었고, 즉, 이의 겔 구조는 온도의 증가시 더 강하게 되었다. 결과는 제형의 탄성, 전단-박화의 개시, 온도-유도된 증점의 확장뿐만 아니라 이러한 과정의 시간-척도가 제형에서 사용되는 겔화제에 좌우됨을 나타내었고, 이는 유동 특성의 정확한 조정을 잠재적으로 가능하게 한다.
실시예 2
졸-겔 폴리머 복합체 제형에 대한 멸균의 효과
멸균 방법으로서 고압살균을 시험하였다. 상기 제형에서 사용된 것과 유사한 폴리머는 이온 방사선 또는 산화에틸렌으로의 멸균시 상당한 분해가 진행될 수 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 분해는 샘플을 멸균시키기 위해 고온을 사용함으로서 줄어들 수 있다.
10분 동안 121℃에서 멸균을 수행하였다. 가열 및 냉각 부분을 포함하는 사이클의 총 길이는 약 45분이었다. 표 1은 멸균 이전 및 이후에 2개의 상이한 겔제 (F1 및 F4)로 제조된 제형의 특성의 비교를 나타낸다. 표 1에서의 데이터의 경우, 시험되는 제형은 각각 전체 165.5 및 165 g에 대해 표 A 및 D에서의 방식을 사용하여 제조하였다.
[표 1] 멸균 이전 및 이후에서의 폴리머 복합체 제형의 특성
Figure pct00013
멸균 이후, 모든 제형은 6 mL 주사기를 사용하는 표준 16-게이지 바늘을 통해 주입될 수 있고, 이는 제형이 유두 바늘 또는 노즐을 통해 유두 실런트로서 주입될 수 있음을 나타낸다. 제형의 pH는 멸균시 상당하게 변화하지 않았다. 그러나, 시각적 관찰은 두 제형이 고압살균 이후 보다 확연한 황색/갈색을 보여주었고, 이의 유동 특성이 변화하였음을 나타내었다. F1-20141210의 경우에서, 25℃에서 "겔"로부터 "액체로의 변화가 존재하였다.
그 다음, 멸균 및 비멸균 제형의 유동 특성에서의 변화를 25℃ 내지 37℃로의 온도에서의 급증시 보다 가까이서 모니터링하였다. 시간의 함수로서의 탄성 및 저장 탄성률의 값은 일정한 응력 (1 Pa) 및 주파수 (f = 0.1 Hz)에서 후속되었다. 실험의 제1 단계 (10분)에서, 온도를 25℃에서 유지시켰다. 제2 단계 (10분)에서, 온도를 37℃로 고정하였다. 두 단계 사이에서의 가열 과정은 대략 20초가 소요되었다. 결과는 표 2 및 도 1에 나타나 있고, 여기서 이는 탄성 계수 G' 및 손실 탄젠트 tan δ = G"/G'로서 표현되고, 탄성 및 점성의 특성의 비는 하나가 우세한 것임을 타나낸다. tan δ 값이 1인 경우, 물질의 탄성 및 점성의 특성은 동일하다. 손실 탄젠트가 작을수록, 물질이 보다 더 탄성적이다. 물리적 겔의 경우, 값은 G' > G" 및 tan δ < 1이다. 점성의 액체의 경우, 값은 G" > G' 및 tan δ > 1이다. 표 2 및 도 1에서의 데이터의 경우, 시험되는 제형은 각각 전체 165.5 및 165 g에 대해 표 A 및 D에서의 방식을 사용하여 제조하였다.
[표 2] 멸균 이전 및 이후의 폴리머 복합체 제형에 대한 레올로지 시험의 결과. G' 및 tan δ에 대한 값이 응력을 적용하고 10분 후 기록하였다. 각주파수 f = 0.1 Hz, 진동 응력 τ=1 Pa.
Figure pct00014
멸균 제형은 이의 비멸균 상대물과 비교하여 약간 더 작은 값의 탄성 계수를 특징으로 하였다. 이러한 차이는 그러나 특히 F4-20141210의 경우에서 작았다. 37℃에서 탄성 계수가 상당하게 감소하였다. 이는 손실 탄젠트의 신속 감소에 의해 달성되었고, 이는 겔 구조의 강화를 나타내었다. 이러한 과정은 제형 F4-20141210에 대해 약 1-2분이 소요되었고, 이는 샘플 F1-20141210보다 약간 더 길었다 (약 5분). 샘플의 멸균은 점도 증강의 키네틱에 상당한 영향을 주지 않고, G' 및 tan δ의 최종 값은 37℃에서 상기 샘플에 의해 달성되지 않았다 (도 1).
결론적으로, 2개의 복합체 겔을 시험하였다. 복합체는 이의 전단-박화 특성으로 인해 주입가능하였다. 이는 온도-유도된 증점을 나타내었고, 즉, 이의 겔 구조는 온도의 증가시 더 강하게 되었다. 샘플의 멸균이 샘플의 외관에서의 약간의 미묘한 변화를 유도하였지만, 제형의 탄성, 온도-유도된 증점의 확장, 및 이러한 과정의 시간-척도는 멸균 과정에 의해 유의미하게 영향을 받지 않는다.
실시예 3
폴리머 복합체 제형의 멸균에 대한 추가의 연구
F1 및 F4 제형은 온도, pH 및/또는 이온 강도가 증가하는 경우 신속한 겔화가 진행되는 수-팽윤성 폴리머 복합체이다. 상기 복합체는 2개의 친수성 폴리머 및 이온 겔제를 포함한다. 제1 폴리머는 온도-유도된 겔화가 진행되고, 약 37℃에서 탄성 겔의 형성을 가능하게 한다. 제2 폴리머는 제형으로 도입되는 이온성 겔제와 접촉하는 경우에 겔을 형성한다. 제2 폴리머의 겔의 강도는 첨가되는 겔제의 양뿐만 아니라 제형의 pH 및 이온 강도 (전형적으로 약 5.1 내지 6.8의 pH 및 약 5 g/L의 이온 강도)에 좌우된다.
실시예 2에서, 제형의 유동 특성은 멸균에 의해 유의미한 영향을 받지 않았음을 나타낸다. 이러한 추가의 연구는 수-팽윤성 폴리머 복합체에 대한 멸균의 영향을 나타낸다.
샘플 F1-20141210의 경우, 레올로지 측정을 멸균 이후 12주 동안 반복하였다. 이러한 기간 동안 샘플은 폐쇄된 플라스틱 바이알에서 실온에서 암실에서 저장하였다. 시각적 관찰은 샘플의 외관 및 컨시스턴시가 12주의 저장 이후 유의미하게 변화되지 않았다. 또한, 미생물 성장의 시각적 징후가 샘플에서 검출되지 않았다.
우선, 25℃ 내지 37℃의 온도에서의 급증시 유동 특성에서의 변화가 모니터링되었다. 일정 응력 (1 Pa) 및 주파수 (f = 0.1 Hz)에서의 시간의 함수로서의 탄성 및 저장 탄성률의 값이 후속되었다. 실험의 제1 단계 (10분)에서, 온도를 25℃에서 유지시켰다. 제2 단계 (10분)에서, 온도를 37℃로 고정하였다. 두 단계 사이에서의 가열 과정은 대략 20초가 소요되었다. 결과는 표 3 및 도 2에 나타나 있고, 여기서 이는 탄성 계수 G' 및 손실 탄젠트 tan δ = G"/G'로서 표현되고, 탄성 및 점성의 특성의 비는 하나가 우세한 것임을 타나낸다. tan δ 값이 1인 경우, 물질의 탄성 및 점성의 특성은 동일하다. 손실 탄젠트가 작을수록, 물질이 보다 더 탄성적이다. 물리적 겔의 경우, 값은 G' > G" 및 tan δ < 1이다. 점성의 액체의 경우, 값은 G" > G' 및 tan δ > 1이다. 표 3 및 도 2에서의 데이터의 경우, 시험되는 제형은 각각 전체 165.5 및 165 g에 대해 표 A 및 D에서의 방식을 사용하여 제조하였다.
[표 3] 멸균 직후 및 12주 이후의 F1-20141210 제형에 대한 레올로지 시험의 결과. G' 및 tan δ에 대한 값은 응력을 적용하고 10분 이후에 기록하였다. 각주파수 f = 0.1 Hz, 진동 응력 τ=1 Pa.
Figure pct00015
상기 데이터는 12주 동안 F1-20141210 샘플을 저장하는 것은 열증점 효과의 확장 또는 유동 특성에 유의미하게 영향을 주지 못하였는 것을 나타낸다 (도 2). 25℃에서, 샘플은 약 1의 손실 탄젠트를 나타내었다. 37℃에서 가열하는 것은 tan δ의 금속한 감소에 의해 달성되었고, 이는 겔 구조의 강화를 나타낸다. 이러한 과정의 키네틱은 새롭게 멸균되고, 12주-경과한 샘플과 유사하였다.
응력 스위프 시험 (즉, 고정된 주파수에서의 응력의 함수로서의 탄성 및 손실 탄성률의 측정)을 12주 동안 저장된 샘플의 전단-박화 특성을 확인하기 위해 수행하였다. 그 결과는 도 3에 나타나 있다. 낮은 적용된 응력에서, 탄성 계수 G'의 값은 일정하였고, F1-20140825 샘플 (전체 110 g에 대해 표 A에서의 방식을 사용하여 제조됨) (즉, 비멸균 샘플은 F1-20141210에 대한 것과 유사한 조건 하에 제조하였고, 이는 전체 165.5 g의 배치로 제조하였음)에 대해 수득된 것과 유사하였다. 전단-박화 거동 (즉, 적용된 응력의 함수로서 탄성 계수 G'의 감소)을 약 80 Pa의 유사한 값에서 두 제형에 대해 관찰되었다. 이러한 결과는 샘플의 주사기 주입가능성은 실온에서의 12주 저장시 유의미하게 영향을 받지 않을 것임을 확인한다.
결론적으로, 복합체 겔 샘플 중 하나의 이화학적 안정성은 실온에서의 12주의 (밀폐된 컨테이너 중, 암실에서의) 저장 이후 평가하였다. 그 결과는 샘플의 유동 특성 및 주사기 주입가능성은 저장 시간의 12주 이후에 유의미하게 영향을 받지 않음을 나타낸다.
실시예 4
나노결정성 셀룰로오스로 강화된 Pluronic® F127 겔의 제조
(1) 신체/피부 온도에 근접한 온도 (32-35℃)에서의 제형의 겔화의 시작, (2) 실온에서의 제형의 주사기 주입가능성, 및 (3) 35℃에서 겔의 형성을 유도하는데 필요한 시간과 관련하여 개발을 수행하였다.
모든 제형을 하기 과정을 사용하여 제조하였다: Pluronic® F127 폴리머를 가열 및 교반하면서 20 mL의 유리 바이알에서 용융시켰다 (1.6 내지 1.8 g). 필요한 경우 충전재 (나노결정성 셀룰로오스 (NCC))를 첨가하였다 (100 또는 200 mg). 교반 및 가열을 약 5분 동안 지속하였다. 2% 수성 AcOH 중의 키토산의 용액을 교반하면서 10g의 최종 중량의 샘플에 첨가하였다. 샘플을 밤새 강한 교반 하에 유지하였다 (가열하지 않음).
겔화의 시작을 수조에서 샘플을 원하는 온도로 가열함으로써 측정하였다. 다수의 제형의 경우, 주사기 주입가능성/유동하는 능력을 16-게이지 바늘을 통해 10 mL 플라스틱 주사기로부터 약 3 mL의 제형을 통과시킴으로써 실온에서 입증되었다.
별개의 실험에서, 겔화 시간은 37℃로 가열된 플라스틱 에펜도프 튜브의 벽면 상의 16-게이지 바늘을 통해 실온에서 유지된 샘플의 방울을 침착시킴으로써 평가하였다. 용액의 유동을 중지하는데 필요한 시간은 겔화 시간의 근사값으로서 취하였다.
키토산 용액을 하기와 같이 제조하였다: 키토산 (CH, 2% w/w)의 용액을 2% AcOH 중에 현탁된 키토산 분말을 밤새 강하게 교반함으로서 제조하였고, 이는 투명하고, 균질한 황색 용액의 형성을 야기하였다. 이러한 용액을 물로 1 % 및 0.5%의 농도로 희석시켰고, 이후 약 6의 pH로 0.5% NaOH 용액을 첨가하였다. 키토산 용액은 표 4에 나타나 있다.
[표 4] 키토산 용액
1% CH에서의 17% Pluronic® F127의 제형 (약 6에서의 pH)에 대한 나노결정성 셀룰로오스 (NCC)의 양에 대한 겔화 온도의 의존성을 나타내는 그래프는 도 4에 나타나 있다.
제형의 겔화 온도는 Pluronic® F127의 농도를 조정함으로써 조정할 수 있다. CH의 존재는 겔화에 대해 영향을 주지 않았다. 모든 샘플은 실온에서 주사기 주입가능하였다. 1% 또는 2% CH 용액에서의 18% Pluronic® F127를 갖는 제형의 경우, 겔화 시간을 거의 즉각적으로 평가하였다. NCC의 첨가는 겔화 온도에서의 감소를 야기하였다. NCC는 겔을 강화시켰고, 온도 이력 현상(temperature hysteresis)을 유도하였다 (즉, 샘플은 가열시 결정되는 이의 겔화 지점보다 낮은 온도로 냉각시 액체가 되었다).
실시예 5
개질된 키토산 겔의 합성
카복실메틸 키토산을 하기와 같이 제조하였다: 15분 동안 20% NaOH (w/v 100 mL)에서 키토산 (2 g)을 교반함으로써 카복시메틸화를 실시하였다. 모노클로로아세트산 (15 g)을 이후 반응 혼합물에 적하하였고, 반응을 교반하면서 40 +/- 2℃에서 2시간 동안 지속하였다. 반응 혼합물을 이후 10% 아세트산으로 중화시켰고, 이후 과량의 70% 메탄올에 부었다. 제조된 카복시메틸 키토산은 G2 소결된 깔때기를 사용하여 여과시켰고, 메탄올로 세정하였다. 생성물을 8시간 동안 55℃에서 진공 중에서 건조시켜 6.5 g의 건조된 카복시메틸 키토산을 생성하였다. 카복시메틸 키토산 (CMCh)의 치환도는 문헌 [(Biomacromolecules, Vol. 5, no. 2, 2004)]에 기재된 방법을 사용하여 0.75인 것으로 결정하였다.
폴리비닐 아세테이트 (PVA) (1g)를 45℃로 물 (85 mL)에 용해시켰다. PVA-수용액을 실온으로 냉각시킨 후, 아세톤 (15 mL)을 강하게 교반된 PVA 용액에 15분 동안 적하하여 약 1% (w/v) PVA 용액을 형성하였다. 이후, 용액을 이것이 밝은 황색이 될때까지 24시간 동안 5℃에서 유지시켰고, 이는 PVA의 장쇄가 나노입자로 축소되었음을 나타내었다. 상이한 양의 CMCh (0.5, 1 및 2 wt %)를 이후 용액에 첨가하였다. 용액은 30분 동안 N2로 퍼징되었고, 이후 4.0 mmol 메틸렌비스아크릴아미드 (MBA), 0.4 mmol 칼륨 퍼설페이트 (KPS), 및 0.67 mmol 테트라메틸렌디아민 (TEMED)을 용액에 첨가하였고, 중합을 30℃에서 15시간 동안 실시하였다. 형성된 나노겔은 직접적으로 사용되거나 또는 냉동되어 냉동-건조된 분말을 형성하였고, 이는 용이하게 수중에서 예비분산시켰고, 이는 사용 이전에 나노입자 분산액을 형성하였다.
아실 키토산을 하기와 같이 제조하였다: 아실화 반응으로부터 키토산 분자 상에 아미노 기를 보호하는 것을 보조하기 위해 MeSO3H를 키토산에 대한 용매로서 사용하였다. 전형적으로, 키토산을 실온에서 1시간 동안 MeSO3H에 용해시켰고, 옥타노일 클로라이드를 이후 교반 하에 적하하였고, 키토산의 반복 단위에 대한 옥타노일 클로라이드의 몰비는 0.66:1이었다. 반응이 분쇄된 얼음의 첨가에 의해 중지되기 전까지 주위 온도에서 5시간 동안 반응을 지속하였다. 생성된 용액을 1일 동안 투석하여 대부분의 산을 제거하였고, 잔류된 산 및 암모늄 염을 이후 NaHCO3로 중화시켰다. 최종 혼합물을 다시 3일 초과 동안 Milli-Q 물에 대해 투석하였고, 이후 아실 키토산 (AC) 분말로서 동결건조시켰다.
실시예 6
PVA-아실레이트의 합성
물질: 폴리비닐 알코올 (PVA), 186K, 87%-89% 가수분해됨: 10 g. R-COCl (예를 들면, 라우로일 클로라이드, 팔미토일 클로라이드, 옥타노일 클로라이드): 1.68 g. 트리에틸아민 (ET3N): 2.25 mL. 1-메틸-2-피롤리돈 (NMP): 100 g.
대안적인 실험에서, 물질은 하기와 같았다: 10 g PVA, 186 K, 87-89% 가수분해됨; 3.36 g R-COCl (라우로일 클로라이드, 팔미토일 클로라이드, 또는 옥타노일 클로라이드); 4.50 mL ET3N; 및 150 mL NMP.
합성 과정: PVA를 고온의 NMP에 첨가하였고; 너무 점성인 경우, 이후 더 많은 NMP를 최대 50 mL의 최종 체적으로 첨가하였다. 완전한 용해 이후, R-COCl, 이후 ET3N을 첨가하였다. 혼합물을 교반하면서 밤새 실온에 두었다. PVA-아실레이트는 이후 3배의 물을 첨가하고, 교반하여 희석시켰고, 이후 5일 동안 투석을 통해 정제하였고, 이후 동결건조시켰다. 수율: 90%.
이에 따라 제조된 PVA-아실레이트의 6 s-1에서의 점도는 도 5에 나타나 있다.
실시예 7
암소에 주입된 유두 실런트의 유지 및 허용성의 평가
연구의 목적은 젖소의 건유기 동안 유방내 유두 실런트 (ITS)로서의 2개의 졸-겔 폴리머 복합체 제형 (F1 및 F4, 전체 165.0 g에 대해 각각 표 A 및 D에서의 제형을 사용하여 제조됨)의 신규한 용도의 유지 및 내성을 평가하는 것이었다.
8개의 암소 (성체의 젖이 분비되는 임신한 홀스타인 젖소)는 건유기의 개시이 건유기였고, 각각의 분방(quarter)를 2개의 처리 군, T01 및 T02 중 하나에 할당하였다. 그룹 T01은 F1으로의 처리를 받았고, 한편 그룹 T02는 F4로의 처리를 받았다. Spectramast® DC (세프티오퍼 하이드로클로라이드) 건유기 암소 요법은 실런트 주입 이전에 라벨 인스트럭션당 분방에 대해 투여되었다. 제형을 주입 이전에 스팀 멸균하였다. 모든 용량의 ITS는 할당된 암소의 이용가능한 분방 모두에 대해 유방내 주입으로 투여하였다. 모든 8개의 동물은 연구의 기간에 걸쳐 정의된 시간에서 일정한 초음파 평가에 대해 할당되었다. 투여하고 대략 60일 후에, 분만시, 모든 시험 ITS를 수동 박리로 제거하였다. 일반 건강 관찰 및 시간 유방/분방 관찰을 수행하였고, 연구에 걸쳐 기록하였다.
ITS 제형을 주사기 및 특화된 혼합 팁 부착물 또는 사용준비된 플라스테트(plastet)를 통해 유방내 (IMAM), 2.0 mL로 전달하였다. 투여의 부분 삽입 방법을 사용하였다. F1 및 F4는 2.2 g +/- 0.5 g으로 주입되었다. 두 제형을 용이하게 주입하였지만, 시작되는 초기 저항성은 기재의 전단 박화 특성에 기인한 것으로 알려져 있다. F4는 F1과 비교하여 주입하는데 더 많은 힘을 요구하였다. 그러나, 유동이 시작되는 경우에, F4는 주입하기 더 쉬었다. 모든 주사기는 주입 이전에 고압살균되었다. 동물에서의 모든 시험 유두로의 기재의 주입이 용이하게 달성되었다. 주사기는 결함을 나타내지 않았다. 주사기는 주입에 어려움이 없었다.
암송아지는 출생시 즉시 빼내어지고, 그리고 젖을 빨게 하지 않은 것으로 이해된다. 기재는 투여 이후 대략 60일차에 동물의 분만 후의 최초 착유시 모든 유두로부터 수동 박리를 통해 용이하게 제거되었다. 임의의 동물의 유두로부터 임의의기재의 제거시 어려움이 없는 것으로 나타났다.
분만후 최초 우유의 샘플을 수집하여 실런트 기재의 존재에 대해 분석하였다. 제거후 샘플 중량은 유두 실러트 물질과 초유의 구분이 불가능하여 결정하지 못하였다. 전단 박화 및 감열성의 유두 실런트의 특성의 결과로서, 전단력이 제형에 가해져 유두조로부터 이를 제거하기 때문에, 제형은 유두로부터 제거시 박화되었다. 추가적으로, 이러한 제형이 더 따듯한 온도에서 겔화되고, 더 차가운 온도에서 액체가 되기 때문에, 수집후 직후 냉동고에 수집된 초유 박리 샘플을 배치함으로써 제형을 추가로 박화시켰다. 제형이 냉동고의 차가운 온도에서 액체 형태로 복귀되는 경우에, 종래의 수단에 의해 제거되는 전체 기재의 측정을 위해 정확한 수거 백분율을 용이하게 하기 위해 초유로부터 실런트 기재를 분리하는 것이 곤란하게 되었다.
병리학자는 제형의 안전성에 대해 유두관의 내부를 조사하였다. 시험 기재 또는 제형에 대한 임의의 관련을 가진 총 병변은 확인되지 않았다. 온건한 상피하부 섬유증 및 단핵 침윤을 가진 하나의 유두의 하나의 발생이 주지되었다. 이러한 발견은 시험 기재에 상관시킬 수 없었다. 조사되는 모든 다른 유두는 다른 부정적인 발견이 없는 정상인 것이었다. 총 병리적 관심사항의 임의의 부분이 임의의 기재 관심사항이 배제되는 것으로 확인되는 경우에 절편화를 위해 조직을 이송시켰으나, 어느 것도 확인되지 않았다. 이러한 유지 연구로부터의 현미경 조직 평가는 기재-관련된 발견을 야기하지 않았다.
제형은 분만까지 시험에서 유지되었고, 초음파 점수화(ultrasound scoring)를 통해 체류 기간 전반에 걸쳐 시각적으로 평가되었다. 0, 1, 4일차 이후 분만시까지 매주 실런트의 존재를 평가하기 위해 숙련된 담당자에 의해 초음파 관찰을 수행하였다. 시각적 척도 0 (유두조에서 눈에 띄는 실런트 없음)으로부터 5 (유두조는 실런트로 완전하게 차단된 것으로 나타냄)에 대해 수치를 기록하였다. 임의의 독특한 관찰은 1일 관찰 형태로 기록하였다. 암소 건유기에 걸쳐 모든 제형이 유두에서 발병 없이 유지되었다.
초음파 점수화의 결과는 F1 및 F2 각각에 대해 하기 표 5 및 6에 나타나 있다.
[표 5] F1 제형 초음파 점수
Figure pct00017
[표 6] F4 제형 초음파 점수
Figure pct00018
요컨대, 본 연구는 졸-겔 폴리머 복합체 제형이 유방내 주입에 의해 투여되고, 수동 박리에 의해 제거하기 용이한 것을 보여주었다. 결과는 또한 젖소가 부작용 없이 유두 실런트를 허용하는 것으로 나타내었다. 마지막으로, 그 결과는 실런트가 연구의 종료시 물리적으로 제거될 때까지 젖소의 건유기 동안 유두 실런트의 유지를 입증하였다.
실시예 8
암소에 주입된 유두 실런트의 유지 및 허용성의 평가
본 연구의 목적은 젖소의 건유기 동안 유방내 유두 실런트 (ITS)로서 2개의 졸-겔 폴리머 복합체 제형 (F1 및 F4, 총 165.0 g에 대해 각각 표 A 및 D에서의 제형을 사용하여 제조됨)의 신규한 용도의 유지 및 허용성을 평가하기 위한 것이다.
30마리의 암소 (성체의 젖이 분비되는 임신한 홀스타인 젖소)는 연구 초기에 건유기였고, 각각의 분방을 4개의 처리 그룹 T01 내지 T04 중 하나에 할당하였다. 제형마다 2.0 및 3.0 mL의 2개의 용량 체적을 주입하여 체적이 유지에 대한 효과를 가지는지 여부를 평가하였다. 그룹 T01 및 T02는 각각 약 2.0 mL (실제 전달됨: 평균 1.99 +/- 0.19) 및 약 3.0 mL (실제 전달됨: 평균 2.88 +/- 0.15)의 체적에서 F1으로의 처리를 받았다. 그룹 T03 및 T04는 각각 약 2.0 mL (실제 전달됨: 평균 1.54 +/- 0.37) 및 약 3.0 mL (실제 전달됨: 평균 2.24 +/- 0.55)에서 F4로의 처리를 받았다. 동물은 우선 연구의 시작 전 적어도 10일 전에 설비, 식단 및 물 공급원에 순응시켰다. 연구 -1 +/- 2 일차에, 오전 착유 이전에, 분방 우유 샘플을 체세포 수 분석 및 세균 평가를 위해 취하였다.
Spectramast® DC (세프티오퍼 하이드로클로라이드) 건유기 암소 요법은 실런트 주입 이전에 라벨 인스트럭션당 분방에 대해 투여되었다. 제형을 주입 이전에 스팀 멸균하였다. 모든 용량의 ITS는 할당된 암소의 이용가능한 분방 모두에 대해 유방내 주입으로 투여하였다. 연구에 걸쳐 정의된 시간에서 모든 8개의 동물의 유두의 매주의 초음파 평가를 물리적 배리어로서 실런트의 유지 및 평가를 결정하기 위한 노력으로 완료하였다.
15마리 동물의 모든 4개의 분방의 유두 말단을 낙농장에서의 좋지 않는 위생 조건을 시뮬레이션하기 위해 세균 현탁액에 건유기에 걸쳐 그리고 유두 실런트의 투입 및 건유기 암소 요법 이후에 노출시켰다. E. 콜리의 냉동된 저장액을 사용하여 트립티케이스 소이배지 중의 1 x 106 콜로니 형성 단위/mL (CFU/ mL)의 세균 현탁액을 제조하였다. 동물의 4개의 모든 유두 말단을 1주1회로 7일차에 시작되는 딥 컵(dip cup)으로부터의 단일 딥을 통해 E. 콜리 제제에 노출시켰다. E. 콜리 에의 노출은 분만 또는 유두 실런트의 제거 이후 중지하였다.
투여 및 분만 후 최초 착유 이후에 대략 60일차에, 시험 ITS를 수동 박리로 제거하였다. 회수된 실런트 샘플을 실온에서 저장하였다. 분만 후 최초 착유 당일 초기에, 각각의 암소를 유방염의 임상적 징후에 대해 관찰하였다. 세균 배양에 대한 멸균된 분방의 샘플을 분만 후 1, 2, 3, 7, 10 및 14일차에 각 개개의 유두의 조심스러운 세정 및 사전-박리 이후 유방 분방으로부터 수집하였다. 대사물질의 잠재적 잔류물을 측정하기 위해 실험 전반에 걸쳐 다양한 시점에서 우유 및 초유 샘플을 수집하였다. 체세포 수 및 우유 중량을 또한 유방 조건, 유방염의 존재 및 우유의 존재를 평가하기 위해 기록하였다.
모든 기재에 대한 초음파 분석은 용량 체적과 관계없이 건유기에 걸쳐 물질의 유의미한 양의 존재를 나타내었다. 기재는 14-35일차에 외관에서의 변화가 진행된 것으로 관찰되었다. 두 제형은 유두관에 유지되는 것으로 나타났고, 유두 실런트의 물리적 제거시까지 건유기에 걸쳐 보호 배리어로서 유지되었다. 분만후 기재를 수동 박리를 통해 유두로부터 제거하였다.
수유기로 복귀시, 유방 건강, 우유 외관 및 세균 존재를 연구에서 유지되는 모든 동물에 대해 2주 기간에 걸쳐 모니터링하였다. 비정상 (증가된) 유방 건강 점수는 14일 기간의 과정에 걸쳐 모든 처리 그룹에 대한 개개의 암소의 소수에서 주지된 한편, 이는 유두 실런트 불량에 기인한 것으로 볼 수 없다. 유방 건강 또는 우유 품질 점수는 처리 그룹들 사이에서 통계적으로 상이하지 않았다.
적절하게 설계되고 모니터링된 현장 연구는 유방염의 예방을 확인할 필요가 있을 것이다. 그러나, 이러한 유지 연구에 기초하여, 졸-겔 폴리머 복합체는 건강한 낙동 동물을 새로운 감염 또는 재감염으로부터 보호할 수 있는, 충분하고, 장기 지속된 물리적 배리어를 제공하는 것으로 결론지을 수 있다.
요컨대, 모든 처리는 건유기에 걸쳐 유지되었고, 초음파 평가를 통해 유두를 보호하는 것으로 나타났다. 모든 기재는 용이하게 제거가능하고, 처리 관련 영향은 조직의 전체 현미경 평가시 주지되지 않았다. 전체적으로, 두 제형 F1 및 F4는 건유기에 걸쳐 잘 유지되어 실시되었다.
실시예 9
약물 방출을 위한 졸-겔 폴리머 복합체의 용도의 평가
본 연구의 목적은 졸-겔 폴리머 복합체 제형을 통해 항균제의 항균 활성 및 방출을 평가하기 위한 것이었다. 상기에 기재된 바와 같이 제조된 제형 F2를 사용하였고, 또한 유두 밀봉부를 위한 마개 형성과 관련되는 이의 레올로지 특성에 영향을 주지 않으며 제형의 1그램당 20 mg의 아목시실린과 함께 장입하였다.
아목시실린 장입: 장입된 F2 졸-겔 폴리머 복합체 제형을, 균질한 회백색 크림이 얻어질 때까지 메틸셀룰로오스 (8.0 m%), 키토산 (2.0 m%), 아목시실린 삼수화물 (2.0 m%), 및 인산칼륨 (0.76 m%)을 0.1 M 아세트산으로 완전하게 혼합함으로써 제조하였다.
장입된 F2 졸-겔의 레올로지 데이터를 미장입된 F2 졸-겔 폴리머 복합체의 것과 비교하였다 (표 7). 표 7로부터의 데이터는 미장입된 (n=6) 또는 장입된 (n=3) 졸-겔의 다수의 배치 (동일한 원료로부터의 것)의 평균 특성을 나타낸다. 전단 저장 탄성 계수 G' 및 전단 손실 탄성 계수 G" 값은 2개 졸-겔 제형 사이에서 통계적으로 동일하였고; 이에 따라 tan δ 값은 또한 근사하게 동일하였다. 이는 졸-겔 폴리머 복합체의 이러한 관련된 물리적 특성이 2 m% 아목시실린의 혼입에 의해 영향을 받지 않았음을 입증한다.
아목시실린 정량화: 장입된 졸-겔 폴리머 복합체으로부터의 아목시실린 방출을 모니터링하기 위해, 간단한 분광 측색 방법을 이용하여 약물을 정량화하였다. 274 nm에서의 흡광도는 ε274=1.2 mM-1cm-1 (Cary 60 UV-V는 분광광도계임, Agilent Technologies)을 사용하여 포스페이트 수성 버퍼에서의 아목시실린 농도와 상관되었다. 이러한 흡광 계수는 문헌 (ε274,에탄올==1.4 mM-1cm-1 및 ε272, HCl 0.1M=1.1 mM-1cm-1; The Merck Index Online)에서 발견된 다른 값과 일치한다.
아목시실린 방출. 일정 양의 장입된 졸-겔 폴리머 복합체는 우선 석영 큐벳의 최하부에 침착시켰고, T=37℃ 또는 T=25℃에서 유지하였다. 큐벳을 이후 공지된 체적의 포스페이트 버퍼 (100 mM KH2PO4, 100 mM NaCl, pH=6.5)로 충전하였다. 이 시점에서, 아목시실린을 졸-겔 외부로 확산되기 시작하였다. 이러한 방출을 모니터링하였고, 274 nm에서의 졸-겔 앨리쿼트 초과의 용액의 흡광도가 뒤따랐다. 아목시실린 방출 (도 8)을 하기 식으로 계산하였다:
Figure pct00019
식 중, A는 274 nm에서의 흡광도이고,
Figure pct00020
는 274 nm (1.2 mM-1cm-1)에서 아목시실린의 흡광 계수이고, l는 큐벳의 경로 길이이다. n amox 는 큐벳 바닥에 침착된 졸-겔에 초기에 포함된 아목시실린의 양이고, V는 큐벳에서의 총 체적 (즉, V버퍼 + V겔)이다. 도 8에서의 곡선은 3 졸-겔 폴리머 복합체 배치에 대해 수행된 실험으로부터의 평균 방출을 나타낸다. 37℃ 곡선 (즉, 생리적 온도)은 졸-겔에 의한 초기 방출 거동을 도시하고 있고, 50%의 약물은 약 1시간에 걸쳐 방출되었고, 이후 100%의 아목시실린이 대략 6시간 이후에 방출될 때까지 지속 방출이 후속되었고, 이는 항균제의 신속하고 지속적인 혈액 수준을 달성하는데 유리할 것이다. 25℃에서, 방출은 더욱 느렸고, 단지 약 20%의 아목시실린은 5시간 이후에 졸-겔 폴리머 복합체에서 방출되었다. 이러한 결과는 장입된 졸-겔 제형이 생리적 온도에서 일정하게 점차적인 방출 곡선에 따라 이의 내용물을 방출하는 것을 입증한다. 또한, 방출 속도는 샘플 온도에 양의 상관관계인 것으로 발견되었다.
[표 7] 장입된 및 미장입된 졸-겔의 레올로지 특성의 비교
Figure pct00021
항균 활성: 아목시실린 장입된 졸-겔 폴리머 복합체의 항균 활성은 키르비-바우어 디스크 감수성 시험(Kirby-Bauer Disc Susceptibility Test)에 의해 평가되었다. 이의 억제 구간을 평가하였고, 미장입된 겔의 것과 비교하였다.
상기 기재된 바와 같이 제조된 1 g의 아목시실린 장입된 F2 졸-겔의 앨리쿼트는 25 mm 셀롤로오스 디스크 (Millipore) 상에 분산시켰다. 디스크를 이후 0.5 McFarland 탁도 표준액와 일치시키기 위해 희석시키고, 브로스 배지 중의 100 μL의 에스케리시아 콜리 ATCC 25922로 접종한 TSA II 혈액 한천 플레이트 (Oxoid) 상에 침착시켰다. 동일한 가정을 대조군 실험에 대해 시험하였고, 미장입된 F2 졸-겔을 사용하여 실시하였다.
24시간의 인큐베이션 이후, d=42 mm의 억제 구간 (표 8)은 장입된 겔에 대한 셀룰로오스 디스크의 주변부에서 볼 수 있었고, 한편 대조군은 억제 구간을 나타내지 않았다. 16 mm 초과 디스크 크기의 억제 구간의 경우, E. 콜리 ATCC 25922에 대한 아목시실린의 효과적인 항균 작용이 관찰된다.
[표 8] 키르비-바우어 디스크 감수성 시험 결과의 요약
Figure pct00022
요컨대, 아목시실린은 분광광도법에 의해 37℃에서 6시간 이내에 졸-겔 폴리머 복합체로부터 전체적으로 방출되는 것으로 나타내었고, 한편 유일하게 25%가 25℃에서 방출되었다. 마지막으로, 아목시실린이 장입된 졸-겔 폴리머 복합체는 키르비-바우어의 감수성 디스크 방법에 의해 평가되는 바와 같이 미장입된 졸-겔과 비교하여 분명한 항균 활성을 나타내었다.
실시예 10
세균 이동에 대한 배리어로서의 졸-겔 폴리머 복합체의 평가
본 연구에서 2개의 시험의 목적은 모사된 유리 암소 유두에서 세균 이동에 대한 배리어로서 작용하는 졸-겔 폴리머 복합체 제형의 능력을 예시하기 위한 것이다.
표 9에 나타낸 졸-겔 폴리머 복합체 제형 F1-F4는 상기 기재된 바와 같이 제조하였다.
[표 9] 졸-겔 폴리머 복합체 조성물
Figure pct00023
상이한 졸-겔 제형은 표 10에 나타난 바와 같이 Tan δ, G' 및 G"의 형태로의 이의 각각의 레올로지 특성에 의해 정의될 수 있다.
[표 10] 졸-겔 폴리머 복합체의 레올로지 특성, pH 및 외관
Figure pct00024
또한, "BAM 103"로 라벨링된 대조군 이동성 시험 배지를 트립토스(tryptose) 10.0 g/L 및 염화나트륨 5.0 g/L에 의해 제조되었고, 이후 한천 5.0 g/L의 부가에 의해 경화되었다.
시험 1- 세균에 대한 졸-겔 폴리머 복합체의 비침투성의 평가: 시험 1은 졸-겔 폴리머 복합체를 포함하는 겔 배지를 통해 세균이 이동하는 능력을 시험하기 위해 표준 세균 이동도 시험에 기초한 것이다. 이러한 목적을 위해, 운동성 세균 에스케리시아 콜리 ATCC 25922를 0.5 McFarland 탁도 표준액와 일치시키기 위해 트립티케이스 소이배지 (TSB) 중의 하룻밤 배양의 1/10 희석액으로 접종하였다. 15 mL의 폴리프로필렌 시험 튜브에서, 조사되는 10 mL 겔 마개를 우선 첨가하였고, 이후 트리페닐테트라졸리움 클로라이드 (TTC 0.5 g/L)의 층을 각 시험 제형의 상면에 부가하였다. TTC는 세균-감수성 염료이고, 이는 세균과 접촉시 환원으로 적색 침전물을 형성한다.
TSB에서 하룻밤 배양된 세균 용액이 제3 층으로서 부가되었다. 1 mL의 이러한 접종물을 TTC에 부가하고, 시험 튜브를 37℃에서 24 및 48 시간 동안 인큐베이션시켰다.
졸-겔 폴리머 복합체 제형으로 이동하는 세균의 능력은 시험 튜브의 하부 졸-겔 층에서의 상면으로부터 하면까지 측정된 적색의 깊이로 평가된다. 시험 튜브는 색상에 대해 조사되었고, 이는 잠재적 세균 이동에 따라 상면으로부터 하면까지 확산될 수 있다. 배지로의 부분적 침투로 인한 세균-겔 계면에서 보여지는 초기 적색이 존재한다 (TTC의 환원). 표 11에 나타난 바와 같이, 본 개시내용의 F1-F4 졸-겔 폴리머 복합체 제형은 세균 침투를 허용하지 않았고, 한편 BAM103 대조군은 48시간 내에 세균 침투가 허용되었다. 강성의 한천 대조군의 세균 침투는 단지 F1-F4 겔과 튜브 사이의 계면에서만 관찰되었고, 여기서 한천의 얇은 계면 수층이 형성되었다.
[표 11] 상이한 졸-겔 폴리머 복합체 제형 및 대조군으로의 측정된 세균 침투 (n=3)의 결과
Figure pct00025
선행되는 실험은 이동성 세균에 대해 비침투성인 졸-겔 폴리머 복합체 제형의 능력을 나타낸다.
시험 2- 인공 유리 암소 유두에서의 졸-겔 폴리머 복합체 배리어의 평가: 시험 2를 사용하여 2개의 컨테이너 사이의 세균 이동을 방지하는 졸-겔 폴리머 복합체의 능력을 평가하였다. 이러한 실험을 위해, 하부 제1 컨테이너 1을 영양액 및 세균으로 충전하였다. 상부 제2 컨테이너 2를 멸균 영양액으로 충전하였다. 2개의 컨테이너를 상기 기재된 바와 같이 제조된 졸-겔 폴리머 복합체 제형 F3이 충전된 모사된 유리 유두 (ø 26 mm, 6 cm 길이, 구멍 ø 2.6 mm)으로 연결하였다. 실험은 37℃에서 시간에 따라 컨테이너 2로 상부로 이동할 수 있는 세균 오염의 존재 또는 부재를 추적하는 것으로 구성되었다.
표 12에 존재하는 세균주를 소 유방염의 공급원을 나타낼 수 있는 혼합된 배양액으로서 시험을 위해 선택하였다.
[표 12] 소 유방염의 대표적 공급원으로서 TSB에서의 혼합된 배양액에 대해 선택된 균주
Figure pct00026
이러한 실험에서, 유리와 졸-겔 폴리머 복합체 마개 사이의 접착력은 배리어 성능에 대해 중요한 것으로 나타났다. 기포의 존재, 불균일 접착력 또는 연속적인 졸-겔 폴리머 복합체 전이는 유리-겔 접착력을 감소시킴으로써 성능을 감소시켰다. 이러한 현상은 2개의 컨테이너의 직접적 융합을 유발하는 실험의 시작시 특별하게 유의미하였다. 유리-겔 접착력 불량의 추적은 트리페닐테트라졸리움 클로라이드 (TTC 0.5g/L), 세균-감수성 염료의 첨가에 의해 수행되고, 이는 세균과 접촉시의 환원으로 적색 침전물을 형성한다.
시간에 따른 세균 배리어 특성을 유지하는 TTC - 표지된 F3의 능력의 연구를 평가하였다. 0, 2, 5, 6, 9, 12 및 18일차에, 세균 오염을 멸균 배지 및 오염된 배지 대응물 모두에서 평가하였다. 관찰을 0, 3, 6, 14, 및 15일차에 기록하였다. 배양 배지 교체 및 신규 접종을 3, 6, 9, 및 13일차에 오염된 대응물에 부가하였다. 12일차에, 부분 접착 불량의 징후는 유리-겔 접착력의 감소를 나타내기 시작하였다. 12 및 17일차에, 유리 암소 유두 계면에서의 F1-F4 졸-겔 폴리머 복합체 샘플과의 접착 불량이 관찰되었다. 15일차에, 겔 마개 위에 상부 컨테이너 2에서 오염의 시각적 검출이 존재하였다 (즉, TTC 염료 확산은 0일차에 잘 접착된 마개가 유리에 대한 접착력을 상실하는 경우 초기 비오염된 대응물에서 적색을 나타내었다). 17일차에, 마개는 유리에 완전하게 부착되어 고정되었다. 18일차에, 플레이스 계수에 의한 세균 오염 정량화는, 유리에의 접착력의 손실이 세균이 겔-유리 계면을 통해 이동하게 하여 컨테이너 2의 오염을 야기하는 바와 같이 멸균 파괴(sterility breach)를 보였다.
유리에 대한 졸-겔의 접착력 파괴의 고위험을 인지하는 경우, 이러한 시험은 이에 따라 졸-겔 성능에 대해 매우 바람직하지 않다. 접착 불량까지, 실험의 1 내지 15일 차에 다수 시험에 대해 기록되고, 표 3에 조합된 실제 성능은 F3이 세균 오염을 방지하였음을 나타낸다. 석유 셀리/파라핀 왁스 1:5 대조군은 세균에 대해 완전하게 비침투성인 것으로 알려진 소수성 마개에 기고하고, 그러나 대조군은 또한 졸-겔 복합체에 대해 관찰되는 것과 유사하게 유리와의 접착력 문제가 일어났다. 그 결과는 이러한 비침투성 대조군 및 본 개시내용의 졸-겔 폴리머 제형에 대한 유사한 성능을 나타낸다. 8 내지 15일에서 F3에 대해 얻어진 성능, 유리에 대한 접착력을 유지하고, 세균에 대해 배리어로서 작용하는 능력은 24시간 이후 세균 오염을 방지할 수 없는 침투성 대조군 BAM103에 대해 관찰된 것보다 유의미하게 더 높다. 따라서, 시험 2는 본 개시내용의 졸-겔 복합체 제형이 세균 이동에 대한 유요한 배리어인 능력을 가지는 증거를 제공한다.
[표 13] 인큐베이션 실험의 15일 차에 기초한 상이한 졸-겔 및 대조군의 배리어 특성의 요약
Figure pct00027
요컨대, 시험 1은 이동성 세균의 이동을 허용하는 대조군 겔 BAM103와 비교되는 바와 같이 48시간 내에 세균 이동을 방지하는 졸-겔 폴리머 복합체 제형의 능력을 입증하였다. 상이한 졸-겔 폴리머 복합체 제형의 결과는 세균에 대한 전체 비침투성을 나타내었고, 이에 따라 겔로의 세균 침투를 방지하였다. 시험 2에서, 세균 이동에 대한 인공 유리 암소 유두에서의 배리어 특성은 유리 (모사된 기재)와 졸-겔 마개 사이의 접착이 유지되는 한, 지속되는 것으로 나타났다. 성능은 파라핀/석유 젤리의 비침투성 대조군에 대해 유사한 것으로 나타났고, BAM103의 침투성 대조군보다 상당하게 길게 유지되었다. 실시예 7 및 8에 기재된 바와 같이 장기 유지가 생체내 연구에서 관찰되었기 때문에, 본 개시내용의 졸-겔 폴리머 복합체 제형이 실런트가 물리적으로 제거될 때까지 젖소의 건유기 동안 이동성 및 비이동성 세균 이동 모두에 대해 효과적인 유두 실런트 배리어로서 작용할 것으로 이해할 수 있다.
실시예 11
줄-겔 레올로지에 대한 무기 충전재의 충격의 평가
졸-겔 폴리머 복합체 제형 F2 (1.5L)을 실시예 1에서 상기 기재된 바와 같이 제조하였고, 이후 다양한 농도 (1 wt%, 5 wt%, 및 20 wt%)에서 충전재 (이산화규소 (SiO2) 또는 나노결정성 셀룰로오스 (NCC))와 혼합하였다. 졸-겔 폴리머 복합체 제형의 밀도 및 레올로지 특성에 대한 충전재의 충격을 평가하였다. 결과는 표 14에 나타나 있다.
[표 14] 충전재를 사용하고 사용하지 않는 졸-겔 폴리머 복합체 제형의 레올로지 특성의 비교
Figure pct00028
결과는 저장 탄성 계수 (G')가 졸-겔 폴리머 복합체 제형에서 충전재의 양이 증가함에 따라 증가함을 나타내고, 이는 제형에서의 고형분이 높을수록 37℃에서 겔이 더 강하게 됨을 보여준다. SiO2의 1 및 5 중량%에서, 손실 탄성 계수가 최초 제형 ("무(None)")과 비교하여 약간 동일하게 유지되었다. 5 wt%에 대한 것을 제외하고 동일한 관찰이 NCC에 대해 이루어질 수 있었고, 여기서 G"이 주요 물질과 비교하여 두 온도에서 증가하였다. 25℃에서 tan δ와 관련하여, 이는 SiO2의 1 중량%에서 증가하였고, 이는 겔이 최초 배치 ("무")와 비교하여 실온에서 더 잘 유동하는 것을 나타내었다. 이는 이후, 고형분과 무관하게 앞서 기재된 동일한 이유에 대해 충전재 함량의 증가로 감소되었다. NCC에 대해 동일한 거동이 보여졌다. 겔 전이는 20 중량% NCC로 분명하게 관찰되지 않았다. 마지막으로, 최초 배치는 졸-겔 내의 공기 기포의 존재로 인해 물보다 더 낮은 밀도 (0.96 g/ml)를 가졌다. 졸-겔 제형에 대한 최대 20 중량%로의 충전재의 첨가는 생성물이 공기 기포가 없는 F2 제형의 오차 한계 내의 약 1.10 g/ml의 밀도를 달성할 수 있게 하였다. 요컨대, 결과는 이산화규소 무기 충전재의 첨가는 졸로부터 겔까지의 전이 및 제형의 전단 박화에 영향을 주지 않고, 졸 및 겔 상태 모두에 대해 G'의 상당한 증가 (최대 약 두배)를 가능하게 하는 것을 보여준다.
실시예 12
졸-겔 특성에 대한 키토산의 탈아세틸화도 (DDA)의 효과의 평가
다양한 탈아세틸화도 (%DDA)를 가지는 키토산을 사용하는 실시예 1에서 졸-겔 폴리머 복합체 제형 F2를 상기 기재된 바와 같이 제조되었다. 그 결과는 표 15에 나타나 있다.
제형 F2에서의 키토산 %DDA가 76% 미만으로 강하되는 경우, 제형은 이의졸-겔 특성화를 상실하기 시작하였다. 특히, tanδ 값은 25 ℃ 및 37 ℃에서 관찰되었고, 특히 tanδ 비 (25　℃에서의 tanδ/37 ℃에서의 tanδ)는 졸-겔 전이의 표시 및 규모를 제공한다. 낮은 %DDA-공급된 키토산 (90% 내지 75.5% DDA)으로의 전이시, F2 성능에서의 현저한 감소가 감소되었고, 여기서 tanδ 비는 하기 표 15에 나타난 바와 같이 3.3-6.4 내지 1.2로 감소되었다.
[표 15] 실험실 규모와 2L 규모 공정 사이의 %DDA 변화의 비교 결과
Figure pct00029
졸-겔 성능에서의 감소를 설명하기 위해, 실험의 2-인자 설계 (Design of Experiment, DOE)를 고안하였다. 키토산의 2개의 파라미터, 즉 탈아세틸화도 (% DDA) 및 분자량 (MW)을 고려하였다.
37 ℃에서 허용가능한 tanδ 값을 유지하면서, 대부분의 중요한 출력 인자(output factor) 및 최적 F2 제형에 대한 예상된 값은 하기와 같다: 25 ℃에서의 복소 점도; 25 ℃에서의 tanδ; 및 겔화의 진동 응력.
복소 점도는 낮아야 하고, 25 ℃에서의 tanδ은 F2 제형에 대해 가능한 대부분의 "액체" 특성을 나타내기 위해 높아야 하고; 이는 제형에 대해 확장 처리가능성을 최대화하는 것으로 예상될 것이다. 겔화의 진동 응력은 궁극적으로는 최종 사용자에 의한 주사기를 통한 반복된 제품 전달을 위해 제품의 "주사기 주입가능성"을 증가시키기 위해 낮아야 할 것이다. DOE 결과는 표 16에 요약되어 있다.
[표 16] 실험의 2-인자 설계 (DOE)로부터의 결과의 요약
Figure pct00030
표 16에 나타난 결과는 %DDA가 복소 점도를 감소시키고, 25　℃에서 tanδ를 증가시키고, 제형 주사기 주입가능성을 감소시키는데 있어서 중요한 인자임을 나타낸다. 이러한 DOE의 결과는 또한 높은 MW/높은 %DDA (404580　kDa, 97.6% DDA) 키토산은 이러한 특성과 관련하여 최적 제형을 생성하는 것을 지지하였다. 생성된 제형은 겔-유사-특성 (25 ℃에서의 tanδ)와 대조적으로 최소 점도 (복소 점도), 최대 점도 액체를 산출하였고, 모든 시험의 대부분의 주사기 주입가능성 제형 (진동 응력)은 37 ℃ (37 ℃에서의 tanδ)에서 적합한 점성의 겔을 유지하면서 조사하였다. 결과는 일부 구현예에서, 약 77% 이상의 %DDA를 갖는 키토산은 작용성 졸-겔을 얻기 위해 요구되는 것을 지지한다.
상기에서, 제한이 아닌 예시의 목적을 위해 본 개시내용의 특정 구현예의 상세한 설명이 제공되어 있다. 본 개시내용에 기초한 본 기술분야의 당업자에게 자명한 모든 다른 변형, 영향 및 동등물은 청구된 개시내용의 범위 내에 포함되는 것으로 이해된다.

Claims (45)

  1. 암컷 비인간 동물에서의 유선(mammary) 장애를 예방하거나 또는 치료하기 위한 제품으로서, 유효량의 졸-겔(sol-gel) 폴리머 복합체를 포함하는 제품.
  2. 제1항에 있어서, 상기 졸-겔 폴리머 복합체는 키토산, 친수성 폴리머, 겔화제, 및 적합한 배지를 포함하는 제품.
  3. 제2항에 있어서, 상기 배지가 수성 아세트산인 제품.
  4. 제2항에 있어서, 상기 키토산이 아실화된 것인 제품.
  5. 제4항에 있어서, 상기 아실화된 키토산이 카복시메틸 키토산인 제품.
  6. 제2항에 있어서, 상기 친수성 폴리머가 수용성 다당류인 제품.
  7. 제2항에 있어서, 상기 친수성 폴리머가 메틸 셀룰로오스, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 아세테이트-아실레이트, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스, 히알루론산, 비이온성 트리블록 코폴리머, 폴리에틸렌 글리콜, 및 나트륨 알기네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 제품.
  8. 제7항에 있어서, 상기 친수성 폴리머가 비이온성 트리블록 코폴리머이고, 그리고 상기 비이온성 트리블록 코폴리머가 폴록사머인 제품.
  9. 제2항에 있어서, 상기 겔화제는 열겔화 성분인 제품.
  10. 제2항에 있어서, 상기 겔화제는 β-글리세로포스페이트 디나트륨 수화물, β-글리세로포스페이트 디나트륨 오수화물, 나트륨 파이로포스페이트 사염기, 인산칼륨 이염기 삼수화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 염인 제품.
  11. 제2항에 있어서, 상기 졸-겔 폴리머 복합체가 강화제를 더 포함하는 제품.
  12. 제11항에 있어서, 상기 강화제는 나노결정성 셀룰로오스, 무기 점토, 유기 점토, 카본블랙, 발연 실리카, 그래핀, 흑연, 나노결정성 전분, 나노클레이, 그래핀, 탄소 나노튜브, 유기 나노클레이, 오르가노클레이, 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 카올리나이트, 헥토라이트, 할로이사이트, 및 인산칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제품.
  13. 제2항에 있어서, 상기 졸-겔 폴리머 복합체가 하나 이상의 항균제를 더 포함하는 제품.
  14. 제13항에 있어서, 상기 항균제는 매크롤라이드, 세팔로스포린, 린코사미나이드 항생제, 플루오로퀴놀론, 테트라사이클린, 페니실린, 스펙티노마이신, 설폰아미드, 클로르암페니콜, 티암페니콜의 불소화된 합성 유사체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 제품.
  15. 제14항에 있어서, 상기 항균제는 세팔로스포린이고, 상기 세팔로스포린는 세프티오푸르 하이드로클로라이드인 제품.
  16. 암컷 비인간 동물에서의 유선 장애를 예방하거나 또는 치료하기 위한 방법으로서, 상기 동물의 유두, 유두관 또는 유두조로 유효량의 졸-겔 폴리머 복합체를 투여하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 유선 장애의 예방 또는 치료를 위해 비인간 동물의 유두관 또는 유조에 물리적 배리어를 형성하기 위한 시스템으로서, 졸-겔 폴리머 복합체를 포함하는 전달 장치를 포함하는 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 전달 장치가 주사기인 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 주사기가 단위 용량 또는 다중 용량을 포함하는 시스템.
  20. 제17항에 있어서, 상기 유선 장애가 유방염인 시스템.
  21. 제17항에 있어서, 상기 동물이 낙동 가축(dairy livestock animal)인 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 가축은 암송아지, 암소, 염소, 양 또는 물소인 시스템.
  23. 제17항에 있어서, 상기 졸-겔 폴리머 복합체가 키토산, 친수성 폴리머, 겔화제, 및 적합한 배지를 포함하는 시스템.
  24. 비인간 동물에서의 유선 장애의 예방 또는 치료를 위한 의약의 제조시의 졸-겔 폴리머 복합체의 용도.
  25. 제24항에 있어서, 상기 유선 장애가 유방염인 용도.
  26. 제24항에 있어서, 상기 의약이 유두 디핑(teat dipping)을 위해 이용되는 용도.
  27. 제24항에 있어서, 상기 의약이 유방내 주입을 위해 이용되는 용도.
  28. 제24항에 있어서, 상기 동물이 낙동 가축인 용도.
  29. 제28항에 있어서, 상기 가축은 암송아지, 암소, 염소, 양 또는 물소인 용도.
  30. 제24항에 있어서, 상기 졸-겔 폴리머 복합체가 키토산, 친수성 폴리머, 겔화제, 및 적합한 배지를 포함하는 용도.
  31. 제30항에 있어서, 상기 졸-겔 폴리머 복합체가 강화제를 더 포함하는 용도.
  32. 제30항에 있어서, 상기 졸-겔 폴리머 복합체가 하나 이상의 항균제를 더 포함하는 용도.
  33. 산성 수계 배지 중에 키토산, 친수성 폴리머, 및 겔화제를 포함하는 졸-겔 폴리머 복합체로서, 하나 이상의 생리적 자극에 반응하여 강한 고형물을 형성하는 졸-겔 폴리머 복합체.
  34. 제33항에 있어서, 상기 하나 이상의 생리적 자극이 약 37℃의 온도인 졸-겔 폴리머 복합체.
  35. 제33항에 있어서, 임의의 다른 제제의 첨가 없이 하나 이상의 생리적 자극에 반응하여 고형물을 형성할 수 있는 졸-겔 폴리머 복합체.
  36. 제35항에 있어서, 상기 졸-겔 폴리머는 하나 이상의 생리적 자극에 반응하여 신속하게 고화되는 졸-겔 폴리머 복합체.
  37. 제33항에 있어서, 상기 키토산이 카복시메틸 키토산인 졸-겔 폴리머 복합체.
  38. 제33항에 있어서, 상기 친수성 폴리머가 메틸 셀룰로오스, 폴리비닐 아세테이트, PVA-아실레이트, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 에틸 하이드록실에틸 셀룰로오스, 폴록사머, 폴리에틸렌 글리콜 및 나트륨 알기네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 졸-겔 폴리머 복합체.
  39. 제33항에 있어서, 상기 겔화제가 염인 졸-겔 폴리머 복합체.
  40. 제39항에 있어서, 상기 염이 β-글리세로포스페이트 디나트륨 염 또는 나트륨 파이로포스페이트 사염기성 염인 졸-겔 폴리머 복합체
  41. 제33항에 있어서, 상기 산성 수계 배지는 0.1 M 수성 아세트산을 포함하는 졸-겔 폴리머 복합체.
  42. 제33항에 있어서, 이산화규소 (SiO2)를 더 포함하는 졸-겔 폴리머 복합체.
  43. 제33항에 있어서, 상기 키토산은 적어도 약 77%의 탈아세틸화도 (%DDA)를 가지는 졸-겔 폴리머 복합체.
  44. 인간의 예방 또는 치료를 위한 의약의 제조시의 졸-겔 폴리머 복합체의 용도.
  45. 질환 또는 장애의 예방 또는 치료를 필요로 하는 인간에게 유효량의 졸-겔 폴리머 복합체를 투여하는 단계를 포함하는, 인간에서의 질환 또는 장애를 예방하거나 또는 치료하기 위한 방법.
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