KR20180129468A - Biomaterial for Sencing and Control of Pain in Realtime - Google Patents

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KR20180129468A
KR20180129468A KR1020170065565A KR20170065565A KR20180129468A KR 20180129468 A KR20180129468 A KR 20180129468A KR 1020170065565 A KR1020170065565 A KR 1020170065565A KR 20170065565 A KR20170065565 A KR 20170065565A KR 20180129468 A KR20180129468 A KR 20180129468A
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오석배
조맹효
김용호
송창식
김문기
김동철
한동석
엄길호
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서울대학교산학협력단
서강대학교산학협력단
연세대학교 산학협력단
성균관대학교산학협력단
가천대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a biomaterial for real-time pain sensing and control. The biomaterial can objectively determine the pain by sensing pain-associated bio-factors, and can be useful as a tool for integrated pain treatment since a standard and fixed amount of pain killers can be used based on a judgment index. To this end, the biomaterial contains a magnetic material, a paramagnetic material, and the pain killers.

Description

실시간 통증 센싱 및 제어용 생체소재{Biomaterial for Sencing and Control of Pain in Realtime}[0002] Biomaterials for Sense and Control of Pain in Real Time [

본 발명은 실시간 통증 센싱 및 제어용 생체소재에 관한 것이다.The present invention relates to a biomaterial for real-time pain sensing and control.

의료 기술의 발전에 따른 평균 수명 증가로 인하여 통증을 흔히 동반하는 노인성 질환의 비율이 증가함으로써 난치성 만성 통증 환자가 증가하고 있으며, 더욱이 사회의 급속한 발전에 따른 산업사고나 교통사고의 증가로 인하여 다양한 종류의 만성통증 발병률은 꾸준히 증가하고 있다.Because of the increase in the average life span due to the development of medical technology, the proportion of geriatric diseases frequently accompanied by pain is increasing. Patients with intractable chronic pain are increasing. Furthermore, due to the increase in industrial accidents and traffic accidents due to the rapid development of society, The incidence of chronic pain is steadily increasing.

통증 진단의 경우 환자의 주관적인 서술에 의존하는 VAS나 VDS 등의 통증 등급표가 주로 이용되어 통증에 대한 명확한 기준이 없으며, 통증 치료의 경우 WHO analgesic ladder에 의해 투여 약물의 용량과 종류를 판단하지만 정량적인 통증의 정도를 기준으로 시행되지 않기 때문에 약물의 오용 및 남용이나 부작용의 우려가 있다.In the case of pain diagnosis, there is no definite criteria for pain due to the use of VAS or VDS, which relies on subjective description of the patient. There is no definite criterion for pain. In the case of pain treatment, WHO analgesic ladder judges the dose and type of medication, There is concern about abuse and abuse of drugs or side effects because they are not based on the degree of pain.

시행착오에 의존하여 진행되어 왔던 과거 소재 개발 과정에 비하여 컴퓨터의 비약적인 발달과 다양한 시뮬레이션 기법의 개발로 인해 가능해진 계산과학 기반 설계를 통한 효율적인 소재 개발이 최근 주요 선진국을 중심으로 연구되고 있다. 지능형 스마트 생체소재 개발을 위해서는 통증 센싱 및 제어에 필요한 재료의 기능성뿐만 아니라 무독성, 생분해성과 같은 생체적합성을 만족해야 하는데, 이와 같은 다양한 요구사항들을 만족하기 위해서는 멀티스케일 설계 기법을 기반으로 한 진보된 계산과학 기반 소재 개발이 필요하다.Compared to the past material development process, which has been based on trial and error, the development of efficient materials through computational science based design, which is possible due to the rapid development of computers and the development of various simulation techniques, has recently been studied mainly in major industrialized countries. In order to develop intelligent smart biomaterials, biocompatibility such as non-toxicity and biodegradability must be satisfied as well as functionality of materials required for pain sensing and control. In order to meet these various requirements, advanced calculation based on multi- Science-based material development is needed.

이에 본 발명자들은 보다 효율적이고 안전한 통증 치료 및 기존 치료법의 한계를 극복하기 위해 노력한 결과, 생체신호를 바탕으로 통증을 보다 정확하게 정량화 및 시각화하며, 기존에 개발된 약물을 사용하되 정량화된 통증 정보에 기반하여 정확한 양의 약물을 국소 부위에 분비할 수 있는 통증 센싱 및 제어용 생체소재를 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have made efforts to overcome the limitations of the more efficient and safe pain treatment and the existing treatment method, and as a result, based on the bio-signals, the pain is more accurately quantified and visualized, and the existing developed drugs are used, The present inventors have completed the present invention by developing a biomaterial for pain sensing and control capable of releasing an accurate amount of drug to a local site.

대한민국 등록특허 10-1446514호Korean Patent No. 10-1446514

본 발명의 하나의 목적은 실시간 통증 센싱 및 제어용 생체소재를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a biomaterial for real-time pain sensing and control.

본 발명의 다른 목적은 통증 부위의 통증 신호를 이미징하는 실시간 통증 센싱 및 제어 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a real-time pain sensing and control method for imaging a pain signal at a pain site.

본 발명의 또 다른 목적은 뇌의 통증 신호를 이미징하는 실시간 통증 센싱 및 제어 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a real-time pain sensing and control method for imaging a pain signal of the brain.

본 발명의 일 양상은 자성 물질, 상자성 물질 및 통증 치료용 약물을 포함하는 실시간 통증 센싱 및 제어용 생체소재에 있어서, 상기 자성 물질, 상기 상자성 물질 및 상기 통증 치료용 약물은 2 이상의 링커 펩티드에 의해 결합하는 것인 실시간 통증 센싱 및 제어용 생체소재를 제공한다.In one aspect of the present invention, there is provided a biological material for real-time pain sensing and control comprising a magnetic substance, a paramagnetic substance and a drug for treating pain, wherein the magnetic substance, the paramagnetic substance and the drug for treating pain are combined by two or more linker peptides And provides a biomaterial for real-time pain sensing and control.

생체소재는 의료용 장치, 인공장기 등에 사용하는 재료 중 인체의 생체조직과 접촉하여 사용하는 소재의 총칭으로서, 혈액과 접촉하여 사용하는 재료 및 생체조직을 검체로 한 진단용 장치를 포함하고, 합성/천연 고분자, 세라믹스, 금속, 생체 유기 재료 및 이들의 복합체 등을 재료로 할 수 있다.A biological material is a general term of a material used in contact with a living tissue of a human body among materials used for a medical device and an artificial organ, and includes a diagnostic device using a material and a living tissue in contact with blood as a specimen. Polymers, ceramics, metals, bio-organic materials, composites thereof, and the like.

본 발명에서 사용되는 용어, "통증 치료용 약물"은 통증을 제거하거나 경감시키는 목적으로 사용하는 의약품을 의미하며, 마약성 진통제, 비마약성 진통제 및 이들 진통제에 보조적으로 사용할 수 있는 항우울제, 항경련제, 근육이완제, 국소마취제, 신경안정제 및 교감신경억제제 등이 포함된다.As used herein, the term " drug for treating pain " refers to a drug used for the purpose of eliminating or alleviating pain, and includes narcotic analgesics, non-narcotic analgesics, antidepressants, anticonvulsants, Muscle relaxants, local anesthetics, nerve stabilizers, and sympathomimetics.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 자성 물질은 자성나노입자일 수 있다. 바람직하게는, 상기 자성나노입자는 Zn0 . 4Fe2 . 6O4 , Fe3O4, CoFe2O4 및 MnFe2O4으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the magnetic material may be magnetic nanoparticles. Preferably, the magnetic nanoparticles are Zn 0 . 4 Fe 2 . 6 O 4 , Fe 3 O 4 , CoFe 2 O 4 And MnFe 2 O 4 .

본 발명에서 사용되는 용어, "자성나노입자"는 초상자성(superparamagnetic) 소광체(quencher)로 작용하는 나노사이즈 크기의 입자를 의미하며, 마그네타이트(magnetite,Fe3O4), 마그헤마이트(maghemite, Fe2O3)와 같은 산화철(iron oxide), 산화철에서 Fe 원소 하나가 다른 자성 원소로 치환된 형태인 아철산코발트(CoFe2O4),야콥스광(MnFe2O4)과 같은 페라이트(Ferrite) 및 전도성과 안정성을 향상시키기 위한 철-백금(FePt) 합금, 코발트-백금(CoPt) 합금과 같은 합금 등을 포함한다. The term " magnetic nanoparticles " used in the present invention means nano-sized particles acting as a superparamagnetic quencher, and includes magnetite (Fe 3 O 4 ), maghemite (Fe 2 O 3 ), ferrite such as cobalt (CoFe 2 O 4 ) and yaffosite (MnFe 2 O 4 ) in which one Fe element is replaced with another magnetic element in iron oxide Ferrite) and alloys such as iron-platinum (FePt) alloys and cobalt-platinum (CoPt) alloys for improving conductivity and stability.

초상자성은 작은 강자성(ferromagnetic) 또는 페리 자성(ferrimagnetic) 나노 입자에서 나타나는 자성의 한 형태로써, 충분히 작은 나노 입자(지름 100Å)에서 모든 전자의 스핀이 같은 방향으로 가지런하게 배향하고 있으면서도 자기장이 작용할 경우 전체적으로 스핀이 가지런하게 되지 않는 성질을 의미하며, 소광체란 발광성 들뜬 분자에 작용하여 들뜸에너지를 제거하고, 발광을 저해하는 분자를 의미한다.Superparamagnetic is a form of magnetism that appears in small ferromagnetic or ferrimagnetic nanoparticles. When a sufficiently small nanoparticle (100 Å in diameter) has all the electrons' spin aligned in the same direction, Refers to a property that the spin is not organized as a whole, and the dimmer means a molecule that acts on a luminescent excited molecule to remove excitation energy and inhibit luminescence.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 상자성 물질은 가돌리늄-킬레이트(Gd-chelate) 또는 산화망간(Manganese oxide)일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the paramagnetic material may be Gd-chelate or Manganese oxide.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 링커 펩티드는 통증 시 과발현되는 단백질 가수분해효소에 의해 분해될 수 있다. 바람직하게는, 상기 단백질 가수분해효소는 MMP-9, SerpinA3N 및 Cathepsin으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the linker peptide can be degraded by a protein hydrolase that is overexpressed in pain. Preferably, the protein hydrolase is selected from the group consisting of MMP-9, SerpinA3N, and Cathepsin.

본 발명에서 사용되는 용어, "링커 펩티드(linker protein)"란 상기 자성 물질, 상기 상자성 물질 및/또는 상기 통증 치료용 약물을 결합시키기 위해 사용되는 단백질로써, 통증 발생 시 과발현되는 단백질 분해효소에 의해 절단되는 서열을 갖는 폴리펩티드를 의미한다.As used herein, the term " linker protein " refers to a protein used to bind the magnetic substance, the paramagnetic substance and / or the drug for treating pain, Quot; means a polypeptide having a sequence to be cleaved.

특히, 상기 단백질 가수분해효소 중 카텝신(Cathepsin)은 동물세포 내의 lysosome에 존재하는 많은 종류의 단백질 분해효소의 총칭으로서, 이들은 최적 pH 저해제에 대한 반응성, 기질 특이성 및 분자량 등에 의해서, 알파벳에 따라 Cathepsin A, B, C, D, H, L 등과 같이 분류된다. Cathepsin A는 펩티드 사슬의 C말단에서 순차 아미노산을 유리하는 작용을 하고, Cathepsin B는 펩티드 사슬 내부의 펩티드결합을 단편화하는 작용(endopeptidase) 및 펩티드 사슬의 C말단에서 순차 디펩티드(dipeptide)를 유리하는 작용을 하며, Cathepsin C는 펩티드 사슬의 N말단에서 디펩티드를 순차 유리시키고, Cathepsin D는 변성 헤모글로빈을 최적 pH 3~4에서 가수분해하며, Cathepsin H는 endopeptidase 작용 및 펩티드 사슬의 N말단에서 순차 아미노산을 유리하는 작용을 하고, Cathepsin L은 시스테인 프로테이즈(cysteine protease)로 강력한 endopeptidase 작용을 한다. 본 발명에서 사용되는 카텝신은 상기 분류한 카텝신 중 하나 이상이 사용될 수 있다.Cathepsin is a generic term for many proteases present in lysosomes in animal cells. Depending on the reactivity to the optimal pH inhibitor, substrate specificity, molecular weight, etc., Cathepsin A, B, C, D, H, L, and so on. Cathepsin A acts to liberate amino acids sequentially at the C-terminus of the peptide chain, Cathepsin B acts as an endopeptidase that fuses peptide bonds within the peptide chain, and a sequestered dipeptide at the C-terminus of the peptide chain Cathepsin C hydrolyzes denatured hemoglobin at an optimum pH of 3 to 4. Cathepsin H acts as an endopeptidase and acts as a sequential amino acid at the N-terminus of the peptide chain, while Cathepsin C liberates dipeptides sequentially at the N-terminus of the peptide chain. And Cathepsin L acts as a strong endopeptidase with cysteine protease. As the cathepsins used in the present invention, one or more of the cathepsins classified as above can be used.

본 발명의 다른 양상은 (a) 제 1항의 생체소재를 피검체에 투여하는 단계; (b) 통증 부위에서 과발현된 가수분해효소에 의해 상기 생체소재의 링커 펩티드가 분해되어 상기 생체소재로부터 분리된 상자성 물질을 자기공명영상(MRI)으로 촬영하는 단계; (c) 상기 링커 펩티드가 분해될 때 상기 생체소재로부터 분리된 통증 치료용 약물에 의해 통증을 제어하는 단계; 및 (d) 촬영한 자기공명영상에서 상기 통증 부위의 통증 신호를 이미징하는 단계를 포함하는 실시간 통증 센싱 및 제어 방법을 제공한다.Another aspect of the present invention is a method for preparing a biomaterial comprising: (a) administering the biomaterial of claim 1 to a subject; (b) imaging the paramagnetic material separated from the biomaterial by magnetic resonance imaging (MRI), wherein the linker peptide of the biomaterial is degraded by a hydrolase that is overexpressed in the pain site; (c) when the linker peptide is degraded, the pain is controlled by a drug for treating pain separated from the biomaterial; And (d) imaging a pain signal of the pain site on the photographed magnetic resonance image.

자기공명영상(MRI)은 자기장을 발생하는 커다란 자석통 속에 인체를 들어가게 한 후 고주파를 발생시켜 신체부위에 있는 수소원자핵을 공명시켜 각 조직에서 나오는 신호의 차이를 측정하여 영상화하는 기술로서, 자기공명영상(MRI) 또는 기능적 자기공명영상(fMRI) 등의 영상진단기술을 사용하여 신호의 차이를 측정한 것을 컴퓨터 등의 분석 장치를 통해 재구성함으로써 디지털 정보로 변환하여 영상화하는 이미징 과정을 필요로 한다. 이는 복수의 시점에서 신호의 차이를 측정한 것을 분석 장치를 통해 비교함으로써 시점에 따른 신호 차이의 변화를 영상화하는 것을 포함한다.Magnetic Resonance Imaging (MRI) is a technique for imaging a difference in signal from each tissue by resonating a hydrogen nucleus in a body part by generating a high frequency after allowing the human body to enter a large magnetic barrel generating a magnetic field. It is necessary to reconstruct a difference between signals using an image diagnostic technique such as an image (MRI) or a functional magnetic resonance imaging (fMRI) through an analysis device such as a computer, thereby converting the image into digital information and imaging the image. This includes imaging the change in signal difference over time by comparing the measurement of the difference in signal at a plurality of points in time through the analyzer.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 (a) 내지 (d) 단계에 이어서, (e) 상기 통증 부위의 자기공명영상(MRI)을 재촬영하는 단계; 및 (f) (d) 단계의 촬영 영상과 (e) 단계의 촬영 영상을 비교하여 상기 통증 부위의 통증 신호의 변화를 이미징하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of detecting a pain, comprising the steps of: (a) repeating the steps (a) to (d) And (f) comparing the photographed image of the step (d) with the photographed image of the step (e), and imaging the change of the pain signal of the pain site.

본 발명의 또 다른 양상은 (a) 피검체 뇌의 기능적 자기공명영상(fMRI)을 촬영하는 단계; (b) 제 1항의 생체소재를 피검체에 투여하는 단계; (c) 통증 부위에서 과발현된 가수분해효소에 의해 상기 생체소재의 링커 펩티드가 분해되어 상기 생체소재로부터 분리된 상자성 물질을 기능적 자기공명영상(fMRI)으로 촬영하는 단계; (d) 상기 링커 펩티드가 분해될 때 상기 생체소재로부터 분리된 통증 치료용 약물에 의해 통증을 제어하는 단계; 및 (e) (a) 단계의 촬영 영상과 (c) 단계의 촬영 영상을 비교하여 뇌의 통증 신호를 이미징하는 단계를 포함하는 실시간 통증 센싱 및 제어 방법을 제공한다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a method for detecting a brain of a subject, comprising the steps of: (a) photographing a functional magnetic resonance imaging (fMRI) (b) administering the biomaterial of claim 1 to a subject; (c) photographing the paramagnetic material separated from the biomaterial by the functional magnetic resonance imaging (fMRI) by decomposing the linker peptide of the biomaterial by the hydrolytic enzyme over-expressed in the pain site; (d) controlling pain by a pain treatment drug separated from the biomaterial when the linker peptide is degraded; And (e) comparing the photographed image of step (a) with the photographed image of step (c) to image the pain signal of the brain.

상기 과정에서 기능적 자기공명영상(fMRI)은 감각, 동작 혹은 인지수행 등에 의한 신경세포 활성화에 따른 국소 대사 및 혈역학적 변화를 뇌 자기공명영상 상의 신호 강도의 차이로 나타내는 기능적 두뇌 조영술을 특별히 지칭하는 의미로 사용된다.In the above process, functional magnetic resonance imaging (fMRI) refers specifically to functional brain imaging, which indicates local metabolic and hemodynamic changes due to nerve cell activation by sensory, motion, or cognitive performance as a difference in signal intensity on brain magnetic resonance imaging .

본 발명의 실시간 통증 센싱 및 제어용 생체소재에 따르면, 통증 생체인자 센싱을 통해 통증을 객관적으로 판정할 수 있으며, 판정지표에 따라 표준적 정량의 통증치료용 약물을 사용할 수 있으므로, 통합적인 통증 치료기법의 도구로써 유용하게 사용될 수 있다.According to the real-time pain sensing and control biomaterial of the present invention, the pain can be objectively determined through the bio-physical sensing of the pain, and since the standardized amount of the pain treatment drug can be used according to the judgment index, Can be used as a tool of the present invention.

도 1은 통증 센싱 및 제어용 생체소재의 개념을 나타낸 도이다.
도 2는 통증 센싱 및 제어용 생체소재가 통증 부위에서 실시간으로 작용하는 모습을 나타낸 도이다.
1 is a view showing the concept of a biological material for pain sensing and control.
FIG. 2 is a view showing a biomaterial for pain sensing and control acting in real time at a pain site.

이하 하나 이상의 구체예를 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 하나 이상의 구체예를 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, one or more embodiments will be described in more detail by way of examples. However, these embodiments are intended to illustrate one or more embodiments, and the scope of the present invention is not limited to these embodiments.

실시예Example 1:  One: 통증표적인자에To the pain target factor 특이적으로 절단되는 단백질 가수분해효소 라이브러리 구축 Construction of a specifically cleaved protease library

통증표적인자에 특이적으로 절단됨으로써, 통증 치료용 약물 및 자성/상자성 물질을 연결할 수 있도록 단백질에 대한 가수분해효소의 라이브러리를 구축하였다. A library of hydrolytic enzymes for proteins was constructed to specifically link pain medicinal drugs and magnetic / paramagnetic materials by specifically cleavage to pain target factors.

구체적으로 통증 발생시 과발현되는 단백질 가수분해 효소를 검색하였고, 통증 치료용 약물과 자성/상자성 물질을 결합시킬 수 있는 단백질에 대한 가수분해효소를 스크리닝한 결과, MMP-9, SerpinA3N 및 Cathepsin 계열 가수분해 효소를 최종 후보군으로 선별하였다. Specific hydrolytic enzymes were screened for protein hydrolysates that were overexpressed during pain and MMP-9, SerpinA3N and Cathepsin hydrolytic enzymes were screened for proteins that could bind pain medicines and magnetic / Were selected as final candidates.

실시예Example 2: 통증을  2: Pain 센싱할To sense 수 있는 MRI 신호 인자 선별 Selectable MRI Signal Factor

통증 발생시 센싱하여 이를 이미징할 수 있는 MRI 신호 인자를 선별하였다.Magnetic resonance imaging (MRI) signaling was selected for imaging and sensing when pain occurred.

구체적으로, 서로 멀어지면 MRI 신호가 강해지고, 서로 가까워지면 MRI 신호가 약해지는 성질을 나타내는 자성 물질 및 상자성 물질을 검색한 결과, 자성나노입자로는 Zn0 . 4Fe2 . 6O4 , Fe3O4, CoFe2O4 및 MnFe2O4을, 상자성 물질로는 가돌리늄-킬레이트인 Gd-DOTA(Gd (III) 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid) 및 산화망간(Mn3O4)을 선별하였다.Specifically, as a result of searching for magnetic and paramagnetic materials showing that the MRI signal becomes stronger when they are separated from each other and the MRI signal weakens when they are close to each other, Zn 0 . 4 Fe 2 . 6 O 4, Fe 3 O 4 , CoFe 2 O 4 , and MnFe 2 O in a 4, a paramagnetic material is gadolinium-chelate of Gd-DOTA (Gd (III) 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4, 7,10-tetraacetic acid) and manganese oxide (Mn 3 O 4 ) were selected.

실시예Example 3: 라이브러리 기반 단백질을 이용한 생체소재의 제조 3: Fabrication of biomaterials using library-based proteins

통증 치료용 약물과 자성/상자성 물질을 결합하여 생체소재를 제조하기 위하여 라이브러리 기반 단백질을 이용하여 생체소재를 제조하였다.Biomaterials were prepared by using library - based proteins to produce biomaterials by combining drugs for pain therapy and magnetic / paramagnetic materials.

구체적으로, 후보군으로 선별한 가수분해효소에 의해 분해되는 링커 펩티드를 이용하여 통증 치료용 약물, 자성 물질 및 상자성 물질을 가교결합(cross-linking) 시켰다.Specifically, a drug, a magnetic substance and a paramagnetic substance for treating pain were cross-linked using a linker peptide degraded by a hydrolytic enzyme selected as a candidate group.

그 결과, 통증 발생시 과발현되는 단백질 가수분해효소 존재 시 링커 펩티드가 분해됨에 따라 통증 치료용 약물, 자성 물질 및 상자성 물질이 각각 분리될 수 있는 생체소재를 제조하였다.As a result, when a linker peptide was degraded in the presence of an overexpressed protease in the case of pain, a bioactive material capable of separating the medicament for treating pain, the magnetic substance and the paramagnetic substance was prepared.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

Claims (9)

자성 물질, 상자성 물질 및 통증 치료용 약물을 포함하는 실시간 통증 센싱 및 제어용 생체소재에 있어서,
상기 자성 물질, 상기 상자성 물질 및 상기 통증 치료용 약물은 2 이상의 링커 펩티드에 의해 결합하는 것인 실시간 통증 센싱 및 제어용 생체소재.
A biological material for real-time pain sensing and control, comprising a magnetic substance, a paramagnetic substance and a drug for treating pain,
Wherein the magnetic material, the paramagnetic material and the pain treatment drug are bound by at least two linker peptides.
제 1항에 있어서,
상기 자성 물질은 자성나노입자인 것인 실시간 통증 센싱 및 제어용 생체소재.
The method according to claim 1,
Wherein the magnetic material is magnetic nanoparticles.
제 2항에 있어서,
상기 자성나노입자는 Zn0 . 4Fe2 . 6O4 , Fe3O4, CoFe2O4 및 MnFe2O4으로 이루어진 군으로부터 선택되는 나노입자인 것인 실시간 통증 센싱 및 제어 생체소재.
3. The method of claim 2,
The magnetic nanoparticles are Zn 0 . 4 Fe 2 . 6 O 4 , Fe 3 O 4 , CoFe 2 O 4 And MnFe < 2 > O < 4 >.
제 1항에 있어서,
상기 상자성 물질은 가돌리늄-킬레이트(Gd-chelate) 또는 산화망간(Manganese oxide)인 것인 실시간 통증 센싱 및 제어용 생체소재.
The method according to claim 1,
Wherein the paramagnetic material is a gadolinium chelate or a manganese oxide.
제 1항에 있어서,
상기 링커 펩티드는 통증 시 과발현되는 단백질 가수분해효소에 의해 분해되는 것인 실시간 통증 센싱 및 제어용 생체소재.
The method according to claim 1,
Wherein the linker peptide is degraded by proteolytic enzymes that are overexpressed during pain.
제 5항에 있어서,
상기 단백질 가수분해효소는 MMP-9, SerpinA3N 및 Cathepsin으로 이루어진 군으로부터 선택되는 효소인 것인 실시간 통증 센싱 및 제어 생체소재.
6. The method of claim 5,
Wherein the protein hydrolyzing enzyme is an enzyme selected from the group consisting of MMP-9, SerpinA3N, and Cathepsin.
(a) 제 1항의 생체소재를 피검체에 투여하는 단계;
(b) 통증 부위에서 과발현된 가수분해효소에 의해 상기 생체소재의 링커 펩티드가 분해되어 상기 생체소재로부터 분리된 상자성 물질을 자기공명영상(MRI)으로 촬영하는 단계;
(c) 상기 링커 펩티드가 분해될 때 상기 생체소재로부터 분리된 통증 치료용 약물에 의해 통증을 제어하는 단계; 및
(d) 촬영한 자기공명영상에서 상기 통증 부위의 통증 신호를 이미징하는 단계
를 포함하는 실시간 통증 센싱 및 제어 방법.
(a) administering the biomaterial of claim 1 to a subject;
(b) imaging the paramagnetic material separated from the biomaterial by magnetic resonance imaging (MRI), wherein the linker peptide of the biomaterial is degraded by a hydrolase that is overexpressed in the pain site;
(c) when the linker peptide is degraded, the pain is controlled by a drug for treating pain separated from the biomaterial; And
(d) imaging the pain signal of the pain site in the photographed magnetic resonance image
Time pain sensing and control method.
제 7항에 있어서,
(d) 단계 이후에,
(e) 상기 통증 부위의 자기공명영상(MRI)을 재촬영하는 단계; 및
(f) (d) 단계의 촬영 영상과 (e) 단계의 촬영 영상을 비교하여 상기 통증 부위의 통증 신호의 변화를 이미징하는 단계
를 추가로 포함하는 실시간 통증 센싱 및 제어 방법.
8. The method of claim 7,
After step (d)
(e) re-imaging a magnetic resonance image (MRI) of the pain site; And
(f) comparing the photographed image of step (d) with the photographed image of step (e), and imaging the change of the pain signal of the pain part
Further comprising the steps of:
(a) 피검체 뇌의 기능적 자기공명영상(fMRI)을 촬영하는 단계;
(b) 제 1항의 생체소재를 피검체에 투여하는 단계;
(c) 통증 부위에서 과발현된 가수분해효소에 의해 상기 생체소재의 링커 펩티드가 분해되어 상기 생체소재로부터 분리된 상자성 물질을 기능적 자기공명영상(fMRI)으로 촬영하는 단계;
(d) 상기 링커 펩티드가 분해될 때 상기 생체소재로부터 분리된 통증 치료용 약물에 의해 통증을 제어하는 단계; 및
(e) (a) 단계의 촬영 영상과 (c) 단계의 촬영 영상을 비교하여 뇌의 통증 신호를 이미징하는 단계
를 포함하는 실시간 통증 센싱 및 제어 방법.

(a) photographing a functional magnetic resonance image (fMRI) of a subject's brain;
(b) administering the biomaterial of claim 1 to a subject;
(c) photographing the paramagnetic material separated from the biomaterial by the functional magnetic resonance imaging (fMRI) by decomposing the linker peptide of the biomaterial by the hydrolytic enzyme over-expressed in the pain site;
(d) controlling pain by a pain treatment drug separated from the biomaterial when the linker peptide is degraded; And
(e) comparing the photographed image of step (a) with the photographed image of step (c), and imaging the pain signal of the brain
Time pain sensing and control method.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210015082A (en) 2019-07-31 2021-02-10 강지애 Pain visualation device
US11617536B1 (en) * 2019-01-31 2023-04-04 Dartmouth-Hitchcock Clinic System and method to measure pain levels of patients following surgery

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