KR20180135797A - 산성 환경에서 프로바이오틱스를 보호하는 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제 및 이를 포함하는 프로바이오틱스 전달용 조성물 - Google Patents

산성 환경에서 프로바이오틱스를 보호하는 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제 및 이를 포함하는 프로바이오틱스 전달용 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이드로겔, 프로바이오틱스 및 쯔비터 이온성 버퍼를 유효성분으로 포함하는 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제, 이를 포함하는 프로바이오틱스 전달용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 프로바이오틱스를 봉입한 하이드로겔에 pH 유지를 가능하게 하는 쯔비터 이온성 버퍼를 더 첨가함으로써 위액 환경에서도 하이드로겔 내부의 pH를 조절 및 유지하여 위액에서의 프로바이오틱스 생존율을 높이고 대장으로의 전달률을 향상시킬 수 있다.

Description

산성 환경에서 프로바이오틱스를 보호하는 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제 및 이를 포함하는 프로바이오틱스 전달용 조성물{Acid-resistant Hydrogel Formulation for Delivering Probiotics, and Compositions for Delivering Probiotics Comprising the Same}
본 발명은 하이드로겔, 프로바이오틱스 및 쯔비터 이온성 버퍼를 유효성분으로 포함하는 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제, 이를 포함하는 프로바이오틱스 전달용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
프로바이오틱스는 생균으로, 적당량 복용하였을 때 건강에 도움을 주는 박테리아이다(FAO/WHO, 2012). 일반적으로, 프로바이오틱스는 장에서 살아있는 상태로 기능하고, 장내면역기능 조절을 통한 건강증진뿐 아니라, IBD, 설사, 비만, 암 등 다양한 질병에 대해서도 효과를 보인다. 이를 위해 생산, 보관, 섭취 후의 전 단계에서 프로바이오틱스의 생존률이 보장되어야 한다. 특히, 섭취 후에 프로바이오틱스가 상부소화관, 특히 위산에 의해 죽지 않고, 충분한 양의 생균이 장까지 도달하여야 한다. 이를 위해, 1) 더 많은 수의 프로바이오틱스를 복용하거나 2) 프로바이오틱스 전달시스템 내에 봉입하는 방법이 논의 및 연구개발 중이다(Nature microbiology, 2017). 현재 가장 많은 수의 프로바이오틱스를 함유한 제품의 경우, 4.3*1011 CFU/sachet로 일반적인 프로바이오틱스에 비해 10배가량 많은 수의 생균을 함유하고 있으나, 가격적인 측면에서 한계가 있다. 또한, 다양한 딜리버리 시스템이 논의되었으나, a) 보호효과가 충분하지 않거나, 타겟위치에서 방출되지 않고 b) 복잡한 공정이 필요하거나 c) 봉입과정에서의 생균수 감소 및 기능적 손실 등의 어려움이 있다.
프로바이오틱스 전달시스템의 경우, 배양시점부터 생산공정 전반 및 섭취 전까지, 가해지는 높은 온도, 전단력, 압력, 삼투압, 유기용매의 사용으로 인해, 오히려 생균수 및 기능 저하가 일어날 수 있다. 또한, 추가적인 보호효과를 부여하기 위해 프로세스를 추가하면, 비용적인 부담이 증가할 뿐 아니라, 일반적으로 혐기성인 프로바이오틱스가 외부환경에 노출되는 시간이 길어지고, 추가되는 운반체(carrier) 물질이 프로바이오틱스와 반응하여 기능상 소실이 발생할 수 있다.
그렇기 때문에 프로바이오틱스 전달 시스템은 가능한 간단한 방식과 생물학적으로 안정하다고 검증된 물질로 만들어져야 한다. 이를 통해 전달시스템 자체가 프로바이오틱스와 반응하지 않고, 다양한 스트레스 환경에서 프로바이오틱스를 보호하여야 할 뿐 아니라 소장 및 대장에서 완전히 방출되어야 한다는 점에서 연구개발, 대량생산 상의 어려움이 있다. 또한, 프로바이오틱스는 외부 스트레스 환경에 대해서 생리적인 활성을 보이고, 적응하는 메커니즘을 가지고 있기 때문에, 생산공정 상에서 이러한 기능에 손상을 줄 수 있는 요인은 최소화하여야 한다.
한국등록특허 제10-0860516호(2008.09.22 등록).
본 발명의 목적은 pH가 낮은 위에서의 프로바이오틱스의 생존율을 높여 장으로의 전달률을 높일 수 있는 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 pH가 낮은 위에서의 프로바이오틱스의 생존율을 높여 장으로의 전달률을 높일 수 있는 프로바이오틱스 전달용 약학 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 pH가 낮은 위에서의 프로바이오틱스의 생존율을 높여 장으로의 전달률을 높일 수 있는 프로바이오틱스 전달용 건강기능식품 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 pH가 낮은 위에서의 프로바이오틱스의 생존율을 높여 장으로의 전달률을 높일 수 있는 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하이드로겔, 프로바이오틱스 및 쯔비터 이온성 버퍼를 유효성분으로 포함하는 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제를 제공한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 하이드로겔 제제를 유효성분으로 포함하는 프로바이오틱스 전달용 약학 조성물을 제공한다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 하이드로겔 제제를 유효성분으로 포함하는 프로바이오틱스 전달용 건강기능식품 조성물을 제공한다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (1) 프로바이오틱스 및 쯔비터 이온성 버퍼를 하이드로겔 용액에 첨가하여 혼합 용액을 제조하는 단계; 및 (2) 상기 혼합 용액을 염화칼슘(CaCl2) 용액에 떨어뜨려 하이드로겔에 프로바이오틱스 및 쯔비터 이온성 버퍼를 봉입시키는 단계를 포함하는, 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제 및 이를 포함하는 조성물은 균체의 외부 노출 시간이 짧고, pH 조절능을 부여하기 위해 첨가된 물질이 균체와 반응하지 않으며, 물리적으로 H+ 이온을 막는 것에서 더 나아가, 내부로 유입되는 H+ 이온을 능동적으로 중화하여 적정한 pH를 유지할 수 있으므로, 프로바이오틱스의 장으로의 전달률을 효과적으로 향상시킬 수 있으며, 이의 제조방법 또한 배양 후 균체 회수, 혼합, 겔화의 단순한 방법으로 이루어져 있어 대량 생산이 용이하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로바이오틱스를 봉입한 하이드로겔 제제의 제조과정을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로겔 제제와 기존의 하이드로겔 제제와의 차이점 및 작용 원리를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 사용한 프로바이오틱스 및 프로바이오틱스를 봉입한 하이드로겔 조성물의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 4는 인공 위액에서 일반적인 하이드로겔과 본 발명에서 제조한 하이드로겔의 내부 pH 변화를 관찰한 결과이다.
도 5는 본 발명에 따른 제제에서, 쯔비터 이온성 버퍼가 포함된 알지네이트에 프로바이오틱스를 포함했을 때 내산성에 미치는 효과를 확인한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 제제에서 쯔비터 이온성 버퍼의 함량에 따른 내산성 효과를 확인한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 제제에 서로 다른 종류의 아미노산을 사용했을 때 각 아미노산 별 내산성 효과를 확인한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 제제가 동결건조 과정을 거친 후의 내산성 효과를 확인한 것이다.
도 9는 상용화된 제품과 본 발명에 따른 제제의 내산성 효과를 비교한 것이다.
본 발명에서는, 기존에 개발된 하이드로겔 기반 전달시스템에, pH-조절능(pH-sustaining hydrogel system)을 원스텝으로 부여하여, 프로바이오틱스의 전달에 사용하였다. 프로바이오틱스는 낮은 pH나 체내에 존재하는 효소에 의해 죽기 때문에 이에 대한 보호효과가 필수적인데, 본 발명의 일 실시예에서 제조된 프로바이오틱스전달용 조성물은 상부소화관에서 유입되는 H+ 이온이 내부로 유입 되더라도 적정 pH를 유지하였고, 프로바이오틱스가 인공위액에 2시간 동안 노출된 후에도 활성을 보임을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 하이드로겔, 프로바이오틱스 및 쯔비터 이온성 버퍼를 유효성분으로 포함하는 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제를 제공한다.
본 발명의 도 1에 개시된 바와 같이, 하이드로겔 중 하나인 알지네이트 용액(1.0 ~ 3.0%; 102)에 프로바이오틱스(101) 및 쯔비터 이온성 버퍼(103)를 혼합한 후, 주사기에 넣고 CaCl2(0.05 ~ 0.25 M; 104) 용액이 담긴 비커에 한 방울씩 떨어뜨리면 프로바이오틱스와 쯔비터 이온성 버퍼가 모두 봉입된 하이드로겔 제제(105)가 생성된다. 알지네이트의 L-글루론산(G) 잔기가 Ca2 + 이온과 반응하여 계란 박스 형태로 겔화되기 때문이고, D-만누론산(M) 잔기는 겔화에 관여하지 않기 때문에 반응할 수 있는 카르복실기(-COOH)는 남아 있는 상태이다. 이렇게 남아있는 카르복실기는, pH에 따른 알지네이트 네트워크 구조가 조밀해지거나(shrink) 헐거워지는 데(swelling)에 관여한다.
즉, 알지네이트의 pKa는 3.2 정도로, pH 2.0에서 일반적으로 COOH의 형태로 존재하여 조밀해지고, pH 6.8 이상에서는 COO- 가 되어 전기적 반발이 일어나 헐거워진다. 이러한 특성을 이용하여, 종래에 장을 타겟으로 하는 약물 전달 플랫폼에 Ca2 +-알지네이트가 사용되었다. 종래에 프로바이오틱스를 위한 알지네이트 겔의 경우, 일반적으로 키토산 코팅을 하였는데, 이는 키토산의 아미노 그룹이 pH 2에서 (+) 전하를 띠므로 (-) 전하를 띠고 있는 알지네이트와 반상호 관통의 중합체 망(semi interpenetrating polymer network; IPN)을 형성하여 위산의 수소이온이 스며드는 것을 늦추기 때문인 것으로 알려져있다.
따라서, 본 발명에서는 알지네이트의 구멍(pore)으로 들어오는 수소 이온을 중화하기 위해 쯔비터 이온성 버퍼를 Ca-알지네이트 제제 겔에 혼재시켰다. 이때, 도 2에 개시된 바와 같이, Ca-알지네이트 겔만을 사용하는 경우(도 2 의 (a)) Ca-알지네이트의 구멍은 5 nm 이상이므로 이를 통해 수소 이온이 유입되어, 위에서 프로바이오틱스가 죽게 된다. 반대로 일반적인 버퍼(201)를 사용하는 경우에는, 도 2의 (b)에 개시된 바와 같이, 버퍼로 인해 Ca-알지네이트 구조가 손상되어 수소 이온이 유입되거나(왼쪽 도면), 버퍼가 제제 외부로 빠져나가고 수소 이온이 유입되어(오른쪽 도면), 프로바이오틱스가 죽게 된다.
그러나 본 발명에 따른 제제에서는, 도 2의 (c)에 개시된 바와 같이, 쯔비터 이온성 버퍼가 겔 내부에 존재하는 동시에 겔 내부로 스며들어오는 수소 이온을 중화시켜 겔 내부의 pH 변화를 완충하게 되고, 결과적으로, 수소 이온의 과도한 유입으로 인해, 대사, 단백질, DNA 등이 손상되어 죽는 프로바이오틱스를 쯔비터 이온성 버퍼로 중화함으로써 생존하게 만들어 준다.
상세하게는, 상기 하이드로겔은 알지네이트, 펙틴, 카라기난 및 젤라틴으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
상기 프로바이오틱스는 락토바실러스 속, 스트렙토코커스 속, 락토코커스 속, 엔테로코커스 속, 페디오코커스 속, 류코노스톡 속, 비셀라 속 및 비피도박테리움 속의 균주로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
보다 상세하게는, 상기 프로바이오틱스는 락토바실러스 아시도필루스(Lactobacillus acidophilus), 락토바실러스 카제이(Lactobacillus casei ), 락토바실러스 가세리(Lactobacilus gasseri ), 락토바실러스 델브루에키 종 불가리쿠스(Lactobacillus delbrueckii spp. bulgaricus ), 락토바실러스 헬베티쿠스(Lactobacillus helveticus ), 락토바실러스 퍼멘툼(Lactobacillus fermentum ), 락토바실러스 파라카제이(Lactobacillus paracasei ), 락토바실러스 플란타륨(Lactobacillus plantarum ), 락토바실러스 루테리(Lactobacillus reuteri ), 락토바실러스 람노서스(Lactobacillus rhamnosus ), 락토바실러스 살리바리우스(Lactobacillus salivarius ), 락토코코스 락티스(Lactococcus lactis ), 엔테로코쿠스 패시움(Enterrococcus faecium ), 엔테로코쿠스 페칼리스(Enterococcus faecalis ), 스트렙토코쿠스 써모필러스(Streptococcus thermophilus ), 비피도박테리움 비피둠(Bifidobacterium bifidum ), 비피도박테리움 브레베(Bifidobacterium breve ), 비피도박테리움 롱검(Bifidobacterium longum) 및 비피도박테리움 아니말리스 종 락티스(Bifidobacterium animalis ssp. lactis)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
이때, 상기 프로바이오틱스는 하이드로겔에 봉입된 형태로 존재할 수 있는 바, 하이드로겔에 의해 프로바이오틱스가 보호되므로 장으로의 전달률을 극대화할 수 있다.
상기 쯔비터 이온성 버퍼는 N-(2-하이드록시에틸)-피페라진-1-N'-2-에탄설폰산[N-(2-hydroxyethyl)-piperazine-N'-2-ethanesulfonic acid; HEPES], 글라이신 및 베타인으로 이루어진 군에서 선택될 수 있는 바, 특히 상기 쯔비터 이온성 버퍼의 내산성 향상 효과가 우수하였으므로 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 하이드로겔 제제 100 중량부에 대하여, 하이드로겔은 0.5 중량부 내지 5.0 중량부, 쯔비터 이온성 버퍼는 0.1 중량부 내지 10.0 중량부, 및 프로바이오틱스는 0.00001 중량부 내지 1 중량부로 포함될 수 있는 바, 이러한 함량 범위를 초과하거나, 함량 범위 미만으로 포함되는 경우, 장으로 전달되는 프로바이오틱스의 절대적인 양이 부족해지거나, 제제의 안정성이 저하되어 장으로 프로바이오틱스를 안전하게 전달할 수 없으므로 바람직하지 않다.
이때, 상기 프로바이오틱스는 7 내지 12 log CFU/g으로 포함될 수 있다.
또한, 상기 하이드로겔 제제에서, 알지네이트가 물, 쯔비터 이온성 버퍼, 프로바이오틱스를 잡아주는 형태로 존재함으로써 하이드로겔을 형성하는 바, 하이드로겔 제제 100 중량부에 대하여 80 중량부 내지 99.5 중량부의 물을 더 포함하고 있을 수 있다. 다만, 건조를 통해 물의 중량을 0에 수렴하도록 만들 수 있다.
상기 하이드로겔과 쯔비터 이온성 버퍼의 중량비는 1:5 내지 5:1 일 수 있고, 상세하게는 하이드로겔과 쯔비터 이온성 버퍼의 중량비는 1:5 내지 1:1일 수 있고, 보다 상세하게는 하이드로겔과 쯔비터 이온성 버퍼의 중량비가 1:5일 수 있는 바, 이런 비율로 포함될 때, 프로바이오틱스의 장으로의 전달률이 극대화되므로 바람직하며, 이때, 상기 프로바이오틱스는 7 내지 12 log CFU/g으로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제제는 카르복시메틸셀룰로오스(Carboxymethylcellulose)를 더 포함할 수 있는 바, 특히 쯔비터 이온성 버퍼로서 글라이신을 포함하는 경우, pH 중화 효과를 극대화할 수 있으므로 바람직하다.
또한, 상기 제제는 동결건조된 것일 수 있는 바, 상기 제제가 동결건조 되는 경우, 내산성 특성이 더욱 향상되므로 바람직하며, 상용화를 위한 과정을 거치더라도 프로바이오틱스를 장으로 전달하는 효과를 유지 내지는 극대화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제제는 평균 직경이 200 내지 3000 um인 정형 또는 비정형의 형태일 수 있고, 물을 포함하는 겔의 형태일 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.
또한, 건조 과정을 거칠 경우, 평균 직경이 40 내지 700 um인 정형 또는 비정형의 형태일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
보다 상세하게는, 상기 하이드로겔 제제는 예를 들어 비드 형태일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이때, 상기 쯔비터 이온성 버퍼는 제제 내부로 들어오는 수소 이온을 중화함으로써 제제의 내산성을 향상시켜 프로바이오틱스를 장까지 전달할 수 있다.
더불어, 본 발명은 상기 하이드로겔 제제를 유효성분으로 포함하는 프로바이오틱스 전달용 약학 조성물을 제공한다.
상기 하이드로겔 제제는 약학 조성물 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 90 중량부로 포함될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명에 따른 약학 조성물은 상기 하이드로겔 제제 외에 약학 조성물의 제조에 통상적으로 사용하는 적절한 담체, 부형제 또는 희석제를 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용 가능한 담체, 부형제 또는 희석제로는, 락토즈, 덱스트로즈, 수크로스, 솔비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨, 말티톨, 전분, 아카시아 고무, 알지네이트, 젤라틴, 칼슘 포스페이트, 칼슘 실리케이트, 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 미정질 셀룰로스, 폴리비닐 피롤리돈, 물, 메틸히드록시벤조에이트, 프로필히드록시벤조에이트, 탈크, 마그네슘 스테아레이트 또는 광물유 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 약학 조성물은 점안제, 과립제, 정제, 환제, 캡슐제, 겔, 시럽, 현탁제, 유제, 점적제, 액제 및 주사제로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 제형일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제제화할 경우에는 보통 사용하는 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제된다. 경구 투여를 위한 고형제제에는 정제, 환제, 산제, 과립제, 캡슐제 등이 포함되며, 이러한 고형제제는 적어도 하나 이상의 부형제, 예를 들면, 전분, 칼슘카보네이트(calcium carbonate), 수크로스(sucrose) 또는 락토오스(lactose), 젤라틴 등을 섞어 조제할 수 있다.
또한, 단순한 부형제 이외에 마그네슘 스테아레이트, 탈크 같은 윤활제들도 사용된다. 경구를 위한 액상 제제로는 현탁제, 내용액제, 유제, 시럽제 등이 해당되는데 흔히 사용되는 단순희석제인 물, 리퀴드 파라핀 이외에 여러 가지 부형제, 예를 들면 습윤제, 감미제, 방향제, 보존제 등이 포함될 수 있다.
비경구 투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결건조 제제, 좌제가 포함된다. 비수성용제, 현탁제로는 프로필렌글리콜(propylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다. 좌제의 기제로는 위텝솔(witepsol), 마크로골, 트윈(tween) 61, 카카오지, 라우린지, 글리세로제라틴 등이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 약학 조성물의 투여량은 투여경로, 질병의 정도, 성별, 체중, 나이 등에 따라서 증감될 수 있다.　따라서, 상기 투여량은 어떠한 면으로든 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 상기 하이드로겔 제제를 유효성분으로 포함하는 프로바이오틱스 전달용 건강기능식품 조성물을 제공한다.
상기 하이드로겔 제제는 건강기능식품 조성물 100 중량부에 대하여 0.01 내지 80 중량부로 포함될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
상기 건강기능식품 조성물은 여러 가지 영양제, 비타민, 광물(전해질), 합성 풍미제 및 천연 풍미제 등의 풍미제, 착색제 및 중진제(치즈, 초콜릿 등), 펙트산 및 그의 염, 알긴산 및 그의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 증점제, pH 조절제, 안정화제, 방부제, 글리세린, 알코올, 탄산음료에 사용되는 탄산화제 등을 함유할 수 있다. 그밖에 천연 과일 주스, 합성 과일 주스 및 야채 음료의 제조를 위한 과육을 함유할 수 있다. 이러한 성분은 독립적으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 건강기능식품 조성물은 육류, 소세지, 빵, 초콜릿, 캔디류, 스넥류, 과자류, 피자, 라면, 껌류, 아이스크림류, 스프, 음료수, 차, 기능수, 드링크제, 알코올 및 비타민 복합제 중 어느 하나의 형태일 수 있다.
또한, 상기 건강기능식품 조성물은 식품첨가물을 추가로 포함할 수 있으며, "식품첨가물"로서의 적합 여부는 다른 규정이 없는 한 식품의약품 안정청에 승인된 식품첨가물공전의 총칙 및 일반 시험법 등에 따라 해당 품목에 관한 규격 및 기준에 의하여 판정한다.
상기 "식품첨가물공전"에 수재된 품목으로 예를 들어, 케톤류, 글리신, 구연산 칼륨, 니코틴산, 계피산 등의 화학적 합성품, 감색소, 감초추출물, 결정셀룰로오스, 고랭색소, 구아검 등의 천연첨가물, L-글루타민산나트륨 제제, 면류 첨가 알칼리제, 보존료제제, 타르색소 제제 등의 혼합 제제류 등을 들 수 있다.
더욱이, 본 발명은 (1) 프로바이오틱스 및 쯔비터 이온성 버퍼를 하이드로겔 용액에 첨가하여 혼합 용액을 제조하는 단계; 및 (2) 상기 혼합 용액을 염화칼슘(CaCl2) 용액에 떨어뜨려 하이드로겔에 프로바이오틱스 및 쯔비터 이온성 버퍼를 봉입시키는 단계를 포함하는, 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제의 제조방법을 제공한다.
즉, 본 발명에 따른 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제의 제조방법은, 다른 유기 용매 등을 사용하지 않으면서도 각 성분의 혼합 후 겔화라는 단순한 원리를 이용하고 있는 바, 효율적으로 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제를 제조할 수 있다.
이때, 상기 단계 (2)에서, 제제를 동결건조하는 단계를 더 포함할 수 있는 바, 이러한 과정을 거치더라도 내산성 활성이 우수하여 프로바이오틱스를 보다 효과적으로 장에 전달할 수 있다.
상세하게는, 상기 하이드로겔은 알지네이트, 펙틴, 카라기난 및 젤라틴으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
상기 프로바이오틱스는 락토바실러스 속, 스트렙토코커스 속, 락토코커스 속, 엔테로코커스 속, 페디오코커스 속, 류코노스톡 속, 비셀라 속 및 비피도박테리움 속의 균주로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
보다 상세하게는, 상기 프로바이오틱스는 락토바실러스 아시도필루스(Lactobacillus acidophilus), 락토바실러스 카제이(Lactobacillus casei ), 락토바실러스 가세리(Lactobacilus gasseri ), 락토바실러스 델브루에키 종 불가리쿠스(Lactobacillus delbrueckii spp. bulgaricus ), 락토바실러스 헬베티쿠스(Lactobacillus helveticus ), 락토바실러스 퍼멘툼(Lactobacillus fermentum ), 락토바실러스 파라카제이(Lactobacillus paracasei ), 락토바실러스 플란타륨(Lactobacillus plantarum ), 락토바실러스 루테리(Lactobacillus reuteri ), 락토바실러스 람노서스(Lactobacillus rhamnosus ), 락토바실러스 살리바리우스(Lactobacillus salivarius ), 락토코코스 락티스(Lactococcus lactis ), 엔테로코쿠스 패시움(Enterro coccus faecium ), 엔테로코쿠스 페칼리스(Enterococcus faecalis ), 스트렙토코쿠스 써모필러스(Streptococcus thermophilus ), 비피도박테리움 비피둠(Bifidobacterium bifidum ), 비피도박테리움 브레베(Bifidobacterium breve ), 비피도박테리움 롱검(Bifidobacterium longum ) 및 비피도박테리움 아니말리스 종 락티스(Bifidobacterium animalis ssp. lactis )으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
상기 쯔비터 이온성 버퍼는 N-(2-하이드록시에틸)-피페라진-1-N'-2-에탄설폰산[N-(2-hydroxyethyl)-piperazine-N'-2-ethanesulfonic acid; HEPES], 글라이신 및 베타인으로 이루어진 군에서 선택될 수 있는 바, 특히 상기 쯔비터 이온성 버퍼의 내산성 향상 효과가 우수하였으므로 바람직하다.
상기 하이드로겔과 쯔비터 이온성 버퍼의 중량비는 1:5 내지 5:1 일 수 있고, 상세하게는 하이드로겔과 쯔비터 이온성 버퍼의 중량비는 1:5 내지 1:1일 수 있고, 보다 상세하게는 하이드로겔과 쯔비터 이온성 버퍼의 중량비가 1:5일 수 있는 바, 이런 비율로 포함될 때, 프로바이오틱스의 장으로의 전달률이 극대화되므로 바람직하며, 이때, 상기 프로바이오틱스는 7 내지 12 log CFU/g으로 포함될 수 있다.
또한, 상기 하이드로겔 제제에서, 알지네이트가 물, 쯔비터 이온성 버퍼, 프로바이오틱스를 잡아주는 형태로 존재함으로써 하이드로겔을 형성하는 바, 하이드로겔 제제 100 중량부에 대하여 80 중량부 내지 99.5 중량부의 물을 더 포함하고 있을 수 있다. 다만, 건조를 통해 물의 중량을 0에 수렴하도록 만들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제제는 카르복시메틸셀룰로오스(Carboxymethylcellulose)를 더 포함할 수 있는 바, 특히 쯔비터 이온성 버퍼로서 글라이신을 포함하는 경우, pH 중화 효과를 극대화할 수 있으므로 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제제는 평균 직경이 200 내지 3000 um인 정형 또는 비정형의 형태일 수 있고, 물을 포함하는 겔의 형태일 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.
또한, 건조 과정을 거칠 경우, 평균 직경이 40 내지 700 um인 정형 또는 비정형의 형태일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
보다 상세하게는, 상기 하이드로겔 제제는 예를 들어 비드 형태일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이며 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐이므로 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1> 하이드로겔 기반의 프로바이오틱스 전달용 조성물 제조
먼저 하이드로겔로서 알지네이트를 사용하였고, 프로바이오틱스는 락토 바실러스 람노서스 GG(KCTC, 5033)를 사용하였다. 진탕배양기(37℃, 220 rpm)에서 24 내지 48시간동안 배양하고 있던 균주를 회수하고, 상기 락토 바실러스 균주와 쯔비터 이온성 버퍼인 HEPES를 알지네이트 용액(1 ~ 3%)에 첨가하여, 쯔비터 이온성 버퍼와 알지네이트의 중량 비율이 1:5 내지 5:1이 되도록 한 후, 상기 혼합된 알지네이트 용액을 주사기에 넣어 CaCl2(0.05 ~ 0.50M) 용액이 담긴 비커에 한 방울씩 떨어뜨림으로써 프로바이오틱스와 쯔비터 이온성 버퍼가 모두 봉입된 비드 형태의 하이드로겔 제제를 제조하였고, 이를 SEM을 이용해 확인하였다.
그 결과, 도 3에 나타난 바와 같이, 락토 바실러스 균주(위의 도면)가 하이드로겔 내부에 봉입된 것을(아래의 도면) 확인하였다.
이후, 실험에 사용할 대조군으로는 쯔비터 이온 버퍼 용액을 첨가하지 않고 락토 바실러스 균주만을 하이드로겔 제제 내부에 봉입하여 사용하였다.
<실시예 2> 인공 위액에서의 하이드로겔 제제의 내산성 효과 확인
상기 실시예 1의 쯔비터 이온성 버퍼가 포함된 하이드로겔 제제 및, 대조군인 하이드로겔 제제를 제조하되, 혼합 용액에 산성 조건에서 색이 변화하는 지시약을 첨가하여 제제에 포함시켰다. 그 후, pH가 2인 인공 위액에 담고 10분 후의 모습을 관찰하였다.
그 결과, 도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 쯔비터 이온성 버퍼가 포함된 하이드로겔은 내부의 pH를 3 이상으로 유지하는 반면, 대조군의 제제는 그렇지 않은 것을 확인할 수 있었다.
<실시예 3> 다양한 쯔비터 이온성 버퍼 사용 시 내산성 효과 확인
상기 실시예 1에서 제조한 방법대로 하이드로겔 제제를 제조하되, 쯔비터 이온성 버퍼로서 HEPES 대신 글라이신(Gly) 및 베타인(Betaine)을 사용한 제제를 제조하였다. 글라이신은 식품에 사용이 가능한 반면, HEPES는 사용이 어려운 바, 글라이신과 구조가 유사하면서 식품에도 사용이 가능한 베타인을 이용하였다. 이때 각 성분의 농도 및 조합은 하기 <표 1>에 나타난 바와 같았다.
Figure pat00001
이후, 하이드로겔 제제 및 대조군의 pH 2인 인공 위액에서 2시간이 지난 후의 락토 바실러스의 생존율을 측정하였다. 구체적으로, 0.1% 펩톤에 100~내지 107으로 연속적으로 희석한 후 MRS 아가를 사용하여 플레이팅 카운팅하여 생존률(CFU: colony forming unit)을 측정하였고, 이를 log CFU/g으로 환산하여 결과에 나타내었다. 이때, 실험은 두 번에 걸쳐 진행하였다.
그 결과, 도 5에 나타난 바와 같이, 프로바이오틱스를 글라이신이 포함된 알지네이트에 봉입할 경우(Alg+Glycine, 15:75), 베타인이 포함된 알지네이트에 봉입할 경우(Alg+Betaine, 15:75), HEPES가 포함된 알지네이트에 봉입할 경우(Alg+HEPES, 15:75) 모두 내산성이 현저히 향상되는 것을 확인하였다.
한편, 글라이신을 제제에 포함하는 경우, 생존율 시험의 편차가 다소 있었으므로, 이후의 실험에서는 알지네이트에 카르복시메틸셀룰로오스(CarboxyMethylCellulose; CMC)를 더 추가하여 글라이신의 효과를 극대화하였다.
<실시예 4> 쯔비터 이온성 버퍼의 함량에 따른 내산성 효과 확인
쯔비터 이온성 버퍼의 함량에 따라 내산성에 변화가 일어나는지 여부를 확인하기 위해, 알지네이트와 혼합할 글라이신 및 HEPES의 첨가량을 0 내지 300 mg/mL로 조절하여 첨가한 뒤 제조한 제제를 대상으로 상기 실시예 3에서 수행한 방법대로 내산성 효과를 확인하였다. 이때, 각 쯔비터 이온성 버퍼의 함량은 하기 <표 2>에 나타난 바와 같았다.
Figure pat00002
그 결과, 도 6에 나타난 바와 같이, 물 1 mL 당, 알지네이트가 15 mg, 쯔비터 이온성 버퍼가 75 mg으로 함유될 때 효과가 가장 좋았으며, 그 이하로, 또는 그 이상으로 쯔비터 이온성 버퍼가 포함될 경우에는 낮은 pH에서 프로바이오틱스에 대한 보호 효과가 떨어지는 문제가 발생하였는 바(도시하지 않음), 최적 함량을 확인할 수 있었다.
<실시예 5> 아미노산 종류에 따른 내산성 효과 확인
쯔비터 이온성 버퍼에 해당되는 아미노산의 종류에 따라 내산성에 변화가 일어나는지 여부를 확인하기 위해, 알지네이트와 카르복시메틸 셀룰로오스를 혼합한 슬러리에 다양한 아미노산들을 각각 혼합한 후 칼슘 이온을 이용하여 겔화하였고 이렇게 제조된 제제를 대상으로 상기 실시예 3에서 수행한 방법대로 내산성 효과를 확인하였다. 이때, 각 아미노산의 종류 및 함량은 <표 3>에 나타난 바와 같았다.
Figure pat00003
그 결과, 도 7에 나타난 바와 같이, 글라이신을 포함한 제제의 내산성 효과가 특히 다른 아미노산들에 비해 현저히 우수하였다. 반면에 프롤린의 경우 내산성 효과를 전혀 나타내지 않았는 바, 글라이신만이 프로바이오틱스 전달용 제제에 가장 최적화된 아미노산임을 확인하였다.
<실시예 6> 동결건조에 따른 내산성 효과 확인
제제를 실용화하여 제품화하기 위해서는 동결건조 과정을 거쳐야하는 바, 이에 제조된 제제에 동결건조를 하면 내산성에 변화가 일어나는지 여부를 확인하기 위해, 알지네이트와 카르복시메틸 셀룰로오스를 혼합한 슬러리에 글라이신을 혼합한 후 칼슘 이온을 이용하여 겔화하였고 이렇게 제조된 제제를 동결건조하였다. 이후, 상기 실시예 3에서 수행한 방법대로 내산성 효과를 확인하였다. 이때, 각 제제의 성분은 <표 4>에 나타난 바와 같았다.
Figure pat00004
그 결과, 도 8에 나타난 바와 같이, 동결건조 후에도 알지네이트, 카르복시메틸 셀룰로오스 및 글라이신을 포함하는 겔 제제는 프로바이오틱스를 위한 내산성 효과가 우수함을 확인하였다.
<실시예 7> 상용화된 제품과의 내산성 효과 비교
현재 상용화된 프로바이오틱스 제품(I사의 G제품(#A) 및 C사의 D제품(#B))과 본 발명에 따른 알지네이트 및 HEPES를 포함하는 제제의 내산성 효과를 비교하기 위하여, 상기 제품들을 해당 사 웹 페이지에서 구매 후 냉장 보관하였고, 수령 후 2달이 되기 전 실험을 수행하였다. 구체적으로, 하기 <표 5>에 나타난 함량으로 성분을 혼합하여 실시예 1에 개시된 방법대로 제제를 제조하고, #A 및 #B와 함께 실시예 3에 수행한 방법대로 내산성 효과를 확인하였다.
Figure pat00005
그 결과, 도 9에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 제제가 pH 2의 환경에서 #A 및 #B보다 유의한 내산성 효과를 나타냄을 확인할 수 있었다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 즉, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다.

Claims (14)

  1. 하이드로겔, 프로바이오틱스 및 쯔비터 이온성 버퍼를 유효성분으로 포함하는 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 하이드로겔은 알지네이트, 펙틴, 카라기난 및 젤라틴으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 프로바이오틱스는 락토바실러스 속, 스트렙토코커스 속, 락토코커스 속, 엔테로코커스 속, 페디오코커스 속, 류코노스톡 속, 비셀라 속 및 비피도박테리움 속의 균주로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 프로바이오틱스는 하이드로겔에 봉입된 형태로 존재하는 것을 특징으로 하는 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 쯔비터 이온성 버퍼는 N-(2-하이드록시에틸)-피페라진-1-N'-2-에탄설폰산[N-(2-hydroxyethyl)-piperazine-N'-2-ethanesulfonic acid; HEPES], 글라이신 및 베타인으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 하이드로겔 제제 100 중량부에 대하여, 하이드로겔은 0.5 중량부 내지 5.0 중량부, 쯔비터 이온성 버퍼는 0.1 중량부 내지 10.0 중량부, 및 프로바이오틱스는 0.00001 중량부 내지 1 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 하이드로겔과 쯔비터 이온성 버퍼의 중량비는 1:5 내지 5:1인 것을 특징으로 하는 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제제는 카르복시메틸셀룰로오스(Carboxymethylcellulose)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제제는 동결건조된 것을 특징으로 하는 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 쯔비터 이온성 버퍼는 제제 내부로 들어오는 수소 이온을 중화함으로써 제제의 내산성을 향상시켜 프로바이오틱스를 장까지 전달하는 것을 특징으로 하는 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 하이드로겔 제제를 유효성분으로 포함하는 프로바이오틱스 전달용 약학 조성물.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 하이드로겔 제제를 유효성분으로 포함하는 프로바이오틱스 전달용 건강기능식품 조성물.
  13. (1) 프로바이오틱스 및 쯔비터 이온성 버퍼를 하이드로겔 용액에 첨가하여 혼합 용액을 제조하는 단계; 및
    (2) 상기 혼합 용액을 염화칼슘(CaCl2) 용액에 떨어뜨려 하이드로겔에 프로바이오틱스 및 쯔비터 이온성 버퍼를 봉입시키는 단계를 포함하는, 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 단계 (2)에서, 제제를 동결건조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로바이오틱스 전달용 하이드로겔 제제의 제조방법.
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