KR20210039297A - 마 유래 세포외 소포체 및 이의 용도 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마(Dioscorea japonica Thunb)에서 유래된 세포외 소포체 및 이의 용도에 관한 것으로, 마로부터 유래된 항암 활성을 가지는 세포외 소포체, 상기 세포외 소포체를 유효성분으로 포함하는 암 예방 또는 치료용 약학 조성물 및 건강기능식품 조성물을 제공한다.
상기 마 유래 세포외 소포체는 암 세포 내로 침투가 가능하고 암 세포의 증식, 침윤, 이동 등을 효과적으로 억제하는 등 우수한 항암 활성을 가져 효과적인 항암 조성물로 제공될 수 있다.

Description

마 유래 세포외 소포체 및 이의 용도{YAM DERIVED EXTRACELLULAR VESICLES AND USE THEREOF}

본 발명은 마(Dioscorea japonica Thunb)에서 유래된 세포외 소포체 및 이의 용도에 관한 것이다.

암은 인류가 해결해야 할 난치병 중의 하나로, 전 세계적으로 이를 치유하기 위한 개발에 막대한 자본이 투자되고 있는 실정이며, 우리나라의 경우, 1983년 이후로 한국인의 사망원인 중 1위의 질병으로 연간 약 10만 명 이상이 진단되고 있으며, 약 6만 명 이상이 사망하고 있다.

한국인의 암 환자 수는 점차 증가하는 추세이며, 그 중에서도 유방암은 여성에게 발병률이 가장 높은 암으로 보고되고 있다. 보건복지부와 중앙암등록본부에서 2018년 12월 27일, 국가암등록통계사업을 통해 수집된 우리나라 2016년 국가암등록통계에 따르면 2016년에 새로 발생한 암환자 수는 22만 9180명(남 12만 68명, 여 10만 9112명)으로, 전년도(21만 6542명)에 비해 1만 2638명(5.8%) 증가하였다. 남녀 전체에서 가장 많이 발생한 암은 위암이었으며, 이어서 대장암, 갑상선암, 폐암, 유방암, 간암, 전립선암 순으로 많이 나타났다. 2015년과 비교했을 때, 여성의 경우 유방암이 암발생 1위를 차지하였고 발병률도 지속적으로 증가하고 있다.

최근 의학적 발달로 수술적 치료, 방사선 치료, 항암 치료 등 방법이 다양하게 향상되어 유방암의 5년 상대 생존율이 92.7%로 생존율이 높음에도 불구하고 환자들은 재발에 대한 두려움과 치료과정에서 겪는 신체적ㆍ사회 심리적 증상들로 인해 삶의 질이 저하될 수 있다.

유방암은 발병했을 때의 힘든 치료방법과 치료 후의 삶의 질의 저하 따라 항암제를 통해 치료하는 기존의 화학요법과 또는 유방부분절제술(유방보존술)과 유방전절제술과 같은 수술적 치료, 고 에너지의 방사선을 이용하여 종양을 치료하는 방서선 치료와 달리 부작용이 적으면서 인체에 미치는 고통을 최소화하는 암 예방 및 치료 요법을 개발하는 데 사람들의 관심이 증가되었다. 그에 따라 자연에서 쉽게 얻을 수 있고 부작용은 적고 암을 효율적으로 치료할 수 있는, 식물 유래의 천연 물질들에 많은 관심을 가지게 되었다.

세포외 소포체(Extracellular Vesicles, EVs)는 세포 활동 중에 나오는 물질로, 10⁹분의 1m 크기를 가진 나노소포체라고도 한다. 세포외 소포체는 엑소좀(exosomes), 미세소포(microvesicles), 세포 자살체(apoptotic bodies)로 3가지 군으로 구분된다. 엑소좀의 기원은 내포작용 경로(endocytic pathway)로, 크기는 30-100 nm이며, 다세포 진핵 생명체의 혈액, 오줌 등 체액과 진핵세포를 배양한 배양액에서 관찰할 수 있다. 미세소포의 기원은 원형질막(plasma membrane)으로, 크기는 50-1,000 nm이다. 세포 자살체의 기원도 원형질막이며, 크기는 500-2,000 nm 크기이다. 이러한 나노소포체를 통해 질병의 진단, 예후, 치료 등 다양한 임상 연구가 진행되고 있다.

최근에는 식품에서 나노소포체들이 분비된다는 보고가 있고, 이때 분비되는 나노소포체는 생리 활성 역할뿐만 아니라 약물 매개체로 안전하게 사용된다고 알려져 있다. 하지만, 마에서 분비되는 나노소포체의 항암 효과에 대해서는 아직 보고된 바 없다.

대한민국 공개특허 제10-2004-0033104호 (2004.04.21 공개)

본 발명의 목적은 천연물 유래 세포외 소포체를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 세포외 소포체를 포함하는 항암용 조성물을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 세포외 소포체의 제조방법을 제공하는 데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 마(Dioscorea japonica Thunb)로부터 유래된, 항암 활성을 가지는 세포외 소포체(extracellular vesicle)를 제공한다.

본 발명은 상기의 세포외 소포체를 유효성분으로 포함하는 암 예방 또는 치료용 약학 조성물을 제공한다.

본 발명은 상기의 세포외 소포체를 유효성분으로 포함하는 암 예방 또는 개선용 건강기능식품 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 마 분쇄물을 제조하는 단계; 상기 제조된 마 분쇄물을 250 내지 750 g에서 5 내지 15분간 1차 원심분리하는 단계; 상기 1차 원심분리하여 수득한 상층액을 1,000 내지 3,000 g에서 10 내지 30분간 2차 원심분리하는 단계; 상기 2차 원심분리하여 수득한 상층액을 5,000 내지 15,000 g에서 15 내지 45분간 3차 원심분리하는 단계; 및 상기 3차 원심분리하여 수득한 상층액을 50,000 내지 150,000 g에서 1 내지 3시간 4차 원심분리하여 펠렛을 수득하는 단계;를 포함하는 마(Dioscorea japonica Thunb) 유래 세포외 소포체 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 마 유래 세포외 소포체는 암 세포 내로 침투가 가능하고 암 세포의 증식, 침윤, 이동 등을 효과적으로 억제하는 등 우수한 항암 활성을 가진다. 이에, 상기 마 유래 세포외 소포체를 암 질환 예방, 개선 또는 치료를 위한 약학 조성물 또는 건강기능식품 조성물로 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 마 유래 세포외 소포체를 이용함으로써, 섭취 및 장기 보관이 용이하며, 많은 양의 마를 섭취하지 않더라도 우수한 항암 효과를 나타낼 수 있는 장점이 있다.

도 1은 마에서 나노소포체를 분리하는 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실험예에 따른 마 나노소포체의 크기를 분석한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실험예에 따른 마 나노소포체의 농도에 따른 유방암 세포의 증식률을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실험예에 따른 마 나노소포체의 농도에 따른 유방암 세포의 침윤에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실험예에 따른 마 나노소포체의 농도에 따른 유방암 세포의 이동 정도를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실험예에 따른 마 나노소포체가 유방암 세포 내에 침투함을 나타낸 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실험예에 따른 마 나노소포체와 디오스게닌의 농도에 따른 유방암 세포의 증식률을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실험예에 따른 냉동보관 후의 마 나노소포체의 크기를 분석한 그래프이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명자는 마로부터 분리한 나노소포체가 유방암 세포의 증식, 침윤, 이동 등을 효과적으로 억제함을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.

본 발명은 항암 활성을 가지는 세포외 소포체(extracellular vesicle)를 제공한다.

상기 세포외 소포체는 마(Dioscorea japonica Thunb)로부터 유래된 것일 수 있다.

본 명세서에서, "마(Dioscorea japonica Thunb)"는 한국, 일본, 타이완, 중국 등에 분포하는 외떡잎식물 백합목 마과의 덩굴성 여러해살이풀로, 산에서 자생하거나 약초로 재배되기도 한다. 덩이뿌리를 한방에서는 산약이라고 하며, 이를 식용하거나 강장, 강정, 지사제로 약용한다.

상기 마는 덩이뿌리, 덩굴줄기, 잎, 꽃 또는 이의 혼합 부위일 수 있고, 바람직하게는 덩이뿌리 부위를 이용한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 명세서에서, "세포외 소포체(extracellular vesicle, EV)"는 다양한 세포들로부터 분비되는 막 구조의 작은 소낭으로, 다낭체와 원형질막의 융합이 일어나 세포 밖 환경으로 방출되는 소낭을 의미하며, 나노소포체(nanovesicle)로도 정의될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 세포외 소포체는 엑소좀(exosomes), 미세소포(microvesicles)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 세포외 소포체는 평균 입경이 50 내지 300 nm인 나노소포체일 수 있으며, 바람직하게는 평균 입경이 100 내지 200 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 상기 세포외 소포체는 초원심분리(ultracentrifugation), 밀도구배원심분리(density gradient centrifugation), 초미세여과(ultrafiltration), 사이즈 배제 크로마토그래피(size exclusion chromatography), 이온 교환 크로마토그래피(ion exchange chromatography), 면역친화성 분리(immunoaffinity capture), 미세유체기술 분리(microfluidics-based isolation), 침전(exosome precipitation), 총 엑소좀 추출 키트(total exosome isolation kit), 또는 폴리머 기반 침전(polymer based precipitation) 등의 방법을 사용하여 마로부터 분리된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

바람직하게는 상기 세포외 소포체는 마를 원심분리하여 얻은 것일 수 있으며, 보다 바람직하게는, 상기 세포외 소포체는 마 분쇄물을 250 내지 750 g에서 5 내지 15분간 1차 원심분리하고, 상기 1차 원심분리로 수득한 상층액을 1,000 내지 3,000 g에서 10 내지 30분간 2차 원심분리하며, 상기 2차 원심분리로 수득한 상층액을 5,000 내지 15,000 g에서 15 내지 45분간 3차 원심분리하고, 상기 3차 원심분리로 수득한 상층액을 50,000 내지 150,000 g에서 1 내지 3시간 4차 원심분리하여 수득한 것으로, 상기 4차 원심분리하여 수득한 원심분리물 중 상층액을 제외한 펠렛일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 마 분쇄물은 마를 인산완충용액(PBS)에 넣어 분쇄한 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 마 착즙물, 추출물 등으로 직접 제조한 것일 수 있으며, 또는 상업적으로 판매하는 마 분쇄물, 마 착즙물 또는 추출물 등을 구매한 것일 수 있다.

상기에 따라 수득한 세포외 소포체는 디오스코린(dioscorin) 단백질을 포함할 수 있다.

본 명세서에서, "디오스코린(dioscorin)"은 참마과에 포함된 수용성 단백질로, 항산화 작용을 하는 것으로 알려져 있다.

본 발명의 일 실험예에 따르면, 마로부터 분리된 나노소포체에서 디오스코린 단백질이 포함됨을 처음으로 확인한 바, 상기 단백질이 마 유래 나노소포체의 항암 활성을 나타내는 성분으로 판단될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 세포외 소포체는 암 세포 내로 침투할 수 있고, 암 세포의 증식, 이동 또는 침윤을 억제하는 항암 활성을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실험예에 따르면, 상기 세포외 소포체가 유방암 세포 또는 폐암 세포에서 세포 내로 침투함을 확인하였고, 상기 암 세포의 증식, 침윤 및 이동을 유의하게 억제함을 확인할 수 있었다.

이에, 상기 세포외 소포체는 암 예방 또는 치료용 약학 조성물 또는 건강기능식품 조성물로 제공될 수 있다.

본 발명은 상기 마 유래 세포외 소포체를 유효성분으로 포함하는 암 예방 또는 치료용 약학 조성물을 제공한다.

상기 조성물은 상기 세포외 소포체가 0.001 내지 50 중량부 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 조성물은 암 세포 내로 침투하여 암 세포의 증식, 이동 또는 침윤을 억제함으로써 암을 예방 또는 치료할 수 있다.

상기 암은 유방암, 폐암, 간암, 위암, 대장암, 신장암, 방광암, 급성 골수성 백혈병, 급성 림프구성 백혈병, 자궁암, 난소암, 후두암, 전립선암, 갑상선암, 두부 또는 경부암, 뇌암 및 혈액암으로 이루어진 군에서 선택되는 질환일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 약학 조성물은 약학적 분야의 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다. 상기 약학 조성물은 제형에 따라 약학적으로 허용가능한 적절한 담체와 배합될 수 있고, 필요에 따라, 부형제, 희석제, 분산제, 유화제, 완충제, 안정제, 결합제, 붕해제, 용제 등을 더 포함하여 제조될 수 있다. 상기 적절한 담체 등은 본 발명에 따른 마 유래 세포외 소포체의 활성 및 특성을 저해하지 않는 것으로, 투여 형태 및 제형에 따라 달리 선택될 수 있다.

상기 약학 조성물에 포함될 수 있는 담체, 부형제, 희석제 등으로는 락토오스, 덱스트로오스, 수크로오스, 소르비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨, 말티톨, 전분, 아카시아 고무, 알지네이트, 젤라틴, 칼슘 포스페이트, 칼슘 실리케이트, 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 미정질 셀룰로오스, 폴리비닐 피롤리돈, 물, 메틸히드록시 벤조에이트, 프로필히드록시 벤조에이트, 탈크, 마그네슘 스테아레이트 및 광물유 등이 있다. 상기 조성물을 제제화할 경우에는 보통 사용하는 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제될 수 있다.

본 발명에 따른 약학 조성물은 어떠한 제형으로도 적용될 수 있고, 상세하게는 통상의 방법에 따라 산제, 과립제, 정제, 캡슐제, 현탁액, 에멀젼, 시럽, 에어로졸 등의 경구형 제형, 외용제, 좌제 및 멸균 주사용액의 형태로 제형화하여 사용될 수 있으며, 바람직하게는 경구 투여에 적합한 단위투여형의 제제로 제형화시켜 사용될 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 경구형 제형 중 고형 제형은 정제, 환제, 산제, 과립제, 캡슐제 등의 형태로, 적어도 하나 이상의 부형제, 예를 들면, 전분, 칼슘카보네이트, 수크로스, 락토오스, 솔비톨, 만니톨, 셀룰로오스, 젤라틴 등을 섞어 조제할 수 있고, 단순한 부형제 이외에 마그네슘 스테아레이트, 탈크 같은 윤활제들도 포함될 수 있다. 또한, 캡술제형의 경우 상기 언급한 물질 외에도 지방유와 같은 액체 담체를 더 포함할 수 있다.

상기 경구형 제형 중 액상 제형은 현탁제, 내용액제, 유제, 시럽제 등이 해당되는데 흔히 사용되는 단순 희석제인 물, 리퀴드 파라핀 이외에 여러 가지 부형제, 예를 들면 습윤제, 감미제, 방향제, 보존제 등이 포함될 수 있다.

상기 비경구 제형은 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 주사제, 동결건조 제제, 좌제 등이 포함될 수 있다. 비수성용제, 현탁제로는 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다. 좌제의 기제로는 위텝솔(witepsol), 마크로골, 트윈 61, 카카오지, 라우린지, 글리세로제라틴 등이 사용될 수 있다. 이에 제한되지 않고, 당업계에 널리 공지된 적합한 제제를 모두 사용 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 약학 조성물은 치료 효능의 증진을 위해 항산화제를 더 첨가할 수 있다. 상기 항산화제로는 티아민(thiamin, 비타민 B1), 리보플라빈(riboflavin, 비타민 B2), 나이아신(niacin, 비타민 B3), 판토펜산(pantothenic acid, 비타민 B5), 피리독신(pyridoxine, 비타민 B6) 및 코발라민(cobalamin, 비타민 B12) 등의 비타민 B군의 화합물과 비타민 C, 비타민 D, 비타민 E 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 당업계에 널리 공지된 적합한 제제를 모두 사용 가능하다.

본 발명에 따른 약학 조성물은 약학적으로 유효한 양으로 투여될 수 있다.

본 명세서에서, "약학적으로 유효한 양"이란, 의학적 치료에 적용 가능한 합리적인 수혜/위험 비율로 질환을 치료하기에 충분하며 부작용을 일으키지 않을 정도의 양을 의미한다.

상기 약학 조성물의 유효 용량 수준은 사용 목적, 환자의 연령, 성별, 체중 및 건강 상태, 질환의 종류, 중증도, 약물의 활성, 약물에 대한 민감도, 투여 방법, 투여 시간, 투여 경로 및 배출 비율, 치료기간, 배합 또는 동시 사용되는 약물을 포함한 요소 및 기타 의학 분야에 잘 알려진 요소에 따라 달리 결정될 수 있다. 예를 들어, 일정하지는 않지만 일반적으로 0.001 내지 100mg/kg으로, 바람직하게는 0.01 내지 10mg/kg을 일일 1회 내지 수회 투여될 수 있다. 상기 투여량은 어떠한 면으로든 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

본 발명에 따른 약학 조성물은 암 질환이 발생할 수 있는 임의의 동물에 투여될 수 있고, 상기 동물은 예를 들어, 인간 및 영장류뿐만 아니라 소, 돼지, 말, 개 등의 가축 등을 포함할 수 있다.

상기 약학 조성물은 제제 형태에 따른 적당한 투여 경로로 투여될 수 있고, 목적 조직에 도달할 수 있는 한 경구 또는 비경구의 다양한 경로를 통하여 투여될 수 있다. 투여 방법은 특히 한정할 필요 없이, 예를 들면, 경구, 직장 또는 정맥, 근육, 피부 도포, 호흡기내 흡입, 자궁내 경막 또는 뇌혈관내(intracere-broventricular) 주사 등의 통상적인 방법으로 투여될 수 있다.

본 발명에 따른 약학 조성물은 암 질환의 예방 또는 치료를 위하여 단독으로 사용될 수 있고, 수술 또는 다른 약물 치료 등과 병용하여 사용될 수 있다.

본 발명은 상기 마 유래 세포외 소포체를 유효성분으로 포함하는 암 예방 또는 개선용 건강기능식품 조성물을 제공한다.

상기 조성물은 암 세포 내로 침투하여 암 세포의 증식, 이동 또는 침윤을 억제함으로써 암을 예방 또는 개선할 수 있다.

상기 암은 유방암, 폐암, 간암, 위암, 대장암, 신장암, 방광암, 급성 골수성 백혈병, 급성 림프구성 백혈병, 자궁암, 난소암, 후두암, 전립선암, 갑상선암, 두부 또는 경부암, 뇌암 및 혈액암으로 이루어진 군에서 선택되는 질환일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

이에 상응하는 특징들은 상술된 부분에서 대신할 수 있다.

본 명세서에서, "건강기능식품"이란, 건강기능식품에 관한 법률 제6727호에 따른 인체에 유용한 기능성을 가진 원료나 성분을 사용하여 제조 및 가공한 식품을 포함하며, 영양 공급 외에도 본 발명의 목적상 암의 예방, 개선, 생체 방어, 면역, 회복 등의 생체 조절 기능이 효율적으로 나타나도록 가공된 의학, 의료 효과가 높은 식품을 의미한다.

본 발명에 따른 건강기능식품은 암의 예방 또는 개선 목적으로, 분말, 과립, 정제, 캡슐, 시럽 또는 음료 등으로 제조될 수 있다. 상기 건강기능식품이 취할 수 있는 형태에는 제한이 없으며, 상기 약학 조성물과 동일한 방식으로 제제화되어 기능성 식품으로 이용하거나, 각종 식품에 첨가될 수 있다.

상기 건강기능식품은 통상적인 의미의 식품을 모두 포함할 수 있다. 예를 들어, 음료 및 각종 드링크, 과실 및 그의 가공식품(과일통조림, 잼 등), 어류, 육류 및 그 가공식품(햄, 베이컨 등), 빵류 및 면류, 쿠키 및 스낵류, 유제품(버터, 치즈 등) 등이 가능하며, 통상적인 의미에서의 기능성 식품을 모두 포함할 수 있다. 또한, 동물을 위한 사료로 이용되는 식품도 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 건강기능식품 조성물은 당업계에서 통상적으로 사용되는 식품학적으로 허용 가능한 식품 첨가제(식품 첨가물) 및 적절한 기타 보조 성분을 더 포함하여 제조될 수 있다. 식품 첨가물로서의 적합 여부는 다른 규정이 없는 한, 식품의약품안전처에 승인된 식품첨가물공전의 총칙 및 일반시험법 등에 따라 해당 품목에 관한 규격 및 기준에 의하여 판정할 수 있다. 상기 '식품첨가물공전'에 수재된 품목으로는 예를 들어, 케톤류, 글리신, 구연산칼슘, 니코틴산, 계피산 등의 화학적 합성물; 감색소, 감초 추출물, 결정셀룰로오스, 고량색소, 구아검 등의 천연첨가물; L-글루타민산나트륨 제제, 면류첨가알칼리제, 보존료 제제, 타르색소제제 등의 혼합 제제류 등을 들 수 있다.

상기 기타 보조 성분은 예를 들어, 향미제, 천연 탄수화물, 감미제, 비타민, 전해질, 착색제, 펙트산, 알긴산, 유기산, 보호성 콜로이드 증점제, pH 조절제, 안정화제, 방부제, 글리세린, 알콜, 탄산화제 등을 추가로 함유할 수 있다. 특히, 상기 천연 탄수화물로는 포도당, 과당과 같은 모노사카라이드, 말토스, 수크로오스와 같은 디사카라이드, 및 덱스트린, 사이클로덱스트린과 같은 폴리사카라이드, 자일리톨, 소르비톨, 에리트리톨 등의 당알콜을 사용할 수 있으며, 감미제로서는 타우마틴, 스테비아 추출물과 같은 천연 감미제나 사카린, 아스파르탐과 같은 합성 감미제 등을 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 건강기능식품에 함유된 상기 세포외 소포체의 유효 용량은 암의 예방 또는 개선 등 그 사용 목적에 따라 적절하게 조절될 수 있다.

상기 건강기능식품 조성물은 식품을 원료로 하여 일반 약품의 장기 복용 시 발생할 수 있는 부작용 등이 없는 장점이 있고, 휴대성이 뛰어나, 암의 예방 또는 개선을 위한 보조제로 섭취될 수 있다.

또한, 본 발명은 마 유래 세포외 소포체의 제조방법을 제공한다.

상기 제조방법은 마 분쇄물을 제조하는 단계; 상기 제조된 마 분쇄물을 250 내지 750 g에서 5 내지 15분간 1차 원심분리하는 단계; 상기 1차 원심분리하여 수득한 상층액을 1,000 내지 3,000 g에서 10 내지 30분간 2차 원심분리하는 단계; 상기 2차 원심분리하여 수득한 상층액을 5,000 내지 15,000 g에서 15 내지 45분간 3차 원심분리하는 단계; 및 상기 3차 원심분리하여 수득한 상층액을 50,000 내지 150,000 g에서 1 내지 3시간 4차 원심분리하여 펠렛을 수득하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 제조방법에 있어서, 마 분쇄물을 제조하는 단계는 마를 세척한 후 인산완충용액(PBS)에 넣어 분쇄하거나 착즙함으로써, 수행될 수 있다.

상기 제조방법에 있어서, 상기 1차 내지 4차의 원심분리는 1회 수행되거나 또는 2회 이상 반복하여 수행될 수 있으며, 특히 상기 3차 원심분리 단계는 1회 수행되거나 또는 2회 내지 5회 반복하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 제조방법은 1차 이상의 원심분리 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실험예에 따르면, 상기 1차 원심분리 단계는 500 g 에서 10분 동안 1회 수행되고, 상기 2차 원심분리 단계는 상기 1차 원심분리 단계에서 수득한 상층액을 2,000 g에서 20분 동안 1회 수행되며, 상기 3차 원심분리 단계는 상기 2차 원심분리 단계에서 수득한 상층액을 10,000 g에서 30분씩 2회 수행되고, 상기 4차 원심분리 단계는 상기 3차 원심분리 단계에서 수득한 상층액을 100,000 g로 2시간 동안 1회 수행됨으로써, 마 유래 세포외 소포체를 제조하였다.

상기와 같은 제조방법을 통해 항암 활성이 우수하며, 입자 크기가 균일한 고순도의 마 유래 세포외 소포체를 효과적으로 수득할 수 있다.

또한, 상기 제조방법은 상기 원심분리 방법 외에도, 초미세여과법(ultrafiltration), 사이즈 배제 크로마토그래피(size exclusion chromatography), 이온 교환 크로마토그래피(ion exchange chromatography), 면역친화성 분리법(immunoaffinity capture), 미세유체기술 분리법(microfluidics-based isolation), 침전법(exosome precipitation), 총 엑소좀 추출 키트(total exosome isolation kit), 또는 폴리머 기반 침전법(polymer based precipitation) 등을 이용할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 당 기술분야에 널리 알려진 분리 또는 정제 방법을 추가로 더 포함하여 진행할 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

<실험예 1> 마에서 분리된 나노소포체의 특성 분석

<실험 방법>

1. 마의 나노소포체 분리

본 발명의 실험예에 사용된 마는 농협에서 구입한 경상북도 안동에서 수확한 마이다. 구입한 마를 깨끗한 물로 흙이 없도록 세척하였다. 세척한 후 마의 껍질을 제거하고, 마 150 g과 1× PBS(phosphate buffer saline) 500 mL을 믹서기에 넣고 5분 동안 갈아주었다. 50 mL 코니컬 튜브(conical tube)에 앞서 갈아 놓은 마를 50 mL 씩 담았다.

도 1은 마에서 나노소포체를 분리하는 방법을 개략적으로 나타낸 것으로, 이를 참조하면, 무게를 일정하게 맞춘 후 원심분리기를 이용하여 500 g에서 10분 동안 1회 돌려준 후, 상층액을 새로운 50 mL 코니컬 튜브로 옮겨 2,000 g에서 20분 동안 1회 돌려주었고, 다시 상층액을 새로운 50 mL 코니컬 튜브에 옮겨 담아 10,000 g에서 30분씩 2회 돌린 후, 다시 새 튜브에 상층액을 담고 100,000 g로 2시간 돌려준 후 상층액을 버리고 남은 나노소포체 펠렛(pellet)은 건조시킨 뒤, 1 mL의 1× PBS를 넣어서 녹여주었다.

2. 나노 입자 추적 분석 (NTA; Nano particle Tracking Analysis)

Malvern의 NanoSight를 이용하여 마에서 분리한 나노소포체(Extracellular Vesicles, EVs)를 분석하였다. 나노 입자 추적 분석(NTA)은 현탁액(liquid suspension) 내 직경 50 nm ~ 1000 nm 범위의 특정의 나노소포체의 크기 및 농도를 측정하였다.

3. 마 나노소포체 단백질 정량

마의 나노소포체 단백질은 1× RIPA 용액을 넣어서 파쇄한 후에 비신코닌산(bicinchoninic acid, BCA, Termo Fishers)법으로 단백질을 정량하였다.

4. 유방암 세포 배양

MDA-MB-231 유방암 세포는 ATCC 세포주에서 분양 받았다. MDA-MB-231 유방암세포는 배양을 위해 RPMI-1640 배지, 5% 소 태아 혈청(fetal bovine serum)과 1% 항생제를 첨가하여 5% CO₂ 및 37℃의 인큐베이터에서 배양을 하였다. 세포는 미디어를 2-3일마다 교환하였다.

5. 세포 증식 분석 (MTT assay)

MDA-MB-231 유방암 세포를 96 웰 플레이트의 각 웰당 세포수가 2.5×10⁴ cells/mL가 되도록 넣고 플레이트에 붙을 수 있도록 RPMI 1640 성장 배지에서 약 24시간 동안 배양했다. 그러고 나서 그 성장 배지는 제거하고 마 나노소포체를 0, 10, 50, 100μg/mL 농도 조건으로 처리하였다. 37℃, 5% CO₂가 유지되는 배양기 내에서 약 24시간 동안 배양하였다. 그 후 각 웰당 40μL의 PBS에 2 mg/mL의 MTT를 녹인 용액을 넣고 37℃ 배양기에 2시간 동안 방치하였다. 다음으로 MTT 용액을 제거하고 웰당 100μL의 DMSO(dimethyl sulfoxide)를 첨가하여 형성된 포르마잔(formazan)을 녹였다. 완전히 용해된 포르마잔의 흡광도를 ELISA-reader (Bio-Rad Lab- oratories Inc., Hercules, CA, USA)로 595 nm에서 측정하였다.

6. 세포 이동 분석 (Migration assay)

MDA-MB-231 유방암 세포를 6 웰에 1 mL을 넣고 5% CO₂ 및 37℃인 인큐베이터에서 배양하였다. 세포를 상처(wound) 낸 다음 세포의 치유(healing)를 현미경으로 관찰을 하였다.

7. 세포 침윤 분석 (Invasion assay)

재수화(Rehydration)된 8μm 포어(pore) 크기의 폴리카보네이트 막(polycarbonate membrane)이 도포된 인서트(insert)에 무 혈청 배지(serum free medium)에 부유된 MDA-MB-231 유방암 세포를 300μL 넣고 바깥쪽 챔버(chamber)에 10% FBS를 함유한 배지를 500μL 처리하여 막의 바깥 챔버에는 세포의 침투를 유도하는 영양분이 풍부한 환경을 조성하였다. MDA-MB-231 유방암 세포에 양성대조군인 혈관내피성장인자(vascular endothelial growth factor, VEGF)를 100 ng/mL의 농도로 처리하고 마 나노소포체를 농도별로 처리한 뒤 37℃에서 24시간 배양하였다. 그 후 침투되지 않은 세포를 제거한 뒤, 세포 염색 용액(cell stain solution)으로 침투된 막 바깥쪽 세포를 염색하였다. 염색된 세포를 수를 측정하였다.

8. MMP-9 (Matrix metallopeptidase 9) ELISA 분석

MMP-9 ELISA (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay, 효소결합면역흡착검사, R&D system) 실험은 항체(또는 항원)에 효소를 표지하고 효소 활성을 업체의 프로토콜을 이용해서 실험하였다.

9. DID 라벨링(labelling)

MDA-MB-231 유방암 세포를 8 웰 챔버 슬라이드에 1×10⁴ cells/well로 깔고 DMEM 성장배지에서 약 24시간 동안 배양하였다. 그 후 각 웰에 DID 라벨링된 마 나노소포체를 처리한 다음, 24시간 뒤에 배지를 제거하고 PBS로 세척한 뒤 70% 에탄올 처리를 하였다. DAPI(4′,6-diamidino-2-phenylindol) 염색을 마치고 현광 현미경으로 마 나노소포체가 세포로 침투되었는지 확인하였다.

10. 프로테오믹스(proteomics) 분석

마 나노소포체를 트립신 완충액 (500 ng/μL trypsin, 50mM ammonium bicarbonate)을 처리하여 37℃에서 16시간 동안 반응시켰다. 이 후 5% 포름산(formic acid)을 첨가하여 트립신의 작용을 중지시킨 후, 25 mM TEABC(triethylammonium bicarbonate)와 ACN(acetonitrile)을 이용하여 펩타이드를 추출하였다. 추출된 펩타이드들은 감압건조기를 이용하여 완전히 건조시켰고, 분석 직전에 A 완충액 (0.1% formic acid)에 녹여 질량분석기로 분석하였다. 질량분석기로 얻은 데이터는 Mascot Distiller를 이용하여 피크 리스트(mgf 파일)로 변환하였다. mgf 파일을 Mascot (Matrix Science; version 2.2.1) 프로그램을 이용하여 단백질을 동정하였다.

11. 통계처리

3 가지 이상 반복실험을 통하여 그 결과를 얻어 각각의 시료 농도에 대해 평균±표준편차로 나타내었다. 각 시료 농도군에 대한 유의차 검정은 대조군과 비교하여 Student’s t test 한 후 p<0.05 값을 통계적으로 유의성 있는 결과로 간주하였다.

<실험 결과>

1. 마 나노소포체 크기 확인

도 2는 본 발명의 일 실험예에 따른 마의 나노소포체의 크기를 분석한 그래프로, 이를 참조하면, 상기 도 1에 따라 분리한 마의 나노소포체의 나노입자추적분석(NTA)한 결과, 직경 168 nm의 나노소포체의 크기를 확인할 수 있었다.

2. 마 나노소포체의 유방암 세포 생존 억제 효과 확인

도 3은 본 발명의 일 실험예에 따른 마 나노소포체의 농도에 따른 유방암 세포의 증식률을 나타낸 그래프이다.

마 나노소포체가 MDA-MB-231 유방암 세포 생존에 미치는 영향을 확인하기 위하여 농도별로 처리를 하여 MTT assay을 통해 관찰한 결과, 도 3과 같이, 마 나노소포체를 각각 0, 10, 50, 100μg으로 24시간 처리하였을 때, 각각 농도별 세포 생존율은 100, 92, 85, 78%로 대조군에 비해 10μg의 농도에서부터 농도 의존적으로 세포 생존에 대하여 유의적인 감소를 나타내었다.

따라서 마 나노소포체가 MDA-MB-231 유방암 세포에 10μg 이상의 농도에서 농도 의존적으로 세포 사멸을 유도함을 확인할 수 있고, 이는 마 나노소포체가 유방암 세포에 농도 의존적으로 세포 생존율을 감소시킨 것과 같은 결과로 나타나, 이러한 결과를 통해 마 나노소포체가 암 세포에 억제 효과를 보이는 것으로 판단할 수 있다.

3. 마 나노소포체의 유방암 세포 침윤 억제 효과 확인

도 4는 본 발명의 일 실험예에 따른 마 나노소포체의 농도에 따른 유방암 세포의 침윤에 미치는 영향을 나타낸 그래프로, 이를 참조하면, 마 나노소포체를 각각 0, 10, 50, 100μg으로 24시간 처리하였을 때, 농도 의존적으로 MDA-MB-231 유방암 세포의 침윤이 감소하는 것으로 나타났다.

따라서 마 나노소포체가 MDA-MB-231 유방암 세포에 농도 의존적으로 세포 침윤을 억제함을 확인할 수 있고, 이러한 결과를 통해 마 나노소포체가 암 세포에 억제 효과를 보이는 것으로 판단할 수 있다.

4. 마 나노소포체의 유방암 세포 이동 억제 효과 확인

도 5는 본 발명의 일 실험예에 따른 마 나노소포체의 농도에 따른 유방암 세포의 이동 정도를 나타낸 것으로, 이를 참조하면, 마 나노소포체를 각각 0, 10, 50, 100μg으로 24시간 처리하였을 때, 농도 의존적으로 MDA-MB-231 유방암 세포의 이동이 감소하는 것으로 나타났다.

따라서 마 나노소포체가 MDA-MB-231 유방암 세포에 농도 의존적으로 세포 이동을 억제함을 확인할 수 있고, 이러한 결과를 통해 마 나노소포체가 암 세포에 억제 효과를 보이는 것으로 판단할 수 있다.

5. 마 나노소포체의 유방암 세포 내재화(internalization) 효과 확인

도 6은 본 발명의 일 실험예에 따른 마 나노소포체가 유방암 세포 내에 침투함을 나타낸 이미지로, 마의 나노소포체 농도 10μg/mL에 1:200 DID 시약을 넣고, 래블링한 후 DID를 제거한 시료를 MDA-MB-231 유방암 세포에 24시간 동안 처리를 한 후 세포질에 존재하는 것을 형광 현미경으로 확인한 결과, 마 나노소포체가 MIA-MB-231 유방암 세포에 침투함이 확인되었다.

따라서 마 나노소포체가 MBA-MD-231 유방암 세포에 세포에 침투하는 것을 통해, 마 나노소포체가 암 세포에 억제 효과를 보이는 것으로 판단할 수 있다.

6. 마 나노소포체의 단백질 동정(identification)

마 나노소포체를 트립신 소화(trypsin digestion)를 통해서 펩타이드를 만든 후에 프로테오믹스 분석을 하였다. 그 결과, 하기 표 1과 같이 8개의 단백질들을 마 나노소포체에서 동정을 하였다. 여러 타입의 디오스코린(dioscorin) 단백질이 동정되었다. 디오스코린은 마의 저장 단백질로 알려져 있으며, 항산화 및 항염증 등 다양한 생리활성 기능을 가지는 것으로 알려져 있다. 하지만 나노소포체-디오스코린 형태로 존재한다는 것은 처음으로 확인한 것으로, 따라서 나노소포체에 존재하는 디오스코린이 항암 효과를 가지는 것으로 사료된다.

7. 마 나노소포체와 디오스게닌(diosgenin)의 유방암 세포 생존 억제 효과 확인

도 7은 본 발명의 일 실험예에 따른 마 나노소포체와 디오스게닌의 농도에 따른 유방암 세포의 증식률을 나타낸 그래프이다.

마 나노소포체와 디오스게닌이 MDA-MB-231 유방암 세포 생존에 미치는 영향을 확인하기 위하여 농도별로 처리를 하여 MTT assay을 통해 관찰한 결과, 도 7과 같이, 마 나노소포체(EVs)를 0, 5, 10, 20μg 농도로 24시간 처리하였을 때 각각 농도별 세포 생존율은 대조군에 비해 5μg의 농도에서부터 세포 생존에 대하여 유의적인 감소를 보였다.

마에 포함된 사포닌의 일종인 하기 화학식 1의 디오스게닌을 처리하였을 때도 10, 20μg 농도에서 MDA-MB-231 유방암 세포의 생존율을 감소시키는 것을 알 수 있었다. 마 나노소포체 또한 이와 비슷한 농도에서 암 세포에 억제 효과가 나타남을 확인할 수 있었으며, 이는 마 나노소포체의 암 세포 생존율 억제 효과를 처음으로 보고하는 결과이다.

<화학식 1>

또한, 마 나노소포체(EVs)는 나노소포체보다 사이즈가 큰 마 미세소포체(MVs)의 경우보다 암 세포 생존율 억제 효과가 더 큰 것으로 나타났다.

8. 마 나노소포체의 냉동 보관의 안정성 확인

도 8은 본 발명의 일 실험예에 따른 냉동보관 후의 마 나노소포체의 크기를 분석한 그래프로, 마 나노소포체의 냉동 보관 (-80 degree)의 안전성을 확인하기 위해, 마 나노소포체의 크기 및 농도를 나노 입자 추적 분석(NTA)한 결과, 현탁액(liquid suspension) 내 직경 152 nm의 나노소포체를 확인할 수 있었으며, 1년 전에 측정한 168 nm 크기와 비슷한 크기 및 농도를 가지고 있는 것을 확인하였다.

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 (12)

1. 마(Dioscorea japonica Thunb)로부터 유래된 항암 활성을 가지는 세포외 소포체(extracellular vesicle).
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 세포외 소포체는,
   마 분쇄물을 250 내지 750 g에서 5 내지 15분간 1차 원심분리하고, 상기 1차 원심분리로 수득한 상층액을 1,000 내지 3,000 g에서 10 내지 30분간 2차 원심분리하며, 상기 2차 원심분리로 수득한 상층액을 5,000 내지 15,000 g에서 15 내지 45분간 3차 원심분리하고, 상기 3차 원심분리로 수득한 상층액을 50,000 내지 150,000 g에서 1 내지 3시간 4차 원심분리하여 수득한 것을 특징으로 하는, 세포외 소포체.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 세포외 소포체는,
   평균 입경이 50 내지 300 nm인 나노소포체인 것을 특징으로 하는, 세포외 소포체.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 세포외 소포체는,
   암 세포 내로 침투하는 것을 특징으로 하는, 세포외 소포체.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 세포외 소포체는,
   암 세포의 증식, 이동 또는 침윤을 억제하는 것을 특징으로 하는, 세포외 소포체.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 세포외 소포체는,
   디오스코린(dioscorin) 단백질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 세포외 소포체.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 세포외 소포체를 유효성분으로 포함하는 암 예방 또는 치료용 약학 조성물.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 조성물은,
   암 세포 내로 침투하여 암 세포의 증식, 이동 또는 침윤을 억제하는 것을 특징으로 하는, 암 예방 또는 치료용 약학 조성물.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 암은,
   유방암, 폐암, 간암, 위암, 대장암, 신장암, 방광암, 급성 골수성 백혈병, 급성 림프구성 백혈병, 자궁암, 난소암, 후두암, 전립선암, 갑상선암, 두부 또는 경부암, 뇌암 및 혈액암으로 이루어진 군에서 선택되는 질환인 것을 특징으로 하는, 암 예방 또는 치료용 약학 조성물.
10. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 세포외 소포체를 유효성분으로 포함하는 암 예방 또는 개선용 건강기능식품 조성물.
11. 마 분쇄물을 제조하는 단계;
    상기 제조된 마 분쇄물을 250 내지 750 g에서 5 내지 15분간 1차 원심분리하는 단계;
    상기 1차 원심분리하여 수득한 상층액을 1,000 내지 3,000 g에서 10 내지 30분간 2차 원심분리하는 단계;
    상기 2차 원심분리하여 수득한 상층액을 5,000 내지 15,000 g에서 15 내지 45분간 3차 원심분리하는 단계; 및
    상기 3차 원심분리하여 수득한 상층액을 50,000 내지 150,000 g에서 1 내지 3시간 4차 원심분리하여 펠렛을 수득하는 단계;를 포함하는 마(Dioscorea japonica Thunb) 유래 세포외 소포체 제조방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 원심분리 단계는,
    1회 수행되거나 또는 2회 내지 5회 반복하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 세포외 소포체 제조방법.

Images