KR20210100918A

KR20210100918A - 글루코사민 기반 탄소양자점 제조방법 및 이를 이용한 영상학적 간암 진단 플랫폼

Info

Publication number: KR20210100918A
Application number: KR1020200014887A
Authority: KR
Inventors: 권우성; 김윤학; 오세옥; 박윤상
Original assignee: 숙명여자대학교산학협력단; 부산대학교 산학협력단
Priority date: 2020-02-07
Filing date: 2020-02-07
Publication date: 2021-08-18
Also published as: KR102380423B1

Abstract

본 발명은 글루코사민을 기반 탄소양자점 제조방법 및 글루코사민 기반 탄소양자점을 이용한 영상학적 간암 진단 플랫폼에 관한 것으로, 보다 구체적으로 간암 진단 인자 표적 특이성을 지닌 글루코사민 기반 탄소양자점 제조방법 및 상기 탄소양자점을 간세포에 처리하였을 때 정상 간세포 및 간암 세포에서 상이하게 발생하는 발광현상을 이용한 간암 진단방법에 관한 것이다.

Description

글루코사민 기반 탄소양자점 제조방법 및 이를 이용한 영상학적 간암 진단 플랫폼{Method of glucosamine-based carbon dots and their application to in-vitro diagnostic platform for hepatocellular carcinoma}

본 발명은 글루코사민 기반 탄소양자점 제조방법 및 이를 이용한 간암 진단 플랫폼에 관한 것으로, 구체적으로 상기 탄소양자점을 이용한 높은 민감도의 영상학적 간암 진단 플랫폼에 관한 것이다.

탄소양자점은 비정질(amorphous)탄소형 나노구조로, 다이아몬드형 나노구조인 나노 다이아몬드와 흑연(Graphite)형 나노구조인 그래핀, 나노튜브, 풀러렌과 구별되는 완전히 새로운 종류의 물질이다. 21세기 들어 다양한 탄소 나노구조들, 특히 그래핀, 나노튜브, 풀러렌의 형태와 물성에 대한 규명이 상당 부분 이루어진 반면 탄소양자점이 나타내는 다양한 물성에 대한 연구는 부족한 실정이다. 탄소양자점은 값싸고 안전한 재료를 이용할 뿐만 아니라 생체적합성과 안정성을 두루 갖추고 있어 기존 양자점의 단점을 보완할 수 있는 후보로 각광받고 있다.

탄소양자점 합성법은 크게 탑다운(top-down)과 바텀업(bottom-up) 방식으로 나뉜다. 탑다운 방식은 흑연 등의 탄소 덩어리를 물리, 화학적으로 잘게 부수어 나온 조각들 중 탄소양자점을 분류해 사용하는 방법으로, 대표적으로 아크 방전(arc discharge) 방법, 레이저 박리(laser ablation) 방법, 전기화학 산화(electrochemical oxidation) 방법 등이 있다. 바텀업 방식은 포도당, 유기산 등의 탄수화물에 열을 가해 탄화 반응을 일으켜 탄소양자점을 형성하는 방법으로, 대표적으로 습식 산화(wet oxidation) 방법, 마이크로웨이브(microwave) 방법, 고열 주입(hotinjection) 방법, 수열(hydrothermal) 방법 등이 널리 쓰이고 있다. 최근에는 고온, 강산, 특수 장비 등이 필요한 탑다운 방식에 비해 상대적으로 간단하고 반응 수득률이 높은 바텀업 방식이 주로 쓰이고 있으며, 특히 마이크로웨이브법과 열수법 관련 연구가 많은 관심을 받고 있다. 그러나 아직까지 대부분의 합성법에서 탄소양자점의 크기 조절이 불가능하고 별도의 크기 분류과정이 필요하고 사용할 수 있는 용매가 제한적이다.

한편, 암은 신체의 조직 또는 다른 부분에 접하여 퍼져나갈 수 있는 조절되지 않는 세포의 비정상적 성장에 의한 질환으로, 암세포는 암세포가 함께 덩어리화 되어있는 고형 종양을 형성하거나 백혈병에서와 같이 분산된 세포로서 존재할 수 있다. 정상 세포는 성숙될 때까지 분화하고 이후 필요에 따라서 손상되거나 죽은 세포를 교체하나, 암세포는 끊임없이 분화하여 결국 인근 세포를 밀어내고 다른 부분으로 퍼지게 되어 악성으로 불린다. 악성 종양 세포는 혈류 또는 림프계를 통해 신체의 다른 부분으로 전이되며, 여기에서 증식하고 새로운 종양을 형성한다.

간암(hepatocellular carcinoma)은 세계적으로 가장 치명적인 암의 하나로, 특히 아시아와 사하라 이남 아프리카에서 해마다 약 오십만 명 이상이 간암으로 사망하고 있다. 비록 간암의 위험 요인이 B형 감염 또는 C형 감염 바이러스에 의한 고질적인 감염이라고 할지라도 간암 세포 내의 분자 메커니즘은 아직도 명확히 규명되지 않은 상태이다.

간암에서 낮은 진단 민감도로 인한 조기진단 실패는 간암의 생존율이 낮은 이유 중 하나이다. 현재 간암의 선별검사는 혈청마커(AFP) 및 초음파 병용 검사를 이용하고 진단은 조직검사 및 기타 영상검사(CT, MRI, PET)를 병용하여 시행하고 있지만, 기존의 선별 및 진단방법은 최대 민감도가 74%에 불과하다. 일반적으로 암 진단에 사용되는 ¹⁸FDG-PET 방법도 GLUT1 및 GLUT3이 과발현하지 않는 간암에서는 상대적으로 민감도가 낮고 40 내지 50% 위음성이 나타나기도 한다.

이에, 본 발명의 발명자들은 민감도가 높은 간암의 진단방법을 개발하기 위해 연구해온 결과, 간세포표면에서 발현되는 GLUT2와 결합하여 발광현상이 발견되는, GLUT2와 높은 친화력을 가진 글루코사민 기반 탄소양자점을 제조하였고, 상기 탄소양자점을 이용한 새로운 영상학적 간암 진단 플랫폼을 구축하였다.

대한민국 등록특허 제10-1612514호

Yun Hak, Kim et al, Oncotarget. 2017 Aug 14;8(40):68381-68392.

간암(hepatocellular carcinoma)은 낮은 진단 민감도로 인한 조기진단 실패로 생존율이 낮은 암 중 하나이다. 일반적으로 암 진단에 많이 사용되는 ¹⁸FDG-PET 방법도 간암에서는 상대적으로 민감도가 낮고 40 내지 50%의 위음성이 나타나는 등 여러가지 문제를 안고 있다.

따라서, 본 발명은 GLUT2와 높은 친화력을 가진 글루코사민 기반 탄소양자점 제조방법 및 상기 탄소양자점을 이용한 민감도가 높은 간암 진단 플랫폼을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 발명자는 간세포 표면에 발현되는 GLUT2와 친화력이 높은 글루코사민을 이용하여 탄소양자점을 제조하였고, 상기 글루코사민 기반 탄소양자점을 정상 간세포 및 간암 세포에 처리한 결과 세포표면의 발광현상에서 차이가 나타나는 것을 확인하였다.

본 발명의 글루코사민 기반 탄소양자점을 간세포에 처리하였을 때 세포표면에 발현하는 GLUT2 발현량에 따라 발광현상이 차이가 나타남을 확인하였는 바, 암 진단에 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 글루코사민 기반 탄소양자점의 발광현상을 이용하여 영상학적 간암 진단 플랫폼을 구축할 수 있다.

도 1은 탄소양자점 제조방법을 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 제조방법으로 제조된 글루코사민 기반 탄소양자점을 촬영한 도이다.
도 3a는 정상 간세포에 본 발명의 글루코사민 기반 탄소양자점을 처리한 후 발광현상을 촬영한 도이다.
도 3b는 간암 세포에 본 발명의 글루코사민 기반 탄소양자점을 처리한 후 발광현상을 촬영한 도이다.
도 4는 본 발명의 글루코사민 기반 탄소양자점을 이용한 간암 진단 과정을 나타낸 도이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시형태를 들어 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명의 명세서 전체에서 사용되는 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.

본 발명은 글루코사민 기반 탄소양자점을 제공한다.

본 발명에서 상기 탄소양자점은 탄소원을 탄화시킨 후 글루코사민을 표면에 결합시켜 제조한다.

상기 탄소원은 가열에 의해 중합 및 탄화되어 탄소양자점을 형성할 수 있다. 100 내지 400 ℃의 온도 범위에서 가열할 수 있고, 바람직하는 100 내지 350 ℃, 보다 바람직하게는 100 내지 300 ℃의 온도 범위에서 가열할 수 있다. 또한, 상기 가열은 90 내지 360분 동안 가열할 수 있고, 바람직하게는 100 내지 300분, 보다 바람직하게는 120 내지 240분 동안 가열할 수 있다. 다만, 전체 공정의 에너지 효율 및 경비 절감 측면에서 400 ℃ 이하에서 360분 이하로 수행하는 것이 바람직하다.

상기 탄소양자점은 나노입자 크기의 양자점일 수 있고, 5 내지 50 nm 일 수 있으나 이로 한정되는 것은 아니다.

상기 탄소양자점은 간암 진단 인자와 결합하여 발광현상이 일어날 수 있다.

상기 간암 진단 인자는 GLUT2(Glucose transporter 2) 일 수 있다. 상기 GLUT2는 정상 간세포에서는 발현량이 높은 반면, 간암 세포에서는 발현량이 적어 간암 진단 인자로 이용할 수 있다. 또한, 상기 GLUT2는 글루코사민과 친화력이 높아 본 발명의 글루코사민 기반 탄소양자점과 쉽게 결합할 수 있고, 상기 결합으로 인해 발광현상을 쉽게 관찰할 수 있다.

또한, 본 발명은 글루코사민 기반 탄소양자점의 제조방법을 제공한다.

본 발명에서 상기 글루코사민 기반 탄소양자점은 하기의 단계들을 포함하는 방법에 의해 제조된다.

1) 탄소원 용액에 표면안정제를 첨가하여 반응물 용액을 제조하는 단계;

2) 단계 1)의 반응물 용액을 가열하여 탄소원을 탄화시켜 탄소양자점을 제조하는 단계;

3) 단계 2)의 탄소양자점에 촉매제를 이용하여 글루코사민을 화학결합시키는 단계; 및

4) 단계 3)의 혼합용액을 정제하여 제조된 탄소양자점을 분리시키는 단계.

본 발명에서 상기 단계 1)의 탄소원은 가열에 의해 탄화되어 탄소양자점을 이루는 탄소전구체 화합물이다. 주원료인 단당류, 다당류, 유기산, 알데하이드. 알코올 및 에스터로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물일 수 있으나 이로 한정되는 것은 아니다. 상기 탄소원 용액은 500 g/mol 이하 또는 60 내지 500 g/mol, 바람직하게는 350 g/mol 이하, 보다 바람직하게는 200 g/mol 이하의 분자량 용액 일 수 있다.

또한, 상기 단계 1)의 탄소원은 단당류, 다당류, 유기산, 알데하이드, 알코올 및 에스터로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물로, 보다 구체적으로 상기 단당류는 에리트로즈(etrythrose), 에리트룰로즈(erythrulose), 리보오즈(ribose), 아라비노오즈(arabionse), 자일로즈(xylose), 리불로오즈(ribulose), 자이룰로오즈(xylulose), 글루코오즈(glucose), 프룩토오즈(fructose), 갈락토오즈(galactose) 또는 만노오즈(mannose)일 수 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다. 상기 다당류는 소당류(oligosacchride), 단순다당류, 복합다당류까지 모두 포함하는 의미로, 구체적으로 소당류는 수크로즈(sucrose), 락토오즈(lactose), 말토오즈(maltose), 트레할로즈(trehalose), 멜리비오즈(melibiose), 셀로비오즈(cellobise), 라비노우즈(raffinose), 멜레지토우즈(melezitose), 말토리오즈(maltoriose), 스타치오즈(stchyose) 또는 스트로도우즈(schrodose)일 수 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다. 상기 유기산은 산성을 띠는 유기화합물을 모두 포함하는 의미로 카르복실산, 글리콜산 등이 대표적이나 이로 한정되는 것은 아니다. 상기 알데하이드는 포름알데하이드, 아세트알데하이드, 글루타르알데하이드, 벤즈알데하이드 또는 부티르알데하이드일 수 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다. 상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 또는 이소프로판올일 수 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다. 상기 에스터는 메틸에스터, 에틸에스터, 카복실산 에스터, 아세트산 에스터, 인산 에스터, 황산 에스터 또는 붕산 에스터일 수 있으나 이로 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 단계 1)의 탄소원 용액의 용매는 물 및 유기용매로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 용매일 수 있고, 상기 유기용매는 탄소수 1 내지 5의 알코올, 에틸 아세테이트, 아세톤, 에테르, 클로로포름, 벤젠, 헥산 및 디클로로메탄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 화합물이 바람직하나 이로 한정되는 것은 아니다. 상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 및 이소프로판올로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.

또한, 상기 단계 1)의 표면안정제는 탄소양자점과 결합할 수 있는 작용기인 아민기, 카르복실기, 알코올기 및 티올기로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 작용기를 가진 하나 이상의 화합물일 수 있으며, 바람직하게는 에탄올아민, 올레일아민, 헥사데실아민, 올레일산, 데칸올, 옥틸아민 및 헥실아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물일 수 있으나 이로 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 단계 1)의 반응물 용액은 탄소원 용액 및 표면안정제의 혼합물이다. 상기 탄소원과 표면안정제의 몰수비에 의해 탄소양자점의 크기가 결정될 수 있고, 표면안정제의 몰수비가 커질수록 탄소원의 크기는 작아질 수 있으므로, 탄소원과 표면안정제의 몰수비를 변화시켜 탄소양자점의 크기를 제어할 수 있다. 탄소원 : 표면안정제 몰수비는 5 : 5 내지 9.9 : 0.1 일 수 있고, 바람직하게는 7 : 3 내지 9 : 1 일 수 있으나 이로 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서 상기 단계 2)의 가열은 탄소원이 분산된 반응물 용액의 탄소원을 탄화시켜 탄소양자점을 형성할 수 있다. 100 내지 400 ℃의 온도 범위에서 가열할 수 있고, 바람직하게는 100 내지 350 ℃, 보다 바람직하게는 100 내지 300 ℃의 온도 범위에서 가열할 수 있다. 또한, 상기 가열은 90 내지 360분 동안 가열할 수 있고, 바람직하게는 100 내지 300분, 보다 바람직하게는 120 내지 240분 동안 가열할 수 있다. 다만, 전체 공정의 에너지 효율 및 경비 절감 측면에서 400℃ 이하에서 360분 이하로 수행하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 단계 2)의 탄소양자점은 직경이 나노미터 단위일 수 있고, 바람직하게는 5 ㎚ 내지 50 ㎚ 범위일 수 있지만 이로 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서 상기 단계 3)의 촉매제는 탄소양자점 표면의 카르복실기 및 알코올기와 글루코사민의 화학적 결합반응을 촉매시킬 수 있는 촉매제이다. 바람직하게는 EDC(1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride), CDI(1,1'-Carbonyldiimidazole) 등의 카복실산 촉매제일 수 있지만 이로 한정되는 것은 아니다. 또한, NHS(N-hydroxysulfosuccinimide), sulfo-NHS 등의 활성제를 이용하여 반응을 부가적으로 증가시킬 수 있다.

본 발명에서 상기 4)의 정제는 단계 3)을 통해 제조된 글루코사민이 표면에 화학결합된 탄소양자점이 포함된 혼합용액을 투석막에 넣은 후, 물에 넣고 3 내지 7일 동안 교반하여 기타반응물을 제거 및 정제할 수 있다. 상기 투석막은 0.5 내지 10 kDa의 분자량 컷오프를 가지는 것이 바람직하나 이로 한정되는 것 아니다. 또한, 효율적인 정제를 위해 투석막 외부의 물을 12 내지 24시간 단위로 교체해줄 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 글루코사민 기반 탄소양자점을 포함하는 간암 진단용 조성물을 제공한다.

상기 간암 진단 인자는 GLUT2 일 수 있다. 상기 GLUT2에 대해서는 상기 설명과 동일한 바, 구체적인 설명은 상기 내용을 원용한다

본 발명에서 상기 간암 진단용 조성물은 상기 제조방법으로 제조된 글루코사민 기반 탄소양자점과 간암 진단 인자의 결합으로 발생하는 발광현상을 검사하여 간암세포를 구별할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 글루코사민 기반 탄소양자점을 포함하는 간암 진단용 키트를 제공한다.

본 발명에서 상기 간암 진단용 키트는 상기 제조방법으로 제조된 글루코사민 기반 탄소양자점과 간암 진단 인자의 결합으로 발생하는 발광현상을 검사하여 간암세포를 구별할 수 있다.

본 발명에서 상기 간암용 키트는 간암의 발병을 형광 진단 할 수 있다. 상기 진단용 키트는 간암 진단 인자와 특이적으로 결합하는 상기 탄소양자점을 포함할 수 있고, 혈액, 혈장, 혈청, 림프액, 조직과 같은 생물학적 시료를 이용하여 간암을 진단할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 글루코사민 기반 탄소양자점을 포함하는 간암 진단용 조영제 조성물을 제공한다.

본 발명에서 상기 간암 진단용 조영제 조성물은 상기 제조방법으로 제조된 글루코사민 기반 탄소양자점과 간암 진단 인자의 결합으로 발생하는 발광현상을 검사하여 간암세포를 구별할 수 있다.

본 발명에서 상기 간암 진단용 조영제 조성물은 간암의 발병을 형광 진단할 수 있다. 상기 조영제 조성물은 영상진단 검사 또는 시술 시 특정 조직이나 혈관이 잘 보일 수 있도록 인체에 투여하는 물질로, X선 촬영 및 CT 촬영에 사용되는 요오드화 조영제와 바륨 조영제, MRI(magnetic resonance imaging, 자기공명검사)에 사용되는 가돌리늄 조영제에 글루코사민 기반 탄소양자점을 추가하여 이용할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 글루코사민 기반 탄소양자점을 이용하여 간암 진단을 위한 정보를 제공하는 방법을 제공한다.

본 발명의 간암 진단을 위한 정보는 하기의 단계들을 포함하는 방법에 의해 제공된다.

1) 간암의 발병이 의심되는 개체로부터 분리된 생물학적 시료에 상기 제조방법으로 제조된 글루코사민 기반 탄소양자점을 처리하고, 발광 정도를 측정하는 단계; 및

2) 상기 단계 1)에서 측정한 발광 정도 및 정상 대조군의 발광 정도를 비교하는 단계.

본 발명의 간암 진단 방법에서 상기 단계 1)의 발병이 의심되는 개체는 인간, 원숭이 등의 영장류, 마우스, 래트 등의 설치류 등을 포함하는 포유동물일 수 있고, 일반적으로는 인간 암환자이다.

상기 단계 1)의 생물학적 시료는 간암 환자로부터 분리된 세포 또는 혈액, 혈장, 혈청, 혈구, 림프액, 종양조직과 같은 조직일 수 있고, 바람직하게는 간 조직 또는 간 세포일 수 있다.

본 발명의 구체적인 실시예에서, 본 발명자들은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 GLUT2 표적 특이성을 갖는 글루코사민 기반 탄소양자점을 간암 세포(HuH-7, HepG2, SK-Hep-1) 및 정상 간세포(Chang, C6)에 처리하여 발광현상을 관찰하였다. 그 결과, 정상 간세포의 경우 발광현상이 용이하게 관찰되는 반면, 간암 세포의 경우 발광현상이 적어 용이하게 관찰되지 못함을 확인하였다(도 3a 및 도 3b 참조).

이하 본 발명을 실시예 및 실험예를 통해 보다 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이지 본 발명의 권리범위를 이로 한정하는 것을 의도하지 않는다.

<실시예 1> 글루코사민 기반 탄소양자점 제조

<1-1> 탄소양자점 제작

주원료가 카르복실산이고 포름알데하이드, 에틸알코올, 아세트산 에스터가 포함된 탄소원 1 g과 물 10 ㎖인 용액에 표면안정제 에탄올아민 300 ㎕를 첨가한 후, 수열합성 반응기 속에서 250 ℃로 5시간 동안 가열하였다.

가열 후 진한 갈색의 탄소양자점이 형성된 혼합용액을 투석막에 넣고 물로 7일 동안 정제하여 탄소양자점을 제외한 기타반응물을 제거하였다. 상기 물은 24시간 단위로 교체하였다.

<1-2> 글루코사민이 표면처리된 탄소양자점 제작

상기 실시예 <1-1>에서 제조한 탄소양자점 5 ㎎과 글루코사민 200 ㎎를 pH 5 완충용액 5 ㎖에 넣고 10분 동안 교반한 후, 촉매제 EDC 20 ㎎ 및 NHS 10 ㎎를 넣고 4시간 동안 교반하여 탄소양자점 표면에 글루코사민을 화학결합 시켰다.

표면에 글루코사민이 화학결합된 탄소양자점이 포함된 혼합용액을 투석막에 넣고 24시간 단위로 교체되는 물로 3일 동안 정제하여 동결건조하여 탄소양자점을 제외한 기타반응물을 제거하였다.

<실시예 2> 글루코사민 기반 탄소양자점 분석

<2-1> Transmission Electron Microscopy (TEM) 분석

정제를 마친 탄소양자점을 물에 녹인 용액(5 mg/㎖)을 TEM 그리드에 소량 코팅하여 TEM 장비를 이용해 탄소양자점의 구조를 분석하였다(도 2).

<실험예 1> 글루코사민 기반 탄소양자점을 이용한 간암 진단

GLUT2 발현량을 확인하기 위해 부산대학교에서 입수한 실제 환자 188명의 암조직과 주변 정상조직의 유전자 발현량을 Significant Analysis of Microarray 방법으로 확인한 결과, 발현의 차이가 나타나는 환자가 154명으로 81.9%로 나타남을 확인하였다.

<1-1> 정상 간세포에 글루코사민 기반 탄소양자점 처리

정상 간세포(Chang, C6)에 글루코사민 기반 탄소양자점을 처리하여 분석하였다. 정상 간세포를 100 mm culture dish에서 DMEM-10% FBS을 사용하여 5% CO₂, 37℃에서 배양하여, 96 well plate의 각 well에 20% confluence로 접종하고 24시간 배양하였다. 배양 후 정상 간세포에 <실시예 1>에서 제조한 글루코사민 기반 탄소양자점을 100 ug을 처리하고 형광 현미경을 이용하여 분석하였다.

글루코사민 기반 탄소양자점을 정상 간세포에 처리한 결과, 정상 간세포 표면의 GLUT2와 탄소양자점이 결합하여 발광현상이 용이하게 관찰됨을 확인하였다(도 3a).

<1-2> 간암 세포에 글루코사민 기반 탄소양자점 처리

실험예 <1-1>과 동일한 방법으로 간암 세포(HuH-7, HepG2 및 SK-Hep-1)에 <실시예 1>에서 제조한 글루코사민 기반 탄소양자점을 처리하여 분석하였다.

글루코사민 기반 탄소양자점을 간암 세포에 처리한 결과, 간암 세포 표면의 GLUT2 발현량이 적어 탄소양자점과의 결합이 원활하지 못하여 발광현상이 용이하게 관찰되지 못함을 확인하였다(도 3b).

결론적으로 간세포에서 발현량이 높은 GLUT2를 타겟으로 하는 글루코사민 기반 탄소양자점은 정상 간세포에서는 발광현상이 용이하게 관찰(도 3a)되는 반면, GLUT2 발현량이 적은 간암 세포에서는 발광현상이 상대적으로 적게 나타남(도 3b)을 확인하여 본원발명의 글루코사민 기반 탄소양자점은 간암 세포를 영상적으로 분석할 수 있음을 확인하였다.

Claims

탄화된 탄소원 표면에 글루코사민이 결합된, 글루코사민 기반 탄소양자점.
제1항에 있어서,
상기 탄소원은 단당류, 다당류, 유기산, 알데하이드. 알코올 및 에스터로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물인, 글루코사민 기반 탄소양자점.
제1항에 있어서,
상기 탄소양자점은 5 내지 50 nm의 나노입자 크기의 양자점인, 글루코사민 기반 탄소양자점.
제1항에 있어서,
상기 탄소양자점은 간암 진단 인자와 결합하여 발광현상이 나타나는, 글루코사민 기반 탄소양자점.
제4항에 있어서,
상기 간암 진단 인자는 GLUT2인, 글루코사민 기반 탄소양자점.
1) 탄소원 용액에 표면안정제를 첨가하여 반응물 용액을 제조하는 단계;
2) 단계 1)의 반응물 용액을 가열하여 탄소원을 탄화시켜 탄소양자점을 제조하는 단계;
3) 단계 2)의 탄소양자점에 촉매제를 이용하여 글루코사민을 화학결합시키는 단계; 및
4) 단계 3)의 혼합용액을 정제하여 제조된 탄소양자점을 분리시키는 단계.
를 포함하는 글루코사민 기반 탄소양자점 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 단계 1)의 탄소원 용액은 단당류, 다당류, 유기산, 알데하이드. 알코올 및 에스터로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물인, 탄소양자점 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 단계 1)의 탄소원 용액의 용매는 물, 탄소수 1 내지 5의 알코올, 에틸 아세테이트, 아세톤, 에테르, 클로로포름, 벤젠, 헥산 및 디클로로메탄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 화합물인, 글루코사민 기반 탄소양자점 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 단계 1)의 표면안정제는 아민기, 카르복실기, 알코올기 및 티올기로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 작용기를 갖는 하나 이상의 화합물인, 글루코사민 기반 탄소양자점 제조방법.
제9항에 있어서,
표면안정제는 에탄올아민, 올레일아민, 헥사데실아민, 올레일산, 테칼올, 헥사데실티오, 옥틸아민 및 헥실아민으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물인, 글루코사민 기반 탄소양자점 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 단계 1)의 반응물 용액은 탄소원 : 표면안정제를 5 : 5 내지 9.9 : 0.1 몰수비로 혼합된, 글루코사민 기반 탄소양자점 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 단계 1)의 반응물 용액은 탄소원 : 표면안정제를 7 : 3 내지 9 : 1 몰수비로 혼합된, 글루코사민 기반 탄소양자점 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 단계 2)의 가열은 100 내지 400 ℃의 온도 범위에서 90분 내지 360분 동안 가열하는, 글루코사민 기반 탄소양자점 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 단계 2)의 가열은 100 내지 350 ℃ 의 온도 범위에서 100 내지 300분 동안 가열하는, 글루코사민 기반 탄소양자점 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 단계 2)의 가열은 100 내지 300 ℃ 의 온도 범위에서 120 내지 240분 동안 가열하는, 글루코사민 기반 탄소양자점 제조방법.
제6항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조된 글루코사민 기반 탄소양자점을 포함하는 간암 진단용 조성물.
제16항에 있어서,
상기 조성물은 글루코사민 기반 탄소양자점과 간암 진단 인자의 결합으로 발생하는 발광현상을 검사하여 간암 세포를 구별하는, 간암 진단용 조성물.
제17항에 있어서,
상기 간암 진단 인자는 GLUT2인, 간암 진단용 조성물.
제6항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조된 글루코사민 기반 탄소양자점을 포함하는 간암 진단용 키트.
제6항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조된 글루코사민 기반 탄소양자점을 포함하는 간암 진단용 조영제 조성물.
제20항에 있어서,
상기 조영제 조성물은 간암의 발병을 형광 진단할 수 있는 것인, 간암 진단용 조영제 조성물.
1) 간암의 발병이 의심되는 개체로부터 분리된 생물학적 시료에 제6항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조된 글루코사민 기반 탄소양자점을 처리하고, 발광 정도를 측정하는 단계; 및
2) 상기 단계 1)에서 측정한 발광 정도 및 정상 대조군의 발광 정도를 비교하는 단계;
를 포함하는 간암 진단을 위한 정보를 제공하는 방법.
제22항에 있어서,
상기 단계 1)의 생물학적 시료는 간 조직 또는 간 세포인, 간암 진단을 위한 정보를 제공하는 방법.