KR20220043806A - 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔의 기계적 강도 제어 - Google Patents

초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔의 기계적 강도 제어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔을 제공한다.
본 발명에 따른 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔은 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체의 종류에 따라 기계적 강도의 제어가 가능하므로, 히알루론산 하이드로겔의 응용분야에 필요한 최적의 기계적 강도 제공이 가능하다.

Description

초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔의 기계적 강도 제어{Mechanical Strength Control of Supramolecular Self-assembled Hyaluronic Acid Hydrogel}
본 발명은 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔의 기계적 강도 제어에 관한 것이다.
하이드로겔은 3차원 구조를 갖는 친수성 고분자로 구성되어 있으며 물에는 녹지 않으면서 높은 수분 함유량을 가져 생체 조직과 유사한 환경을 제공 할 수 있다. 하이드로겔을 구성하는 고분자는 합성고분자 혹은 생체 유래 고분자로 구성될 수 있으며, 생체 유래 고분자로는 젤라틴, 콜라겐, 아가로즈, 알긴산, 키토산, 아밀로스를 포함한 전분, 플루란, 덱스트란, 히알루론산 등을 사용할 수 있다. 이러한 생체 유래 고분자는 하이드로겔의 3차원 구조를 구성할 수 있다.
상기 알긴산, 키토산, 플루란, 덱스트란, 히알루론산 등의 고분자는 자기조립 성질이 결여되어, 하이드로겔의 3차원 구조를 형성하기 위해서는 금속 가교제 혹은 화학적 가교제가 요구된다. 이러한 화학적 가교제를 이용한 경우, 하이드로겔을 형성시 가교제 혹은 고분자의 양에 따라 하이드로겔의 기계적 강도 제어가 가능하다. 그러나, 가교제는 약물이나 효소, 세포등과 반응이 가능하므로, 하이드로겔 내에 약물, 효소, 세포 등을 안정적으로 담지하기 어렵다는 단점이 있다.
반면, 젤라틴, 아가로즈 등은 높은 온도에서 물에 용해되고, 낮은 온도에서 고분자 내 소수성 잔기가 물리적으로 얽히게 되어 초분자 자기조립성 하이드로겔 형성을 할 수 있다. 이러한 온도에 따른 초분자 자기조립성 하이드로겔의 경우, 초기에 고분자를 녹이기 위해 높은 온도가 요구되기 때문에, 열에 대한 낮은 안정성을 갖는 약물이나, 효소, 세포 등을 담지시키기 어렵다는 단점이 있다.
한편, Host-Guest 포집복합체 형성은 소수성 guest 화합물이 친수성 host 화합물 내의 소수성 공동에 포집되어 비공유성 결합을 통해 복합체를 형성하는 것을 의미한다. 대표적인 생체 유래 host 화합물로는 환형 올리고당인 사이클로덱스트린이 있다. 사이클로덱스트린은 구성하고 있는 글루코스의 수에 따라 알파(6)-, 베타(7)- 감마(8)-로 나눌 수 있다. 베타-사이클로덱스트린의 경우, 아다만테인(adamantane)과 강력한 Host-Guest 초분자 포집복합체를 형성이 가능한 것으로 알려져 있다. 따라서, 우수한 생체적합성을 갖는 히알루론산의 당골격에 베타-사이클로덱스트린을 공유결합을 유도하여 치환시킨 히알루론산-사이클로덱스트린(HA-CD)과 히알루론산 당골격에 아다만테인을 공유결합을 유도하여 치환시킨(HA-Ad)을 이용하여 초분자 자기조립 하이드로겔이 개발되었다. 사이클로덱스트린과 아다만테인을 치환시킨 히알루론산 유도체는 비공유성 Host-Guest 포집복합체 형성을 기반으로 하기에 약물, 효소 및 세포 등을 담지하기에 적합하며, 생체 내 주입도 가능하다. 그러나, 담지되는 물질에 따라 필요한 하이드로겔의 최적의 기계적 강도가 다르기 때문에 기계적 강도 제어가 요구된다. 예를 들어 약물의 서방출을 위해서는 강한 기계적 강도가 필요하며, 세포의 경우 배양되는 매트릭스 혹은 스캐폴드의 기계적 강도에 따라 분화가 조절된다.
초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔은 사이클로덱스트린과 아다만테인의 포집복합체 형성능에 기인하기 때문에 복합체 형성능을 조절하여 하이드로겔의 기계적 강도를 제어 가능하다. 따라서, 본 발명에서는 히알루론산 골격에 치환시키는 사이클로덱스트린의 종류 및 히알루론산과 사이클로덱스트린 사이의 링커의 길이를 조절함으로써 사이클로덱스트린의 자유도에 변화를 주어 아다만테인과 포집복합체 형성을 제어함으로써 기계적 강도를 높이는 것이 가능하다.
본 발명은 사이클로덱스트린과 아다만테인의 초분자 자기 조립에 의해 제조된 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔의 기계적 강도 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체; 및 히알루론산-아다만테인 유도체로부터 제조되고,
상기 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체는 히알루론산의 D-글루쿠론산의 카르복실기와 사이클로덱스트린의 6번 탄소 위치의 하이드록시기가 링커를 매개로 결합되어 있는 것인 기계적 강도가 제어된 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔을 제공한다.
또한, 본 발명은 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체 및 히알루론산-아다만테인 유도체를 혼합하는 단계를 포함하는 전술한 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 사이클로덱스트린과 아다만테인의 초분자 자기 조립에 의해 제조된 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔을 제공한다.
상기 하이드로겔은 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체의 종류에 따라 기계적 강도의 제어가 가능하여, 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔의 응용분야에 필요한 최적의 기계적 강도 제공이 가능하다. 또한, 포집복합체 형성능의 제어가 가능하다.
도 1은 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체의 합성도를 나타낸다.
도 2는 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체의 NMR 스펙트럼으로, (a)는 사이클로덱스트린 치환도가 17%인 3' 유도체, (b)는 사이클로덱스트린 치환도가 49%인 3'유도체, (c)는 사이클로덱스트린 치환도가 28%인 4' 유도체의 NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 3은 히알루론산-아다만테인 유도체의 합성도를 나타낸다.
도 4는 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔의 유변학적 성질을 나타낸다.
도 5는 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔의 Tan δ (loss factor) 비교 그래프를 나타낸다.
도 6은 필름 형성 결과 및 피부 도포예를 나타낸다.
본 발명은 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체; 및 히알루론산-아다만테인 유도체로부터 제조된 하이드로겔에 관한 것이다.
본 발명에서는 사이클로덱스트린과 히알루론산의 D-글루쿠론산 사이의 링커의 길이를 변화시켜, 기계적 강도가 제어된 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 하이드로겔을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에서 히알루론산은 생체 적합성 및 생분해성 특성을 가질 뿐만 아니라 경피 전달 특성을 가지고 있어, 인체에 안전하게 적용할 수 있으며 항원 단백질을 비롯한 다양한 단백질 의약품 및 화학 의약품의 경피 약물 전달 시스템에 적용 가능하다는 장점을 가진다.
본 발명에서 명시적인 기재가 없는 한, '히알루론산(Hyaluronic acid, HA)'은 하기 일반식 1로 표현되며, N-아세틸-D-글루코사민 및 D-글루쿠론산의 반복단위를 갖는 고분자를 지칭하며, 히알루론산의 염 또는 유도체 형태를 모두 포함하는 의미로 사용된다.
[일반식 1]
Figure pat00001
상기 일반식 1에서, n은 25 내지 8,000 또는 25 내지 1,000의 정수일 수 있다.
본 발명에서 히알루론산의 염으로 히알루론산의 테트라부틸암모늄염(HA-TBA)을 사용할 수 있다.
본 발명에서 ‘히알루론산 유도체’는 상기 일반식 1의 히알루론산 기본 구조를 기반으로 하여 아민기, 알데하이드기, 바이닐 그룹, 치올기, 알릴옥시그룹, N-숙신이미딜-3-(2-피리딜디치오)프로피오네이트(N-Succinimidyl-3-(2-pyridyldithio)propionate, SPDP), N-하이드록시숙신이미드(N-hydroxysuccinimide, NHS) 등의 작용기가 도입되어있는 히알루론산의 모든 변형체를 지칭한다. 예를 들어, 상기 히알루론산 유도체로 HA-디아미노부탄(HA-diaminobutane), HA-헥사메틸렌디아민(HA-hexamethylenediamine), HA-알데하이드(HA-aldehyde), HA-아디픽산 디하이드라지드(HA-Adipic Acid Dihydrazide, HA-ADH), HA-2-아미노에틸 메타크릴레이트 하이드로클로라이드(HA-2-Aminoethyl methacrylate hydrochloride), HA-스페르민(HA-Spermine), HA-스페르미딘(HA-spermidine), HA-SPDP, HA-NHS 등을 사용할 수 있다.
상기 히알루론산은 대부분의 동물에 존재하며 생분해성, 생적합성, 면역반응이 없는 선형적인 다당류의 고분자로서 인체에 안전하게 적용할 수 있다. 히알루론산은 체내에서 분자량에 따라 여러 가지 다른 역할을 수행하기 때문에 여러 가지 용도로 사용될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 히알루론산, 히알루론산의 염, 또는 히알루론산의 유도체는 그 구성의 한정은 없으나, 바람직하게는 분자량이 10,000 내지 3,000,000 달톤(Da)일 수 있다.
또한, 본 발명에서 명시적인 기재가 없는 한, "하이드로겔(hydrogel)"은 물을 분산매로 하는 겔을 의미한다. 상기 하이드로겔은 하이드로졸이 냉각으로 인하여 유동성을 상실하거나 3차원 망목 구조와 미결정 구조를 갖는 친수성 고분자가 물을 함유하여 팽창하거나 하여 형성될 수 있다. 전해질 고분자의 하이드로겔은 고흡수성을 나타내는 것이 많으며 흡수성 고분자로서 다방면에 실용화되어 있다. 히드로겔 중에는 온도, pH 등으로 상전이를 하여 팽창비가 불연속적으로 변화하는 것도 있다.
본 발명에서 "초분자(supramolecule)"란 수소결합, 정전기적 상호작용 또는 반데르발스 인력과 같은 비공유 결합을 통해 분자나 이온이 모여 형성된 분자복합체(또는 포집복합체)를 의미한다. 초분자의 구조를 형성하는 대표적인 비공유결합들은 공유결합에 비해 매우 약하기 때문에 초분자 물질은 주변의 환경에 따라 구조가 쉽게 변할 수 있으며, 이러한 특징을 이용하면 물질의 모양을 임의적으로 조절할 수 있다. 초분자 구조를 형성하는 대표적인 원리로 자기조립(self-assembly)이 있다. 자기조립은 자발적인 상호작용으로 분자들이 조립되는 현상을 의미한다.
본 발명에서 "초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔"은 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조되는 하이드로겔로서, 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체 및 히알루론산-아다만테인 유도체로부터 제조되며, 사이클로덱스트린 및 아다만테인의 초분자 반응에 의해 제조되는 하이드로겔을 의미한다.
본 발명에 따른 하이드로겔은 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체 및 히알루론산-아다만테인 유도체로부터 제조될 수 있다.
본 발명에서 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체(HA-CD 유도체)는 히알루론산과 사이클로덱스트린이 결합된 유도체를 의미한다. 상기 히알루론산의 D-글루쿠론산의 카르복실기와 사이클로덱스트린의 6번 탄소 위치의 하이드록시기가 링커를 매개로 결합을 형성할 수 있으며, 구체적으로 아마이드 결합을 통해 결합을 형성할 수 있다.
일 구체예에서, 링커는 -NH-(CH2)m-NH-를 구조를 가질 수 있으며, 상기 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00002
상기 화학식 1에서, n은 25 내지 8,000 또는 25 내지 1,000 의 정수일 수 있다. 또한, m은 2 내지 8의 정수 또는 4 내지 6의 정수일 수 있다. 상기 m의 범위에서 우수한 기계적 물성을 부여할 수 있으며, 특히 낮은 사이클로덱스트린의 치환도에서도 높은 기계적 강도를 부여할 수 있다.
일 구체예에서, 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체에서 사이클로덱스트린의 치환도는 10 내지 50%, 10 내지 40%, 또는 25 내지 35%일 수 있다. 일반적으로 사이클로덱스트린의 치환도가 낮으면 제조되는 초분자 하이드로겔의 기계적 물성이 나쁘다. 또한, 치환도가 클 경우 사이클로덱스트린의 내부 소수성 특성이 증가하여, 고분자의 물에 대한 용해도를 낮추고, 히알루론산의 카르복시 그룹이 가질 수 있는 수소결합과 음이온성 성질을 저해하여 히알루론산 골격 자체가 가진 구조적 특성이 변화할 우려가 있다. 본 발명에 따른 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체는 낮은 치환도를 가지면서도 수성 용매에서의 용해도가 높은 장점을 가진다. 이때 치환도는 하기와 같이 계산할 수 있다.
치환도 = (사이클로덱스트린이 결합된 히알루론산 반복 단위의 몰량) * (사이클로덱스트린이 결합 및 결합되지 않은 히알루론산 반복 단위의 몰량) * 100
본 발명에서 히알루론산-아다만테인(CD-Ad) 유도체는 히알루론산과 아다만테인이 결합된 유도체를 의미한다. 구체적으로, 히알루론산의 하이드록시기와 아다만테인의 카르복실기가 에스터 결합 또는 아마이드 결합을 통해 결합을 형성할 수 있다.
일 구체예에서, 아다만테인은 아다만테인의 염 또는 유도체 형태를 모두 포함하는 의미로 사용될 수 있다. 예를 들어, 아다만테인으로 카르복실기가 치환된 Adamantaneacetic acid(Ada-acetic acid) 또는 (1-adamantyl)phenol을 사용할 수 있다.
상기 히알루론산-아다만테인 유도체는 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00003
상기 화학식 2에서 n은 25 내지 8,000 또는 25 내지 1,000의 정수일 수 있다.
일 구체예에서, 히알루론산-아다만테인 유도체에서 아다만테인의 치환도는 10 내지 50% 또는 10 내지 35%일 수 있다. 상기 범위에서 기계적 강도가 우수한 하이드로겔을 제조할 수 있다.
본 발명에서 하이드로겔은 전술한 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체; 및 히알루론산-아다만테인 유도체로부터 제조될 수 있으며, 구체적으로 하이드로겔은 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체의 사이클로덱스트린 및 히알루론산-아다만테인 유도체의 아다만테인의 초분자 반응에 의해 제조될 수 있다.
본 발명에서는 사이클로덱스트린(cyclodextrin)을 사용하여 초분자체, 즉, 하이드로겔을 제조할 수 있다. 사이클로덱스트린은 6~8개의 포도당 분자의 α-1,4 결합을 통해 형성된 소수성 공동을 갖는 고리형 올리고사카라이드(oligosaccharide)로, 포도당 분자의 개수가 6개인 α-사이클로덱스트린, 7개인 β-사이클로덱스트린, 및 8개인 γ-사이클로덱스트린으로 구분된다. 이때 사이클로덱스트린을 형성하고 있는 포도당 분자의 개수에 따라 사이클로덱스트린의 분자량, 소수성 공동의 크기, 용해도 등이 달라질 수 있다.
사이클로덱스트린의 구조는 X-ray분석에 의하면 C2와 C3에 결합해있는 하이드록시기가 바깥쪽으로 펼쳐져 있고, C6 에 결합해있는 하이드록시기 역시 반대방향으로 펼쳐져 있기 때문에 링의 외곽은 전체적으로 친수성을 띄고 있다. 반면 C3 와 C5의 수소이온과 에테르의 산소가 사이클로덱스트린 구조 안쪽에 위치하고 있어 내부 공동은 소수성을 띈다. 따라서 전체 구조의 친수성 외각은 물과 같은 극성용매에 잘 녹을 수 있게 하면서 구조체 내부에는 외곽과 반대되는 성격의 소수성 기공을 형성한다. 이는 사이클로덱스트린의 가장 큰 특성인 호스트-게스트 상호작용을 통해 복합체 형성을 가능하게 한다.
게스트 물질은 일정한 사이즈를 갖는 사이클로덱스트린의 기공 안에 들어가면서 구조적 fitting에 의해 복합체를 형성하는데, 사이클로덱스트린의 종류에 따라 기공의 높이는 같지만 직경과 부피가 서로 달라지게 된다. 본 발명에서는 게스트 물질로 아다만테인을 사용한다. 상기 아다만테인은 사이클로헥세인 환 4개가 바구니 모양으로 축합된 구조를 갖고 대칭성이 높으며 안정한 화합물로, 사이클로덱스트린과 호스트-게스트 상호작용을 통해 결합을 형성할 수 있다.
즉, 본 발명은 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체의 사이클로덱스트린 및 히알루론산-아다만테인 유도체의 아다만테인의 호스트-게스트 상호작용을 통해 하이드로겔이 제조될 수 있다.
일 구체예에서, 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체 및 히알루론산-아다만테인 유도체의 함량비는 1:0.1 내지 1:10, 1:0.5 내지 1:2 또는 1:1일 수 있다.
일 구체예에서, 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔은 수용액을 기반으로 하는 완충용액일 수 있다. 상기 완충용액에서 하이드로겔의 함량은 1 내지 50 중량%, 5 내지 20 중량% 또는 5 내지 15 중량%일 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 하이드로겔은 유용 물질을 포함할 수 있다. 상기 유용 물질의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 약물, 기능성 화장료의 유용 물질, 형광물질, 방사성 동위원소, 표적 지향성 물질, 이미징 물질, 세포 배양에 필요한 배양액으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
유용 물질을 포함하는 하이드로겔은, 상기 유용 물질의 전달을 위한 약물전달체로서 기능할 수 있다.
상기 약물은 인간을 포함한 동물에서 질병 또는 증상을 저해, 억제, 경감, 완화, 지연, 예방 또는 치료할 수 있는 물질로서, 그 예로는 파클리탁셀(paclitaxel), 독소루비신(doxorubicin), 도세탁셀(docetaxel), 5-플루오레우라실(5-fluoreuracil), 옥살리플라틴(oxaliplatin), 시스플라틴(cisplatin), 카르보플라틴(carboplatin), 베르베린(berberine), 에피루비신(epirubicin), 독시사이클린(doxycycline), 겜시타빈(gemcitabine), 라파마이신(rapamycin), 타목시펜(tamoxifen), 헤르셉틴(herceptin), 아바스틴(avastin), 티사브리(tysabri), 에르비툭스(erbitux,) 캠패트(campath), 제발린(zevalin), 휴미라(humira), 밀로타르그(mylotarg), 졸레어(Xolair), 벡사르(bexxar), 랩티바(raptiva), 레미카데(remicade), siRNA, 앱타머(aptamer), 인터페론(interferon), 인슐린, 레오프로(reopro), 리툭산(rituxan), 제나팍(zenapax), 시물렉트(simulect), 오르토클론(orthoclone), 시나기스(synagis), 에리트로포이에틴(erythropoietin), 표피 성장 인자(EGF), 인간 성장 호르몬(hGH), 티오레독신(thioredoxin), Fel d1, Api m1, 마이엘린 염기성 단백질(myelin basic protein), Hsp60 및 dnaJ 등을 사용할 수 있다.
상기 기능성 화장료의 유용 물질로 주름 기능성 성분, 미백 기능성 성분, 자외선 차단 기능성 성분, 천연물 유래 성분, 피부 마이크로바이옴, 기능성 균주, 및 피부 마이크로바이옴 및 기능성 균주의 발효물 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 또한, 화장품 제형에 들어가는 점착제, 점증제, pH 조절제, 향미제, 습윤제 및 방부제를 추가로 사용할 수 있다.
상기 형광물질은 본 발명이 속하는 당업계에서 일반적으로 사용되는 형광 물질일 수 있으며, 그 예로는 플루오레세인(fluorescein), 로다민(rodamine), 단실(Dansyl), Cy 및 안트라센(antracene) 등을 사용할 수 있다.
상기 방사성 동위원소는 3H, 14C, 22Na, 35S, 33P, 32P 및 125I일 수 있다.
상기 표적 지향성 물질은 특정 표적 물질을 선택적으로 인지, 결합 또는 전달할 수 있는 임의의 물질을 의미하며, 그 예로는 RGD(알지닌-루신-아스파틱산), TAT(트레오닌-알라닌-트레오닌) 및 MVm(메티오닌-발린-D메티오닌) 등의 펩티드, 특정 세포를 인지하는 펩티드, 항원, 항체. 엽산, 핵산, 앱타머, 또는 탄수화물(예, 글루코스, 프럭토스, 만노스, 갈락토스, 리보스 등)을 사용할 수 있다.
또한, 이미징 물질은 이미징 물질은 NMR(Nuclear Resonance Spectrometer), MRI(자기공명이미지), PET(Positron Emission Tomography), CT(Nuclear Resonance Spectrometer)와 같은 스펙트로스코피나, 형광 현미경, 공촛점 레이져 주사 현미경 등의 현미경을 통해 감지할 수 있는 임의의 물질로서, 그 예로는 Ga-콤플렉스, 나노 입자 및 탄소 나노 재료 등이 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다. 상기 Ga-콤플렉스로는 Ga-DTPA, Ga-DTPA-BMA, Ga-DOT 및 Ga-cyclam등이 있으며, 상기 나노 입자로는 금, 은, 망간, 카드뮴, 셀레늄, 텔루륨 및 아연 등이 있으며, 바람직하게는 1~200 nm 크기의 나노 입자이며, 상기 탄소 나노 재료로는 단일벽 나노 튜브, 다중벽 나노 튜브, 플러린 및 그라핀 등을 사용할 수 있다.
또한, 세포 배양에 필요한 배양액으로 당업계에서 사용되는 성분을 제한없이 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔은 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체 및 히알루론산-아다만테인 유도체를 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에서 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체는 히알루론산과 사이클로덱스트린을 반응시켜 제조할 수 있다.
일 구체예에서, 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체는 (a) 사이클로덱스트린의 6번 탄소 위치의 하이드록시기를 디아민 화합물과 반응시켜 아민기를 가지는 사이클로덱스트린을 제조하는 단계; 및
(b) 상기 아민기를 가지는 사이클로덱스트린과 히알루론산을 반응시켜 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체를 제조하는 단계를 통해 제조할 수 있다.
단계 (a)에서는 사이클로텍스트린의 6번 탄소 위치의 하이드록시기에 반응성기를 형성시킨 후, 디아민 화합물과 반응시키는 방법으로 아민기를 가지는 사이클로덱스트린을 제조할 수 있다.
상기 디아민 화합물로는 1,2-ethylenediamine, 1,3-propanediamine, 1,4-butanediamine, 1,5-pentanediamine, 1,6-hexanediamine, 1,7-heptanediamine 및 1,8-octanediamine으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
단계 (b)에서 아민기를 가지는 사이클로덱스트린은 히알루론산 1 당량 대비 0.5 내지 1.5 당량, 0.5 내지 1.0 당량, 또는 0.6 내지 0.8 당량으로 사용할 수 있다. 상기 사용되는 사이클로덱스트린의 함량은 치환도에 영향을 미치며, 상기 함량 범위에서 치환도를 10 내지 50%로 조절할 수 있다.
상기 단계 (b)는 용매 및 커플링 시약의 존재하에서 수행할 수 있다. 상기 용매로 물, DMSO(Dimethyl sulfoxide) 또는 PBS(Phosphate-buffered saline)를 사용할 수 있으며, 커플링 시약으로 DMTMM(4-(4,6-Dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl)-4-methylmorpholinium chloride), EDC(N-(3-Dimethylaminopropyl)-N′-ethylcarbodiimide hydrochloride, NHS(N-Hydroxysuccinimide), Pyridine, HBTU(N′-Tetramethyl-O-(1H-benzotriazol-1-yl)uronium hexafluorophosphate) 또는 BOP((Benzotriazol-1-yloxy)tris(dimethylamino)phosphonium hexafluorophosphate)를 사용할 수 있다.
반응 시, 버퍼로 PBS 또는 MES(2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid)를 사용할 수 있다.
상기 단계 (b)는 25 내지 50℃, 실온에서 20 내지 48시간 또는 20 내지 30 시간 동안 수행할 수 있다.
본 발명에서는 아민기를 가지는 사이클로덱스트린의 당량 및 반응 시간의 조절 등을 통해 제조되는 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체의 치환도를 조절할 수 있다.
이러한 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체의 치환도는 10 내지 50%, 10 내지 40%, 또는 25 내지 35%일 수 있다.
또한, 본 발명에서 히알루론산- 아다만테인 유도체는 히알루론산과 아다만테인을 반응시켜 제조할 수 있다.
구체적으로, 히알루론산과 아다만테인을 용매에 용해시킨 후, 반응 시약의 존재하에서 반응시켜 제조할 수 있다.
상기 용매로 물, DMSO(Dimethyl sulfoxide) 또는 PBS(Phosphate-buffered saline)를 사용할 수 있다. 반응 시약은 에스터 반응을 일으키는 시약으로서, 4-DMAP(4-Dimethylaminopyridine), DVA(Divinyl acetate), N,N'-dicyclohexylcarbodiimide(N,N'-dicyclohexylcarbodiimide;DCC), Adamantane anhydride 또는 Di-tert-butyl dicarbonate를 사용할 수 있다. 또한 반응 시, 버퍼로 PBS 혹은 MES(2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid)를 사용할 수 있다. 상기 반응은 진공 상태에서 수행될 수 있다.
상기 제조된 히알루론산-아다만테인 유도체에서 아다만테인의 치환도는 10 내지 50%일 수 있다.
본 발명에서는 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체의 사이클로덱스트린 및 히알루론산-아다만테인 유도체의 아다만테인의 초분자 반응, 즉, 호스트-게스트 상호작용을 통해 하이드로겔이 제조될 수 있다.
일 구체예에서, 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체 및 히알루론산-아다만테인 유도체의 함량비는 1:0.1 내지 1:10, 1:0.5 내지 1:2 또는 1:1일 수 있다.
또한, 일 구체예에서, 하이드로겔은 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체 및 히알루론산-아다만테인 유도체의 물리적 혼합에 의해 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체; 및 히알루론산-아다만테인 유도체를 포함하는 약물전달체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 하이드로겔은 전술한 유도체들의 자가 조립을 통해 제조되므로 상기 하이드로겔 내부에 유용 물질, 구체적으로 약물을 담지할 수 있다. 이러한 약물로는 전술한 종류를 사용할 수 있다.
일 구체예에서 유용 물질의 담지는 하이드로겔의 제조과정에서 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체 및 히알루론산-아다만테인 유도체와 상기 유용 물질을 함께 혼합함으로써, 하이드로겔 내에 유용 물질을 용이하게 담지할 수 있다.
일 구체예에서, 약물전달체의 제조시, 즉, 하이드로겔 내에 유용 물질의 담지시, 상기 유용 물질은 히알루론산에 유용 물질이 결합된 HA-유용 물질 접합체의 형태로 사용하거나, 또는 히알루론산-아다만테인 유도체에 유용 물질이 결합된 HA-Ad-유용 물질 접합체의 형태로 사용할 수 있다. 또는 유용 물질 자체로도 사용할 수 있다. 상기 HA-유용 물질 접합체는 히알루론산에 알데하이드기를 도입하고, amine-aldehyde 반응을 통해 히알루론산에 유용 물질(상기 유용 물질은 아민기를 포함하거나, 아민기로 개질될 수 있다.)을 결합시켜 제조할 수 있다. 또한, HA-Ad-유용 물질 접합체는 히알루론산-아다만테인(HA-Ad) 유도체에 알데하이드기를 도입하고, amine-aldehyde 반응을 통해 HA-Ad 유도체에 유용 물질(상기 유용 물질은 아민기를 포함하거나, 아민기로 개질될 수 있다.)을 결합시켜 제조할 수 있다.
상기 약물전달체는 인간을 포함한 동물에게 생체내 또는 시험관내로 유용 물질을 전달하기 위한 용도로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 약물전달체를 포함하는 약제학적 조성물을 제공한다. 상기 약제학적 조성물은 약제학적으로 허용가능한 담체 또는 희석제 등을 추가로 포함할 수 있으며, 상기 약제학적 조성물은 당업자에게 공지된 임의의 방법, 예를 들어 경구, 비경구 투여, 예컨대 주사, 주입, 이식될 수 있다. 비경구 경로의 예로는 혈관내, 종양내, 암 주변부, 경점막, 경피, 근육내, 비내, 정맥내, 피내, 피하, 복강내, 뇌실내(intraventricularly), 두개강내(intracranially), 질내, 흡입, 직장 등이 있다.
상기 약제학적 조성물은 제조된 하이드로겔을 그대로 사용하거나, 또는 투여 경로에 적합한 형태, 즉, 고체 제제, 액체 제제, 또는 수화젤로 제형화하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔을 포함하는 경피 전달용 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체; 및 히알루론산-아다만테인 유도체로부터 제조되는 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔을 피부 등에 도포하면 필름을 형성하며, 이를 통해 제형 내의 유효 물질의 유지 및 효과적인 경피 전달이 가능하다.
일 구체예에서, 경피 전달용 조성물에 포함되는 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체 및 히알루론산-아다만테인 유도체의 함량은 각각 0.5 내지 10 wt%, 1 내지 5 wt% 또는 1 내지 2 wt%일 수 있다. 상기 함량 범위에서 피부 등에 도포 시 필름을 형성하며, 유용 물질의 유지 및 경피로의 전달이 효과적으로 이루어 질 수 있다. 상기 유도체의 함량이 너무 적으면 유용 물질의 저장에 문제가 발생하고 또한 필름이 형성되지 않고 유동성의 겔로만 존재하므로 상기 함량 범위롤 조절하는 것이 좋다.
일 구체예에서, 경피 전달용 조성물은 전술한 유용 물질을 포함할 수 있으며, 구체적으로, 주름 기능성 성분, 미백 기능성 성분, 자외선 차단 기능성 성분, 천연물 유래 성분, 피부 마이크로바이옴, 기능성 균주, 및 피부 마이크로바이옴 및 기능성 균주의 발효물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체; 및 히알루론산-아다만테인 유도체를 포함하는 화장료 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 화장료 조성물은 주름 개선의 효과를 가질 수 있으며, 주름개선용 화장료 조성물로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예.
실시예 1. 하이드로겔 제조
(1) 히알루론산-사이클로덱스트린(HA-CD) 유도체의 제조
① 6번 탄소 위치의 하이드록시 그룹이 알킬디아민으로 치환된 사이클로덱스트린(CD-NH 2 ) 제조
사이클로덱스트린 40 g을 450 ml의 증류수에 넣고 60℃로 가열하여 자석교반기를 이용하여 녹였다. 실온으로 반응 용액을 식히고, 1-(p-Toluenesulfonyl)imidazole 31.3g을 넣고 4시간 동안 실온에서 교반하였다. NaOH 18 g을 50 ml를 증류수에 녹여 NaOH 용액을 제조하고, 이를 위 반응 용액에 20분 동안 천천히 넣어주고, 이후 10분간 교반하였다. 반응에 참여 안한 1-(p-Toluenesulfonyl)imidazole를 필터를 통해 제거하였다. 필터된 용액에 NH4Cl 48.2 g을 넣고 반응을 끝낸 후, 공기를 불어주어 반응 용액을 12 시간 동안 1/2 배로 농축하였다. 농축된 반응 용액을 차가운 물 100 ml를 2번 부어 씻어주고, 마지막으로 200 ml의 아세톤을 부어 물을 제거하고 진공 오븐을 이용하여 건조시켜 Mono-6-O-(p-toluenesulfonyl)-사이클로덱스트린을 얻었다.
Mono-6-O-(p-toluenesulfonyl)-사이클로덱스트린 10 g을 산소가 차단된 아르곤 가스 상에서 30 mL의 DMF에 녹이고, 20 내지 30 ml의 1,6-hexanediamine을 넣어 80℃에서 12시간 동안 교반 반응 시켰다. 반응 용액 10배에 해당하는 아세톤을 부어 사이클로덱스트린 유도체를 침전시키고, 이를 진공오븐으로 건조시켰다. 양이온교환 컬럼수지를 이용하여, 6번 탄소에 있는 하이드록시 그룹이 알킬다이아민 그룹으로 치환된 사이클로덱스트린(mono-(6-(1,6-hexamethylenediamine)-6-deoxy)-beta-cyclodextrin, 4)을 분리하고, 동결건조하여 최종 생산물을 얻었다.
② 히알루론산-사이클로덱스트린(HA-CD) 유도체의 제조
히알루론산-사이클로덱스티린 유도체의 합성 과정을 도 1에 모식도로 나타내었다.
구체적으로, 100 mg의 히알루론산을 20 ml의 0.1M MES buffer(pH 5.5)에 교반하여 녹였다. 이후 히알루론산의 몰수의 4배에 해당하는 4-(4,6-디메톡시-1,3,5-트리아진-2-일)4-메톡시몰폴리늄 클로라이드(DMTMM)를 히알루론산 용액에 넣어 1~2시간동안 교반하였다
①에서 제조된 사이클로덱스트린을 히알루론산 당량 대비 0.75 배 당량을 상기 히알루론산 반응 용액에 넣고 24시간 동안 실온에서 교반하면서 반응하여 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체를 합성하였다. 제조된 유도체(4')를 투석을 통해 정제하고, 동결건조를 통해 획득하였다.
상기 제조된 히알루론산-사이클로덱스트린(HA-CD) 유도체의 치환도는 28%였다.
(2) 히알루론산-아다만테인(HA-Ad) 유도체의 제조
히알루론산-아다만테인 유도체의 합성 과정을 도 3에 모식도로 나타내었다.
먼저, 히알루론산의 TBA(Tetrabutylammonium)염을 제조하였다. 히알루론산 1 g을 100 ml의 이온이 제거된 3차 증류수에 녹여 히알루론산 용액을 준비하였다. DOWEX 50Wx 8,400 혹은 양이온 치환성 레진 컬럼에 히알루론산 용액을 통과시켜 히알루론산의 Na(sodium)염을 제거하였다.
Na가 제거된 히알루론산 용리액을 40% TBA-OH(Tetrabutylammonium hodroxide)를 이용하여 pH를 7~8로 적정하였다. 이 후, 자석교반기를 이용하여 1시간 동안 교반한 후 동결건조하여 히알루론산의 TBA 염(6)을 제조하였다.
상기 히알루론산의 TBA염(6)과 히알루론산 기준 당량 2~3배에 해당하는 아다만테인 아세트산(1-adamataneacetic acid, 7) 및 히알루론산 기준 당량 0.7~1배에 해당하는 4-DMAP(4-dimethylaminopyridine)을 DMSO(Dimethyl sulfoxide)에 용해시켰다. 용해 전후에 진공과 아르곤 가스를 이용하여 반응 용기 내에 있는 산소를 제거하였다. 이 후 디-터트-부틸-디카보네이트(di-tert-butyl dicarbonate)(히알루론산 기준 당량 ~0.5배에 해당하는 양)을 반응 용액에 첨가한 후 자석교반기를 이용하여 24시간 동안 충분히 교반하였다.
24시간 후 반응 용액에 히알루론산 당량에 해당하는 NaCl(sodium chloride)를 물에 녹여 반응용액에 첨가하고, 이어서 아이소프로필 알코올(isopropyl alcholo)을 5~10배 넣어, 히알루론산-아다만테인 유도체를 침전시켰다. 필터를 통해 침전물을 얻고 이를 물에 용해시켜 0.1M의 NaCl 용액에서 24시간 동안 투석을 진행하고, 추가로 48 시간 동안 증류수를 이용하여 투석을 진행하였다.
아이소프로필 알코올의 첨가를 통한 침천회수법이 아닌 반응용액을 회수하여 투석막에 넣고 20%(v/v) DMSO용액을 이용하여 24시간 동안 투석을 진행하였다. 이후 상기의 방법을 통해 추가로 투석을 진행하여 획득물을 얻을 수도 있다.
투석 후, 동결건조를 통해 히알루론산-아다만테인 유도체를 획득하였다.
제조된 히알루론산-아다만테인 유도체의 치환도는 20%였다.
(3) 하이드로겔 제조
(1)에서 제조된 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체를 PBS (Phosphate buffered saline, pH 7.4) 용액에 4wt%를 녹여 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체 용액을 준비하였다.
(2)에서 제조된 히알루론산-아다만테인 유도체를 PBS 용액에 5wt% 녹여 히알루론산-아다만테인 유도체 용액을 준비하였다.
상기 두 개의 히알루론산 유도체를 1:1로 혼합하여 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔을 제조하였다.
비교예 1.
(1) 히알루론산-사이클로덱스트린(HA-CD) 유도체의 제조
① 3번 탄소 위치의 하이드록시 그룹이 아민기로 치환된 사이클로덱스트린(CD-NH 2 ) 제조
3번 탄소에 있는 하이드록시 그룹이 아민기로 치환된 사이클로덱스트린(3A-Amino-3A-deoxy-(2AS,3AS)-beta-cyclodextrin, 2)를 TOKYO CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD,(제품번호: A1916)에서 구입하여 사용하였다.
② 히알루론산-사이클로덱스트린(HA-CD) 유도체의 제조
히알루론산 100 mg을 10 ml의 0.1M MES buffer(pH 5.5)에 교반하여 녹였다. 이후 히알루론산의 몰수의 4배에 해당하는 4-(4,6-디메톡시-1,3,5-트리아진-2-일)4-메톡시몰폴리늄 클로라이드(DMTMM)를 히알루론산 용액에 넣어 1~2시간동안 교반하였다.
①의 사이클로덱스트린을 히알루론산 당량 대비 0.7배 당량을 상기 히알루론산 반응 용액에 넣고 24시간 동안 실온에서 교반하면서 반응하여 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체를 합성한 것을 제외하고는, 실시예 1의 (1)와 동일한 방법으로 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체(2')를 제조하였다.
제조된 히알루론산-아다만테인 유도체의 치환도는 50%였다.
(2) 히알루론산-아다만테인(HA-Ad) 유도체의 제조
실시예 1의 (2)와 동일한 방법으로 히알루론산-아다만테인 유도체를 제조하였다.
(3) 하이드로겔 제조
(1)에서 제조된 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체를 PBS 용액에 5wt%를 녹여 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체 용액을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1의 (3)와 동일한 방법으로 하이드로겔을 제조하였다.
비교예 2.
(1) 히알루론산-사이클로덱스트린(HA-CD) 유도체의 제조
① 6번 탄소 위치의 하이드록시 그룹이 아민기로 치환된 사이클로덱스트린(CD-NH2) 제조
Mono-6-O-(p-toluenesulfonyl)-사이클로덱스트린 10 g을 100 ml의 28~30% 암모니아수에 넣고 교반하였다. 매일 5 ml의 새로운 암모니아수를 반응 용액에 5일간 넣어 반응하였다. 반응 6일 후, 반응 용액 7 내지 10배에 해당하는 아세톤을 넣어 침전시켜 생성물을 얻고, 진공건조하였다. 양이온컬럼 수지를 이용하고, 동결건조하여 6번 탄소에 있는 하이드록시 그룹이 아민기로 치환된 사이클로덱스트린(6-mono-6-deoxt-beta-cyclodextrin, 3)를 제조하였다.
②히알루론산-사이클로덱스트린(HA-CD) 유도체의 제조
히알루론산 100 mg을 20 ml의 0.1M MES buffer(pH 5.5)에 교반하여 녹였다. 이후 히알루론산의 몰수의 2배에 해당하는 4-(4,6-디메톡시-1,3,5-트리아진-2-일)4-메톡시몰폴리늄 클로라이드(DMTMM)를 히알루론산 용액에 넣어 1~2시간동안 교반하였다.
①에서 제조된 사이클로덱스트린을 히알루론산 당량 대비 0.75배 당량을 상기 히알루론산 반응 용액에 넣고 24시간 동안 실온에서 교반하면서 반응하여 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체를 합성한 것을 제외하고는, 실시예 1의 (1)와 동일한 방법으로 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체(3')를 제조하였다.
제조된 히알루론산-아다만테인 유도체의 치환도는 17%였다.
(2) 히알루론산-아다만테인(HA-Ad) 유도체의 제조
실시예 1의 (2)와 동일한 방법으로 히알루론산-아다만테인 유도체를 제조하였다.
(3) 하이드로겔 제조
(1)에서 제조된 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체를 PBS 용액에 5wt%를 녹여 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체 용액을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1의 (3)와 동일한 방법으로 하이드로겔을 제조하였다.
비교예 3.
(1) 히알루론산-사이클로덱스트린(HA-CD) 유도체의 제조
① 6번 탄소 위치의 하이드록시 그룹이 아민기로 치환된 사이클로덱스트린(CD-NH2) 제조
비교예 2의 (1) ①과 같은 방법으로 제조하였다.
② 히알루론산-사이클로덱스트린(HA-CD) 유도체의 제조
히알루론산 100 mg을 15 ml의 0.1M MES buffer(pH 5.5)에 교반하여 녹였다. 이후 히알루론산의 몰수의 2배에 해당하는 4-(4,6-디메톡시-1,3,5-트리아진-2-일)4-메톡시몰폴리늄 클로라이드(DMTMM)를 히알루론산 용액에 넣어 1~2시간동안 교반하였다.
①에서 제조된 사이클로덱스트린을 히알루론산 당량 대비 1.0배 당량을 상기 히알루론산 반응 용액에 넣고 24시간 동안 실온에서 교반하면서 반응하여 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체(3')를 합성한 것을 제외하고는, 실시예 1의 (1)와 동일한 방법으로 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체(3')를 제조하였다.
제조된 히알루론산-아다만테인 유도체의 치환도는 49%였다.
(2) 히알루론산-아다만테인(HA-Ad) 유도체의 제조
실시예 1의 (2)와 동일한 방법으로 히알루론산-아다만테인 유도체를 제조하였다.
(3) 하이드로겔 제조
(1)에서 제조된 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체를 PBS 용액에 5wt%를 녹여 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체 용액을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1의 (3)와 동일한 방법으로 하이드로겔을 제조하였다.
실험예 1. 유도체의 NMR 분석
(1) 방법
실시예 및 비교예에서 제조된 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체를 NMR(DPX300, Bruker, Germany)으로 분석하였다.
(2) 결과
히알루론산-사이클로덱스트린 유도체의 NMR 분석 결과를 도 2에 나타내었다.
도 2에서 (a)는 비교예 2에서 제조된 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체(사이클로덱스트린 치환도 17%, 3'), (b)는 비교예 3에서 제조된 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체(사이클로덱스트린 치환도가 49%, 3'), (c)는 실시예 1에서 제조된 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체(사이클로덱스트린의 치환도 28%, 4')의 NMR 스펙트럼을 나타낸다.
상기 도 2에 나타난 바와 같이, 2.0 ppm에서 나타난 히알루론산 골격의 아세틸 그룹의 적분값인 3을 기준으로, 5.0 ppm에서 나타난 사이클로덱스트린의 글루코스의 1번 탄소의 하이드로젠 픽이 이 검출된 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 히알루론산에 사이클로덱스트린이 접합된 것과 치환도를 확인할 수 있다.
실험예 2. 하이드로겔의 유변학적 성질
(1) 방법
실시예 1 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 하이드로겔의 유변학적 특성을 측정하였다.
구체적으로, MCR 92 레오미터(Anton Paar,USA)를 통해 하이드로겔의 저장탄성율 (G’)과 손실탄성율 (G’’)를 각주파수 0.1 내지 100 rad/s의 범위 및 25℃ 에서 직경 25 mm 플레이트로 측정하였다.
(2) 결과
측정 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4에서 (a)는 비교예 1에서 제조된 5wt% HA-CD(2', 치환도 50%)와 5wt% HA-Ad(6', 치환도 20%)로 구성된, (b)는 비교예 2에서 제조된 5wt% HA-CD(3', 치환도 17%)와 5wt% HA-Ad(6', 치환도 20%)로 구성된, (c)는 비교예 3에서 제조된 5wt% HA-CD(3', 치환도 49%)와 5wt% HA-Ad(6', 치환도 20%)로 구성된, (d)는 실시예 1에서 제조된 4wt% HA-CD(4', 치환도 28%)와 5wt% HA-Ad(6', 치환도 20%)로 구성된 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔의 유변학적 성질을 나타낸다.
상기 도 4에 나타난 바와 같이, 비교예 1에서 제조된 하이드로겔은 비교예 2에 비해 사이클로덱스트린의 치환도가 높아 겔의 탄성도가 높으나. 사이클로덱스트린의 치환도가 비슷한 비교예 3이 비교예 1보다 탄성도가 더 높은 것을 확인할 수 있다. 즉, 사이클로덱스트린의 6번 탄소 위치에 하이드로겔이 결합되고, 치환도가 높은 것이 우수한 탄성도를 가진다.
그러나, 실시예 1은 비교예 1 및 비교예 3과 비교하여 낮은 사이클로덱스트린 치환도를 가지고, 더 낮은 히알루론산의 농도를 가짐에도 불구하고 동등 이상의 탄성도를 가지는 것을 확인할 수 있다.
실험예 3. 하이드로겔의 Tan δ (loss factor) 측정
(1) 방법
실시예 1 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 하이드로겔의 Tan δ을 측정하였다.
구체적으로, 실험예 2 에서 측정된 방법과 동일한 방법으로 하이드로겔의 저장탄성율과 손실탄성율을 측정하였으며 Tan δ는 손실탄성율/저장탄성율의 비로 계산하였다.
(2) 결과
측정 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에서 (a)는 비교예 1에서 제조된 5wt% HA-CD(2', 치환도 50%)와 5wt% HA-Ad(6', 치환도 20%)로 구성된, (b)는 비교예 2에서 제조된 5wt% HA-CD(3', 치환도 17%)와 5wt% HA-Ad(6', 치환도 20%)로 구성된, (c)는 비교예 3에서 제조된 5wt% HA-CD(3', 치환도 49%)와 5wt% HA-Ad(6', 치환도 20%)로 구성된, (d)는 실시예 1에서 제조된 4wt% HA-CD(4', 치환도 28%)와 5wt% HA-Ad(6', 치환도 20%)로 구성된 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔의 Tan δ 측정 결과를 나타낸다.
상기 도 5에 나타난 바와 같이, 비교예 2는 모든 각주파수 범위에서 다른 예보다 높은 Tan δ 값을 나타내며 각주파수 30 rad/s 이상에서 1 이하의 Tan δ 값이 나타난다. 치환도가 높은 비교예 1의 경우, 초기 각주파수에서 비교예 2보다 낮은 Tan δ 값이 나타났으며 각주파수 10 rad/s 이상에서 1 이하의 Tan δ 값이 나타나 비교예 2보다 기계적 강도가 우수한 것을 확인하였다.
비교예 1과 유사한 치환도를 가지나 6번 탄소 위치에 아민기가 있는 비교예 3의 경우, 모든 각주파수 범위에서 비교예 1보다 낮은 Tan δ 값이 확인되었고, 각주파수 1 rad/s 이하에서 1 이하의 Tan δ값이 나타남이 확인 되었다. 실시예 1은 비교예 3과 유사한 Tan δ 값이 나타났으나, 이는 모든 각 주파수에서 더 낮은 Tan δ 값을 갖는 것으로 확인 되었다.
1 보다 낮은 Tan δ값은 하이드로겔의 탄성이 점성보다 높다는 것을 의미하며 낮은 Tan δ값을 가질수록 기계적 강도가 높다는 것을 의미한다. 따라서, 본 실험예를 통해 실시예 1에서 제조된 하이드로겔이 낮은 치환도를 가지면서도 기계적 강도가 우수한 것을 확인할 수 있다.
실험예 4. 초분자 자기조립 하이드로겔 기반 경피 전달 화장품 제형
(1) 방법
실시예 1에서 제조된 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체와 히알루론산-아다만테인 유도체를 각각 1 wt% 또는 2 wt% 농도로 하기 표 1과 같이 구성된 화장품 조성물에 녹여 경피 전달용 화장품 제형을 제조하였다.
화장품 제형에는 물, 점증제, pH 조절제, 보습제, 방부제 용매 등이 포함되며, 미백 기능성 성분, 주름개선 기능성 성분, 천연물 유래 기능성 성분, 피부 마이크로바이옴 및 기능성 균주, 피부 마이크로바이옴 및 기능성 균주 발효물 등이 추가로 포함될 수 있다.
NO. INGREDIENTS LIST
1 WATER
2 ACRYLATES/C10-30 ALKYL ACRYLATE CROSSPOLYMER
3 TROMETHAMINE
4 HYDROXYETHYLCELLULOSE
5 HYDROLYZED HYALURONIC ACID
6 SODIUM HYALURONATE
7 DISODIUM EDTA
8 SACCHAROMYCES FERMENT FILTRATE
9 ALOE BARBADENSIS LEAF EXTRACT
10 ULMUS DAVIDIANA ROOT EXTRACT 
11 METHYLPROPANEDIOL
12 1,2-HEXANEDIOL
13 GLYCERIN
14 PENTYLENE GLYCOL
15 BUTYLENE GLYCOL
16 ETHYLHEXYLGLYCERIN
(2) 결과
제조된 화장품 제형의 필름 형성 결과 및 피부 도포예를 도 6에 나타내었다.
화장품 제형 내 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체와 히알루론산-아다만탄 유도체의 함량은 1 내지 5 wt%일 수 있으며, 각 화장품 성분들과 함께 피부에 적용될 때 필름을 형성할 수 있다.
상기 형성된 필름으로 인해 유효성분이 유지되며 효율적인 경피 전달을 할 수 있다.

Claims (13)

  1. 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체; 및 히알루론산-아다만테인 유도체로부터 제조되고,
    상기 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체는 히알루론산의 D-글루쿠론산의 카르복실기와 사이클로덱스트린의 6번 탄소 위치의 하이드록시기가 링커를 매개로 결합되어 있는 것인 기계적 강도가 제어된 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔.
  2. 제 1 항에 있어서,
    히알루론산-사이클로덱스트린 유도체는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔:

    [화학식 1]
    Figure pat00004


    상기 화학식 1에서, n은 25 내지 8,000의 정수이고, m은 2 내지 8의 정수이다.
  3. 제 1 항에 있어서,
    히알루론산-사이클로덱스트린 유도체에서 사이클로덱스트린의 치환도는 10 내지 50%인 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔.
  4. 제 1 항에 있어서,
    히알루론산-아다만테인 유도체는 히알루론산의 카르복실기와 아다만테인이 에스터 결합 또는 아마이드 결합을 통해 결합되어 있는 것인 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔.
  5. 제 1 항에 있어서,
    히알루론산-아다만테인 유도체에서 아다만테인의 치환도는 10 내지 50%인 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔.
  6. 제 1 항에 있어서,
    히알루론산-사이클로덱스트린 유도체 및 히알루론산-아다만테인 유도체의 함량비는 1:0.1 내지 1:10 인 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔.
  7. 제 1 항에 있어서,
    하이드로겔은 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체의 사이클로덱스트린 및 히알루론산-아다만테인 유도체의 아다만테인의 초분자 반응에 의해 형성되는 것인 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔.
  8. 제 1 항에 있어서,
    초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔은 수용액을 기반으로 하는 완충용액인 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔.
  9. 제 1 항에 있어서,
    유용 물질을 추가로 포함하며,
    상기 유용 물질은 약물, 기능성 화장료의 유용 물질, 형광물질, 방사성 동위원소, 표적 지향성 물질, 이미징 물질 및 세포 배양에 필요한 배양액으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔.
  10. 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체 및 히알루론산-아다만테인 유도체를 혼합하는 단계를 포함하며,
    상기 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체는 히알루론산의 D-글루쿠론산의 카르복실기와 사이클로덱스트린의 6번 탄소 위치의 하이드록시기가 링커를 매개로 결합되어 있는 것인 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    히알루론산-사이클로덱스트린 유도체는
    사이클로덱스트린의 6번 탄소 위치의 하이드록시기를 디아민 화합물과 반응시켜 아민기를 가지는 사이클로덱스트린을 제조하는 단계;
    상기 아민기를 가지는 사이클로덱스트린과 히알루론산을 반응시켜 히알루론산-사이클로덱스트린 유도체를 제조하는 단계를 통해 제조되는 것인 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    디아민 화합물은 1,2-ethylenediamine, 1,3-propanediamine, 1,4-butanediamine, 1,5-pentanediamine, 1,6-hexanediamine, 1,7-heptanediamine 및 1,8-octanediamine으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것인 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔의 제조 방법.
  13. 제 1 항에 따른 초분자 자기조립 히알루론산 하이드로겔을 포함하는 경피 전달용 조성물.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115501350A (zh) * 2022-10-18 2022-12-23 浙江大学 一种荧光超分子纳米载体及其制备方法与应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110076469A (ko) * 2009-12-29 2011-07-06 포항공과대학교 산학협력단 자기 조립형 약물 및 세포 전달체의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 자기 조립형 약물 및 세포 전달체
KR20200047408A (ko) * 2018-10-26 2020-05-07 (주)화이바이오메드 초분자 자기 조립 히알루론산 하이드로겔 제조 및 응용

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110891578B (zh) * 2017-03-31 2023-12-01 宾夕法尼亚大学理事会 用于心脏再生的组合物和方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110076469A (ko) * 2009-12-29 2011-07-06 포항공과대학교 산학협력단 자기 조립형 약물 및 세포 전달체의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 자기 조립형 약물 및 세포 전달체
KR20200047408A (ko) * 2018-10-26 2020-05-07 (주)화이바이오메드 초분자 자기 조립 히알루론산 하이드로겔 제조 및 응용

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RODELL ET AL., "Rational Design of Network Properties in Guest-Host Assembled and Shear-Thinning Hyaluronic Acid Hydrogels", BIOMACROMOLECULES, 2013, Vol. 14, No. 11, pp. 4125-4134* *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115501350A (zh) * 2022-10-18 2022-12-23 浙江大学 一种荧光超分子纳米载体及其制备方法与应用
CN115501350B (zh) * 2022-10-18 2024-04-26 浙江大学 一种荧光超分子纳米载体及其制备方法与应用

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