KR20220101914A - A pH-sensitive amphiphilic block copolymer, a manufacturing method thereof, a polymer micelle comprising the pH-sensitive amphiphilic block copolymer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 pH 감응형 양친성 블록 공중합체, 이의 제조방법, 상기 pH 감응형 양친성 블록 공중합체를 포함하는 고분자 마이셀에 관한 것이다.The present invention relates to a pH-sensitive amphiphilic block copolymer, a method for preparing the same, and a polymer micelle comprising the pH-sensitive amphiphilic block copolymer.
화학요법은 암을 치료하는 가장 일반적인 수단으로 사용된다. 그러나 높은 독성, 빠른 제거 및 종양 선택성과 같은 치료제의 본질적인 한계를 극복하기 위해 향상된 효율성을 가진 새로운 약물 전달 시스템을 개발하는 것이 매우 중요하다. 이를 해결하기 위해 고분자 약물 접합체, 리포솜 및 고분자 마이셀을 포함한 고분자 약물 운반체에 대한 연구개발이 이루어졌다. Chemotherapy is the most common means of treating cancer. However, it is of great importance to develop novel drug delivery systems with improved efficiencies to overcome intrinsic limitations of therapeutics such as high toxicity, rapid clearance and tumor selectivity. To solve this problem, research and development on polymer drug carriers including polymer drug conjugates, liposomes, and polymer micelles have been conducted.
이 중 고분자 마이셀은 고도로 조정 가능한 로딩 효율 및 용량, 손쉬운 변형, 순환계의 긴 순환 시간, 방출 부작용 및 조정 가능한 분해 역학과 같은 고유한 장점을 가진 이상적인 약물전달 담체로 널리 사용되고 연구되었다. 이러한 고분자 마이셀은 효율적인 약물전달을 위해 큰 발전을 이루었지만 이를 적용한 안정성 문제는 해결해야 될 과제이다.Among them, polymer micelles have been widely used and studied as ideal drug delivery carriers with unique advantages such as highly tunable loading efficiency and dose, easy modification, long circulation time in the circulatory system, side effects of release, and tunable degradation kinetics. Although these polymer micelles have made great strides for efficient drug delivery, the stability problem to which they are applied is a challenge to be resolved.
생물학적 환경에서 약물 운반체의 안정성은 매우 중요하다. 생물학적 매개체와 접촉하는 다양한 단백질 성분의 흡착은 운반체의 안정성에 부정적인 영향을 미치고 약물전달의 효과가 저하되는 요인이 된다. 또한 동적 평형 이동으로 인해 혈류에서 고분자 마이셀의 안정성이 저하되기도 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 소수성, 정전기, 숙주-게스트, 수소 결합, 입체 복합체, 배위 상호작용과 같은 비공유 상호작용을 고분자 마이셀에 도입할 경우 고분자 마이셀의 안정성을 향상시킬 수 있다.The stability of drug carriers in a biological environment is very important. The adsorption of various protein components in contact with the biological vehicle negatively affects the stability of the vehicle and is a factor that reduces the effectiveness of drug delivery. In addition, the stability of polymer micelles in the bloodstream is reduced due to dynamic equilibrium shift. In order to solve this problem, when non-covalent interactions such as hydrophobicity, electrostatics, host-guest, hydrogen bonding, steric complexes, and coordination interactions are introduced into polymer micelles, the stability of polymer micelles can be improved.
기존 문헌에서는 양친성 공중합체의 소수성을 향상시키기 위해 환원 반응을 갖는 고분자 마이셀인 이황화결합 가교 데옥시콜산-히알루론산을 합성하였다. 상기 고분자 마이셀은 글루타티온의 존재 하에서 분해되고 가속화된 소수성 약물 방출을 나타내었다. 또 다른 문헌에서 합성된 스테아레이트-g-덱스트란 그래프트 공중합체는 소수성 스테아레이트의 그래프팅 정도가 다른데, 상기 소수성 스테아레이트의 비율이 증가함에 따라 로딩 용량 및 캡슐화 효율은 증가하고 크기는 감소하였다. 또한 양친성 어셈블리 내 소수성 분자의 캡슐화는 소수성과 관련이 있다. 이에 따라 자체 조립된 마이셀 코어의 소수성을 증가시키면 소수성 치료제와의 상호 작용이 향상되고 부하 용량과 효율성을 향상시킬 수 있다.In the existing literature, disulfide-linked cross-linked deoxycholic acid-hyaluronic acid, which is a polymer micelle having a reduction reaction, was synthesized to improve the hydrophobicity of the amphiphilic copolymer. The polymer micelles were degraded in the presence of glutathione and exhibited accelerated hydrophobic drug release. The stearate-g-dextran graft copolymer synthesized in another document has a different grafting degree of hydrophobic stearate. As the ratio of the hydrophobic stearate increases, the loading capacity and encapsulation efficiency increase and the size decreases. In addition, encapsulation of hydrophobic molecules within the amphiphilic assembly is related to hydrophobicity. Accordingly, increasing the hydrophobicity of self-assembled micelle cores may improve interaction with hydrophobic therapeutics and improve loading capacity and efficiency.
이 밖에도 정교한 전달은 DDS의 또 다른 중요한 요소이다. pH, 산화 환원, 효소 또는 단백질, 핵산과 같은 다양한 내인성 자극에 반응하는 특정 화학적 작용기를 가진 고분자 마이셀은 치료 화합물을 전달하고 질병 부위에서 약물 방출을 제어하기 위해 개발되었다. 여기에 암세포의 산성 미세환경으로 인해 케탈, 아세탈, 히드라존 및 오르토에스테르 에스테르와 같은 산 불안정 결합을 가진 pH 반응성 마이셀이 사용되었다.In addition, sophisticated delivery is another important element of DDS. Polymeric micelles with specific chemical functional groups that respond to various endogenous stimuli such as pH, redox, enzymes or proteins, nucleic acids have been developed to deliver therapeutic compounds and to control drug release at disease sites. Here, pH-responsive micelles with acid labile bonds such as ketals, acetals, hydrazones and orthoesters esters due to the acidic microenvironment of cancer cells were used.
약물 전달을 위한 새로운 기능성 에폭시드 모노머로 테트라하이드로푸라닐글리시딜에테르(TFGE), 테트라하이드로피라닐글리시딜에테르(TPGE)를 포함하여 아세탈 그룹을 갖는 일련의 pH 반응성 글리시딜 에테르를 합성하였다. 그러나 TFGE 및 TPGE 단량체를 기반으로 한 고분자 마이셀은 약물 운반체로는 성공적이었으나, 치료제의 부작용을 줄이기 위한 고용량과 인체 안정성을 달성하는 것은 여전히 해결 과제로 남아있다.Synthesis of a series of pH-reactive glycidyl ethers with acetal groups, including tetrahydrofuranyl glycidyl ether (TFGE) and tetrahydropyranyl glycidyl ether (TPGE) as novel functional epoxide monomers for drug delivery did. However, although polymer micelles based on TFGE and TPGE monomers have been successful as drug carriers, achieving high doses and human safety to reduce the side effects of therapeutics remains a challenge.
상기와 같은 문제 해결을 위하여, 본 발명은 자기조립 마이셀 형성이 가능한 pH 감응형 양친성 블록 공중합체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a pH-sensitive amphiphilic block copolymer capable of forming self-assembled micelles.
또한 본 발명은 상기 pH 감응형 양친성 블록 공중합체를 포함하여 캡슐화 안정성 및 생체 적합성이 우수한 고분자 마이셀을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a polymer micelle excellent in encapsulation stability and biocompatibility, including the pH-sensitive amphiphilic block copolymer.
또한 본 발명은 상기 고분자 마이셀을 포함하는 pH 감응형 표적 전달체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a pH-sensitive target delivery system comprising the polymer micelles.
또한 본 발명은 pH 감응형 양친성 블록 공중합체의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method for preparing a pH-sensitive amphiphilic block copolymer.
본 발명은 친수성 고분자의 일 말단에 소수성을 갖는 폴리사이클로헥실옥시에틸글리시딜에테르(PCHGE)가 음이온 개환 중합에 의해 공중합된 pH 감응형 양친성 블록 공중합체를 제공한다.The present invention provides a pH-sensitive amphiphilic block copolymer in which polycyclohexyloxyethyl glycidyl ether (PCHGE) having hydrophobicity at one end of a hydrophilic polymer is copolymerized by anionic ring-opening polymerization.
또한 본 발명은 상기 pH 감응형 양친성 블록 공중합체; 및 상기 pH 감응형 양친성 블록 공중합체의 폴리사이클로헥실옥시에틸글리시딜에테르(PCHGE)에 결합된 분자영상 표지자, 조영제 또는 치료제 물질;을 포함하는 고분자 마이셀을 제공한다.In addition, the present invention is the pH-sensitive amphiphilic block copolymer; and a molecular imaging marker, contrast agent or therapeutic agent bound to polycyclohexyloxyethyl glycidyl ether (PCHGE) of the pH-sensitive amphiphilic block copolymer.
또한 본 발명은 상기 고분자 마이셀을 포함하는 pH 감응형 표적 전달체를 제공한다.The present invention also provides a pH-sensitive target delivery system comprising the polymer micelles.
또한 본 발명은 사이클로헥실옥시에틸글리시딜에테르(CHGE)를 합성하는 단계; 및 유기용매에 친수성 고분자, 상기 사이클로헥실옥시에틸글리시딜에테르(CHGE) 및 촉매를 투입하고, 음이온 개환 중합시켜 pH 감응형 양친성 블록 공중합체를 제조하는 단계;를 포함하는 pH 감응형 양친성 블록 공중합체의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of synthesizing cyclohexyloxyethyl glycidyl ether (CHGE); and adding a hydrophilic polymer, the cyclohexyloxyethyl glycidyl ether (CHGE) and a catalyst to an organic solvent, and performing anionic ring-opening polymerization to prepare a pH-sensitive amphiphilic block copolymer; A method for producing a block copolymer is provided.
본 발명에 따른 pH 감응형 양친성 블록 공중합체는 친수성 고분자의 일 말단에 소수성을 갖는 폴리사이클로헥실옥시에틸글리시딜에테르(PCHGE)를 공중합함으로써 CHGE의 강력한 분자 간 소수성 상호 작용에 의해 캡슐화가 가능한 자기조립 고분자 마이셀을 형성할 수 있으며, 인체 안정성이 우수한 이점이 있다.The pH-sensitive amphiphilic block copolymer according to the present invention can be encapsulated by strong intermolecular hydrophobic interaction of CHGE by copolymerizing polycyclohexyloxyethyl glycidyl ether (PCHGE) having hydrophobicity at one end of the hydrophilic polymer. It can form self-assembled polymer micelles, and has the advantage of excellent human stability.
또한 본 발명에 따른 고분자 마이셀은 우수한 캡슐화 안정성 및 생체 적합성을 가지며, CHGE의 pH에 반응하는 아세탈 결합으로 인해 pH를 조절하거나 CHGE 단량체의 수를 조절함으로써 마이셀의 분해속도를 제어하여 효과적으로 약물이 방출될 수 있도록 조절할 수 있다.In addition, the polymer micelles according to the present invention have excellent encapsulation stability and biocompatibility, and control the decomposition rate of micelles by controlling the pH or the number of CHGE monomers due to the acetal bond responding to the pH of CHGE, thereby effectively releasing the drug. can be adjusted so that
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects. It should be understood that the effects of the present invention include all effects that can be inferred from the following description.
도 1은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 CHGE 모노머(a), PCHGE 호모폴리머(b) 및 mPEG-b-PCHGE 블록 공중합체(c)의 1H NMR 스펙트럼 분석 결과이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 mPEG-b-PCHGE 블록 공중합체에 대한 2750에서 4500 Da까지의 MALDI-ToF 질량 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 다양한 모델 아세탈 측쇄 화합물(CHPE, TPPE, TFPE, EEPE)의 가수분해 반응 좌표의 에너지 다이어그램(a)과 CHPE의 제안된 가수분해 메커니즘(b)을 계략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 Cy1, Cy2 및 Cy3 마이셀의 강도 평균 유체 역학적 직경(Dh) 분포도(a-c)와 해당 라인 스캔 프로파일이 있는 Cy1, Cy2 및 Cy3 마이셀의 AFM 이미지(d-f)이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1의 Cy1, Cy2 및 Cy3과 비교예 2 내지 4의 E60, P37, F47에서 Nile Red의 캡슐화 효율(a)과 상기 Cy1, Cy2 및 Cy3의 캡슐화 효율에 대한 실제 이미지(b)를 각각 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 Cy1, Cy2, Cy3과 비교예 2 내지 4의 E60, P37, F47을 이용하여 pyrene 형광법에 기반한 약물방출 프로파일의 도식화(a) 및 화학구조 변화(b)와 pH 5.0 및 pH 7.4에서의 피렌이 로딩된 상기 실시예 1에서 제조된 Cy1, Cy2, Cy3과 비교예 2 내지 4의 E60, P37, F47를 이용한 마이셀의 약물방출 동역학(c, d)을 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 Cy1, Cy2, Cy3에 대하여 형광 방출 스펙트럼(λex = 450 nm)을 사용하여 PBS 및 FBS에서의 FRET 기반 캡슐화 안정성 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 Cy1, Cy2, Cy3에 대하여 HeLa 세포를 사용한 MTT 분석에 의해 결정된 시험관 내 세포 생존력 분석 결과를 나타낸 것이다.1 is a 1H NMR spectrum analysis result of the CHGE monomer (a), PCHGE homopolymer (b) and mPEG-b-PCHGE block copolymer (c) prepared in Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention.
2 shows the results of MALDI-ToF mass spectrum analysis from 2750 to 4500 Da for the mPEG-b-PCHGE block copolymer prepared in Example 1 of the present invention.
Figure 3 schematically shows the energy diagram (a) of the hydrolysis reaction coordinates of various model acetal side chain compounds (CHPE, TPPE, TFPE, EEPE) and the proposed hydrolysis mechanism (b) of CHPE.
4 is an intensity average hydrodynamic diameter (Dh) distribution diagram (ac) of Cy1, Cy2 and Cy3 micelles prepared in Example 1 of the present invention and AFM images of Cy1, Cy2 and Cy3 micelles with corresponding line scan profiles (df) to be.
5 is an actual image of the encapsulation efficiency (a) of Nile Red and the encapsulation efficiency of Cy1, Cy2 and Cy3 in Cy1, Cy2 and Cy3 of Example 1 of the present invention and E60, P37, and F47 of Comparative Examples 2 to 4 (b) is shown respectively.
6 is a schematic diagram (a) and chemical structure change (b) of a drug release profile based on pyrene fluorescence using Cy1, Cy2, Cy3 prepared in Example 1 of the present invention and E60, P37, and F47 of Comparative Examples 2 to 4 ) and the drug release kinetics (c, d) of micelles using Cy1, Cy2, Cy3 prepared in Example 1 and E60, P37, F47 of Comparative Examples 2 to 4 loaded with pyrene at pH 5.0 and pH 7.4 The results of the analysis are shown.
7 shows the results of FRET-based encapsulation stability analysis in PBS and FBS using fluorescence emission spectra (λex = 450 nm) for Cy1, Cy2, and Cy3 prepared in Example 1 of the present invention.
8 shows the in vitro cell viability assay results determined by MTT assay using HeLa cells for Cy1, Cy2, and Cy3 prepared in Example 1 of the present invention.
이하에서는 본 발명을 하나의 실시예로 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of an embodiment.
본 발명은 pH 감응형 양친성 블록 공중합체, 이의 제조방법, 상기 pH 감응형 양친성 블록 공중합체를 포함하는 고분자 마이셀에 관한 것이다.The present invention relates to a pH-sensitive amphiphilic block copolymer, a method for preparing the same, and a polymer micelle comprising the pH-sensitive amphiphilic block copolymer.
본 발명에 따른 pH 감응형 양친성 블록 공중합체는 친수성 고분자의 일 말단에 소수성을 갖는 폴리사이클로헥실옥시에틸글리시딜에테르(PCHGE)를 공중합하여 pH 감응형 양친성 블록 공중합체를 제조함으로써 CHGE의 강력한 분자 간 소수성 상호 작용에 의해 캡슐화가 가능한 자기조립 고분자 마이셀을 형성할 수 있으며, 인체 안정성이 우수한 이점이 있다. 이 밖에도 상기 양친성 블록 공중합체는 높은 소수성을 갖는 CHGE로 인해 로딩 효율이 우수하다. 나아가 이를 이용하여 폴리에테르 기반 바이오 분야로의 응용 가능하다.The pH-sensitive amphiphilic block copolymer according to the present invention is prepared by copolymerizing polycyclohexyloxyethyl glycidyl ether (PCHGE) having hydrophobicity at one end of a hydrophilic polymer to prepare a pH-sensitive amphiphilic block copolymer. It is possible to form self-assembled polymer micelles that can be encapsulated by strong intermolecular hydrophobic interactions, and has the advantage of excellent human stability. In addition, the amphiphilic block copolymer has excellent loading efficiency due to CHGE having high hydrophobicity. Furthermore, it can be applied to polyether-based bio fields using this.
또한 본 발명에 따른 고분자 마이셀은 우수한 캡슐화 안정성 및 생체 적합성을 가지며, CHGE의 pH에 반응하는 아세탈 결합으로 인해 pH를 조절하거나 CHGE 단량체의 수를 조절함으로써 마이셀의 분해속도를 제어하여 효과적으로 약물이 방출될 수 있도록 조절할 수 있다. 예컨대, 상기 고분자 마이셀은 37 ℃에서 최대 14 일 동안 지속되어 분해 역학의 지속 방출 및 조절이 가능할 수 있다. 또한 상기 고분자 마이셀의 우수한 생체 적합성은 약물전달 담체로서 응용 가능한 이점이 있다.In addition, the polymer micelles according to the present invention have excellent encapsulation stability and biocompatibility, and control the decomposition rate of micelles by controlling the pH or the number of CHGE monomers due to the acetal bond responding to the pH of CHGE, thereby effectively releasing the drug. can be adjusted so that For example, the polymer micelles can be sustained at 37° C. for up to 14 days to enable sustained release and control of degradation kinetics. In addition, the excellent biocompatibility of the polymer micelles has the advantage of being applicable as a drug delivery carrier.
본 발명은 친수성 고분자의 일 말단에 소수성을 갖는 폴리사이클로헥실옥시에틸글리시딜에테르(PCHGE)가 음이온 개환 중합에 의해 공중합된 pH 감응형 양친성 블록 공중합체를 제공한다.The present invention provides a pH-sensitive amphiphilic block copolymer in which polycyclohexyloxyethyl glycidyl ether (PCHGE) having hydrophobicity at one end of a hydrophilic polymer is copolymerized by anionic ring-opening polymerization.
상기 친수성 고분자는 인체 안정성이 우수한 고분자일 수 있고, 구체적인 예는 폴리(에틸렌글리콜)메틸에테르, 폴리에틸렌글리콜다이아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌이미드, 폴리아미노산, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산 및 폴리비닐피롤리돈으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는 폴리(에틸렌글리콜)메틸에테르, 폴리에틸렌글리콜다이아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 및 폴리에틸렌옥사이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 가장 바람직하게는 폴리(에틸렌글리콜)메틸에테르일 수 있다. The hydrophilic polymer may be a polymer having excellent human body stability, and specific examples include poly(ethylene glycol) methyl ether, polyethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol, polyethylene imide, polyamino acid, polymethyl methacrylate, polyethylene oxide, poly It may be at least one selected from the group consisting of vinyl alcohol, polyacrylic acid and polyvinylpyrrolidone. Preferably, it may be at least one selected from the group consisting of poly (ethylene glycol) methyl ether, polyethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol and polyethylene oxide, and most preferably poly (ethylene glycol) methyl ether.
상기 폴리사이클로헥실옥시에틸글리시딜에테르(PCHGE)는 에폭시 모노머를 포함하고 있어 소수성을 띄며, 분자 간 소수성 상호 작용에 의해 캡슐화가 가능한 특성이 있다. 또한 고분자 마이셀 형성 시 상기 폴리사이클로헥실옥시에틸글리시딜에테르(PCHGE)에 피렌계 유기물, 분자영상 표지자, 조영제 또는 치료제 물질 등의 다양한 생리활성 성분들이 화학적으로 결합되어 고분자 마이셀의 코어 부분에 위치할 수 있다.Since the polycyclohexyloxyethyl glycidyl ether (PCHGE) contains an epoxy monomer, it has hydrophobicity, and has a characteristic that can be encapsulated by intermolecular hydrophobic interaction. In addition, when forming polymer micelles, various physiologically active ingredients such as pyrene-based organic substances, molecular imaging markers, contrast agents or therapeutic substances are chemically combined with the polycyclohexyloxyethyl glycidyl ether (PCHGE) to be located in the core of the polymer micelles. can
상기 pH 감응형 양친성 블록 공중합체는 하기 화학식 1로 표시되는 폴리(에틸렌글리콜)메틸에테르-블록-폴리사이클로헥실옥시에틸글리시딜에테르(PEG-b-PCHGE)일 수 있다.The pH-sensitive amphiphilic block copolymer may be poly(ethylene glycol) methyl ether-block-polycyclohexyloxyethyl glycidyl ether (PEG-b-PCHGE) represented by the following formula (1).
[화학식 1] [Formula 1]
(상기 화학식 1에서, R1은 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 사이클기() 또는 페닐기()이고, 상기 R2는 CH3, CH2CH3 또는 -NH2이고, n과 m은 각 반복단위의 반복수로서, n은 50 내지 200의 정수이고, m은 3 내지 46의 정수이며, n:m은 1: 0.01 내지 1: 0.9이다.)(In
바람직하게는 상기 화학식 1에서, R1은 사이클기()이고, n은 70 내지 180의 정수이고, m은 3 내지 46의 정수이며, n:m은 1:0.06 내지 1: 0.7일 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 화학식 1에서, n은 90 내지 160의 정수이고, m은 18 내지 35의 정수이며, n:m은 1:0.1 내지 1: 0.5일 수 있다. 가장 바람직하게는 상기 화학식 1에서, R1은 사이클기()이고, n은 110 내지 120의 정수이고, m은 26 내지 30의 정수이며, n:m은 1:0.2 내지 1: 0.3일 수 있다. 특히, 상기 폴리사이클로헥실옥시에틸글리시딜에테르(PCHGE)의 반복수가 3 미만이면 수평균분자량 및 유리전이온도가 현저하게 저하되고, 소수성 상호작용이 급격하게 떨어져 고분자 마이셀 형성이 어려울 수 있고, 반대로 46 초과이면 마이셀 형성에 사용되는 고분자 양이 적어질 수 있다.Preferably, in Formula 1, R 1 is a cyclic group ( ), n is an integer from 70 to 180, m is an integer from 3 to 46, and n:m may be from 1:0.06 to 1:0.7. More preferably, in Formula 1, n is an integer of 90 to 160, m is an integer of 18 to 35, and n:m may be 1:0.1 to 1:0.5. Most preferably, in
상기 pH 감응형 양친성 블록 공중합체는 수평균분자량(Mn,NMR)이 6,000 내지 20,000 g/mol이고, 분자량 분산도(Mw/Mn)가 1.08 내지 1.19이며, 유리전이온도(Tg)가 -40 내지 -25 ℃일 수 있다. 상기 수평균분자량은 바람직하게는 6,400 내지 14,000 g/mol, 더욱 바람직하게는 8,500 내지 12,000 g/mol, 가장 바람직하게는 9,800 내지 11,000 g/mol일 수 있다. 상기 분자량 분산도는 바람직하게는 1.09 내지 1.13, 가장 바람직하게는 1.1 내지 1.12일 수 있다. 또한 상기 유리전이온도(Tg)는 바람직하게는 -35.3 내지 -28.6 ℃, 가장 바람직하게는 -31 내지 -29.5 ℃일 수 있다.The pH-sensitive amphiphilic block copolymer has a number average molecular weight (Mn, NMR ) of 6,000 to 20,000 g/mol, a molecular weight dispersion (Mw/Mn) of 1.08 to 1.19, and a glass transition temperature (Tg) of -40 to -25 °C. The number average molecular weight may be preferably 6,400 to 14,000 g/mol, more preferably 8,500 to 12,000 g/mol, and most preferably 9,800 to 11,000 g/mol. The molecular weight dispersion may be preferably 1.09 to 1.13, and most preferably 1.1 to 1.12. In addition, the glass transition temperature (Tg) may be preferably -35.3 to -28.6 ℃, most preferably -31 to -29.5 ℃.
이때, 상기 pH 감응형 양친성 블록 공중합체는 수평균분자량, 분자량 분산도 및 유리전이온도가 상기 물성 범위를 모두 만족할 때 고분자 마이셀의 평균 직경이 고르게 형성되어 균일한 약물 담지 효율을 확보할 수 있으며, 일정한 분해 속도를 유지할 수 있다.At this time, in the pH-sensitive amphiphilic block copolymer, when the number average molecular weight, molecular weight dispersion, and glass transition temperature satisfy all of the above physical property ranges, the average diameter of the polymer micelles is uniformly formed, thereby securing uniform drug loading efficiency. , it is possible to maintain a constant decomposition rate.
상기 pH 감응형 양친성 블록 공중합체는 임계마이셀농도(CMC)가 1.4 내지 13 mg/L, 바람직하게는 1.64 내지 9.49 mg/L, 더욱 바람직하게는 1.91 내지 5.24 mg/L, 가장 바람직하게는 2.13 내지 2.81 mg/L일 수 있다.The pH-sensitive amphiphilic block copolymer has a critical micelle concentration (CMC) of 1.4 to 13 mg/L, preferably 1.64 to 9.49 mg/L, more preferably 1.91 to 5.24 mg/L, most preferably 2.13 to 2.81 mg/L.
상기 pH 감응형 양친성 블록 공중합체는 pH가 7.2 내지 7.6 범위인 경우 자기조립 마이셀(micelle)을 형성하며, pH가 1 내지 5 범위인 경우 마이셀이 붕괴될 수 있다. 상기 pH 감응형 양친성 블록 공중합체는 체내 정상 세포의 pH 범위인 pH가 7.2 내지 7.6에서는 안정한 마이셀을 형성하고, 암 세포와 같은 비정상 세포가 나타내는 pH 7.0 이하인 경우 상기 마이셀 구조가 붕괴됨으로써 마이셀에 화학적으로 결합된 진단제의 방출로 인해 암 세포를 표적적으로 진단하고, 그에 따른 치료를 위한 치료제의 약물 방출용 캐리어로서의 역할을 할 수 있다. 즉, pH가 1 내지 5 범위인 산성 환경에서는 상기 양친성 블록 공중합체 내 CHGE의 pH에 반응하는 아세탈 결합이 가수분해 되어 이중 친수성기(double hydrophilic)를 가지면서 마이셀이 붕괴될 수 있다. 즉, 상기 pH 감응형 양친성 블록 공중합체는 pH를 조절함에 따라 고분자 마이셀의 분해 속도를 제어할 수 있다.The pH-sensitive amphiphilic block copolymer forms self-assembled micelles when the pH is in the range of 7.2 to 7.6, and the micelles may collapse when the pH is in the range of 1 to 5. The pH-sensitive amphiphilic block copolymer forms stable micelles in the pH range of 7.2 to 7.6, which is the pH range of normal cells in the body, and when the pH is 7.0 or less indicated by abnormal cells such as cancer cells, the micelles are chemically Due to the release of the diagnostic agent bound to the cancer cell target, it can serve as a carrier for drug release of a therapeutic agent for treatment. That is, in an acidic environment where the pH is in the range of 1 to 5, the acetal bond in response to the pH of CHGE in the amphiphilic block copolymer is hydrolyzed to have a double hydrophilic group and the micelles may be collapsed. That is, the pH-sensitive amphiphilic block copolymer can control the decomposition rate of polymer micelles by adjusting the pH.
한편, 본 발명은 pH 감응형 양친성 블록 공중합체; 및 상기 pH 감응형 양친성 블록 공중합체의 폴리사이클로헥실옥시에틸글리시딜에테르(PCHGE)에 결합된 분자영상 표지자, 조영제 또는 치료제 물질;을 포함하는 고분자 마이셀을 제공한다.On the other hand, the present invention is a pH-sensitive amphiphilic block copolymer; and a molecular imaging marker, contrast agent or therapeutic agent bound to polycyclohexyloxyethyl glycidyl ether (PCHGE) of the pH-sensitive amphiphilic block copolymer.
상기 고분자 마이셀은 체내에 주입되었을 때 마이셀을 형성하고 있다가 암세포와 같이 국소적으로 pH가 낮은 곳에 도달하게 되면 마이셀이 붕괴됨으로써, 내포된 질환의 진단을 위한 분자영상 표지자, 조영제 또는 질환의 치료를 위한 치료제 물질을 방출하여 표적지향적 약물 전달이 가능한 이점이 있다. When the polymer micelles are injected into the body, they form micelles, and when the micelles reach a low pH locally, such as cancer cells, the micelles collapse. There is an advantage in that target-directed drug delivery is possible by releasing a therapeutic agent for
상기 분자영상 표지자는 질환의 진단을 위한 것으로서 피렌(pyrene), 피렌부티릭산(Pyrenebutyric acid), 피렌메틸아민(Pyrene methylamine), 아미노피렌(1-Aminopyrene), 피렌보로닉산(Pyrene-1-boronic acid), 산화철 및 산화망간으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 피렌일 수 있다. The molecular imaging marker is for the diagnosis of diseases, and is pyrene, pyrenebutyric acid, pyrene methylamine, aminopyrene (1-Aminopyrene), pyrene-1-boronic acid (Pyrene-1-boronic). acid), and may be at least one selected from the group consisting of iron oxide and manganese oxide, preferably pyrene.
상기 치료제 물질은 질환의 치료를 위한 것으로서 펩타이드, 단백질, 항암제, 소염진통제, 항생제, 항균제, 호르몬제, 유전자 및 백신으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The therapeutic agent may be one or more selected from the group consisting of peptides, proteins, anticancer agents, anti-inflammatory drugs, antibiotics, antibacterial agents, hormones, genes, and vaccines for the treatment of diseases, but is not limited thereto.
상기 고분자 마이셀은 평균 직경이 20 내지 200 nm, 바람직하게는 26 내지 119 nm, 더욱 바람직하게는 60 내지 105 nm, 가장 바람직하게는 82 내지 87 nm일 수 있다. 이때, 상기 고분자 마이셀의 평균 직경이 20 nm 미만이면 코어 내부에 충분한 함량의 약물을 담지하는 것이 어려울 수 있고, 반대로 200 nm 초과이면 친수성 고분자 쉘과 대비하여 소수성 코어인 CHGE의 지나친 증가로 마이셀 형태가 붕괴될 수 있다.The polymer micelles may have an average diameter of 20 to 200 nm, preferably 26 to 119 nm, more preferably 60 to 105 nm, and most preferably 82 to 87 nm. At this time, if the average diameter of the polymer micelles is less than 20 nm, it may be difficult to support a sufficient amount of drug inside the core. can collapse.
상기 고분자 마이셀은 경구, 경피, 눈, 피하, 정맥내, 근육내 또는 복강내 경로를 통해 투여될 수 있도록 주사용, 경피용 또는 경구용으로 제형화되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The polymer micelles may be formulated for injection, transdermal or oral administration so as to be administered via oral, transdermal, ocular, subcutaneous, intravenous, intramuscular or intraperitoneal routes, but is not limited thereto.
또한, 본 발명은 상기 고분자 마이셀을 포함하는 pH 감응형 표적 전달체를 제공한다.In addition, the present invention provides a pH-sensitive target delivery system comprising the polymer micelles.
또한, 본 발명은 사이클로헥실옥시에틸글리시딜에테르(CHGE)를 합성하는 단계; 및 유기용매에 친수성 고분자, 상기 사이클로헥실옥시에틸글리시딜에테르(CHGE) 및 촉매를 투입하고, 음이온 개환 중합시켜 pH 감응형 양친성 블록 공중합체를 제조하는 단계;를 포함하는 pH 감응형 양친성 블록 공중합체의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of synthesizing cyclohexyloxyethyl glycidyl ether (CHGE); and adding a hydrophilic polymer, the cyclohexyloxyethyl glycidyl ether (CHGE) and a catalyst to an organic solvent, and performing anionic ring-opening polymerization to prepare a pH-sensitive amphiphilic block copolymer; A method for producing a block copolymer is provided.
상기 사이클로헥실옥시에틸글리시딜에테르(CHGE)를 합성하는 단계는 디클로로메탄 용매에 글리시돌과 사이클로헥실비닐에테르를 투입하고, 중합시켜 합성되는 것일 수 있다.The step of synthesizing cyclohexyloxyethyl glycidyl ether (CHGE) may be synthesized by adding glycidol and cyclohexyl vinyl ether to a dichloromethane solvent and polymerization.
상기 양친성 블록 공중합체를 제조하는 단계는 상기 친수성 고분자 및 사이클로헥실옥시에틸글리시딜에테르(CHGE)를 1: 5 내지 60 몰비, 바람직하게는 1: 10 내지 55 몰비, 더욱 바람직하게는 1: 45 내지 50 몰비, 가장 바람직하게는 1: 25 내지 35 몰비로 혼합할 수 있다. 특히, 상기 사이클로헥실옥시에틸글리시딜에테르(CHGE)가 5 몰비 미만이면, 소수성 상호작용이 너무 약하여 마이셀 형성이 어려울 수 있고, 반대로 60 몰비 초과이면 소수성 상호작용이 너무 강하여 마이셀 분해가 지연해될 수 있다.In the step of preparing the amphiphilic block copolymer, the hydrophilic polymer and cyclohexyloxyethyl glycidyl ether (CHGE) are mixed in a molar ratio of 1: 5 to 60, preferably 1: 10 to 55, more preferably 1: 45 to 50 molar ratio, most preferably 1: 25 to 35 molar ratio may be mixed. In particular, if the cyclohexyloxyethyl glycidyl ether (CHGE) is less than 5 molar ratio, the hydrophobic interaction may be too weak, so it may be difficult to form micelles. can
상기 촉매는 t-BuP4, t-BuP1 및 EtP2로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 t-BuP4일 수 있다.The catalyst may be at least one selected from the group consisting of t-BuP 4 , t-BuP 1 and EtP 2 , preferably t-BuP 4 .
상기 양친성 블록 공중합체를 제조하는 단계는 50 내지 100 ℃에서 24 내지 72 시간, 바람직하게는 52 내지 70 ℃에서 30 내지 68 시간, 가장 바람직하게는 55 내지 65 ℃에서 46 내지 50 시간 동안 중합할 수 있다. 이때, 상기 중합온도 및 중합시간 조건을 모두 만족하지 않는 경우 상기 친수성 고분자와 CHGE간의 가교 결합이 충분히 일어나지 않거나, 과도한 가교 결합에 의해 수득된 양친성 블록 공중합체의 열적 및 화학적 안정성이 저하될 수 있다.In the step of preparing the amphiphilic block copolymer, polymerization is performed at 50 to 100 ° C. for 24 to 72 hours, preferably at 52 to 70 ° C. for 30 to 68 hours, and most preferably at 55 to 65 ° C. for 46 to 50 hours. can In this case, if neither of the polymerization temperature and polymerization time conditions are satisfied, cross-linking between the hydrophilic polymer and CHGE does not occur sufficiently, or thermal and chemical stability of the amphiphilic block copolymer obtained by excessive cross-linking may be reduced. .
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited by the following examples.
실시예 1Example 1
(1) 재료(1) Material
모든 시약과 용매는 Sigma-Aldrich, Alfa Aesar 또는 Tokyo Chemical Industry에서 구입했으며, 달리 명시하지 않는 한 그대로 사용하였다. 건식 톨루엔과 디클로로메탄을 건조하고 용매 용제 시스템(Vacuum Atmospheres, USA)을 사용하여 탈기한 후 즉시 수집하여 사용하였다. 중수 소화된 NMR 용매인 CDCl3 및 D2O는 Cambridge Isotope Laboratories, Inc.에서 구입하였다. CHGE는 분자체 4A에서 건조 후 중합에 사용되었다.All reagents and solvents were purchased from Sigma-Aldrich, Alfa Aesar or Tokyo Chemical Industry and were used as is unless otherwise specified. Dry toluene and dichloromethane were dried, degassed using a solvent and solvent system (Vacuum Atmospheres, USA), and immediately collected and used. The deuterated NMR solvents CDCl 3 and D 2 O were purchased from Cambridge Isotope Laboratories, Inc. CHGE was used for polymerization after drying on molecular sieve 4A.
(2) 사이클로헥실옥시에틸글리시딜에테르(CHGE) 모노머 합성(2) cyclohexyloxyethyl glycidyl ether (CHGE) monomer synthesis
[반응식 1][Scheme 1]
디클로로메탄(200 mL)에 녹인 글리시돌(15.0 g, 0.202 mol)과 사이클로헥실비닐에테르(17.03 g, 0.135 mol) 용액을 둥근 바닥 플라스크에 넣고 실온에서 30 분 동안 교반하여 혼합용액을 제조하였다. 상기 혼합용액에 p-톨루엔 설폰산(0.23g, 1.35 mmol)을 천천히 첨가하고, 0 ℃에서 2 시간 동안 교반하였다. 그 다음 포화 NaHCO3 용액을 추가로 첨가한 후 혼합용액을 1 시간 동안 교반하였다. 그 다음 상기 혼합용액의 수상을 디클로로메탄으로 추출하고 유기층을 탈이온수로 추출하였다. A solution of glycidol (15.0 g, 0.202 mol) and cyclohexylvinyl ether (17.03 g, 0.135 mol) dissolved in dichloromethane (200 mL) was placed in a round bottom flask and stirred at room temperature for 30 minutes to prepare a mixed solution. To the mixed solution, p-toluene sulfonic acid (0.23 g, 1.35 mmol) was slowly added, and the mixture was stirred at 0° C. for 2 hours. Then, saturated NaHCO 3 solution was further added, and the mixed solution was stirred for 1 hour. Then, the aqueous phase of the mixed solution was extracted with dichloromethane, and the organic layer was extracted with deionized water.
수득된 유기층을 Na2SO4로 건조시켰다. 건조시킨 유기상을 감압 농축하고 잔류물을 용리액으로서 에틸 아세테이트/헥산(1 : 9 v/v)을 사용하는 플래쉬 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 22.98g (85 %)의 CHGE 모노머를 무색 액체로 얻었다. 그 다음, CHGE 모노머를 증류에 의해 추가로 정제하였다. CHGE 모노머의 성공적인 합성은 1H 및 13C NMR, 상관 분광법 (COSY), 이종 핵 단일양자 상관(HSQC), 전기분무 이온화 질량 분석(ESI-MS)으로 확인하였다(하기 도 2 참조). The obtained organic layer was dried over Na 2 SO 4 . The dried organic phase was concentrated under reduced pressure, and the residue was purified by flash column chromatography using ethyl acetate/hexane (1:9 v/v) as an eluent to obtain 22.98 g (85%) of CHGE monomer as a colorless liquid. The CHGE monomer was then further purified by distillation. The successful synthesis of CHGE monomers was confirmed by 1H and 13C NMR, correlation spectroscopy (COSY), heteronuclear single quantum correlation (HSQC), and electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS) (see FIG. 2 below).
1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ 4.86 (qd, J = 5.2, 0.6 Hz, 1H), 3.81 (dd, J = 11.3, 3.3 Hz, 1H), 3.69 (dd, J = 11.4, 3.4 Hz, 1H), 3.60 - 3.49 (m, 1H), 3.41 (dd, J = 11.3, 6.0 Hz, 1H), 3.18 - 3.09 (m, 1H), 2.83 - 2.76 (m, 1H), 2.64 (dd, J = 5.1, 2.7 Hz, 1H), 2.60 (dd, J = 5.0, 2.7 Hz, 1H), 1.93 - 1.80 (m, 2H), 1.79 - 1.67 (m, 2H), 1.58 - 1.49 (m, 1H), 1.41 - 1.11 (m, 8H). 13C NMR (101 MHz, CDCl3): δ 98.14, 98.04, 74.49, 74.34, 65.19, 64.34, 50.94, 50.87, 44.73, 44.60, 33.44, 33.34, 32.65, 32.54, 25.64, 24.39, 24.17, 20.81, 20.58. MS (m/z + Na+, ESI+) calcd for C11H20O3, 223.14; found, 223.13 1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ 4.86 (qd, J = 5.2, 0.6 Hz, 1H), 3.81 (dd, J = 11.3, 3.3 Hz, 1H), 3.69 (dd, J = 11.4, 3.4 Hz, 1H) ), 3.60 - 3.49 (m, 1H), 3.41 (dd, J = 11.3, 6.0 Hz, 1H), 3.18 - 3.09 (m, 1H), 2.83 - 2.76 (m, 1H), 2.64 (dd, J = 5.1) , 2.7 Hz, 1H), 2.60 (dd, J = 5.0, 2.7 Hz, 1H), 1.93 - 1.80 (m, 2H), 1.79 - 1.67 (m, 2H), 1.58 - 1.49 (m, 1H), 1.41 - 1.11 (m, 8H). 13 C NMR (101 MHz, CDCl3): δ 98.14, 98.04, 74.49, 74.34, 65.19, 64.34, 50.94, 50.87, 44.73, 44.60, 33.44, 33.34, 32.65, 32.54, 25.64, 24.39, 24.17, 20.81, 20.58. MS (m/z + Na+, ESI+) calcd for C11H20O3, 223.14; found, 223.13
(3) mPEG-b-PCHGE 블록 공중합체 합성(3) mPEG-b-PCHGE block copolymer synthesis
[반응식 2] [Scheme 2]
(상기 반응식 3에서, n은 114이고, m은 각각 10(Cy1), 30(Cy2) 또는 50(Cy3)이다.)(In
블록 공중합체의 합성은 매크로개시제(macroinitiator)로 폴리(에틸렌글리콜)메틸에테르(mPEG)를 사용하였다. mPEG(1.0 g, 0.2 mmol)를 질소 흐름 하에 플라스크에 넣었다. 이어서 톨루엔(3.0 mL)을 플라스크에 첨가하고 혼합물을 70 ℃에서 30 분 동안 교반하였다. 그 다음 n-헥산(0.8 M, 0.2 mmol) 중 0.25 mL의 t-BuP4를 용액에 첨가하였다. 30 분 후 CHGE(2.0 g, 10.0 mmol)를 주사기 펌프를 사용하여 6 시간 동안 용액에 적가하였다. 60 ℃에서 2 일간 교반한 후 벤조산(0.02 g, 0.2 mmol)을 첨가하여 중합을 종료하였다. 반응 혼합물을 디클로로메탄과 함께 알루미나 패드에 통과시켰다. 용액을 증발 건조시켜 각각 Cy3를 얻었다(표 1; 1.98 g)(수율: 71%). Cy3의 수평균분자량(Mn)은 다음 방정식을 사용하여 NMR 데이터(도 2)에서 계산된 대로 14,000 g/mol로 결정되었다. 이 외에 상기 mPEG(1.0 g, 0.2 mmol)과 CHGE(1.2 g, 6.0 mmol)를 혼합한 것을 제외하고, 위와 동일한 방법으로 Cy2를 수득하였다. 또한 상기 mPEG(1.0 g, 0.2 mmol)과 CHGE(0.4 g, 2.0 mmol)를 혼합한 것을 제외하고, 위와 동일한 방법으로 Cy1를 수득하였다. The block copolymer was synthesized using poly (ethylene glycol) methyl ether (mPEG) as a macroinitiator. mPEG (1.0 g, 0.2 mmol) was placed in the flask under a flow of nitrogen. Toluene (3.0 mL) was then added to the flask and the mixture was stirred at 70 °C for 30 min. Then 0.25 mL of t-BuP 4 in n-hexane (0.8 M, 0.2 mmol) was added to the solution. After 30 min CHGE (2.0 g, 10.0 mmol) was added dropwise to the solution using a syringe pump over 6 h. After stirring at 60 °C for 2 days, benzoic acid (0.02 g, 0.2 mmol) was added to terminate polymerization. The reaction mixture was passed through an alumina pad with dichloromethane. The solution was evaporated to dryness to obtain Cy3, respectively (Table 1; 1.98 g) (yield: 71%). The number average molecular weight (Mn) of Cy3 was determined to be 14,000 g/mol as calculated from the NMR data (Fig. 2) using the following equation. In addition, Cy2 was obtained in the same manner as above, except that mPEG (1.0 g, 0.2 mmol) and CHGE (1.2 g, 6.0 mmol) were mixed. In addition, Cy1 was obtained in the same manner as above, except that mPEG (1.0 g, 0.2 mmol) and CHGE (0.4 g, 2.0 mmol) were mixed.
반복 단위 수(CHGE) = 45 (메틴(methine) 피크의 적분 값, 45H, 4.80 ppm 및 mPEG의 메틸, 3H, 3.38 ppm); Mn = (200.28 g/mol (CHGE 단량체의 분자량) x 45 (반복 단위 수)) + 5000 g/mol (mPEG의 분자량) = 14012 g/mol. NMR 통합의 오차 범위를 고려하여 Cy3의 Mn 값으로 14000 g/mol을 사용하였다. number of repeat units (CHGE) = 45 (integral value of methine peak, 45H, 4.80 ppm and methyl, 3H, 3.38 ppm of mPEG); Mn = (200.28 g/mol (molecular weight of CHGE monomer) x 45 (number of repeat units)) + 5000 g/mol (molecular weight of mPEG) = 14012 g/mol. Considering the error range of NMR integration, 14000 g/mol was used as the Mn value of Cy3.
1H NMR (400MHz, CDCl3) δ 4.85 - 4.74 (m, 45H), 3.96 - 3.40 (m, 734H), 3.39 (s, 3H), 1.86 (s, 94H), 1.73 (s, 92H), 1.61 - 1.47 (m, 44H), 1.42 - 1.09 (m, 385H).1H NMR (400MHz, CDCl3) δ 4.85 - 4.74 (m, 45H), 3.96 - 3.40 (m, 734H), 3.39 (s, 3H), 1.86 (s, 94H), 1.73 (s, 92H), 1.61 - 1.47 (m, 44H), 1.42 - 1.09 (m, 385H).
비교예 1Comparative Example 1
(3) PCHGE 호모폴리머 합성(3) PCHGE homopolymer synthesis
[반응식 3][Scheme 3]
(상기 반응식 3에서, n은 25 또는 50이다.)(In
n-헥산에 녹인 t-BuP4 (0.80 M, 0.1 mmol) 0.125 mL 용액을 질소 분위기 하에서 톨루엔에 녹인 벤질 알코올(10.4 μL, 0.1 mmol) 용액에 첨가하였다. 그 다음 CHGE (1.0 g, 5 mmol)를 주사기 펌프로 용액에 적가하여 6 시간에 걸쳐 중합하였다. 실온에서 24 시간 동안 교반한 후, 벤조산(12.2 mg, 0.1 mmol)을 첨가하여 중합을 중지시켰다. 이어서 급냉시킨 후 수득된 중합물을 디클로로메탄을 이용하여 알루미나 패드에 통과시켰다. 그 다음 상기 중합물을 증발 건조시켜 PCHGE(500 mg)를 얻었다(수율: 50 %). PCHGE50(표 1)의 수평균분자량은 다음 방정식을 사용하여 도 2에 표시된 NMR 데이터에서 계산된 대로 10100 g/mol이었다. A 0.125 mL solution of t-BuP 4 (0.80 M, 0.1 mmol) in n-hexane was added to a solution of benzyl alcohol (10.4 μL, 0.1 mmol) in toluene under a nitrogen atmosphere. Then CHGE (1.0 g, 5 mmol) was added dropwise to the solution with a syringe pump to polymerize over 6 hours. After stirring at room temperature for 24 hours, polymerization was stopped by addition of benzoic acid (12.2 mg, 0.1 mmol). Then, after quenching, the obtained polymer was passed through an alumina pad using dichloromethane. Then, the polymer was evaporated to dryness to obtain PCHGE (500 mg) (yield: 50%). The number average molecular weight of PCHGE 50 (Table 1) was 10100 g/mol as calculated from the NMR data shown in FIG. 2 using the following equation.
반복단위 수(CHGE) = 50 (메틴 피크의 적분 값, 50H, 4.78 ppm 및 벤질 알코올의 메틸렌, 2H, 4.53 ppm); Mn = (200.28 g/mol (CHGE 단량체의 분자량) ㅧ 50 (반복단위 수)) + 108.14 g/mol (벤질 알코올의 분자량) = 10122.14 g/mol. NMR 적분의 오차 범위를 고려하여 PCHGE50의 Mn 값으로 10100 g/mol이었다. 이 외에 CHGE (0.5 g, 2.5 mmol)를 혼합한 것을 제외하고, 위와 동일한 방법으로 실시하여 PCHGE25를 수득하였다number of repeat units (CHGE) = 50 (integral value of methine peak, 50H, 4.78 ppm and methylene of benzyl alcohol, 2H, 4.53 ppm); Mn = (200.28 g/mol (molecular weight of CHGE monomer) X 50 (number of repeat units)) + 108.14 g/mol (molecular weight of benzyl alcohol) = 10122.14 g/mol. Considering the error range of the NMR integration, the Mn value of PCHGE 50 was 10100 g/mol. PCHGE 25 was obtained in the same manner as above, except that CHGE (0.5 g, 2.5 mmol) was mixed.
1H NMR (400MHz, CDCl3) : δ 4.79 (dd, J = 10.1, 6.4Hz, 50H), 4.54 (s, 2H), 3.78 - 3.34 (m, 312H), 1.84 (s, 105H), 1.72 (s , 109H), 1.52 (d, J = 7.1Hz, 53H), 1.40 - 1.07 (m, 438H).1H NMR (400MHz, CDCl3): δ 4.79 (dd, J = 10.1, 6.4Hz, 50H), 4.54 (s, 2H), 3.78 - 3.34 (m, 312H), 1.84 (s, 105H), 1.72 (s) 109H), 1.52 (d, J = 7.1 Hz, 53H), 1.40 - 1.07 (m, 438H).
비교예 2 내지 4Comparative Examples 2 to 4
시중에 시판 중인 mPEG114-b-PCHGE60 (비교예 2, E60), mPEG114-b-PCHGE37 (비교예 3, P37) 및 mPEG114-b-PCHGE47 (비교예 4, F47)의 블록 공중합체를 각각 준비하였다.Blocks of commercially available mPEG 114 -b-PCHGE 60 (Comparative Example 2, E60), mPEG 114 -b-PCHGE 37 (Comparative Example 3, P37) and mPEG 114 -b-PCHGE 47 (Comparative Example 4, F47) Each copolymer was prepared.
실험예 1: NMR 스펙트럼 분석Experimental Example 1: NMR spectrum analysis
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 각각 제조된 CHGE 모노머, mPEG-b-PCHGE 블록 공중합체, PCHGE 호모폴리머의 1H NMR 스펙트럼을 분석하였으며, 그 결과는 도 1에 나타내었다.1H NMR spectra of the CHGE monomer, mPEG-b-PCHGE block copolymer, and PCHGE homopolymer prepared in Example 1 and Comparative Example 1, respectively, were analyzed, and the results are shown in FIG. 1 .
도 1은 상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 CHGE 모노머(a), PCHGE 호모폴리머(b) 및 mPEG-b-PCHGE 블록 공중합체(c)의 1H NMR 스펙트럼 분석 결과이다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 비교예 1의 PCHGE 호모폴리머(b)의 경우 2.60, 2.80 및 3.15 ppm에서 단량체의 에폭시드 피크인 a 및 b의 소실에 의해 단량체가 중합체로 전환되었음을 나타내었다. 또한 벤질 양성자(x; 4.52 내지 4.55ppm), 폴리에테르 백본 양성자(a, b 및 c; 3.40 내지 3.75 ppm), 메틴 양성자(d; 4.75 내지 4.85 ppm), 및 메틸 및 시클로헥실옥시 양성자(예: g, h 및 i, 1.10 내지 1.90 ppm)를 포함하여 PCHGE 단일 중합체의 다른 피크가 명확하게 나타나는 것을 확인하였다. 이론적 수평균분자량(Mn, NMR)은 1H NMR 스펙트럼에서 벤질릭 양성자(benzylic proton)와 메틴 양성자(methine proton)의 적분 비율로 계산되었다.1 is a 1H NMR spectrum analysis result of the CHGE monomer (a), PCHGE homopolymer (b) and mPEG-b-PCHGE block copolymer (c) prepared in Example 1 and Comparative Example 1. FIG. Referring to FIG. 1, in the case of the PCHGE homopolymer (b) of Comparative Example 1, it was shown that the monomer was converted into a polymer by the disappearance of a and b, which are the epoxide peaks of the monomer at 2.60, 2.80 and 3.15 ppm. Also benzyl protons (x; 4.52 to 4.55 ppm), polyether backbone protons (a, b and c; 3.40 to 3.75 ppm), methine protons (d; 4.75 to 4.85 ppm), and methyl and cyclohexyloxy protons (eg : g, h and i, 1.10 to 1.90 ppm), it was confirmed that other peaks of the PCHGE homopolymer were clearly displayed. The theoretical number average molecular weight (Mn, NMR) was calculated as the integral ratio of benzylic protons and methine protons in the 1H NMR spectrum.
또한 상기 도 1의 (c)를 참조하면, mPEG-b-PCHGE 블록 공중합체의 1H NMR 스펙트럼은 구조에 따라 각 특징적인 피크를 명확하게 나타내었다: mPEG 매크로개시제의 메틸 양성자 (x; 3.38 ppm), 메틴 양성자 (d; 4.75 내지 4.80 ppm), 폴리에테르 백본 양성자 (y, z; 3.40 내지 3.75 ppm), 메틸 및 사이클로헥실옥시 양성자 (예: g, h 및 i; 1.10 내지 1.90 ppm). 양친성 블록 공중합체의 중합도(DP)는 CHGE의 메틴 피크(g; 4.75 내지 4.80 ppm)와 mPEG의 메틴 피크(3.38 ppm)의 비율로 결정되었다. 상기 실험예 1에는 명시하지 않았으나, mPEG-b-PCHGE 블록 공중합체의 GPC 결과는 모든 항목에서 좁은 분산도(D <1.13)를 갖는 단일 모드 분포를 보여주었다.Also, referring to FIG. 1(c), the 1H NMR spectrum of the mPEG-b-PCHGE block copolymer clearly showed each characteristic peak according to the structure: methyl proton (x; 3.38 ppm) of the mPEG macroinitiator. , methine protons (d; 4.75 to 4.80 ppm), polyether backbone protons (y, z; 3.40 to 3.75 ppm), methyl and cyclohexyloxy protons (eg g, h and i; 1.10 to 1.90 ppm). The degree of polymerization (DP) of the amphiphilic block copolymer was determined by the ratio of the methine peak of CHGE (g; 4.75 to 4.80 ppm) and the methine peak of mPEG (3.38 ppm). Although not specified in Experimental Example 1, the GPC results of the mPEG-b-PCHGE block copolymer showed a single mode distribution with a narrow dispersion (D <1.13) in all items.
실험예 2: Mn, Tg 및 CMC 물성 분석Experimental Example 2: Analysis of Mn, Tg and CMC properties
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 4에서 각각 제조된 CHGE 모노머, mPEG-b-PCHGE 블록 공중합체, PCHGE 호모폴리머에 대하여 수평균분자량(Mn), 유리전이온도(Tg) 및 임계마이셀농도(CMC)를 측정하였다. 그 결과는 표 1에 나타내었다.Number average molecular weight (Mn), glass transition temperature (Tg) and critical micelle concentration (CMC) for the CHGE monomer, mPEG-b-PCHGE block copolymer, and PCHGE homopolymer prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 4, respectively ) was measured. The results are shown in Table 1.
[측정방법][How to measure]
수평균분자량(Mn)은 b1H NMR 분광법, cGPC (THF, RI 신호, PMMA 표준) 및 dGPC (DMF, RI 신호, PMMA 표준)로 측정하였다. Number average molecular weight (Mn) was determined by b1H NMR spectroscopy, cGPC (THF, RI signal, PMMA standard) and dGPC (DMF, RI signal, PMMA standard).
유리전이온도(Tg)는 시차주사열량 측정법(DSC)에 의해 10 ℃/min의 속도로 측정되었다. 임계마이셀농도(CMC) 값은 pyrene을 프로브로 사용하여 형광 분광법으로 계산되었다.The glass transition temperature (Tg) was measured at a rate of 10 °C/min by differential scanning calorimetry (DSC). Critical micelle concentration (CMC) values were calculated by fluorescence spectroscopy using pyrene as a probe.
임계마이셀농도(CMC)는 마이셀 형성을 위한 최소의 마이셀 형성 고분자 농도로서 마이셀의 안정성을 예측하는 중요한 매개 변수이므로 형광 프로브로 피렌을 사용하여 양친성 블록 공중합체의 CMC 값을 측정하였다. 자기조립 고분자 마이셀의 소수성 코어와 같이 피렌이 서로 가까이 있을 때 피렌의 특정 광 발광을 I339/ I332 (332 nm에서 339의 강도) 비율로 각 폴리머의 다양한 농도에 따라 플롯하였다. 피렌 형광법을 이용한 구체적인 임계마이셀농도(MC) 측정 방법은 다양한 농도(0.001 mg/L 내지 1000 mg/L)에서의 디메틸포름아미드(DMF)에 있는 중합체 용액을 준비하였다. mPEG-b-PCHGE 블록 공중합체 용액에 10 ㎕의 피렌 용액(DMF 중 5.2 mg/L)을 첨가하고 혼합물을 실온에서 30 분 동안 교반하였다. 이어서 주사기 펌프를 사용하여 총 5 mL의 탈이온수를 0.5 mL/min의 속도로 용액에 첨가하였다. 용액을 밤새 평형을 이루도록 두었다. 각 피렌 함유 고분자 마이셀 용액(다른 농도)의 형광은 1 ㅧ 1cm 석영 셀에서 형광계를 사용하여 372 nm의 방출 파장에서 측정되었다. 다음 매개 변수가 선택되었다. 방출 파장 = 372 nm, 여기 파장 범위 = 300 - 360 nm, 데이터 간격 = 0.5 nm. 339 및 332 nm의 파장에서 형광 강도의 비율을 폴리머 농도에 대해 플롯하고 CMC를 변곡점에서 결정되었다.Since the critical micelle concentration (CMC) is the minimum micelle-forming polymer concentration for micelle formation and is an important parameter predicting the stability of micelles, the CMC value of the amphiphilic block copolymer was measured using pyrene as a fluorescent probe. The specific photoluminescence of pyrene when pyrene is close to each other, such as the hydrophobic core of self-assembled polymer micelles, was plotted according to various concentrations of each polymer in the ratio I339/I332 (intensity of 339 at 332 nm). A specific method for measuring critical micelle concentration (MC) using pyrene fluorescence was prepared by preparing polymer solutions in dimethylformamide (DMF) at various concentrations (0.001 mg/L to 1000 mg/L). To the mPEG-b-PCHGE block copolymer solution was added 10 μl of pyrene solution (5.2 mg/L in DMF) and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. A total of 5 mL of deionized water was then added to the solution using a syringe pump at a rate of 0.5 mL/min. The solution was allowed to equilibrate overnight. The fluorescence of each pyrene-containing polymeric micellar solution (different concentrations) was measured at an emission wavelength of 372 nm using a fluorometer in a 1 x 1 cm quartz cell. The following parameters were selected. Emission wavelength = 372 nm, excitation wavelength range = 300 - 360 nm, data interval = 0.5 nm. The ratio of fluorescence intensity at wavelengths of 339 and 332 nm was plotted against polymer concentration and CMC was determined at the inflection point.
상기 표 1의 결과에 의하면, 각 조성물의 중합 전환율은 99% 이상이었다. 상기 실시예 1의 경우 CHGE의 개수에 증가할수록 수평균분자량(Mn, NMR)이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 상기 실시예 1의 CMC 값은 각각 9.49 ± 2.61 (Cy1), 2.47 ± 0.34 (Cy2) 및 1.64 ± 0.18 mg/L (Cy3)이었다. 즉, 양친성 블록 공중합체의 CMC 값은 소수성 블록의 개수가 증가함에 따라 감소하였다. 특히, 상기 Cy2의 경우 CHGE 단량체 개수 대비 임계마이셀농도의 담지효율이 가장 우수한 것을 알 수 있었다. 또한 상기 비교예 2 내지 4의 경우 상기 실시예 1의 Cy2 및 Cy3과 비교하여 상대적으로 수평균분자량(Mn, NMR)이 낮은 수치를 보였으며, CMC 값에서는 EEGE 및 TPGE의 E60 (10.3 mg/L), P37 (9.79 mg/L) 및 F47 (113.6 mg/L)이었으며, 상기 실시예 1의 Cy2 및 Cy3과 비교하여 높은 것을 확인하였다. 이를 통해, 상기 실시예 1의 경우 상기 비교예 2 내지 4에 비해 상대적으로 훨씬 낮은 CMC값을 나타내어 CHGE 단량체의 소수성이 큰 것을 알 수 있었다.According to the results in Table 1, the polymerization conversion of each composition was 99% or more. In the case of Example 1, it was confirmed that the number average molecular weight (Mn, NMR ) increased as the number of CHGE increased. In addition, the CMC values of Example 1 were 9.49 ± 2.61 (Cy1), 2.47 ± 0.34 (Cy2), and 1.64 ± 0.18 mg/L (Cy3), respectively. That is, the CMC value of the amphiphilic block copolymer decreased as the number of hydrophobic blocks increased. In particular, in the case of Cy2, it was found that the loading efficiency of the critical micelle concentration was the best compared to the number of CHGE monomers. In addition, in Comparative Examples 2 to 4, the number average molecular weight (Mn, NMR ) was relatively low compared to Cy2 and Cy3 of Example 1, and in the CMC value, E60 of EEGE and TPGE (10.3 mg/L) ), P37 (9.79 mg/L) and F47 (113.6 mg/L), which were confirmed to be higher than those of Cy2 and Cy3 of Example 1. Through this, in the case of Example 1, it was found that the CMC value was relatively lower than that of Comparative Examples 2 to 4, indicating that the hydrophobicity of the CHGE monomer was large.
한편, 유리전이온도(Tg)의 경우 상기 비교예 1의 PCHGE 호모폴리머에서 CHGE의 중합 정도가 증가함에 따라 -36.8 ℃에서 -31.5 ℃로 증가하였다. 이러한 결과로부터 CHGE의 사이클로헥실기(cyclohexyl)의 의자 대 의자(chair-to-chair) 적층이 많을수록 Tg 값이 높아질 수 있음을 알 수 있었다. 상기 실시예 1의 양친성 블록 공중합체도 마찬가지로 CHGE의 중합도가 증가함에 따라 고분자의 Tg 값은 -35 ℃(Cy1)에서 -28 ℃(Cy3)로 증가하였다. 또한 상기 mPEG-b-PCHGE의 Tg는 TFGE 블록 코폴리머의 Tg와 비슷하지만 TPGE 블록 코폴리머 보다 낮은 것을 확인하였다. 이는 CHGE의 사이클로헥실(cyclohexyl)기로 인해서 Tg가 증가되지만, TPGE 보다는 CHGE가 선형적인 구조라 TPGE의 Tg 보다 낮은 결과를 나타낸 것임을 알 수 있었다.On the other hand, the glass transition temperature (Tg) increased from -36.8 °C to -31.5 °C as the polymerization degree of CHGE in the PCHGE homopolymer of Comparative Example 1 increased. From these results, it was found that the more the chair-to-chair stacks of the cyclohexyl group of CHGE were, the higher the Tg value could be. Similarly, in the amphiphilic block copolymer of Example 1, the Tg value of the polymer increased from -35 °C (Cy1) to -28 °C (Cy3) as the degree of polymerization of CHGE increased. In addition, it was confirmed that the Tg of the mPEG-b-PCHGE was similar to that of the TFGE block copolymer, but lower than that of the TPGE block copolymer. It can be seen that the Tg is increased due to the cyclohexyl group of CHGE, but the result is lower than the Tg of TPGE because CHGE has a more linear structure than TPGE.
실험예 3: MALDI-ToF 분광법 및 가수분해 반응 분석Experimental Example 3: MALDI-ToF spectroscopy and hydrolysis reaction analysis
상기 실험예 1, 2에서 NMR 및 GPC를 통해 상기 비교예 1의 PCHGE 호모폴리머의 합성을 확인한 후, MALDI-ToF 분광법을 수행하여 CHGE가 PCHGE 호모폴리머에 가교 결합되는지 확인하였다. 그 결과는 도 2에 나타내었다.After confirming the synthesis of the PCHGE homopolymer of Comparative Example 1 through NMR and GPC in Experimental Examples 1 and 2, MALDI-ToF spectroscopy was performed to confirm whether CHGE was cross-linked to the PCHGE homopolymer. The results are shown in FIG. 2 .
도 2는 상기 실시예 1에서 제조된 mPEG-b-PCHGE 블록 공중합체에 대한 2750에서 4500 Da까지의 MALDI-ToF 질량 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 것이다. 상기 도 2에서 각 기호는 측정 중 손상되지 않은 폴리머(빨간색 원) 및 부분적으로 분해된 폴리머 조각(파란색 삼각형 및 녹색 사각형)에 해당한다. 상기 도 2를 참조하면, MALDI-ToF 스펙트럼에서 3734.9 g/mol의 분자량은 벤질 알코올 개시제(108.06 g mol-1), 18 개의 단량체 (200.14 g mol-1)와 Na+를 반대 이온으로 구성하는 호모폴리머에 해당되며 측정 중 시클로헥실옥시 그룹의 부분적인 분해로 인해 두 가지 유형의 작은 피크가 관찰되었다. 특히 주요 신호와 가벼운(minor) 신호의 간격은 기능성 CHGE 단량체의 분자량에 해당하여 중합이 성공적으로 이루어진 것을 알 수 있었다.2 shows the results of MALDI-ToF mass spectrum analysis from 2750 to 4500 Da for the mPEG-b-PCHGE block copolymer prepared in Example 1. FIG. In FIG. 2, each symbol corresponds to an intact polymer (red circle) and a partially decomposed polymer fragment (blue triangle and green square) during measurement. Referring to FIG. 2, the molecular weight of 3734.9 g/mol in the MALDI-ToF spectrum is a benzyl alcohol initiator (108.06 g mol-1), 18 monomers (200.14 g mol-1) and Na + as a counter ion. Corresponding to the polymer, two types of small peaks were observed due to partial decomposition of the cyclohexyloxy group during the measurement. In particular, the interval between the main signal and the minor signal corresponds to the molecular weight of the functional CHGE monomer, indicating that polymerization was successful.
상기 실시예 1에서 제조된 양친성 블록 공중합체의 자기조립 거동을 조사하기 전에 밀도 기능 이론을 사용하여 양자 역학적 계산을 통해 CHGE 단량체의 가수분해 역학을 조사하였고, 그 결과는 도 3에 나타내었다. 여기서, 가수분해 역학은 에톡시에틸 프로필에테르(EEPE), 테트라하이드로피라닐 프로필에테르(TFPE) 및 테트라하이드로피라닐 프로필에테르(TPPE)와 같은 아세탈기가 있는 다른 유형의 단량체들과 비교하였다.Before examining the self-assembly behavior of the amphiphilic block copolymer prepared in Example 1, the hydrolysis kinetics of the CHGE monomer was investigated through quantum mechanical calculation using the density functional theory, and the results are shown in FIG. 3 . Here, the hydrolysis kinetics were compared with other types of monomers with acetal groups such as ethoxyethyl propylether (EEPE), tetrahydropyranyl propylether (TFPE) and tetrahydropyranyl propylether (TPPE).
도 3은 다양한 모델 아세탈 측쇄 화합물(CHPE, TPPE, TFPE, EEPE)의 가수분해 반응 좌표의 에너지 다이어그램(a)과 CHPE의 제안된 가수분해 메커니즘(b)을 계략적으로 나타낸 것이다. 상기 도 3에서 녹색 분자는 CHPE의 가수분해에 관여하는 물 분자이다. 또한 사이클로헥실옥시프로필에테르(cyclohexyloxy propyl ether)(CHPE)는 CHGE 단량체의 중합 후 형성된 측쇄 구조를 고려하여 새로운 모델 화합물로 합성된 것이다. Figure 3 schematically shows the energy diagram (a) of the hydrolysis reaction coordinates of various model acetal side chain compounds (CHPE, TPPE, TFPE, EEPE) and the proposed hydrolysis mechanism (b) of CHPE. The green molecule in FIG. 3 is a water molecule involved in the hydrolysis of CHPE. In addition, cyclohexyloxy propyl ether (CHPE) was synthesized as a new model compound in consideration of the side chain structure formed after polymerization of the CHGE monomer.
상기 도 3을 참조하면, 첫 번째 단계에서는 양성자 에너지 장벽을 계산하기 위해 25개의 명시적 물 분자(25 H2O)와 추가 양성자가 포함되었다. 양성자화 전후의 전이 상태 구조를 포함하여 가장 낮은 에너지 구조를 가진 모델 화합물의 최적화 된 구조가 얻어졌다. 특히, CHPE에 대해 물 분자의 외부 껍질을 양성자화하여 모델 화합물의 큰 소수성을 나타내었다. 이어서 CHPE 구조에서 산소와 양성자 사이의 고정된 거리에 따라 제한된 최적화로 반응에너지 장벽(ΔE)을 계산하였다. 반응성 에너지 프로파일은 O-H 결합 길이에 따른 모델 아세탈 화합물의 양성자를 보여 주었다. 또한 상기 CHPE (29.0 kcal/mol)는 상기 TPPE (24.2 kcal/mol), TFPE (11.2 kcal/mol) 및 EEPE (10.0 kcal/mol)를 포함한 다른 모든 단량체보다 양성자화에 대해 가장 높은 에너지 장벽(ΔE)을 나타내었다. 이는 CHPE가 다른 아세탈 모델 화합물보다 가장 높은 소수성을 가지고 있음을 의미한다.Referring to FIG. 3, in the first step, 25 explicit water molecules (25 H 2 O) and additional protons were included to calculate the proton energy barrier. An optimized structure of the model compound with the lowest energy structure was obtained, including the transition state structures before and after protonation. In particular, protonation of the outer shell of the water molecule to CHPE revealed the large hydrophobicity of the model compound. The reaction energy barrier (ΔE) was then calculated with limited optimization according to the fixed distance between the oxygen and the proton in the CHPE structure. The reactive energy profile showed the protonation of the model acetal compound along the OH bond length. In addition, the CHPE (29.0 kcal/mol) has the highest energy barrier (ΔE) to protonation than all other monomers including the TPPE (24.2 kcal/mol), TFPE (11.2 kcal/mol) and EEPE (10.0 kcal/mol). ) was shown. This means that CHPE has the highest hydrophobicity than other acetal model compounds.
또한 각 단량체의 소수성은 계산 모델 ALOGPS 2.1과 함께 분배 계수(logP)를 사용하여 평가하였다. 계산된 logP 값은 2.93 (CHPE), 1.72 (TPPE) 및 1.31 (TFPE)24이었으며, 이는 반응성 에너지 프로파일에서 관찰된 경향을 뒷받침한다.In addition, the hydrophobicity of each monomer was evaluated using the partition coefficient (logP) with the computational model ALOGPS 2.1. The calculated logP values were 2.93 (CHPE), 1.72 (TPPE) and 1.31 (TFPE) 24 , supporting the observed trend in the reactive energy profile.
일반적으로 아세탈 결합의 전체 가수분해에는 (1) 양성자화 단계 및 (2) 결합절단 단계의 두 단계가 포함된다. 전체 가수분해의 속도결정 단계는 CHPE에 대해 29.0 kcal/mol의 가장 높은 값을 갖는 양성자화 반응인 것으로 관찰되었다. 그 다음 약 1.0 kcal/mol의 활성화 에너지 장벽을 통해 양성자화된 CHPE 화합물의 가수분해를 위해 두 개의 명시적인 물 분자를 사용하여 양성자화된 CHPE 화합물(즉, H+-CHPE; 도 4b)의 가수분해 단계에서 반응에너지 장벽 및 전이 상태를 계산하였다. 이 과정은 양성자화 단계와 비교하여 상당히 낮은 에너지 장벽 (각각 0.37 kcal/mol 및 0.83 kcal/mol)을 포함하는 단일 전이상태로 H + -TFPE 및 H + -TPPE의 개환에 대해 유사하게 관찰되었다. 또한 H+ -EEPE의 경우 C-O 결합 파괴에 대해 활성화 에너지 장벽이 관찰되지 않았으며, 이는 동시 가수분해에 이어 양성자 화 단계가 이어진 것임을 의미한다.In general, the total hydrolysis of an acetal bond involves two steps: (1) protonation step and (2) bond cleavage step. The rate determining step of the overall hydrolysis was observed to be the protonation reaction with the highest value of 29.0 kcal/mol for CHPE. Hydrolysis of the protonated CHPE compound (i.e., H+-CHPE; Figure 4b) using two explicit water molecules for hydrolysis of the protonated CHPE compound through an activation energy barrier of about 1.0 kcal/mol. The reaction energy barrier and transition state were calculated in each step. This process was similarly observed for ring-opening of H + -TFPE and H + -TPPE as a single transition state with significantly lower energy barriers (0.37 kcal/mol and 0.83 kcal/mol, respectively) compared to the protonation step. In addition, no activation energy barrier was observed for C-O bond breakage for H+ -EEPE, suggesting that co-hydrolysis followed by protonation step.
모델 화합물의 컴퓨터 분석에 동기를 부여하여 pH 5.0에서 아세트산나트륨 -d3/아세트산-d4 완충액의 산성 조건 하에서 현장 1H NMR 분광법에 의해 CHPE 모델 화합물의 가수분해를 수행하였다. 그러나 수성 완충액에서 CHPE 단량체의 용해도가 제한되어 다른 모델 아세탈 화합물과 달리 가수분해 모니터링을 방지하였다. 계산 결과와 함께 CHPE 모델 화합물의 높은 소수성으로 인해 CHPE 내 아세탈 그룹의 가수분해가 연장되었다.Motivating computer analysis of the model compound, hydrolysis of the CHPE model compound was performed by in situ 1H NMR spectroscopy under acidic conditions of sodium acetate-d3/acetic acid-d4 buffer at pH 5.0. However, the solubility of CHPE monomer in aqueous buffer was limited, preventing hydrolysis monitoring unlike other model acetal compounds. Together with the calculation results, the hydrolysis of acetal groups in CHPE was prolonged due to the high hydrophobicity of the CHPE model compound.
실험예 4: DLS 및 AFM 평가Experimental Example 4: DLS and AFM evaluation
상기 실시예 1에서 제조된 Cy1, Cy2 및 Cy3 마이셀에 대하여 동적광산란(DLS)과 원자간력 현미경(AFM)을 사용하여 마이셀의 크기와 모양을 확인하였다. 그 결과는 도 4에 나타내었다.The size and shape of the Cy1, Cy2 and Cy3 micelles prepared in Example 1 were confirmed using dynamic light scattering (DLS) and atomic force microscopy (AFM). The results are shown in FIG. 4 .
도 4는 상기 실시예 1에서 제조된 Cy1, Cy2 및 Cy3 마이셀의 강도 평균 유체 역학적 직경(Dh) 분포도(a-c)와 해당 라인 스캔 프로파일이 있는 Cy1, Cy2 및 Cy3 마이셀의 AFM 이미지(d-f)이다. 상기 도 4의 (a-c)를 참조하면, DLS 측정에서 수행된 모든 폴리머의 농도는 CMC 값(1 mg/mL) 이상이었다. 또한 DLS에서 측정된 각 마이셀의 유체 역학적 직경(Dh)은 26.72 ± 1.99 (Cy1), 85.06 ± 0.54 (Cy2) 및 118.56 ± 4.21 nm (Cy3)이었으며, CHGE 수가 증가함에 따라 직경이 증가하였다. 이를 통해 부피가 큰 소수성 단위(CHGE)의 증가로 인해 마이셀의 소수성 코어에 입체 장애가 존재하여 마이셀의 크기가 증가된 것임을 짐작할 수 있었다.4 is an intensity average hydrodynamic diameter (Dh) distribution diagram (a-c) of Cy1, Cy2, and Cy3 micelles prepared in Example 1 and AFM images (d-f) of Cy1, Cy2 and Cy3 micelles with corresponding line scan profiles. Referring to FIG. 4 (a-c), the concentration of all polymers performed in the DLS measurement was above the CMC value (1 mg/mL). In addition, the hydrodynamic diameters (Dh) of each micelle measured in DLS were 26.72 ± 1.99 (Cy1), 85.06 ± 0.54 (Cy2), and 118.56 ± 4.21 nm (Cy3), and the diameter increased with increasing number of CHGEs. Through this, it could be inferred that the size of micelles increased due to the presence of steric hindrance in the hydrophobic core of micelles due to the increase of bulky hydrophobic units (CHGEs).
또한 상기 도 4의 (d-f)를 참조하면, AFM 이미지에서 Cy1는 DAFM = 55.16 ± 1.8 nm, Cy2는 DAFM = 91.27 ± 2.3 nm 및 Cy3는 DAFM = 130.89 ± 1.4 nm로 각각 마이셀의 구형 모양과 일정한 직경 분포를 나타내었으며, 이는 상기 DLS 결과와 유사한 수준을 나타냄을 확인하였다.Also, referring to (d-f) of FIG. 4, in the AFM image, Cy1 is DAFM = 55.16 ± 1.8 nm, Cy2 is DAFM = 91.27 ± 2.3 nm, and Cy3 is DAFM = 130.89 ± 1.4 nm. The micelles have a spherical shape and constant diameter, respectively. distribution was shown, and it was confirmed that the level was similar to that of the DLS result.
실험예 5: 캡슐화 효율 평가Experimental Example 5: Evaluation of encapsulation efficiency
상기 실시예 1에서 제조된 Cy1, Cy2 및 Cy3 마이셀과 비교예 2 내지 4의 E60, P37, F47에 대하여 마이셀의 캡슐화 효율을 평가하였으며, 그 결과는 도 5에 나타내었다. The encapsulation efficiency of the micelles was evaluated for Cy1, Cy2, and Cy3 micelles prepared in Example 1 and E60, P37, and F47 of Comparative Examples 2 to 4, and the results are shown in FIG. 5 .
마이셀의 캡슐화 효율(EE)을 다음과 같이 측정하였다. 모델 소수성 염료인 0.1 mL의 Nile Red 용액 (아세톤 중 50 μg/mL)을 아세톤 (0.1 mL) 중 mPEG-b-PCHGE 블록 공중합체 (5 mg) 용액에 첨가하고 혼합물을 실온에서 30 분 동안 교반하였다. 총 5 mL 탈이온수를 주사기 펌프를 사용하여 0.5 mL/min의 속도로 용액에 첨가하였다. 그 후 용액을 밤새 평형을 이루도록 두었고, 뚜껑을 열어 아세톤을 증발시켰다. 언로드된 Nile Red를 제거하기 위해 0.45 μm 주사기 필터를 사용하여 여과한 후 용액을 동결 건조하고, 1.0 mL 아세톤에 재용해시켰다. 마이셀에 캡슐화된 Nile Red의 양은 1 x 1cm 석영 셀에서 형광계를 사용하여 측정하였고, 하기 계산식 1에 의해 캡슐화 효율(EE)을 계산하였다.The encapsulation efficiency (EE) of micelles was measured as follows. A 0.1 mL solution of the model hydrophobic dye, Nile Red (50 μg/mL in acetone) was added to a solution of mPEG-b-PCHGE block copolymer (5 mg) in acetone (0.1 mL) and the mixture was stirred at room temperature for 30 min. . A total of 5 mL deionized water was added to the solution using a syringe pump at a rate of 0.5 mL/min. The solution was then allowed to equilibrate overnight, the lid was opened and the acetone evaporated. After filtration using a 0.45 μm syringe filter to remove unloaded Nile Red, the solution was freeze-dried and redissolved in 1.0 mL acetone. The amount of Nile Red encapsulated in micelles was measured using a fluorometer in a 1 x 1 cm quartz cell, and encapsulation efficiency (EE) was calculated by
[계산식 1][Formula 1]
도 5는 상기 실시예 1의 Cy1, Cy2 및 Cy3과 비교예 2 내지 4의 E60, P37, F47에서 Nile Red의 캡슐화 효율(a)과 상기 Cy1, Cy2 및 Cy3의 캡슐화 효율에 대한 실제 이미지(b)를 각각 나타낸 것이다. 상기 도 5를 참조하면, 상기 실시예 1의 Cy1, Cy2 및 Cy3은 각 마이셀 코어에서 Nile Red의 부하 효율이 20.35 % (Cy1), 57.59 % (Cy2) 및 61.47 % (Cy3)이었다. 이는 기존 다른 연구(Biomacromolecules 2014, 15, (11), 4281-4292.)에서 캡슐화 효율은 최소 26 %에서 최대 53.5 %를 나타내어 상기 실시예 1의 CHGE 기반 마이셀보다 낮은 것을 확인하였다. 또한 기존 연구와 비교하여 아세탈 함유 고분자를 사용한 비교예 2 내지 4의 E60, P37, F47은 10.9 % (E60), 16.6 % (P37) 및 9.8 % (F47)로 CHGE-기반 마이셀은 코어의 소수성 상호 작용이 증가한 결과임을 알 수 있었다. 또한 마이셀의 로딩 효율은 CHGE 단량체 단위가 증가함에 따라 증가하고, Cy2에서 포화되어 CMC 값과 잘 일치하였다. 이를 통해 고분자에 소수성이 높고 부피가 큰 CHGE 모노머를 도입하면 로딩 효율이 우수한 마이셀을 형성할 수 있음을 확인하였다.5 is an encapsulation efficiency (a) of Nile Red in Cy1, Cy2 and Cy3 of Example 1 and E60, P37, and F47 of Comparative Examples 2 to 4 and actual images of the encapsulation efficiency of Cy1, Cy2 and Cy3 (b) ) are shown respectively. 5, Cy1, Cy2, and Cy3 of Example 1 had Nile Red load efficiencies of 20.35% (Cy1), 57.59% (Cy2) and 61.47% (Cy3) in each micelle core. This confirmed that the encapsulation efficiency in other existing studies (
실험예 6: 산성 환경에서의 분해속도 평가 Experimental Example 6: Evaluation of decomposition rate in an acidic environment
고분자 마이셀은 약물 전달체로 유망하지만 마이셀의 안정성은 생물학적 적용에 여전히 어려움을 겪고 있다. 특히 순환 중에 접할 수 있는 다양한 생물학적 물질을 고려하였을 때, 소수성 약물의 캡슐화는 혈액 내 다양한 단백질의 영향을 받는다. 이를 위해 상기 실시예 1에서 제조된 Cy1, Cy2, Cy3과 비교예 2 내지 4의 E60, P37, F47을 pyrene 형광법에 기반한 약물방출 프로파일에 적용하여 다양한 환경(FBS, PBS, pH 5.0 및 pH 7.4)에서 마이셀의 분해속도를 평가하였다. 그 결과는 도 6에 나타내었다.Although polymeric micelles are promising as drug carriers, the stability of micelles is still challenging for biological applications. In particular, considering the various biological substances that can be encountered during circulation, the encapsulation of hydrophobic drugs is affected by various proteins in the blood. To this end, Cy1, Cy2, Cy3 prepared in Example 1 and E60, P37, and F47 of Comparative Examples 2 to 4 were applied to a drug release profile based on pyrene fluorescence method in various environments (FBS, PBS, pH 5.0 and pH 7.4) The degradation rate of micelles was evaluated. The results are shown in FIG. 6 .
도 6은 상기 실시예 1에서 제조된 Cy1, Cy2, Cy3과 비교예 2 내지 4의 E60, P37, F47을 이용하여 pyrene 형광법에 기반한 약물방출 프로파일의 도식화(a) 및 화학구조 변화(b)와 pH 5.0 및 pH 7.4에서의 피렌이 로딩된 상기 실시예 1에서 제조된 Cy1, Cy2, Cy3과 비교예 2 내지 4의 E60, P37, F47를 이용한 마이셀의 약물방출 동역학(c, d)을 분석한 결과를 나타낸 것이다. 상기 도 6의 (a, b)를 참조하면, 상기 실시예 1의 양친성 블록 공중합체가 마이셀 형태로 존재하다가, 용매 속의 물 분자에 의해 아세탈 결합(acetal bond)이 양성자화(protonation)되면서 스웰링(swelling) 현상이 발생하고, 폴리글리세롤(polyglycerol, PG) 형태로 가수분해(hydrolysis) 되면 마이셀이 분해되고, 약물이 방출되는 구조를 보여준다.6 is a schematic diagram (a) and chemical structure change (b) of a drug release profile based on the pyrene fluorescence method using Cy1, Cy2, Cy3 prepared in Example 1 and E60, P37, and F47 of Comparative Examples 2 to 4 Analysis of drug release kinetics (c, d) of micelles using Cy1, Cy2, Cy3 prepared in Example 1 and E60, P37, F47 of Comparative Examples 2 to 4 loaded with pyrene at pH 5.0 and pH 7.4 the results are shown. Referring to FIG. 6 (a, b), the amphiphilic block copolymer of Example 1 is present in the form of micelles, but swells as the acetal bond is protonated by water molecules in the solvent. When a ringing phenomenon occurs and hydrolysis is performed in the form of polyglycerol (PG), micelles are decomposed and the drug is released.
상기 도 6의 (c, d)는 37 ℃의 온도에서 산성(pH 5.0) 및 정상(pH 7.4) 환경에서의 I339/I332 형광 비율 강도 변화에 대해 피렌 함유 각 마이셀의 안정성을 모니터링한 결과이다. 상기 정상(pH 7.4) 환경에서의 마이셀 분해를 조사한 결과 상기 실시예 1의 Cy1 내지 Cy3 마이셀에서 I339/I332의 형광 비율 강도는 변하지 않았으며, 이는 상기 마이셀들이 pH 7.4 환경에서 안정적인 것을 의미하였다. 반면에 상기 산성(pH 5.0) 환경에서의 마이셀들은 CHGE 부분이 가수분해에 의해 친수성 선형 PG로 변하였고, 소수성/친수성 균형의 붕괴로 분해가 관찰되었다. 마이셀이 낮은 pH에 반응함에 따라 코어에 캡슐화된 피렌이 방출되고, Cy1이 가장 현저하게 감소하였으며, Cy2 및 Cy3도 강도가 시간이 지남에 따라 감소하였다. 또한 상기 비교예 2 내지 4의 E60, P37, F47의 경우 산성(pH 5.0) 환경에서 마이셀이 빠르게 분해됨으로 인해 시간에 따른 피렌 강도가 빨라 사라지는 것을 확인하였다.6 (c, d) is a result of monitoring the stability of each pyrene-containing micelles with respect to the change in intensity of the I339/I332 fluorescence ratio in acidic (pH 5.0) and normal (pH 7.4) environments at a temperature of 37°C. As a result of examining the degradation of micelles in the normal (pH 7.4) environment, the fluorescence ratio intensity of I339/I332 in the Cy1 to Cy3 micelles of Example 1 did not change, meaning that the micelles were stable in the pH 7.4 environment. On the other hand, in micelles in the acidic (pH 5.0) environment, the CHGE moiety was changed to hydrophilic linear PG by hydrolysis, and degradation was observed due to disruption of the hydrophobic/hydrophilic balance. As micelles responded to low pH, pyrene encapsulated in the core was released, Cy1 decreased most markedly, and Cy2 and Cy3 intensity also decreased over time. In addition, in the case of E60, P37, and F47 of Comparative Examples 2 to 4, it was confirmed that the pyrene strength with time rapidly disappeared due to the rapid decomposition of micelles in an acidic (pH 5.0) environment.
특히, 피렌의 방출 속도는 마이셀에서 더 많은 단위의 CHGE 단량체를 포함할 때 더 느리게 방출되었다. 예를 들어, Cy1은 4일 만에 가장 빠르게 분해되어 대부분의 피렌(pyrene)을 방출하였고, Cy2는 12일 후 완전히 분해되었으며, 가장 긴 14일 후에 완전히 분해되었다. 이러한 결과는 Cy1 내지 Cy3의 CMC 값과 일치하며, 방출 역학을 제어할 수 있음을 나타내었다. 또한 소수성 부위가 가장 큰 Cy3의 경우 코어에서 가장 강한 소수성 상호 작용을 가짐으로써 고밀도 패킹으로 인해 가장 긴 방출 시간을 보이며 장기간 지속 방출이 가능한 것을 알 수 있었다.In particular, the release rate of pyrene was slower when including more units of CHGE monomer in micelles. For example, Cy1 was most rapidly degraded after 4 days to release most of pyrene, Cy2 was completely degraded after 12 days, and the longest was completely degraded after 14 days. These results are consistent with the CMC values of Cy1 to Cy3, indicating that the release kinetics can be controlled. In addition, in the case of Cy3, which has the largest hydrophobic site, it has the strongest hydrophobic interaction in the core, so it has the longest release time due to high-density packing, and it can be seen that long-term sustained release is possible.
실험예 7: 생물학적 환경(PBS 및 FBS)에서의 캡슐화 안정성 평가 Experimental Example 7: Evaluation of encapsulation stability in a biological environment (PBS and FBS)
상기 실시예 1에서 제조된 Cy1, Cy2, Cy3에 대하여 다양한 생물학적 환경(PBS 및 FBS)에서 마이셀의 안정성을 조사하였다. FRET(fluorescence resonance energy transfer) 기반 방법은 생물학적 환경에서 마이셀의 안정성을 확인하는데 사용되었다. 마이셀의 안정성은 FRET 쌍의 DiO (FRET-기증자) 및 DiI (FRET-수용자)를 마이셀의 소수성 코어에 로딩하여 분석하였다. 참고로 마이셀이 가혹한 조건에서 안정하면 FRET 쌍이 코어 가까이에 위치하여 560 nm 근처에서 강한 방출이 발생하기 때문에 DiO (FRET-기증자)에서 DiI (FRET-수용자)로의 효율적인 에너지 전달이 발생한다. 그러나 마이셀이 불안정하면 FRET 쌍이 된다. 위치가 자유롭고 쌍 사이의 에너지가 전달되지 않으므로 510 nm에서 강한 DiO 방출 (FRET 기증자)만 나타난다. 분석 결과는 도 7에 나타내었다. For Cy1, Cy2, and Cy3 prepared in Example 1, the stability of micelles in various biological environments (PBS and FBS) was investigated. A fluorescence resonance energy transfer (FRET)-based method was used to confirm the stability of micelles in a biological environment. The stability of micelles was analyzed by loading FRET pairs of DiO (FRET-donor) and DiI (FRET-acceptor) into the hydrophobic core of micelles. Of note, when micelles are stable under harsh conditions, efficient energy transfer from DiO (FRET-donor) to DiI (FRET-acceptor) occurs because the FRET pair is located close to the core, resulting in strong emission near 560 nm. However, when micelles are unstable, they become FRET pairs. Only strong DiO emission (FRET donor) appears at 510 nm as the positions are free and no energy is transferred between the pairs. The analysis results are shown in FIG. 7 .
도 7은 상기 실시예 1에서 제조된 Cy1, Cy2, Cy3에 대하여 형광 방출 스펙트럼(λex = 450 nm)을 사용하여 PBS 및 FBS에서의 FRET 기반 캡슐화 안정성 분석 결과를 나타낸 것이다. 상기 도 7을 참조하면, Cy1, Cy2 및 Cy3 마이셀은 192 시간 동안 PBS(phosphate-buffer saline)에서 약 550 nm에서만 강한 방출을 보였으며 510 nm에서는 피크가 관찰되지 않았다. 앞서 설명한 바와 같이 마이셀의 코어에 DiO와 DiI가 근접해 있기 때문에, 이러한 결과는 효율적인 에너지 전달에서 비롯된 것임을 알 수 있으며, 마이셀이 PBS에서 우수한 안정성을 가지고 있음을 의미한다. 7 shows the results of FRET-based encapsulation stability analysis in PBS and FBS using fluorescence emission spectra (λex = 450 nm) for Cy1, Cy2, and Cy3 prepared in Example 1 above. 7, Cy1, Cy2 and Cy3 micelles showed strong emission only at about 550 nm in phosphate-buffer saline (PBS) for 192 hours, and no peak was observed at 510 nm. As described above, since DiO and DiI are close to the core of micelles, it can be seen that these results are from efficient energy transfer, which means that micelles have excellent stability in PBS.
또한 전체 측정시간 동안의 피크 변화는 Cy3 마이셀에서 거의 관찰되지 않았지만 Cy2와 Cy1 마이셀에서는 120 시간 후 더 큰 피크 변화가 관찰되었다. 이를 통해 소수성 단위의 수가 많을수록 코어의 DiO와 DiI가 조밀해져 마이셀 코어의 안정성이 높아지고 피크 변동이 관찰되지 않는 것을 알 수 있었다.Also, almost no peak change during the entire measurement time was observed in Cy3 micelles, but larger peak changes were observed after 120 hours in Cy2 and Cy1 micelles. Through this, it was found that as the number of hydrophobic units increased, DiO and DiI of the core were dense, and thus the stability of the micellar core was increased and peak fluctuations were not observed.
아울러, 소 태아 혈청(FBS, fetal bovine serum)에 존재하는 단백질과 지질의 응집체 형성으로 인해 최대 72 시간까지 실험을 측정한 결과 72 시간 동안 모든 마이셀에서 550 nm에서 강한 방출이 관찰되었고, 510 nm의 피크 변화는 관찰되지 않았다. PBS 데이터와 마찬가지로 피크 변화는 Cy2와 Cy3이 아닌 Cy1에서만 관찰되었다. 이러한 결과는 모든 마이셀이 혈청의 단백질에 영향을 받지 않았으며 코어에서 페이로드를 안전하게 유지할 수 있음을 나타내었다. 또한 전체적으로 마이셀은 생물학적 환경에서 우수한 안정성을 보였고, 낮은 pH에 반응하여 열화됨을 확인하였다.In addition, as a result of testing up to 72 hours due to the formation of aggregates of proteins and lipids present in fetal bovine serum (FBS), strong emission at 550 nm was observed in all micelles for 72 hours, and 510 nm No peak change was observed. As with the PBS data, the peak change was observed only in Cy1, not Cy2 and Cy3. These results indicated that all micelles were unaffected by the proteins in the serum and could safely keep the payload in the core. In addition, it was confirmed that overall micelles showed excellent stability in a biological environment and deteriorated in response to low pH.
실험예 8: 체내 세포 독성 평가 Experimental Example 8: In vivo cytotoxicity evaluation
상기 실시예 1에서 제조된 Cy1, Cy2, Cy3에 대하여 약물 전달 시스템에서의 적용 가능성을 평가하기 위해 마이셀의 세포 생존력 시험을 수행하였다. 특히 고분자 마이셀은 약물 전달체 적용을 위해 생체 적합성이 높아야 한다. 약물 전달체로 합성한 마이셀의 세포 생존력을 측정하기 위해 Hela 세포에 대한 MTT 분석을 조사하였다. In order to evaluate the applicability of Cy1, Cy2, and Cy3 prepared in Example 1 in a drug delivery system, a cell viability test of micelles was performed. In particular, polymer micelles must have high biocompatibility for drug delivery applications. To measure the cell viability of micelles synthesized as a drug carrier, MTT assay for Hela cells was investigated.
도 8은 상기 실시예 1에서 제조된 Cy1, Cy2, Cy3에 대하여 HeLa 세포를 사용한 MTT 분석에 의해 결정된 시험관 내 세포 생존력 분석 결과를 나타낸 것이다. 상기 도 8을 참조하면, 상기 Cy1, Cy2, Cy3의 경우 마이셀 용액을 다양한 농도로 처리하거나, 1000 μg/mL의 농도에 노출된 경우에도 세포 생존율은 모두 약 100 %를 유지하는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 상기 Cy1, Cy2, Cy3의 각 양친성 블록 공중합체가 약물 전달 담체로 적용하기에 적합한 것을 의미한다. 즉, 상기 Cy1, Cy2 및 Cy3은 Hela 세포에 대해 우수한 세포 생존력을 보임으로써 약물 전달체로 적합함을 알 수 있었다.8 shows the in vitro cell viability assay results determined by MTT assay using HeLa cells for Cy1, Cy2, and Cy3 prepared in Example 1 above. Referring to FIG. 8, in the case of Cy1, Cy2, and Cy3, it was confirmed that cell viability was maintained at about 100% even when micelles were treated with various concentrations or exposed to a concentration of 1000 μg/mL. These results indicate that each of the amphiphilic block copolymers of Cy1, Cy2, and Cy3 is suitable for application as a drug delivery carrier. That is, the Cy1, Cy2 and Cy3 showed excellent cell viability against Hela cells, indicating that they are suitable as drug carriers.
Claims (15)
A pH-sensitive amphiphilic block copolymer in which polycyclohexyloxyethyl glycidyl ether (PCHGE) having hydrophobicity at one end of a hydrophilic polymer is copolymerized by anionic ring-opening polymerization.
상기 친수성 고분자는 폴리(에틸렌글리콜)메틸에테르, 폴리에틸렌글리콜다이아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌이미드, 폴리아미노산, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산 및 폴리비닐피롤리돈으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 pH 감응형 양친성 블록 공중합체.
According to claim 1,
The hydrophilic polymer is poly(ethylene glycol) methyl ether, polyethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol, polyethylene imide, polyamino acid, polymethyl methacrylate, polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid and polyvinyl pyrrolidone. A pH-sensitive amphiphilic block copolymer that is at least one selected from the group consisting of.
상기 pH 감응형 양친성 블록 공중합체는 하기 화학식 1로 표시되는 폴리(에틸렌글리콜)메틸에테르-블록-폴리사이클로헥실옥시에틸글리시딜에테르(PEG-b-PCHGE)인 것인 pH 감응형 양친성 블록 공중합체.
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서, R1은 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 사이클기() 또는 페닐기()이고, 상기 R2는 CH3, CH2CH3 또는 -NH2이고, n과 m은 각 반복단위의 반복수로서, n은 50 내지 200의 정수이고, m은 3 내지 46의 정수이며, n:m은 1: 0.01 내지 1: 0.9이다.)
According to claim 1,
The pH-sensitive amphiphilic block copolymer is a pH-sensitive amphiphilic that is a poly (ethylene glycol) methyl ether-block-polycyclohexyloxyethyl glycidyl ether (PEG-b-PCHGE) represented by the following Chemical Formula 1 block copolymer.
[Formula 1]
(In Formula 1, R 1 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a cycle group ( ) or a phenyl group ( ), wherein R 2 is CH 3 , CH 2 CH 3 or -NH 2 , n and m are the number of repeats of each repeating unit, n is an integer of 50 to 200, m is an integer of 3 to 46, n:m is 1: 0.01 to 1: 0.9.)
상기 pH 감응형 양친성 블록 공중합체는 수평균분자량(Mn,NMR)이 6,000 내지 20,000 g/mol이고, 분자량 분산도(Mw/Mn)가 1.08 내지 1.19이며, 유리전이온도(Tg)가 -40 내지 -25 ℃인 것인 pH 감응형 양친성 블록 공중합체.
According to claim 1,
The pH-sensitive amphiphilic block copolymer has a number average molecular weight (Mn, NMR ) of 6,000 to 20,000 g/mol, a molecular weight dispersion (Mw/Mn) of 1.08 to 1.19, and a glass transition temperature (Tg) of -40 to -25 °C of the pH-sensitive amphiphilic block copolymer.
상기 pH 감응형 양친성 블록 공중합체는 임계마이셀농도(CMC)가 1.4 내지 13 mg/L인 것인 pH 감응형 양친성 블록 공중합체.
According to claim 1,
The pH-sensitive amphiphilic block copolymer is a pH-sensitive amphiphilic block copolymer having a critical micelle concentration (CMC) of 1.4 to 13 mg/L.
상기 pH 감응형 양친성 블록 공중합체는 pH가 7.2 내지 7.6 범위인 경우 자기조립 마이셀(micelle)을 형성하며, pH가 1 내지 5 범위인 경우 마이셀이 붕괴되는 것인 pH 감응형 양친성 블록 공중합체.
According to claim 1,
The pH-sensitive amphiphilic block copolymer forms self-assembled micelles when the pH is in the range of 7.2 to 7.6, and the micelles are disintegrated when the pH is in the range of 1 to 5. .
상기 pH 감응형 양친성 블록 공중합체의 폴리사이클로헥실옥시에틸글리시딜에테르(PCHGE)에 결합된 분자영상 표지자, 조영제 또는 치료제 물질;을 포함하는 고분자 마이셀.
A pH-sensitive amphiphilic block copolymer according to any one of claims 1 to 6; and
Polymeric micelles comprising a molecular imaging marker, contrast agent or therapeutic agent bound to polycyclohexyloxyethyl glycidyl ether (PCHGE) of the pH-sensitive amphiphilic block copolymer.
상기 분자영상 표지자는 피렌(pyrene), 피렌부티릭산(Pyrenebutyric acid), 피렌메틸아민(Pyrene methylamine), 아미노피렌(1-Aminopyrene), 피렌보로닉산(Pyrene-1-boronic acid), 산화철 및 산화망간으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것인 고분자 마이셀.
8. The method of claim 7,
The molecular imaging marker is pyrene, pyrenebutyric acid, pyrene methylamine, aminopyrene (1-Aminopyrene), pyrenboronic acid (Pyrene-1-boronic acid), iron oxide and oxidation One or more polymer micelles selected from the group consisting of manganese.
상기 치료제 물질은 펩타이드, 단백질, 항암제, 소염진통제, 항생제, 항균제, 호르몬제, 유전자 및 백신으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 고분자 마이셀.
8. The method of claim 7,
The therapeutic agent is a polymeric micellar of at least one selected from the group consisting of peptides, proteins, anticancer agents, anti-inflammatory drugs, antibiotics, antibacterial agents, hormones, genes and vaccines.
상기 고분자 마이셀은 평균 직경이 20 내지 200 nm인 것인 고분자 마이셀.
8. The method of claim 7,
The polymer micelles are polymer micelles having an average diameter of 20 to 200 nm.
상기 고분자 마이셀은 경구, 경피, 눈, 피하, 정맥내, 근육내 또는 복강내 경로를 통해 투여될 수 있도록 주사용, 경피용 또는 경구용으로 제형화되는 것인 고분자 마이셀.
According to claim 7,
The polymeric micelles are formulated for injection, transdermal or oral use so that the polymeric micelles can be administered via oral, transdermal, ocular, subcutaneous, intravenous, intramuscular or intraperitoneal routes.
A pH-sensitive target delivery system comprising the polymeric micelles according to claim 7.
유기용매에 친수성 고분자, 상기 사이클로헥실옥시에틸글리시딜에테르(CHGE) 및 촉매를 투입하고, 음이온 개환 중합시켜 pH 감응형 양친성 블록 공중합체를 제조하는 단계;를 포함하는 pH 감응형 양친성 블록 공중합체의 제조방법.
synthesizing cyclohexyloxyethyl glycidyl ether (CHGE); and
A hydrophilic polymer, the cyclohexyloxyethyl glycidyl ether (CHGE) and a catalyst are added to an organic solvent, and anionic ring-opening polymerization to prepare a pH-sensitive amphiphilic block copolymer; pH-sensitive amphiphilic block comprising A method for preparing a copolymer.
상기 pH 감응형 양친성 블록 공중합체를 제조하는 단계는 상기 친수성 고분자 및 사이클로헥실옥시에틸글리시딜에테르(CHGE)를 1: 5 내지 60 몰비로 혼합하는 것인 pH 감응형 양친성 블록 공중합체의 제조방법.
14. The method of claim 13,
In the step of preparing the pH-sensitive amphiphilic block copolymer, the hydrophilic polymer and cyclohexyloxyethyl glycidyl ether (CHGE) are mixed in a molar ratio of 1: 5 to 60 of the pH-sensitive amphiphilic block copolymer. manufacturing method.
상기 pH 감응형 양친성 블록 공중합체를 제조하는 단계는 50 내지 100 ℃에서 10 내지 30 시간 동안 중합하는 것인 pH 감응형 양친성 블록 공중합체의 제조방법.14. The method of claim 13,
The step of preparing the pH-sensitive amphiphilic block copolymer is a method of producing a pH-sensitive amphiphilic block copolymer by polymerization at 50 to 100 ℃ for 10 to 30 hours.
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