KR20240035781A - Pharmaceutical composition including nanozyme and method for preventing or treating proliferative diseases using the same - Google Patents

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KR20240035781A
KR20240035781A KR1020240031270A KR20240031270A KR20240035781A KR 20240035781 A KR20240035781 A KR 20240035781A KR 1020240031270 A KR1020240031270 A KR 1020240031270A KR 20240031270 A KR20240031270 A KR 20240031270A KR 20240035781 A KR20240035781 A KR 20240035781A
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김동하
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장도협
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이화여자대학교 산학협력단
한국과학기술연구원
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Abstract

본원은, 나노자임을 포함하는 약학적 조성물 및 이를 이용하는 증식성 질환의 예방 또는 치료 방법에 관한 것이다.The present application relates to a pharmaceutical composition containing nanozyme and a method for preventing or treating proliferative diseases using the same.

Description

나노자임을 포함하는 약학적 조성물 및 이를 이용하는 증식성 질환의 예방 또는 치료 방법{PHARMACEUTICAL COMPOSITION INCLUDING NANOZYME AND METHOD FOR PREVENTING OR TREATING PROLIFERATIVE DISEASES USING THE SAME}Pharmaceutical composition containing nanozyme and method for preventing or treating proliferative diseases using the same {PHARMACEUTICAL COMPOSITION INCLUDING NANOZYME AND METHOD FOR PREVENTING OR TREATING PROLIFERATIVE DISEASES USING THE SAME}

본원은, 나노자임을 포함하는 약학적 조성물 및 이를 이용하는 증식성 질환의 예방 또는 치료 방법에 관한 것이다.The present application relates to a pharmaceutical composition containing nanozyme and a method for preventing or treating proliferative diseases using the same.

단원자 촉매(SAC; single-atom catalyst)는 촉매 작용을 위한 단일 금속 원자 센터로 이용되고 있으며, 상기 금속의 함침은 일반적으로 배위 화학(coordination chemistry)을 통하여 이루어지고 있다. 상기 단원자 촉매에서 N-리간드, O-리간드, P-리간드 및 S-리간드가 가장 일반적으로 사용되고 있다. 0 차원인 단원자 촉매는, 현재 불균일 촉매를 능가하는 효율이 있으며, 균일 촉매보다는 덜 활성적이지만, 더 안정적인 장점이 있다. 단원자 촉매는 연료 전지, 물 분해 (water splitting), N2 또는 CO2 환원, 및/또는 생의학 응용에 사용될 수 있다. A single-atom catalyst (SAC) is used as a single metal atom center for catalysis, and impregnation of the metal is generally accomplished through coordination chemistry. In the monoatomic catalyst, N-ligand, O-ligand, P-ligand and S-ligand are most commonly used. Zero-dimensional monoatomic catalysts currently have efficiencies that surpass heterogeneous catalysts and have the advantage of being less active but more stable than homogeneous catalysts. Monatomic catalysts can be used in fuel cells, water splitting, N 2 or CO 2 reduction, and/or biomedical applications.

구체적으로, 단원자 촉매는 높은 선택성 및 반응성을 보유하도록 원자 활용을 극대화할 수 있고; 불용성 및/또는 저렴한 지지대 [예를 들어, 탄소, 세리아(Ceria), Al2O3]를 활용할 수 있으며; 높은 재활용성을 갖고; 리간드 및 내포된(embedded) 금속을 전환하여 궤도 구조를 쉽게 조정할 수 있으며; 및 배위/금속에 따라 상이한 화학 반응을 유발할 수 있다. 예시적으로, 상기 단원자 촉매는 효소, M-N/C (예를 들어, Fe-N/C), M@Metal Oxide (예를 들어, Au@Ceria) 및 제올라이트/MOF(metal organic framework) (예를 들어, Ir@Zeolite Y)로 분류될 수 있다.Specifically, monoatomic catalysts can maximize atom utilization to possess high selectivity and reactivity; Insoluble and/or inexpensive supports (eg, carbon, ceria, Al 2 O 3 ) may be utilized; Has high recyclability; The orbital structure can be easily tuned by switching the ligand and embedded metal; and may cause different chemical reactions depending on the coordination/metal. Exemplarily, the monoatomic catalyst includes enzymes, MN/C (e.g., Fe-N/C), M@Metal Oxide (e.g., Au@Ceria), and zeolite/MOF (metal organic framework) (e.g. For example, it can be classified as Ir@Zeolite Y).

촉매 나노물질 기반 효소-유사 활성을 갖는 나노자임은 과산화수소 분해, 글루코오즈 산화 효소 등의 촉매적 활성으로 활용되며, 항암 치료, 항균 필름, 항산화, 이미징, 바이오 센싱 및 조직 재생 등의 다양한 바이오의약 응용 분야에 활용되고 있다.Nanozymes with enzyme-like activity based on catalytic nanomaterials are used for catalytic activities such as hydrogen peroxide decomposition and glucose oxidase enzymes, and have various biomedical applications such as anticancer treatment, antibacterial film, antioxidant, imaging, biosensing, and tissue regeneration. It is being used in the field.

국제공개공보 WO 2018/186725호.International Publication No. WO 2018/186725.

본원은, 나노자임을 포함하는 약학적 조성물 및 이를 이용하는 증식성 질환의 예방 또는 치료 방법을 제공하고자 한다.The present application seeks to provide a pharmaceutical composition containing nanozyme and a method for preventing or treating proliferative diseases using the same.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present application is not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

본원의 제 1 측면은, 금속-유기 프레임워크에 금 나노입자가 담지된 제 1 약학적 조성물, 및 금속-유기 프레임워크에 철 단원자가 담지된 제 2 약학적 조성물을 포함하며, 암의 예방 또는 치료용인, 약학적 조성물로서, 상기 금속-유기 프레임워크의 중심 금속은 지르코늄인 것인, 약학적 조성물을 제공한다.The first aspect of the present application includes a first pharmaceutical composition in which gold nanoparticles are supported on a metal-organic framework, and a second pharmaceutical composition in which an iron atom is supported in a metal-organic framework, and is used to prevent cancer or Provided is a pharmaceutical composition for therapeutic use, wherein the central metal of the metal-organic framework is zirconium.

본원의 제 2 측면은, 금속-유기 프레임워크에 금 나노입자가 담지된 제 1 약학적 조성물 및 금속-유기 프레임워크에 철 단원자가 담지된 제 2 약학적 조성물을 포함하는 암의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 체내에 주입하는 것을 포함하는, 암의 예방 또는 치료 방법으로서, 상기 방법은 인간을 제외하여 적용되는 것인, 암의 예방 또는 치료 방법을 제공한다.A second aspect of the present application is a method for preventing or treating cancer, comprising a first pharmaceutical composition in which gold nanoparticles are supported on a metal-organic framework and a second pharmaceutical composition in which an iron atom is supported in a metal-organic framework. Provided is a method for preventing or treating cancer, which includes injecting a pharmaceutical composition into the body, wherein the method is applied except for humans.

본원의 구현예들에 따른 제 1 약학적 조성물 및 제 2 약학적 조성물의 각각의 제조 방법은, 종래의 MOF-기반 나노자임의 제조 방법과 달리, 고온의 열처리가 필요하지 않으며, 단순 킬레이팅 방법으로 합성이 용이하다.The manufacturing method of each of the first pharmaceutical composition and the second pharmaceutical composition according to the embodiments of the present application, unlike the conventional method of manufacturing MOF-based nanozyme, does not require high temperature heat treatment and is a simple chelating method. It is easy to synthesize.

본원의 구현예들에 따르면, 상기 제 1 약학적 조성물 및 상기 제 2 약학적 조성물을 포함하는, 약학적 조성물은 높은 선택성과 활성을 가질 수 있다.According to embodiments of the present application, a pharmaceutical composition comprising the first pharmaceutical composition and the second pharmaceutical composition may have high selectivity and activity.

본원의 구현예들에 따르면, 상기 제 1 약학적 조성물은 미토콘드리아에 작용하며, 상기 제 2 약학적 조성물은 세포질에 작용할 수 있다.According to embodiments of the present application, the first pharmaceutical composition may act on mitochondria, and the second pharmaceutical composition may act on the cytoplasm.

본원의 구현예들에 따른 상기 제 1 약학적 조성물 및 상기 제 2 약학적 조성물을 포함하는 약학적 조성물은 증식성 질환의 예방 또는 치료에서 사용될 수 있다.A pharmaceutical composition comprising the first pharmaceutical composition and the second pharmaceutical composition according to embodiments of the present application can be used in the prevention or treatment of proliferative diseases.

본원의 구현예들에 따르면, 상기 제 1 약학적 조성물에 포함된 상기 금 나노입자가 글루코오스 산화 효소 모방 반응 시, 증식성 질환을 일으키는 악성 세포 내의 글루코오스를 사용함에 따라 상기 악성 세포의 영양분을 감소시키며, 기아 요법(starvation therapy)을 통한 증식성 질환의 예방 또는 치료를 가능하게 할 수 있다.According to embodiments of the present application, the gold nanoparticles included in the first pharmaceutical composition reduce nutrients in the malignant cells by using glucose in the malignant cells that cause proliferative disease during a glucose oxidase mimicking reaction. , it may be possible to prevent or treat proliferative diseases through starvation therapy.

도 1은, 본원의 실시예 1에 따른 금속 유기 프레임워크(MOF; metal organic framework)의 합성 모식도이다.
도 2(a)는, 본원의 실시예 1에 따른 MOF의 1H-NMR 데이터이고, 도 2(b)는, MOF의 투과전자현미경(TEM; transmission electron microscope) 이미지이다.
도 3(a)는, 본원의 실시예 2에 따른 Au 나노입자-MOF의 합성 과정을 나타낸 모식도이고, 도 3(b)는, Au 나노입자-MOF의 구조를 나타낸 이미지이다.
도 4(a)는, 본원의 실시예 2에 따른 Au 나노입자-MOF의 TEM 이미지들(스케일 바: 50 nm, 10 nm 및 5 nm)이며, 도 4(b)는 Au 나노입자-MOF의 UV-vis 흡광 스펙트럼이다.
도 5는, 본원의 실시예 2에 따른 Au 나노입자-MOF의 X-선 광전자 분광분석법(XPS; x-ray photoelectron spectroscopy)에 따른 분석 데이터이다.
도 6(a)는, 본원의 실시예 3에 따른 Fe 단원자-MOF의 합성 과정을 나타낸 모식도이며, 도 6(b)는, Fe 단원자-MOF의 구조를 나타낸 이미지이다.
도 7(a)는, 본원의 실시예 3에 따른 Fe 단원자-MOF의 주사투과현미경(STEM; scanning transmission electron microscopy) 이미지이며, 도 7(b)는, Fe 단원자-MOF의 에너지 분산형 X-선 분광분석법(EDS 또는 EDX; energy dispersive x-ray spectroscopy)에 따른 분석 데이터를 나타낸 것이다.
도 8(a) 및 도 8(b)는, 각각 본원의 실시예 3에 따른 Fe 단원자-MOF의 Fe 2p 및 N 1s의 X-선 광전자 분광분석법(XPS, x-ray photoelectron spectroscopy)에 따른 분석 데이터를 나타낸 것이다.
도 9는, 본원의 실시예 4에 따른 Au 나노입자-MOF 및 Fe 단원자-MOF가 도입된 MOF 기반 나노 구조체의 암치료 모식도이다.
도 10은, Au 나노입자-MOF에 글루코오스를 첨가하지 않은 대조군(ctrl) 및 Au 나노입자-MOF에 글루코오스를 첨가한 경우(Au NP-MOF + glucose)의 글루코오스 산화 효소 모방(glucose oxidase mimicking) 나노자임의 활성을 나타낸 그래프이다.
도 11은, Au 나노입자-MOF에 글루코오스를 첨가하지 않은 대조군(ctrl) 및 Au 나노입자-MOF에 글루코오스를 첨가한 경우(Au NP-MOF + glucose)의 pH 변화를 나타낸 그래프이다.
도 12는, Au NP-MOF와 글루타티온이 함께 존재하는 경우(Au NP-MOF + GSH) 및 글루타티온이 존재하지 않는 경우(ctrl)의 티올기 흡광을 나타낸 그래프이다.
도 13은, Fe-MOF와 과산화수소를 반응시키는 경우(Fe-MOF + H2O2) 및 대조군(H2O2)의 과산화효소 모방(peroxidase mimicking) 활성을 나타낸 흡광도 그래프이다.
도 14는, Fe-MOF와 과산화수소를 반응시키는 경우(Fe-MOF + H2O2) 및 과산화수소를 반응시키지 않은 경우(Fe-MOF)의 하이드록시 라디칼의 형성을 나타낸 그래프이다.
도 15는, 대조군(TA + DI-water), Au NP-MOF + 글루코오스, Fe-MOF + 글루코오스, Au NP-MOF + Fe-MOF + 글루코오스, Au NP-MOF, Fe-MOF 및 Au NP-MOF + Fe-MOF 각각의 캐스케이드 효소(cascade enzymatic) 활성을 나타낸 그래프이다.
Figure 1 is a schematic diagram of the synthesis of a metal organic framework (MOF) according to Example 1 of the present application.
Figure 2(a) is 1 H-NMR data of the MOF according to Example 1 of the present application, and Figure 2(b) is a transmission electron microscope (TEM) image of the MOF.
Figure 3(a) is a schematic diagram showing the synthesis process of Au nanoparticle-MOF according to Example 2 of the present application, and Figure 3(b) is an image showing the structure of Au nanoparticle-MOF.
Figure 4(a) is the TEM images (scale bar: 50 nm, 10 nm and 5 nm) of the Au nanoparticle-MOF according to Example 2 of the present application, and Figure 4(b) is the TEM image of the Au nanoparticle-MOF. This is the UV-vis absorption spectrum.
Figure 5 shows analysis data according to X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of the Au nanoparticle-MOF according to Example 2 of the present application.
Figure 6(a) is a schematic diagram showing the synthesis process of Fe single atom-MOF according to Example 3 of the present application, and Figure 6(b) is an image showing the structure of Fe single atom-MOF.
Figure 7(a) is a scanning transmission electron microscopy (STEM) image of the Fe single atom-MOF according to Example 3 of the present application, and Figure 7(b) is an energy dispersive image of the Fe single atom-MOF. It shows analysis data according to X-ray spectroscopy (EDS or EDX; energy dispersive x-ray spectroscopy).
Figures 8(a) and 8(b) show the Fe 2p and N 1s of the Fe single atom-MOF according to Example 3 of the present application, respectively, according to x-ray photoelectron spectroscopy (XPS). This shows the analysis data.
Figure 9 is a schematic diagram of cancer treatment of a MOF-based nanostructure into which Au nanoparticle-MOF and Fe monatom-MOF were introduced according to Example 4 of the present application.
Figure 10 shows glucose oxidase mimicking nano samples in the control group (ctrl) where glucose was not added to the Au nanoparticle-MOF and the case where glucose was added to the Au nanoparticle-MOF (Au NP-MOF + glucose). This is a graph showing the activity of the enzyme.
Figure 11 is a graph showing the pH change in the control group where glucose was not added to the Au nanoparticle-MOF (ctrl) and when glucose was added to the Au nanoparticle-MOF (Au NP-MOF + glucose).
Figure 12 is a graph showing thiol group absorption when Au NP-MOF and glutathione are present together (Au NP-MOF + GSH) and when glutathione is not present (ctrl).
Figure 13 is an absorbance graph showing peroxidase mimicking activity in the case of reacting Fe-MOF with hydrogen peroxide (Fe-MOF + H 2 O 2 ) and the control group (H 2 O 2 ).
Figure 14 is a graph showing the formation of hydroxy radicals when Fe-MOF and hydrogen peroxide are reacted (Fe-MOF + H 2 O 2 ) and when hydrogen peroxide is not reacted (Fe-MOF).
Figure 15 shows control (TA + DI-water), Au NP-MOF + glucose, Fe-MOF + glucose, Au NP-MOF + Fe-MOF + glucose, Au NP-MOF, Fe-MOF and Au NP-MOF. + This is a graph showing the cascade enzymatic activity of each Fe-MOF.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, with reference to the attached drawings, implementation examples and embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present application may be implemented in various different forms and is not limited to the implementation examples and examples described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is said to be “connected” to another part, this includes not only the case where it is “directly connected,” but also the case where it is “electrically connected” with another element in between. do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is said to be located “on” another member, this includes not only the case where the member is in contact with the other member, but also the case where another member exists between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification of the present application, when a part “includes” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. As used herein, the terms “about,” “substantially,” and the like are used to mean at or close to a numerical value when manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are presented, and to aid understanding of the present application. It is used to prevent unscrupulous infringers from unfairly exploiting disclosures in which precise or absolute figures are mentioned.

본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~ 하는 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.The terms “step of” or “step of” as used throughout the specification herein do not mean “step for.”

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination(s) thereof" included in the Markushi format expression means a mixture or combination of one or more selected from the group consisting of the components described in the Markushi format expression, It means containing one or more selected from the group consisting of the above components.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.Throughout this specification, description of “A and/or B” means “A or B, or A and B.”

이하, 본원의 구현예를 상세히 설명하였으나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present application have been described in detail, but the present application may not be limited thereto.

본원의 제 1 측면은, 금속-유기 프레임워크에 금 나노입자가 담지된 제 1 약학적 조성물, 및 금속-유기 프레임워크에 철 단원자가 담지된 제 2 약학적 조성물을 포함하며, 암의 예방 또는 치료용인, 약학적 조성물로서, 상기 금속-유기 프레임워크의 중심 금속은 지르코늄인 것인, 약학적 조성물을 제공한다.The first aspect of the present application includes a first pharmaceutical composition in which gold nanoparticles are supported on a metal-organic framework, and a second pharmaceutical composition in which an iron atom is supported in a metal-organic framework, and is used to prevent cancer or Provided is a pharmaceutical composition for therapeutic use, wherein the central metal of the metal-organic framework is zirconium.

금속-유기 프레임워크(MOF; metal organic framework)는, 미세 다공성 물질에 포함되는 물질로서, 다가 배위 결합을 형성하는 유가 음이온(링커)에 의해 연결되는 양이온성 금속 이온 클러스터로 이루어진다. 상기 금속-유기 프레임워크는 인위적으로 제조되며, 3차원 구조를 형성함으로서 화학종의 분리, 가스 저장, 촉매, 약물 전달, 화학 센서 등의 다양한 기능을 할 수 있다.Metal-organic framework (MOF) is a material included in microporous materials and consists of clusters of cationic metal ions connected by valent anions (linkers) that form multivalent coordination bonds. The metal-organic framework is artificially manufactured and can perform various functions such as separation of chemical species, gas storage, catalyst, drug delivery, and chemical sensor by forming a three-dimensional structure.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속-유기 프레임워크는 UiO-67인 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the metal-organic framework may be UiO-67.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금 나노입자는 상기 금속-유기 프레임워크에서 금속(metal) 상태로 존재하고, 상기 철 단원자는 상기 금속-유기 프레임워크에서 단원자 상태로 존재하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 금 나노입자는 산화 상태(oxidation state)가 0이며, 상기 철 단원자는 산화 상태가 +2 또는 +3일 수 있다.In one embodiment of the present application, the gold nanoparticles may exist in a metal state in the metal-organic framework, and the iron single atom may exist in a single atomic state in the metal-organic framework. It is not limited to this. Specifically, the gold nanoparticle may have an oxidation state of 0, and the iron atom may have an oxidation state of +2 or +3.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 약학적 조성물 및 상기 제 2 약학적 조성물을 포함하는, 약학적 조성물은 높은 선택성과 활성을 가질 수 있다.In one embodiment of the present application, a pharmaceutical composition comprising the first pharmaceutical composition and the second pharmaceutical composition may have high selectivity and activity.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 철 단원자는 상기 금속-유기 프레임워크에 킬레이팅된 것이며, 상기 금 나노입자는 상기 금속-유기 프레임워크에 담지된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the iron atom may be chelated on the metal-organic framework, and the gold nanoparticle may be supported on the metal-organic framework, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 2 약학적 조성물은 타겟팅 모이어티로서 엽산이 도입된 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the second pharmaceutical composition may have folic acid introduced as a targeting moiety.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 약학적 조성물은 글루코오스 산화 효소 및 과산화수소 분해 효소의 활성을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 제 1 약학적 조성물은 글루코오스 산화 효소의 활성을 가질 수 있으며, 상기 제 2 약학적 조성물은 과산화수소 분해 효소의 활성을 가질 수 있다.In one embodiment of the present application, the pharmaceutical composition may have the activities of glucose oxidation enzyme and hydrogen peroxide decomposition enzyme, but is not limited thereto. Specifically, the first pharmaceutical composition may have the activity of a glucose oxidation enzyme, and the second pharmaceutical composition may have the activity of a hydrogen peroxide decomposition enzyme.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금 나노입자는 펜톤 반응 촉진을 위한 과산화수소의 생성 유도 및 산성 환경 공급을 위한 글루코오스 산화 효소 모방(glucose oxidase mimicking)을 유도할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 금 나노입자가 상기 글루코오스 산화 효소 모방 반응 시, 증식성 질환을 일으키는 악성 세포 내의 글루코오스를 사용함에 따라 상기 악성 세포의 영양분을 감소시키며, 기아 요법(starvation therapy)을 통한 증식성 질환의 예방 또는 치료를 가능하게 한다.In one embodiment of the present application, the gold nanoparticles can induce the production of hydrogen peroxide to promote the Fenton reaction and induce glucose oxidase mimicking to supply an acidic environment, but are not limited thereto. Specifically, when the gold nanoparticles mimic the glucose oxidase reaction, they use glucose in the malignant cells that cause the proliferative disease, thereby reducing the nutrients of the malignant cells and reducing the proliferative disease through starvation therapy. Makes prevention or treatment possible.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 철 단원자는 활성 산소종(ROS; reactive oxygen species) 생성을 위한 펜톤 반응 유도 및 과산화수소 효소 모방(peroxidase mimicking)을 유도하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the iron atom may induce the Fenton reaction for generating reactive oxygen species (ROS) and induce peroxidase mimicking, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 철 단원자는 상기 과산화수소의 자발적 보충 하에 펜톤 반응을 통한 활성 산소종의 생성을 유도할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the iron atom can induce the generation of reactive oxygen species through the Fenton reaction under spontaneous replenishment of hydrogen peroxide, but is not limited thereto.

본원의 제 2 측면은, 금속-유기 프레임워크에 금 나노입자가 담지된 제 1 약학적 조성물 및 금속-유기 프레임워크에 철 단원자가 담지된 제 2 약학적 조성물을 포함하는 암의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 체내에 주입하는 것을 포함하는, 암의 예방 또는 치료 방법으로서, 상기 방법은 인간을 제외하여 적용되는 것인, 암의 예방 또는 치료 방법을 제공한다.A second aspect of the present application is a method for preventing or treating cancer, comprising a first pharmaceutical composition in which gold nanoparticles are supported on a metal-organic framework and a second pharmaceutical composition in which an iron atom is supported in a metal-organic framework. Provided is a method for preventing or treating cancer, which includes injecting a pharmaceutical composition into the body, wherein the method is applied except for humans.

본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면에 대해 설명한 내용은 본원의 제 2 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.Detailed description of parts overlapping with the first aspect of the present application has been omitted, but the description of the first aspect of the present application can be applied equally even if the description is omitted in the second aspect of the present application.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속-유기 프레임워크의 중심 금속은 지르코늄인 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the central metal of the metal-organic framework may be zirconium.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속-유기 프레임워크는 UiO-67인 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the metal-organic framework may be UiO-67.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 약학적 조성물은 세포에 직접적으로 주입되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present application, the pharmaceutical composition may be injected directly into cells, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 약학적 조성물을 체내에 주입하는 방법은, 본 발명에 특별히 반하지 않는 한, 통상의 약학적 조성물이 체내에 주입되는 방식을 제한 없이 적용할 수 있다. In one embodiment of the present application, the method of injecting the pharmaceutical composition into the body can be applied without limitation to the method of injecting the pharmaceutical composition into the body, as long as it does not specifically conflict with the present invention.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 약학적 조성물 및 상기 제 2 약학적 조성물을 포함하는, 상기 약학적 조성물은 높은 선택성과 활성을 가질 수 있다.In one embodiment of the present application, the pharmaceutical composition comprising the first pharmaceutical composition and the second pharmaceutical composition may have high selectivity and activity.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 2 약학적 조성물에 포함되는 철 단원자는 상기 과산화수소의 자발적 보충 하에 펜톤 반응을 통한 활성 산소종 생성에 의한 증식성 질환 예방 또는 치료로 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the iron atom included in the second pharmaceutical composition can be used to prevent or treat proliferative diseases caused by the generation of reactive oxygen species through the Fenton reaction under spontaneous supplementation of hydrogen peroxide, but is limited thereto. That is not the case.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 약학적 조성물은 미토콘드리아에 작용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the first pharmaceutical composition may act on mitochondria, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 약학적 조성물은 트리페닐포스포늄 용액으로 처리되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 트리페닐포스포늄 용액은 제 1 약학적 조성물을 미토콘드리아로 타겟팅할 수 있게 한다.In one embodiment of the present application, the first pharmaceutical composition may be treated with a triphenylphosphonium solution, but is not limited thereto. Specifically, the triphenylphosphonium solution enables targeting the first pharmaceutical composition to mitochondria.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 약학적 조성물은 트리페닐포스포늄 용액으로 처리함으로써, 미토콘드리아 내에 존재하는 글루타티온(GSH; glutathione)의 고갈(depletion) 효율을 증폭시킬 수 있으며, 이에 따라 세포 내의 산화 스트레스(oxidative stress)를 가중시켜 증식성 질환의 치료 효과를 극대화할 수 있다.In one embodiment of the present application, the first pharmaceutical composition can amplify the depletion efficiency of glutathione (GSH) present in mitochondria by treating it with a triphenylphosphonium solution, thereby amplifying the depletion efficiency of glutathione (GSH) within the cell. By increasing oxidative stress, the treatment effect of proliferative diseases can be maximized.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 2 약학적 조성물은 세포질에 작용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the second pharmaceutical composition may act on the cytoplasm, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 2 약학적 조성물은 엽산(folic acid)을 타겟팅 모이어티(targeting moiety)로서 도입할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 엽산(folic acid)은 제 2 약학적 조성물을 세포 내로 타겟팅할 수 있게 한다.In one embodiment of the present application, the second pharmaceutical composition may contain folic acid as a targeting moiety, but is not limited thereto. Specifically, folic acid enables targeting the second pharmaceutical composition into cells.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 약학적 조성물은 미토콘드리아에 작용하는 것이고, 상기 제 2 약학적 조성물은 세포질에 작용하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the first pharmaceutical composition may act on mitochondria, and the second pharmaceutical composition may act on cytoplasm.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 약학적 조성물은 글루코오스를 산화하여 과산화수소 및 글루콘산을 생성하고, 상기 제 2 약학적 조성물은 상기 과산화수소를 분해하여 하이드록시 라디칼을 형성하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the first pharmaceutical composition may include oxidizing glucose to produce hydrogen peroxide and gluconic acid, and the second pharmaceutical composition may include decomposing the hydrogen peroxide to form hydroxy radicals. However, it is not limited to this.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 하이드록시 라디칼은 살균, 암세포 사멸, 염증 반응 조절 및 노화 억제 중 하나 이상의 용도로서 작용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the hydroxy radical may function for one or more of sterilization, cancer cell killing, inflammatory response regulation, and aging inhibition, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금 나노입자에 의해 글루코오스가 산화됨에 따라, 하이드록시 라디칼에 의해 상기 증식성 질환의 성장 인자인 글루코오스 농도가 낮아지면서 기아 요법(starvation therapy) 효과를 수득할 수 있다.In one embodiment of the present application, as glucose is oxidized by the gold nanoparticles, the concentration of glucose, which is a growth factor for the proliferative disease, is lowered by hydroxy radicals, thereby obtaining a starvation therapy effect. .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 암은 고형 종양, 혈액암, 결장직장암, 자궁암, 자궁근종, 수막종, 폐암, 소세포성 폐암, 비소세포성 폐암, 위장관암, 대장암, 장암, 유방암, 난소암, 전립선암, 고환암, 간암, 신장암, 방광암, 췌장암, 뇌암, 육종, 골육종, 카포시 육종 및 흑색종에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원의 일 구현예에 따른 약학적 조성물은 예방 또는 치료의 대상으로서, 암종에 국한되지 않은 질환에 적용이 가능할 수 있다.In one embodiment of the present application, the cancer is solid tumor, blood cancer, colorectal cancer, uterine cancer, uterine fibroids, meningioma, lung cancer, small cell lung cancer, non-small cell lung cancer, gastrointestinal cancer, colon cancer, intestinal cancer, breast cancer, and ovarian cancer. , prostate cancer, testicular cancer, liver cancer, kidney cancer, bladder cancer, pancreatic cancer, brain cancer, sarcoma, osteosarcoma, Kaposi's sarcoma, and melanoma, but is not limited thereto. The pharmaceutical composition according to one embodiment of the present application is an object of prevention or treatment and may be applicable to diseases not limited to carcinoma.

이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present application will be described in more detail using examples. However, the following examples are merely illustrative to aid understanding of the present application, and the content of the present application is not limited to the following examples.

[실시예][Example]

실시예 1: 금속 유기 프레임워크(MOF; metal organic framework)의 합성Example 1: Synthesis of metal organic framework (MOF)

1) 금속 유기 프레임워크의 합성 물질1) Synthesis of metal-organic frameworks

2,2'-비피리딘-5,5'-디카르복실산(2,2'-bipyridine-5,5'-dicarboxylic acid) (98.0%, TCI), 비페닐-4,4'-디카르복실산(biphenyl-4,4'-dicarboxylic acid) (97%, Aldrich), 지르코늄(IV) 클로라이드(zirconium (IV) chloride) (≥ 99.5% 미량 금속 기준, Aldrich), 금(III) 클로라이드 트리하이드레이트(gold(III) chloride trihydrate) (HAuCl3H2O; ≥ 99.9% 미량 금속 기준), 트리소듐 시트레이트 디하이드레이트(trisodium citrate dihydrate), 소듐 보로하이드라이드(sodium borohydride) (NaBH4, 99%), 철(II) 클로라이드(Iron(II) chloride) (FeCl2, 98%), N,N-다이메일포름아미드 무수화물(N,N-dimethylformamide anhydrous) (DMF, 99.8%)은 Aldrich에서 구입하였다.2,2'-bipyridine-5,5'-dicarboxylic acid (98.0%, TCI), biphenyl-4,4'-dicarboxylic acid biphenyl-4,4'-dicarboxylic acid (97%, Aldrich), zirconium (IV) chloride (≥ 99.5% based on trace metals, Aldrich), gold(III) chloride trihydrate (gold(III) chloride trihydrate) (HAuCl 3H 2 O; ≥ 99.9% based on trace metals), trisodium citrate dihydrate, sodium borohydride (NaBH 4 , 99% ), Iron(II) chloride (FeCl 2 , 98%), and N,N-dimethylformamide anhydrous (DMF, 99.8%) were purchased from Aldrich. did.

2) UiO-67 금속 유기 프레임워크의 합성2) Synthesis of UiO-67 metal organic framework

도 1은, 금속 유기 프레임워크의 합성 모식도를 나타낸 것으로서, ZrCl4(9.3 mg, 0.04 mmol)를 아세트산(0.5 mL)과 함께 20 mL 유리 바이알에서 N, N'-디메틸포름아미드(DMF; N,N'-dimethylformamide, 5 mL)에 용해하였다. 리간드인 비페닐-4,4'-디카르복실산(biphenyl-4,4'-dicarboxylic acid), 2,2'-비피리딘-5,5'-디카르복실산(2,2'-bipyridine-5,5'-dicarboxylic acid) 및 DMF(5 mL)의 용액을 사용하여 리간드를 제조하였다. Figure 1 shows a schematic diagram of the synthesis of a metal-organic framework, in which ZrCl 4 (9.3 mg, 0.04 mmol) was mixed with acetic acid (0.5 mL) in a 20 mL glass vial with N, N'-dimethylformamide (DMF; N, N'-dimethylformamide, 5 mL). Ligands biphenyl-4,4'-dicarboxylic acid, 2,2'-bipyridine-5,5'-dicarboxylic acid (2,2'-bipyridine) The ligand was prepared using a solution of -5,5'-dicarboxylic acid) and DMF (5 mL).

상기 리간드를 제조한 후, 잘 분산된 리간드 용액을 금속 용액에 첨가한 후 밀봉된 바이알을 광(light) 없이 85℃ 오븐에서 12 시간 동안 유지하였다. 이후, 상온에서 냉각하고 원심 분리기로 고체를 분리하였다 (8,000 rpm, 10 분). 그 후, DMF로 1 회 세척 및 메탄올로 3 회 세척하였다. 세척 후, 생성물을 진공 오븐에서 건조하여 MOF를 수득하였다. 여기서 합성된 MOF는 Zr 기반이며, 상기 수득한 MOF의 크기는 약 50 mm이었다. 도 2(a)는, MOF의 1H-NMR 데이터를 나타낸 것으로서, 도 2(a)에 따르면, 상기 리간드인 비페닐-4,4'-디카르복실산 및 2,2'-비피리딘-5,5'-디카르복실산의 비율이 1:1임을 확인할 수 있다. 상기 2,2'-비피리딘-5,5'-디카르복실산에 있는 N-그룹으로 인해, Fe 금속의 킬레이팅이 가능할 수 있다. 도 2(b)의 투과전자현미경(TEM; transmission electron microscope) 이미지를 통해 MOF가 잘 합성되었음을 알 수 있다.After preparing the ligand, a well-dispersed ligand solution was added to the metal solution, and the sealed vial was kept in an oven at 85° C. for 12 hours without light. Afterwards, it was cooled to room temperature and the solid was separated by centrifugation (8,000 rpm, 10 minutes). Afterwards, it was washed once with DMF and three times with methanol. After washing, the product was dried in a vacuum oven to obtain MOF. The MOF synthesized here was Zr-based, and the size of the obtained MOF was about 50 mm. Figure 2(a) shows 1 H-NMR data of MOF. According to Figure 2(a), the ligands biphenyl-4,4'-dicarboxylic acid and 2,2'-bipyridine- It can be confirmed that the ratio of 5,5'-dicarboxylic acid is 1:1. Due to the N-group in the 2,2'-bipyridine-5,5'-dicarboxylic acid, chelating of Fe metal may be possible. It can be seen from the transmission electron microscope (TEM) image in Figure 2(b) that the MOF was well synthesized.

실시예 2: Au 나노입자-MOFExample 2: Au nanoparticle-MOF

1) Au 나노입자-MOF의 합성1) Synthesis of Au nanoparticle-MOF

도 3(a)는, Au 나노입자-MOF의 합성 과정을 나타낸 것이다. 먼저, 상기 실시예 1에서 합성한 MOF(1 mg/mL)을 DMF에 분산시킨 후, HAuCl4(1 mg/mL)를 첨가하여 혼합하였다. 하루 동안 인큐베이션한 후, 원심 분리 방법으로 잔여 HAuCl4을 제거한 뒤, 환원제인 NaBH4(0.6 M)을 첨가하여 하루 동안 교반함으로써 Au 나노입자를 합성하였다. 그 후, 다시 원심 분리하고 세척하여 글루코오스 산화 효소 모방(glucose oxidase mimicking) 나노자임인 Au 나노입자-MOF를 수득하였다. 도 3(b)는, 수득한 Au 나노입자-MOF의 구조를 나타낸 이미지이다.Figure 3(a) shows the synthesis process of Au nanoparticle-MOF. First, the MOF (1 mg/mL) synthesized in Example 1 was dispersed in DMF, and then HAuCl 4 (1 mg/mL) was added and mixed. After incubation for one day, the remaining HAuCl 4 was removed by centrifugation, and NaBH 4 (0.6 M), a reducing agent, was added and stirred for one day to synthesize Au nanoparticles. Afterwards, it was centrifuged again and washed to obtain Au nanoparticle-MOF, a glucose oxidase mimicking nanozyme. Figure 3(b) is an image showing the structure of the obtained Au nanoparticle-MOF.

도 4(a)는, Au 나노입자-MOF의 TEM 이미지들(스케일 바: 50 nm, 10 nm 및 5 nm)를 나타낸 것으로서, 도 4(a)의 TEM 이미지를 통해 상기 Au 나노입자가 MOF 내에 잘 합성되었음을 확인할 수 있다. 또한, 도 4(b)는 Au 나노입자-MOF의 UV-vis 흡광 스펙트럼으로서, 상기 Au 나노입자의 흡수 피크인 약 540 nm에서 흡수 피크가 관찰된 것을 보았을 때, Au 나노입자가 MOF 내에 잘 합성되었음을 알 수 있다.Figure 4(a) shows TEM images (scale bar: 50 nm, 10 nm, and 5 nm) of the Au nanoparticle-MOF. The TEM image in Figure 4(a) shows that the Au nanoparticles are present in the MOF. It can be confirmed that it was well synthesized. In addition, Figure 4(b) is a UV-vis absorption spectrum of the Au nanoparticle-MOF. Considering that the absorption peak was observed at about 540 nm, which is the absorption peak of the Au nanoparticle, it was confirmed that the Au nanoparticle was well synthesized in the MOF. You can see that it has been done.

2) Au 나노입자-MOF의 특성2) Characteristics of Au nanoparticle-MOF

도 5는, Au 나노입자-MOF의 X-선 광전자 분광분석법(XPS; x-ray photoelectron spectroscopy)에 따른 분석 데이터를 나타낸 것이다. 도 5에서 Au 4f7/2¸ Au 4f5/2의 각각의 피크인 84 eV 및 87.3 eV의 피크가 모두 나타남을 보았을 때, Au의 산화 상태(oxidation state)가 0임을 알 수 있으며, 이는 Au가 금속(metal) 형태로 존재하는 것을 알 수 있다.Figure 5 shows analysis data according to x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of Au nanoparticle-MOF. In Figure 5, when the peaks of 84 eV and 87.3 eV, which are the respective peaks of Au 4f 7/2¸ Au 4f 5/2 , appear, it can be seen that the oxidation state of Au is 0, which means that Au It can be seen that it exists in metal form.

실시예 3: Fe 단원자-MOFExample 3: Fe monatomic-MOF

1) Fe 단원자-MOF의 합성1) Synthesis of Fe monatomic-MOF

도 6(a)는, Fe 단원자-MOF의 합성 과정을 모식도이며, 상기 실시예 1에서 합성한 MOF(1 mg/mL)을 DMF에 분산시킨 후, FeCl2(1 mg/mL)과 첨가하여 혼합하였다. MOF와 상기 FeCl2의 비율은 상기 MOF 100 중량부 기준으로 5.5 wt%이다. 하루 동안 인큐베이션한 후, 원심 분리하고 세척하여 과산화수소 효소 모방(peroxidase mimicking) 나노자임인 Fe 단원자-MOF를 수득하였다. 도 6(b)는, Fe 단원자-MOF의 구조를 나타낸 것이다.Figure 6(a) is a schematic diagram of the synthesis process of Fe monoatomic-MOF, and the MOF (1 mg/mL) synthesized in Example 1 was dispersed in DMF and then added with FeCl 2 (1 mg/mL). and mixed. The ratio of MOF and FeCl 2 is 5.5 wt% based on 100 parts by weight of MOF. After incubation for one day, centrifugation and washing were performed to obtain Fe monoatomic-MOF, a peroxidase mimicking nanozyme. Figure 6(b) shows the structure of Fe monoatom-MOF.

도 7(a)는, Fe 단원자-MOF의 주사투과현미경(STEM; scanning transmission electron microscopy) 이미지이고, 도 7(b)는, Fe 단원자-MOF의 에너지 분산형 X-선 분광분석법(EDS 또는 EDX; energy dispersive x-ray spectroscopy)에 따른 분석 데이터를 나타낸 것이다. 도 7(a) 및 도 7(b)에 따르면, 상기 Fe 단원자가 MOF 내에 잘 도입되었음을 확인할 수 있다. 구체적으로, 도 7(a)에서 적색 원 안에 밝은 스팟(spot)이 관찰됨에 따라, 상기 MOF의 기공(pore)에 Fe 단원자가 존재함을 알 수 있고, 도 7(b)의 EDX 분석에서, 각 구조체를 이루는 Zr 및 Fe이 관찰됨을 확인할 수 있어, 상기 MOF의 기공(pore)에 Fe 단원자가 잘 도입되었음을 알 수 있다.Figure 7(a) is a scanning transmission electron microscopy (STEM) image of the Fe single atom-MOF, and Figure 7(b) is an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) image of the Fe single atom-MOF. Alternatively, it shows analysis data according to EDX (energy dispersive x-ray spectroscopy). According to FIGS. 7(a) and 7(b), it can be confirmed that the Fe single atom was well introduced into the MOF. Specifically, as a bright spot is observed within the red circle in Figure 7(a), it can be seen that Fe single atoms exist in the pores of the MOF, and in the EDX analysis in Figure 7(b), It was confirmed that Zr and Fe forming each structure were observed, indicating that Fe single atoms were well introduced into the pores of the MOF.

2) Fe 단원자-MOF의 특성 2) Characteristics of Fe monatomic-MOF

도 8(a) 및 도 8(b)는, 각각 Fe 단원자-MOF의 Fe 2p 및 N 1s에 따른 X-선 광전자 분광분석법(XPS, x-ray photoelectron spectroscopy)에 따른 분석 데이터를 나타낸 그래프로서, 도 8(a)에서, Fe 2p3/2, Fe 2p1/2의 각각의 피크인 709 eV 및 722.6 eV을 나타내며, 도 8(b)의 XPS에서 피리디닉 (pyridinic) N과 Fe-N을 확인할 수 있다.Figures 8(a) and 8(b) are graphs showing analysis data according to X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) according to Fe 2p and N 1s of Fe single atom-MOF, respectively. , in Figure 8(a), the respective peaks of Fe 2p 3/2 and Fe 2p 1/2 are 709 eV and 722.6 eV, and in the XPS of Figure 8(b), pyridinic N and Fe-N can confirm.

실시예 4: Au 나노입자-MOF 및 Fe 단원자-MOF을 포함하는 약학적 조성물을 이용한 암치료Example 4: Cancer treatment using a pharmaceutical composition containing Au nanoparticle-MOF and Fe monatomic-MOF

(1) Au 나노입자-MOF 및 Fe 단원자-MOF을 포함하는 약학적 조성물을 이용한 암치료 방법(1) Cancer treatment method using a pharmaceutical composition containing Au nanoparticle-MOF and Fe monatomic-MOF

도 9는, Au 나노입자-MOF 및 Fe 단원자-MOF가 도입된 MOF 기반 나노 구조체의 암치료 모식도이다. 나노 구조체가 전달된 후, 상기 Au 나노입자-MOF의 글루코오스 산화 효소 모방 특성에 의해 암 세포 내에 과량으로 존재하는 글루코오스가 산화되며, 상기 산화된 글루코오스는 과산화수소 및 글루콘산으로 분해된다. 이때, 형성된 과산화수소와 암 세포에 과량으로 존재하는 과산화수소는 단원자 나노자임인 Fe 단원자-MOF에 의해 분해되어 하이드록시 라디칼을 형성한다. 상기 형성된 하이드록시 라디칼(활성 산소종, reactive oxygen species, ROS)에 의해 암이 사멸되고, 암 세포의 성장 인자인 글루코오스 농도가 낮아지면서 기아 요법(starvation therapy) 효과를 수득할 수 있다.Figure 9 is a schematic diagram of cancer treatment of a MOF-based nanostructure into which Au nanoparticle-MOF and Fe monatom-MOF are introduced. After the nanostructure is delivered, excess glucose in cancer cells is oxidized due to the glucose oxidase mimicking properties of the Au nanoparticle-MOF, and the oxidized glucose is decomposed into hydrogen peroxide and gluconic acid. At this time, the hydrogen peroxide formed and the hydrogen peroxide present in excess in cancer cells are decomposed by Fe monatom-MOF, a monoatomic nanozyme, to form hydroxy radicals. Cancer is killed by the formed hydroxy radicals (reactive oxygen species, ROS), and the concentration of glucose, a growth factor for cancer cells, is lowered, thereby providing a starvation therapy effect.

(2) Au 나노입자-MOF 나노자임의 활성(2) Activity of Au nanoparticle-MOF nanozyme

상기 Au 나노입자-MOF에 미토콘드리아를 타겟팅할 수 있는 트리페닐포스포늄(TPP; triphenylphosphonium)을 추가 처리하여 상기 미토콘드리아 내에 존재하는 글루타티온(GSH; glutathione)의 고갈(depletion) 효율을 증폭시킬 수 있다. 또한, 상기 Au 나노입자-MOF의 특성으로 Au-S기 형성에 의해 미토콘드리아 내에 존재하는 글루타티온을 고갈시켜 세포 내의 산화 스트레스(oxidative stress)를 가중시켜, 상기 활성 산소종에 의한 암 치료 효과를 극대화할 수 있다. 상기 Au 나노입자-MOF는 세포 실험 및 동물 실험을 위해 표면 처리를 진행할 수 있다.By additionally treating the Au nanoparticle-MOF with triphenylphosphonium (TPP), which can target mitochondria, the depletion efficiency of glutathione (GSH) present in the mitochondria can be amplified. In addition, due to the characteristics of the Au nanoparticle-MOF, the glutathione present in the mitochondria is depleted by forming Au-S groups, thereby increasing oxidative stress within the cell, thereby maximizing the cancer treatment effect by the reactive oxygen species. You can. The Au nanoparticle-MOF can be subjected to surface treatment for cell and animal experiments.

Amplex red는 과산화수소를 검출할 수 있는 시약으로서 과산화수소와 반응하면 형광 피크가 약 570 nm에서 관찰된다. 상기 amplex red를 사용하여 Au 나노입자-MOF 나노자임이 과산화수소를 형성하였는지 확인하였으며, 그 결과를 도 10에 나타내었다. 도 10은, Au 나노입자-MOF의 글루코오스 산화 효소 모방(glucose oxidase mimicking) 나노자임의 활성을 나타낸 것이다. 도 10에 따르면 확인할 수 있듯이, 글루코오스를 첨가하지 않은 대조군 샘플(ctrl)에 비해 Au 나노입자-MOF에 글루코오스를 첨가한 경우(Au NP-MOF + glucose), 약 570 nm에서 강한 형광 피크가 관찰되는 것을 보았을 때 Au 나노입자-MOF가 글루코오스를 효과적으로 산화시켜 과산화수소를 형성하는 것을 확인할 수 있다. Amplex red is a reagent that can detect hydrogen peroxide, and when it reacts with hydrogen peroxide, a fluorescence peak is observed at about 570 nm. Using the amplex red, it was confirmed whether the Au nanoparticle-MOF nanozyme formed hydrogen peroxide, and the results are shown in Figure 10. Figure 10 shows the activity of the glucose oxidase mimicking nanozyme of the Au nanoparticle-MOF. As can be seen in Figure 10, when glucose was added to the Au nanoparticle-MOF (Au NP-MOF + glucose) compared to the control sample (ctrl) to which no glucose was added, a strong fluorescence peak was observed at about 570 nm. From this, it can be seen that the Au nanoparticle-MOF effectively oxidizes glucose to form hydrogen peroxide.

도 11은, Au 나노입자-MOF에 글루코오스를 첨가하지 않은 대조군(ctrl) 및 Au 나노입자-MOF에 글루코오스를 첨가한 경우(Au NP-MOF + glucose)의 pH 변화를 나타낸 그래프이다. Au 나노입자-MOF에 의해 글루코오스가 산화되는 과정에서 과산화수소뿐만 아니라 글루콘산 또한 형성된다. 도 11에 따르면, Au 나노입자-MOF에 글루코오스를 첨가한 경우(Au NP-MOF + glucose)가 글루코오스를 첨가하지 않은 대조군 샘플(ctrl)보다 시간이 지남에 따라 pH가 점점 더 낮아지는 것을 확인할 수 있고, 이를 통해 Au 나노입자-MOF에 의해 산화된 글루코오스가 글루콘산으로 변화하는 것을 알 수 있다. 산성 pH는 Fe-MOF의 과산화수소 효소 모방(peroxidase mimicking) 나노자임 활성을 향상시키는 데 도움을 줄 수 있다. Figure 11 is a graph showing the pH change in the control group where glucose was not added to the Au nanoparticle-MOF (ctrl) and when glucose was added to the Au nanoparticle-MOF (Au NP-MOF + glucose). During the process of glucose oxidation by Au nanoparticle-MOF, not only hydrogen peroxide but also gluconic acid is formed. According to Figure 11, it can be seen that when glucose was added to the Au nanoparticle-MOF (Au NP-MOF + glucose), the pH gradually decreased over time compared to the control sample (ctrl) to which no glucose was added. This shows that glucose oxidized by the Au nanoparticle-MOF is changed into gluconic acid. Acidic pH can help improve the peroxidase mimicking nanozyme activity of Fe-MOF.

엘만 시약[Ellman's test, DTNB; 5,5-dithio-bis-(2-nitrobenzoic acid)]은 티올(thiol)기의 (-SH)를 검출하는 시약으로서, 상기 티올기가 있을 경우 약 420 nm에서 흡광 피크를 나타낸다. 상기 엘만 시약을 사용하여 Au 나노입자-MOF를 통해 상기 티올기의 고갈(depletion)을 도 12에서 확인하였으며, 도 12를 통해, Au NP-MOF와 글루타티온이 함께 존재하는 경우(Au NP-MOF + GSH) 및 글루타티온이 존재하지 않는 경우(ctrl)의 티올기 흡광을 확인하였다. 도 12에 따르면 확인할 수 있듯이, Au 나노입자-MOF와 글루타티온이 함께 존재하는 경우(Au NP-MOF + GSH)에는, 약 420 nm에서 흡광 피크가 관찰되지 않았으며(티올기의 흡광 피크 없음), 이를 통해 글루타티온이 고갈되었음을 알 수 있다. 상기 글루타티온의 고갈을 통하여 세포 내의 산화 스트레스(oxidative stress)를 증가시켜 암 치료 효과를 더욱 증가시킬 수 있다. Ellman's reagent [Ellman's test, DTNB; [5,5-dithio-bis-(2-nitrobenzoic acid)] is a reagent that detects (-SH) of a thiol group, and when the thiol group is present, it exhibits an absorption peak at about 420 nm. Depletion of the thiol group was confirmed in FIG. 12 through the Au nanoparticle-MOF using the Ellman reagent, and FIG. 12 shows that when Au NP-MOF and glutathione are present together (Au NP-MOF + Thiol group absorption was confirmed in the absence of glutathione (GSH) and glutathione (ctrl). As can be seen in Figure 12, when Au nanoparticle-MOF and glutathione are present together (Au NP-MOF + GSH), no absorption peak was observed at about 420 nm (no absorption peak of the thiol group), This shows that glutathione is depleted. Through the depletion of glutathione, oxidative stress within cells can be increased, thereby further increasing the cancer treatment effect.

(3) Fe-MOF 나노자임의 활성(3) Activity of Fe-MOF nanozyme

상기 Fe 단원자-MOF는 세포 및 쥐 실험을 위해 엽산(folic acid)을 타겟팅 모이어티(targeting moiety)로서 도입할 수 있다. The Fe monoatom-MOF can be introduced with folic acid as a targeting moiety for cell and mouse experiments.

3,3', 5,5'-테트라메틸벤지딘(TMB; tetramethylbenzidine)은 기질으로서, 과산화수소와 반응 시 oxTMB(oxidized TMB)로 변화하며 이때 약 650 nm에서 흡광 피크를 나타낸다. 도 13을 통해, Fe-MOF와 과산화수소를 반응시키는 경우(Fe-MOF + H2O2) 및 대조군(H2O2)의 과산화효소 모방(peroxidase mimicking) 활성을 나타내었다. 도 13을 보면, Fe-MOF와 과산화수소를 반응시키는 경우(Fe-MOF + H2O2), TMB가 oxTMB로 변화하여 약 650 nm에서 강한 흡광 피크를 나타내는 것을 확인할 수 있으며, 대조군(H2O2)은, Fe-MOF + H2O2보다 약 650 nm에서 약한 피크를 나타낸다. 이를 통해 단원자 Fe가 킬레이팅된 MOF가 과산화수소를 효과적으로 분해하는 것을 알 수 있다. 3,3', 5,5'-tetramethylbenzidine (TMB) is a substrate that changes to oxidized TMB (oxTMB) when reacted with hydrogen peroxide, and exhibits an absorption peak at about 650 nm. Through Figure 13, peroxidase mimicking activity was shown in the case of reacting Fe-MOF with hydrogen peroxide (Fe-MOF + H 2 O 2 ) and the control group (H 2 O 2 ). Looking at Figure 13, it can be seen that when Fe-MOF and hydrogen peroxide are reacted (Fe-MOF + H 2 O 2 ), TMB changes to oxTMB and shows a strong absorption peak at about 650 nm, and the control (H 2 O 2 ) shows a weaker peak at about 650 nm than Fe-MOF + H 2 O 2 . This shows that the MOF chelated with monoatomic Fe effectively decomposes hydrogen peroxide.

테레프탈산(TA; terephthalic acid)은 하이드록시 라디칼을 검출하는 시약으로서, 하이드록시 라디칼과 반응하여 약 450 nm에서 강한 형광 피크를 나타낸다. 도 14를 통해, Fe-MOF와 과산화수소를 반응시키는 경우(Fe-MOF + H2O2) 및 과산화수소를 반응시키지 않은 경우(Fe-MOF)의 하이드록시 라디칼의 형성을 나타내었다. 도 14를 보면 알 수 있듯이, Fe-MOF와 과산화수소를 반응시키는 경우(Fe-MOF + H2O2)는 약 450 nm에서 강한 형광 피크를 관찰할 수 있으며, 이를 통해 Fe-MOF가 과산화수소를 효과적으로 분해하여 하이드록시 라디칼을 형성한다는 것을 확인할 수 있다. Fe-MOF와 과산화수소를 반응시키지 않은 경우(Fe-MOF)는 약 450 nm에서 Fe-MOF + H2O2보다 약한 피크를 나타낸다.Terephthalic acid (TA) is a reagent that detects hydroxy radicals, and reacts with hydroxy radicals to produce a strong fluorescence peak at about 450 nm. Through Figure 14, the formation of hydroxy radicals is shown when Fe-MOF and hydrogen peroxide are reacted (Fe-MOF + H 2 O 2 ) and when hydrogen peroxide is not reacted (Fe-MOF). As can be seen in Figure 14, when Fe-MOF and hydrogen peroxide are reacted (Fe-MOF + H 2 O 2 ), a strong fluorescence peak can be observed at about 450 nm, which allows Fe-MOF to effectively react with hydrogen peroxide. It can be confirmed that it decomposes to form hydroxy radicals. When Fe-MOF and hydrogen peroxide are not reacted (Fe-MOF), it shows a weaker peak than Fe-MOF + H 2 O 2 at about 450 nm.

(4) 이중 단원자 나노자임의 활성(4) Activity of double monatomic nanozyme

도 15는, 대조군(TA + DI-water), Au 나노입자-MOF + 글루코오스, Fe-MOF + 글루코오스, Au 나노입자-MOF + Fe-MOF + 글루코오스, Au 나노입자-MOF, Fe-MOF 및 Au 나노입자-MOF + Fe-MOF의 캐스케이드 효소(cascade enzymatic) 활성을 나타낸 그래프이다. 대조군(TA + DI-water)은, 하이드록실 라디칼이 없는 경우, TA에 의한 형광 피크가 나타나지 않음을 확인할 수 있다. Au 나노입자-MOF는 글루코오스를 산화시켜 발생하는 과산화수소를 Fe-MOF가 분해하여 하이드록시 라디칼을 형성할 수 있다. 도 15에서, 상기 TA를 통해 하이드록시 라디칼을 검출하여 확인한 결과, Au 나노입자-MOF + Fe-MOF + 글루코오스(주황색)에서 가장 강한 형광 피크가 관찰된 것을 통해 캐스케이드 효소 활성이 효과적으로 일어난다는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 세포 실험에서 효과적인 암 치료 효율을 나타낼 수 있다.Figure 15 shows control (TA + DI-water), Au nanoparticle-MOF + glucose, Fe-MOF + glucose, Au nanoparticle-MOF + Fe-MOF + glucose, Au nanoparticle-MOF, Fe-MOF and Au This is a graph showing the cascade enzymatic activity of nanoparticle-MOF + Fe-MOF. In the control group (TA + DI-water), it can be confirmed that in the absence of hydroxyl radicals, the fluorescence peak due to TA does not appear. Au nanoparticle-MOF can form hydroxy radicals when Fe-MOF decomposes hydrogen peroxide generated by oxidizing glucose. In Figure 15, as a result of detecting hydroxy radicals through the TA, the strongest fluorescence peak was observed in Au nanoparticle-MOF + Fe-MOF + glucose (orange), confirming that cascade enzyme activity occurs effectively. I was able to. Through this, effective cancer treatment efficiency can be shown in cell experiments.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.The description of the present application described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present application can be easily modified into other specific forms without changing its technical idea or essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as single may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present application. .

Claims (15)

금속-유기 프레임워크에 금 나노입자가 담지된 제 1 약학적 조성물, 및
금속-유기 프레임워크에 철 단원자가 담지된 제 2 약학적 조성물
을 포함하며,
암의 예방 또는 치료용인,
약학적 조성물로서,
상기 금속-유기 프레임워크의 중심 금속은 지르코늄인 것인,
약학적 조성물.
A first pharmaceutical composition comprising gold nanoparticles supported on a metal-organic framework, and
Second pharmaceutical composition comprising an iron atom supported on a metal-organic framework
Includes,
For the prevention or treatment of cancer,
As a pharmaceutical composition,
The central metal of the metal-organic framework is zirconium,
Pharmaceutical composition.
제 1 항에 있어서,
상기 금속-유기 프레임워크는 UiO-67인 것인, 약학적 조성물.
According to claim 1,
A pharmaceutical composition, wherein the metal-organic framework is UiO-67.
제 1 항에 있어서,
상기 금 나노입자는 상기 금속-유기 프레임워크에서 금속 상태로 존재하고,
상기 철 단원자는 상기 금속-유기 프레임워크에서 단원자 상태로 존재하는 것인, 약학적 조성물.
According to claim 1,
The gold nanoparticles exist in a metallic state in the metal-organic framework,
A pharmaceutical composition, wherein the iron monatom exists in a monatomic state in the metal-organic framework.
제 1 항에 있어서,
상기 철 단원자는 상기 금속-유기 프레임워크에 킬레이팅된 것이며,
상기 금 나노입자는 상기 금속-유기 프레임워크에 담지된 것인, 약학적 조성물.
According to claim 1,
The iron monatom is chelated to the metal-organic framework,
A pharmaceutical composition, wherein the gold nanoparticles are supported on the metal-organic framework.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 약학적 조성물은 타겟팅 모이어티로서 엽산이 도입된 것인, 약학적 조성물.
According to claim 1,
The second pharmaceutical composition is a pharmaceutical composition in which folic acid is introduced as a targeting moiety.
금속-유기 프레임워크에 금 나노입자가 담지된 제 1 약학적 조성물 및 금속-유기 프레임워크에 철 단원자가 담지된 제 2 약학적 조성물을 포함하는 암의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 체내에 주입하는 것을 포함하는, 암의 예방 또는 치료 방법으로서,
상기 방법은 인간을 제외하여 적용되는 것인, 암의 예방 또는 치료 방법.
Injecting into the body a pharmaceutical composition for preventing or treating cancer, comprising a first pharmaceutical composition in which gold nanoparticles are supported on a metal-organic framework and a second pharmaceutical composition in which iron atoms are supported in a metal-organic framework. As a method for preventing or treating cancer, comprising:
A method of preventing or treating cancer, wherein the method is applied except for humans.
제 6 항에 있어서,
상기 금속-유기 프레임워크의 중심 금속은 지르코늄인 것인, 암의 예방 또는 치료 방법.
According to claim 6,
A method for preventing or treating cancer, wherein the central metal of the metal-organic framework is zirconium.
제 6 항에 있어서,
상기 금속-유기 프레임워크는 UiO-67인 것인, 암의 예방 또는 치료 방법.
According to claim 6,
A method for preventing or treating cancer, wherein the metal-organic framework is UiO-67.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 약학적 조성물은 미토콘드리아에 작용하는 것인, 암의 예방 또는 치료 방법.
According to claim 6,
A method for preventing or treating cancer, wherein the first pharmaceutical composition acts on mitochondria.
제 6 항에 있어서,
상기 제 2 약학적 조성물은 세포질에 작용하는 것인, 암의 예방 또는 치료 방법.
According to claim 6,
A method of preventing or treating cancer, wherein the second pharmaceutical composition acts on the cytoplasm.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 약학적 조성물은 미토콘드리아에 작용하는 것이고, 상기 제 2 약학적 조성물은 세포질에 작용하는 것인, 암의 예방 또는 치료 방법.
According to claim 6,
A method for preventing or treating cancer, wherein the first pharmaceutical composition acts on mitochondria, and the second pharmaceutical composition acts on cytoplasm.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 약학적 조성물은 글루코오스를 산화하여 과산화수소 및 글루콘산을 생성하고,
상기 제 2 약학적 조성물은 상기 과산화수소를 분해하여 하이드록시 라디칼을 형성하는 것을 포함하는,
암의 예방 또는 치료 방법.
According to claim 6,
The first pharmaceutical composition oxidizes glucose to produce hydrogen peroxide and gluconic acid,
The second pharmaceutical composition comprises decomposing the hydrogen peroxide to form hydroxy radicals,
Methods for preventing or treating cancer.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 약학적 조성물은 트리페닐포스포늄 용액으로 처리되는 것인, 암의 예방 또는 치료 방법.
According to claim 6,
A method for preventing or treating cancer, wherein the first pharmaceutical composition is treated with a triphenylphosphonium solution.
제 12 항에 있어서,
상기 하이드록시 라디칼은 살균, 암세포 사멸, 염증 반응 조절 및 노화 억제 중 하나 이상의 용도로서 작용하는 것인, 암의 예방 또는 치료 방법.
According to claim 12,
A method of preventing or treating cancer, wherein the hydroxy radical acts as one or more of sterilization, killing cancer cells, regulating inflammatory response, and inhibiting aging.
제 6 항에 있어서,
상기 암은 고형 종양, 혈액암, 결장직장암, 자궁암, 자궁근종, 수막종, 폐암, 소세포성 폐암, 비소세포성 폐암, 위장관암, 대장암, 장암, 유방암, 난소암, 전립선암, 고환암, 간암, 신장암, 방광암, 췌장암, 뇌암, 육종, 골육종, 카포시 육종 및 흑색종에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인, 암의 예방 또는 치료 방법.
According to claim 6,
The above cancers include solid tumors, blood cancers, colorectal cancers, uterine cancers, uterine fibroids, meningiomas, lung cancers, small cell lung cancers, non-small cell lung cancers, gastrointestinal cancers, colon cancers, intestinal cancers, breast cancers, ovarian cancers, prostate cancers, testicular cancers, liver cancers, A method for preventing or treating cancer, comprising one or more selected from kidney cancer, bladder cancer, pancreatic cancer, brain cancer, sarcoma, osteosarcoma, Kaposi's sarcoma, and melanoma.
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