KR20240053449A - 항체가 결합된 금속-유기 골격체 및 이를 포함하는 항암용 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 금속 이온 또는 금속 이온 클러스터 및 유기 리간드를 포함하는 금속-유기 골격체 (Metal-Organic Framework, MOF); 및 상기 금속-유기 골격체 표면에 결합된 적어도 1 이상의 항체를 포함하는 금속-유기 나노 입자로서, 상기 금속-유기 골격체는 금속 이온 또는 금속 이온 클러스터 대 유기 리간드의 배위수가 6 내지 10인 것을 특징으로 하는 것인 금속-유기 나노 입자 및 상기 나노 입자를 유효 성분으로 포함하는 암 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.
Description
본 발명은 항체가 결합된 금속 유기 골격체를 포함하는 금속-유기 나노 입자 및 이를 포함하는 항암용 조성물에 관한 것이다.
금속-유기 골격체(metal-organic frameworks, MOFs)는 금속 이온 또는 금속 이온 클러스터가 유기 리간드와 배위결합을 통해 형성된 결정성 유무기 하이브리드 고분자이다. MOF는 규칙적인 세공구조와 높은 비표면적을 가지며 중심금속 배위수 및/또는 종류, 리간드의 길이 및/또는 종류에 따라 다양한 구조로 합성될 수 있어 활용성이 높다.
지르코늄(Zr)-기반 금속-유기 골격체는 이의 안정성, 구조 및 생체적합성으로 인해 활용성이 높아 전망 받는 금속-유기 골격체이다. Zr-기반 MOF는 Zr6 클러스터를 포함하여 최대 12개의 배위 결합을 형성할 수 있으며, Zr6 클러스터의 연결 구조에 따라 불포화 자리(unsaturated site)를 제공할 수 있다. 이러한 불포화 자리는 보통 용매 물질과 결합하게 되지만, 이 자리에 새로운 물질을 도입함에 따라 금속-유기 골격체의 새로운 기능 발휘가 가능하게 될 수 있다. 따라서, Zr-기반 금속-유기 골격체를 사용한 약물 전달과 같은 다양한 생체 내 적용에 대한 연구가 이루어지고 있다(한국 공개특허 제10-2022-0109152호).
다만, 상기 물질과 같은 나노 입자가 생체 환경에 노출되면 나노 입자 표면에 다양한 종류의 생체분자(biomolecule)가 흡착되어 소위 "생체분자 또는 단백질 코로나(biomolecule or protein corona)"를 형성한다. 이러한 생체분자 또는 단백질은 나노 입자에 흡착되어 이를 둘러 싸면서 나노 입자 표면의 기능, 예를 들어 약물 전달체로서의 표적화 기능 등을 상실하게 한다. 또한, 생체분자로 둘러싸인 나노 입자가 면역계에 노출되어 면역 반응으로 인해 부작용이 나타나는 문제점이 발생하는 바, Zr-기반 금속-유기 골격체의 여러 이점에도 불구하고 그 활용에 있어서 극복해야 할 문제가 여전히 존재하고 있다. 특히, 불포화 금속-유기 골격체의 경우, 금속-유기 골격체 표면의 불포화 자리와 생체 내 단백질의 카복실기 간의 상호작용으로 위와 같은 부작용이 더욱 두드러지게 나타날 수 있는 바, 이와 같은 생체분자 코로나 현상 극복을 위한 적절한 나노 입자 표면에 대한 처리가 필요하다. 본 발명자들은 이에 기초하여, 금속-유기 골격체에 세포 표적 기능이 있는 물질을 결합함으로써 생체분자의 흡착을 방지하여 생체분자 코로나 현상을 극복함과 동시에 세포 표적 기능을 갖는 나노 입자를 개발하였다.
본 배경기술 부분에 기재된 상기 정보는 오직 본 발명의 배경에 대한 이해를 향상시키기 위한 것이며, 이에 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 있어 이미 알려진 선행기술을 형성하는 정보를 포함하지 않을 수 있다.
일 양상은 금속-유기 골격체 및 항체를 포함하며, 세포 표적 기능을 갖는 금속-유기 나노 입자를 제공하는 것이다.
다른 양상은 상기 금속-유기 나노 입자를 포함하는, 암 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공하는 것이다.
본 출원의 다른 목적 및 이점은 첨부한 청구범위 및 도면과 함께 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확해질 것이다. 본 명세서에 기재되지 않은 내용은 본 출원의 기술 분야 또는 유사한 기술 분야 내 숙련된 자이면 충분히 인식하고 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 일 양상은 금속 이온 또는 금속 이온 클러스터 및 유기 리간드를 포함하는 금속-유기 골격체 (Metal-Organic Framework, MOF); 및
상기 금속-유기 골격체 표면에 결합된 적어도 1 이상의 항체를 포함하는 금속-유기 나노 입자로서,
상기 금속-유기 골격체는 금속 이온 또는 금속 이온 클러스터 대 유기 리간드의 배위수가 6 내지 10인 것을 특징으로 하는 것인 금속-유기 나노 입자를 제공한다.
또 다른 양상은, 본 발명은 상기 금속-유기 나노 입자를 유효 성분으로 포함하는 암 예방 또는 치료용 약학적 조성물 일 수 있다.
일 양상에 따른 금속-유기 나노 입자는 생체 분자 코로나 현상 또는 면역 반응으로 인한 부작용 발생을 감소시킴으로써, 생체 내에서 우수한 세포 표적 기능을 나타낼 수 있다.
일 양상에 따른 금속-유기 나노 입자는 상이한 2종 이상의 항체를 포함함에 따라 상이한 2종 이상의 세포에 대한 우수한 세포 표적 기능을 나타낼 수 있다.
따라서, 일 양상에 따른 금속-유기 나노 입자는 표적화된 약물 전달체, 또는 암 예방 또는 치료용 항암 조성물의 유효성분으로 활용될 수 있다.
도 1은 IgG-M808 및 IgG-U66 입자의 크기와 표면 전하를 측정한 결과이다.
도 2는 free MOF와 IgG-MOF의 분말 X-선 회절(powder X-ray diffraction) 패턴을 나타낸 도이다.
도 3은 IgG-M808 및 IgG-U66의 TEM 이미지이다.
도 4는 IgG-M808과 IgG-U66을 각각 IgGFITC (FITC : fluorescein isothiocyanate) 용액과 인큐베이션한 후, MOF 표면 상 IgGFITC의 양을 정량적으로 평가한 것으로서, 도 4의 A는 IgG-M808의 FITC 강도를 확인한 결과이며, 도 4의 B는 IgG-U66의 FITC 강도를 확인한 결과이다.
도 5는 C-M808 및 C-U66를 각각 HeLa 세포와 인큐베이션 한 후, 세포의 내재화를 공초점 현미경을 통해 획득한 이미지로 확인한 것으로서, 도 5의 A는 C-M808의 결과이며, 도 5의 B는 C-U66의 결과이다.
도 6은 C-M808 및 C-U66를 각각 HeLa 세포와 인큐베이션 한 후, fluorescence-activated cell sorting(FACS)를 통해 분석한 결과이다. 도 6의 A는 C-M808의 결과이며, 도 6의 B는 C-U66의 결과이다.
도 7은 IgG와 MOF 간의 결 IgG 결합 부위에 따른 결합 에너지 (도 7A) 및 Zr6 node와 IgG1의 GLU 간의 결합에 따른 반응 좌표(reaction coordinate diagram)을 나타낸 도이다.
도 8은 IgG의 동경 분포 함수(radial distribution function)를 나타낸 도이다.
도 9는 MOF-808의 표면에서의 IgG의 결합 형태를 분자동역학(MD) 시뮬레이션을 통해 나타낸 도이다.
도 10은 MOF-808과 UiO-66의 표면 전하를 측정한 결과이다.
도 11은 UiO-66의 표면에서의 IgG의 결합 형태(도 11A) 및 결합 에너지(도 11B)를 나타낸 도이다. U1은 Fc 부위, U2는 Fc 및 Fab 두 부위 모두를 통한, U3은 Fab 부위, 및 U4는 두개의 Fab 부위를 통한 결합을 나타낸다.
도 12는 IgG-M808 및 free- MOF-808을 각각 50% 소태아혈청에서 1시간동안 인큐베이션한 뒤 표면에 흡착된 혈청 단백질에 대해 SDS-PAGE를 한 결과이다.
도 13은 Dil-로딩된- MOF-808 및 IgG-M808를 RAW 264.7 세포와 6시간 인큐베이션 한 뒤 획득한 공초점 현미경 이미지이다.
도 14는 free IR-780 및 IR-780-로딩된- MOF-808 및 IgG-M808을 SK-BR-3 세포 이종이식 누드 마우스의 꼬리 정맥에 주입한 뒤의 in vivo(도 14A) 및 ex vivo(도 14B) 형광 이미지를 나타낸 도이다.
도 15는 CD-44, EGFR, 및 HER2에 대한 항체를 각각 MOF-808 나노 입자에 결합시킨 C-M808, E-M808, 및 H-M808에 대한 TEM 이미지이다.
도 16은 C-M808, E-M808, 및 H-M808 나노 입자의 표면 전하(도 16A) 및 크기(도 16B)를 나타낸 도이다.
도 17은 HeLa 세포, SKBR-3 세포, 및 MDA-MB 468 세포를 DiI-로딩된 C-M808, H-M808, E-M808, HE-M808, EC-M808, HC-M808, 및 HEC-M808 로 처리한 뒤의 공초점 현미경 이미지이다.
도 18은 E-M808 및 H-M808를 각각 MDA-MB 468 세포 및 SKBR-3 세포와 인큐베이션 한 후, FACS를 통해 분석한 결과이다. 도 18의 A는 E-M808의 결과이며, B는 H-M808의 결과이다.
도 19는 이리듐 착물(IrC: TIr3)이 로딩된 항체-M808의 세포 독성을 확인한 결과이다. 도 19의 A는 free-IrC 및 IrC가 로딩된 free-MOF 및 E-M808을 MDA-MB-468 세포에 처리한 결과이며, B는 IrC가 로딩된 C-M808 및 H-M808을 각각 HeLa 세포 및 SK-BR-3에 처리한 결과이다.
도 2는 free MOF와 IgG-MOF의 분말 X-선 회절(powder X-ray diffraction) 패턴을 나타낸 도이다.
도 3은 IgG-M808 및 IgG-U66의 TEM 이미지이다.
도 4는 IgG-M808과 IgG-U66을 각각 IgGFITC (FITC : fluorescein isothiocyanate) 용액과 인큐베이션한 후, MOF 표면 상 IgGFITC의 양을 정량적으로 평가한 것으로서, 도 4의 A는 IgG-M808의 FITC 강도를 확인한 결과이며, 도 4의 B는 IgG-U66의 FITC 강도를 확인한 결과이다.
도 5는 C-M808 및 C-U66를 각각 HeLa 세포와 인큐베이션 한 후, 세포의 내재화를 공초점 현미경을 통해 획득한 이미지로 확인한 것으로서, 도 5의 A는 C-M808의 결과이며, 도 5의 B는 C-U66의 결과이다.
도 6은 C-M808 및 C-U66를 각각 HeLa 세포와 인큐베이션 한 후, fluorescence-activated cell sorting(FACS)를 통해 분석한 결과이다. 도 6의 A는 C-M808의 결과이며, 도 6의 B는 C-U66의 결과이다.
도 7은 IgG와 MOF 간의 결 IgG 결합 부위에 따른 결합 에너지 (도 7A) 및 Zr6 node와 IgG1의 GLU 간의 결합에 따른 반응 좌표(reaction coordinate diagram)을 나타낸 도이다.
도 8은 IgG의 동경 분포 함수(radial distribution function)를 나타낸 도이다.
도 9는 MOF-808의 표면에서의 IgG의 결합 형태를 분자동역학(MD) 시뮬레이션을 통해 나타낸 도이다.
도 10은 MOF-808과 UiO-66의 표면 전하를 측정한 결과이다.
도 11은 UiO-66의 표면에서의 IgG의 결합 형태(도 11A) 및 결합 에너지(도 11B)를 나타낸 도이다. U1은 Fc 부위, U2는 Fc 및 Fab 두 부위 모두를 통한, U3은 Fab 부위, 및 U4는 두개의 Fab 부위를 통한 결합을 나타낸다.
도 12는 IgG-M808 및 free- MOF-808을 각각 50% 소태아혈청에서 1시간동안 인큐베이션한 뒤 표면에 흡착된 혈청 단백질에 대해 SDS-PAGE를 한 결과이다.
도 13은 Dil-로딩된- MOF-808 및 IgG-M808를 RAW 264.7 세포와 6시간 인큐베이션 한 뒤 획득한 공초점 현미경 이미지이다.
도 14는 free IR-780 및 IR-780-로딩된- MOF-808 및 IgG-M808을 SK-BR-3 세포 이종이식 누드 마우스의 꼬리 정맥에 주입한 뒤의 in vivo(도 14A) 및 ex vivo(도 14B) 형광 이미지를 나타낸 도이다.
도 15는 CD-44, EGFR, 및 HER2에 대한 항체를 각각 MOF-808 나노 입자에 결합시킨 C-M808, E-M808, 및 H-M808에 대한 TEM 이미지이다.
도 16은 C-M808, E-M808, 및 H-M808 나노 입자의 표면 전하(도 16A) 및 크기(도 16B)를 나타낸 도이다.
도 17은 HeLa 세포, SKBR-3 세포, 및 MDA-MB 468 세포를 DiI-로딩된 C-M808, H-M808, E-M808, HE-M808, EC-M808, HC-M808, 및 HEC-M808 로 처리한 뒤의 공초점 현미경 이미지이다.
도 18은 E-M808 및 H-M808를 각각 MDA-MB 468 세포 및 SKBR-3 세포와 인큐베이션 한 후, FACS를 통해 분석한 결과이다. 도 18의 A는 E-M808의 결과이며, B는 H-M808의 결과이다.
도 19는 이리듐 착물(IrC: TIr3)이 로딩된 항체-M808의 세포 독성을 확인한 결과이다. 도 19의 A는 free-IrC 및 IrC가 로딩된 free-MOF 및 E-M808을 MDA-MB-468 세포에 처리한 결과이며, B는 IrC가 로딩된 C-M808 및 H-M808을 각각 HeLa 세포 및 SK-BR-3에 처리한 결과이다.
본 출원에서 개시된 각각의 설명 및 실시형태는 각각의 다른 설명 및 실시 형태에도 적용될 수 있다. 즉, 본 출원에서 개시된 다양한 요소들의 모든 조합이 본 출원의 범주에 속한다. 또한, 하기 기술된 구체적인 서술에 의하여 본 출원의 범주가 제한된다고 볼 수 없다.
일 양상은 금속 이온 또는 금속 이온 클러스터, 및 유기 리간드를 포함하는 금속-유기 골격체 (Metal-Organic Framework, MOF); 및 상기 금속-유기 골격체 표면에 결합된 적어도 1 이상의 항체를 포함하는 금속-유기 나노 입자로서, 상기 금속-유기 골격체는 금속 이온 또는 금속 이온 클러스터 대 유기 리간드의 배위수가 6 내지 10인 것을 특징으로 하는 것인 금속-유기 나노 입자를 제공한다.
본 명세서에서 용어, "금속-유기 골격체 (Metal-Organic Framework, MOF)"는 금속 이온 또는 금속 이온 클러스터가 유기 리간드와 배위하는 1-, 2- 또는 3-차원 구조의 유기물/무기물 하이브리드 물질이며 다공성일 수 있다.
본 명세서에서 용어, "금속-유기 나노 입자"는 금속-유기 골격체를 포함하는 입자를 의미하며, 금속-유기 접합체, 금속-유기 결합체, 또는 금속-유기 복합체와 상호교환적으로 사용될 수 있다.
상기 금속은 순금속 또는 전해 금속일 수 있고, 순금속 또는 전해 금속의 예에는 비제한적으로 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 망간(Mn), 철(Fe), 구리(Cu), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 셀레늄(Se), 스트론튬(Sr), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 은(Ag) 또는 백금(Pt)이 포함될 수 있다.
상기 금속 이온 클러스터는 유기 리간드와 배위결합에 의해 결합되어 있는 것일 수 있으며, 상기 금속 이온 또는 금속 이온 클러스터 대 유기 리간드의 배위수는 6 내지 10 일 수 있으며, 예를 들어, 상기 금속 이온 또는 금속 이온 클러스터 대 유기 리간드의 배위수는 6, 7, 8, 9, 또는 10일 수 있다. 일 실시예에 따른 금속-유기 나노 입자는 6 내지 10의 배위수를 갖는 금속-유기 골격체를 포함함으로써, 금속-유기 골격체의 표면에 불포화 자리를 제공하며, 항체와의 안정한 결합을 형성함을 보여주었다.
본 명세서에서 용어, "항체"는 완전한 다클론(또는 폴리클론) 또는 단클론(모노클론) 항체 뿐만 아니라, 이의 단편(예를 들면, Fab, Fab', F(ab')2, Fv), 단일사슬 (ScFv), 다이아바디, 나노바디, 항체 단편들로 형성된 다중특이적 항체, 그의 돌연변이, 항체 부분을 포함하는 융합 단백질, 요망되는 특이성의 항체 인식 부위를 포함하는 면역 글로불린 분자의 임의의 기타 변형 배열을 의미할 수 있다. 항체로는 임의의 범주에 해당되는 항체, 예를 들면 IgG, IgA, 또는 IgM (또는 그의 서브클래스), 및 특정 클래스에 속하지 않는 항체를 포함할 수 있다. 일 구체예에 있어서, 상기 항체는 CD-44, EGFR, 또는 HER2와 상호작용하는 항체를 포함할 수 있다.
상기 금속-유기 나노 입자는 서로 상이한 2종 이상의 항체를 함께 포함할 수 있으며, 서로 상이한 2종 이상의 세포 표면의 수용체와 상호작용하는 것일 수 있다. 일 구체예에 따르면, 상기 금속-유기 나노 입자는 CD-44, EGFR, 또는 HER2와 상호작용하는 항체 중 적어도 1종 이상의 항체를 포함하는 것일 수 있고, CD-44과 상호작용하는 항체 및 EGFR과 상호작용하는 항체, CD-44과 상호작용하는 항체 및 HER2와 상호작용하는 항체, EGFR과 상호작용하는 항체 및 HER2와 상호작용하는 항체, 또는 CD-44과 상호작용하는 항체, EGFR과 상호작용하는 항체, 및 HER2와 상호작용하는 항체를 포함하는 것일 수 있다. 일 실시예에 따른 금속-유기 나노 입자는 상이한 2종 이상의 세포를 표적화할 수 있음을 확인하였으며, 상기 금속-유기 나노 입자는 여러 암세포에 대한 표적화 기능을 갖는 약물 전달체로서 활용될 수 있다.
상기 금속-유기 골격체는 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 것을 특징으로 하는 것인 금속-유기 나노 입자 일 수 있다:
[화학식 1]
M6O4(OH)4(BTC)2(HCOO)6, (M= 4A족 또는 4B족 원소, 또는 산화상태가 4+ 인 란타나이드계 금속)
[화학식 2]
M6(μ3-O)4(μ3-OH)4(0H)6-x(H2O)6 (BTC)2(HCOO)x (x=0 ~ 6 모든 수, M= 4A족 또는 4B족 원소, 또는 산화상태가 4+ 인 란타나이드계 금속).
여기서, μ는 하나의 산소가 결합하는 금속의 갯수를 표시하는 것으로, μ3-O는 3개의 금속에 의해서 결합된 산소를 의미한다.
상기 4A족 원소의 비제한적인 예로는 Ge, Sn, Pb 등 일 수 있고, 4B족 원소의 비제한적인 예로는 Zr, Hf, Ti 등 일 수 있으며, 산화상태가 4+ 인 란타나이드계 금속의 비제한적인 예로는 Ce, Pr, Nd, Tb, Dy 등 일 수 있다.
상기 금속-유기 골격체는 비제한적으로 MIL-88A, MIL-88Bt, MIL-89, MIL-127, MIL-101, MIL-100, MIL-53, MOF-74, UiO-66, UiO-67, ZIF-8, ZIFs, HKUST-1, M2(dobpdc), NU-1000, PCN-222, PCN-224, PCN 225, PCN-521, PCN-700, PCN-777, DUT-51, DUT-84, DUT-67, DUT-68, DUT-69, MOF-802, MOF-808, MOF-841, MOF-545, UMCM-309a, Zr-BTB, Zr-TCPS, MMPF-6, Zr-AP-1, Zr-AP-2, Zr-AP-3 및 이들의 유도체들로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 일 구체예에 따르면, 상기 금속-유기 골격체는 Zr6O4(OH)4(BTC)2(HCOO)6일 수 있다.
통상 Zr-기반 MOF에서 지르코늄은 일반적으로 Zr4+ 양이온으로 존재하나, MOF-808 (Zr6O4(OH)4(BTC)2(HCOO)6)에서 지르코늄은 Zr6O4OH4 +10 클러스터 양이온으로 존재한다. 예를 들어 UiO-66(Zr)과 MOF-801은 중심 금속 이온-대-유기 리간드에 대한 배위수가 12인 반면, 중심 금속 이온-대-유기 리간드의 배위수가 6인 MOF-808은 표면 상 불포화 자리를 갖는다. 일 실시예에 따른 금속-유기 나노 입자는 표면 상에서 항체와 안정적으로 결합함을 보여주었다.
상기 항체는 상기 금속-유기 골격체의 표면에 결합되어 있거나, 상기 금속-유기 골격체 내에 포함되어 있거나 또는 상기 금속-유기 골격체와 조성물 내에 함께 포함되는 것일 수 있다.
상기 항체는 Fc 부위를 통해 상기 금속-유기 골격체의 금속 이온 또는 금속 이온 클러스터와 결합하는 것일 수 있다. 일 구체예에 따르면, 상기 항체는 Fc 부위의 양전하를 띠는 잔기와 음전하를 띠는 금속-유기 골격체 간의 상호작용 및 Fc 부위의 음전하를 띠는 잔기 및 금속-유기 골격체의 금속 이온 클러스터 간의 상호작용을 통해 결합하는 것일 수 있으며, 상기 Fc 부위의 양전하를 띠는 잔기는 LYS, HIS 및 ARG 중 1 이상의 것일 수 있으며 상기 Fc 부위의 음전하를 띠는 잔기는 GLU 및 ASP 중 1 이상의 것일 수 있다.
일 구체예에 따르면, 상기 항체는 Fc 부위의 음전하를 띠는 잔기를 통해 상기 금속-유기 골격체의 금속 이온 클러스터와 결합하는 것일 수 있으며, 상기 Fc 부위의 음전하를 띠는 잔기는 GLU 및 ASP 중 1 이상의 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 항체 Fc 부위의 GLU의 카복시산기(-COOH)는 금속-유기 골격체의 Zr6 클러스터의 Zr-OH 및 Zr-OH2 와 수소결합을 형성한 후, GLU의 수소와 함께 Zr-OH 결합이 끊어져 물이 생성되고, 그 후 Zr과 IgG1 사이에 결합이 형성되며, 이후 Zr-OH2 결합이 끊어지고, GLU가 결합하는 것일 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 금속-유기 나노 입자는 상기 항체가 Fc 부위를 통해 금속-유기 골격체 표면에 결합함에 따라 Fab 부위가 결합되지 않은 상태로 남아있게 되고, 이에 따라 Fab 부위가 표적화하는 수용체에 더욱 효율적으로 결합할 수 있는 바 우수한 표적화 기능을 수행할 수 있음을 확인하였다.
상기 항체는 세포 표면에 발현된 수용체와 상호작용하는 것일 수 있으며, 예를 들어 암세포 표면에 발현된 수용체와 상호작용 하는 것일 수 있다.
상기 수용체의 예에는 비제한적으로 CD44, CD133, CD166, CD19, CD20, CD21, CD22, CD45, BCMA, MART-1, MAGE-A3, 당단백질 100 (gp100), NY-ESO-1, HER2 (ErbB2), IGF2B3, EGFRvIII, 칼리크레인 4, KIF20A, Lengsin, Meloe, MUC-1, MUC5AC, MUC-16, B7-H3, B7-H6, CD70, CEA, CSPG4, EphA2, EpCAM, EGFR 패밀리, FAP, FRα, 글루피칸-3, GD2, GD3, HLA-A1+MAGE1, IL-11Rα, IL-23Rα2, 루이스-Y, 메소텔린, NKG2D 리간드, PSMA, ROR1, 서바이빈, TAG72 또는 VEGFR2가 포함될 수 있다.
상기 금속-유기 나노 입자는 광감작제를 추가로 포함할 수 있다.
본 명세서에서, "광감작제(photosensitizer)"는 빛 에너지 조사에 의해 활성화되어 광화학반응을 할 수 있는 물질일 수 있다. 광촉매, 광역학치료 등에 사용되는 유기 분자에서 삼중항 여기 상태를 발생시키는데 사용될 수 있다. 주로 암 치료에서 인체에 투입된 후 빛 에너지 조사에 의해 일중항산소를 발생시켜 세포를 사멸시키는데 사용될 수 있다.
본 명세서에서 용어 "일중항산소"는 산소분자에 있는 2개의 π* 궤도 중 한쪽에만 전자가 옮겨진 상태의 산소일 수 있으며, 여기된 상태에 있기 때문에 반응성이 매우 높을 수 있다.
상기 광감작제는 MOF 나노 입자에 존재하는 기공에 물리적 흡착에 의해 포함되는 것일 수 있다. 일 구체예에 따르면, 상기 광감작제는 이리듐 착물(Iridium Complex)일 수 있으며, 상기 이리듐 착물은 TIr3 ([(2pq)2Ir(bpy)]+Cl-)일 수 있다. 일 실시예에 따른 금속-유기 나노 입자는 이리듐 착물을 포함함으로써 암 세포를 표적화하여 항종양 효과를 나타냄을 보여주엇다.
일 실시예에 따르면, 상기 금속-유기 나노 입자는 상기 입자 표면에 항체가 안정적으로 결합될 수 있으며, 상기 항체가 Fc 부위를 통해 결합함으로써 Fab 부위가 결합하지 않은 상태로 남아있어 이를 통해 표적화하는 수용체와 더욱 효율적으로 상호작용이 가능함을 보여주었다. 또한, 상기 금속-유기 나노 입자는 생체 분자(biomolecule)의 금속-유기 골격체 상 흡착 및 이로 인한 면역 반응 부작용의 감소 효과를 나타냄을 확인하였다.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 금속-유기 나노 입자는 세포 표적화 기능을 나타내고, 상이한 2종 이상의 세포에 대해서도 표적화 기능을 나타낼 수 있으며, 표적화된 세포에 대해 항종양 효과를 나타냄을 확인하였다.
따라서, 상기 금속-유기 나노 입자는 표적화 기능을 갖는 약물 전달체 또는 암 세포 표적화 기능을 겆는 암 예방 또는 치료용 조성물의 유효성분으로 활용될 수 있다.
상기 금속-유기 나노 입자는 약물이 봉입된 것일 수 있으며, 상기 유기-금속 나노 입자는 내포작용에 의해 세포 내로 흡수되어 효소에 의해 분해됨으로써 담지된 약물을 방출할 수 있는 것일 수 있다.
본 명세서에서 용어 "내포작용" 세포 밖의 물질을 세포막으로 감싸 소낭으로 만들어 세포 안으로 끌어들이는 물질 이동 방식을 의미할 수 있다.
상기 약물은 항암제일 수 있으며, 상기 항암제는 아바렐릭스 [abarelix (Plenaxis depot®)]; 알데스류킨 [aldesleukin (Prokine®)]; 알데스류킨 [Aldesleukin (Proleukin®)]; 알렘투주맙 [Alemtuzumabb (Campath®)]; 알리트레티노인 [alitretinoin (Panretin®)]; 알로퓨리놀 [allopurinol (Zyloprim®)]; 알트레타민 [altretamine (Hexalen®)]; 아미포스틴 [amifostine (Ethyol®)]; 아나스트로졸 [anastrozole (Arimidex®)]; 아르세닉 트리옥사이드 [arsenic trioxide (Trisenox®)]; 아스파라기나아제 [asparaginase (Elspar®)]; 아자시티딘 [azacitidine (Vidaza®)]; 베바쿠지맙 [bevacuzimab (Avastin®)]; 벡사로텐 캡슐 [bexarotene capsules (Targretin®)]; 벡사로텐 겔 [bexarotene gel (Targretin®)]; 블레오마이신 [bleomycin (Blenoxane®)]; 보르테조밉 [bortezomib (Velcade®)]; 정맥용 부술판 [busulfan intravenous (Busulfex®)]; 경구용 부술판 [busulfan oral (Myleran®)]; 칼루스테론 [calusterone (Methosarb®)]; 카페시타빈 [capecitabine (Xeloda®)]; 카르보플라틴 [carboplatin (Paraplatin®)]; 카르무스틴 [carmustine (BCNU®, BiCNU®)]; 카르무스틴 [carmustine (Gliadel®)]; 카르무스틴과 폴리페프로산 20 임플란트 (Polifeprosan 20 Implant) (Gliadel Wafer®); 셀레콕십 [celecoxib (Celebrex®)]; 세툭시맙 [cetuximab (Erbitux®)]; 클로람부실 [chloambucil (Leukeran®)]; 시스플라틴 [cisplatin (Platinol®)]; 클라드리빈 [cladribine (Leustatin®) 2-CdA®]; 클로파라빈 [clofarabine (Clolar®)]; 사이클로포스파미드 [cyclophosphamide (Cytoxan®, Neosar®)]; 사이클로포스파미드 [cyclophosphamide (Cytoxan Injection®)]; 사이클로포스파미드 [cyclophosphamide (Cytoxan Tablet®)]; 사이타라빈 [cytarabine (Cytosar-U®)]; 사이타라빈 리포조말 [cytarabine liposomal (DepoCyt®)]; 다카르바진 [dacarbazine (DTIC-Dome®)]; 닥티노마이신 (dactinomycin), 액티노마이신 D [actinomycinD (Cosmegen®)]; 다르베포에틴 알파 [Darbepoetin alfa (Aranesp®)]; 다우노루비신 리포조말 [daunorubicin liposomal (Danuoxome®)]; 다우노루비신 (daunorubicin), 다우노마이신 [daunomycin (Daunorubicin®)]; 다우노루비신 (daunorubicin), 다우노마이신 [daunomycin (Cerubidine®)]; 데니류킨 디프티톡스 [Denileukin diftitox (Ontak®)]; 덱스라조산 [dexrazoxane (Zinecard®)]; 도세탁셀 [docetaxel (Taxotere®)]; 독소루비신 [doxorubicin (Adriamycin PFS®)]; 독소루비신 [doxorubicin (Adriamycin®, Rubex®)]; 독소루비신 [doxorubicin (Adriamycin PFS Injection®)]; 독소루비신 리포조말 [doxorubicin liposomal (Doxil®)]; 드로모스타놀론 프로피오네이트 [dromostanolone propionate (dromostanolone®)]; 드로모스타놀론 프로피오네이트 [dromostanolone propionate (masterone injection®)]; 엘리엇 B 용액 [Elliott's B Solution (Elliott's B Solution®)]; 에피루비신 [epirubicin (Ellence®)]; 이포에틴 알파 [Epoetin alfa (epogen®)]; 에를로티닙 [erlotinib (Tarceva®)]; 에스트라무스틴 [estramustine (Emcyt®)]; 에토포사이드 포스페이트 [etoposide phosphate (Etopophos®)]; 에토포사이드 (etoposide), VP-16 (Vepesid®); 엑세메스탄 [exemestane (Aromasin®)]; 필그라스팀 [Filgrastim (Neupogen®)]; 플록수리딘 [floxuridine (intraarterial) (FUDR®)]; 플루다라빈 [fludarabine (Fludara®)]; 플루오로우라실 [Fluorouracil, 5-FU (Adrucil®)]; 플루베스트란트 [folvestrant (Faslodex®)]; 게피티닙 [gefitinib (Iressa®)]; 겜시타빈 [gemcitabine (Gemzar®)]; 겜투주맙 오조가미신 [gemtuzumab ozogamicin (Mylotarg®)]; 고세렐린 아세테이트 [goserelin acetate (Zoladex Implant®)]; 고세렐린 아세테이트 [goserelin acetate (Zoladex®)]; 히스트렐린 아세테이트 [histrelin acetate (Histrelin implant®)]; 하이드록시우레아 [hydroxyurea (Hydrea®)]; 이브리투모맙 티욱세탄 [Ibritumomab Tiuxetan (Zevalin®)]; 이다루비신 [idarubicin (Idamycin®)]; 이포스파미드 [ifosfamide (IFEX®)]; 이마티닙 메실레이트 [imatinib mesylate (Gleevec®)]; 인터페론 알파-2a [interferon alfa-2a (Roferon A®)]; 인터페론 알파-2b [Interferon alfa-2b (Intron A®)]; 이리노테칸 [irinotecan (Camptosar®)]; 레날리도마이드 [lenalidomide (Revlimid®)]; 레트로졸 [letrozole (Femara®)]; 류코보린 [leucovorin (Wellcovorin®, Leucovorin®)]; 류프롤리드 아세테이트 [Leuprolide Acetate (Eligard®)]; 레바미솔 [levamisole (Ergamisol®)]; 로무스틴-CCNU [lomustine-CCNU (CeeBU®)]; 메클로레타민 (meclorethamine), 니트로겐 머스타드 [nitrogen mustard (Mustargen®)]; 메게스트롤 아세테이트 [megestrol acetate (Megace®)]; 멜파란 (melphalan), L-PAM (Alkeran®); 머캅토퓨린 [mercaptopurine, 6-MP (purinethol®)]; 메스나 [mesna (Mesnex®)]; 메스나 [mesna (Mesnex tabs®)]; 메토트렉제이트 [methotraxate (methotraxate®)]; 메톡스살렌 [methoxsalen (Uvadex®)]; 미토마이신 C [mitomycin C (Mutamycin®)]; 미토탄 [mitotane (Lysodren®)]; 미토잔트론 [mitoxantrone (Novantrone®)]; 난드롤란 펜프로피오네이트 [nandrolone phenpropionate (Durabolin-50®)]; 넬라라빈 [nelarabine (Arranon®)]; 노페투모맙 [Nofetumomab (Verluma®)]; 오프렐베킨 [Oprelvekin (Neumega®)]; 옥살리플라틴 [oxaliplatin (Eloxatin®)]; 파클리탁셀 [paclitaxel (Paxene®)]; 파클리탁셀 [paclitaxel (Taxol®)]; 파클리탁셀 단백질 결합 입자 [paclitaxel protein-bound particles (Abraxane®)]; 팔리페르민 [palifermin (Kepivance®)]; 파미드로네이트 [pamidronate (Aredia®)]; peg아데마스 [pegademase (Adagen (Pegademase Bovine)®)]; peg아스파르가아제 [pegaspargase (Oncaspar®)]; peg필그라스팀 [Pegfilgrastim (Neulasta®)]; 페멕트렉제트 디소듐 [pemetrexed disodium (Alimta®)]; 펜토스타틴 [pentostatin (Nipent®)]; 피포브로만 [pipobroman (Vercyte®)]; 플리카마이신 [plicamycin], 미트라마이신 [mithramycin (Mithracin®)]; 포르피머 소듐 [porfimer sodium (Photofrin®)]; 프로카르바진 [procarbazine (Matulane®)]; 퀴나크린 [quinacrine (Atabrine®)]; 라스뷰리카아제 [Rasburicase (Elitek®)]; 리툭시맙 [Rituximab (Rituxan®)]; 사르그라모스팀 [sargramostim (Leukine®)]; 사르그라모스팀 [Sargramostim (Prokine®)]; 소라페닙 [sorafenib (Nexavar®)]; 스트렙타조신 [streptozocin (Zanosar®)]; 수니티닙 말리에이트 [sunitinib maleate (Sutent®)]; 탈크 [talc (Sclerosol®)]; 타목시펜 [tamoxifen (Nolvadex®)]; 테모졸로마이드 [temozolomide (Temodar®)]; 테니포사이드 [teniposide, VM-26 (Vumon®)]; 테스톨락톤 [testolactone (Teslac®)]; 티오구아닌 [thioguanine, 6-TG (thioguanine®)]; 티오테파 [thiotepa (thioplex®)]; 토포테칸 [topotecan (Hycamtin®)]; 토레미펜 [toremifene (Fareston®)]; 토시투모맙 [Tositumomab (Bexxar®)]; 토시투모맙/I-131 토시투모맙 (Bexxar®); 트라스투주맙 [Trastuzumab (Herceptin®)]; 트레티노인 [tretinoin, ATRA (Vesanoid®)]; 우라실 머스타드 [Uracil Mustard (Uracil Mustard Capsules®)]; 발루비신 [valrubicin (Valstar®)]; 빈블라스틴 [vinblastine (Velban®)]; 빈크리스틴 [vincristine (Oncovin®)]; 비노렐빈 [vinorelbine (Navelbine®)]; 및 졸레드로네이트 [zoledronate (Zometa®)]로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것일 수 있다.
다른 양상에 따르면, 상기 금속-유기 나노 입자를 유효성분으로 포함하는 암 예방 또는 치료용 약학적 조성물이 제공된다.
본 명세서에서 용어 "약학적 조성물"은, 대상체로의 투여 시에 몇몇 유리한 효과를 부여하는 분자 또는 화합물을 지칭할 수 있다. 유리한 효과는 진단적 결정을 가능하게 하는 것; 질병, 증상, 장애 또는 병태의 개선; 질병, 증상, 장애 또는 질환의 발병의 감소 또는 예방; 및 일반적으로 질병, 증상, 장애 또는 병태의 대응을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 "암 (cancer)" 은 세포가 정상적인 성장 한계를 무시하고 분열 및 성장하는 공격적 (aggressive) 특성, 주위 조직에 침투하는 침투적 (invasive) 특성 및 체내의 다른 부위로 퍼지는 전이적 (metastatic) 특성을 갖는 세포에 의한 질병을 총칭하는 의미이다. 상기 암은 예를 들어, 고형암일 수 있으며, 바람직하게는 암 세포에서 발현되는 수용체를 갖는 암 조직 또는 암 세포를 포함하는 종양이라면, 비제한적으로 확장 적용될 수 있다. 예를 들어 상기 암의 종류로는 폐암(예를 들면, 비소세포성 폐암), 췌장암, 위암, 간암, 대장암, 뇌암, 유방암, 갑상선암, 방광암, 식도암, 자궁암, 또는 백혈병으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나에 해당할 수 있으나, 이에 제한되는 것 아니다.
상기 약학적 조성물은 임상투여시 비경구로 투여가 가능하며 일반적인 의약품 제제의 형태로 사용될 수 있다. 비경구 투여는 직장, 정맥, 복막, 근육, 동맥, 경피, 비강(Nasal), 흡입, 안구 및 피하와 같은 경구 이외의 투여경로를 통한 투여를 의미할 수 있다. 본 발명의 상기 약학적 조성물을 의약품으로 사용하는 경우, 추가로 동일 또는 유사한 기능을 나타내는 유효성분을 1종 이상 함유할 수 있다.
상기 유효 성분을 개체 내로 전달할 수 있는 약학적 유효 성분의 종류는 항암제, 조영제(염료), 호르몬제, 항호르몬제, 비타민제, 칼슘제, 무기질 제제, 당류제, 유기산 제제, 단백질 아미노산 제제, 해독제, 효소 제제, 대사성 제제, 당뇨 병용제, 조직 부활 용약, 클로로필 제제, 색소제제, 종양 용약, 종양 치료제, 방사성 의약품, 조직 세포 진단제, 조직 세포 치료제, 항생 물질 제제, 항바이러스제, 복합항생물질제제, 화학요법제, 백신, 독소, 톡소이드, 항독소, 렙토스피라혈청, 혈액 제제, 생물학적 제제, 진통제, 면역원성 분자, 항히스타민제, 알레르기 용약, 비특이성 면역원 제제, 마취제, 각성제, 정신 신경 용제, 저분자 화합물, 핵산, 앱타머, 안티센스 핵산, 올리고뉴클레오타이드, 펩타이드, siRNA 및 마이크로 RNA 등을 포함할 수 있다.
상기 약학적 조성물을 제제화할 경우에는 보통 사용하는 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제된다. 비경구투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결건조제제, 좌제가 포함된다. 비수성용제, 현탁용제로는 프로필렌글리콜(Propylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다. 좌제의 기제로는 위텝솔(Witepsol), 마크로골, 트윈(Tween) 61, 카카오지, 리우린지, 글리세로제라틴 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 약학적 조성물은 생리식염수 또는 유기용매와 같이 약제로 허용된 여러 전달체(Carrier)와 혼합하여 사용될 수 있고, 안정성이나 흡수성을 증가시키기 위하여 글루코스, 수크로스 또는 덱스트란과 같은 탄수화물, 아스코르브산(Ascorbic acid) 또는 글루타치온(Glutathione)과 같은 항산화제(Antioxidants), 킬레이트화제(Chelating agents), 저분자 단백질 또는 다른 안정화제(Stabilizers)들이 약제로 사용될 수 있다.
또 다른 일 양상에 따르면, 상기 약학적 조성물을 암을 예방 또는 치료하기에 유효한 양으로 개체에 투여하는 단계를 포함하는 개체에서 암을 치료하는 방법을 제공한다.
상기 개체는 포유동물일 수 있다. 상기 포유동물은 사람, 개, 고양이, 소, 염소, 또는 돼지일 수 있다.
상기 투여는 목적 조직에 도달할 수 있는 한 어떠한 일반적인 경로를 통하여도 투여될 수 있다. 예를 들어 점안 투여, 복강내 투여, 정맥내 투여, 근육내 투여, 피하 투여, 피내 투여, 경피 패치투여, 경구 투여, 비내 투여, 폐내 투여, 직장내 투여 등의 경로를 통해 투여될 수 있고, 구체적으로 점안 투여의 경로 등을 통해 목적하는 바에 따라 투여될 수 있다.
본원에 사용되는 바와 같이, "치료" 또는 "치료하는" 또는 "완화하는" 또는 "개선하는"은 상호교환가능하게 사용된다. 이들 용어는 치료 이익 및/또는 예방 이익을 포함하나 이들에 한정되지 않는 유리한 또는 요망되는 결과를 수득하는 방법을 지칭한다. 치료 이익은 치료 하의 하나 이상의 질병, 질환 또는 증상의 임의의 치료적으로 유의미한 개선 또는 그에 대한 효과를 의미한다. 예방 이익에 있어서, 조성물은 특정 질병, 질환 또는 증상이 발생할 위험이 있는 대상체에게 또는 질병, 질환 또는 증상이 아직 나타나지 않을지라도, 질병의 하나 이상의 생리학적 증상을 보고하는 대상체에게 투여될 수 있다.
용어 "유효량" 또는 "치료적 유효량"은 유리한 또는 요망되는 결과를 야기하기에 충분한 작용제의 양을 지칭한다. 치료적 유효량은 치료되는 대상체 및 병태, 대상체의 체중 및 연령, 병태의 중증도, 투여 방식 등 중 하나 이상에 따라 달라질 수 있으며, 이는 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 또한, 상기 용어는 본원에 기술된 영상화 방법 중 임의의 것에 의한 검출을 위한 이미지를 제공할 용량에 적용된다. 특정 용량은 선택된 특정 작용제, 뒤따르는 투여 요법, 그것이 다른 화합물과 병용하여 투여되는지 여부, 투여 시기, 영상화되는 조직 및 그것을 운반하는 신체 전달 시스템 중 하나 이상에 따라 달라질 수 있다.
본 명세서에서 용어, “결합"은 2개의 물질간의 직접적인 결합 뿐만 아니라 광의로는 구성 요소와 액체 흐름 간의 접촉이 이루어지는 한, 임의의 추가 구성 요소가 개재될 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
본 실시예에서 사용된 SK-BR-3, Hela 세포는 한국세포주은행 (Korea)으로부터 구입하였고, RAW 264.7, MDA-MB-468은 UNIST의 Prof. Myunggon Ko 로부터 받았다. SK-BR-3 및 Hela 세포는 DMEM 배지 (Invitrogen)에서, MDA-MB-468 Leibovitz-L-15 배지 (Invitrogen)에서, 및 RAW 264.7 세포는 RPMI (Invitrogen) 에서 각각 37℃로 5% CO2의 습윤 인큐베이터 내에서 배양하였다, 각 배지는 10% FBS (USA) 및 1% 페니실린/스트렙토마이신 (Life Technologies)을 함유하였다.
실시예 1: IgG 및 금속-유기 골격체가 결합된 금속-유기 나노 입자(IgG-MOF)의 제조 및 특성 평가
(1.1) Zr-기반 금속-유기 골격체로서 MOF-808 제조
MOF-808 제조를 위해, 50 mL pyrex vial에서, 5 mL 의 N,N- 디메틸포름아미드 (DMF) 및 5 mL 의 포름산 혼합 용매에 0.3 mmol 의 ZrOCl2·8H2O 및 0.4 mmol 의 trimesic acid (BTC)를 완전히 용해하였다. 상기 투명한 용액을 100 ℃ 오븐에 18시간동안 두었다. 하얀색 침전물을 DMF로 3회 세척하고 MeOH로 7회 세척하였다. 단백질 부착 실험(protein attachment experiment)을 위해 상기 세척한 샘플을 MeOH 내에서 보관하고, 이후 사용 전에 실온에서 12시간 및 150 ℃ 에서 12시간동안 진공 하에 활성화시켰다. MOF-808 2 mg을 D2SO4 0.05 mL 및 DMSO-d6 혼합용매 0.6 mL에 용해한 후에 1H-NMR을 사용하여 용매 기공에 DMF 및 MeOH 잔류량을 확인하였다. 정확한 크기를 SEM 분석을 통해 확인하였으며, 이전에 보고된 MOF-808 시뮬레이션과 분말 X선 회절(PXRD) 패턴을 비교하여 동일한 결정성을 가짐을 확인하였다.
(1.2) Zr-기반 금속-유기 골격체로서 UiO-66 제조
UiO-66 제조를 위해, 50 mL pyrex vial에서, 20 mL 의 N,N- 디메틸포름아미드 (DMF) 및 0.8 mL 의 포름산 혼합 용매에 0.8 mmol 의 ZrOCl2·8H2O 및 0.8 mmol 의 terephthalic acid (BDC)를 완전히 용해하였다. 상기 용액을 120℃ 오븐에 1일 동안 두었다. 하얀색 침전물을 DMF로 3회 세척하고 MeOH로 7회 세척하였다. 하얀색 침전물을 DMF로 3회 세척하고 MeOH로 7회 세척하였다. 단백질 부착 실험을 위해 상기 세척한 샘플을 MeOH 내에서 보관하고, 이후 사용 전에 실온에서 12시간 및 150℃ 에서 12시간동안 진공 하에 활성화시켰다.
(1.3) Ir-착물 또는 염료 분자를 함유하는 MOF-808 및 UiO-66의 제조
Cargo 로딩을 위해, 5.0mg의 MOF-808 및 UiO-66를 각각 Ir-착물 또는 염료 분자 (5mg의 CPT 또는 1.5mg의 DiI 또는 IR-780)를 함유하는 1mL의 DMSO에 분산시켰다. 실온에서 48시간 동안 교반시킨 후, 상기 MOF 및 Ir-착물 또는 염료 분자를 포함하는 나노 입자를 원심분리를 통해 수집하였다.
(1.4) IgG-MOF 금속-유기 나노 입자의 IgG의 결합 확인
이후, 단순 혼합(simple mixture)을 통해 용액 내에서 IgG와 상기 금속-유기 골격체(MOF-808 및 UiO-66)를 결합하였다 (IgG-M808 및 IgG-U66). IgG의 각 MOF에 대한 결합을 확인하기 위해, 동적 광 산란(dynamic light scattering)을 사용하여 입자의 크기와 표면 전하를 측정하였다 (도 1).
IgG-MOF의 수력학적 반경(hydrodynamic radius) (IgG-M808: 160 ± 30 nm; IgG-U66: 80 ± 20 nm)이 free-MOF(MOF-808: 90 ± 20 nm; UIO-66: 30 ± 10 nm)에 비해 증가하였음을 확인하였다 (도 1A). 또한, IgG와 혼합 후 각 MOF의 표면 전하는 IgG의 전하(-5.41 mV)와 유사해진 바(도 1B), 이를 통해 MOF 표면에 IgG가 결합함을 확인하였다.
또한, free MOF와 IgG-MOF의 분말 X-선 회절(powder X-ray diffraction)을 분석하였으며, 생성된 패턴을 통해 IgG 결합 이후에도 MOF의 결정성(crystallinity)이 유지됨을 확인하였으며(도 2). 생성된 IgG-M808 및 IgG-U66에 대한 TEM 이미지를 도 3에 나타내었다.
Bicinchoninic acid assay (BCA)를 통해 각 MOF 상 IgG의 코팅 최대 양은 MOF-808는 약 220 μg/mg , UiO-66는 약 210 μg/mg로 나타남을 확인하였고, 이로써 각 MOF에 대한 초기 IgG은 유사한 물리적 결합을 가짐을 확인하였다.
(1.5) MOF표면에 대한 IgG의 결합 안정성 확인
이후, 각 MOF에 결합된 IgG의 안정성을 시험하기 위해 하기와 같은 과정을 수행하였다. 이미 밝혀진 바와 같이, 단백질의 카복실기는 MOF 표면의 용매 자리(solvent site)와 결합할 수 있다. 따라서, 모방된 생물학적 환경에서 각 MOF의 Zr6 클러스터 구조의 연결 구조가 결합된 IgG의 안정성에 영향을 미치는지 알아보기 위해 각 IgG-MOF (IgG-M808 및 IgG-U66)를 플루오레세인이소티오시안산염 (fluorescein isothiocyanate)-IgG (IgGFITC) 용액 (0.5mg/ml) 내에서 1, 2, 4 및 8시간 동안 인큐베이션한 뒤, 원심분리를 통해 IgG-MOF를 분리하여 용액 내에서 표면 IgG와 IgGFITC 간 교체가 일어났는지 확인하였다.
그 결과, IgG-U66의 피크(도 4B)가 IgG-M808의 피크(도 4A)보다 훨씬 더 강한 강도로 나타났으며, 이는 MOF-808보다 UiO-66 표면의 IgG가 용액 내에서 IgGFITC로 쉽게 교체됨을 나타낸다. 이를 통해 MOF-808 상의 IgG가 UiO-66 상의 IgG보다 MOF와 더욱 안정적으로 결합되어 있음을 확인하였다. 이는 MOF-808의 Zr6 클러스터 구조가 UiO-66보다 IgG를 위한 더 안정적인 배위결합 자리(coordinate sites)를 제공하고, 따라서 IgG 결합을 위한 더 우수한 환경을 제공하기 때문일 수 있다.
이를 추가적으로 확인하기 위해, 표적 가능 항체 (CD-44와 상호작용 하는 힝체)를 각 1,1' -dioctadecyl-3,3,3,3' -tetramethylindocarbocyanine (DiI)-로딩된 MOF에 개질하였으며 (C-M808 및 C-U66), 이를 생물학적 모방 배지 (혈청 50%)에서 3시간 동안 HeLa 세포와 함께 인큐베이션 하였다. 세포를 4 Х 104 세포/웰의 밀도로 8-웰 챔버 커버 글라스 (Lab Tek II, Thermo Scientific)에 시딩하고, 24시간 인큐베이션 후, 상기 세포를 3시간 동안 DiI-로딩된- C-M808 및 C-U66 샘플과 함께 10% 또는 50% FBS 함유 배지로 처리하였다. 이후, 세포의 나노 입자 내재화를 다중광자 LSM780 공초점 현미경을 사용하여 공초점 형광 이미징을 통해 관찰하였다.
이후, 각 CD-44 항체로 개질된 MOF에 대한 세포 내재화(internalization)을 fluorescence-activated cell sorting(FACS)를 통해 분석하기 위해, 세포를 2 Х 105 세포/웰의 밀도로 6-웰 플레이트에 시딩하고, 24시간 인큐베이션 후, 상기 세포를 3시간 동안 DiI 염료 항체가 로딩된 샘플로 처리하고 인큐베이션을 유지하였다. 트립신을 처리한 후, 세포를 수집하고 BD FACSVerse 유세포 분석기 (BD Biosciences, USA)을 사용하여 분석하였다.
C-M808의 및 C-U66의 공초점 이미지를 각각 도 5A ?? B에 나타내었다. 또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, C-M808의 FACS(도 6A) 데이터는 확실한 표적 세포에 대한 입자의 축적을 나타내며, 이는 C-U66(도 6B)와 비교할 때, 더욱 우수한 특정 세포 표적화 기능을 나타낸다. 이러한 결과로부터, 일 실시예에 따른 금속-유기 나노 입자는 불포화 MOF (unsaturated MOF)입자가 더 많은 용매 자리를 제공할 수 있으며, IgG와 MOF 간의 상호작용 이후 포화 MOF보다 더 안정적인 IgG 결합 상태를 만들어냄을 알 수 있다.
(1.6) MOF-808 표면에 대한 IgG의 결합 메커니즘 확인
IgG와 MOF 간의 결합의 이해를 위해, 분자 동역학 및 DFT 계산(theoretical methods section)을 통해 MOF-808 금속-유기 골격체 표면 상의 IgG1의 분자적 행동을 분석하였다. MOF-808 표면 상 IgG1의 선호되는 흡착을 알아보기 IgG1의 4가지 흡착 방향을 다음과 같이 비교하였다 : Fc 부위 (M1), Fc 및 Fab 두 부위 모두를 통한 (M2), Fab 부위 (M3), 및 두개의 Fab 부위 (M4) (도 3A)를 통한 흡착. MOF-808 표면에서 IgG의 Fc 부위를을 통한 결합이 가장 안정함을 결합된 IgG1과 MOF 표면 간의 결합 에너지에 의해 확인하였다 (도 7). 따라서, 일 실시예에 따른 금속-유기 나노 입자는 결합된 항체가 Fc 부위를 통해 결합함으로써 Fab 부위는 결합하지 않은 상태로 남아있는 바, 암세포를 표적화하는데 유리하다는 것을 보여주었다.
Fc 부위의 MOF 표면과의 가장 가까운 결합 위치는 양전하를 띠는 잔기 (즉, LYS, HIS, 및 ARG) 임을 동경 분포 함수(radial distribution function)를 통해 확인하였으며(도 8), 이는 MOF-808 표면이 음전하를 나타내기 때문일 수 있다 (도 10). 또한, 가장 강한 결합 자리는 IgG1의 음전하를 띠는 잔기(즉, GLU 및 ASP)를 포함하고, 배위결합은 GLU 및 양전하를 띠는 Zr원자에 의한 것으로 예측된다 (도 9의 확대된 흡착 상태 참조). 이에 기초하여, MOF-808 표면의 IgG1의 물리적 흡착에는 반데르발스 상호작용보다 정전기적 상호작용이 더 많이 기여함을 알 수 있다.
IgG가 MOF 표면에 물리적으로 흡착한 이후, MOF 표면과 IgG1과의 배위 결합의 형성을 수중 환경 (water environment)에서의 전이 상태의 계산(transition state calculation)을 통해 조사하였으며, 초기 상태(Initial state, IS)에서, IgG의 Fc 부위 말단의 GLU의 카복시산기(-COOH)는 Zr6 node의 말단 부위, 즉 각각 Zr-OH 및 Zr-OH2 와 수소결합을 형성한다. 중간 단계(Intermediate, IM)에서, Zr과 IgG1 간의 화학적 결합이 생성된 후에, GLU의 수소와 함께 Zr의 OH 결합이 끊어져 물이 생성되면서 Zr과 IgG1 사이에 결합이 형성된다. 마지막으로, Zr-OH2 결합이 끊어지고, 최종 상태(Final state, FS)에서 Zr과 GLU의 결합이 형성된다. 상기 반응의 최대 활성화 에너지(Ea)는 8.41 kcal/mol 이였고, 반응열 E은 1.96 kcal/mol 으로 발열반응임을 확인하였다 (도 7B). 실온에서, Ea가 11.65 kcal/mol 초과에서 일어날 수 있는 배위결합의 형성에 대해 보고한 자료에 비추어 볼 때(Zhang, H. et al. Room temperature formation of organic-inorganic lead halide perovskites: design of nanostructured and highly reactive intermediates. J. Mater. Chem. A 5, 3599-3608 (2017).), 결과적으로 IgG1 와 금속-유기 골격체 간의 배위결합 형성을 예상할 수 있다.
(1.7) 비교예 : UiO-66 표면에 대한 IgG의 결합 메커니즘
또한, MOF808과 IgG1 간의 결합을 UiO-66와 IgG1 간의 결합과 비교하였다. MOF-808 및 UiO-66의 표면 모두 음전하를 띠지만 UiO-66의 표면 음전하의 크기가 MOF-808의 것보다 약하며(도 10), 하기와 같이 IgG1 및 UiO-66간 결합 에너지를 측정한 결과를 바탕으로 IgG1의 Fc 및 Fab 부위가 함께 UiO-66 표면에 결합함을 예측할 수 있었다. UiO-66 표면 상 IgG의 선호되는 흡착을 알아보기 IgG의 4가지 흡착 방향을 다음과 같이 비교하였다 : Fc 부위 (U1), Fc 및 Fab 두 부위 모두를 통한 (U2), Fab 부위 (U3), 및 두개의 Fab 부위 (U4)를 통한 흡착 (도 11). 따라서, 이는 UiO-66에 결합한 IgG1는 항원-결합 부위(Fab)이 MOF-808에 결합한 IgG1보다 덜 노출되게 되는 바, 세포 표적 기능의 관점에서 UiO-66보다 MOF-808이 더욱 유리한 복합체를 형성함을 알 수 있다.
실시예 2. 금속-유기 나노 입자의 생체분자 코로나 현상 방지 효과 및 면역 세포와의 면역 반응반응 확인
(2.1) IgG-MOF의 생체분자 코로나 현상 방지 효과 확인
혈청 단백질과 IgG-M808 간의 계면(interface)에서 일어나는 상호작용에 대해 조사하였다. IgG의 MOF 상의 precoating 효과를 알아보기 위해 free- MOF-808을 대조군으로서 사용하였다. IgG-M808와 free- MOF-808을 50% 소태아혈청에서 1시간동안 인큐베이션한 뒤 표면에 흡착된 혈청 단백질을 원심분리하여, 결합되지 않은 단백질을 완전히 제거하였다. 흡착된 혈청 단백질의 분자적 조성을 denaturing SDS-PAGE 및 생성된 단백질의 밀도를 플롯팅하여 측정하였다 (도 12). 단백질 프로파일은 IgG-M808 밴드의 강도가 free- MOF-808의 것보다 ~4배 더 낮았으며(도 12), 이는 IgG의 MOF-808 상 precoating이 혈청 단백질의 흡착을 감소시켰음을 나타낸다. 또한, Shotgun proteomics를 사용하여 각 입자 상 흡착된 혈청 단백질의 조성을 조사하였으며, 면역 반응과 관련된 옵소닌을 포함한 거의 모든 종류의 단백질이 MOF-808 보다 IgG-M808에서 흡착이 감소하였으며, 이를 통해 IgG층이 MOF-808 표면을 혈청 단백질 흡착으로부터 보호함을 나타낸다. IgG-M808에서 더 작은 크기(Mw: 20-60 kD) 및 약간의 산성(pI < 6)인 단백질이 더 풍부하였음을 확인하였고, 이는 IgG-M808이 free- MOF-808에 비해 더욱 효과적으로 생체 분자의 부착을 억제할 수 있음을 나타낸다. 상기 결과를 바탕으로, 일 실시예에 따른 금속-유기 나노 입자는 표면에 항체가 결합함에 따라 생체 분자의 흡착이 감소되는 바, 코로나 현상 방지 효과를 나타낼 수 있음을 확인하였다.
(2.2) IgG-MOF의 감소된 면역 반응 확인
생체분자로 둘러싸인 나노 입자는 생체 내에서 면역 반응을 일으킬 수 있는 바, 이에 대해 조사하기 위해 면역-관련 단백질 (예: 보체)과 상호작용할 수 있는 면역 세포 (RAW 264.7)에 의한 내재화를 DiI-로딩된- MOF-808 및 IgG-M808 를 사용하여 조사하였다. 세포를 4 Х 104 세포/웰의 밀도로 8-웰 챔버 커버 글라스 (Lab Tek II, Thermo Scientific)에 시딩하고, 24시간 인큐베이션 후, 상기 RAW 264.7 세포를 3시간 동안 DiI 염료 항체가 로딩된 다양한 항체-MOF 샘플과 함께 10% 또는 50% FBS 함유 배지로 처리하였다. 이후, 상기 면역 세포의 나노 입자의 내재화를 다중광자 LSM780 공초점 현미경을 통해 확인하였다.
공초점 현미경을 통해 획득한 이미지를 통해 RAW 264.7 세포에서 IgG-M808의 축적이 매우 감소함을 알 수 있었다(도 13). 상기 결과를 통해, 일 실시예에 따른 금속-유기 나노 입자는 금속-유기 골격체 표면 상에 항체가 결합됨에 따라 면역 반응과 관련된 생체 분자의 흡착을 방지하여, 면역 반응으로부터의 부작용을 감소시킴을 알 수 있었다.
실시예 3. IgG-MOF의 암세포 표적화 기능 확인
In vivo 종양 모델에서 금속-유기 골격체 상의 IgG 층의 결과를 더욱 알아보기 위해, free IR-780 및 IR-780-로딩된- MOF-808 및 IgG-M808을 SK-BR-3 세포 이종이식 누드 마우스(n=3마리/그룹)의 꼬리 정맥에 주입하여 각 샘플 내에서의 종양 축적 및 체내분포(biodistribution)를 모니터링하였다. 이를 위해, balb/c 누드 암컷 마우스(Orient bio, Korea)의 오른쪽 측면에 SK-BR-3 세포를 주입(1 Х 106)하여 종양 이종이식 모델을 구축하고 종양을 ~ 100 mm3이 되도록 성장시켰다. 종양이 있는 마우스(n = 3)에 DiD(~10 wt% 로딩 용량)가 로딩된 입자 또는 free DiD(0.1 mg/mL) 입자를 정맥 주사한 후 in vivo 광학 이미징 시스템(Bruker Xtreme 모델) 사용(λex = 630 nm, λem = 700 nm)하여 여러 시점에서 형광 이미지를 촬영하였다 (5, 8, 24시간). 또한, 각 샘플의 생체 분포를 주사 24시간 후의 마우스에서 추출된 장기 및 종양에 대한 ex vivo 이미징을 통해 평가하였다. (모든 동물 연구는 Institutional Animal Care and Use Committee of UNIST에서 승인한 프로토콜에 따라 수행하였다.)
IgG-M808의 in vivo 라이브 이미지는 모든 실험 시간 (5, 8 및 24 시간)에서, 다른 부위에 비해 종양 부위에 강화된 형광 신호 축적을 나타냈다(도 14A). 또한, 각 샘플의 체내분포를 주입 24시간 후에 부검을 통해 채취한 기관 및 종양 내의 IR-780의 형광을 측정함으로써 평가하였다 (도 14B). Free MOF-808의 형광 신호는 상피 기관 (예를 들어 폐 및 신장)에 축적된 것과 비교하여, IgG-M808의 형광 신호는 종양 부위에서만 극대화되었음을 확인하였다. 상기 결과를 통해, 일 실시예에 따른 금속-유기 나노 입자는 IgG 층의 precoating 만으로도 EPR(enhanced permeability and retention) 효과로 인해 암세포 표적화가 가능하며, 따라서 면역 반응으로부터의 부작용을 감소시킬 수 있음을 확인하였다.
실시예 4. 세포 표적화 기능을 갖는 항체와 결합된 MOF의 제조 및 세포 표적화 기능 확인
(4.1) 세포 표적 항체 및 금속-유기 골격체가 결합된 금속-유기 나노 입자의 제조 및 특성 평가
상기 실시예 1에서와 같이 제작한 MOF-808 및 UiO-66를 사용하여, 세포 표면 상의 CD-44, EGFR, 및 HER2와 상호작용할 수 있는 항체를 상기 금속-유기 골격체 표면에 precoating하여 plug and playable 표적화 플랫폼을 개발하였다. 단일 종류의 항체를 금속-유기 골격체와 1:1 상호작용을 통해 결합했을 뿐만 아니라, 동시에 서로 상이한 2종 이상의 항체를 함께 금속-유기 골격체 표면 상에 결합시킴으로써 서로 상이한 2종 이상의 세포에 대한 표적화 기능을 나타낼 수 있게 하였다.
상기 실시예 1에서 기술한 바와 같은 IgG의 MOF 표면에 대한 결합의 방법과 같은 방식으로 각 표적화 항체 (CD-44, EGFR, 및 HER2와 상호작용 하는 항체)를 MOF에 결합시켰으며 (각각 C-M808, E-M808, 및 H-M808) 이를 TEM 이미지를 통해 확인하였다 (도 15). 결합 직후 각 항체-MOF-808 결합 나노 입자의 표면 전하가 각 항체의 전하와 유사함을 확인하였고 (CD-44: -13.3 ± 3 mV; C-808: -7.91 ± 2.1 mV; HER2: -6.92 ± 1.9 mV; H-808: -5.66 ± 1.9 mV; EGFR: -6.46 ± 1.8 mV; E-808: -6.32 ± 1.8 mV) (도 16A), 항체-MOF-808 결합 나노 입자의 크기가 대략 180 ± 20 nm (도 16B) 증가하였음을 확인하였다. 상기 결과를 통해, 일 실시예에 따른 금속-유기 나노 입자는 세포 표적화 항체가 금속-유기 골격체 상에 안정적으로 결합하였음을 알 수 있다.
(4.2) 세포 표적 항체-MOF의 특정 세포 표적화 기능 확인
각 항체-MOF-808 결합 나노 입자 (C-M808, H-M808, 및 E-M808)의 특정 세포에 대한 표적화 기능을 확인하기 위해, 각 수용체-과발현 암세포계 (CD-44의 경우 HeLa 세포, HER2의 경우 SKBR-3 세포, 및 EGFR의 경우 MDA-MB 468 세포)를 준비하고 각각 해당하는 DiI-로딩된-항체-MOF로 3시간동안 처리하였다. 표적화된 세포 내재화는 알맞은 표적 항체가 DiI-탑재된-MOF-808에 접합된 경우에만 나타났다 (C-M808의 경우 HeLa 세포, H-M808 의 경우 SKBR-3 세포, 및 E-M808 의 경우 MDA-MB-468 세포) (도 17A).
상기 각 항체-M808에 대한 세포 내재화(internalization)을 FACS를 통해 분석하기 위해, 각 세포를 2 Х 105 세포/웰의 밀도로 6-웰 플레이트에 시딩하고, 24시간 인큐베이션 후, 상기 세포를 3시간 동안 DiI 염료 항체가 로딩된 샘플로 처리하고 인큐베이션을 유지하였다. 트립신을 처리한 후, 세포를 수집하고 BD FACSVerse 유세포 분석기 (BD Biosciences, USA)을 사용하여 분석하였다. 각 항체-M808의 내재화를 FACS 분석을 통해 추가적으로 확인하였다 (도 6 및 도 18).
이러한 표적화 항체-MOF 플랫폼의 표적화된 내재화는 MOF-808에 여러 종류의 항체를 접합시킴으로써 확대될 수 있다. 1대1 단일 종류 항체-MOF 뿐만 아니라 이중- 및 삼중- 종류 항체를 MOF-808에 결합시켜 multiplugged 플랫폼을 개발하였다. 각 단일 종류 항체 모델(C-M808, H-M808, 및 E-M808)은 각 수용체 발현 세포계를 표적할 수 있으며. 이중 항체 모델 (EC-M808, HE-M808, 및 HC-M808)은 MOF 상의 항체의 종류에 따라 2 종류의 암세포를 표적화할 수 있음을 확인하였다 (도 17B). Multiplugged 모델을 대표하는 삼중 항체 모델 (HEC-M808)은 3개의 세포계를 동시에 표적화함을 확인하였다 (도 17C). 상기 결과를 통해, 일 실시예에 따른 금속-유기 나노 입자는 상이한 2종 이상의 항체가 표면 상에 안정적으로 결합될 수 있고, 이에 따라 2 종류 이상의 세포를 표적화 함으로써 다중 세포 표적 기능을 갖는 나타낼 수 있음을 확인하였다.
실시예 5. 광감작제를 포함하는 나노 입자 제작 및 이의 항종양 효과 확인
(5.1) [(2pq)
2
Ir(bpy)]
+
Cl
-
(TIr3)의 합성
광감광제인 이리듐(III) 착물은 Nam, J. S. et al. Endoplasmic Reticulum-Localized Iridium(III) Complexes as Efficient Photodynamic Therapy Agents via Protein Modifications. J. Am. Chem. Soc. 138, 10968-10977 (2016)에 보고된 바와 같이 합성하였다. 합성된 TIr3 착물의 1H NMR은 하기와 같다 : 1H NMR (400 MHz, d6-DMSO) δ (ppm) = δ (ppm) = 8.52 (q, J = 12.0 Hz, 8.0 Hz, 4H), 8.43 (d, J = 8.0 Hz, 2H), 8.26 (d, J = 8.0 Hz, 2H), 8.06 (td, J = 6.0 Hz, 2.0 Hz, 4H), 7.90 (dd, J = 8.0 Hz, 4.0 Hz, 2H), 7.64 (td, J = 8.0 Hz, 2.0 Hz, 2H), 7.38 (t, J = 8.0 Hz, 2H), 7.19 (d, J = 8.0 Hz, 2H), 7.130 (t, J = 8.0 Hz, 2H), 7.04 (t, J = 8.0 Hz, 2H), 6.79 (td, J = 8.0 Hz, 2.0 Hz, 2H), 6.38 (d, J = 8.0 Hz, 2H).
(5.2) 이리듐 착물의 흡수 및
광루미네선스
확인
이리듐(III) 착물의 수용액 (H2O:DMSO = 99:1 내 20 μM , v/v%)를 제조하고 자외선-가시선 분광기 (SHIMADZU UV-2600 240V EN, Japan) 및 형광 분광기(ISS PC1 photon counting spectrofluorometer, USA)를 사용하여 광물리학적 특성을 분석하기 위해 N2 버블링을 하였다. 제조된 이리듐(III) 착물 용액의 흡수 및 광루미네선스를 각각 1 cm X 1 cm 및 1 cm X 0.2 cm 큐벳 셀(Hellma)에서 측정하였다. 인광 양자 수율(phosphorescence quantum yield (ΦPL))을 다음 식으로 계산하였다: ΦPL = Φref Х (Aref/A) Х (I/Iref) (A: 여기 파장에서의 흡수, I: 방출 강도(emission intensity )의 적분 면적).
(5.3) 이리듐 착물을 포함하는 금속-유기 나노 입자의 세포 독성 확인
MDA-MB468 세포에서 세포 생존능을 3-(4, 5-dimethylthiazol-2-yl)-2, 5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) 분석을 통해 측정하였다. 세포를 96-웰 플레이트에 5 Х 103 세포/웰의 밀도로 24시간 동안 처리 전에 시딩하고, 이후 세포를 여러 농도의 free-IrC (TIr3) 및 IrC-로딩된- E-M808 및 MOF-808로 처리하였다. IrC+ 샘플에는 6시간 인큐베이션 후에 광 조사(λmax= 450 nm) 로 처리하고 이후 18시간동안 재보관하였다 (광 조사를 하지 않은 샘플은 24시간동안 인큐베이션하였다.) 그 후, 세포를 MTT 용액으로 4시간동안 처리하고, 디메틸 설폭사이드와 메탄올의 1:1 혼합물에 용해시킨 결정화된 formazan을 ELISA plate reader로 570 nm에서 흡광도를 측정하여 정량화하였다. 결과는 생존능 백분율 = [(A570 (처리된 세포)-background)/(A570 (비처리 세포)-background)] Х 100 로 나타내었다.
이에 따라 강력한 활성산소종(ROS) 발생기인 이리듐 착물(IrC: TIr3)이 로딩된-E-M808을 처리한 MDA-MB-468 세포에서 세포 독성을 측정함으로써 상기 나노 입자의 전달 효능 및 세포 독성을 시험하였다.
IrC는 광조사 없이 그 자체로도 독성을 나타내었으며 (4 μg에서 ~25% 세포 독성을 나타냄), 광 조사시 매우 큰 독성 (0.5 μg에서 ~5% 세포 독성)을 나타내었다 (도 19). 이는 상기 나노 입자의 전달을 위한 적절한 담체의 필요성을 나타내며, 이러한 관점에서, MOF-808 입자의 적절한 처리를 통해 암세포 표적화 기능을 도입함으로써 IrC 독성의 조절이 필요함을 알 수 있다.
IrC-로딩된-E-M808은 MDA-MB-468 세포에 대해 용량적 독성 및 광 조사(λmax = 450 nm, 3 min)시 독성을 나타낸 반면, IrC-로딩된-free-MOF-808 또는 광 조사가 없는 경우 상기 세포에 대해 낮은 독성을 나타냄을 확인하였다(도 19). 상기 결과를 통해, 일 실시예에 따른 금속-유기 나노 입자는 세포 표적 항체를 MOF에 결합에 따라 생체 분자 코로나 현상이 방지되고, 따라서 세포 표적화 기능이 강화된 상태로 항종양 효과를 나타냄을 알 수 있었다.
Claims (13)
- 금속 이온 또는 금속 이온 클러스터, 및 유기 리간드를 포함하는 금속-유기 골격체 (Metal-Organic Framework, MOF); 및
상기 금속-유기 골격체 표면에 결합된 적어도 1 이상의 항체를 포함하는 금속-유기 나노 입자로서,
상기 금속-유기 골격체는 금속 이온 또는 금속 이온 클러스터 대 유기 리간드의 배위수가 6 내지 10인 것을 특징으로하는 것인 금속-유기 나노 입자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 금속-유기 골격체는 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 것을 특징으로 하는 것인 금속-유기 나노 입자:
[화학식 1]
M6O4(OH)4(BTC)2(HCOO)6, (M= 4A족 또는 4B족 원소, 또는 산화상태가 4+ 인 란타나이드계 금속)
[화학식 2]
M6(μ3-O)4(μ3-OH)4(0H)6-x(H2O)6 (BTC)2(HCOO)x (x=0 ~ 6 모든 수, M= 4A족 또는 4B족 원소, 또는 산화상태가 4+ 인 란타나이드계 금속).
- 청구항 2에 있어서, 상기 화학식 1 또는 화학식 2의 M은 Zr인 것인 금속-유기 나노 입자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 항체는 세포 표면의 수용체와 상호작용하는 것인, 금속-유기 나노 입자.
- 청구항 4에 있어서, 상기 세포는 암세포인 것인, 금속-유기 나노 입자.
- 청구항 4에 있어서, 상기 항체는 세포 표면의 HER2, CD-44, 또는 EGFR과 상호작용하는 것인, 금속-유기 나노 입자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 나노 입자는 이리듐 착물(Iridium Complex)을 추가로 포함하는 것인, 금속-유기 나노 입자.
- 청구항 7에 있어서, 상기 이리듐 착물은 TIr3 ([(2pq)2Ir(bpy)]+Cl-) 인 것인, 금속-유기 나노 입자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 항체는 Fc 부위를 통해 상기 금속-유기 골격체의 금속 이온 클러스터와 결합하는 것인, 금속-유기 나노 입자.
- 청구항 1에 따른 금속-유기 나노 입자에 약물이 봉입된 것인, 금속-유기 나노 입자.
- 청구항 10에 있어서, 상기 약물은 항암제인 것인, 금속-유기 나노 입자.
- 청구항 11에 있어서, 상기 항암제는 아바렐릭스 [abarelix (Plenaxis depot®)]; 알데스류킨 [aldesleukin (Prokine®)]; 알데스류킨 [Aldesleukin (Proleukin®)]; 알렘투주맙 [Alemtuzumabb (Campath®)]; 알리트레티노인 [alitretinoin (Panretin®)]; 알로퓨리놀 [allopurinol (Zyloprim®)]; 알트레타민 [altretamine (Hexalen®)]; 아미포스틴 [amifostine (Ethyol®)]; 아나스트로졸 [anastrozole (Arimidex®)]; 아르세닉 트리옥사이드 [arsenic trioxide (Trisenox®)]; 아스파라기나아제 [asparaginase (Elspar®)]; 아자시티딘 [azacitidine (Vidaza®)]; 베바쿠지맙 [bevacuzimab (Avastin®)]; 벡사로텐 캡슐 [bexarotene capsules (Targretin®)]; 벡사로텐 겔 [bexarotene gel (Targretin®)]; 블레오마이신 [bleomycin (Blenoxane®)]; 보르테조밉 [bortezomib (Velcade®)]; 정맥용 부술판 [busulfan intravenous (Busulfex®)]; 경구용 부술판 [busulfan oral (Myleran®)]; 칼루스테론 [calusterone (Methosarb®)]; 카페시타빈 [capecitabine (Xeloda®)]; 카르보플라틴 [carboplatin (Paraplatin®)]; 카르무스틴 [carmustine (BCNU®, BiCNU®)]; 카르무스틴 [carmustine (Gliadel®)]; 카르무스틴과 폴리페프로산 20 임플란트 (Polifeprosan 20 Implant) (Gliadel Wafer®); 셀레콕십 [celecoxib (Celebrex®)]; 세툭시맙 [cetuximab (Erbitux®)]; 클로람부실 [chloambucil (Leukeran®)]; 시스플라틴 [cisplatin (Platinol®)]; 클라드리빈 [cladribine (Leustatin®) 2-CdA®]; 클로파라빈 [clofarabine (Clolar®)]; 사이클로포스파미드 [cyclophosphamide (Cytoxan®, Neosar®)]; 사이클로포스파미드 [cyclophosphamide (Cytoxan Injection®)]; 사이클로포스파미드 [cyclophosphamide (Cytoxan Tablet®)]; 사이타라빈 [cytarabine (Cytosar-U®)]; 사이타라빈 리포조말 [cytarabine liposomal (DepoCyt®)]; 다카르바진 [dacarbazine (DTIC-Dome®)]; 닥티노마이신 (dactinomycin), 액티노마이신 D [actinomycinD (Cosmegen®)]; 다르베포에틴 알파 [Darbepoetin alfa (Aranesp®)]; 다우노루비신 리포조말 [daunorubicin liposomal (Danuoxome®)]; 다우노루비신 (daunorubicin), 다우노마이신 [daunomycin (Daunorubicin®)]; 다우노루비신 (daunorubicin), 다우노마이신 [daunomycin (Cerubidine®)]; 데니류킨 디프티톡스 [Denileukin diftitox (Ontak®)]; 덱스라조산 [dexrazoxane (Zinecard®)]; 도세탁셀 [docetaxel (Taxotere®)]; 독소루비신 [doxorubicin (Adriamycin PFS®)]; 독소루비신 [doxorubicin (Adriamycin®, Rubex®)]; 독소루비신 [doxorubicin (Adriamycin PFS Injection®)]; 독소루비신 리포조말 [doxorubicin liposomal (Doxil®)]; 드로모스타놀론 프로피오네이트 [dromostanolone propionate (dromostanolone®)]; 드로모스타놀론 프로피오네이트 [dromostanolone propionate (masterone injection®)]; 엘리엇 B 용액 [Elliott's B Solution (Elliott's B Solution®)]; 에피루비신 [epirubicin (Ellence®)]; 이포에틴 알파 [Epoetin alfa (epogen®)]; 에를로티닙 [erlotinib (Tarceva®)]; 에스트라무스틴 [estramustine (Emcyt®)]; 에토포사이드 포스페이트 [etoposide phosphate (Etopophos®)]; 에토포사이드 (etoposide), VP-16 (Vepesid®); 엑세메스탄 [exemestane (Aromasin®)]; 필그라스팀 [Filgrastim (Neupogen®)]; 플록수리딘 [floxuridine (intraarterial) (FUDR®)]; 플루다라빈 [fludarabine (Fludara®)]; 플루오로우라실 [Fluorouracil, 5-FU (Adrucil®)]; 플루베스트란트 [folvestrant (Faslodex®)]; 게피티닙 [gefitinib (Iressa®)]; 겜시타빈 [gemcitabine (Gemzar®)]; 겜투주맙 오조가미신 [gemtuzumab ozogamicin (Mylotarg®)]; 고세렐린 아세테이트 [goserelin acetate (Zoladex Implant®)]; 고세렐린 아세테이트 [goserelin acetate (Zoladex®)]; 히스트렐린 아세테이트 [histrelin acetate (Histrelin implant®)]; 하이드록시우레아 [hydroxyurea (Hydrea®)]; 이브리투모맙 티욱세탄 [Ibritumomab Tiuxetan (Zevalin®)]; 이다루비신 [idarubicin (Idamycin®)]; 이포스파미드 [ifosfamide (IFEX®)]; 이마티닙 메실레이트 [imatinib mesylate (Gleevec®)]; 인터페론 알파-2a [interferon alfa-2a (Roferon A®)]; 인터페론 알파-2b [Interferon alfa-2b (Intron A®)]; 이리노테칸 [irinotecan (Camptosar®)]; 레날리도마이드 [lenalidomide (Revlimid®)]; 레트로졸 [letrozole (Femara®)]; 류코보린 [leucovorin (Wellcovorin®, Leucovorin®)]; 류프롤리드 아세테이트 [Leuprolide Acetate (Eligard®)]; 레바미솔 [levamisole (Ergamisol®)]; 로무스틴-CCNU [lomustine-CCNU (CeeBU®)]; 메클로레타민 (meclorethamine), 니트로겐 머스타드 [nitrogen mustard (Mustargen®)]; 메게스트롤 아세테이트 [megestrol acetate (Megace®)]; 멜파란 (melphalan), L-PAM (Alkeran®); 머캅토퓨린 [mercaptopurine, 6-MP (purinethol®)]; 메스나 [mesna (Mesnex®)]; 메스나 [mesna (Mesnex tabs®)]; 메토트렉제이트 [methotraxate (methotraxate®)]; 메톡스살렌 [methoxsalen (Uvadex®)]; 미토마이신 C [mitomycin C (Mutamycin®)]; 미토탄 [mitotane (Lysodren®)]; 미토잔트론 [mitoxantrone (Novantrone®)]; 난드롤란 펜프로피오네이트 [nandrolone phenpropionate (Durabolin-50®)]; 넬라라빈 [nelarabine (Arranon®)]; 노페투모맙 [Nofetumomab (Verluma®)]; 오프렐베킨 [Oprelvekin (Neumega®)]; 옥살리플라틴 [oxaliplatin (Eloxatin®)]; 파클리탁셀 [paclitaxel (Paxene®)]; 파클리탁셀 [paclitaxel (Taxol®)]; 파클리탁셀 단백질 결합 입자 [paclitaxel protein-bound particles (Abraxane®)]; 팔리페르민 [palifermin (Kepivance®)]; 파미드로네이트 [pamidronate (Aredia®)]; peg아데마스 [pegademase (Adagen (Pegademase Bovine)®)]; peg아스파르가아제 [pegaspargase (Oncaspar®)]; peg필그라스팀 [Pegfilgrastim (Neulasta®)]; 페멕트렉제트 디소듐 [pemetrexed disodium (Alimta®)]; 펜토스타틴 [pentostatin (Nipent®)]; 피포브로만 [pipobroman (Vercyte®)]; 플리카마이신 [plicamycin], 미트라마이신 [mithramycin (Mithracin®)]; 포르피머 소듐 [porfimer sodium (Photofrin®)]; 프로카르바진 [procarbazine (Matulane®)]; 퀴나크린 [quinacrine (Atabrine®)]; 라스뷰리카아제 [Rasburicase (Elitek®)]; 리툭시맙 [Rituximab (Rituxan®)]; 사르그라모스팀 [sargramostim (Leukine®)]; 사르그라모스팀 [Sargramostim (Prokine®)]; 소라페닙 [sorafenib (Nexavar®)]; 스트렙타조신 [streptozocin (Zanosar®)]; 수니티닙 말리에이트 [sunitinib maleate (Sutent®)]; 탈크 [talc (Sclerosol®)]; 타목시펜 [tamoxifen (Nolvadex®)]; 테모졸로마이드 [temozolomide (Temodar®)]; 테니포사이드 [teniposide, VM-26 (Vumon®)]; 테스톨락톤 [testolactone (Teslac®)]; 티오구아닌 [thioguanine, 6-TG (thioguanine®)]; 티오테파 [thiotepa (thioplex®)]; 토포테칸 [topotecan (Hycamtin®)]; 토레미펜 [toremifene (Fareston®)]; 토시투모맙 [Tositumomab (Bexxar®)]; 토시투모맙/I-131 토시투모맙 (Bexxar®); 트라스투주맙 [Trastuzumab (Herceptin®)]; 트레티노인 [tretinoin, ATRA (Vesanoid®)]; 우라실 머스타드 [Uracil Mustard (Uracil Mustard Capsules®)]; 발루비신 [valrubicin (Valstar®)]; 빈블라스틴 [vinblastine (Velban®)]; 빈크리스틴 [vincristine (Oncovin®)]; 비노렐빈 [vinorelbine (Navelbine®)]; 및 졸레드로네이트 [zoledronate (Zometa®)]로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인, 금속-유기 나노 입자
- 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 따른 나노 입자를 유효 성분으로 포함하는 암 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
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