WO2014204240A1 - 엔도솜 분해능을 갖는 뉴클레오타이드 및 이의 용도 - Google Patents

엔도솜 분해능을 갖는 뉴클레오타이드 및 이의 용도 Download PDF

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guanosine
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강한창
배유한
조하나
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가톨릭대학교 산학협력단
재단법인 유타 인하 디디에스 및 신의료기술개발 공동연구소
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Definitions

  • the present invention relates to nucleotides having endosomal resolution and uses thereof.
  • Endosomal sequestration of biological agents delivered into cells is an important obstacle, which can be overcome through endosomal-membrane destabilization or destruction induced by polymers or monomers with amines, sulfonamides or carboxylic acids. . Such polymers / monomers have improved results in nonviral gene delivery and cytoplasmic delivery of chemical drugs.
  • endosomal pH hydrogen ion buffering and conformational transition properties are known to induce lipid membrane destabilization or endosomolysis.
  • Korean Patent Application No. 10-2009-0134481 discloses an anionic drug delivery composition including polylactic acid and a method for preparing the same, but mentions drug delivery through endosomal resolution of the nucleotides described in the present invention. There is no.
  • nucleotides have hydrogen ion buffering capacity, and are biofunctional, capable of inducing hemolysis to destabilize or destroy the endosomal membrane, thereby allowing the delivered drug to escape from the endosome to other organelles in the cell. It was confirmed that the present invention was completed by developing a drug carrier using the same.
  • An object of the present invention is to provide a non-viral drug delivery composition
  • a non-viral drug delivery composition comprising a nucleotide and a non-viral drug delivery.
  • the nucleotide provides a role of destabilizing or destroying the endosomal membrane.
  • the present invention provides a non-viral drug delivery composition comprising a nucleotide and a non-viral drug delivery.
  • the nucleotides are Adenosine monophosphate (AMP), Adenosine diphosphate (ADP), Adenosine triphosphate (ATP), Guanosine monophosphate (Guanosine monophosphate, GMP), Guanosine phosphate Guanosine diphosphate (GDP), guanosine triphosphate (GTP), cytidine monophosphate (CMP), cytidine diphosphate (CDP), cytidine triphosphate (CTP), thymidinyl Phosphoric acid (Thymidine monophosphate; TMP), thymidine diphosphate (TDP) or thymidine triphosphate (Thymidine triphosphate; TTP) is characterized in that.
  • composition has a hydrogen ion buffering (proton buffering) activity or hemolysis (hemolysis) activity, it characterized in that the endosomal escape of the delivery drug through the endosomolysis (endosomolysis).
  • the non-viral drug carrier includes any one or more drugs selected from the group consisting of hydrophilic and hydrophobic chemical drugs, protein drugs, peptide drugs, genetic drugs, diagnostic drugs, polyethyleneimine (bPEI), polylysine (PLL), poly (arginine), polyhistidine, poly (amido amine), poly (beta amino ester), Chitosan, protamine, histone, poly (tertiary amine methacrylate), poly (2-dimethylamino) ethyl methacrylate (poly (2- (dimethylamino) ) (ethyl methacrylate)), poly (N- [N- (2-aminoethyl) -2-aminoethyl] asphaltamide (poly (N- [N- (2-aminoethyl) -2-aminoethyl] aspartamide), lipids, Phospholipids, polymer-derived nanostructures, metal-derived nanostructures, carbon-derived nanostructures
  • the present invention relates to a nucleotide having endosomal resolution and a use thereof, wherein a drug delivered from a non-viral drug carrier comprising the nucleotide from a endosome to another organelle in a cell due to hydrogen ion buffering activity or hemolytic action of the nucleotide It is about effective biofunctional substances that can escape.
  • 1 is a result of evaluating proton buffering capacity of nucleotides.
  • Figure 3 is a particle size of bPEI 25kDa / ATP-pDNA complexes and PLL / ATP-pDNA complexes.
  • Figure 4 shows the surface charge of bPEI 25kDa / ATP-pDNA complexes and PLL / ATP-pDNA complexes.
  • Figure 5 shows the gene expression efficiency of bPEI 25kDa / ATP-pDNA, bPEI 25kDa / GTP-pDNA complexes in HepG2 cells.
  • Figure 6 shows the gene expression efficiency of Chloroquine or Bafilomycin A1 presence, bPEI 25kDa / ATP-pDNA, bPEI 25kDa / GTP-pDNA complexes in HepG2 cells.
  • An object of the present invention is to provide a non-viral drug delivery composition
  • a non-viral drug delivery composition comprising a nucleotide and a non-viral drug delivery.
  • the nucleotide provides a role of destabilizing or destroying the endosomal membrane.
  • the present invention provides a non-viral drug delivery composition comprising a nucleotide and a non-viral drug delivery.
  • the nucleotides are Adenosine monophosphate (AMP), Adenosine diphosphate (ADP), Adenosine triphosphate (ATP), Guanosine monophosphate (Guanosine monophosphate, GMP), Guanosine phosphate Guanosine diphosphate (GDP), guanosine triphosphate (GTP), cytidine monophosphate (CMP), cytidine diphosphate (CDP), cytidine triphosphate (CTP), thymidinyl Phosphoric acid (Thymidine monophosphate; TMP), thymidine diphosphate (TDP) or thymidine triphosphate (Thymidine triphosphate; TTP) is characterized in that.
  • composition has a hydrogen ion buffering (proton buffering) activity or hemolysis (hemolysis) activity, it characterized in that the endosomal escape of the delivery drug through the endosomolysis (endosomolysis).
  • the non-viral drug carrier includes any one or more drugs selected from the group consisting of hydrophilic and hydrophobic chemical drugs, protein drugs, peptide drugs, genetic drugs, and diagnostic drugs, polyethyleneimine (bPEI), polylysine (PLL), poly (arginine), polyhistidine, poly (amido amine), poly (beta amino ester), Chitosan, protamine, histone, poly (tertiary amine methacrylate), poly (2-dimethylamino) ethyl methacrylate (poly (2- (dimethylamino) ) (ethyl methacrylate)), poly (N- [N- (2-aminoethyl) -2-aminoethyl] asphaltamide (poly (N- [N- (2-aminoethyl) -2-aminoethyl] aspartamide), lipids, Phospholipids, polymer-derived nanostructures, metal-derived nanostructures, carbon-derived drugs,
  • composition according to the invention may comprise a pharmaceutically effective amount of a drug alone or may comprise one or more pharmaceutically acceptable carriers, excipients or diluents.
  • the pharmaceutically effective amount herein refers to an amount sufficient for the drug to be administered to an animal or human to exhibit the desired physiological or pharmacological activity. However, the pharmaceutically effective amount may be appropriately changed depending on the age, weight, health condition, sex, route of administration and duration of treatment.
  • pharmaceutically acceptable refers to a physiologically acceptable and, when administered to a human, usually does not cause an allergic reaction, such as gastrointestinal disorders, dizziness or similar.
  • carriers, excipients and diluents include lactose, dextrose, sucrose, sorbitol, mannitol, xylitol, erythritol, maltitol, starch, acacia rubber, alginate, gelatin, calcium phosphate, calcium silicate, cellulose, methyl cellulose, Polyvinylpyrrolidone, water, methylhydroxybenzoate, propylhydroxybenzoate, talc, magnesium stearate and mineral oil.
  • fillers, anti-coagulants, lubricants, wetting agents, fragrances, emulsifiers and preservatives may be further included.
  • composition according to the present invention can be administered via several routes including oral, transdermal, subcutaneous, intravenous or intramuscular, and the dosage of the drug depends on several factors such as the route of administration, the age, sex, weight and severity of the patient. Can be selected accordingly.
  • the composition of the present invention can be administered in parallel with known compounds which can enhance the desired effect of the drug.
  • the "drug” is a substance capable of promoting or inhibiting physiological functions in an animal or human body to induce a desired biological or pharmacological effect, and is a chemical or biological substance suitable for administration to the animal or human.
  • a compound (1) to prevent unwanted biological effects, such as infection prevention, to have a protective effect on organic matter, (2) to reduce the condition resulting from the disease, for example, pain or infection resulting from the disease (3) can alleviate, reduce or completely eliminate disease from organics.
  • the nucleotides were dissolved in 150 mM aqueous sodium chloride solution at a concentration of 1 mg / mL, and then a small amount of 1 M aqueous sodium hydroxide solution was added to prepare an aqueous solution of about pH 11. The pH change was measured while adding 0.1 M hydrogen chloride to this aqueous solution.
  • the aqueous sodium chloride solution at pH 4-7 which is the pH region of the endosome, had no hydrogen ion buffering capacity, but adenosine triphosphate (ATP) was confirmed to have hydrogen ion buffering ability.
  • Guanosine triphosphate (GTP), cytidine triphosphate (CTP), and thymidine triphosphate (TTP) also had hydrogen ion buffering capacity.
  • the hydrogen ion buffering capacity of the nucleotides in the pH environment in the endosome can destabilize or destroy the endosome membrane by the osmotic pressure difference, as is the well-known "proton sponge effect".
  • the endosome destruction ability of the nucleotides was evaluated by using red blood cells having a structure similar to the endosomes membrane.
  • Erythrocytes are isolated from blood collected from rats. Prepare 1 ⁇ 10 8 cells of prepared red blood cells in DPBS solution (pH 4 ⁇ 7.5) with different pH including 1 mg / mL ATP and GTP and mix well. This solution is left to stand in a 37 ° C thermostat for 1 hour. After centrifugation again, the supernatant is transferred to a 96 well plate and the absorbance is measured at 450 nm to calculate the degree of hemolysis. When ATP was added in FIG. 2, hemolysis occurred at pH 6 or less, and in the case of GTP, hemolysis did not occur.
  • positively charged polymer is polyethyleneimine (bPEI 25kDa, molecular weight 25kDa)
  • bPEI 25kDa polyethyleneimine
  • N / P ratio when preparing a 5-phosphate (phosphate) of the nucleotides are not considered, and only calculating phosphate (phosphate) of bPEI 25kDa amine (amine) and pDNA.
  • bPEI 25kDa / ATP-pDNA particle size of the composite showed the size of 200nm extent 0.5, 4, 8nmol of ATP per microgram of pDNA, as shown in Figure 4, the surface charge by 2nmol The positive charge was negatively charged at 4 nmol or more.
  • the particle size of the PLL / ATP-pDNA complex was about 200 nm up to about 9 nmol of ATP per microgram of pDNA, and the surface charge was positively charged up to about 18 nmol.
  • bPEI 25kDa / ATP-pDNA complexes is about 80 times the gene expression efficiency at an ATP concentration of 4nmol / ⁇ g pDNA
  • bPEI 25kDa / GTP-pDNA complexes is increased about 35 times the gene expression efficiency when the GTP concentration of 2nmol / ⁇ g pDNA It was.
  • Non-viral drug delivery compositions comprising nucleotides and non-viral drug delivery agents according to the present invention provide nucleotides with the role of destabilizing or destroying the endosome membrane, thereby providing high molecular weight peptides, proteins as well as low molecular weight chemical drugs and contrast agents. And it can be used as a non-viral drug carrier that can enhance the efficacy of the drug having a variety of properties such as genetic material.

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Abstract

본 발명은 뉴클레오타이드 및 비바이러스성 약물전달체를 포함하는 비바이러스성 약물전달체 조성물에 관한 것으로서, 상기 조성물은 수소이온 완충화(proton buffering) 활성 또는 용혈(hemolysis) 활성을 가지고 있어서, 엔도좀 분해(endosomolysis)를 통한 전달 약물의 엔도솜 탈출(Endosomal escape)을 유도하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 비바이러스성 약물전달체 조성물은 뉴클레오타이드의 수소이온 완충 활성 또는 용혈 활성으로 인해 전달된 약물을 엔도솜에서 세포 내 다른 소기관으로 탈출시킬 수 있는 효과적인 약물전달체에 대한 것이다.

Description

엔도솜 분해능을 갖는 뉴클레오타이드 및 이의 용도
본 발명은 엔도솜 분해능을 갖는 뉴클레오타이드 및 이의 용도에 관한 것이다.
특정 장기, 조직, 세포, 세포질, 미토콘드리아, 핵 주위 부분(perinuclear regions) 및 세포핵 부위로 다양한 치료제(예를 들면, 저분자량의 화학적 약물 및 조영제 뿐만 아니라 고분자량의 펩타이드, 단백질 및 유전물질)를 전달하기 위한 효과적인 시스템 개발에 대한 관심이 높아지고 있다. 전통적인 제형과 다르게, 위치-특이적 나노치료제는 표적 부위에 전달된 치료제의 생물학적 이용가능성(bioavailability)이 최대화되도록 고안되었고, 낮은 부작용으로 질병을 치료하면서 치료 효과를 높일 수 있는 것으로 나타났다. 이러한 약물전달 기술은 고부가가치 기술로서 전체 약물 개발 과정에서 갈수록 중요한 부문을 차지하고 있고, 환자들의 약물 순응도와 복용의 편리성을 제고시키는 방법으로 그 활용도가 증가하고 있다.
세포 내로 전달된 생물학적 제제의 엔도솜 격리(Endosomal sequestration)는 중요한 장애물인데, 이는 아민, 설폰아마이드 또는 카르복실산을 가진 고분자나 단량체에 의해 유도되는 엔도솜-막 불안정화 또는 파괴를 통해 극복될 수 있다. 이러한 고분자/단량체는 비바이러스성 유전자 전달 및 화학 약물의 세포질 전달에 있어서 개선된 결과를 가져온다. 엔도좀 pH에 있어서, 수소이온 완충화(proton buffering) 및 구조 전이(conformational transition) 특성은 지질막 불안정화 또는 엔도좀 파괴(endosomolysis)를 유도하는 것으로 알려져 있다.
한편, 한국특허출원 제10-2009-0134481호에서는 폴리락트산을 포함하는 음이온성 약물 전달용 조성물 및 그 제조방법에 대해 개시하고 있으나, 본원 발명에 기재된 뉴클레오타이드의 엔도솜 분해능을 통한 약물전달에 대한 언급은 없다.
따라서, 본 발명자들은 뉴클레오타이드가 수소이온 완충능력을 가지고 있고, 용혈 작용을 일으켜 엔도솜 막을 불안정화 또는 파괴하여, 전달된 약물을 엔도솜에서 세포 내 다른 소기관으로 탈출시킬 수 있는 생기능성(biofunctional)이 있다는 것을 확인하고 이를 이용한 약물전달체를 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 뉴클레오타이드 및 비바이러스성 약물전달체를 포함하는 비바이러스성 약물전달체 조성물을 제공하는데 있다. 다양한 특성의 약물을 포함하는 비바이러스성 약물전달체에서 약물의 효능 증진을 위해 상기 뉴클레오타이드가 엔도좀 막 불안정화 또는 파괴하는 역할을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 뉴클레오타이드 및 비바이러스성 약물전달체를 포함하는 비바이러스성 약물전달체 조성물을 제공한다.
상세하게는, 상기 뉴클레오타이드는 아데노신일인산(Adenosine monophosphate, AMP), 아데노신이인산(Adenosine diphosphate, ADP), 아데노신삼인산(Adenosine triphosphate, ATP), 구아노신일인산(Guanosine monophosphate, GMP), 구아노신이인산(Guanosine diphosphate, GDP), 구아노신삼인산(Guanosine triphosphate, GTP), 사이티딘일인산(Cytidine monophosphate, CMP), 사이티딘이인산(Cytidine diphosphate, CDP), 사이티딘삼인산(Cytidine triphosphate, CTP), 티미딘일인산(Thymidine monophosphate; TMP), 티미딘이인산(Thymidine diphosphate; TDP) 또는 티미딘삼인산(Thymidine triphosphate; TTP)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조성물은 수소이온 완충화(proton buffering) 활성 또는 용혈(hemolysis) 활성을 가지고 있어서, 엔도좀 분해(endosomolysis)를 통한 전달 약물의 엔도솜 탈출(Endosomal escape)을 유도하는 것을 특징으로 한다.
상세하게는, 상기 비바이러스성 약물전달체는 친수성 및 소수성 화학 약물, 단백질 약물, 펩타이드 약물, 유전자 약물, 진단용 약물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 약물을 포함하고, 폴리에틸렌이민(bPEI), 폴리리신(PLL), 폴리(아르기닌)(poly(arginine)), 폴리히스티딘(polyhistidine), 폴리(아미도 아민)(poly(amido amine)), 폴리(베타 아미노 에스테르)(poly(beta amino ester)), 키토산(chitosan), 프로타민(protamine), 히스톤(histone), 폴리(3차 아민 메타크릴레이트(poly(tertiary amine methacrylate)), 폴리(2-디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트(poly(2-(dimethylamino)ethyl methacrylate)), 폴리(N-[N-(2-아미노에틸)-2-아미노에틸]아스팔트아미드(poly(N-[N-(2-aminoethyl)-2- aminoethyl]aspartamide), 지질, 인지질, 고분자유래 나노구조체, 금속유래 나노구조체, 탄소유래 나노구조체, 칼슘포스페이트 나노구조체, 다공성 실리카 나노구조체 및 이들의 복합체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 전달체를 포함하는 것을 특징으로 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 엔도솜 분해능을 갖는 뉴클레오타이드 및 이의 용도에 관한 것으로서, 뉴클레오타이드의 수소이온 완충 활성 또는 용혈 작용으로 인해 상기 뉴클레오타이드를 포함하는 비바이러스성 약물전달체에서 전달된 약물을 엔도솜에서 세포 내 다른 소기관으로 탈출시킬 수 있는 효과적인 생기능성 물질에 대한 것이다.
도 1은 뉴클레오타이드의 수소이온 완충능력(proton buffering capacity) 평가 결과이다.
도 2는 pH 환경하에서 ATP 및 GTP의 용혈현상 평가 결과이다.
도 3은 bPEI25kDa/ATP-pDNA 복합체 및 PLL/ATP-pDNA 복합체의 입자크기이다.
도 4는 bPEI25kDa/ATP-pDNA 복합체 및 PLL/ATP-pDNA 복합체의 표면전하를 나타낸다.
도 5는 HepG2 세포에서 bPEI25kDa/ATP-pDNA, bPEI25kDa/GTP-pDNA 복합체의 유전자 발현효율을 나타낸다.
도 6은 Chloroquine 또는 Bafilomycin A1 존재시, HepG2 세포에서 bPEI25kDa/ATP-pDNA, bPEI25kDa/GTP-pDNA 복합체의 유전자 발현효율을 나타낸다.
본 발명의 목적은 뉴클레오타이드 및 비바이러스성 약물전달체를 포함하는 비바이러스성 약물전달체 조성물을 제공하는데 있다. 다양한 특성의 약물을 포함하는 비바이러스성 약물전달체에서 약물의 효능 증진을 위해 상기 뉴클레오타이드가 엔도좀 막 불안정화 또는 파괴하는 역할을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 뉴클레오타이드 및 비바이러스성 약물전달체를 포함하는 비바이러스성 약물전달체 조성물을 제공한다.
상세하게는, 상기 뉴클레오타이드는 아데노신일인산(Adenosine monophosphate, AMP), 아데노신이인산(Adenosine diphosphate, ADP), 아데노신삼인산(Adenosine triphosphate, ATP), 구아노신일인산(Guanosine monophosphate, GMP), 구아노신이인산(Guanosine diphosphate, GDP), 구아노신삼인산(Guanosine triphosphate, GTP), 사이티딘일인산(Cytidine monophosphate, CMP), 사이티딘이인산(Cytidine diphosphate, CDP), 사이티딘삼인산(Cytidine triphosphate, CTP), 티미딘일인산(Thymidine monophosphate; TMP), 티미딘이인산(Thymidine diphosphate; TDP) 또는 티미딘삼인산(Thymidine triphosphate; TTP)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조성물은 수소이온 완충화(proton buffering) 활성 또는 용혈(hemolysis) 활성을 가지고 있어서, 엔도좀 분해(endosomolysis)를 통한 전달 약물의 엔도솜 탈출(Endosomal escape)을 유도하는 것을 특징으로 한다.
상세하게는, 상기 비바이러스성 약물전달체는 친수성 및 소수성 화학 약물, 단백질 약물, 펩타이드 약물, 유전자 약물, 진단용 약물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 약물을 포함하고, 폴리에틸렌이민(bPEI), 폴리리신(PLL), 폴리(아르기닌)(poly(arginine)), 폴리히스티딘(polyhistidine), 폴리(아미도 아민)(poly(amido amine)), 폴리(베타 아미노 에스테르)(poly(beta amino ester)), 키토산(chitosan), 프로타민(protamine), 히스톤(histone), 폴리(3차 아민 메타크릴레이트(poly(tertiary amine methacrylate)), 폴리(2-디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트(poly(2-(dimethylamino)ethyl methacrylate)), 폴리(N-[N-(2-아미노에틸)-2-아미노에틸]아스팔트아미드(poly(N-[N-(2-aminoethyl)-2- aminoethyl]aspartamide), 지질, 인지질, 고분자유래 나노구조체, 금속유래 나노구조체, 탄소유래 나노구조체, 칼슘포스페이트 나노구조체, 다공성 실리카 나노구조체 및 이들의 복합체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 전달체를 포함하는 것을 특징으로 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 조성물은 약학적으로 유효한 양의 약물을 단독으로 포함하거나 하나 이상의 약학적으로 허용되는 담체, 부형제 또는 희석제를 포함할 수 있다. 상기에서 약학적으로 유효한 양이란 약물이 동물 또는 사람에게 투여되어 목적하는 생리학적 또는 약리학적 활성을 나타내기에 충분한 양을 말한다. 그러나 상기 약학적으로 유효한 양은 투여 대상의 연령, 체중, 건강상태, 성별, 투여 경로 및 치료기간 등에 따라 적절히 변화될 수 있다.
또한, 상기에서 "약학적으로 허용되는"이란 생리학적으로 허용되고 인간에게 투여될 때, 통상적으로 위장장애, 현기증과 같은 알레르기 반응 또는 이와 유사한 반응을 일으키지 않는 것을 말한다. 상기 담체, 부형제 및 희석제의 예로는, 락토즈, 덱스트로즈, 수크로즈, 솔비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨, 말티톨, 전분, 아카시아 고무, 알지네이트, 젤라틴, 칼슘 포스페이트, 칼슘 실리케이트, 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 폴리비닐피롤리돈, 물, 메틸하이드록시벤조에이트, 프로필하이드록시벤조에이트, 탈크, 마그네슘 스테아레이트 및 광물유를 들 수 있다. 또한, 충진제, 항응집제, 윤활제, 습윤제, 향료, 유화제 및 방부제 등을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 조성물은 경구, 경피, 피하, 정맥 또는 근육을 포함한 여러 경로를 통해 투여될 수 있으며, 약물의 투여량은 투여 경로, 환자의 연령, 성별, 체중 및 환자의 중증도 등의 여러 인자에 따라 적절히 선택될 수 있다. 또한, 본 발명의 조성물은 약물이 목적하는 효과를 상승시킬 수 있는 공지의 화합물과도 병행하여 투여할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 상기 “약물”은 동물 또는 사람의 체내에서 생리적인 기능을 촉진 또는 억제하여 목적하는 생물학적 또는 약리학적 효과를 유도할 수 있는 물질로서, 동물 또는 사람에게 투여하기 적합한 화학적 또는 생물학적 물질 또는 화합물을 의미하며, (1) 감염 예방과 같은 원하지 않은 생물학적 효과를 예방하여 유기물에 대한 예방효과를 가지고, (2) 질병으로 생기는 컨디션을 경감시키며, 예를 들어 질병의 결과로 생기는 고통 또는 감염을 완화시키며, (3) 유기물로부터 질병을 완화, 감소 또는 완전히 제거할 수 있는 역할을 할 수 있다.
이하, 하기 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 이러한 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 뉴클레오타이드의 수소이온 완충능력(proton buffering capacity) 평가
뉴클레오타이드를 1 mg/mL 농도로 150 mM 염화나트륨 수용액에 녹인 후, 소량의 1 M 수산화나트륨 수용액을 넣어 약 pH 11의 수용액을 준비하였다. 이 수용액에 0.1 M 염화수소를 넣어주면서 pH 변화를 측정하였다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 엔도솜의 pH 영역인 pH 4~7에서 염화나트륨 수용액은 수소이온 완충능력이 없는데, 아데노신삼인산(ATP)은 수소이온 완충능력을 갖고 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한 구아노신삼인산(GTP), 사이티딘삼인산(CTP), 티미딘삼인산(TTP)도 수소이온 완충능력을 가지고 있었다. 이러한 뉴클레오타이드의 엔도솜 내 pH 환경에서의 수소이온 완충능력은 잘 알려진 “수소이온스폰지 효과(proton sponge effect)” 처럼 삼투압 차이에 의한 충격으로 엔도솜 막을 불안정화 또는 파괴 시킬 수 있다.
<실시예 2> 뉴클레오타이드의 용혈현상(Hemolysis) 평가
뉴클레오타이드가 엔도솜의 막과 상호작용을 통해 엔도솜을 파괴함을 확인하기 위해 엔도솜 막과 비슷한 구조를 지닌 적혈구를 이용하여 뉴클레오타이드의 엔도솜 파괴 능력을 평가하였다. 쥐(Rat)에서 채취한 혈액으로부터 적혈구를 분리한다. 준비된 적혈구 1×108 개의 세포를 1mg/mL의 ATP와 GTP을 포함하는 pH가 다른 DPBS 용액 (pH 4 ~ 7.5)에 넣고 잘 섞는다. 이 용액을 섭씨 37도 항온조에서 1시간동안 방치한다. 다시 원심분리 후, 상층액을 96 well plate에 옮긴 뒤에 450nm에서 흡광도를 측정하여 용혈정도를 계산한다. 도 2에서 ATP를 넣어준 경우 pH 6 이하에서 용혈작용이 일어남을 확인하였고, GTP의 경우 용혈작용이 일어나지 않았다.
<실시예 1>과 <실시예 2>의 결과로부터 ATP는 수소이온 완충능력 뿐만 아니라, 엔도솜 막과 상호작용을 통해 엔도솜을 탈출하는 것을 알 수 있고, GTP는 수소이온 완충능력만을 이용해 엔도솜을 탈출하는 것을 알 수 있었다.
<실시예 3> 뉴클레오타이드가 포함된 고분자 유전자 약물 전달체의 유전자 발현 효율
뉴클레오타이드를 잘 알려진 고분자/유전자 복합체 내에 봉입시키기 위해, 양전하성 고분자인 폴리에틸렌이민 (bPEI25kDa, 분자량 25kDa) 용액과 pDNA와 뉴클레오타이드를 함유한 음전하 용액을 각각 준비한 후, 두 용액을 섞어 bPEI25kDa/뉴클레오타이드-pDNA 복합체를 만들었다. N/P ratio 5로 준비하는데 이 때, 뉴클레오타이드의 포스페이트(phosphate)는 고려하지 않고, bPEI25kDa의 아민(amine)과 pDNA의 포스페이트(phosphate)로만 계산했다.
준비된 bPEI25kDa/뉴클레오타이드-pDNA 복합체를 뉴클레오타이드가 포함되지 않은 bPEI25kDa/DNA 복합체와 비교하여 봉입된 뉴클레오타이드의 유전자 발현 효율의 향상능력을 평가했다. 6 well plate의 한 well당 5×105개의 세포를 넣은 후 24시간 동안 배양하였다. 트랜스펙션 (transfection) 1시간 전에 혈청이 없는 트랜스펙션용 배지로 갈아 준 후, 준비된 bPEI25kDa/뉴클레오타이드-pDNA 복합체 또는 bPEI25kDa/pDNA 복합체 용액을 세포에 트랜스펙션하였다. 4시간 동안 배양 후, 혈청이 있는 세포배지로 갈아 준 후 44시간 동안 더 배양 후 유전자 발현효율을 평가하였다.
예로, 도 3 에서 보는 것처럼, bPEI25kDa/ATP-pDNA 복합체의 입자크기는 pDNA의 1 마이크로그램당 ATP의 0.5, 4, 8nmol까지 200nm 정도의 크기를 보였고, 도 4 에서 보는 것처럼, 표면전하는 2nmol까지는 양전하를 4nmol 이상에서는 음전하를 띠었다. 또한 PLL/ATP-pDNA 복합체의 입자크기는 pDNA의 1 마이크로그램당 ATP의 약 9nmol까지 200nm 정도의 크기를 보였고 표면전하는 약 18nmol까지는 양전하를 띠었다.
도 5에서 봉입된 ATP 및 GTP의 농도가 0일 때, 대조 복합체인 bPEI25kDa/pDNA 복합체를 형성하고, 이 복합체의 HepG2 세포에서의 유전자 발현효율을 상대적으로 비교하기 위해 각각 1로 정했다. bPEI25kDa/ATP-pDNA 복합체는 ATP농도가 4nmol/μg pDNA 일 때 유전자 발현효율이 약 80배, bPEI25kDa/GTP-pDNA 복합체는 GTP농도가 2nmol/μg pDNA 일 때 유전자 발현효율이 약 35배 증가하였다.
<실시예 4> Bafilymycin A1 또는 Chloroquine이 존재시 뉴클레오타이드가 포함된 고분자 유전자 약물 전달체의 유전자 발현 효율
일반적으로 고분자 유전자 약물전달체가 endocytosis를 통해 세포로 들어가는 경우, 엔도솜으로부터의 탈출이 유전자 발현효율을 결정하는 여러 중요한 요인들 중 하나이다. 고분자 유전자 약물전달체가 endocytosis를 이용해 세포로 유입되는지 평가하기 위해 bPEI25kDa/ATP-pDNA 복합체 트랜스펙션시 엔도솜을 파괴하는 시약(chloroquine; 25μM) 또는 엔도솜 파괴를 억제하는 시약(Bafilomycin A1; 20nM)을 배지에 같이 넣어준 뒤에 유전자 발현 효율을 평가하였다.
고분자 유전자 약물전달체가 endocytosis를 경유하여 세포로 유입되면, chloroquine과 Bafilomycin A1을 둘 다 넣지 않은 대조군(control) 실험의 고분자 유전자 전달체와 비교하여, chloroquine을 넣으면 고분자 약물전달체가 빨리 엔도솜으로부터 탈출되므로 유전자 발현효율이 높아지고, Bafilomycin A1을 넣으면 고분자 약물전달체가 엔도솜으로 탈출이 어렵기 때문에, 유전자 발현효율이 낮아지거나 영향이 없다. 이와 동일한 결과가 도 6에서 보이는 것처럼 bPEI25kDa/ATP-pDNA 복합체를 이용한 유전자 발현효율에서 보였다. 즉, 뉴클레오타이드를 포함하는 고분자 유전자 복합체가 endocytosis를 통해 세포 안에 들어가고, 뉴클레오타이드가 수소이온 완충에 의해 엔도솜 막을 파괴할 수 있음을 보여준다.
본 발명에 따른 뉴클레오타이드 및 비바이러스성 약물전달체를 포함하는 비바이러스성 약물전달체 조성물은 뉴클레오타이드가 엔도좀 막 불안정화 또는 파괴하는 역할을 제공함으로써, 저분자량의 화학적 약물 및 조영제 뿐만 아니라 고분자량의 펩타이드, 단백질 및 유전물질과 같은 다양한 특성을 갖는 약물의 효능을 증진시킬 수 있는 비바이러스성 약물전달체로 이용할 수 있다.

Claims (4)

  1. 뉴클레오타이드 및 비바이러스성 약물전달체를 포함하는 비바이러스성 약물전달체 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 뉴클레오타이드는 아데노신일인산(Adenosine monophosphate, AMP), 아데노신이인산(Adenosine diphosphate, ADP), 아데노신삼인산(Adenosine triphosphate, ATP), 구아노신일인산(Guanosine monophosphate, GMP), 구아노신이인산(Guanosine diphosphate, GDP), 구아노신삼인산(Guanosine triphosphate, GTP), 사이티딘일인산(Cytidine monophosphate, CMP), 사이티딘이인산(Cytidine diphosphate, CDP), 사이티딘삼인산(Cytidine triphosphate, CTP), 티미딘일인산(Thymidine monophosphate; TMP), 티미딘이인산(Thymidine diphosphate; TDP) 또는 티미딘삼인산(Thymidine triphosphate; TTP)인 것을 특징으로 하는 비바이러스성 약물전달체 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 수소이온 완충화(proton buffering) 활성 또는 용혈(hemolysis) 활성을 가지고 있어서, 엔도좀 분해(endosomolysis)를 통한 전달 약물의 엔도솜 탈출(Endosomal escape)을 유도하는 것을 특징으로 하는 비바이러스성 약물전달체 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 비바이러스성 약물전달체는 친수성 및 소수성 화학 약물, 단백질 약물, 펩타이드 약물, 유전자 약물, 진단용 약물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 약물을 포함하고, 폴리에틸렌이민(bPEI), 폴리리신(PLL), 폴리(아르기닌)(poly(arginine)), 폴리히스티딘(polyhistidine), 폴리(아미도 아민)(poly(amido amine)), 폴리(베타 아미노 에스테르)(poly(beta amino ester)), 키토산(chitosan), 프로타민(protamine), 히스톤(histone), 폴리(3차 아민 메타크릴레이트(poly(tertiary amine methacrylate)), 폴리(2-디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트(poly(2-(dimethylamino)ethyl methacrylate)), 폴리(N-[N-(2-아미노에틸)-2-아미노에틸]아스팔트아미드(poly(N-[N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl]aspartamide), 지질, 인지질, 고분자유래 나노구조체, 금속유래 나노구조체, 탄소유래 나노구조체, 칼슘포스페이트 나노구조체, 다공성 실리카 나노구조체 및 이들의 복합체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 전달체를 포함하는 것을 특징으로 하는 비바이러스성 약물전달체 조성물.
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