WO2017217818A1 - 용해 특성이 우수한 히알루론산 마이크로구조체 - Google Patents

용해 특성이 우수한 히알루론산 마이크로구조체 Download PDF

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hyaluronic acid
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김재수
권순창
박상진
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주식회사 엔도더마
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Definitions

  • the present invention relates to hyaluronic acid microstructures with excellent dissolution properties. More specifically, the present invention relates to a biodegradable microstructure comprising crosslinked hyaluronic acid and having excellent dissolution properties upon penetration into the skin.
  • Drug Delivery System is a method of controlling the absorption and release of pharmacologically active substances using various physicochemical techniques to reduce side effects of drugs and maximize the efficacy of cells, tissues, organs and organs. Means a series of techniques to deliver to the target site.
  • the drug delivery system includes inhalation, which delivers the drug to the lungs, and a transdermal drug delivery system that can locally apply the drug.
  • the drug delivery system may be used depending on the chemical properties of the pharmacologically active substance and the purpose of use in vivo. Research has continued to improve the compliance of patients while efficiently and safely administering drugs.
  • injection therapy has the advantage of being able to reach the systemic circulating blood flow at a rapid rate, but the method of administration is cumbersome, the pain may be accompanied by the patient and the half-life is short, requiring frequent injections.
  • the transdermal drug delivery system is more convenient for the user than the injection method, and since the drug is not metabolized in the liver or gastrointestinal tract, the drug is immediately exerted, the drug can be continuously delivered with a short half-life, and it is easy to stop the administration even when side effects occur.
  • precise control of the release rate of the drug is difficult and high molecular weight drugs are difficult to penetrate the skin, and thus can be applied only to low molecular weight drugs.
  • Microstructures can dramatically increase the level of drugs that can be delivered through the skin, as well as low-molecular-weight and high-molecular-weight drugs, which have recently been in the spotlight as applications related to transdermal drug delivery systems, blood sampling, biosensors, and skin care. It is being developed for various purposes in various fields.
  • microneedle manufacturing methods include MICRONEEDLE DEVICES AND METHODS OF MANUFACTURE AND USE THEREOF, and U.S. Patent No. 10-0793615, "Biodegradable solid microneedle and its manufacturing method.”
  • Biodegradable viscous material is injected into a micro mold made using a polymer, dried, and then separated from the mold to form a microneedle (molding technique), or coated with a column and coated with a biodegradable viscous material to form a biodegradable solid microneedle.
  • a method of producing a microneedle is disclosed by drawing a biodegradable viscous material coated with a patterned frame, drying the drawing, and then cutting the drawn biodegradable viscous material.
  • Biodegradable Polymer Microstructures Prepared by Due to the relatively low mechanical strength, there is a problem of bending or crushing when penetrating the skin. In particular, when a polymer derivative having high elasticity is used as a raw material, the shape of the desired structure is homogeneous when the microstructure is manufactured using a molding technique or a drawing technique. There is a limitation that it is difficult to meet the mechanical strength of the microstructures necessary for skin penetration, and they are not only used as a medium for delivering drugs but only to puncture the skin. It requires a separate drug delivery system.
  • the present inventors made diligent research efforts to solve the problems of the aforementioned conventional drug delivery system and microstructure technology. As a result, the present inventors, when using a hydrogel formed of crosslinked hyaluronic acid, a derivative of hyaluronic acid, which is a constituent of the skin, as a main component of the microstructure, not only has excellent dissolution properties in the skin, but also a content ratio of crosslinked hyaluronic acid.
  • the present invention was completed by confirming that the dissolution rate in the skin can be easily controlled, and the release rate of the mounted useful component can be easily controlled while stably delivering the useful component mounted on the microstructure into the skin.
  • an object of the present invention is to provide a microstructure including cross linked hyaluronic acid and having excellent dissolution properties when penetrating skin.
  • the invention comprises a mixture of i) cross-linked hyaluronic acid or ii) cross-linked hyaluronic acid and non-cross-linked hyaluronic acid as a main component.
  • a microstructure for skin penetration i) cross-linked hyaluronic acid or ii) cross-linked hyaluronic acid and non-cross-linked hyaluronic acid as a main component.
  • the content of the cross-linked hyaluronic acid based on the total weight of the hyaluronic acid is 5-100% (w / w)
  • the non-crosslinked hyaluronic acid is a microstructure, characterized in that 0-95% (w / w) to provide.
  • hyaluronic acid is a biodegradable polymer having a linking structure in which a disaccharide unit of N-acetyl glucosamine and glucuronic acid is repeated, and not only hyaluronic acid but also hyaluronic acid salts (for example, sodium hyaluronate and hyaluronic acid). Potassium, magnesium hyaluronate and calcium hyaluronate) and mixtures thereof.
  • hydrogel refers to the three-dimensional structure of a hydrophilic polymer having a sufficient amount of water.
  • hydrogels are hydrogels formed due to the nature of crosslinked hyaluronic acid.
  • the present invention can provide various types of microstructures, for example, microneedles, microblades, microknifes, microfibers, microspikes, microprobes, microbarbs, microarrays or microelectrodes. have.
  • the microstructures of the invention are microneedles.
  • the length of the microstructures (microneedles) of the invention is 80 ⁇ m to 1500 ⁇ m.
  • the term “permeation” means that the protrusion of the microstructure penetrates the epidermal layer of the skin when the microstructure is applied to the skin, and preferably reaches the dermis layer.
  • the microstructures of the invention exhibit different dissolution properties in the agarose gel depending on the content ratio of the crosslinked hyaluronic acid.
  • the cross-linked hyaluronic acid is 0%, 10%, 20%, 40%, 80%, 100% (w / w) of the total hyaluronic acid (uncrosslinked hyaluronic acid and cross-linked hyaluronic acid) contained in the microstructure. It was added to the purified water to be included in the mixing ratio, and completely dissolved to prepare a hyaluronic acid hydrogel polymer, and then mixed with 0.1% methylene blue, fed to the PDMS mold, and dried to prepare a microstructure of the present invention.
  • the microstructure When the microstructure was attached to the agarose gel at a concentration of 3% (w / v) in a vertical direction, the microstructure was dissolved in 5-10 seconds when the cross-linked hyaluronic acid was 0%, and 10% For 10-15 seconds, 35-45 seconds for 20%, 50-60 seconds for 40%, 70-80 seconds for 80%, 100-120 seconds for 100% It was confirmed that the dissolution rate in the agarose gel is gradually lower as the mixing ratio of the lonic acid is higher, and the dissolution rate in the agarose gel is gradually higher as the mixing ratio is lower.
  • the microstructures of the invention have specific dissolution properties in the skin upon penetration into the skin.
  • the microstructure of the present invention when the microstructure of the present invention is transmitted through the skin with a force of 3 kg, 60% or less of the microstructure length is dissolved after 10 minutes of skin penetration, and 30 minutes after the skin penetration. Up to 75% is dissolved and less than 85% of the microstructure length is dissolved after 60 minutes of skin penetration.
  • the crosslinked hyaluronic acid is 15-30% based on the total weight of hyaluronic acid, 50-60% of the microstructure length is dissolved 10 minutes after skin permeation, and 65- of the microstructure length is 30 minutes after skin permeation. 75% is dissolved and 70-85% of the microstructure length is dissolved 60 minutes after skin penetration.
  • the cross-linked hyaluronic acid is 30-35% based on the total weight of hyaluronic acid, 45-55% of the microstructure length is dissolved after 10 minutes of skin penetration, and 58-55 of the microstructure length is 30 minutes after skin penetration. 68% is dissolved and 65-75% of the microstructure length is dissolved 60 minutes after skin penetration.
  • the crosslinked hyaluronic acid is 35-50% based on the total weight of hyaluronic acid, 40-55% of the microstructure length is dissolved after 10 minutes of skin penetration, and 51- of the microstructure length is 30 minutes after skin penetration. 61% is dissolved and 55-65% of the microstructure length is dissolved 60 minutes after skin penetration.
  • the crosslinked hyaluronic acid is 50-70% based on the total weight of hyaluronic acid, 35-45% of the microstructure length is dissolved after 10 minutes of skin penetration, and 44- of the microstructure length is 30 minutes after skin penetration. 54% dissolve and 48-58% of the microstructure length dissolve 60 minutes after skin penetration.
  • the crosslinked hyaluronic acid is 70-90% based on the total weight of hyaluronic acid, 30-45% of the microstructure length is dissolved after 10 minutes of skin penetration, and 41- of the microstructure length is 30 minutes after skin penetration. 51% is dissolved and 45-56% of the microstructure length is dissolved 60 minutes after skin penetration.
  • the dissolution rate according to the skin permeation time according to the concentration (content) of the cross-linked hyaluronic acid described above is only exemplified to explain that the dissolution rate of the microstructure can be controlled by adjusting the concentration of the cross-linked hyaluronic acid, and the scope of the present invention. Is not necessarily limited to the above range.
  • the pig skin tissue used in the above embodiment is recognized as the material having the highest similarity in functions such as human skin tissue, structure and metabolic properties in academia and industry related to this microstructure, and is often used as a substitute for human skin tissue.
  • it shows similarity as that of diffusion in human skin (Kong R et al. , "Characterization of porcine skin as a model for human skin studies using infrared spectroscopic imaging.”, Analyst 2011 Jun 7; 136 (11): 2359-66.)
  • the results were obtained from skin tissues of pigs, but the results are similar to those of human body tissues.
  • the concentration of hyaluronic acid contained as a main component in the microstructure of the present invention is 1- compared with water or an aqueous solvent constituting the cross-linked hyaluronic acid of i) or the hyaluronic acid mixture of ii) according to one embodiment of the present invention.
  • 10% (w / v) the content of the cross-linked hyaluronic acid is 5-100% (w / w) based on the total weight of the hyaluronic acid, 0-95% (w / w) of the non-crosslinked hyaluronic acid to be.
  • the water is not particularly limited, but is preferably purified water or sterile water for use as a drug carrier for permeating the skin directly to apply cosmetics or deliver drugs.
  • the aqueous solvent is a generic term for a hydrophilic solvent that can be used in admixture with water, and is not particularly limited, and is considered a physiological saline solution that may be administered in vivo such as phosphate buffer, acetate buffer, tris buffer, etc. It is preferable.
  • the molecular weight of hyaluronic acid included as a main component in the microstructure of the present invention may be 100 to 5000 kDa, specifically 200 to 400 kDa, but is not limited thereto.
  • the crosslinked hyaluronic acid of the present invention has a crosslinking degree of 1-50%. Specifically, 1-40%, 2-40%, 5-40%, 7-40%, 10-40%, 15-40%, 18-40%, 20-40%, 22-40%, 25 -40%, 28-40%, 30-40%, 1-35%, 2-35%, 5-35%, 7-35%, 10-35%, 15-35%, 18-35%, 20 -35%, 22-35%, 25-35%, 28-35%, 1-30%, 2-30%, 5-30%, 7-30%, 10-30%, 15-30%, 18 -30%, 20-30%, 22-30%, 25-30%, 28-30%, 1-25%, 2-25%, 5-25%, 7-25%, 10-25%, 15 -25%, 18-25%, 20-25%, 22-25%, 1-20%, 2-20%, 5-20%, 7-20%, 10-20%, 15-20%, 18 -20%, 1-15%, 2-15%, 5-15%,
  • microstructures of the present invention may further comprise a biocompatible polymer or adhesive.
  • the biocompatible polymer includes all biocompatible polymers commonly used in the field of microstructures. Specifically, Carboxymethyl cellulose (CMC), alginic acid, pectin, carrageenan, chondroitin (sulfate), dextran (sulfate), chitosan, polylysine, collagen, gelatin, carboxymethyl Carboxymethyl chitin, fibrin, agarose, pullulan polylactide, polyglycolide (PGA), polylactide-glycolide copolymer (PLGA), pullulan polyanhydride, polyorthoester (polyorthoester), polyetherester, polycaprolactone, polyesteramide, poly (butyric acid), poly (valeric acid), polyurethane, polyacrylate, ethylene-vinylacetate Polymers, acrylic substituted cellulose acetates, non-degradable polyurethanes, polystyrenes, polyvinyl chlorides, polyvinyl fluorolides, poly (vin
  • the pressure-sensitive adhesive includes all pressure-sensitive adhesives commonly used in the field of microstructures. Specifically, it is at least one adhesive selected from the group consisting of silicone, polyurethane, physical adhesive (gecko), polyacryl, ethyl cellulose, hydroxy methyl cellulose, ethylene vinyl acetate and poly isobutylene.
  • the microstructures of the present invention are prepared by dissolving the various biocompatible polymers or tackifiers including hyaluronic acid in water or an aqueous solvent, feeding, injecting and drying the polydimethylsilozane (PDMS) mold.
  • the biocompatible polymer or pressure-sensitive adhesive supplied to the PDMS includes, but is not limited to, a concentration of 1-10% (w / v) in water or an aqueous solvent.
  • microstructures based on the crosslinked hyaluronic acid of the present invention can be prepared using any micromolding preparation technique in the art.
  • the microstructure of the present invention may include a pharmacologically active substance or a substance for skin improvement.
  • a pharmacologically active substance for example, anti-inflammatory drugs, analgesics, anti-arthritis agents, antispasmodics, antidepressants, antipsychotics, neurostabilizers, anti-anxiety drugs, antagonists, antiparkin's disease drugs, cholinergic agonists, anticancer agents, antiangiogenic agents, immunosuppressants , Antiviral, antibiotic, appetite suppressant, analgesic, anticholinergic, antihistamine, antimigraine, hormone, coronary, cerebrovascular or peripheral vasodilator, contraceptive, antithrombotic, diuretic, antihypertensive, cardiovascular disease, cosmetic Ingredients (eg, anti-wrinkle agents, anti-aging agents and skin lightening agents) and the like.
  • the microstructure of the present invention can be loaded with the pharmacologically active substance as described above, and can effectively release and diffuse the pharmacologically active substance mounted upon penetration into the skin, and the crosslinked hyaluronic acid and non-crosslinked hyaluronic acid constituting the same.
  • the rate of release and diffusion of the pharmacologically active substance described above can be controlled.
  • an embodiment of the present invention will be described, by mixing the calcein (calcein) as a fluorescent material to be contained in the cross-linked hyaluronic acid hydrogel polymer 5% (w / v) during the preparation of the microstructure, prepared micro The structure was penetrated vertically through pig skin for 1 minute, 30 minutes, and 120 minutes respectively. As a result, the microstructure dissolves rapidly after 1-30 minutes of skin penetration. The fluorescence signal of calcein was strongly observed 120 minutes after skin penetration.
  • the microstructure of the present invention can be prepared by chemically binding a pharmacologically active substance to hyaluronic acid, which is a main component, and exhibits excellent dissolution properties during skin penetration and can effectively deliver the pharmacologically active substance.
  • a microstructure of the present invention was prepared with Fluorescein-Fluorescein-Hyaluronic acid to which the fluorescent material (Fluorescein) was bound, and the result of permeation of the prepared microstructure into the skin, Dissolution started at the end, and non-crosslinked hyaluronic acid began to dissolve immediately after skin permeation and dissolution proceeded very rapidly until about 30 minutes after skin permeation. Furthermore, according to the slow dissolution rate of the crosslinked hyaluronic acid, it was confirmed that the fluorescent signal is maintained for 120 minutes or more even after 120 minutes of skin penetration while maintaining the shape of the microstructure.
  • the microstructure of the present invention has a degree of elasticity suitable for skin penetration. More specifically, the microstructure of the present invention is characterized by having an elastic modulus (Young's modulus) of 0.4 to 0.7 N / 100 ⁇ m.
  • the Young's modulus is an elastic modulus representing the relationship between the deformation and the pressure occurring in the object.
  • the Young's modulus is an intrinsic property of an object. The Young's modulus is used to predict the degree of deformation of an object when the pressure given to the object is known and vice versa.
  • the elastic modulus corresponds to a range having mechanical strength sufficient to penetrate the pig skin.
  • the microstructure of the present invention has a high mechanical strength through the penetration of 80% or more of the height of the microstructure in the skin, according to the embodiment the mechanical strength is 80-100 (transmittance,%).
  • the microstructure of the present invention is very excellent in dissolution characteristics during skin permeation, it is easy to control the dissolution rate by adjusting the content (mixing) ratio of the cross-linked hyaluronic acid.
  • the pharmacologically active substance can be easily loaded by mixing pharmacologically active substances in the preparation of the microstructure or by using hyaluronic acid chemically bonded to the pharmacologically active substance. Effective release and diffusion of the substance can be effectively delivered to the useful components into the skin, by controlling the content of cross-linked hyaluronic acid can easily control the rate of dissolution of the hyaluronic acid and release of the useful component. Therefore, the microstructure of the present invention can be usefully used as a transdermal carrier of a pharmacologically active substance or a substance for skin improvement.
  • the present invention provides a microstructure comprising i) crosslinked hyaluronic acid, or ii) a mixture of crosslinked hyaluronic acid and non-crosslinked hyaluronic acid, which dissolves in the skin upon skin penetration.
  • 1 is a view showing the dissolution time of the microstructure of the present invention according to the mixing ratio of crosslinked hyaluronic acid.
  • FIG. 2A is a diagram illustrating the length of the microstructures remaining after the permeation time (before permeation, 10 seconds, 30 minutes, 120 minutes) of the microstructures of the present invention according to the scanning electron microscope (SEM).
  • 2B is a graph showing the dissolution rate based on the volume change of the microstructure remaining after skin penetration.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating the volume of the microstructure remaining according to the transmission time (permeation, 10 minutes, 20 minutes, 30 minutes) after the microstructure of the present invention is penetrated into the pig skin by scanning electron microscopy (SEM)
  • SEM scanning electron microscopy
  • Figures 4a to 4f shows the microstructures remaining after the permeation time (permeation, 10 seconds, 10 minutes, 30 minutes, 60 minutes) after permeation of the microstructures per mixed ratio including the cross-linked hyaluronic acid to the pig skin The length of is observed with a scanning electron microscope.
  • Figures 5a to 5f is when a specific range of force is applied to the microstructure for each mixing ratio containing cross-linked hyaluronic acid in 0%, 20%, 33%, 40%, 60%, 80% using the force displacement equipment This is a graph confirming the deformation of the structure.
  • FIG. 6 is a graph showing the elastic modulus (Young's modulus, N / 100 ⁇ m) of the structure when the microstructure for each mixing ratio including crosslinked hyaluronic acid is applied to a specific range of force by using a force displacement device. .
  • 7a to 7c is a view showing the diffusion pattern according to the transmission time (1 minute, 30 minutes, 120 minutes) after transmitting the microstructure of the present invention equipped with a fluorescent material (calcein) to the pig skin.
  • FIGS. 8a to 8c are diagrams showing the diffusion patterns according to the transmission time (1 minute, 30 minutes, 120 minutes) after the microstructure of the present invention made of hyaluronic acid incorporating a fluorescein penetrates the porcine skin. .
  • % used to refer to the concentration of a particular substance is (weight / weight)% solids / solid, (weight / volume)%, and liquid / Liquid is (volume / volume)%.
  • a positive or negative master mold is prepared on a silicon wafer using photolithography and etching techniques, and then curable silicon (PDMS, polydimethylsilozane) is used from the master mold. A final negative mold was made.
  • PDMS polydimethylsilozane
  • hyaluronic acid (Bloomage Freda Biotech, China) with an average molecular weight of 360 kDa (molecular weight range 240-490 kDa), a biocompatible polymer, after dissolving completely in alkaline water (0.25 N NaOH)
  • Cross-linked hyaluronic acid was prepared by adding diglycidyl ether (BDDE, 1,4-Butanediol diglycidyl ether).
  • a crosslinked / non-crosslinked hyaluronic acid hydrogel polymer was prepared by adding to the purified water so as to be included in a mixing ratio of 0%, 10%, 20%, 40%, 80%, and 100% (w / w) and completely dissolving it.
  • the cross-linked hyaluronic acid when dissolving 0.5 g of cross-linked hyaluronic acid and 4.5 g of uncrosslinked hyaluronic acid in 100 ml of purified water, the cross-linked hyaluronic acid is contained in a mixing ratio of 10% (w / w) to the weight of the total hyaluronic acid.
  • Hydrogel polymers can be prepared. The hyaluronic acid hydrogel polymer thus prepared was supplied to a PDMS micro mold, and after injection and drying, the mold was removed to prepare a microstructure of the present invention.
  • Example 1-2 Crosslinked Of microstructures containing hyaluronic acid Agarose Dissolution Rate Experiments During Gel Permeation
  • crosslinking prepared by weight ratio of 0-100% (w / w) of crosslinked hyaluronic acid to the total weight of hyaluronic acid prepared in Example 1-1
  • 0.1% methylene blue was mixed with the non-crosslinked hyaluronic acid hydrogel, fed to the PDMS micro mold, dried, and the mold was removed to prepare a blue hyaluronic acid microstructure.
  • agarose powder was added to 25 ml of distilled water, dissolved by heating, and then cooled to form an agarose gel having a concentration of 3% (w / v), and then a suitable size (about 0.8 cm x 1 cm). Prepared by cutting.
  • the microstructure including the methylene blue prepared above was cut to a width of 0.1 to 0.15 cm, and the microstructure was attached to the agarose gel in a vertical direction to allow the microstructure to permeate the agarose gel. Dissolution in the agarose gel by the ratio of bound hyaluronic acid was observed for 2 minutes using a microscope (Sunny SZMN, 40 times or more).
  • the microstructures of the present invention were prepared in the same manner as in Example 1 except that the crosslinked hyaluronic acid and the non-crosslinked hyaluronic acid were included in the same weight ratio. It was.
  • the prepared microstructures were permeated (inserted) in the pig skin for a certain time with a constant force, and then the dissolution rates were compared by checking the degree of deformation of the structure before and after permeation.
  • Example 2-1 Dissolution rate based on length of microstructure
  • microstructures prepared above were cut to 0.7 cm x 0.7 cm, and then applied to the pig skin by applying a force of 5 kg in a vertical direction for 10 seconds to 120 minutes. Observation of the microstructure permeation area with an optical microscope, and the degree of deformation of the microstructure before and after skin permeation using a scanning electron microscope (SEM, JEOL JSM-7500F) before and after transmission in terms of length and volume, respectively 10 Seconds, the dissolution rate at the time of permeation was measured by confirming after 10 minutes of permeation, 20 minutes after permeation, 30 minutes after permeation, 60 minutes after permeation, and 120 minutes after permeation.
  • SEM scanning electron microscope
  • Dissolution rate test results according to the change in the length of the structure remaining after porcine skin permeation of the microstructure of the present invention are shown in Table 1, Figure 2a, and Figure 3a.
  • the microstructure including the crosslinked hyaluronic acid of the present invention has a very early initial dissolution rate of the non-crosslinked hyaluronic acid when applied to human skin, providing a quick effect up to 30 minutes of permeation, and crosslinking after 30 minutes of permeation. It can be seen that the hyaluronic acid is slowly dissolved to provide a constant effect on the skin, so that it can be usefully applied to the skin.
  • Example 3 Crosslinked Containing hyaluronic acid Mixed ratio Comparison of Dissolution Rates in Porcine Skin Penetration of Microstructures
  • the cross-linked hyaluronic acid compared to the weight of the total hyaluronic acid (non-crosslinked hyaluronic acid and cross-linked hyaluronic acid) in the same manner as in Example 1
  • a crosslinked / non-crosslinked hyaluronic acid hydrogel polymer was prepared by adding to the purified water so as to be included in a mixing ratio of 0%, 20%, 33%, 40%, 60%, 80% (w / w) and completely dissolving it.
  • the microstructure prepared using the polymer was cut to 0.7 cm x 0.7 cm, and then applied to the pig skin by applying a force of 3 seconds in a vertical direction for 10 seconds to 60 minutes.
  • Optical microscopy was used to observe the microstructure transmission site and the microstructure before skin penetration, and the degree of deformation was measured in terms of length before scanning, 10 seconds after transmission, 10 minutes after transmission, 30 minutes after transmission, respectively, in terms of length using a scanning electron microscope.
  • the dissolution rate at the time of permeation was measured by confirming after minutes.
  • Dissolution rate test results according to the change in the length of the structure remaining after the pig skin permeation of the microstructure of the present invention are shown in Table 3 and FIG.
  • the microstructure containing the cross-linked hyaluronic acid of the present invention can adjust the dissolution time in the skin by adjusting the mixing ratio of the cross-linked hyaluronic acid when applied to human skin, so it is effective for skin beauty such as skin moisturizing and wrinkle improvement effect. It can be used to control the time to show a useful effect, and to control the effective release rate of the skin of the active ingredient in the case of including the active ingredient such as skin care functional ingredient, drug, etc. in the microstructure. Can be.
  • Example 4 Crosslinked Containing hyaluronic acid Mixed ratio Comparison of mechanical strength of microstructures (force-displacement measurement)
  • cross-linked hyaluronic acid of 0%, 20%, 33%, 40%, 60%, 80% (w / w) of the total hyaluronic acid (uncrosslinked hyaluronic acid and cross-linked hyaluronic acid)
  • Cross-linked / non-crosslinked hyaluronic acid hydrogel polymer was prepared by adding to the purified water to be included in the mixing ratio and completely dissolved.
  • Samples of 2 ⁇ 2 structures (4 structures in total) were prepared using the microstructures made of the polymer. Microstructural specimens by mixing ratio were mounted on the force displacement equipment, and the force was applied in the range of 0 to 10 N. Then, the sections of the structure from 100 ⁇ m to 200 ⁇ m were deformed from the tip of the structure and compared. In addition, the elastic modulus (Young's modulus, N / 100 ⁇ m) of the structure according to the mixing ratio was measured and compared.
  • the microstructure of the present invention had sufficient strength and elasticity for skin permeation in all the ranges of the crosslinked hyaluronic acid content. Therefore, by controlling the content of the crosslinked hyaluronic acid in the microstructure of the present invention, It can be seen that the dissolution rate of the microstructure and the release rate of the active ingredient contained in the microstructure can be easily controlled without affecting the strength.
  • Example 5 in the microstructure of the present invention Fluorescent material ( calcein ) Diffusion Patterns and Diffusion Rate Experiments in Skin Permeation after Mounting
  • diffusion patterns and diffusion rates such as the depth of penetration at the time of permeation of porcine skin were confirmed after loading fluorescent materials onto the microstructures of the present invention.
  • the crosslinked hyaluronic acid contains 5% (w / v) of calcein (calcein, sigma aldrich), a fluorescent substance, in the crosslinked hyaluronic acid polymer containing 35% (w / w) of the total weight of hyaluronic acid.
  • the mold was fed, injected, and dried to prepare a 265 ⁇ m-high microstructure (microneedle) loaded with calcein.
  • the microstructured sample was cut to 0.7 cm x 0.7 cm and used and permeated porcine skin with a force of 5 kg vertically for 1 minute, 30 minutes and 120 minutes. Phosphors remaining in the pig skin were observed using a confocal microscope (Nikon, ECLIPSE TE2000-E) to observe the diffusion pattern over time and depth of penetration.
  • the microstructure of the present invention can be usefully used as a drug carrier in a form of releasing the drug into the skin, and releases in extended-release by increasing the mixing ratio of the crosslinked hyaluronic acid of the prepared microstructure. It can be seen that it is easy to control the release rate by increasing the amount of the drug, and increasing the amount of non-crosslinked hyaluronic acid to increase the amount of drug released in a fast-release (fast-release).
  • Example 6 Fluorescent material Combined Hyaluronic acid ( fluorescein hyaluronic Dissolution pattern and dissolution rate test with time during skin penetration of the microstructure of the present invention
  • the dissolution pattern and dissolution rate of porcine skin permeation of the microstructure of the present invention prepared with fluorescent hyaluronic acid was confirmed.
  • hyaluronic acid having an average molecular weight of 360 kDa (molecular weight range 240-490 kDa) was used.
  • Fluorescein-labeled hyaluronic acid (average molecular weight 800 kDa, Sigma Aldrich) was added at a rate of 5% (w / w), and the crosslinking agent was crosslinked hyaluronic acid using BDDE as a crosslinking agent. (fluorescein-tagged hyaluronic acid) was prepared.
  • crosslinked hyaluronic acid is compared to the weight of the total hyaluronic acid (non-crosslinked hyaluronic acid and crosslinked hyaluronic acid).
  • a cross-linked hyaluronic acid hydrogel polymer was prepared by adding to purified water and completely dissolving to include a mixing ratio of 30% (w / w). The polymer was supplied to the PDMS micro mold, injected and dried, and then the mold was removed to prepare a microstructure (microneedle) having a height of 265 ⁇ m.
  • the microstructured sample was cut to 0.7 cm x 0.7 cm and used and permeated porcine skin with a force of 5 kg vertically for 1 minute, 30 minutes and 120 minutes. Phosphors remaining in the pig skin were observed using a confocal microscope (Nikon, ECLIPSE TE2000-E) to confirm dissolution patterns and dissolution rates such as penetration depth.
  • the microstructures of the present invention have excellent dissolution properties during skin permeation and can be dissolved slowly for a long time by increasing or decreasing the mixing ratio of the crosslinked hyaluronic acid, or rapidly dissolving for a short time. It can be seen that the adjustment is easy.

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Abstract

본 발명은 용해 특성이 우수한 히알루론산 마이크로구조체에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 가교 히알루론산을 포함하며 피부에 투과 시 용해 특성이 우수한 생분해성 마이크로구조체에 관한 것이다. 본 발명의 마이크로구조체를 피부 내 투과시킬 경우, 피부 내 용해 특성이 우수할 뿐만 아니라, 가교된 히알루론산의 함량 비율에 따라 피부 내 용해 속도를 용이하게 조절할 수 있으며, 마이크로구조체에 탑재된 유용성분을 피부 내로 안정적으로 전달하면서도 탑재된 유용성분의 방출 속도를 용이하게 조절할 수 있으므로 약리학적 활성물질 또는 피부개선용 물질의 경피형 전달체로서 유용하게 사용할 수 있다.

Description

용해 특성이 우수한 히알루론산 마이크로구조체
본 특허출원은 2016년 6월 16일에 대한민국 특허청에 제출된 대한민국 특허출원 제10-2016-0074985호에 대하여 우선권을 주장하며, 상기 특허출원의 개시 사항은 본 명세서에 참조로서 삽입된다.
본 발명은 용해 특성이 우수한 히알루론산 마이크로구조체에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 가교 히알루론산을 포함하며 피부에 투과 시 용해 특성이 우수한 생분해성 마이크로구조체에 관한 것이다.
약물 전달 시스템(Drug Delivery System, DDS)은 약리적 활성물질을 다양한 물리화학적인 기술을 이용하여 약물의 흡수 및 방출을 제어함으로써 약물의 부작용을 줄이고 효능을 극대화 시킬 수 있도록 세포, 조직, 장기 및 기관 등의 표적 부위로 전달하는 일련의 기술을 의미한다. 약물 전달 시스템은 일반적인 경구 섭취 이외에 폐로 약물을 전달하는 흡입 투여, 약물을 국소적으로 적용할 수 있는 경피투과형 약물 전달 시스템 등이 있으며, 약리활성물질의 화학적인 성질과 생체 내에서의 사용목적 등에 따라 환자의 순응도를 높이면서도 효율적이고 안전하게 약물을 투여하기 위한 연구가 지속적으로 이루어져 왔다. 이 중 주사요법의 경우 정확한 양의 약물을 빠른 속도로 전신 순환 혈류에 도달하게 할 수 있다는 장점이 있지만 투여 방법이 번거로우며 환자에 따라 통증을 동반할 수 있고 반감기가 짧아 빈번하게 주사투여를 하여야 한다는 점에서 단점이 있다. 경피 약물전달시스템은 주사투여 방식에 비하여 사용자의 편의성이 증대되고 간이나 위장에서 약물이 대사되지 않으므로 약효가 즉각 발휘되며, 반감기가 짧은 약물의 지속적 전달이 가능하며 부작용 발생시에도 투여의 중단이 쉬운 장점이 있지만, 약물의 방출속도의 정확한 제어가 어렵고 고분자량 약물의 경우 피부투과가 어려워 저분자량의 약물에만 적용이 가능하다는 단점이 있다. 따라서, 이러한 주사요법 및 경피 약물전달시스템의 단점을 개선하기 위해 주사기의 바늘보다 훨씬 작고 통증이 적은 마이크로구조체(마이크로니들)를 이용하여 피부에 미세한 구멍을 내어 약물을 전달하는 방법에 관한 연구가 활발히 진행되었다. 마이크로구조체는 피부를 통해 전달할 수 있는 약물의 수준을 저분자량, 고분자량 약물뿐만 아니라 입자까지도 획기적으로 증가시킬 수 있어 최근 경피용 약물전달체와 관련된 용도로써 각광받고 있으며, 혈액 채취, 바이오센서 및 피부미용 등 여러 분야에서 다양한 용도로 개발이 되고 있는 실정이다.
종래의 마이크로니들의 제조방법으로는 미국 특허 제6334856호인 MICRONEEDLE DEVICES AND METHODS OF MANUFACTURE AND USE THEREOF"와 대한민국 특허 제10-0793615호인 "생분해성 솔리드 마이크로니들 및 이의 제조방법"이 있다. 상기 특허는 경화성 폴리머를 이용하여 제작된 마이크로 몰드에 생분해성 점성물질을 주입하고 건조한 다음 몰드로부터 분리하여 마이크로 니들을 제조하거나(몰딩 기법), 생분해성 솔리드 마이크로니들을 형성하기 위한 생분해성 점성 물질을 코팅하고 기둥으로 패터닝된 프레임으로 코팅된 생분해성 점성 물질을 드로잉하면서 건조시킨 다음 드로잉된 생분해성 점성 물질을 절단하는 단계를 통해 마이크로 니들을 제조(드로잉 기법)하는 방법을 개시하고 있다. 그러나 이러한 종래의 제조방법에 의해 제조된 생분해성 폴리머 마이크로구조체는 상대적으로 낮은 기계적 강도로 인해 피부 투과 시 휘어지거나 뭉개지는 문제점이 있고, 특히, 높은 탄성을 갖는 고분자 유도체를 원료로 이용하는 경우 몰딩기법 또는 드로잉 기법을 이용하여 마이크로구조체를 제조 시 원하는 구조체의 모양이 균질하게 생성되지 않는 한계가 있으며, 피부투과에 필요한 마이크로구조체의 기계적 강도를 만족시키기 어려운 단점이 있었다. 또한, 이들은 피부에 구멍을 내기만 할 뿐 약물을 전달하기 위한 매개체로는 사용될 수 없어 약물의 적용을 위한 별도의 약물전달시스템을 필요로 한다.
본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명 된다.
본 발명자들은 상술한 종래의 약물전달시스템 및 마이크로구조체 기술들의 문제점을 해결하고자 예의 연구 노력 하였다. 그 결과, 본 발명자들은 피부의 구성성분인 히알루론산의 유도체인 가교된 히알루론산으로 형성된 하이드로젤을 마이크로구조체의 주성분으로 이용하는 경우, 피부 내 용해 특성이 우수할 뿐만 아니라, 가교된 히알루론산의 함량 비율에 따라 피부 내 용해 속도를 용이하게 조절할 수 있으며, 마이크로구조체에 탑재된 유용성분을 피부 내로 안정적으로 전달하면서도 탑재된 유용성분의 방출 속도를 용이하게 조절할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 가교된 히알루론산(cross linked hyaluronic acid)을 포함하며, 피부 투과시 용해 특성이 우수한 마이크로구조체(microstructure)를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 주성분으로 i) 가교된 히알루론산(cross-linked hyaluronic acid) 또는 ii) 가교된 히알루론산과 비가교 히알루론산(non-cross linked hyaluronic acid)의 혼합물을 포함하는 피부투과용 마이크로구조체로서,
상기 히알루론산 전체 중량을 기준으로 상기 가교된 히알루론산의 함량은 5-100%(w/w)이고, 상기 비가교 히알루론산은 0-95%(w/w)인 것을 특징으로 하는 마이크로 구조체를 제공한다.
본 명세서에서, 용어, "히알루론산"은 N-아세틸 글루코사민과 글루쿠론산의 이당 단위가 반복된 연결 구조를 갖는 생분해성 고분자로서, 히알루론산 뿐만 아니라 히알루론산 염(예컨대, 히알루론산 나트륨, 히알루론산 칼륨, 히알루론산 마그네슘 및 히알루론산 칼슘) 및 이들의 혼합물을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
본 명세서의 용어 "하이드로젤"은 충분한 양의 수분을 보유하고 있는 친수성 고분자의 3차원적 구조를 의미한다. 본 발명의 목적상, 하이드로젤은 가교된 히알루론산의 특성으로 인해 형성된 하이드로젤이다.
본 발명은 다양한 형태의 마이크로구조체를 제공할 수 있으며, 예를 들어 마이크로니들, 마이크로블레이드, 마이크로나이프, 마이크로파이버, 마이크로스파이크, 마이크로프로브, 마이크로발브(microbarb), 마이크로어레이 또는 마이크로전극을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 마이크로구조체는 마이크로니들이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 마이크로구조체(마이크로니들)의 길이는 80 ㎛ 내지 1500 ㎛ 이다.
본 명세서의 용어 "투과"는 마이크로구조체를 피부에 적용할 경우 마이크로구조체의 돌출부가 피부의 표피층을 뚫고 들어가는 것을 의미하며, 바람직하게는 진피층까지 도달하는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 마이크로구조체는 가교 히알루론산의 함량 비율에 따라 아가로즈 겔에서 상이한 용해 특성을 나타낸다.
구체적으로 마이크로구조체에 포함되는 전체 히알루론산(비가교 히알루론산 및 가교 히알루론산)의 중량 대비 가교 히알루론산이 0%, 10%, 20%, 40%, 80%, 100%(w/w)의 혼합 비율로 포함되도록 정제수에 첨가하고, 이를 완전히 용해시켜 히알루론산 하이드로젤 고분자를 제조한 다음 0.1%의 메틸렌블루를 혼합하고 PDMS 몰드에 공급, 주입 및 건조시켜 본 발명의 마이크로구조체를 제조하였다. 상기 마이크로구조체를 3%(w/v) 농도의 아가로즈 겔에 수직방향으로 붙여 투과되는 양상을 관찰한 결과, 가교 히알루론산이 0% 일 경우 5-10초에 마이크로구조체가 용해되었고, 10% 의 경우 10-15초, 20%의 경우 35-45초, 40%의 경우 50-60초, 80%의 경우 70-80초, 100%의 경우 100-120초에 완전히 용해가 이루어져, 가교 히알루론산의 혼합 비율이 높아질수록 아가로즈 겔에서 용해 속도가 점차 낮아지고, 혼합 비율이 낮아질수록 아가로즈 겔에서의 용해 속도가 점차 높아지는 것을 확인하였다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 마이크로구조체는 피부 내로 투과시 피부 내에서 특정한 용해 특성을 가진다.
구체적으로 본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 마이크로구조체를 3kg중의 힘으로 피부에 투과시키면 피부투과 10분 후 마이크로구조체 길이의 60% 이하가 용해되고, 피부투과 30분 후 마이크로구조체 길이의 75% 이하가 용해되며, 피부투과 60분 후 마이크로구조체 길이의 85% 이하가 용해된다.
또한, 상기 가교 히알루론산이 히알루론산 전체 중량을 기준으로 15-30%인 경우에는, 피부투과 10분 후 마이크로구조체 길이의 50-60%가 용해되고, 피부투과 30분 후 마이크로구조체 길이의 65-75%가 용해되며, 피부투과 60분 후 마이크로구조체 길이의 70-85%가 용해된다.
또한, 상기 가교 히알루론산이 히알루론산 전체 중량을 기준으로 30-35%인 경우에는, 피부투과 10분 후 마이크로구조체 길이의 45-55%가 용해되고, 피부투과 30분 후 마이크로구조체 길이의 58-68%가 용해되며, 피부투과 60분 후 마이크로구조체 길이의 65-75%가 용해된다.
또한, 상기 가교 히알루론산이 히알루론산 전체 중량을 기준으로 35-50%인 경우에는, 피부투과 10분 후 마이크로구조체 길이의 40-55%가 용해되고, 피부투과 30분 후 마이크로구조체 길이의 51-61%가 용해되며, 피부투과 60분 후 마이크로구조체 길이의 55-65%가 용해된다.
또한, 상기 가교 히알루론산이 히알루론산 전체 중량을 기준으로 50-70%인 경우에는, 피부투과 10분 후 마이크로구조체 길이의 35-45%가 용해되고, 피부투과 30분 후 마이크로구조체 길이의 44-54%가 용해되며, 피부투과 60분 후 마이크로구조체 길이의 48-58%가 용해된다.
또한, 상기 가교 히알루론산이 히알루론산 전체 중량을 기준으로 70-90%인 경우에는, 피부투과 10분 후 마이크로구조체 길이의 30-45%가 용해되고, 피부투과 30분 후 마이크로구조체 길이의 41-51%가 용해되며, 피부투과 60분 후 마이크로구조체 길이의 45-56%가 용해된다.
상기 설시한 가교 히알루론산의 농도(함량) 별 피부투과 시간에 따른 용해율은 가교 히알루론산의 농도를 조절함에 따라 마이크로 구조체의 용해속도를 조절할 수 있음을 설명하기 위하여 예시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 반드시 상기 범위에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 실시예에서 사용된 돼지 피부조직은 본 마이크로구조체와 관련된 학계와 업계에서 인체 피부조직과 구조 및 대사특성과 같은 기능에 있어서 가장 유사성이 높은 재료로 인정되어 인체 피부조직의 대용으로 자주 사용되며, 특히 약물의 경피 투여확산실험에서 인체 피부에서의 확산특성과 같은 정도의 유사성을 나타내므로(Kong R et al., "Characterization of porcine skin as a model for human skin studies using infrared spectroscopic imaging.", Analyst. 2011 Jun 7;136(11):2359-66.) 돼지의 피부조직에서 실시한 결과이지만 인체의 피부조직에서의 용해특성과 유사한 결과가 나타남을 예측할 수 있다.
본 발명의 마이크로구조체에 주성분으로 포함되는 히알루론산의 농도는 상기 본 발명의 일 양태에 따른 상기 i)의 가교된 히알루론산, 또는 상기 ii)의 히알루론산 혼합물을 구성하는 물 또는 수성용매 대비 1-10 %(w/v) 이고, 상기 히알루론산 전체 중량을 기준으로 상기 가교 히알루론산의 함량은 5-100 %(w/w) 이고, 상기 비가교 히알루론산은 0-95%(w/w) 이다.
상기 물은 특별히 제한되는 것은 아니나, 피부에 직접 투과되어 화장료를 적용하거나 약물을 전달하는 약물전달체의 용도로서의 사용을 위하여 정제수 또는 멸균수인 것이 바람직하다.
상기 수성용매는 물과 혼합되어 사용될 수 있는 친수성 용매를 총칭하는 것으로, 특별히 제한되는 것은 아니나 피부에 직접 투과되는 용도를 고려하여 포스페이트 완충액, 아세테이트 완충액, 트리스 완충액 등 생체 내 투여되어도 무방한 생리식염수인 것이 바람직하다.
본 발명의 마이크로구조체에 주성분으로 포함되는 히알루론산의 분자량은 100 - 5000 kDa 일 수 있고, 구체적으로는 200 - 400 kDa 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 가교된 히알루론산은 1-50%의 가교도를 갖는다. 구체적으로는, 1-40%, 2-40%, 5-40%, 7-40%, 10-40%, 15-40%, 18-40%, 20-40%, 22-40%, 25-40%, 28-40%, 30-40%, 1-35%, 2-35%, 5-35%, 7-35%, 10-35%, 15-35%, 18-35%, 20-35%, 22-35%, 25-35%, 28-35%, 1-30%, 2-30%, 5-30%, 7-30%, 10-30%, 15-30%, 18-30%, 20-30%, 22-30%, 25-30%, 28-30%, 1-25%, 2-25%, 5-25%, 7-25%, 10-25%, 15-25%, 18-25%, 20-25%, 22-25%, 1-20%, 2-20%, 5-20%, 7-20%, 10-20%, 15-20%, 18-20%, 1-15%, 2-15%, 5-15%, 7-15%, 10-15%, 1-10%, 2-10%, 5-10%, 7-10%, 1-5%, 2-5%, 1-3% 또는 2-3%의 가교도를 갖는다.
본 발명의 마이크로구조체는 생체적합성 고분자 또는 점착제를 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 생체적합성 고분자는 마이크로구조체 분야에서 통상적으로 이용되는 모든 생체적합성 고분자를 포함한다. 구체적으로는, 카르복시메틸셀룰로오스(Carboxymethyl cellulose: CMC), 알지닉산(alginic acid), 펙틴, 카라기난, 콘드로이틴(설페이트), 덱스트란(설페이트), 키토산, 폴리라이신(polylysine), 콜라겐, 젤라틴, 카르복시메틸 키틴(carboxymethyl chitin), 피브린, 아가로스, 풀루란 폴리락타이드, 폴리글리코라이드(PGA), 폴리락타이드-글리코라이드 공중합체(PLGA), 풀루란 폴리안하이드라이드(polyanhydride), 폴리오르쏘에스테르(polyorthoester), 폴리에테르에스테르(polyetherester), 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리에스테르아마이드(polyesteramide), 폴리(뷰티릭 산), 폴리(발레릭 산), 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트, 에틸렌-비닐아세테이트 중합체, 아크릴 치환 셀룰로오스 아세테이트, 비-분해성 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 풀루오라이드, 폴리(비닐 이미다졸), 클로로설포네이트 폴리올레핀(chlorosulphonate polyolefins),폴리에틸렌 옥사이드, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리메타크릴레이트, 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC), 에틸셀룰로오스(EC), 하이드록시프로필셀룰로오스(HPC), 싸이클로덱스트린 및 이러한 고분자를 형성하는 단량체들의 공중합체 및 셀룰로오스로 구성된 군으로부터 선택된 1 이상의 고분자이다.
또한, 상기 점착제는 마이크로구조체 분야에서 통상적으로 이용되는 모든 점착제를 포함한다. 구체적으로는, 실리콘, 폴리우레탄, 물리적 접착제(게코), 폴리 아크릴, 에틸 셀룰로오스, 하이드록시 메틸 셀룰로오스, 에틸렌 비닐 아세테이트 및 폴리 이소 부틸렌으로 구성된 군으로부터 선택된 1 이상의 점착제이다.
본 발명의 마이크로구조체는 히알루론산을 비롯한 상기 다양한 생체적합성 고분자 또는 점착제를 물 또는 수성용매에 용해시켜 PDMS(polydimethylsilozane) 몰드에 공급, 주입 및 건조시켜 제조된다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 PDMS에 공급되는 생체적합성 고분자 또는 점착제는 물 또는 수성용매에 1-10 %(w/v)의 농도로 포함되나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 가교된 히알루론산을 주성분으로 하는 마이크로구조체는 당업계의 모든 마이크로몰드 제조 기법을 이용하여 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 마이크로구조체는 약리학적 활성물질 또는 피부개선용 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 항염증제, 진통제, 항관절염제, 진경제, 항우울증제, 항정신병약물, 신경안정제, 항불안제, 마약길항제, 항파킨스질환 약물, 콜린성 아고니스트, 항암제, 항혈관신생억제제, 면역억제제, 항바이러스제, 항생제, 식욕억제제, 진통제, 항콜린제, 항히스타민제, 항편두통제, 호르몬제, 관상혈관, 뇌혈관 또는 말초혈관 확장제, 피임약, 항혈전제, 이뇨제, 항고혈압제, 심혈관질환 치료제, 미용성분(예컨대, 주름개선제, 피부노화 억제제 및 피부미백제) 등을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 마이크로구조체는 상기와 같은 약리학적 활성물질을 탑재할 수 있으며, 피부 내로 투과시 탑재한 약리학적 활성물질을 효과적으로 방출 및 확산시킬 수 있고, 이를 구성하는 가교 히알루론산, 비가교 히알루론산의 비율에 따라 상기한 약리학적 활성물질의 방출 및 확산 속도를 제어할 수 있다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예를 들어 설명하면, 마이크로구조체의 제조시 형광물질인 칼세인(calcein)을 가교 히알루론산 하이드로젤 고분자에 5%(w/v)로 함유되도록 혼합하고, 제조한 마이크로구조체를 돼지 피부에 각각 1분, 30분, 120분간 수직으로 투과한 결과, 피부 투과 1분-30분 후 마이크로구조체가 빠른 속도로 용해되면 칼세인의 형광 시그널이 빠른 속도로 방출, 확산 및 유지되었으며, 피부 투과 120분 후에도 칼세인의 형광 시그널이 강하게 관찰되었다.
본 발명의 마이크로구조체는 주성분인 히알루론산에 약리활성물질을 화학적으로 결합하여 제조할 수 있고, 피부 투과시 우수한 용해특성을 나타내며 약리활성물질을 효과적으로 전달할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예를 들어 설명하면, 형광물질(Fluorescein)이 결합된 히알루론산(Fluorescein-Hyaluronic acid)으로 본 발명의 마이크로 구조체를 제조하였고, 제조한 마이크로구조체를 피부에 투과한 결과, 니들의 끝 부분부터 용해가 시작되고, 피부투과 직후부터 비가교 히알루론산이 용해되기 시작하며 피부 투과 후 약 30분까지 매우 빠른 속도로 용해가 진행되었다. 나아가, 가교 히알루론산의 느린 용해속도에 따라, 피부 투과 120분 후에도 형광 시그널이 마이크로구조체의 모양을 유지하면서 120분 이상 유지됨을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 마이크로구조체는 피부 투과에 적합한 탄성정도를 가진다. 보다 구체적으로 본 발명의 마이크로구조체는 0.4~0.7 N/100 μm의 탄성계수(영계수, Young’s modulus)를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 영계수(Young’s modulus)는 물체에서 일어나는 변형과 압력 사이의 관계를 나타내는 탄성 계수로, 1차원의 예로 설명하면 영계수를 E라고 할 때, 변형력(stress) = E × 변형도(strain) 로 표현된다. 상기 영계수는 물체 본래의 성질로서 영계수는 물체에 주어진 압력을 알 때 그 물체의 변형정도를 예측하는 데에 쓰이고 반대로도 쓰인다.
본 발명의 실시예 4 내지 6에서 돼지 피부에 대하여 수행한 피부 투과 실험결과에 따르면, 상기 탄성계수(영계수)의 범위는 돼지 피부를 투과하기에 충분한 기계적 강도를 가지는 범위에 해당한다.
본 발명의 마이크로구조체는 피부 투과시 마이크로구조체 높이의 80% 이상이 투과되어 높은 기계적 강도를 가지며, 상기 실시예에 따르면 상기 기계적 강도는 80-100 (투과율, %) 이다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 마이크로구조체는 피부투과시에 용해특성이 매우 우수하고, 가교된 히알루론산의 함량(혼합) 비율을 조절함으로써 용해속도의 조절이 용이하다. 또한, 마이크로구조체의 제조시 약리활성물질을 혼합하거나, 약리활성물질이 화학적으로 결합된 히알루론산을 이용하는 등의 방식으로 약리활성물질의 탑재가 용이하고, 마이크로구조체를 피부 내 투과시 탑재된 약리활성물질의 방출 및 확산이 효과적으로 이루어져 유용성분을 피부 내로 안정적으로 전달할 수 있으며, 가교 히알루론산의 함량을 조절함으로써 히알루론산의 용해속도와 유용성분의 방출확산 속도를 용이하게 조절할 수 있다. 따라서, 본 발명의 마이크로구조체는 약리학적 활성물질 또는 피부개선용 물질의 경피형 전달체로서 유용하게 사용할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:
(a) 본 발명은 i) 가교된 히알루론산, 또는 ii) 가교된 히알루론산과 비가교 히알루론산의 혼합물을 포함하며, 피부 투과시 피부 내에서 용해되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조체를 제공한다.
(b) 본 발명의 마이크로구조체를 피부 내 투과시킬 경우, 피부 내 용해 특성이 우수하고, 가교된 히알루론산의 함량 비율에 따라 피부 내 용해 속도를 용이하게 조절할 수 있다. 또한 마이크로구조체에 탑재된 유용성분을 피부 내로 안정적으로 전달하면서도 탑재된 유용성분의 방출 속도를 용이하게 조절할 수 있으므로 약리학적 활성물질 또는 피부개선용 물질의 경피형 전달체로서 유용하게 사용할 수 있다.
도 1은 가교 히알루론산의 혼합 비율에 따른 본 발명의 마이크로구조체의 용해시간을 나타낸 도이다.
도 2a는 본 발명의 마이크로구조체를 돼지 피부에 투과시킨 후 투과 시간(투과 전, 10초, 30분, 120분)에 따라 남아 있는 마이크로구조체의 길이를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 도이고, 도 2b는 피부 투과 후 남아 있는 마이크로구조체의 부피 변화를 기준으로 한 용해 속도를 나타낸 그래프이다.
도 3a는 본 발명의 마이크로구조체를 돼지 피부에 투과시킨 후 투과 시간(투과 전, 10분, 20분, 30분)에 따라 남아 있는 마이크로구조체의 부피를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 도이고, 도 3b는 피부 투과 후 남아 있는 마이크로구조체의 부피 변화를 기준으로 한 용해 속도를 나타낸 그래프이다.
도 4a 내지 도 4f는 가교결합된 히알루론산을 포함하는 혼합비율 별 마이크로구조체를 돼지피부에 투과시킨 후 투과 시간(투과 전, 10초, 10분, 30분, 60분)에 따라 남아 있는 마이크로구조체의 길이를 주사전자현미경으로 관찰한 도이다.
도 5a 내지 5f는 가교결합된 히알루론산을 0%, 20%, 33%, 40%, 60%, 80%로 포함하는 혼합비율 별 마이크로구조체를 Force displacement 장비를 이용하여 특정 범위의 힘을 가했을 때 구조체의 변형 양상을 확인한 그래프이다.
도 6은 가교결합된 히알루론산을 포함하는 혼합비율 별 마이크로구조체를 Force displacement 장비를 이용하여 특정 범위의 힘을 가했을 때 구조체의 탄성계수(영계수, Young's modulus, N/100 μm)를 측정 확인한 그래프이다.
도 7a 내지 도 7c는 형광물질(calcein)을 탑재한 본 발명의 마이크로구조체를 돼지 피부에 투과시킨 후 투과 시간(1분, 30분, 120분)에 따른 확산양상을 나타낸 도이다.
도 8a 내지 도 8c는 형광물질(fluorescein)을 결합한 히알루론산으로 제조한 본 발명의 마이크로구조체를 돼지 피부에 투과시킨 후 투과 시간(1분, 30분, 120분)에 따른 확산양상을 나타낸 도이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
실시예
본 명세서 전체에 걸쳐, 특정 물질의 농도를 나타내기 위하여 사용되는 %는 별도의 언급이 없는 경우, 고체/고체는 (중량/중량) %, 고체/액체는 (중량/부피) %, 그리고 액체/액체는 (부피/부피) %이다.
실시예 1: 가교결합된 히알루론산을 포함하는 마이크로구조체의 아가로즈 겔 투과 시 용해 속도 실험
실시예 1-1: 가교결합된 히알루론산을 포함하는 마이크로구조체의 제조
실리콘 웨이퍼에 포토리소그래피(photolithography)와 식각(eching) 제작기법을 이용하여 양 또는 음의 마스터 몰드(positive or negative master mold)를 제조한 다음, 상기 마스터 몰드로부터 경화성 실리콘(PDMS, polydimethylsilozane)을 이용하여 최종 음 몰드(negative mold)를 제조하였다.
생체적합성 고분자인 평균분자량 360 kDa(분자량 범위 240-490 kDa)의 히알루론산(Bloomage Freda Biotech, 중국)을 알칼리수(0.25 N NaOH)에 완전히 녹인 후 가교를 이루기 위해 가교제(cross-linking agent)로 부탄디올 디글리시딜 에테르(BDDE, 1, 4-Butanediol diglycidyl ether)를 첨가하여 가교결합된 히알루론산(cross-linked hyaluronic acid)을 제조하였다. 제조한 가교 히알루론산이 전체 히알루론산(비가교 히알루론산 및 가교 히알루론산)의 중량 대비 0%, 10%, 20%, 40%, 80%, 100%(w/w)의 혼합비율로 포함되도록 정제수에 첨가하고 완전히 용해시켜 가교/비가교 히알루론산 하이드로젤 고분자를 제조하였다. 예를 들어 설명하면, 정제수 100 ml에 가교 히알루론산 0.5 g, 비가교 히알루론산 4.5 g을 용해시키면 가교 히알루론산이 전체 히알루론산의 중량 대비 10%(w/w)의 혼합비율로 포함되는 히알루론산 하이드로젤 고분자를 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 히알루론산 하이드로젤 고분자를 PDMS 마이크로 몰드에 공급하고, 주입 및 건조시킨 후 몰드를 제거하여 본 발명의 마이크로구조체를 제조하였다.
실시예 1-2: 가교결합된 히알루론산을 포함하는 마이크로구조체의 아가로즈 겔 투과 시 용해 속도 실험
마이크로구조체의 아가로즈 겔 투과 시 용해 속도를 알아보기 위하여, 실시예 1-1에서 제조한 전체 히알루론산 중량 대비 가교 히알루론산의 중량을 0-100%(w/w)의 중량 비율로 제조한 가교/비가교 히알루론산 하이드로젤에 동일한 부피의 0.1% 메틸렌블루(methylene blue)를 혼합하고 PDMS 마이크로 몰드에 공급, 주입 및 건조시킨 후 몰드를 제거하여 파란색을 띈 히알루론산 마이크로구조체를 제조하였다.
다음으로, 아가로즈 분말(agarose powder) 0.75 g을 증류수 25 ml에 넣고 가열하여 녹인 후, 식혀서 3 %(w/v) 농도의 아가로즈 겔을 만든 다음, 적당한 크기 (약 0.8 cm x 1 cm)로 잘라 준비하였다.
상기에서 제조한 메틸렌블루를 포함하는 마이크로구조체를 0.1 ~ 0.15 cm의 폭으로 자르고 마이크로구조체를 아가로즈 겔에 수직방향으로 붙여 마이크로구조체가 아가로즈 겔에 투과될 수 있도록 하였고, 마이크로구조체가 함유하는 가교결합된 히알루론산의 비율별로 아가로즈 겔에 용해되는 현상을 현미경(Sunny SZMN, 40배 이상)을 이용하여 2 분 동안 관찰하였다
결과는 도 1에 나타내었다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 가교 히알루론산의 혼합 비율이 높을수록 마이크로구조체가 용해되는 시간이 길어지고, 가교 히알루론산의 혼합 비율이 낮을수록 마이크로구조체가 용해되는 시간이 짧아짐을 알 수 있었다. 따라서 가교된 히알루론산의 혼합비율을 변경함으로써 본 발명의 마이크로구조체의 용해 속도를 조절할 수 있음을 확인하였다.
실시예 2: 가교결합된 히알루론산 50%(w/w)를 포함하는 마이크로구조체의 돼지피부 투과 시 용해 속도 실험
본 발명의 마이크로구조체의 피부 투과시의 용해 특성을 알아보기 위하여, 가교 히알루론산과 비가교 히알루론산이 동일한 중량비로 포함되도록 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 본 발명의 마이크로구조체를 제조하였다. 제조한 마이크로구조체를 돼지 피부에 일정한 힘으로 일정 시간 동안 투과(삽입)시킨 다음, 투과 전후의 구조체 변형 정도를 확인하여 용해 속도를 비교하였다.
실시예 2-1. 마이크로구조체의 길이를 기준으로 한 용해 속도
상기에서 제조한 마이크로구조체를 0.7 cm x 0.7 cm 로 자른 뒤, 돼지 피부에 수직방향으로 5 kg중의 힘으로 10초-120분간 힘을 가해 투과시켰다. 광학현미경(Optical Microscope)로 마이크로구조체 투과 부위를 관찰하고 피부 투과 전후의 마이크로구조체의 변형 정도를 주사전자현미경(SEM, JEOL JSM-7500F)을 이용하여 각각 길이와 부피의 면에서 투과 전, 투과 10초 후, 투과 10분 후, 투과 20분 후, 투과 30분 후, 투과 60분 후, 및 투과 120분 후에 확인함으로써 투과시의 용해 속도를 측정하였다.
본 발명의 마이크로구조체의 돼지 피부 투과 후 남아있는 구조체의 길이 변화에 따른 용해 속도 실험 결과는 하기 표 1과 도 2a, 및 도 3a에 나타내었다.
투과 시간 투과 전 투과 10초 후 투과 10분 후 투과 20분 후 투과 30분 후 투과 60분 후 투과 120분 후
투과된 길이에 따른 용해도 0% 35% 52% 70% 76% 78% 82%
표 1 및 도 2a, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 돼지 피부 투과 10초 후 구조체 총 길이의 35%가 용해되었고, 투과 10분 후에는 52%, 투과 20분 후에는 70%, 투과 30분 후에는 76%, 투과 60분 후에는 78%가, 투과 120분 후에는 82%가 용해됨을 확인하였다.
실시예 2-2. 마이크로구조체의 부피를 기준으로 한 용해 속도
본 발명의 마이크로구조체의 돼지 피부 투과 후 남아있는 구조체의 부피 변화에 따른 용해 속도를 측정하고, 실험 결과를 하기 표 2와 도 2b, 및 도 3b에 나타내었다.
투과 시간 투과 전 투과 10초 후 투과 10분 후 투과 20분 후 투과 30분 후 투과 120분 후
투과된 부피에 따른 용해도 0% 4% 15% 30% 45-48% 56%
표 2와 도 2b, 및 도 3b에 나타낸 바와 같이, 투과 후 10분 후에는 15%, 20분 후에는 30%, 30분 후에는 총 부피의 45-48%가 용해되어 지속적으로 빠른 속도로 용해되다가, 투과 120분 후에는 총 부피의 56%가 용해되어 점차 천천히 용해됨을 확인하였다.
따라서, 본 발명의 가교결합된 히알루론산을 포함하는 마이크로구조체는 사람의 피부에 적용될 경우 비가교 히알루론산의 초기 용해 속도가 매우 빨라 투과 30분까지는 신속한 효과를 제공하며, 투과 30분 이후에는 가교결합된 히알루론산이 천천히 용해되어 지속적으로 피부에 일정한 효과를 제공할 수 있으므로 피부에 적용하는 용도로써 유용하게 사용할 수 있음을 알 수 있다.
실시예 3: 가교결합된 히알루론산을 포함하는 혼합비율 별 마이크로구조체의 돼지피부 투과 시 용해 속도 비교 실험
본 발명의 마이크로구조체의 피부 투과시의 용해 특성을 알아보기 위하여, 실시예 1과 동일한 방법으로 가교 히알루론산이 전체 히알루론산(비가교 히알루론산 및 가교 히알루론산)의 중량 대비 0%, 20%, 33%, 40%, 60%, 80%(w/w)의 혼합비율로 포함되도록 정제수에 첨가하고 완전히 용해시켜 가교/비가교 히알루론산 하이드로젤 고분자를 제조하였다.
상기 고분자를 이용하여 제조한 마이크로구조체를 0.7 cm x 0.7 cm 로 자른 뒤, 돼지 피부에 수직방향으로 3 kg중의 힘으로 10초-60분간 힘을 가해 투과시켰다. 광학현미경으로 마이크로구조체 투과 부위와 피부 투과 전의 마이크로구조체를 관찰하고, 변형 정도를 주사전자현미경을 이용하여 각각 길이 면에서 투과 전, 투과 10초 후, 투과 10분 후, 투과 30분 후, 투과 60분 후에 확인함으로써 투과시의 용해 속도를 측정하였다.
본 발명의 마이크로구조체의 돼지 피부 투과 후 남아있는 구조체의 길이 변화에 따른 용해 속도 실험 결과는 하기 표 3 및 도 4에 나타내었다.
가교된 히알루론산의 혼합비율(%, w/w) 투과 시간 별 투과된 길이에 따른 용해도
투과 전 투과 10초 후 투과 10분 후 투과 30분 후 투과 60분 후
0 0% 49% 59% 72% 84%
20 0% 45% 56% 67% 76%
33 0% 40% 50% 63% 69%
40 0% 38% 51% 56% 60%
60 0% 30% 40% 49% 53%
80 0% 29% 37% 46% 51%
표 3 및 도 4a 내지 4f에 나타낸 바와 같이, 가교된 히알루론산의 혼합비율이 증가 할수록 피부 투과 시 용해 속도가 느려지며, 돼지 피부 투과 30분 후 가교된 히알루론산 혼합비율에 따라 0%, 20%, 33%, 40%, 60%, 80%에서 각각 구조체 총 길이의 72%, 67%, 63%, 56%, 49%, 46%가 용해됨을 확인하였다.
따라서, 본 발명의 가교결합된 히알루론산을 포함하는 마이크로구조체는 사람의 피부에 적용될 경우 가교결합된 히알루론산의 혼합비율을 조절함으로써 피부 내 용해 시간을 조절할 수 있으므로 피부 보습과 주름 개선 효과 등 피부 미용에 유용한 효과를 나타내는 시간을 조절할 수 있고, 피부 미용 기능성분, 약물 등의 유효성분을 마이크로구조체에 포함하는 경우 유효성분의 피부 방출 속도를 적절히 조절하는 용도(controled release)로써 유용하게 사용할 수 있음을 알 수 있다.
실시예 4: 가교결합된 히알루론산을 포함하는 혼합비율 별 마이크로구조체의 기계적 강도 비교 실험(force-displacement 측정)
본 발명의 마이크로구조체의 피부 투과 시 기계적 강도 특성을 알아보기 위하여, Force displacement 장비(Zwick/Roell, Germany)를 이용하여 특정 범위의 힘을 가했을 때 구조체의 변형 양상을 확인하였다.
실시예 1과 동일한 방법으로 가교 히알루론산이 전체 히알루론산(비가교 히알루론산 및 가교 히알루론산)의 중량 대비 0%, 20%, 33%, 40%, 60%, 80%(w/w)의 혼합비율로 포함되도록 정제수에 첨가하고 완전히 용해시켜 가교/비가교 히알루론산 하이드로젤 고분자를 제조하였다.
상기 고분자로 제조한 마이크로구조체를 이용하여 2 x 2 의 구조체(총 4개의 구조체) 시료를 준비하였다. Force displacement 장비에 혼합비 별 마이크로구조체 시료를 장착하고 0 ~ 10 N의 범위로 힘을 가한 후 구조체 tip 부분부터 100 μm 내지 200 μm 의 구조체가 변형되는 구간을 관찰하여 비교하였다. 또한, 혼합비 별 구조체의 탄성계수(영계수, Young's modulus, N/100 μm)를 측정하여 비교하였다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 가교된 히알루론산의 혼합비율이 변화 할수록 Force displacement 패턴에 미세한 변화를 확인할 수 있었다. 가교된 히알루론산 혼합비율에 따라 0%, 20%, 33%, 40%의 경우 tip으로부터 0.3N 내지 0.5N 부터 0.9N 내지 1.3N 힘의 범위에서 구조체의 변형이 나타나며, 60%, 80%의 혼합비율의 경우 각각 0.1N 내지 0.2N 부터 0.6N 내지 0.7N 힘의 범위에서 구조체의 변형이 나타남을 확인하였다.
가교된 히알루론산의 혼합비율(%, w/w) 0 20 33 40 60 80
탄성계수(영계수, Young's modulus, N/100 μm) 0.35 0.5 0.53 0.66 0.43 0.44
도 6 내지 표 4에 나타낸 바와 같이, 혼합비 별 구조체의 탄성계수에는 큰 차이는 없으며 가교된 히알루론산 혼합비율에 따라 0%, 20%, 33%, 40%의 범위에서는 각각 0.35, 0.5, 0.53, 0.66 으로, 60%, 80%의 혼합비율에서는 각각 0.43, 0.44 로 나타났다.
상기 결과로부터 본 발명의 마이크로구조체는 가교된 히알루론산 함량의 모든 범위에서 피부투과에 충분한 강도와 탄성력을 가지는 것을 확인할 수 있었으며, 따라서 본 발명의 마이크로구조체 내 가교된 히알루론산 함량을 조절하면 마이크로구조체의 강도에는 영향을 주지 않으면서도 마이크로구조체의 용해속도와 마이크로구조체 내 포함된 유효성분의 방출속도를 쉽게 조절할 수 있음을 알 수 있다.
실시예 5: 본 발명의 마이크로구조체에 형광물질 ( calcein ) 탑재 후 피부 투과 시 확산 패턴 및 확산 속도 실험
본 발명의 마이크로구조체의 약물전달체로서의 이용 가능성을 알아보기 위하여, 본 발명의 마이크로구조체에 형광물질을 탑재(loading)한 후 돼지 피부 투과 시 투과 깊이 등 확산 패턴과 확산 속도를 확인하였다.
먼저 가교결합된 히알루론산이 히알루론산 전체 중량 대비 35%(w/w)의 비율로 포함되는 가교 히알루론산 고분자에 형광물질인 칼세인(calcein, 시그마 알드리치)이 5%(w/v) 로 함유되도록 혼합한 다음 몰드에 공급, 주입, 건조하여 칼세인이 탑재된 265 ㎛ 높이의 마이크로구조체(마이크로 니들)를 제조하였다. 마이크로구조체 샘플은 0.7 cm x 0.7 cm 으로 자른 뒤 사용하였고 돼지 피부에 5 kg중의 힘으로 1분, 30분, 120분간 수직으로 힘을 가해 투과시켰다. 돼지 피부에 남아있는 형광물질을 컨포칼 현미경(confocal microscope, Nikon, ECLIPSE TE2000-E)을 이용하여 관찰하여 투과 깊이 및 시간에 따른 확산 양상을 관찰하였다.
결과는 도 7a 내지 도 7c에 나타내었다.
도 7a 내지 도 7c에 나타낸 바와 같이, 피부 투과 1분 후 니들 총 길이(265 ㎛)의 80% 이상 깊이로 피부 투과가 이루어졌고, 니들의 끝(tip) 부분부터 용해가 시작되어 탑재 약물인 칼세인의 확산이 일어나는 것을 확인하였다. 칼세인의 형광 시그널은 투과 30분 후에도 대부분 유지되는 양상을 보였다. 이러한 결과는 칼세인을 탑재한 비가교 히알루론산이 빠른 속도로 용해되면서 칼세인을 방출(fast-release)하기 때문인 것으로 생각된다. 또한, 피부 투과 120분 후에도 칼세인의 형광 시그널이 강하게 관찰되어 본 발명의 마이크로 구조체가 피부 투과 후 천천히 지속적으로 칼세인을 방출할 수 있으며, 이러한 서방성 약물방출(extended-release) 효과는 칼세인을 탑재한 가교 히알루론산이 천천히 용해되면서 칼세인을 방출되기 때문인 것으로 생각되며, 본 실시예 및 상기 실시예 2의 결과에 비추어 보아 4-6 시간까지 유지될 것으로 예상되었다. 따라서, 본 발명의 마이크로구조체는 약물을 탑재하여 피부로 방출시키는 형태의 약물전달체로서 유용하게 사용할 수 있으며, 제조되는 마이크로구조체의 가교 히알루론산의 혼합 비율을 높임으로써 서방성(extended-release)으로 방출되는 약물의 양을 증가시킬 수 있고, 비가교 히알루론산의 혼합 비율을 높임으로써 속방성(fast-release)으로 방출되는 약물의 양을 증가시킬 수 있는 등 방출 속도의 조절이 용이함을 알 수 있다.
실시예 6: 형광물질이 결합된 히알루론산( fluorescein hyaluronic acid)으로 제조된 본 발명의 마이크로 구조체의 피부 투과 시 시간에 따른 용해 패턴 및 용해 속도 실험
본 발명의 마이크로구조체의 피부 투과 시 피부 내 용해 패턴 및 용해 속도를 알아보기 위하여, 형광물질이 결합된 히알루론산으로 제조된 본 발명의 마이크로구조체의 돼지 피부 투과 시 용해 패턴과 용해 속도를 확인하였다.
생체적합성 고분자로는 평균분자량 360 kDa(분자량 범위 240-490 kDa)의 히알루론산을 이용하였다. 이 때 형광물질이 결합된 히알루론산(Fluorescein- labeled hyaluronic acid, 평균 분자량 800 kDa, 시그마 알드리치)를 5%(w/w) 비율로 첨가하고 가교제로 BDDE를 이용하여 형광물질이 결합된 가교 히알루론산(fluorescein-tagged hyaluronic acid)을 제조하였다. 다음으로 가교 히알루론산이 전체 히알루론산(비가교 히알루론산 및 가교 히알루론산)의 중량 대비 30%(w/w)의 혼합비율로 포함되도록 정제수에 첨가하고 완전히 용해시켜 가교 히알루론산 하이드로젤 고분자를 제조하였다. PDMS 마이크로 몰드에 상기 고분자를 공급하고 주입 및 건조시킨 후 몰드를 제거하여 265 ㎛ 높이의 마이크로구조체(마이크로 니들)를 제조하였다.
마이크로구조체 샘플은 0.7 cm x 0.7 cm 으로 자른 뒤 사용하였고 돼지 피부에 5 kg중의 힘으로 1분, 30분, 120분간 수직으로 힘을 가해 투과시켰다. 돼지 피부에 남아있는 형광물질을 컨포칼 현미경(confocal microscope, Nikon, ECLIPSE TE2000-E)을 이용하여 관찰하여 투과 깊이 등 투과 깊이 등 용해 패턴과 용해 속도를 확인하였다.
결과는 도 8a 내지 도 8c에 나타내었다.
도 8a 내지 도 8c에 나타낸 바와 같이, 피부 투과 1분 후 니들 총 길이(265 ㎛)의 80% 이상 깊이로 피부 투과가 이루어졌고, 니들의 끝(tip) 부분부터 용해가 시작되는 것을 확인하였다. 형광물질이 결합된 가교 히알루론산의 경우, 피부 투과 직후부터 매우 빨리 용해되는 비가교 히알루론산과 달리 투과 30분 이후부터 120분까지 매우 느린 속도로 용해확산되었으며, 형광 시그널이 마이크로 니들의 모양을 유지하면서 120분 이상 유지되는 것으로 확인되었고, 본 실시예와 상기 실시예 2의 결과에 비추어 보아 4-6 시간까지 유지될 것으로 예상되었다. 따라서, 본 발명의 마이크로구조체는 피부 투과 시에 용해특성이 매우 우수하고, 가교 히알루론산의 혼합 비율을 높이거나 낮춤으로써 느리게 오랜 시간 용해될 수 있도록 하거나, 빠르게 짧은 시간 동안 용해될 수 있도록 용해 속도의 조절이 용이함을 알 수 있다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (16)

  1. 주성분으로 i) 가교된 히알루론산(cross-linked hyaluronic acid) 또는 ii) 가교된 히알루론산과 비가교 히알루론산(non-cross linked hyaluronic acid)의 혼합물을 포함하는 피부투과용 마이크로구조체로서,
    상기 히알루론산 전체 중량을 기준으로 상기 가교된 히알루론산의 함량은 5-100%(w/w)이고, 상기 비가교 히알루론산은 0-95%(w/w)인 것을 특징으로 하는 마이크로 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로구조체를 3kg중의 힘으로 피부에 투과시키면 마이크로구조체 길이를 기준으로 피부투과 10분 후 용해율이 60% 이하이고, 피부투과 30분 후 용해율이 75% 이하이며, 피부투과 60분 후 용해율이 85% 이하인 것을 특징으로 하는 마이크로구조체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로구조체를 3kg중의 힘으로 피부에 투과시키면 상기 가교 히알루론산이 히알루론산 전체 중량을 기준으로 15-30%인 경우, 마이크로구조체 길이를 기준으로 피부투과 10분 후 용해율이 50-60%이고, 피부투과 30분 후 용해율이 65-75%이며, 피부투과 60분 후 용해율이 70-85%인 것을 특징으로 하는 마이크로구조체.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로구조체를 3kg중의 힘으로 피부에 투과시키면 상기 가교 히알루론산이 히알루론산 전체 중량을 기준으로 30-35%인 경우, 마이크로구조체 길이를 기준으로 피부투과 10분 후 용해율이 45-55%이고, 피부투과 30분 후 용해율이 58-68%이며, 피부투과 60분 후 용해율이 65-75%인 것을 특징으로 하는 마이크로구조체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로구조체를 3kg중의 힘으로 피부에 투과시키면 상기 가교 히알루론산이 히알루론산 전체 중량을 기준으로 35-50%인 경우, 마이크로구조체 길이를 기준으로 피부투과 10분 후 용해율이 40-55%이고, 피부투과 30분 후 용해율이 51-61%이며, 피부투과 60분 후 용해율이 55-65%인 것을 특징으로 하는 마이크로구조체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로구조체를 3kg중의 힘으로 피부에 투과시키면 상기 가교 히알루론산이 히알루론산 전체 중량을 기준으로 50-70%인 경우, 마이크로구조체 길이를 기준으로 피부투과 10분 후 용해율이 35-45%이고, 피부투과 30분 후 용해율이 44-54%이며, 피부투과 60분 후 용해율이 48-58%인 것을 특징으로 하는 마이크로구조체.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로구조체를 3kg중의 힘으로 피부에 투과시키면 상기 가교 히알루론산이 히알루론산 전체 중량을 기준으로 70-90%인 경우, 마이크로구조체 길이를 기준으로 피부투과 10분 후 용해율이 30-45%이고, 피부투과 30분 후 용해율이 41-51%이며, 피부투과 60분 후 용해율이 45-56%인 것을 특징으로 하는 마이크로구조체.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 히알루론산의 농도는 상기 i)의 가교된 히알루론산, 또는 상기 ii)의 히알루론산 혼합물을 구성하는 물 또는 수성용매 대비 1-10 %(w/v) 인 것을 특징으로 하는 마이크로구조체.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 히알루론산은 분자량이 100-5000 kDa 인 것을 특징으로 하는 마이크로 구조체.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 가교된 히알루론산은 1-50%의 가교도를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로구조체.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로구조체의 탄성계수(영계수, Young’s modulus)는 0.4-0.7 N/100 μm인 것을 특징으로 하는 마이크로구조체.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로구조체는 피부 투과시 마이크로구조체 높이의 80% 이상이 투과되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조체.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로구조체는 생체적합성 고분자 또는 점착제를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로구조체.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 생체적합성 고분자는 카르복시메틸셀룰로오스(Carboxymethyl cellulose: CMC), 알지닉산(alginic acid), 펙틴, 카라기난, 콘드로이틴(설페이트), 덱스트란(설페이트), 키토산, 폴리라이신(polylysine), 콜라겐, 젤라틴, 카르복시메틸 키틴(carboxymethyl chitin), 피브린, 아가로스, 풀루란 폴리락타이드, 폴리글리코라이드(PGA), 폴리락타이드-글리코라이드 공중합체(PLGA), 풀루란 폴리안하이드라이드(polyanhydride), 폴리오르쏘에스테르(polyorthoester), 폴리에테르에스테르(polyetherester), 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리에스테르아마이드(polyesteramide), 폴리(뷰티릭 산), 폴리(발레릭 산), 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트, 에틸렌-비닐아세테이트 중합체, 아크릴 치환 셀룰로오스 아세테이트, 비-분해성 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 풀루오라이드, 폴리(비닐 이미다졸), 클로로설포네이트 폴리올레핀(chlorosulphonate polyolefins), 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리메타크릴레이트, 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC), 에틸셀룰로오스(EC), 하이드록시프로필셀룰로오스(HPC), 싸이클로덱스트린 및 이러한 고분자를 형성하는 단량체들의 공중합체 및 셀룰로오스로 구성된 군으로부터 선택된 1 이상의 고분자인 것을 특징으로 하는 마이크로구조체.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 점착제는 실리콘, 폴리우레탄, 물리적 접착제(게코), 폴리 아크릴, 에틸 셀룰로오스, 하이드록시 메틸 셀룰로오스, 에틸렌 비닐 아세테이트 및 폴리 이소 부틸렌으로 구성된 군으로부터 선택된 1 이상의 점착제인 것을 특징으로 하는 마이크로구조체.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로구조체는 약리학적 활성 성분 또는 미용성분을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로구조체.
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