KR100809046B1 - Self assembled nanoparticle having pullulan and methods of using thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 풀루란을 가진 나노자가응집체 및 이의 이용방법에 관한 것으로서, 풀루란과 카르복실기를 함유하고 있는 소수성화 단량체와의 결합체를 제공한다. 보다 상세하게는 풀루란과 상기 소수성화 단량체의 에스테르화 결합에 의해서 나노자가응집체를 제조하는 방법에 대한 것이다. 또한 상기 나노자가응집체의 이용방법에 관한 것으로서, 상기 나노자가응집체는 생체내 분해성이 있어서 생체재료로 이용가능하고, 특히 약물전달체로서의 특성이 우수하여 항암제 등의 전달에 사용가능하다.The present invention relates to a nano self-aggregate having a pullulan and a method of using the same, and provides a conjugate of a pullulan and a hydrophobized monomer containing a carboxyl group. More specifically, the present invention relates to a method for preparing nano-aggregates by esterification bonds of pullulan and the hydrophobization monomer. In addition, the present invention relates to a method of using the nano-self-aggregates, the nano- self-aggregates can be used as a biomaterial because of the degradability in vivo, and in particular, as a drug carrier, it can be used for delivery of anticancer agents.
풀루란, 나노입자, 약물전달, 엽산, 바이오틴, 담즙산Pullulan, Nanoparticles, Drug Delivery, Folic Acid, Biotin, Bile Acid
Description
도 1 에서는 엽산-풀루란 접합체(FA/Pul)의 생합성 과정을 보인다. DCC: N, N'-디시클로헥실 카보디이미드; DMAP:디메틸아미노피리딘; DMSO:디메틸설폭이드. 1 shows the biosynthesis process of folic acid- pullulan conjugate (FA / Pul). DCC: N, N'-dicyclohexyl carbodiimide; DMAP: dimethylaminopyridine; DMSO: Dimethyl sulfoxide.
도 2 에서는 풀루란/ 바이오틴(PU/Bio)의 생합성 과정을 보인다. (a) 풀루란, (b) 바이오틴, (C) 풀루란/ 바이오틴(PU/Bio) 중합체. Figure 2 shows the biosynthesis process of pullulan / biotin (PU / Bio). (a) pullulan, (b) biotin, (C) pullulan / biotin (PU / Bio) polymer.
도 3 에서는 풀루란/ 답즙산 중합체의 생합성 과정을 보인다. (a) 풀루란, (b) 담즙산, (C) 풀루란/ 답즙산 중합체 . Figure 3 shows the biosynthesis process of pullulan / bile acid polymer. (a) pullulan, (b) bile acid, (C) pullulan / bile acid polymer.
도 4 에서는 동적광산란(dynamic light scattering; DLS)에 의해 측정한 엽산/풀루란(FA/Pul) 나노 입자의 크기 분포를 보인다. 60-80 및 230-300 nm의 범위에서 두 개의 주된 그룹이 관찰되었다. 1000nm 정도에서 작은 피크가 엽산의 치환되는 단량체의 정도(DS)가 증가함에 따라 완전히 사라졌고, 동시에 70nm 근방의 작은 입자의 퍼센트도 낮아졌다. (a) FA4/Pul: 풀루란의 클루코스 100단위당 4개의 엽산이 붙은 경우; (b) FA6/Pul: 풀루란의 글루코스 100단위당 6개의 엽산이 붙은 경우; (c) FA8/Pul: 풀루란의 글루코스 100단위당 8개의 엽산이 붙은 경우이다. Figure 4 shows the size distribution of folic acid / pullulan (FA / Pul) nanoparticles measured by dynamic light scattering (DLS). Two main groups were observed in the range of 60-80 and 230-300 nm. At around 1000 nm, small peaks disappeared completely as the degree (DS) of the substituted monomers of folic acid increased, while at the same time the percentage of small particles near 70 nm was lowered. (a) FA4 / Pul: 4 folates per 100 units of glucose of pullulan; (b) FA6 / Pul: 6 folates per 100 units of pullulan glucose; ( 8 ) FA8 / Pul: 8 folates per 100 units of pullulan glucose.
도 5 에서는 건조 상태에서 엽산/풀루란 접합체의 투과전자현미경 사진을 보인다. 많은 작은 응집물 (< 20 nm)이 FA4/Pul에서 관찰되었으나, 엽산의 치환되는 단량체의 정도가 증가함에 따라 큰 입자로 융합되었다 (c.a. 50 nm). 각각의 이미지 아래의 스케일 바는 500 nm (a), (b) 또는 100 nm (c)를 나타낸다. (a) FA4/Pul: 풀루란의 클루코스 100단위당 4개의 엽산이 붙은 경우 사진; (b) FA6/Pul: 풀루란의 글루코스 100단위당 6개의 엽산이 붙은 경우 사진; (c) FA8/Pul: 풀루란의 글루코스 100단위당 8개의 엽산이 붙은 경우 사진이다. 5 shows the transmission electron micrograph of the folic acid / pullulan conjugate in the dry state. Many small aggregates (<20 nm) were observed in FA4 / Pul, but fused into larger particles (ca 50 nm) with increasing degree of substituted monomer of folic acid. The scale bar below each image represents 500 nm (a), (b) or 100 nm (c). (a) FA4 / Pul: Photograph with four folates per 100 units of glucose of pullulan; (b) FA6 / Pul: photograph of six folates per 100 units of pullulan glucose; (c) FA8 / Pul: Picture of 8 folates per 100 units of pullulan glucose.
도 6 에서는 PU/Bio2 나노겔의 동적광산란(dynamic light scattering; DLS) 방법으로 측정한 입자 크기(a)와 전자투과현미경(transmission electron microscopy,TEM) 사진(b)을 보인다. 6 shows particle size (a) and transmission electron microscopy (TEM) images (b) measured by dynamic light scattering (DLS) method of PU / Bio2 nanogels.
도 7 에서는 중합체 농도 흥분(exitation) 스펙트럼을 보인다. 형광탐색자(fluorescence probe)로서 피렌(6.0× 10-2M)를 사용하여 PU/Bio의 자기응집결과를 측정하였다. PU/Bio접합체로부터 자기응집 형성 나노겔이 생성될수록 소수성인 나노겔 내부에 피렌이 외부로 유리되면서 형광분석기에서의 형광띠 파장은 334nm에서 337nm로 이동됨을 알 수 있다. 이 결과는 접합체가 임계결집농도(critical aggregation concentration, CAC) 이상에서 자기응집체를 형성함을 의미한다. 7 shows the polymer concentration excitation spectrum. Pyrene (6.0 × 10 −2 M) was used as a fluorescence probe to measure the self-aggregation results of PU / Bio. As the self-aggregation-forming nanogel is generated from the PU / Bio conjugate, pyrene is released to the inside of the hydrophobic nanogel, and the wavelength of the fluorescence band in the fluorescence analyzer is shifted from 334 nm to 337 nm. This result suggests that the conjugates form self-aggregates above the critical aggregation concentration (CAC).
도 8 에서는 PU/Bio 1,2,3 자가-조직된 나노겔의 흥분 스펙트럼과 농도 로그값 상대비교를 보인다. PU/Bio 중합체의 각 농도별 및 I337/I334 강도값을 서로 비교하여 임계결집농도(critical aggregation concentration, CAC)를 조사한 결과이다. 각 PU/Bio 별로 CAC값은 PU/Bio 형태로 형성되기 위한 최소한의 농도를 나타낸다. FIG. 8 shows a relative comparison of excitation spectra and concentration log values of PU /
도 9 에서는 FA/Pul 나노입자(원 ●, FA4/Pul; 삼각형 ▲, FA6/Pul; 및 사각형 ■ , FA8/Pul)로 부터의 독소루비신(DOX) 방출을 보인다. 엽산이 많이 치환된 풀루란일수록 DOX는 늦게 방출되었다. 데이터는 평균 표준편차(n=3)로 표시되었다. 9 shows doxorubicin (DOX) release from FA / Pul nanoparticles (circle ●, FA4 / Pul; triangle ▲, FA6 / Pul; and rectangle ■, FA8 / Pul). The more folate-substituted pullulan, the later DOX was released. Data is expressed as mean standard deviation (n = 3).
도 10 은 세포 결합 및 DOX-충전된 FA/Pul 나노입자의 흡수에 대한 엽산의 치환된 단량체의 정도의 효과를 보기 위한 형광현미경 이미지이다. 왼쪽 (a) 및 오른쪽 (b) 패널은 각각 KB 및 CHO-K1 세포를 보인다. 중합체(초록)에 대한 FITC 채널 및 DOX(빨강)에 대한 RITC 채널은 동시에 제공되었다 (위로부터 FA4/Pul, FA6/Pul, 및 FA8/Pul). 치환된 엽산의 정도에 따라 어떤 의미 있는 차이도 관찰되지 않았다. FIG. 10 is a fluorescence microscope image to show the effect of the degree of substituted monomer of folic acid on cell binding and uptake of DOX-filled FA / Pul nanoparticles. The left (a) and right (b) panels show KB and CHO-K1 cells, respectively. FITC channels for the polymer (green) and RITC channels for the DOX (red) were provided simultaneously (FA4 / Pul, FA6 / Pul, and FA8 / Pul from above). No significant difference was observed depending on the degree of substituted folic acid.
도 11 에서는 자유 FA와 DOX 충전된 FA8/Pul 나노입자 사이의 경쟁. 왼쪽 (a) 및 오른쪽 (b) 패널은 각각 KB 및 CHO-K1 세포를 보인다. 중합체(초록)에 대한 FITC 채널 및 DOX (빨강)에 대한 RITC 채널이 동시에 제공되었다(위로부터 엽산의 0.5, 0.1, 및0.05 mg/mL). 자유 엽산이 높아질수록, 나노입자의 결합 및 흡수가 더 감소한다. FIG. 11 shows competition between free FA and DOX charged FA8 / Pul nanoparticles. The left (a) and right (b) panels show KB and CHO-K1 cells, respectively. FITC channel for polymer (green) and RITC channel for DOX (red) were provided simultaneously (0.5, 0.1, and 0.05 mg / mL of folic acid from above). The higher the free folic acid, the less the binding and absorption of the nanoparticles.
도 12 에서는 세포와 나노겔간의 비 상호작용에 의한 형광강도변화를 보인다. 암세포와의 상호작용을 알아보기 위하여 간암세포주(HepG2, hepatocellular carcinoma cell line)에 RITC(rhodamine B isothio-cyanate)가 접합된 PU/Bio 나노겔을 반응시켜 마이크로플레이트 형광 리더기(microplate-fluorescence-reader)에서 분석하였다. 그 결과 RITC 표지된 풀루란보다는 PU/Bio에서, PU/Bio1에서보다 2, 3 에서 높은 특이적 상호작용이 일어났다. 바이오틴이 PU/Bio 나노겔 내부의 소수성 중심을 형성함과 동시에 외부로도 나와 있어 암세포와 상호작용시 리간드로 작용할 수도 있다는 것을 의미한다. 따라서 바이오틴은 암세포와의 비특이적 상호작용으로서 암세포를 표적화하는 성질을 가지고 있다. 12 shows the change in fluorescence intensity due to non-interaction between cells and nanogels. In order to examine the interaction with cancer cells, a microplate-fluorescence reader was prepared by reacting a hepatocellular carcinoma cell line (HepG2) with PU / Bio nanogels conjugated with rhodamine B isothio-cyanate (RITC). Analyze The result was a higher specific interaction at PU / Bio than at RITC labeled pullulan and at 2, 3 than at PU / Bio1. Biotin forms a hydrophobic center inside the PU / Bio nanogel and also comes out to the outside, meaning that it can act as a ligand when interacting with cancer cells. Thus, biotin has the property of targeting cancer cells as a nonspecific interaction with cancer cells.
도 13 에서는 세포와 나노겔사이의 특이적 상호작용결과를 RITC 형광정도로 보인다. HepG2 암세포주에서의 PU/Bio 나노겔 수용여부를 형광현미경(Confocal Laser microscopy)으로 관찰한 결과이다. 본 연구에서 제조된 PU/Bio 2, 3의 경우 HepG2 세포내부까지 침투함으로서 형광을 강하게 나타내었고 상대적으로 PU/Bio1는 내부 침투정도가 약하게 관찰되었다. 이러한 PU/Bio 1,2,3의 각각 다른 결과는 PU/Bio에 각각 다른 농도로 함유된 바이오틴 함량이 암세포에 대한 결정적인 요인으로 큰 차이를 보인 것으로 사료된다. 이러한 PU/Bio 나노겔은 유사한 다른 세포, 나노겔입자의 상호관계 시스템에 적용하더라도 충분히 응용가능하며 바이오틴 함량이 가장 중요한 인자로 작용될 것으로 사료된다. In FIG. 13 , specific interaction between cells and nanogels is shown as RITC fluorescence. The results of observing PU / Bio nanogel acceptance in HepG2 cancer cell line by fluorescence microscopy (Confocal Laser microscopy). PU / Bio 2 and 3 prepared in this study showed strong fluorescence by penetrating into HepG2 cells and relatively weak internal penetration of PU / Bio1. The different results of PU / Bio 1,2,3 suggest that biotin content contained in PU / Bio at different concentrations is a significant factor for cancer cells. These PU / Bio nanogels are sufficiently applicable even if they are applied to the correlation system of other similar cells and nanogel particles, and biotin content is considered to be the most important factor.
보통의 자기 응집체는 데옥시콜리산 또는 5-콜라닉 산 같은 소수성 모이어티(moiety)를 수용성 중합체에 접합(conjugation) 시켜서 얻어진다. 소수성 화합물은 콜레스테롤 구조를 포함하는 담즙산 및 헤파린 또는 키토산 유도체를 포함하는 자연 중합체가 백본(backbone) 사슬을 위해서 이용될 수 있다. 생합성된 양친화성 중합체는 수용액 환경에서 자발적으로 나노-크기의 응집체를 만들고 수용성 환경에서 소수성 의약품을 봉입(load) 한다. 이와 같은 방식으로 제조된 나노 입자는 수용액에서 매우 안정적이다. 더불어서 "비슷한 것은 비슷한 것을 용해시킨다"는 원리의 면에서 소수성 모이어티를 가지고 있는 입자 중심에 존재하는 의약은 자가-응집물에 더 안정성을 준다. Common magnetic aggregates are obtained by conjugating hydrophobic moieties such as deoxycholic acid or 5-cholic acid to a water soluble polymer. Hydrophobic compounds can be used for the backbone chain with natural polymers including bile acids containing cholesterol structures and heparin or chitosan derivatives. Biosynthetic amphiphilic polymers spontaneously produce nano-sized aggregates in aqueous solutions and load hydrophobic drugs in aqueous environments. Nanoparticles prepared in this way are very stable in aqueous solution. In addition, in terms of the principle that "similar ones dissolve similar" drugs present in the center of the particle with a hydrophobic moiety are more stable to self-aggregates.
어떤 표적 모이어티가 없이 의약이 봉입된 나노 입자도 암치료에 그 자체로 사용가능하다. 이런 경우에 치료적 효과는 향상된 투과성 및 유지(Enhanced permeability and retention; EPR) 효과라 불리는 암 세포의 특이적인 병리 생리학적 특징에 의해 얻어진다. 왜냐하면, 체내에서는 악성의 이상형상물(neoplasm)은 정상 조직보다 빠르게 자라고, 필수적으로 많은 영양분 및 산소의 공급을 요구한다. 이것은 암세포 주변에 새로운 혈관의 생성을 가져온다. 빠른 성장 때문에, 이들 신생성 혈관은 혈관으로부터 나노 입자가 빠져 나가기 충분하게 큰 유출성의 구멍을 가지게 되며, 따라서 나노입자가 암 조직에 축적되게 된다. Medicine-encapsulated nanoparticles without any target moiety can be used by themselves for cancer treatment. In this case, the therapeutic effect is obtained by the specific pathophysiological characteristics of cancer cells called enhanced permeability and retention (EPR) effects. Because in the body, malignant neoplasms grow faster than normal tissues and require a lot of nutrients and oxygen. This leads to the creation of new blood vessels around cancer cells. Because of their rapid growth, these neovascularized vessels have large outflow openings that are large enough for the nanoparticles to escape from the vessels, thus allowing the nanoparticles to accumulate in cancerous tissue.
다른 한편으로 나노입자에 표적 모이어티를 도입하게 되면 나노입자가 표적 조직에 더욱 특이적이 된다. 이와 같은 표적을 가지게 하기 위하여, 엽산, 트랜스페린 또는 단일 클론 항체를 포함하는 화합물이 양친성 중합체에 접합된 바 있다(Chung, J.E., M. Yokoyama, and T. Okano. 2000. Inner core segment design for delivery control of thermo-responsive polymeric micelles. J. Control. Release 65:93-103; Gref, R., Y. Minamitake, M. T. Peracchia, V. Trubetskoy, V. Torchilin, and R. Langer, 1994. Biodegradable long-circulating polymeric nanospheres, Science 263:1600-1603.;Hashida, M., H. Hirabayashi, M. Nishikawa, and Y. Takakura, 1997. Targeted delivery of drugs and proteins to the liver via receptor-mediated endocytosis, J. Control. Release 46:129-137.) 암세포로 이끄는 모이어티는 치료적 효과를 더욱 특이적이게 하나, 하나 이상의 화학적 단계가 필요하다. 하나 고려해 볼 것은 표적 화합물의 접합이, 비록 대부분의 이 같은 분자가 과도한 소수성 또는 큰 분자량을 가지고 있음에도 불구하고, 중합체 또는 나노입자의 물리 화학적 성질에 영향을 주는지 어떤지에 대한 보고가 없었다는 점이다.On the other hand, introducing a target moiety into the nanoparticle makes the nanoparticle more specific to the target tissue. In order to have such targets, compounds containing folic acid, transferrin or monoclonal antibodies have been conjugated to amphiphilic polymers (Chung, JE, M. Yokoyama, and T. Okano. 2000. Inner core segment design for delivery control of thermo-responsive polymeric micelles J. Control Release 65:.. 93-103; Gref, R., Y. Minamitake, MT Peracchia, V. Trubetskoy, V. Torchilin, and R. Langer, 1994. biodegradable long-circulating polymeric nanospheres, Science 263: 1600-1603 .; Hashida, M., H. Hirabayashi, M. Nishikawa, and Y. Takakura, 1997. Targeted delivery of drugs and proteins to the liver via receptor-mediated endocytosis, J. Control. Release 46: 129-137.) Moieties leading to cancer cells make the therapeutic effect more specific, but require one or more chemical steps. One consideration is that there has been no report on whether the conjugation of the target compound affects the physicochemical properties of the polymer or nanoparticles, although most such molecules have excessive hydrophobicity or large molecular weight.
풀루란은 호모 다당류로 낮은 면역유발성(immuogenecity)및 생분해성으로 약학분야에서 관심을 끌고 있는 물질이다. 게다가, 상기 자연중합체는 유기 용매인 디메틸설폭사이드(DMSO)에 잘 녹는다. 무수적 조건이 연결 반응에서 고수율을 얻는데 매우 중요하기 때문에, 유기 용매에서의 용해성은 화학적 변형을 더욱 쉽게 한다. 이러한 이유로, 새로운 풀루란들이 합성되어지고, 생의학적 연구 분야에서 여러 가지 물리화학적 성질을 가진 물질이 합성되어 왔다.Pullulan is a homopolysaccharide that is of interest in the pharmaceutical field for its low immunogenicity and biodegradability. In addition, the natural polymer is well soluble in organic solvent dimethylsulfoxide (DMSO). Since anhydrous conditions are very important for obtaining high yields in the linking reaction, solubility in organic solvents makes chemical modifications easier. For this reason, new pullulans have been synthesized, and materials with various physicochemical properties have been synthesized in the field of biomedical research.
엽산,바이오틴, 담즙산 등은 카르복실기를 가지고 있어 극성 물질이나 중성의 수용액에 낮은 용해성을 가지고 있기 때문에, 단일 단계의 화학적 조작으로 소수성 물질과 풀루란의 접합은 새로운 종류의 화합물을 만들 수 있을 것이라 예상되었다. Since folic acid, biotin, and bile acids have carboxyl groups and low solubility in polar substances or neutral aqueous solutions, the conjugation of hydrophobic substances with pullulan in a single step of chemical manipulation is expected to produce new kinds of compounds. .
본 발명자는 엽산, 바이오틴 및 담즙산 등의 카르복실기를 가지고 있는 단량체가 풀루란과의 일단계 반응과 같은 간단한 반응으로 에스테르 결합을 하여 소수성화되어 나노-크기 자가-응집체가 형성되어질 수 있다는 것과 상기 나노 입자가 표적 세포에 결합할 수 있는 특이성을 가지고 있는 것을 발견하였다. 또한 본 발명자는 치환되는 단량체의 정도와 약물의 방출과 밀접한 관계가 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.The inventors have found that monomers having carboxyl groups such as folic acid, biotin, and bile acids can be hydrophobized by ester bonding in a simple reaction such as one-step reaction with pullulan to form nano-size self-aggregates. Has been found to have specificity for binding to target cells. In addition, the present inventors have found that the degree of the monomer to be substituted is closely related to the release of the drug, and completed the present invention.
본 발명은 풀루란과 엽산, 바이오틴, 답즙산 등의 카르복실기를 가지고 있는 소수성화 단량체와의 결합체 형성반응과 약물전달체에서 약물방출조절 메카니즘을 발견하고, 세포 특이적반응을 가진 나노접합체, 약물전달체, 생체재료와 이들의 제조방법 및 약물전달방법을 제공한다.The present invention finds a conjugate formation reaction between a pullulan and a hydrophobized monomer having a carboxyl group such as folic acid, biotin, and bile acid, and a drug release control mechanism in a drug carrier, and has a cell-specific reaction, a nanoconjugate, a drug carrier, Provided are biomaterials, methods for their preparation, and methods for drug delivery.
본 발명은 다당류의 일종인 풀루란(pullulan)에 카르복실기를 가지고 있는 여러 종류의 소수성화 단량체(엽산, 바이오틴, 담즙산 등)가 에스테르(ester) 결합을 통해 접합하여 제조되는 나노자가응집체(self-assembled nanoparticle)에 관한 것이다. 이하 본 발명에서 '카르복실기를 함유하고 있는 소수성화 단량체'라 함은 카르복실기를 함유하고 있는 고리화합물로 결합 전에는 친수성을 나타내지만, 플루란의 수산기와의 에스테르결합으로 결합체를 형성한 후에는 단량체에 수용성을 부과하는 카르복실산이 없어져 친수성이 감소하고 소수성을 부가하는 물질을 말한다. 이러한 소수성화 단량체의 예로는 레티놀 산(retinoic acid), 엽산(folic acid), 바이오틴(biotin)과 같은 비타민류, 담즙산(bile acid) 등이 있다.The present invention is a self-assembled nano-aggregates prepared by conjugation of a plurality of hydrophobized monomers (folic acid, biotin, bile acids, etc.) having a carboxyl group to pullulan, a polysaccharide, through an ester bond. nanoparticles). Hereinafter, the term 'hydrophobization monomer containing carboxyl group' refers to a carboxyl group-containing cyclic compound, which shows hydrophilicity before bonding, but is water soluble in the monomer after forming a conjugate by ester bond with a hydroxyl group of pullulan. It is a substance that decreases hydrophilicity and adds hydrophobicity due to the disappearance of carboxylic acid. Examples of such hydrophobized monomers include retinoic acid, folic acid, vitamins such as biotin, and bile acid.
본 발명의 제 1 태양은 풀루란과 카르복실기를 함유하고 있는 소수성화 단량체의 에스테르 접합체와 이들의 나노자가응집체 및 이들을 이용한 약물전달체를 제공한다. 바람직하게는, 상기 소수성화 단량체는 레티놀 산, 엽산, 바이오틴, 담즙산등과 등과 같은 고리화합물로 이루어진 그룹에서 하나 이상 선택된다.A first aspect of the present invention provides ester conjugates of hydrophobized monomers containing pullulan and carboxyl groups, nano self-aggregates thereof, and drug delivery agents using them. Preferably, the hydrophobization monomer is selected from the group consisting of cyclic compounds such as retinol acid, folic acid, biotin, bile acid and the like.
본 발명의 제 2 태양은 풀루란과 카르복실기를 함유하고 있는 소수성화 단량체의 에스테르 접합체와 이들의 나노자가응집체 및 이들을 이용한 약물전달체의제조방법를 제공한다. A second aspect of the present invention provides an ester conjugate of a hydrophobized monomer containing pullulan and a carboxyl group, nano self-aggregates thereof, and a method for producing a drug carrier using the same.
본 발명의 제 3 태양은 상기 나노자가응집체를 이용한 약물전달방법을 제공한다. 약물은 항암치료물질, 항종양, 항염물질, 천연물질 등을 포함한다. 약물의 형태도 화합물, 조성물, 단백질, 핵산 등이 사용되어질 수 있다.The third aspect of the present invention provides a drug delivery method using the nano-self aggregates. Drugs include chemotherapy, antitumor, anti-inflammatory, and natural substances. The form of the drug may also be used compounds, compositions, proteins, nucleic acids and the like.
본 발명의 제 4 태양은 상기 접합체에서 소수성화 단량체가 풀루란으로 결합하는 결합수를 조절하는 것을 특징으로 하는 약물전달 조절방법에 관한 것이다. 상기 접합체의 소수성화 단량체의 결합수는 풀루란을 이루는 포도당 단위와 비교하여 정하여지며, 포도당 100단위당 결합되어 있는 소수성화 단량체의 수를 말한다. 포도당 100단위당 6 이상의 소수성화 단량체를 결합시켜서 약물전달속도를 감소하는 방법 및 포도당 100단위당 6 미만의 단량체를 결합시켜서 약물전달속도를 높이는 방법을 제공한다.A fourth aspect of the present invention relates to a method for controlling drug delivery, characterized in that for controlling the number of bonds to which hydrophobized monomers bind to pullulan in the conjugate. The number of bonds of the hydrophobization monomer of the conjugate is determined in comparison with the glucose units constituting pullulan, and refers to the number of hydrophobization monomers bound per 100 units of glucose. It provides a method of reducing the drug delivery rate by binding more than 6 hydrophobization monomer per 100 units of glucose and a method of increasing the drug delivery rate by combining less than 6 monomers per 100 units of glucose.
본 발명의 제 5 태양은 풀루란과 카르복실기를 함유하는 소수성화 단량체의 접합체 및 이들의 나노자가응집체를을 포함하는 생체재료를 제공한다. 생체재료는 조직의 기능을 대체하기 위하여 체내에서 간헐적 또는 지속적으로 주위조직과 직접접촉하며 체액에 노출되는 인공적인 물질로서 생체의 기능을 치환, 대체하기 위해 사용되는 물질을 말한다. 그 사용은 일회용주사기에서 인공심장재료에 이르기까지 광범위하게 이용되고 있다. 이들 재료는 현재 치과분야나 의학분야에서 다양하게 사용되고 있다. 이들 재료는 모두 인체에 대한 친화성 또는 생체적합성이 우수한 재료를 칭한다. 초기에는 생체재료의 종류와 사용이 매우 제한적이었으나 현재에는 매우다 양한 종류의 생체재료가 개발되어 사용되고 있다. 본 발명에서의 풀루란과 카르복실기를 함유하는 소수성화 단량체의 접합체 및 이들의 나노자가응집체를 포함하는 생체재료는 생체적합성이 우수하며, 생체내에서 분해되어져 약물전달 등에 유용하게 사용가능하다. 상기 물질은 MRI 조영제나, 수술후 유착 방지를 억제하는 유착방지용 필름으로 사용될 수 있다.A fifth aspect of the present invention provides a biomaterial comprising a conjugate of a pullulan and a hydrophobization monomer containing a carboxyl group and nano self-aggregates thereof. Biomaterial refers to a substance used to replace or replace a function of a living body as an artificial substance which is intermittently or continuously in direct contact with surrounding tissues and exposed to body fluid in order to replace a function of a tissue. Its use is widely used from disposable syringes to artificial heart materials. These materials are currently used in a variety of dental and medical fields. All of these materials refer to materials having excellent affinity or biocompatibility for the human body. Initially, the types and use of biomaterials were very limited, but nowadays, a wide variety of biomaterials have been developed and used. The biomaterial including the conjugate of the pullulan and the hydrophobization monomer containing a carboxyl group and nano self-aggregates thereof in the present invention is excellent in biocompatibility, and can be usefully used for drug delivery since it is degraded in vivo. The material may be used as an MRI contrast agent or an anti-adhesion film that inhibits the prevention of adhesion after surgery.
이하 본 발명을 하기 실시예를 통하여 상세히 설명한다. 그러나 하기 실시예로 본 발명이 제한되는 것이 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through the following examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
<실시예1> 풀루란/카르복실기를 함유하는 소수성화 단량체의 결합체 제조<Example 1> Preparation of conjugate of hydrophobization monomer containing pullulan / carboxyl group
(1) 풀루란/엽산의 결합체 제조(1) Preparation of conjugates of pullulan / folic acid
1) 재료 및 방법1) Materials and Methods
우태아혈청(Fetal boval serum), 항생제(페니실린/스트렙토마이신), 및 둘베코 인산 완충용액(DPBS)는 기브코비알엘(인비트로겐 회사, 칼스베드, CA)에서 구매하였다. 모든 시약은 적어도 세포배양 또는 분광학적 품질이었다. Fetal boval serum, antibiotics (penicillin / streptomycin), and Dulbecco's phosphate buffer (DPBS) were purchased from Gibcovial (Invitrogen, Carlsbed, Calif.). All reagents were at least cell culture or spectroscopic quality.
엽산이 8.1%(w/w)의 습기를 포함하고 있었으므로, 다음과 같이 정제하였다. 40℃에서 연속적으로 교반되는 200mL DMSO(1%, w/v)에 용해한 후, 엽산을 800 mL의 탈이온화된 물에 대하여 침전시켰다. 상기 용액은 2N의 HCl 용액을 첨가하여서 4.0까지 더 산성화 되었고, 이것은 황색 슬러리가 되었다. 고체 성분은 여과에 의해 얻어졌고 2N NaOH 용액에 용해되었다. 불용성 입자를 제거한 후, 상기 용액은 다시 산성화(pH ≒ 4.5) 되었다. 침전물은 여과기에 의해 모아졌고, P2O5와 함께 2일 동안 40℃에서 건조하였다(수율 88%).Since folic acid contained 8.1% (w / w) moisture, it refine | purified as follows. After dissolving in 200 mL DMSO (1%, w / v) continuously stirred at 40 ° C., folic acid was precipitated against 800 mL of deionized water. The solution was further acidified to 4.0 by addition of 2N HCl solution, which became a yellow slurry. The solid component was obtained by filtration and dissolved in 2N NaOH solution. After removing the insoluble particles, the solution was again acidified (pH ≒ 4.5). The precipitate was collected by filter and dried at 40 ° C. for 2 days with P 2 O 5 (yield 88%).
풀루란(Pul)은 하야시바라 (MW 100,000 Da, 오카야마, 일본)으로부터 구매하였고, 다음의 방법으로 정제하였다. 첫 번째로, 풀루란은 300ml의 이중 증류수(2% w/v)에 용해하고, 상기 용액을 700ml 에틸알코올 속으로 방울방울 떨어뜨렸다. 흰색 침전물을 얻고, 하루 동안 진공 조건에서 건조시켰다. 건조된 풀루란은 300ml의 3차 증류수에 다시 용해하였고, 여과막(Millipore Corp., Billerica, MA) 5, 0.8, 및 0.2 ㎛ 구멍사이즈로 연속여과하였다. 최종 산물은 여과액의 응결 및 상온에서 P2O5로 진공조건하에서 건조하였다(수율 96%).Pullulan (Pul) was purchased from Hayashibara (MW 100,000 Da, Okayama, Japan) and purified by the following method. First, pullulan was dissolved in 300 ml of double distilled water (2% w / v) and the solution was dropped into 700 ml ethyl alcohol. A white precipitate was obtained and dried under vacuum conditions for one day. The dried pullulan was dissolved again in 300 ml of tertiary distilled water and filtered continuously with 5, 0.8, and 0.2 μm pore sizes (Millipore Corp., Billerica, Mass.). The final product was dried under vacuum conditions with condensation of the filtrate and P 2 O 5 at room temperature (yield 96%).
2) 엽산과 풀루란의 접합. 2) conjugation of folic acid with pullulan.
치환 정도(degree of substitution; DS)가 다른 3개의 엽산/풀루란(FA/Pul)접합체가 합성되었고, 도 1 에 나타내었다. 정제된 풀루란(1g. 6.173 mmole의 반복된 포도당 유니트)은 20분 동안 80℃에서 무수의 DMSO 30ml 안에서 용해하고, 여러 종류의 엽산 및 DMAP의 양( 4, 6, 8% 치환제의 정도를 위해 각각 247, 370 및 474 μmole, 그리고 초기의 엽산의 투여 속도에 따라 각각의 FA/Pul은 FA4/Pul, FA6/Pul 및 FA8/Pul로 명명되었다)을 첨가했다. Degree of substitution (degree of substitution; DS) that the other three folate / pullulan (FA / Pul) was bonded the composite, are shown in Fig. Purified pullulan (1 g. 6.173 mmole of repeated glucose units) was dissolved in 30 ml of anhydrous DMSO at 80 ° C. for 20 minutes, and the amount of folic acid and DMAP (4, 6, 8% degree of substitution) was varied. For each 247, 370 and 474 μmole, and the initial rate of folic acid, FA / Pul was named FA4 / Pul, FA6 / Pul and FA8 / Pul, respectively.
엽산을 깨끗하게 용해하기 위해서 상온에서 하루 밤 동안 교반하였다. 각각의 플라스크에 약간 과량의 DCC를 첨가한 후, 반응은 25℃에서 이틀 동안 수행되었다. 용액은 투석막(MWCO 12,000-14,000 DA, Spectra/Por RC 투석막, 스펙트럼 레버러토리 주식회사, Rancho Dominguez,CA)에 직접 놓여져, 상온에서 하루 및 4℃에서 다른 4일간 과량의 3차 증류수를 이용하여 투석하였다.To dissolve folic acid cleanly, the mixture was stirred at room temperature overnight. After adding a slight excess of DCC to each flask, the reaction was carried out at 25 ° C. for two days. The solution was placed directly on the dialysis membrane (MWCO 12,000-14,000 DA, Spectra / Por RC dialysis membrane, Spectrum Laboratories, Rancho Dominguez, Calif.) And dialyzed with excess tertiary distilled water at room temperature for one day and for another four days at 4 ° C. It was.
FA/Pul 최종산물은 동결 및 진공 건조에 의해 얻었다. 모든 과정은 빛으로부터 보호되는 조건에서 행하여졌으며, 각각의 FA/Pul은 추가의 시험을 위하여 -20℃에서 보관하였다(수율 89-93%). FA / Pul end products were obtained by freezing and vacuum drying. All procedures were performed under conditions protected from light, and each FA / Pul was stored at -20 ° C for further testing (yield 89-93%).
화학적 접합은 1H-NMR 분광기에 이해서 확인했고, 치환되는 단량체의 정도(degree of substitution; DS)는 UV-VIS 분광기(Model Lamda 18, PerkinElmer Inc., Wellesley, MA)에 의해서 결정되었다. FA/Pul 및 엽산을 여러 가지의 농도로 DMSO에 용해한 후, 190 에서 450 nm 범위에 걸친 흡광 스펙트라를 스캔하였다.이는 320, 360 및 380 nm에서 3개의 피크를 보였는데, 이들 피크 중에, 380 nm 에서 여러 다른 농도에서 엽산 용액의 흡광도 값은 일차회귀의 좋은 플롯을 주었다. 표준 시료 곡선을 이용하여, 몰 흡광계수(extinction coefficient; ε)을 주었다.Chemical conjugation was confirmed following 1 H-NMR spectroscopy, and the degree of substitution (DS) of the monomers to be substituted was determined by UV-VIS spectroscopy (Model Lamda 18, PerkinElmer Inc., Wellesley, Mass.). After dissolving FA / Pul and folic acid in DMSO at various concentrations, the absorption spectra were scanned from 190 to 450 nm, showing three peaks at 320, 360 and 380 nm, of which 380 nm. The absorbance values of folic acid solutions at different concentrations at gave a good plot of first regression. Using a standard sample curve, the molar extinction coefficient (ε) was given.
FA/Puls의 플루로포어 레이블은 무수의 1 L 디부틸린 디라우레이트를 포함하는 DMSO 10 ml 속에 0.5 mg FITC 로 100 mg FA/Pul를 혼합하여 수행하였다. 상온에서 18시간의 반응 후에, 용액은 4 ℃ 에서 5일 동안 과량의 3차 증류수로 투석(MWCO 12,000 -14,000 Da, Spectra/Por membrane RC)하고, 냉동시켰다. FITC의 양은 FA/Pul의 물리화학적 성질을 변형하기에는 너무 적으므로, 각각의 FITC- 표지된 FA/Pul 을 다른 실험을 위하여 추가의 특성규명 없이 사용하였다.Fluorophore labeling of FA / Puls was performed by mixing 100 mg FA / Pul with 0.5 mg FITC in 10 ml of DMSO containing anhydrous 1 L dibutylin dilaurate. After 18 hours of reaction at room temperature, the solution was dialyzed (MWCO 12,000 -14,000 Da, Spectra / Por membrane RC) with excess tertiary distilled water at 4 ° C. for 5 days and frozen. Since the amount of FITC was too small to modify the physicochemical properties of FA / Pul, each FITC-labeled FA / Pul was used for further experimentation without further characterization.
3) 결과 3) results
화학적 접합은 일반적인 카보디이미드 반응에 의해서 수행하였다. 다당류의 C(6)의 하이드록실 기에 카보닐 화합물이 우선적으로 결합한다는 것은 잘 알려져 있다. 풀루란은 유기용매에 쉽게 녹을 수 있는 몇 안 되는 다당류 중에 대표적인 것이다. 이 같은 용해성은 화학적으로 변형을 쉽게 하였다. 1H-NMR 스펙트라는 엽산이 풀루란에 성공적으로 접합되었다는 것을 보였다. 1H-NMR(300 MHz, DMSO-d 6 ) 는 엽산에 대해서 2.29 (t, 2H, COCH2), 4.27 (q, 2H, CH 2CH), 6.9 (t, 1H, CHCO), 7.64 (s, 2H, COCH=CH), 6.64 (s, 2H, COCH=CH), 8.10 (s, 2H, CH2C) 및 풀루란에 대해서 3 내지 6 ppm 범위의 넓은 복수의 피크를 보였다. Chemical conjugation was carried out by a general carbodiimide reaction. It is well known that the carbonyl compound preferentially binds to the hydroxyl group of C (6) of the polysaccharide. Pullulan is one of the few polysaccharides that can be easily dissolved in organic solvents. This solubility facilitates chemical modification. 1 H-NMR spectra showed that folic acid was successfully conjugated to pullulan. 1 H-NMR (300 MHz, DMSO- d 6 ) is 2.29 (t, 2H, COCH 2 ), 4.27 (q, 2H, C H 2 CH), 6.9 (t, 1H, CHCO), 7.64 (for folic acid). A plurality of peaks ranging from 3 to 6 ppm were shown for s, 2H, COC H = CH), 6.64 (s, 2H, COCH = C H ), 8.10 (s, 2H, CH 2 C) and pullulan.
(2)풀루란/바이오틴의 결합체 제조(2) Preparation of conjugate of pullulan / biotin
1) 재료 및 방법 1) Materials and Methods
소수화된 풀루란 5g을 수분이 완전히 제거된 디메틸설폭사이드(DMSO) 50ml에 넣고 용해시킨 후 DMSO 용액에 다양한 농도의 바이오틴을 첨가한 후 이 몰비에 맞추어 N,N'-디시클로헥실 카보디이미드(DCC)와 디메틸아미노피리딘(DMAP)를 첨가하여 상온에서 하루 동안 반응시켰다. 반응 동안 생성된 디시클로헥실우리아(DCU)를 여과하여 제거한 후, 이 용액을 증류수에서 투석시킨 후 동결건조시켜 바이오틴/풀루란 접합체를 제조하였다. 5 g of hydrophobized pullulan was dissolved in 50 ml of dimethyl sulfoxide (DMSO) completely dehydrated, and various concentrations of biotin were added to the DMSO solution, followed by N, N'-dicyclohexyl carbodiimide ( DCC) and dimethylaminopyridine (DMAP) were added and reacted at room temperature for one day. The dicyclohexyluria (DCU) produced during the reaction was filtered off, and the solution was dialyzed in distilled water and then lyophilized to prepare a biotin / pullulan conjugate.
바이오틴은 DCC 및 DMAP-매개 에스테르 형성에 의해 풀루란에 연결하였다. 건조한 DMSO 에서 바이오틴(1g)의 카르복실 그룹은 DCC (600 mg)와 DMAP (400 mg)의 첨가에 의하여 활성화되었다(도 2). 다양한 양의 활성화된 바이오틴 (100-1000 mg)을 1 g의 풀루란을 포함하고 있는 건조한 50 mL의 DMSO에 첨가하고, 실온에서 2시간동안 반응시켰다. 24시간 후에 반응물질의 혼합물을 여과하고 분획 분자량 (molecular cut-off) 12,000 의 투석튜브를 이용하여 증류수에 대해서 3일 동안 투석하였다. 증류수는 3~6시간 간격으로 바꾸어주었다. 침전된 풀루란/바이오틴 접합물을 여과하고 디에틸 에테르와 증류수로 충분하게 세척하여 회수한 후, 냉동건조하였다. 반응하지 않은 물질들을 완전히 제거하기 위해서, 냉동건조 시료를 다시 DMSO에 녹여 증류수로 투석하였다. 이 과정은 3 번 반복되었다. 풀루란의 100 무수포도당 단위당 바이오틴 그룹의 수로 정의된 치환정도(degree of substitution, DS)는 1H-NMR에 의하여 결정되었다. NMR 측정에서 모든 시료는 참고물질로 사용한 DMSO-d6 (Aldrich) 와 테트라 메틸살리인( tetramethylsilane, TMS; Aldrich)에 녹였다. Biotin was linked to pullulan by DCC and DMAP-mediated ester formation. The carboxyl group of biotin (1 g) in dry DMSO was activated by the addition of DCC (600 mg) and DMAP (400 mg) ( FIG. 2 ). Various amounts of activated biotin (100-1000 mg) were added to dry 50 mL DMSO containing 1 g pullulan and reacted for 2 hours at room temperature. After 24 hours, the mixture of reactants was filtered and dialyzed against distilled water for 3 days using a dialysis tube of molecular cut-off 12,000. Distilled water was changed every 3-6 hours. The precipitated pullulan / biotin conjugate was filtered off, washed sufficiently with diethyl ether and distilled water, recovered and freeze-dried. To completely remove the unreacted materials, the freeze-dried sample was dissolved in DMSO again and dialyzed with distilled water. This process was repeated three times. The degree of substitution (DS), defined as the number of biotin groups per 100 anhydroglucose units of pullulan, was determined by 1 H-NMR. In NMR measurements, all samples were dissolved in DMSO-d 6 (Aldrich) and tetramethylsilane (TMS; Aldrich) as reference materials.
2) 결과2) results
에스테르 결합의 형성을 통한 풀루란과 바이오틴의 접합물은 전통적인 카보디마이드 반응(carbodiimide reaction)으로 수행하였다. 이 방법은 다당류의 6번 탄소에 있는 수산기 그룹에 카르보닐 화합물을 잘 붙게 하는 것으로 알려져 있다. 1H-NMR 스펙트럼은 바이오틴이 성공적으로 풀루란과 결합했다는 것을 보였다. 1H-NMR (300 MHz, DMSO-d 6 ) 은 바이오틴에 대하여는 δ 1.89-2.11(2H, 메틸렌에서 CH2; -C, -S-C) , 2.51 (2H, 메틸렌에서 CH2 ; -C, -O, -O-C) 및 3.37 (H, 테트라하이드로티오펜(tetrahydrothiophen)에서 CH)을 보이고, 풀루란에 대하여는 3.7 에서 5.5 ppm의 영역에서 넓은 복합피크를 보였다. 바이오틴의 카르복실그룹에서 OH의 피크는 δ11.5에서 사라졌다. 각 풀루란이 바이오틴으로 치환의 계산치(풀루란의 100 포도당 단위당 바이오틴의 수)는 11.34, 18.97 과 23.56이었다.Conjugation of pullulan and biotin through the formation of ester bonds was carried out in a traditional carbodiimide reaction. This method is known to adhere the carbonyl compound to the hydroxyl group on carbon 6 of the polysaccharide. 1 H-NMR spectra showed that biotin successfully combined with pullulan. 1 H-NMR (300 MHz, DMSO- d 6 ) gives δ 1.89-2.11 (2H, CH 2 in methylene; -C, -SC), 2.51 (2H, CH 2 in methylene; -C, -O for biotin , -OC) and 3.37 (H, CH in tetrahydrothiophene) and broad complex peaks in the range of 3.7 to 5.5 ppm for pullulan. The peak of OH in the carboxyl group of biotin disappeared at δ11.5. The calculations for each pullulan substitution with biotin (number of biotin per 100 glucose units of pullulan) were 11.34, 18.97 and 23.56.
(3) 풀루란과 담즙산의 결합체 제조(3) Preparation of conjugate of pullulan and bile acid
풀루란에 양친성을 도입하기 위해 소수성화 단량체인 디옥시콜릭 산(Deoxycholic acid, DOCA)를 이용하였다. 반응 메카니즘은 다당류의 수산기와 DOCA의 카르복실기를 반응시켜 에스테르(ester)결합을 생성시키는 것이었다. 먼저, 풀루란 5g를 수분이 완전히 제거된 디메틸설폭사이드(DMSO) 50ml에 넣고 60℃까지 온도를 올려 다당류를 용해시킨 후 이를 상온에서 방치하였다. 온도가 상온까지 떨어진 풀루란이 녹아 있는 DMSO 용액에 다양한 농도의 DOCA를 첨가한 후 이 몰 비에 맞추어 N,N'-디시클로헥실 카보디이미드(DCC)와 디메틸아미노피리딘(DMAP)를 첨가하여 상온에서 하루동안 반응시켰다. 반응 동안 생성된 디시클로헥실우리아(DCU)를 여과하여 제거한 후, 이 용액을 증류수에서 투석시킨 후 동결건조시켜 풀루란-DOCA 결합물을 얻었다. 플루란과 답즙산의 에스테르 결합반응과 그 생성물의 화학구조는 도 3 에서 보인다In order to introduce amphiphility into pullulan, a hydrophobized monomer, Deoxycholic acid (DOCA), was used. The reaction mechanism was to generate an ester bond by reacting the hydroxyl group of the polysaccharide with the carboxyl group of DOCA. First, 5 g of pullulan was added to 50 ml of dimethyl sulfoxide (DMSO) from which water was completely removed, and the temperature was raised to 60 ° C. to dissolve polysaccharides, and the mixture was left at room temperature. DOCA of various concentrations was added to the dissolved DMSO solution at room temperature, and then N, N'-dicyclohexyl carbodiimide (DCC) and dimethylaminopyridine (DMAP) were added according to the molar ratio. The reaction was carried out at room temperature for one day. The dicyclohexyluria (DCU) produced during the reaction was filtered off, and the solution was dialyzed in distilled water and then lyophilized to obtain pullulan-DOCA conjugate. Ester bond reaction between flulan and bile acid and the chemical structure of the product are shown in FIG.
<실시예2> 나노자가응집체의 제조 및 특성규명Example 2 Preparation and Characterization of Nano-Agglomerates
(1) 엽산/풀루란 나노입자 (1) Folic Acid / Pululan Nanoparticles
1) 재료 및 방법1) Materials and Methods
투석법과 용매추출방법(solvent evaporation)을 이용하여 나노 입자의 제조하였다. 상기 실시예 1 에서 제조된 접합체 100mg을 각각 DMSO 30ml에 완벽하게 녹인 후, 투석막(컷오프: 1000)에 넣고 수용액상에서 투석시킨다. 수용액의 교체는 3시간 간격으로 행해지며, 이런 과정을 2일간 계속한 후 동결건조 한다. Nanoparticles were prepared by dialysis and solvent evaporation. 100 mg of the conjugate prepared in Example 1 was completely dissolved in 30 ml of DMSO, and then put in a dialysis membrane (cutoff: 1000) and dialyzed in aqueous solution. Replacement of the aqueous solution is carried out every 3 hours, and this process is continued for 2 days and then lyophilized.
또한, 실시예1 에 의해 합성된 접합체 100mg을 각각 디클로로메탄(Dichrolomethane; MC) 30ml에 완벽하게 녹인 후, 수용액 50ml에 부은 후 30℃에서 2시간 동안 교반기를 1,00-10,000 으로 강력하게 교반하면서 디클로로메탄을 제거한다. 나노입자는 디클로로메탄이 제거되는 과정에서 만들어진다.Further, 100 mg of the conjugate synthesized in Example 1 was completely dissolved in 30 ml of dichloromethane (MC), respectively, poured into 50 ml of aqueous solution, and then vigorously stirred at 1,00-10,000 at 30 ° C. for 2 hours. Remove dichloromethane. Nanoparticles are made in the process of dichloromethane removal.
자기응집의 나노입자를 만들기 위하여, 각각 FA/Pul (100 mg)이 10 mL DMSO에 녹여지고 어두운 콜드룸(cold room)에서 과량의 3차 증류수에 대하여 투석(MWCO 3,500 Da, Spectra/Por membrane RC) 하였다. 3일 동안, 투석물이 모아지고, 이들의 부피는 100 mL(최종 농도 1 mg/mL)로 맞추었다. 각각의 시료를 0.8㎛ 주사기 필터로 여과한 후에, 입자의 크기 및 분포가 동적광산란(아르곤 이온 레이저 시스템, 락셀 레이져 모델95, Brookhaven Instrument Corp., Holtsville, NY)에 의하여 측정되었다. 투과 전자현미경(TEM, Philips CM 30, Philips Electron Optics, Eindhoven, the Netherlands)의 가속 전압이 건조 상태에서 입자를 관측할 수 있도록 200 keV에서 수행되었다. To make self-aggregated nanoparticles, each FA / Pul (100 mg) was dissolved in 10 mL DMSO and dialyzed against excess tertiary distilled water in a dark cold room (MWCO 3,500 Da, Spectra / Por membrane RC) ). For 3 days, the dialysates were collected and their volume adjusted to 100 mL (
2) 결과 - 나노입자의 생성 2) Results-Generation of Nanoparticles
도 4 에서는 동적광산란(dynamic light scattering; DLS)에 의해 측정한 엽산/풀루란(FA/Pul) 나노 입자의 크기 분포를 보인다. (도 4(a) FA4/Pul: 도 4(b) FA6/Pul: 및 도 4(c) FA8/Pul). 두 개의 주된 피크 및 하나의 적은 피크가 FA/Pul 시료에서 관찰된다. 우세한 입자 사이즈는 약 230 - 300 nm (FA4/Pul, FA6/Pul, 및 FA8/Pul 각각에 대하여 평균 값은 261, 276 및 272 nm) 및 다른 주된 크기는 60 - 80 nm 범위에 분포되었다 (같은 순서로 71, 75, 및 74 nm ). 이들 범위내의 입자의 크기 및 분포는 엽산에 의한 치환의 정도에 의해 달라지지 않았다. 한편, 1,000 nm 주변에서 나타나는 입자는 단량체의 치환의 정도가 증가함에 따라 뚜렷해졌다 (도 4(a), 도 4(b), 및 도 4(c) 각각에서 6, 2, 및 0 % 강도). Figure 4 shows the size distribution of folic acid / pullulan (FA / Pul) nanoparticles measured by dynamic light scattering (DLS). ( FIG. 4 (a) FA4 / Pul: FIG. 4 (b) FA6 / Pul: and FIG. 4 (c) FA8 / Pul). Two main peaks and one small peak are observed in the FA / Pul sample. The predominant particle size was about 230-300 nm (mean values 261, 276 and 272 nm for FA4 / Pul, FA6 / Pul, and FA8 / Pul respectively) and other predominant sizes distributed in the 60-80 nm range (the same 71, 75, and 74 nm in order). The size and distribution of the particles within these ranges did not vary with the degree of substitution by folic acid. On the other hand, particles appearing around 1,000 nm became apparent as the degree of substitution of monomers increased ( 6, 2, and 0% intensity in each of FIGS . 4 (a), 4 (b) , and 4 (c) ). .
FA/Pul로부터의 나노 입자는 건조된 상태에서 매우 안정적이고, 이것은 TEM 이미지에 의해 확인되었다 (도 5(a) FA4/Pul;도 5(b) FA6/Pul; 및 도 5(c) FA8/Pul). 그러나 FA4/Pul의 이미지는 다수의 작은 응집물을 보였고, 이것은 각각의 나노입자의 추가적인 응집결과를 가져왔을 것이다. 이와 같은 작은 입자의 집단은 중합체의 소수성도 또는 DS 값이 올라감에 따라 감소하였다. 나노 입자의 전체적인 사이즈는 시료로부터 물이 제거되었기 때문에 50 nm 보다 적었다. 광 산란 결과와 조합하여 볼 때, 그들의 입자크기의 수축은 입자가 거대한 하이드로다이나믹 양을 가지고 있다는 것을 보인다.Nanoparticles from FA / Pul are very stable in the dry state, which was confirmed by TEM images ( Fig. 5 (a) FA4 / Pul; Fig. 5 (b) FA6 / Pul; and Fig. 5 (c) FA8 / Pul). However, the image of FA4 / Pul showed a number of small aggregates, which would result in additional aggregation of each nanoparticle. The population of these small particles decreased with increasing hydrophobicity or DS value of the polymer. The overall size of the nanoparticles was less than 50 nm because water was removed from the sample. In combination with the light scattering results, their particle size shrinkage shows that the particles have a huge amount of hydrodynamics.
(2) 바이오틴/풀루란 나노입자 (2) Biotin / Pululan Nanoparticles
1) 재료 및 방법1) Materials and Methods
풀루란과 바이오틴의 접합체로부터 자가 조직된 나노겔의 나노입자는 분획 분자량 2,000 의 투석여과방법에 의해 준비하였다. 다른 치환정도(DS)를 가진 각각의 풀루란/ 바이오틴 접합물을 20 mL의 DMSO에 녹였다. 각각의 용액은 실온에서 석었고 3 일동안 증류수로 투석하였다. 침전물질을 제거하기 위해서 용액은0.45 ㎛ 필터로 여과하였다. Nanoparticles of nanogel self-organized from the conjugate of pullulan and biotin were prepared by diafiltration method with a fractional molecular weight of 2,000. Each pullulan / biotin conjugate with different degrees of substitution (DS) was dissolved in 20 mL of DMSO. Each solution was dialyzed at room temperature and dialyzed with distilled water for 3 days. The solution was filtered through a 0.45 μm filter to remove precipitates.
형광 분광의 측정을 위해 피렌 스톡 용액 (Pyrene stock solution, 6.0 × 10-2 M)을 아세톤에서 준비하였고, 사용할 때까지 5℃에서 저장하였다. 안정상태 형광분광의 측정을 위하여 피렌 농도 12.0× 10-7 M을 맞추려고, 아세톤하의 피렌 용액을 증류수에 첨가하였다, 다음으로 용액으로부터 아세톤을 제거하기 위하여 60℃에서 1시간동안 용액을 증류하였다. 아세톤이 없는 피렌 용액은 1 × 10-4 에서 1.0 mg/mL 범위 농도의 자가 응집 나노입자와 함께 혼합되었다. 각 시료에서 피렌의 최종농도는 6.0 × 10-7 M이었고 이는 25 ℃의 물에서 용해도와 거의 같은 것이다. Pyrene stock solution (6.0 × 10 −2 M) was prepared in acetone for measurement of fluorescence spectroscopy and stored at 5 ° C. until use. Pyrene solution under acetone was added to distilled water to adjust pyrene concentration 12.0 × 10 −7 M for measurement of steady state fluorescence, and then the solution was distilled at 60 ° C. for 1 hour to remove acetone from the solution. Acetone-free pyrene solutions were mixed with self-aggregating nanoparticles in concentrations ranging from 1 × 10 −4 to 1.0 mg / mL. The final concentration of pyrene in each sample was 6.0 × 10 -7 M, which is about the same as the solubility in water at 25 ° C.
풀루란/ 바이오틴 나노입자에서 1,6- 디페닐-1,3,5,- 헥사트리엔의 비등방성치의 측정 (The measurement of anisotropy value for 1,6-diphenyl-1,3,5,-hexatriene (DPH) in the PU/Bio nanoparticles)을 위해 나노입자에서 DPH (2.1 × 10-6 M) 의 비등방성 치는 감지의 L- 형태 배열 로 측정하였다. 형광 비등방성(r)은 다음 관계로부터 측정하였다. The measurement of anisotropy value for 1,6-diphenyl-1,3,5, -hexatriene (DPH) in the PU / Bio nanoparticles, the anisotropic value of DPH (2.1 × 10 -6 M) in the nanoparticles was determined by the L-shape array of the sense. Fluorescence anisotropy (r) was measured from the following relationship.
(수학식 1) (Equation 1)
Is는 DPH의 부존재하에서 시료용액으로부터 흩어진 빛의 기여를 나타낸다. G (I VH/I HH)는 수정인자이고, I VV, I VH, I HV 및 I HH 는 수직으로 또는 수평으로 극성화된 빛(first subindex)으로 흥분(exitation)될 때, 수직 또는 수평 검출계획(second subindex)에서 극성화된 결과적인 방출 강도를 나타낸다. 흥분상태의 파장은 360 nm 이고, 방출은 430nm에서 측정되었다. I s represents the contribution of light scattered from the sample solution in the absence of DPH. G (I VH / I HH ) is a modifier and I VV , I VH , I HV and I HH are vertical or horizontal detection when excited with vertically or horizontally polarized first subindex The resulting emission intensity is polarized in the second subindex. The excited wavelength was 360 nm and emission was measured at 430 nm.
2) 결과 2) results
도 2 에서 풀루란(a), 바이오틴(b) 및 풀루란/바이오틴(Pu/Bio) 중합체 (C)의 화학구조를 보였다. 바이오틴 치환의 정도는 풀루란의 100 무수의 글루코스단위에 11, 19 및 24 바이오틴 그룹이었다. 수용액 배지에서 나노겔(Pu/Bio1, 2, 및 3)의 물리화학적 성질은 동적 광 산란, 투과전자현미경 및 형광분광기에 의해 결정되었다. 모든 시료의 평균 지름은 단봉형(unimodal)으로 300nm 보다 적었다. 증류수에서 임계응집농도(critical aggregation concentration; CAC)은 Pu/Bio1, 2, 3 각각에 대하여 2.8x10-2, 1.6x10-2 및 0.7x10-2 mg/ml 이었다. 나노겔의 응집 행동은 바이오틴이 소수성 모이어티로서 역할을 할 수 있다는 것을 보였다. 간암세포주(HepG2)와의 특이한 상호작용을 보기 위하여, 로다민 B 이소티오사아네이트(RITC)를 접합체에 레이블화 하였고, 그들의 정도를 형광 마이크로플레이트 판독기를 이용하여 특정하였다. 형광 표지된 PU/Bio 나노입자로 처리된 HepG2가 대조구(풀루란)에 비하여 강하게 방사하였다. 공초점 레이저 현미경은 암세포로 Pu/bio 나노겔으로 들어가는 것을 보였다. 이는 바이오틴과 풀루란의 결합체에서이 바이오틴이 자가응집을 위한 소수성화 및 종양 세포와의 특이적 상호작용을 위한 종양 표적화 모두를 위한 모이어티로서 역할을 하는 것을 보이는 것으로, Pu/Bio 나노 겔은 암을 치료하기 위한 약물전달체로서 유용함을 알 수 있다. 2 shows the chemical structures of pullulan (a), biotin (b) and pullulan / biotin (Pu / Bio) polymer (C). The degree of biotin substitution was 11, 19 and 24 biotin groups in 100 anhydrous glucose units of pullulan. Physicochemical properties of nanogels (Pu / Bio1, 2, and 3) in aqueous medium were determined by dynamic light scattering, transmission electron microscopy, and fluorescence spectroscopy. The average diameter of all samples was unimodal, less than 300 nm. Critical aggregation concentration (CAC) in distilled water was 2.8x10 -2 , 1.6x10 -2 and 0.7x10 -2 mg / ml for Pu / Bio1, 2, 3 respectively. The aggregation behavior of the nanogels has shown that biotin can act as a hydrophobic moiety. To see specific interactions with the hepatic cancer cell line (HepG2), rhodamine B isothiosayanate (RITC) was labeled on the conjugate and their extent was specified using a fluorescent microplate reader. HepG2 treated with fluorescently labeled PU / Bio nanoparticles emitted more strongly than the control (pullulan). Confocal laser microscopy showed the cancer cells entering the Pu / bio nanogel. This shows that in the combination of biotin and pullulan, this biotin acts as a moiety for both hydrophobization for self-aggregation and tumor targeting for specific interactions with tumor cells. It can be seen that it is useful as a drug carrier for treatment.
풀루란/ 바이오틴 나노입자는 풀루란의 100 무수포도당 단위당 각각 11 (PU/Bio1), 19 (PU/Bio2), 24 (PU/Bio3) 바이오틴 그룹을 치환하는 세가지 접합체를 합성하였다. 자가-조직된 나노겔이 투석방법을 사용하여 이러한 접합체로부터 준비되었다. 이 방법은 작은 입자 형성, 빠른 침전 방지과 좁은 크기 분산 등의 몇가지 이점이 있다(Yasugi, K., Y. Nagasaki, M. Kato, and K. Kataoka, 1999. Preparation and characterization of polymer micelles from poly(ethylene glycol)-poly(d,l-lactide) block copolymers as potential drug carrier, J. Control. Release 62:89-100.). PU/Bio 용액의 투석과정 후에, 상당한 정도의 광 산란 세기 변화가 관찰되었다. 이는 나노겔이 접합체로부터 형성되었다는 것을 나타내는 것이다. The pullulan / biotin nanoparticles synthesized three conjugates replacing 11 (PU / Bio1), 19 (PU / Bio2), and 24 (PU / Bio3) biotin groups per 100 pullulan glucose units. Self-organized nanogels were prepared from these conjugates using the dialysis method. This method has several advantages, such as small particle formation, rapid precipitation prevention and narrow size dispersion (Yasugi, K., Y. Nagasaki, M. Kato, and K. Kataoka, 1999. Preparation and characterization of polymer micelles from poly (ethylene glycol) -poly (d, l-lactide) block copolymers as potential drug carrier, J. Control.Release 62: 89-100.). After dialysis of the PU / Bio solution, a significant amount of light scattering intensity change was observed. This indicates that the nanogel was formed from the conjugate.
증류수에서 자가 조직된 나노겔의 크기와 크기 분포는 DLS에 의하여 측정되었고, 형태학적구조는 TEM을 사용하여 관찰였다.The size and size distribution of self-organized nanogels in distilled water were measured by DLS, and morphological structures were observed using TEM.
도 6(a) 는 용액 배지에서 PU/Bio2의 입자크기와 입자분포를 보인다. pH 7.4에서 부풀은 PU/Bio2 나노겔은 단봉형의 크기 분포(± 182 nm)로 217 nm의 평균지름을 가지고 있다. TEM 으로 관찰한 풀루란/바이오틴 2 나노겔의 형태학적구조는 도 6(b)에서 보였다. PU/Bio2 나노겔은 건조 크기로 100nm 이하의 반지름을 가지는 구형(spherical)이다. Figure 6 (a) shows the particle size and particle distribution of PU /
용액 배지에서 풀루란과 바이오틴 접합체의 자가 조직된 나노겔 형성은 형광탐침을 이용하여 조사되었다.Self-organized nanogel formation of pullulan and biotin conjugates in solution medium was investigated using a fluorescence probe.
6.0 × 10-7 M 피렌 존재하에서 중합체의 다양한 농도에서 PU/Bio3 나노겔의 형광 흥분 스펙트럼은 도 7 에서 보인다. PU/Bio3의 낮은 농도에서 전체 형광 세기의 변화와 334nm에서 (0,0) 밴드의 이동(shift)은 무시할 만 하였다. 그러나, PU/Bio3 농도가 증가하였을 때 전체 형광세기의 증가와 (0,0) 밴드의 붉은색쪽으로 이동(red shift)이 명확히 관찰되었다. PU/Bio3 접합물의 첨가에 따라 전체 형광 강도의 증가는 탐침이 수용액배지로부터 나노겔의 안쪽의 소수성 마이크로도메인으로 이동 되었다는 것을 보인다. 334nm에서의 피렌에 대한 (0,0)밴드는 PU/Bio3이 첨가되면서 337nm로 변동되었다. 내부 및/또는 상호 분자 연합에 의한 자가 집합 나노입자 형성의 역치농도인, 임계 응집 농도(critical aggregation concentration, CAC)는 PU/Bio 들의 존재하에서 피렌의 세기비(I337/I334)의 변화로 부터 결정되었다. 도 8 은 중합체 농도의 함수로서 PU/Bio 나노겔의 세기비(I337/I334)를 보인다. CAC 값은 낮은 농도에서 교차점으로부터 산정하였다. Fluorescence excitation spectra of PU / Bio3 nanogels at various concentrations of polymer in the presence of 6.0 × 10 −7 M pyrene are shown in FIG. 7 . At low concentrations of PU / Bio3, the change in total fluorescence intensity and the shift of the (0,0) band at 334 nm were negligible. However, as the PU / Bio3 concentration increased, the increase in total fluorescence intensity and red shift of the (0,0) band were clearly observed. The increase in total fluorescence intensity with the addition of the PU / Bio3 conjugate shows that the probe has migrated from the aqueous medium to the hydrophobic microdomains inside the nanogels. The (0,0) band for pyrene at 334 nm varied to 337 nm with the addition of PU / Bio3. Critical aggregation concentration (CAC), the threshold concentration of self-assembling nanoparticle formation by internal and / or mutual molecular association, is due to the change in the intensity ratio of pyrene (I 337 / I 334 ) in the presence of PU / Bio. Decided. 8 shows the intensity ratio (I 337 / I 334 ) of PU / Bio nanogels as a function of polymer concentration. CAC values were calculated from the intersection at low concentrations.
자가-조직된 나노겔의 물리화학적인 특성은 표 1에서 보인다.The physicochemical properties of the self-organized nanogels are shown in Table 1 .
표 1. 수용성 배지에서 자가조직된 나노겔의 성질Table 1. Properties of self-organized nanogels in aqueous media
a풀루란의 100 무수포도당 단위당 바이오틴의 치환 정도 (NMR 이용) a degree of substitution of biotin per 100 anhydroglucose units of pullulan (using NMR)
b동적 광 산란에의해 측정된 평균 지름(세기 평균) b Average diameter (intensity mean) measured by dynamic light scattering
CI337/I334로부터 결정된 임계 응축 농도Critical Condensation Concentration Determined from C I 337 / I 334
d수학식 1로부터 계산되어진 값 d The value calculated from
Pu/Bio 1, 2 와 3 나노겔의 평균반지름은 각각 130± 114, 217± 182 와 275± 223 nm 이다. 자가 조직된 나노겔의 입자크기는 바이오틴간의 응집 증가에 기인한 바이오틴 함량의 증가와 함께 증가하였다. 일반적으로 반지름이 약300nm보다 큰 운반체는 단핵구와 내망세피계(reticuloendothelial system, RES) 를 통해 비특이적인 제거를 유발하는 것으로 알려져 있다(Na, K., E. S. Lee, and Y. H. Bae. 2003. Adriamycin loaded pullulan acetate/sulfonamide conjugate nanoparticles responding to tumor pH: pH-dependent cell interaction, internalization and cytotoxicity in vitro. J. Control. Release 87:3-13. Yokoyama, M., and T. Okano, 1996. Targetable drug carriers: present status and a future perspective. Adv. Drug Del. Rev. 21:77-80.). 이러한 방법에 의해 나노겔은 RES에 의한 포획화를 피할 수 있을 것이다.The average radii of Pu /
본 발명에서 제조된 PU/Bio1, 2, 3은 각각 다른 DS(풀루란의 단위인 무수포도당 100개당 바이오틴의 단위를 말함), 입자크기, CAC(임계결집농도)등의 특성을 나타내었다. 입자크기가 증가할수록 결집되는 바이오틴의 양은 증대되었다. 300nm 입자크기이상에서 백혈구의 대식작용에 의한 섭식이 이루어지므로, PU/Bio 나노겔은 내망세피계(RES, reticuloendothelial system)에 의해 포획되지 않는 특성을 가지고 있다. PU/Bio 나노겔에 포함된 바이오틴은 내부 중심에 소수성을 부여하며 PU/Bio 중합체에 CAC값 감소에 영향을 주며 나노겔의 물리화학적 특성에 결정적인 영향을 주는것으로 나타냈다.PU / Bio1, 2, and 3 produced in the present invention exhibited characteristics such as different DS (units of biotin per 100 anhydrous grapes, unit of pullulan), particle size, and CAC (critical concentration concentration). As the particle size increased, the amount of biotin aggregated increased. Since the feeding by leukocytes macrophages above 300nm particle size, PU / Bio nanogel has a characteristic that is not captured by the reticuloendothelial system (RES). Biotin contained in PU / Bio nanogels imparts hydrophobicity to the inner core, affects the reduction of CAC values in PU / Bio polymers, and has a critical effect on the physicochemical properties of nanogels.
CAC는 풀루란/바이오틴 접합체에서 바이오틴 함량에 대한 의존성을 보여준다(표 1). 이는 바이오틴의 도입으로부터 생기는 소수성의 증가는 CAC 값을 감소시킨다는 것을 의미한다. 소수성의 모이어티로서 바이오틴의 기능에 대한 세밀한 증거로, 풀루란/바이오틴 나노겔의 내부구조를 DPH에 의한 마이크로점성(microviscosity)을 측정에 의해 조사하였다. CAC shows the dependence on biotin content in pullulan / biotin conjugates ( Table 1 ). This means that the increase in hydrophobicity resulting from the introduction of biotin decreases the CAC value. For detailed evidence of the function of biotin as a hydrophobic moiety, the internal structure of pullulan / biotin nanogels was investigated by measuring microviscosity by DPH.
입자 내부 핵의 마이크로점성은 분자 회전 확산의 결과로써 분자 비등방성의 측정에 의하여 결정되었다. DPH에 대한 비등방성의 값은 제한된 회전 운동에 기인하여 중심 마이크로점성에 따라 증가한다. Pu/Bio3 나노겔의 r 값이 시험된 시료(표 1)중에서 최대치를 보인다. 높은 r 값은 입자의 안쪽 중심의 증가된 강도를 의미하기 때문에, Pu/Bio3 나노겔은 가장 딱딱한 내부 중심을 가지고 있다는 것을 의미한다. 그 결과들은 나노겔의 소수성은 중합체의 바이오틴 함량의 증가에 따라 증가된다는 것을 지지한다. 상기 결과는 바이오틴은 자가-조직된 나노겔을 만들기 위해 소수성 부분으로 작용할 수 있다는 것과 또한, 접합체에서 바이오틴의 치환정도는 나노겔의 물리화학적 성질을 조절할 수 있다는 것을 의미한다.The microviscosity of the inner nucleus of the particles was determined by measuring molecular anisotropy as a result of molecular rotational diffusion. The value of anisotropy for DPH increases with central microviscosity due to limited rotational motion. The r value of Pu / Bio3 nanogels is shown to be the highest among the samples tested ( Table 1 ). Higher r values mean increased strength of the inner center of the particle, which means that Pu / Bio3 nanogels have the hardest inner center. The results support that the hydrophobicity of nanogels increases with increasing biotin content of the polymer. The results indicate that biotin can act as a hydrophobic moiety to make self-organized nanogels, and that the degree of substitution of biotin in the conjugate can control the physicochemical properties of the nanogels.
<실시예 3> 나노입자의 항암제의 봉입 및 방출 Example 3 Encapsulation and Release of Anticancer Agents in Nanoparticles
(1) 재료 및 방법(1) materials and methods
DOX (독소루비신·HCl, 20 mg, 34.484μmol) 을 6.2㎕ TEA (44.829 mol) 을 포함하는 무수의 DMSO에 용해하였다. 각각의 FA/Pul 접합체(50mg)를 용액에 첨가한 후, 혼합물을 어두운 콜드 룸(cold room)에서 저어주었다. DOX-봉입된 FA/Pul 나노입자를 만들기 위하여, 용액을 젖은 투석막(Spectra/Por RC dialysis membrane, MWCO 1,000 Da)으로 옮기고, 과량의 탈이온화된 물에 대해 상온에서 투석하였. 물은 24시간 동안 매 3시간마다 갈아주었고, 투석물은 응집된 침전물을 제거하기 위해 여과(0.45 membrane filter, Millipore) 하였다. 최종적으로, 여과액은 3일 동안 냉동하였고, 추가의 시험을 위해서 산물은 -20 ℃에서 보관하였다. DOX (doxorubicin.HCl, 20 mg, 34.484 μmol) was dissolved in anhydrous DMSO containing 6.2 μl TEA (44.829 mol). After each FA / Pul conjugate (50 mg) was added to the solution, the mixture was stirred in a dark cold room. To make DOX-encapsulated FA / Pul nanoparticles, the solution was transferred to a wet dialysis membrane (Spectra / Por RC dialysis membrane, MWCO 1,000 Da) and dialyzed at room temperature for excess deionized water. Water was changed every 3 hours for 24 hours, and the dialysate was filtered (0.45 membrane filter, Millipore) to remove aggregated precipitate. Finally, the filtrate was frozen for 3 days and the product was stored at -20 ° C for further testing.
의약-봉입 양을 결정하기 위하여, 건조한 샘플은 DMAC에 현탁하였고, 2시간 동안 강하게 저었다. 짧은 초음파처리(3분) 후에, 상기 용액은 30분 동안 20,000g에서 원심분리처리하였다. 나노입자로부터 추출되어진 DOX를 포함하고 있는 상등액의 UV 흡광도를 490 nm에서 측정하였다. DMAC 안의 자유 DOX로부터 나온 선형의 표준 곡선으로, 봉입 효율을 계산하였고, 이는 FA4/Pul, FA6/Pul, 및 FA8/Pul 각각에 대하여 12± 4.4, 18± 6.1, 및22± 6.9 % (w/w) 이었다. 시험관내 의약 방출 시험은 투석 튜브를 이용하여 수행하였다. 2 mL DOX-봉입된 FA/Pul 나노입자(0.1 mg/mL DOX 양)를 잡아준 후, 투석 튜브를 10 mL 멸균 PBS(pH 7.4)를 포함하는 바이얼 안에 넣고, 37℃에서 가볍게(100 rpm) 저어주었다. 어떤 경우에는, 전체 배재를 취해 - 4℃에 보관하고, 새로운 PBS를 침전 상태를 깨지 않으면서 첨가하였다. 방출된 DOX잔기를 포함하는 모든 시료 배지를 상기한 바와 같이 UV 분광기에 의해서 분석 하였고, 이는 시간의 함수로서 방출 플롯(plot)을 보였다.To determine the drug-loading amount, the dry sample was suspended in DMAC and vigorously stirred for 2 hours. After a short sonication (3 min), the solution was centrifuged at 20,000 g for 30 min. The UV absorbance of the supernatant containing DOX extracted from the nanoparticles was measured at 490 nm. The linear standard curve from free DOX in DMAC was used to calculate the encapsulation efficiency, which was 12 ± 4.4, 18 ± 6.1, and 22 ± 6.9% (w / F) for FA4 / Pul, FA6 / Pul, and FA8 / Pul, respectively. w) was. In vitro drug release testing was performed using a dialysis tube. After holding 2 mL DOX-encapsulated FA / Pul nanoparticles (0.1 mg / mL DOX amount), the dialysis tube is placed in a vial containing 10 mL sterile PBS (pH 7.4) and lightly at 100 ° C. (100 rpm). Stir it. In some cases, the entire exclusion was taken and stored at 4 ° C. and fresh PBS was added without breaking the precipitate. All sample media containing the released DOX residues were analyzed by UV spectroscopy as described above, which showed an emission plot as a function of time.
(2) 결과(2) results
FA/Pul 나노입자로부터 시험관내 DOX의 방출 프로파일을 조사하여, 결과를 도 9 에 나타내었다. FA4/Pul, FA6/Pul, 및 FA8/Pul 각각의 그룹의 회기식은 y = 3.133 + 92.9794(1-e-0.0875x), y = 0.8497 + 93.7875(1-e-0.0584x), 및 y = 2.4669 + 93.2957(1-e-0.0367x) 이었다. 각각의 식은 좋은 상관 인자를 보여서, R2 값이 같은 순서로 0.9987, 0.9985, 및 0.9987 이었다. 방출 반감기(Half-maximal release time (t1/2)), 즉 봉입된 DOX가 나노 입자로부터 50% 방출은 엽산의 DS에 의존하였고, 이것은 FA4/Pul, FA6/Pul, 및 FA8/Pul 각각에 대해 8.0, 12.7, 및 19.4 시간이었다. 엽산이 더 많이 치환되어질수록, t1/2 은 더 길어졌다. 환언하면, 나노입자로부터 DOX 방출은 DS가 감소됨에 따라 촉진되었다. FA4/Pul은 12시간 내에 약 0.13 mg DOX (전체 0.2 mg의 63 %)를 만들었고, 반면에, FA8/Pul는 단 37 퍼센트 만을 만들었다. 3일동안, 방출되어진 DOX의 양은 같은 순서로 각각의 나노입자의 96, 93,및 89 퍼센트가 되었다. 각각의 나노입자의 포화점은 약 95-96 퍼센트 이었다. 이것은 대부분의 약이 3-4 일 이내에 나노입자로부터 분리되어지는 것을 보인다.In vitro release profiles of DOX from FA / Pul nanoparticles were examined and the results are shown in FIG. 9 . The regression equations for each group of FA4 / Pul, FA6 / Pul, and FA8 / Pul are y = 3.133 + 92.9794 (1-e -0.0875x ), y = 0.8497 + 93.7875 (1-e -0.0584x ), and y = 2.4669 +93.2957 (1-e -0.0367x ). Each equation shows a good correlation factor, so that the R 2 values are 0.9987, 0.9985, and 0.9987 in the same order. Half-maximal release time (t 1/2 ), ie 50% release of encapsulated DOX from nanoparticles, was dependent on the folate's DS, which was applied to FA4 / Pul, FA6 / Pul, and FA8 / Pul respectively. For 8.0, 12.7, and 19.4 hours. The more folic acid was substituted, the longer t 1/2 was. In other words, DOX release from nanoparticles was promoted as DS decreased. FA4 / Pul produced about 0.13 mg DOX (63% of the total 0.2 mg) within 12 hours, while FA8 / Pul made only 37%. Over three days, the amount of released DOX was 96, 93, and 89 percent of each nanoparticle in the same order. The saturation point of each nanoparticle was about 95-96 percent. This shows that most drugs are separated from nanoparticles within 3-4 days.
<실시예4> 세포와 특이적상호작용의 확인Example 4 Confirmation of Specific Interaction with Cells
(1) FA/Pul의 세포특이적 상호작용(1) Cell specific interaction of FA / Pul
1) 재료 및 방법1) Materials and Methods
자유 또는 DOX-봉입된 나노입자의 흡수는 형광 현미경(Karl Zeiss, Oberkochen, Germany)를 이용하여 조사하였다. 처음에는, KB 및 CHO-K1 세포(105/웰)가 6-웰 세포 배양 플레이트에 심어졌고, 하루 동안 2mL FBS- 및 항생제-보충된 배지에서 항온배양하였다. 세포는 따뜻한 PBS로 두 번 세척되었고, 0.1 % (w/v) BSA를 포함하는1.8 mL KRH에 넣어졌다. 엽산에 의한 치환의 정도(DS)가 세포로의 나노입자의 결합 성질에 영향을 주는지 시험해 보기 위하여, 동량의 FITC- 표지된 FA4/Pul, FA6/Pul, 및 FA8/Pul가 각각의 웰에 처리되었다. 이 실험에서, FITC-레이블된 FA/Pul 의 양은 DOX 봉입 효율에 관계없이 1mg/mL 이었다. 나노 입자를 부가하기 전에, 각각의 웰을 따뜻한 PBS로 다시 세척하였고, 상온에서 5분간 PBS내의 2 % 글루타르알데하이드 및 2 % 포름알데하이드 (고정용액)으로 고정하였다. 각각의 시료는 형광현미경을 수행하기 전 4 ℃에 보관되었다. 형광이미지를 관찰하기 위해서, 2 mL PBS가 각각의 웰로 첨가되었고, 각각의 시료는 3반복 되었고, 웰당 5개의 다른 이미지가 얻어졌다. 수중-침전 렌즈(x400)를 이용하여, 시료는 200ms의 노출시간으로 사진을 찍었다. 얻어진 이미지는 NIH 이미지 J, 버전 1.33u에 의해 몽타쥬 또는 크기 조정하는 것 이외에 추가의 조정을 행하지 않았다.Absorption of free or DOX-enclosed nanoparticles was investigated using fluorescence microscopy (Karl Zeiss, Oberkochen, Germany). Initially, KB and CHO-K1 cells (10 5 / well) were planted in 6-well cell culture plates and incubated in 2 mL FBS- and antibiotic-supplemented media for one day. Cells were washed twice with warm PBS and placed in 1.8 mL KRH containing 0.1% (w / v) BSA. To test whether the degree of substitution by folic acid (DS) affects the binding properties of nanoparticles to cells, the same amount of FITC-labeled FA4 / Pul, FA6 / Pul, and FA8 / Pul were treated in each well. It became. In this experiment, the amount of FITC-labeled FA / Pul was 1 mg / mL regardless of DOX encapsulation efficiency. Before adding the nanoparticles, each well was washed again with warm PBS and fixed with 2% glutaraldehyde and 2% formaldehyde (fixed solution) in PBS for 5 minutes at room temperature. Each sample was stored at 4 ° C. prior to performing fluorescence microscopy. To observe the fluorescence image, 2 mL PBS was added to each well, each sample was repeated three times, and five different images per well were obtained. Using the underwater-precipitating lens (x400), the sample was photographed with an exposure time of 200 ms. The obtained image was not further adjusted except to montage or resize by NIH image J, version 1.33u.
FA/Pul의 엽산 수용체(FARs)를 발현하고 있는 세포와의 특이한 상호작용이 경쟁 연구를 통해 연구되었다. 1 mL KRH (w/ 0.1 % BSA, pH 7.4)안의 KB 또는 CHO-K1 세포를 포함하는 6-웰 배양 플레이트에 1 mg/mL FA8/Pul를 넣어준 후, 다른 농도(0.05 , 0.1 , 및 0.5 mg/mL)를 가진 PBS내의 엽산 용액을 동시에 처리하였다. 두 시간 내에, 세포는 PBS로 두 번 세척하였고, 1mL 고정용액을 적용하였다. 형광 현미경은 상기 한 바와 같은 방법으로 행했다.Specific interactions with cells expressing FA / Pul's folate receptors (FARs) were studied in a competitive study. 1 mg / mL FA8 / Pul was added to a 6-well culture plate containing KB or CHO-K1 cells in 1 mL KRH (w / 0.1% BSA, pH 7.4), followed by different concentrations (0.05, 0.1, and 0.5). mg / mL) and folic acid solution in PBS were treated simultaneously. Within two hours, cells were washed twice with PBS and 1 mL fixed solution was applied. Fluorescence microscopy was performed by the method as mentioned above.
모든 실험은 적어도 3반복 하였고, 얻어진 데이터는 평균표준편차로 표현하였다. UV흡광 시험에서, 일차 회기의 간단한 모델 (y = ax + b)을 사용하였고, b값이 충분히 영에 가까웠을 때의 a 값을 몰 흡광계수로 선택하였다. 방출 시험으로부터의 그래프는 기하급수적 증가 모델 y = y0 + a(1-e-bx) 로 분석하였다. MTT로부터의 생존율은 스튜던트 언페어드 t-테스트로 분석하였고, 주어진 시간에서 대조구와의 비교를 통한 각각의 값의 통계학적 의미를 모두 에스터리크(*, P < 0.01) 및 십자가 (+, P < 0.05)에 의해 표시하였다.All experiments were repeated at least three times, and the data obtained were expressed as mean standard deviation. In the UV absorbance test, a simple model of the first cycle (y = ax + b) was used and the a value when the b value was close to zero was chosen as the molar extinction coefficient. Graphs from the release test were analyzed with the exponential increase model y = y 0 + a (1-e -bx ). Survival from MTT was analyzed by Student's unpaired t-test, and the statistical significance of each value by comparison with the control at a given time was determined by both Estrike (*, P <0.01) and cross (+, P <0.05 ).
2) 결과2) results
각각의 그룹 사이에 형광도의 차이가 없었으므로, 도 10 은 나노입자의 세포내 흡수에 대한 DS의 효과가 무시할 만하다는 것을 보인다. 그러나 KB 세포가 CHO-K1 세포가 하는 것 보다 더 많은 나노입자를 안쪽으로 끌어들이는 것으로 보인다. DOX-충전된 나노입자를 투여 후 한 시간 내에, 나노입자 대부분은 양 KB 및 CHO-K1 세포의 세포질 내에서 관찰된다. FITC 채널은, FITC- 표지된 FA/Pul 및 RITC (로다민 B 이소티오시아네이트) 채널은 DOX 형광을 보였다. Since there was no difference in fluorescence between each group, FIG. 10 shows that the effect of DS on intracellular uptake of nanoparticles is negligible. However, KB cells appear to attract more nanoparticles inwards than CHO-K1 cells do. Within an hour after administration of the DOX-filled nanoparticles, most of the nanoparticles are observed in the cytoplasm of both KB and CHO-K1 cells. FITC channels, FITC-labeled FA / Pul and RITC (rhodamine B isothiocyanate) channels showed DOX fluorescence.
이 같은 차이점이 엽산 수용체 과발현된 KB 세포에서 기인하는 지를 확인하기 위해서, 경쟁(competition) 분석을 행하여, 도 11에 나타내었다. 이것은 자유 엽산이 FA/Pul 나노입자와 효과적으로 경쟁하는 것을 보인다. FITC 및 RITC 채널에서 관찰되어진 형광 방출은 자유 엽산이 증가함에 따라 점차적으로 감소하였다. 0.5 mg/mL 엽산을 처리하였을 때, 대부분의 모든 나노입자는 KB 세포에 들어갈 수 없었다. CHO-K1 세포가 상대적으로 적은 양의 엽산을 발현하고 있기 때문에, 비록 큰 차이는 관찰되지 않았지만, 나노 입자의 흡수는 또한 감소하였다. In order to ensure that the differences are caused by the over-expression of folic acid receptors, KB cells, the same, by performing the analysis of the competition (competition), are shown in Fig. This shows that free folic acid competes effectively with FA / Pul nanoparticles. The fluorescence emission observed in the FITC and RITC channels gradually decreased with increasing free folic acid. When treated with 0.5 mg / mL folic acid, most all nanoparticles could not enter KB cells. Since CHO-K1 cells express relatively small amounts of folic acid, uptake of nanoparticles was also reduced, although no significant difference was observed.
(2) Pu/Bio의 세포특이적 상호작용(2) Pu-Bio Cell Specific Interactions
Pu/Bio 나노겔에서의 바이오틴은 다른 역할은 악성종양 세포와 특이적 상호작용의 도입이다. Pu/Bio 접합체는 상호작용을 관찰하기 위하여 형광 탐침으로써 RITC로 표지하였다. HepG2 세포(간암세포주)가 또 하나의 악성종양세포로 이용하였다. Pu/Bio 나노겔과 HepG2 간의 상호작용은 마이크로플레이트-형광-판독기(microplate-fluorescence-reader)로 정량화되었다. Pu/Bio나노겔은 나노겔과 HepG 2사이에서 상호작용에서처럼 바이오틴 함량 따라 비슷한 의존성을 보였다. Pu/Bio 나노겔과 세포간의 상호작용정도는 RITC 표지된 풀루란에서 보다 더 높았다(도 12). 부분적으로, Pu/Bio2와 3은 Pu/Bio1보다 HepG2세포와 더 강하게 상호작용을 하였다. 상세하게는 바이오틴이 먼저 소수성 부분으로서의 역할을 하여 자가-집합체를 형성하고, 나노겔의 외부껍질로 노출된 바이오틴은 악성종양세포와의 특이적 상호작용을 하게하는 표적부분으로 작용한다는 것을 의미한다. Another role for biotin in Pu / Bio nanogels is the introduction of specific interactions with malignant tumor cells. Pu / Bio conjugates were labeled with RITC with a fluorescence probe to observe the interaction. HepG2 cells (liver cancer cell line) were used as another malignant tumor cell. The interaction between Pu / Bio nanogels and HepG2 was quantified with a microplate-fluorescence-reader. Pu / Bio nanogels showed similar dependence on biotin content as in the interaction between nanogels and
항암제를 포함한 약품운반체의 내부화는 약품의 세포독성 개선에 효과적인 방법 중 하나이다. 운반체의 엔도시토시스(endocytosis)를 통한 약물의 세포내 함량이 높아질수록 표적세포에 대한 세포독성 효과는 현저하게 증가할 것이다. 그래서, 10 ㎍/mL 나노겔을 두시간 동안 처리한 HepG 2를 이용하여 나노겔의 내부화에 대한 표적 모이어티로서의 바이오틴의 효과를 관찰하였다. HepG2세포에서 Pu/Bio 나노겔의 내부화를 관찰하기 위하여 공초점 레이저 현미경법(confocal laser microscopy)을 사용하였다. Pu/Bio2와 3 나노겔은 HepG 2세포에서 세포내 편재를 보이는 반면 풀루란/바이오틴 1 나노겔은 약간만 편재하였다. 또한 공초점 현미경법은 HepG2 세포의 상호작용 정도는 바이오틴 함량에 의존한다는 것을 보였다( 도 13). 결과적으로, Pu/Bio나노겔은, 바이오틴 농도에 의존하는 바이오틴을 가진 나노겔의 내부화 및 바이오틴-세포 상호작용의 어떤 기작을 통해서도 암세포와 상호작용할 수 있다. Internalization of drug carriers, including anticancer drugs, is one of the effective methods to improve the cytotoxicity of drugs. As the intracellular content of the drug through endocytosis of the carrier increases, the cytotoxic effect on the target cells will increase significantly. Thus, the effect of biotin as a target moiety on the internalization of nanogels was observed using
본 발명은 풀루란과 카르복실기를 가지고 있는 소수성화 단량체와의 에스테르 결합체, 풀루란과 소수성화 단량체의 에스테르화 결합에 의해서 자가응집체를 제조하는 방법 및 상기 나노자가응집체의 이용방법에 관한 것으로서, 엽산, 바이오틴 및 담즙산 등의 카르복실기를 가진 소수성화 단량체와 풀루란이 일단계 반응과 같은 간단한 반응으로 나노-크기 자가-응집체가 형성되어질 수 있음을 보였다. The present invention relates to an ester conjugate of a pullulan and a hydrophobized monomer having a carboxyl group, a method for producing a self-aggregate by esterification of a pullulan and a hydrophobized monomer, and a method of using the nano-aggregate. It has been shown that hydrophobized monomers with carboxyl groups such as biotin and bile acids and pullulan can form nano-size self-aggregates in a simple reaction such as one-step reaction.
상기 나노 입자는 약물전달물질로 이용할 수 있는데 악성종양세포와 같은 표적 세포에 결합할 수 있는 특이성을 가지고 있어 항암제 등이 전달체로 이용될 수 있다. The nanoparticles may be used as drug delivery materials, and may have specificity to bind to target cells such as malignant tumor cells, and thus anticancer agents may be used as delivery agents.
또한 본 발명에서는 치환되는 단량체의 정도와 약물의 방출과 밀접한 관계가 있다는 것을 확인하였는 바, 포도당 100단위당 6 이상의 소수성화 단량체를 결합시켜서 약물전달속도를 감소시키거나, 포도당 100단위당 6 미만의 단량체를 결합시켜서 약물전달속도를 높이는 방법을 제공한다. 이를 약물전달방법 및 약물전달 속도 조절방법으로 이용할 수 있다. In addition, in the present invention, it was confirmed that there is a close relationship between the degree of the monomer to be substituted and the release of the drug, by combining 6 or more hydrophobization monomer per 100 units of glucose to reduce drug delivery rate, or less than 6 monomers per 100 units of glucose The combination provides a method of speeding up drug delivery. This can be used as a drug delivery method and a drug delivery rate control method.
또한, 상기 나노자가응집체는 인체에 대한 친화성 및 생체적합성이 우수하고 생체 내 분해성이 있어서 생체재료로 이용이 가능하다. In addition, the nano-self-agglomerate has excellent affinity and biocompatibility for the human body and can be used as a biomaterial because it has biodegradability.
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