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KR101000480B1 - 자성 나노복합체, 그 제조 방법 및 상기를 포함하는생물의학적 조성물 - Google Patents

자성 나노복합체, 그 제조 방법 및 상기를 포함하는생물의학적 조성물 Download PDF

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KR101000480B1
KR101000480B1 KR1020080018538A KR20080018538A KR101000480B1 KR 101000480 B1 KR101000480 B1 KR 101000480B1 KR 1020080018538 A KR1020080018538 A KR 1020080018538A KR 20080018538 A KR20080018538 A KR 20080018538A KR 101000480 B1 KR101000480 B1 KR 101000480B1
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양재문
이재민
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Abstract

본 발명은 자성 나노입자; 및 상기 자성 나노입자를 둘러싸고 있는 유기성 표면안정제를 포함하고, 상기 유기성 표면안정제에 대한 자성 나노입자의 중량비가 0.1 이상인 자성 나노복합체, 그 제조 방법 및 상기를 포함하는 생물의학적 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 자성 나노복합체는 탁월한 수용성 및 수분산성을 가지며, 생체 독성이 적어, 수성 환경인 생체 내로 안정적으로 적용될 수 있다. 또한, 본 발명에서는 이온성 표면안정제를 사용하여, 나노복합체의 표면을 양전하 또는 음전하로 자유롭게 대전시킬 수 있어, 세포막 등의 생체 물질 또는 생체 내로 전달하고자 하는 각종 대전 물질과의 결합력을 향상시킬 수 있다. 추가로, 본 발명의 자성 나노복합체는 내부에 다량의 자성 나노입자를 포함하여 뛰어난 자기공명영상 조영 효과를 나타내는 등 자기적 성질이 우수하다. 이에 따라 본 발명의 자성 나노복합체는 생체의 진단 또는 치료 등에 광범위하게 응용될 수 있는 장점을 가진다.
자성 나노복합체, 자성 나노입자, 자성 나노클러스터, 유기성 표면안정제, 계면활성제, 조영제 조성물, 생체 물질 표지용 조성물, 생체 물질 분리용 조성물, 약제학적 조성물

Description

자성 나노복합체, 그 제조 방법 및 상기를 포함하는 생물의학적 조성물 {Magnetic nanocomposite, preparation method thereof and biomedical composition comprising the same}
본 발명은 자성 나노입자; 및 상기 자성 나노입자를 둘러싸고 있는 유기성 표면안정제를 포함하고, 상기 유기성 표면안정제에 대한 자성 나노입자의 중량비가 0.1 이상인 자성 나노복합체, 그 제조 방법 및 상기를 포함하는 생물의학적 조성물에 관한 것이다.
나노기술은 물질을 원자 또는 분자 수준에서 조절 및 제어하는 기술로서 신물질 또는 신소자 창출에 적합하기 때문에, 전자, 재료, 통신, 기계, 의약, 농업, 에너지 및 환경 등 매우 다양한 분야에서 응용되고 있다.
현재 나노기술은 다양하게 발전하고 있으며 크게 세 가지 분야로 분류되어 있다. 첫째, 나노소재로 극미세한 크기의 새로운 물질과 재료를 합성하는 기술에 관한 것이다. 둘째, 나노소자인데 나노크기의 재료들을 조합하거나 배열하여 일정한 기능을 발휘하는 장치를 제조하는 기술에 관한 것이다. 셋째, 나노-바이오라 불리는 나노기술을 생명공학에 응용하는 기술에 관한 것이다.
특히, 나노-바이오 분야에서 자성 나노입자들은 생체 물질의 분리, 자기공명 영상 진단 프로브, 거대자기저항센서를 포함한 바이오 센서, 마이크로 유체계 센서, 약물/유전자 전달 및 자성 고온치료 등의 넓은 응용범위에 걸쳐 사용되고 있다.
구체적으로 자성 나노입자는 분자 자기공명영상의 진단 프로브 (조영제)로 사용될 수 있다. 자성 나노입자는 주변 물 분자에 포함되는 수소원자의 스핀-스핀 이완시간을 단축시켜 자기공명영상 신호를 증폭시키는 효과를 나타낸다.
또한 자성 나노입자는 거대자기저항 바이오센서(Giant magnetic resistance (GMR) sensor) 의 프로브 물질로 작용할 수 있다. 자성 나노입자가 거대자기저항 바이오 센서 표면에 패턴된 생체 분자를 감지하여 결합하면, 자성 입자에 의해 거대자기저항 센서의 전류 신호가 변하게 되고 이를 이용하면 생체분자를 선택적으로 검출할 수 있다. (US 6,452,763 B1; US 6,940,277 B2; US 6,944,939 B2; US 2003/0133232 A1).
또한 자성 나노입자는 생체 물질의 분리에도 응용될 수 있다. 예를 들면, 특정한 생체 마커를 발현하는 세포와 다른 여러 가지 세포들이 섞여 있을 때, 자성 나노입자가 특정한 생체 마커와 선택적으로 결합하게 한 후, 외부에서 자기장을 걸어주면 자기장 방향으로 원하는 세포만 분리할 수 있다 (US 4,554,088, US 5,665,582, US 5,508,164, US 2005/0215687 A1). 또한 세포의 분리 뿐만 아니라, 단백질, 항원, 펩타이드, DNA, RNA 및 바이러스 등 다양한 생체 물질의 분리에 응용될 수 있다. 또한 자성 나노입자는 자성 마이크로 유체 센서에 응용되어 생체 분자를 분리 및 검출할 수 있다. 칩 위에 매우 작은 채널을 만들어 그 안에 자성 나노입자를 흘려줌으로써 마이크로 단위의 유체계에서 검출과 분리가 가능하다.
한편, 자성 나노입자는 약물 또는 유전자의 전달을 통한 생체 치료에도 사용될 수 있다. 자성 나노입자에 화학적인 결합 또는 흡착을 통해 약물 또는 유전자를 싣고 외부 자기장을 이용하여 원하는 위치로 이동시켜 원하는 특정부위에 약물 및 유전자를 방출할 수 있게 하여 선택적인 치료효과를 가져올 수 있게 한다 (US 6,855,749).
자성 나노입자의 생체 치료로의 응용의 또 하나의 예로서, 자성 스핀 에너지를 이용한 고온 치료를 들 수 있다 (US 6,530,944 B2, US 5,411,730). 자성 나노입자는 외부에서 라디오주파수의 교류전류를 흘려주면 스핀 플립핑 (flipping) 과정을 통해 열을 방출하게 된다. 이때 나노입자 주변의 온도가 40 oC 이상이 되면 세포가 높은 열에 의해 죽게 되어 질병 세포를 선택적으로 사멸 시킬 수 있다.
자성 나노입자들이 전술한 용도에 이용되기 위해서는 자기적 성질이 우수하고, 생체 내 즉 수용성 환경에서 안정적으로 운반 및 분산되어야 하며, 생체 활성 물질과 쉽게 결합할 수 있어야 한다. 이러한 조건을 만족시키기 위하여 현재까지 다양한 기술들이 개발되어져 왔다.
미국특허공보 US 6,274,121호는 산화철과 같은 금속을 포함한 상자기성 나노입자에 관한 것으로 상기 나노입자의 표면에 조직 특이적인 결합 물질, 진단 또는 약제학적으로 활성인 물질과 커플링(coupling)될 수 있는 결합 자리를 포함하는 무 기 물질을 부착한 나노입자를 개시하고 있다.
미국특허공보 US 6,638,494호는 산화철과 같은 금속을 포함한 상자기성 나노입자에 관한 것으로, 상기 나노입자의 표면에 특정한 카르복실산을 부착하여 중력 또는 자기장에서 나노입자가 응집 및 침전되는 것을 방지하는 방법을 개시하고 있다. 상기 특정한 카르복실산으로는 말레산, 타르타르산, 글루카르산과 같은 지방족 디카르복실산 또는 시트르산, 시클로헥산, 트리카르복실산과 같은 지방족 폴리디카르복실산이 이용되었다.
미국특허공개공보 US 2004/58457호는 단층(monolayer)으로 둘러싸인 기능성 나노입자에 관한 것으로, 상기 단층에는 이기능성(bifunctional) 펩타이드가 부착되며 상기 펩타이드에는 DNA 및 RNA를 포함한 다양한 생폴리머(biopolymer)가 결합될 수 있다.
미국특허공보 US 2003/190,471호는 이중미셀 (bi-micellear vesicle)안에서 망간 아연 산화물로 나노입자를 형성시키는 방법에 관한 것으로써 형성된 자성 나노입자의 열처리 과정을 통해 향상된 성질을 나타내는 나노입자의 형성에 대해 기술하였다.
미국특허공보 US 2005/130,167는 16-머캅토헥사데카노산(16-mercaptohexadecanoic acid)으로 둘러싸인 수용성 자성 나노입자의 합성과 합성된 자성 나노입자에 상 전이제(transfection agent)인 TAT 펩티드(peptide)를 이용하여 세포내 자기적 라벨링(intracellular magnetic labeling)으로 실험 쥐 내의 바이러스 및 mRNA 검출에 관하여 기술하였다.
대한민국특허출원 제 10-1998-0705262호는 녹말 코팅과 임의의 폴리알킬렌 옥사이드 코팅을 구비한 초상자성 철 산화물 코어 입자를 포함하는 입자와 이를 포함하는 MRI 조영제를 개시하고 있다.
그러나 상기 방법들로 제조된 수용성 나노입자는 다음과 같은 단점을 가지고 있다. 즉, 전술한 문헌들에서 개시된 나노입자는 주로 수용액에서 합성하는데 이러한 경우 나노입자의 크기 조절이 어렵고 합성된 나노입자는 불균일한 크기 분포도를 나타낸다. 또한, 저온에서 합성되기 때문에 나노입자의 결정성이 낮으며, 비화학양론적 화합물(non-stoichiometric compound)이 형성되는 경향이 있다. 따라서 상기 방법들로 제조된 나노입자는 수용액에서 콜로이드 안정성이 떨어져 생체 응용 시 뭉침 및 큰 비선택성 결합 등을 나타낸다. 또한, 상기 종래 기술의 자성 나노입자는 내부 자성 물질의 함량이 떨어져서, 자기적 특성이 떨어진다는 문제점을 갖고 있다.
본 발명은 탁월한 수용성 및 수분산성을 가지며, 생체 독성이 적어, 수성 환경인 생체 내로 안정적으로 적용될 수 있고, 생체 물질 또는 생체 내로 전달하고자 하는 각종 물질과의 결합력이 우수하며, 자기공명영상 조영 효과 등의 자기적 성질이 우수한 자성 나노복합체, 그 제조방법 및 상기를 포함하는 생물의학적 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 자성 나노입자; 및 상기 자성 나노입자를 둘러싸고 있는 유기성 표면안정제를 포함하고, 상기 유기성 표면안정제에 대한 자성 나노입자의 중량비가 0.1 이상인 자성 나노복합체를 제공한다.
본 발명의 자성 나노복합체에서는 유기성 표면안정제에 대한 자성 나노입자의 중량비가 0.7 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 자성 나노복합체는 직경이 1 nm 내지 500 nm인 것이 바람직하다.
본 발명의 자성 나노복합체에서는 또한 자성 나노입자가 금속 물질, 자성 물질 또는 자성 합금일 수 있다.
또한, 상기 자성 나노복합체에서 유기성 표면안정제는 양이온성 계면활성제, 중성 계면활성제 또는 음이온성 계면활성제일 수 있으며, 이 중 이온성 표면안정제를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 자성 나노복합체는 상기 자성 나노입자에 배위결합된 표면안정제를 추가로 포함할 수 있고, 또한 유기성 표면안정제에 도입된 조직 특이적 결합성분을 추가로 포함할 수 있다.
상기에서 조직 특이적 결합성분은 항원, 항체, RNA, DNA, 합텐, 아비딘, 스트렙타비딘, 뉴트라비딘, 프로테인 A, 프로테인 G, 렉틴, 셀렉틴, 방사선 동위원소 표지 성분 또는 종양 마커와 특이적으로 결합할 수 있는 물질인 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 자성 나노입자를 유기 용매에 용해시켜 오일상을 제조하고, 유기성 표면안정제를 수성 용매에 용해시켜 수용상을 제조하는 제 1 단계; 상기 오일상 및 수용상을 혼합하여 에멀션을 형성하는 제 2 단계; 및 상기 에멀션으로부터 오일상을 분리하는 제 3 단계를 포함하되, 상기 제 1 단계에서 수용상에 포함되는 유기성 표면안정제의 농도를 조절하여, 복합체 내에서 유기성 표면안정제에 대한 자성 나노입자의 중량비를 조절하는 것을 특징으로 하는 자성 나노복합체의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 제조 방법에서 사용되는 자성 나노입자는 (i) 나노입자의 전구체 및 표면안정제를 반응시키는 단계; 및 (ii) 상기 반응물을 열분해시키는 단계를 포함하는 방법으로 제조되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제조 방법의 제 1 단계에서 제조되는 수용상은 농도가 2.0 내지 10 mg/ml인 것이 바람직하다.
본 발명의 제조 방법은 또한 (a) 제조된 자성 나노복합체의 유기성 표면안정 제에 결합 영역을 도입하는 단계; 및 (b) 단계 (a)에서 도입된 결합 영역에 조직 특이적 결합성분을 도입하는 단계를 추가로 수행할 수 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서, 전술한 본 발명에 따른 자성 나노복합체 및 약제학적으로 허용되는 담체를 포함하는 조영제 조성물; 생체 물질 분리용 조성물 및 생체 물질 표지용 조성물; 및 전술한 본 발명에 따른 자성 나노복합체 및 약제학적 활성성분을 포함하는 약제학적 조성물을 제공한다.
상기 본 발명의 조성물에 포함되는 약제학적 활성성분이 항암제, 항생제, 호르몬, 호르몬 길항제, 인터루킨, 인터페론, 성장 인자, 종양 괴사 인자, 엔도톡신, 림포톡시, 유로키나제, 스트렙토키나제, 조직 플라스미노겐 활성제, 프로테아제 저해제, 알킬포스포콜린, 방사선 동위원소 표지 성분, 계면활성제, 심혈관계 약물, 위장관계 약물 및 신경계 약물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 자성 나노복합체는 탁월한 수용성 및 수분산성을 가지며, 생체 독성이 적어, 수성 환경인 생체 내로 안정적으로 적용될 수 있다. 또한, 유기성 표면안정제를 통하여, 자성 나노복합체의 표면을 양전하 또는 음전하로 자유롭게 대전시킬 수 있어, 세포막 등의 생체 물질 또는 생체 내로 전달하고자 하는 각종 대 전 물질과의 결합력을 향상시킬 수 있다. 추가로, 본 발명의 자성 나노복합체는 내부에 다량의 자성 나노입자를 포함하여 뛰어난 자기공명영상 조영 효과를 나타내는 등 자기적 성질이 우수하다. 이에 따라 본 발명의 자성 나노복합체는 생체의 진단 또는 치료 등에 광범위하게 응용될 수 있는 장점을 가진다.
본 발명은, 자성 나노입자; 및
상기 자성 나노입자를 둘러싸고 있는 유기성 표면안정제를 포함하고,
상기 유기성 표면안정제에 대한 자성 나노입자의 중량비가 0.1 이상인 자성 나노복합체에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 자성 나노복합체를 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 자성 나노복합체는 하나 이상의 자성 나노입자가 분포되어 있는 코어(core); 및 유기성 표면안정제를 포함하고, 상기 코어를 둘러싸고 있는 셀(shell)을 포함하며, 이와 같이 자성 나노복합체의 외각에 분포하는 유기성 표면안정제는 수불용성인 자성 나노입자를 수용성 매질 중에서 안정화시켜, 생체 이용률을 극대화시킨다.
본 발명에서는 상기와 같은 자성 나노복합체에 있어서, 셀에 포함되는 유기성 표면안정제에 대한 코어부에 포함되는 자성 나노입자의 중량비(자성 나노입자/유기성 표면안정제)가 0.1 이상인 것을 특징으로 하며, 상기 중량비는 0.7 이상인 것이 보다 바람직하고, 1.0 이상인 것이 가장 바람직하다. 상기 중량비가 0.1 미만이면, 자성 나노복합체의 자기적 성질이 저하되어, 자기적 민감도 또는 MR 명암 대비 효과(Magnetic Resonance contrast effect) 등이 저하될 우려가 있다. 또한, 상기 중량비의 상한은 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들면 2.0이다.
또한, 본 발명의 자성 나노복합체는 직경이 1 nm 내지 500 nm인 것이 바람직하고, 60 nm 내지 200 nm인 것이 보다 바람직하다. 상기 직경이 1 nm 미만이면, 내부에 함유되는 자성 나노입자의 절대적인 양이 적어져 자기적 성질이 떨어지거나, 취급성이 저하될 우려가 있고, 500 nm를 초과하면, 생체로의 적용성이 떨어질 우려가 있다.
본 발명의 자성 나노복합체에 포함되는 『자성 나노입자』로는 자성을 가지며, 직경이 1 nm 내지 1,000 nm, 바람직하게는 2 nm 내지 100 nm인 입자라면 제한 없이 사용될 수 있다. 상기와 같은 자성 나노입자의 예에는 금속 물질(metal material), 자성 물질(magnetic material) 또는 자성 합금(magnetic alloy)이 포함된다. 이 때 금속 물질의 예에는 Pt, Pd, Ag, Cu 및 Au로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이 포함되고, 자성 물질의 예에는 Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM'2O4 및 MxMy(상기에서 M 및 M'은 각각 독립적으로 Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd 또는 Cr을 나타내고, x 및 y은 각각 식 「0 < x ≤ 3」 및 「0 < y ≤ 5」를 만족한다.)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이 포함되며, 자성 합금의 예에는 CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe 및 NiFeCo로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이 포함되지 만, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서는 상기 자성 나노입자가 단독으로 복합체 내에 포함될 수 있고, 경우에 따라서는 하나 이상의 자성 나노입자가 응집(clustering)된 자성 나노클러스터로서 복합체 내에 포함될 수도 있으나, 유기성 표면안정제와의 중량비가 전술한 범위를 만족한다면, 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 자성 나노복합체는 상기 자성 나노입자를 둘러싸고 있는 유기성 표면안정제(organic surface-stabilizer)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 『유기성 표면안정제』는 소수성 물질 및 친수성 물질을 동시에 포함하여, 소수성인 자성 나노입자의 상태 및 크기를 안정화시키고, 수불용성인 자성 나노입자의 수용성 및 수분산성을 향상시킬 수 있는 기능성 물질로서, 자성 나노복합체의 생체 이용률을 극대화시키는 역할을 한다.
본 발명에서는 상기와 같은 유기성 표면안정제로서 분자량이 100 내지 2,000인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 분자량이 100 미만이면, 자성 나노복합체 내의 자성 나노입자의 안정성이 떨어지거나, 복합체의 수용성 및 수분산성이 저하될 우려가 있으며, 2,000을 초과하면, 복합체 내에서 높은 자성 나노입자의 함량을 구현하기 어려워지거나, 자성 나노복합체의 크기 조절이 어려워질 우려가 있다.
이와 같은 유기성 표면안정제의 대표적인 예로는 각종 계면활성제(surfactant)를 들 수 있고, 구체적으로는 알킬트리메틸암모늄 할라이드(alkyl trimethylammonium halide)(ex. cetyl trimethylammonium bromide:CTAB)를 포함하는 양이온성 계면활성제; 올레산(oleic acid), 라우르산(lauric acid) 또는 도데실 산(dodecylic acid)와 같은 포화 또는 불포화 지방산, 트리옥틸포스핀 옥시드(trioctylphosphine oxide: TOPO), 트리옥틸포스핀(trioctylphosphine: TPO) 또는 트리부틸포스핀(tributylphosphine)과 같은 트리알킬포스핀 또는 트리알킬포스핀 옥시드, 도데실아민, 올레익아민(oleic amine), 트리옥틸아민(trioctyl amine) 또는 옥틸아민과 같은 알킬 아민(alkyl amine) 또는 알킬 티올(alkyl thiol)을 포함하는 중성 계면활성제; 및 소듐 알킬 설페이트(sodium alkyl sulfate)(ex. sodium dodecyl sulfate:SDS) 또는 소듐 알킬 포스페이트(sodium alkyl phosphate)를 포함하는 음이온성 계면활성제를 들 수 있다. 본 발명에서는 또한 폴리옥시에틸렌소비탄 모놀리에이트(monooleate) 계열, 옥틸페닐-폴리에틸렌 글리콜 계열, 노일(nonyl)페닐-폴리에틸렌 글리콜 계열, 폴리에틸렌 글리콜 도데실 에테르 계열 또는 폴리에틸렌 글리콜 t-옥틸페닐 에테르 계열의 계면활성제; 소디움 콜레이트(cholate) 하이드레이트; N,N-비스[3-(D-글루코나미도)프로필]데옥시콜아마이드(deoxycholamide) 또는 N,N-비스[3-(D-글루코나미도)프로필]콜아마이드(cholamide)와 같은 아마이드; 사이클로헥실메틸 베타-D-말토사이드(maltoside), 2-시클로헥실메틸 베타-D-말토사이드(maltoside), 5-시클로헥실펜틸 베타-D-말토사이드(maltoside), 6-시클로헥실펜틸 베타-D-말토사이드(maltoside), 데실-베타-D-말토사이드(maltoside), 라우릴-베타-D-말토사이드(maltoside), 세틸-베타-D-말토사이드(maltoside) 또는 언데실-베타-D-말토사이드(maltoside)와 같은 말토사이드(maltoside); 데실-베타-D-1-티오말토피라노사이드(maltopyranoside), 옥틸 베타-D-글루코피라노사이드(pyranoside) 또는 데실-베타-D-1-티오글루코피라노사이 드(pyranoside), 옥틸 베타-D-1-티오글루코피라노사이드(pyranoside)와 같은 피라노사이드(pyranoside), 옥틸 글루코사이드; 디기토닌; 디메틸데실포스파젠 옥사이드; 및 N-옥타노일-N-메틸글루카민, N-노나노일-N-메틸글루카민 또는 N-도카노일-N-메틸글루카민과 같은 글루카민으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 유기성 표면안정제를 사용할 수도 있다. 본 발명에서는 특별히 한정되지 않고, 전술한 유기성 표면안정제 중에서 적절한 종류를 선택, 사용할 수 있으나, 자성 나노입자의 안정화 및 균일한 크기 분포 달성의 관점에서, 포화 또는 불포화 지방산 및/또는 알킬아민을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 상기와 같은 표면안정제 중에서 양이온성 계면활성제 또는 음이온성 계면활성제와 같은 이온성 표면안정제를 사용하여 자성 나노복합체의 표면을 대전시킬 수도 있다. 이와 같은 이온성 표면안정제를 사용함으로써, 자성 나노복합체의 표면을 양전하 또는 음전하로 대전시켜, 수용성 또는 수분산성을 보다 개선할 수 있으며, 생체 물질 또는 기타 기능성 물질과의 결합성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 본 발명에서 양이온성 표면안정제를 사용하는 경우, 자성 나노복합체의 표면은 양전하를 띄게 되며, 이와 같은 표면 양전하는, 대부분 음전하로 대전되어 있는 세포막과의 정전기적 상호 작용을 한다. 따라서, 상기 표면 양전하는 본 발명의 복합체의 세포 표지 및 추적제(tracking agent)로서의 활용도를 개선할 수 있다. 한편, 본 발명에서 음이온성 표면안정제를 사용할 경우, 자성 나노복합체의 표면 음전하는, 예를 들어 유전자 전달 담체(gene delivery carrier) 등의 제조 시에, 복잡한 결합 공정(conjugation process)이 없이도, 양이온성 물질을 용이 하게 결합시킬 수 있게 한다.
본 발명의 자성 나노복합체는 또한 자성 나노입자 및 상기 자성 나노입자를 둘러싸고 있는 유기성 표면안정제에 추가로, 상기 자성 나노입자에 결합되어 있는 표면안정제를 추가로 포함할 수 있다. 이와 같은 표면안정제는 자성 나노입자인 금속 물질, 자성 물질 또는 자성 합금의 전구 물질에 배위결합되어 착화합물을 형성함으로써, 본 발명의 자성 나노복합체에 포함될 수 있다. 이와 같은 표면안정제는 자성 나노입자의 크기 및 상태를 안정화시키고, 전술한 유기성 표면안정제에 포함되는 소수성 영역을 안정화시키는 역할을 한다. 이와 같은 표면안정제는 자성 나노입자와 배위결합된 후 열분해되는 과정에서 소수성 물질로 변환되나, 본 발명의 자성 나노복합체는 자성 나노입자 및 상기에 결합된 표면안정제를 둘러싸는 추가적인 유기성 표면안정제에 의해 전체적으로 우수한 수용성 및 수분산성을 유지할 수 있다. 이와 같은 표면안정제의 구체적인 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 전술한 유기성 표면안정제와 동일한 물질을 사용할 수 있다.
본 발명의 자성 나노복합체는 상기 유기성 표면안정제에 도입된 조직 특이적 결합성분(tissue-specific binding substance)을 추가로 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용하는 용어 『조직 특이적 결합성분』은 생체 내의 특정 물질과만 선택적으로 결합할 수 있는 물질을 의미하며, 이와 같은 성분을 포함함으로 해서, 진단 또는 치료 분야에서의 응용 범위를 보다 확장할 수 있게 된다. 예를 들어, 본 발명의 자성 나노복합체에 조직 특이적 결합성분으로서 종양마커와 특이적으로 결합할 수 있는 물질을 도입하는 경우, 자성 나노복합체는 암진단 지능형 조영제로 사 용될 수 있다. 또한, 본 발명의 자성 나노복합체에 기능성 세포, 줄기 세포 또는 암세포 등과 같은 목적 세포의 표면 항원에 대해 특이적인 항체 또는 단백질 등을 도입하는 경우에, 본 발명의 자성 나노복합체는 자성을 이용한 생체 물질 분리용으로 사용되거나, 특정 세포의 표지 또는 추적용으로 사용될 수 있다.
이와 같은 조직 특이적 결합성분의 예에는 항원, 항체, RNA, DNA, 합텐(hapten), 아비딘(avidin), 스트렙타비딘(streptavidin), 뉴트라비딘(neutravidin), 프로테인 A, 프로테인 G, 렉틴(lectin), 셀렉틴(selectin), 방사선 동위원소 표지 성분 또는 종양 마커와 특이적으로 결합할 수 있는 물질 등을 포함하나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명에서 사용하는 용어 『종양 마커』는 정상 세포에서는 거의 또는 전혀 생산되지 않으며, 종양 세포에서만 발현 및/또는 분비되는 특정 물질을 의미하며, 그 작용 기작에 따라 리간드, 항원, 수용체 또는 이를 코팅하는 핵산 등으로 분류할 수 있다. 하기 표 1에 나타난 바와 같이, 당업계에서는 다양한 종양 마커뿐만 아니라, 이들과 특이적으로 결합할 수 있는 물질이 공지되어 있다.
[표 1]
종양 마커의 예 조직 특이적 결합 성분의 예
리간드 시그냅토타그민 I의 C2 포스파티딜세린
아넥식 V
인테그린 인테그린 수용체
VEGF VEGFR
안지오포이에틴 1, 2 Tie2 수용체
소마토스타틴 소마토스타틴 수용체
바소인테스티날 펩타이드 바소인테스티날 펩타이드 수용체
항원 암성 태아성 항원 허셉틴(Genentech, USA)
HER2/neu 항원
전립선 특이 항원 리툭산(Genentech, USA)
수용체 폴산 수용체 폴산
종양 마커가 리간드인 경우에는 상기 리간드와 특이적으로 결합할 수 있는 물질을 본 발명의 자성 나노복합체에 도입할 수 있고, 그 예로는 상기 리간드와 특이적으로 결합할 수 있는 수용체 또는 항체를 들 수 있다. 본 발명에서 이용 가능한 리간드 및 이와 특이적으로 결합할 수 있는 수용체의 예로는 시냅토타그민의 C2(synaptotagmin의 C2)와 포스파티딜 세린, 아넥신 V(annexin V)와 포스파티딜 세린, 인테그린(integrin)과 이의 수용체, VEGF(Vascular Endothelial Growth Factor)와 이의 수용체, 안지오포이에틴(angiopoietin)과 Tie2 수용체, 소마토스타틴(somatostatin)과 이의 수용체, 바소인테스티날 펩타이드(vasointestinal peptide)와 이의 수용체 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 종양 마커가 항원인 경우 상기 항원과 특이적으로 결합할 수 있는 물질을 본 발명에 따른 자성 나노복합체로 도입할 수 있고, 이와 같은 물질로는 항체를 들 수 있다. 본 발명에서 이용 가능한 항원 및 이와 특이적으로 결합하는 항체의 예로는 암성 태아성 항원(carcinoembryonic antigen - 대장암 표지 항원)과 허셉틴(Genentech, USA), HER2/neu 항원(HER2/neu antigen - 유방암 표지 항원)과 허셉틴, 전립선 특이 항원 (prostate-specific membrane antigen - 전립선암 표지 항원)과 리툭산(IDCE/Genentech, USA) 등이 있다.
종양 마커가 수용체인 대표적인 예는 난소암 세포에서 발현되는 폴산 수용체가 있다. 상기 수용체와 특이적으로 결합할 수 있는 물질(폴산 수용체의 경우에는 폴산)이 본 발명에 따른 자성 나노복합체로 도입될 수 있고, 그 예로는 상기 수용체와 특이적으로 결합할 수 있는 리간드 또는 항체를 들 수 있다.
이상 살펴본 바와 같이 항체는 본 발명에 있어서 특히 바람직한 조직 특이적 결합 성분이다. 항체는 특정 대상과만 선택적이고 안정적으로 결합하는 성질을 갖고 있으며, Fc 영역에 있는 리신의 -NH2, 시스테인의 -SH, 아스파라긴산 및 글루탐산의 -COOH는 본 발명의 자성 나노복합체로의 도입 시에 유용하게 이용될 수 있다.
이와 같은 항체는 상업적으로 입수하거나 당업계에 공지된 방법에 따라 제조할 수 있다. 상기와 같은 항체를 수득하기 위한 방법의 일 예를 들면 하기와 같다. 즉, 포유동물 (예, 마우스, 래트, 염소, 토끼, 말 또는 양)을 적절한 양의 항원으로 1회 이상 면역화시킨다. 일정 시간 후 역가가 적정 수준에 이르렀을 때, 포유동물의 혈청을 회수한다. 회수한 항체는 원하는 경우 공지된 공정을 이용하여 정제하고 사용 시까지 냉동 완충된 용액에 저장할 수 있다.이러한 방법의 상세한 사항은 당업계에 잘 알려져 있다.
한편, 상기 “핵산”은 전술한 리간드, 항원, 수용체 또는 이의 일부분을 코딩하는 RNA 및 DNA를 포함한다. 핵산은 당업계에 알려진 바와 같이 상보적인 서열 간에 염기쌍(base pair)을 형성하는 특징을 갖고 있다. 그러므로 특정 염기서열을 갖는 핵산은 상기에 상보적인 염기서열을 갖는 핵산을 이용하여 검출할 수 있다. 이에 따라 상기 리간드, 항원, 수용체를 코딩하는 핵산과 상보적인 염기서열을 갖는 핵산을 본 발명에 따른 자성 나노복합체의 조직 특이적 결합 성분으로 이용할 수 있다. 핵산은 5’- 및 3’- 말단에 -NH2, -SH, -COOH 등의 작용기가 있고, 이러한 작용기는 자성 나노복합체로의 도입 시에 유용하게 이용될 수 있다. 이러한 핵산은 당업계에 공지된 표준 방법에 의해, 예를 들면 자동 DNA 합성기 (예, 바이오써치, 어플라이드 바이오시스템스 등으로부터 구입할 수 있는 것)를 사용하여 합성할 수 있다. 예로서, 포스포로티오에이트 올리고뉴클레오타이드는 문헌(Stein et al. Nucl. Acids Res. 1988, vol.16, p.3209)에 기술된 방법에 의해 합성할 수 있다. 메틸포스포네이트 올리고뉴클레오타이드는 조절된 유리 중합체 지지체를 사용하여 제조할 수 있다(Sarin et al. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1988, vol.85, p.7448).
본 발명에서 상기와 같은 조직 특이적 결합성분을 자성 나노복합체에 도입하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 본 발명에서는 자성 나노입자를 둘러싸고 있는 유기성 표면안정제의 일부분, 바람직하게는 그 말단에 결합영역을 도입하고, 상기 결합영역에 조직 특이적 결합성분을 도입하는 방법을 사용할 수 있 다. 이 때 구체적인 결합영역은 결합되는 조직 특이적 결합성분에 따라 적절히 선택될 수 있으며, -COOH, -CHO, -NH2, -SH, -CONH2, -PO3H, -PO4H, -SO3H, -SO4H, -OH, -NR4 +X-, -술포네이트, -니트레이트, -포스포네이트, -숙신이미딜기, -말레이미드기 및 -알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 기능기를 포함하는 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기와 같은 결합영역을 도입하는 방법 역시 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 각각의 결합영역에 대응하는 가교제 등의 수단을 사용하는 방법을 들 수 있다.
본 발명은 또한 나노에멀션 방법(nanoemulsion process)을 응용하여 본 발명의 자성 나노복합체를 제조하는 방법에 관한 것으로서,
자성 나노입자를 유기 용매에 용해시켜 오일상을 제조하고, 유기성 표면안정제를 수성 용매에 용해시켜 수용상을 제조하는 제 1 단계;
상기 오일상 및 수용상을 혼합하여 에멀션을 형성하는 제 2 단계; 및
상기 에멀션으로부터 오일상을 분리하는 제 3 단계를 포함하되,
상기 제 1 단계에서 수용상에 포함되는 유기성 표면안정제의 농도를 조절하여, 복합체의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 자성 나노복합체의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 제 1 단계에서 사용되는 자성 나노입자 및 유기성 표면안정제의 구체적인 종류는 전술한 바와 같다. 이 때 상기 자성 나노입자는 이 분야에서 공지된 일반적인 방법을 통하여 제조할 수 있으나, 제조된 입자의 자기적 민감도(magnetic sensibility) 및 결정도 등이 우수한다는 점에서 열분해법(thermal decomposition method)에 의해 제조된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 제 1 단계에서 사용되는 자성 나노입자는,
(i) 나노입자의 전구체 및 표면안정제를 반응시키는 단계; 및
(ii) 상기 반응물을 열분해시키는 단계를 포함하는 방법으로 제조되는 것이 바람직하다.
상기 단계 (i)의 나노입자의 전구체로는 금속과 -CO, -NO, -C5H5, 알콕시드(alkoxide) 또는 기타 공지의 리간드가 결합된 금속 화합물을 사용할 수 있으며, 구체적으로는 아이언 펜타카보닐(iron pentacarbonyl, Fe(CO)5), 페로센(ferrocene) 또는 망간 카보닐(Mn2(CO)10) 등의 금속 카보닐 계열의 화합물; 또는 철 아세틸아세토네이트(Fe(acac)3) 등의 금속 아세틸아세토네이트 계열의 화합물 등의 다양한 유기 금속 화합물 등을 사용할 수 있다. 또한, 나노입자 전구체로는 금속과 Cl- 또는 NO3 - 등의 공지된 음이온과 결합된 금속 이온을 포함하는 금속염을 사용할 수 있으며, 구체적으로는 삼클로로화철(FeCl3), 이클로로화철(FeCl2) 또는 철 니트레이트(Fe(NO3)3) 등을 사용할 수 있다. 또한, 합금 나노입자와 복합 나노입자의 합성 에서는 위에서 언급한 2종 이상의 금속의 전구체 혼합물을 사용하면 된다.
본 발명의 단계 (i)에서는 표면안정제가 포함된 용매에 상기 나노입자의 전구체를 투입하여, 나노입자의 표면에 표면안정제를 배위시킨다. 이 때 사용되는 표면안정제의 구체적인 종류는 전술한 바와 같으며, 이와 같이 배위된 표면안정제는 나노입자의 제조 과정에서 소수성 물질로 전환된다. 상기 단계 (i)에서는 전구체 및 표면안정제의 반응에 사용되는 용매는 나노입자 표면에 표면안정제가 배위된 착화합물의 열분해 온도에 근접하는 높은 끓는점을 갖는 것이 바람직하며, 예를 들면 에테르계 화합물, 헤테로고리 화합물, 방향족 화합물, 술폭사이드 화합물, 아마이드 화합물, 알코올, 탄화수소 및 물로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 사용할 수 있다.
구체적으로 상기 용매는 옥틸 에테르, 부틸 에테르, 헥실 에테르 또는 데실 에테르와 같은 에테르계 화합물; 피리딘 또는 테트라히드로푸란(THF)과 같은 헤테로고리 화합물; 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌 또는 벤젠과 같은 방향족 화합물; 디메틸술폭사이드(DMSO)와 같은 술폭사이드 화합물; 디메틸포름아미드(DMF)와 같은 아마이드 화합물; 옥틸 알코올 또는 데칸올과 같은 알코올; 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 데칸, 도데칸, 테트라데칸 또는 헥사데칸과 같은 탄화수소 또는 물을 사용할 수 있다.
상기 단계 (i)의 반응 조건은 특별히 제한되지 않으며, 나노입자 전구체 및 표면안정제의 종류에 따라 적절히 조절할 수 있다. 반응은 실온 또는 그 이하의 온도에서 진행될 수 있으며, 통상적으로는 약 30℃ 내지 200℃의 범위로 가열 및 유지시키는 것이 바람직하다.
상기 단계 (ii)는 나노입자 표면에 표면안정제가 배위된 착화합물을 열분해하여 나노입자를 성장시키는 단계이다. 이 때 반응 조건에 따라 균일한 크기 및 형상의 나노입자를 형성할 수 있다. 열분해 온도는 나노입자 전구체 및 표면안정제의 종류에 따라 적절히 조절될 수 있으며, 바람직하게는 약 50℃ 내지 500℃에서 반응시킨다. 상기 단계 (ii)에서 제조된 나노입자는 공지의 수단을 통하여 분리 및 정제할 수 있다.
본 발명의 제 1 단계에서는 상기와 같이 제조된 자성 나노입자를 유기 용매에 용해시켜 오일상을 제조하고, 또한 전술한 유기성 표면안정제를 수성 용매에 용해시켜 수용상을 제조한다. 이 때 사용되는 유기 용매 및 수성 용매의 종류는 특별히 한정되지 않고, 이 분야에서 일반적으로 사용되는 용매를 제한 없이 사용할 수 있다. 이와 같은 유기 용매의 예에는, 클로로포름, 헥산, 벤젠, 톨루엔, 디에틸 에테르, 에틸 아세테이트 또는 디클로로메탄 등이 포함되고, 수성 용매의 예에는 증류수, PBS(phosphate-buffered saline), 에탄올, 메탄올, 프로판올, 부탄올, 아세트산(acetic acid) 또는 포름산(formic acid) 등이 포함되지만, 이에 제한되지 않는다. 이 때 제조된 오일상에 포함되는 자성 나노입자의 농도는 2.0 내지 3.0 mg/ml인 것이 바람직하고, 수용상에 포함되는 유기성 표면안정제의 농도는 2.0 내지 10 mg/ml인 것이 바람직하다. 특히 상기에서 유기성 표면안정제의 농도는 제조되는 자성 나노복합체의 크기 및 상기에 포함되는 자성 나노입자의 함량을 좌우한 다. 구체적으로, 상기 수용상의 농도가 높을수록 자성 나노복합체의 크기 및 그에 포함되는 자성 나노입자의 함량은 작아지고, 상기 수용상의 농도가 낮을수록, 자성 나노복합체의 크기 및 그에 포함되는 자성 나노입자의 함량은 증가한다.
이와 같은 크기 조절 및 자성 나노입자의 함량 조절 효율의 극대화를 위하여, 본 발명에서는 분자량이 100 내지 2,000인 유기성 표면안정제를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 분자량이 100보다 작으면, 자성 나노입자를 안정화시키는 효율이 떨어져서, 복합체의 제조 효율이 저하될 우려가 있고, 2,000을 초과하면, 유기성 표면안정제의 분자량이 지나치게 커져서, 자성 나노복합체 크기의 효율적이 제어가 어려워질 우려가 있다.
본 발명의 제 2 단계는 제 1 단계에서 제조된 수용상 및 오일상을 혼합하여, 에멀션을 형성하는 단계이다. 본 발명의 제 2 단계에서 에멀션을 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 혼합된 수용상 및 오일상의 상호 포화(mutual saturation)가 이루어진 후에, 초음파 처리 등의 공지의 수단을 사용하여 유화처리를 함으로써 형성할 수 있다. 본 발명의 제 2 단계에서 유화처리를 수행하면, 오일상이 포함되어 있던 자성 나노입자가 수용상으로 전이되고(phase transfer), 친수성 영역 및 소수성 영역을 동시에 포함하고 있는 유기성 표면안정제가 소수성인 자성 나노입자를 안정화시키기 위하여 상기 나노입자를 둘러싸면서 자성 나노복합체가 형성되게 된다. 또한, 용매 내에서는 응집체(cluster)의 용매화 자유 에너지(solvation free energy)가 개개의 소수성 입자, 즉 자성 나노입자의 총 용매화 자유 에너지보다 낮기 때문에, 열역학적으로 개개의 소수성 자성 나노입자는 물 내 에서 응집체를 형성(clustering)하는 경향이 있다. 이에 따라 본 발명의 제 2 단계에서 수용상으로 전이된 자성 나노입자는 서로 뭉쳐져서(clustering), 클러스터를 형성하게 되며, 유기성 표면안정제는 이러한 클러스터를 둘러싸서 자성 나노복합체를 형성한다.
본 발명에서는 또한 상기와 같은 방법에 있어서, 혼합되는 수용상에 포함되는 유기성 표면안정제의 농도를 조절함으로써, 자성 나노복합체의 크기 및 상기 나노복합체에 포함되는 자성 나노입자의 함량을 제어하는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 제 2 단계의 초음파 처리 등의 유화 처리를 통하여 생성된 유화 액적(emulsion droplet)의 크기가 작을수록, 상기 액적의 안정화를 위하여 과량의 유기성 표면안정제가 요구된다. 따라서, 혼합되는 수용상의 유기성 표면안정제의 농도가 낮을수록 형성되는 자성 나노복합체의 크기가 커지며, 이에 따라 상기에 포함되는 자성 나노입자의 양이 증가한다. 구체적으로, 유기성 표면안정제의 농도가 높을수록, 자성 나노복합체의 크기가 작아지면서, 유기성 표면안정제에 대한 자성 나노입자의 중량비가 작아지고, 유기성 표면안정제층이 상대적으로 두꺼워지게 된다. 또한, 상기 유기성 표면안정제의 농도가 작을수록, 자성 나노복합체의 크기가 커지면서, 유기성 표면안정제에 대한 자성 나노입자의 중량비가 증가하고, 유기성 표면안정제층이 상대적으로 얇아진다.
본 발명이 속하는 분야의 평균적 기술자는 이와 같은 현상을 이용하여, 전술한 범위 내에서 유기성 표면안정제의 농도를 제어함으로써, 자성 나노복합체의 크기 및 자성 나노입자의 함량을 용이하게 제어할 수 있다.
본 발명의 방법에서는 상기와 같은 공정을 수행한 후에, 증발 등의 수단을 통해 오일상을 제거하고, 통상의 수단으로 자성 나노복합체를 정제한다. 이와 같은 정제 방법의 예로는 원심 분리법 또는 여과법을 들 수 있으나, 이제 제한되지 않는다.
본 발명의 제조 방법에서는 또한 상기 단계에 이어서,
(a) 제조된 자성 나노복합체의 유기성 표면안정제에 결합 영역을 도입하는 단계; 및 (b) 단계 (a)에서 도입된 결합 영역에 조직 특이적 결합성분을 도입하는 단계를 추가로 수행할 수 있다.
본 발명의 단계 (a)에서 결합영역을 도입하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 도입하고자 하는 결합영역에 대응하는 공지의 가교제를 사용할 수 있다. 이와 같은 가교제의 예에는 1,4-디이소티오시아나토벤젠(1,4-diisothiocyanatobenzene), 1,4-페닐린 디이소시아네이트(1,4-phenylene diisocyanate), 1,6-디이소시아나토헥산(1,6-diisocyanatohexane), 4-(4-말레이미드페닐)뷰트릭산 n-히드록시숙신이미드 에스테르(4-(4-maleimidophenyl)butyric acid N-hydroxylsuccinimide ester), 포스겐(phosgene solution), 4-(말레이미도)페닐 이소시아네이트(4-(maleinimido)phenyl isocyanate), 1,6-헥산디아민(1,6-hexanediamine), p-니트로페닐클로로포르메이트(p-nitrophenyl chloroformate), n-히드록시숙신이미드(n-hydroxysuccinimide), 1,3-디시클로헥실카르보이미드(1,3-dicyclohexylcarbodiimide), 1,1‘-카르보닐디이미다졸(1,1'- carbonyldiimidazole), 3-말레이미도벤조익산 n-히드록시숙신이미드 에스테르(3-maleimidobenzoic acid N-hydroxysuccinimide ester), 에틸렌디아민, 비스(4-니트로페닐)카르보네이트(bis(4-nitrophenyl)carbonate), 숙시닐 클로라이드(succinyl chloride), N-(3-디메틸아미노프로필)-N'-에틸카르보이미드 히드로클로라이드(N-(3-dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide hydrochloride), N,N'-디숙신이미딜 카르보네이트(N,N'-disuccinimidyl carbonate), N-숙신이미딜 3-(2-피리딜디티오)프로피오네이트(N-succinimidyl 3-(2-pyridyldithio)propionate) 및 숙시닉 언하이드라이드(sucinic anhydride)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하며, 상기 가교제는 유기성 표면안정제와 반응하여 -COOH, -CHO, -NH2, -SH, -CONH2, -PO3H, -PO4H, -SO3H, -SO4H, -OH, -NR4 +X-, -술포네이트, -니트레이트, -포스포네이트, -숙신이미딜기, -말레이미드기 또는 -알킬기와 같은 결합영역을 제공한다.
본 발명의 단계 (b)에서는 상기와 같은 방법으로 도입된 결합영역에 조직 특이적 결합성분을 도입하며, 이 때 도입 방법은 특별히 한정되지 않고, 이 분야에서 공지된 방법을 사용할 수 있다. 이 때 결합 영역과 조직 특이적 결합성분의 결합은, 각 결합성분의 종류 및 이의 화학식에 따라 변화될 수 있으며, 그 구체예는 하기 표 2에 나타난 바와 같다.
[표 2]
결합 영역 대응 기능기 (R': 조직특이적 결합 성분) 결합 관계
R-NH2 R'-COOH R-NHCO-R'
R-SH R'-SH R-SS-R
R-OH R'-(에폭시기) R-OCH2C(OH)CH2-R'
RH-NH2 R'-(에폭시기) R-NHCH2C(OH)CH2-R'
R-SH R'-(에폭시기) R-SCH2C(OH)CH2-R'
R-NH2 R'-COH R-N=CH-R'
R-NH2 R'-NCO R-NHCONH-R'
R-NH2 R'-NCS R-NHCSNH-R'
R-SH R'-COCH2 R'-COCH2S-R
R-SH R'-O(C=O)X R-OCH2(C=O)O-R'
R-(아지리딘기) R'-SH R-CH2CH(NH2)CH2S-R'
R-CH=CH2 R'-SH R-CH2CHS-R'
R-OH R'-NCO R'-NHCOO-R
R-SH R'-COCH2X R-SCH2CO-R'
R-NH2 R'-CON3 R-NHCO-R'
R-COOH R'-COOH R-(C=O)O(C=O)-R' + H2O
R-SH R'-X R-S-R'
R-NH2 R'CH2C(NH2+)OCH3 R-NHC(NH2+)CH2-R'
R-OP(O2 -)OH R'-NH2 R-OP(O2-)-NH-R'
R-CONHNH2 R'-COH R-CONHN=CH-R'
R-NH2 R'-SH R-NHCO(CH2)2SS-R'
본 발명은 또한, 전술한 본 발명에 따른 자성 나노복합체 및 약제학적으로 허용되는 담체를 포함하는 조영제 조성물, 생체 물질 분리용 조성물 또는 생체 물질 표지용 조성물; 또는 상기 본 발명의 자성 나노복합체 및 약제학적 활성성분을 포함하는 약제학적 조성물에 관한 것이다.
상기 본 발명의 조성물의 양태에서 사용되는 약제학적 활성성분의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 항암제, 항생제, 호르몬, 호르몬 길항제, 인터루킨, 인터페론, 성장 인자, 종양 괴사 인자, 엔도톡신, 림포톡시, 유로키나제, 스 트렙토키나제, 조직 플라스미노겐 활성제, 프로테아제 저해제, 알킬포스포콜린, 방사선 동위원소 표지 성분, 계면활성제, 심혈관계 약물, 위장관계 약물 및 신경계 약물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있다. 상기 중 항암제는 본 발명에서 특히 바람직한 약제학적 활성성분인데, 그 구체적인 예로는 에피루비신(epirubicin), 도세탁셀(docetaxel), 젬시타빈(gemcitabine), 파클리탁셀(paclitaxel)), 시스플라틴(cisplatin), 카르보플라틴(carboplatin), 택솔(taxol), 프로카르바진(procarbazine), 시클로포스파미드(cyclophosphamide), 디악티노마이신(dactinomycin), 디우노루비신(daunorubicin), 에토포시드(etoposide), 탁목시펜(tamoxifen), 독소루비신(doxorubicin), 미토마이신(mitomycin), 블레오마이신(bleomycin), 플리코마이신(plicomycin), 트랜스플라티눔(transplatinum), 빈블라스틴(vinblastin) 및 메토트렉세이트(methotrexate) 등을 들 수 있다.
본 발명의 조성물의 양태에서 사용될 수 있는 담체의 종류 역시 특별히 한정되지 않으며, 의약 분야에서 통상 사용되는 담체 및 비히클 등을 사용할 수 있다. 이러한 담체의 예로는 이온 교환, 알루미나, 알루미늄 스테아레이트, 레시틴, 혈청 단백질(ex. 사람 혈정 알부민), 완충 물질(ex. 각종 인산염, 글리신, 소르브산, 칼륨 소르베이트, 포화 식물성 지방산의 부분적인 글리세라이드 혼합물), 물, 염 또는 전해질(ex. 프로타민 설페이트, 인산수소이나트륨, 인산수소칼륨, 염화나트륨 및 아연 염), 교질성 실리카, 마그네슘 트리실리케이트, 폴리비닐피롤리돈, 셀룰로오스계 기질, 폴리에틸렌글리콜, 나트륨 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리아릴레이트, 왁스 또는 양모지 등을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 조성물들은 또한 상기 성분 이외에도, 그 용도에 따라 윤활제, 습윤제, 유화제, 현탁제 또는 보존제 등의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
한 양태로서, 본 발명의 상기 조성물들은 비경구 투여를 위한 수용성 용액으로 제조될 수 있다. 바람직하게는 한스 용액(Hank's solution), 링거 용액(Ringer's solution) 또는 물리적으로 완충된 염수와 같은 완충 용액을 사용할 수 있다. 수용성 주입(injection) 현탁액은 소듐 카르복시 메틸 셀룰로오스, 솔비톨 또는 덱스트란과 같이 현탁액의 점도를 증가시킬 수 있는 기질을 적절히 첨가할 수 있다.
본 발명의 조성물의 다른 바람직한 양태는 수성 또는 유성 현탁액의 멸균 주사용 제제의 형태일 수 있다. 이러한 현탁액은 적합한 분산제 또는 습윤제(ex. 트윈 80) 및 현탁화제를 사용하여 이 분야에 공지된 기술에 따라 제형화할 수 있다. 멸균 주사용 제제는 또한 무독성의 비경구적으로 허용되는 희석제 또는 용매 중의 멸균 주사 용액 또는 현탁액(ex. 1,3-부탄디올 중의 용액)일 수 있다. 사용될 수 있는 비히클 및 용매로는 만니톨, 물, 링거 용액 및 등장성 염화나트륨 용액이 있다. 또한, 멸균 비휘발성 오일이 통상적으로 용매 또는 현탁화 매질로서 사용된다. 이러한 목적을 위해 합성 모노 또는 디글리세라이드를 포함하여 자극성이 적은 비휘발성 오일은 그 어느 것도 사용할 수 있다.
본 발명의 각 조성물을 이용하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 이 분야에 서 공지된 통상의 방법을 사용할 수 있다.
예를 들면, 본 발명에 따른 조영제 조성물의 경우, (1) 조성물을 생체 또는 시료에 투여하는 단계; 및 (2) 상기 생체 또는 시료 내에 포함된 조성물의 자성 나노복합체로부터 발산되는 신호를 감지하여 영상을 수득하는 단계를 포함하는 방법으로 이용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 생체 물질 표지용 조성물의 경우, (A) 조성물을 목적 생체 물질과 결합시키는 단계; 및 (B) 상기 생체 물질에 결합된 조성물의 자성 나노복합체로부터 발산되는 신호를 감지하는 단계를 포함하는 방법으로 이용할 수 있으며,
생체 물질 분리용 조성물의 경우, (가) 조성물을 목적 생체 물질과 결합시키는 단계; 및 (나) 생체 물질 및 조성물의 결합물에 자기장을 가하여 목적 물질을 분리하는 단계를 포함하는 방법으로 이용할 수 있다.
상기 본 발명의 조성물의 이용 양태에 있어서, 『시료』는 진단하고자 하는 대상으로부터 분리한 조직 또는 세포를 의미하며, 『생체 물질』은 분리 또는 표지하고자 하는 생체 분자, 보다 구체적으로는 세포, 단백질, 항원, 펩티드, DNA, RNA 또는 바이러스 등을 포함한다.
또한, 상기 이용 양태에서 조성물을 생체 또는 시료에 주입하는 단계에서는, 의약 분야에서 통상적으로 이용되는 경로를 통해 투여될 수 있고, 비경구 투여가 바람직하며, 예를 들면 정맥내, 복강내, 근육내, 피하 또는 국부 경로를 통하여 투여할 수 있다.
또한, 상기 이용 양태에서 자성 나노복합체로부터 발산되는 신호는 자기장을 이용하는 각종 장비들에 의해 감지될 수 있으며, 특히 자기공명영상(MRI) 장치가 바람직하다.
MRI는 강력한 자기장 속에 생체를 넣고 특정 주파수의 전파를 조사하여, 생체 조직에 있는 수소 등의 원자핵이 에너지를 흡수하여 에너지가 높은 상태로 만든 후, 상기 전파를 중단하여 상기 수소 등의 원자핵 에너지가 방출되게 하고, 이 에너지를 신호로 변환하여 컴퓨터로 처리하여 영상화하는 장치이다. 자기 또는 전파는 골에 방해를 받지 않기 때문에, 단단한 골 주위 또는 뇌, 골수의 종양에 대하여 종단, 횡단, 임의의 각도에서 선명한 입체적인 단층상을 얻을 수 있다. 특히, 상기 MRI 장치는 T2 스핀-스핀 이완 MRI 장치인 것이 바람직하다.
본 발명의 자성 나노복합체는 또한 생체 분자의 분리, 진단 또는 치료용 나노표지자(probe) 및 약물 또는 유전자 전달체(delivery vehicle) 등에 이용될 수 있다.
자성 나노복합체를 이용한 생체 진단의 대표적인 예로서 분자 자기공명영상 진단 또는 자기 이완 센서(magnetic relaxation sensor)를 들 수 있다. 자성 나노복합체는 그 크기가 커짐에 따라 더 큰 T2 조영효과를 나타내는데, 이러한 성질을 이용하면 생체 분자를 검출하는 센서로 사용될 수 있다. 즉, 특정한 생체 분자가 자성 나노복합체의 엉김을 유도하게 되면, 이에 의해 T2 자기공명영상 효과가 증대된다. 이에 따라 상기와 같은 차이를 이용하여 생체 분자를 검출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자성 나노복합체는 거대 자기-저항 바이오센서(GMR sensor: Giant Magnetic Resistance sensor)의 진단 물질이 될 수 있다. 자성 나노복합체는 기존의 마이크로미터 수준의 비드(US 6,452,763; US 6,940,277; US 6,944,939; US 2003/0133232 A1)보다 더 우수한 자기적 특성, 수용액에서의 콜로이드 안정성, 낮은 비선택 결합성을 나타낼 수 있고, 이에 따라 기존 GMR 센서의 검출 한계를 크게 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자성 나노복합체는 자성 마이크로 유체 센서를 이용한 분리 및 검출, 약물 또는 유전자 전달, 자성 고온 치료법에 이용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 자성 나노복합체는 또한 다른 진단 프로브와 결합되어 이중 또는 다중 진단 프로브로 사용될 수 있다. 예를 들면, 수용성 자성 나노복합체에 T1 자기공명영상 진단 프로브를 결합시키면, T2 자기공명영상 및 T1 자기공명영상 진단을 동시에 진행할 수 있으며, 광학 진단 프로브를 결합시키면 자기공명영상 및 광학 이미징을 동시에 할 수 있고, CT 진단 프로브를 결합시키면, 자기공명영상과 CT 진단을 동시에 할 수 있다. 또한 방사선 동위원소와 결합시키면, 자기공명영상과 PET, SPECT 진단을 동시에 할 수 있다.
상기 T1 자기공명영상 진단 프로브로는 Gd 화합물, Mn 화합물 등을 포함하며, 광학 진단 프로브로는 유기 형광 염료(dye), 양자점 또는 염료 표지(dye labelled) 무기 지지체(ex. SiO2, Al2O3)를 포함하며, CT 진단 프로브로는 I(요오드) 화합물, 금 나노입자를 포함하며, 방사선 동위원소로는 In, Tc, F 등을 포함한다.
이하, 본 발명에 따르는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1.
자성 나노입자의 합성
산화철(Fe3O4) 자성 나노입자를 열분해법(thermal decomposition)을 통하여 합성하였다. 구체적으로는, 철 클로라이드(iron chloride) (Sigma-Aldrich) 10.8 g 및 올레인산 나트륨(sodium oleate)(Sigma-Aldrich) 36.5 g을 혼합 용매(에탄올 80 mL, 증류수 60 mL 및 헥산 140 mL) 내에 용해시켰다. 그 후, 상기 혼합물을 70℃로 가열하고, 4 시간 동안 반응시켜, 철-올레이트 복합체(iron-oleate complex)를 생성시켰다. 반응 종료 후, 철-올레이트 복합체를 포함하는 상부의 유기층을 분별 깔대기 내에서 증류수(30 mL)로 3회 세척하였다. 세척 후, 헥산을 증발시켜, 철-올레이트 복합체를 왁스상 고체 형태(waxy solid form)로 수득하였다. 그 후, 합성된 복합체 36 g 및 올레산(oleic acid)(Sigma-Aldrich) 5.7 g을 상온에서 1-옥타데센(1-octadecene)에 용해시켰다. 이어서, 상기 혼합물을 일정한 가열 속도(3.3 ℃/min)로 320℃로 가열하고, 30분 동안 유지시켜, 자성 나노입자를 생성시켰다. 이어서 자성 나노입자를 함유하는 용액을 상온으로 냉각시키고, 에탄올(500 mL)을 첨가하였다. 제조된 자성 나노입자는 원심 분리(15,000 rpm)를 통하여 정제하였다.
자성 나노복합체의 합성
수용상에서 안정화되고, 수분산성이 우수한 자성 나노복합체는 나노에멀션(nanoemulsion)법을 사용하여, 상기 제조된 자성 나노입자를 유기성 표면안정제인 CTAB(cetyltrimethylammonium bromide) 또는 SDS (sodium dodecyl sulfate)와 결합시켜 제조하였다. 유기성 표면안정제로서 CTAB를 사용한 경우에는 표면이 양전하로 대전된 양이온성 자성 나노복합체(이하, 『CMC』라 칭함), SDS를 사용한 경우에는 표면이 음전하로 대전된 음이온성 자성 나노복합체(이하, 『AMC』라 칭함)가 제조되었다. 구체적으로는 상기에서 제조된 자성 나노입자 10 mg을 클로로포름(4 mL)에 용해시킨 후, 상기를 유기성 표면안정제인 CTAB 및 SDS를 각각 150, 75 및 50 mg씩 포함하는 PBS(phosphate-buffered saline)(10 mM, pH 7.4)(Gibco)에 각각 첨가하였다. 상기 유기상(클로로포름) 및 연속상(PBS)을 상호 포화(mutual saturation)시킨 후, 450 W의 초음파 처리(ultrasonification)를 통하여 유화시켰다. 용매 내에서 응집체(cluster)의 용매화 자유 에너지(solvation free energy)는 개개의 소수성 입자(자성 나노입자)의 총 용매화 자유 에너지보다 낮기 때문에, 열역학적으로 개개의 소수성 자성 나노입자는 물 내에서 응집체를 형성(clustering)하는 경향이 있으며, 이에 따라 수용상 내에서 자성 나노복합체가 생성되었다. 첨부된 도 1는 제조 과정 중 최초에 클로로포름 내에 용해되어 있는 자성 나노입자(가장 왼쪽 그림에서 2상 혼합물의 하부), 및 상전이 후 형성된 자성 나노복합체가 서로간의 정전기적 반발력 때문에 PBS 내에 잘 분산되어 존재하는 상태를 나타낸다(2상 혼합물의 상부). 위와 같은 과정을 거친 후, 용매를 증발시키고, 원심 여과기(centrifugal filter)(Amicon Ultra-15, Millipore)를 사용한 원심 분리(6,800 rpm)을 3회 반복하여 자성 나노복합체를 정제하였다. 하기 표 3은 세 종류의 CMC (CMC-1, CMC-2, CMC-3) 및 AMC(AMC-1, AMC-2, AMC-3)의 제조 조건을 나타낸다.
[표 3]
IMC 유기성 표면 안정제(mg/ml) 자성 나노입자(mg/ml)
CTAB SDS
CMC -1 7.50 0 2.50
CMC-2 3.75 0 2.50
CMC-3 2.50 0 2.50
AMC-1 0 7.50 2.50
AMC-2 0 3.75 2.50
AMC-3 0 2.50 2.50
하기에 제시된 시험 결과, 유기성 표면 안정제(CTAB 또는 SDS)의 농도가 감소함에 따라 자성 나노복합체의 크기가 커지고, 내부의 자성 물질의 함량이 증가하여, MR 조영 효과(MR contrast effect)가 증가함이 관찰되었다(도 2 참조). 이는 초음파 처리를 통해 생성된 유화 액적(emulsion droplet)의 크기가 작을수록, 상기 액적의 안정화를 위하여 과량의 유기성 표면안정제가 요구되기 때문인 것으로 추측된다. 또한, 동일 농도의 유기성 표면안정제가 사용되었을 경우에, 양이온성 자성 나노복합체의 크기가 음이온성 자성 나노복합체에 비해 컸다. 이는 CTAB의 낮 은 임계 미셀 농도(critical micelle concentration)로 인해, 양이온성 자성 나노복합체의 형성이 음이온성 자성나노복합체의 형성보다 용이하기 때문인 것으로 추측된다.
시험예 1. 자성 나노복합체의 분석
투과전자현미경(TEM) 분석
자성 나노입자 및 자성 나노복합체의 형태(Morphology)와 크기는, TEM(Transmittance Electron Microscope)(JEM-1011, JEOL Ltd.) 기기를 사용하여 분석하였으며, 그 결과를 도 3 및 4에 나타내었다. 첨부된 도 3a는 자성 나노입자의 TEM 이미지를 나타내고, 도 3b는 제조된 자성 나노복합체의 HRTEM(High Resolution TEM) 이미지를 나타낸다. 도 3a에 나타난 바와 같이 유기 용매 내에서 합성된 단분산 자성 나노입자(monodispersed magnetic nanoparticle)는, 좁은 입자 크기 분포를 나타내면서 균일한 크기의 구형을 갖는 것이 확인되었다(직경: 9 nm, size variation: 5.2%). 또한, 도 3b에 나타난 바와 같이, 자성 나노복합체의 HRTEM 이미지는 격자 줄무늬(lattice fringe) 패턴을 나타내었으며, 이로부터 나노복합체가 높은 결정도(crystalline nature)를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 첨부된 도 4은 실시예에서 제조된 6가지 자성 나노복합체의 TEM 이미지를 나타낸다(도 4a는 CMC-1, 도 4b는 CMC-2, 도 4c는 CMC-3, 도 4d는 AMC-1, 도 4e는 AMC-2, 도 4f는 AMC-3를 각각 나타낸다.). 도 4으로부터 알 수 있는 바와 같이, 사용된 유기성 표면안정제의 농도에 따라 자성 나노복합체의 크기가 변하였으나, 어느 경우이든 균일한 구형을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
레이저 산란 분석
레이저 산란법(ELS-Z, Otsuka electronics)을 사용하여, 제조된 자성 나노복합체의 크기 분포 및 표면 전하를 측정하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 첨부된 도 5a는 자성 나노복합체의 크기 분포 및 다분산도(polydispersity)(PDI=0.25 ~ 0.32)를 나타내며, 도 5a에 나타난 바와 같이, 사용된 유기성 표면안정제의 농도가 높아질수록 자성 나노복합체의 크기가 작아지는 확인할 수 있었다. 또한, 도 3b는 양이온성 자성 나노복합체 및 음이온성 자성 나노복합체의 제타전위값을 나타낸다. 도 5b에 나타난 바와 같이, 양이온성 자성 나노복합체의 경우 15.2 내지 21.1 mV의 제타전위를 나타내었으며, 음이온성 자성 나노복합체의 경우 -10.8 내지 -7.8 mV의 제타전위를 나타내었다. 시험 결과, 자성 나노복합체에 포함되는 유기성 표면안정제 및 자성 물질의 무게 비율(유기성 표면 안정제/자성 물질)이 다양하게 변화할 때에도 전체적으로 안정한 제타전위값을 나타내었다. 이를 통하여, 자성 물질을 유기성 표면안정제와 결합시킴으로써, 자성 나노복합체의 콜로이드 안정성(colloidal stability)이 현저하게 상승한 것을 확인할 수 있었다.
FTIR 스펙트라 분석
합성된 자성 나노복합체의 특징적인 밴드의 확인을 위하여 FTIR 스펙트라 분석(Excalibur series, Varian Inc.)를 수행하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었 다. 도 6a는 CMC에 대한 분석 결과를 나타내며, 도 6b는 AMC에 대한 분석 결과를 나타낸다. 도 6에 나타난 바와 같이, 자성 나노복합체 내의 자성 물질(자성 나노입자) 및 유기 성분(유기성 표면안정제)의 특징적인 밴드가 확인되었다. 구체적으로, CMC의 경우, 도 6a의 i에 나타난 바와 같이 CTAB의 특징적인 밴드인 1500 cm-1(N-H band) 및 1400 cm-1(C-N stretch)가 관찰되었고, AMC의 경우, 도 6b의 i 내지 iii에 나타난 바와 같이 SDS의 특징적인 밴드인 1200 cm-1(S=O), 1000 cm-1(S-O) 및 850 cm-1(S-O)가 관찰되었다. 또한, 자성 나노복합체(CMC 및 AMC)의 내부에 함유된 Fe(II)에 따른 특징적인 밴드인 550 cm-1(Fe-O)도 관찰되었다(도 6a의 ii 및 도 6b의 iv). 이러한 결과로부터, 자성 물질이 유기성 표면안정제로 둘러싸인 자성 나노복합체가 안정적으로 형성되었음을 확인할 수 있다.
시험예 2. 자성 나노복합체의 자기적 특성의 분석
자성 나노복합체의 내부 자성 물질 함량의 측정
자성 나노복합체의 내부 자성 물질의 함량은 TGA(SDT-Q600, TA instrument)를 사용하여 측정하였다. 첨부된 도 7에 나타난 바와 같이, TGA 분석으로 측정한 CMC-1(도 7a의 iii), CMC-2(도 7a의 ii), CMC-3(도 7a의 i), AMC-1(도 7b의 iii), AMC-2(도 7b의 ii) 및 AMC-3(도 7b의 i) 내의 자성 화합물의 함량은 16, 28, 46, 25, 33 및 50 wt%였다.
자기 이력 곡선 및 포화자화값의 측정
자기장 하에서 자성 나노복합체의 자기적 민감도를 평가하기 위하여, 자성 물질 및 자성 나노복합체의 자기이력곡선(magnetic hysteresis loop) 및 포화 자화값(saturation of magnetization)을 진동시료 자력계(VSM, Model 7300, Lakershore)를 사용하여 평가하였다. 첨부된 도 8 및 9는 측정된 자기이력곡선을 도시한 도면이다(도 8은 자성 물질(자성 나노입자), 도 9a는 CMC((i) CMC-3, (ii) CMC-2, (iii) CMC-1), 도 9b는 AMC((i) AMC-3, (ii) AMC-2, (iii) AMC-1)). 도 8에 나타난 바와 같이, 300K에서 관찰된 자성 나노입자의 이력 곡선(hysteresis loop)은 자기 이력(magnetic hysteresis)이 없는 상태에서 초상자성 거동(superparamagnetic behavior)을 나타내었다. 또한, 0.9T에서 측정된 자성 나노입자의 포화자화값은 44.3 emu/g였으며, 0.9 T에서의 CMC-1, CMC-2, CMC-3, AMC-1, AMC-2 및 AMC-3의 포화 자화값은 각각 10.9 emu/g, 14.8 emu/g, 23.5 emu/g, 12.6 emu/g, 16.3 emu/g 및 25.6 emu/g였다. 이와 같이, 유기성 성분(유기성 표면 안정제)의 존재로 인해, CMC 및 AMC의 포화 자화값은 자성 나노입자보다 낮게 나타났으며, CMC 및 AMC의 철 원소-계열 포화자화값은 순수한 자성 나노입자의 포화자화값과 유사하였다. 상기 결과로부터, 자성 나노입자 및 유기성 표면안정제 사이의 결합을 이용하여, 유기성 표면안정제의 농도를 조절함으로써, 전체 자성 나노복합체의 크기 및 그 내부에 함유되는 자성 물질의 함량을 제어할 수 있음을 확인할 수 있었다.
시험예 3. 자성 나노복합체의 MR 조영 효과의 분석
제조된 자성 나노복합체의 MRI 조영제로서의 활용 가능성을 확인하기 위하여, r2(T2 relaxvity coefficients)의 측정을 통해, 자성 나노복합체의 MR 조영 효과를 조사하였다. 구체적으로, MR 영상 시험은, Micro-47 surface coil을 갖는 1.5 T clinical MRI instrument(Intera, Philips Medical System)를 사용하여 수행하였다. 자성 나노복합체의 r2 (T2 relaxivity coefficients with unit of mM-1s-1)값은 실온에서 CPMG(Carr-Purcell-Meiboom-Gill) 시퀀스(sequence)를 사용하여 측정하였다(TR = 10s, 32 echoes with 12 ms even echo space, number of acquisitions = 1, point resolution of 156 × 156 ㎛, section thickness of 0.6 mm). 그 결과, 도 10에 나타난 바와 같이, 1.5 T에서, 자성 나노복합체의 크기가 증가함에 따라, r2가 명백히 증가하였다. 구체적으로, CMC-1의 경우 112.5 mM-1s-1이었던 r2가 CMC-2에서는 135.2 mM-1s-1로 증가하였으며, CMC-3의 경우에는 227.6 mM-1s-1으로 나타났다. 유사하게, AMC-1에서는 115.6 mM-1s-1이었던 r2가, AMC-2의 경우 146.8 mM-1s-1로 증가하였으며, AMC-3에서는 223.5 mM-1s-1로 나타났다. 그 결과, CMC-3 및 AMC-3의 경우, CMC-1 및 AMC-1과 비교하여 약 2.02배 및 1.93배 증가한 r2 로 인하여, 현저히 어두운 MR contrast를 제공하였다. MR 신호의 상기와 같은 현저한 증가는, 자성 나노입자의 복합 클러스터링(multiple clustering)에 따른 향상된 자기적 특성(magnetism)에 기인한다. 게다가, MR 영상 프로브(MR imaging probe)로서의 CMC 및 AMC는 분자 영상(molecular imaging)용으로 충분한 자기적 특성을 보유하고 있음을 확인할 수 있었다.
도 1은 실시예의 제조 과정에서 자성 나노복합체가 합성되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시예의 제조 과정에서 사용된 유기성 표면안정제의 농도에 따라 자성 나노복합체의 크기가 제어되는 것을 나타내는 개념도이다.
도 3은 실시예에서 제조된 자성 나노입자 및 자성 나노복합체의 투과전자현미경(TEM) 사진을 나타내는 도면이다.
도 4는 실시예에서 제조된 6가지 자성 나노복합체의 투과전자현미경(TEM) 사진을 나타내는 도면이다.
도 5는 실시예에서 제조된 자성 나노복합체의 크기 분포 및 제타 전위를 레이저 산란법을 통하여 분석한 결과를 나타낸다.
도 6은 실시예에서 제조된 자성 나노복합체에 대해 수행된 FTIR 스펙트라 분석의 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 실시예에서 제조된 자성 나노복합체에 대해 수행된 열중량분석의 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시예에서 제조된 자성 나노입자의 자기이력곡선을 나타내는 도면이다.
도 9는 실시예에서 제조된 자성 나노복합체의 자기이력곡선을 나타내는 도면이다.
도 10은 실시예에서 제조된 자성 나노복합체의 r2값을 나타내는 도면이다.

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  12. 자성 나노입자를 유기 용매에 용해시켜 오일상을 제조하고, 유기성 표면안정제를 수성 용매에 용해시켜 수용상을 제조하는 제 1 단계;
    상기 오일상 및 수용상을 혼합하여 에멀션을 형성하는 제 2 단계; 및
    상기 에멀션으로부터 오일상을 분리하는 제 3 단계를 포함하되,
    상기 제 1 단계에서 수용상에 포함되는 유기성 표면안정제의 농도를 조절하 여, 복합체의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 자성 나노복합체의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    제 1 단계에서 사용되는 자성 나노입자는, (i) 나노입자의 전구체 및 표면안정제를 반응시키는 단계; 및 (ii) 상기 반응물을 열분해시키는 단계를 포함하는 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    제 1 단계에서 제조되는 수용상에 포함되는 유기성 표면안정제 농도가 2.0 내지 10 mg/ml인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    (a) 제 1 내지 제 3 단계를 거쳐 제조된 자성 나노복합체의 유기성 표면안정제에 결합 영역을 도입하는 단계; 및 (b) 단계 (a)에서 도입된 결합 영역에 조직 특이적 결합성분을 도입하는 단계를 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
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