KR101083419B1 - 가지형 올리고펩타이드-함유 고리형 포스파젠 삼량체, 그 제조방법, 및 그것을 포함하는 약물 전달체 - Google Patents
가지형 올리고펩타이드-함유 고리형 포스파젠 삼량체, 그 제조방법, 및 그것을 포함하는 약물 전달체 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 하기 화학식 1의 고리형 포스파젠 삼량체, 그 제조방법, 및 그것을 포함하는 약물 전달체를 제공한다:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, n, x, 및 R은 명세서에서 정의된 바와 같다.
본 발명에 따른 화합물은 매우 낮은 농도 2 w/w% 미만에서도 경력한 수화겔을 형성할 수 있다. 또한, 그로부터 제조된 수화겔은 생분해성 및 온도 감응성을 가지고, 제조가 간편하며, 단백질을 불활성화시키지 않고, 약물의 다량방출효과 없이 서방성을 나타내므로, 약물, 특히 단백질 약물의 서방성 전달을 위한 약물 전달체로서 유용하게 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 수화겔을 형성할 수 있는 가지형 올리고펩타이드-함유 고리형 포스파젠 삼량체, 그 제조방법, 및 그것을 포함하는 약물 전달체에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 매우 낮은 농도에서도 강력한 수화겔을 형성할 뿐만 아니라 0 차에 가까운 약물 방출이 가능하며 단백질 약물의 서방성 전달이 가능한 가지형 올리고펩타이드-함유 고리형 포스파젠 삼량체, 그 제조방법, 및 그것을 포함하는 약물 전달체에 관한 것이다.
유기 고분자 수화겔(hydrogel)은 양친(친수/소수)성의 용질이 수용액 내에서 분자 간에 화학적 또는 물리적 상호작용에 의하여 3차원의 가교를 형성함으로서 내부에 빈공간(net work mesh size)을 형성하고 이곳에 물 분자를 포집하여 용액이 흐르지 않는 상태에서 액체와 고체의 중간 형태에 해당하는 기계적, 물리화학적 특징을 갖는 물질이다. 이러한 수화겔에는 작용기가 2개 이상인 단량체들의 화학적 가교 결합(chemical crosslink)에 의하여 만들어진 화학적 수화겔과, 분자간의 수소결합, 배위결합 또는 소수성 상호작용 등에 의한 비규칙적인 물리적 가교결합(physical crosslink)으로 형성되는 물리적 수화겔로 분류할 수 있다. 이러한 물리적 수화겔은 일반적으로 충분한 물이 존재할 때 용해되지 않고 평형에 해당하는 물을 함유하고 고체-유사 유체(soldi-like fluid)의 성질을 갖는 물질로 정의된다(Nayak, S.; Lyon, L.A., Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 7686).
이러한 종래의 양친성 고분자의 불규칙적인 가교결합으로 형성되는 수화겔과는 달리 약 10여 년 전부터 본격적으로 탐색되고 있는 분자 수화겔(molecular hydrogel)은 최근에 떠오르고 있는 의과학용 첨단 소재로서 분자량이 종래의 고분자(Mw > 10,000)보다 훨씬 적고 양친성과 분자구조를 잘 설계할 경우 규칙적인 자기조립에 의하여 나노 굵기의 섬유망(Self-assembled fibrillar networks(SAFINs))을 형성함으로써 엄청난 양의 물 분자를 포집할 수 있음을 보고하고 있다(Weiss, R. G.; Terech, P, Molecular Gels p 1-9, Springer: Dordrecht, The Netherlands, 2006). 일반적으로 겔은 적은 양의 겔 물질(gelator)(0.1-20w/w%)을 용매에 녹인 후 가열 또는 냉각을 통해서 실험관 내의 용액의 흐름이 없는 경우를 겔이라 하고, 이때의 온도를 겔화온도(Tgel), 겔이 되는데 필요한 최소농도를 겔화농도(Cgel)로 정의하는데 종래의 유기고분자의 경우 겔화농도가 보통 수용액 대비 15-30 w/w% 인데 비하여 분자 수화겔의 경우 1 w/w% 이하이다.
수화겔은 겔 물질이 물에 용해하여 나노크기(10-9 m) 내지 마이크로 크기(10- 6m)의 2차 구조를 생성하게 되는데 이러한 2차 구조는 단량체(unimer)의 분자 구조에 따라 마이셀(micelle), 섬유형, 리본형, 판상형 등 다양한 형태의 응집체를 형성한다. 특히 최근에 다양한 양친성 고분자 물질의 거동에 대한 많은 연구가 진행되었으며 상술한 바와 같이 다양한 형태의 응집체들이 관측되었다(Fuhrhop, J. H.; Helfrich, W. Chem. Rev. 1993, 93, 1565). 특히 마이셀 간의 가교에 의한 겔화 현상에 대하여는 많은 양친성 고분자 물질들에 대해서 연구가 진행되었다. 예를 들면, 폴리에틸렌글리콜(PEG)과 폴리프로필렌글리콜 (PPG)로 구성된 삼원 블록 공중합체(PEG-PPG-PEG)인 폴록사머 (Poloxamer)(ICI)(Jorgensen, E.B.; Havidt, S.; Brown, W.; Schillen, K. Macromolecules 1997, 30, 2355), 이원 블록 공중합체인 PEG-PPG(Cohn, D.; Sosnik, A.; Levy, A. Biomaterials 2003, 24, 3707) 및 폴락소머-폴리 아크릴산(PAA) (Bromgberg, L. Langmuir 1999, 15, 6792) 등에 대한 연구 결과가 보고되었다.
한편, 마이셀간 응집(micellar aggregation)에 의한 겔에 대한 연구도 보고되었는데, 예를 들면, 폴리에틸렌글리콜과 폴리에스터의 공중합체, 특히 폴리에틸렌글리콜-폴리(락트산-글리콜산)-폴리에틸렌글리콜(PEG-PLGA-PEG)로 구성된 삼원 공중합체에 대한 연구 결과에 따르면, 졸-겔 전이 시에 마이셀의 크기와 응집 분자수(aggregation number)가 급격히 증가하며, 이에 따라 고분자 물질 간의 인력이 증가하며 상전이 현상이 일어나는 것으로 알려졌다.
또한, 자극 감응성 수화겔의 상전이 현상에 대한 연구는 다양한 외부 자극 즉, 화학적(pH), 물리적(온도 및 빛) 자극에 대해서 연구가 진행되었으며, 특히 온도 감응성 즉, 열 감응성 겔(thermogelling) 현상에 대한 연구가 많이 진행되었다. 폴리에틸렌글리콜-폴리(락트산-글리콜산)-폴리에틸렌글리콜(PEG-PLGA-PEG (550-2810-550))의 경우 수용액에서의 열 감응성 겔 현상에 대한 상전이 현상은 농도와 온도에 밀접한 연관성을 가지며 온도가 증가함에 따라 투명(transparent)액 > 불투명(turbid)액 > 반투명(translucent)액 > 불투명겔의 순서로 상전이가 일어난다는 것을 관찰하였다(Jeong, B.; Bae, Y.H.; Kim, S.W. Macromolecules 1999, 32, 7064). 현재 온도 감응성 고분자는 고분자를 약물 전달 시스템을 주축으로 하는 의료용 재료 분야, 환경분야, 생물학 분야, 화장품 분야 등의 다양한 분야에 응용하려는 연구가 진행되고 있다. 그 예로서, 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드) 또는 폴리에틸렌옥사이드 공중합체, 하이드록시계 고분자 및 수종의 폴리포스파젠계 고분자가 온도 감응성을 나타내는 것으로 보고되었다(K. Park Eds, Controlled Drug Delivery, 485 (1997)). 그러나, 현재 알려져 있는 온도 감응성 고분자의 대부분은 독성을 나타낼 뿐만 아니라, 난분해성이기 때문에 약물전달용 재료로는 적합하지 않은 것으로 보고되고 있다. 상기 폴리에틸렌글리콜-폴리(락트산-글리콜산)-폴리에틸렌글리콜은 생분해성은 있으나, 생체 내에서 분해시 산성화되어 단백질 약물을 변성시킬 우려가 있으므로, 장차 약물의 주류를 이루게 될 단백질계 의약품 전달용으로는 부적합하다.
최근에는 생의약품 분야에서의 다양한 활용도 때문에 지능형 수화겔에 대한 연구가 더욱 활발히 진행 되고 있으며, 특히 생명체에서 일어나는 자극 감응성이 있는 고분자 수화겔을 생체재료에 응용하는 것이 최근의 약물전달시스템이 추구하는 방향이다. 그러나 현재까지 알려져 있는 대부분의 유기 고분자 수화겔은 비생분해성이며, 20w/w% 이상의 높은 농도에서만 우수한 기계적 물성(점도)을 나타낼 뿐만 아니라 서방형 약물전달체로 이용할 경우 초기 약물 방출이 매우 큰(> 30w/w%) 다량약물방출효과(burst effect)라는 치명적 단점을 가지고 있다.
한편, 본 발명자들은 최근에 친수성인 폴리에틸렌글리콜(PEG)과 소수성인 선형 올리고펩타이드를 고리형 포스파젠 삼량체에 도입한 양친성 화합물이 수용액에서 강력한 마이셀을 형성한다는 사실을 발견한 바 있다(Youn Soo Sohn 외 Angew. Chem. Int. Edit. 2006, 45, 6173-6176; WO 06/043757). 이들 고리형 포스파젠 삼량체 마이셀들은 수용액에서, 분자 사이에 그물망이 형성되지 않고 수소 결합이 깨지면서 물이 고분자 밖으로 완전히 배출되는 경우에 침전이 형성되는 온도인 저임계용액온도(lower critical solution temperature)를 나타낸다. 따라서, 상기 고리형 포스파젠 삼량체에 선형 올리고펩타이드가 도입된 양친성 화합물은 수용액에서 침전은 되지만 겔화되지는 않는다.
이에 본 발명자들은 상기 종래의 온도 감응성 수화겔의 문제점을 극복한 분자 수화겔을 개발하기 위해 연구한 결과, 고리형 포스파젠 삼량체에 선형 올리고펩타이드 대신 가지형 테트라펩타이드를 친수성 폴리에틸렌글리콜과 함께 도입하여 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 단백질 약물의 전달체로서 양친(친수/소수)성과 생분해성을 가지며, 낮은 농도(< 2%)에서도 서방성 약물 전달 시 초기 다량약물방출효과를 나타내지 않는 온도 감응성 분자 수화겔을 형성할 수 있는 물질을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 온도 감응성 분자 수화겔을 형성할 수 있는 물질을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 온도 감응성 분자 수화겔을 포함하는 약물 전달체를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1의 고리형 포스파젠 삼량체를 제공한다:
상기 화학식 1에서,
n은 7, 12, 또는 16이고,
x는 0, 1, 또는 2이고,
R은 각각 독립적으로 C1-C6 알킬 또는 벤질이다.
상기 화학식 1의 고리형 포스파젠 삼량체는 하기 화학식 5의 폴리에틸렌글리콜과 염소를 포함하는 고리형 포스파젠 삼량체를 하기 화학식 6의 가지형 테트라펩타이드의 에스테르와 반응시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다:
상기 화학식 5에서, R1은 -(CH2CH2O)nCH3 이다;
상기 화학식 6에서, x 및 R은 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같다.
본 발명은 또한, 상기 화학식 1의 고리형 포스파젠 삼량체를 포함하는 약물 전달체를 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명이 제공하는 분자 수화겔을 형성할 수 있는 화학식 1의 화합물은 종래 특허문헌 WO 06/043757의 화학식 1의 고리형 포스파젠 삼량체에 선형 올리고펩 타이드 대신 가지형 테트라펩타이드를 도입함으로써, 2 w/w% 이하의 낮은 농도의 수용액에서도 기계적 강도가 우수한 겔을 형성하면서, 생분해성을 나타내고, 펩타이드와 같은 단백질 약물의 서방성 전달에 효과적으로 사용될 수 있다는 것을 발견하였다.
따라서, 본 발명은 한 측면에 있어서, 하기 화학식 1의 고리형 포스파젠 삼량체를 제공한다:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
n은 7, 12, 또는 16이고,
x는 0, 1, 또는 2이고,
R은 각각 독립적으로 C1-C6 알킬 또는 벤질이다.
상기 화학식 1의 고리형 포스파젠 삼량체는 구체적으로 하기 화합물로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜350)트리스[카르보벤질옥시라이실아스파틸비스(디에틸아스파테이트)]사이클로트리포스파젠,
트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜550)트리스[카르보벤질옥시라이실아스파틸비스(디에틸아스파테이트)]사이클로트리포스파젠,
트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜750)트리스[카르보벤질옥시라이실아스파틸비스(디에틸아스파테이트)]사이클로트리포스파젠,
트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜350)트리스[카르보벤질옥시라이실글루타밀비스(디에틸글루타메이트)]사이클로트리포스파젠,
트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜550)트리스[카르보벤질옥시라이실글루타밀비스(디에틸글루타메이트)]사이클로트리포스파젠,
트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜750)트리스[카르보벤질옥시라이실글루타밀비스(디에틸글루타메이트)]사이클로트리포스파젠,
트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜350)트리스[카르보벤질옥시라이실아미노말로닐비스(디에틸말로네이트)]사이클로트리포스파젠,
트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜550)트리스[카르보벤질옥시라이실아미노말로닐비스(디에틸말로네이트)]사이클로트리포스파젠, 및
트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜750)트리스[카르보벤질옥시라이실아미노말로닐비스(디에틸말로네이트)]사이클로트리포스파젠.
본 발명은 또한, 다른 측면에 있어서 상기 화학식 1의 고리형 포스파젠 삼량 체를 제조하는 방법을 제공한다. 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
우선, 하기 화학식 2의 모노메톡시폴리에틸렌글리콜을 나트륨 금속 또는 칼륨 금속 조각과 함께 반응시켜 화학식 3의 메톡시 폴리에틸렌글리콜염을 제조한다:
상기 화학식 2의 화합물 및 나트륨 금속 또는 칼륨 금속 조각과의 반응 비율은 특별히 한정되는 것은 아니나, 화학식 2의 화합물에 대해 1.2-1.5 당량의 나트륨 금속 또는 칼륨 금속 조각을 사용할 수 있다. 화학식 2의 화합물은 톨루엔과 물의 아조트로피 현상을 이용하여 수분을 제거시킨 후 반응시킬 수 있다. 상기 반응을 수행하는 용매는 상기 반응을 특별히 저해하지 않는다면 임의의 유기용매가 사용될 수 있으며, 예를 들어 테트라하이드로퓨란(THF), 벤젠 또는 톨루엔 중에서 수행할 수 있다. 상기 반응은 불활성 기체(예: 아르곤 기체)의 존재 하에서 약 4시간 이상 환류시킴으로써 수행할 수 있다.
그런 다음, 상기 화학식 3의 메톡시 폴리에틸렌글리콜염을 하기 화학식 4의 고리형 6염화 포스파젠 삼량체와 반응시켜 하기 화학식 5의 화합물을 제조될 수 있다:
[화학식 5]
상기 화학식 5에서, R1은 -(CH2CH2O)nCH3 이다.
상기 화학식 3의 화합물 및 화학식 4의 화합물의 반응 비율은 특별히 한정되는 것은 아니나, 상기 화학식 4의 헥사클로로사이클로트리포스파젠(N3P3Cl6) 1몰 (6당량)에 상기 화학식 3의 메톡시 폴리에틸렌글리콜염 용액을 3.0 내지 3.9당량, 바람직하게는 3.0~3.1 당량 적가 할 수 있다. 반응용매는 상기 반응을 저해하지 않는 임의의 용매가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 테트라하이드로퓨란, 벤젠, 톨루엔, 클로로포름, 및 이들의 조합에서 선택된 용매 중에서 수행될 수 있다. 화학식 4의 고리형 6염화 포스파젠 삼량체의 용액을 -20℃ 이하의 낮은 온도로 냉각시 킨 후 화학식 3의 메톡시 폴리에틸렌글리콜염 용액을 서서히 부가함으로써 제조할 수 있다. 바람직하게는, -20℃ 이하에서 4 내지 8시간동안 반응시킨 후, 실온에서 8 내지 24 시간 동안 반응시켜 시스-비제미날(cis-nongeminal) 이성질체인 화학식 5의 고리형 포스파젠 중간체를 제조할 수 있다. 상기 -20℃ 이하의의 저온에서 반응을 수행하기 위해서는 예를 들어, 드라이아이스-아세톤 중탕(-60 ~ -70℃)에서 수행할 수 있다.
그런 다음, 상기 화학식 5의 폴리에틸렌글리콜과 염소를 포함하는 고리형 포스파젠 삼량체를 하기 화학식 6의 가지형 테트라펩타이드의 에스테르와 반응시켜, 목적하는 최종 생성물인 상기 화학식 1의 고리형 포스파젠 삼량체를 제조할 수 있다:
[화학식 6]
상기 화학식 6에서, x 및 R은 상기 화학식 1에서에서 정의된 바와 같다.
상기 화학식 5의 화합물 및 화학식 6의 화합물의 반응 비율은 특별히 한정되는 것은 아니나, 화학식 5의 미 치환된 3 개의 염소에 대해 1.5 내지 2.0 당량의 상기 화학식 6의 화합물과 반응시키는 것이 바람직하다. 상기 반응에서 상기 화학식 6의 화합물이 화학식 5의 미 치환된 3 개의 염소가 결합된 인에 대한 친핵성 치환반응을 촉매하는 염기의 존재 하에서 반응시키는 것이 바람직하며, 예를 들어 트리에틸아민 등이 사용될 수 있다. 상기 촉매작용을 하는 염기는 화학식 5의 미 치환된 3 개의 염소에 대해 4 내지 10 당량존재 하에 반응시키는 것이 바람직하다. 반응용매는 상기 반응을 저해하지 않는 임의의 용매일 수 있으며, 바람직하게는 테트라하이드로퓨란, 벤젠, 톨루엔, 클로로포름, 및 이들의 조합에서 선택된 용매 중에서 수행될 수 있다. 상기 반응은 실온에서 약 24 시간 동안 반응시킨 후, 계속해서 40-60℃의 온도에서 약 3-4일간 환류반응 시킬 수 있다.
상기 반응이 완료된 후에는, 생성물인 화학식 1을 분리 및 정제하는 과정을 수행할 수 있다. 우선, 반응용액을 원심분리 또는 여과 등에 의해, 부산물로 생성된 과량의 침전물들(Et3NHCl 또는 NaCl)을 제거한 후에 생성물을 분리 및 정제하는 것이 바람직하다. 그런 다음, 여액을 감압 농축하고, 상기 유기용매를 가하여 녹인 후 물로 3회 이상 세척하고, 유기층을 건조제(예: MgSO4)로 건조한 후 다시 감압 여과하여 여액을 수득할 수 있다. 그 여액을 감압 농축한 후 마지막으로 순상(예: 실리카겔) 크로마토그래피를 이용하여 분리 정제하여 화학식 1의 최종 화합물을 얻을 수 있다.
상기 화학식 6의 테트라펩타이드 화합물은 상업적으로 입수하거나, 상업적으로 입수할 수 있는 출발물질로부터 당해 기술분야에 공지된 방법에 따라 제조할 수 있으며, 예를 들어 John Jones, Amino Acid and Peptide Synthesis, Oxford University Press, 32-34, (1994)에 기재된 바에 따라 제조할 수 있다.
상기 화학식 1의 제조방법의 전반적인 과정의 한 구현예를 하기 반응식 1에 나타내었다:
상기 반응식 1에서, M은 소듐 또는 칼륨이고, n, x, 및 R은 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같다.
상기 본 발명이 제공하는 화학식 1의 화합물은 고리형 포스파젠 삼량체에 가 지형 테트라펩타이드를 친수성 폴리에틸렌글리콜과 함께 도입함으로써, 매우 낮은 농도(< 0.1 w/w%)의 수용액에서는 마이셀(10-20 nm)이 형성되었다가 농도가 약 1 w/w% 이상이 되면 나노섬유(SAFINs)를 형성함으로써 2 w/w% 미만의 낮은 농도에서도 기계적 강도가 우수한 분자 수화겔을 형성할 수 있다(하기 실험예 2 참조). 또한, 상기 수화겔은 온도 감응성을 나타내고, 생분해성을 나타내며, 펩타이드 및 단백질 계열 약물을 변성시키는 성질이 없고, 약물 전달 시 초기 다량약물방출효과 없이 약물의 서방성 전달을 가능하게 한다. 따라서, 상기 화학식 1의 화합물이 물과 함께 형성하는 수화겔은 약물의 전달에 매우 효과적으로 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명은 또 다른 측면에 있어서, 상기 화학식 1의 고리형 포스파젠 삼량체를 포함하는 약물 전달체를 제공한다.
상기 약물 전달체는 화학식 1의 화합물을 포함하는 수화겔의 형태로서 존재할 수도 있다. 상기 약물 전달체는 당해 기술분야에 공지되어 있는 수화겔을 이용한 약물 전달체의 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 상기 약물 전달체를 구성하는 수화겔은 화학식 1의 화합물을 0.1 w/w% 이상 포함할 수 있으며, 바람직하게는 0.5 내지 5 w/w% 까지 포함할 수 있다. 상기 수화겔은 약 30℃ 근처에서부터 급격한 겔화현상을 나타내며, 체온 근처에서는 약 1.0 X 105 Pas 정도의 점도를 나타내는 온도 감응성 겔인 것으로 확인되었다(하기 실험예 1-(2) 참조). 따라서, 상기 화학식 1을 포함하는 약물 전달체는 체내에서 겔화 되어 약물을 서방화할 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 화합물은 빠른 시간 내에 수화겔로서 제조할 수 있 다. 종래의 고분자 겔의 경우 겔을 녹이는 과정이 매우 복잡하고 오랜 시간이 걸리는 단점이 있으나, 상기 화학식 1의 화합물은 물을 가하고 60 내지 80℃의 온도로 가열하면, 투명한 졸(clear sol)로 변하고, 다시 실온을 냉각시키면 반투명한 겔을 얻을 수 있어, 매우 빠른 시간 안에(약 30 분이내), 수화겔을 제조할 수 있다(실험예 1-(3) 참조). 따라서, 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 약물 전달체는 매우 간편하게 제조될 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 약물 전달체는 단백질 약물의 서방성 전달에 있어서 효과적이며, 단백질의 변성을 일으키지 않아 펩타이드를 포함한 단백질 약물의 전달에 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 상기 약물 전달체는 약물의 서방성 전달시 초기 다량약물방출을 보이지 않아, 약물의 서방성 전달에 적합하다. 뿐만 아니라, 상기 약물 전달체는 이상적인 약물 방출양상이라고 할 수 있는 0 차 방출을 나타내고 있다. 또한, 상기 약물 전달체는 수화겔 내에 화학식 1의 화합물의 농도를 증가시킬수록 약물 방출 속도를 지연시킬 수 있다(하기 실험예 3 참조).
본 발명에 따른 상기 화학식 1의 화합물로 제조되는 수화겔은 또한, 약물 전달체 이외에도 조직공학 분야 등에서 다양한 생체재료로서 이용될 수 있을 것으로 기대된다.
상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 화학식 1의 화합물은 종래의 유기 고분자 겔의 경우, 15-30 w/w%에서 수화겔을 형성할 수 있었던 것과는 달리 매우 낮은 농도인 2 w/w% 미만에서도 경력한 수화겔을 형성할 수 있다. 또한, 그로부터 제조된 수화겔은 생분해성을 가지며, 제조가 간편하고, 체온 부근에서 온도 감응성을 나타내며, 단백질을 불활성화 시키지 않고, 약물의 초기 다량방출효과 없이 약물의 서방성을 나타내므로, 약물, 특히 단백질 약물의 서방성 전달을 위한 약물 전달체로서 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 어떤 의미로든 본 발명의 범위가 이들에 의해 제한되는 것은 아니다.
실험기기
하기 실시예에서 탄소, 수소 및 질소의 원소 분석은 Carlo Erba-EA1108C, H, N 분석기에 의해 수행하였다. 한편 수소의 핵자기 공명 스펙트럼은 Bruker DPX-250 NMR Spectromter를 사용하였고, 인의 핵자기 공명 스펙트럼은 Varian INOVA-500 NMR Spectrometer를 사용하였다.
실시예 1
트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜350)트리스[카르보벤질옥시라이실아스파틸비스(디에틸아스파테이트)]사이클로트리포스파젠, [NP(PEG350)(N
α
-Cbz- LysAsp(AspEt
2
)
2
)]
3
(1)의 제조
분자량 350의 메톡시폴리에틸렌글리콜(1.60 g, 4.58 mmol)과 나트륨 금속조각(0.13 g, 5.65mmol)을 무수 테트라하이드로퓨란 용매에 넣고 아르곤 기류 하에서 48 시간 환류하여 메톡시폴리에틸렌글리콜의 나트륨염을 제조하였다. 한편, 헥사클로로사이클로트리포스파젠(0.50 g, 1.44 mmol)을 무수 테트라하이드로퓨란 용매에 녹인 다음 드라이아이스-아세톤 중탕(-78℃)에 넣고 앞서 제조된 메톡시폴리에틸렌글리콜의 나트륨염 용액을 천천히 적가 하였다. 4 시간 후 드라이아이스-아세톤 중탕을 제거하고 실온에서 8 시간 동안 반응시킨 다음 이 용액에 트리에틸아민(2.61 g, 25.80 mmol)과 가지형 테트라펩타이드인 카르보벤질옥시라이실아스파틸비스(디에틸아스파테이트), (Nα-Cbz-LysAsp (AspEt2)2)(4.90 g, 6.65 mmol)을 녹인 클로로포름 용액(100 ml)을 가한 후 실온에서 12시간 반응 시키고 다시 70℃로 온도를 올려 72시간 동안 반응 시켰다. 반응 완결 후 여과하여 생성된 과량의 침전물들(Et3NHCl 또는 NaCl)을 제거하고 여액을 감압 농축하여 진한 갈색의 고체형태의 물질을 얻었다. 마지막으로 실리카겔(60-100 mesh) 컬럼과 이동상으로 9 w/w%의 메탄올을 첨가한 메틸렌 클로라이드를 사용하여 컬럼 크로마토그래피를 통해서 최종 생성물 [NP(PEG350){Nα-Cbz-LysAsp(AspEt2)2}]3 3.68 g을 얻었다(수율: 76%). 이에 대해 원소분석 및 핵자기공명스펙트럼을 측정하였으며, 그 결과를 아래에 나타내었다.
조성식: C147H243N18O63P3
원소분석치: C, 52.49; H, 7.28; N, 7.50.
원소이론치: C, 52.49; H, 7.76; N, 7.80.
수소 핵자기 공명스펙트럼(CDCl3, ppm): δ 7.88 (d,1H, NH), δ 7.65 (d, 1H, NH), δ 7.14 (m, 5H, Cbz-arom), δ 5.21 (s, 2H, CH2-Cbz), δ 4.82 (m, 1H, H-Asp), δ 4.65 (m, 1H, H-Lys), δ 4.13 (m, 8H, CH2-Asp), δ 4.12 (m, 4H, OCH2 - MPEG), δ 3.41-3.70 (b, 28H, CH2-MPEG350), δ 3.31 (s, 3H, CH3-MPEG350), δ 2.93 (m, 2H, CH2 of Lys), δ 1.55 (m, 2H, CH2-Lys), δ 1.12-1.21 (m, 12H, CH3-Asp).
인 핵자기 공명 스펙트럼(CDCl3, ppm): δ 22.83
평균 분자량(Mw): 3363.51
실시예 2
트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜550)트리스[카르보벤질옥시라이실아스파틸비스(디에틸아스파테이트)]사이클로트리포스파젠, [NP(PEG550)(N
α
-Cbz- LysAsp(AspEt
2
)
2
)]
3
의 제조
상기 실시예 1에서의 반응물 대신, 분자량 550의 메톡시폴리에틸렌글리콜(2.51 g, 4.57 mmol), 나트륨 금속 조각(0.13 g, 5.65 mmol), 헥사클로로사이클 로트리포스파젠(1.00 g, 2.88 mmol), 트리에틸아민(2.61 g, 25.80 mmol), 및 카르보벤질옥시라이실아스파틸비스(디에틸아스파테이트),(Nα-Cbz-LysAsp(AspEt2)2)(4.90 g, 6.65 mmol)을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방식으로 수행하여, 상기 표제 화합물 [NP(PEG550){Nα-Cbz-LysAsp(AspEt2)2}]3 를 획득하였다(수율 62 %). 이에 대한 원소분석 및 핵자기공명스펙트럼을 측정하였으며, 그 결과를 아래에 나타내었다.
조성식: C177H303N18O78P3
원소분석치: C, 53.49; H, 8.06; N, 5.76.
원소이론치: C, 52.83; H, 7.59; N, 6.26.
수소 핵자기 공명스펙트럼(CDCl3, ppm): δ 7.88 (d, 1H, NH), δ 7.65 (d, 1H, NH), δ 7.14 (m, 5H, Cbz-arom), δ 5.21 (s, 2H, CH2-Cbz), δ 5.02 (d, 1H, NH), δ 4.82 (m, 1H, H-Asp), δ 4.65 (m, 1H, H-Lys), δ 4.13 (m, 8H, CH2-Asp), δ 4.12 (m, 4H, OCH2 - MPEG), δ 3.41-3.70 (b, 46H, CH2-MPEG550), δ 3.31 (s, 3H, CH3-MPEG550), δ 2.92 (d, 2H, CH2-Lys), δ 2.65 (m, 4H, CH2-Asp and CH2-Lys), δ 1.55 (m, 2H, CH2-Lys), δ 1.12-1.21 (m, 12H, CH3-Asp).
인 핵자기 공명 스펙트럼(CDCl3, ppm): δ 22.93
평균 분자량(Mw): 4024.50
실시예 3
트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜750)트리스[카르보벤질옥시라이실아스파틸비스(디에틸아스파테이트)]사이클로트리포스파젠, [NP(PEG750)(N
α
-Cbz- LysAsp(AspEt
2
)
2
)]
3
의 제조
상기 실시예 1에서의 반응물 대신, 분자량 750의 메톡시폴리에틸렌글리콜 (3.43 g, 4.57 mmol), 나트륨 금속 조각(0.13 g, 5.65 mmol), 헥사클로로사이클로트리포스파젠(0.5 g, 1.44 mmol), 트리에틸아민 2.61 g, 25.80 mmol, 카르보벤질옥시라이실아스파틸비스(디에틸아스파테이트), Nα-Cbz-LysAsp(AspEt2)2(4.90 g, 6.65 mmol)을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방식으로 수행하여, 상기 표제 화합물 [NP(PEG750){Nα-Cbz-LysAsp(AspEt2)2}]3을 획득하였다(수율 51 %). 이에 대한 원소분석 및 핵자기공명스펙트럼을 측정하였으며, 그 결과를 아래에 나타내었다.
조성식: C201H351N18O90P3
원소분석치: C, 53.49; H, 8.06; N, 5.76.
원소이론치: C, 51.22; H, 8.09; N, 6.07.
수소 핵자기 공명스펙트럼(CDCl3, ppm): δ 7.88 (d, 1H, NH), δ 7.65 (d, 1H, NH), δ 7.14 (m, Cbz-arom), δ 5.21 (s, 2H, CH2-Cbz), δ 5.02 (d, 1H, NH), δ 4.82 (m, 2H, H-Asp), δ 4.65 (m, 1H, H-Lys), δ 4.13 (m, 8H, CH2-Asp), δ 4.12 (m, 4H, OCH2 - MPEG), δ 3.41-3.70 (b, 64H, CH2-MPEG750), δ 3.31 (s, 3H, CH3-MPEG750), δ 2.92 (d, 2H, CH2-Lys), δ 2.65 (m, 4H, CH2-Asp and CH2-Lys), δ 1.55 (m, 2H, CH2-Lys), δ 1.12-1.21 (m, 12H, CH3-Asp).
인 핵자기 공명 스펙트럼(CDCl3, ppm): δ 22.93
평균 분자량(Mw): 4549.92.
실시예 4
트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜350)트리스[카르보벤질옥시라이실글루타밀비스(디에틸글루타메이트)]사이클로트리포스파젠, [NP(PEG350)(N
α
-Cbz- LysGlu(GluEt
2
)
2
)]
3
의 제조
상기 실시예 1에서의 반응물 대신 분자량 350의 메톡시폴리에틸렌글리콜 (1.60 g, 4.57 mmol), 나트륨 금속 조각(0.13 g, 5.65 mmol), 헥사클로로사이클로트리포스파젠(0.50 g, 1.44 mmol), 트리에틸아민(2.61 g, 25.80 mmol), 카르보벤질옥시라이실글루타밀비스(디에틸글루타메이트), Nα-Cbz-LysGlu(GluEt2)2(5.18 g, 6.65 mmol)을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방식으로 수행하여, 상기 표제 화합물 [NP(PEG350){Nα-Cbz- LysGlu(GluEt2)2}]3 를 얻었다(수율 68 %). 이에 대한 원소분석 및 핵자기공명스펙트럼을 측정하였으며, 그 결과를 아래에 나타내었다.
조성식: C156H261N18O63P3
원소분석치: C, 54.19; H, 7.76; N, 6.98.
원소이론치: C, 53.69; H, 7.54; N, 7.22.
수소 핵자기 공명스펙트럼(CDCl3, ppm): δ 7.88 (1H, d), δ 7.65 (1H, d), δ 7.14 (m, Cbz-arom), δ 6.02 (s, 1H, NH), δ 5.20(s, 2H, CH2-CBZ), δ 4.72 (m, 2H, H-Glu), δ 4.65 (m, 1H, H-Lys), δ 4.13 (m,8H, CH2-Glu), δ 4.10 (m, 2H, OCH2 - MPEG), δ 3.96 (m, 1H, H-Glu), δ 3.41-3.70 (b, 28H, CH2CH2O-MPEG350), δ 3.31 (s, 3H, MPEG350-OCH3), δ 2.45-2.55 (m, 2H, CH2 of Glu and CH2-Lys), δ 2.33 (m, 6H, CH2-Glu), δ 1.87 (m, 4H, CH2-Glu), δ 1.55 (m, 2H, CH2-Lys), δ 1.12-1.21 (m, 12H, CH3-Glu).
인 핵자기 공명 스펙트럼(CDCl3, ppm): δ 22.93
평균 분자량(Mw): 3489.75
실시예 5
트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜550)트리스[카르보벤질옥시라이실글루타밀비스(디에틸글루타메이트)]사이클로트리포스파젠, [NP(PEG550)(N
α
-Cbz- LysGlu(GluEt
2
)
2
)]
3
(
5
)의 제조
상기 실시예 1에서의 반응물 대신 분자량 550의 메톡시폴리에틸렌글리콜 (2.51 g, 4.57 mmol), 나트륨 금속 조각(0.13 g, 5.65 mmol), 헥사클로로사이클로트리포스파젠(0.5 g, 1.44 mmol), 트리에틸아민(1.2 mL, 16.0 mmol), 카르보벤질옥시라이실글루타밀비스(디에틸글루타메이트), Nα-Cbz-LysGlu(GluEt2)2(5.18 g, 6.65 mmol)을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방식으로 수행하여, 상기 표제 화합물 [NP(PEG550){N-Cbz- LysGlu(GluEt2)2}]3 를 얻었다(수율 58 %). 이에 대한 원소분석 및 핵자기공명스펙트럼을 측정하였으며, 그 결과를 아래에 나타내었다.
조성식: C186H321N18O78P3
원소분석치: C, 53.49; H, 8.06; N, 6.32.
원소이론치: C, 53.82; H, 7.80; N, 6.07.
수소핵자기 공명 스펙트럼 (CDCl3, ppm): δ 7.88 (d, 1H, NH), δ 7.65 (d, 1H, NH), δ 7.24 (m, arom-Cbz), δ 5.18 (s, 2H, CH2-Cbz ), δ 5.02 (bs, 1H, NH), δ 4.72 (m, 2H, H-Glu), δ 4.65 (m, 1H, H-Lys), δ 4.13 (m, 8H, OCH2-Glu), δ 4.10 (m, 2H, OCH2 - MPEG), δ 3.96 (m, 1H, H-Glu), δ 3.41-3.72 (b, 48H, CH2CH2O-MPEG550), δ 3.31 (s, 3H, MPEG350-OCH3), δ 2.45-2.55 (m, 2H, CH2 of Glu and CH2-Lys), δ 2.33 (m, 6H, CH2-Glu), δ 1.87 (m, 4H, CH2-Glu), δ 1.55 (m, 2H, CH2-Lys), δ 1.12-1.21 (m, 12H, CH3-Glu).
인 핵자기 공명스펙트럼(500 MHz, CDCl3, 25C): δ 22.98
분자량: 4150.53
실시예 6
트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜750)트리스[카르보벤질옥시라이실글루타밀비스(디에틸글루타메이트)]사이클로트리포스파젠, [NP(PEG750)(N
α
-Cbz- LysGlu(GluEt
2
)
2
)]
3
의 제조
상기 실시예 1에서의 반응물 대신 분자량 750의 메톡시폴리에틸렌글리콜(3.43 g, 4.57 mmol), 나트륨 금속 조각(0.13 g, 5.65 mmol), 헥사클로로사이클로트리포스파젠(0.5 g, 1.44 mmol), 트리에틸아민(1.2 mL, 16.0 mmol), 카르보벤질옥시라이실글루타밀비스(디에틸글루타메이트), Nα-Cbz-LysGlu(GluEt2)2(5.18 g, 6.65 mmol)을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방식으로 수행하여, 상기 표제 화합물 [NP(PEG750){Nα-Cbz-LysGlu(GluEt2)2}]3을 얻었다(수율 60 %). 이에 대한 원소분석 및 핵자기공명스펙트럼을 측정하였으며, 그 결과를 아래에 나타내었 다.
조성식: C210H363N18O60P3
원소분석치: C, 53.49; H, 8.06; N, 5.76.
원소이론치: C, 53.62; H, 7.89; N, 5.44.
수소 핵자기 공명스펙트럼(CDCl3, ppm): δ 7.88 (d, 1H, NH), δ 7.65 (d, 1H, NH), δ 7.24 (m, arom-Cbz),δ 5.18 (s, 2H, CH2-Cbz), δ 5.02 (d, 1H, NH), δ 4.72 (m, 2H, H-Glu), δ 4.65 (m, 1H, H-Lys), δ 4.13 (m, 8H, OCH2-Glu), δ 4.10 (m, 2H, OCH2 - MPEG), δ 3.96 (m, 1H, H-Glu), δ 3.41-3.72 (b, 64H, CH2CH2O-MPEG750), δ 3.31 (s, 3H, MPEG750-OCH3), δ 2.45-2.56 (m, 4H, CH2-Glu, and CH2-Lys), δ 2.33 (m, 6H, CH2-Glu), δ 1.87 (m, 4H, CH2-Glu), δ 1.55 (m, 2H, CH2-Lys), δ 1.12-1.21 (m, 12H, CH3-Glu),
인 핵자기 공명 스펙트럼(CDCl3, ppm): δ 22.93
평균 분자량(Mw): 4724.50
실시예 7
트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜350)트리스[카르보벤질옥시라이실아미노말로닐비스(디에틸말로네이트)]사이클로트리포스파젠, [NP(PEG350)(N
α
-Cbz- LysMal(MalEt
2
)
2
)]
3
의 제조
상기 실시예 1에서의 반응물 대신 분자량 350의 메톡시폴리에틸렌글리콜 (1.60 g, 4.57 mmol), 나트륨 금속 조각(0.13g, 5.65 mmol), 헥사클로로사이클로트리포스파젠(1.00 g, 2.88 mmol), 트리에틸아민(1.2 mL, 16.0 mmol), 카르보벤질옥시라이실아미노말로닐비스(디에틸말로네이트), Nα-Cbz-LysMal(MalEt2)2 (4.46 g, 6.65 mmol)을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방식으로 수행하여, 상기 표제 화합물 [NP(PEG350){Nα-Cbz- LysMal(MalEt2)2}]3을 얻었다(수율 71 %). 이에 대한 원소분석 및 핵자기공명스펙트럼을 측정하였으며, 그 결과를 아래에 나타내었다.
조성식: C138H225N18O63P3
원소분석치: C, 51.89; H, 7.76; N, 7.96.
원소이론치: C, 51.20; H, 7.01; N, 7.79.
수소 핵자기 공명스펙트럼(CDCl3, ppm): δ 7.88 (1H, d-NH), δ 7.65 (1H, d-NH), δ 7.14 (m, Cbz-arom), δ 6.02 (s, 1H, NH), δ 5.48(s, 2H, CH-Mal), δ 5.34(s, 2H, CH2-CBZ), δ 5.26(s, 2H, CH-Mal), δ 4.45 (m, 1H, H-Lys), δ 4.12 (m, 8H, CH2-Mal), δ 3.41-3.70 (b, 28H, CH2CH2O-MPEG350), δ 3.31 (s, 3H, MPEG350-OCH3), δ 2.65 (m, 2H, CH2-Lys), δ 1.55 (m, 2H, CH2-Lys), δ 1.21 (t, 12H, CH3-Mal).
인 핵자기 공명 스펙트럼(CDCl3, ppm): δ 22.73
평균 분자량(Mw): 3237.27
실시예 8
트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜550)트리스[카르보벤질옥시라이실아미노말로닐비스(디에틸말로네이트)]사이클로트리포스파젠, [NP(PEG550)(N
α
-Cbz- LysMal(MalEt
2
)
2
)]
3
의 제조
상기 실시예 1에서의 반응물 대신 분자량 550의 메톡시폴리에틸렌글리콜 (2.51 g, 4.57 mmol), 나트륨 금속 조각(0.13 g, 5.65 mmol), 헥사클로로사이클로트리포스파젠(1.00 g, 2.88 mmol), 트리에틸아민(1.2 mL, 16.0 mmol), 카르보벤질옥시라이실아미노말로닐비스(디에틸말로네이트), Nα-Cbz-LysMal(MalEt2)2(4.46 g, 6.65 mmol)을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방식으로 수행하여, 상기 표제 화합물 [NP(PEG550){Nα-Cbz- LysMal(MalEt2)2}]3 를 얻었다(수율 68 %). (Rf = 0.3; 10% MeOH/CH2Cl2). 이에 대한 원소분석 및 핵자기공명스펙트럼을 측정하였으며, 그 결과를 아래에 나타내었다.
조성식: C168H285N18O78P3
원소분석치: C, 51.89; H, 7.76; N, 7.96.
원소이론치: C, 51.76; H, 7.37; N, 6.47.
수소 핵자기 공명스펙트럼(CDCl3, ppm): δ 7.88 (1H, d-NH), δ 7.65 (1H, d-NH), δ 7.14 (m, Cbz-arom), δ 6.02 (s, 1H, NH), δ 5.48 (s, 2H, CH-Mal), δ 5.34 (s, 2H, CH2-CBZ), δ 5.26 (s, 2H, CH-Mal), δ 4.45 (m, 1H, H-Lys), δ 4.12 (m, 8H, CH2-Mal), δ 3.41-3.70 (b, 48H, CH2CH2O-MPEG550), δ 3.31 (s, 3H, MPEG550-OCH3), δ 2.65 (m, 2H, CH2-Lys), δ 1.55 (m, 2H, CH2-Lys), δ 1.21 (t, 12H, CH3-Mal).
인 핵자기 공명 스펙트럼(CDCl3, ppm): δ 22.89
평균 분자량(Mw): 3898.05
실시예 9
트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜750)트리스[카르보벤질옥시라이실아미노말로닐비스(디에틸말로네이트)]사이클로트리포스파젠, [NP(PEG750)(N
α
-Cbz- LysMal(MalEt
2
)
2
)]
3
의 제조
상기 실시예 1에서의 반응물 대신 분자량 750의 메톡시폴리에틸렌글리콜 (3.43 g, 4.57 mmol), 나트륨 금속 조각(0.13 g, 5.65 mmol), 헥사클로로사이클로 트리포스파젠(0.5 g, 1.44 mmol), 트리에틸아민(1.2 mL, 16.0 mmol), 카르보벤질옥시라이실아미노말로닐비스(디에틸말로네이트), Nα-Cbz-LysMal(MalEt2)2 (4.46 g, 6.65 mmol)을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방식으로 수행하여, 상기 표제 화합물 [NP(PEG750){Nα-Cbz- LysMal(MalEt2)2}]3을 얻었다(수율 62 %). 이에 대한 원소분석 및 핵자기공명스펙트럼을 측정하였으며, 그 결과를 아래에 나타내었다.
조성식: C189H327N18O90P3
원소분석치: C,50.09; H, 7.96; N, 5.46.
원소이론치: C, 51.77; H, 7.52; N,5.75.
수소 핵자기 공명스펙트럼(CDCl3, ppm): δ 7.88 (1H, d-NH), δ 7.65 (1H, d-NH), δ 7.14 (m, Cbz-arom), δ 6.02 (s, 1H, NH), δ 5.48 (s, 2H, CH-Mal), δ 5.34 (s, 2H, CH2-CBZ), δ 5.26 (s, 2H, CH-Mal), δ 4.45 (m, 1H, H-Lys), δ 4.12 (m, 8H, CH2-Mal), δ 3.41-3.70 (b, 64H, CH2CH2O-MPEG750), δ 3.31 (s, 3H, MPEG750-OCH3), δ 2.65 (m, 2H, CH2-Lys), δ 1.55 (m, 2H, CH2-Lys), δ 1.21 (t, 12H, CH3-Mal).
인 핵자기 공명 스펙트럼(CDCl3, ppm): δ 22.80
평균 분자량(Mw): 4384.62
실험예 1: 겔화 실험
(1) 면찰속도의 변화에 따른 점도 측정
상기 실시예 2에서 제조된 화합물에 대해 온도에 따른 졸-겔 상전이 현상을 Thermo-Hakke사의 레오미터(1°, 60mm cone 사용)로 측정하였다.
우선 실시예 2의 화합물 0.2g을 9.8g의 증류수에 가하고 70℃까지 가열하여 완전히 녹인 후 실온에서 면찰속도(shear rate)(
)를 변화시켜 가며 점도(η)의 변화를 측정하였으며, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
도 1에 따르면, 실온에서의 점도는 면찰속도가 증가함에 따라서 면찰 묽어짐(shear thining) 현상이 강하게 나타난다는 것을 알 수 있다. 이는 외부의 기계적 자극이 강해지면 점도가 낮아지는 현상을 나타내는 것이다.
(2) 온도의 변화에 따른 점도 측정
상기 실시예 2에서 제조된 화합물을 상기 (1)에서와 같은 방법으로 수용액으로 제조 한 다음 상온에서부터 온도를 증가시키면서 점도를 측정하여, 겔화 현상이 일어나는 온도와 수화겔의 강도에 대한 변화를 확인하였다. 가열속도는 1.0℃/분 또는 0.5℃/분, 농도는 2 w/w%로 하여 측정하였다. 그 결과를 도 2에 나타내었다. 온도는 5∼75℃ 사이에서 수행하였으며, 결과는 20∼75℃에서의 값만을 나타내었다. 도 2의 그래프 내의 작은 그래프는 26∼39℃ 사이에서의 점도 변화를 확대해서 나타낸 것이며, 이는 체온 영역을 확대하여 나타낸 것이다.
도 2에 따르면, 수화겔은 50℃ 근처에서 최대 점도 값을 갖고, 그 값은 1.5 X 107 Pas 의 매우 높은 점도를 나타냈다. 또한, 도 2의 작은 그래프의 결과에 따르면 20∼30℃ 사이의 온도에서는 4 Pas 정도의 낮은 점도를 나타내며, 30℃ 에서부터 급격히 겔화현상이 일어나 체온 근처의 온도에서는 1.0 X 105 Pas 정도의 점도를 나타내는 것으로 확인되었다. 따라서, 본 발명에 따른 화합물은 온도감응성 겔 물질임이 확인되었다.
(3) 온도의 변화에 따른 용해 시험
상기 실시예 2에서 제조된 화합물 0.2g을 물 9.8mL에 가하고 교반하면서 다음 온도의 변화에 따른 상의 변화를 관찰하고 사진을 촬영하였다. 먼저, 가열하기 전에 상기 화합물과 물의 혼합물을 사진촬영을 하고, 80℃ 이상으로 가열한 다음 사진 촬영을 하였다. 그런 다음, 다시 실온으로 냉각시킨 다음 사진촬영을 하였다.
상기 촬영한 사진을 도 3에 순서대로 나타내었다.
도 3의 사진에 따르면, 화학식 2의 화합물을 물에 실온에서 용해 시 고분자 칩으로서 존재하여 물에 완전히 용해하지 않은 것으로 나타났으나, 80℃ 이상으로 가열한 결과 투명한 졸 상태로 변화하였으며, 다시 실온으로 냉각한 결과 투명한 겔을 얻을 수 있었다.
이러한 결과에 따르면, 본 발명에 따른 화합물은 가열과 냉각을 통하여 빠른 시간 내에 겔을 형성할 수 있는 장점을 가지고 있다. 종래의 고분자 겔의 경우 겔 을 녹이는 과정이 매우 복잡하고 오랜 시간이 걸린다는 단점이 있었지만, 본 발명의 화합물은 빠른 시간(약 30 분) 내에 수화겔을 얻을 수 있어 바람직하다.
상기 (1)~(3)의 실험결과를 종합해 보면, 본 발명에 따른 화합물로 형성되는 수화겔은 면찰속도가 증가함에 따라 점도가 감소하며, 체온 부근의 온도에서 겔화현상을 나타내는 온도 감응성이며, 매우 빠른 시간 내에 수화겔을 제조할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이러한 결과로부터 본 발명에 따른 화합물로 형성되는 겔은 실온에서 약물의 포집과 주사가 가능한 새로운 형태의 약물전달용 수화겔로서 실용화 가능성이 매우 높음을 알 수 있다.
실험예 2: 농도별 전자형미경(TEM) 사진 촬영
상기 실시예 2에서 제조된 화합물을 0.1w/w%, 0.5w/w%, 1.0w/w%가 되도록 물에 가하고 실험예 1과 같은 방법으로 용해한 다음, 투과전자현미경(TEM) 사진을 촬영하였다. TEM 사진을 도 4에 나타내었다.
도 4에 따르면, 0.1 w/w%의 농도에서는 원형의 마이셀 구조물들이 자기조립에 의하여 나노섬유 구조를 형성하기 시작하였고, 0.5w/w% 농도에서는 섬유다발 구조만이 보였다. 또한, 1 w/w% 농도에서는 좀 더 조밀한 섬유다발 구조를 형성함으로써 다량의(자기무게의 100배 이상) 물 분자를 포집할 수 있는 것으로 확인되었다. 이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 화합물이 1 w/w%의 낮은 농도에서 수화겔을 형성할 수 있다는 것을 알 수 있다.
실험예 3: 약물 방출실험
본 발명의 실시예 2와 실시예 3에서 만들어진 고리형 포스파젠 삼량체로 제조되는 수화겔에 대해, 단백질계 약물의 모델 화합물인 알부민을 이용하여 약물 방출 실험을 진행하였다.
모델 약물로 사용된 알부민(Mw=78,000)은 형광물질(FITC)로 라벨링되어 있는 것을 사용하였고, 수화겔은 실시예 2 또는 3의 화합물을 각각 1, 2, 또는 4 w/w% 농도로 하여 다음과 같은 방법으로 실험 하였다.
실시예 2 또는 3의 화합물을 증류수(1 ml)에 원하는 농도로 70℃에서 녹여 균일한 졸로 만든 후 37℃로 급냉시켰다. 여기에 형광 알부민 용액(2 mg/ml)(시그마)을 섞어 균일한 졸을 얻은 다음 수화겔로 전환될 때까지 기다렸다. 수화겔이 형성되면 여기에 인산완충용액(PBS) 6 ml를 가한 후 37℃ 항온조에 넣고 서서히 흔들어 주며 필요한 시간별로 시료를 소량(100 ㎕) 취하여 형광 분석기로 수화겔에서 방출된 알부민을 정량하였다. 실험은 2 주 동안 진행하였으며, 결과를 실시예 2 화합물에 대해서는 도 5에 나타내었고, 실시예 3의 화합물에 대해서는 도 6에 그래프로서 나타내었다.
도 5 및 6의 그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이, 초기 다량약물방출효과(burst effect)가 거의 없었으며, 2주 동안 서서히 0차 방출을 나타낸다는 것을 알 수 있었다. 또한, 도 6에 따르면, 수화겔의 농도를 조절함으로써 약물의 방출 속도를 조절할 수 있는 것으로 나타났다.
도 1은 본 발명의 한 구현예에 따른 화합물의 2w/w% 수용액을 실온에서 면찰속도(shear rate)(
)를 변화시켜 가며 점도(η)의 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 한 구현예에 따른 화합물을 2 w/w% 수용액으로 제조한 다음 1.0℃/분의 속도로 온도를 증가시키면서 점도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 한 구현예에 따른 화합물을 실온에서 증류수에 가한 다음, 가열하기 전, 70℃ 이상으로 가열한 다음, 그리고 다시 실온으로 냉각시킨 다음에 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명의 한 구현예에 따른 화합물을 0.1 w/w%, 0.5 w/w%, 또는 1.0 w/w%가 되도록 증류수에 가하고 가열하여 용해한 다음, 투과전자현미경(TEM)으로 관찰한 결과를 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명의 한 구현예에 따른 화합물을 1 또는 2 w/w% 농도로 형광 알부민과 함께 수화겔로 제조한 다음, 그 겔을 인산완충용액 중에서 2 주 동안 방출시험을 수행하면서 방출된 알부민을 형광 분석기로 정량한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 한 구현예에 따른 화합물을 1, 2, 또는 4 w/w% 농도로 증류수에 가하고 70℃에서 녹여 균일한 졸로 만든 후 37℃로 급냉시킨 다음, 형광 알 부민 용액을 가하고 혼합하여 균일한 졸을 얻은 다음 실온으로 냉각시켜 수화겔로 전환시키고, 그 겔을 인산완충용액 중에서 2 주동안 방출시험을 수행하면서 방출된 알부민을 형광 분석기로 정량한 결과를 나타낸 그래프이다.
Claims (10)
- 하기 화학식 1의 고리형 포스파젠 삼량체:[화학식 1]
상기 화학식 1에서,n은 7, 12, 또는 16이고,x는 0, 1, 또는 2이고,R은 각각 독립적으로 C1-C6 알킬 또는 벤질이다. - 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 1의 고리형 포스파젠 삼량체는트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜350)트리스[카르보벤질옥시라이실아스파틸비스(디에틸아스파테이트)]사이클로트리포스파젠,트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜550)트리스[카르보벤질옥시라이실아스파틸비스(디에틸아스파테이트)]사이클로트리포스파젠,트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜750)트리스[카르보벤질옥시라이실아스파틸비스(디에틸아스파테이트)]사이클로트리포스파젠,트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜350)트리스[카르보벤질옥시라이실글루타밀비스(디에틸글루타메이트)]사이클로트리포스파젠,트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜550)트리스[카르보벤질옥시라이실글루타밀비스(디에틸글루타메이트)]사이클로트리포스파젠,트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜750)트리스[카르보벤질옥시라이실글루타밀비스(디에틸글루타메이트)]사이클로트리포스파젠,트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜350)트리스[카르보벤질옥시라이실아미노말로닐비스(디에틸말로네이트)]사이클로트리포스파젠,트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜550)트리스[카르보벤질옥시라이실아미노말로닐비스(디에틸말로네이트)]사이클로트리포스파젠, 및트리스(메톡시폴리에틸렌글리콜750)트리스[카르보벤질옥시라이실아미노말로닐비스(디에틸말로네이트)]사이클로트리포스파젠으로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 고리형 포스파젠 삼량체.
- 하기 화학식 5의 폴리에틸렌글리콜과 염소를 포함하는 고리형 포스파젠 삼량체를 하기 화학식 6의 가지형 테트라펩타이드의 에스테르와 반응시키는 단계를 포함하는 제1항 또는 제2항에 따른 화학식 1의 고리형 포스파젠 삼량체를 제조하는 방법:[화학식 5]
상기 화학식 5에서, R1은 -(CH2CH2O)nCH3 이고, n은 7, 12 또는 16 이다;[화학식 6]
상기 화학식 6에서 x 및 R은 제 1 항에서 정의된 바와 같다. - 제 3 항에 있어서, 트리에틸아민의 존재 하에서 반응시키는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 화학식 5의 화합물은 하기 화학식 3의 메톡시 폴리에틸렌글리콜염을 하기 화학식 4의 고리형 염화 포스파젠 삼량체와 반응시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 방법:[화학식 3]
식 중, n은 3, 7, 12, 16 중에서 선택된 정수이고, M은 소듐 또는 칼륨이다.[화학식 4]
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