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KR102293306B1 - Anti-inflammatory composition for prevention or treatment comprising ion-emitted bioactive glass nanoparticle - Google Patents

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KR102293306B1
KR102293306B1 KR1020190153722A KR20190153722A KR102293306B1 KR 102293306 B1 KR102293306 B1 KR 102293306B1 KR 1020190153722 A KR1020190153722 A KR 1020190153722A KR 20190153722 A KR20190153722 A KR 20190153722A KR 102293306 B1 KR102293306 B1 KR 102293306B1
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bgn
inflammatory
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단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단
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Abstract

본 발명은 칼슘(Ca) 및 실리카(Si)를 포함하는 이온방출형 메조포러스 생활성 글라스 나노 파티클(Bioactive Glass nanoparticle; BGn)을 유효성분으로 포함하는 염증성 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물 및 상기 약학적 조성물을 사용하여 염증성 질환을 치료하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에서 제공하는 메조포러스 생활성 글라스 나노 파티클은 별도의 약물을 포함하지 않아도 그 자체로서 칼슘(Ca) 및 실리카(Si)를 방출하여 염증관련 인자로 알려진 COX-2와 iNOS의 발현을 억제할 수 있으므로, 보다 효과적인 염증성 질환의 예방 또는 치료에 널리 활용될 수 있을 것이다.The present invention provides a pharmaceutical composition for the prevention or treatment of inflammatory diseases comprising ion-releasing mesoporous bioactive glass nanoparticles (BGn) containing calcium (Ca) and silica (Si) as an active ingredient, and the It relates to a method of treating an inflammatory disease using the pharmaceutical composition. The mesoporous bioactive glass nanoparticles provided in the present invention can suppress the expression of COX-2 and iNOS, which are known as inflammation-related factors, by emitting calcium (Ca) and silica (Si) by themselves even without a separate drug. Therefore, it will be widely used for more effective prevention or treatment of inflammatory diseases.

Description

이온방출형 생활성 글라스 나노파티클을 포함하는 항염증용 약학적 조성물{ Anti-inflammatory composition for prevention or treatment comprising ion-emitted bioactive glass nanoparticle}Anti-inflammatory composition for prevention or treatment comprising ion-emitted bioactive glass nanoparticles

본 발명은 이온방출형 생활성 글라스 나노파티클을 포함하는 항염증용 약학적 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로 본 발명은 칼슘(Ca) 및 실리카(Si)를 포함하는 이온방출형 메조포러스 생활성 글라스 나노 파티클(Bioactive Glass nanoparticle; BGn)을 유효성분으로 포함하는 염증성 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물 및 상기 약학적 조성물을 사용하여 염증성 질환을 치료하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an anti-inflammatory pharmaceutical composition comprising ion-releasing bioactive glass nanoparticles, and more specifically, the present invention relates to an ion-releasing mesoporous bioactive glass containing calcium (Ca) and silica (Si). It relates to a pharmaceutical composition for preventing or treating inflammatory diseases comprising nanoparticles (Bioactive Glass nanoparticles; BGn) as an active ingredient, and a method of treating inflammatory diseases using the pharmaceutical composition.

염증은 유해한 외인성 및 내인성 신호 또는 병원균을 제거하고 치유 과정을 시작하기위한 면역 체계의 복잡한 생물학적 반응이다. 박테리아 및 바이러스, 자외선, 중금속, 콜레스테롤, 석면 및 많은 나노 물질과 같은 다양한 감염 요인은 염증을 유발한다. 혈액 단핵구에서 유래된 대식세포는 산화 질소(NO), 프로스타글란딘 E2(PGE2), 인터루킨(interleukin)과 같은 사이토 카인(cytokines)과 같은 광범위한 염증 매개체를 생산함으로써 염증 반응을 개시하고 증식시키는 데 중요한 역할을한다. 대표적으로 인터류킨-6(IL-6), 종양 괴사 인자 알파(TNF-α)가 염증 반응을 증가시키는 것으로 나타났다. 대식세포와 다른 면역 세포의 염증 반응이 감염이나 상처 치유 과정에서 회복되기 위해서는 필수적이지만 영구적인 대식세포 활성화는 결과를 악화시키는 것으로 나타났다. 또한 조절되지 않는 염증 반응이나 만성 염증 과정은 염증성 장 질환, 다발성 경화증, 류마티스 관절염, 죽상 동맥 경화증, 만성 간염, 폐 섬유증 및 심장 질환과 같은자가 면역 질환을 유발할 수 있다.Inflammation is a complex biological response of the immune system to clear harmful extrinsic and endogenous signals or pathogens and initiate the healing process. Various infectious factors such as bacteria and viruses, ultraviolet light, heavy metals, cholesterol, asbestos and many nanomaterials cause inflammation. Blood monocyte-derived macrophages play an important role in initiating and proliferating inflammatory responses by producing a wide range of inflammatory mediators such as cytokines such as nitric oxide (NO), prostaglandin E2 (PGE2), and interleukin. do. Typically, interleukin-6 (IL-6) and tumor necrosis factor alpha (TNF-α) were shown to increase the inflammatory response. Although the inflammatory response of macrophages and other immune cells is essential for recovery during infection or wound healing processes, permanent macrophage activation has been shown to exacerbate outcomes. In addition, uncontrolled inflammatory responses or chronic inflammatory processes can lead to autoimmune diseases such as inflammatory bowel disease, multiple sclerosis, rheumatoid arthritis, atherosclerosis, chronic hepatitis, pulmonary fibrosis and heart disease.

손상된 조직의 수선 및 재생을 위한 합성 물질이 개발되어왔다. 그러나, 이식된 물질은 이물질로 쉽게 인식되어 일련의 염증 반응을 일으킨다. 특히, 실리카 나노 입자, 금 나노 입자,은 나노 입자, 세리아 나노 막대, 탄소 나노 튜브 및 폴리스티렌 나노 구체와 같은 다양한 나노 크기의 물질이 in vitro 및 in vivo 에서 염증 및 면역 반응을 유도하는 것으로 나타났다. 따라서, 재료의 특성을 보다 면역 내성 및 항염증제로 개선하기위한 많은 연구가 이루어졌다. 흥미롭게도, 다공성, 강성도, 나노사진법을 포함한 재료 파라미터가 염증 반응을 변화시키는 것으로 보고되었다. 예를 들어, 정렬된 나노 섬유 지지체는 단핵 세포 부착 및 이물 반응을 감소시키는 것으로 나타났다. 또한 펩타이드, 나노 입자, 세포 외 기질(예 : fibronectin, vitronectin 및 laminin) 또는 사이토킨을 이용한 표면 변형은 염증을 완화시키는 것으로 보고되었다.Synthetic materials have been developed for repair and regeneration of damaged tissue. However, the implanted material is easily recognized as a foreign material and causes a series of inflammatory reactions. In particular, various nano-sized materials such as silica nanoparticles, gold nanoparticles, silver nanoparticles, ceria nanorods, carbon nanotubes and polystyrene nanospheres have been shown to induce inflammatory and immune responses in vitro and in vivo. Therefore, many studies have been made to improve the properties of the material to be more immune-resistant and anti-inflammatory. Interestingly, material parameters including porosity, stiffness, and nanophotography have been reported to alter the inflammatory response. For example, aligned nanofiber scaffolds have been shown to reduce mononuclear cell adhesion and foreign body responses. In addition, surface modification with peptides, nanoparticles, extracellular matrix (eg, fibronectin, vitronectin and laminin) or cytokines has been reported to alleviate inflammation.

생활성 글라스(Bioactive glass; BG)은 뼈와 주변 조직을 고치는데 널리 사용되는 생체 적합성 물질로 알려져 있다. BG는 우수한 골재 전도성, 골 유도성 및 미네랄화(mineralization) 능력을 가지고 있어 뼈와의 강한 결합을 형성한다. 또한 BG는 혈관 생성과 상처 치유를 촉진시키고 염증 반응을 억제시킬 수 있는 이온(예 : 칼슘, 실리카, 인산염 및 기타 도핑 된 이온)을 방출시킬 수 있다. 내피 세포에 처리 된 BG 이온 추출물은 간극 결합의 조절을 통해 상처 치유를 촉진하고 세포 사멸을 예방하는 것으로 나타났다. 이러한 발견은 염증 반응과 그에 따른 상처 치유 과정에서 BG의 중요한 역할을 암시한다.Bioactive glass (BG) is known as a biocompatible material widely used to repair bones and surrounding tissues. BG has excellent aggregate conductivity, osteoinductivity and mineralization ability to form a strong bond with bone. In addition, BG can release ions (eg calcium, silica, phosphate and other doped ions) that can promote angiogenesis and wound healing and inhibit the inflammatory response. BG ion extracts treated with endothelial cells have been shown to promote wound healing and prevent apoptosis through modulation of gap junctions. These findings suggest an important role for BG in the inflammatory response and consequent wound healing process.

다양한 유형의 BG 중에서, 나노 입자 형태, 즉 BG 나노 입자(BG nanoparticles)는 최근 i) 유전자와 작은 분자를 포함한 치료 분자의 나노 캐리어, ii) 생체 활성 복합체의 나노 컴포넌트와 같은 독특한 잠재력으로 인해 관심을 얻고 있다. 전달 시스템을 위해 현재 개발된 BGN은 칼슘 이온이 통합된 실리카 네트워크로 주로 구성되어 있으며 매우 중형 다공성이다. 성체 줄기 세포를 골 형성 계통 분화로 자극하거나 파골 세포의 기능을 저해하기 위해 유전자와 약물을 포함하는 여러 유형의 치료 분자가 사용되어왔다. BGN의 재생 잠재력이 관련되어 있지만, 염증 또는 면역 반응의 생물학적 작용은 아직 밝혀지지 않은 상태이며, 염증 조직의 중계된 복구 과정을 이해하는 데 매우 중요하다. Among the various types of BG, the nanoparticle form, i.e. BG nanoparticles, has recently attracted attention due to its unique potential as i) nanocarriers of therapeutic molecules, including genes and small molecules, and ii) nanocomponents of bioactive complexes. are getting BGNs currently developed for delivery systems are mainly composed of silica networks with integrated calcium ions and are very mesoporous. Several types of therapeutic molecules, including genes and drugs, have been used to stimulate adult stem cells to differentiate into osteogenic lineages or to inhibit the function of osteoclasts. Although the regenerative potential of BGN has been implicated, the biological action of inflammatory or immune responses remains to be elucidated and is of great importance for understanding the relayed repair processes of inflamed tissues.

이러한 배경하에서, 본 발명자들은 생활성 글라스 나노파티클(Bioactive Glass nanoparticle; BGn)이 염증 또는 면역 반응에 이용될 수 있도록 예의 연구 노력한 결과, 칼슘(Ca) 및 실리카(Si)를 포함하는 메조포러스 생활성 글라스 나노 파티클을 개발하여 별도 약물 담지 없이도 이온을 방출함으로써 COX-2(cyclooxygenase-2) 및 iNOS 유전자의 발현을 억제하고 염증성 사이토카인의 수치를 감소시키며 대식세포의 표현형 M2로의 전환을 유도하는 것을 통해 항염증 효과가 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다. Under this background, the present inventors have made intensive research efforts so that bioactive glass nanoparticles (BGn) can be used for inflammation or immune response. As a result, mesoporous bioactivity containing calcium (Ca) and silica (Si) By developing glass nanoparticles and releasing ions without additional drug loading, it inhibits the expression of COX-2 (cyclooxygenase-2) and iNOS genes, reduces the level of inflammatory cytokines, and induces the conversion of macrophages to the phenotype M2. It was confirmed that there was an anti-inflammatory effect, and the present invention was completed.

대한민국 등록특허 제10-1972309호Republic of Korea Patent Registration No. 10-1972309 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0046570호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2016-0046570

본 발명의 주된 목적은 칼슘(Ca) 및 실리카(Si)를 포함하는 이온방출형 메조포러스 생활성 글라스 나노 파티클(Bioactive Glass nanoparticle; BGn)을 유효성분으로 포함하는 염증성 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공하는 것이다.The main object of the present invention is to prevent or treat inflammatory diseases comprising ion-releasing mesoporous bioactive glass nanoparticles (BGn) containing calcium (Ca) and silica (Si) as an active ingredient. to provide a composition.

본 발명의 다른 목적은 상기 약학적 조성물을 사용하여 염증성 질환을 치료하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for treating an inflammatory disease using the pharmaceutical composition.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시양태는 칼슘(Ca) 및 실리카(Si)를 포함하는 이온방출형 메조포러스 생활성 글라스 나노 파티클(Bioactive Glass nanoparticle; BGN)을 유효성분으로 포함하는 염증성 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.One embodiment of the present invention for achieving the above object is an inflammatory containing ion-releasing mesoporous bioactive glass nanoparticles (BGN) containing calcium (Ca) and silica (Si) as an active ingredient It provides a pharmaceutical composition for preventing or treating a disease.

본 발명자들은 메조포러스 생활성 글라스 나노 파티클(BGN)이 항염증용 약학적 조성물로 제공할 수 있음을 발견하였다. 특히, 본 발명의 메조포러스 생활성 글라스 나노 파티클(BGN)은 칼슘(Ca)과 실리콘(Si)을 유효성분으로 하여 별도의 약물담지 없이 상기 Ca, Si 이온을 방출함으로써 염증성 질환의 예방 또는 치료용 조성물로 이용될 수 있다. 구체적으로는, in vivo 실험을 통해 유전자 및 단백질수준 모두에서 염증 세포와 상기 BGN이 물리적 상호작용이 아닌 나노 입자에서 방출된 이온과 생화학적 상호작용으로 항염증 효과가 있음을 확인하였다.The present inventors have found that mesoporous bioactive glass nanoparticles (BGN) can be provided as an anti-inflammatory pharmaceutical composition. In particular, the mesoporous bioactive glass nanoparticles (BGN) of the present invention use calcium (Ca) and silicon (Si) as active ingredients to release Ca and Si ions without a separate drug loading, thereby preventing or treating inflammatory diseases. It can be used as a composition. Specifically, through in vivo experiments, it was confirmed that inflammatory cells and the BGN had an anti-inflammatory effect through biochemical interaction with ions released from nanoparticles rather than physical interaction at both the gene and protein level.

본 발명의 용어 "생활성 글라스(Bioactive glass; BG)"란, 생체 조직 내에서 특정 생물학적 작용을 유도할 수 있는 글라스 성분을 의미하는 것으로, 일반적으로 무기물로 구성되는 유리를 의미한다. 특히, 본 발명에서는 상기 생활성 글라스는 나노입자 형태의 메조다공성을 갖는 생활성 글라스를 의미하는 것으로 해석될 수 있다.As used herein, the term "Bioactive glass (BG)" refers to a glass component capable of inducing a specific biological action in a living tissue, and generally refers to glass composed of inorganic materials. In particular, in the present invention, the bioactive glass can be interpreted as meaning a bioactive glass having mesoporosity in the form of nanoparticles.

본 발명의 용어 "생활성 글라스 나노파티클(BG nanoparticles, BGN)"이란, 실리콘, 칼슘, 인 등의 무기성분으로 구성된 나노입자를 의미하는데, 상기 BGN는 CTAB 용액에 칼슘을 포함하는 화합물과 실리콘을 포함하는 화합물을 가하여 반응시킴으로써, CTAB, 칼슘 및 실리콘이 응결된 응집체를 수득하고, 상기 응집체를 소결시켜서 제조할 수 있다.As used herein, the term "bioactive glass nanoparticles (BG nanoparticles, BGN)" refers to nanoparticles composed of inorganic components such as silicon, calcium, and phosphorus, wherein the BGN is a compound containing calcium and silicon in a CTAB solution. By adding and reacting the compound containing the compound, an aggregate in which CTAB, calcium and silicon are aggregated is obtained, and the aggregate may be sintered to prepare the aggregate.

구체적으로, 계면활성제로서 증류수에 용해된 헥사데실스타이메틸암모늄 브로마이드(hdexadecyltrimethylammonium bromide; CTAB) 용액에 산화칼슘 전구체를 첨가하여 혼합한 후 실리카 전구체를 첨가하면서 초음파 처리하고 교반하여 반응 생성물을 제조한 뒤, 이를 원심 분리한 후 세척하고 건조 및 소성함으로써 메조다공성 생활성 글라스 나노입자를 얻을 수 있다. Specifically, a calcium oxide precursor is added to a solution of hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) dissolved in distilled water as a surfactant and mixed, followed by sonicating and stirring while adding a silica precursor to prepare a reaction product, Mesoporous bioactive glass nanoparticles can be obtained by centrifuging, washing, drying, and calcining.

이때, 상기 산화칼슘 전구체로는 질산칼슘(calcium nitrate tetrahydrate), 염화칼슘(calcium chloride), 아세트산칼슘(calcium acetate), 칼슘 메톡시에톡사이드(calcium methoxyethoxide) 또는 이의 혼합물 등을 사용할 수 있고, 상기 실리카 전구체로는 TEOS(tetraethyl orthosilicate), TMOS(trimethoxy orthosilicate), GPTMS((3-glycidoxypropyl)methyldiethoxysilane), MPS(3-mercaptopropyl trimethoxysilane), GOTMS(γ-glycidyloxypropyl trimethoxysilane), APTMOS(aminophenyl trimethoxysilane) 또는 이의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기 실리카 전구체 용액은 실리카 전구체를 무수 메탄올, 에탄올, 프로판올 또는 이소프로파놀의 알코올 용액에 용해시킨것이 바람직하다. In this case, as the calcium oxide precursor, calcium nitrate tetrahydrate, calcium chloride, calcium acetate, calcium methoxyethoxide, or a mixture thereof may be used, and the like, and the silica Precursors include tetraethyl orthosilicate (TEOS), trimethoxy orthosilicate (TMOS), (3-glycidoxypropyl)methyldiethoxysilane (GPTMS), 3-mercaptopropyl trimethoxysilane (MPS), γ-glycidyloxypropyl trimethoxysilane (GOTMS), aminophenyl trimethoxysilane (APTMOS), or a mixture thereof. can be used The silica precursor solution is preferably prepared by dissolving the silica precursor in an alcohol solution of anhydrous methanol, ethanol, propanol or isopropanol.

또한, 상기 초음파 처리는 출력 전력 200 W 내지 240 W, 10 s on/ 10 s off 사이클로 15분 내지 25분 동안 수행하는 것이 바람직하다. In addition, the ultrasonic treatment is preferably performed for 15 to 25 minutes in an output power of 200 W to 240 W, 10 s on / 10 s off cycle.

상기 소성은 대기하에서 500℃ 내지 600℃ 온도범위에서 8시간 내지 12시간 동안 수행할 수 있다. The calcination may be performed for 8 hours to 12 hours at a temperature range of 500° C. to 600° C. under atmospheric conditions.

상기 방법으로 제조된 메조포러스 생활성 글라스 나노입자는 실리카(SiO2)와 산화칼슘(CaO)을 60:40 내지 95:5의 몰 비율로 포함하는 것이나 이에 제한되지 않는다. 예컨데, 실리카 : 칼슘의 몰비가 90:10 내지 20:80 일 수 있다. The mesoporous bioactive glass nanoparticles prepared by the above method include, but are not limited to, silica (SiO 2 ) and calcium oxide (CaO) in a molar ratio of 60:40 to 95:5. For example, the molar ratio of silica to calcium may be 90:10 to 20:80.

본 발명에서 제공하는 상기 메조포러스 생활성 글라스 나노 파티클은 그의 표면에 엽산이 결합된 형태가 될 수 있다.The mesoporous bioactive glass nanoparticles provided in the present invention may have a form in which folic acid is bound to the surface thereof.

최근 연구에 따르면, 항염증제가 '엽산'과 결합되었을때, 표적화 효율과 항염증제 활성이 현저하게 증가되는 것으로 보고되었다. 이에 따라 엽산을 BGN 표면에 결합하는 경우, 엽산수용체(Folate Receptors; FRs)가 활성화된 세포의 표면에서 과발현되고 정상 세포에서는 낮은 수준으로 발현되기 때문에 엽산이 염증세포 등의 표적 리간드로 이용될 수 있다. According to a recent study, when an anti-inflammatory agent was combined with 'folic acid', it was reported that the targeting efficiency and anti-inflammatory activity were significantly increased. Accordingly, when folate is bound to the BGN surface, folate receptors (FRs) are overexpressed on the surface of activated cells and expressed at a low level in normal cells, so folate can be used as a target ligand for inflammatory cells. .

BGn 표면에 엽산을 결합하려면 상기 아민화된 메조포러스 생활성 글라스 나노파티클을 1-에틸-3-(3-다이메틸아미노프로필)카보다이이미드(EDAC) 0.10 내지 0.20 M과 냉각된 엽산 용액이 혼합된 용액에 첨가하여 제조할 수 있다. To bind folic acid to the BGn surface, the amination mesoporous bioactive glass nanoparticles were mixed with 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide (EDAC) 0.10 to 0.20 M with a cooled folic acid solution. It can be prepared by adding it to the prepared solution.

상기의 방법으로 합성된 메조포러스 생활성 글라스 나노 파티클의 평균 기공크기는 150 내지 250 nm의 직경을 갖는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예컨데, 150 내지 200 nm 일 수 있다. The average pore size of the mesoporous bioactive glass nanoparticles synthesized by the above method may have a diameter of 150 to 250 nm, but is not limited thereto. For example, it may be 150 to 200 nm.

메조포러스 생활성 글라스 나노 파티클는 '칼슘 이온' 또는 '실리카 이온'을 방출하는 것으로 상기 칼슘 이온 방출량은 메조포러스 생활성 글라스 나노 파티클 50 mg 기준으로 500 내지 800 ppm , 실리카 이온 방출량은 150 내지 300 ppm일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예컨데, 칼슘이온은 650 내지 700 ppm 및 실리카 이온은 200 내지 240 ppm 일 수 있다. 또한, 상기 이온의 방출기간은 5일 이상 지속될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예컨데, 7일까지 지속될 수 있다. Mesoporous bioactive glass nanoparticles emit 'calcium ions' or 'silica ions', and the amount of calcium ions released is 500 to 800 ppm based on 50 mg of mesoporous bioactive glass nanoparticles , and the amount of silica ions released is 150 to 300 ppm. can, but is not limited thereto. For example, calcium ions may be 650 to 700 ppm and silica ions may be 200 to 240 ppm. In addition, the release period of the ions may last more than 5 days, but is not limited thereto. For example, it can last up to 7 days.

본 발명의 용어 “염증성 질환”이란, 염증을 주병변으로 하는 질병을 총칭하는 의미로서, 본 발명에 있어서, 상기 염증성 질환은, 본 발명의 약학 조성물에 의하여 증상이 완화, 경감, 개선 또는 치료될 수 있는 한 특별히 이에 제한되지 않으나, 구체적인 예로, 홍반병, 아토피, 류마티스 관절염, 하시모토 갑상선염, 악성빈혈, 에디슨씨병, 제1형 당뇨, 루프스, 만성피로증후군, 섬유근육통, 갑상선기능저하증과 항진증, 경피증, 베체트병, 염증성 장질환(inflammatory bowel disease), 다발성 경화증, 중증 근무력증, 메니에르 증후군(Meniere's syndrome), 길리안-바레 증후군(Guilian-Barre syndrome), 쇼그렌 증후군(Sjogren's syndrome), 백반증, 자궁내막증, 건선, 백반증, 전신성 경피증 등이 될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.As used herein, the term “inflammatory disease” refers to a disease in which inflammation is the main lesion. Although not particularly limited thereto, specific examples include erythematosus, atopy, rheumatoid arthritis, Hashimoto's thyroiditis, pernicious anemia, Addison's disease, type 1 diabetes, lupus, chronic fatigue syndrome, fibromyalgia, hypothyroidism and hyperthyroidism, and scleroderma. , Behcet's disease, inflammatory bowel disease, multiple sclerosis, myasthenia gravis, Meniere's syndrome, Guilian-Barre syndrome, Sjogren's syndrome, vitiligo, endometriosis, It may be psoriasis, vitiligo, systemic scleroderma, etc., but is not limited thereto.

본 발명의 용어, "예방"은 본 발명에 따른 약학적 조성물의 투여에 의해 염증성 질환의 발병을 억제시키거나 또는 지연시키는 모든 행위를 의미한다.As used herein, the term “prevention” refers to any action that inhibits or delays the onset of an inflammatory disease by administration of the pharmaceutical composition according to the present invention.

본 발명의 용어, "치료"는 상기 약학적 조성물의 투여에 의해 염증성 질환의 의심 및 발병 개체의 증상이 호전되거나 이롭게 변경되는 모든 행위를 의미한다.As used herein, the term “treatment” refers to any action in which the symptoms of an inflammatory disease suspect and affected individual are improved or beneficially changed by administration of the pharmaceutical composition.

지속되는 염증은 유익하지 않으며, 암을 포함한 다양한 질환의 병리에 관여한다. 미생물 감염이나 조직 손상은 염증 반응을 활성화시키고, 결과적으로 전염증(pro-inflammatory) 단백질의 발현을 유도하게 된다. 유도성 산화 질소(iNOS)와 cyclooxygenase-2(COX-2)는 다양한 염증성 질환과 관련이 있는 주요 효소이다. iNOS는 다양한 세포에서 감염 또는 전염증성 자극에 의해 유도된다. iNOS는 염증 관련 질환을 가진 환자의 대식세포와 단핵구에서 가장 쉽게 관찰된다. 그러므로, iNOS는 만성 염증성 질환의 치료에 매우 중요한 치료 표적이다. COX-2는 아라키돈산의 프로스타노이드로의 전환을 촉진하며, 중요한 염증 반응 매개 물질이다. COX-2는 물리적, 화학적 및 생물학적 자극에 반응하며, 대부분의 정상 포유동물 조직에서 발현되는 유도성 효소이다. Persistent inflammation is not beneficial and is involved in the pathology of various diseases, including cancer. Microbial infection or tissue damage activates an inflammatory response, which in turn induces the expression of pro-inflammatory proteins. Inducible nitric oxide (iNOS) and cyclooxygenase-2 (COX-2) are key enzymes implicated in various inflammatory diseases. iNOS is induced by infection or pro-inflammatory stimuli in a variety of cells. iNOS is most readily observed in macrophages and monocytes in patients with inflammatory diseases. Therefore, iNOS is a very important therapeutic target for the treatment of chronic inflammatory diseases. COX-2 promotes the conversion of arachidonic acid to prostanoids and is an important mediator of inflammatory responses. COX-2 is an inducible enzyme that responds to physical, chemical and biological stimuli and is expressed in most normal mammalian tissues.

본 발명에 따른 메조포러스 생활성 글라스 나노 파티클은 염증관련 인자로 알려진 COX-2와 iNOS의 발현을 억제하는 것을 확인함으로써, 염증성 질환의 예방 또는 치료용도로 사용될 수 있음을 확인하였다.By confirming that the mesoporous bioactive glass nanoparticles according to the present invention inhibit the expression of COX-2 and iNOS, which are known as inflammation-related factors, it was confirmed that they can be used for the prevention or treatment of inflammatory diseases.

본 발명의 조성물을 처리함으로써 대표적인 전염증성 사이토카인 발현을 감소시킬 수 있다. 구체적으로, CCL4/MIP-1β, GM-CSF, IFN-γ, IL-1α, IL-4, IL-6 및/또는 TNF-α의 사이토카인의 분비 또는 발현을 감소시킬 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 나아가, 염증반응 동안 M1 대식세포를 M2 타입으로 전환함으로써 염증을 해소할 수 있다. Treatment with the compositions of the present invention can reduce the expression of representative proinflammatory cytokines. Specifically, it may decrease the secretion or expression of cytokines of CCL4/MIP-1β, GM-CSF, IFN-γ, IL-1α, IL-4, IL-6 and/or TNF-α, but is not limited thereto. does not Furthermore, it is possible to relieve inflammation by converting M1 macrophages to M2 type during the inflammatory response.

상기 "발현"은 유전자 발현 또는 단백질 발현을 모두 포함한다.The "expression" includes both gene expression and protein expression.

상기 “M1 대식세포”는 염증성 대식세포로서 손상에 의한 세포 파편을 제거하고, 손상된 괴사 조직을 삼키며 소화시킨다. 또한, 세포 증식, 이동 및 분화에 필요한 성장 인자 및 사이토카인을 분비한다. 그러나 M1 대식세포가 지속될 경우 염증성 사이토카인 및 ROS와 같은 세포 독성 분자의 방출에 의한 세포 및 조직 손상을 초래하여 2차 손상 및 기능 장애를 일으킬 수 있다. 반면에, 손상된 조직에 항 염증 M2 대식세포의 경우 염증을 약화시키고 조직 복구 과정을 촉진시킬 수 있다. The “M1 macrophage” is an inflammatory macrophage that removes cell debris caused by damage and swallows and digests damaged necrotic tissue. It also secretes growth factors and cytokines necessary for cell proliferation, migration and differentiation. However, if M1 macrophages persist, they can lead to cell and tissue damage by the release of inflammatory cytokines and cytotoxic molecules such as ROS, leading to secondary damage and dysfunction. On the other hand, anti-inflammatory M2 macrophages in damaged tissues can attenuate inflammation and promote tissue repair processes.

본 발명의 약학적 조성물은, 약학적으로 허용 가능한 담체, 부형제 또는 희석제를 추가로 포함할 수 있는데, 상기 담체는 비자연적 담체(non-naturally occuring carrier)를 포함할 수 있다.The pharmaceutical composition of the present invention may further include a pharmaceutically acceptable carrier, excipient or diluent, which may include a non-naturally occurring carrier.

보다 구체적으로, 상기 약학적 조성물에 포함될 수 있는 담체, 부형제 및 희석제로는 락토즈, 덱스트로즈, 수크로스, 솔비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨, 말티톨, 전분, 아카시아 고무, 알지네이트, 젤라틴, 칼슘 포스페이트, 칼슘 실리케이트, 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 미정질 셀룰로스, 폴리비닐 피롤리돈, 물, 메틸히드록시벤조에이트, 프로필히드록시벤조에이트, 탈크, 마그네슘 스테아레이트, 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리락틱액시드(Poly Lactic Acid), 폴리-L-락틱액시드(poly-L-lactic acid), 광물유 등을 들 수 있다.More specifically, carriers, excipients and diluents that may be included in the pharmaceutical composition include lactose, dextrose, sucrose, sorbitol, mannitol, xylitol, erythritol, maltitol, starch, acacia gum, alginate, gelatin, calcium phosphate , calcium silicate, cellulose, methyl cellulose, microcrystalline cellulose, polyvinyl pyrrolidone, water, methylhydroxybenzoate, propylhydroxybenzoate, talc, magnesium stearate, polycaprolactone, polylactic acid (Poly Lactic Acid), poly-L-lactic acid, mineral oil, and the like.

상기 약학적 조성물은 각각 통상의 방법에 따라 산제, 과립제, 정제, 캡슐제, 현탁액, 에멀젼, 시럽, 에어로졸 등의 경구형 제형, 외용제, 좌제 및 멸균 주사용액의 형태로 제형화하여 사용될 수 있으며, 담체의 형태로는 각종 부정형의 담체, 마이크로 스피어, 나노파이버 등을 포함할 수 있다.The pharmaceutical composition may be formulated in the form of powders, granules, tablets, capsules, suspensions, emulsions, syrups, aerosols, etc., oral dosage forms, external preparations, suppositories, and sterile injection solutions according to conventional methods, respectively. The carrier may include various amorphous carriers, microspheres, nanofibers, and the like.

제제화할 경우에는 보통 사용하는 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제될 수 있다.In the case of formulation, it can be prepared using a diluent or excipient such as a filler, extender, binder, wetting agent, disintegrant, surfactant, etc. commonly used.

경구투여를 위한 고형 제제에는 정제, 환제, 산제, 과립제, 캡슐제 등이 포함되며, 이러한 고형 제제는 상기 추출물과 이의 분획물들에 적어도 하나 이상의 부형제 예를 들면, 전분, 칼슘 카보네이트(calcium carbonate), 수크로스(sucrose) 또는 락토오스(lactose), 젤라틴 등을 섞어 조제될 수 있다. 또한, 단순한 부형제 이외에 마그네슘 스티레이트, 탈크 같은 윤활제들도 사용될 수 있다.Solid preparations for oral administration include tablets, pills, powders, granules, capsules, etc., and these solid preparations include at least one excipient in the extract and its fractions, for example, starch, calcium carbonate, It may be prepared by mixing sucrose or lactose, gelatin, or the like. In addition to simple excipients, lubricants such as magnesium stearate and talc may also be used.

경구투여를 위한 액상 제제로는 현탁제, 내용액제, 유제, 시럽제 등이 해당되는데 흔히 사용되는 단순 희석제인 물, 리퀴드 파라핀 이외에 여러 가지 부형제, 예를 들면 습윤제, 감미제, 방향제, 보존제 등이 포함될 수 있다.Liquid formulations for oral administration include suspensions, solutions, emulsions, syrups, etc. In addition to commonly used simple diluents such as water and liquid paraffin, various excipients such as wetting agents, sweeteners, fragrances, and preservatives may be included. have.

비경구 투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결건조 제제, 좌제 등이 포함될 수 있다. 비수성용제, 현탁제로는 프로필렌글리콜(propylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다.Formulations for parenteral administration may include sterile aqueous solutions, non-aqueous solutions, suspensions, emulsions, freeze-dried preparations, suppositories, and the like. Non-aqueous solvents and suspending agents include propylene glycol, polyethylene glycol, vegetable oils such as olive oil, and injectable esters such as ethyl oleate.

본 발명의 약학적 조성물에 포함된 메조포러스 생활성 글라스 나노 파티클의 함량은 특별히 이에 제한되지않으나, 최종 조성물 총 중량을 기준으로 0.0001 내지 80 중량%, 0.0001 내지 50 중량%, 보다 구체적으로 0.01 내지 20 중량%의 함량으로 포함될 수 있다.The content of the mesoporous bioactive glass nanoparticles included in the pharmaceutical composition of the present invention is not particularly limited thereto, but based on the total weight of the final composition, 0.0001 to 80% by weight, 0.0001 to 50% by weight, more specifically 0.01 to 20 It may be included in a content of wt%.

본 발명의 다른 실시양태는 상기 조성물을 염증성 질환이 발병되거나 또는 염증성 질환의 발병이 우려되는 인간을 제외한 개체에 투여하는 단계를 포함하는, 염증성 질환을 예방 또는 치료하는 방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a method for preventing or treating an inflammatory disease, comprising administering the composition to an individual other than a human having an inflammatory disease or a risk of developing an inflammatory disease.

이때, 상기 "염증성 질환", “메조포러스 생활성 글라스 나노 파티클”, "예방" 및 "치료"에 대한 설명은 상기에서 서술한 바와 같다.In this case, the descriptions of the “inflammatory disease”, “mesoporous bioactive glass nanoparticles”, “prevention” and “treatment” are the same as described above.

본 발명의 약학적 조성물은 염증성 질환의 예방 또는 치료 효과를 나타내므로, 이를 개체에 투여하는 단계를 포함하는 본 발명의 방법은 염증성 질환의 예방 또는 치료에 유용하게 활용될 수 있다.Since the pharmaceutical composition of the present invention exhibits a preventive or therapeutic effect on an inflammatory disease, the method of the present invention comprising administering it to an individual can be usefully utilized for the prevention or treatment of an inflammatory disease.

본 발명의 용어, "투여"는 적절한 방법으로 개체에게 상기 조성물을 도입하는 것을 의미한다.As used herein, "administration" means introducing the composition to a subject by an appropriate method.

본 발명의 용어, "개체"는 염증성 질환이 발병하였거나 발병할 수 있는 인간을 포함한 쥐, 생쥐, 가축 등의 모든 동물을 의미하고, 구체적인 예로, 인간을 포함한 포유동물일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.As used herein, the term "individual" refers to all animals, such as rats, mice, and livestock, including humans, that have or can develop an inflammatory disease, and specifically, may be mammals including humans, but is not limited thereto. .

본 발명의 약학적 조성물은 약학적으로 유효한 양으로 투여될 수 있는데, 상기 용어, "약학적으로 유효한 양"은 의학적 치료 또는 예방에 적용 가능한 합리적인 수혜/위험 비율로 질환을 치료 또는 예방하기에 충분한 양을 의미하며, 유효 용량 수준은 질환의 중증도, 약물의 활성, 환자의 연령, 체중, 건강, 성별, 환자의 약물에 대한 민감도, 사용된 본 발명 조성물의 투여 시간, 투여 경로 및 배출 비율 치료기간, 사용된 본 발명의 조성물과 배합 또는 동시 사용되는 약물을 포함한 요소 및 기타 의학 분야에 잘 알려진 요소에 따라 결정될 수 있다. 본 발명의 약학적 조성물은 단독으로 투여하거나 공지된 익상편 치료제와 병용하여 투여될 수 있다. 상기 요소를 모두 고려하여 부작용 없이 최소한의 양으로 최대 효과를 얻을 수 있는 양을 투여하는 것이 중요하다.The pharmaceutical composition of the present invention may be administered in a pharmaceutically effective amount, and the term, "pharmaceutically effective amount" is sufficient to treat or prevent a disease at a reasonable benefit/risk ratio applicable to medical treatment or prevention. means the amount, and the effective dose level is the severity of the disease, the activity of the drug, the patient's age, weight, health, sex, the patient's sensitivity to the drug, the administration time of the composition of the present invention used, the route of administration and the rate of excretion Treatment period , factors including drugs used in combination with or concurrently with the composition of the present invention and other factors well known in the medical field. The pharmaceutical composition of the present invention may be administered alone or in combination with a known therapeutic agent for pterygium. Taking all of the above factors into consideration, it is important to administer an amount capable of obtaining the maximum effect with a minimum amount without side effects.

본 발명의 약학적 조성물은 경구, 정맥 내, 피하, 피 내, 비강 내, 복강 내, 근육 내, 경피 등 다양한 방식을 이용하여 투여할 수 있으며, 투여량은 환자의 나이, 성별, 체중에 따라 달라질 수 있으며 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다.The pharmaceutical composition of the present invention may be administered using various methods such as oral, intravenous, subcutaneous, intradermal, intranasal, intraperitoneal, intramuscular, and transdermal, and the dosage may depend on the age, sex, and weight of the patient. may vary and can be readily determined by one of ordinary skill in the art.

또한, 상기 약학적 조성물의 투여량은 사용목적, 질환의 중독도, 환자의 연령, 체중, 성별, 기왕력, 또는 유효성분으로서 사용되는 물질의 종류 등을 고려하여 당업자가 결정할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 약학적 조성물은 성인 1인당 1㎎/㎏ 내지 200 ㎎/㎏, 구체적으로 1 ㎎/㎏ 내지 100 ㎎/㎏, 더욱 구체적으로 20 내지 40 ㎎/㎏로 투여할 수 있고, 본 발명의 조성물의 투여빈도는 특별히 이에 제한되지 않으나, 1일 1회 투여하거나 또는 용량을 분할하여 수회 투여할 수 있다. 상기 투여량은 어떠한 면으로든 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.In addition, the dosage of the pharmaceutical composition can be determined by those skilled in the art in consideration of the purpose of use, the degree of addiction of the disease, the age, weight, sex, history, or the type of substance used as an active ingredient. For example, the pharmaceutical composition of the present invention may be administered at an amount of 1 mg/kg to 200 mg/kg, specifically 1 mg/kg to 100 mg/kg, and more specifically 20 to 40 mg/kg per adult. , The frequency of administration of the composition of the present invention is not particularly limited thereto, but may be administered once a day or administered several times by dividing the dose. The above dosage does not limit the scope of the present invention in any way.

또한, 상기 약학적 조성물의 투여량은 메조포러스 생활성 글라스 나노 파티클이 80 내지 120 ㎎/㎏, 더욱 구체적으로 100 ㎎/㎏로 투여되게 조절할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the dosage of the pharmaceutical composition may be adjusted so that the mesoporous bioactive glass nanoparticles are administered at 80 to 120 mg/kg, more specifically, 100 mg/kg, but is not limited thereto.

본 발명에서 제공하는 메조포러스 생활성 글라스 나노 파티클은 별도의 약물을 포함하지 않아도 그 자체로서 칼슘(Ca) 및 실리카(Si)를 방출하여 염증관련 인자로 알려진 COX-2와 iNOS의 발현을 억제할 수 있으므로, 보다 효과적인 염증성 질환의 예방 또는 치료에 널리 활용될 수 있을 것이다.The mesoporous bioactive glass nanoparticles provided in the present invention can suppress the expression of COX-2 and iNOS, which are known as inflammation-related factors, by emitting calcium (Ca) and silica (Si) by themselves even without a separate drug. Therefore, it will be widely used for more effective prevention or treatment of inflammatory diseases.

도 1의 (A)는 본 발명에서 제공하는 BGN(F)의 형태를 나타내는 투과전자현미경(TEM) 사진이다. (B)는 BGN(F)의 이온(규산염실리카과 칼슘) 방출량을 ICP-AES에 의해 7일까지 기록한 결과를 나타내는 그래프이다. (C)는 BGN (F)와 표적화된 염증 활성 세포의 상호 작용을 보여주는 개략도이다. (D)는 FITC로 분석한 FITC와 결합된 BGN 또는 BGN(F)의 4시간 배양에서 기록된 FITC 양성 세포 분획하여 세포 밀도를 나타낸 그래프이다. (E)는 BGN(F)가 처리된 세포의 형광현미경 사진이다.
도 2의 (A) BGN(F) 처리에 의한 세포 생존률 변화와 LPS 처리된 RAW 264.7 세포를 다양한 농도의 BGN(F)로 처리한 후 생존률을 CCK-8(n = 3)으로 분석한 결과를 나타내는 그래프로서, BGN(F)을 메조포러스 실리카 나노 파티클(mesoporous silica nanoparticles; MSN) 및 BGN(F)의 이온 추출물 그룹과 함께 비교실험을 수행한 결과를 나타낸다. (B)는 Pierce LDH 세포 독성 분석 키트에 의해 모니터링된 LDH 방출량(%)을 도시한 그래프이다. (C)는 Total ROS Detection Kit에 의해 분석된 ROS 생성수준을 나타내는 그래프로서, RAW 264.7 세포를 LPS (1 μg/mL)로 전처리하고 LDH 및 ROS 분석 (n = 3)을 위해 24 시간 동안 BGN(F) 80 또는 160 μg과 함께 배양한 결과이다.
도 3은 qRT-PCR에 의해 정량적으로 분석된 염증 관련 유전자의 발현수준을 비교한 결과를 나타내는 그래프로서, 24 시간 동안 LPS 처리된 RAW 264.7 세포에 BGN(F) 80 또는 160 μg의 처리는 염증 관련 유전자(TNF-α, IL-6, COX-2 및 iNOS)의 발현을 현저히 감소시켰다. MSN과 BGN (F)의 이온 추출물이 세포에 미치는 영향 또한 비교 목적을 위해 조사되었다.
도 4는 염증 관련 단백질 (TNF-α, IL-6, COX-2 및 iNOS) 발현에 관한 실험결과를 나타내는 형광현미경 사진 및 그래프이다. (A)는 CLSM에 의해 면역 세포 화학적 염색으로 시각화된 세포의 형광현미경 사진으로서, LPS로 처리된 RAW 264.7 세포에 BGN(F) 80 또는 160 μg을 24시간 동안 처리하여 염증 관련 단백질(녹색표시)의 수준이 현저히 감소함을 확인하였고, 이때, 대조염색은 DAPI(파란색표시)로 수행되었다. (B)는 FACS 분석 결과를 나타내는 히스토그램이고, (C)는 상기 히스토그램을 분석한 결과를 나타내는 그래프로서, 음성 대조군(N Ctrl)으로 사용된 LPS 및 BGN(F) 처리가 없는 세포 및 LPS (1μg/mL)로 처리된 세포는 양성 대조군(LPS)으로 사용되었다. (D)는 ELISA에 의해 모니터링되는 세포로부터 염증성 사이토카인의 방출수준을 나타내는 그래프로서, LPS 처리된 세포를 BGN(F) 80 또는 160 μg으로 24시간 동안 배양 한 다음 방출 된 TNF-α 및 IL-6를 ELISA 키트 (n = 3)로 분석하였다. (E)는 COX-2 억제 분석결과를 나타내는 그래프로서, LPS로 유도 된 세포는 BGN (F) 80 또는 160 μg과 함께 24시간 배양한 후 COX-2 억제제 스크리닝 키트로 분석한 결과를 나타내는데, COX-2 대조군(N Ctrl)과 비교하여 COX-2 억제 활성이 각각 14.38% 및 37.45%를 나타내었고(BGN(F) 80 및 160 μg), COX-2 억제제인 Celexoxib로 치료한 세포는 비교군으로 사용되었다.
도 5는 대식세포의 분극실험을 수행한 결과를 나타내는 그래프이다. (A)는 LPS 처리된 RAW 264.7 세포에서 BGN(F)의 처리농도에 따른 산화 질소 생성량을 나타내는 그래프이고, (B)는 LPS 처리된 RAW 264.7 세포에서 BGN(F)의 처리농도에 따른 요소 생성량을 나타내는 그래프이다.
도 6은 근육손상(myoinjury) 마우스 모델을 대상으로, BGN(F)의 생체 내 활성을 분석한 결과를 나타낸다. (A)는 마우스 경골 전방(TA) 근육을 손상시킨 근육손상 마우스 모델의 제작과정을 나타내는 개략도이다. (B)는 BGN(F) 투여 후 3일 및 7일이 경과된 시점에서 근육조직을 HE 및 MT로 염색한 결과를 나타내는 현미경 사진으로서, 아무런 조치를 수행하지 않은 음성대조군(N Ctrl), Notexin 또는 생리 식염수(Saline)를 처리한 양성대조군을 사용하였다. 상기 양성대조군에서는 근섬유 괴사 및 퇴행이 유도되었고, 염증 세포의 숫자가 증가함을 확인하였다. (C)는 3일 및 7일이 경과된 시점의 조직 샘플에서 IL-6 및 TNF-α의 수준을 나타내는 면역형광염색 결과를 나타내는 형광현미경 사진이고, (D)는 상기 면역형광염색 결과로부터 IL-6 또는 TNF-α의 발현수준을 분석한 결과를 나타내는 그래프(D)이다. (E)는 3일이 경과된 시점조직 샘플에서 CD80 양성반응을 나타내는 염증성 M1 대식세포와 CD163 양성반응을 나타내는 항염증성 M2 대식세포의 면역형광염색 결과를 나타내는 형광현미경 사진이고, (F)는 상기 면역형광염색 결과로부터 CD80 또는 CD163의 발현수준을 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 염증에 관여하는 중요한 세포 내 염증 신호 전달 분자(MAPK, ERK (1/2), SAPK / JNK, IkBA 및 NFkB)를 대상으로 FACS 분석결과를 나타내는 히스토그램 및 그래프로서, LPS로 처리한 세포를 BGN(F)와 함께 24시간 동안 배양하였다. (A)는 BGN(F) 처리에 의한 각 신호 분자의 발현수준을 나타내는 히스토그램이고, (B)는 상기 각 신호분자의 인산화 수준을 나타내는 그래프이다.
도 8은 LPS 처리된 대식세포에서 나타나는 일련의 염증 관련 신호전달 과정에 대한 BGN(F)의 치료작용 기작을 나타내는 개략도이다.
Figure 1 (A) is a transmission electron microscope (TEM) photograph showing the shape of the BGN (F) provided in the present invention. (B) is a graph showing the result of recording the amount of ions (silica silicate and calcium) released by BGN(F) up to 7 days by ICP-AES. (C) is a schematic diagram showing the interaction of BGN (F) with targeted inflammatory active cells. (D) is a graph showing the cell density by fractionation of FITC-positive cells recorded in 4 hours of culture of BGN or BGN (F) bound to FITC analyzed by FITC. (E) is a fluorescence micrograph of the cells treated with BGN (F).
Figure 2 (A) BGN (F) treatment of the change in cell viability and LPS-treated RAW 264.7 cells treated with various concentrations of BGN (F), and the viability was analyzed with CCK-8 (n = 3). As a graph showing, BGN(F) shows the result of performing a comparative experiment with mesoporous silica nanoparticles (MSN) and an ion extract group of BGN(F). (B) is a graph showing the amount of LDH release (%) monitored by the Pierce LDH cytotoxicity assay kit. (C) is a graph showing the ROS generation level analyzed by the Total ROS Detection Kit, RAW 264.7 cells were pretreated with LPS (1 μg/mL) and BGN ( F) Results of incubation with 80 or 160 μg.
3 is a graph showing the results of comparing the expression levels of inflammation-related genes quantitatively analyzed by qRT-PCR. Treatment of BGN(F) 80 or 160 μg in LPS-treated RAW 264.7 cells for 24 hours is inflammation-related. The expression of genes (TNF-α, IL-6, COX-2 and iNOS) was significantly reduced. The effects of ionic extracts of MSN and BGN (F) on cells were also investigated for comparative purposes.
4 is a fluorescence micrograph and graph showing the experimental results regarding the expression of inflammation-related proteins (TNF-α, IL-6, COX-2 and iNOS). (A) is a fluorescence micrograph of cells visualized by immunocytochemical staining by CLSM, in which LPS-treated RAW 264.7 cells were treated with 80 or 160 μg of BGN(F) for 24 h to induce inflammation-related proteins (shown in green). It was confirmed that the level of was significantly reduced, at this time, counterstaining was performed with DAPI (shown in blue). (B) is a histogram showing the FACS analysis result, (C) is a graph showing the analysis result of the histogram, cells without LPS and BGN (F) treatment used as negative control (N Ctrl) and LPS (1 μg /mL) was used as a positive control (LPS). (D) is a graph showing the level of release of inflammatory cytokines from cells monitored by ELISA. LPS-treated cells were cultured with 80 or 160 μg of BGN(F) for 24 hours, and then released TNF-α and IL- 6 was analyzed with an ELISA kit (n = 3). (E) is a graph showing the results of the COX-2 inhibition assay, in which LPS-induced cells were incubated with 80 or 160 μg of BGN (F) for 24 hours and then analyzed with the COX-2 inhibitor screening kit, COX -2 Compared with the control group (N Ctrl), the COX-2 inhibitory activity was 14.38% and 37.45%, respectively (BGN(F) 80 and 160 μg), and cells treated with the COX-2 inhibitor Celexoxib were used as the control group. was used
5 is a graph showing the results of performing a macrophage polarization experiment. (A) is a graph showing the amount of nitric oxide production according to the concentration of BGN(F) in LPS-treated RAW 264.7 cells, (B) is the amount of urea production according to the concentration of BGN(F) in the LPS-treated RAW 264.7 cells is a graph representing
6 shows the results of analyzing the in vivo activity of BGN(F) in a muscle damage (myoinjury) mouse model. (A) is a schematic diagram showing the manufacturing process of a mouse model of a muscle injury that damaged the anterior tibial (TA) muscle of the mouse. (B) is a photomicrograph showing the results of staining the muscle tissue with HE and MT at 3 and 7 days after administration of BGN(F). Negative control group (N Ctrl) without any action, Notexin Alternatively, a positive control group treated with physiological saline (Saline) was used. In the positive control group, muscle fiber necrosis and degeneration were induced, and it was confirmed that the number of inflammatory cells increased. (C) is a fluorescence micrograph showing the immunofluorescence staining results showing the levels of IL-6 and TNF-α in the tissue samples at 3 days and 7 days elapsed, (D) is the IL from the immunofluorescence staining results It is a graph (D) showing the result of analyzing the expression level of -6 or TNF-α. (E) is a fluorescence micrograph showing the results of immunofluorescence staining of inflammatory M1 macrophages showing a CD80 positive reaction and anti-inflammatory M2 macrophages showing a CD163 positive reaction in a time point tissue sample after 3 days, (F) is the It is a graph showing the result of analyzing the expression level of CD80 or CD163 from the results of immunofluorescence staining.
7 is a histogram and graph showing the results of FACS analysis targeting important intracellular inflammatory signaling molecules involved in inflammation (MAPK, ERK (1/2), SAPK / JNK, IkBA and NFkB). Cells treated with LPS was incubated with BGN (F) for 24 hours. (A) is a histogram showing the expression level of each signal molecule by BGN(F) treatment, and (B) is a graph showing the phosphorylation level of each signal molecule.
8 is a schematic diagram showing the therapeutic action mechanism of BGN(F) on a series of inflammation-related signaling processes in LPS-treated macrophages.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시에에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are for illustrating the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예 1. 생활성 글라스 나노 파티클(BGN)의 제조Example 1. Preparation of bioactive glass nanoparticles (BGN)

CTAB(hexadecyl-trimethylammonium bromide: CTAB) 1 g을 140 mL의 증류수, 2 mL의 NH4OH, 40 mL의 에톡시 에탄올, 20 mL의 에탄올 및 Ca(NO3)2.4H2O로 구성된 용액에 용해시키고, 이를 실온에서 30분 동안 격렬하게 교반한 후, 추가로 테트라에틸 오르토실리케이트(tetraethyl orthosilicate: TEOS)를 신속히 적가한 다음, 4시간 동안 실온에서 교반하며 반응시켰다. 반응이 종료된 후에, 10000 rpm에서 원심 분리하여 백색 침전 분말을 수득하였으며, 수득한 분말을 순수한 물과 에탄올로 완전히 세척하였다. 세척된 분말을 공기 중에서 60℃에서 24 시간 동안 건조시킨 다음, 550℃에서 10시간 동안 하소하여 잔류 CTAB를 제거한 생활성 글라스 나노 파티클(BGN)을 제조하였다.Dissolve 1 g of hexadecyl-trimethylammonium bromide (CTAB) in a solution consisting of 140 mL of distilled water, 2 mL of NH 4 OH, 40 mL of ethoxyethanol, 20 mL of ethanol and Ca(NO 3 ) 2 .4H 2 O. It was dissolved, and after vigorous stirring at room temperature for 30 minutes, further tetraethyl orthosilicate (TEOS) was rapidly added dropwise, followed by reaction with stirring at room temperature for 4 hours. After the reaction was completed, centrifugation was performed at 10000 rpm to obtain a white precipitated powder, and the obtained powder was thoroughly washed with pure water and ethanol. The washed powder was dried in air at 60° C. for 24 hours, and then calcined at 550° C. for 10 hours to prepare bioactive glass nanoparticles (BGN) from which residual CTAB was removed.

실시예 2. 엽산이 결합된 생활성 글라스 나노 파티클(BGN(F))의 제조Example 2. Preparation of folic acid-conjugated bioactive glass nanoparticles (BGN(F))

상기 실시예 1에서 제조된 BGN에 80℃에서 (3-아미노 프로필)트리에톡시실란(APTES)을 가하여 아민화 시켰다. 또한, 0.15 M 의 1-에틸-3-(3-다이메틸아미노프로필)카보다이이미드 (EDAC)을 500 μg/mL의 냉각된 엽산 용액에 용해시킨 다음, 이에 상기 아민화된 BGN을 9 mg/mL의 농도가 되도록 첨가하고, 실온에서 24시간 동안 교반하면서 반응시켰다. 반응이 종료된 후, 반응물을 원심 분리하여 침전물을 수득하고, 수득한 침전물을 증류수로 세척한 다음, 48시간 동안 동결 건조시켜서, 표면에 엽산이 결합된 생활성 글라스 나노 파티클(BGN(F))를 제조하였다.(3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES) was added to the BGN prepared in Example 1 at 80° C. for amination. In addition, 0.15 M of 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide (EDAC) was dissolved in 500 μg/mL of a cooled folic acid solution, and then the amination BGN was added at 9 mg/mL. mL, and reacted with stirring at room temperature for 24 hours. After completion of the reaction, the reaction product was centrifuged to obtain a precipitate, and the obtained precipitate was washed with distilled water and then freeze-dried for 48 hours to obtain bioactive glass nanoparticles (BGN(F)) having folic acid bound to the surface. was prepared.

실시예 3. BGN(F)의 특성 분석Example 3. Characterization of BGN(F)

먼저, 상기 실시예 2에서 합성된 BGN(F)의 나노 구조는 투과 전자 현미경 (TEM; JEM-3010, JEOL, Japan)에 의해 관찰되었다(도 1의 A). 도 1의 A에서 보듯이, 균일한 크기의 나노 구체(약 200 nm 직경)를 형성하고, 높은 수준의 메조포러스 구조를 나타냄을 확인하였다. First, the nanostructure of BGN(F) synthesized in Example 2 was observed by a transmission electron microscope (TEM; JEM-3010, JEOL, Japan) (FIG. 1A). As shown in FIG. 1A , it was confirmed that nanospheres of uniform size (about 200 nm in diameter) were formed, and a high level of mesoporous structure was exhibited.

다음으로, BGN(F)의 화학 결합 구조는 4 cm-1의 분해능으로 GladiATR 다이아몬드 크리스탈 액세서리 (PIKE Technologies)를 사용하여 감소된 총 반사율 - 푸리에 변환 적외선 분광기 (ATR-FTIR, Varian 640-IR)로 분석하였다. 그 결과, BGN은 실리카 1095 cm-1에서의 Si-O-Si 대칭 스트레칭, 801 cm-1에서의 Si-O-Si 비대칭 스트레칭 및 465 cm-1이 나타남을 확인하였고, 아민화된 BGN은 695 cm-1 및 1570 cm-1에서의 N-H 진동 피크가 나타남을 확인하였으며, BGN(F)는 N-H 진동 피크 강도는 감소하고 아마이드 1654 및 1562 cm-1가 나타남을 확인하여, 상기 BGN에 엽산이 결합된 형태임을 알 수 있었다.Next, the chemical bond structure of BGN(F) was analyzed with reduced total reflectance-Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR, Varian 640-IR) using the GladiATR diamond crystal accessory (PIKE Technologies) with a resolution of 4 cm -1 . analyzed. As a result, it was confirmed that BGN showed Si-O-Si symmetric stretching on silica 1095 cm -1 , Si-O-Si asymmetric stretching on 801 cm -1 , and 465 cm -1 , and the amination BGN was 695 cm -1 . It was confirmed that NH vibration peaks at cm -1 and 1570 cm -1 appeared, and BGN(F) confirmed that the NH vibration peak intensity decreased and amides 1654 and 1562 cm -1 appeared, and folic acid was bound to the BGN. was found to be in the form of

다음으로, BGN(F)에서 실리카와 칼슘 이온의 방출은 유도 결합 플라스마-원자 방출 분광기 (ICP-AES, OPTIMA 4300 DV, Perkin-Elmer, USA)를 사용하여 7 일 동안 검사하였다. 즉, 50 mg의 나노 입자를 10mL의 트리스 완충 용액 (pH 7.4)에 분산시키고 37℃ 및 120 rpm으로 작동되는 인큐베이터 쉐이커에 넣었다. 미리 결정된 시간 지점에서 샘플을 채취하여 15,000 rpm에서 10분간 원심 분리하고 상등액을 이온 분석을 위해 수집하였다(도 1의 B). 도 1의 B에서 보듯이, 두 이온의 방출 프로파일은 유사하다. 방출 속도는 초기 3 일까지는 비교적 급속하게 진행되고 7 일째에는 약간 감소함을 확인하였다. 칼슘 이온 방출량은 7일 동안 ~ 699ppm이고, 실리카 이온 방출은 ~ 237ppm임을 확인하였다.Next, the emission of silica and calcium ions from BGN(F) was examined using inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy (ICP-AES, OPTIMA 4300 DV, Perkin-Elmer, USA) for 7 days. That is, 50 mg of nanoparticles were dispersed in 10 mL of Tris buffer solution (pH 7.4) and placed in an incubator shaker operated at 37° C. and 120 rpm. Samples were taken at predetermined time points, centrifuged at 15,000 rpm for 10 minutes, and the supernatant was collected for ion analysis (FIG. 1B). As shown in FIG. 1B , the emission profiles of the two ions are similar. It was confirmed that the release rate progressed relatively rapidly up to the first 3 days and slightly decreased on the 7th day. It was confirmed that the calcium ion release amount was ~699ppm for 7 days, and the silica ion release amount was ~237ppm.

실시예 4. 엽산과 염증 세포의 특이적 수용체 결합 능력 평가Example 4. Evaluation of the specific receptor binding ability of folic acid and inflammatory cells

상기 실시예 2에서 BGN(F)를 제조한 이유는 BGN이 염증세포에 보다 특이적으로 작용하게 하기 위한 것이기 때문에(도 1의 C), 염증세포에 대한 상기 BGN(F)의 결합능을 분석하고자 하였다. 대략적으로, BGN(F)을 1 시간 동안 FITC (Sigma)로 표지하여 LPS에 의해 염증이 유발된 RAW 264.7 세포에 대한 나노 입자의 흡수 효율을 평가 하였다. 이를 위하여, 상기 세포를 6-웰 플레이트(well plate)에 1 x 105 / well로 파종하고 FITC tagged BGN (F) 80 μg을 1 mL Opti-MEM (Invitrogen, USA)이 있는 각 well에 첨가한 후 4 시간까지 배양하였다. BGN(F) 처리된 세포를 수확하고 4% 파라 포름 알데히드(PFA) 용액으로 1시간 동안 고정시킨 후, FACS Calibur 유동 세포 계측기(FACS; BD Biosciences, USA)를 이용하여 나노 입자의 세포 내 흡수 효율을 정량화하였다. CellQuest Pro 소프트웨어 (BD Biosciences)를 사용하여 각 샘플에서 10,000 세포에 대해 수집된 데이터를 분석하였다(도 1의 D). 도 1의 D에서 보듯이, BGN(F) 군은 10, 20, 40, 60 80 및 160 μg/mL에서 각각 2.97, 3.17, 5.25, 12.02, 20.14 및 52.29%를 나타내었다. BGN 군은 해당 농도에서 0.85, 0.82, 0.77, 2.11, 2.39 및 6.22%를 나타내었다.The reason for preparing BGN(F) in Example 2 is to make BGN(F) more specifically act on inflammatory cells (FIG. 1C), so to analyze the binding ability of BGN(F) to inflammatory cells. did. Roughly, BGN(F) was labeled with FITC (Sigma) for 1 h to evaluate the uptake efficiency of nanoparticles into LPS-induced inflammation. For this, the cells were seeded in a 6-well plate at 1 x 10 5 / well, and 80 μg of FITC-tagged BGN (F) was added to each well with 1 mL Opti-MEM (Invitrogen, USA). Then incubated for up to 4 hours. After the BGN(F)-treated cells were harvested and fixed with 4% paraformaldehyde (PFA) solution for 1 hour, the intracellular uptake efficiency of nanoparticles was performed using a FACS Calibur flow cytometer (FACS; BD Biosciences, USA). was quantified. Data collected for 10,000 cells in each sample was analyzed using CellQuest Pro software (BD Biosciences) (FIG. 1D). As shown in FIG. 1D , the BGN(F) group showed 2.97, 3.17, 5.25, 12.02, 20.14 and 52.29% at 10, 20, 40, 60 80 and 160 μg/mL, respectively. The BGN group showed 0.85, 0.82, 0.77, 2.11, 2.39 and 6.22% at the corresponding concentrations.

아울러, 상기 BGN 또는 BGN(F)가 처리된 세포에서 FITC 신호를 형광현미경으로 촬영하였다(도 1의 E). 도 1의 E에서 보듯이, BGN보다 BGN(F)으로 처리했을 때 세포질에서 더 강한 FITC(+) 신호가 관찰됨을 확인하였다. 비자극된 RAW 세포에 상기 BGN 또는 BGN(F) 처리 된 경우에는 이러한 차이는 나타나지 않았으나, 염증 유발 세포에서는 차이가 명확하게 나타난바, 이에 따라 BGN(F)가 염증 세포에 특이적으로 결합한다는 것을 확인하였다.In addition, the FITC signal in the BGN or BGN(F)-treated cells was photographed with a fluorescence microscope (FIG. 1E). As shown in FIG. 1E, it was confirmed that a stronger FITC(+) signal was observed in the cytoplasm when treated with BGN(F) than BGN. When unstimulated RAW cells were treated with the BGN or BGN(F), this difference did not appear, but the difference was clearly shown in the proinflammatory cells, thus confirming that BGN(F) specifically binds to the inflammatory cells. did.

실시예 5. 세포 생존 능력 평가 Example 5. Cell viability evaluation

BGN(F)이 세포의 생존 능력에 미치는 영향을 조사 하였다. LPS에 의해 염증이 유발된 RAW 264.7 세포를 웰 당 10,000 세포의 밀도로 96-웰 플레이트의 각 웰에 도말하고 24시간 동안 안정화시켰다. 그 후, 배양 배지를 DMEM 배지에서 1 mL의 BGN(F) 용액 (0, 10, 20, 40, 80 또는 100μg/mL)으로 대체하였다. 24시간 동안 배양 한 후, 세포 생존력을 CCK-8세포 계수 키트(Dojindo, Japan)로 측정 하였다. 세포를 PBS로 세척 한 다음 10 μL의 CCK-8 용액과 100 μM의 DMEM 배지로 처리하였으며, 37℃에서 4 시간 동안 배양하였다. 상기 CCK-8 용액은 세포의 생존율과 활성도를 측정하기 위해 개발된 시약으로서, 세포에 처리시 세포 내로 흡수되어 미토콘드리아의 대사 생성물과 결합하여 발색반응을 보이는 시약으로서 이 발색반응의 정도를 측정하여 세포의 활성도와 생존율을 측정할 수 있다. 인큐베이션 후, 각 세포 배양 상등액 100 μL를 수집하고, iMark 마이크로 플레이트 판독기(BioRad, USA)를 사용하여 450 nm에서 흡광도를 측정하였다. 흡광도 값은 나노 입자가 없는 음성 대조군 그룹의 값으로 정규화하였고, 데이터는 3개 샘플 (n = 3)에서 평균을 취하였다. 라이브(live) 및 데드(dead) 얼룩 키트 (Molecular Probe, USA)를 사용하여 라이브(live) 및 데드(dead) 세포 이미지를 촬영했다. 비교 목적을 위해, 다른 유형의 나노 입자인 메조포러스 실리카 나노 파티클(mesoporous silica nanoparticles; MSNs)도 사용되었다. 또한, BGN(F)의 이온 추출물을 수집하여 세포 분석에 사용하였다. 이온 추출을 위해 BGN(F)을 배양기에서 배양 배지와 함께 24 시간 동안 배양하고 배양 배지를 원심 분리에 의해 세포에 처리하였다(도 2의 A). 도 2의 A에서 보듯이, LPS에 의해 염증이 유도된 RAW 264.7 세포 생존력은 64.3% w.r.t로 감소하는 것으로 나타났다. 이에 따라, LPS가 세포 생존 능력에 해를 끼친다는 것을 확인하였다.The effect of BGN(F) on the viability of cells was investigated. RAW 264.7 cells induced by LPS were plated in each well of a 96-well plate at a density of 10,000 cells per well and stabilized for 24 hours. The culture medium was then replaced with 1 mL of BGN(F) solution (0, 10, 20, 40, 80 or 100 μg/mL) in DMEM medium. After incubation for 24 hours, cell viability was measured with a CCK-8 cell counting kit (Dojindo, Japan). Cells were washed with PBS and then treated with 10 μL of CCK-8 solution and 100 μM of DMEM medium, and incubated at 37° C. for 4 hours. The CCK-8 solution is a reagent developed to measure cell viability and activity. When treated with cells, the CCK-8 solution is absorbed into cells and binds to mitochondrial metabolites to show a color reaction. activity and survival rate can be measured. After incubation, 100 μL of each cell culture supernatant was collected and absorbance was measured at 450 nm using an iMark microplate reader (BioRad, USA). Absorbance values were normalized to the values of the negative control group without nanoparticles, and the data were averaged from 3 samples (n = 3). Live and dead cell images were taken using a live and dead stain kit (Molecular Probe, USA). For comparative purposes, another type of nanoparticles, mesoporous silica nanoparticles (MSNs), were also used. In addition, ionic extracts of BGN(F) were collected and used for cell analysis. For ion extraction, BGN(F) was incubated with a culture medium in an incubator for 24 hours, and the culture medium was treated with cells by centrifugation (FIG. 2A). As shown in FIG. 2A , the viability of RAW 264.7 cells induced by inflammation was reduced to 64.3% w.r.t by LPS. Accordingly, it was confirmed that LPS was detrimental to cell viability.

다음으로, 24시간 동안 다양한 농도로 BGN(F)으로 처리된 LPS에 의해 염증이 유도된 RAW 264.7 세포에 대한 영향을 평가한 결과 LPS 처리된 세포에 비해 생존력 감소가 상당히 낮아지는 것으로 나타났다. 즉, BGN(F)가 LPS 처리 조건 하에서 염증 세포 생존 능력을 현저하게 개선할 수 있음을 확인하였다(80 및 160 μg /mL BGN(F) 처리시 각각 82.3% 및 79.9%). Next, as a result of evaluating the effect on RAW 264.7 cells induced by inflammation by LPS treated with BGN(F) at various concentrations for 24 hours, it was found that the decrease in viability was significantly lower than that of LPS-treated cells. That is, it was confirmed that BGN(F) could significantly improve inflammatory cell viability under LPS treatment conditions (82.3% and 79.9% at 80 and 160 μg/mL BGN(F) treatment, respectively).

또한, 세포에 대한 BGN(F) 처리 효과는 MSN과 BGN(F)의 이온 추출물 처리 효과와 비교하였다. BGN(F)의 이온 추출물이 LPS 처리된 세포에 처리 될 때, 생존률은 상기 관측된 BGN(F)가 LPS 처리 조건 하에서 염증 세포 생존 능력 수준과 상당히 유사함을 나타내었다(80 및 160 μg/mL 이온 처리시 78.5% 및 78.4%). 그러나, MSN 처리하는 경우, LPS 처리된 세포 생존력은 회복되지 않았다. 모든 MSN 농도에서 50-60% 세포 생존률을 보였다. 이는 LPS 처리 대조군에서 약 64.3%을 나타내는 것과 유사한 수준의 생존률인 것으로 확인되었다. In addition, the effect of BGN(F) treatment on cells was compared with that of MSN and BGN(F) ion extract treatment. When the ionic extract of BGN(F) was treated to LPS-treated cells, the viability showed that the observed BGN(F) was significantly similar to the level of inflammatory cell viability under LPS-treated conditions (80 and 160 μg/mL). 78.5% and 78.4% with ion treatment). However, when MSN was treated, the viability of LPS-treated cells was not restored. All MSN concentrations showed 50-60% cell viability. This was confirmed to be a survival rate similar to that of about 64.3% in the LPS-treated control group.

실시예 6. LDH 방출과 ROS 생성 비교Example 6. Comparison of LDH Release and ROS Production

먼저, 세포로부터 방출된 LDH는 Pierce LDH 세포 독성 검정 키트 (Thermo Fischer, USA)를 사용하여 제조자의 프로토콜에 따라 측정되었다. 즉, 96-웰 플레이트 내의 세포를 24시간 동안 나노 입자로 처리하였다. 배양 후, 각 웰의 상등액 50 μL를 새로운 96-웰 플레이트로 옮겼다. 그 후 LDH 분석 용액(50 μL)을 각 웰에 첨가하고, 샘플을 어두운 곳에서 30분 동안 배양했다. 방출된 총 LDH는 490 nm에서 측정되었다(도 2의 B). 데이터는 컨트롤의 백분율로 표시되었다. 도 2의 B에서 보듯이, BGN(F)으로 처리된 세포의 LDH 방출 수준은 BGN(F) 처리가 없는 대조군과 비교시 각각 80 및 160 μg/mL에서 72.1% 및 63%로 감소됨을 확인하였다.First, LDH released from the cells was measured using the Pierce LDH Cytotoxicity Assay Kit (Thermo Fischer, USA) according to the manufacturer's protocol. That is, cells in a 96-well plate were treated with nanoparticles for 24 hours. After incubation, 50 μL of the supernatant from each well was transferred to a new 96-well plate. After that, LDH assay solution (50 μL) was added to each well, and the samples were incubated in the dark for 30 min. The emitted total LDH was measured at 490 nm (FIG. 2B). Data were expressed as a percentage of the control. As shown in FIG. 2B, it was confirmed that the LDH release level of cells treated with BGN(F) was reduced to 72.1% and 63% at 80 and 160 μg/mL, respectively, compared to the control without BGN(F) treatment. .

또한, 세포에서의 ROS 생성은 Total ROS Detection Kit (ENZO, USA)로 분석하였다. 24시간 동안 나노 입자로 처리된 세포를 멀티 검출 마이크로 플레이트 리더(reader)인 SperctaMaxM2e (Molecular Devices Corp., USA)를 사용하여 제조사의 프로토콜에 따라 ROS 생성 수준을 분석하였다(도 2의 C). 도 2의 C에서 보듯이, BGN(F) 처리된 세포는 ROS생성의 수준이 현저하게 감소된 것으로 나타났다(80 및 160 μg/mL에서 각각 80.45% 및 66.85%).In addition, ROS production in cells was analyzed with Total ROS Detection Kit (ENZO, USA). Cells treated with nanoparticles for 24 hours were analyzed for ROS production levels using a multi-detection microplate reader, SperctaMaxM2e (Molecular Devices Corp., USA) according to the manufacturer's protocol (FIG. 2C). As shown in FIG. 2C , BGN(F)-treated cells showed a significantly reduced level of ROS production (80.45% and 66.85% at 80 and 160 μg/mL, respectively).

실시예 7. 염증 관련 유전자 및/또는 단백질 발현에 대한 영향 평가Example 7. Evaluation of effects on expression of inflammation-related genes and/or proteins

BGN(F)의 처리로 LPS 처리된 세포에 대한 항염증 효과를 조사하였다. RNeasy min kit (Qiagen, USA)을 이용하여 나노 입자를 처리 한 세포에서 토탈 RNA를 추출하고 인터류킨-6(interleukin 6; IL-6), 종양 괴사 인자-α(tumor necrosis factor alpha; TNF-α), 사이클로옥시제네이즈 (cyclooxygenase-2; COX-2)와 유도성 산화 질소 신타아제(iNOS)를 포함하는 대표적인 염증 관련 유전자의 발현을 BGN(F) 처리한 24 시간 동안 RT-PCR로 정량 분석하였다. 이때, 내부대조군으로는 글리세롤 알데히드 3-인산탈수소효소(GAPDH) 유전자를 사용하였다. Real-time PCR은 SYBR qPCR SuperMix 시약(Invitrogen)과 Bio-Rad iCycler를 사용하여 수행되었다. 상대적인 전사량은 각 시료로부터 증폭된 내인성 기준 유전자로서 GAPDH유전자를 사용한 ΔΔCt 방법을 사용하여 계산하였다. 상기 각 유전자의 RT-PCR용 프라이머 서열은 다음과 같다 : The anti-inflammatory effect of treatment with BGN(F) on LPS-treated cells was investigated. Total RNA was extracted from nanoparticle-treated cells using the RNeasy min kit (Qiagen, USA), and interleukin 6 (IL-6), tumor necrosis factor alpha (TNF-α) , The expression of representative inflammation-related genes including cyclooxygenase-2 (COX-2) and inducible nitric oxide synthase (iNOS) was quantitatively analyzed by RT-PCR for 24 hours treated with BGN(F). . In this case, the glycerol aldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) gene was used as an internal control group. Real-time PCR was performed using SYBR qPCR SuperMix reagent (Invitrogen) and Bio-Rad iCycler. The relative transcription amount was calculated using the ΔΔCt method using the GAPDH gene as an endogenous reference gene amplified from each sample. The primer sequences for RT-PCR of each gene are as follows:

IL-6 F: 5'-GAAATGATGGATGCTACCAAACTG-3'(서열번호 1)IL-6 F: 5'-GAAATGATGGATGCTACCAAACTG-3' (SEQ ID NO: 1)

IL-6 R: 5'-GACTCTGGCTTTGTCTTTCTTGTT-3'(서열번호 2)IL-6 R: 5'-GACTCTGGCTTTGTCTTTCTTGTT-3' (SEQ ID NO: 2)

TNF-α F: 5'-TACTGAACTTCGGGGTGATCG-3'(서열번호 3)TNF-α F: 5'-TACTGAACTTCGGGGTGATCG-3' (SEQ ID NO: 3)

TNF-α R: 5'-GGGTCTGGGCCATAGAACTGA-3'(서열번호 4)TNF-α R: 5'-GGGTCTGGGCCATAGAACTGA-3' (SEQ ID NO: 4)

COX-2 F: 5'-GAAGTTGATAACCGAGTCGTTC-3'(서열번호 5)COX-2 F: 5'-GAAGTTGATAACCGAGTCGTTC-3' (SEQ ID NO: 5)

COX-2 R: 5'-CCATAGAATAACCCTGGTCG-3'(서열번호 6)COX-2 R: 5'-CCATAGAATAACCCTGGTCG-3' (SEQ ID NO: 6)

GAPDH F: 5'-AGGAGCGAGACCCCACTAACA-3'(서열번호 7)GAPDH F: 5'-AGGAGCGAGACCCCACTAACA-3' (SEQ ID NO: 7)

GAPDH R: 5'-AGGGGGGCTAAGCAGTTGGT-3'(서열번호 8)GAPDH R: 5'-AGGGGGGCTAAGCAGTTGGT-3' (SEQ ID NO: 8)

iNOS F: 5'-CATGCTACTGGAGGTGGGTG-3'(서열번호 9)iNOS F: 5'-CATGCTACTGGAGGTGGGTG-3' (SEQ ID NO: 9)

iNOS R: 5'-CATTGATCTCCGTGACAGCC-3'(서열번호 10)iNOS R: 5'-CATTGATCTCCGTGACAGCC-3' (SEQ ID NO: 10)

이온 추출물 또는 MSN 처리 세포를 분석하여 BGN(F) 처리 세포와 비교하였다(도 3). 도 3에서 보듯이, 모든 유전자는 80, 160 μg/mL의 BGN(F)로 처리했을때 세포에서 유의하게 감소함을 확인하였다. 이와 비교하여 'ion 80'및 'ion 160'으로 표시된 이온 추출물로 처리된 세포는 모든 염증 유전자의 발현이 감소함을 나타냈으나, 그 효과는 BGN(F) 처리와 비교하여 낮은 값을 나타냈다. 반면, MSN을 각각 80 및 160 μg /mL 을 처리한 세포에서는 MSN이 염증 유전자를 억제하는데 효과가 없음을 나타냈다.Ion extract or MSN-treated cells were analyzed and compared with BGN(F)-treated cells ( FIG. 3 ). As shown in FIG. 3 , it was confirmed that all genes were significantly reduced in cells when treated with 80 and 160 μg/mL of BGN(F). In comparison, cells treated with ion extracts labeled 'ion 80' and 'ion 160' showed reduced expression of all inflammatory genes, but the effect was lower than that of BGN(F) treatment. On the other hand, cells treated with MSN at 80 and 160 μg / mL, respectively, showed that MSN had no effect on suppressing inflammatory genes.

또한, BGN (F) 처리된 세포에서 발현된 염증 관련 유전자에 기초하여 염증 세포에서 분비하는 15 종류의 염증 관련 사이토카인을 검사하는 screening assay 에 적용하였다(표 1).In addition, it was applied to a screening assay for examining 15 types of inflammation-related cytokines secreted from inflammatory cells based on inflammation-related genes expressed in BGN (F)-treated cells (Table 1).

사이토카인 농도 (μg/mL)Cytokine concentration (μg/mL) ControlControl LPSLPS BGN(F) 80BGN(F) 80 BGN(F) 160BGN(F) 160 CCL3/MIP-1αCCL3/MIP-1α 3.3±0.773.3±0.77 2.79±0.292.79±0.29 3.47±0.223.47±0.22 5.55±2.415.55±2.41 CCL4/MIP-1βCCL4/MIP-1β 198,765.49±12625.51.198,765.49±12625.51. 419,447.31±187042.70419,447.31±187042.70 232,683.90±26568.29232,683.90±26568.29 320,268.05±5507.06320,268.05±5507.06 CXCL10/IP-10CXCL10/IP-10 692.27±19.60692.27±19.60 1,556.67±13.991,556.67±13.99 1,427.36±53.551,427.36±53.55 1,275.64±46.991,275.64±46.99 GM-CSFGM-CSF 106.52±3.20106.52±3.20 233.99±6.70233.99±6.70 146.49±5.47146.49±5.47 363.39±12.60363.39±12.60 IFN-γIFN-γ 51.36±1.5451.36±1.54 100.55±1.12100.55±1.12 88.26±2.3988.26±2.39 91.61±0.0191.61±0.01 IL-1αIL-1α 116.44±0.01116.44±0.01 467.51±13.61467.51±13.61 327.76±13.45327.76±13.45 312.88±10.59312.88±10.59 IL-1βIL-1β 185.03±23.07185.03±23.07 233.44±0.01233.44±0.01 217.39±22.69217.39±22.69 225.45±11.30225.45±11.30 IL-10IL-10 14.04±0.9614.04±0.96 32.15±0.6532.15±0.65 27.55±1.9527.55±1.95 27.09±1.3027.09±1.30 IL-12 p70IL-12 p70 49.03±2.2249.03±2.22 72.11±8.5572.11±8.55 66.03±8.6066.03±8.60 72.11±8.5572.11±8.55 IL-13IL-13 86.13±12.9986.13±12.99 104.37±17.96104.37±17.96 102.60±5.14102.60±5.14 98.04±9.0298.04±9.02 IL-2IL-2 5.43±0.335.43±0.33 5.19±0.015.19±0.01 7.52±0.667.52±0.66 6.59±1.976.59±1.97 IL-4IL-4 77.69±12.1977.69±12.19 92.74±3.0292.74±3.02 86.30±12.1486.30±12.14 86.31±0.0186.31±0.01 IL-6IL-6 964.68±20.41964.68±20.41 1,706.23±37.581,706.23±37.58 1,199.99±42.771,199.99±42.77 1,521.97±56.421,521.97±56.42 IL-6RαIL-6Rα 162.05±52.69162.05±52.69 796.08±0.01796.08±0.01 732.50±38.37732.50±38.37 742.19±128.07742.19±128.07 TNF-αTNF-α 946.92±25.79946.92±25.79 1,466.92±7.941,466.92±7.94 1,045.69±33.891,045.69±33.89 1,146.72±19.321,146.72±19.32

상기 표 1에서 보듯이, IL-1α, IL-4, IL-6 및 TNF-α를 포함하는 전(pro) 염증성 사이토 카인의 수준이 BGN(F) 처리된 LPS에 의해 염증 유도된 세포에서 현저하게 감소된 것으로 나타났다 As shown in Table 1, the levels of pro-inflammatory cytokines including IL-1α, IL-4, IL-6 and TNF-α were significant in the cells induced by inflammation by BGN(F)-treated LPS. appeared to be significantly reduced

한편, 염증 관련 분자들 중 TNF-α, IL-6, COX-2 및 iNOS의 세포 발현을 면역 세포 화학적 염색 방법으로 분석하였다(도 4). 이때, 음성대조군(N Ctrl)으로는 LPS 및 BGN(F)를 처리하지 않은 세포를 사용하고, 양성대조군으로는 LPS (1μg/mL) 만을 처리하고, BGN(F)를 처리하지 않은 세포를 사용하였다. 도 4에서 보듯이, 염증 신호는 공 촛점 현미경 하에서 시각화된 것처럼 LPS 처리된 세포에서 강력하게 발현되지만, BGN(F) 처리된 세포에서는 현저히 약화되어 나타났다(도 4의 A). 또한, TNF-α, IL-6, COX-2 및 iNOS 단백질을 발현하는 세포의 집단은 또한 FACS 히스토그램에서 보듯이 BGN(F) 처리에 의해 실질적으로 감소함을 확인하였다(도 4의 B). 특히, 염증 신호에 양성인 세포 집단은 BGN(F) 80 μg/mL 에서 현저히 감소하였다. 단백질 발현의 감소 패턴은 160 μg/mL 처리된 세포와 비교해 80 μg/mL로 처리된 세포에서 일관되는 것으로 나타났다(도 4의 C).Meanwhile, the cell expression of TNF-α, IL-6, COX-2 and iNOS among the inflammation-related molecules was analyzed by immunocytochemical staining ( FIG. 4 ). At this time, as a negative control (N Ctrl), cells not treated with LPS and BGN(F) were used, and as a positive control, cells treated only with LPS (1 μg/mL) and not treated with BGN(F) were used. did. As shown in FIG. 4 , the inflammatory signal was strongly expressed in LPS-treated cells as visualized under a confocal microscope, but was significantly attenuated in BGN(F)-treated cells ( FIG. 4A ). In addition, it was confirmed that the population of cells expressing TNF-α, IL-6, COX-2 and iNOS protein was also substantially reduced by BGN(F) treatment as shown in the FACS histogram (FIG. 4B). In particular, the cell population positive for the inflammatory signal was significantly reduced at 80 μg/mL of BGN(F). The decreasing pattern of protein expression appeared to be consistent in cells treated with 80 μg/mL compared to cells treated with 160 μg/mL (Fig. 4C).

염증 세포로부터 두 개의 대표적인 전(pro) 염증성 사이토카인 (TNF-α 및 IL-6)의 시간 의존성 방출을 ELISA로 분석하였다(도 4의 D). LPS로 처리된 세포로부터 방출된 사이토카인의 수치는 배양 시간 3일까지 감소하는 것으로 나타났다. 구체적으로, 두 사이토카인의 방출은 LPS 처리된 대조군과 비교하여 BGN(F) 처리된 80 μg/mL 및 160 μg/mL 두 농도 모두에서 대조군의 30-40% 까지 현저하게 감소됨을 확인하였다.The time-dependent release of two representative pro-inflammatory cytokines (TNF-α and IL-6) from inflammatory cells was analyzed by ELISA (FIG. 4D). The levels of cytokines released from cells treated with LPS were shown to decrease by 3 days of incubation time. Specifically, it was confirmed that the release of both cytokines was significantly reduced by 30-40% of the control group at both concentrations of 80 μg/mL and 160 μg/mL treated with BGN(F) compared to the LPS-treated control group.

염증 유발 작용의 주요 분자로서 COX-2 에 대한 BGN(F) 처리의 효과가 COX-2 스크리닝 분석 키트를 사용하여 조사되었다. 양성 대조군에서 COX-2 생성은 치료되지 않은 대조군의 45% 로 나타났으며, BGN(F) (80 및 160 μg/mL)의 처리는 미처리된 대조군에 비해 85.61% (80 μg/mL)와 62.54% (160 μg/mL)의 수준으로 유의하게 감소하였다(도 4의 E).The effect of BGN(F) treatment on COX-2 as a major molecule of proinflammatory action was investigated using a COX-2 screening assay kit. COX-2 production in the positive control group was 45% of that of the untreated control group, and treatment with BGN(F) (80 and 160 μg/mL) was 85.61% (80 μg/mL) and 62.54% compared to the untreated control group. % (160 μg/mL) significantly decreased ( FIG. 4E ).

BGN을 24시간 동안 세포에 처리하고 제조사의 프로토콜에 따라 산화 질소(Nitric Oxide; NO) Assay Kit (미국 abcam, USA) 및 우레아(urea) Assay Kit (Sigma, USA)를 사용하여 대식세포의 분극을 분석하였다(도 5). 대략적으로, 대식세포 분극을 평가하기 위해 각각 M1 및 M2 대식세포를 대표하는 산화 질소(NO) 및 우레아(urea)의 생성을 측정하였다. 도 5에서 보듯이, LPS 처리된 세포는 비처리된 대식세포에 비해 산화 질소를 유의적으로 많이 생성하고 유레아를 덜 생성함을 확인하였다. 또한, LPS 처리된 세포와 비교해 BGN(F) 처리는 NO 농도를 감소시키고 우레아 농도를 유의하게 증가한 것을 확인함으로써 BGN(F) 처리가 세포 표현형을 M1에서 M2로 전환시켰음을 알 수 있다.Cells were treated with BGN for 24 h and polarization of macrophages was measured using Nitric Oxide (NO) Assay Kit (abcam, USA) and urea Assay Kit (Sigma, USA) according to the manufacturer's protocol. analyzed ( FIG. 5 ). Roughly, to assess macrophage polarization, we measured the production of nitric oxide (NO) and urea, which are representative of M1 and M2 macrophages, respectively. As shown in FIG. 5 , it was confirmed that LPS-treated cells produced significantly more nitric oxide and less urea compared to untreated macrophages. In addition, it can be seen that BGN(F) treatment changed the cell phenotype from M1 to M2 by confirming that BGN(F) treatment reduced NO concentration and significantly increased urea concentration compared to LPS-treated cells.

실시예 8. 염증 유발된 근육 조직에 BGN 처리 효과(in vivo)Example 8. Effect of BGN treatment on inflamed muscle tissue (in vivo)

8.1 실험방법8.1 Experimental method

쥐의 경골 전방(TA) 근육 손상 모델은 BGN(F)의 생체 내 항염증 효과 조사에 사용되었다(모든 실험 절차는 단국대 학교의 동물 관리 및 사용위원회의 승인을 받음). 7주된 22-26 g 건강한 수컷 BALB/C 생쥐를 실험에 사용하였다. 케타민(ketamine) 80 mg/kg과 자일라진(xylazine) 10 mg/kg을 근육조직에 주사하여 전신 마취하에 실시하였다. 근육 손상의 경우 뱀의 독에서 유래 한 신경 독성 및 근 독성 포스포리파아제 A2인 노텍신(Notexin; Sigma에서 구입) 10 μg/ml을 왼쪽 TA 근육(n = 5)에 주사했다. 대측부 다리의 TA 근육을 음성 대조군으로 사용하였다. 24시간 후, BGN 또는 BGN(F)을 손상된 근주(myoinjury)를 가진 TA 근육 (300 μg/leg)에 주입하고, 쥐를 통제된 환경 하의 장벽 시스템을 유지시킨 상태에서 정상적인 식이 및 물을 자유롭게 허용하였다. 샘플 주입 후 3일 및 7일에 동물을 희생시키고 TA 근육 조직을 주변 조직으로부터 획득하였다. 상기 TA 근육 조직 시료를 10 % 중화 완충 포르말린에 24시간 동안 고정시킨 후 분석하였다(도 6의 A).A rat anterior tibial (TA) muscle injury model was used to investigate the in vivo anti-inflammatory effect of BGN(F) (all experimental procedures were approved by the Animal Care and Use Committee of Dankook University). Seven-week-old 22-26 g healthy male BALB/C mice were used for the experiments. Ketamine (ketamine) 80 mg / kg and xylazine (xylazine) 10 mg / kg was injected into the muscle tissue was carried out under general anesthesia. For muscle injury, 10 μg/ml of Notexin (purchased from Sigma), a neurotoxic and myotoxic phospholipase A2 derived from snake venom, was injected into the left TA muscle (n = 5). The TA muscle of the contralateral leg was used as a negative control. After 24 h, BGN or BGN(F) was injected into TA muscle (300 μg/leg) with damaged myoinjury, and rats were allowed ad libitum normal diet and water while maintaining the barrier system under a controlled environment. did. Animals were sacrificed 3 and 7 days after sample injection and TA muscle tissue was obtained from the surrounding tissue. The TA muscle tissue samples were analyzed after being fixed in 10% neutralizing buffered formalin for 24 hours (FIG. 6A).

고정된 조직 샘플을 등급이 매겨진 일련의 에탄올로 탈수시키고 표준 절차를 사용하여 파라핀에 묻었다. 약 5μm 두께로 절단된 파라핀 절편을 탈파라핀화 하고 헤마톡실린&에오신(HE) 및 Masson's trichrome(MT) 처리한 다음, 경시 현미경을 사용하여 관찰하고 영상화하였다. HE 및 MT 염색 이미지는 염증 유발 근육을 조직학적으로 검사하기 위해 시각화된다(도 6의 B). 생화학 샘플의 면역 조직 화학 염색을 위해 탈파라핀화된 절편을 PBS로 3회 세척하고 IL-6, TNF-α, CD80 (abcam) 및 CD163 (Bioss) 항체로 4℃에서 24시간 이상 배양하였다. 인산완충생리식염수(Phosphate-buffered saline; PBS)로 헹구어 낸 후 절편을 실온에서 1시간 동안 가습 챔버에서 FITC가 접합된 2차 항체(Santa Cruz Biotechnology)로 배양하였다. 핵은 DAPI로 염색되었다. 레이저 스캐닝 현미경(Zeiss LSM 510)을 사용하여 형광이미지를 관찰하였다. 정량화를 위해, Zeiss LSM 소프트웨어를 사용하여 각 실험군의 무작위로 획득된 이미지로부터 측정된 형광 강도를 분석 하였다. 데이터는 평균 ± 1 표준 편차 (SD)로 표현되었고, 통계적 분석은 일원 분산 분석(ANOVA)에 의해 수행되었으며 P 값은 0.05 미만이 통계적으로 유의하다고 간주되었다.Fixed tissue samples were dehydrated with a graded series of ethanol and embedded in paraffin using standard procedures. Paraffin sections cut to a thickness of about 5 μm were deparaffinized, treated with hematoxylin & eosin (HE) and Masson's trichrome (MT), and then observed and imaged using a microscope. HE and MT staining images are visualized for histological examination of the inflamed muscles (Fig. 6B). For immunohistochemical staining of biochemical samples, deparaffinized sections were washed three times with PBS and incubated with IL-6, TNF-α, CD80 (abcam) and CD163 (Bioss) antibodies at 4° C. for at least 24 hours. After rinsing with phosphate-buffered saline (PBS), the sections were incubated with FITC-conjugated secondary antibody (Santa Cruz Biotechnology) in a humidified chamber at room temperature for 1 hour. Nuclei were stained with DAPI. Fluorescence images were observed using a laser scanning microscope (Zeiss LSM 510). For quantification, the fluorescence intensity measured from randomly acquired images of each experimental group was analyzed using Zeiss LSM software. Data were expressed as mean ± 1 standard deviation (SD), statistical analysis was performed by one-way analysis of variance (ANOVA) and P values less than 0.05 were considered statistically significant.

어떠한 치료도 하지 않은 다리와 Notexin만 처리한 다리는 각각 음성(N Ctrl)및 양성 대조군(Notexin)로 사용되었고, saline 만 처리한 그룹, saline 에 BGN 처리한 BGN 그룹 및 BGN(F)를 처리한 BGN(F) 그룹으로 실험을 수행하였다.The legs without any treatment and the legs treated only with Notexin were used as negative (N Ctrl) and positive controls (Notexin), respectively, and were treated with saline only, BGN treated with saline, and BGN treated with BGN (F). Experiments were performed with the BGN(F) group.

8.2 근섬유 재배열 및 근조직 재생 효과 평가8.2 Effect of muscle fiber rearrangement and muscle tissue regeneration evaluation

실시예 8.1에서 준비한 바에 따라, 어떠한 치료도 하지 않은 다리와 Notexin만 처리한 다리는 각각 음성(N Ctrl)및 양성 대조군(Notexin)로 사용되었고, saline 만 처리한 그룹, saline 에 BGN 처리한 BGN 그룹 및 BGN(F)를 처리한 BGN(F) 그룹으로 실험을 수행하였다(도 6의 B).As prepared in Example 8.1, the leg without any treatment and the leg treated only with Notexin were used as negative (N Ctrl) and positive controls (Notexin), respectively, and the group treated with only saline and the group treated with BGN with saline and BGN(F)-treated BGN(F) group (B of FIG. 6).

도 6의 B에서 보듯이, 음성대조군은 눈에 띄는 염증성 표지없이 콜라겐성 지지 조직에 의해 결합된 길쭉하고 다핵으로 이루어진 근섬유로 구성된 전형적인 근육 조직 구조를 보여준다. 3일째의 양성 대조군(Notexin) 및 saline에서 조직은 주로 퇴행성 근섬유, 괴사 조직 및 침윤된 염증 세포로 채워진다. 또한 조직 섬유증은 MT 염색에 의해 관찰되었다. 그러나, 3일째 BGN 및 BGN(F) 그룹에서, 근섬유는 잘 보존되고 염증 세포는 근주관 유도 조직 주위에서 실질적으로 감소됨을 나타냈다. 7일째, Notexin 및 Saline 그룹에서 손상된 근육 조직은 점차적으로 작은 재생 근육 근원 섬유로 대체되지만 퇴행성 조직은 근육 섬유중에 여전히 관찰되었다. 한편, BGN 및 BGN(F) 그룹은 재배열되고 재생된 근섬유를 나타냈다. 또한, 근섬유 재배열(myofiber rearrangement)와 근조직 재생(muscle repair)은 BGN보다 BGN(F)에서 더 유의한 것으로 나타났다.As shown in FIG. 6B , the negative control group showed a typical muscle tissue structure composed of elongated, multinucleated muscle fibers bound by collagenous support tissue without conspicuous inflammatory markers. In the positive control (Notexin) and saline on day 3, the tissue is mainly filled with degenerative muscle fibers, necrotic tissue and infiltrated inflammatory cells. Tissue fibrosis was also observed by MT staining. However, in the BGN and BGN (F) groups at day 3, myofibers were well preserved and inflammatory cells were substantially reduced around the myotubes derived tissue. On day 7, in the Notexin and Saline groups, the damaged muscle tissue was gradually replaced by small regenerative muscle myofibrils, but degenerative tissue was still observed among the muscle fibers. On the other hand, the BGN and BGN(F) groups showed rearranged and regenerated muscle fibers. Also, myofiber rearrangement and muscle repair were more significant in BGN(F) than in BGN.

8.3 염증 관련 단백질 발현 평가8.3 Assessment of Inflammation-Related Protein Expression

면역 형광 염색을 수행하여 생체 내 조직에서 IL-6 및 TNF-α 단백질의 세포내 발현수준을 분석하였다(도 6의 C 및 D). 도 6의 C에서 보듯이, 두 단백질 신호 모두 Notexin과 Saline 그룹에서 매우 강하게 나타났으나, BGN과 BGN(F) 그룹에서는 상당히 감소함을 나타냈다. 도 6의 D에서 보듯이, BGN(F)과 BGN을 비교하면 두 단백질 모두 BGN(F)군에서 BGN보다 유의하게 낮은 수준을 나타냈다.Immunofluorescence staining was performed to analyze the intracellular expression levels of IL-6 and TNF-α proteins in in vivo tissues ( FIGS. 6C and 6D ). As shown in FIG. 6C , both protein signals were very strong in the Notexin and Saline groups, but significantly decreased in the BGN and BGN(F) groups. As shown in FIG. 6D, when BGN(F) and BGN were compared, both proteins showed significantly lower levels than BGN in the BGN(F) group.

8.4 생체 내 대식세포 분극 평가(in vivo)8.4 Evaluation of macrophage polarization in vivo (in vivo)

BGN 또는 BGN(F) 나노 입자 처리에 의한 생체 내 대식세포 분극을 분석하였다. 이를 위해, 3일째에 조직 샘플을 각각 M1 및 M2의 표면 마커로 알려진 CD80 및 CD163에 대해 면역 조직 화학적으로 염색 하였다(도 6의 E 및 F). 도 6의 E에서 보듯이, Notexin과 Saline 그룹은 강한 CD80 양성 반응을 나타내었으나, BGN 및 BGN(F) 그룹은 CD163의 강한 발현을 나타냈다. 도 6의 F에서 보듯이, CD80 및 CD163의 정량분석 결과, 두 나노 입자 모두 근육 염증 조직에서 대 식세포 표현형을 M1에서 M2로 현저하게 전환시키고 대식세포 분극화 역시 BGN보다 BGN(F)에서 전환율이 높게 나타났다.In vivo macrophage polarization by treatment with BGN or BGN(F) nanoparticles was analyzed. To this end, on day 3, tissue samples were immunohistochemically stained for CD80 and CD163, which are known surface markers of M1 and M2, respectively ( FIGS. 6E and 6F ). As shown in FIG. 6E , the Notexin and Saline groups showed a strong CD80 positive reaction, but the BGN and BGN(F) groups showed strong CD163 expression. As shown in FIG. 6F , as a result of quantitative analysis of CD80 and CD163, both nanoparticles significantly converted the macrophage phenotype from M1 to M2 in the muscle inflamed tissue, and macrophage polarization also had a higher conversion rate in BGN(F) than in BGN. appear.

실시예 9. BGN에 의한 항염증 효과 관련 세포 내 신호 전달 경로 Example 9. Anti-inflammatory effect-related intracellular signal transduction pathway by BGN

MAPK, ERK (1/2), SAPK / JNK, IkBA 및 NF-kB를 포함하는 다양한 염증 시그널링 분자의 발현 및 인산화 수준을 FACS에 의해 분석하였다(도 7의 A 및 B). Expression and phosphorylation levels of various inflammatory signaling molecules including MAPK, ERK (1/2), SAPK/JNK, IkBA and NF-kB were analyzed by FACS ( FIGS. 7A and 7B ).

도 7의 A 및 B에서 보듯이, BGN(F)을 처리하여 24 시간 배양하면, 염증 신호 분자의 인산화는 특히 BGN(F)의 농도가 높을수록 감소됨을 나타냈다. 특히, LPS 대조군과 비교하여 각각 80 μg 및 160 μg BGN(F)으로 처리 한 경우, 인산화 신호 분자의 발현은 p38 MAPK의 경우 81% 및 33%, ERK(1/2)의 경우 48% 및 26%, SAPK/JNK의 경우 77% 및 34%, SAPK /JNK의 경우 42% 및 25% 및 NF-kB의 경우 44% 및 88% 로 감소함을 확인하였다. As shown in A and B of FIG. 7 , when BGN(F) was treated and cultured for 24 hours, phosphorylation of inflammatory signaling molecules was particularly decreased as the concentration of BGN(F) increased. In particular, when treated with 80 μg and 160 μg BGN(F), respectively, compared with the LPS control, the expression of phosphorylation signal molecules was reduced by 81% and 33% for p38 MAPK, and 48% and 26% for ERK(1/2). %, 77% and 34% for SAPK/JNK, 42% and 25% for SAPK/JNK, and 44% and 88% for NF-kB.

통상적으로 알려진 바에 의하면, LPS 처리된 세포의 신호 전달 계통은 LPS가 수용체 복합체에 결합함으로써 시작되며 NF-κ 경로가 활성화된다. 정상 세포에서 NF-κ는 세포질에 있는 NF-κ억제제인 Iκ로 구성적으로 제한되어 있다. LPS로 자극하면 Iκ단백질은 유비퀴틴-프로테아좀 경로에 의해 인산화되고 유비퀴틴화되어 급속히 분해되며 유리 NF-κ는 핵으로 이동하여 NF-κ의존성 염증 효소 및 사이토 카인의 전사를 활성화시킨다. 또한, Erk1/2, p38 MAPK 및 JNK를 포함하는 MAPKs 계열은 사이토카인, 성장인자 및 환경 스트레스에 의해 유발되는 염증 신호의 중재에서 중요한 역할을하는 것으로 나타났다. 특히 p38 MAPK의 증가된 활성은 전사와 번역 수준에서 염증 매개체의 합성에 크게 관여한다. 또한 MAPKs의 활성화는 iNOS 발현과 NF-κ활성화를 통해 LPS로 유발된 염증과 관련이 있다는 것이 알려져있다. As is commonly known, the signaling pathway of LPS-treated cells is initiated by LPS binding to the receptor complex and the NF-κ pathway is activated. In normal cells, NF-κ is constitutively restricted to the cytoplasmic NF-κ inhibitor, Iκ. Upon stimulation with LPS, Iκ protein is phosphorylated, ubiquitinated, and rapidly degraded by the ubiquitin-proteasome pathway, and free NF-κ migrates to the nucleus to activate the transcription of NF-κ-dependent inflammatory enzymes and cytokines. In addition, a family of MAPKs, including Erk1/2, p38 MAPK and JNK, has been shown to play important roles in the mediation of inflammatory signals induced by cytokines, growth factors and environmental stress. In particular, the increased activity of p38 MAPK is strongly involved in the synthesis of inflammatory mediators at the transcriptional and translational level. It is also known that activation of MAPKs is associated with LPS-induced inflammation through iNOS expression and NF-κ activation.

따라서, 본 발명에서 세포 내 신호 전달 분자(p-p38 MAPK, p-ERK (1/2), p-SAPK / JNK, p-IkBα 및 p-NF-kB)의 인산화가 현저하게 감소함을 발견하였고, 이는 BGN(F) 처리에 의해 LPS로 염증 유도된 세포에 비해 약 25-30% 까지 조절가능한 항염증 기능이 다수의 신호 전달 경로를 통해 일어난다는 것을 의미한다. 다른 소염 작용으로서 대식세포의 분극은 BGN(F)과의 상호작용시 LPS에 의해 활성화된 염증성 M1 대식세포에서 일련의 염증 관련 신호 전달 사건을 개략적으로 설명할 수 있는 것으로 분석되었다(도 8).Therefore, in the present invention, it was found that phosphorylation of intracellular signaling molecules (p-p38 MAPK, p-ERK (1/2), p-SAPK/JNK, p-IkBα and p-NF-kB) was significantly reduced. This means that up to about 25-30% of the controllable anti-inflammatory function occurs through multiple signal transduction pathways compared to cells induced by LPS inflammation by BGN(F) treatment. As another anti-inflammatory action, it was analyzed that the polarization of macrophages could outline a series of inflammation-related signaling events in inflammatory M1 macrophages activated by LPS upon interaction with BGN(F) (Fig. 8).

상기 실시예 1 내지 9의 결과로부터, 시험관 내 및 생체 내 조건 하에서 BGN 및 엽산이 결합된 생체 활성 나노 입자 (BGN(F))의 소염 기능이 있음을 확인하였다. 적정 농도 (80 및 160 μg/㎖) BGN 및 BGN(F)의 처리는 세포사, LDH 방출 및 ROS 생성을 감소시켜 LPS 처리된 염증 유도된 세포의 생존력을 증가시켰다. BGN(F)의 처리는 세포 내 신호 전달 계통에 관여하는 분자의 인산화 억제를 통해 전(pro) 염증 분자 (TNF-α, IL-6, iNOS 및 COX-2)의 발현을 하향 조절했다. 또한, BGN 및 BGN(F)의 치료는 대식세포 분비를 염증 유발성 M1에서 항염증성 M2 상태로 전환 할 수있는 가능성을 보여 주었다. BGN 및 BGN(F)으로부터 방출된 이온성 생성물은 주로 시험관내에서 관찰되는 항염증 기능에 기여하는 것으로 확인되었다. in vivo 실험으로서 독소 유발 근육 손상에 대한 BGN 및 BGN(F)의 주입은 염증 신호 (IL-6 및 TNF-)의 발현을 현저히 낮추고 손상된 조직 주변의 대식세포를 모집하여 표현형을 항염증성 M2로 전환시켰다. 상기 실시예들을 통해 별도의 약물을 사용하지 않는 나노 치료 플랫폼으로서 염증 질환을 조절하는데 BGN 및 BGN(F)을 사용할 수 있음을 확인하였다. From the results of Examples 1 to 9, It was confirmed that BGN and folic acid-bound bioactive nanoparticles (BGN(F)) had anti-inflammatory properties under in vitro and in vivo conditions. Treatment of titer concentrations (80 and 160 μg/ml) BGN and BGN(F) increased the viability of LPS-treated inflammation-induced cells by decreasing cell death, LDH release and ROS production. Treatment with BGN(F) down-regulated the expression of pro-inflammatory molecules (TNF-α, IL-6, iNOS and COX-2) through inhibition of phosphorylation of molecules involved in intracellular signaling cascades. In addition, treatment with BGN and BGN(F) showed the potential to switch macrophage secretion from pro-inflammatory M1 to anti-inflammatory M2 states. The ionic products released from BGN and BGN(F) were found to mainly contribute to the anti-inflammatory function observed in vitro. As an in vivo experiment, injection of BGN and BGN(F) for toxin-induced muscle injury significantly lowered the expression of inflammatory signals (IL-6 and TNF-) and recruited macrophages around the damaged tissue to convert the phenotype to anti-inflammatory M2. did it Through the above examples, it was confirmed that BGN and BGN(F) can be used to control inflammatory diseases as a nanotherapy platform that does not use a separate drug.

생체 활성 나노 입자 'BGN(F)'자체가 항염증제의 치료 기능을 보유한다는것은 염증 반응을 완화시키기 위한 응용으로서 새로운 전략을 제공하는 데 유익한 정보가 되며 고유한 나노 입자를 다른 염증 조직에 적용할 수 있다는 점을 암시하는 것으로 분석되었다. The fact that the bioactive nanoparticles 'BGN(F)' itself possess the therapeutic function of an anti-inflammatory agent is informative to provide a new strategy as an application for alleviating the inflammatory response, and the unique nanoparticles can be applied to other inflamed tissues. analyzed to imply that there is

Claims (8)

실리카(Si) 및 칼슘(Ca)을 포함하는 이온방출형 메조포러스 생활성 글라스 나노 파티클(Bioactive Glass nanoparticle; BGn)을 유효성분으로 포함하는, 염증성 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물.A pharmaceutical composition for preventing or treating inflammatory diseases, comprising, as an active ingredient, ion-releasing mesoporous bioactive glass nanoparticles (BGn) containing silica (Si) and calcium (Ca). 제1항에 있어서,
상기 실리카와 칼슘의 비율은 90:10 내지 20:80 (몰비)인 것인, 염증성 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
According to claim 1,
The ratio of the silica and calcium is 90:10 to 20:80 (molar ratio) will, a pharmaceutical composition for the prevention or treatment of inflammatory diseases.
제1항에 있어서,
상기 메조포러스 생활성 글라스 나노 파티클은 실리카 이온 및 칼슘 이온을 방출하는 것인, 염증성 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
According to claim 1,
Wherein the mesoporous bioactive glass nanoparticles emit silica ions and calcium ions, a pharmaceutical composition for the prevention or treatment of inflammatory diseases.
제3항에 있어서,
상기 실리카 이온의 방출량은 메조포러스 생활성 글라스 나노 파티클 50 mg 기준 150 내지 300 ppm인 것인, 염증성 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
4. The method of claim 3,
The amount of silica ions released is 150 to 300 ppm based on 50 mg of mesoporous bioactive glass nanoparticles, a pharmaceutical composition for preventing or treating inflammatory diseases.
제3항에 있어서,
상기 칼슘 이온의 방출량은 메조포러스 생활성 글라스 나노 파티클 50 mg 기준 500 내지 800 ppm인 것인, 염증성 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
4. The method of claim 3,
The amount of calcium ions released is 500 to 800 ppm based on 50 mg of mesoporous bioactive glass nanoparticles, a pharmaceutical composition for preventing or treating inflammatory diseases.
제1항에 있어서,
상기 메조포러스 생활성 글라스 나노 파티클은 그의 표면에 엽산이 추가로 결합된 형태인 것인, 염증성 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
According to claim 1,
The pharmaceutical composition for the prevention or treatment of inflammatory diseases, wherein the mesoporous bioactive glass nanoparticles are in a form in which folic acid is additionally bound to the surface thereof.
제1항에 있어서,
상기 염증성 질환은 홍반병, 아토피, 류마티스 관절염, 하시모토 갑상선염, 악성빈혈, 에디슨씨병, 제1형 당뇨, 루프스, 만성피로증후군, 섬유근육통, 갑상선기능저하증과 항진증, 경피증, 베체트병, 염증성 장질환(inflammatory bowel disease), 다발성 경화증, 중증 근무력증, 메니에르 증후군(Meniere's syndrome), 길리안-바레 증후군(Guilian-Barre syndrome), 쇼그렌 증후군(Sjogren's syndrome), 백반증, 자궁내막증, 건선, 백반증 또는 전신성 경피증인 것인, 염증성 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
According to claim 1,
The inflammatory diseases include erythematosus, atopy, rheumatoid arthritis, Hashimoto's thyroiditis, pernicious anemia, Addison's disease, type 1 diabetes, lupus, chronic fatigue syndrome, fibromyalgia, hypothyroidism and hyperthyroidism, scleroderma, Behcet's disease, inflammatory bowel disease ( inflammatory bowel disease, multiple sclerosis, myasthenia gravis, Meniere's syndrome, Guilian-Barre syndrome, Sjogren's syndrome, vitiligo, endometriosis, psoriasis, vitiligo or systemic scleroderma Phosphorus, a pharmaceutical composition for the prevention or treatment of inflammatory diseases.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 조성물을 염증성 질환이 발병되거나 또는 염증성 질환의 발병이 우려되는 인간을 제외한 개체에 투여하는 단계를 포함하는, 염증성 질환의 예방 또는 치료 방법.A method for preventing or treating an inflammatory disease, comprising administering the composition of any one of claims 1 to 7 to an individual other than a human having an inflammatory disease or fear of developing an inflammatory disease.
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