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KR20030000433A - 약물 전달체용 음이온기-함유 양친성 블록 공중합체 및 그의 양이온성 약물과의 복합체 - Google Patents

약물 전달체용 음이온기-함유 양친성 블록 공중합체 및 그의 양이온성 약물과의 복합체 Download PDF

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KR20030000433A
KR20030000433A KR1020010036203A KR20010036203A KR20030000433A KR 20030000433 A KR20030000433 A KR 20030000433A KR 1020010036203 A KR1020010036203 A KR 1020010036203A KR 20010036203 A KR20010036203 A KR 20010036203A KR 20030000433 A KR20030000433 A KR 20030000433A
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주식회사 삼양사
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Abstract

본 발명은 생체적합성이 우수하고 생분해성이며, 양이온성 약물의 혈중 농도를 향상시키고, 분자내에 다수의 양이온기를 갖는 약물, 특히 펩타이드 또는 단백질 의약품의 경우, 다수의 고분자가 약물을 둘러싸 약물의 생체내 효소에 의한 분해를 방지할뿐 아니라, 펩타이드-펩타이드 또는 단백질-단백질간의 복합체 형성을 방지하여 약물의 안정성을 향상시킬 수 있는, 하기 화학식 1의 약물 전달체용 음이온기-함유 양친성 블록 공중합체, 및 상기 공중합체의 양이온성 약물과의 복합체에 관한 것이다:
C-(L)p-XM
상기 식에서, X, M, C, L 및 p는 각각 명세서에 정의된 바와 같다.

Description

약물 전달체용 음이온기-함유 양친성 블록 공중합체 및 그의 양이온성 약물과의 복합체{Negatively chargeable amphiphilic block copolymer as drug carrier and complex thereof with positively chargeable drug}
본 발명은 음이온성 고분자 약물 전달체(negatively chargeable macromolecular drug carrier) 및 그의 양이온성 약물과의 복합체에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 친수성 블록(A)과 소수성 블록(B)으로 구성된 A-B 또는 B-A-B 형 블록 공중합체에서 소수성 블록(B)의 일 또는 양 말단에 하나의 음이온기를 함유하는 음이온성 고분자 약물 전달체 및 그의 양이온성 약물과의 복합체에 관한 것이다.
생분해성 고분자를 이용한 약물 전달체가 널리 알려져 있으며, 이는 소수성의 고분자 매트릭스내에 약물을 함유시켜 서서히 방출되도록 하는 것을 특징으로 한다. 약물 전달체로서 널리 사용되는 생분해성의 소수성 고분자로는 폴리락트산 (PLA), 폴리글리콜산(PGA), 락트산과 글리콜산의 공중합체(PLGA), 폴리카프로락톤 (PCL), 폴리오르소에스테르(POE), 폴리아미노산(PAA), 폴리언하이드라이드(PAH), 폴리포스파진, 폴리하이드록시부티르산(PHB) 및 폴리디옥사논(PDO) 등이 알려져 있다. 이와 같은 고분자들은 생체적합성이 우수하고, 생체내에서 가수분해되어 생체에 무해한 부산물로 분해되는 특징을 가지므로 약물 전달체로 널리 사용되고 있다. 특히, 이들 고분자는 수불용성이므로 그의 내부에 약물을 함유시켜 생체내에 마이크로스피어, 나노스피어, 필름, 쉬트 또는 막대 형태로 임플란트(implant)함으로써 약물을 서서히 방출시켜 지속적인 약효를 발휘하게 한 후, 고분자 자체가 분해되는 제형으로 개발되었다. 그러나, 이들은 수용성 약물과의 친화성이 낮아 고분자 내부에 다량의 약물을 봉입하는 것이 매우 어렵고, 비록 고분자 매트릭스내에 약물을 효과적으로 봉입하여도 체내에 임플란트하였을 때, 다량의 약물이 초기 수 시간내에 방출되는 초기 과다 방출(burst release)의 문제점을 갖는다.
한편, 친수성 고분자(A)와 생분해성의 소수성 고분자(B)로 구성된 A-B, B-A-B 또는 A-B-A 형의 블록 공중합체는 생체적합성이 우수하고, 다양한 물리적 성질로 인해 고분자 미셀, 나노스피어, 마이크로스피어 및 고분자 젤 등의 형태로 생리활성 물질을 전달하는 약물 전달체로 개발되어 있다. 특히, 상기 블록 공중합체는수용액중에서 소수성 블록이 코어를, 친수성 블록이 쉘을 이루는 코어-쉘 형 고분자 미셀을 형성하는 성질을 가지므로, 이러한 성질을 이용하여 수난용성 약물을 고분자 미셀의 코어 내부에 함유시켜 가용화시키는 제형이 공지되어 있다. 그러나, 이것은 소수성 약물과 소수성 고분자간의 물리적 흡착에 의해 약물을 봉입시키는 기술로서, 소수성이 높은 약물의 봉입 효율은 우수한 반면, 수용성 약물은 고분자 미셀내에 봉입시킬 수 없다는 단점이 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 카타오카(Kataoka) 등(유럽특허공개 제721,776호)은 비전하성 블록과 전하성 블록으로 구성된 블록 공중합체를 이용하여 전하를 띠는 수용성 약물을 고분자 미셀 내부에 봉입하는 방법을 개시하였다. 그러나, 상기 공개특허에서 사용된 전하성 블록은 이온성 측쇄를 갖는 폴리아미노산, 예를들어, 폴리아스파르트산, 폴리글루탐산, 폴리리신, 폴리아르기닌, 폴리히스티딘 또는 폴리말산, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리에틸렌이민, 폴리비닐아민, 폴리아크릴아민, 폴리비닐이미다졸 또는 그의 유도체로서, 이들은 생체내에서 비분해성일뿐 아니라, 전하성 블록에 전하를 띠는 작용기가 여러 개 존재하여, 펩타이드나 단백질 의약품과 같은 분자내에 다수의 이온성기를 함유하는 약물과의 정전결합시, 다수의 약물과 다수의 고분자가 복합체를 형성하게 되어, 특히 단백질 의약품과 같이 자체 복합체를 형성하는 약물의 안정성을 감소시킬 우려가 있다.
이에, 본 발명자들은 수용성의 양이온성 약물을 양친성 블록 공중합체의 내부에 효과적으로 봉입시킴과 동시에, 생체적합성이 우수하고 생분해성이며, 분자내에 다수의 양이온기를 갖는 약물과의 정전결합시에도 안정성 저하없이 약물을 효과적으로 전달할 수 있는, 새로운 형태의 음이온성 고분자를 개발해내기 위하여, 지속적인 연구를 수행해왔다. 그 결과, 본 발명에 따른 양친성 블록 공중합체의 소수성 블록의 말단에 하나의 음이온기를 함유하는 고분자가 상기 목적에 부합함을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 생체적합성이 우수하고 생분해성이며, 양이온성 약물의 혈중 농도를 향상시키고, 분자내에 다수의 양이온기를 갖는 약물, 특히 펩타이드 또는 단백질 의약품의 경우, 다수의 고분자가 약물을 둘러싸 약물의 생체내 효소에 의한 분해를 방지할뿐 아니라, 펩타이드-펩타이드 또는 단백질-단백질간의 복합체 형성을 방지하여 약물의 안정성을 향상시킬 수 있는, 음이온기-함유 양친성 블록 공중합체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 양이온성 약물이 상기 공중합체와 정전결합에 의해 결합된 약물-공중합체 복합체를 제공하는 것이다.
도 1은 mPEG-PLA-O-SO3 -Na+의 H-NMR 스펙트럼(CDCl3)이고;
도 2는 mPEG-PLA-O-PO3 2-2Na+의 H-NMR 스펙트럼(CDCl3)이며;
도 3은 mPEG-PLA-O-CO(CH2)2COO-Na+의 H-NMR 스펙트럼(CDCl3)이고;
도 4는 인간 G-CSF를 크기 배제 크로마토그래피 칼럼으로 분석한 액체 크로마토그램이며;
도 5는 인간 G-CSF와 mPEG-PLA-O-SO3 -Na+복합체를 크기 배제 크로마토그래피 칼럼으로 분석한 액체 크로마토그램이고;
도 6은 인간 G-CSF와 mPEG-PLA-OH 혼합물을 크기 배제 크로마토그래피 칼럼으로 분석한 액체 크로마토그램이며;
도 7은 mPEG-PLA-O-SO3 -Na+로부터 방출된 인간 G-CSF를 크기 배제 크로마토그래피 칼럼으로 분석한 액체 크로마토그램이며;
도 8은 미노사이클린 HCl의 H-NMR 스펙트럼(D2O)이고;
도 9는 미노사이클린 HCl과 mPEG-PLA-O-SO3 -Na+복합체의 H-NMR 스펙트럼 (D2O)이며;
도 10은 미노사이클린 HCl과 mPEG-PLA-OH 혼합물의 H-NMR 스펙트럼(D2O)이고;
도 11은 독소루비신 HCl의 H-NMR 스펙트럼(D2O)이며;
도 12는 독소루비신 HCl과 mPEG-PLA-O-SO3 -Na+복합체의 H-NMR 스펙트럼 (D2O)이다.
본 발명은 하기 화학식 1의 블록 공중합체에 관한 것이다:
[화학식 1]
C-(L)p-XM
상기 식에서,
X는 음이온기이고,
M은 H 또는 양이온염이며,
C는 A-B, B-A-B 또는 MX-(L)p-B-A-B(여기에서, A는 친수성 고분자이고, B는 소수성 고분자이다)이고,
L은 -O-, -NH-, -S- 또는 -COO-이며,
B의 말단이 -OH, -NH2, -SH 또는 -COOH일 때 p는 0이고, B의 말단이 -OH, -NH2, -SH 및 -COOH가 아닐 때 p는 1이다.
또한, 본 발명은 하기 화학식 2의 약물-고분자 복합체에 관한 것이다:
{C-(L)p-X}q-D
상기 식에서,
C, L, p 및 X는 각각 상기 정의된 바와 같고,
D는 양이온성 약물이며,
q는 1 이상의 정수이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 음이온성 고분자는 친수성 블록(A)과 소수성 블록(B)으로 구성된 A-B 형 또는 B-A-B 형 양친성 블록 공중합체에서 소수성 블록(B)의 말단에 하나의 음이온기를 갖는 것을 특징으로 한다. 즉, 친수성 블록(A)과 소수성 블록(B)이 A-B 형의 이중 또는 B-A-B 형의 삼중 블록으로 구성되며, 소수성 블록(B)의 일또는 양 말단에 하나의 음이온기(X)를 갖는 A-B-X, X-B-A-B 또는 X-B-A-B-X 형의 블록 공중합체이다.
본 발명의 음이온성 고분자에서, 친수성 블록(A)은 수용성이고 비이온성인 고분자로서, 폴리에틸렌글리콜, 폴리(에틸렌-코-프로필렌)글리콜 등의 폴리알킬렌글리콜, 폴리알킬렌옥사이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리사카라이드, 폴리아크릴아미드, 폴리메타크릴아미드, 폴리비닐알콜 또는 그의 유도체를 포함하며, 바람직하게는, 폴리에틸렌글리콜, 폴리(에틸렌-코-프로필렌)글리콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐알콜 또는 그의 유도체, 더욱 바람직하게는, 폴리에틸렌글리콜 또는 그의 유도체이다.
또한, 친수성 블록(A)에는 저분자량인 상기 수용성이고 비이온성의 고분자를 분해성 링크로 연결시킨 고분자량의 유도체가 포함된다(반응식 1 참조):
nZ + (n-1)Y →Z-(Y-Z)n-2-Y-Z
상기 식에서,
Z는 분자량 5,000 달톤 이하의 수용성 고분자이고,
Y는 HOOC-(CH2)m-COOH 또는 O=C=N-(CH2)m-N=C=O(여기에서, m은 0∼10의 정수이다)이며,
n은 2∼100의 정수이다.
친수성 블록(A)의 중량 평균 분자량은 100∼100,000 달톤이 바람직하며, 그구조는 단일 사슬형, 브렌치형 등 어느 것이든지 가능하다.
예를 들어, PEG-OOC-(CH2)m-COO-PEG 또는 PEG-[OOC-(CH2)m-COO-PEG]10-OOC-(CH2)m-COO-PEG(여기서 PEG 분자량은 5,000 달톤 이하이다)를 언급할 수 있다.
본 발명의 음이온성 고분자에서, 소수성 블록(B)는 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리락트산과 글리콜산의 공중합체(PLGA), 이들의 공중합체 등의 폴리(α-하이드록시산) 또는 그의 유도체; 폴리오르소에스테르(POE), 폴리언하이드라이드(PAH), 폴리카프로락톤 (PCL), 폴리(디옥산-2-온)(PDO), 폴리하이드록시부티르산(PHB), 락트산과 디옥산-2-온의 공중합체(PLDO), 카프로락톤과 디옥산-2-온의 공중합체 (PCDO), 이들의 공중합체 등의 폴리에스테르 또는 그의 유도체; 폴리우레탄; 폴리카보네이트; 폴리포스파진; 폴리글리신, 폴리알라닌, 폴리페닐알라닌, 폴리루이신, 폴리이소루이신, 폴리세린, 폴리시스틴, 폴리발린, 폴리타이로신, 폴리메티오닌, 폴리스레오닌 등의 비이온성 측쇄를 갖는 폴리아미노산 또는 이들의 유도체를 포함한다. 바람직하게는, 가수분해성의 폴리락트산 (PLA), 폴리글리콜산 (PGA), 폴리락트산과 글리콜산의 공중합체(PLGA), 이들의 공중합체 등의 폴리(α-하이드록시산) 또는 그의 유도체; 폴리오르소에스테르(POE), 폴리언하이드라이드 (PAH), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리(디옥산-2-온)(PDO), 폴리하이드록시부티르산 (PHB), 락트산과 디옥산-2-온의 공중합체(PLDO), 카프로락톤과 디옥산-2-온의 공중합체(PCDO), 이들의 공중합체 등의 폴리에스테르 또는 그의 유도체; 폴리포스파진이다. 보다 바람직하게는, 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리카프로락톤,폴리디옥산-2-온, 폴리락트산과 글리콜산의 공중합체(PLGA), 또는 이들의 공중합체로서, 친수성 블록(A)이 연결되지 않은 말단은 -OH, -NH2, -SH 또는 -COOH인 것이 바람직하다.
소수성 블록(B)의 중량 평균 분자량은 100∼100,000 달톤이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 500∼50,000 달톤이다.
본 발명의 음이온성 고분자에서, 음이온기(X)는 소수성 블록(B)의 말단에 위치하며, 소수성 블록(B)의 말단이 -OH, -NH2, -SH 또는 -COOH인 경우 소수성 블록(B)과 직접 연결되며, 그렇지 않은 경우에는 적당한 링커(L), 예를들어, -O-, -NH-, -S- 또는 -COO-에 의해 연결될 수 있다. 이때, 음이온기(X)는 소수성 블록의 일 또는 양 말단에 단 하나만 존재하는 것을 특징으로 한다. 또한, 수용액중에서 음이온성인 기로서, 바람직하게는 -SO3 -, -PO3 2-, ＞PO2 -또는 -CO-(CH2)z-COO-(여기서, z는 0∼4의 정수이며, X가 ＞PO2 -인 경우 두개의 C와 결합된다)이다.
또한, M은 H 또는 양이온염, 바람직하게는, 1 가 또는 2 가의 금속염, 보다 바람직하게는, Li+, Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Zn2+또는 Cu2+이다.
따라서, 본 발명의 음이온성 고분자는 예를들어, 하기 화학식 1a, 1b 또는 1c를 갖는다:
A-B-XM
B-A-B-XM
MX-B-A-B-XM
상기 식에서,
A= 친수성 고분자,
B= A가 연결되지 않은 말단이 -OH, -NH2, -SH 또는 -COOH인 소수성 고분자,
X= -SO3 -, -PO3 2-, ＞PO2 -또는 -CO-(CH2)z-COO-(여기서, z는 0∼4의 정수이며, X가 ＞PO2 -인 경우 두개의 C와 결합된다), 및
M= 1 가 또는 2 가의 금속염.
보다 구체적으로, 본 발명의 음이온성 고분자는 하기 구조를 가질 수 있다:
A-B-O-SO3 -M+
A-B-O-PO3 2-2M+
A-B-O-CO-(CH2)z-COO-M+
(A-B-O)2-PO2 -M+
B-A-B-O-SO3 -M+
B-A-B-O-PO3 2-2M+
B-A-B-O-CO-(CH2)z-COO-M+
(B-A-B-O)2-PO2 -M+
상기 구조에서,
A= 메톡시폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴아미드, 폴리(에틸렌-코-프로필렌)글리콜, 폴리비닐알콜 또는 폴리사카라이드,
B= 폴리락타이드, 폴리글리콜라이드, 폴리카프로락톤, 폴리디옥산-2-온, 폴리언하이드라이드, 폴리(락틱-코-글리콜라이드), 폴리(락틱-코-카프로락톤), 폴리(락틱-코-디옥산-2-온), 또는 폴리글리신, 폴리알라닌, 폴리페닐알라닌, 폴리루이신, 폴리이소루이신, 폴리메티오닌, 폴리발린 등의 폴리아미노산 유도체,
M= Li+, Na+또는 K+, 및
z= 0∼4의 정수.
본 발명에 있어서, 음이온성 고분자는 먼저 비이온성 친수성 블록(A)과 소수성 블록(B)의 A-B 또는 B-A-B 형 블록 공중합체를 합성한후, 소수성 블록(B)의 말단에 음이온기를 도입하는 2 단계의 반응으로 제조된다:
1) 설페이트기의 도입
A-B-OH → A-B-O-SO3 -Na+
B-A-B-OH →B-A-B-O-SO3 -Na+
A-B 또는 B-A-B 형 블록 공중합체를 설페이트 트리옥사이드 피리딘 착물 (C5H5NSO3)과 반응시키고 산성 수용액으로 처리한후, 중화 및 다이알리시스 (dialysis)한후 동결건조한다. 이때, 중화와 다이알리시스의 순서는 사용되는 시약의 종류에 따라 달라질 수 있다.
2) 포스페이트기의 도입
A-B-OH → A-B-O-PO3 2-2Na+
B-A-B-OH → B-A-B-O-PO3 2-2Na+
A-B 또는 B-A-B 형 블록 공중합체를 과량의 포스포러스 옥시클로라이드 (POCl3)와 반응시킨후 수용액으로 처리하고, 중화 및 다이알리시스한후 동결건조한다.
3) 카복시기의 도입
A-B-OH → A-B-O-CO-(CH2)z-COO-Na+(z= 0∼4의 정수)
B-A-B-OH → B-A-B-O-CO-(CH2)z-COO-Na+(z=0∼4의 정수)
A-B 또는 B-A-B 형 블록 공중합체를 옥살릴 디클로라이드, 말로닐 디클로라이드, 석시닐 디클로라이드, 글루타릴 디클로라이드, 아디픽 디클로라이드 등의 디카복시산 디클로라이드와 반응시킨후 수용액으로 처리하고, 중화 및 다이알리시스한후 동결건조한다.
본 발명의 음이온성 고분자는 정전결합에 의해 수용성인 양이온기를 갖는 약물을 코어-쉘 형의 약물 전달체의 코어 내부에 봉입시켜 고분자 미셀을 형성하거나, 나노파티클 또는 고분자 젤을 형성하며, 이로써 약물의 혈중 농도를 향상시킬 수 있다. 또한, 펩타이드 또는 단백질 의약품을 본 발명의 음이온성 고분자와 정전결합시켜 여러 분자의 블록 공중합체로 한 분자의 펩타이드 또는 단백질을 둘러싸게 함으로써, 펩타이드 또는 단백질의 생체내에서의 효소에 의한 분해를 방지할 수 있으며, 단백질-단백질 또는 펩타이드-펩타이드간의 복합체 형성을 방지하여 약물의 안정성을 증진시킬 수 있다. 한편, 본 발명의 음이온성 고분자로부터의 약물의 방출속도는 소수성 블록(B)의 분자량을 조절함으로써 조절할 수 있다.
본 발명에 있어서, 약물-고분자 복합체는 상기 음이온성 고분자의 음이온기와 양이온성 약물의 양이온기간의 정전결합에 의해 이온성 착물을 형성하고, 이 이온성 착물이 수용액중에서 형성하는 고분자 미셀, 나노파티클 및 고분자 젤 등을 총칭하는 것이다. 상기 약물-고분자 복합체는 약물 한 분자에 대하여 적어도 한 분자의 음이온성 고분자가 결합하는 형태로 이루어진다. 이러한 약물-고분자 복합체는 약물의 혈중 농도를 향상시키고, 혈중 반감기를 증가시키며, 불안정한 약물의 안정성을 향상시킬뿐 아니라, 약물, 특히 펩타이드 또는 단백질 의약품의 생체내 효소에 의한 분해를 지연시킬 수 있다. 더구나, 펩타이드, 단백질 또는 효소 등과 같이 분자내에 다수의 양이온기를 포함하는 약물의 경우, 한 분자의 약물에 여러 분자의 고분자가 정전결합하여 약물 상호간의 복합체 형성을 방지함으로써 약물의 안정성을 개선시킬 수 있다.
본 발명에서 사용가능한 약물의 예는 약물 분자내에 수용액중에서 양전하를 띠는 기, 예를들어 아미노기를 하나 이상 포함하는 것, 특히 아미노기를 하나 이상 포함하는 펩타이드, 단백질 또는 효소 등을 포함한다. 예를들어, 분자내에 일차, 이차 또는 삼차 아민기를 하나 이상 포함하는 항암제, 항생제, 항구토제, 항바이러스제, 소염진통제, 마취제, 항궤양제, 고혈압 치료제, 고칼슘증 치료제, 고지혈증 치료제 등, 바람직하게는, 인슐린, 칼시토닌, 성장호르몬, 과립구 콜로니자극인자 (G-CSF), 에리스로포이에틴(EPO), 골성장인자(BMP), 인터페론, 인터루킨, 혈소판 성장인자, 신생혈관 생성 인자, 유로키나제 등의 펩타이드, 단백질 또는 효소제를 들 수 있다.
본 발명에 따른 약물-고분자 복합체를 제조함에 있어서, 약물을 고분자 내부에 봉입시키는 방법으로는 양이온성 약물과 음이온성 고분자를 단순히 수용액중에서 혼합하는 방법, 또는 양이온성 약물과 음이온성 고분자를 에탄올 등의 유기용매에 용해시킨후 용매를 증발시키고 생성된 혼합물을 수용액중에 용해시키는 방법을 들 수 있다. 이와 같이, 음이온성 고분자내에 양이온성 약물을 봉입시키기 위하여특별한 제조방법을 요구하지 않는 것 또한 특징이다.
본 발명에 따른 약물-고분자 복합체는 혈관, 근육, 피하, 뼈, 경구, 경비, 국소조직 등의 투여경로로 투여할 수 있으며, 용액 또는 현탁 주사제, 정제, 캡슐제 등의 다양한 형태로 제형화될 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 보다 상세히 설명하나, 이들은 본 발명을 설명하기 위한 것일뿐 이들에 의해 본 발명을 범위가 어떤 식으로든 제한되는 것은 아니다.
친수성 고분자(A)와 소수성 고분자(B)의 A-B 또는 B-A-B 형 블록 공중합체의 합성
제조예 1: 모노메톡시폴리에틸렌글리콜-폴리락타이드(mPEG-PLA) 블록 공중합체의 합성
모노메톡시폴리에틸렌글리콜(분자량: 2,000 달톤) 5.0 g을 2 구 100 ㎖ 환저 플라스크에 넣은후, 감압(1 mmHg)하에서 2∼3 시간동안 100 ℃로 가열하여 수분을 제거하였다. 반응 플라스크내를 건조 질소로 충진하고, 주사기를 이용하여 반응촉매인 스테이너스 옥토에이트(Sn(Oct)2)를 톨루엔에 용해시켜 모노메톡시폴리에틸렌글리콜의 1.0 몰%(10.13 ㎎, 0.025 mmole)로 가하였다. 30 분동안 교반한후 110 ℃에서 1 시간동안 감압(1 mmHg)하여 촉매를 용해시킨 톨루엔을 증발시켰다. 여기에 정제한 락타이드 5 g을 가하고 130 ℃에서 12 시간동안 가열하였다. 생성된 고분자를 에탄올에 용해시킨후 디에틸에테르에 가하여 고분자를 침전시켰다. 얻어진 고분자를 진공 오븐에서 48 시간동안 건조하였다.
분자량: mPEG-PLA(2,000-1,765)
제조예 2: 모노메톡시폴리에틸렌글리콜-폴리(락틱-코-글리콜라이드) (mPEG-PLGA) 블록 공중합체의 합성
제조예 1의 방법에 따라, 모노메톡시폴리에틸렌글리콜(분자량: 5,000 달톤) 5.0 g 과 락타이드 3.72 g 및 글리콜라이드 1.28 g를 스테이너스 옥토에이트 촉매와 함께 120 ℃에서 12 시간동안 반응시켜 표제 고분자를 합성하였다.
분자량: mPEG-PLGA(5,000-4,500)
제조예 3: 모노메톡시폴리에틸렌글리콜-폴리(락틱-코-파라디옥산-2-온) (mPEG-PLDO) 블록 공중합체의 합성
제조예 1의 방법에 따라, 모노메톡시폴리에틸렌글리콜(분자량: 12,000 달톤) 7.0 g 과 락타이드 4.47 g 및 파라디옥산-2-온 2.71 g 을 스테이너스 옥토에이트 촉매와 함께 110 ℃에서 12 시간동안 반응시켜 표제 고분자를 합성하였다.
분자량: mPEG-PLDO(12,000-10,000)
제조예 4: 모노메톡시폴리에틸렌글리콜-폴리카프로락톤(mPEG-PCL) 블록 공중합체의 합성
제조예 1의 방법에 따라, 모노메톡시폴리에틸렌글리콜(분자량: 12,000 달톤) 7.0 g 과 카프로락톤 3.0 g 을 스테이너스 옥토에이트 촉매와 함께 130 ℃에서 12 시간동안 반응시켜 표제 고분자를 합성하였다.
분자량: mPEG-PCL(12,000-5,000)
제조예 5: 폴리락타이드-폴리에틸렌글리콜-폴리락타이드(PLA-PEG-PLA) 블록 공중합체의 합성
제조예 1의 방법에 따라, 폴리에틸렌글리콜(분자량: 3,400 달톤) 5.0 g 과 락타이드 3.53 g 를 스테이너스 옥토에이트 촉매와 함께 130 ℃에서 12 시간동안 반응시켜 표제 고분자를 합성하였다.
분자량: PLA-PEG-PLA(1,200-3,400-1,200)
제조예 6: 폴리(락틱-코-글리콜라이드)-폴리에틸렌글리콜-폴리(락틱-코-글리콜라이드)(PLGA-PEG-PLGA) 블록 공중합체의 합성
제조예 1의 방법에 따라, 폴리에틸렌글리콜(분자량: 10,000 달톤) 10.0 g 과 락타이드 1.487 g 및 글리콜라이드 0.515 g 를 스테이너스 옥토에이트 촉매와 함께 130 ℃에서 12 시간동안 반응시켜 표제 고분자를 합성하였다.
분자량: PLGA-PEG-PLGA(1,000-10,000-1,000)
제조예 7: 폴리카프로락톤-폴리에틸렌글리콜-폴리카프로락톤(PCL-PEG-PCL) 블록 공중합체의 합성
제조예 1의 방법에 따라, 폴리에틸렌글리콜(분자량: 3,400 달톤) 7.0 g 과 락타이드 4.3 g 및 파라디옥산-2-온 1.3 g 을 스테이너스 옥토에이트 촉매와 함께 110℃에서 20 시간동안 반응시켜 표제 고분자를 합성하였다.
분자량: PCL-PEG-PCL(2,000-5,000-2,000)
제조예 8: 폴리(락틱-코-파라디옥산-2-온)-폴리에틸렌글리콜-폴리(락틱-코 -파라디옥산-2-온)(PLDO-PEG-PLDO) 블록 공중합체의 합성
제조예 1의 방법에 따라, 폴리에틸렌글리콜(분자량: 5,000 달톤) 5.0 g 과 카프로락톤 8.82 g 을 스테이너스 옥토에이트 촉매와 함께 130 ℃에서 20 시간동안 반응시켜 표제 고분자를 합성하였다.
분자량: PLDO-PEG-PLDO(3,000-3,400-3,000)
제조예 고분자 중량 평균 분자량(달톤)
1 mPEG-PLA 2,000-1,765
2 mPEG-PLGA 5,000-4,500
3 mPEG-PLDO 12,000-10,000
4 mPEG-PCL 12,000-5,000
5 PLA-PEG-PLA 1,200-3,400-1,200
6 PLGA-PEG-PLGA 1,000-10,000-1,000
7 PCL-PEG-PCL 2,000-5,000-2,000
8 PLDO-PEG-PLDO 3,000-3,400-3,000
음이온기-함유 A-B 또는 B-A-B 형 블록 공중합체의 합성
실시예 1: 설페이트기(-SO 3 - Na + ) 함유 메톡시폴리에틸렌글리콜-폴리락타이드 (mPEG-PLA-O-SO 3 - Na + )의 합성
제조예 1에서 합성한 고분자와 설페이트 트리옥사이드 피리딘 착물을 반응시켜 표제 고분자를 합성하였다.
mPEG-PLA-OH + SO3·NC5H5→ mPEG-PLA-O-SO3HNC5H5→ mPEG-PLA-O-SO3 -Na+
메톡시폴리에틸렌글리콜-폴리락타이드(mPEG-PLA, 2,000-1,765) 7 g과 설페이트 트리옥사이드 피리딘 착물(SO3·NC5H5) 0.89 g을 DMF 10 ㎖에 용해시켜 100 ㎖ 플라스크에 가하고, 60±10 ℃ 에서 5 시간동안 반응시켰다. 반응 생성물을 증류수에 희석시킨후 다이알리시스하고, 탄산수소나트륨 수용액으로 중화시킨후 동결건조시켜 표제 고분자 5.4 g 을 얻었다. 수득된 고분자의 H-NMR 스펙트럼(CDCl3)은 도 1에 나타낸 바와 같다.
실시예 2∼8: 설페이트기(-SO 3 - Na + )의 도입
실시예 1의 방법에 따라, 제조예 2∼8에서 합성한 고분자와 설페이트 트리옥사이드 피리딘 착물을 반응시켜 설페이트기 함유 공중합체를 합성하였다. 실시예 1∼8에서 합성한 설페이트기 함유 고분자를 표 2에 나타내었다.
실시예 고분자 중량 평균 분자량(달톤)
A B
1 mPEG-PLA-O-SO3 -Na+ 2,000 1,765
2 mPEG-PLGA-O-SO3 -Na+ 5,000 4,500
3 mPEG-PLDO-O-SO3 -Na+ 12,000 10,000
4 mPEG-PCL-O-SO3 -Na+ 12,000 5,000
5 Na+SO3 --O-PLA-PEG-PLA-O-SO3 -Na+ 3,400 1,200
6 Na+SO3 --O-PLGA-PEG-PLGA-O-SO3 -Na+ 10,000 1,000
7 Na+SO3 --O-PCL-PEG-PCL-O-SO3 -Na+ 5,000 2,000
8 Na+SO3 --O-PLDO-PEG-PLDO-O-SO3 -Na+ 3,400 3,000
실시예 9: 포스페이트기(-PO 3 2- 2Na + ) 함유 메톡시폴리에틸렌글리콜-폴리락타이드(mPEG-PLA-O-PO 3 2- 2Na + )의 합성
상기 제조예 1에서 합성한 고분자와 포스포러스 옥시클로라이드(POCl3)를 반응시켜 표제 고분자를 합성하였다.
mPEG-PLA-OH + POCl3→ mPEG-PLA-O-POCl2→ mPEG-PLA-O-PO3 2-2Na+
메톡시폴리에틸렌글리콜-폴리락타이드(mPEG-PLA, 2,000-1,765) 7 g과 포스포러스 옥시클로라이드(POCl3) 2.85 g을 클로로포름에 용해시킨후 피리딘 1 ㎖를 가하고, 30±5 ℃ 에서 12 시간동안 반응시켰다. 반응 용액을 디에틸에테르 용액에 가하여 고분자를 석출시켰다. 석출된 고분자를 증류수에 용해시켜 탄산수소나트륨으로 중화시킨후 다이알리시스하고 동결건조하여 표제 고분자 6.7 g 을 얻었다. 수득된 고분자의 H-NMR 스펙트럼(CDCl3)은 도 2에 나타낸 바와 같다.
실시예 10∼16: 포스페이트기(-PO 3 2- 2Na + )의 도입
실시예 9의 방법에 따라, 제조예 2∼8에서 합성한 고분자와 포스포러스 옥시클로라이드를 반응시켜 포스페이트기 함유 공중합체를 합성하였다. 실시예 9∼16에서 합성한 고분자를 표 3에 나타내었다.
실시예 고분자 중량 평균 분자량(달톤)
A B
9 mPEG-PLA-O-PO3 2-2Na+ 2,000 1,765
10 mPEG-PLGA-O-PO3 2-2Na+ 5,000 4,500
11 mPEG-PLDO-O-PO3 2-2Na+ 12,000 10,000
12 mPEG-PCL-O-PO3 2-2Na+ 12,000 5,000
13 2Na+PO3 2--O-PLA-PEG-PLA-O-PO3 2-2Na+ 3,400 1,200
14 2Na+PO3 2--O-PLGA-PEG-PLGA-O-PO3 2-2Na+ 10,000 1,000
15 2Na+PO3 2--O-PCL-PEG-PCL-O-PO3 2-2Na+ 5,000 2,000
16 2Na+PO3 2--O-PLDO-PEG-PLDO-O-PO3 2-2Na+ 3,400 3,000
실시예 17: 카복시기(-COO - Na + ) 함유 메톡시폴리에틸렌글리콜-폴리락타이드의 합성
제조예 1에서 합성한 고분자와 디카복시산 디클로라이드를 반응시켜 표제 고분자를 합성하였다.
mPEG-PLA-OH + Cl-CO(CH2)zCO-Cl → mPEG-PLA-O-CO(CH2)zCO-Cl → mPEG-PLA-O-CO(CH2)zCOO-Na+
(z=0∼4의 정수)
메톡시폴리에틸렌글리콜-폴리락타이드(mPEG-PLA, 2,000-1,765) 7 g과 석시닐 디클로라이드(Cl-CO(CH2)2CO-Cl) 10 ㎖를 클로로포름에 용해시킨후 피리딘 1 ㎖를 가하고, 60±5 ℃ 에서 12 시간동안 반응시켰다. 반응 용액을 디에틸에테르 용액에 가하여 고분자를 석출시켰다. 석출된 고분자를 증류수에 용해시켜 탄산수소나트륨으로 중화시킨후 다이알리시스하고 동결건조하여 표제 고분자 5.9 g 을 얻었다. 수득된 고분자의 H-NMR 스펙트럼(CDCl3)은 도 3에 나타낸 바와 같다.
실시예 18∼24: 카복시기(-COO - Na + )의 도입
실시예 17의 방법에 따라, 제조예 2∼8에서 합성한 고분자와 석시닐 디클로라이드를 반응시켜 카복시기 함유 공중합체를 합성하였다. 실시예 17∼24에서 합성한 고분자를 표 4에 나타내었다.
실시예 고분자 중량 평균 분자량(달톤)
A B
17 mPEG-PLA-O-CO(CH2)2COO-Na+ 2,000 1,765
18 mPEG-PLGA-O-CO(CH2)2COO-Na+ 5,000 4,500
19 mPEG-PLDO-O-CO(CH2)2COO-Na+ 12,000 10,000
20 mPEG-PCL-O-CO(CH2)2COO-Na+ 12,000 5,000
21 Na+COO-(CH2)2CO-O-PLA-PEG-PLA-O-CO(CH2)2COO-Na+ 3,400 1,200
22 Na+COO-(CH2)2CO-O-PLGA-PEG-PLGA-CO(CH2)2COO-Na+ 10,000 1,000
23 Na+COO-(CH2)2CO-O-PCL-PEG-PCL-CO(CH2)2COO-Na+ 5,000 2,000
24 Na+COO-(CH2)2CO-O-PLDO-PEG-PLDO-CO(CH2)2COO-Na+ 3,400 3,000
양이온성 약물-음이온성 고분자 복합체의 형성
실시예 25: 독소루비신 염산염-함유 mPEG-PLA-O-SO 3 - Na + 고분자 미셀의 제조
실시예 1에서 합성한 m-PEG-PLA-O-SO- 3Na+(10 ㎎)과 독소루비신 염산염(1 ㎎)을 증류수에 용해시켜 표제 고분자 미셀을 제조하였다.
실시예 26: 미노사이클린 염산염-함유 mPEG-PLA-O-SO - 3 Na + 고분자 미셀의 제조
실시예 1에서 합성한 mPEG-PLA-O-SO3 -Na+(20 ㎎)과 미노사이클린 염산염(5 ㎎)을 증류수에 용해시켜 표제 고분자 미셀을 제조하였다.
실시예 27: 미노사이클린 염산염-함유 mPEG-PLA-O-PO 3 2- 2Na + 고분자 미셀의 제조
실시예 9에서 합성한 mPEG-PLA-O-PO3 2-2Na+(20 ㎎)과 미노사이클린 염산염(5 ㎎)을 증류수에 용해시켜 표제 고분자 미셀을 제조하였다.
실시예 28: 미노사이클린 염산염-함유 mPEG-PLA-O-CO(CH 2 ) 2 COO - Na + 고분자 미셀의 제조
실시예 17에서 합성한 mPEG-PLA-O-CO(CH2)2COO-Na+(40㎎)과 미노사이클린 염산염(5 ㎎)을 증류수에 용해시켜 표제 고분자 미셀을 제조하였다.
실시예 29: 인간 G-CSF와 mPEG-PLA-O-SO 3 - Na + 복합체의 제조
실시예 1에서 합성한 mPEG-PLA-O-SO3 -Na+(50 ㎎)과 G-CSF(filgrastim)(1 ㎎)을 증류수에 용해시켜 표제 복합체를 제조하였다.
실시예 30: 인간 성장호르몬(hGH)과 mPEG-PLA-O-SO 3 - Na + 복합체의 제조
실시예 1에서 합성한 mPEG-PLA-O-SO3 -Na+(50 ㎎)과 hGH(1 ㎎)를 증류수에 용해시켜 표제 복합체를 제조하였다.
비교예 1:
제조예 1에서 합성한 음이온기를 함유하지 않는 mPEG-PLA-OH(20 ㎎)과 미노사이클린 염산염(5 ㎎)을 증류수에 용해시켰다.
비교예 2:
제조예 1에서 합성한 음이온기를 함유하지 않는 mPEG-PLA-OH(10 ㎎)과 독소루비신 염산염(1 ㎎)을 증류수에 용해시켰다.
비교예 3:
제조예 1에서 합성한 음이온기를 함유하지 않는 mPEG-PLA-OH(50 ㎎)와 G-CSF(1 ㎎)을 증류수에 용해시켰다.
실험예 1: 약물-고분자 복합체 형성여부의 확인
인간 G-CSF(filgrastim)를 크기 배제 크로마토그래피 칼럼(파마시아, 슈퍼덱스 HR 75)으로 분석(인간 G-CSF 농도 50 ㎍/㎖, 주입량 100 ℓ, 이동상 pH 7.4 PBS, 유속 1 ㎖/min)하였다. 또한, 실시예 29 및 비교예 3의 미셀 용액을 동일한방법으로 분석하였다. 각각의 액체 크로마토그램은 도 4, 5 및 6에 나타난 바와 같다. 도 4, 5 및 6에 나타난 바와 같이, G-CSF는 mPEG-PLA-O-SO3 -Na+와 복합체를 형성하지만, m-PEG-PLA-OH와는 복합체를 형성하지 않음을 확인할 수 있었다.
실험예 2: 약물-고분자 복합체로부터 약물 방출여부 확인
실시예 29의 미셀 용액에 콜린 클로라이드 75 ㎎을 첨가하여 이온성 고분자 미셀로부터 G-CSF를 방출시킨후, 크기 배제 크로마토그래피 칼럼(파마시아, 슈퍼덱스 HR 75)으로 분석(주입량 100 ℓ, 이동상 pH 7.4 PBS, 유속 1 ㎖/min)하였다. 액체 크로마토그램은 도 7에 나타낸 바와 같다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 약물-고분자간의 정전결합은 분리가능한 것이어서, 생체내에서 약물이 고분자로부터 방출될 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 약물-고분자 복합체 형성시 약물이 원래 상태 그대로 존재하며, 분해되거나 응집되지 않음을 확인할 수 있었다.
실험예 3: 약물-고분자 복합체 형성여부의 확인
미노사이클린 염산염을 D2O에 용해시켜 NMR 스펙트럼을 측정하였다. 또한, 실시예 26 및 비교예 1에서 얻은 수용액을 동결건조한후 D2O에 용해시켜 NMR 스펙트럼을 측정하였다. 각각의 NMR 스펙트럼을 도 8, 9 및 10에 나타내었다. 도 9에 나타난 바와 같이, 실시예 26에서 얻은 미셀 용액의 경우, 미노사이클린의 벤젠환내에 존재하는 H 피크가 완전히 사라지고 폴리에틸렌글리콜과 관련된 피크만이 관찰되어, 미노사이클린이 고분자내에 봉입되었음을 확인할 수 있었다. 이에 비해, 도 10에 나타난 바와 같이, 비교예 1에서 얻은 미셀 용액의 경우, 미노사이클린과 폴리에틸렌글리콜의 피크가 모두 관찰되어, 미노사이클린이 고분자내에 봉입되지 않았음을 확인할 수 있었다.
실험예 4: 약물-고분자 복합체 형성여부의 확인
독소루비신 염산염을 D2O에 용해시켜 NMR 스펙트럼을 측정하였다. 또한, 실시예 25에서 얻은 미셀 용액을 동결건조한후 D2O에 용해시켜 NMR 스펙트럼을 측정하였다. 각각의 NMR 스펙트럼을 도 11 및 12에 나타내었다. 도 12에 나타난 바와 같이, 실시예 25에서 얻은 미셀 용액의 경우, 독소루비신의 벤젠환내에 존재하는 H 피크가 완전히 사라지고 폴리에틸렌글리콜과 관련된 피크만이 관찰되어 독소루비신이 고분자내에 봉입되었음을 확인할 수 있었다.
본 발명에 따른 음이온성 고분자는 생체적합성이 우수하고 생분해성이며, 양이온성 약물의 혈중 농도를 향상시키고, 분자내에 다수의 양이온기를 갖는 약물, 특히 펩타이드 또는 단백질 의약품의 경우, 다수의 고분자가 약물을 둘러싸 약물의생체내 효소에 의한 분해를 방지할뿐 아니라, 펩타이드-펩타이드 또는 단백질-단백질간의 복합체 형성을 방지하여 약물의 안정성을 향상시킬 수 있다.

Claims (12)

  1. 하기 화학식 1의 블록 공중합체:
    [화학식 1]
    C-(L)p-XM
    상기 식에서,
    X는 음이온기이고,
    M은 H 또는 양이온염이며,
    C는 A-B, B-A-B 또는 MX-(L)p-B-A-B(여기에서, A는 친수성 고분자이고, B는 소수성 고분자이다)이고,
    L은 -O-, -NH-, -S- 또는 -COO-이며,
    B의 말단이 -OH, -NH2, -SH 또는 -COOH일 때 p는 0이고, B의 말단이 -OH, -NH2, -SH 및 -COOH가 아닐 때 p는 1이다.
  2. 제1항에 있어서,
    A는 폴리알킬렌글리콜, 폴리알킬렌옥사이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리사카라이드, 폴리아크릴아미드, 폴리메타크릴아미드, 폴리비닐알콜 및 그의 유도체로 구성된 그룹으로부터 선택되고,
    B는 폴리(α-하이드록시산), 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리포스파진, 비이온성 측쇄를 갖는 폴리아미노산 및 그의 유도체로 구성된 그룹으로부터 선택되는 블록 공중합체.
  3. 제2항에 있어서,
    A는 폴리에틸렌글리콜, 폴리(에틸렌-코-프로필렌)글리콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐알콜 및 그의 유도체로 구성된 그룹으로부터 선택되고,
    B는 폴리락트산, 폴리글리콜산, 폴리카프로락톤, 폴리디옥산-2-온 및 이들의 공중합체, 폴리언하이드라이드, 폴리오르소에스테르, 폴리포스파진 및 그의 유도체로 구성된 그룹으로부터 선택되는 블록 공중합체.
  4. 제3항에 있어서,
    A는 폴리에틸렌글리콜 또는 그의 유도체이고,
    B는 폴리락트산, 폴리글리콜산, 폴리카프로락톤, 폴리디옥산-2-온 및 이들의 공중합체로 구성된 그룹으로부터 선택되는 블록 공중합체.
  5. 제1항에 있어서, A는 하기 반응식 1에 따라 제조되는 분해성 유도체인 블록 공중합체:
    [반응식 1]
    nZ + (n-1)Y → Z-(Y-Z)n-2-Y-Z
    상기 식에서,
    Z는 분자량 5,000 달톤 이하의 수용성 고분자이고,
    Y는 HOOC-(CH2)m-COOH 또는 O=C=N-(CH2)m-N=C=O(여기에서, m은 0∼10의 정수이다)이며,
    n은 2∼100의 정수이다.
  6. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, A 및 B의 중량 평균 분자량이 각각 100∼100,000 달톤인 블록 공중합체.
  7. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, X는 -SO3 -, -PO3 2-, ＞PO2 -또는 -CO-(CH2)z-COO-(여기서, z는 0∼4의 정수이며, X가 ＞PO2 -인 경우 두개의 C와 결합된다)인 블록 공중합체.
  8. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, M은 1가 또는 2가의 금속염인 블록 공중합체.
  9. 제8항에 있어서, M이 Li+, Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Zn2+또는 Cu2+인 블록 공중합체.
  10. 하기 화학식 2의 약물-고분자 복합체:
    [화학식 2]
    {C-(L)p-X}q-D
    상기 식에서,
    C, L, p 및 X는 각각 제1항에서 정의된 바와 같고,
    D는 양이온성 약물이며,
    q는 1 이상의 정수이다.
  11. 제10항에 있어서, D가 단분자 약물, 펩타이드, 단백질 및 효소로 구성된 그룹으로부터 선택되는 복합체.
  12. 제10항에 있어서, 고분자 미셀, 나노파티클 또는 고분자 젤을 형성하는 복합체.
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