KR100862973B1 - Cationic magnetic nanocomposite for magnetic targeted drug delivery and contrast agent - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 양이온성 자성 나노복합체의 응용분야를 도시한 모식도이다.1 is a schematic diagram showing an application of the cationic magnetic nanocomposite according to the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양이온성 자성 나노복합체의 제조방법을 도시한 모식도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing a method of manufacturing a cationic magnetic nanocomposite according to an embodiment of the present invention.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 나노입자의 투과전자현미경(TEM) 사진이다.3A is a transmission electron microscope (TEM) image of magnetic nanoparticles according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 나노입자의 자기적 특성을 도시한 그래프이다.Figure 3b is a graph showing the magnetic properties of the magnetic nanoparticles according to an embodiment of the present invention.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 음이온성 단량체의 핵자기공명(1H-NMR)의 결과를 도시한 그래프이다.Figure 4a is a graph showing the results of nuclear magnetic resonance ( 1 H-NMR) of the anionic monomer according to an embodiment of the present invention.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 음이온성 단량체의 겔 투과 크로마토그래피(GPC)의 결과를 도시한 그래프이다.Figure 4b is a graph showing the results of gel permeation chromatography (GPC) of the anionic monomer according to an embodiment of the present invention.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 음이온성 고분자의 핵자기공명(1H-NMR)의 결과를 도시한 그래프이다.Figure 5a is a graph showing the results of nuclear magnetic resonance ( 1 H-NMR) of the anionic polymer according to an embodiment of the present invention.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 음이온성 고분자의 겔침투크로마토그래피(GPC)의 결과를 도시한 그래프이다.Figure 5b is a graph showing the results of gel permeation chromatography (GPC) of the anionic polymer according to an embodiment of the present invention.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 음이온성 자성 나노복합체의 투과전자현미경(TEM) 사진이다.6A is a transmission electron microscope (TEM) photograph of an anionic magnetic nanocomposite according to an embodiment of the present invention.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 음이온성 자성 나노복합체의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.6B is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the anionic magnetic nanocomposite according to an embodiment of the present invention.
도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 음이온성 자성 나노복합체의 자기적 특성을 도시한 그래프이다.Figure 6c is a graph showing the magnetic properties of the anionic magnetic nanocomposite according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 음이온성 자성 나노복합체의 열중량분석법(TGA) 결과를 도시한 그래프이다.7 is a graph showing the results of thermogravimetric analysis (TGA) of the anionic magnetic nanocomposite according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 양이온성 고분자의 코팅 비율에 따라 음이온성 자성 나노복합체와 양이온성 자성 나노복합체의 크기 분포 및 제타전위를 나타내는 그래프이다.8 is a graph showing the size distribution and zeta potential of the anionic magnetic nanocomposite and the cationic magnetic nanocomposite according to the coating ratio of the cationic polymer according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 나노입자, 음이온성 자성 나노복합체 및 양이온성 나노복합체의 적외선 분광법(FT-IR)의 결과를 도시한 그래프이다.9 is a graph showing the results of infrared spectroscopy (FT-IR) of magnetic nanoparticles, anionic magnetic nanocomposites and cationic nanocomposites according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 음이온성 및 양이온성 자성 나노복합체의 X-ray 광전자 스펙트럼(XPS)의 결과를 도시한 그래프이다.FIG. 10 is a graph showing the results of X-ray photoelectron spectra (XPS) of anionic and cationic magnetic nanocomposites according to an embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 안에서의 양이온성 자성 나노복합체의 이동성을 나타낸 형광현미경 사진이다.11 is a fluorescence micrograph showing the mobility of the cationic magnetic nanocomposite in the magnetic field according to an embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 양이온성 자성 나노복합체의 농도에 따른 이완성(R2)의 변화를 도시한 그래프이다.12 is a graph showing a change in relaxation (R2) according to the concentration of the cationic magnetic nanocomposite according to an embodiment of the present invention.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 양이온성 자성 나노복합체의 시간별 약물 방출 결과를 도시한 그래프이다.FIG. 13 is a graph showing the results of drug release over time of the cationic magnetic nanocomposite according to an embodiment of the present invention. FIG.
본 발명은 양이온성 자성 나노복합체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자성 나노입자; 및 약제학적 활성성분을 포함하고, 상기 자성 나노입자를 둘러싸고 있는 음이온성 고분자층; 및 상기 음이온성 고분자층을 둘러싸고 있는 양이온성 고분자층을 포함하는 자성 나노복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a cationic magnetic nanocomposite, and more particularly to magnetic nanoparticles; And an anionic polymer layer comprising a pharmaceutically active ingredient and surrounding the magnetic nanoparticles; And it relates to a magnetic nanocomposite comprising a cationic polymer layer surrounding the anionic polymer layer and a manufacturing method thereof.
나노기술은 물질을 원자 또는 분자 수준에서 조절 및 제어하는 기술로서 신물질, 또는 신소자 창출에 적합하여 그 응용분야가 전자, 재료, 통신, 기계, 의약, 농업, 에너지, 및 환경 등 매우 다양하다. Nanotechnology is a technology that controls and controls materials at the atomic or molecular level, and is suitable for the creation of new materials or new devices, and its applications are diverse in electronics, materials, communication, machinery, medicine, agriculture, energy, and environment.
현재 나노기술은 다양하게 발전하고 있으며 크게 세 가지 분야로 분류되어 있다. 첫째, 나노소재로 극미세한 크기의 새로운 물질과 재료를 합성하는 기술에 관한 것이다. 둘째, 나노소자인데 나노크기의 재료들을 조합하거나 배열하여 일정 한 기능을 발휘하는 장치를 제조하는 기술에 관한 것이다. 셋째, 나노-바이오라 불리는 나노기술을 생명공학에 응용하는 기술에 관한 것이다.Currently, nanotechnology is developing variously and classified into three fields. First, it relates to a technology for synthesizing new materials and materials of extremely small sizes with nanomaterials. Secondly, it is a nano device and relates to a technology for manufacturing a device having a certain function by combining or arranging nano-sized materials. Third, the present invention relates to a technology for applying nanotechnology, called nano-bio, to biotechnology.
특히, 나노-바이오 분야에서 자성 나노입자들은 생체 물질의 분리, 자기공명 영상 진단 프로브, 거대자기저항센서를 포함한 바이오 센서, 마이크로 유체계 센서, 약물/유전자 전달, 및 자성 고온치료 등의 넓은 응용범위에 걸쳐 사용되고 있다. In particular, in the field of nano-bio, magnetic nanoparticles have a wide range of applications such as separation of biomaterials, magnetic resonance imaging diagnostic probes, biosensors including giant magnetoresistance sensors, microfluidic sensors, drug / gene delivery, and magnetic pyrotherapy. It is used throughout.
구체적으로 자성 나노입자는 분자 자기공명영상의 진단 프로브 (조영제)로 사용될 수 있다. 자성 나노입자는 나노 입자 주변 물 분자의 수소원자의 스핀-스핀 이완시간을 단축시켜 자기공명영상 신호를 증폭시키는 효과를 나타내 지금까지 공명 영상 진단에 널리 사용되고 있다. Specifically, the magnetic nanoparticles may be used as diagnostic probes (contrast agents) of molecular magnetic resonance imaging. Magnetic nanoparticles have shortened spin-spin relaxation time of hydrogen atoms of water molecules around nanoparticles and amplify magnetic resonance image signals.
또한 자성 나노 입자는 거대 자기-저항 바이오센서 (Giant magnetic resistance (GMR) sensor)의 프로브 물질로 작용할 수 있다. 자성 나노 입자가 거대자기저항 바이오 센서 표면에 패턴되어 있는 생체 분자를 감지하여 결합하면, 자성 입자에 의해 거대자기저항 센서의 전류 신호가 변하게 되고 이를 이용하면 생체분자를 선택적으로 검출할 수 있다. (US 6,452,763 B1; US 6,940,277 B2; US 6,944,939 B2; US 2003/0133232 A1).Magnetic nanoparticles can also act as probe materials for Giant magnetic resistance (GMR) sensors. When the magnetic nanoparticles detect and bind the biomolecules patterned on the surface of the giant magnetoresistive biosensor, the current signal of the giant magnetoresistive sensor is changed by the magnetic particles, and the biomolecules can be selectively detected by using the magnetic particles. (US 6,452,763 B1; US 6,940,277 B2; US 6,944,939 B2; US 2003/0133232 A1).
또한 자성 나노 입자는 생체 분자의 분리에도 응용될 수 있다. 예를 들면, 특정한 생체 마커를 발현하는 세포와 다른 여러 가지 세포들이 섞여 있을 때, 자성 나노 입자가 특정한 생체 마커와 선택적으로 결합하게 한 후, 외부에서 자기장을 걸어주면 자기장 방향으로 원하는 세포만 분리할 수 있다 (Whitehead et al. US patent 4,554,088,US 5,665,582, US 5,508,164, US 2005/0215687 A1 ). 또한 세포의 분리 뿐만 아니라, 단백질, 항원, 펩타이드, DNA, RNA, 및 바이러스 등 다양한 생체 분자의 분리에 응용될 수 있다. 또한 자성 나노 입자는 자성 마이크로 유체 센서에 응용되어 생체 분자를 분리 및 검출할 수 있다. 칩 위에 매우 작은 채널을 만들어 그 안에 자성 나노입자를 흘려줌으로써 마이크로 단위의 유체계에서 검출과 분리가 가능하다. Magnetic nanoparticles can also be applied to the separation of biomolecules. For example, when a cell expressing a specific biomarker is mixed with various other cells, let the magnetic nanoparticles selectively bind to the specific biomarker and then apply a magnetic field from outside to isolate only the desired cell in the direction of the magnetic field. Whitehead et al. US patent 4,554,088, US 5,665,582, US 5,508,164, US 2005/0215687 A1. In addition to the separation of cells, it can be applied to the separation of various biological molecules such as proteins, antigens, peptides, DNA, RNA, and viruses. Magnetic nanoparticles can also be applied to magnetic microfluidic sensors to separate and detect biomolecules. By creating tiny channels on the chip and flowing magnetic nanoparticles into them, they can be detected and separated in microfluidic systems.
한편, 자성 나노입자는 약물 또는 유전자의 전달을 통한 생체 치료에도 사용될 수 있다. 자성 나노 입자에 화학적인 결합 또는 흡착을 통해 약물 또는 유전자를 싣고 외부 자기장을 이용하여 원하는 위치로 이동시켜 원하는 특정부위에 약물 및 유전자를 방출할 수 있게 하여 선택적인 치료효과를 가져올 수 있게 한다 (US 6,855,749).On the other hand, magnetic nanoparticles can also be used for biological treatment through the delivery of drugs or genes. Chemical binding or adsorption to magnetic nanoparticles allows the drug or gene to be loaded and moved to a desired location using an external magnetic field, thereby releasing the drug and gene at a specific site, thereby producing a selective therapeutic effect. 6,855,749).
자성 나노입자의 생체 치료로의 응용의 또 하나의 예로서, 자성 스핀 에너지를 이용한 고온 치료를 들 수 있다 (US 6,530,944 B2, US 5,411,730). 자성 나노 입자는 외부에서 라디오주파수의 교류전류를 흘려주면 스핀 플립핑 (flipping) 과정을 통해 열을 방출하게 된다. 이때 나노 입자 주변의 온도가 40℃ 이상이 되면 세포가 높은 열에 의해 죽게 되어 질병 세포를 선택적으로 사멸 시킬 수 있다.Another example of the application of magnetic nanoparticles to biotherapeutic treatment is high temperature therapy using magnetic spin energy (US 6,530,944 B2, US 5,411,730). Magnetic nanoparticles emit heat through a spin flipping process when an AC current of radio frequency flows from the outside. At this time, if the temperature around the nanoparticles is more than 40 ℃ cells are killed by high heat can selectively kill the diseased cells.
자성 나노입자들이 전술한 용도에 이용되기 위해서는 자기적 성질이 우수하고, 생체 내 즉 수용성 환경에서 안정적으로 운반 및 분산되어야 하며, 생체 활성 물질과 쉽게 결합할 수 있어야 한다. 이러한 조건을 만족시키기 위하여 현재까지 다양한 기술들이 개발되어져 왔다.Magnetic nanoparticles must have good magnetic properties, be stably transported and dispersed in vivo, that is, in an aqueous environment, and can be easily combined with bioactive materials. Various technologies have been developed to meet these conditions.
미국특허공보 US 6,274,121호는 산화철과 같은 금속을 포함한 상자기성 나노입자에 관한 것으로 상기 나노입자의 표면에 조직 특이적인 결합 물질, 진단 또는 약제학적으로 활성인 물질과 커플링(coupling)될 수 있는 결합 자리를 포함하는 무기 물질을 부착한 나노입자를 개시하고 있다. U.S. Patent No. 6,274,121 relates to paramagnetic nanoparticles comprising a metal, such as iron oxide, which is capable of coupling with a tissue specific binding material, a diagnostic or pharmaceutically active material on the surface of the nanoparticle. Disclosed are nanoparticles with an inorganic material comprising a site.
미국특허공보 US 6,638,494호는 산화철과 같은 금속을 포함한 상자기성 나노입자에 관한 것으로 상기 나노입자의 표면에 특정한 카르복실산을 부착하여 중력 또는 자기장에서 나노입자가 응집 및 침전되는 것을 방지하는 방법을 개시하고 있다. 상기 특정한 카르복실산으로는 말레산, 타르타르산, 또는 글루카르산과 같은 지방족 디카르복실산 또는 시트르산, 시클로헥산, 또는 트리카르복실산과 같은 지방족 폴리디카르복실산이 이용되었다.U.S. Patent No. 6,638,494 relates to paramagnetic nanoparticles comprising a metal such as iron oxide, and discloses a method of attaching specific carboxylic acids to the surface of the nanoparticles to prevent the nanoparticles from agglomerating and sedimenting in gravity or magnetic fields. Doing. As the specific carboxylic acid, aliphatic dicarboxylic acid such as maleic acid, tartaric acid, or glutaric acid or aliphatic polydicarboxylic acid such as citric acid, cyclohexane, or tricarboxylic acid was used.
미국특허공개공보 US 2004/58457호는 단층(monolayer)으로 둘러싸인 기능성 나노입자에 관한 것으로 상기 단층에는 이기능성(bifunctional) 펩타이드가 부착되며 상기 펩타이드에는 DNA 및 RNA를 포함한 다양한 생폴리머(biopolymer)가 결합될 수 있다.US 2004/58457 discloses a functional nanoparticle enclosed by a monolayer, wherein a bifunctional peptide is attached to the monolayer, and various biopolymers including DNA and RNA are bound to the peptide. Can be.
영국특허공보 GB 223,127호는 단백질 주형 내 자기 나노 입자 형성 스텝을 포함한 자기 나노 입자 성분 제조 방법에 관한 것으로 아포페리틴에 자성 나노 입자를 캡슐화하는 방법에 대해 기술하였다. British Patent GB 223,127 relates to a method for preparing magnetic nanoparticle components comprising the steps of forming magnetic nanoparticles in a protein template and describes a method of encapsulating magnetic nanoparticles in apoferritin.
미국특허공보 US 2003/190,471호는 이중미셀 (bi-micellear vesicle)안에서 망간 아연 산화물로 나노 입자를 형성시키는 방법에 관한 것으로써 형성된 자성 나노 입자의 열처리 과정을 통해 향상된 성질을 나타내는 나노 입자의 형성에 대해 기술하였다. US 2003 / 190,471 relates to a method for forming nanoparticles with manganese zinc oxide in a bi-micellear vesicle, which is a method for forming nanoparticles having improved properties through heat treatment of formed magnetic nanoparticles. It was described.
미국특허공보 US 2005/130,167는 16-머캅토헥사데카노산(16-mercaptohexadecanoic acid)으로 둘러싸인 수용성 자성 나노 입자의 합성과 합성된 자성 나노 입자에 상 전이제(transfection agent)인 TAT 펩티드(peptide)를 이용하여 세포내 자기적 라벨링(intracellular magnetic labeling)으로 실험 쥐 내의 바이러스 및 mRNA를 검출하는 방법에 관하여 기술하였다. US 2005 / 130,167 discloses the synthesis of water-soluble magnetic nanoparticles surrounded by 16-mercaptohexadecanoic acid and the TAT peptide, a phase infection agent, on the synthesized magnetic nanoparticles. A method for detecting viruses and mRNA in experimental mice by intracellular magnetic labeling was described.
대한민국특허출원 제1998-0705262호는 녹말 코팅과 임의의 폴리알킬렌 옥사이드 코팅을 구비한 초상자성 철 산화물 코어 입자를 포함하는 입자와 이를 포함하는 MRI 조영제를 개시하고 있다.Korean Patent Application No. 1998-0705262 discloses particles comprising superparamagnetic iron oxide core particles having a starch coating and an optional polyalkylene oxide coating and an MRI contrast agent comprising the same.
그러나 상기 방법들로 제조된 수용성 나노입자는 다음과 같은 단점을 갖고 있다. 즉, 전술한 문헌들에서 개시된 나노 입자는 주로 수용액에서 합성하는데 이러한 경우 나노입자의 크기 조절이 어렵고 합성된 나노입자는 불균일한 크기 분포도를 나타낸다. 또한, 저온에서 합성되기 때문에 나노입자의 결정성이 낮으며, 비화학양론적 화합물(non-stoichiometric compound)이 형성되는 경향이 있다. 따라서 상기 방법들로 제조된 나노입자는 수용액에서 콜로이드 안정성이 떨어져 생체 응용 시 뭉침 및 큰 비선택성 결합 등을 나타내는 문제점을 갖고 있다. However, the water-soluble nanoparticles prepared by the above methods have the following disadvantages. That is, the nanoparticles disclosed in the above-mentioned documents are mainly synthesized in an aqueous solution. In this case, it is difficult to control the size of the nanoparticles, and the synthesized nanoparticles exhibit non-uniform size distribution. In addition, since they are synthesized at low temperatures, the crystallinity of the nanoparticles is low, and non-stoichiometric compounds tend to be formed. Therefore, the nanoparticles prepared by the above methods have a problem in that the colloidal stability is poor in aqueous solution, and they show agglomeration and large non-selective bonds in a biological application.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 수용액에서 안정하고 우수한 자기적 성질을 내타내는, 약제학적 활성성분을 포함한 표면이 양이온으로 개질된 자성 나노복합체 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to present a stable and excellent magnetic properties in aqueous solution, the surface of the magnetic nanocomposite containing the pharmaceutically active ingredient modified with a cation and a method for producing the same To provide.
본 발명의 다른 목적은 상기 자성 나노복합체 및 약제학적으로 허용 가능한 담체를 포함하는 조영제 조성물을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a contrast agent composition comprising the magnetic nanocomposite and a pharmaceutically acceptable carrier.
본 발명은 자성 나노입자; 및 약제학적 활성성분을 포함하고, 상기 자성 나노입자를 둘러싸고 있는 음이온성 고분자층; 및 상기 음이온성 고분자층을 둘러싸고 있는 양이온성 고분자층을 포함하는 자성 나노복합체에 관한 것이다.The present invention is a magnetic nanoparticle; And an anionic polymer layer comprising a pharmaceutically active ingredient and surrounding the magnetic nanoparticles; And it relates to a magnetic nanocomposite comprising a cationic polymer layer surrounding the anionic polymer layer.
본 발명에 따른 상기 자성 나노복합체의 특징은 자성 나노입자인 금속, 자성 물질, 또는 자성 합금이 유기성 표면안정제와 결합될 수 있다는 것이다. 여기서 상기 유기성 표면안정제와 금속, 자성 물질, 또는 자성 합금의 결합은 금속, 자성 물질, 또는 자성 합금의 전구물질에 유기성 표면 안정제가 배위하여 착화합물을 형성하여 이루어진다. 상기 유기성 표면 안정제는 자성 나노입자와 음이온성 고분자와의 결합을 안정화시키는 역할을 할 수 있다. The magnetic nanocomposite according to the present invention is characterized in that the magnetic nanoparticle metal, magnetic material, or magnetic alloy can be combined with an organic surface stabilizer. Wherein the organic surface stabilizer and the metal, magnetic material, or the magnetic alloy is bonded to the organic surface stabilizer is coordinated to the precursor of the metal, magnetic material, or magnetic alloy to form a complex compound. The organic surface stabilizer may serve to stabilize the bond between the magnetic nanoparticles and the anionic polymer.
본 발명에 따른 상기 자성 나노복합체의 다른 특징은 음이온성 고분자 내에 약제학적 활성성분이 결합 또는 봉입될 수 있다는 점이다. 또한 음이온성 고분자는 수불용성의 나노입자를 수용성 매질 중에서도 안정화시켜 생체 이용율을 극대화시킬 수 있다. Another feature of the magnetic nanocomposites according to the present invention is that the pharmaceutically active ingredient can be bound or encapsulated within the anionic polymer. In addition, the anionic polymer can maximize the bioavailability by stabilizing the water-insoluble nanoparticles in an aqueous medium.
본 발명에 따른 상기 자성 나노복합체의 또 다른 특징은 자성 나노복합체의 표면이 양이온성 고분자 코팅에 의해 양이온으로 표면 개질되어 자기 약물 표적기 술에 의한 세포 표적효율이 향상된 자기 약물전달체로 사용될 수 있다는 점이다.Another feature of the magnetic nanocomposite according to the present invention is that the surface of the magnetic nanocomposite can be used as a magnetic drug carrier having improved cell targeting efficiency by magnetic drug targeting technology by surface modification of the surface with a cation by a cationic polymer coating. to be.
상기와 같은 본 발명에 따른 자성 나노복합체는 그 제조방법에 따라 하나 이상의 자성 나노입자가 음이온성 고분자 영역에 분포되고, 양이온성 고분자 코팅에 의해 표면이 양이온성을 나타내는 자성 나노복합체(이하, 에멀젼형 자성 나노복합체), 및 하나의 자성 나노입자가 음이온성 고분자와 결합되고 양이온성 고분자 코팅에 의해 그 표면이 양이온성을 나타내는 자성 나노 복합체(이하, 서스펜션형 자성 나노복합체)를 포함한다. 여기서 음이온성 고분자를 자성 나노입자에 결합하게 하는 방법은 치환 방법(substitution method) 및 부가 방법(addition method)이 있으며, 이 중 부가 방법에 의한 것이 바람직하다. 즉, 음이온성 고분자는 수소결합, 반데르발스력, 및 극성 인력 등의 물리적 결합에 의하여 나노입자의 표면과 결합하는 것이 바람직하다. 상기 음이온성 고분자는 메트릭스 내에 나노입자를 분포시키거나, 나노입자의 표면과 결합하는 역할을 할 뿐만 아니라, 필요에 따라서 음이온성 고분자 영역의 메트릭스 내에 약물을 물리적으로 봉입하거나, 그 일 말단에 약물을 화학적으로 결합시킬 수 있다. As described above, the magnetic nanocomposite according to the present invention has one or more magnetic nanoparticles distributed in an anionic polymer region according to the preparation method thereof, and a magnetic nanocomposite having a surface cationic by a cationic polymer coating (hereinafter, referred to as an emulsion type). Magnetic nanocomposites), and magnetic nanocomposites (hereinafter, suspension type magnetic nanocomposites) in which one magnetic nanoparticle is combined with an anionic polymer and whose surface is cationic by a cationic polymer coating. Here, the method of binding the anionic polymer to the magnetic nanoparticles includes a substitution method and an addition method, and among them, the addition method is preferable. That is, the anionic polymer is preferably bonded to the surface of the nanoparticles by physical bonding such as hydrogen bonds, van der Waals forces, and polar attraction force. The anionic polymer not only serves to distribute the nanoparticles in the matrix, or to bind to the surface of the nanoparticles, but also to physically encapsulate the drug in the matrix of the anionic polymer region as necessary, or to apply the drug at one end thereof. It can be chemically bound.
상기 에멀젼형 및 서스펜션형 자성 나노복합체의 자성 나노입자는 유기성 표면 안정제가 금속, 자성 물질, 또는 자성 합금과 배위 결합되어 있는 것이 바람직하다.In the magnetic nanoparticles of the emulsion-type and suspension-type magnetic nanocomposites, it is preferable that an organic surface stabilizer is coordinated with a metal, a magnetic material, or a magnetic alloy.
또한 상기 에멀젼형 자성 나노복합체의 바람직한 직경은 60nm 내지 200nm이고, 서스펜션형 자성 나노복합체의 바람직한 직경은 5nm 내지 50nm이다.In addition, the preferable diameter of the emulsion-type magnetic nanocomposite is 60nm to 200nm, the preferred diameter of the suspension-type magnetic nanocomposite is 5nm to 50nm.
본 발명에 따른 자성 나노복합체의 “자성 나노입자(nanoparticles)”는 자 성을 가지고, 직경이 1nm 내지 1000nm, 바람직하게는 2nm 내지 100nm인 입자라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 그 예로는 금속 물질(metal material), 자성 물질(magnetic material), 또는 자성 합금(magnetic alloy)인 것이 바람직하다. The "nanoparticles" of the magnetic nanocomposite according to the present invention are magnetic and may be used without limitation as long as the particles have a diameter of 1 nm to 1000 nm, preferably 2 nm to 100 nm. It is preferably a material, a magnetic material, or a magnetic alloy.
상기 금속 물질은 특별히 제한되지는 않으나 Pt, Pd, Ag, Cu 및 Au로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.The metal material is not particularly limited but is preferably at least one selected from the group consisting of Pt, Pd, Ag, Cu and Au.
상기 자성 물질 역시 특별히 제한되지는 않으나, Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM'2O4, 및 MxOy (M 및 M'은 각각 독립적으로 Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd, 또는 Cr을 나타내고, x 및 y는 각각 식 “0 < x ≤3” 및 “0 < y ≤5”을 만족한다.)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.The magnetic material is also not particularly limited, but Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM ' 2 O 4 , And M x O y (M and M 'each independently represent Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd, or Cr, and x and y satisfy the expressions "0 <x ≤ 3" and "0 <y ≤ 5", respectively). Preferably at least one selected from the group consisting of
또한 상기 자성 합금 역시 특별히 제한되지는 않으나, CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe 및 NiFeCo로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.In addition, the magnetic alloy is also not particularly limited, but is preferably at least one selected from the group consisting of CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe, and NiFeCo.
또한 상기 금속 물질, 자성 물질, 또는 자성 합금은 유기성 표면안정제와 결합되어 있는 것이 바람직하다. 표면 안정제(surface stabilizer)는 본 발명의 나노입자의 상태와 크기를 안정화시킬 수 있는 유기 기능성 분자를 의미하며 대표적인 예로는 계면활성제를 들 수 있다. In addition, the metal material, magnetic material, or magnetic alloy is preferably combined with an organic surface stabilizer. Surface stabilizer means an organic functional molecule capable of stabilizing the state and size of the nanoparticles of the present invention, and representative examples thereof include surfactants.
상기 계면활성제는 알킬 트라이메틸암모늄 할라이드(alkyl trimethylammonium halide)를 포함하는 양이온 계면활성제; 올레산 (oleic acid), 라우르산(lauric acid), 또는 도데실산(dodecylic acid)과 같은 포화 또는 불포화 지방산, 트리옥틸포스핀 옥사이드(trioctylphosphine oxide: TOPO), 트리옥틸포스핀(trioctylphosphine: TOP), 또는 트리부틸포스핀(tributylphosphine)과 같은 트리알킬포스핀 또는 트리알킬포스핀옥사이드, 올레익아민(oleic amine), 트리옥틸아민(trioctylamine), 또는 옥틸아민(octylamine)과 같은 알킬아민(alkyl amine), 또는 알킬티올(alkyl thiol)을 포함하는 중성 계면활성제; 및 소디움 알킬 설페이트 (sodium alkyl sulfate), 또는 소디움 알킬 포스페이트 (sodium alkyl phosphate)를 포함하는 음이온 계면활성제를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 특히, 나노입자의 안정화 및 균일한 크기 분포를 고려할 때, 포화 또는 불포화 지방산 및/또는 알킬아민을 사용하는 것이 바람직하다.The surfactant may be a cationic surfactant including an alkyl trimethylammonium halide; Saturated or unsaturated fatty acids such as oleic acid, lauric acid, or dodecylic acid, trioctylphosphine oxide (TOPO), trioctylphosphine (TOP), Or alkyl amines such as trialkylphosphine or trialkylphosphine oxides such as tributylphosphine, oleic amine, trioctylamine, or octylamine Or neutral surfactants including alkyl thiols; And anionic surfactants including sodium alkyl sulfate, or sodium alkyl phosphate, but are not limited thereto. In particular, considering the stabilization and uniform size distribution of the nanoparticles, preference is given to using saturated or unsaturated fatty acids and / or alkylamines.
본 발명에서 상기 자성 나노입자는 음이온성 고분자층에 의해 둘러싸여져 있다.
음이온성 고분자는 특별히 제한되지 않으나, 폴리포스파젠, 폴리락티드, 폴리락티드-코-글리콜라이드, 폴리카프로락톤, 폴리안하이드라이드, 폴리말릭산 또는 그 유도체, 폴리알킬시아노아세테이트, 폴리하이드록시부틸레이트, 폴리카보네이트, 폴리오르소에스테르, 폴리 아미노산, 비닐계열 고분자, 폴리글리코릭에시드(PGA), 폴리알킬렌글리콜(PAG), 및 폴리비닐피롤리돈(PVP)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다. 또한 상기 음이온성 고분자는 중량평균분자량이 100 내지 10000인 것이 바람직하다.In the present invention, the magnetic nanoparticles are surrounded by an anionic polymer layer.
The anionic polymer is not particularly limited, but polyphosphazene, polylactide, polylactide-co-glycolide, polycaprolactone, polyanhydride, polymalic acid or derivatives thereof, polyalkylcyanoacetate, polyhydride Selected from the group consisting of oxybutylate, polycarbonate, polyorthoester, poly amino acid, vinyl series polymer, polyglycolic acid (PGA), polyalkylene glycol (PAG), and polyvinylpyrrolidone (PVP) It is preferred that there is at least one. In addition, the anionic polymer preferably has a weight average molecular weight of 100 to 10000.
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한편, 상기 음이온성 고분자층은 균일한 입자를 생성하기 위하여 필요에 따라 유기성 표면안정제를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 표면안정제는 폴리비닐알콜, 플루오닉 계열 고분자, 폴리에틸렌 글리콜 에테르 계열 고분자, 폴리옥시에틸렌소비탄 모놀리에이트(monooleate) 계열 고분자, 옥틸페닐-폴리에틸렌 글리콜, 노일(nonyl)페닐-폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 도데실 에테르, 또는 폴리에틸렌 글리콜 t-옥틸페닐 에테르와 같은 고분자 계열 계면활성제; 소디움 도데실 설페이트와 같은 소디움 알킬 설페이트; 소디움 콜레이트(cholate) 하이드레이트; N,N-비스[3-(D-글루코나미도)프로필]데옥시콜아마이드(deoxycholamide) 또는 N,N-비스[3-(D-글루코나미도)프로필]콜아마이드(cholamide)와 같은 아마이드; 시클로헥실메틸 베타-D-말토사이드(maltoside), 2-시클로헥실메틸 베타-D-말토사이드(maltoside), 5-시클로헥실펜틸 베타-D-말토사이드(maltoside), 6-시클로헥실펜틸 베타-D-말토사이드(maltoside), 데실-베타-D-말토사이드(maltoside), 라우릴-베타-D-말토사이드(maltoside), 세틸-베타-D-말토사이드(maltoside), 또는 언데실-베타-D-말토사이드(maltoside)와 같은 말토사이드(maltoside); 데실-베타-D-1-티오말토피라노사이드(maltopyranoside), 옥틸 베타-D-글루코피라노사이드(pyranoside), 또는 데실-베타-D-1-티오글루코피라노사이드(pyranoside), 옥틸 베타-D-1-티오글루코피라노사이드(pyranoside)와 같은 피라노사이드(pyranoside); 옥틸 글루코사이드; 디기토닌; 디메틸데실포스파젠 옥사이드; 및 N-옥타노일-N-메틸글루카민, N-노나노일-N-메틸글루카민, 또는 N-도카노일-N-메틸글루카민과 같은 글루카민으로 이 루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.On the other hand, it is preferable that the anionic polymer layer further comprises an organic surface stabilizer as needed to produce uniform particles. The surface stabilizer is polyvinyl alcohol, fluoric polymer, polyethylene glycol ether polymer, polyoxyethylene sorbitan monooleate polymer, octylphenyl-polyethylene glycol, nonylphenyl-polyethylene glycol, polyethylene glycol Polymeric surfactants such as dodecyl ether, or polyethylene glycol t-octylphenyl ether; Sodium alkyl sulfates such as sodium dodecyl sulfate; Sodium cholate hydrate; Amides such as N, N-bis [3- (D-gluconamido) propyl] deoxycholamide or N, N-bis [3- (D-gluconamido) propyl] cholamide ; Cyclohexylmethyl beta-D-maltoside, 2-cyclohexylmethyl beta-D-maltoside, 5-cyclohexylpentyl beta-D-maltoside, 6-cyclohexylpentyl beta- D-maltoside, decyl-beta-D-maltoside, lauryl-beta-D-maltoside, cetyl-beta-D-maltoside, or undecyl-beta Maltosides, such as -D-maltoside; Decyl-beta-D-1-thiomaltopyranoside, octyl beta-D-glucopyranoside, or decyl-beta-D-1-thioglucopyranoside, octyl beta Pyranosides such as -D-1-thioglucopyranoside; Octyl glucoside; Digitonin; Dimethyldecylphosphazene oxide; And one or more selected from the group consisting of glucamine, such as N-octanoyl-N-methylglucamine, N-nonanoyl-N-methylglucamine, or N-docanoyl-N-methylglucamine. desirable.
상기 음이온성 고분자는 하나 이상의 소수성 영역과 하나 이상의 친수성 영역을 가지는 양친매성 화합물일 수 있다.The anionic polymer may be an amphiphilic compound having at least one hydrophobic region and at least one hydrophilic region.
상기 소수성 영역은 포화 지방산, 불포화 지방산 및 소수성 고분자로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다. 상기 포화 지방산은 특별히 제한되지 않으나, 부티르산, 카프로산, 카프릴산, 카프릭산, 라우르산(도데실산), 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 에이코사노산, 및 도코사노산으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있으며, 불포화 지방산 역시 특별히 제한되지 않으나, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 아라키돈산, 에이코사펜타노산, 도코사헥사노산, 및 에르크산으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. 또한 상기 소수성 고분자는 특별히 제한되지 않으나, 폴리포스파젠, 폴리락티드, 폴리락티드-코-글리콜라이드, 폴리카프로락톤, 폴리안하이드라이드, 폴리말릭산 또는 그 유도체, 폴리알킬시아노아크릴레이트, 폴리하이드록시부틸레이트, 폴리카보네이트, 폴리오르소에스테르, 소수성 폴리 아미노산 및 소수성 비닐계열 고분자로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.The hydrophobic region is preferably at least one selected from the group consisting of saturated fatty acids, unsaturated fatty acids and hydrophobic polymers. The saturated fatty acid is not particularly limited, but includes butyric acid, caproic acid, caprylic acid, capric acid, lauric acid (dodecyl acid), myristic acid, palmitic acid, stearic acid, eicosanoic acid, and docosanoic acid. It is possible to use one or more selected from the group consisting of, unsaturated fatty acids are also not particularly limited, but one or more selected from the group consisting of oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, arachidonic acid, eicosaptanoic acid, docosahexanoic acid, and erric acid Can be used. In addition, the hydrophobic polymer is not particularly limited, polyphosphazene, polylactide, polylactide-co-glycolide, polycaprolactone, polyanhydride, polymalic acid or derivatives thereof, polyalkylcyanoacrylate, It is preferably at least one selected from the group consisting of polyhydroxybutylate, polycarbonate, polyorthoester, hydrophobic polyamino acid and hydrophobic vinyl series polymer.
상기 친수성 영역은 폴리알킬렌글리콜(PAG), 폴레에테르이미드(PEI), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 친수성 폴리 아미노산 및 친수성 비닐계열 고분자로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.The hydrophilic region is preferably at least one selected from the group consisting of polyalkylene glycol (PAG), polyetherimide (PEI), polyvinylpyrrolidone (PVP), hydrophilic polyamino acid and hydrophilic vinyl series polymer.
상기 자성 나노복합체의 음이온성 고분자에는 약제학적 활성성분이 결합 또는 봉입되어 있다.In the anionic polymer of the magnetic nanocomposite, a pharmaceutically active ingredient is bound or encapsulated.
상기 약제학적 활성 성분은 특별히 제한되지는 않으나, 항암제, 항생제, 호르몬, 호르몬길항제, 인터루킨, 인터페론, 성장 인자, 종양 괴사 인자, 엔도톡신, 림포톡시, 유로키나제, 스트렙토키나제, 조직 플라스미노겐 활성제, 프로테아제 저해제, 알킬포스포콜린, 방사선 동위원소로 표지된 성분, 심혈관계 약물, 위장관계 약물 및 신경계 약물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다.The pharmaceutically active ingredient is not particularly limited, but anticancer drugs, antibiotics, hormones, hormonal antagonists, interleukin, interferon, growth factor, tumor necrosis factor, endotoxin, lymphpotoxy, urokinase, streptokinase, tissue plasminogen activator, protease inhibitor At least one selected from the group consisting of alkylphosphocholine, a radioisotope labeled component, a cardiovascular drug, a gastrointestinal drug, and a nervous system drug.
또한 상기 자성 나노복합체의 음이온성 고분자층은 양이온성 고분자층으로 둘러싸여져 있다. In addition, the anionic polymer layer of the magnetic nanocomposite is surrounded by a cationic polymer layer.
상기 양이온성 고분자는 특별히 제한되지 않으나, 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 폴리에틸렌이민 (polyethylene imine), 키토산, 폴리라이신 및 폴리비닐아민 (polyvinyl amine)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 상기 양이온성 고분자는 중량평균분자량이 100 내지 10000인 것이 바람직하다.The cationic polymer is not particularly limited, but preferably includes at least one selected from the group consisting of polyacrylamide, polyethylene imine, chitosan, polylysine, and polyvinyl amine. In addition, the cationic polymer preferably has a weight average molecular weight of 100 to 10000.
상기 자성 나노복합체는 화학적인 결합 또는 물리적인 봉입을 통해 약제학적 활성성분을 포함하고, 이를 외부 자기장을 이용하여 원하는 위치로 이동시켜 특정 부위에 약제학적 활성성분의 방출을 가능하게 하여 선택적인 치료효과를 가져올 수 있는 표적부위자기약물전달체로 이용될 수 있다. 상기 자성 나노복합체는 양이온성을 나타내어 세포표적효율이 향상됨을 특징으로 한다.The magnetic nanocomposite contains a pharmaceutically active ingredient through chemical bonding or physical encapsulation, and moves it to a desired position by using an external magnetic field, thereby enabling the release of the pharmaceutically active ingredient at a specific site, thereby providing a selective therapeutic effect. It can be used as a target site magnetic drug carrier that can bring. The magnetic nanocomposite is characterized in that the cell target efficiency is improved by showing cationicity.
본 발명은 또한,The present invention also provides
A) 자성 나노입자를 용매에서 합성하는 단계; A) synthesizing magnetic nanoparticles in a solvent;
B) 음이온성 고분자를 상기 자성 나노입자 표면에 부가하여 음이온성 고분자와 자성 나노입자를 결합시키는 단계;B) adding an anionic polymer to the surface of the magnetic nanoparticle to bind the anionic polymer and the magnetic nanoparticle;
C) 음이온성 고분자 내에 약제학적 활성성분을 결합 또는 봉입하는 단계; 및C) binding or encapsulating the pharmaceutically active ingredient in the anionic polymer; And
D) 약제학적 활성성분을 포함하고, 자성 나노입자를 둘러싸고 있는 음이온성 고분자층을 양이온성 고분자로 표면 개질하는 단계를 포함하는 자성 나노복합체의 제조방법에 관한 것이다.D) It relates to a method for producing a magnetic nanocomposite comprising the step of surface-modifying an anionic polymer layer containing a pharmaceutically active ingredient and surrounding the magnetic nanoparticles with a cationic polymer.
이하 본 발명에 따른 자성 나노복합체의 제조방법의 각 단계를 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, each step of the manufacturing method of the magnetic nanocomposite according to the present invention will be described in more detail.
상기 자성 나노입자를 용매에서 합성하는 단계 A)는 자성 나노입자 전구체와 유기성 표면안정제를 반응시키는 단계로서,Synthesizing the magnetic nanoparticles in a solvent is a step of reacting the magnetic nanoparticle precursor with the organic surface stabilizer,
a) 용매의 존재 하에 자성 나노입자 전구체와 유기성 표면 안정제를 반응시키는 단계; 및a) reacting the magnetic nanoparticle precursor with the organic surface stabilizer in the presence of a solvent; And
b) 상기 반응물을 열분해하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.b) preferably pyrolyzing the reactant.
상기 단계 a)는 유기성 표면 안정제가 포함된 용매에 나노입자 전구체를 투입하여 나노입자 표면에 표면 안정제를 배위시키는 단계이다. Step a) is a step of coordinating the surface stabilizer on the surface of the nanoparticles by introducing a nanoparticle precursor in a solvent containing an organic surface stabilizer.
상기 단계 a)에서 사용되는 자성 나노입자 및 유기성 표면 안정제의 구체적인 종류는 상술한 바와 같다. Specific types of the magnetic nanoparticles and the organic surface stabilizer used in step a) are as described above.
상기 단계 a)의 자성 나노입자 전구체는 금속과 -CO, -NO, -C5H5, 알콕사이드(alkoxide) 또는 기타 공지의 리간드가 결합된 금속화합물을 사용할 수 있으며, 구체적으로 아이언펜타카르보닐 (iron pentacarbonyl, Fe(CO)5), 페로센(ferrocene), 또는 망간카르보닐(Mn2(CO)10) 등의 금속 카르보닐계열의 화합물; 또는 철 아세틸아세토네이트 (Fe(acac)3) 등의 금속 아세틸아세토네이트 계열의 화합물 등의 다양한 유기금속화합물들을 사용할 수 있다. 또한 자성 나노입자 전구체로는 금속과 Cl-, 또는 NO3 - 등의 공지된 음이온과 결합된 금속이온을 포함한 금속염을 사용할 수 있으며, 구체적으로 삼클로로화철(FeCl3), 이클로로화철(FeCl2), 또는 철 나이트레이트 (Fe(NO3)3) 등을 사용할 수 있다. 또한 합금 나노입자와 복합 나노입자 합성에서는 위에서 언급한 2종 이상의 금속의 전구체의 혼합물을 사용할 수 있다.The magnetic nanoparticle precursor of step a) may use a metal compound in which a metal and -CO, -NO, -C 5 H 5 , an alkoxide or other known ligand are bound, specifically, iron pentacarbonyl ( metal carbonyl compounds such as iron pentacarbonyl, Fe (CO) 5 ), ferrocene, or manganese carbonyl (Mn 2 (CO) 10 ); Or various organometallic compounds such as metal acetylacetonate-based compounds such as iron acetylacetonate (Fe (acac) 3 ). In addition, as the magnetic nanoparticle precursor, a metal salt including a metal ion bonded to a metal and a known anion such as Cl − or NO 3 − may be used. Specifically, iron trichloride (FeCl 3 ) or iron dichlorochloride (FeCl). 2 ), or iron nitrate (Fe (NO 3 ) 3 ) may be used. In addition, in the synthesis of alloy nanoparticles and composite nanoparticles, a mixture of precursors of two or more metals mentioned above may be used.
상기 a) 단계에서 사용 가능한 용매는 나노입자 표면에 유기성 표면 안정제 가 배위된 착화합물의 열분해 온도에 근접하는 높은 끊는점을 가지는 것이 바람직하며, 예를 들어 에테르계 화합물, 헤테로고리화합물, 방향족화합물, 술폭사이드화합물, 아마이드화합물, 알코올, 탄화수소 및 물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 사용할 수 있다.The solvent usable in step a) preferably has a high breaking point close to the pyrolysis temperature of the complex compound in which the organic surface stabilizer is coordinated on the surface of the nanoparticle, for example, an ether compound, a heterocyclic compound, an aromatic compound, and a sulfoxide. One selected from the group consisting of side compounds, amide compounds, alcohols, hydrocarbons and water can be used.
구체적으로 상기 용매는 옥틸 에테르(octyl ether), 부틸 에테르(butyl ether), 헥실 에테르(hexyl ether), 또는 데실 에테르(decyl ether)와 같은 에테르계 화합물; 피리딘, 또는 테트라하이드로퓨란(THF)과 같은 헤테로고리화합물; 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌, 또는 벤젠과 같은 방향족화합물: 디메틸술폭사이드(DMSO)와 같은 술폭사이드화합물; 디메틸포름아마이드(DMF)와 같은 아마이드화합물; 옥틸알코올, 또는 데칸올과 같은 알코올; 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 데칸, 도데칸, 테트라데칸, 또는 헥사데칸과 같은 탄화수소, 또는 물을 사용할 수 있다.Specifically, the solvent may be an ether compound such as octyl ether, butyl ether, hexyl ether, or decyl ether; Heterocyclic compounds such as pyridine or tetrahydrofuran (THF); Aromatic compounds such as toluene, xylene, mesitylene, or benzene: sulfoxide compounds such as dimethyl sulfoxide (DMSO); Amide compounds such as dimethylformamide (DMF); Alcohols such as octyl alcohol or decanol; Hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane, octane, decane, dodecane, tetradecane, or hexadecane, or water can be used.
상기 a) 단계의 반응 조건은 특별히 제한되지 않으며, 자성 나노입자의 전구체 및 유기성 표면 안정제의 종류에 따라 적절히 조절할 수 있다. 반응은 실온 또는 그 이하의 온도에서도 형성될 수 있으나, 통상적으로는 약 30 ~ 200℃의 범위로 가열 및 유지시키는 것이 바람직하다.The reaction conditions of step a) are not particularly limited and may be appropriately adjusted according to the kind of precursor of the magnetic nanoparticles and the organic surface stabilizer. The reaction may be formed even at room temperature or below, but it is usually desirable to heat and maintain in the range of about 30-200 ° C.
상기 b) 단계는 나노입자 표면에 유기성 표면 안정제가 배위된 착화합물을 열분해하여 나노입자를 성장시키는 단계이다. 이 때 반응조건에 따라 균일한 크기 및 형상의 금속 나노입자를 형성할 수 있으며, 열분해 온도역시 자성 나노입자의 전구체 및 표면 안정제의 종류에 따라 적절히 조절할 수 있다. 바람직하게는 약 50 ~ 500℃에서 반응시키는 것이 적절하다. 상기 b) 단계에서 제조된 나노입자는 공지의 수단을 통하여 분리 및 정제할 수 있다. Step b) is a step of growing nanoparticles by pyrolyzing the complex compound in which the organic surface stabilizer is coordinated on the nanoparticle surface. In this case, metal nanoparticles having a uniform size and shape may be formed according to reaction conditions, and pyrolysis temperature may also be appropriately adjusted according to the type of precursor and surface stabilizer of the magnetic nanoparticles. Preferably it is appropriate to react at about 50 ~ 500 ℃. The nanoparticles prepared in step b) can be separated and purified through known means.
본 발명에 따른 자성 나노복합체의 제조방법의 단계 B)는 음이온성 고분자를 상기 나노입자 표면에 부가하여 음이온성 고분자와 나노입자를 결합시키는 단계로서, 상술한 바와 같이 에멀젼에 의한 방법과 서스펜션에 의한 방법으로 구분된다.Step B) of the method for preparing a magnetic nanocomposite according to the present invention is a step of adding an anionic polymer to the surface of the nanoparticle to bind the anionic polymer and the nanoparticle, and by the method and suspension by emulsion as described above. It is divided into methods.
보다 구체적으로, 상기 단계 B)는 More specifically, step B)
a) 자성 나노입자 및 음이온성 고분자를 유기용매에 용해시켜 오일상을 제조하는 단계;a) dissolving the magnetic nanoparticles and the anionic polymer in an organic solvent to prepare an oil phase;
b) 상기 오일상과 수용상을 혼합하여 에멀젼을 형성하는 단계; 및b) mixing the oil phase and the aqueous phase to form an emulsion; And
c) 상기 에멀젼으로부터 오일상을 분리하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 a) 내지 c)단계를 포함하는 방법에 의하여 본 발명에 따른 에멀젼형 자성 나노복합체를 제조할 수 있다.c) may comprise the step of separating the oil phase from the emulsion, it can be prepared an emulsion-type magnetic nanocomposite according to the present invention by a method comprising the steps a) to c).
또한 상기 단계 B)는 In addition, step B)
d) 자성 나노입자 및 음이온성 고분자를 용매에서 분산시켜 현탁액을 제조하는 단계; 및d) dispersing the magnetic nanoparticles and the anionic polymer in a solvent to prepare a suspension; And
e) 상기 현탁액으로부터 용매를 분리하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 d) 및 e)단계를 포함하는 방법에 의하여 본 발명에 따른 서스펜스형 자성 나노복합체 를 제조할 수 있다.e) separating the solvent from the suspension, and the suspension-type magnetic nanocomposite according to the present invention may be prepared by the method comprising the steps d) and e).
상기 단계 B)에 있어서, 음이온성 고분자는 폴리헥사데실시아노아세테이트인 것이 바람직하며, 이에 대한 구체적인 종류는 상술한 바와 같다.In step B), the anionic polymer is preferably polyhexadecylcyanoacetate, and the specific kind thereof is as described above.
한편, 단계 B)에 있어서, 음이온성 고분자는 당업계에 공지된 방법에 의하여 제조할 수 있다. 일 예를 들어, 폴리헥사데실시아노아세테이트는 헥사데실시아노아세테이트 단량체를 에틸 알코올과 메틸렌클로라이드 용액에서 용해하고, 이 용액에 포름알데히드 수용액과 디메틸아민 수용액을 첨가하여 25℃에서 12시간 동안 반응을 진행한 후, 생성된 중합체를 5mL의 메틸렌클로라이드를 가해 녹인 다음 과량의 디에틸에테르에 소량씩 떨어뜨리고 생성된 침전물을 여과하고, 디에틸에테르로 세척한 후 하루 동안 감압ㆍ건조하여 얻을 수 있다. On the other hand, in step B), the anionic polymer can be prepared by a method known in the art. For example, polyhexadecylcyanoacetate dissolves hexadecylcyanoacetate monomer in an ethyl alcohol and methylene chloride solution, and adds an aqueous formaldehyde solution and an aqueous dimethylamine solution to the solution for 12 hours at 25 ° C. After proceeding, the resulting polymer is dissolved by adding 5 mL of methylene chloride, and then dropped in an excess of diethyl ether in small portions, and the resulting precipitate is filtered, washed with diethyl ether, and dried under reduced pressure and drying for one day.
본 발명에 따른 나노복합체의 제조 방법에 있어서, 음이온성 고분자내에 약제학적 활성성분을 결합 또는 봉입하는 단계 C)는 약제학적 활성 성분을 음이온성 고분자와 화학적으로 결합시키는 단계 및 약제학적 활성 성분을 음이온성 고분자 내에 물리적으로 봉입하는 단계로 구분할 수 있다.In the method for preparing a nanocomposite according to the present invention, the step C) of binding or encapsulating the pharmaceutically active ingredient in the anionic polymer chemically binds the pharmaceutically active ingredient to the anionic polymer and the pharmaceutically active ingredient is anion. Physically encapsulated in the polymer can be divided into steps.
상기 화학적 결합 단계는 The chemical bonding step
f)가교제를 사용하여 음이온성 고분자의 일부에 약제학적 활성성분 결합영역을 제공하는 단계; 및f) providing a pharmaceutically active ingredient binding region to a portion of the anionic polymer using a crosslinking agent; And
g) 상기 약제학적 활성성분 결합영역과 약제학적 활성 성분을 결합시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. g) preferably comprising the step of binding the pharmaceutically active ingredient binding region and the pharmaceutically active ingredient.
상기 f) 단계에 있어서, 사용되는 가교제는 특별히 제한되지 않으나,In step f), the crosslinking agent used is not particularly limited,
1,4-디이소티오시아나토벤젠(1,4-Diisothiocyanatobenzene), 1,4-페닐린 디이소시아네이트(1,4-Phenylene diisocyanate), 1,6-디이소시아나토헥산(1,6-Diisocyanatohexane), 4-(4-말레이미도페닐)뷰트릭산 노말-하이드록시숙신이미드 에스터(4-(4-Maleimidophenyl)butyric acid N-hydroxysuccinimide ester), 포스겐(Phosgene solution), 4-(말레이미도)페닐 이소시아네이트(4-(Maleinimido)phenyl isocyanate), 1,6-헥산디아민(1,6-Hexanediamine), p-니트로페닐클로로포르메이트(p-Nitrophenyl chloroformate), 노말-하이드록시숙신이미드(N-Hydroxysuccinimide), 1,3-디시클로헥실카르보이미드(1,3-Dicyclohexylcarbodiimide), 1,1′-카르보닐디이미다졸(1,1′-Carbonyldiimidazole), 3-말레이미도벤조익산 노말-하이드록시숙신이미드 에스터(3-Maleimidobenzoic acid N-hydroxysuccinimide ester), 에틸렌디아민(Ethylenediamine), 비스(4-니트로페닐)카르보네이트(Bis(4-nitrophenyl) carbonate), 숙시닐 클로라이드(Succinyl chloride), N-(3-디메틸아미노프로필)-N′-에틸카르보이미드 하이드로클로라이드(N-(3-Dimethylaminopropyl)-N′-ethylcarbodiimide Hydrochloride), N,N′-디숙신이미딜 카르보네이트(N,N′-Disuccinimidyl carbonate), N-숙신이미딜3-(2-피리딜디티오)프로피오네이트(N-Succinimidyl 3-(2-pyridyldithio)propionate), 및 숙시닉 언하이드라이드(sucinic anhydride)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 가교제는 음이온성 고분자의 일부와 반응하여 -COOH, -CHO, -NH2, -SH, -CONH2, -PO3H, -PO4H, -SO3H, -SO4H, -OH, -NR4 +X-, -술포네이트, -니트레이트, -포스포네이트, -숙신이미딜기, -말레이미드기, 또는 -알킬기와 같은 약제학적활성성분 결합영역을 제공한다. 1,4-Diisothiocyanatobenzene, 1,4-phenylene diisocyanate, 1,6-diisocyanatohexane , 4- (4-maleimidophenyl) butyric acid normal-hydroxysuccinimide ester (4- (4-Maleimidophenyl) butyric acid N-hydroxysuccinimide ester), phosgene solution, 4- (maleimido) phenyl Isocyanate (4- (Maleinimido) phenyl isocyanate), 1,6-hexanediamine (1,6-Hexanediamine), p-Nitrophenyl chloroformate, normal-hydroxysuccinimide (N-Hydroxysuccinimide ), 1,3-Dicyclohexylcarbodiimide, 1,1'-carbonyldiimidazole, 3-maleimidobenzoic acid normal-hydroxysuccinate 3-Maleimidobenzoic acid N-hydroxysuccinimide ester, Ethylenediamine, Bis (4-nitrophenyl) carbonate bonate), Succinyl chloride, N- (3-dimethylaminopropyl) -N'-ethylcarbodiimide hydrochloride (N- (3-Dimethylaminopropyl) -N'-ethylcarbodiimide Hydrochloride), N, N ' N-Succinimidyl 3- (2-pyridyldithio) propionate, N-Succinimidyl 3- (2-pyridyldithio) propionate, And one or more selected from the group consisting of succinic anhydrides. The crosslinking agent reacts with a portion of the anionic polymer to -COOH, -CHO, -NH 2 , -SH, -CONH 2 , -PO 3 H, -PO 4 H, -SO 3 H, -SO 4 H, -OH , -NR 4 + X - provides a pharmaceutical active ingredient-binding region, such as alkyl -, - sulfonate, - nitrates,-phosphonate-succinimidyl group, - a maleimide group, or a.
상기 f) 단계의 약제학적 활성성분 결합영역과 약제학적 활성성분의 결합은, 각 활성성분의 종류 및 이의 화학식에 따라 변화될 수 있으며, 그 대표적인 예를 하기 표 1에 나타내었다.The binding of the pharmaceutically active ingredient binding region and the pharmaceutically active ingredient of step f) may vary depending on the type of each active ingredient and its chemical formula, and representative examples thereof are shown in Table 1 below.
한편, 물리적 봉입 단계는 음이온성 고분자를 상기 나노입자 표면에 부가하여 음이온성 고분자와 나노입자를 결합시키는 상기 B) 단계에서 약제학적 활성 성분을 나노입자와 함께 용해시켜 봉입할 수 있다. 보다 구체적으로 에멀젼형 나노복합체에 약제학적 활성성분을 봉입하는 경우 상술한 나노입자 및 음이온성 고분자를 유기용매에 용해시켜 오일상을 제조하는 단계 a)에서 약제학적 활성 성분을 나노입자와 함께 유기용매에 용해시키고, 수용상과 혼합하여 에멀젼을 형성한 후 오일상을 분리하면 음이온성 고분자 내에 약제학적 활성성분을 물리적으로 봉입할 수 있다. 또한 서스펜션형 나노복합체에 약제학적 활성성분을 봉입하는 경우 상술한 나노입자 및 음이온성 고분자를 용액에서 분산시켜 현탁액을 제조하는 d) 단계에서 약제학적 활성 성분을 나노입자와 함께 분산시켜 현탁액을 제조한 후 용매를 분리하면 음이온성 고분자 내에 약제학적 활성 성분을 물리적으로 봉입할 수 있다.On the other hand, the physical encapsulation step may be encapsulated by dissolving the pharmaceutically active ingredient together with the nanoparticles in step B) to add an anionic polymer to the surface of the nanoparticles to combine the anionic polymer and the nanoparticles. More specifically, in the case of encapsulating a pharmaceutically active ingredient in an emulsion-type nanocomposite, the above-mentioned nanoparticles and anionic polymers are dissolved in an organic solvent to prepare an oil phase. It is possible to physically enclose the pharmaceutically active ingredient in the anionic polymer by dissolving in an aqueous phase, mixing with the aqueous phase to form an emulsion, and then separating the oil phase. In addition, in the case of encapsulating the pharmaceutically active ingredient in the suspension-type nanocomposite, the suspension is prepared by dispersing the pharmaceutically active ingredient together with the nanoparticles in step d) of dispersing the above-described nanoparticles and anionic polymer in a solution to prepare a suspension. After the solvent is separated, the pharmaceutically active ingredient may be physically enclosed in the anionic polymer.
본 발명의 제조방법의 단계 D)는 약제학적 활성성분을 포함하고, 자성 나노입자를 둘러싸고 있는 음이온성 고분자층을 양이온성 고분자로 표면 개질하는 단계이다. 상기 단계 D)에 있어서 양이온성 고분자는 폴리에틸렌이민인 것이 바람직하며, 이에 대한 구체적인 종류는 상술한 바와 같다. 상기 단계를 통하여 자성 나노복합체가 양이온으로 표면 개질되어 세포표적효율이 향상된다.Step D) of the preparation method of the present invention is a step of surface modification of the anionic polymer layer containing the pharmaceutically active ingredient and surrounding the magnetic nanoparticles with a cationic polymer. In the step D), the cationic polymer is preferably polyethylenimine, and specific types thereof are as described above. Through this step, the magnetic nanocomposite is surface-modified with a cation to improve cell target efficiency.
상기 단계 A), B), C) 및 D)에 의해 생성된 자성 나노복합제는 당업계에 공지된 방법을 이용하여 분리할 수 있다. 상기 방법의 예로는 일반적으로 침전물로 생성되는 자성 나노복합체를 원심분리 또는 여과를 이용하여 분리하는 방법을 들 수 있다. The magnetic nanocomposites produced by steps A), B), C) and D) can be separated using methods known in the art. An example of the method is a method of separating the magnetic nanocomposites generally produced as precipitates by centrifugation or filtration.
본 발명은 또한 상기 자성 나노복합체 및 약제학적으로 허용되는 담체를 포함하는 조영제 조성물에 관한 것이다. The invention also relates to a contrast agent composition comprising the magnetic nanocomposite and a pharmaceutically acceptable carrier.
본 발명에 따른 조영제 조성물에 사용되는 담체는 의약 분야에서 통상 사용되는 담체 및 비히클을 포함하며, 구체적으로 이온 교환 수지, 알루미나, 알루미늄 스테아레이트, 레시틴, 혈청 단백질(예, 사람 혈청 알부민), 완충 물질(예, 각종 인산염, 글리신, 소르브산, 칼륨 소르베이트, 포화 식물성 지방산의 부분적인 글리세라이드 혼합물), 물, 염 또는 전해질(예, 프로타민 설페이트, 인산수소이나트륨, 인산수소캄륨, 염화나트륨 및 아연 염), 교질성 실리카, 마그네슘 트리실리케이트, 폴리비닐피롤리돈, 셀룰로즈계 기질, 폴리에틸렌 글리콜, 나트륨 카르복시메틸셀룰로즈, 폴리아릴레이트, 왁스, 폴리에틸렌 글리콜 또는 양모지 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 조영제 조성물은 또한 상기 성분들 이외에 윤활제, 습윤제, 유화제, 현탁제, 또는 보존제 등을 추가로 포함할 수 있다.Carriers used in the contrast agent composition according to the present invention include carriers and vehicles commonly used in the pharmaceutical field, and specifically, ion exchange resins, alumina, aluminum stearate, lecithin, serum proteins (eg, human serum albumin), buffer materials (E.g. partial glyceride mixtures of various phosphates, glycine, sorbic acid, potassium sorbate, saturated vegetable fatty acids), water, salts or electrolytes (e.g. protamine sulfate, disodium hydrogen phosphate, potassium hydrogen phosphate, sodium chloride and zinc salt) , Colloidal silica, magnesium trisilicate, polyvinylpyrrolidone, cellulose based substrates, polyethylene glycol, sodium carboxymethylcellulose, polyarylates, waxes, polyethylene glycols or wool, and the like. The contrast agent compositions of the present invention may also further comprise lubricants, wetting agents, emulsifiers, suspending agents, preservatives and the like in addition to the above components.
한 양태로서, 본 발명에 따른 조영제 조성물은 비경구 투여를 위한 수용성 용액으로 제조할 수 있으며, 바람직하게는 한스 용액(Hank’s solution), 링거 용액(Ringer’s solution) 또는 물리적으로 완충된 염수와 같은 완충 용액을 사용할 수 있다. 수용성 주입(injection) 현탁액은 소디움 카르복시메틸셀룰로즈, 솔비톨 또는 덱스트란과 같이 현탁액의 점도를 증가시킬 수 있는 기질을 첨가할 수 있다.In one embodiment, the contrast agent composition according to the present invention may be prepared as an aqueous solution for parenteral administration, preferably a buffered solution such as Hanks' solution, Ringer's solution or physically buffered saline. Can be used. Aqueous injection suspensions can be added with a substrate that can increase the viscosity of the suspension, such as sodium carboxymethylcellulose, sorbitol or dextran.
본 발명의 조영제 조성물의 다른 바람직한 양태는 멸균 주사용 수성 또는 유성 현탁액의 멸균 주사용 제제의 형태일 수 있다. 이러한 현탁액은 적합한 분산제 또는 습윤제(예를 들면 트윈 80) 및 현탁화제를 사용하여 본 분야에 공지된 기술에 따라 제형화할 수 있다. 멸균 주사용 제제는 또한 무독성의 비경구적으로 허용되는 희석제 또는 용매 중의 멸균 주사 용액 또는 현탁액(예를 들면 1,3-부탄디올 중의 용액)일 수 있다. 사용될 수 있는 비히클 및 용매로는 만니톨, 물, 링거 용액 및 등장성 염화나트륨 용액이 있다. 또한, 멸균 비휘발성 오일이 통상적으로 용매 또는 현탁화 매질로서 사용된다. 이러한 목적을 위해 합성 모노 또는 디글리세라이드를 포함하여 자극성이 적은 비휘발성 오일은 그 어느 것도 사용할 수 있다.Another preferred embodiment of the contrast composition of the present invention may be in the form of sterile injectable preparations of sterile injectable aqueous or oily suspensions. Such suspensions may be formulated according to techniques known in the art using suitable dispersing or wetting agents (eg Tween 80) and suspending agents. Sterile injectable preparations may also be sterile injectable solutions or suspensions (eg solutions in 1,3-butanediol) in nontoxic parenterally acceptable diluents or solvents. Vehicles and solvents that may be used include mannitol, water, Ringer's solution, and isotonic sodium chloride solution. In addition, sterile, nonvolatile oils are conventionally employed as a solvent or suspending medium. For this purpose any non-irritating non-volatile oil can be used including synthetic mono or diglycerides.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 조영제 조성물을 생체 또는 시료에 투여하는 단계; 및 The invention also comprises administering a contrast agent composition according to the invention to a living body or a sample; And
상기 생체 또는 시료로부터 자성 나노복합체에 의해 발산되는 신호를 감지하여 영상을 수득하는 단계를 포함하는 조영제 조성물의 이용방법에 관한 것이다.It relates to a method of using a contrast agent composition comprising the step of obtaining an image by detecting a signal emitted by the magnetic nanocomposite from the living body or sample.
상기에서 사용된 용어 “시료”는 진단하고자 하는 대상으로부터 분리한 조직 또는 세포를 의미한다. 또한 상기 조영제 조성물을 생체 또는 시료에 주입하는 단계는 의약 분야에서 통상적으로 이용되는 경로를 통해 투여될 수 있으며, 비경구 투여가 바람직하고 예를 들어 정맥내, 복강내, 근육내, 피하 또는 국부 경로를 통하여 투여할 수 있다.The term "sample" as used above refers to tissue or cells isolated from a subject to be diagnosed. In addition, the step of injecting the contrast agent composition into a living body or a sample may be administered via a route commonly used in the pharmaceutical field, parenteral administration is preferred, for example, intravenous, intraperitoneal, intramuscular, subcutaneous or topical route. It can be administered through.
상기 이용방법에 있어서, 자성 나노복합체에 의해 발산되는 신호는 자기장을 이용하는 각종 장비들에 의해서 감지될 수 있으며, 특히 자기공명영상 장치(MRI)가 바람직하다.In the method of use, the signal emitted by the magnetic nanocomposite can be detected by a variety of equipment using a magnetic field, particularly magnetic resonance imaging device (MRI) is preferred.
자기공명영상 장치는 강력한 자기장 속에 생체를 넣고 특정 주파수의 전파를 조사하여 생체조직에 있는 수소 등의 원자핵에 에너지를 흡수시켜 에너지가 높은 상태로 만든 후, 상기 전파를 중단하여 상기 수소 등의 원자핵 에너지가 방출되게 하고 이 에너지를 신호로 변환하여 컴퓨터로 처리하여 영상화한 장치이다. 자기 또는 전파는 골에 방해를 받지 않기 때문에 단단한 골 주위 또는 뇌나 골수의 종양에 대하여 종단, 횡단 또는 그 외의 임의의 각도에서 선명한 입체적인 단층상을 얻을 수 있다. 특히 상기 자기 공명 영상 장치는 T2 스핀-스핀 이완 자기 공명영상 장치인 것이 바람직하다.A magnetic resonance imaging apparatus puts a living body in a strong magnetic field and irradiates radio waves of a specific frequency to absorb energy into atomic nuclei such as hydrogen in biological tissues to make the energy high, and then stops propagating the atomic nuclei energy such as hydrogen. It is a device that processes the energy by converting this energy into a signal and processing it with a computer. Since magnetism or propagation is not obstructed by bone, a clear three-dimensional tomographic image can be obtained at a longitudinal, transverse or any other angle around the solid bone or tumors of the brain or bone marrow. In particular, the magnetic resonance imaging apparatus is preferably a T2 spin-spin relaxation magnetic resonance imaging apparatus.
또한 본 발명에 따라 형성된 자성 나노복합체를 이용하면 생체 분자의 분리, 진단 또는 치료 등의 나노 표지자 (probe) 및 약물 또는 유전자 전달체 (delivery vehicle) 등에 이용될 수 있다. In addition, the magnetic nanocomposites formed according to the present invention can be used for nano-probes and drugs or delivery vehicles for separation, diagnosis or treatment of biological molecules.
자성 나노복합체를 이용한 생체 진단의 한 대표적인 예로서 분자 자기공명영상 진단 또는 자기 이완 센서 (magnetic relaxation sensor)를 들 수 있다. 자성 나노복합체는 그 크기가 커짐에 따라 더 큰 T2 조영효과를 나타내는데, 이러한 성질을 이용하면 생체 분자를 검출하는 센서로 사용될 수 있다. 즉, 특정한 생체 분자가 자성 나노복합체의 엉김을 유도하게 되면 이에 의해 T2 자기 공명 영상 효과가 증대된다. 이러한 차이를 이용하여 생체 분자를 검출한다. As a representative example of a biopsy using a magnetic nanocomposite, molecular magnetic resonance imaging or a magnetic relaxation sensor may be mentioned. Magnetic nanocomposites show a larger T2 contrast effect as their size increases, which can be used as a sensor to detect biomolecules. That is, when a specific biomolecule induces agglomeration of the magnetic nanocomposite, the T2 magnetic resonance imaging effect is increased. This difference is used to detect biomolecules.
또한 본 발명에 따른 자성 나노복합체는 거대 자기-저항 바이오센서 (Giant magnetic resistance (GMR) sensor)의 진단 물질이 될 수 있다. 자성 나노복합체는 기존의 마이크로 미터 (10-6 m) 크기의 비드 (US 6,452,763 B1; US 6,940,277 B2; US 6,944,939 B2; US 2003/0133232 A1)보다 더 우수한 자기적 특징, 수용액에서의 콜로이드 안정성, 낮은 비선택성 결합을 나타낼 수 있으므로, 기존 거대자기저항 바이오 센서의 검출한계를 크게 높일 수 있는 가능성을 갖고 있다. In addition, the magnetic nanocomposite according to the present invention may be a diagnostic material of a giant magnetic resistance (GMR) sensor. Magnetic nanocomposites have better magnetic characteristics, colloidal stability in aqueous solution, lower than conventional micrometer (10 -6 m) size beads (US 6,452,763 B1; US 6,940,277 B2; US 6,944,939 B2; US 2003/0133232 A1) Since non-selective bonds can be represented, there is a possibility to greatly increase the detection limit of the existing large magnetoresistive biosensor.
또한 본 발명에 따른 자성 나노복합체는 자성 마이크로 유체 센서를 이용한 분리 및 검출, 약물 또는 유전자의 전달, 자성 고온 치료법에 이용될 수 있다. In addition, the magnetic nanocomposite according to the present invention can be used for separation and detection using magnetic microfluidic sensors, delivery of drugs or genes, and magnetic high temperature therapy.
한편 본 발명에 따른 자성 나노복합체는 또한 다른 진단 프로브와 결합되어 이중 또는 다중 진단 프로브로 사용될 수 있다. 예를 들면, 수용성 자성 나노복합체에 T1 자기공명 영상 진단 프로브를 결합시키면 T2 자기공명영상 및 T1자기공명영상 진단을 동시에 진행할 수 있으며, 광학 진단 프로브를 결합시키면 자기공명 영상과 광학 이미징을 동시에 할 수 있고, CT 진단 프로브를 결합시키면 자기공명영상과 CT 진단을 동시에 할 수 있다. 또한 방사선 동위원소와 결합시키면 자기공명영상과 PET, SPECT 진단을 동시에 할 수 있다. Meanwhile, the magnetic nanocomposites according to the present invention can also be combined with other diagnostic probes and used as dual or multiple diagnostic probes. For example, combining a T1 magnetic resonance imaging probe with a water-soluble magnetic nanocomposite enables simultaneous diagnosis of T2 magnetic resonance imaging and T1 magnetic resonance imaging, and combining optical diagnostic probes enables simultaneous magnetic resonance imaging and optical imaging. Combined with CT diagnostic probe, MRI and CT diagnosis can be performed simultaneously. In addition, when combined with radioisotopes, magnetic resonance imaging, PET, and SPECT can be simultaneously diagnosed.
상기 T1 자기공명 영상 진단 프로브는 Gd 화합물, Mn화합물 등을 포함하며, 광학 진단 프로브는 유기 형광 염료(dye), 양자점, 혹은 염료 표지 (dye labelled) 무기 지지체 (예 SiO2, Al2O3))를 포함하고, CT 진단 프로브는 I (요오드) 화합물, 금 나노 입자를 포함하며, 방사선 동위원소는 In, Tc, F 등을 포함한다. The T1 magnetic resonance imaging probe includes a Gd compound, a Mn compound, and the like, and the optical diagnostic probe may be an organic fluorescent dye (dye), a quantum dot, or a dye labeled inorganic support (eg SiO 2 , Al 2 O 3 ) CT diagnostic probes include I (iodine) compounds, gold nanoparticles, and radioisotopes include In, Tc, F, and the like.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것 일뿐, 어떠한 의미로도 본 발명을 제한하지 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are only intended to illustrate the invention and do not limit the invention in any sense.
<< 제조예Production Example 1> 포화지방산을 이용한 고민감도 자성 나노입자의 제조 1> Preparation of High Sensitivity Magnetic Nanoparticles Using Saturated Fatty Acids
6nm의 마그네타이트(Fe3O4)는, 각각 0.6몰의 도데실산과 도데실 아민을 290℃의 벤질에테르 용매에서 철 트리아세틸아세토네이트 (Aldrich)를 열분해 화학반응(thermal decomposition)하여 (30분) 합성하였다. 12nm 산화철 나노입자는 도데실산(0.2몰), 도데실 아민(0.1몰), 상기 6nm 산화철 나노입자(10 mg/ml) 및 철 트리아세틸아세토네이트를 포함하는 벤질에테르 용액을 290℃에서 30분 동안 가열하여 제조하였다. 제조된 자성나노입자의 투과전자현미경 사진을 도 3a에 도시하였다. 진동 시료 마그네토미터(vibration sample magnetometer, VSM)를 이용하여 측정한 자기적 특성은 도 3b에 도시하였다.6 nm of magnetite (Fe 3 O 4 ) was subjected to thermal decomposition of iron triacetylacetonate (Aldrich) with 0.6 moles of dodecyl acid and dodecyl amine in a benzyl ether solvent at 290 ° C. (30 minutes). Synthesized. 12 nm iron oxide nanoparticles were benzyl ether solution containing dodecyl acid (0.2 mol), dodecyl amine (0.1 mol), the 6 nm iron oxide nanoparticles (10 mg / ml) and iron triacetylacetonate at 290 ℃ for 30 minutes Prepared by heating. A transmission electron micrograph of the prepared magnetic nanoparticles is shown in FIG. 3A. Magnetic properties measured using a vibration sample magnetometer (VSM) are shown in FIG. 3B.
<< 제조예Production Example 2> 2> 음이온성Anionic 소수성 단량체의 중합 Polymerization of Hydrophobic Monomers
0.99g의 헥사데칸올(분자량 242.44)을 25mL의 메틸렌클로라이드(methylene chloride, MC)에 용해시킨 후, 이 용액을 0.38g의 시아노아세틱에시드가 녹아있는 2.5mL의 에틸아세테이트에 섞었다. 0.93g의 1,3-디시클로헥실카르보이미드(1,3-Dicyclohexylcarbodiimide, DCC)와 0.11g의 1,4-디메틸아미노피리딘(1,4-dimethylaminopyridine, DMAP)을 첨가하여 25℃에서 6시간 동안 반응을 진행하였다. 생성된 단량체를 5mL의 메틸렌클로라이드를 가해 녹인 다음 과량의 디에틸에테르에 소량씩 떨어뜨리고, 생성된 침전물을 여과하고, 디에틸에테르로 세척한 후 하루 동안 감압ㆍ건조하여 헥사데실시아노아세테이트(Hexadecylcyanoacetate, HDCA) 단량체를 얻었다(수율 91.0%, 손실량 포함). 0.99 g of hexadecanol (molecular weight 242.44) was dissolved in 25 mL of methylene chloride (MC), and the solution was mixed with 2.5 mL of ethyl acetate containing 0.38 g of cyanoacetic acid. 0.93 g of 1,3-dicyclohexylcarbodiimide (DCC) and 0.11 g of 1,4-dimethylaminopyridine (DMAP) were added for 6 hours at 25 ° C. The reaction proceeded. 5 mL of methylene chloride was added to dissolve the resulting monomer, and the solution was dropped in an excess of diethyl ether in small portions. The resulting precipitate was filtered, washed with diethyl ether, and dried under reduced pressure and dried for one day (Hexadecylcyanoacetate). , HDCA) monomer (yield 91.0%, including loss).
제조된 HDCA 단량체가 3.46ppm 근처에서 시아노아세틱에시드의 피크를, 4.20ppm, 1.68ppm, 1.26ppm과 0.88ppm 근처에서 헥사데칸올의 피크를 주는 핵자기공명(NMR)의 결과를 도 4a에 도시하였다. 또한, HDCA의 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 상대 분자량을 도 4b에 나타내었다.The results of nuclear magnetic resonance (NMR), in which the prepared HDCA monomer gives the peak of cyanoacetic acid at 3.46 ppm and the peak of hexadecanol at 4.20 ppm, 1.68 ppm, 1.26 ppm and 0.88 ppm, are shown in FIG. 4A. It was. In addition, the relative molecular weight by gel permeation chromatography (GPC) of HDCA is shown in FIG. 4B.
<< 제조예Production Example 3> 3> 음이온성Anionic 고분자의 중합 Polymerization
3.1g의 HDCA 단량체를 30mL의 에틸 알코올과 5mL의 메틸렌클로라이드 용액에서 용해시켰다. 이 용액에 0.42mL의 포름알데히드 수용액(37.0%)과 0.16mL의 디메틸아민 수용액(40.0%)이 첨가되어 25℃에서 12시간 동안 반응을 진행하였다. 생성된 중합체를 5mL의 메틸렌클로라이드를 가해 녹인 다음 과량의 디에틸에테르에 소량씩 떨어뜨리고 생성된 침전물을 여과하고, 디에틸에테르로 세척한 후 하루 동안 감압ㆍ건조하여 폴리헥사데실시아노아세테이트(poly(hexadecylcyanoacetate), PHDCA) 중합체를 얻었다. (수율은 88.6%, ,손실량 포함).3.1 g of HDCA monomer was dissolved in 30 mL of ethyl alcohol and 5 mL of methylene chloride solution. 0.42 mL of formaldehyde aqueous solution (37.0%) and 0.16 mL of dimethylamine aqueous solution (40.0%) were added to the solution, and the reaction was carried out at 25 ° C. for 12 hours. 5 mL of methylene chloride was added to dissolve the resulting polymer, which was then dropped in an excess of diethyl ether in small portions. The resulting precipitate was filtered, washed with diethyl ether, and dried under reduced pressure and dried for one day to obtain polyhexadecylcyanoacetate (poly (hexadecylcyanoacetate), PHDCA) polymer was obtained. (Yield 88.6%, including loss).
수소핵자기공명(1H-NMR) 및 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 상대 분자량을 확인하였고, 이를 각각 도 5a 및 5b에 도시하였다. 도 5a에 도시된 바와 같이 수소핵자기 공명(1H-NMR)을 이용하여 3.64ppm에서 단량체 사이 결합부위인 -CH2- 피크를 확인하였고, 4.27ppm, 1.75ppm, 1.26ppm과 0.88ppm에서 헥사데실시아노아세테이트의 피크를 확인하였다. 또한, 도 5b에 도시된 바와 같이 겔 투과 크로마토그래피(GPC)를 이용하여 PHDCA 고분자의 검출시간이 HDCA 단량체에 비해 단축된 것을 확인 할 수 있었다. Relative molecular weights were confirmed by hydrogen nuclear magnetic resonance (1H-NMR) and gel permeation chromatography (GPC), which are shown in FIGS. 5A and 5B, respectively. As shown in FIG. 5A, -CH 2 -peak, which is a binding site between monomers, was identified at 3.64 ppm using hydrogen nuclear magnetic resonance (1H-NMR), and hexade at 4.27 ppm, 1.75 ppm, 1.26 ppm and 0.88 ppm. The peak of the anoacetate was confirmed. In addition, it was confirmed that the detection time of the PHDCA polymer was shorter than that of the HDCA monomer by using gel permeation chromatography (GPC) as shown in FIG. 5B.
<< 실시예Example 1> 1> 음이온성Anionic 고분자를 이용한 Polymer 에멀젼형Emulsion type 음이온성Anionic 자성 나노복합체의 제조 Preparation of Magnetic Nanocomposites
제조예 1에서 제조한 자성 나노입자 20mg, 상기 제조예 3에서 제조한 음이온성 고분자 100mg 및 항암제(Doxorubicine, DOX) 5mg를 오일상인 10mL의 클로로포름(chloroform)에 용해시켰다. 이 오일상을 20mL의 3% 폴리비닐알코올 수용상과 혼합시킨 후, 이 혼합물을 420W의 초음파에 의해 10분 동안 포화시켰다. 상기 에멀젼을 12시간 동안 교반하여 오일상을 증발시키고 원심분리와 겔 필트레이션 컬럼(Sephacryl S-100)을 통하여 분순물이 제거된 음이온성 자성 나노복합체를 제조하였다. 제조된 입자는 10 mL의 PBS용액에 재 분산시켰고, 투과 전자 현미경와 주사 전자 현미경을 사용하여 확인하였으며, 이를 각각 도 6a, 6b에 도시하였다. 또한, VSM을 통하여 초상자성인 것을 확인하였고 이를 도 6c에 도시하였다. 한편, 음이온성 자성 나노복합체의 열중량분석법(TGA) 결과를 도 7에 도시하였다. 형광현미경으로 자기장 안에서의 자기적 이동성을 확인하기 위해 0.5mg의 로다민비(Rhodamine B)를 입자안에 봉입시켰다.20 mg of the magnetic nanoparticles prepared in Preparation Example 1, 100 mg of the anionic polymer prepared in Preparation Example 3, and 5 mg of the anticancer agent (Doxorubicine, DOX) were dissolved in 10 mL of chloroform as an oil phase. This oil phase was mixed with 20 mL of 3% polyvinyl alcohol aqueous phase and then the mixture was saturated for 10 minutes by 420 W of ultrasound. The emulsion was stirred for 12 hours to evaporate the oil phase, and anionic magnetic nanocomposites were prepared by removing the impurities through centrifugation and gel filtration columns (Sephacryl S-100). The prepared particles were redispersed in 10 mL of PBS solution and confirmed using a transmission electron microscope and a scanning electron microscope, which are shown in FIGS. 6A and 6B, respectively. In addition, it was confirmed that the superparamagnetic through the VSM and shown in Figure 6c. Meanwhile, thermogravimetric analysis (TGA) results of the anionic magnetic nanocomposites are shown in FIG. 7. 0.5 mg of Rhodamine B (Rhodamine B) was encapsulated in the particles to verify magnetic mobility in the magnetic field by fluorescence microscopy.
<< 실시예Example 2> 2> 양이온성Cationic 고분자 코팅을 이용한 With polymer coating 양이온성Cationic 자성 나노복합체의 제조 Preparation of Magnetic Nanocomposites
실시예 1에서 제조한 음이온성 자성 나노복합체 8μg을 PBS용액 1mL에, 폴리에틸렌이민(polyethylenimine, PEI) 4, 8, 12, 16, 20, 40 및 80μg을 PBS용액 1mL에 각각 첨가시켰다. 이 혼합물을 20초간 와동(vortex)시키고, 자연스럽게 이온간 결합을 이룰 수 있도록 15분간 4℃에서 섞었다. 제조된 양이온성 자성 나노복합체는 원심분리를 통해 자성입자를 포함하지 않고 있는 입자는 제거하고 1ml의 PBS용액에 재 분산시켰다. 음이온성 자성 나노복합체와 PEI의 비율에 따른 양이온성 자성 나노복합체의 크기와 제타전위는 동적 레이저 광 산란법을 사용하여 확인하였고 이를 각각 도 8에 도시하였다. 또한, 음이성 자성 나노복합체와 양이온성 자성 나노복합체에서의 자성 나노입자와 PEI의 존재를 적외선 분광법(FT-IR)을 사용하여 확인하였고 이를 도 9에 도시하였다. 도 9a는 PHDCA 음이온성 고분자를 이용한 에멀젼형 음이온성 나노입자의 특성피크를 나타내고, 도 9b는 PHDCA 음이온성 고분자를 이용한 에멀젼형 음이온성 자성 나노 복합체의 특성피크를 나타내며, 도 9c는 양이온성 고분자 코팅을 이용한 양이온성 자성 나노복합체의 특성피크를 나타낸다. 도 9에 도시된 바와 같이 PHDCA 고분자는 헥사데칸올과 시아노아세틱에시드의 결합부위인 에스테르 결합의 피크는 1740cm-1에서 확인하였다. 자성 나노입자의 피크는 550cm-1에서 확인하였고, PEI의 아민기(-NH2)의 피크는 1600cm-1에서 확인하였다. 한편, 음이온성 자성 나노복합체와 양이온성 자성 나노복합체의 표면 원소 분석을 위해 XPS를 사용하여 측정하였고 이를 도 10에 도시하였다. 도 10a는 음이온성 자성 나노복합체를 나타내며, 도 10b는 양이온성 자성 나노복합체를 나타낸다. 양이온성 자성 나노복합체의 산소원자 비율이 음이온성 자성 나노복합체에 비해 낮은 것으로 보아, 음이온성 자성 나노복합체이 PEI코팅에 의해 양이온성으로 표면처리되었음을 확인하였다. 또한, 형광현미경으로 자기장안에서의 자기적 이동성을 확인하기 위해 0.5 mg의 플루오르사인 이소시오싸이네이트(FITC)를 PEI와 화학적 결합시켰다.8 μg of the anionic magnetic nanocomposite prepared in Example 1 was added to 1 mL of PBS solution, and 4, 8, 12, 16, 20, 40 and 80 μg of polyethyleneimine (polyethylenimine, PEI) were added to 1 mL of PBS solution, respectively. The mixture was vortexed for 20 seconds and mixed at 4 ° C. for 15 minutes to allow for natural ionic bonds. The prepared cationic magnetic nanocomposite was centrifuged to remove particles containing no magnetic particles and redispersed in 1 ml of PBS solution. The size and zeta potential of the cationic magnetic nanocomposite according to the ratio of the anionic magnetic nanocomposite and the PEI were confirmed by using a dynamic laser light scattering method, respectively. In addition, the presence of magnetic nanoparticles and PEI in the negative magnetic nanocomposite and the cationic magnetic nanocomposite was confirmed using infrared spectroscopy (FT-IR), which is shown in FIG. 9. Figure 9a shows the characteristic peak of the emulsion type anionic nanoparticles using the PHDCA anionic polymer, Figure 9b shows the characteristic peak of the emulsion type anionic magnetic nanocomposites using the PHDCA anionic polymer, Figure 9c is a cationic polymer coating The characteristic peak of the cationic magnetic nanocomposite using As shown in FIG. 9, the peak of the ester bond, which is the binding site of hexadecanol and cyanoacetic acid, was found at 1740 cm −1 . Peak of the magnetic nanoparticles was confirmed at 550cm -1, the peak of an amine group (-NH2) of the PEI was confirmed at 1600cm -1. On the other hand, for the surface element analysis of the anionic magnetic nanocomposite and the cationic magnetic nanocomposite was measured using XPS and shown in FIG. 10A shows anionic magnetic nanocomposites, and FIG. 10B shows cationic magnetic nanocomposites. As the oxygen atom ratio of the cationic magnetic nanocomposite was lower than that of the anionic magnetic nanocomposite, it was confirmed that the anionic magnetic nanocomposite was cationicly surface treated by PEI coating. In addition, 0.5 mg of fluorosine isocyanate (FITC) was chemically bound to PEI to confirm magnetic mobility in the magnetic field by fluorescence microscopy.
<< 시험예Test Example 1> 1> 양이온성Cationic 고분자 Polymer 코팅를Coating 이용한 Used 양이온성Cationic 자성 나노복합체의 자석을 이용한 약물 전달체로서의 가능성 확인 Identification of Magnetic Nanocomposites as Drug Carriers Using Magnets
양이온 자성 나노복합체는 외부 자기장(Nd-B-Fe 자석, 0.35T)에 민감하게 정렬하는 것을 도 11에서 확인하였다. 양이온성 자성 나노복합체는 형광물질(로다민 비, rhodamine B)이 봉입돼 있고, 표면이 형광물질(플루오레세인 아이소씨오씨아네이트, FITC)과 결합되어있다. 도 11a와 도 11b은 로다민 B에 의해 형광이 띠는 것을 관찰한 것이고, 도 11c와 도 11d는 FITC에 의해 형광이 띠는 것을 관찰한 것이다. 도 11a와 도 11c는 외부 자기장이 작용하지 않는 상태에서 정지된 입자상태를 나타내고, 도 11 b와 도 11d는 외부 자기장 작용하에서 정렬된 입자상태를 나타낸다. It was confirmed in FIG. 11 that the cationic magnetic nanocomposite is sensitively aligned to an external magnetic field (Nd-B-Fe magnet, 0.35T). Cationic magnetic nanocomposite is filled with fluorescent material (rhodamine B), and the surface is bonded with fluorescent material (fluorescein isocyanate, FITC). 11A and 11B show fluorescence by Rhodamine B, and FIGS. 11C and 11D show fluorescence by FITC. 11A and 11C show stationary particle states without an external magnetic field acting, and FIGS. 11B and 11D show particle states aligned under an external magnetic field action.
<< 시험예Test Example 2> 2> 양이온성Cationic 고분자 Polymer 코팅를Coating 이용한 Used 양이온성Cationic 자성 나노복합체의 조영제로서의 가능성 확인 Confirmation of Potential as Contrast Agents in Magnetic Nanocomposites
양이온성 자성 나노복합체의 자기 공명 영상 조영 효과를 확인하기 위하여, 상기 실시예 2에서 제조된 수용성 자성나노복합체의 철 농도 기준으로 0.25, 0.125, 0.0625, 0.0313 그리고 0.0156 mM로 적정하여 PCR 튜브에 주입하였다. 자기공명영상의 조영효과를 보기 위해 1.5 T(Intera; Philips Medical Systems, Best, The Netherlands) 시스템을 사용하였으며, micro-47 코일을 이용하였다. FFE (Fast Field Echo) 펄스열을 가지고 관상면의 영상을 얻었다. 구체적인 파라미터는 다음과 같았다: 해상도 156× 156㎛, 절편두께 0.6mm, TE = 20ms, TR =400ms, 영상여기횟수 1, 영상획득시간 6 분. In order to confirm the magnetic resonance imaging contrast effect of the cationic magnetic nanocomposite, titration was performed at 0.25, 0.125, 0.0625, 0.0313 and 0.0156 mM based on the iron concentration of the water-soluble magnetic nanocomposite prepared in Example 2 and injected into the PCR tube. . 1.5T (Intera; Philips Medical Systems, Best, The Netherlands) system was used to see the contrast effect of magnetic resonance imaging, and micro-47 coil was used. Coronal images were obtained with fast field echo (FFE) pulse trains. Specific parameters were as follows: resolution 156 × 156 μm, section thickness 0.6mm, TE = 20ms, TR = 400ms,
도 12에서 도시한 바와 같이 상기 양이온성 자성 나노복합체의 철 농도가 높을수록 이완성(Relaxivity)이 증폭되는 것을 확인 할 수 있었다.As shown in FIG. 12, the higher the iron concentration of the cationic magnetic nanocomposite, the more amplified the relaxation (Relaxivity).
<< 시험예Test Example 3> 3> 양이온성Cationic 고분자 Polymer 코팅를Coating 이용한 Used 양이온성Cationic 자성 나노복합체의 시간에 따른 약물 방출량 확인 Determination of Drug Release with Time of Magnetic Nanocomposites
상기 실시예 2에서 제조된 양이온성 자성 나노복합체의 시간에 따른 약물 방출량 확인을 위해 생체 외 약물 방출 시험을 실시하였다. 10mg의 양이온성 자성 나노복합체를 1mL PBS용액에 분산시키고 투석 튜브(dialysis tube)에 봉했다. 이를 37℃에서 9mL의 PBS에 넣었다. 적정한 속도로 흔들어 주고, 방출된 항암제의 양은 480nm 파장대에서 적외선/가시광선 흡수 분광법(UV spectrophotometer)을 이용하여 측정하였다. 이를 도 13에 도시하였다. 도 13에 나타낸 바와 같이 지속형 약물 방출 거동을 보였고, 8일후 80%정도의 약물이 방출되어 빠른 약물 방출 효과를 나타내었다.In vitro drug release test was performed to confirm the amount of drug release over time of the cationic magnetic nanocomposite prepared in Example 2. 10 mg of cationic magnetic nanocomposite was dispersed in 1 mL PBS solution and sealed in a dialysis tube. It was placed in 9 mL PBS at 37 ° C. Shaking at an appropriate speed, the amount of anticancer agent released was measured using an infrared / visible light absorption spectroscopy (UV spectrophotometer) in the wavelength range of 480nm. This is illustrated in FIG. 13. As shown in FIG. 13, the sustained drug release behavior was shown, and about 8% of the drug was released after 8 days, indicating a rapid drug release effect.
본 발명에 따른 자성 나노복합체는 자성 나노입자가 약제학적 활성성분을 포함한 음이온성 고분자에 의해 둘러싸여져 있고, 이를 양이온성 고분자가 둘러싸고 있어 세포표적효율이 향상된 표적부위자기약물전달체로 사용될 수 있고, 약제학적으로 허용되는 담체를 포함하여 조영제 조성물로 사용할 수 있다.Magnetic nanocomposite according to the present invention is a magnetic nanoparticle is surrounded by an anionic polymer containing a pharmaceutical active ingredient, it is surrounded by a cationic polymer can be used as a target site magnetic drug carrier with improved cell target efficiency, drugs It can be used as a contrast agent composition, including a pharmaceutically acceptable carrier.
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