KR101333821B1

KR101333821B1 - 약물봉입 미세입자 및 고분자가 다층 코팅된 약물방출 풍선 카테터 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101333821B1
Application number: KR1020100098401A
Authority: KR
Inventors: 박태관; 장양수; 이유한; 고영국; 배기현; 이정유
Original assignee: 연세대학교 산학협력단; 한국과학기술원
Priority date: 2010-10-08
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2013-11-29
Also published as: KR20120036627A

Abstract

본 발명에 따른 약물방출 풍선 카테터는 풍선 표면에 약물봉입 미세입자 및 생체적합성 고분자가 순차적 및 반복적으로 다층 코팅된 약물방출 풍선 카테터로서, 혈액의 정상 산도인 pH 7.4에서 가장 높은 약물방출량을 나타내고, 혈관 내에서 시술 부위까지 이동하는 동안 약물의 손실이 거의 없으며, 시술 부위에서 풍선 카테터를 팽창시킴으로써 부위 특이적(site-specific)으로 단시간 내에 약물을 다량 방출할 수 있고, 원하는 시술부위에서 풍선을 팽창시켰을 때 초기 약물 방출량이 매우 우수하므로, 관상동맥 질환 및 협착성 질환의 시술용 기구로 사용할 수 있다.

Description

약물봉입 미세입자 및 고분자가 다층 코팅된 약물방출 풍선 카테터 및 이의 제조방법{Drug-eluting balloon catheter multilayer coating with drug-embeded nanoparticles and polymers and preparation method thereof}

본 발명은 풍선 표면에 약물이 봉입된 미세입자와 생체적합성 고분자가 다중 코팅된 약물방출 풍선 카테터에 관한 것이다.

관상동맥 확장 성형술(percutaneous transluminal coronary angioplasty: PTCA)은 풍선 카테터(balloon catheter)의 혈관 내 삽입 및 팽창 방법을 이용하여 관상동맥의 협착된 부위를 비수술적인 방법으로 교정하는 치료 방법이다. 시술 후 허혈증상이 즉각적으로 완화되고 치료효과가 극적이며 수 시간 내 활동이 가능하다는 점에서 관상동맥질환의 획기적인 치료법으로 자리 잡았다. 더욱이 지난 10여 년 전에 도입된 관동맥스텐트(coronary artery stent) 시술은 급성혈관폐쇄 등 시술관련 합병증을 크게 해소하여 전 세계적으로 시술건수가 해마다 폭발적으로 증가해 왔다.

그러나 시술 후 6개월 내 약 30%의 환자에서는 재협착(restenosis)이 발생하여 치료효과를 거두기 어려우며 재치료가 어렵다는 점에서 문제점으로 지적되어 왔다. 재협착은 시술 부위 내로 신생내막이 자라나와 발생하며 이를 억제하기 위한 방법을 개발하기 위하여 지난 10여 년간 선진각국에서 치열한 경쟁이 전개 되어 왔다.

약물방출 스텐트는 이러한 재협착의 문제를 해결할 목적으로 스텐트 표면에 재협착의 원인인 혈관평활근(vascular smooth muscle cell) 증식을 억제하는 약물을 코팅함으로써 획기적인 성공을 거두게 되었다. 상업적으로 성공한 대표적 약물방출 스텐트는 시로리무스(sirolimus)를 사용한 시로리무스-스텐트(sirolimus stent)와 파클리탁셀(탁솔, paclitaxel)을 이용한 탁솔-스텐트(paclitaxel-eluting stent) 두 가지가 있으며 여러 회사에서 새로운 약물 스텐트의 개발을 서두르고 있다. 이들 약물방출 스텐트의 대규모 임상연구를 통하여 두 가지 약제 모두 일반스텐트에 비해 탁월한 재협착의 억제효과가 있으며 안전하다는 사실이 밝혀지게 되었다. 약물스텐트의 재협착율은 약 5% 미만으로 일반 스텐트에 비해 약 70% 이상의 재발감소 효과가 있다고 밝혀져 있다. 이러한 성공적인 임상연구 결과에 힘입어 약물스텐트는 관동맥 협착부위를 치료하는 방법으로서 이미 전 세계적으로 광범위하게 사용되고 있으며 국내에서도 2003년 2월부터 사용이 가능한 이래 그 사용량이 날로 증가하여 현재 스텐트 시술의 95% 이상을 점유하고 있다.

하지만, 약물방출 스텐트는 현대과학이 이루어낸 혁명적인 치료법임에 틀림이 없으나 기존의 약물스텐트를 사용한 시술에서도 당뇨, 재협착 병변, 긴 병변, 분비부 병변 등 복잡병변(complex lesion)에 대해서는 재협착율이 20% 이상으로 여전히 높아 스텐트 시술 후의 재협착이 여전히 해결해야 할 과제로 남아 있다. 특히, 기존 약물스텐트가 매우 효과적인 단순병변(simple lesion)은 전체 환자의 40%에 지나지 않아 기존의 약물스텐트보다 재협착율이 낮은 효과적인 치료방법의 개발이 시급한 실정이다.

또한, 약물스텐트 시술 후 발생하는 스텐트 혈전증 역시 새로운 건강 문제로 대두 되었다. 스텐트 혈전증은 고압풍선확장술과 항혈소판제의 사용 등으로 스텐트를 이용한 치료에서 극복된 난관으로 여겨졌으나, 약물스텐트의 도입 후 그 발생율이 증가됨이 보고되고 있다.

시로리무스-스텐트와 금속스텐트 시술후 4년후의 사망률- 특히 스텐트 시술 1년 후 발생되는 후기 스텐트 혈전증은 일반스텐트 시술에 비해 약물스텐트에서 2배 이상 증가되며, 발생율이 매년 0.6%에 이른다고 보고되고 있다. 이는 일반금속스텐트 시술 시에는 관찰되지 않는 결과였다. 후기 스텐트 혈전증으로 임상 발현한 환자의 2/3에서 사망, 급성 심근경색증, 불안전 협심증 등과 같이 중증의 심혈관질환을 경험하는 것을 고려할 때 기존의 약물방출 스텐트 사용의 가장 큰 단점이라고 할 수 있다.

약물스텐트는 적합한 스텐트, 재협착 방지 약물, 그리고 스텐트에 붙어서 적절한 약물의 방출을 조절하는 고분자 중합체로 구성된다. 스텐트 혈전증의 많은 중요한 원인은 약물과 고분자중합체가 혈관 내에서 지속적으로 염증 반응을 일으켜서 혈관내막이 완전히 복구되지 않아서 발생하는 것으로 알려져 있다.

따라서, 기존의 약물방출 스텐트를 효과적으로 대체할 재협착율이 낮으면서도 정상적인 내막 복구가 가능한 안전성이 높은 관상동맥 확장 성형술의 개발은 매우 절박한 과제라고 할 수 있다.

약물방출 스텐트를 대체할 방법으로 평활근세포 증식억제 약물의 비스텐트적 국소 전달 기술이 최근 크게 대두되고 있다. 그 중, 풍선 카테터에 약물을 봉입하여 시술 중 풍선 카테터의 팽창 시에 과량의 약물을 방출시켜 재협착을 방지할 수 있는 약물방출 풍선 카테터가 학문/임상적, 산업적으로 매우 큰 각광을 받고 있다.

평활근세포를 이용한 실험 결과, 세포를 지용성인 파클리탁셀에 매우 짧은 시간(수 분) 동안 노출하기만 하여도 장시간 동안(수 개월) 평활근세포 증식을 억제할 수 있음이 밝혀졌다. 또한, 돼지를 이용한 동물실험 결과, 약물이 도포된 풍선 카테터 등을 이용하여 파클리탁셀을 관상동맥으로 단시간 국소 전달하였을 경우, 약물의 조직 내 농도가 세포증식 억제에 충분하여(56 nM - 50 μM), 신생내막 생성률을 약 67% 이상 낮추는 효과가 관찰되었다.

이에 따라, "이중-풍선(double-balloon) 카테터", "다공성 풍선(porous balloon) 카테터", "관상동맥 직접주사법(intrapericardial administration)" 등이 연구되었으나 혈관 내 투여 시간이 길고, 과도하게 복잡한 장비와 기술을 사용하여 임상적 사용에 어려움이 많다.

최근, 파클리탁셀을 풍선 카테터 표면에 도포하여 적용부위에 약물을 전달하는 매우 간단한 형태의 약물방출 풍선 카테터가 개발되었다. 강한 지용성인 파클리탁셀이 수용액 상에 잘 녹지 않고 결정구조를 가지기 때문에, 기존의 풍선 카테터에는 약물이 파편의 형태로 코팅된다. 동물 전임상 실험 및 임상 실험 결과 신생내막 형성이 크게 억제되었고, 1년 후 생존률이 96%로 기존 방법의 64%보다 크게 향상됨을 관찰하였다.

그러나 상기 약물방출 풍선 카테터는 약물이 풍선 표면에 균일하게 코팅되어 있지 않고 파편의 형태로 약하게 부착되어 있기 때문에, 약물 파편이 혈관을 막는 색전증(embolism)의 가능성이 매우 크고, 시술 전 약물손실이 매우 크며, 시술 부위로 카테터 이동 중에도 혈액 상 약물 방출량이 매우 커서 심각한 부작용이 예상된다.

따라서, 약물이 균일하게 코팅되고 시술 부위 특이적(site-specific)으로 약물을 다량 방출하여, 재협착율이 낮으면서도 정상적인 혈관내막 복구가 가능한 약물방출 풍선 카테터의 개발이 매우 시급한 실정이다.

이에 본 발명자들은 상기 문제점들을 극복하기 위하여, 혈관 재협착 방지 약물을 미세입자에 봉입하여 균일화하고, 풍선 카테터 표면에 생체적합성고분자와 미세입자를 순차적으로 코팅하여 풍선 팽창 시에 약물이 다량 방출되는, 부위 특이적인 시술이 가능한 약물방출 풍선 카테터를 제조하고, 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 약물방출 풍선 카테터를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 약물방출 풍선 카테터의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 풍선 카테터 표면에 약물봉입 미세입자 및 생체적합성 고분자가 순차적 및 반복적으로 다층 코팅된 약물방출 풍선 카테터를 제공한다.

또한, 본 발명은 생체적합성 고분자로 약물을 봉입하여 미세입자를 제조하는 단계(단계 1); 및

상기 단계 1에서 제조한 미세입자와 생체적합성 고분자를 풍선 카테터의 표면에 순차적이고 반복적으로 코팅하여 다층 형태로 코팅하는 단계(단계 2)를 포함하는 다층 코팅된 약물방출 풍선 카테터의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 약물방출 풍선 카테터는 풍선카테터 표면에 약물이 봉입된 미세입자와 생체적합성 고분자를 순차적이고 반복적으로 다층 코팅함으로써 약물이 균일하게 코팅되어 혈관 내에서 시술 부위까지 이동하는 동안 약물의 손실이 거의 없고, 시술 부위에서 풍선 카테터를 팽창시킴으로써 부위 특이적(site-specific)으로 단시간 내에 약물을 다량 방출할 수 있으며, 원하는 시술부위에서 풍선을 팽창시켰을 때 초기 약물 방출량이 매우 우수하므로, 관상동맥 질환 및 협착성 질환의 시술용 기구로 유용하게 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 약물방출 풍선 카테터에서 다층 코팅의 확대도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 약물방출 풍선 카테터의 작동원리에 대한 간략도이다.
도 3은 파클리탁셀이 봉입된 미세입자를 주사전자현미경으로 찍은 사진이다.
도 4는 약물혼합 용액과 투석 용액의 pH에 따른 미세입자 내의 파클리탁셀 봉입율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 다층 코팅을 10회 수행하였을 때 적층되는 미세입자를 주사현미경으로 찍은 사진이다.
도 6은 다층 코팅을 20회 수행하였을 때 적층되는 미세입자를 주사현미경으로 찍은 사진이다.
도 7은 다층 코팅을 30회 수행하였을 때 적층되는 미세입자를 주사현미경으로 찍은 사진이다.
도 8은 다층 코팅을 40회 수행하였을 때 적층되는 미세입자를 주사현미경으로 찍은 사진이다.
도 9는 다층 코팅 횟수에 따라 풍선 카테터 표면에 적층된 파클리탁셀의 농도를 나타낸 그래프이다.
도 10은 약물방출 풍선 카테터로부터 방출되는 파클리탁셀의 양을 산도에 따라 나타낸 그래프이다.
도 11은 약물방출 조절막과 풍선 카테터의 팽창 유무에 따라 변화하는 형광의 상대적 양을 나타내는 그래프이다.
도 12는 약물방출 풍선 카테터로부터 방출된 약물이 혈관조직에 흡수되는 농도를 측정한 그래프이다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명에서 사용되는 "풍선 카테터"는 심혈관 질환 시술용 도구로 당업자에게 일반적인 것을 말한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 풍선 카테터 표면에 약물봉입 미세입자 및 생체적합성 고분자가 순차적 및 반복적으로 다층 코팅된 약물방출 풍선 카테터를 제공한다.

이하, 본 발명에 따른 약물방출 풍선 카테터를 도 1을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 약물방출 풍선 카테터는 도 1에 나타난 바와 같이, 풍선 카테터 표면에 생체적합성 고분자층; 및 약물봉입 미세입자 층이 순차적 및 반복적으로 코팅되어 있다.

먼저, 상기 생체적합성 고분자층은 약물봉입 미세입자가 풍선카테터 표면에 적층될 수 있도록 하는 틀의 역할을 한다.

이때, 상기 생체적합성 고분자로는 헤파린, 재조합 헤파린(recombinant heparin), 헤파린 유도체, 헤파린 유사체, 인간 혈청 알부민, 히아루론산, 키토산, 알긴산, 디옥시리보뉴클레익 산, 리보뉴클레익 산, 폴리(에틸렌 글리콜), 폴리(L-락트산), 폴리(글리콜산), 폴리(D,L-락트산-co-글리콜산), 폴리(카프로락톤), 폴리(우레탄), 폴리(아마이드), 폴리(메틸메타크릴레이트) 및 폴리(아크릴산) 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

다음으로, 상기 미세입자 층에서 미세입자는 생체적합성 고분자로 난용성 약물을 봉입하여 안정화시키는 역할과, 약물을 나노 크기로 제어하여 흡수율을 높이는 역할을 한다.

이때, 상기 약물로는 파클리탁셀(paclitaxel), 도세탁셀(docetaxel), 시로리무스(sirolimus), 티클로피딘(ticlopidine), 클로피도그렐(clopidogrel), 조타로리무스(zotarolimus), 에베로리무스(everolimus), 바이올리무스(biolimus A9), 사람 CD34 단클론 항체(murine anti-human CD34 mAb) 등의 전구내피세포 혹은 전구내피세포의 부착을 촉진하는 혈관 재협착 방지용 물질을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 생체적합성 고분자로는 헤파린, 재조합 헤파린(recombinant heparin), 헤파린 유도체, 헤파린 유사체, 인간 혈청 알부민, 히아루론산, 키토산, 알긴산, 디옥시리보뉴클레익 산, 리보뉴클레익 산, 폴리(에틸렌 글리콜), 폴리(L-락트산), 폴리(글리콜산), 폴리(D,L-락트산-co-글리콜산), 폴리(카프로락톤), 폴리(우레탄), 폴리(아마이드), 폴리(메틸메타크릴레이트) 및 폴리(아크릴산) 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

나아가, 상기 미세입자의 크기는 직경이 5 ㎛ 미만인 것이 바람직하다. 만약, 미세입자의 직경이 5 ㎛를 초과하는 경우에는 조직에 흡수되지 않은 미량의 미세입자가 모세혈관을 막는 혈전증 발생의 문제가 있다.

추가적으로, 본 발명에 따른 약물방출 풍선 카테터의 다층 코팅 최상위층에 약물방출 조절막을 더 코팅할 수 있다. 상기 약물방출 조절막은 혈액 내에서 약물이 방출되는 시간을 지연시키는 효과가 있어, 시술 부위 특이적(site-specific) 약물방출 효과를 극대화할 수 있다.

상기 약물방출 조절막은 생체적합성 고분자를 딥코팅법(dip coating), 스핀코팅법(spin coating), 스프레이코팅법(spray coating) 등을 사용하여 코팅할 수 있다.

이때, 상기 약물방출 조절막에 사용되는 생체적합성 고분자로는 왁스제거 탈색 쉘락(dewaxed decolorized shellac), 헤파린, 재조합 헤파린(recombinant heparin), 헤파린 유도체, 헤파린 유사체, 인간 혈청 알부민, 히아루론산, 키토산, 알긴산, 디옥시리보뉴클레익 산, 리보뉴클레익 산, 폴리(에틸렌 글리콜), 폴리(L-락트산), 폴리(글리콜산), 폴리(D,L-락트산-co-글리콜산), 폴리(카프로락톤), 폴리(우레탄), 폴리(아마이드), 폴리(메틸메타크릴레이트), 폴리(아크릴산) 등을 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 다층 코팅된 약물방출 풍선 카테터에서, 상기 다층 코팅은 생체적합성 고분자 층과 미세입자 층간의 인력 종류에 따라 약물방출 속도의 차이가 있을 수 있지만, 본 발명에서는 혈액 내에서 풍선 카테터 표면의 다층 코팅에 존재하는 약물이 풍선 팽창 후 120초 이내로 혈액에 용해되는 것이 바람직하다. 만약, 풍선 카테터의 팽창 후 120초를 초과하여 혈액에 용해되는 경우에는 팽창된 풍선이 시술부위의 혈액 흐름을 방해하여 조직 손상의 위험이 있다.

또한, 본 발명은 상기 다층 코팅된 약물방출 풍선 카테터를 제공하기 위하여,

생체적합성 고분자로 약물을 봉입하여 미세입자를 제조하는 단계(단계 1); 및

상기 단계 1에서 제조한 미세입자와 생체적합성 고분자를 풍선 카테터의 표면에 순차적이고 반복적으로 코팅하여 다층 형태로 코팅하는 단계(단계 2)를 포함하는 제조방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 단계별로 더욱 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 약물방출 풍선 카테터의 제조방법에 있어서, 상기 단계 1은 약물을 생체적합성 고분자로 봉입하여 안정화시키고 미세입자로 제조하는 단계이다. 구체적으로, 생체적합성 고분자를 3~7 pH가 되도록 적정한 증류수에 녹인 다음, 아세톤에 약물을 녹인 용액을 첨가해주면서 분쇄기로 분쇄한 다음, 투석하고 여과하여 미세입자를 제조하는 것이다.

이때, 상기 미세입자는 에멀젼 용매증발법(emulsion solvent evaporation), 에멀젼 중합법(emulsion polymerization), 분무건조법(spray dry), 전기분무법(electrospray) 등으로 제조될 수 있다.

또한, 상기 약물로는 파클리탁셀(paclitaxel), 도세탁셀(docetaxel), 시로리무스(sirolimus), 티클로피딘(ticlopidine), 클로피도그렐(clopidogrel), 조타로리무스(zotarolimus), 에베로리무스(everolimus), 바이올리무스(biolimus A9), 사람 CD34 단클론 항체(murine anti-human CD34 mAb) 등의 전구내피세포 혹은 전구내피세포의 부착을 촉진하는 혈관 재협착 방지용 물질을 사용할 수 있다.

나아가, 상기 생체적합성 고분자로는 헤파린, 재조합 헤파린(recombinant heparin), 헤파린 유도체, 헤파린 유사체, 인간 혈청 알부민, 히아루론산, 키토산, 알긴산, 디옥시리보뉴클레익 산, 리보뉴클레익 산, 폴리(에틸렌 글리콜), 폴리(L-락트산), 폴리(글리콜산), 폴리(D,L-락트산-co-글리콜산), 폴리(카프로락톤), 폴리(우레탄), 폴리(아마이드), 폴리(메틸메타크릴레이트), 폴리(아크릴산) 등을 사용할 수 있다.

또한, 상기 미세입자의 크기는 직경이 5 ㎛ 미만인 것이 바람직하다. 만약, 미세입자의 직경이 5 ㎛를 초과하는 경우에는 조직에 흡수되지 않은 미량의 미세입자가 모세혈관을 막는 혈전증 발생의 문제가 있다.

나아가, 상기 투석의 과정에서 약물혼합 용액과 투석 용액의 pH를 조절하여 미세입자 내의 혈관 재협착 방지 약물의 봉입율을 조절할 수 있다.

본 발명에 따른 약물방출 풍선 카테터의 제조방법에 있어서, 상기 단계 2는 상기 단계 1에서 제조한 미세입자와 생체적합성 고분자를 풍선 카테터의 표면에 순차적이고 반복적으로 코팅하여 다층 코팅을 제조하는 단계이다. 구체적으로, 풍선 카테터 표면의 다층 코팅은 하기의 단계들을 수행함으로써 제조될 수 있다:

a) 풍선 카테터를 팽창시킨 후 표면에 생체적합성 고분자를 코팅시키는 단계;

b) 상기 단계 a)의 생체적합성 고분자 코팅 위에 미세입자를 코팅하는 단계; 및

c) 상기 단계 b)의 미세입자 코팅 위에 생체적합성 고분자를 코팅하는 단계.

이때, 상기 단계 a) 및 c)의 생체적합성 고분자로는 헤파린, 재조합 헤파린(recombinant heparin), 헤파린 유도체, 헤파린 유사체, 인간 혈청 알부민, 히아루론산, 키토산, 알긴산, 디옥시리보뉴클레익 산, 리보뉴클레익 산, 폴리(에틸렌 글리콜), 폴리(L-락트산), 폴리(글리콜산), 폴리(D,L-락트산-co-글리콜산), 폴리(카프로락톤), 폴리(우레탄), 폴리(아마이드), 폴리(메틸메타크릴레이트), 폴리(아크릴산) 등을 각각 동일하거나 상이하게 사용할 수 있다.

또한, 본 단계 2에서는 상기의 b) ~ c) 단계를 반복 수행하여 다층 코팅 층수를 조절함으로써, 풍선 카테터의 표면에 적층되는 혈관 재협착 방지 약물의 양을 조절할 수 있다.

나아가, 상기 다층 코팅은 서로 인력을 가지는 고분자와 미세입자를 풍선 카테터 표면 위에 순차적이고 반복적으로 코팅하는 것을 특징으로 하는데, 여기서 상기 인력은 정전기적 인력, 수소 결합, 소수성 결합, 화학적 결합 등을 이용할 수 있다.

또한, 상기 다층 코팅은 생체적합성 고분자의 종류와 미세입자의 인력의 종류에 따라 약물방출 속도의 차이가 있을 수 있지만, 본 발명에서는 혈액 내에서 풍선 카테터 표면의 다층 코팅에 존재하는 약물이 풍선 카테터의 팽창 후 120초 이내로 혈액에 용해되는 것이 바람직하다. 만약, 풍선 카테터의 팽창 후 120초를 초과하여 혈액에 용해되는 경우에는 팽창된 풍선이 시술부위의 혈액 흐름을 방해하여 조직 손상의 위험이 있다.

추가적으로, 상기 다층 코팅 후 최상위층에 약물방출 조절막을 코팅할 수 있는데, 상기 약물방출 조절막은 생체적합성 고분자를 딥코팅법(dip coating), 스핀코팅법(spin coating), 스프레이코팅법(spray coating) 등을 사용하여 코팅할 수 있다.

본 발명에 따른 약물방출 풍선 카테터는 혈액의 정상 산도인 pH 7.4에서 가장 높은 약물방출량을 나타내고(도 10 참조), 혈관 내에서 시술 부위까지 이동하는 동안 약물의 손실이 거의 없으며, 시술 부위에서 풍선 카테터를 팽창시킴으로써 부위 특이적(site-specific)으로 단시간 내에 약물을 다량 방출할 수 있고(도2 및 도 11 참조), 원하는 시술부위에서 풍선을 팽창시켰을 때 초기 약물 방출량이 매우 우수하므로(도 12 참조), 관상동맥 질환 및 협착성 질환의 시술용 기구로 사용할 수 있다. 바람직하게는 허혈성 심장 질환의 시술용 기구로 사용할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 이에 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 1> 약물방출 풍선 카테터의 제조 1

본 발명에 따른 약물방출 풍선 카테터를 제조하기 위하여 하기의 단계들을 수행하였다.

단계 1: 약물 봉입 미세입자의 제조

본 발명에 따른 약물방출 풍선 카테터의 구성요소인 혈관 재협착 방지약물을 봉입한 미세입자를 제조하기 위해서 다음과 같이 실시하였다.

인간 혈청 알부민(human serum albumin, HSA)을 1M 염산 용액으로 pH가 4.0이 되도록 적정한 증류수에 10 ㎎/㎖ 농도로 녹인 용액을 10 ㎖ 제조한 다음, 아세톤에 파클리탁셀을 2 ㎎/㎖ 농도로 녹인 용액 5 ㎖를 첨가해주면서 3,000 rpm으로 설정된 분쇄기로 3분간 분쇄하여 pH가 4.0인 약물혼합 용액을 제조하였다. 상기 약물혼합 용액을 50 ℃ 항온수조에서 5시간 동안 천천히 교반한 다음, MWCO 300,000 Da 투석막과 pH 4.0의 염산 수용액을 투석 용액으로 사용하여 24시간 동안 투석하였다. 상기 투석의 과정을 거친 혼합용액을 공극 크기(pore size)가 5 ㎛인 필터로 여과하고 건조하여 파클리탁셀이 봉입된 구형 및 막대 형태의 미세입자를 제조하였다. 상기에서 제조한 미세입자를 주사전자현미경(FE-SEM, 모델명: S-4800, 제조사: Hitachi)으로 찍은 사진을 도 3에 나타내었다.

본 단계 1에서, 상기 약물혼합 용액과 상기 투석 용액의 pH를 조절하여 미세입자 내의 파클리탁셀 봉입율을 조절할 수 있는데, 약물혼합 용액의 pH가 4.0이고 투석 용액의 pH가 4.0일 때 미세입자의 파클리탁셀 봉입율이 29.9 중량%로 가장 높게 측정되었다. 그 결과를 도 4에 그래프로 나타내었다.

단계 2: 풍선 카테터 표면의 처리

본 발명에 따른 약물방출 풍선 카테터의 표면에 다층 코팅을 제조하기 위한 전처리 과정으로 다음과 같이 실시하였다.

pH 8.5인 0.015 M의 트리스 버퍼(Tris buffer)에 도파민 하이드로클로라이드(dopamine hydrochloride)를 1 ㎎/㎖ 농도가 되도록 첨가한 용액에 풍선 카테터를 팽창시킨 상태로 4시간 동안 담근 후 초음파 세척기를 이용하여 30분간 세척하는 과정을 3회 반복하였다. 다음으로, 헤파린을 5 ㎎/㎖ 농도로 용해시킨 pH 7.4인 PBS(phophate buffered saline) 용액에 상기의 과정을 거친 팽창된 풍선 카테터를 24시간 동안 담근 후 질소 가스를 이용하여 건조시켜, 풍선 카테터 표면에 헤파린을 고정시켰다.

본 단계 2에서, 풍선 카테터의 표면에 친수성인 헤파린이 고정된 것을 확인하는 방법으로 풍선 카테터의 표면과 물의 접촉각을 측정하는 방법을 사용하였는데, 일반적으로 표면과 물과의 접촉각이 낮을수록 친수성인 것을 이용한 것이다. 먼저, 아무런 처리를 하지 않은 풍선 카테터의 물 접촉각은 89.3±6.9 도이고, 상기 도파민하이드로클로라이드 용액으로 처리된 풍선 카테터의 물 접촉각은 45.3±5.4 도이며, 상기 헤파린으로 처리한 풍선 카테터의 물 접촉각은 20.3±4.3 도로 측정됨을 확인하고 풍선 카테터의 표면에 헤파린이 고정되었음을 알 수 있었다.

단계 3: 풍선 카테터 표면에 다층 코팅의 제조

본 발명에 따른 약물방출 풍선 카테터의 표면에, 상기 단계 1의 미세입자와 헤파린으로 구성되는, 다층 코팅을 제조하기 위하여 다음과 같이 실시하였다.

상기 단계 2에서 헤파린이 표면에 고정된 풍선 카테터를 팽창된 상태 그대로 상기 단계 1에서 제조한 미세입자가 10 ㎎/㎖의 농도로 분산된 pH 4.0의 시트레이트 버퍼(citrate buffer)에 5분간 담그고; 상기에서 처리된 풍선 카테터를 다시 아무것도 첨가하지 않은 pH 4.0 시트레이트 버퍼에 1분간 담그며; 상기에서 처리된 풍선 카테터를 또 다시 헤파린을 녹인 pH 4.0의 시트레이트 버퍼에 5분간 담그고; 상기에서 처리된 풍선 카테터를 다시 아무것도 첨가하지 않은 pH 4.0 시트레이트 버퍼에 1분간 담그는 일련의 코팅 과정을 0, 1, 3, 5, 10, 20, 30, 40, 50 및 60회 반복 수행하여 풍선 카테터의 표면에 '헤파린-미세입자-헤파린-미세입자'로 이루어지는 다층 코팅을 제조하였다.

본 단계 3에서, 상기 일련의 코팅 과정을 반복하는 횟수를 조절함으로써 풍선 카테터 표면에 적층되는 파클리탁셀이 봉입된 미세입자의 양을 조절할 수 있는데, 40회 반복 수행하였을 경우에는 풍선 카테터 표면 1 평방밀리미터(mm²) 당 0.3 ㎍의 파클리탁셀이 적층됨을 알 수 있었다. 상기 일련의 코팅 과정을 반복하여 수행하였을 때, 풍선 카테터 표면에 적층된 미세입자를 주사현미경으로 찍은 사진을 도 5, 6, 7 및 8에 나타내었고, 다층 코팅 횟수에 따라 풍선 카테터 표면에 적층된 파클리탁셀의 농도를 도 9에 그래프로 나타내었다.

단계 4: 약물방출 조절막의 제조

본 발명에 따른 약물방출 풍선 카테터의 표면에 적층된 다층 코팅 최상위 층에, 약물방출 조절막을 제조하기 위하여 다음과 같이 실시하였다.

상기 단계 3에서 제조한 풍선 카테터를 수축시킨 후, 왁스제거 탈색 쉘락(dewaxed declorized shellac) 10 중량%를 에탄올에 용해시켜 제조한 혼합용액에 1초간 담근 다음 질소가스를 이용하여 건조시켜 풍선 카테터의 표면에 적층된 다층 코팅 최상위 층에 약물방출 조절막을 제조하였다.

본 실시예의 단계들을 차례로 수행하여 약물방출 풍선 카테터를 제조하였다. 상기 약물방출 풍선 카테터에서 다층 코팅의 확대도를 도 1에 나타내었고, 작동원리에 대한 간략도를 도 2에 나타내었다.

< 실시예 2> 약물방출 풍선 카테터의 제조 2

상기 실시예 1의 단계 1에서 사용한 인간 혈청 알부민(human serum albumin, HSA)에 형광을 띄는 염색물질인 FITC(fluorescein isothiocyanate)를 결합시킨 인간혈청 알부민(이하, FITC-HSA라고 함.)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1의 방법과 동일한 방법으로 수행하여 미세입자에 형광물질이 표지된 약물방출 풍선 카테터를 제조하였다.

< 실시예 3> 약물방출 풍선 카테터의 제조 3

상기 실시예 1의 단계 1에서 사용한 인간 혈청 알부민 대신 FITC-HSA를 사용하고 상기 실시예 1의 단계 4를 수행하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1의 방법과 동일한 방법으로 수행하여 미세입자에 형광물질이 표지되고 약물방출 조절막이 없는 약물방출 풍선 카테터를 제조하였다.

< 실험예 1> 약물방출 풍선 카테터 의 산도에 따른 약물방출량 측정

본 발명에 따른 약물방출 풍선 카테터에서 산도의 조건을 달리할 경우 방출되는 약물의 양을 측정하기 위하여 다음과 같이 실험을 수행하였다.

상기 실시예 1에서 약물방출 조절막을 코팅하는 단계 4를 제외하고 제조한 다층 코팅이 50회로 적층된 약물방출 풍선 카테터를 1 M 염산을 사용하여 pH가 각각 4, 5, 6, 7 및 7.4로 조절된 PBS(phosphate buffered saline) 용액에 담금과 동시에 팽창시켰다. 일정 시간(0, 10, 30, 60, 120, 180, 300 분)이 지난 후 약물방출 풍선 카테터를 제거하고 남은 상기 각 산도의 용액을 동결건조하여 시편을 제조하였다. 상기 시편에 아세토니트릴(acetonitrile)을 첨가하여 파클리탁셀을 추출한 다음, 공극 크기(pore size)가 0.2 ㎛ 필터로 여과하여 HPLC로 파클리탁셀의 양을 측정하였다.

상기의 실험방법으로 측정된 각 산도에서 약물방출 풍선 카테터로부터 방출되는 파클리탁셀의 양을 시간대별로 하기 표 1 및 도 10에 나타내었다.

약물방출 풍선 카테터에서 방출되는 파클리탁셀의 양(㎍/㎜²)
PBS용액의 산도	풍선 카테터를 PBS용액에 담근 시간(min)
PBS용액의 산도	0	10	30	60	120	180	300
pH 4.0	0	0.022±0.005	0.051±0.010	0.074±0.014	0.092±0.022	0.106±0.026	0.128±0.005
pH 5.0	0	0.025±0.005	0.054±0.009	0.078±0.017	0.102±0.014	0.114±0.022	0.143±0.022
pH 6.0	0	0.051±0.012	0.086±0.009	0.169±0.017	0.253±0.010	0.302±0.022	0.329±0.017
pH 7.0	0	0.083±0.024	0.184±0.028	0.261±0.025	0.342±0.017	0.388±0.030	0.409±0.025
pH 7.4	0	0.110±0.021	0.221±0.026	0.331±0.014	0.391±0.028	0.438±0.030	0.460±0.022

도 10은 약물방출 풍선 카테터로부터 방출되는 파클리탁셀의 양을 산도에 따라 나타낸 그래프이다.

표 1 및 도 10에 나타난 바와 같이, 혈액의 정상 산도인 pH 7.4에서 가장 높은 약물방출량을 나타냄을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 약물방출 풍선 카테터는 혈액의 정상 산도인 pH 7.4에서 가장 높은 약물방출량을 나타내므로, 허혈성 심장 질환 수술용 약물방출 풍선 카테터로 유용하게 사용할 수 있다.

< 실험예 2> 약물방출 조절막 및 풍선 카테터 의 팽창이 약물방출에 미치는 효과 측정

본 발명에 따른 약물방출 풍선 카테터의 구성요소인 약물방출 조절막과 풍선 카테터의 팽창이 약물방출량에 미치는 영향을 알아보기 위하여 다음과 같이 실험을 수행하였다. 본 실험예 2에서 사용한 약물방출 풍선 카테터는 다층 코팅을 50회 적층한 것을 사용하였다.

실험군 1) 상기 실시예 2에서 제조한 미세입자에 형광물질이 표지된 약물방출 풍선 카테터를 수축 상태로 pH가 7.4인 PBS 용액에 담그고 일정 시간 동안 풍선 카테터에서 발광되는 형광의 상대적 변화량을 측정하였다.

실험군 2) 상기 실시예 2에서 제조한 미세입자에 형광물질이 표지된 약물방출 풍선 카테터를 수축 상태로 pH가 7.4인 PBS 용액에 담그고 120초 후에 팽창시켜 일정 시간 동안 풍선 카테터에서 발광되는 형광의 상대적 변화량을 측정하였다.

대조군 1) 상기 실시예 3에서 제조한 미세입자에 형광물질이 표지되고 약물방출 조절막이 없는 약물방출 풍선 카테터를 수축 상태로 pH가 7.4인 PBS 용액에 담그고 일정 시간 동안 형광의 상대적 변화량을 측정하였다.

본 실험예에서 형광의 정량은 형광 이미지 분석기(모델명: IVIS-200, 제조사: Xenogen)를 사용하여 측정하였다. 상기 형광의 상대적 양은 파클리탁셀을 봉입한 FITC-HSA로부터 발광하는 것으로, 본 발명에 따른 약물방출 풍선 카테터로부터 방출되는 약물의 양과 비례하는 것으로 가정하였다.

상기의 실험방법으로 측정된 형광의 상대적 양을 도 11에 그래프로 나타내었다.

도 11은 약물방출 조절막과 풍선 카테터의 팽창 유무에 따라 변화하는 형광의 상대적 양을 나타내는 그래프이다.

도 11에 나타난 바와 같이, 약물방출 조절막이 코팅된 경우, 풍선 카테터가 수축한 상태에서는 미세입자가 거의 방출되지 않고 유지되며, 풍선 카테터를 팽창시켰을 경우에는 60초 이내에 약 50% 이상의 미세입자가 방출됨을 알 수 있다. 반면에, 약물방출 조절막이 없을 경우에는 풍선 카테터가 수축한 상태에서도 미세입자가 초반에 급속히 유출됨을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 약물방출 풍선 카테터는 혈관 내에서 시술 부위까지 이동하는 동안 약물의 손실이 거의 없으며, 시술 부위에서 풍선 카테터를 팽창시킴으로써 부위 특이적(site-specific)으로 단시간 내에 약물을 다량 방출할 수 있으므로, 허혈성 심장 질환 수술용 약물방출 풍선 카테터로 유용하게 사용할 수 있다.

< 실험예 3> 혈관조직에 흡수된 파클리탁셀의 양 측정

본 발명에 따른 약물방출 풍선 카테터에서 방출되는 약물이 혈관 조직에 흡수되는 정도를 알아보기 위하여 다음과 같이 실험을 수행하였다. 본 실험예 3에서 사용한 약물방출 풍선 카테터는 다층 코팅을 50회 적층한 것을 사용하였다.

먼저, 4 cm x 4 cm의 크기로 돼지 동맥을 적출한 후 pH 7.4 PBS 용액에 담궈 한 시간 동안 세척 후, 상기 혈관 조직에 상기 실시예 1에서 제조한 약물방출 풍선 카테터를 팽창시켜 1~4 atm의 압력을 수직으로 가하며 1분간 접촉시킨 다음 접촉을 분리한 채로 상기 혈관조직을 일정 시간(10분, 30분, 1, 2, 4, 12, 24 시간) 동안 용액 내에 방치하였다. 상기에서 처리된 혈관조직을 동결건조시킨 후, 잘게 잘라 아세토니트릴 용액에 24시간 동안 넣어 혈관조직으로부터 파클리탁셀을 용출시켰다. 상기 파클리탁셀이 용출된 용액을 공극 크기가 0.2 ㎛인 필터로 여과한 후 HPLC를 수행하여 파클리탁셀의 농도를 측정하였다.

상기의 실험방법으로 측정된 혈관조직에 흡수된 파클리탁셀의 농도를 도 12에 나타내었다.

도 12는 약물방출 풍선 카테터로부터 방출된 약물이 혈관조직에 흡수되는 농도를 측정한 그래프이다.

도 12에 나타난 바와 같이, 혈관조직에 약물방출 풍선 카테터를 1분간 접촉한 다음, 혈관조직에 흡수된 파클리탁셀의 농도를 바로 측정한 결과 혈관조직 1 g당 약 110 ㎍의 파클리탁셀이 검출됨을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 약물방출 풍선 카테터는 원하는 시술부위에서 풍선을 팽창시켰을 때 초기 약물 방출량이 매우 우수하므로, 시술 후 혈관 재협착률이 낮으면서도 정상적인 혈관내막 복구가 가능한 허혈성 심장 질환 수술용 약물방출 풍선 카테터로 유용하게 사용할 수 있다.

Claims

풍선 카테터 표면에 약물봉입 미세입자층 및 생체적합성 고분자층이 순차적 및 반복적으로 2-60회 코팅된 다층 구조의 코팅; 및
상기 다층 구조의 코팅 최상위층에 약물방출 조절막;을 포함하되,
상기 약물봉입 미세입자는 혈액 또는 pH가 7.4인 용액 내에서 풍선팽창 시 120초 이내로 50-60% 방출되고, 풍선팽창 후 수축시 90-100% 방출되는 것을 특징으로 하고,
여기서 상기 생체적합성 고분자는 헤파린이고,
상기 약물봉입 미세입자에서 약물은 파클리탁셀(paclitaxel), 도세탁셀(docetaxel), 시로리무스(sirolimus), 티클로피딘(ticlopidine), 클로피도그렐(clopidogrel), 조타로리무스(zotarolimus), 에베로리무스(everolimus), 바이올리무스 A9 및 사람 CD34 단클론 항체로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이고;
상기 약물봉입 미세입자에서 입자는 인간 혈청 알부민, 히아루론산, 키토산, 알긴산, 디옥시리보뉴클레익 산, 리보뉴클레익 산, 폴리(에틸렌 글리콜), 폴리(L-락트산), 폴리(글리콜산), 폴리(D,L-락트산-co-글리콜산), 폴리(카프로락톤), 폴리(우레탄), 폴리(아마이드), 폴리(메틸메타크릴레이트) 및 폴리(아크릴산)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 이들의 공중합체로 형성되는 것을 특징으로 하는 약물방출 풍선 카테터.
제1항에 있어서, 상기 미세입자의 크기는 직경이 0.1-5 ㎛인 것을 특징으로 하는 약물방출 풍선 카테터.
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제1항에 있어서, 상기 약물방출 풍선 카테터는 관상동맥 질환의 시술용 기구로 사용되는 것을 특징으로 하는 약물방출 풍선 카테터.
제6항에 있어서, 상기 관상동맥 질환은 허혈성 심장 질환인 것을 특징으로 하는 약물방출 풍선 카테터.
인간 혈청 알부민, 히아루론산, 키토산, 알긴산, 디옥시리보뉴클레익 산, 리보뉴클레익 산, 폴리(에틸렌 글리콜), 폴리(L-락트산), 폴리(글리콜산), 폴리(D,L-락트산-co-글리콜산), 폴리(카프로락톤), 폴리(우레탄), 폴리(아마이드), 폴리(메틸메타크릴레이트) 및 폴리(아크릴산)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 이들의 공중합체인 생체적합성 고분자로 약물을 봉입하여 미세입자를 제조하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 제조한 미세입자와 헤파린인 생체적합성 고분자 각각을 풍선 카테터의 표면에 순차적이고 반복적으로 2-60회 코팅하여 다층 구조의 코팅을 형성하는 단계(단계 2); 및
약물방출 조절막을 코팅하는 단계(단계 3);를 포함하는 다층 코팅된 약물방출 풍선 카테터의 제조방법.
제8항에 있어서, 상기 단계 1의 미세입자 크기는 직경이 0.1-5 ㎛인 것을 특징으로 하는 약물방출 풍선 카테터의 제조방법.
제8항에 있어서, 상기 단계 1의 약물은 파클리탁셀(paclitaxel), 도세탁셀(docetaxel), 시로리무스(sirolimus), 티클로피딘(ticlopidine), 클로피도그렐(clopidogrel), 조타로리무스(zotarolimus), 에베로리무스(everolimus), 바이올리무스 A9 및 사람 CD34 단클론 항체로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 약물방출 풍선 카테터의 제조방법.
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제8항에 있어서, 상기 단계 1의 미세입자는 에멀젼 용매증발법(emulsion solvent evaporation), 에멀젼 중합법(emulsion polymerization), 분무건조법(spray dry) 또는 전기분무법(electrospray)으로 제조되는 것을 특징으로 하는 약물방출 풍선 카테터의 제조방법.
제8항에 있어서, 상기 단계 2의 코팅의 횟수를 조절하여 약물의 함량을 조절하는 것을 특징으로 하는 약물방출 풍선 카테터의 제조방법.
제8항에 있어서, 상기 단계 1의 약물봉입 미세입자는 혈액 또는 pH가 7.4인 용액 내에서 풍선팽창 시 120초 이내로 50-60% 방출되고, 풍선팽창 후 수축시 90-100% 방출되는 것을 특징으로 하는 약물방출 풍선 카테터의 제조방법.
삭제
제8항에 있어서, 상기 약물방출 조절막은 왁스제거 탈색 쉘락(dewaxed decolorized shellac), 헤파린, 인간 혈청 알부민, 히아루론산, 키토산, 알긴산, 디옥시리보뉴클레익 산, 리보뉴클레익 산, 폴리(에틸렌 글리콜), 폴리(L-락트산), 폴리(글리콜산), 폴리(D,L-락트산-co-글리콜산), 폴리(카프로락톤), 폴리(우레탄), 폴리(아마이드), 폴리(메틸메타크릴레이트) 및 폴리(아크릴산)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 이들의 공중합체인 것을 특징으로 하는 약물방출 풍선 카테터의 제조방법.