KR20170124022A - Gold nanoparticles with multi-layers of polymer, a process for the preparation thereof, and a use thereof - Google Patents

Gold nanoparticles with multi-layers of polymer, a process for the preparation thereof, and a use thereof Download PDF

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Abstract

Provided are metal nanoparticles with a polymer film, a complex including the metal nanoparticles with a polymer film and an anticancer agent, a pharmaceutical composition for treating cancer comprising the complex and a preparation method thereof. The metal nanoparticles with a polymer film comprise: metal nanoparticles; and the polymer film formed by surface-initiated atom transfer radical polymerization (SI-ATRP) using bis[2-(2-bromo isobutyryloxy) undecyl] disulfide (BIBB) as an initiator, and 2-(dimethylamino)ethyl methacrylate (DAMA) and 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) as monomers on the surface of the metal nanoparticles.

Description

다층 고분자막 금나노입자, 그 제조방법, 및 그의 용도{Gold nanoparticles with multi-layers of polymer, a process for the preparation thereof, and a use thereof} TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gold nanoparticle, a multi-layered polymer nanoparticle,

본 발명은 약물 전달용 금 나노입자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 유전자를 포함한 음이온성 항암제를 보다 효율적으로 부착할 수 있고, 암세포에 대한 세포내 유입 효율이 증가된 약물 전달용 금 나노입자, 그 금 나노입자 및 항암제를 포함하는 복합체, 그 제조방법, 및 그 용도에 관한 것이다.The present invention relates to gold nanoparticles for drug delivery, and more particularly, to gold nanoparticles for drug delivery, which can more efficiently adhere an anionic anticancer drug containing a gene and increase intracellular entry efficiency into cancer cells, Gold nanoparticles, and anticancer agents, a method for producing the same, and uses thereof.

금 나노입자는 나노입자 표면에 치료용 유전자를 포함한 약물을 부착함으로써 약물 전달체로서 사용될 수 있다. 그러나, 금 나노입자 표면에 약물을 부착 시 나노입자의 제한적인 표면적 때문에 약물 부착 효율이 현저하게 낮아 문제가 된다. 이를 극복하기 위하여 금 나노입자를 표면 개질한 다음 약물 전달체로서 사용하는 연구가 활발히 이루어지고 있다.Gold nanoparticles can be used as drug carriers by attaching drugs containing therapeutic genes to the surface of nanoparticles. However, when the drug is attached to the surface of the gold nanoparticles, the drug attachment efficiency is significantly low due to the limited surface area of the nanoparticles. In order to overcome this problem, researches have been actively carried out to use surface modification of gold nanoparticles as a drug delivery vehicle.

비특허문헌 1은 옥탄디올-기능화 금 나노입자의 표면에 N,N,N-트리메틸(11-머캅토운데실)암모늄 클로라이드를 금-황반응을 통해 결합시켜 최종적으로 표면이 4급 아민으로 수식된 금 나노입자를 개시하고 있으며, 그 금 나노입자의 표면에 음이온성 DNA를 부착시킴으로써 치료용 유전자 전달용으로서 사용하는 것을 개시한다. In Non-Patent Document 1, N, N, N-trimethyl (11-mercaptoundecyl) ammonium chloride is bonded to the surface of octanediol-functionalized gold nanoparticles through a gold-sulfur reaction, Disclose gold nanoparticles which are used for therapeutic gene delivery by attaching anionic DNA to the surface of the gold nanoparticles.

그러나, 이와 같이 금 나노입자 표면에 양이온성 고분자를 수식한 뒤, 유전자를 부착하는 방법은 금 나노입자 표면에 유전자를 직접 부착시키는 방법에 비해 결합 효율이 높지만 마찬가지로 금 나노입자의 제한적 표면적 때문에 유전자의 부착량을 증가시키는데 한계가 있다. However, the method of attaching the gene after modifying the cationic polymer on the surface of the gold nanoparticles as described above has higher binding efficiency than the method of directly attaching the gene to the surface of the gold nanoparticles. However, due to the limited surface area of the gold nanoparticles, There is a limit to increase the amount of deposition.

1. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 7626-7629 1. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 7626-7629

본 발명의 목적은 약물의 부착 효율 및 암세포에 대한 세포내 유입 효율이 높은 약물 전달용 금 나노입자를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide gold nanoparticles for drug delivery having high drug attachment efficiency and intracellular entry efficiency into cancer cells.

본 발명의 다른 목적은 상기 금 나노입자 및 항암제의 복합체를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a complex of the gold nanoparticles and the anticancer agent.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 금 나노입자 및 항암제의 복합체를 포함하는 암 치료용 약학 조성물을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a pharmaceutical composition for treating cancer comprising the complex of the gold nanoparticles and the anticancer agent.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 금 나노입자의 제조방법을 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a method for producing the gold nanoparticles.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 금 나노입자 및 약물의 복합체의 제조방법을 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a method for producing a complex of the gold nanoparticles and the drug.

본 발명의 일 양상은One aspect of the present invention is

금 나노입자; 및Gold nanoparticles; And

상기 금 나노입자 표면상에 BIBB (Bis[2-(2-bromo isobutyryloxy) undecyl] disulfide)를 개시제로 하고 DAMA (2-(dimethylamino)ethyl methacrylate) 및 HEMA (2-hydroxyethyl methacrylate)를 단량체로 하는 표면개시고분자리빙중합 (SI-ATRP) 반응에 의해 형성된 고분자막을 포함하는 고분자막 금 나노입자를 제공한다. On the surface of the gold nanoparticles, a surface was prepared by using BIBB (Bis [2- (2-bromo isobutyryloxy) undecyl] disulfide as an initiator and DAMA (2- (dimethylamino) ethyl methacrylate) and HEMA (2-hydroxyethyl methacrylate) The present invention provides a polymer membrane gold nanoparticle comprising a polymer membrane formed by an initiating polymer living polymerization (SI-ATRP) reaction.

본 발명의 다른 양상은 상기 고분자막 금 나노입자의 고분자막에 항암제가 부착된, 항암제 및 고분자막 금 나노입자의 복합체를 제공한다. Another aspect of the present invention provides a composite of an anticancer agent and a polymer membrane gold nanoparticle having an anticancer agent adhered to the polymer membrane of the polymer membrane gold nanoparticle.

본 발명의 또 다른 일 양상은 상기 항암제 및 고분자막 금 나노입자의 복합체를 포함하는 암 치료용 약학 조성물을 제공한다. Another aspect of the present invention provides a pharmaceutical composition for treating cancer comprising a complex of the anticancer agent and the polymeric membrane gold nanoparticles.

본 발명의 또 다른 일 양상은 In another aspect of the present invention,

BIBB를 개시제로 하고 DAMA 및 HEMA를 단량체로 하여 표면개시고분자리빙중합(SI-ATRP) 반응에 의해 고분자막을 금 나노입자 표면상에 형성시키는 고분자막 형성 단계를 포함하고,And a polymer film forming step of forming a polymer membrane on the surface of the gold nanoparticles by a surface-initiated polymeric living polymerization (SI-ATRP) reaction using BIBB as an initiator and DAMA and HEMA as monomers,

상기 고분자막의 형성 단계를 1 회 이상 수행하는 것인, 상기 고분자막 금 나노입자의 제조방법을 제공한다. Wherein the step of forming the polymer membrane is carried out one or more times.

본 발명의 또 다른 일 양상은 In another aspect of the present invention,

상기 고분자막 금 나노입자 및 음이온성 항암제를 반응시키는 단계를 포함하는, 항암제 및 고분자막 금 나노입자의 복합체의 제조방법을 제공한다.And a step of reacting the polymeric membrane gold nanoparticles with an anionic anticancer agent. The present invention also provides a method for producing a complex of an anticancer agent and a polymeric membrane gold nanoparticle.

본 발명의 일 양상에 따른 고분자막 금 나노입자는 고분자막, 특히 다층 고분자막을 통해 음이온성 항암제를 효율적이고 안정적으로 부착하여 복합체를 형성할 수 있고, 상기 복합체는 생체 내에 투여 시 암 세포에 효율적으로 유입될 수 있으며 유입된 후 환원적 환경 하에서 다층 고분자막이 붕괴되어 음이온성 항암제가 유리되어 암세포에 작용할 수 있다. 따라서, 상기 고분자막 금 나노입자는 음이온성 항암제, 특히 항암 유전자의 약물전달체로서 효과적으로 사용될 수 있다.According to one aspect of the present invention, the polymeric gold nanoparticles can efficiently and stably adhere an anionic anticancer drug through a polymer membrane, in particular, a multi-layered polymer membrane, and the complex can efficiently flow into cancer cells when administered in vivo And the multi-layered polymer membrane is collapsed under a reducing environment after being introduced, so that an anionic anticancer drug can be released and act on cancer cells. Therefore, the polymer membrane gold nanoparticles can be effectively used as an anionic anticancer drug, particularly as a drug carrier for an anti-cancer gene.

도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 다층 고분자막 금 나노입자를 금 나노입자로부터 제조하는 반응의 모식도이다.
도 2는 c-myc siRNA 및 고분자막 금 나노입자의 복합체의 형성 및 상기 복합체가 암세포에 엔도사이토시스에 의해 유입된 후 암세포에 c-myc siRNA를 전달하여 항암 효과가 나타나는 예상 기전의 모식도이다.
도 3a는 실시예 1에서 제조된 다층 고분자막 금 나노입자의 EF-TEM이미지 (A) 및 MALDI-TOF MS 분석을 통해 분자량을 측정한 결과를 나타낸 그래프(B)이다.
도 3b는 실시예 1에서 제조된 다층 고분자막 금 나노입자의 표면 플라즈몬 공명변화를 UV-Vis spectrophotometer를 이용해 모니터링한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3c는 실시예 1에서 제조된 다층 고분자막 금 나노입자를 10mM DL-DTT로 24시간동안 처리하기 전 및 후의 표면에 고정화된 고분자에 대한 FT-IR 그래프이다.
도 4a는 유전자 부착-다층 고분자막 금 나노입자를 10mM DL-DTT로 처리한 다음 유전자 방출 전후의 모양 변화에 대한 TEM(A) 및 ESI-TEM(B) 이미지를 촬영한 사진이다.
도 4b는 유전자 부착-다층 고분자막 금 나노입자의 10mM DL-DTT 처리에 의한 유전자 방출 전후 아가로오스 겔 (1.2%, w/v) 전기영동 결과이다.
도 4c는 siRNA 부착-다층 고분자막 금 나노입자를 RNase존재 하에서 배양 후 siRNA에 대한 전기영동 결과이다.
도 5a는 FTIC-siRNA 부착-다층 고분자막 금 나노입자를 인간 폐암 세포인 A549세포에 트랜스펙션 시킨 후 CLSM 이미지를 촬영한 사진이다.
도 5b는 A549세포내로 유입된 FTIC-siRNA 부착-다층 고분자막 금 나노입자를 ICP-OES 분석에 의해 측정한 정량적 분석 결과를 나타낸 그래프 및 표이다.
도 6a는 c-myc siRNA부착-금 나노입자를 인간 폐암 세포인 A549세포에 트랜스펙션 시킨 후 TUNEL 어세이를 수행한 결과를 촬영한 사진이고;
도 6b는 상기 TUNEL 어세이를 수행한 후 유동세포계수법(flow cytometry)을 통한 TUNEL-양성세포 분포도이며;
도 6c는 c-myc siRNA부착-금 나노입자를 인간 폐암 세포인 A549세포에 트랜스펙션 시킨 후 TRIzol 시약을 이용해 RNA를 추출, cDNA를 합성하고, Real-time PCR을 통해 c-myc 발현 억제 정도를 정량적으로 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7의 (A) 및 (B)는 PBS, c-myc siRNA, 및 c-myc siRNA 부착- L3@AuNP의 세 가지 샘플을 고형암 동물 모델에게 정맥 주사한 후 일주일 간격으로 총 4회 정맥주사 하고, 총 28일동안 종양의 크기(A) 및 동물의 무게변화(B)를 모니터링한 결과를 나타낸 그래프이고, 도 7의 (C)는 28일째 상기 고형암 동물 모델의 고형암 이미지이며, 도 7의 (D)는 상기 고형암 동물 모델의 고형암에서의 c-myc 발현을 정량한 결과를 그래프이다.
도 8의 (A)는 Alexa fluor 647-siRNA 부착-금 나노입자를 정맥주사한 동물모델의 주사 6시간과 24시간 후의 금 나노입자 분포에 대한 형광 이미지이고, 도 8의 (B)는 간(1), 폐(2), 심장(3), 비장(4), 신장(5), 및 암(6)에 대한 ex vivo 형광 이미지이다.
도 9는 Alexa fluor 647-siRNA 부착-금 나노입자를 정맥주사한 동물모델의 암조직에 대한 TUNEL 면역염색 이미지이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram of a reaction for preparing multi-layered polymer membrane gold nanoparticles according to an embodiment of the present invention from gold nanoparticles. FIG.
FIG. 2 is a schematic diagram of a mechanism of anticancer effect by the formation of a complex of c-myc siRNA and polymeric membrane gold nanoparticles and the transfer of c-myc siRNA to cancer cells after the complex is introduced into cancer cells by endocytosis.
3A is an EF-TEM image (A) of the multi-layered polymer membrane gold nanoparticles prepared in Example 1, and a graph (B) showing a result of measurement of molecular weight through MALDI-TOF MS analysis.
FIG. 3B is a graph showing the results of monitoring the surface plasmon resonance change of the multi-layered polymer membrane gold nanoparticles prepared in Example 1 using a UV-Vis spectrophotometer. FIG.
3C is an FT-IR graph of the polymer immobilized on the surface before and after the treatment of the multi-layered polymeric membrane gold nanoparticles prepared in Example 1 with 10 mM DL-DTT for 24 hours.
FIG. 4A is a photograph of TEM (A) and ESI-TEM (B) images of the shape change before and after gene release after treating gene-attached multi-layered polymeric gold nanoparticles with 10 mM DL-DTT.
FIG. 4B shows the result of agarose gel (1.2%, w / v) electrophoresis before and after gene release by 10 mM DL-DTT treatment of gene-attached multi-layer polymeric gold nanoparticles.
FIG. 4c shows electrophoresis results of siRNA after culturing the siRNA-attached multi-layered polymer membrane gold nanoparticles in the presence of RNase.
FIG. 5A is a photograph of a CLSM image after transfection of FIC-siRNA-attached multi-layered polymer membrane gold nanoparticles into human lung cancer cell A549 cells.
FIG. 5B is a graph and a table showing quantitative analysis results of FTIC-siRNA-loaded multi-layered polymer membrane gold nanoparticles introduced into A549 cells by ICP-OES analysis.
FIG. 6A is a photograph showing a result of performing TUNEL assays after transfection of c-myc siRNA-attached gold nanoparticles into human lung cancer cell A549 cells; FIG.
FIG. 6B is a TUNEL-positive cell distribution chart by flow cytometry following the TUNEL assay; FIG.
FIG. 6c shows the result of transfection of c-myc siRNA-attached gold nanoparticles into human lung cancer cell A549 cells, RNA was extracted using TRIzol reagent, cDNA was synthesized, and the degree of c-myc expression inhibition As a result of quantitative measurement.
Figures 7 (A) and (B) show three samples of PBS, c-myc siRNA, and c-myc siRNA-L3 @ AuNP intravenously injected into solid tumor animal models intravenously four times at weekly intervals FIG. 7C is a graph showing the results of monitoring the tumor size (A) and the weight change (B) of the animal for a total of 28 days. FIG. D) is a graph showing the results of quantifying c-myc expression in solid tumors of the animal model of solid tumor.
8 (A) is a fluorescence image of gold nanoparticle distribution at 6 hours and 24 hours after injection of an animal model injected with Alexa fluor 647-siRNA-gold nanoparticles intravenously. FIG. 8 (B) 1), lung (2), heart (3), spleen (4), kidney (5), and cancer (6).
FIG. 9 is a TUNEL immunostaining image of cancer tissue in an animal model injected with Alexa fluor 647-siRNA-attached gold nanoparticles.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 또한, 본 명세서에는 바람직한 방법이나 시료가 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 전체가 본 명세서에 참고로 통합된다.All technical terms used in the present invention are used in the sense that they are generally understood by those of ordinary skill in the relevant field of the present invention unless otherwise defined. In addition, preferred methods or samples are described in this specification, but similar or equivalent ones are also included in the scope of the present invention. The contents of all publications referred to in this specification are incorporated herein by reference in their entirety.

본 발명자들은 유전자를 포함한 음이온성 항암제를 보다 효율적으로 부착할 수 있고, 암세포에 대한 세포내 유입 효율이 증가된 약물 전달용 금 나노입자를 연구하였으며, 그 결과 금 나노입자의 표면상에 BIBB (Bis[2-(2-bromo isobutyryloxy) undecyl] disulfide)를 개시제로 하고 DAMA (2-(dimethylamino)ethyl methacrylate) 및 HEMA (2-hydroxyethyl methacrylate)를 단량체로 하는 표면개시고분자리빙중합 (SI-ATRP) 반응에 의해 고분자막을 형성시킬 경우 상기 고분자막에 음이온성 항암제를 보다 효율적으로 부착할 수 있으며, 항암제 부착-금 나노입자가 암세포 내에 용이하게 유입될 수 있고, 암세포 내에 유입 시 내 환원조건에서 고분자막이 붕괴되어 음이온성 항암제가 암세포에 작용할 수 있다는 것을 밝혀냈다. 또한, SI-ATRP 반응을 2회 이상 수행하여 다층 고분자막을 형성할 경우 양이온성 표면이 증가하여 음이온성 항암제의 부착 효율이 더욱 증가하고 암세포내 흡수 효율 또한 더욱 증가하는 것을 확인하였다.The present inventors have studied gold nanoparticles for drug delivery that can attach an anionic anticancer drug including genes more efficiently and increase the intracellular entry efficiency into cancer cells. As a result, BIBB (Bis (SI-ATRP) reaction using 2- (2-bromo isobutyryloxy) undecyl] disulfide as an initiator and DAMA (2- (dimethylamino) ethyl methacrylate) and HEMA (2-hydroxyethyl methacrylate) It is possible to attach an anionic anticancer agent to the polymer membrane more efficiently, and it is possible to easily introduce the anti-cancer agent-gold nanoparticles into the cancer cell, and when the cancer nanoparticle enters the cancer cell, the polymer membrane collapses under the reducing condition An anionic anticancer drug can act on cancer cells. In addition, it was confirmed that when the multi-layered polymer membrane was formed by performing the SI-ATRP reaction two or more times, the cationic surface was increased to further increase the attachment efficiency of the anionic anticancer agent and further increase the absorption efficiency in cancer cells.

본 발명은 일 양상에 있어서, The present invention, in one aspect,

금 나노입자 (AuNP); 및Gold nanoparticles (AuNP); And

상기 금 나노입자 표면상에 BIBB (Bis[2-(2-bromo isobutyryloxy) undecyl] disulfide)를 개시제로 하고 DAMA (2-(dimethylamino)ethyl methacrylate) 및 HEMA (2-hydroxyethyl methacrylate)를 단량체로 하는 표면개시고분자리빙중합 (SI-ATRP) 반응에 의해 형성된 고분자막을 포함하는 고분자막 금 나노입자를 제공한다. On the surface of the gold nanoparticles, a surface was prepared by using BIBB (Bis [2- (2-bromo isobutyryloxy) undecyl] disulfide as an initiator and DAMA (2- (dimethylamino) ethyl methacrylate) and HEMA (2-hydroxyethyl methacrylate) The present invention provides a polymer membrane gold nanoparticle comprising a polymer membrane formed by an initiating polymer living polymerization (SI-ATRP) reaction.

상기 고분자막 금 나노입자는, 상기 SI-ATRP 반응이 2 회 이상 수행되어 복수의 고분자막이 형성된 것인 다층 고분자막 금 나노입자일 수 있다. The polymeric membrane gold nanoparticles may be multi-layered polymer membrane gold nanoparticles wherein the SI-ATRP reaction is performed more than once to form a plurality of polymer membranes.

본 명세서에서 "고분자막 금 나노입자"는 SI-ATRP 반응이 1 회 이상 수행되어 1개 이상의 고분자막을 갖는 고분자막 금 나노입자를 의미하며, 2개 이상의 고분자막을 갖는 금 나노입자를 포함하는 것으로 해석되며, 특히 2개 이상의 고분자막을 갖는 것을 "다층 고분자막 금 나노입자"로서 명명한다. As used herein, the term "polymeric gold nanoparticle" refers to a polymeric membrane gold nanoparticle having one or more polymer membranes carried out at least once by the SI-ATRP reaction, and is interpreted to include gold nanoparticles having two or more polymer membranes, In particular, those having two or more polymer membranes are referred to as "multi-layered polymer membrane gold nanoparticles ".

상기 다층 고분자막 금 나노입자는, 상기 SI-ATRP 반응이 2 내지 5회 수행되어 금 나노입자 표면에 2 내지 5개의 고분자막이 형성된 것인 다층 고분자막 금 나노입자일 수 있다. 상기 SI-ATRP 반응이 5회 초과되어 상기 다층 고분자막 금나노입자의 고분자막이 5 개를 초과할 경우 나노입자의 크기가 너무 커져 암세포에 의한 엔도사이토시스(endocytosis)가 이루어지지 않을 수 있어 암세포에 용이하게 유입되지 않을 우려가 있다. The multi-layered polymeric membrane gold nanoparticles may be multi-layered polymer membrane gold nanoparticles wherein the SI-ATRP reaction is performed 2 to 5 times to form 2 to 5 polymer membranes on the surface of the gold nanoparticles. When the SI-ATRP reaction exceeds 5 times and the polymer membrane of the multi-layered polymer membrane gold nanoparticles exceeds 5, the size of the nanoparticles becomes too large, and endocytosis due to cancer cells may not be performed. There is a possibility that the water will not be introduced.

일 구체예에서, 상기 다층 고분자막 금 나노입자는 SI-ATRP 반응이 2 내지 3회 수행되어 금 나노입자 표면에 2 내지 3개의 고분자막이 형성된 것인 다층 고분자막 금 나노입자이다. In one embodiment, the multi-layered polymeric membrane gold nanoparticle is a multi-layered polymer membrane gold nanoparticle wherein the SI-ATRP reaction is performed 2 to 3 times to form 2 to 3 polymer membranes on the surface of the gold nanoparticles.

상기 다층 고분자막 금 나노입자를 금 나노입자로부터 제조하는 반응의 모식도를 도 1에 나타내었으며, 이에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다. FIG. 1 is a schematic view showing the reaction of preparing the multi-layered polymer membrane gold nanoparticles from gold nanoparticles.

우선 금 나노입자에 디설파이드 개시제인 BIBB(Bis[2-(2-bromo isobutyryloxy) undecyl] disulfide)를 반응시켜 황(thiol)-금(gold) 친화성에 의해 BIBB를 금 나노입자 표면에 고정시키는 1차 개시반응을 수행한다. First, the gold nanoparticles were reacted with disulfide initiator BIBB (bis [2- (2-bromo isobutyryloxy) undecyl] disulfide) to fix the BIBB to the gold nanoparticle surface by thiol- Initiating reaction.

1차 개시반응이 완료된 후, 양이온성 기능기를 갖는 단량체인 DAMA(2-(dimethylamino)ethyl methacrylate)와 중성 단량체인 HEMA(2-hydroxyethyl methacrylate)를 단량체로 하여 금 나노입자 표면으로부터 고분자 중합을 진행하여 1차 고분자막을 형성시키는 1차 SI-ATRP반응을 완료한다. 1차 고분자막에는 DAMA와 HEMA가 무작위로 분산되어 있는 형태를 갖는다. After completion of the first initiation reaction, polymer polymerization was carried out from the surface of gold nanoparticles using DAMA (2- (dimethylamino) ethyl methacrylate), a monomer having a cationic functional group, and HEMA (2-hydroxyethyl methacrylate) The first SI-ATRP reaction for forming the first polymer membrane is completed. In the first polymer membrane, DAMA and HEMA are randomly dispersed.

1차 SI-ATRP 반응이 완료되면, 추가적으로 동일한 방식으로 2차 SI-ATRP 반응을 수행할 수 있다. 2차 SI-ATRP 반응의 개시(2차 개시)를 위해 BIBB를 처리함으로써 1차 고분자막에 무작위로 분산되어 있는 HEMA의 수산기와 BIBB의 (2개의 브롬기 중 하나의) 브롬기가 결합하고, 나머지 하나의 브롬기를 시작으로 DAMA 및 HEMA를 단량체로 하여 고분자 중합을 진행하는 2차 ATRP가 진행될 수 있다. 2차 SI-ATRP 후에는 2차 고분자막이 형성된다. Once the first SI-ATRP reaction is complete, a second SI-ATRP reaction can be performed in the same manner. By treating BIBB for the initiation (secondary initiation) of the second SI-ATRP reaction, the hydroxyl group of HEMA randomly dispersed in the first polymer membrane is combined with the bromine group of BIBB (one of the two bromine groups) , The secondary ATRP may be proceeded in which polymer polymerization is carried out using DAMA and HEMA as monomers. After the second SI-ATRP, a second polymer membrane is formed.

상기 2차 SI-ATRP 반응이 완료되면, 추가적으로 동일한 방식으로 3차 SI-ATRP 반응을 수행함으로써 3차 고분자막을 형성시킬 수 있다. When the second SI-ATRP reaction is completed, the third SI-ATRP reaction may be further performed in the same manner to form the third polymer membrane.

상기 1차 고분자막, 2차 고분자막, 및 3차 고분자막은 모두 BIBB를 개시제로 하여 BIBB가 결합된 다음에 형성되므로, BIBB 구조 내에 존재하는 디설피드 결합(disulfide bond)에 의해 금 나노입자 또는 기형성된 고분자막에 결합된 형태이다. 따라서, 상기 고분자막이 형성된 다층 고분자막 금 나노입자는 세포 내 유입 시 세포 내 환원조건에서 고분자막을 결합시키는 디설피드 결합이 절단되어 고분자 층들이 붕괴될 수 있는 구조이다. Since the primary polymer membrane, the secondary polymer membrane, and the tertiary polymer membrane are formed after BIBB is bound with BIBB as an initiator, disulfide bonds existing in the BIBB structure are used to form gold nanoparticles or preformed polymer membranes Lt; / RTI > Therefore, the multi-layered polymeric membrane gold nanoparticle having the polymer membrane is a structure in which the disulfide bond that bonds the polymer membrane under the intracellular reduction condition is broken during the intracellular introduction, and the polymer layers are collapsed.

상기 설명한 바와 같은 순차적인 SI-ATRP 반응에 의해 고분자막을 증식시킬 수 있다.The polymer membrane can be propagated by the sequential SI-ATRP reaction as described above.

상기 고분자막 금 나노입자는 SI-ATRP 반응 횟수가 증가함에 따라 고분자 층의 두께가 증가하고, 모양 또한 수지상으로 변화할 수 있으며(실시예 1, 도 3a 참조), ATRP의 회수가 증가함에 따라 전체 나노입자의 크기가 증가되는 것으로 나타났다 (실시예 1, 도 3b 참조). 또한, 상기 고분자막 금 나노입자는 환원 조건에서 고분자막이 붕괴되는 것으로 나타났다 (실시예 1, 도 3c 및 도 4a 참조).As the number of times of the SI-ATRP reaction increases, the polymeric gold nanoparticles increase in thickness of the polymer layer and may change in dendritic form (see Example 1, Fig. 3A). As the recovery of ATRP increases, The particle size was increased (see Example 1, Fig. 3b). In addition, the polymer membrane gold nanoparticles were found to collapse under a reducing condition (see Examples 1, 3c and 4a).

상기 고분자막 금 나노입자는 고분자막이 DAMA의 3급 아민에 의해 양이온성을 나타내므로 음이온성 약물을 정전기적 결합에 의해 부착시킬 수 있으며, 따라서 음이온성 약물에 대한 약물전달체로서 사용될 수 있다. 특히, 나노입자는 EPR (enhanced permeation and retention) 효과에 의해 암 조직에 대한 타겟팅될 수 있으므로, 상기 고분자막 금 나노입자는 항암제를 부착시켜 항암제를 선택적으로 암 조직에 전달하는 약물전달체로서 사용될 수 있다.Since the polymer membrane gold nanoparticles are cationic by the tertiary amine of DAMA, the polymer membrane can attach the anionic drug by electrostatic bonding and thus can be used as a drug carrier for an anionic drug. Particularly, since nanoparticles can be targeted to cancer tissues by an EPR (enhanced permeation and retention) effect, the polymeric gold nanoparticles can be used as a drug delivery system for selectively delivering an anticancer drug to cancer tissues by attaching an anticancer drug.

따라서, 본 발명은 다른 일 양상에 있어서, 상기 고분자막 금 나노입자의 고분자막에 항암제가 부착된, 항암제 및 고분자막 금 나노입자의 복합체를 제공한다.Accordingly, in another aspect, the present invention provides a complex of an anticancer agent and a polymeric membrane gold nanoparticle, wherein an anticancer agent is adhered to a polymer membrane of the polymer membrane gold nanoparticle.

상기 항암제는 상기 고분자막 금 나노입자의 양이온성 고분자막에 부착될 수 있는 임의의 음이온성의 약물일 수 있다. 상기 항암제는 음이온성 화학요법제 또는 항암 유전자일 수 있다. The anticancer agent may be any anionic drug capable of attaching to the cationic polymer membrane of the polymeric membrane gold nanoparticles. The anticancer agent may be an anionic chemotherapeutic agent or an anticancer gene.

본 명세서에서는, 상기 항암제 및 고분자막 금 나노입자의 복합체를 "항암제 부착-금 나노입자"또는 "항암제 부착-고분자막 금 나노입자" 와 같은 방식으로 표현하기도 한다. In the present specification, the complex of the anticancer agent and the polymeric membrane gold nanoparticles may be expressed in the same manner as the "anticancer agent-gold nanoparticle" or "anticancer agent-polymer nanoparticle gold nanoparticle".

상기 항암 유전자는 항암 작용을 할 수 있는 임의의 유전자를 포함하며, 예를 들어 siRNA, 올리고뉴클레오티드, 또는 플라스미드 DNA 등이 있다. The anticancer gene includes any gene capable of anticancer activity, for example, siRNA, oligonucleotide, or plasmid DNA.

상기 항암유전자는 발암 유전자에 대한 siRNA일 수 있다. 상기 siRNA는 발암 유전자로서 공지된 임의의 유전자의 siRNA가 이용될 수 있다. The anti-cancer gene may be an siRNA against a carcinogen. The siRNA may be siRNA of any gene known as a carcinogenesis gene.

일 구체예에서, 상기 항암 유전자는 c-myc 유전자에 대한 siRNA이다. c-myc는 대표적 발암 유전자로 알려져 있으며, 인간 8번 염색체에 존재하는 c-myc 유전자가 14번 염색체로 전좌되어 과잉발현 후 혈액암의 일종인 버킷림프종이 발생한다고 알려져 있으며, 특히 대장암. 유방암, 폐암 등에서 myc 유전자의 대량증폭이 발견되는 것으로 알려져 있다. 따라서, c-myc 유전자에 대한 siRNA가 부착된 고분자막 금 나노입자의 복합체(siRNA 부착-금 나노입자)는 버킷림프종, 대장암, 유방암, 또는 폐암 치료에 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다. In one embodiment, the anti-cancer gene is an siRNA for the c-myc gene. It is known that c-myc is a typical oncogenic gene. It is known that c-myc gene located on human chromosome 8 translocates to chromosome 14, and after overexpression, bucky lymphoma, which is a kind of blood cancer, occurs. It is known that massive amplification of the myc gene is found in breast cancer and lung cancer. Therefore, it is expected that the complex of siRNA-attached polymeric gold nanoparticles (siRNA attachment - gold nanoparticles) with c-myc gene can be effectively used for the treatment of bucky lymphoma, colon cancer, breast cancer or lung cancer.

상기 음이온성 화학요법제는 음이온성을 띄어 상기 고분자막 금나노입자에 부착될 수 있는 임의의 화학요법제일 수 있다. The anionic chemotherapeutic agent may be any chemotherapeutic agent that is anionic and can be attached to the polymeric membrane gold nanoparticles.

상기 고분자막 금 나노입자의 고분자막에 항암제가 부착된, 항암제 및 고분자막 금 나노입자의 복합체는 표면의 고분자막의 양전하로 인해 생체 내에서의 암세포와의 상호작용에 의해 암세포에 엔도사이토시스에 의해 유입될 수 있다. 상기 항암제로서 c-myc siRNA 및 고분자막 금 나노입자의 복합체가 암세포에 엔도사이토시스에 의해 유입된 후 암세포에 c-myc siRNA를 전달하여 항암 효과가 나타나는 예상 기전의 모식도를 도 2에 나타내었다. The complex of anticancer agent and polymeric gold nanoparticle having the anticancer agent attached to the polymer membrane of the polymer nanoparticle can be introduced into the cancer cell by the endocytosis due to interaction with the cancer cell in vivo due to the positive charge of the polymer membrane on the surface have. FIG. 2 shows a schematic diagram of a mechanism by which c-myc siRNA and polymer complex gold nano-particle complex as an anticancer agent are introduced into cancer cells by endocytosis, and then c-myc siRNA is transferred to cancer cells to show anticancer effects.

도 2에 나타낸 바와 같이, c-myc의 siRNA가 정전기적 인력에 의해 부착된 고분자막 금 나노입자의 복합체는 생체에 투여 시 표면의 양전하로 인해 종양세포에 세포내 흡수에 의해 유입되며, 종양 세포 내에서는 세포내 환원조건 하에서 금 나노입자 상의 1개 이상의 고분자막이 붕괴되어 c-myc의 siRNA가 유리되어 c-myc의 siRNA가 c-myc mRNA와 결합하여 c-myc mRNA가 분열되어 종양세포가 사멸하는 것으로 예상된다. As shown in FIG. 2, the complex of the polymeric membrane gold nanoparticles in which the c-myc siRNA is attached by the electrostatic attraction is introduced into the tumor cell by the intracellular absorption due to the positive charge on the surface when administered to the living body, The c-myc siRNA binds to the c-myc mRNA and the c-myc mRNA is cleaved to kill the tumor cells. .

일 구체예에서, 상기 고분자막 금 나노입자는 ATRP 횟수가 증가함에 따라 금 나노입자의 양전하정도가 비례하여 증가하는 것으로 확인되었으며, 표면에 중합되는 고분자의 양도 점차적으로 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 고분자 층의 수가 증가함에 따라 고분자의 양 및 양전하도가 증가하기 때문에 강한 정전기적 인력이 발생하여, 금 나노입자로의 siRNA 부착 효율이 향상되는 것으로 확인되었다 (실시예 2 및 표 1 참조). In one embodiment, the polymeric gold nanoparticles have been found to increase the positive charge of gold nanoparticles proportionally as the number of ATRPs increases, and the amount of polymer polymerized on the surface gradually increases. In addition, as the number of polymer layers increased, the amount of positive and positive charges increased, resulting in strong electrostatic attractive force, and it was confirmed that the efficiency of siRNA attachment to gold nanoparticles was improved (see Example 2 and Table 1) .

또한, 고분자막이 3개인 금 나노입자인 L3@AuNP는 유전자가 금 나노입자에 강하게 결합되어 있기 때문에, 전기영동에 의해 유전자가 분리되지 않는 반면, 고분자막이 1개인 L1@AuNP에는 유전자가 약하게 결합되어 분리되는 현상이 관찰되었다. 또한, DTT 처리 후에는, 고분자 층 붕괴에 의해 거의 모든 유전자가 다층 고분자막 금 나노입자로부터 분리됨을 확인하였다 (실시예 2 및 도 4b 참조). In addition, L3 @ AuNP, which is a gold nanoparticle with three polymer membranes, is not separated by electrophoresis because the gene is strongly bound to gold nanoparticles, whereas L1 @ AuNP with one polymer membrane is weakly bound A separate phenomenon was observed. After the DTT treatment, it was confirmed that nearly all the genes were separated from the multi-layered polymer membrane gold nanoparticles due to the collapse of the polymer layer (see Example 2 and Fig. 4B).

또한, 고분자막 금 나노입자를 고농도의 RNase로 처리하여, 부착되어 있는 siRNA의 결합 안정성을 확인한 결과, 고분자막의 층수가 증가할수록 siRNA의 안정성 유지도가 향상되는 것으로 확인되었다(시험예 2 및 도 4c 참조). In addition, it was confirmed that the stability of the siRNA was improved as the number of polymer membranes was increased by treating the gold nanoparticles of the polymer membrane with a high concentration of RNase and confirming the binding stability of the attached siRNA (Test Example 2 and Fig. 4c ).

일 구체예에서, 상기 고분자막의 층수가 증가함에 따라 금 나노입자 표면의 높은 양전하로 인해 암세포에 대한 유입 효율이 증가하는 것으로 나타났다 (시험예 및, 도 5a 및 5b 참조). 그러나, 과도하게 층수가 증가할 경우 나노입자의 크기가 너무 커져서 암세포에 의한 엔도사이토시스가 원활하게 이루어지지 않을 우려가 있다. In one embodiment, as the number of layers of the polymer membrane increases, the introduction efficiency of cancer cells increases due to a high positive charge on the surface of the gold nanoparticles (see Test Example and FIGS. 5A and 5B). However, if the number of layers is excessively increased, the size of the nanoparticles may become too large and endocytosis due to cancer cells may not be smoothly performed.

일 구체예에서, 상기 고분자막 금 나노입자는 항암 유전자가 부착되지 않은 경우에도 고분자막의 층수가 증가함에 따라 금 나노입자의 독성이 다소 증가하는 것으로 나타났으며, 이는 고분자막의 층수가 증가할수록 나노입자 표면에 강한 양전하가 형성되기 때문인 것으로 여겨지며, 고분자막에 의한 양전하가 세포막과의 상호작용을 증가시키기는 하지만, 너무 강할 경우 세포에 손상을 야기할 수 있기 때문이다. 또한, 항암 유전자 (c-myc siRNA) 부착-다층 고분자막 금 나노입자는 항암유전자가 부착되지 않은 경우에 비해 세포 사멸 효과가 크게 증가하는 것으로 나타났고, 고분자막의 층수가 증가할수록 세포 사멸 효과가 우수한 것으로 나타났으며, 이는 고분자막의 층수가 증가할수록 항암 유전자 부착-다층 고분자막 금 나노입자의 세포내 유입 효율이 높기 때문인 것으로 보인다 (시험예 4 및 도 6a 내지 6c 참조). In one embodiment, the polymeric gold nanoparticles have a slightly increased toxicity of the gold nanoparticles as the number of polymeric membranes increases, even when the cancer gene is not attached. As the number of polymer membranes increases, It is believed that strong positive charge is formed in the polymer membrane, and positive charge by the polymer membrane increases the interaction with the cell membrane, but if it is too strong, it may cause damage to the cell. In addition, the anti-cancer gene (c-myc siRNA) -multi-layered polymeric gold nanoparticles showed a significant increase in apoptotic effect as compared with the case that no anti-cancer gene was attached. This is due to the high efficiency of intracellular entry of the anticancer gene-attached multi-layered polymeric gold nanoparticles as the number of polymer membranes increases (see Test Example 4 and FIGS. 6A to 6C).

따라서, 본 발명의 일 구체예에 따른 고분자막 금 나노입자는 항암제의 부착 효율, 항암제가 부착된 복합체의 결합 안정성, 상기 복합체의 세포 내로의 유입 효율의 측면을 고려할 때, 2개층 이상의 고분자막을 가질 수 있으며, 구체적으로는 2 내지 5개 층의 고분자막, 보다 구체적으로 2 내지 3개 층의 고분자막을 가질 수 있다. Therefore, in consideration of the attachment efficiency of the anticancer agent, the binding stability of the complex having the anticancer agent, and the efficiency of introduction of the complex into the cell, the polymeric membrane gold nanoparticle according to one embodiment of the present invention may have two or more polymer membranes Specifically, 2 to 5 layers of polymer membranes, more specifically 2 to 3 layers of polymer membranes.

실제로 폐암 마우스 모델에게 본 발명의 일 구체예에 따른 항암 유전자 c-myc siRNA부착-금 나노입자를 투여하고 총 28일동안 종양의 크기 및 동물의 무게변화를 모니터링 한 결과, 고형암 크기 억제 효과가 우수하였으며, 동물 모델의 평균 몸무게의 변화가 크지 않아 항암 유전자 부착-금 나노입자(c-myc siRNA 부착-L3@AuNP)는 독성이 크지 않은 것으로 나타났다. 또한, 28일째 고형암을 수거, 고형암 내 c-myc 발현을 정량한 결과, 현저하게 낮은 c-myc 발현을 나타내어 항암 유전자 부착-금 나노입자에 의해 전달된 c-myc siRNA 에 의해 c-myc 발현이 억제되어 고형암 성장이 억제된 것으로 확인되었다(시험예 5 및 도 7, 8 참조). 또한, 혈관주사 24시간 후, siRNA 부착-L3@AuNP가 암 조직에 집중적으로 축적되는 것으로 나타나, 본 발명에 따른 고분자막 금 나노입자가 암조직에 대한 선택성이 매우 우수한 것으로 확인되었다. Indeed, lung cancer mouse models were monitored for changes in tumor size and animal weight for 28 days following administration of the anti-cancer gene c-myc siRNA-gold nanoparticles according to one embodiment of the present invention. As a result, (C-myc siRNA attachment-L3 @ AuNP) were not toxic, because the average weight change of the animal model was not large. On the 28th day, solid tumor was collected and quantified for c-myc expression in solid tumors. As a result, c-myc expression was remarkably low, and c-myc expression was detected by c-myc siRNA delivered by anti-cancer gene-gold nanoparticles And inhibited solid tumor growth (Test Example 5 and Figs. 7 and 8). Also, after 24 hours of vascular injection, the siRNA adherence-L3 @ AuNP accumulates intensively in cancer tissues, indicating that the polymeric membrane gold nanoparticles according to the present invention are highly selective for cancer tissues.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 고분자막 금 나노입자의 고분자막에 항암제가 부착된, 항암제 및 고분자막 금 나노입자의 복합체는 암 치료에 효과적으로 사용될 수 있다. As described above, the combination of the anticancer agent and the polymeric gold nanoparticle with the anti-cancer agent attached to the polymer membrane of the polymer nanoparticle can be effectively used for cancer treatment.

따라서, 본 발명은 또 다른 일 측면에 있어서, 상기 항암제 및 고분자막 금 나노입자의 복합체를 포함하는 암 치료용 약학 조성물을 제공한다. Accordingly, in another aspect, the present invention provides a pharmaceutical composition for treating cancer comprising a complex of the anticancer agent and the polymeric membrane gold nanoparticles.

상기 암 치료용 약학 조성물은 나노입자 자체의 EPR 효과에 의해 암세포에 타겟팅 될 수 있으며, 금 나노입자 상에 형성된 고분자막으로 인해 항암제를 보다 효율적으로 부착시킬 수 있고, 암세포에 보다 효율적으로 유입되어 항암제 효과를 더욱 증진시킬 수 있다. The pharmaceutical composition for cancer treatment can be targeted to cancer cells by the EPR effect of the nanoparticles themselves, and the polymer membrane formed on the gold nanoparticles can attach the anticancer agent more efficiently, and more efficiently flows into the cancer cells, Can be further improved.

상기 항암제 및 고분자막 금 나노입자의 복합체를 포함하는 암 치료용 약학 조성물의 투여량은 구체적인 항암제의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 항암제의 종류에 따라 통상적인 임상실험을 통해 당해 기술분야의 전문가가 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어 항암제로서 c-myc의 siRNA를 사용할 경우, 1-1000 mg/kg의 투여량으로 투여할 수 있다. 상기 약학 조성물의 투여량은 환자의 인종, 성별, 연령, 암의 진행 정도 등에 따라 전문가의 판단에 따라 적절히 가감할 수 있다. The dosage of the pharmaceutical composition for treating cancer including the complex of the anticancer agent and the polymeric membrane gold nanoparticles may be varied depending on the kind of the specific anticancer agent and may be appropriately selected by a person skilled in the art . For example, when siRNA of c-myc is used as an anticancer agent, it can be administered at a dose of 1-1000 mg / kg. The dose of the pharmaceutical composition may be appropriately adjusted depending on the race, sex, age, degree of cancer progression, and the like of the patient.

상기 약학 조성물은 주사제로서 제제화될 수 있으며, 주사제로 제제화될 경우 혈액과 등장인 무독성 완충용액을 희석제로서 포함할 수 있으며, 예를 들어 pH 7.4의 인산완충용액 등이 있다. 상기 약학 조성물은 완충용액 이외에 기타 다른 희석제 또는 첨가제를 포함할 수 있다. 이러한 주사제에 부가될 수 있는 부형제 및 첨가제는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 공지되어 있으며, 예를 들어 하기 문헌을 참조하면 알 수 있다(Dr. H.P. Fiedler "Lexikon der Hilfsstoffe fur Pharmazie, Kosmetik und angrenzende Gebiete" [Encyclopaedia of auxiliaries for pharmacy, cosmetics and related fields]).The pharmaceutical composition may be formulated as an injection. When it is formulated into an injection, it may contain a non-toxic buffer solution that appears as blood, as a diluent, for example, a phosphate buffer solution of pH 7.4. The pharmaceutical composition may contain other diluents or additives in addition to the buffer solution. Excipients and additives that may be added to such injections are well known to those skilled in the art and can be found, for example, in the following references: Dr. HP Fiedler "Lexikon der Hilfsstoffe fur Pharmazie, Kosmetik und angrenzende Gebiete "[Encyclopedia of auxiliaries for pharmacy, cosmetics and related fields]).

본 발명은 또 다른 일 양상에 있어서,According to another aspect of the present invention,

BIBB를 개시제로 하고 DAMA 및 HEMA를 단량체로 하여 표면개시고분자리빙중합(SI-ATRP) 반응에 의해 고분자막을 금 나노입자 표면상에 형성시키는 고분자막 형성 단계를 포함하고,And a polymer film forming step of forming a polymer membrane on the surface of the gold nanoparticles by a surface-initiated polymeric living polymerization (SI-ATRP) reaction using BIBB as an initiator and DAMA and HEMA as monomers,

상기 고분자막의 형성 단계를 1 회 이상 수행하는 것인, 상기 고분자막 금 나노입자의 제조방법을 제공한다. Wherein the step of forming the polymer membrane is carried out one or more times.

본 양상에 따른 상기 고분자막 금 나노입자의 제조방법의 상세는 상기 본 발명의 일 양상에 따른 상기 고분자막 금 나노입자에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있다.The method of manufacturing the polymeric membrane gold nanoparticles according to this aspect of the present invention can be applied as it is to the description of the polymeric membrane gold nanoparticle according to one aspect of the present invention.

상기 HEMA의 단량체의 반응 비율은 전체 단량체에 대해 약 10 내지 50 몰%, 보다 구체적으로는 약 20 내지 30몰%일 수 있다. HEMA의 단량체의 반응 비율이 높을수록 양이온성 단량체의 비율이 줄어 양이온성이 낮아지는 결과를 초래할 수 있으며, 반면 HEMA의 단량체의 반응 비율이 낮게 되면 추후 반복하여 수행할 수 있는 SI-ATRP 반응을 위한 히드록시기가 감소되어 SI-ATRP 반응이 어려워질 수도 있다. The reaction rate of the monomer of the HEMA may be about 10 to 50 mol%, more specifically about 20 to 30 mol%, based on the total monomers. As the reaction rate of HEMA monomer increases, the ratio of cationic monomer decreases, resulting in lower cationicity. On the other hand, when the reaction rate of HEMA monomer is lower, it is possible to carry out the SI-ATRP reaction repeatedly The hydroxyl group may be decreased and SI-ATRP reaction may become difficult.

상기 제조방법의 일 구체예에에 따른, 상기 다층 고분자막 금 나노입자를 금 나노입자로부터 제조하는 반응의 모식도는 도 1에 나타낸 바와 같다. 구체적인 반응 조건은 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자가 적절히 선택할 수 있다. FIG. 1 is a schematic diagram of a reaction for producing the multi-layered polymer membrane gold nanoparticles from gold nanoparticles according to an embodiment of the present invention. The specific reaction conditions can be appropriately selected by those skilled in the art.

본 발명의 또 다른 일 양상에 있어서, In another aspect of the present invention,

상기 고분자막 금 나노입자 및 음이온성 항암제를 반응시키는 단계를 포함하는, 항암제 및 고분자막 금 나노입자의 복합체의 제조방법을 제공한다.And a step of reacting the polymeric membrane gold nanoparticles with an anionic anticancer agent. The present invention also provides a method for producing a complex of an anticancer agent and a polymeric membrane gold nanoparticle.

본 양상에 따른 상기 항암제 및 고분자막 금 나노입자의 복합체의 제조방법의 상세는 상기 본 발명의 일 양상에 따른 항암제 및 고분자막 금 나노입자의 복합체에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있다.The details of the method for producing the complex of the anticancer agent and the polymeric membrane gold nanoparticle according to this embodiment can be applied as it is as the description of the composite of the anticancer agent and the polymeric membrane gold nanoparticle according to one aspect of the present invention.

상기 고분자막 금 나노입자 및 음이온성 항암제를 반응시키는 단계에 의해 상기 항암제 및 고분자막 금 나노입자의 복합체가 형성되는 일 구체예의 기전이 모식도는 도 2의 상부에 나타내었다. 도 2에 따르면, 상기 고분자막 금 나노입자는 고분자 막에 의해 양이온성을 나타내므로 단지 음이온성 항암제와의 반응 만으로 정전기적 인력에 의해 항암제 및 고분자막 금 나노입자의 복합체가 형성될 수 있다. FIG. 2 shows a schematic diagram of a mechanism of forming a complex of the anticancer agent and the polymeric membrane gold nanoparticles by reacting the polymeric membrane gold nanoparticles and the anionic anticancer agent. According to FIG. 2, since the polymeric gold nanoparticles exhibit cationicity by the polymer membrane, a complex of an anticancer agent and a polymeric membrane gold nanoparticle can be formed by an electrostatic attraction only by reaction with an anionic anticancer agent.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the following examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.

[약어에 대한 설명][Abbreviation Description]

SI-ATRP : 표면 개시 고분자 리빙 중합 SI-ATRP: Surface-initiated polymer living polymerization

BIBB : Bis[2-(2-bromo isobutyryloxy) undecyl] disulfideBIBB: Bis [2- (2-bromo isobutyryloxy) undecyl] disulfide

DAMA : 2-(dimethylamino)ethyl methacrylateDAMA: 2- (dimethylamino) ethyl methacrylate

HEMA : 2-hydroxyethyl methacrylateHEMA: 2-hydroxyethyl methacrylate

Bpy : 2,2'-bipyridylBpy: 2,2'-bipyridyl

DLS: Dynamic Light ScatteringDLS: Dynamic Light Scattering

EF-TEM : Energy-filtering-transmission electron microscopyEF-TEM: Energy-filtering-transmission electron microscopy

ICP-OES : Inductively coupled plasma optical emission spectroscopyICP-OES: Inductively coupled plasma optical emission spectroscopy

FT-IR : Fourier transform infrared spectroscopyFT-IR: Fourier transform infrared spectroscopy

MALDI-TOF MS : Matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectroscopyMALDI-TOF MS: Matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectroscopy

PBS : phosphate buffer salinePBS: phosphate buffer saline

DL- DTT : DL-DithiothreitolDL-DTT: DL-Dithiothreitol

TEM : Transmission Electron Microscope TEM: Transmission Electron Microscope

ESI-TEM : Electron Spectroscopy Imaging TEM ESI-TEM: Electron Spectroscopy Imaging TEM

TdT 효소 : Terminal deoxynucleotidyl transferaseTdT enzyme: Terminal deoxynucleotidyl transferase

BrdUTP : 5-bromo-2'-deoxyuridine 5'-triphosphateBrdUTP: 5-bromo-2'-deoxyuridine 5'-triphosphate

L1@AuNP : 1층 고분자막 금나노입자L1 @ AuNP: 1-layer high molecular weight gold nanoparticles

L2@AuNP : 2층 고분자막 금나노입자L2 @ AuNP: Two-layer high molecular weight gold nanoparticles

L3@AuNP : 3층 고분자막 금나노입자L3 @ AuNP: Three-layer high molecular weight gold nanoparticles

DAB 용액 : 3,3'-Diaminobenzidine 용액DAB solution: 3,3'-Diaminobenzidine solution

실시예Example 1: 금 나노입자의 제작 및 다층 고분자막 금 나노입자의 제작 1: Fabrication of gold nanoparticles and fabrication of multi-layered polymer nanoparticles

금 나노입자 (직경 18nm)를 제작하기 위해 1mM HAuCl4 용액 (100ml)을 80도로 가열하고, 38.8mM Trisodium citrate 용액 (5ml)을 첨가하여 10분동안 교반하였다. 상온에서 식혀 반응을 종료하였다. To prepare gold nanoparticles (diameter 18 nm), 1 mM HAuCl 4 solution (100 ml) was heated to 80 ° C, and 38.8 mM Trisodium citrate solution (5 ml) was added and stirred for 10 minutes. The reaction was stopped by cooling at room temperature.

SI-ATPR를 위해 개시제인 BIBB를 금 나노입자 분산액에 첨가하여 24시간동안 반응시켰다 (금 나노입자 표면의 금 원소 : 개시제 = 1:5 몰비). 반응 후, 여러 번의 원심분리와 수세과정을 통해 반응하지 않은 개시제들을 제거해주었다. 금 나노입자의 표면으로부터 고분자 중합을 위해 단량체인 DAMA와 HEMA (DAMA : HEMA = 4:1 몰비), 촉매인 CuBr과 Bpy를 개시제가 표면에 고정된 금 나노입자 분산액 (DMF/DW/이소프로판올 (1/4/2, v/v/v) 혼합액에 분산)에 첨가한 후, 상온에서 3시간동안 반응시켜 (금 나노입자: 단량체: CuBr: Bpy = 1: 100: 1: 2 몰비), 1층 금 나노입자(L1@AuNP)를 제작하였다. BIBB, an initiator for SI-ATPR, was added to the gold nanoparticle dispersion and reacted for 24 hours (gold element: initiator = 1: 5 molar ratio on gold nanoparticle surface). After the reaction, unreacted initiators were removed through centrifugation and washing several times. From the surface of gold nanoparticles, DAMA and HEMA (DAMA: HEMA = 4: 1 molar ratio), which are monomers, and CuBr and Bpy, which are catalysts, were added to gold nanoparticle dispersion (DMF / DW / isopropanol (Gold nanoparticles: monomers: CuBr: Bpy = 1: 100: 1: 2 molar ratio), and the mixture was stirred for one hour at room temperature Gold nanoparticles (L1 @ AuNP) were prepared.

상기 1차 SI-ATRP 후, 2차 SI-ATPR을 동일하게 수행하여 2층 금 나노입자(L1@AuNP)를 제조하였다. 또한, 2차 SI-ATPR 후 3차 SI-ATPR를 동일하게 수행하여 3층 금 나노입자 (L3@AuNP)를 제작하였다. After the first SI-ATRP, the second SI-ATPR was performed in the same manner to prepare a two-layer gold nanoparticle (L1 @ AuNP). In addition, 3-layer gold nanoparticles (L3 @ AuNP) were fabricated by performing the same SI-ATPR after the second SI-ATPR.

시험예Test Example 1: 다층 고분자막 금 나노입자의 규명 1: Identification of multi-layered polymer membrane gold nanoparticles

상기 실시예 1에서 제조된 다층 고분자막 금 나노입자에 대해 크기와 제타전위를 DLS(dynamic light scattering)를 이용해 측정하였다. 모든 샘플들은 30초씩 3회 측정하였으며, 평균 직경과 표준편차를 기록하였다. The size and zeta potential of the multi-layered polymeric gold nanoparticles prepared in Example 1 were measured using DLS (dynamic light scattering). All samples were measured three times in 30 seconds, and the average diameter and standard deviation were recorded.

금 나노입자의 모양은 EF-TEM을 이용해 관찰하였고, 금 나노입자의 분자량은 MALDI-TOF MS 분석을 통해 측정하였다. 그 결과를 도 3a에 나타내었다 (스케일 바=100nm). The shape of gold nanoparticles was observed by EF-TEM, and the molecular weight of gold nanoparticles was measured by MALDI-TOF MS analysis. The result is shown in Fig. 3A (scale bar = 100 nm).

금 나노입자의 표면 플라즈몬 공명변화는 UV-Vis spectrophotometer를 이용해 모니터링하였다. 그 결과를 도 3b에 나타내었다. Surface plasmon resonance changes of gold nanoparticles were monitored by UV-Vis spectrophotometer. The results are shown in FIG. 3B.

금 나노입자 표면에 고정화된 고분자의 양은 ICP-OES를 통해 정량하였다(미도시). 또한, 금 나노입자 표면에 고정화된 고분자를 FT-IR을 통해 정성분석하였으며, 금 나노입자를 10mM DL-DTT를 24시간동안 처리한 후 FT-IR을 통해 정성분석하였으며, 그 결과를 도 3c에 나타내었다.The amount of the polymer immobilized on the surface of gold nanoparticles was quantified by ICP-OES (not shown). In addition, the polymer immobilized on the surface of the gold nanoparticles was qualitatively analyzed by FT-IR, and the gold nanoparticles were subjected to qualitative analysis by FT-IR after treating 10 mM DL-DTT for 24 hours. Respectively.

도 3a의 (A)에 따르면, 금 나노입자의 직경은 약 18nm 이며, ATRP 후 표면에 고분자 층이 관찰되는 것으로 확인되었다. 1차 ATRP를 진행한 금 나노입자인 1층 고분자막 금나노입자(L1@AuNP)의 표면은 고분자 층의 두께가 균일하며, 고분자가 매우 빽빽하게 고정화된 것으로 나타났다. 이에 반해 L2@AuNP 및 L3@AuNP는 고분자 층의 두께가 균일하지 않고, 랜덤하게 표출되어 있는 형태를 나타내었다. 3A, the diameter of the gold nanoparticles was about 18 nm, and it was confirmed that the polymer layer was observed on the surface after ATRP. The surface of the first layer of gold nanoparticles (L1 @ AuNP), which is the primary ATRP gold nanoparticle, showed uniform thickness of the polymer layer and a very dense immobilization of the polymer. On the other hand, L2 @ AuNP and L3 @ AuNP exhibited a uniformly randomized appearance of the polymer layer thickness.

이러한 데이터에 따르면, 본 발명에 따른 고분자막 금 나노입자는 ATRP 횟수가 증가함에 따라 고분자 층의 두께가 증가하고, 모양 또한 수지상으로 변화한다는 것을 알 수 있다. According to these data, it can be seen that as the number of ATRP increases, the thickness of the polymer layer increases and the shape also changes to a dendritic state in the polymer membrane gold nanoparticles according to the present invention.

도 3a의 (B)에 따르면, 다층 고분자막 금 나노입자 표면에 중합된 고분자의 분자량를 측정하기 위해 MALDI-TOF를 진행한 결과, 700-1500Da 사이에서 나오는 시그널들은 개시제 (Mw 704.7)와 개시제와 결합된 고분자 사슬이 이온화되는 과정에서 단편화 된 부분에서 검출되었다고 예상되기 때문에, 표면에 고정화 된 고분자의 주된 시그널은 1700-7000Da 사이에서 넓게 분포된 부분이라고 여겨졌다. ATRP 횟수가 증가됨에 따라 1700-7000Da 사이의 시그널이 더 강해졌으며, L3@AuNP는 3150Da를 기준으로 시그널이 집중되는 양상을 나타내었는데, 이는 ATRP 횟수가 증가하면서 표면에 고정화되는 고분자 사슬의 분자량이 커져 분자량 분포도 점차 커지는 결과를 나타낸 것으로 보여진다. According to FIG. 3A, MALDI-TOF was performed to measure the molecular weight of the polymer polymerized on the surface of the multi-layered polymer membrane gold nanoparticles. As a result, the signals between 700 and 1500 Da were found to have an initiator (Mw 704.7) Since the polymer chains are expected to be detected in the fragmented part during ionization, the dominant signal of the polymer immobilized on the surface was considered to be a widely distributed part between 1700-7000 Da. As the number of ATRPs increased, the signal between 1700-7000 Da was stronger, and L3 @ AuNP showed signal concentration at 3150 Da. This is because the molecular chain of the polymer chain immobilized on the surface becomes larger as the number of ATRP increases And the molecular weight distribution gradually increases.

도 3b에 따르면, 금 나노입자 (직경 18nm)의 최대 흡광값은 527nm로, ATRP 횟수가 증가함에 따라 541nm까지 이동하며, 피크가 약간 넓어지는 현상이 관찰되었다. 이는 ATRP의 회수가 증가함에 따라 전체 나노입자의 크기가 증가되었기 때문인 것으로 보여진다. According to FIG. 3B, the maximum absorption value of the gold nanoparticles (diameter 18 nm) was 527 nm, and as the number of ATRPs was increased, the absorption peak shifted to 541 nm and the peak was slightly widened. This is probably due to the increase in the size of total nanoparticles as the number of ATRP increases.

도 3c에 따르면, 금 나노입자의 표면에 고정된 고분자를 FT-IR로 정성분석한 결과, L3@AuNP에서는 DAMA에서 유래된 특정 피크들이 관찰되었다. 반면, DTT 처리 후, 고분자에서 유래되는 피크들이 사라졌으며 이는 DTT에 의해 고분자막 간의 디설피드 결합이 절단되어 금 나노입자 표면에서 떨어져 나갔음을 의미한다. 따라서, 본 발명에 따른 금 나노입자 표면의 다층 고분자막은 세포 내 환원조건에서 성공적으로 붕괴될 것으로 예상된다. According to FIG. 3C, the polymer fixed on the surface of gold nanoparticles was subjected to qualitative analysis by FT-IR. As a result, specific peaks derived from DAMA were observed in L3 @ AuNP. On the other hand, after the DTT treatment, the peaks derived from the polymer disappeared, indicating that the disulfide bond between the polymer membranes was cleaved by the DTT and separated from the surface of the gold nanoparticles. Therefore, it is expected that the multi-layered polymer membrane on the surface of the gold nanoparticles according to the present invention will be successfully collapsed under the intracellular reducing conditions.

실시예Example 2: 다층 고분자막 금 나노입자에 유전자 부착 2: Gene attachment to multi-layered polymer membrane gold nanoparticles

상기 실시예 1에서 제조된 다층 고분자막 금 나노입자 (22.2g)과 siRNA (15g)을 PBS (pH 7.4, 500l)에서 12시간동안 반응시켰다. 반응 후, 원심분리를 통해 부착되지 않은 siRNA를 수거하고, 260nm에서 흡광을 측정하여 정량한 결과를 토대로 부착효율을 계산하였다. 유전자 부착 전과 부착 후의 금 나노입자의 크기 및 제타전위를 DLS를 통해 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. Multilayer polymeric gold nanoparticles (22.2 g) and siRNA (15 g) prepared in Example 1 were reacted in PBS (pH 7.4, 500 l) for 12 hours. After the reaction, the unattached siRNA was collected by centrifugation, and the adherence efficiency was calculated based on the quantification by measuring the absorbance at 260 nm. The size and zeta potential of gold nanoparticles before and after gene attachment were measured by DLS. The results are shown in Table 1 below.

[표 1][Table 1]

Figure pat00001
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또한, 유전자 부착-다층 고분자막 금 나노입자의 유전자 방출 양상을 측정하기 위해 10mM DL-DTT를 24시간동안 처리하였다. 각 유전자 부착-금 나노입자의 siRNA의 방출율을 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 함께 나타내었다. 유전자 부착-다층 고분자막 금 나노입자의 10mM DL-DTT 처리에 의한 유전자 방출 전후의 모양 변화는 TEM과 ESI-TEM을 통해 관찰하였으며, 그 결과를 도 4a에 나타내었다 (금: 분홍, 인산기: 스카이블루, 스케일 바 = 100nm). In addition, 10 mM DL-DTT was treated for 24 hours to measure the gene emission pattern of gene-attached multi-layered polymeric gold nanoparticles. The release rate of siRNA of each gene-attached gold nanoparticle was measured, and the results are shown in Table 1. The morphological changes before and after gene release by 10 mM DL-DTT treatment of gene-attached multi-layered polymeric gold nanoparticles were observed by TEM and ESI-TEM, and the results are shown in FIG. 4A (gold: pink, phosphate: , Scale bar = 100 nm).

또한, 유전자 부착-다층 고분자막 금 나노입자의 10mM DL-DTT 처리에 의한 유전자 방출 전후 아가로오스 겔 (1.2%, w/v) 전기영동을 진행하였다. 유전자 부착-다층 고분자막 금 나노입자의 10mM DL-DTT 처리 전 후의 아가로오스 겔 전기영동 결과를 도 4b에 나타내었다. In addition, agarose gel (1.2%, w / v) electrophoresis was performed before and after gene delivery by 10mM DL-DTT treatment of gene-attached multi-layered polymeric gold nanoparticles. The result of agarose gel electrophoresis before and after 10 mM DL-DTT treatment of gene-attached multi-layered polymeric gold nanoparticles is shown in FIG.

상기 표 1의 결과에 따르면, ATRP 횟수가 증가함에 따라 고분자막의 층수 및 고분자 사슬의 길이가 길어져 나노입자의 전체직경이 증가하는 것으로 확인되었다. 또한, 시트레이트로 환원시켜 금 나노입자를 제작 했기 때문에 금 나노입자 표면은 음전하를 띄는 반면, 1차 ATRP만으로 표면이 높은 양전하로 치환되며 ATRP 횟수가 증가함에 따라 금 나노입자의 양전하정도가 비례하여 증가하는 것으로 확인되었다. 또한, ATRP 횟수가 증가함에 따라 표면에 중합되는 고분자의 양도 점차적으로 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 고분자막의 층수가 증가함에 따라 고분자의 양 및 양전하도가 증가하기 때문에 강한 정전기적 인력이 발생하여, 금 나노입자로의 siRNA 부착 효율이 향상되는 것으로 확인되었다. siRNA 부착에 의해 나노입자의 전체적 크기가 증가하였으며, 제타전위는 약간 감소하였다. 또한, DTT를 처리하여 고분자 층이 붕괴됨에 따라 siRNA가 방출되는 것으로 확인되었다. According to the results shown in Table 1, as the number of ATRP increases, the number of layers of the polymer membrane and the length of the polymer chain become longer, and the total diameter of the nanoparticles increases. In addition, since gold nanoparticles were reduced by citrate reduction, the surface of gold nanoparticles was negatively charged, but the surface was replaced with a positive charge with only primary ATRP. As the number of ATRP increases, the positive charge of gold nanoparticles was proportional Respectively. Also, as the number of ATRP increases, the amount of polymer polymerized on the surface gradually increases. In addition, as the number of polymer membranes increases, the amount of polymer and positivity increases, resulting in strong electrostatic attractive force, and it was confirmed that the efficiency of siRNA attachment to gold nanoparticles is improved. The overall size of the nanoparticles was increased by siRNA attachment and the zeta potential was slightly decreased. In addition, it was confirmed that the siRNA was released as the polymer layer collapsed due to the treatment with DTT.

도 4a에 따르면, 다층 고분자막 나노입자의 표면에 고정화 되어 있던 고분자막이 붕괴되어 사라졌으며, 동시에 유전자도 다층 고분자막 금 나노입자로 부터 방출되는 것으로 확인되었다. 또한, 도 4b에 따르면, 유전자 부착 후 L3@AuNP는 유전자가 금 나노입자에 강하게 결합되어 있기 때문에, 전기영동에 의해 유전자가 분리되지 않는 반면, L1@AuNP에는 유전자가 약하게 결합되어 분리되는 현상이 관찰되었다. 또한, DTT 처리 후에는, 고분자 층 붕괴에 의해 거의 모든 유전자가 다층 고분자막 금 나노입자로부터 분리됨을 확인하였다. According to FIG. 4A, the polymer membrane immobilized on the surface of the multi-layered polymer membrane nanoparticles collapsed and disappeared, and at the same time, it was confirmed that the gene was also released from the multi-layered polymer membrane gold nanoparticles. In addition, according to FIG. 4B, since the gene is strongly bound to gold nanoparticles after gene attachment, the gene is not separated by electrophoresis, while the gene is weakly bound to L1 @ AuNP Respectively. After the DTT treatment, it was confirmed that almost all the genes were separated from the multi-layered polymer membrane gold nanoparticles by the collapse of the polymer layer.

시험예Test Example 2: 유전자 부착-금 나노입자와 부착된 유전자의 안정성 실험 2: Gene attachment - Stability experiment of gold nanoparticles and attached genes

금 나노입자에 부착된 유전자의 안정성을 확인하기 위해 RNase (200g/ml)를 포함하는 PBS에 실시예 3에서 제작된 유전자 부착-금 나노입자를 첨가한 후, 37도에서 72시간동안 배양하였다. 헤파린 소듐염 (10mg/ml)을 30분동안 처리하여, 고분자 층과 결합되어 있는 siRNA를 분리한 후, 전기영동을 통해 siRNA의 안정성을 측정하였다. 그 결과를 도 4c에 나타내었다. In order to confirm the stability of the gene attached to the gold nanoparticles, the gene-attached gold nanoparticles prepared in Example 3 were added to PBS containing RNase (200 g / ml) and then cultured at 37 ° C for 72 hours. The heparin sodium salt (10 mg / ml) was treated for 30 minutes to separate the siRNA bound to the polymer layer, and the stability of the siRNA was measured by electrophoresis. The results are shown in Fig. 4C.

도 4c는 siRNA 부착-다층 고분자막 금 나노입자를 RNase존재 하에서 배양 후 siRNA에 대한 전기영동 결과이다. 도 4c에 따르면, 고농도의 RNase를 처리하여, 다층 고분자막 금 나노입자에 부착되어 있는 siRNA의 안정성을 확인한 결과, 고분자막의 층수가 증가할수록 siRNA의 안정성 유지도가 향상되는 것으로 확인되었다. FIG. 4c shows electrophoresis results of siRNA after culturing the siRNA-attached multi-layered polymer membrane gold nanoparticles in the presence of RNase. According to FIG. 4c, the stability of the siRNA attached to the gold nanoparticles of the multi-layered polymer membrane was examined by treating the high concentration of RNase. As a result, it was confirmed that the stability of the siRNA was improved as the number of the polymer membranes increased.

시험예Test Example 3: 유전자 부착-다층 고분자막 금 나노입자의 세포 내  3: Gene Attachment - Intracellular Multilayer Polymer Membrane Gold Nanoparticles 유입율Inflow rate

인간 폐암 세포인 A549세포를 12-웰 플레이트에 1x105 세포/웰로 24시간 배양한 후, 여기에 실시예 3과 동일한 방식으로 FTIC-siRNA를 부착한 금 나노입자를 처리하여 3시간 동안 트랜스펙션(transfection)을 진행하였다. 세포를 1% 포름알데하이드로 고정 후, 공초점 레이저스캐닝 현미경 (CLSM)를 통해 세포 내 유입을 관찰하였다. 세포 내 유입된 금 나노입자를 정량하기 위해 세포를 왕수에 완전히 녹여 ICP-OES 분석을 진행하였다. Human lung cancer cell A549 cells were cultured on a 12-well plate at 1 x 10 cells / well for 24 hours. Then, gold nanoparticles with FTIC-siRNA attached thereto were treated in the same manner as in Example 3 and transfected for 3 hours (transfection). Cells were fixed with 1% formaldehyde and intracellular entry was observed via confocal laser scanning microscopy (CLSM). To quantitate the intracellular gold nanoparticles, ICP-OES analysis was performed by completely dissolving the cells in aqua regia.

그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5a는 FTIC-siRNA 부착-금 나노입자를 인간 폐암 세포인 A549세포에 트랜스펙션 시킨 후 공초점 레이저스캐닝 현미경 (CLSM) 이미지를 촬영한 사진이이며(A549 세포 내로 유입된 FTIC-siRNA(녹색), 스케일 바 = 50νm), 도 5b는 A549세포내로 유입된 FTIC-siRNA 부착-금 나노입자를 ICP-OES 분석에 의해 측정한 정량적 분석 결과를 나타낸 그래프 및 표이다. The results are shown in Fig. FIG. 5A is a photograph of a confocal laser scanning microscope (CLSM) image after transfection of FTIC-siRNA-attached gold nanoparticles into human lung cancer cell A549 cells (FTIC-siRNA injected into A549 cells ), And scale bar = 50 nM). FIG. 5B is a graph and a table showing the result of quantitative analysis of FTIC-siRNA adhered-gold nanoparticles introduced into A549 cells by ICP-OES analysis.

상기 도 5에 나타난 바와 같이, A549 암세포에 유전자 부착-금 나노입자를 처리한 후, 세포 내 유입 효율을 측정한 결과, 고분자막 층수가 증가할수록 높은 siRNA 세포 내 유입 효율을 갖는 것으로 나타났다. 이는 고분자 막의 층수가 증가함에 따라 siRNA의 부착 효율이 높아질 뿐만 아니라 나노입자 표면의 높은 양전하로 인해 암세포와의 상호작용이 증가된 것이라고 여겨진다. As shown in FIG. 5, A549 cancer cells were treated with gene attachment-gold nanoparticles, and the efficiency of intracellular entry was measured. As the number of polymer membranes increased, the efficiency of siRNA intracellular entry was high. This suggests that as the number of polymer membranes increases, the adhesion efficiency of siRNA increases and interaction with cancer cells increases due to high positive charge on the surface of nanoparticles.

시험예Test Example 4: 항암 유전자 부착-금 나노입자의 세포 사멸능력 평가 4: Cancer gene attachment - Assessment of cell killing ability of gold nanoparticles

별도로, 세포 내 유입 및 그에 따른 세포 사멸 효과를 확인하기 위해 c-myc siRNA를 부착한 금 나노입자를 상기 시험예 2의 방법과 동일한 방법으로 인간 폐암 세포인 A549세포에 트랜스펙션 시킨 후 세포의 생사 판별을 위해 MTT 어세이와 TUNEL 어세이를 수행하였으며, TRIzol 시약을 이용해 RNA를 추출, cDNA를 합성하고, Real-time PCR을 통해 c-myc 발현 억제 정도를 측정하였다. Separately, in order to confirm intracellular influx and thus apoptotic effect, gold nanoparticles having c-myc siRNA attached thereto were transfected into human lung cancer cell A549 cells in the same manner as in Test Example 2, MTT assays and TUNEL assays were performed to discriminate between silk and human. RNA was extracted using TRIzol reagent, cDNA was synthesized, and the degree of c-myc expression inhibition was measured by real-time PCR.

MTT실험을 위해, A549 세포를 12-well plate에 1x105 cells/well로 24시간 배양하고, 여기에 c-myc siRNA 부착-금 나노입자를 다양한 농도로 3시간 동안 처리하였다. 24시간 추가 배양 후, MTT 용액 (5mg/ml 10l)를 3시간 동안 처리하고, 생성된 포르마잔 결정(formazan crystal)을 DMSO에 녹여 570 nm에서 흡광도를 측정하였다. For MTT experiments, A549 cells were cultured on a 12-well plate at 1 × 10 5 cells / well for 24 h, and then treated with c-myc siRNA-gold nanoparticles at various concentrations for 3 h. After additional incubation for 24 hours, MTT solution (5 mg / ml 10 l) was treated for 3 hours, and the formazan crystal was dissolved in DMSO and absorbance was measured at 570 nm.

TUNEL 어세이를 위해 A549 세포를 6-well plate에 5x105 cells/well로 24시간 배양한 후, 금 나노입자를 3시간 동안 처리, 24시간 추가 배양 후, 1% 포름알데하이드를 이용해 세포를 고정하고, 70% 에탄올 용액을 처리했다. TdT 효소와 BrdUTP을 포함하는 DNA-라벨링 용액을 처리한 후, 60분동안 반응시켰다. Alexa Fluor 488-labeled anti-BrdU 항체를 처리하고, 상온에서 30분동안 반응시켰다. 염색된 세포는 유동세포계수법과 CLSM을 통해 정성 및 정량 분석을 진행하였다.For TUNEL assays, A549 cells were cultured on a 6-well plate at 5 × 10 5 cells / well for 24 h. Gold nanoparticles were then treated for 3 h and further incubated for 24 h. Cells were fixed with 1% formaldehyde , 70% ethanol solution. The DNA-labeling solution containing TdT enzyme and BrdUTP was treated and reacted for 60 minutes. Alexa Fluor 488-labeled anti-BrdU antibody was treated and reacted at room temperature for 30 minutes. The stained cells were analyzed qualitatively and quantitatively by flow cytometry and CLSM.

그 결과를 도 6에 나타내었다.The results are shown in Fig.

도 6a는 c-myc siRNA부착-금 나노입자를 인간 폐암 세포인 A549세포에 트랜스펙션 시킨 후 TUNEL 어세이를 수행한 결과를 촬영한 사진이고(TUNEL 양성세포는 녹색이고, 세포핵은 적색임, 스케일바 = 100 um), 도 6b는 TUNEL 어세이를 수행한 후 유동세포계수법(flow cytometry)을 통한 TUNEL-양성세포 분포도이며, 도 6c는 c-myc siRNA부착-금 나노입자를 인간 폐암 세포인 A549세포에 트랜스펙션 시킨 후 TRIzol 시약을 이용해 RNA를 추출, cDNA를 합성하고, Real-time PCR을 통해 c-myc 발현 억제 정도를 정량적으로 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. FIG. 6A is a photograph showing a result of performing a TUNEL assay after transfection of c-myc siRNA-attached gold nanoparticles into human lung cancer cell A549 cells (TUNEL-positive cells are green, nucleus is red, FIG. 6C is a graph showing the distribution of TUNEL-positive cells by flow cytometry after performing the TUNEL assay. FIG. 6C is a graph showing the distribution of TUNEL-positive cells by the c-myc siRNA-attached gold nanoparticles in human lung cancer cells A549 cells, followed by RNA extraction using TRIzol reagent, cDNA synthesis, and quantitative measurement of c-myc expression inhibition through real-time PCR.

도 6에 따르면, 항암 유전자가 부착되지 않은 경우에도 고분자막의 층수가 증가함에 따라 금 나노입자의 독성이 다소 증가하는 것으로 나타났으며, 이는 고분자막의 층수가 증가할수록 나노입자 표면에 강한 양전하가 형성되기 때문인 것으로 여겨진다. 왜냐하면, 고분자막에 의한 양전하가 세포막과의 상호작용을 증가시키기는 하지만, 너무 강할 경우 세포에 손상을 야기할 수 있기 때문이다. According to FIG. 6, the toxicity of gold nanoparticles was slightly increased as the number of polymer membranes was increased even when no anti-cancer genes were attached. As the number of polymer membranes increased, a strong positive charge was formed on the surface of the nanoparticles . This is because positive charge by the polymer membrane increases the interaction with the cell membrane, but if it is too strong it can cause damage to the cell.

또한, 항암 유전자 (c-myc siRNA) 부착-다층 고분자막 금 나노입자는 항암유전자가 부착되지 않은 경우에 비해 세포 사멸 효과가 크게 증가하는 것으로 나타났으며, 고분자막의 층수가 증가할수록 세포 사멸 효과가 우수한 것으로 나타났다. 이는 c-myc 유전자 발현이 c-myc siRNA에 의해 현저하게 감소됨에 따라 효과적인 세포 사멸 유도되는 것이며, 고분자막의 층수가 증가할수록 항암 유전자 부착-다층 고분자막 금 나노입자의 세포내유입 효율이 높기 때문인 것으로 보인다. In addition, the cytotoxic effect of the anti-cancer gene (c-myc siRNA) -containing multi-layered polymeric gold nanoparticles was significantly increased as compared with the case where the anti-cancer gene was not adhered. As the number of layers of the polymer membrane increased, Respectively. This is due to the fact that c-myc gene expression is significantly reduced by c-myc siRNA, which leads to effective cell death, and that the higher the number of polymer membranes, the higher the efficiency of intracellular entry of anticancer gene-attached multi-layered polymeric gold nanoparticles .

시험예Test Example 5 : 항암 유전자 부착-금 나노입자의 in  5: Cancer gene attachment - gold nanoparticles in vivovivo 항암효과Anticancer effect 평가 evaluation

1x107세포/동물 농도의 A549 인간 폐암세포를 무흉선 누드 마우스의 오른쪽 대퇴부에 주사하여 이종이식 고형암 동물 모델을 제작했다. 종양의 크기가 40-50mm3/종양에 이르렀을 때, PBS, c-myc siRNA, c-myc siRNA 부착-L3@AuNP의 세가지 샘플을 정맥 주사하였다. 일주일 간격으로 총 4회 정맥주사 하였으며, 총 28일동안 종양의 크기 및 동물의 무게변화를 모니터링 하였다. An xenograft solid tumor animal model was prepared by injecting A549 human lung cancer cells at a concentration of 1 x 10 7 cells / animal into the right femoral region of athymic nude mice. When tumor size reached 40-50 mm 3 / tumor, three samples of PBS, c-myc siRNA, and c-myc siRNA attachment-L3 @ AuNP were intravenously injected. A total of four intravenous injections were performed at weekly intervals, and tumor size and animal weight changes were monitored for a total of 28 days.

28일째 되는 날, 종양을 수거하고, 종양조직으로부터 RNA을 추출한 후, real-time PCR을 통해 종양 내 c-myc 발현을 정량 분석하였다. 또한, 수거한 종양 조직을 파라핀 블럭으로 제조하여, 면역염색을 진행하였다. 탈수 및 재수화한 조직에 TUNEL 반응 혼합물을 60분동안 처리하였다. 3회 수세 후, 컨버터-POD 용액을 30분동안 처리하고, DAB 용액을 10분동안 처리하여 발색을 진행하였다. 그 결과를 도 7에 나타내었다. On day 28, tumors were harvested and RNA extracted from tumor tissue was quantitatively analyzed for tumor c-myc expression by real-time PCR. In addition, the collected tumor tissues were prepared as paraffin blocks and immunostained. The TUNEL reaction mixture was treated for 60 minutes in dehydrated and rehydrated tissues. After washing three times, the converter-POD solution was treated for 30 minutes and the DAB solution was treated for 10 minutes to perform color development. The results are shown in Fig.

도 7의 (A) 및 (B)는 PBS, c-myc siRNA, 및 c-myc siRNA 부착-L3@AuNP의 세 가지 샘플을 고형암 동물 모델에게 정맥 주사한 후 일주일 간격으로 총 4회 정맥주사 하고, 총 28일동안 종양의 크기(A) 및 동물의 무게변화(B)를 모니터링한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 7의 (C)는 28일째 고형암 동물 모델의 고형암 이미지이며, 도 7의 (D)는 고형암 동물 모델의 고형암에서의 c-myc 발현을 정량한 결과를 그래프이다. Figures 7 (A) and (B) show three samples of PBS, c-myc siRNA, and c-myc siRNA attachment-L3 @ AuNP intravenously injected into animal models of solid tumor followed by intravenous injection four times at weekly intervals , The tumor size (A) and the animal weight change (B) for 28 days in total. FIG. 7C is a solid tumor image of an animal model of solid tumor on the 28th day, and FIG. 7D is a graph showing the results of quantifying c-myc expression in a solid tumor of an animal model of solid cancer.

별도로, 금 나노입자의 조직 별 분포를 확인하기 위해 Alexa Fluor 647로 표지 된 siRNA를 L3@AuNP에 부착한 후, 정맥 주사하여 IVIS를 통해 6시간과 24시간 째 금 나노입자의 분포를 형광 이미징하였다. 그 결과를 도 8에 나타내었다. Separately, to confirm the distribution of gold nanoparticles in tissues, the siRNA labeled with Alexa Fluor 647 was attached to L3 @ AuNP, and the distribution of gold nanoparticles was measured by IVIS at 6 hours and 24 hours after fluorescence imaging . The results are shown in Fig.

도 8의 (A)는 Alexa fluor 647-siRNA 부착-금 나노입자를 정맥주사한 동물모델의 주사 6시간과 24시간 후의 금 나노입자 분포에 대한 형광 이미징 사진이고, 도 8의 (B)는 간(1), 폐(2), 심장(3), 비장(4), 신장(5), 및 암(6)에 대한 ex vivo 형광 이미지 사진이다. 8 (A) is a fluorescence imaging photograph of gold nanoparticle distribution at 6 hours and 24 hours after injection of an animal model injected with Alexa fluor 647-siRNA-gold nanoparticles intravenously. FIG. 8 (B) (1), lung (2), heart (3), spleen (4), kidney (5), and cancer (6).

도 9는 Alexa fluor 647-siRNA 부착-금 나노입자를 정맥주사한 동물모델의 28일째 암조직에 대한 TUNEL 면역염색 이미지이다(사멸 세포 (갈색), 핵염색 (파랑). 스케일 바=100νm).Figure 9 is a TUNEL immunostaining image (tumor cell (brown), nuclear staining (blue), scale bar = 100 nM) on day 28 of an animal model injected intravenously with Alexa fluor 647-siRNA-attached gold nanoparticles.

도 8에 따르면, 인간 폐암세포 이종이식 누드 마우스 암모델에 항암유전자 부착-금 나노입자를 혈관주사로 주입한 결과, 대조군으로 PBS만 주입한 그룹은 고형암의 크기가 28일동안 꾸준히 증가한 반면, c-myc siRNA 및 c-myc siRNA 부착-L3@AuNP는 효과적으로 고형암 크기 증가를 억제시켰으며, 특히 c-myc siRNA 부착-L3@AuNP의 고형암 크기 억제 효과가 가장 우수하였다. 또한, 동물 모델의 평균 몸무게의 변화가 크지 않은 것으로 미뤄 볼 때, 항암 유전자 부착-금 나노입자(c-myc siRNA 부착-L3@AuNP)는 독성이 크지 않은 것으로 여겨졌다. As shown in FIG. 8, when the anti-cancer gene-attached gold nanoparticles were injected into a nude mouse mouse model of human lung cancer xenograft, the size of the solid tumor increased steadily for 28 days, -myc siRNA and c-myc siRNA attachment-L3 @ AuNP effectively inhibited the increase of solid tumor size, especially c-myc siRNA-L3 @ AuNP, Furthermore, anticancer gene attachment-gold nanoparticles (c-myc siRNA attachment-L3 @ AuNP) were not considered to be toxic, given that the average weight change in the animal model was not large.

또한, 28일 째, 고형암을 수거, 고형암 내 c-myc 발현을 정량한 결과, 항암유전자 부착-금 나노입자를 주사한 그룹에서 현저하게 낮은 c-myc 발현을 나타내었다. 따라서, 항암 유전자 부착-금 나노입자에 의해 전달된 c-myc siRNA 에 의해 c-myc 발현이 억제되어 고형암 성장이 억제된 것으로 확인되었다. On the 28th day, solid tumor was collected and c-myc expression in solid tumors was quantitated. As a result, c-myc expression was significantly lower in the group injected with anti-cancer gene-gold nanoparticles. Therefore, it was confirmed that c-myc expression was inhibited by c-myc siRNA delivered by anti-cancer gene-gold nanoparticles, and the growth of solid tumor cells was inhibited.

또한, 도 8 및 9에 따르면, 혈관주사 24시간 후, siRNA 부착-L3@AuNP가 암 조직에 집중적으로 축적됨되는 것으로 나타나, 본 발명에 따른 고분자막 금 나노입자가 암조직에 대한 선택성이 매우 우수한 것으로 확인되었다. 8 and 9, after 24 hours of vascular injection, the siRNA adherence-L3 @ AuNP accumulates intensively in cancer tissues, indicating that the polymeric membrane gold nanoparticles according to the present invention have excellent selectivity for cancer tissues .

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 상기 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the above-described embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

Claims (18)

금 나노입자; 및
상기 금 나노입자 표면상에 BIBB (Bis[2-(2-bromo isobutyryloxy) undecyl] disulfide)를 개시제로 하고 DAMA (2-(dimethylamino)ethyl methacrylate) 및 HEMA (2-hydroxyethyl methacrylate)를 단량체로 하는 표면개시고분자리빙중합 (SI-ATRP) 반응에 의해 형성된 고분자막을 포함하는 고분자막 금 나노입자. Gold nanoparticles; And
On the surface of the gold nanoparticles, a surface was prepared by using BIBB (Bis [2- (2-bromo isobutyryloxy) undecyl] disulfide as an initiator and DAMA (2- (dimethylamino) ethyl methacrylate) and HEMA (2-hydroxyethyl methacrylate) Polymer membrane gold nanoparticles comprising a polymer membrane formed by an initiating polymer living polymerization (SI-ATRP) reaction. 제 1 항에 있어서, 상기 표면개시고분자리빙중합(SI-ATRP) 반응이 2 회 이상 수행되어 복수의 고분자막이 형성된 것인 다층 고분자막 금 나노입자. The multi-layered polymer membrane gold nanoparticle according to claim 1, wherein the surface-initiated polymer living polymerization (SI-ATRP) reaction is carried out two or more times to form a plurality of polymer membranes. 제 1 항에 있어서, 상기 표면개시고분자리빙중합반응은 2 내지 5회 수행되어 금 나노입자 표면에 2 내지 5개의 고분자막이 형성된 것인 다층 고분자막 금 나노입자.The multi-layered polymer membrane gold nanoparticle according to claim 1, wherein the surface-initiating polymer living polymerization reaction is performed 2 to 5 times to form 2 to 5 polymer membranes on the surface of gold nanoparticles. 제 1 항에 있어서, 상기 표면개시고분자리빙중합반응은 2 내지 3회 수행되어 금 나노입자 표면에 2 내지 3개의 고분자막이 형성된 것인 다층 고분자막 금 나노입자. The multi-layered polymeric membrane gold nanoparticle according to claim 1, wherein the surface-initiating polymer living polymerization reaction is performed 2 to 3 times to form 2 to 3 polymer membranes on the surface of gold nanoparticles. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 고분자막 금 나노입자의 고분자막에 항암제가 부착된, 항암제 및 고분자막 금 나노입자의 복합체.A composite of an anticancer agent and a polymeric membrane gold nanoparticle having an anticancer agent attached to the polymer membrane of the polymeric membrane gold nanoparticle according to any one of claims 1 to 4. 제 5 항에 있어서, 상기 항암제는 음이온성 화학요법제 또는 항암 유전자인 것인 항암제 및 고분자막 금 나노입자의 복합체.The complex of the anticancer agent and the polymeric membrane gold nanoparticles according to claim 5, wherein the anticancer agent is an anionic chemotherapeutic agent or an anti-cancer gene. 제 6 항에 있어서, 상기 항암 유전자는 발암 유전자에 대한 siRNA인 것인 금 나노입자의 복합체.7. The complex of gold nanoparticles according to claim 6, wherein the anti-cancer gene is an siRNA against a carcinogen gene. 제 7 항에 있어서, 상기 항암 유전자는 c-myc 유전자에 대한 siRNA인 것인 금 나노입자의 복합체.8. The complex of gold nanoparticles according to claim 7, wherein said anticancer gene is siRNA for c-myc gene. 제 5 항에 따른 항암제 및 고분자막 금 나노입자의 복합체를 포함하는 암 치료용 약학 조성물. A pharmaceutical composition for treating cancer, comprising a complex of an anticancer agent and a polymeric membrane gold nanoparticle according to claim 5. 제 9 항에 있어서, 상기 항암제는 음이온성 화학요법제 또는 항암 유전자인 것인 암 치료용 약학 조성물.[Claim 11] The pharmaceutical composition according to claim 9, wherein the anticancer agent is an anionic chemotherapeutic agent or an anti-cancer gene. 제 10 항에 있어서, 상기 항암 유전자는 발암 유전자에 대한 siRNA인 것인 암 치료용 약학 조성물.[Claim 11] The pharmaceutical composition according to claim 10, wherein the anti-cancer gene is an siRNA against a carcinogenic gene. 제 11 항에 있어서, 상기 항암 유전자는 c-myc 유전자에 대한 siRNA인 것인 암 치료용 약학 조성물.12. The pharmaceutical composition according to claim 11, wherein the anticancer gene is siRNA against c-myc gene. 제 9 항에 있어서, 주사제인 것인 암 치료용 약학 조성물. 10. The pharmaceutical composition according to claim 9, which is an injection. BIBB를 개시제로 하고 DAMA 및 HEMA를 단량체로 하여 표면개시고분자리빙중합(SI-ATRP) 반응에 의해 고분자막을 금 나노입자 표면상에 형성시키는 고분자막 형성 단계를 포함하고,
상기 고분자막의 형성 단계를 1 회 이상 수행하는 것인, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 고분자막 금 나노입자의 제조방법. And a polymer film forming step of forming a polymer membrane on the surface of the gold nanoparticles by a surface-initiated polymeric living polymerization (SI-ATRP) reaction using BIBB as an initiator and DAMA and HEMA as monomers,
The method for producing the polymeric membrane gold nanoparticles according to any one of claims 1 to 5, wherein the step of forming the polymer membrane is performed at least once. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 고분자막 금 나노입자 및 음이온성 항암제를 반응시키는 단계를 포함하는, 항암제 및 고분자막 금 나노입자의 복합체의 제조방법. A method for preparing a complex of an anticancer agent and a polymeric membrane gold nanoparticle, comprising the step of reacting the polymeric membrane gold nanoparticle and an anionic anticancer agent according to any one of claims 1 to 4. 제 15 항에 있어서, 상기 항암제는 음이온성 화학요법제 또는 항암 유전자인 것인 항암제 및 고분자막 금 나노입자의 복합체의 제조방법. 16. The method of claim 15, wherein the anticancer agent is an anionic chemotherapeutic agent or an anti-cancer gene. 제 16 항에 있어서, 상기 항암 유전자는 발암 유전자에 대한 siRNA인 것인 항암제 및 고분자막 금 나노입자의 복합체의 제조방법.17. The method according to claim 16, wherein the anticancer gene is an siRNA against a carcinogenesis gene. 제 17 항에 있어서, 상기 항암 유전자는 c-myc 유전자에 대한 siRNA인 것인 항암제 및 고분자막 금 나노입자의 복합체의 제조방법.18. The method according to claim 17, wherein the anti-cancer gene is an siRNA against a c-myc gene.
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