KR20210102602A - 생체 활성 물질을 안정화하는 히알루론산 하이드로겔 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생체 활성 물질을 캡슐화하여 상기 물질의 활성을 장기간 안정적으로 유지시킬 수 있도록 하는 하이드로겔 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 최소한의 유기 용매를 사용하여 하이드로겔을 제조함으로써 친환경적이고, 하이드로겔의 합성에 사용하는 히알루론산과 생체 활성 물질의 농도를 조절함으로써 입자 크기의 조절이 가능한 히알루론산 하이드로겔, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

생체 활성 물질을 안정화하는 히알루론산 하이드로겔 및 이의 제조 방법{Hyaluronic acid hydrogel stabilizing a bio-active substance and the method for preparing the same}
본 발명은 생체 활성 물질을 캡슐화하여 상기 물질의 활성을 장기간 안정적으로 유지시킬 수 있도록 하는 하이드로겔 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 최소한의 유기 용매를 사용하여 하이드로겔을 제조함으로써 친환경적이고, 하이드로겔의 합성에 사용하는 히알루론산과 생체 활성 물질의 농도를 조절함으로써 입자 크기의 조절이 가능한 히알루론산 하이드로겔, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
종래 하이드로젤 합성 기술 중 대표적인 방법으로는 탈용매화를 이용한 합성법, 유기용매 증발을 이용한 합성법 등이 있다. 특히, 탈용매화를 통한 젤라틴 기반의 하이드로겔 및 유기 용매 증발을 통한 알부민 기반의 하이드로겔은 생체 활성 분자를 하이드로겔의 합성 과정 중에 손쉽게 캡슐화할 수 있으며, 제조된 하이드로겔의 크기가 수백 나노미터에서 1 마이크로미터로 다양한 크기로 합성이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 하지만 이들 하이드로겔은 입자가 불안정하여 외부 자극에 의해 쉽게 분해되는 경향을 보이며, 제조 공정상 다량의 유기 용매를 사용하게 되므로, 이들 하이드로겔의 합성 공정은 화장품의 제조 공정에 적합하지 않다는 단점이 있다.
그 밖의 다른 하이드로겔 합성 방법으로는 히알루론산이 가지고 있는 고유의 전하를 이용한 이온 페어링 방법이 있으며, 이 방법으로는 히알루론산 고유의 전하와 반대 전하를 갖는 항산화 물질을 포함시켜 히알루론산 하이드로겔을 제조할 수 있다. 그러나, 히알루론산은 무정형의 표면 형태를 가지고, 하이드로겔 합성 시에 추가적인 가교제가 필요하며, 반응 과정 중 pH 조절을 해야 한다는 번거로움이 있다.
이에 화장품에 적용가능하도록 제조 공정에서 최소한의 유기 용매를 사용하거나, 보다 바람직하게는 유기 용매를 사용하지 않으면서, 공정이 간단하고, 입자 크기 조절이 용이하여 이용가능성이 높으면서, 내부에 물질을 안정적으로 담지할 수 있는 하이드로겔의 제조 방법에 대한 필요성이 존재한다.
1. 미국공개특허 2018/0147318 A1(2018년 5월 31일 공개) 2. 한국공개특허 10-2015-0048238(2015년 5월 6일 공개)
이에 본 발명자들은 하이드로겔의 제조에 사용하는 히알루론산 수용액의 농도, 폴리에틸렌글리콜의 분자량 및 농도 등의 반응 조건을 한정함으로써, 소량의 유기 용매를 사용하거나, 유기 용매를 사용하지 않고도 원하는 물성의 하이드로겔 중간체를 용이하게 수득할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 제조 공정상 다량의 유기 용매를 필요로 하지 않으면서, 입자의 크기 조절이 가능하고 내부에 활성 물질을 안정적으로 담지할 수 있는 하이드로겔 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 히알루론산 하이드로겔은, 히알루론산 기반의 중간체와 비닐기를 가지는 생체 친화적 고분자 단량체를 포함하는 것으로서, 상기 히알루론산 기반의 중간체는 히알루론산과 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트를 포함하는 것이고, 상기 비닐기를 가지는 생체 친화적 고분자 단량체는 비닐카프로락톤 및 비스아크릴아미이드이며, 상기 히알루론산 기반의 중간체는 비닐카프로락톤 및 비스아크릴아마이드와 수용액 상태에서 2 : 2 : 1의 부피비로 혼합되어 안정성이 향상된 히알루론산 하이드로겔 입자로 형성되고, 제조된 히알루론산 하이드로겔의 입자 크기는 100~2000 nm의 범위인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 히알루론산 하이드로겔의 제조 방법은,
1) 히알루론산 수용액과 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(PEG-diacrylate) 수용액에 광 개시제를 첨가하고 UV를 조사하여 히알루론산 기반의 중간체를 합성하는 단계;
2) 비닐기를 가지는 생체 친화적 고분자 단량체와, 라디칼 반응 개시제인 과황산칼륨을 상기 1) 단계의 중간체에 혼합하여 히알루론산 하이드로겔 용액을 수득하는 단계; 및
3) 상기 히알루론산 하이드로겔 용액을 원심분리한 다음, 여과하여 불순물을 제거하여 콜로이드 상태의 히알루론산 하이드로겔을 수득하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 하이드로겔은 다량의 유기 용매를 사용하지 않고도 용이하게 합성이 가능할 뿐만 아니라, 제조 공정이 간단하고, 화장품에의 적용에 유용하며, 효소를 포함한 생체 활성 물질을 캡슐화함으로써 이들 물질의 활성을 장기간 동안 안정적으로 유지할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명에 따른 히알루론산 하이드로겔의 합성 공정을 나타낸 것이다.
도 2는 합성한 히알루론산 하이드로겔 입자의 물리 화학적 특성의 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 다양한 보관 조건에서의 콜로이드 안정성 테스트 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 다양한 화장품 제형 내에서 하이드로겔 입자의 안정성을 평가한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 하이드로겔 입자 내부에 담지된 EGCG의 활성도 및 효소에 의한 자극 감응 방출 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 하이드로겔 입자 내부에 담지된 항산화 효소(SOD)의 활성 및 장기 안정성을 모니터링한 결과를 나타낸 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로겔은 히알루론산과 생체 친화적 고분자 단량체가 중합되어 이루어진 것으로서, 생체 활성 물질을 캡슐화하여 상기 물질을 내부에 담지할 수 있는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로겔은, 히알루론산 기반의 중간체(또는 본 명세서에서 “히알루론산 중간체”라고도 함)와 생체 친화적 고분자 단량체를 혼합하여 제조되는, 히알루론산 하이드로겔이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 사용되는 히알루론산은 분자량이 100,000 ~ 200,000 Da의 범위인 것이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 히알루론산 기반의 중간체는 히알루론산과 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트를 포함하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 사용되는 생체 친화적 고분자 단량체는 비닐카프로락톤(NVCPL) 및 비스아크릴아마이드(보다 구체적으로는, N,N-메틸렌비스아크릴아마이드(MBA))이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 비닐카프로락톤은 0.5~2%(w/v), 바람직하게는 1%(w/v) 농도의 수용액으로 준비되고, 비스아크릴아마이드는 0.005~0.2%(w/v), 바람직하게는 0.01~0.1%(w/v) 농도의 수용액으로 준비된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 히알루론산 기반의 중간체, 비닐카프로락톤 및 비스아크릴아마이드는 수용액 상태에서 2 : 2 : 1의 부피비로 혼합된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 비닐카프로락톤 및 비스아크릴아마이드는 1 : 0.01~0.1의 중량비, 바람직하게는 1 : 0.05~0.1, 보다 바람직하게는 1 : 0.05의 중량비로 혼합된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 히알루론산, 비닐카프로락톤 및 비스아크릴아마이드는 0.0001~0.5 : 1 : 0.01~0.1, 바람직하게는 0.002~0.05 : 1 : 0.05의 중량비로 혼합된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 히알루론산 하이드로겔은 입자 크기가 100 ~ 2000 nm, 바람직하게는 100 ~ 1000 nm, 보다 바람직하게는 200~300 nm의 범위이다.
본 발명의 일 실시예는 히알루론산과 생체 친화적 고분자 단량체가 중합되어 이루어진 히알루론산 하이드로겔을 제조하는 방법에 관한 것이며(도 1), 상기 방법은
1) 히알루론산 수용액과 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(PEG-diacrylate) 수용액에 광 개시제를 첨가하고 UV를 조사하여 히알루론산 기반의 중간체를 합성하는 단계;
2) 비닐기를 가지는 생체 친화적 고분자 단량체와, 라디칼 반응 개시제인 과황산칼륨을 상기 1) 단계의 중간체에 혼합하여 히알루론산 하이드로겔 용액을 수득하는 단계; 및
3) 상기 히알루론산 하이드로겔 용액을 원심분리한 다음, 여과하여 불순물을 제거하여 콜로이드 상태의 히알루론산 하이드로겔을 수득하는 단계
를 포함한다.
상기 1) 단계에서 사용되는 히알루론산 수용액은 히알루론산 농도가 0.05~0.005%(w/v)인 것이다.
상기 1) 단계에서 사용되는 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트는 평균 분자량이 575 Da인 것이다.
상기 1) 단계에서 사용되는 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트 수용액은 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트 농도가 1~10%(v/v)인 것이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 1) 단계에서, 히알루론산과 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트는 수용액 상태에서 0.5~2 : 0.5~2, 바람직하게는 1:1의 부피비로 혼합된다.
본 발명의 일 실시에에 있어서, 상기 1) 단계에서, 히알루론산과 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트는 0.005 : 1의 중량 비율로 혼합된다.
상기 1) 단계에서 사용되는 광 개시제는 Darocur 1173, 벤조페논, Irgacure 500, 2959 등일 수 있으며, 바람직하게는 Darocur 1173이다.
상기 1) 단계에서 사용되는 UV는 파장 범위가 250 nm ~ 370 nm, 바람직하게는 365 nm이다.
상기 2) 단계에서 사용되는 비닐기를 가지는 생체 친화적 고분자 단량체는 비닐카프로락톤(NVCPL) 및 비스아크릴아마이드(보다 구체적으로는 N,N-메틸렌비스아크릴아마이드(MBA))이며, 이 때 상기 고분자 단량체는 대부분 비닐기를 서로 가교시키고, 경우에 따라서는 히알루론산의 COO-기와 비닐기를 연결시키는 링커의 역할을 하는 분자이다.
상기 2) 단계에서 상기 라디칼 반응 개시제인 과황산칼륨은 1) 단계의 중간체와 비닐기를 가지는 생체 친화적 고분자 단량체의 총 부피에 대하여 1~5 : 25의 부피비, 바람직하게는 1:12.5의 부피비로 혼합된다.
상기 2) 단계에서는 과황산칼륨을 섞어준 다음, 반응이 잘 일어날 수 있도록 용액을 교반시킬 수 있으며, 이 때 교반은 용액의 색이 탁해질 때까지 실시하고, 통상적으로 교반은 대략 30~40분 동안 이루어진다.
본 발명의 일 실시예는 내부에 활성 성분이 담지된 히알루론산 하이드로겔을 포함하는 화장료 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따라 제조되는 히알루론산 하이드로겔은 히알루론산의 우수한 물 흡수 능력을 이용하여 생체 활성 물질을 캡슐화하는 데 매우 유용하다. 본 발명에 따른 하이드로겔에 담지 가능한 생체 활성 물질은 효소를 비롯한 단백질, 항산화 물질, 약물 등일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따른 히알루론산 하이드로겔은 제조시 상기 하이드로겔과 혼합한 활성 성분의 총 양에 대하여 70~80%의 효율로 활성 성분을 내부에 담지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 하이드로겔을 포함하는 화장료 조성물은 그 제형에 있어서 특별히 한정되지 않으며, 가용화 제형, 유화 제형 등일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 화장료 조성물은 유연 화장수, 영양화장수, 마사지크림, 영양크림, 팩, 젤 또는 피부 점착타입 화장료의 제형을 갖는 화장료 조성물일 수 있고, 또한 로션, 연고, 겔, 크림, 패치 같은 경피투여형 제형일 수 있다.
이하에서, 본 발명을 실시예 및 시험예를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예 및 시험예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 예시의 목적으로만 제공된 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 범위가 이들 실시예 및 시험예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1] 히알루론산 하이드로겔 입자의 합성
0.005%(w/v)의 히알루론산(분자량 100,000 ~ 200,000 Da) 수용액과 575 Da의 분자량을 가지는 1%(v/v)의 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(PEG-diacrylate, PEG-DA) 수용액을 1:1(v/v)의 비율로 섞어준 후, 섞어 준 용액 1 mL 당 30 μL의 Darocur 1173(광 개시제, 10% EtOH 중에 존재)를 첨가하고 365 nm 파장의 UV 빛을 10분 동안 조사하여 히알루론산 기반의 중간체를 합성하였다(수율: 약 79%). 수득한 히알루론산 기반의 중간체는 별도의 분리 절차를 거치지 않고, 그대로 다음 단계에서 사용하였다.
그 다음, 앞서 합성한 수용액 상태의 히알루론산 기반의 중간체와 비닐 그룹을 가지는 생체친화적 고분자 단량체인 비닐카프로락톤의 수용액(1%(w/v))과 N,N-메틸렌비스아크릴아마이드(MBA)의 수용액(0.1%(w/v))을 2 : 2 : 1의 부피비로 섞어주고 용액의 온도를 최소 50℃로 높였다. 라디컬 반응을 위하여 과황산칼륨을 중간체의 부피와 비교했을 때 5:1(v/v) 비율로 섞어주고, 용액의 색이 탁해질 때까지 교반시켰으며, 이 때 소요시간은 대략 30 내지 40분이었다. 마지막으로 완성된 용액을 원심분리(10,000 rpm, 20분)하여 모아준 후, 0.8 μm 크기의 시린지 필터를 이용하여 불순물을 제거하고, 콜로이드 상태의 히알루론산 하이드로겔을 수득하였다.
[시험예 1] 합성한 하이드로겔 입자의 물리 화학적 특성 분석
상기 실시예 1에서 합성한 하이드로겔의 합성 조건에 따른 입자의 크기를 동적광산란(DLS, ELS-Z2, Otsuka electronics)방법을 통하여 확인하였다.
도 2의 a는 중간체의 합성 시에 PEG-DA의 양을 조절함으로써 중간체의 크기를 조절할 수 있음을 나타내는데, 1%의 PEG-DA를 사용할 경우에는 중간체의 크기 범위가 5%의 PEG-DA를 사용할 경우에 비하여 좀 더 넓고, 직경 중앙값이 더 작게 나타난다는 것을 보여준다(하기 표 1 참조). 또한, 10%의 PEG-DA를 사용할 경우는 필름 형태의 하이드로젤이 형성되는 것으로 나타났다(도 2의 우측 상단 사진).
0.005%(w/v) HA + 1% PEG-Da 0.005%(w/v) HA + 5% PEG-Da
직경(nm) 강도(%) 직경(nm) 강도(%)
129.4557 0 188.673 0
140.5789 0.32377 198.8338 0
152.6577 1.54355 209.5419 0
165.7743 3.63215 220.8266 0.48134
180.018 6.23053 232.719 2.23399
195.4855 8.85096 245.2519 5.1494
212.2821 11.02209 258.4597 8.61756
230.5218 12.38326 272.3789 11.84739
250.3287 12.7358 287.0476 14.11105
271.8375 12.05853 302.5064 14.91339
295.1943 10.49509 318.7976 14.08861
320.558 8.31951 335.9662 11.82646
348.101 5.8864 354.0594 8.63087
378.0106 3.57086 373.127 5.21427
410.4901 1.70288 393.2214 2.33113
445.7602 0.4998 414.3981 0.55455
484.0609 0 436.7151 0
525.6523 0 460.2341 0
도 2의 b는 비닐 그룹을 가지는 고분자를 가교시킬 때 사용되는 MBA의 양의 조절을 통해 최종 하이드로겔 입자(HAG)의 크기를 변화시킬 수 있음을 나타내는데, 0.1% 농도의 MBA를 사용할 경우에는 0.01% 농도의 MBA를 사용할 경우에 비하여 최종 하이드로겔 입자의 직경 중앙값이 더 작게 나타난다는 것을 보여준다(하기 표 2 참조).
0.1% MBA 0.01% MBA
직경(nm) 강도(%) 직경(nm) 강도(%)
148.324 0 192.3538 0
162.4669 0 220.0235 0
177.9585 3.79845 251.6733 4.39385
194.9272 7.59633 287.8759 9.88567
213.5139 12.06801 329.2863 14.71177
233.8728 13.36054 376.6534 15.71605
256.1731 14.1165 430.8341 15.12131
280.5997 14.11566 492.8086 14.5738
307.3554 12.84337 563.6981 12.88135
336.6624 11.20735 644.7847 8.84797
368.7638 7.19401 737.5356 3.86823
403.9261 3.69978 843.6284 0
442.4413 0 964.9825 0
484.629 0 1103.793 0
530.8392 0 1262.571 0
도 2의 c는 중간체와 HAG의 크기 및 다분산도지수(polydispersity index)를 히알루론산의 농도를 변화시킴에 따라 얼마나 차이가 생기는 지를 나타낸다(-: 중간체; +: HAG)(하기 표 3 참조). 측정 결과, 중간체의 경우 다분산도지수와 크기 모두 상대적으로 HAG보다 큰 것을 확인할 수 있었다. 이는 하이드로겔 입자의 크기를 합성 과정 중 단량체의 조성 등을 변화시킴으로써 간단하게 조절할 수 있음을 의미한다.
HA의 농도 종류 평균 직경(nm) 표준 편차(평균 직경) 다분산도지수(a.u.)
0.001% (w/v) 중간체 259.9 67.5 0.25
HAG 237.9 55.5 0.193
0.005% (w/v) 중간체 283.4 77 0.27
HAG 250.1 31 0.06
0.01% (w/v) 중간체 388.9 114.5 0.254
HAG 266.3 60 0.18
0.05% (w/v) 중간체 551.3 172 0.366
HAG 332.3 45.5 0.075
* 중간체: X% HA + 1% PEG
** HAG: 중간체 + 1% NVCPL + 0.1% MBA
도 2의 d는 히알루론산과 중간체, HAG의 표면 전하를 측정한 결과를 나타낸다(하기 표 4 참조). 이를 통해 하이드로겔 입자는 의도한 바와 같이 표면이 음(negative)전하를 띄는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 히알루론산 및 합성에 사용한 물질들의 전하가 거의 유지됨을 의미한다.
제타 포텐셜(mV) 표준 편차
HA -23.7 0.46072
중간체 -10.50333 1.07717
HAG -29.75333 0.41899
* 중간체: 0.005% HA + 1% PEG
** HAG: 중간체 + 1% NVCPL + 0.1% MBA
도 2의 e와 f는 하이드로겔 입자의 형태를 전자 현미경(e: TEM, LIBRA120, Carl Zeiss; f: SEM, SU8010, HITACHI)을 사용하여 관찰한 결과를 나타낸다. TEM 및 SEM을 이용하여 얻은 전자현미경 분석 결과로부터 하이드로겔 입자는 구형의 균일한 크기를 가지고 있음(도 2의 e, f)을 확인할 수 있었으며 특히, 중간체의 경우는 가장자리가 희미한 반면 HAG는 조금 더 선명한 것으로 관찰되었다(도 2의 e). 이는 합성의 두번째 과정에서 비닐그룹이 중간체 사이를 좀 더 견고하게 가교시켰기 때문에 전자현미경 상에서 더욱 선명하게 관찰되었다고 할 수 있다.
[시험예 2] 합성한 하이드로겔 입자의 안정성 분석
상기 실시예 1에서 합성한 하이드로겔 입자가 다양한 보관 조건(예: 용매, pH 변화)에서 얼마나 크기를 잘 유지하는지를 분석함으로써 콜로이드 상태에서의 안정성을 테스트하였다. 추가로, 비교를 위하여, 1차 가교 후 얻어진 중간체에 대해서도 동일한 콜로이드 상태에서의 안정성을 테스트하였다.
구체적으로, 상기 실시예 1에서 합성한 하이드로겔 입자 및 중간체를 각각 pH 4의 인산 완충액(PBS), pH 7.4의 PBS, pH 10의 PBS, Tris-HCl, NaCl 수용액(10 mM) 및 10% 에탄올 수용액 중에 최소 12시간 동안 방치함으로써, 다양한 pH 및 버퍼 조건에서 입자의 크기가 유지되는지 여부를 동적광산란(DLS, ELS-Z2, Otsuka electronics) 방법을 통하여 확인하였다. 결과는 도 3에 제시되어 있다.
도 3의 a는 중간체에 대한 관찰 결과를 나타내고 있다(하기 표 5 참조). 중간체의 경우 다양한 보관 조건에서 직경 측정 결과가 약 100 nm에서 1000 nm 초과까지의 상당히 넓은 범위에 걸쳐 피크가 넓은(broad) 형태로 나타나 크기의 편차가 크고 일정하지 않은 것으로 나타났으며, 이를 통해 콜로이드의 안정성이 떨어진다는 것을 확인할 수 있다.
PBS(pH 7.4) PBS(pH 4) PBS(pH 10)
직경
(nm)		 강도
(%)		 직경
(nm)		 강도
(%)		 직경
(nm)		 강도
(%)
88.5952896.57413
105.2715
114.7522
…
322.9711
352.0577
…
1080.106
1177.38
1283.414
1398.998		 0
0
0.55713
0.89491
…
5.91184
5.90992
…
0.74835
0.46677
0
0		 85.81857
93.49007
101.8474
110.9517
…
309.9881
337.6986
…
1027.838
1119.719
1219.813
1328.854		 0
0
0.40136
0.69888
…
6.08102
6.12195
…
0.65174
0.37079
0
0		 72.63251
78.9994
85.92442
93.45647
…
256.1666
278.6219
…
903.4706
982.668
1068.808
1162.498		 0
0
0.33018
0.6237
…
5.89529
5.92406
…
0.62633
0.38099
0
0
10 mM NaCl Tris-HCl 10%(v/v) EtOH
직경
(nm)		 강도
(%)		 직경
(nm)		 강도
(%)		 직경
(nm)		 강도
(%)
81.27563
88.59528
96.57413
105.2715
…
271.8086
296.2876
…
1080.106
1177.38
1283.414
1398.998		 0
0
0.54421
0.91712
…
5.85696
5.89144
…
0.50972
0.30856
0
0		 99.81724
109.0566
119.1511
130.18
…
344.7095
376.6167
…
1300.61
1420.998
1552.529
1696.235		 0
0
0.54147
0.91088
…
6.08053
6.11361
…
0.55088
0.32343
0
0		 105.3529
115.0296
125.5951
137.1311
…
393.635
429.7906
…
1233.714
1347.032
1470.757
1605.847		 0
0
0.36802
0.66355
…
6.24422
6.27216
…
0.87122
0.52711
0
0
도 3의 b는 실시예 1에서 최종적으로 합성한 하이드로겔(HAG)에 대한 관찰 결과를 나타내고 있다(하기 표 6 참조). 상기 하이드로겔은 에탄올 분위기를 제외한 다양한 pH 및 버퍼 조건에서 직경 측정 결과가 약 150 내지 400 nm의 좁은 범위에서 집중되어 피크가 뾰족한(sharp) 형태로 나타나, 크기의 편차가 좁고 일정하게 유지되는 것으로 나타났으며, 이를 통해 콜로이드의 안정성이 잘 유지된다는 것을 확인할 수 있다. 이는 비닐기를 갖는 단량체를 이용하여 중간체의 외곽을 감싸줌으로써 하이드로겔 입자의 안정성이 향상되었기 때문이다.
PBS(pH 7.4) PBS(pH 4) PBS(pH 10)
직경
(nm)		 강도
(%)		 직경
(nm)		 강도
(%)		 직경
(nm)		 강도
(%)
119.2127 0 117.2053 0 117.2053 0
129.4557 0 127.2385 0 127.2385 0
140.5789 0.32377 138.1307 0 138.1307 0
152.6577 1.54355 149.9553 0.89447 149.9553 1.40332
165.7743 3.63215 162.7921 2.46521 162.7921 3.47565
180.018 6.23053 176.7277 4.65478 176.7277 6.09388
195.4855 8.85096 191.8564 7.12015 191.8564 8.7546
212.2821 11.02209 208.2801 9.45586 208.2801 10.97455
230.5218 12.38326 226.1097 11.28318 226.1097 12.38797
250.3287 12.7358 245.4657 12.31635 245.4657 12.79597
271.8375 12.05853 266.4785 12.40421 266.4785 12.17834
295.1943 10.49509 289.2902 11.54746 289.2902 10.67706
320.558 8.31951 314.0547 9.8929 314.0547 8.55967
348.101 5.8864 340.9391 7.70719 340.9391 6.16921
378.0106 3.57086 370.1249 5.33314 370.1249 3.86661
410.4901 1.70288 401.8091 3.13216 401.8091 1.96984
445.7602 0.4998 436.2056 1.41671 436.2056 0.69334
484.0609 0 473.5467 0.37623 473.5467 0
525.6523 0 514.0842 0 514.0842 0
570.8176 0 558.092 0 558.092 0
619.8633 0 605.867 0 605.867 0
10 mM NaCl 10%(v/v) EtOH Tris-HCl
직경
(nm)		 강도
(%)		 직경
(nm)		 강도
(%)		 직경
(nm)		 강도
(%)
115.1733 0 117.2053 0 130.7918 0
124.9949 0 127.2385 0 142.2569 0
135.654 0 138.1307 0 154.727 0
147.2222 0.84538 149.9553 1.40332 168.2902 0
159.7768 2.57697 162.7921 3.47565 183.0423 0.43076
173.4021 4.9365 176.7277 6.09388 199.0876 1.75442
188.1893 7.48601 191.8564 8.7546 216.5395 3.9069
204.2375 9.77757 208.2801 10.97455 235.5211 6.52553
221.6542 11.4471 226.1097 12.38797 256.1666 9.12993
240.5562 12.26446 245.4657 12.79597 278.6219 11.25696
261.0701 12.15027 266.4785 12.17834 303.0457 12.55236
283.3333 11.16823 289.2902 10.67706 329.6104 12.8231
307.4951 9.5002 314.0547 8.55967 358.5037 12.05524
333.7173 7.40996 340.9391 6.16921 389.9298 10.40289
362.1757 5.20043 370.1249 3.86661 424.1107 8.15397
393.0609 3.16788 401.8091 1.96984 461.2878 5.67836
426.5799 1.55619 436.2056 0.69334 501.7238 3.3637
462.9573 0.51284 473.5467 0 545.7044 1.54356
502.4368 0 514.0842 0 593.5403 0.42232
545.283 0 558.092 0 645.5695 0
591.7831 0 605.867 0 702.1595 0
또한, 레이저를 수백 나노미터의 입자가 포함된 콜로이드 수용액에 조사하였을 때, 입자에 의한 산란현상으로 선명한 띠가 관찰되는 원리인 틴들(Tyndall's) 효과를 통해 콜로이드 안정성을 간접적으로 확인하였다. 결과는 도 3의 c에 나타내어져 있다.
도 3의 c를 보면, 블랭크(실시예 1의 히알루론산이 없는 용액)에서 관찰되지 않는 띠가 히알루론산이 존재하는 조건에서는 관찰되며, 다양한 pH 및 버퍼 조건에서도 띠가 그대로 선명하게 관찰되는 것으로 보아, 본 발명에 따라 제조된 하이드로겔이 pH나 유기용매 상에서 크게 영향을 받지 않고 안정적으로 형태를 유지하는 것을 간접적으로 알 수 있다.
[시험예 3] 하이드로겔 입자의 다양한 화장품 제형 내에서의 안정성 평가
상기 실시예 1에서 제조한 하이드로겔(HAG) 입자가 다양한 화장품 제형 내에서 안정적으로 유지되는지를 알아보기 위하여, 가용화 제형, 및 유화 제형, 에센스 제형(표 7 내지 9)에 상기 하이드로겔 입자를 넣은 다음 콜로이드 안정성을 동적광산란 분석법(DLS, ELS-Z2, Otsuka electronics)을 통하여 확인하였다.
유화 제형
성분 함량 (중량%)
탈이온수 87.3
E.D.T.A.-2NA 0.01
글리세린(장원기, KP) 3
부틸렌 글리콜(1,3) UK 등급 5
KELTROL - F 0.1
페녹시에탄올 P5(페녹세톨) 0.3
Sensiva SC 50 0.05
식물성(Pripure 3759, 피토스쿠알란) 2.5
Dermofeel BGC (Miglyol 8810) 1.5
CARBOPOL ETD 2020 0.14
Tris Amino Ultra PC 0.1
총합 100
에센스 제형 1
성분 함량(중량%)
정제수 To 100
프로판디올 7
디프로필렌 글리콜 2
글리세린 2
1,2-헥산디올 1.5
베타인 1.5
폴리글리세린-3 1
글리세릴 폴리메타크릴레이트 1
카보머 0.2
트로메타민 0.14
EDTA-2Na 0.02
에센스 제형 2
성분 함량(중량%)
정제수 To 100
1,3-부틸렌 글리콜 4.5
에탄올 3
글리세린 2
니아신아마이드 2
글리세레스-26 1.5
베타인 0.5
페녹시에탄올 0.4
카보머 0.17
KOH 0.1
PEG-60 하이드로제네이티드 캐스터 오일 0.1
구체적으로, 사용한 화장품 제형과 하이드로겔 입자를 10:1의 부피비로 준비하였다. 또한, 비교를 위하여 화장품 제형 대신 증류수를 사용하였다.
측정 결과는 도 4에 나타내었다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 레이저를 이용하여 관찰하면 매우 선명한 띠가 관찰될 뿐만 아니라, 입자 직경을 측정한 결과도 피크가 뾰족한 형태로 나타나, 일반적인 화장품 제형 내에서 본 발명에 따른 히알루론산 입자의 형태가 안정적으로 유지될 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
[실시예 2] 하이드로겔 입자를 이용한 생체 활성 물질의 캡슐화
상기 실시예 1에서 제조하여 보관한 히알루론산 하이드로겔을 10000 rpm에서 20분간 원심분리하여 하이드로겔을 펠렛 형태로 회수 후, 항산화 물질인 EGCG(Epigallocatechin gallate)를 400 μM의 농도로 물에 녹인 용액을 상기 하이드로겔에 첨가하여 10시간 이상 150 rpm 쉐이킹 인큐베이터를 사용하여, 하이드로겔 내부에 EGCG를 담지한 다음 원심분리를 통해 캡슐화 되지 않은 EGCG를 분리하여 내부에 생체 활성 분자를 담지한 하이드로겔 캡슐을 수득하였다.
[실시예 3] 하이드로겔 입자를 이용한 단백질의 캡슐화
하이드로겔 캡슐에 담지하는 물질로서 항산화 효소인 SOD(superoxide dismutase, MW 32kDa)를 사용하였다는 것만 제외하고, 상기 실시예 2와 동일한 절차를 통하여, 내부에 SOD를 담지한 하이드로겔 캡슐을 수득하였다.
[시험예 4] 항산화 물질인 EGCG의 활성도 테스트
상기 실시예 2에서 제조한 하이드로겔 캡슐 내에 담지된 EGCG의 활성은 이를 인산 완충액(PBS) 중에 0~24 시간 동안 보관한 다음, ABTS(2,2'-아지노-비스(3-에틸벤조티아졸린-6-설폰산))수용액과 30분동안 반응시켜 730 nm에서의 흡광 값을 확인하였으며, 이 때 초록색이 짙을수록 수용액 내부에 활성 산소종이 더 많은 것을 의미한다(도 5의 a). 비교를 위하여, 캡슐화하지 않은 상태로 PBS 중에 보관한 EGCG에 대해서도 활성을 측정하였다. 결과는 도 5에 나타내었다.
도 5의 b는 캡슐화하지 않은 상태로 PBS 중에 보관한 EGCG의 활성을 나타내고 있다(하기 표 10 참조). 이를 보면, 캡슐화하지 않은 EGCG는 PBS 조건에서 활성이 시간에 따라 감소하며, 염(NaCl) 또는 효소(HAase)의 존재 여부는 EGCG의 활성에 크게 영향을 미치지 않지만, 열(50℃)을 가한 경우에는 EGCG의 활성 감소폭이 현저하게 커짐을 확인할 수 있다.
EGCG EGCG+heat EGCG+NaCl EGCG+HAase
시간 활성(%) 표준편차 활성(%) 표준편차 활성(%) 표준편차 활성(%) 표준편차
0 61.705 0 61.705 0 61.705 0 61.705 0
1 58.42568 2.22466 55.49989 0 65.01216 1.78432 53.58165 1.72472
2 57.84188 0.81994 45.85148 2.92307 62.11307 1.17705 51.74898 3.19693
4 55.39668 1.18308 42.45292 2.29632 55.37024 0.29653 52.05997 1.25242
6 55.79542 2.17588 41.64094 0.1783 56.66913 0.23137 52.83177 0.06702
10 53.07538 0.28474 34.736 0.93892 53.50816 0.20534 49.14859 0.29935
24 48.50992 0.83369 27.1281 0.45035 49.67513 0.05368 48.1567 0.33474
* EGCG: 30 μM
heat: 50℃
NaCl: 10 mM
HAase: 400 U/mL
반면, 하이드로겔로 캡슐화한 EGCG(EGCG@HAG)의 활성을 나타낸 도 5의 c를 보면, 열(50℃)이나 염(NaCl)에 의한 자극 조건에서도 활성이 초기 상태와 차이가 없음을 확인할 수 있는데(하기 표 11 참조), 이는 EGCG가 하이드로겔에 의해 보호받고 있음을 시사한다. 또한, 히알루론산 하이드로겔을 분해할 수 있는 효소(히알루로니다제, HAase)를 처리한 경우, EGCG의 활성이 점진적으로 증가하는 것으로 나타났는데, 이는 효소 반응에 의해 하이드로겔의 분해가 일어나서 내부에 담지된 물질이 선택적으로 방출되었음을 의미한다.
EGCG EGCG+heat EGCG+NaCl
시간 활성(%) 표준편차 활성(%) 표준편차 활성(%) 표준편차
0 10.90909 0 10.90909 0 10.90909 0
1 11.48445 1.69698 13.71615 2.21955 18.70612 0.68945
2 12.68806 1.66103 13.84152 1.1414 19.25777 1.06385
4 14.91976 2.71218 16.32397 4.7351 22.99398 2.45827
6 14.11013 3.4101 13.71681 1.60745 21.53392 1.13611
10 15.39024 1.72792 14.90244 1.59173 23.14634 3.38761
24 17.07317 3.16058 15.85366 1.51534 24.70732 2.49628
EGCG+HAase1 EGCG+Haase2
시간 활성(%) 표준편차 활성(%) 표준편차
0 10.90909 0 10.90909 0
1 14.34303 2.08592 36.65998 2.8017
2 15.39619 2.09974 43.30491 2.42842
4 16.37412 3.10072 44.20762 1.64716
6 17.74828 2.27487 40.97837 3.82179
10 16.97561 1.31255 43.90244 2.40661
24 18.97561 1.85943 45.87805 1.75389
* EGCG@HAG: 30 μM
heat: 50℃
NaCl: 10 mM
HAase1: 400 U/mL
HAase2: 4000 U/mL
또한, 하이드로겔에 담지한 EGCG를 PBS에 보관하면서, 여기에 열(50℃) 또는 염(NaCl, 10 mM), 효소(HAase; 400 U/mL 또는 4000 U/mL)에 의한 자극을 가하고 24시간 보관한 이후에 ABTS 수용액과 30분 반응시켜 730 nm의 흡광 값을 대조군과 비교 분석하여 EGCG의 활성도를 평가하였다. 이의 결과는 도 5의 d에 나타내었다(하기 표 12 참조).
EGCG EGCG+heat EGCG+NaCl
시간 활성(%) 표준편차 활성(%) 표준편차 활성(%) 표준편차
24 17.07317 3.16058 15.85366 1.51534 24.70732 2.49628
EGCG+HAase1 EGCG+Haase2
시간 활성(%) 표준편차 활성(%) 표준편차
24 18.97561 1.85943 45.87805 1.75389
도 5의 d를 보면, 효소를 처리한 경우에 EGCG 활성이 크게 증가하였음을 알 수 있으며, 또한 각 조건에서 측정된 EGCG 활성도 결과를 비교함으로써 각 조건에서 통계적으로 유의미한 차이가 있음을 확인할 수 있다.
[시험예 5] 항산화 효소인 SOD의 활성도 테스트
단백질 담지 효율 및 활성을 테스트하기 위해 항산화 효소인 SOD(superoxide dismutase, MW 32 kDa)를 이용하였다.
상기 실시예 2와 동일하게 DLS를 사용하여 SOD를 담지한 하이드로겔의 크기를 측정하였으며, 이는 도 6의 a에 나타내어져 있다.
도 6의 a를 통해 효소를 담지하더라도 히알루론산 하이드로겔의 크기에는 큰 영향을 미치지 않음을 확인할 수 있다.
또한, 브래드포드 분석법(Bradford's assay)을 이용하여 SOD가 담지된 하이드로겔과 브래드포드 지시약을 10:1의 부피비로 섞은 이후, 525 nm 파장에서 흡광 값을 확인함으로써 SOD가 하이드로겔에 담지되어 있음을 확인하였다(도 6의 b).
WST-1와 잔틴 옥시다제 반응을 통하여 노란색으로 바뀌는 지시약의 변화 정도를 측정하여 SOD의 활성도를 결정하였다. 예를 들어, SOD의 농도가 높은 경우 평가하고자 하는 단백질 물질의 반응을 억제하여 지시약의 색이 천천히 변한다. SOD 활성에 대한 결과는 도 6의 c에 나타내었다(하기 표 13 참조).
시간 HAG SOD@HAG
0 -0.00232 -0.00358
1 0.07419 0.02772
3 0.16798 0.05487
6 0.33885 0.07315
10 0.57228 0.10107
15 0.84856 0.14438
20 1.00559 0.17018
SOD를 담지하지 않은 하이드로겔의 경우는 지시약의 색이 급격하게 변하였으나, SOD를 담지한 하이드로겔의 경우는 색 변화폭이 현저하게 감소하였다. 이로부터 SOD가 하이드로겔 내부에 담지되었더라도 효소 활성이 유지된다는 것을 알 수 있다.
그 다음, 하이드로겔에 담지시킨 SOD를 장기간 보관할 수 있는지 확인하기 위하여, 200 U/mL의 SOD를 담지한 하이드로겔을 각각 PBS, 가용화 제형 및 에센스에 희석시키고, 30일 정도 SOD의 활성을 관찰하였다. 그 결과는 도 6의 d에 나타내었다(하기 표 14 참조).
EGCG EGCG+heat EGCG+NaCl EGCG+HAase
시간
(일)		 활성(%) 표준편차 활성(%) 표준편차 활성(%) 표준편차 활성(%) 표준편차
0 91.0473 0 62.6689 0 62.6689 0 62.6689 0
1 79.92581 0.758 65.27778 0.49441 62.79331 0.42443 58.35059 2.83262
2 81.49836 2.03833 67.25871 3.823 67.06573 0.66862 60.37414 5.46059
4 88.60043 0.82429 72.24359 3.13557 72.13675 2.28489 67.78846 4.22351
7 83.22627 1.52866 63.3833 2.99956 61.02784 2.93778 58.88651 3.84778
10 86.05769 1.66928 70.27244 4.84273 67.54808 5.32958 57.05128 8.39653
20 88.67224 3.08789 76.32312 6.90223 80.50139 2.75752 64.80966 12.83623
30 83.55457 1.44889 64.45428 6.41805 65.26549 4.1665 50.81121 5.34139
도 6의 d에 나타낸 바와 같이, 하이드로겔 내에 담지된 SOD는 보관 조건에 따라 나타내는 활성은 변화 폭이 적으며 대략 30일 이후에도 초기 활성도가 크게 변하지 않고 유지되었다.

Claims (11)

  1. 히알루론산 기반의 중간체와, 비닐기를 가지는 생체 친화적 고분자 단량체를 포함하는 히알루론산 하이드로겔로서,
    상기 히알루론산 기반의 중간체는 히알루론산과 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트를 포함하는 것이고, 상기 비닐기를 가지는 생체 친화적 고분자 단량체는 비닐카프로락톤 및 비스아크릴아마이드이고,
    상기 히알루론산 기반의 중간체는 비닐카프로락톤 및 비스아크릴아마이드와 2 : 2 : 1의 부피비로 혼합되어 있으며,
    제조된 히알루론산 하이드로겔의 입자 크기는 100~2000 nm의 범위인, 히알루론산 하이드로겔.
  2. 제1항에 있어서, 상기 히알루론산은 분자량 범위가 100,000~200,000 Da 이상인, 히알루론산 하이드로겔.
  3. 제1항에 있어서, 상기 히알루론산 하이드로겔은 입자 크기가 200~300 nm의 범위인, 히알루론산 하이드로겔.
  4. 제1항에 있어서, 상기 히알루론산 하이드로겔은 내부에 활성 성분을 70~80% 효율로 담지하는, 히알루론산 하이드로겔.
  5. 1) 히알루론산 수용액과 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트 수용액에 광 개시제를 첨가하고 UV를 조사하여 히알루론산 기반의 중간체를 합성하는 단계;
    2) 비닐기를 가지는 생체 친화적 고분자 단량체와, 라디칼 반응 개시제인 과황산칼륨을 상기 1) 단계의 중간체에 혼합하여 히알루론산 하이드로겔 용액을 수득하는 단계; 및
    3) 상기 히알루론산 하이드로겔 용액을 원심분리한 다음, 여과하여 불순물을 제거하여 콜로이드 상태의 히알루론산 하이드로겔을 수득하는 단계
    를 포함하며,
    상기 비닐기를 가지는 생체 친화적 고분자 단량체는 비닐카프로락톤 및 비스아크릴아마이드이고,
    상기 과황산칼륨은 1) 단계의 중간체 및 비닐기를 가지는 생체 친화적 고분자 단량체와 1:12.5의 부피비로 혼합되는 것인,
    제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 히알루론산 하이드로겔을 제조하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트 수용액은 농도가 1~10%(v/v)인, 히알루론산 하이드로겔을 제조하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 히알루론산 수용액과 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트 수용액은 0.5~2 : 0.5~2의 부피비로 혼합되는 것인, 히알루론산 하이드로겔을 제조하는 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 UV는 파장 범위가 250 nm ~ 370 nm인, 히알루론산 하이드로겔을 제조하는 방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 비닐카프로락톤은 0.5~2%(w.v) 농도의 수용액으로 준비되고, 상기 비스아크릴아마이드는 0.005~2%(w/v) 농도의 수용액으로 준비되는 것인, 히알루론산 하이드로겔을 제조하는 방법.
  10. 제5항에 있어서, 상기 히알루론산 기반의 중간체, 비닐카프로락톤 및 비스아크릴아마이드는 수용액 상태에서 2 : 2 : 1의 부피비로 혼합되는 것인, 히알루론산 하이드로겔을 제조하는 방법.
  11. 내부에 활성 성분이 담지된 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 히알루론산 하이드로겔을 포함하는 화장료 조성물.
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