KR-102960000-B1 - UPCONVERSION NANOCOMPOSITE HAVING CORE/MULTI-SHELL STRUCTURE FOR CANCER COMPELX TREATMENT AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME

Abstract

본 발명은 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 근적외선을 가시광선으로 변환시킬 수 있는 상향변환 나노입자, 광증감제 및 IDO 억제제를 포함하는 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체는 광역학 및 면역 복합 치료가 가능하여 우수한 암 치료 효과를 나타낼 수 있으며, 체내 깊은 곳에 존재하는 심부 종양에도 복합 치료 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체는 우수한 암세포 선택성을 가져 암세포에 표적화되어 작용이 가능함에 따라 치료 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

Inventors

• 김소연
• 최종선

Assignees

• 충남대학교산학협력단

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20230627

Claims (20)

1. 암 표적화 리간드로 표면개질된 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노입자, 상기 상향변환 나노입자의 표면에 결합된 광증감제 및 IDO 억제제를 포함하고, 상기 상향변환 나노입자는 3개 이상의 쉘을 포함하는 것인, 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체.
2. 제1항에 있어서, 상기 상향변환 나노입자는 호스트(Host) 및 란탄족 도펀트 이온(Dopant ions)을 포함하는 것인, 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체.
3. 제2항에 있어서, 상기 란탄족 도펀트 이온은 Yb 3+ 및 Nd 3+ 중에서 선택되는 하나 이상의 증감제; Er 3+ , Tm 3+ , Ho 3+ , Tb 3+ 및 Dy 3+ 중에서 선택되는 하나 이상의 활성제; 및 Yb 3+ 로 선택되는 브릿지를 포함하는 것인, 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 상향변환 나노입자에 포함된 최외곽 쉘은 호스트만을 포함하는 것인, 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체.
6. 제1항에 있어서, 상기 상향변환 나노입자는 평균 직경이 10 nm 내지 80 nm인, 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체.
7. 제1항에 있어서, 상기 광증감제는 포르피린계(Porphyrins) 화합물, 프탈로시아닌계(Phthalocyanine) 화합물, 플루오레세인(Fluorescein)계 화합물 및 클로린계(Chlorins) 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 조합인 것인, 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체.
8. 제1항에 있어서, 상기 IDO 억제제는 1-메틸트립토판(1-methyl tryptophan, 1MT), Navoximod, Epacadostat(N-(3-Bromo-4-fluorophenyl)-N′-hydroxy-4-{[2-(sulfamoylamino)ethyl]amino}-1,2,5-oxadiazole-3-carboximidamide) 및 Calbiochem(4-Amino-N-(3-chloro-4-fluorophenyl)-N′-hydroxy-1,2,5-oxadiazole-3-carboximidamide)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상인 것인, 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체.
9. 제1항에 있어서, 상기 암 표적화 리간드는 중합체에 결합되어 있는 것인, 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체.
10. 제9항에 있어서, 상기 중합체는 일 말단에 암 표적화 리간드와 결합되어 있고, 다른 일 말단에 링커(Linker)를 포함하는 것인, 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체.
11. 제9항에 있어서, 상기 중합체는 하나 이상의 친수성 블록을 포함하는 블록 공중합체인, 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체.
12. 제11항에 있어서, 상기 블록 공중합체는 폴리에틸렌글리콜-폴리아스파르트산 블록 공중합체(PEG-block-Poly(aspartic acid))인, 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체.
13. 제10항에 있어서, 상기 링커는 티올기, 아민기, 포스핀, 카르복실기 및 히드록시기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것인, 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체.
14. 제1항에 있어서, 상기 암 표적화 리간드는 암 표적성 단백질, 암 표적성 펩타이드(Peptide), 암 표적성 압타머(Aptamer) 및 엽산(Folic acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인, 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체.
15. 제9항에 있어서, 상기 광증감제 및 IDO 억제제는 상기 암 표적화 리간드가 결합되어 있는 중합체의 측쇄에 공유결합된 것인, 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체.
16. 제15항에 있어서, 상기 공유결합은 아미드(amide) 결합, 디설파이드(disulfide) 결합, 하이드라존(hydrazone) 결합, 에스터(ester) 결합, 펩타이드(peptide) 결합, 티오케탈(thioketal) 결합 및 디셀레나이드(diselenide) 결합으로 이루어진 군에서 선택된 하나인, 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체.
17. 제1항에 있어서, 상기 광증감제와 표면개질된 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노입자는 1:0.05 내지 0.5의 몰비로 포함된 것인, 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체.
18. 제1항에 있어서, 상기 IDO 억제제와 표면개질된 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노입자는 1:0.05 내지 0.5의 몰비로 포함된 것인, 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체.
19. 제1항에 있어서, 상기 암 표적화 리간드로 표면개질된 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노입자는 근적외선 조사 시 방출하는 빛의 색상이 적색, 녹색, 청색 및 노란색으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것인, 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체.
20. 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제19항 중 어느 한 항의 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체를 포함하는 심부암 복합치료용 암 치료제.

Description

암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체 및 이의 제조방법 {UPCONVERSION NANOCOMPOSITE HAVING CORE/MULTI-SHELL STRUCTURE FOR CANCER COMPELX TREATMENT AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME} 본 발명은 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 근적외선을 가시광선으로 변환시킬 수 있는 상향변환 나노입자, 광증감제 및 IDO 억제제를 포함하는 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 암은 전 세계적으로 인류를 위협하는 가장 심각한 질병 중 하나이다. 암을 치료하기 위해 수술, 화학 요법, 방사선 요법 등 다양한 치료법이 시행되고 있지만, 심각한 부작용이 있고 전이와 재발의 위험을 완벽하게 제거하지 못하여 새로운 암 치료법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 하나인 광역학 치료(Photodynamic Therapy, PDT)는 저렴한 비용, 방사선 치료 및 화학적 치료 대비 적은 부작용 및 빛이 도달하는 부위만 특이적으로 치료하여 주변의 장기 및 조직의 외상을 최소화할 수 있다는 점에서 다양한 암 치료에 대한 유망한 치료법으로 점차 인정받고 있다. 광역학 치료는 암을 비롯한 다양한 질병에 대해 비침습적인 치료법으로 악성 질환 치료를 위해 빛, 광증감제(Photosensitizer, PS) 및 산소 등 세가지 구성요소를 필요로 한다. 적절한 파장의 빛을 조사하면 광증감제가 활성화되어 주위의 산소에 에너지를 전달하여 일항산소(Singlet oxygen)와 같은 높은 반응성 산소종(Reactive oxygen species, ROS)를 생성한다. ROS는 단백질의 아미노산 잔기 및 DNA의 핵산 염기와 같은 생체분자와 반응하여 세포사멸 또는 괴사 반응을 일으켜 결국 산화성 손상 및 세포의 죽음을 초래할 수 있다. 그러나, 현재 광역학 치료에서 많이 사용되고 있는 광증감제는 대부분 자외선 또는 가시광선에 의해 활성화되며, 자외선 또는 가시광선은 생물학적 조직에 의한 광흡수 및 산란으로 인해 두꺼운 조직을 통과할 수 없는 문제점이 있다. 즉, 광역학 치료는 조직학적으로 모든 범위의 종양에 효과를 가지지만, 빛의 투과 깊이에 한계가 있어 체내 깊은 곳에 존재하는 심부 종양을 치료할 때에는 치료 효율이 매우 낮기 때문에 광역학 치료 효율이 우수하며, 생체내 깊은 곳에 존재하는 암세포에 대해서도 치료효과가 우수하고 부작용을 최소화할 수 있는 광역학 치료방법이 요구되고 있다. 또한, 이러한 단일 광역학 치료는 암 치료 효과에 한계가 있는 바, 인체의 면역기능을 이용함으로써 독성이 낮으며 지속적인 치료 효과를 기대할 수 있는 암 면역 치료(Immunotherapy)를 병행하여 암 치료의 잠재력을 더욱 향상시킬 수 있는 나노복합체의 개발에 대한 필요성이 커지고 있는 실정이다. 도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체의 제조과정 및 작용기전을 나타낸 개략도이다. 도 2는 본 개시의 일 실시예에 따라 제조된 코어/다중쉘 상향변환 나노입자의 투과전자현미경 이미지이다. 도 3은 본 개시 따라 도펀트 이온의 종류 및 조성을 달리하여 제조된 상향변환 나노입자에 근적외선 조사 시 방출하는 빛의 파장을 나타낸 그래프이다. 도 4는 호스트 및 도펀트 이온의 몰 비율을 달리하여 제조된 상향변환 나노입자의 입자크기 분포를 나타낸 그래프이다. 도 5는 호스트 및 도펀트 이온의 몰 비율을 달리하여 제조된 상향변환 나노입자 코어의 PL 강도를 측정한 그래프이다. 도 6은 쉘의 개수를 달리하는 상향변환 나노입자의 PL 강도를 측정한 그래프이다. 도 7은 본 개시에 따라 제조된 다양한 상향변환 나노입자에 근적외선을 조사했을 때의 광발광 모습을 촬영한 이미지이다. 도 8은 본 개시에 따라 제조된 다양한 상향변환 나노입자에 근적외선을 조사했을 때의 세포 생존율을 나타낸 그래프이다. 도 9는 본 개시에 따라 제조된 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체를 처리했을 때의 CD4+ 및 CD8+ 세포의 변화를 측정한 그래프이다. 본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 단위는 중량을 기준으로 하며, 일 예로 % 또는 비의 단위는 중량% 또는 중량비를 의미하고, 중량%는 달리 정의되지 않는 한 전체 조성물 중 어느 하나의 성분이 조성물 내에서 차지하는 중량%를 의미한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 수치 범위는 하한치와 상한치와 그 범위 내에서의 모든 값, 정의되는 범위의 형태와 폭에서 논리적으로 유도되는 증분, 이중 한정된 모든 값 및 서로 다른 형태로 한정된 수치 범위의 상한 및 하한의 모든 가능한 조합을 포함한다. 본 발명의 명세서에서 특별한 정의가 없는 한 실험 오차 또는 값의 반올림으로 인해 발생할 가능성이 있는 수치범위 외의 값 역시 정의된 수치범위에 포함된다. 본 명세서의 용어, '포함한다'는 '구비한다', '함유한다', '가진다' 또는 '특징으로 한다' 등의 표현과 등가의 의미를 가지는 개방형 기재이며, 추가로 열거되어 있지 않은 요소, 재료 또는 공정을 배제하지 않는다. 또한, 본 명세서의 용어, '실질적으로'는 특정된 요소, 재료 또는 공정과 함께 열거되어 있지 않은 다른 요소, 재료 또는 공정이 발명의 적어도 하나의 기본적이고 신규한 기술적 사상에 허용할 수 없을 만큼의 현저한 영향을 미치지 않는 양 또는 정도로 존재할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 본 명세서의 용어, '다중쉘'은 3개 이상의 쉘을 포함하는 것을 의미할 수 있고, 코어에 인접한 순서대로 제1쉘, 제2쉘 및 제n쉘(n은 3이상의 정수)로 지칭될 수 있다. 또한, 본 명세서의 용어, '표면개질된 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노입자'는 암 표적화 리간드로 표면개질된 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노입자를 의미할 수 있고, '코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노입자'는 표면개질되지 않은 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노입자를 의미할 수 있다. 본 개시에 따른 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체는, 암세포에 엽산 수용체가 과발현되는 점을 이용하여 암 표적화 리간드를 포함함으로써 암세포를 표적화해 심부에 존재하는 암세포에 선택적으로 약물을 전달할 수 있고, 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노입자를 포함하여 현저히 향상된 광발광 효율로 체내 심부까지 도달할 수 있는 근적외선을 가시광선으로 변환시키고 이에 반응하는 광증감제를 통해 일항 산소를 발생시켜 광역학 치료가 가능하다. 또한 트립토판(tryptophan)이 분해되는 경로를 억제하여 면역 세포를 활성화시키는 IDO 억제제에 의한 면역 치료까지 수행함으로써 광역학 단일 치료를 했을 때와 비교하여 시너지 효과가 나타남에 따라 암 치료 효과를 현저하게 상승시킬 수 있다. 이와 같이 본 개시는 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노입자, 광증감제, IDO(Indoleamine 2,3-dioxygenase) 억제제 및 암 표적화 리간드 등의 구성이 유기적으로 결합됨에 따라 상술한 시너지 효과를 나타내어, 생체내 깊은 곳에 존재하는 암세포를 부작용 발생을 최소화하면서 치료할 수 있는 암 복합치료용 나노복합체를 제공할 수 있다. 이하 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체 및 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 개시는 암 표적화 리간드로 표면개질된 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노입자, 상기 표면개질된 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노입자의 표면에 결합된 광증감제 및 IDO 억제제를 포함하는, 암 복합치료용 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노복합체를 제공한다. 상향변환 나노입자는 호스트 매트릭스(Host matrix) 및 상기 호스트 매트릭스에 도핑되어 증감제(Sensitizer), 활성제(Activator) 또는 브릿지(Bridge)역할을 하는 도펀트 이온을 포함한다. 상기 증감제는 광자(photon)를 흡수하여 전자가 여기되어 에너지를 저장하여 이를 활성제에 전달하고, 활성제는 전달된 에너지에 의해 들뜬 전자가 바닥상태로 떨어지면서 빛을 방출하는 역할을 하며, 브릿지는 흡수한 에너지를 내부쉘에 포함된 증감제로 전달할 수 있다. 본 개시의 일 예에 있어서, 상기 코어/다중쉘 구조의 상향변환 나노입자는 알칼리금속의 불화물인 호스트(Host) 및 란탄족 도펀트 이온(Dopant ions)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 상향변환 나노입자는 LiYF4, NaYF4 및 NaGdF4 중에서 선택되는 하나 이상의 호스트; 및 상기 호스트에 도핑된 란탄족 도펀트 이온을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 란탄족 도펀트 이온은 Yb3+ 및 Nd3+ 중에서 선택되는 하나 이상의 증감제; Er3+, Tm3+, Ho3+, Tb3+ 및 Dy3+ 중에서 선택되는 하나 이상의 활성제; 및 상술한 역할을 수행할 수 있는 것이라면 제한되는 것은 아니지만 구체적인 일 예로서 Yb3+로 선택되는 브릿지를 포함할 수 있다. 상술한 호스트, 호스트에 도핑된 증감제, 활성제 및 브릿지를 포함하는 상향변환 나노입자는 단파장 대역(800 nm 대역)의 근적외선을 흡수할 수 있는 능력이 현저히 상승함에 따라 상대적으로 장파장의 근적외선을 흡수할 때 발생할 수 있는 과열(overheating) 문제의 발생 가능성을 감소시킬 수 있고, 근적외선을 자외선 또는 가시광선 영역으로 상향변환시키는 성능이 증가되어 발광 강도를 현저히 향상시킬 수 있어 선호된다. 본 개시의 상향변환 나노입자는 상기 코어/다중쉘 구조를 포함하여 근적외선 조사 시 광발광 효율이 비약적으로 증가함에 따라, 나노복합체로부터 암세포 주변에서 해리된 광증감제