메틸셀룰로오스 유도체 기반 독소루비신-시스플라틴 동시전달체의 합성 및 특성분석

Abstract

본 연구에서는 메틸셀룰로오스 유도체를 주사슬로 사용하여 글루탐산이 접합 된 약물전달체를 합성하고 두 가지 약물을 함께 담지 함으로써 약물 동시전달시스템으로서의 가능성을 확인하였다. 메틸셀룰로오스를 산화시켜 폴리에틸렌이민 (분자량 2000 Da)으로 그라프팅하여 일차아민을 도입한 후 폴리글루탐산을 개환중합을 통해 합성함으로서 말단에 카르복시기를 갖는 새로운 약물전달체 MCPE를 합성하였다. 약물전달체의 화학적 구조는 1H NMR과 FT-IR을 통해 확인하였다. 폴리에틸렌이민은 메틸셀룰로오스의 단위 글루코오스 9.6개 당 하나가 도입되었으며 글루탐산은 MCPEI2k 단위체 당 각각 5.3, 13.2, 44개가 도입된 것을 확인하였다. 반응시킨 글루탐산 당량에 따라 각각의 고분자를 MCPE1, MCPE2.5, MCPE5로 명명하였다. SEC를 이용해 상대분자량을 측정하였고, 산-염기 적정실험을 통해 각각의 고분자가 19.43, 20.21, 20.47%의 완충용량을 가짐을 확인하였다. 이 중 약물이 담지 된 후에도 가장 안정적인 구조를 유지하는 MCPE2.5 고분자를 이용해서 독소루비신과 시스플라틴을 담지 하였다. 독소루비신만 담지 한 복합체의 DLC (Drug loading Content)와 DLE (Drug loading Efficiency)는 4.4%와 23%로 계산되었다. 두 약물이 모두 담지 된 복합체의 경우, 독소루비신 DLC, DLE는 각각 8.7, 47.6%와 11.6, 65.6%, 시스플라틴은 복합체 단위 질량 당 (g) 0.047, 0.025 mmol의 백금이 반응한 것으로 계산되었다. 시스플라틴이 추가로 담지 되었을 때, 가교 형성을 통해 독소루비신이 빠져나오는 것을 막아주어 독소루비신의 담지 효율을 높여준 것을 알 수 있었다. 약물-고분자 복합체의 전달 효율을 높이기 위해 히알루론산 (분자량 100 kDa)과 섞어 입자를 제조하였다. 입자의 형성은 DLS를 통해 확인하였으며, 두 약물이 모두 담지 된 복합체의 경우 약 200 nm 크기의 안정적인 입자를 형성하는 것을 확인하였다. 독소루비신 방출 거동 확인을 통해 시스플라틴의 가교가 독소루비신의 급속한 방출을 억제해줌을 확인하였다. 고분자의 세포독성을 확인하기 위해 MTT 실험을 진행하였고, MCPE 고분자와 히알루론산 모두 전체 농도 범위에서 독성이 거의 없는 것을 알 수 있었다. 최종적으로 히알루론산과 복합화를 통해 제조한 복합체의 암세포사멸효과를 확인함으로써 MCPE 고분자의 약물 동시전달체로서의 가능성을 확인하였으며, 두 약물이 모두 담지 된 경우에 두 약물이 각각 담지 되었을 경우의 효과의 합보다 높은 효과를 보이는 것을 통해 두 약물의 상승효과를 확인하였다.

In this study, methyl cellulose derivatives, as a backbone polymer, was conjugated with glutamic acids for doxorubicin and cisplatin delivery. After polyethyleneimine (PEI, 2000 Da) conjugation with oxidized methyl cellulose, poly(glutamic acid) (E) was further introduced to primary amine groups in PEI by ring-opening polymerization. In this way, methyl cellulose-polyethyleneimine-poly(glutamic acid) copolymer (MCPE) was synthesized and its chemical structure was confirmed by 1H NMR, FT-IR and SEC. The calculated conjugation ratio of PEI was one per 9.6 of MC glucose unit, and E was 5.3, 13.2, 44 per 1 MCPEI2k unit, respectively. Hence, MCPE polymers were named as MCPE1, MCPE2.5 and MCPE5 based on the feeding ratio of E. The DLC and DLE of a complex containing only doxorubicin were calculated as 4.4% and 23% respectively. When the cisplatin was added, DLC and DLE of doxorubicin were 8.7%, 47.6% and 11.6%, 65.6% respectively. For the cisplatin, 0.047 and 0.025 mmol of platinum were contained per drug-polymer complex unit mass (g). After the chelation of cisplatin, it was confirmed that the formation of crosslink increased the efficiency of the doxorubicin encapsulation by preventing it from escaping. Nanoparticles were manufactured by mixing with hyaluronic acid (HA) to increase the uptake efficiency of the complex into cells. The nanoparticles could form about 200 nm sized stable structure. MTT results showed that MCPE polymers and HA have lower cytotoxicity than PEI25k in almost cell lines. Finally, anticancer activity of MCPE2.5/DOX/HA, MCPE2.5/DOX/CIS/HA were verified by MTT test with various doxorubicin concentration. It was found that MCPE2.5/DOX/CIS/HA has higher anticancer activity than MCPE2.5/DOX/HA due to synergistic effect of doxorubicin and cisplatin. These results show that MCPE2.5 has a potential for drug delivery systems which can be applied to combination cancer therapy.