Branched Oligopeptide-Grafted Cyclotriphosphazenes Self-Assembling to Molecular Hydrogels

Abstract

단백질 약물은 pH, 온도, 산, 염기 등 주위환경에 대하여 매우 민감하며 위장에서 흡수가 되지 않기 때문에 대부분 주사제로 투여되고 있다. 특히 인간 성장 호르몬(hGH)이나 빈혈 치료제인 EPO(erythropoietin)는 국내외 시장이 $ 1 billion 이상으로 큰 시장형성되어 있다. 하지만 이와 같은 인간 성장호르몬(hGH)치료제는 매일 주사제로 투여되여야 하는 단점이 있기에 어린 아이 경우 막대한 치료상의 고통, 번거로움, 치료비 등을 지니고 있는 것이 현실이다. 따라서, 세계적으로 1주일에 1회용 주사제를 개발하고 노력하고 있으나 대부분의 종래의 유기계 고분자 물질은 1회용 주사제로 필요한 물성 설계가 거의 불가하기에 성공적 치료제가 개발되지 않고 있는 실정이다. 유기계 고분자 중에서도 온도감응성 고분자들이 여러 가지 알려져 있으나 PLGA등 몇 가지를 제외하고는 모두 비생분해성이며 PLGA와 같은 생분해성 고분자들은 생분해 시 산성화 되어 단백질 약물을 쉽게 손상시킬 뿐만 아니라 유기계 온도감응성 고분자의 경우 대부분 초기 약물방출속도가 너무 빨라 단백질 약물전달체로 사용할 수 있는 온도감응성 유기계 고분자는 거의 없다고 할 수 있다. 반면에 본 연구진이 최근에 개발한 Branched oligopeptide-grafted cyclotriphosphaznes self-assembling to molecular hydrogels은 N과 P의 이중결합 골격을 갖는 무기분자로 가수분해 가능하며, 면역 단백질에 인지 되지 않아 강한 체내순환 및 물에 녹을 수 있게 하는 poly(ethylene glycol), 효소의 가수분해가 가능한 부분적 가지형 올리고펩타이드를 지니고 있다. 기존의 수화겔이 20% 이상의 고분자를 이용해야 겔 현상을 지닐 수 있었지만 본 수화겔은 Low molecular mass organic gelators 로서, 아주 낮은 농도(1~2 %)에서도 이상적인 수화겔을 형성할 수 있으며 30분 이내에 빠르게 겔화 될 수 있는 장점을 지니고 있다. 또한, 초기 burst effect가 거의 없는 zero order releasing profile을 보여주고 있어 실용화 가능성이 아주 높음을 알 수 있다. 특히 레오미터를 통한 온도별 물질의 점도 변화를 보았을 때, 상온(25℃)에서 물질의 낮은 점도는 주사로 약물을 포집하며 체내에 주입할 수 있다는 것을 의미하며, 체온(37℃)에서 물질이 충분한 점도를 지닌다는 것은 체내에서 수화겔이 국부성 주사제로 이용될 수 있다는 것을 시사한다. 온도감응성을 이용하여 정맥주사 (iv)가 아닌 피하주사(sc)로 국부전달(local delivery)의 방법을 이용하여 주사된 약물이 일주일 정도의 서방성을 유지 될 수 있는 약물전달체를 연구하기에 이르렀다. 단, 성장호르몬 대신 Mw가 좀더 낮은 FITC-알부민을 이용했기 때문에 성장호르몬을 이용한 약물방출 실험이 필요로 하겠다.;New amphiphilic cyclotriphosphazenes were synthesized by stepwise nucleophilic substitutions of hexachlorocyclotriphosphazene with equimolar hydrophilic poly(ethylene glycol) with a molecular weight of 350 (MPEG350), 550 (MPEG550) or 750 (MPEG750) and partial dendritic oligopeptides such as CbzLysAsp(AspEt₂)₂ , CbzLysGlu(GluEt₂)₂, CbzLysAspEt₂ and BocLysAsp(AspEt₂)₂. The hydrogelator obtained with Cbz blocked peptides showed dramatic high viscosity at body temperature due to π-π stacking interaction. DMSO addition experiment demonstrates that at low concentration, intermolecular hydrogen bonding is present in these system. These thermo-reversible hydrogelators were relatively easily and rapidly solubilized compared with other known thermo-reversible hydrogelators. TEM image of the hydrogels reveals that the fibrils formation mechanism which may be related with micelles to fiber formation process. This hydrogel exists as flowable aqueous solution before administration but immediately turn into standing gels after administration. Zero-order releasing profile of FITC-labeled albumin with no initial burst effect for trimer 4 and 6 indicates the present timer gelators are promising candidates for protein drugs.