Synthesis and Application of Amphiphilic Cyclotriphosphazenes Bearing Linear and Branched Oligopeptides

Abstract

In the first part, branched oligopeptides prepared by coupling a very hydrophobic aspartic diamino acid ethyl ester such as Asp(LeuEt)2, Asp(IleEt)2 and Asp(PheEt)2 to glycine or glycylphenylalanine were grafted to the cyclotriphosphazene backbone bearing an equimolar hydrophilic poly(ethylene glycol) (PEG). The properties of the resultant amphiphiles were examined in comparison with those of the linear oligopeptide analogues previously reported. All cyclic phosphazene trimers grafted with the branched tetra- and pentapeptides displayed a normal trend of thermosensitivity depending on their hydrophilic to hydrophobic balance, but the stability and particle size of their micelles were found to be greatly dependent on the fine structure of the branched oligopeptides grafted. The trimers bearing branched tetrapeptides with a low hydrophobicity were found to form unstable micelles initially, which reassemble into thermodynamically more stable polymersomes. In the second part, a hydrophobic and water-insoluble anticancer agent, docetaxel (DTX), was encapsulated by macromolecular micelles self-assembled from an amphiphilic cyclotriphosphazene [NP(MPEG750)(GlyPheLeu)2Et]3 (CP750). The micelle-encapsulated docetaxel exhibited significantly improved pharmacokinetics in rats by showing longer blood circulation and larger systemic exposure compared with the free docetaxel. In particular, according to the in vivo nude mouse xenograft trials the docetaxel encapsulated by CP750 (DTX750) exhibited outstanding antitumor efficacy against the breast human tumor cells by showing complete regression at a very low dosage of 5 mg/kg compared with 15 mg/kg dose of Taxotere. The acute toxicity study has shown that the LD50 value of docetaxel in the form of polymer micellar DTX750 is 75 mg/kg whereas that of Taxotere is 28 mg/kg., which means that much lower systemic toxicity may be expected for DTX750 compared with Taxotere in human clinics.;첫 파트의 내용은 친수성기인 폴리에틸렌글리콜을 치환시킨 고리형포스파젠 삼합체에 Asp(LeuEt)2, Asp(IleEt)2 and Asp(PheEt)2 등과 같이 소수성이 큰 아스파틸디아미노산 에틸에스터를 글라이신 또는 글라이실페닐알라닌과 커플링 반응을 통해 얻은 가지형 올리고펩타이드를 도입하여 합성하였다. 이렇게 합성한 양친성의 가지형 올리고펩타이드를 갖는 고리형 포스파젠 삼합체의 물성을 기존에 발표한 선형 올리고 펩타이드를 치환체로 갖는 포스파젠 삼합체의 물성과 비교하여 보았다. 가지형 테트라- 또는 펜타펩타이드를 갖는 모든 고리형 포스파젠 삼합체는 치환체의 친수성/소수성 조합에 따른 일반적인 경향의 온도 감응성을 나타내었으나 형성된 마이셀의 안정성과 입자의 크기는 치환된 올리고 펩타이드의 미세한 구조에 큰 영향을 받는다는 사실을 발견하였다. 소수성이 떨어지는 테트라펩타이드가 치환된 고리형 삼합체는 초기에는 불안정한 마이셀을 형성하지만 시간이 지남에 따라 열역학적으로 더 안정한 폴리머좀을 형성한다. 두번째 파트에서는 생분해성의 포스파젠 삼합체를 기본 골격으로, 친수성의 PEG750과 소수성 hexapeptide인 GlyPheLeuGlyPheLeuEt를 치환체로 도입한 생분해성, 생체적합성을 만족하는 양친성 포스파젠 치환체를 합성하여 도스탁셀의 고분자 마이셀화 약물전달체로 사용하였다. 포스파젠 삼합체로 마이셀화된 도스탇셀(DTX750)의 급성독성 실험 결과, 비교물질인 Taxotere를 주사한 경우보다 몸무게 변화율이 더 적고 독성이 대략 3배 이상 낮아진다는 사실을 관찰 할 수 있었다. In vitro 세포독성 실험을 통해 DTX750은 Taxotere에 비해 항암제의 세포독성이 낮음을 확인 할 수 있지만, 전반적으로 DTX750과 Taxotere의 암 치료 범위는 거의 유사함을 알 수 있었다. 누드마우스를 이용한 In vivo xenograft 시험 결과, 포스파젠 마이셀형 도스탁셀이 비교물질인 Taxotere에 비하여 약물에 의한 부작용이 많이 줄었고 도스탁셀의 투여용량을 1/3로 줄일 수 있으므로 실제 임상에서도 도스탁셀 약물에 의한 부작용을 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 기대된다.