온도감응성의 키토산 중성용액을 이용한 아세트아미노펜의 약물송달시스템

Abstract

체내에서 예측할 수 없이 불규칙적으로 약물을 필요로 하는 질병의 경우 일정한 방출속도를 갖는 제제가 반드시 효과적이라고 할 수 없다는 연구결과에 따라 최근에는 chronopharmacokinetics 및 chronopharmacodynamics에 기초하여 내부 또는 외부의 자극 즉, 온도, 전기적 자극, 빛, pH 및 글루코오스 농도 변화 등의 신호에 의해 약물 방출이 제어되는 자극감응성약물송달시스템 (stimuli-sensitive drug delivery system)이 개발되고 있다. 이 중 온도감응성을 나타내는 약물송달시스템 (temperature-sensitive drug delivery system, 이하 TSDDS)은 상온에서는 액상이고, 생체 내에 투여된 후 겔을 형성하므로 다루기가 쉬우며 피하, 뼈, 근육, 치주, 뇌 등 적용범위가 넓고, 생체이용률을 높일 수 있으며 혈중 약물 농도를 지속시켜 빈번한 투여가 필요 없는 등 약물의 방출 제어가 가능한 장점이 있다. 따라서 본 연구에서는 상온에서는 액상이므로 주사 및 직장투여가 용이하고 체내 투여 후 체온에 의해 겔을 형성하므로 약물의 방출제어가 가능하고, 생체적합성이 우수하며, 생체이용률을 높이기 위한 주사제 및 좌제로서의 제형 개발을 목적으로 TSS를 제조하고 모델약물로 아세트아미노펜 (acetaminophen, 이하 AAP)을 사용하여 TSDDS를 제조하였다. 이 때 temperature sensitive system (TSS)은 온도감응성을 갖는 chitosan을 glycerophosphate sodium salt로 중성화한 용액을 이용하여 제조하였고, 겔화온도, 겔화시간, 유동학적성질의 측정결과로서 최적의 TSS를 제조하였으며 AAP를 봉입하여 체내 적용에 적합한 TSDDS를 제조하였다. TSDDS는 방출실험 및 분해실험을 하였고, 랫트에 피하주사, 직장흡수실험을 하여 체내 동태를 추리하였으며, 직장투여 후 직장점막자극성 실험을 하였다. 최적의 TSS는 chitosan (중량평균분자량 731,775, 탈아세틸화도 99%)을 45 % glycerophosphate sodium salt 로 pH 약 7.1로 중성화하여 제조하였으며, TSS는 액상좌제에 적합한 겔화온도 (30∼36℃)를 갖고, 겔화 후에 항문 밖으로 흘러나오지 않을 정도의 점도를 보였으며 유동학적 성질을 측정한 결과 37.2℃에서 겔 구조를 유지함을 확인하였다. 이 때 겔화온도는 chitosan의 탈아세틸화도 및 TSS의 pH에 영향을 받았으며 chitosan의 분자량은 겔화시간에 영향을 주었다. TSDDS으로부터의 AAP 방출양상은 기존의 시판중인 AAP 좌제 (AAP-PEG 좌제)와 유사하였으나 AAP-chitosan 겔보다는 지연되었으며 방출 후 TSDDS 표면에 pore가 생성되었다. 분해실험 결과 처음 4시간에 대부분이 분해되어 약 80%가 분해되었고, 다음 20시간 동안에 서서히 분해가 일어나 약 10% 가 분해되었다. TSDDS의 피하투여 후 AUC는 12.0 ± 0.01 μg·h/mL로 AAP용액을 투여한 대조군의 7.75 ± 0.33 μg·h/mL 보다 약 1.6배 유의적으로 증가하였다 (p ＜ 0.05). 생체이용률은 90.1%로 AAP 용액을 투여한 대조군의 58.1%보다 약 1.6 배 유의적으로 증가하였다 (p ＜ 0.05). 또한 TSDDS의 직장투여의 경우 C_max 및 AUC가 각각 11.0 ± 1.66 μg/mL, 25.4 ± 7.82 μg·h/mL로 AAP-PEG 좌제를 투여한 대조군의 6.09 ± 0.66 μg/mL, 16.3 ± 3.67 μg·h/mL 보다 약 1.8 배 및 1.6 배 유의적으로 증가하였다 (p ＜ 0.05). 생체이용률은 TSDDS의 경우 63.3%로 AAP-PEG 좌제를 투여한 경우의 40.6%보다 약 1.6 배 유의적으로 증가하였다 (p ＜ 0.05). TSDDS 투여 랫트의 점막 상피세포는 변성 (degeneration) 및 탈락 (erosion)이 관찰되지 않았고, 정상 점막조직과 같이 상피세포 층이 뚜렷하게 관찰되어 직장점막에 손상을 주지 않았다. 그러나 AAP-PEG 좌제의 경우 상피세포의 탈락 및 세포질의 변성이 뚜렷하였다. 이상의 결과로부터 AAP를 모델약물로 하여 제조한 temperature-sensitive drug delivery system (TSDDS)은 상온에서는 액상이므로 주사 및 직장투여가 용이하고, 체내 투여 후 체온에 의해 겔을 형성하므로 방출제어가 가능하고, 생체적합성이 우수하며, 생체이용률을 높일 수 있는 사용가능한 제형으로 사료되었다.;Stimuli-Sensitive Drug Delivery System (SSDDS) is recently developed based on chronopharmacokinetics and chronopharmacodynamics because of the limitation that conventional drug delivery system designed for zero-order release kinetics cannot meet the unpredictable or irregular drug requirement in the body. SSDDS senses internal or external stimuli and releases the drug response to the stimuli such as temperature, electric stimulus, photoirradiation, pH and changes of glucose concentration. Temperature-Sensitive Drug Delivery System (TSDDS) is easy to handle because it is the liquid form at the room temperature and forms the gel in the body after administration. It can be applied to various sites such as subcutaneous tissue, bone, muscle, periodontal tissue, brain and rectum. Also, it has been reported that TSDDS increases the bioavailability of drug, reduces the dosing frequency by sustaining the concentration of drug and controls the release of drug in the body. In the present study, chitosan-glycerophosphate sodium salt solution as a thermosensitive system (TSS) was used to formulate a TSDDS containing acetaminophen (AAP). By measuring gelation temperature, gelation time and rheological properties of TSS the optimized TSS suitable for rectal administration was prepared. The gelation temperature and gelation time of optimized TSS were 36℃ and 100 seconds respectively. And the viscosity of TSS was also suitable for rectal administration. The gelation temperature of TSS was dependent on deacetylation degree of chitosan and pH of TSS while the gelation time of TSS was dependent on the molecular weight of chitosan. In vitro release test, sustained release of AAP from TSDDS was observed. The bioavailability of TSDDS following subcutaneous injection was significantly higher ∼1.6 times than that of AAP solution and was significantly higher, ∼1.6 times than that of AAP-PEG conventional suppository. The main advantages of TSDDS are biodegradation of the polymer to non-toxic products and no need for surgery for administration and removal. After rectal administration, it showed faster absorption of AAP than conventional suppository, hence, it could be a favorable anti-pyretic and analgesic dosage form for infants and children. In conclusion, AAP-TSS (TSDDS) might be a useful drug delivery as shown in the pharmacokinetics after subcutaneous injection and rectal administration to rats.