Synthesis, Antitumor Activity and Pharmacokinetics of Polyphosphazene-Platinum(II) Conjugate

Abstract

백금 항암제는 암에 대한 눈에 띄는 효과들을 보여왔으나, 신장 독성 등의 부작용으로 인해 많은 환자군에서의 폭 넓은 사용은 제한되어왔다. 이로써 백금 항암제에 고분자요법을 적용하여 비표적 장기에 대한 독성을 줄이고 암에 대한 백금의 농도를 증가시키고자 하는 많은 노력들이 행해져 왔으며, 이번 연구 역시 이러한 맥락에서 진행되었다. 이 연구의 목표는 폴리에틸렌글리콜(PEG)이 도입된 폴리포스파젠(polyphosphazene)-백금(II) 컨쥬게이트(conjugate)를 새로이 합성하고, 그것의 항암 효능과 암 선택성을 평가하는 것이다. 일련의 친핵성 치환과 가수분해 반응 등으로 최종 목표 물질인 [NP(MPEG550)(dach)Pt(EM)]n 이 합성되었다. 합성된 물질은 NMR(nuclear magnetic resonance) 실험에 의해 동정되었고, DLS(dynamic light scattering) 측정과 형광 프로브(probe) 기술에 의해 입자의 크기와 모양이 확인되었다. 물질의 평균 반지름은 130.3 nm로 EPR(enhanced permeability and retention) 효과에 적합한 크기를 나타내었다. CMC(critical micelle concentration) 값은 28.2 mg/L로 수용액 상태에서 안정한 마이셀(micelle)을 이루는 것으로 확인되었다. LCST(low critical solution temperature) 값은 100℃ 이상으로, IV 투여가 가능한 물질로 판명되었다. 널리 사용되고 있는 백금 항암제인 옥살리플라틴(oxaliplatin)과 합성된 [NP(MPEG550)(dach)Pt(EM)]n을 랫트(rat)에게 20mg/kg의 농도로 정맥 투여하여 물질의 약동학적 지표들을 도출하였다. [NP(MPEG550)(dach)Pt(EM)]n의 베타 상 (β phase)의 반감기는 옥살리플라틴보다 3 배 가량 증가하였고, AUC 값은 20 배나 커졌다. 마우스(mouse)를 이용한 생체분포 실험을 수행한 결과, 기존 백금 항암제들이 주로 부작용을 나타냈던 장기인 신장에서의 백금 농도가 컨쥬게이트에서는 현저하게 감소하였다. 반면 암 조직으로의 선택성은 매우 개선된 효과를 보였다. 세포 단계에도 [NP(MPEG550)(dach)Pt(EM)]n는 옥살리플라틴에 비해 별다른 세포독성을 나타내지 않았으며, 백금 착물 단량체보다는 향상된 IC50 값을 기록하였다. 이종이식(xenograft) 된 누드 마우스를 이용한 약물의 효능 평가를 실시한 결과, 고농도 (14.2 mg/kg (dach)Pt)의 [NP(MPEG550)(dach)Pt(EM)]n는 7.8 mg/kg (dach)Pt를 함유한 옥살리플라틴과 비슷한 항암 효과를 나타내었다. 저농도 (7.1 mg/kg (dach)Pt)의 [NP(MPEG550)(dach)Pt(EM)]n는 옥살리플라틴, 그리고 고농도에서보다 약한 항암 효과를 보였지만, 대조군과 비교했을 때 눈에 띄는 암 성장 저해율을 보였다. 이번 연구로, 합성된 폴리포스파젠-백금(II) 컨쥬게이트가 항암 효과는 유지하면서 개선된 암 선택성과 향상된 혈중 백금 농도, 그리고 그 농도의 오랜 지속시간을 이끌어 냈다는 결론을 내릴 수 있었다. 이러한 결과들로, 합성된 [NP(MPEG550)(dach)Pt(EM)]n가 표적화된 약물 전달에 매우 적합하다는 사실과 신약으로서의 발전 가능성을 확인하였다.;Platinum antitumor agents have made insightful effects on cancer treatment, but because of their side effects, their active use was limited. Recent years, many studies have been conducted to reduce non-target toxicity and enhance platinum concentration in target site by using polymers. In line with those studies, PEG grafted polyphosphazene-platinum(II) conjugate was newly synthesized and evaluated for its antitumor activity and tumor selectivity. [NP(MPEG550)(dach)Pt(EM)]n was accomplished by stepwise nucleophilic substitution and hydrolysis reaction. When the final product was identified by NMR method, produced platinum(II) conjugate was subjected to DLS measurement by fluorescence probe technique to examine its particle size and shape. Its mean diameter was 130.3 nm, which is appropriate for EPR effect. CMC was 28.2 mg/L that would be convinced as stable micelle in aqueous solution. LCST value was higher than 100℃, so IV injection could be available. The pharmacokinetics of [NP(MPEG550)(dach)Pt(EM)]n was determined following IV injection in rats at dose of 20 mg/kg of oxaliplatin and [NP(MPEG550)(dach)Pt(EM)]n. Half-life at β phase (t1/2β) of polyphosphazene-(dach)Pt conjugate was 3-fold longer than those of oxaliplatin. AUC value was 20-fold greater. In the biodistribution test using mice, concentration of platinum in kidney is markedly decreased in polyphosphazene-(dach)Pt conjugate. Tumor selectivity of the conjugate was largely enhanced, especially after a long period of time. On the cell level, polyphosphazene-(dach)Pt conjugate did not exhibit notable cytotoxicity in comparison of oxaliplatin, but showed improved IC50 level than monomeric platinum complex. In the xenograft trial using nude mice, higher concentration of [NP(MPEG550)(dach)Pt(EM)]n (14.2 mg/kg of (dach)Pt) indicated similar antitumor effect with that of oxaliplatin (7.8 mg/kg of (dach)Pt). Lower concentration of conjugate (7.1 mg/kg of (dach)Pt) represented slighter effect than that of higher concentration, but tumor regression ratio was conspicuous when compared with control group. This study showed that polyphosphazene-(dach)Pt conjugate represented better tumor selectivity and higher platinum concentration in blood with lengthened duration time, without loss in antitumor activity. These results suggest that synthesized polyphosphazene-(dach)Pt conjugate was good fit for the targeted drug delivery model and could be further developed as a novel drug.