Efficacy and Toxicity of Synthesized Polyphosphazene-Cisplatin Conjugate

Abstract

A cisplatin carrier polymer was prepared by grafting equimolar polyethylene glycol with a molecular weight of 550 (PEG550) and aminoethanol to a dichlorophosphazene backbone. Cisplatin was conjugated with the carrier polymer using cis-aconitic acid anhydride as a linker. The cisplatin-conjugated polyphosphazene, named “Polycisplatin” was found to be amphiphilic in aqueous solution and self-assembled to nanoparticles with an average diameter of 18.6 nm. An ex vivo organ distribution study with Cy5.5-labeled Polycisplatin in A-549-tumorbearing nude mice at 12, 24, and 48 h showed high tumor selectivity by Polycisplatin due to the enhanced permeability and retention effect despite its relatively small particle size. Xenograft trials were performed in MKN-28-tumor-bearing nude mice to evaluate the in vivo efficacy of Polycisplatin compared with cisplatin. Polycisplatin at the higher dose of 3.9 mg Pt/kg exhibited a slightly better tumor-suppression effect compared with cisplatin’s maximum tolerated dose of 1.95 mg Pt/kg. However, the mice treated with this amount of cisplatin exhibited severe toxicity as body weight loss of around 25%, while mice treated with Polycisplatin did not, even when the dose was doubled. A nephrotoxicity study of Polycisplatin showed that it is much less nephrotoxic compared with cisplatin for kidney indicators including kidney index, BUN, and creatinine values. In an acute toxicity study of Polycisplatin using ICR mice, it exhibited around two-times lower toxicity compared with cisplatin.;본 연구에서는 임상에서 우수한 항암 효능을 나타내지만 심한 독성 때문에 사용이 제한되고 있는 제1세대 백금 항암제인 시스플라틴의 항암 효능을 증가시키고, 다양한 비표적장기에 대한 독성, 특히 신장 독성을 줄이고자 고분자요법을 적용하여 폴리포스파젠-시스플라틴 컨쥬게이트를 합성하고 폴리시스플라틴이라 명명하였다. 또한 이 폴리시스플라틴의 물리화학적인 특성과 항암 효능 및 암 선택성을 규명하고 신독성에서의 효과를 평가하였다. 일련의 친핵성 치환 반응과 가수분해 반응을 거쳐 분자량이 550인 친수성 메톡시폴리에틸렌글리콜(PEG550)과 스페이서로 2-아미노에탄올(AE), 약물 연결기로 시스아코니틱 무수물(AA)을 포함하는 고분자형 약물전달체 [NP(MPEG550)(AE)(AA)]n을 합성하였다. 여기에 시스플라틴의 항암성분인 (NH3)2Pt(Ⅱ)를 화학적으로 결합시켜 최종고분자형 항암물질 [NP(MPEG550)(AE)(AA)Pt(DACH)]n을 합성하였고, 이를 폴리시스플라틴이라고 명명하였다. 시스플라틴이 수용액에서 난용성인데 비하여 이 폴리시스플라틴은 수용액에서 소수성인 백금성분(NH3)2Pt(Ⅱ)를 친수성인 폴리에틸렌글리콜이 둘러쌈으로서 고분자 마이셀을 형성하여 물에 매우 잘 녹는 것을 확인하였다. 이와 같이 수용액에서 형성된 고분자 마이셀의 입도분포를 동적 광산란법으로 측정한 결과, 평균 직경이 18.6 nm로 나타났으며 동물실험 결과 우수한 암조직 선택성을 나타내었다. 즉, 폐암 세포를 이용하여 암을 유발한 누드마우스에 시아닌 5.5를 표지한 폴리시스플라틴을 정맥으로 투여한 후 체내 조직 분포를 평가하였을 때, 다른 조직에 비해 암에 더 선택적으로 이행하는 것을 확인할 수 있었다. 특히 약물 투여 12시간 경과 후 암 주변 근육 조직에 비해 암 조직으로의 약물 이행 비율이 12배에 이르는 높은 TTR(Tumor to tissue ratio) 값을 얻었다. 사람의 위암세포주가 이종 이식된 누드마우스를 이용하여 항암 효능 평가를 한결과, 고농도 폴리시스플라틴(3.9 Pt mg/kg)이 저농도 시스플라틴(1.95 Pt mg/kg) 보다 조금 더 향상된 항암 효능을 나타내었다. 또한 시스플라틴의 경우 생쥐의 체중이 계속 감소하며 약물 투여가 끝난 후에도 회복이 되지 않았으나, 저농도 폴리시스플라틴 그룹의 체중이 대조군인 생리식염수를 투여한 그룹과 유사하게 증가하였으며, 고농도 폴리시스플라틴 그룹에서는 약물 투여 후 몸무게가 일시적으로 감소하였다가 다시 회복하는 양상을 보였다. 항암 효능 평가 실험이 끝난 35일째 되는 날, 신장 독성 실험을 위해 혈액을 채취하고 신장을 적출하였다. 채취한 혈액을 가지고 키트를 이용하여 혈액요소질소와 크레아티닌 수치를 구하였다. 이때 신장 독성이 높을수록 혈액요소질소와 크레아티닌 수치는 높게 나타났다. 폴리시스플라틴의 경우 약물을 처리하지 않은 대조군과 비슷하거나 낮은 수치를 나타냈고, 시스플라틴에서는 높은 수치를 보였다. 또한 신장 지수를 구하였을 때 시스플라틴에서 높은 수치를 나타낸 반면, 폴리시스플라틴은 대조군과 유사한 수치를 보였고, 이를 통해 시스플라틴의 경우 높은 독성으로 인해 체중은 감소하고 신장의 염증은 증가했음을 알 수 있었다. 마지막으로 단회 독성 평가 실험을 통해 폴리시스플라틴의 LD50값이 시스플라틴의 LD50값보다 약 2배 정도 높았고 이는 폴리시스플라틴이 시스플라틴보다 독성을 적게 나타낸다는 것을 의미한다. 결론적으로 본 연구를 통해, 합성된 폴리시스플라틴은 기존 시스플라틴의 단점 중 하나인 물에 난용성인 성질을 보완하였으며, 뛰어난 암 선택성과 지속적인 약물 방출 특성을 나타내었다. 또한 비표적장기로 이행함으로써 나타나는 부작용을 감소시키고, 특히 신장 독성을 현저히 감소시킴으로써 항암 효능은 높이고 독성은 감소시키는 우수한 고분자형 항암제 개량신약으로 개발 가능성이 매우 높을 것으로 기대된다.