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KAIST부설 한국과학영재학교 온라인 과학매거진 코스모스

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단백질 나노입자를 이용한 약물전달 시스템

나노입자를 이용한 약물 전달 시스템은 우리의 중요한 과제 중 하나입니다. 그래서 우리는 이를 사용하는데, 이 시스템은 개발된 약물을 질병 부위로 전달하고 혈중농도를 유지하며 생리활성물질이 일정 속도로 방출될 수 있도록 하는 기술입니다.다. 이를 위해 liposome, 고분자, dendrimer 및 자성 나노입자와 같은 여러 나노 소재들 사용되며 이러한 나노입자들은 작은 입자크기로 혈류 속에서 빠르게 용해되어 세포 혹은 조직-특정적으로 표적에 다가갈 수 있는 특징이 있으며 덕분에 난용성 약제들의 운반이 개선되고 있습니다. 최근에는 단백질 나노입자가 포함된 bioplymer기반 나노입자의 많은 연구가 진행되고 있으며, 이들은 낮은 독성과 생분해성이라는 장점을 가지고 있습니다. 또한 단백질 나노입자는 표적화된 요법, 예를 들면 폐 전달, 암 요법, 종양 요법 및 백신에 사용될 수 있으며 이를 위해 입자 크기, 표면적 및 표면 특성을 제어하여 필요한 양의 약물을 운반하는 나노입자가 부위-특이적 작용을 달성하기 위해 활성제를 방출함으로써 원하는 약리학적 활성을 나타내도록 설계되는 것입니다. 이제 이 엄청난 단백질 나노입자에 대해서 알아보도록 합시다.

단백질 나노입자 제조에 사용되는 단백질은 무엇이 있을까?

단백질 나노입자에는 여러 다양한 물질들이 사용되는데 이는 각 물질마다 장단점이 있으며 어떤 성질들이 있는지 알아봅시다.


1. 실크 단백질 피브로인 (Silk protein fibroin)

총 실크 단백질의 65-85%를 구성하는 fibroin은 silk 섬유에 존재하는 주요 단백질이며 실크에 탁월한 물리적 및 화학적 특성을 가지게 합니다. 그리고 이 단백질은 나노 캐리어 개발을 위해 많이 사용되며, 생체 적합성과 우수한 안정성, 기계적 특성을 유지할 수 있습니다. 실크에서 추출된 피브로인은 세리신 단백질 코팅을 제거한 후 분리할 수 있으며 경쇄와 중쇄로 구성된 반결정성 구조로 되어 있습니다. 또한 결정성 베타병풍구조와 반 평행 구성으로 층층이 쌓입니다. 이러한 구조는 피브로인의 기계적 강도와 높은 인장 강도를 제공합니다. 실크 피브로인은 다양한 약물 전달에 사용될 수 있으며, 실크 기반의 나노입자는 안정성이 높고 다양한 약물과 성장 인자의 전달에 효과적입니다. 여기서 실크 피브로인 나노입자는 전신 약물 전달과 지역적인 약물 전달에 모두 적합하며, 혈관 내피 성장 인자와 같은 활성 물질의 방출도 가능하다는 특

징이 있습니다.

(a) Reconstituted silk fibroin gels. Fibroin can be easily isolated after removal of the external sericin protein coating through treatment with sodium carbonate, (b) Structure of silk fibroin. The repetition of amino acids in the pattern (Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala)n leads to crystalline beta-sheets that are then stacked in an antiparallel configuration, (c) Morphology of silk fibroin nanoparticles

2. 알부민 (Albumin)

알부민은 주요 혈장 단백질로서 생물학적으로 기능하며, 다양한 단백질 운반체로 작용합니다. 이로 인해 알부민은 나노입자 제조를 위해 다른 생체 물질에 비해 우위를 가지고 있죠. 또한 알부민은 다양한 약물과 펩타이드 화합물과 비공유 상호 작용을 통해 결합할 수 있습니다. 그리고 나노입자 표면에 있는 반응성 집단(아미노, 싸이올, 카복실 등)은 공유 리간드 결합 및 표면 수정을 용이하게 합니다.

알부민은 pH 7.4에서 최대 40% 용해성을 가지며, pH 4.0-9.0에서 안정적이며 열적 안정성을 보여줍니다. 알부민은 해로운 영향을 미치지 않고 최대 60°C에서 10시간 동안 안정성을 유지할 수 있으며 높은 안정성,생리적 유체에서의 높은 용해도, 생분해성, 비면역성, 비독성, 순수한 형태의 가용성 및 준비 용이성과 같은 이유로 나노 구체 및 나노 캡슐의 제조를 위해 사용됩니다. 알부민은 인간, 소, 쥐 및 닭을 포함한 많은 수의 출처에서 분리될 수 있습니다. 이는 소 혈청 알부민과 인간 혈청 알부민, 이 두가지가 주로 쓰입니다.


3. 글라이아딘 (Gliadin)

밀 글루텐에 존재하는 글라이아딘은 수불용성 단백질로, 안정성이 높고 생체 적합성과 생분해성이 우수하여 약물 전달 시스템으로 적합하다고 할 수 있습니다. 글라이아딘은 점막에 부착하는 특성을 가지고 있어 구강 및 국부적 약물 전달체를 설계하는 데 적합하며, 글라이아딘 나노입자는 상부 위장관 부위에 친화력을 보이는 반면 다른 부위로는 잘 고정되지 않아 특정 부위를 대상으로 하는 표적 약물 전달체로 적합합니다. 글라이아딘은 중성 및 친유성 아미노산 잔기가 풍부하여, 이를 이용해 로딩된 약물을 보호하고 방출을 제어하는 나노입자를 제조할 수 있습니다.

건선, 여드름, 어린선, 과각화증, 상피 종양과 같은 피부 질환의 치료에 사용되는 변형 레티노산 (RA)인 글라이아딘을 기반으로 한 나노 전달체 시스템이 개발되었는데, 글라이아딘 나노입자는 상피 조직의 증식과 분화를 증가시키고 피지선 크기를 줄이는 역할을 하며, RA를 효과적으로 전달할 수 있도록 설계되었습니다. 이들 나노입자는 탈용매화 방법으로 제조되었고 크기는 500nm이었죠. 제조 과정은 초기 단백질의 90%의 수율을 가지고 있었습니다. 이 나노입자는 pH 7.4의 인체 조성인 PBS 용액에서 4일 동안 안정성을 유지하였으며, 트립신을 함유하는 PBS 용액에서는 3시간 내에 분해되는 것으로 나타났습니다. 이는 글라이아딘과 나노입자의 화학적 가교에 의해 저항성을 높일 수 있다는 가능성을 보여주며 Gulfam 등의 연구에서는 글라이아딘 나노입자를 사용하여 유방암 세포의 사멸을 유도하는 것을 보여주었습니다. 이 연구에서는 항암제인 사이클로포스파미드 (CP)의 방출을 제어하기 위해 글라이아딘과 글라이아딘-젤라틴 복합 나노입자의 구조에 초점을 맞추었습니다. 결과적으로 CP를 함유한 글라이아딘 나노입자는 48시간 내에 방출되었으며, 글라이아딘-젤라틴으로 구성된 나노입자는 빠른 방출을 나타내었습니다.


4. 젤라틴 (Gelatin)

젤라틴은 콜라겐을 가수 분해하거나 열 또는 효소적 분해에 의해 얻을 수 있는 천연 수용성 고분자로, 나노입자의 제형에 사용되는 가장 오래된 단백질성 물질입니다. 주로 돼지와 소의 피부에서 공급됩니다. 젤라틴은 양이온성 및 음이온성 그룹을 포함하며, 삼중 나선 구조를 가지고 있습니다. 이 제품은 생분해성, 생체 적합성, 가교 용이성 및 다기능 단백질로 알려져 있어 의료 및 제약 산업에서 다양하게 응용됩니다. FDA에서는 젤라틴을 "일반적으로 안전한 것으로 인정된" (GRAS) 단백질로 승인하였으며, 안전성이 확인된 증거로 인해 식품 보충제 및 혈장 팽창제로 사용되며 상업적으로 이용 가능합니다.


5. 레구민 (Legumin)

레구민은 콩 종자의 주요 저장 단백질 중하나로, 11S 글로불린 (11s globulin) 단백질군에 속합니다. 레구민은 300-400 kDa의 분자 질량을 갖고 황 함유 아미노산이 풍부하며 6개의 서브유닛 (subunit)으로 구성되어 있고 레구민의 용해도는 coacervation 공정 동안 감소됩니다. 이는 상분리를 유도하여 나노입자를 형성하며 레구민으로부터 유도된 나노입자는 생체 접착성이고 생물학적 표면과의 높은 상호작용 가능성을 나타내는 넓은 표면적을 갖는 특징이 있습니다.


6. 누에 체액 유래 30Kc19 단백질

연구자들은 30Kc19을 이용해 단백질 나노입자를 만들어 세포 내로 α-갈락토시다아제와 β-갈락토시다아제를 전달하는 실험을 진행했습니다. 이를 위해 탈용매화 방법을 사용하여 30Kc19-HSA 나노입자를 제조한 후, GA를 이용해 가교시켰습니다. 실험 결과, 30Kc19과 HSA의 wt%가 각각 50%일 때 입자 크기가 가장 작고 약물 활성이 높았으며, 용액의 pH가 높고 30Kc19 농도가 낮을수록 입자 크기가 작게 나타났습니다. 초기 단백질의 80-90%의 높은 수율을 보이는 로딩 용량을 가졌습니다.

30Kc19 단백질 나노입자에서 β-gal은 24시간 내 30-50% 이상이 방출되었으며, 60%까지 지속적인 방출이 관찰되었습니다. 30Kc19 단백질의 α-helix 도메인 (30Kc19α 도메인)은 효소 안정화 효과를 제공하고, 특히 30Kc19α 서브 유닛의 세포-침투 능력은 전체 30Kc19 단백질의 것보다 높았습니다. 또한 30Kc19α의 세포 내 화물 단백질 전달 효율은 Pep-c19 세포-침투 펩티드와 거의 유사하게 나타났습니다.

최근 연구에서는 30Kc19 단백질의 α-helix 도메인 (30Kc19α)이 가용성 형태로, β-sheet 도메인 (30Kc19β)이 불용성 형태로 나타남이 확인되었습니다 [53]. Hee Ho Park와 공동 연구자들은 이러한 30Kc19α를 이용하여 단백질 나노입자를 생성하고, 이를 통해 β-gal을 세포 내로 전달하는 연구를 수행했습니다. 단백질 나노입자는 탈용매화 방법을 사용하여 제조되었으며, pH가 높고 30Kc19α의 농도가 낮을수록 나노입자의 크기가 작게 나타났습니다. 로딩 용량은 30Kc19-HSA 나노입자보다 60-65% 적게 로딩되었습니다. β-gal은 10시간 이내에 30% 이상이 방출되었으며, 이후에도 지속적인 방출이 60%까지 관찰되었습니다.

단백질 나노입자는 어떻게 제조할까?

단백질 나노입자 제조방법에는 Emulsion/solvent extraction, Desolvation method, Coacervation process, Electrospray technique, Polyelectrolyte complexation/Complex coacervation method, Salt precipitation로 크게 6가지 종류가 있습니다. 각 방법별로 어떤 특징과 성질이 있는지 알아봅시다.


1. Emulsion/solvent extraction

이 방법은 주로 고분자 나노입자 생성에 사용되지만 단백질 나노입자 제조에도 적용될 수 있습니다. 이 방법은 유기용매(W) 중의 중합체 용액이나 수성 단백질 용액을 적절한 비용매인 피마자유, 참기름, 면씨유(O)와 같은 용매에 기계적 교반 또는 초음파 처리를 통해 흩뜨려 에멀션 시스템(O/W 또는 W/O)을 형성하고, 이후 용매/비용매를 제거하여 나노입자를 얻습니다.

에멀션/용매추출법을 통해 형성된 단백질 나노입자는 가교제를 첨가하여 화학적으로 안정화되거나, 100°C 이상의 예열된 오일에 W/O 에멀션을 첨가하여 열적으로 안정화하고 정제할 수 있습니다. 이 방법은 다른 기술로 얻은 것보다 더 큰 입자 크기를 형성합니다. 그리고 polysorbate-80, poly vinyl alcohol, PVOH 등의 특정 계면 활성제 및 chloroform, ethyl-acetate과 같은 유기 용매는 단백질의 생체 활성을 변화시킬 수 있어 거의 사용되지 않습니다. 입자 크기는 에멀션에서 더 작은 유체 입자 형성을 위해 계면 활성제를 사용하여 최적화됩니다. 따라서 계면 활성제-나노입자 매트릭스 상호작용을 통해 더 작은 고체 입자를 제조하는 것이 용이합니다. 유화 동안 단백질 농도와 물 및 유상의 상대적 부피 (W:O)는 단백질 나노입자 제조에서 중요한 매개 변수이죠.


2. Desolvation method

탈용매화 방법은 단백질 기반 나노입자를 제조하기 위한 방법으로, 단순한 공정과 작은 크기의 나노입자를 얻을 수 있는 장점이 있습니다. 이 방법은 탈용매제인 에탄올, 아세톤 등을 사용하여 단백질 용액의 용해도를 감소시켜 상 분리를 일으키는 원리로 작동합니다. 탈용매제의 첨가는 단백질 구조의 형태를 변화시키고 용해도를 감소시켜 단백질을 나노 침전물 형태로 침전시킵니다. 입자 형성은 크기가 점진적으로 증가하면서 초기에 일정한 크기에 도달할 때까지 진행되며, 이는 거의 동일한 크기의 입자 수가 점차적으로 증가함으로써 달성하게 됩니다.

다음으로 탈용매화된 나노입자를 이용한 단백질 약물 전달의 두 가지 예시가 있습니다.

첫 번째 예시는 BSA를 사용하여 골 재생을 위한 BMP-2 약물을 캡슐화하고 전달하는 방법이 있습니다. 이 과정에서는 탈용매화 전에 BSA 용액에 2.5 wt%의 BMP-2를 첨가합니다. 생성된 입자는 가교 처리를 대신하여 양이온성 폴리에틸레니민 (PEI)으로 코팅하여 입자의 안정성을 제공하고 치료 단백질의 방출을 조절합니다. 이러한 방법으로 나노입자의 크기는 50-400 nm 범위 내에서 제어할 수 있습니다. 높은 BMP-2 캡슐화 효율 (> 90%)이 보고되었으며, 이러한 입자는 시험관 내에서 골 유도 활성을 유지하는 BMP-2의 활성을 보존함이 입증되었습니다.

두 번째 예시로는, β-Gal을 HSA 및 재조합 30Kc19 단백질 나노입자에 캡슐화하여 전달하는 방법이 있습니다. 30Kc19는 세포 침투와 효소 안정화 효과를 가지는 누에 단백질입니다. 이 방법에서는 4%의 β-Gal을 함유하는 입자를 생성하고, 이를 가교 처리하여 안정화시킵니다. 나노입자의 크기는 30Kc19 함량에 따라 170-350 nm 범위 내에서 조절됩니다. 세포 독성 실험 결과, 이러한 입자는 미미한 세포 독성을 유도하며, 세포 내부로 효과적으로 흡수되고 전달된 후에도 β-Gal의 활성을 유지한다는 것이 확인되었습니다.


이와 같이, 탈용매화된 나노입자를 이용한 단백질 약물 전달은 다양한 응용 가능성을 가지고 있으며, 약물의 안정성과 효과적인 전달을 동시에 달성할 수 있는 유용한 전략이라고 볼 수 있습니다.


3. Coacervation process

코아세르베이션 공정은 비교적 간단한 조건으로 단백질 기반 나노입자를 제조하는데 가장 적절하고 자주 사용되는 방법입니다. 이 공정에서는 나노입자 매트릭스를 용해시키기 위해 용매가 사용되며, 용매는 비용매 상으로 추출됨으로써 콜로이드 성분이나 용매/비용매 혼합물을 형성합니다. 이러한 과정에서 콜로이드 시스템이 형성됩니다. 입자 형성은 초기에는 안정한 크기에 도달하기 위해 크기가 증가하며, 이후에는 탈용매화가 진행되면서 입자의 수가 점차 증가합니다. 용매 및 반 용매는 물, 에탄올 또는 아세톤과 같은 혼용성을 가져야 합니다. 아세톤은 GNP 입자를 생산하기 위한 2단계 탈용매화 기술에서 사용되었습니다.


pH 제어 코아세르베이션 방법을 사용하여 1-100 nm 크기의 HSA 나노입자를 제조했습니다. 이 방법에서는 pH 7-9에서 HSA 수용액에 아세톤을 첨가하고, GA 가교를 통해 입자를 안정화시켜 제조했습니다. 이러한 방법은 에탄올을 비용매로 사용하고 BSA를 매트릭스로 사용하여 실험실에서도 독립적으로 확인되었습니다. 또한 에탄올을 사용하여 탈용매화한 HSA 나노입자를 제조했으며, HSA 농도, 에탄올 첨가 속도, 코아세르베이션 상의 pH 및 정제 조건과 같은 공정 변수를 평가하고 100-300 nm 크기의 입자에 대해 최적화했습니다. 입자의 안정성과 크기를 유지하기 위해 pH 및 삼투압과 같은 조건이 중요하며, 입자의 응집을 촉진하는 조건을 피하기 위해 net-zero 표면 전하를 유지하는 것이 중요합니다.

화학적 가교제인 GA는 1차 NH2기 사이에 공유 결합을 형성하여 콜로이드성 나노입자를 안정화시키는데 사용되지만, 발암성 등의 부작용이 알려져 있어 사용 전에 완전히 제거해야 하는 필요성이 있습니다. 여기서 연구자들은 GA 가교 결합을 관찰하여 입자 표면의 -NH2기 범위를 줄여서 생분해성을 개선하고, 이로 인해 나노입자의 약물방출에 영향을 미치는 것을 확인했습니다. GA 가교는 소분자 약물인 독소루비신이나 알드리아마이신과 같은 약물에 문제를 일으킬 수 있습니다. 또한, HSA 나노입자에 포획된 antisense oligonucleotide의 완전성에는 영향을 주지 않았으며, 이는 부작용을 최소화하기 위해 GA 반응을 제어할 수 있다는 것을 간접적으로 표현해 줍니다


4. Electrospray technique

전기 분무는 표면장력을 극복하기 위한 전력의 도움으로 스프레이의 동시 발생 및 하전에 의한 액체분자화 공정으로 서브마이크론 (submicron) 나노 크기의 단백질 입자를 제조하기위한 새롭고 다소 인기있는 기술입니다. 이 접근법에서, 단백질 용액의 흐름은 비교적 높은 전위로 유지되는 모세관 노즐로부터 방출됩니다. 전기장에 노출되어 메니스커스 (meniscus)가 길어져 제트 (jet)가 형성되고 이것은 나중에 주로 정전기력으로 인해 반구형 에어로졸 방울로 변형됩니다. 추가적인 기계적 에너지는 없이 전기장만으로 액체 분무를 담당하며 고도로 하전된 뉴클레오타이드와 다른 전하를띠는 치료 분자는 높은 로딩 효율을 갖는 나노 구조에 쉽게통합될 수 있습니다. 이 접근법으로 제조된 나노입자는 jet의 표면 장력이 전기력과 효과적으로 대응하기 때문에 유체 역학적 직경이 비교적 낮습니다. 이 공정으로 제조된 글라이아딘 나노입자의 평균 입자 크기는 220 nm이고 매우 높은 나노입자수율 (> 75%)을 가지며 약물 로딩 효율이 72% 이상으로 나타났습니다. 이 공정은 산업 수준에서 확장 가능하며 분말의약품 제제를 얻기 위해 제약 산업에서 이미 사용되고 있습니다.


5. Polyelectrolyte complexation/Complex coacervation method

단백질은 활성 표면 전하를 갖는 경우 유화제로 작용할 수 있습니다. 이는 정전기적 상호 작용과 입체 장해(sterichindrance)에 의해 높은 콜로이드 안정성을 나타낼 수 있습니다. 안정화된 단백질 용액은 pH에 크게 의존하지 않으며, pH에 따라 정전기적 상호 작용이 변하지 않아 안정성이 유지됩니다.


pH에 따라 발생하는 정전기적 상호 작용은 생체 적합성이 높은 나노입자 및 코아세르베이트의 설계를 위해 활용될 수 있습니다. 코아세르베이션 복합체는 수용성 조건에서 정전기력에 의한 거대 분자 상호 작용의 결과로 형성됩니다. 배지의 pH와 같은 변수는 단백질과 반대로하전된 중합체와의 불용성 복합체 형성에 큰 영향을 미치게 됩니다. 다중 양이온을 사용하는 나노입자 제조는 단백질의 등전점보다 높은 pH를 필요로 하지만, 다중 음이온의 경우 단백질의 등전점보다 낮은 pH가 요구됩니다.

양이온성 단백질 중합체는 올리고뉴클레오타이드의 포스포다이에스터 벡본과 음이온성 산소 원자의 복합체를 형성하여 긴 DNA/RNA 치료 분자를 나노입자로 축소하는 데 사용됩니다. 이러한 상호 작용은 작은 반대 이온이 방출되는 엔탈피보다는 엔트로피적인 과정이므로, 엔트로피가 주요한 역할을 합니다. 친수성 단백질 세그먼트는 형성된 나노입자의 수용성을 향상시키는 특성을 가지므로, 조합형 고분자 전해질은 수용성 복합체 제조에 특히 적합합니다.

Serefoglou와 공동 연구자들은 BSA(보통 알부민이라고 불리는 단백질)의 등전점보다 낮은 pH에서 음이온성 중합체와 BSA 사이의 Coulomb 상호 작용을 이용하여 수용성 나노입자를 형성했습니다. 이 수용성 나노입자는 2개의 중합체 분자에 의해 13-14개의 BSA 분자를 함유하는 복합체로 확인되었습니다. 이러한 정전기적 상호 작용 외에도, 소수성 상호 작용이나 수소 결합과 같은 다른 상호 작용도 단백질과 중합체 사이의 복합체 형성을 촉진할 수 있습니다. 이 경우, 중합체-단백질과 중합체-중합체 상호 작용 사이의 균형은 복합체 내에 존재하는 단백질과 중합체의 수를 지배합니다.


6. Salt precipitation

탈용매화 기술과 매우 유사한 방법인 염 침전은 높은 염 농도의 존재하에서 소수성-소수성 단백질 상호 작용을 유도함으로써 단백질 코아세르베이트를 제조하는 것에 기초합니다. 단백질 용액이 탈용매제 풀(pool)에 첨가되는 탈용매화 방법과 대조적으로, 염 침전은 단백질 용액에 염을 천천히 첨가하며 단백질의 형태적 구조 또는 생체 활성에 악영향을 미치지 않는 한, 이러한 접근법의 단순성과 비교적 높은 캡슐화 효율을 가진다는 특징이 있습니다.


단백질 나노입자의 특성은 무엇일까?

일반적으로 나노입자는 마이크로 입자에 비해 세포 내 흡수가 상대적으로 높으며, 크기가 작아 상대적 이동성이 크기 때문에 광범위한 생물학적 표적에 이용 가능하다는 특성이 있습니다. 다음으로는 입자 형태에 특성이 있는데, 나노 물질의잠재적인 대규모 사용을 대비하기 위해, 대용량과 비교하여나노 스케일 물질의 독특한 독성이 있는지를 결정하는 것이 중요합니다. 세포 배양 및 동물 모델의 결과를 해석하기 위해서는 나노 물질이 철저하게 특성화되고 관찰된 독성 반응과 물질의 물리 화학적 특성 사이에 상관 관계가 있어야하죠. 다음은 표면 전하의 특성이 있습니다. 나노입자를 정맥 내로 투여하면, 신체 면역계에 의해 쉽게 인식되고, 그 후 순환 (circulation)으로부터 식세포 작용에 의해 제거됩니다. 나노입자의 크기 외에도, 표면 소수성은 흡착되는 혈액 성분, 주로 단백질의 양을 결정합니다. 따라서 나노입자의 표면 개질을 연구하기 위해 많은 기술이 개발되었습니다. 표면 개질의 효율은 표면 전하, 작용기의 밀도 또는 표면 친수성의 증가를 측정함으로써 추정할 수 있고 표면 개질을 측정하기 위해 사용되는 한가지 방법은 나노입자를 함유하는 수용성 현탁액의 제타 전위를 측정하는 것 입니다. 이는 입자의 전위를 반영하며 입자의 구성과 입자가 분산된 매체의 영향을 받습니다. 여기서 제타 전위를 측정하는 주된 이유는 콜로이드 안정성 예측인데, 입자들 사이의 상호 작용은 콜로이드 안정성에서 중요한 역할을 합니다.


약물 로딩 및 방출

마지막으로 나노입자를 사용한 약물 전달을 위해 수용성 현탁물은 높은 약물 로딩 능력과 매체의 양을 감소시켜야 합니다. 약물 로딩은 두 가지 방법으로 이루어집니다. 첫 번째 방법은 나노입자 합성 시 약물을 통합(첨가)하여 함께 로딩하는 방법이고, 두 번째 방법은 농축된 약물 용액을 나노입자에 붙이거나 넣는 방식으로 나노입자 합성 후 약물을 흡수하는 방법입니다. 약물 로딩은 고분자 성분, 분자량 및 약물-고분자 상호작용과 관련된 약물 용해도, 나노입자 크기 등에 의해 영향을 받습니다.

성공적인 약물 전달을 위해서는 약물의 방출 및 고분자의 생분해성이 매우 중요합니다. 약물의 방출 속도는 약물 용해도, 흡수된 약물의 방출, 나노입자 소재와 크기, 약물의 분산 등에 의해 결정됩니다. 균일하게 분포된 구체형 나노입자의 경우 방출은 소재의 분해 또는 분산에 의해 발생합니다. 또한 투약 방법도 방출 양상에 영향을 줍니다. 방출 연구는 교반 및 원심 분리 조절을 통해 진행되며, 나노입자의 방출 매체로부터 분리하는 과정은 시간이 오래 걸리고 기술적으로 어려워 투석 기술이 일반적으로 사용됩니다.


 

조환진 학생기자 | Biology | 지식더하기


참고자료

[1] Drug Delivery System Using Protein Nanoparticles, Seyoung Hong and Hee Ho Park, 2020

[2] Davidov-Pardo, G., I. J. Joye, and D. J. McClements (2015) Food-grade protein-based nanoparticles and microparticles for bioactive delivery: fabrication, characterization, and utilization. pp. 293-325.Adv. Protein. Chem. Str. Elsevier, City.

[3] Numata, K., and D. L. Kaplan (2010) Silk-based delivery systemsof bioactive molecules. Adv Drug Deliver Rev. 62: 1497-1508.


첨부한 이미지 출처

[1] Drug Delivery System Using Protein Nanoparticles, Seyoung Hong and Hee Ho Park, 2020 (모든 사진)



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