(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-01-09
(54)【発明の名称】脂肪酸導入高分子ナノ粒子およびその用途
(51)【国際特許分類】
A61K 33/10 20060101AFI20231226BHJP
A61K 9/16 20060101ALI20231226BHJP
A61K 47/12 20060101ALI20231226BHJP
A61K 47/34 20170101ALI20231226BHJP
A61K 47/36 20060101ALI20231226BHJP
A61K 47/42 20170101ALI20231226BHJP
A61K 47/20 20060101ALI20231226BHJP
A61P 3/04 20060101ALI20231226BHJP
A61K 47/69 20170101ALI20231226BHJP
B82Y 5/00 20110101ALI20231226BHJP
B82Y 40/00 20110101ALI20231226BHJP
A61K 9/51 20060101ALI20231226BHJP
【FI】
A61K33/10
A61K9/16
A61K47/12
A61K47/34
A61K47/36
A61K47/42
A61K47/20
A61P3/04
A61K47/69
B82Y5/00
B82Y40/00
A61K9/51
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023539007
(86)(22)【出願日】2021-12-21
(85)【翻訳文提出日】2023-06-23
(86)【国際出願番号】 KR2021019527
(87)【国際公開番号】W WO2022139418
(87)【国際公開日】2022-06-30
(31)【優先権主張番号】10-2020-0183085
(32)【優先日】2020-12-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522244078
【氏名又は名称】スーパーノヴァ バイオ カンパニー リミテッド
【氏名又は名称原語表記】SUPERNOVA BIO CO., LTD.
(74)【代理人】
【識別番号】100121728
【氏名又は名称】井関 勝守
(74)【代理人】
【識別番号】100165803
【氏名又は名称】金子 修平
(72)【発明者】
【氏名】イ グンヨン
(72)【発明者】
【氏名】イ へウォン
【テーマコード(参考)】
4C076
4C086
【Fターム(参考)】
4C076AA31
4C076AA65
4C076AA95
4C076BB31
4C076CC21
4C076DD25
4C076DD41
4C076DD46
4C076DD55
4C076EE06
4C076EE23
4C076EE24
4C076EE30
4C076EE36
4C076EE37
4C076EE38
4C076EE41
4C076EE48
4C076EE49
4C076FF34
4C086AA01
4C086AA02
4C086HA04
4C086HA16
4C086MA03
4C086MA05
4C086MA38
4C086MA41
4C086MA63
4C086NA05
4C086NA11
4C086NA13
4C086ZA70
(57)【要約】
本発明は、脂肪酸導入高分子ナノ粒子およびその用途に関する。本発明では、生体親和性高分子および脂肪細胞標的リガンド(脂肪酸)を用いて炭酸カルシウム結晶が包埋されたナノ粒子を形成することによって、脂肪細胞以外の周辺細胞および組織に伝達を最小化し、脂肪細胞内へのナノ粒子の包埋を最大化することができる。本発明によるナノ粒子は、注射可能な製剤で製作可能であり、局所脂肪を分解する局所脂肪分解補完材またはダイエット美容製品に適用することができる。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
炭酸カルシウム(Calcium Carbonate)結晶、生体適合性高分子および脂肪酸を含むナノ粒子であって、前記炭酸カルシウムは、ナノ粒子の内部に包埋され、前記脂肪酸は、ナノ粒子の表面に露出しているナノ粒子。
【請求項2】
前記ナノ粒子は、酸性環境で二酸化炭素を放出する、請求項1に記載のナノ粒子。
【請求項3】
前記生体適合性高分子は、ポリラクチド(PLA)、ポリグリコリド(PGA)、ポリラクチド-ポリグリコリド共重合体(PLGA)、澱粉、グリコーゲン、キチン、ペプチドグリカン、リグノスルホナート、タンニン酸、リグニン、ペクチン、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド-ポリプロピレンオキシドブロック共重合体、セルロース、ヘミセルロース、ヘパリン、ヒアルロン酸、デキストランまたはアルギネート構造を有する重合体である、請求項1に記載のナノ粒子。
【請求項4】
前記ナノ粒子の直径は、100~300nmである、請求項1に記載のナノ粒子。
【請求項5】
前記脂肪酸は、飽和脂肪酸または不飽和脂肪酸である、請求項1に記載のナノ粒子。
【請求項6】
前記脂肪酸および生体適合性高分子は、重量比が0.01:1~0.2:1である、請求項1に記載のナノ粒子。
【請求項7】
請求項1から6のいずれか一項に記載のナノ粒子を含む脂肪分解用組成物。
【請求項8】
請求項7に記載の脂肪分解用組成物を含む肥満の予防および治療用薬学的組成物。
【請求項9】
下記の段階を含む請求項1から6のいずれか一項に記載のナノ粒子の製造方法:
(a)炭酸カルシウム結晶を含む第1水相(water phase)と脂肪酸および生体適合性高分子を含む油相(oil phase)を混合し、油中水型の単一エマルジョン(W/O)を形成する段階;
(b)前記段階(a)のエマルジョンと第2水相を混合し、水中油中水型の二重エマルジョン(W/O/W)を形成する段階;および
(c)前記段階(b)の二重エマルジョンを固形化させる段階。
【請求項10】
前記生体適合性高分子は、ポリラクチド(PLA)、ポリグリコリド(PGA)、ポリラクチド-ポリグリコリド共重合体(PLGA)、澱粉、グリコーゲン、キチン、ペプチドグリカン、リグノスルホナート、タンニン酸、リグニン、ペクチン、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド-ポリプロピレンオキシドブロック共重合体、セルロース、ヘミセルロース、ヘパリン、ヒアルロン酸、デキストランまたはアルギネート構造を有する重合体である、請求項9に記載のナノ粒子の製造方法。
【請求項11】
前記方法によって製造されたナノ粒子の直径は、100~300nmである、請求項9に記載のナノ粒子の製造方法。
【請求項12】
前記脂肪酸は、飽和脂肪酸または不飽和脂肪酸である、請求項9に記載のナノ粒子の製造方法。
【請求項13】
前記生体適合性高分子および脂肪酸は、重量比が0.01:1~0.2:1で混合されたものである、請求項9に記載のナノ粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、脂肪酸導入高分子ナノ粒子およびその用途に関する。
【背景技術】
【0002】
皮膚の表皮と真皮の下に存在する皮下脂肪の減少は、美容処理の最も重要な分野の一つであり、このような美容処理の目的のために多様な施術方法が用いられている。
【0003】
皮下脂肪の減少のための施術としては、皮下脂肪にカニューレ(cannula)を挿入し、脂肪を吸入する脂肪吸入術、冷却パッドを皮膚の表面に付着し、皮下脂肪を冷却壊死させる冷凍施術、高周波または超音波を皮下脂肪組織に照射し、加熱によって皮下脂肪を除去する熱的加熱施術、二酸化炭素(CO2)を注射針で皮下脂肪に徐々に注入し、脂肪組織の血流循環およびリンパ循環を促進することによって脂肪を除去するカルボキシセラピー(Carboxytherapy)施術、皮下脂肪に肥満治療用薬物を注入するメソセラピー(Mesotherapy)施術などがある。
【0004】
施術のうち最も効果が高いと知られた脂肪吸入術は、施術時に伴う苦痛および後続管理において短所を有する。代表的に、脂肪吸入時に出血があり、施術時に痛みを伴う。これは、施術後にも痛みを誘発し、個人によって鎮痛剤を服用しなければならない場合も発生する。また、吸入手術後に圧迫服を一週間以上着用しなければならず、手術後に一ヶ月程度の管理を必要とする。
【0005】
また、冷凍施術は、施術が手軽であるが、施術効果が低いという短所を有する。韓国公開特許第10-2011-0119640号公報には、冷媒を内部に循環させて冷却されるプローブを皮下脂肪に挿入する侵襲的施術を用いた。しかしながら、侵襲的冷却施術を用いる場合、施術時間が非侵襲的冷却施術より短縮されるが、冷却による皮下脂肪の壊死を防止するために、非常に長い施術時間を要するという短所を有する。
【0006】
なお、カルボキシセラピーは、脂肪が過度に蓄積された部位を集中的に治療する施術であり、韓国登録特許第10-0772961号公報には、メソセラピー施術およびカルボキシセラピー施術を全部行って、脂肪除去効率を高めた。しかしながら、前記特許は、各施術に対して別途の注射器針を用いていて、内部構造が複雑であり、それぞれの針によって別途の切開創が生じるという短所を有する。
【0007】
現在食品医薬品安全処の許可が完了した局所脂肪分解補完材は、用途が非常に限定的であり、現在市中ではオフラベル施術が頻繁に施行されている実情である。このようなオフラベル施術は、安全性および有効性の根拠が不十分であり、保険適用外領域であるから、安全使用管理の死角地帯に置かれていて、制度的な管理が不十分である。
【0008】
脂肪分解補完材として許可を受けた薬物として局所脂肪細胞の細胞膜を破壊することによって脂肪細胞を死滅させるベルキラがある。しかしながら、ベルキラは、二重顎の施術にのみ限定的に利用可能であるという短所を有する。また、このような薬物は、非特異的に細胞膜を破壊するので、脂肪細胞だけでなく、周辺細胞に対する影響が大きいため、周辺組織に副作用を及ぼすことができるので、現在乳がんまたは大腸がんの危険性が増加することが報告されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、前述したような問題点を解決するために、局所脂肪を分解する高分子ナノ粒子およびその用途を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、炭酸カルシウム(Calcium Carbonate)結晶、生体適合性高分子および脂肪酸を含むナノ粒子であって、前記炭酸カルシウムは、ナノ粒子の内部に包埋され、脂肪酸は、ナノ粒子の表面に露出しているナノ粒子を提供する。
【0011】
従来、局所脂肪分解施術の場合、注射針で脂肪が蓄積された当該部位に直接薬物を注入して治療する方式に該当し、非特異的薬物を使用するので、注射部位の周辺の他の細胞も破壊する可能性があり、近くの神経に触れると、無感覚や神経損傷の危険性の問題点があった。本発明者らは、これを解決するために、炭酸カルシウム(Calcium Carbonate)結晶、生体適合性高分子および脂肪酸を含むナノ粒子を用いることによって、ナノ粒子の表面に露出している脂肪酸により脂肪細胞の内部に特異的にナノ粒子を導入することができることを糾明し、本発明を完成した。
【0012】
本明細書上の用語「炭酸カルシウム(Calcium Carbonate)結晶」は、化学的加工によって製造された沈降炭酸カルシウム(Precipitated Calcium Carbonate)と区分されるものであり、一般的に、高純度の結晶質石灰石を機械的に粉砕し、分級して製造したものを意味する。
【0013】
本発明によるナノ粒子は、前記炭酸カルシウム結晶が生体適合性高分子の内部に包埋されている形態を有するが、これは、生体適合性高分子が形成する硬質皮膜(hard shell)の球形状構造体の内部に炭酸カルシウム結晶が流動なく包埋された形態であり、前記球形状構造体の中心から外部表面に至るまで分布確率上の有意差がなく均等に包埋された固体構造(solid colloidal structure)を意味する。
【0014】
本発明のナノ粒子は、酸性環境でパーティクルの内部に包埋された炭酸カルシウム結晶が二酸化炭素気体を生成する反応を起こす。本発明のナノ粒子は、層状の膜構造の内部に炭酸カルシウムを含有するコア-シェル(core-shell)形態でなく、内部が満たされた固体結晶の内部に炭酸カルシウム結晶が包埋された形態である。すなわち、内部で発生した気体が気体の発生と同時に外部に漏れる(leaked)構造と差別化されるように、ナノ粒子に包埋された炭酸カルシウム結晶が二酸化炭素気体を発生させる場合、ナノ粒子の内部圧力が徐々に増加し、最終的に、ナノ粒子の爆発を誘導する。このような特性によって、二酸化炭素気泡の放出およびナノ粒子の爆発による細胞打撃効果を同時に達成する。
【0015】
本発明の一具現例において、本発明の生体適合性高分子は、脂肪酸により表面改質されている。具体的には、前記脂肪酸は、生体適合性高分子と混合されて、前記球形状の構造体を形成し、脂肪酸は、前記構造体の表面に露出した形態を有する。本発明の脂肪酸は、飽和脂肪酸および不飽和脂肪酸を含んでもよいし、好ましくは、C12~C20の飽和または不飽和脂肪酸であってもよい。本発明のナノ粒子表面に露出した脂肪酸は、脂肪細胞標的指向性を有する。具体的には、ナノ粒子表面の脂肪酸は、脂肪細胞(adipocyte)の細胞膜に存在する脂肪酸輸送タンパク質などとの反応を通じてナノ粒子が脂肪細胞に細胞内吸収の方法で導入する。したがって、脂肪酸により表面改質されたナノ粒子は、脂肪細胞または脂肪組織内に選択的に吸収/蓄積され、脂肪細胞内で二酸化炭素気体を生成させて、ナノ粒子の構造を変形、破壊させ、急激に噴出され、脂肪細胞に物理的に打撃を与えて分解したり、ネクローシス性壊死を起こすようにして、脂肪組織を減少させることができる。
【0016】
本発明の生体適合性高分子は、生体組織または血液と接触して組織を破壊させたり血液を凝固させない組織適合性(tissue compatibility)および抗凝血性(blood compatibility)を有する高分子を意味し、本発明のエマルジョン工法により炭酸カルシウム結晶が包埋された固体構造を形成できるものであれば、特別な制限なく、適切に選択可能である。
【0017】
本発明の一具現例において、本発明の生体適合性高分子は、ポリラクチド(PLA)、ポリグリコリド(PGA)、ポリラクチド-ポリグリコリド共重合体(PLGA)、澱粉、グリコーゲン、キチン、ペプチドグリカン、リグノスルホナート、タンニン酸、リグニン、ペクチン、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド-ポリプロピレンオキシドブロック共重合体、セルロース、ヘミセルロース、ヘパリン、ヒアルロン酸、デキストランまたはアルギネート構造を有する重合体である。好ましくは、ポリラクチド-ポリグリコリド共重合体(PLGA)を使用することができる。
【0018】
本発明の一具現例において、本発明のナノ粒子の直径は、100~300nmであってもよく、好ましくは、120~290nm、さらに好ましくは、150~280nm、より好ましくは、200~260nmであってもよい。前記直径の範囲で脂肪細胞のネクローシス性死滅を誘導できる細胞打撃効果を最大化させることができる。
【0019】
本発明の一具現例において、前記脂肪酸および生体適合性高分子の重量比が0.01:1~0.5:1(脂肪酸:高分子)であってもよく、好ましくは、0.05:1~0.15:1であってもよい。前記重量比内で脂肪細胞への標的化および細胞生存率を高めることができる。脂肪酸の含有量が前記範囲より多くなる場合、ナノ粒子の直径が大きくなることがあるが、製造過程の低い温度に起因して多く失われ、製造されたナノ粒子の安定性が低下する短所が発生する。
【0020】
本発明の一具現例において、前記炭酸カルシウム結晶と生体適合性高分子は、重量比が0.001:1~1:1(炭酸カルシウム:高分子)であってもよい。好ましくは、炭酸カルシウム結晶と生体適合性高分子の重量比が0.01:1~0.8:1、さらに好ましくは、0.1:1~0.6:1である。前記重量比に該当する炭酸カルシウム結晶と生体適合性高分子は、脂肪細胞の減少効果を最大化させることができる。炭酸カルシウム結晶と生体適合性高分子の割合は、生成されるガス生成ナノパーティクルの直径には有意な影響を与えない。表2に示されたように、炭酸カルシウム結晶の含有量が増加するほど含有効率が大幅に低下することから見て、前記範囲より高い含有は期待しにくく、生体適合性高分子による硬質皮膜(hard-shell)構造も、相対的に堅固でない。なお、前記範囲より炭酸カルシウムがさらに少なく含まれる場合には、発生する気体の量が脂肪細胞打撃効果を得るのに不十分である。
【0021】
本発明の一具現例において、炭酸カルシウム、生体適合性高分子および脂肪酸の前記重量比内で製造したナノ粒子を用いる場合、in vitroで有意な脂肪減少効果を導き出した。
【0022】
本発明の一様態によれば、本発明は、上述したナノ粒子を含む脂肪分解用組成物を提供する。本発明の脂肪分解用組成物は、脂肪細胞内環境で特異的に二酸化炭素を放出する効果を有し、また、従来の脂肪分解局所治療法とは異なって、脂肪細胞組織標的化が可能である。
【0023】
本発明の一様態によれば、本発明は、上述したナノ粒子および/またはこれを含む組成物を含む肥満の予防または治療用薬学的組成物を提供する。
【0024】
本発明の一様態によれば、本発明は、下記の段階を含むナノ粒子の製造方法を提供する:
(a)炭酸カルシウム結晶を含む第1水相(water phase)と脂肪酸および生体適合性高分子を含む油相(oil phase)を混合し、油中水型の単一エマルジョン(w/o)を形成する段階;
(b)段階(a)のエマルジョンと第2水相を混合し、水中油中水型の二重エマルジョン(w/o/w)を形成する段階;および
(c)段階(b)の二重エマルジョンを固形化させる段階。
【0025】
本発明によるナノ粒子の製造方法において、「第1水相」は、炭酸カルシウムスラリーを含む水性溶媒(pH7.0~8.0)、具体的には、例えば、炭酸カルシウム結晶が懸濁した蒸留水、生理食塩水(PBS)、水性界面活性液(aqueous PVA solution)などを使用することができる。本発明の段階(a)の「油相」は、脂肪酸および生体適合性高分子を水相と混ざらない疎水性および揮発性の強い有機溶媒内で溶解したものを使用することができ、具体的には、例えば、脂肪酸および生体適合性高分子をメチレンクロリド、クロロホルム、ジメチルホルムアミド、エチルアセテート、アセトン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシドおよびこれらの混合溶媒などに溶解したものを使用することができる。本発明の段階(a)の第1水相と油相の混合は、好ましくは、機械的撹拌を用いて実施することができ、例えば、超音波破砕機、ホモミキサー、撹拌機などを用いて実施することができる。
【0026】
本発明の段階(a)を通じて製造した単一エマルジョン(w/o)は、第2水相と混合し、二重エマルジョン(w/o/w)を形成させる。第2水相は、具体的には、例えば、ポリビニルアルコール、ポロキサマー、ポリビニルピロリドンなどの水性界面活性液を使用することができる。生成された二重エマルジョンは、有機溶媒の蒸発または抽出方法を通じて固形化させることができる。
【0027】
本発明の一具現例において、本発明の段階(a)の単一エマルジョンは、前記脂肪酸および生体適合性高分子の重量比が0.01:1~0.2:1(脂肪酸:高分子)であってもよく、好ましくは、0.05:1~0.15:1であってもよい。また、前記炭酸カルシウム結晶と生体適合性高分子は、重量比が0.001:1~1:1(炭酸カルシウム:高分子)であってもよく、好ましくは、0.01:1~0.8:1、さらに好ましくは、0.1:1~0.6:1であってもよい。
【0028】
本発明によるナノ粒子製造方法は、本発明の他の一態様によるナノ粒子を製造する方法に関し、ナノ粒子と重複する内容については、本明細書の記載の過度な複雑性を避けるために省略する。
【発明の効果】
【0029】
本発明による高分子ナノ粒子は、体内で循環しつつ脂肪細胞特異的に包埋されて、細胞内で二酸化炭素を発生させることによって、脂肪細胞の壊死を通じて脂肪を分解させることができる。特に、本発明では、リガンド(脂肪酸)を用いて脂肪細胞への標的が可能なので、周辺組織および細胞に対する影響を最小化することができ、これを通じて、薬物に対する副作用を最小化することができ、さらに安全な施術が可能な製品の開発が可能である。前記ナノ粒子は、一般的に施術頻度の高いあご、太もも、腕、腹などの部位に適用が可能である。
【0030】
また、本発明によるナノ粒子は、注射可能な製剤で製作可能であり、ダイエット美容分野および肥満治療剤の分野に適用され、局所脂肪の壊死を通じて局所脂肪を分解する局所脂肪分解補完材、体型矯正剤またはダイエット美容製品などに使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【
図1】本発明の一例による脂肪酸導入ナノ粒子(a)と脂肪酸(b)および脂肪酸導入ナノ粒子(b)の脂肪細胞内への包埋過程を示す模式図である。
【
図2】DLSで測定した(a)PNP、(b)GNP、(c)PA-GNP2および(d)PA-GNP10のサイズ分布を示す図である。
【
図3】(a)PNP、(b)GNP、(c)PA-GNP2および(d)PA-GNP10のSEM像を示す図である。
【
図4】パルミチン酸の濃度に応じたナノ粒子の1H NMRスペクトルを示す図である。
【
図5】パルミチン酸の濃度に応じたナノ粒子のpy-GC/MSスペクトルを示す図である。
【
図6】GNP、PA-GNP2およびPA-GNP10([CaCO
3]=0.5mg/mL)で処理した細胞の試験管内生存率を示す図である。
【
図7】(a)3T3-L1前脂肪細胞、(b)6日目の3T3-L1脂肪細胞、(c)10日目の3T3-L1脂肪細胞、(d)培養後12日目の3T3-L1脂肪細胞のオイルレッドO染色像および(e)時間による3T3-L1前脂肪細胞および脂肪細胞から溶出されたオイルレッドOの光学密度値の変化を示す図である。
【
図8】様々な濃度のPNP、GNP、PA-PNP2およびPA-PNP10で処理した3T3-L1脂肪細胞の試験管内生存率を示す図である。
【
図9】(a)GNP、PA-GNP2およびPA-GNP10([CaCO
3]=0.5mg/mL)で処理された3T3-L1脂肪細胞の試験管内生存率および(b)様々な濃度のCaCO
3が含有されたPA-GNP10で処理された3T3-L1脂肪細胞の試験管内生存率を示す図である。
【
図10】alexa 488カダベリンがコンジュゲートされたPNPおよびPA-PNPで処理された3T3-L1脂肪細胞の共焦点顕微鏡像を示す図である。
【
図11】alexa 488カダベリンがコンジュゲートされたPNPおよび様々な種類のFA-PNPで処理された3T3-L1脂肪細胞の共焦点顕微鏡像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。これらの実施例は、ただ本発明をより具体的に説明するためのものであり、本発明の要旨によって本発明の範囲がこれらの実施例によって制限されないことは、当業界における通常の知識を有する者にとって自明だろう。
【実施例】
【0033】
参考実験材料
ポリ(DL-ラクチド-コ-グリコリド)(PLGA、Mw6400、50:50,0.15~0.25dL/g、カルボキシレート末端基)は、Lactel Absorbable Polymers(Birmingham、AL、USA)から購入した。ポリ(ビニルアルコール)(PVA、Mw30000~70000、87~90%加水分解される)、ジクロロメタン(メチレンクロリド、MC)、炭酸カルシウム(CaCO3)、パルミチン酸(PA)、オイルレッドO、水酸化ナトリウム(NaOH)、塩酸塩(HCl)、酢酸ナトリウム(無水)、酢酸、ジメチルスルホキシド(DMSO)、3-イソブチル-1-メチル-キサンチン(IBMX)、インスリン、デキサメタソン、ダルベッコリン酸塩緩衝食塩水(DPBS)、ペニシリン-ストレプトマイシングルタミン、10%ホルマリン溶液は、Sigma-Aldrich(St.Louis、MO、USA)から購入した。2-プロパノール(イソプロパノール、99.5%)は、サムチョン(ソウル、江南)から購入した。CellTiter96Aqueous One Solution(MTS分析)は、Promega(Madison、WI、USA)から購入した。ダルベッコの改良イーグル培地(DMEM、4.5g/L、D-ブドウ糖)は、ウェルジン(慶北、慶山)から購入した。ウシ胎児血清(FBS)および小牛血清(CS)は、Gibco(米国ニューヨーク州、グランドアイランド)から購入した。トリプシン-エチレンジアミンテトラ酢酸およびHoechst 33342は、Thermo Fisher Scientific(Waltham、MA、USA)から購入した。Alexa fluor(登録商標)488カダベリンナトリウム塩およびlysotracker red DND-99は、Invitrogen(Eugene、OR、USA)から購入した。VECTASHIELDAntifadeマウント培地は、Vector Laboratories(Burlingame、CA、USA)から購入した。水は、Milli-Q(R)System(Millipore;米国マサチューセッツ州、Billerica)と精製水RO MAX(Human Science;Hanam、Gyeonggi、Korea)を用いて蒸留および脱イオン化された。マウスC57BL/6は、オリエント(京畿、城南)から購入した。
【0034】
実施例1.パルミチン酸(palmitic acid)で改質された気体生成ナノ粒子(PA-GNPs)の製造
脂肪酸改質ガス生成PLGAナノ粒子(FA-GNP)は、水中油中水(W/O/W)二重エマルジョンおよび溶媒蒸発方法で製造された。脂肪酸は、GNP表面を物理的に改質した。10%w/vジクロロメタンに溶解した脂肪酸溶液をPLGA溶液(5%w/v)と最小4時間混合した(FA-PLGA溶液)。(FA-PLGA溶液、脱イオン水中25%w/v炭酸カルシウム(含有)および4%PVA溶液は、使用時まで氷浴に固定された。)炭酸カルシウム(CaCO3)を脱イオン水(DW)とともに25W出力で90秒間超音波装置(Branson Digital Sonifier(登録商標);Danbury、CT、USA)を用いて均一に分散させた(W1)。ナノ粒子にCaCO3をロードするためにCaCO3分散溶液をFA-PLGA溶液(O)に添加し、25W出力で90秒間超音波処理器で乳化した。このエマルジョン(W1/O)を懸濁重合補助剤として使用する4%PVA溶液に注入し、超音波処理器で2分間35W出力で乳化し、他のエマルジョン(W1/O/W2)を作成した。完全な二重エマルジョンを1%PVA溶液に添加し、一晩中撹拌し、残ったジクロロメタンを蒸発させた。アンロードされたCaCO3は、4000gで1分間超遠心分離して除去した。その後、上澄み液を31,000gで30分間超遠心分離してナノ粒子を収集し、脱イオン水で4回洗浄した。FA-GNPは、凍結乾燥(京畿道東豆川市、ILSHIN BIOBASE凍結乾燥機)後、4℃で保管した。CaCO3がないFA-PLGAナノ粒子(FA-PNP)も、同じ方法で製造して、対照群として使用した。
【0035】
炭酸カルシウムを含有するPLGAナノ粒子は、W/O/W二重乳化法で製造され、ガス発生ナノ粒子(GNP)として使用した。炭酸カルシウム(PNP、ガス発生なし)が含有されていないPLGAナノ粒子も準備し、対照群として使用した。GNPにおいてCaCO
3のローディング含有量が55.0%(CaCO
3/PLGA;wt/wt%)であるとき、GNPの平均直径は246.8nmであった。炭酸カルシウム含有量の変化に応じたPNPの平均直径に有意な変化は観察されなかった(表1)。これは、2.5多分散指数(PDI)値に現れ、中性pH条件(pH7.4)で狭いサイズ分布を示した(
図2の(a)、(b))。SEM像は、CaCO
3が存在していても、ナノ粒子が球形を形成することを示した(
図3の(a)、(b))。pH依存的サイズ分布変化は、次のように測定された。PNPは、pHによるサイズの差異も現れなかった。興味深く、GNPは、酸性条件(pH5.5)でサイズが大きく増加しただけでなく、サイズ分布も広くなることを確認した(
図2)。この結果は、GNPが酸性pH条件に反応して二酸化炭素ガスを生成することを示唆する。
【0036】
【0037】
実験例1.パルミチン酸(palmitic acid)で改質された気体生成ナノ粒子(PA-GNPs)の特性
ナノ粒子の形態は、走査電子顕微鏡(SEM)(S-4800U電界放射型走査電子顕微鏡、Hitachi、Tokyo、Japan)で観察した。PA-GNPの平均サイズおよびサイズ分布は、pH7.4(脱イオン水)およびpH5.5(酢酸)([NPs]=0.5mg/ml)で動的光散乱(DLS)(Nano ZS、Malvern装置、英国)により決定された。NMRおよびpy-GC/MSは、パルミチン酸定性分析に用いられた。NMR分光器を用いてスペクトルを獲得した。すべてのサンプルに対してDMSOを溶媒として使用し、2mg/mLの等価濃度で希釈した。スペクトルは、また、py-GC/MSを用いて獲得し、すべてのサンプルは、4mgを使用した。CaCO3のローディング含有量を決定するために、PA-GNPを1M NaOH溶液に1時間溶解させ、1M HCl溶液で中和させた。ナノ粒子溶液のCaCO3濃度百分率は、Bio Vision(Palo Alto、CA、USA)のカルシウム比色分析キットを用いて推定し、重量分率で計算した。PA-GNPで生成された二酸化炭素ガスの量は、カルシウム比色分析キットで測定することができ、カルシウムイオンのモル数(Ca2+/CO2=1mol/mol)を決定して計算することができた。ナノ粒子をリン酸塩緩衝液(pH7.4またはpH5.5、[CaCO3]=1mg/mL)に懸濁し、この溶液を15分間31,000gで超遠心分離した。
【0038】
動物でよく見られる飽和脂肪酸であるパルミチン酸(PA)は、動物においてさらに他の豊富な脂肪酸であるオレイン酸よりも光、空気および熱にあまり敏感でないため、PLGAナノ粒子の表面改質に選択されて使用された。PAは、向上した脂肪細胞の吸収のために様々な重量比でPLGAナノ粒子に物理的に結合された。パルミチン酸で改質されたガス生成PLGAナノ粒子(PA-GNP)は、乳化過程でO相でPAとPLGAナノ粒子との間の自己組織化によって製造された。PA-GNPの後の数字は、パルミチン酸とPLGAの供給比率を示す(表1)。PLGA自体と非修飾ナノ粒子(GNP)が対照群として使用された。
【0039】
パルミチン酸と炭酸カルシウムの添加によってパルミチン酸の添加量によるナノ粒子の平均直径に大きい変化がなかった(表1)。表面に付着したPAの量は、NMRとpy-GC/MSを用いて定性的に分析した。PNPおよびPA-PNPスペクトルで5および1.5ppmのピークは、PLGAで識別された。PA-PNPの場合、2.2ppm(-O-CO-CH
2、CH
2近所-COOH)、1.35ppm(-(CH
2)n-)および0.85ppm(-CH
3)でPAに該当する新しいピークが観察された(
図4)。脂肪酸の供給比が増加すると、表面改質効率が減少した(表2)。超遠心分離工程中に低温(10℃)は、脂肪酸の損失に影響を及ぼすと推定された。7.5~7.8分間に観察されたパルミチン酸ピークを基に7.5~7.8分にPNPでは当該ピークが現れないことを確認した(
図5)。また、パルミチン酸が添加されたPA-PNPでは、パルミチン酸の濃度によってピークの程度が変わった。パルミチン酸ピーク面積は、ナノ粒子に付着したパルミチン酸の量を計算するために積分値で計算された。ナノ粒子の製造過程でパルミチン酸の損失を考慮してみると、実際にパルミチン酸の量は、5倍ではなく、6.59倍と差があることが明らかとなった。このような
1H NMRおよびpy-GC/MSの結果は、PAがナノ粒子の表面に成功裏に結合されたことを示した。
【0040】
PA-PNPの形態は、走査電子顕微鏡でも観察された。パルミチン酸を添加した場合にも、PNPに比べて、PA-PNPは、依然として球形であり、サイズに大きい変化がなかった(
図3の(c)、(d))。酸性条件でのサイズ変化は、パルミチン酸が付着した場合にもGNPと似ていた。以上の結果より、パルミチン酸による表面改質がGNPのサイズ、形態、ガス発生能力などの物性に大きな影響を及ぼさないことを確認できた。
【0041】
【0042】
実験例2.ナノ粒子処理された細胞生存力の分析
細胞培養および3T3-L1脂肪細胞分化
NIH-3T3細胞(線維芽細胞)は、American Type Culture Collection(ATCC、Manassas、VA、USA)から購入し、細胞は、10%CSおよび1%ペニシリンおよびストレプトマイシン(PS)を含むDMEM完全成長培地で37℃、5%CO2条件で維持された(10%CS medium)。C2C12細胞(筋芽細胞)は、ATCCから購入し、37℃で5%CO2条件下で10%FBSおよび1%PS(10%FBS培地)が含まれたDMEM完全成長培地で維持された。3T3-L1前脂肪細胞は、ATCCから購入し、37℃、5%CO2条件下で10%CS培地で維持した。3T3-L1前脂肪細胞がconfluencyに到達して2日後、細胞は、10%FBSに混合された1%IBMX(0.5mM)、0.1%インスリン(1μg/mL)、0.1%dexamethasone(1μM)を含む成長培地(MDI培地)で2日間培養し、脂肪細胞分化を開始した。細胞は、10%FBSと0.1%インスリンを含むDMEM培地で2日間培養された。最後に、分化した細胞を10%FBSが含有されたDMEM培地で培養し、隔日で培地を交替した。
【0043】
オイルレッドO染色
脂肪細胞の分化程度を決定し、脂質液滴を表示するために、Oil Red O染色を用いた。Oil Red Oストック液は、Oil Red O粉末0.7gをイソプロパン200mLに溶かして一晩中撹拌し、0.22μmシリンジフィルターでろ過し、4℃で保管して製造した。原液と脱イオン水を3:2の比で混合してOil Red Oワーキング溶液を製造し、室温(RT)で20分間放置した後、0.22μmシリンジフィルターでろ過して使用した。細胞をRTで5分間10%ホルマリンで洗浄し、RTで1時間10%ホルマリンで固定した。固定後、細胞を60%イソプロパノールで洗浄し、完全に乾燥させた。次に、Oil Red Oワーキング溶液を10分間添加した。細胞を脱イオン水で4回以上洗浄し、Oil Red Oストック溶液の残留物を除去した。顕微鏡で撮影した後、さらに完全に乾燥させた。Oil Red Oを上下で複数回ピペッティングして、100%イソプロパノールで溶出した後、紫外線/可視分光光度計(SpectraMax ABS、Molecular Devices、San Jose、CA、USA)を用いて500nmで測定した。
【0044】
PA-GNPの伝達能力とそれによるin vitro処理効果を確認するために、様々な細胞株を対象に生存力実験をMTSで分析して評価した。競争グループとしてNIH-3T3線維芽細胞、C2C12筋芽細胞および3T3-L1前脂肪細胞、3T3-L1脂肪細胞を使用した(
図6)。大部分の細胞は、脂肪酸を吸収してエネルギー源に使用するので、脂肪細胞によりどれくらい特異的に吸収されるかを確認しようとした。
【0045】
GNPは、脂肪細胞、前脂肪細胞、幹細胞、線維芽細胞および筋芽細胞のような他のすべての細胞株の細胞生存力に影響を及ぼさなかった。これは、細胞がGNPだけを吸収できず、二酸化炭素ガスの生成も、生物学的pHに現れないことを示唆する。興味深く、PA-GNPを使用したとき、他の細胞株では、PAの存在が大きく影響を及ぼさなかったが、脂肪細胞の場合、生存力が特に減少した。このような結果を基に、PA-GNPは、脂肪酸が最も多く吸収される脂肪細胞に効果的であることが分かった。また、脂肪酸を吸収する過程で発生する細胞内移入の酸性状態は、二酸化炭素ガスの生成を促進し、細胞生存力を大きく減少させることを確認した。
【0046】
実験例3.ナノ粒子の脂肪細胞への特異的吸収および脂肪細胞死滅能力の分析
3T3-L1脂肪細胞へのPA-PNPの吸収は、共焦点レーザースキャニング顕微鏡(TCS SP5、Leica Microsystems、Germany)を用いて確認した。まず、Alexa fluor(登録商標)488カダベリンをMES緩衝液に溶解させ、暗条件で一晩中PA-PNPと反応させて、alexa 488カダベリン-PA-PNPsを製造した(Alexa 488カダベリン/ポリマー=1/50、w/w)。標識されたナノ粒子は、31,000gで15分間超遠心分離して収集し、脱イオン水で3回洗浄した。Alexa 488カダベリン-PA-PNPは、凍結乾燥後、4℃で保管された。
【0047】
3T3-L1前脂肪細胞を共焦点皿に推奨接種密度8×104細胞でシードし、前記セクションで説明したように、分化させた。Lysotracker red(50nM)およびalexa 488カダベリン-PA-PNP(0.5mg/mL)含有培地を24時間脂肪細胞に処理した。その後、脂肪細胞をDPBSで3回洗浄し、残っているナノ粒子を除去し、HOECHST(1μg/mL)を15分間処理して、核を染色した。細胞を10%ホルマリンで15分間固定し、アンチフェージングマウント培地(VECTASHIELD、Vector Laboratories、Burlingame、CA、USA)を用いて装着し、共焦点顕微鏡で分析した。すべてのプロセスは、暗条件で行われた。
【0048】
3T3-L1前脂肪細胞(preadipocytes)は、CS培地で培養され、FBS培地で脂肪細胞に分化した。脂肪細胞分化後、細胞質で脂質液滴が観察され、Oil Red O染色で検出された(
図7)。分化前から分化後12日まで段階別に脂質液滴の蓄積を調査した。
【0049】
3T3-L1脂肪細胞のMTS分析を用いてナノ粒子の細胞毒性を評価した。対照群としては、処理しない細胞を使用し、PNP、GNP、PA-PNP2、PA-PNP10を処理した細胞は、試料濃度によって大きな変化を示さなかった(
図8)。これは、また、ナノ粒子の生産に使用されるPLGA、PAおよびCaCO
3が目につく毒性がないことを示唆する。一方、PAの濃度が増加するにつれて、PA-GNPを処理した細胞の細胞生存率が減少した(
図9)。これは、重要な意味があるものと見なされ、追加実験に使用された。図示してはいないが、PA/PLGAの割合が1であるとき、細胞生存率が最も低い傾向にあったが、ナノ粒子の特性が実験するのに非常にオイリーであるから、実験群から除外された。
【0050】
3T3-L1脂肪細胞へのPA-PLGAナノ粒子の特定細胞吸収は、Alexa 488カダベリン-PA-PNPを用いて共焦点顕微鏡で検査された。PA-PNPの3T3-L1脂肪細胞への細胞吸収は、表面が改質されていないナノ粒子と比較して明確に観察された(
図10)。この実験に使用されたlysotrackerプローブは、中性pHで部分的に中和し、細胞膜を自由に貫通できる弱い塩基を有している。また、酸度のある細胞器官に対して非常に選択的である。したがって、この実験で細胞内部の酸性pHを示すリソソームは、選択的に染色され、赤色で現れる。この研究で仮定されたように、表面がAlexa 488カダベリンの緑色標識で改質されたナノ粒子は、様々なメカニズムによって吸収され、エンドソームに入り、結局、リソソームとの共局在化につながる。したがって、リソソームとナノ粒子が会うと、黄色が現れることは、成功した吸収を意味する。そして、これは、また、将来PA-GNPで二酸化炭素ガスが生成され、脂肪細胞死滅を予想することができる。
【0051】
実験例4.様々な脂肪酸により改質されたナノ粒子の脂肪細胞への吸収能の分析
前記実施例1と同じ方法で様々な長さの炭素鎖を有する脂肪酸を用いてCaCO3がないFA-PLGAナノ粒子(FA-PNP)を製造し、脂肪細胞内移入の有無を評価した。
【0052】
具体的には、飽和脂肪酸であるMyristic acid(MA、C14)、Palmitic acid(PA、C16)およびStearic acid(SA、C18)と不飽和脂肪酸であるOleic acid(OA、C18)を使用し、下記表3の割合で脂肪酸およびPLGAを使用してFA-PLGAナノ粒子(FA-PNP)を製造した。
【0053】
【0054】
また、実験例3と同じ方法で製造されたFA-PNPの脂肪細胞への吸収能を分析した。
【0055】
その結果、
図11に示されたように、パルミチン酸だけでなく、他の炭素数を有する飽和脂肪酸および不飽和脂肪酸を使用した場合にも、ナノ粒子の脂肪細胞への吸収能が向上したことを確認できた。
【国際調査報告】