백신은 일반적으로 미생물 유래의 약독화 또는 살해된 미생물, 독소 또는 정제 된 항원으로 만든 항원 결정기를 포함한다. 이러한 백신들은 항원을 인식하여 파괴하고 기억하는 면역체계를 활성화 시킨다. 백신은 항원에 의한 감염을 예방하는 예방백신과 항원을 직접 제거하는 치료백신으로 나눌 수 있다. 백신은 또한 특정 질병에 대하여 능동적 면역반응을 유도할 수 있다. ...
백신은 일반적으로 미생물 유래의 약독화 또는 살해된 미생물, 독소 또는 정제 된 항원으로 만든 항원 결정기를 포함한다. 이러한 백신들은 항원을 인식하여 파괴하고 기억하는 면역체계를 활성화 시킨다. 백신은 항원에 의한 감염을 예방하는 예방백신과 항원을 직접 제거하는 치료백신으로 나눌 수 있다. 백신은 또한 특정 질병에 대하여 능동적 면역반응을 유도할 수 있다. 능동 면역은 체액성 (항체성) 및 세포성 면역을 생성 할 수 있으며 이는 수 년간 지속된다. 백신을 투여하는 것은 일반적으로 예방접종으로 알려져 있으며 이는 활성면역을 유도한다. 예방접종에 의해 얻어진 면역능력은 일반적인 감염에 의해 생긴 면역력과 매우 유사하다. 백신 보조제는 항원에 대한 면역 반응을 증가시키고 원하는 면역반응을 유도 및 조절할 수 있는 성분을 의미한다. 보조라는 용어는 도움이나 도움을 의미하는 라틴어 단어 adjuvare에서 유래했다. 백신 보조제는 혈액 내 항원 순환 연장, 항원의 세포 흡수 증진, 항원 제시 세포 (APCs) 표면에서의 항원 처리 및 제시, 대식세포 및 림프구의 활성화 및 사이토카인 생성 정도의 개선 등에 관여하는 다양한 기전에 작용한다. 백신 보조제는 TLR의 리간드인 병원균특이적분자양상(pathogen-associated molecular patterns)과 전달시스템으로 포괄적으로 분류될 수 있다. TLR 작용제(agonist)는 유망한 백신 보조제로 인정 받고 있으며 전임상 시험과 임상 시험 모두에서 면역력을 향상시키는 능력을 입증했다. TLR 작용제에 의해 생성된 다양한 사이토카인은 백신의 면역반응을 조절할 수 있다. 피내로의 약물전달은 기존에 존재하는 약이나 신약개발 분야에서 직면한 여러 가지 문제들을 해결할 수 있는 잠재적인 방법으로 간주되어 현재까지 활발히 연구개발 되고 있다. 특히, 피부 내에는 다량의 항원 제시 세포가 존재하기 때문에 피내로의 백신 전달은 면역증진 및 우수한 질병치료효과를 유도하는 효율적인 방법으로 알려져 있다. 백신의 피내 전달은 경구 또는 정맥 투여경로와 같은 다른 약물 전달 경로와 비교하여 효과적으로 백신효과를 가져올 수 있는 방법이다. 마이크로니들은 사용하기 쉽고 환자에게 통증을 유발하지 않기 때문에 백신을 피부에 운반하는데 활발히 사용되고 있다. 다양한 제형의 마이크로니들이 연구되어 많은 질병치료를 위해 연구되고 이용되고 있다. 대부분의 연구에서 피내를 통해 소량의 백신을 전달했을 때의 효과가 많은 양의 백신을 피하 또는 근육 내 투여를 통해 전달했을 때의 효과보다 우수함을 증명하였다. 이러한 연구는 피부경로를 통한 백신의 운송이 면역학적으로 우수한 방법인지 여부를 평가하기에는 충분하지 않지만, 유망한 백신전달방법으로 권장되고 있으며, 효율적인 피부 내 약물 전달을 위한 많은 기술들이 개발 중에 있다. 본 연구에서는 백신 및 면역보조제의 피내로 효과적으로 전달하기 위해 다양한 제형의 마이크로니들을 제조하였다. 이를 이용하여 다양한 질병에 대한 예방 및 치료효과를 유도할 수 있는지를 확인해 보았다. DNA 백신은 병원균이나 바이러스 등의 유전자 조각(sequence)을 함유하고 있어 해당되는 항원을 생성한다. 이러한 항원은 외부분자로 인식되며, 다양한 면역계가 순차적으로 체액성 및 세포매개성 면역을 유발한다. DNA 백신은 class-Ⅰ과 class-Ⅱ 분자 모두에 의해 유발된 면역반응이기 때문에 기존의 백신보다 위험성이 없다. fMLP(N-formyl-methionyl-leucyl-phenylalanine)는 감염 시 세균으로부터 생성된 올리고 펩타이드 생성물과 유사한 구조를 갖는 화학 유인 물질(chemoattractant)이다. 다양한 염증 반응에서 fMLP는 세포 이동과 혈관 외 유출을 조절한다. 여러 연구에 따르면 fMLP는 다핵백혈구 및 대식세포에서 발현되는 특정 수용체에 부착되어 감염 부위로의 이동을 활성화시키는 것으로 보고되고 있다. 마이크로니들을 이용한 유전자 전달방법은 다양한 연구에서 많은 주목을 받고 있다. 마이크로니들은 체내에 DNA백신을 운반하는 탁월한 능력이 있지만, 실온에 보관할 때, 마이크로니들표면에 코팅된 DNA의 안정성이 영향을 받을 수 있다. 본 연구에서는 DNA 백신과 fMLP가 동반된 마이크로니들을 제조하여 효과적인 면역효과를 유도하는 시스템을 개발했다. 양전하를 띤 알부민 용액과 음전하를 띤 헤파린 용액에 마이크로니들을 교대로 넣어 자기조립다층박막법(layer-by-layer(LbL) assembly method)을 이용하여 pH 민감성 마이크로니들 어레이를 제조하였다. 이 마이크로니들에 DNA 백신과 fMLP를 정전기적인력으로 담지함으로써, 백신 및 면역보조제 전달체를 제조하였다. 마이크로니들을 마우스의 피내로 주사하였을 때, DNA 백신 및 fMLP가 안정적으로 전달됨을 확인하였고, fMLP가 주사한 지역 내로 많은 면역세포를 응집시켜 면역반응을 증가시킴을 확인 할 수 있었다. 또한, 제조된 마이크로니들을 이용하여 백신을 전달하였을 경우, 피하주사경로로 백신을 주사하였을 때 보다 더 우수한 항원 및 항체 발현을 유도함을 알 수 있었다. 대부분의 암 환자는 방사선 요법, 화학 요법 및 병용 요법을 비롯한 다양한 방법을 이용하여 치료를 받고 있다. 효과적인 암 치료법의 개발에 대한 노력이 수십 년 동안 계속되었지만, 약물 내성의 발생, 예기치 않은 부작용, 수술 절차의 어려움과 같은 많은 한계가 여전히 남아 있다. 면역요법은 암을 치료할 효과적이고 유망한 치료법으로 많은 주목을 받고 있다. 종양면역요법은 암 세포를 직접적으로 제거하는 면역체계를 활성화시키는 것과 깊은 관련이 있다. 효과적인 종양면역요법을 위해서는 항원, 단일클론항체(monoclonal antibody), 다양한 형태의 면역보조제(adjuvant)와 같은 면역활성제들을 이용해야 한다. 적합한 보조제의 도입은 면역 반응을 향상시키는 방법이므로 보조제의 개발 및 활용은 종양면역요법에서 필수적인 부분으로 간주된다. Toll-like receptors (TLRs)는 다양한 선천성 면역 세포에서 발현되며 이러한 수용체는 병원균에서 보존되는 다양한 병원균특이적분자양상(pathogen-associated molecular patterns)을 인식 할 수 있다. TLR을 자극하는 작용제(agonist)는 선천면역 및 적응면역반응 모두를 유도할 수 있기 때문에 면역 자극제 및 백신 보조제로서의 TLR 작용제의 사용은 치료백신연구에서 상당한 관심거리이다. Imiquimod 및 Resiquimod (R-848)와 같은 이미 다조퀴놀린계 화합물은 마우스의 TLR7 및 인간의 TLR7 및 TLR8에 결합하여 면역체계를 활성화시키는 합성 리간드이다. 이러한 작용제는 일반적으로 면역반응활성화, 다양한 사이토카인 생성 및 항바이러스 및 항종양 효과를 강하게 일으키는 것으로 나타났다. 약물의 피내전달의 경우 일반적인 약물 투여경로가 가지는 초회통과대사 및 위장관에서의 낮은 약물안전성, 주사 시 통증 등의 다양한 문제점들을 해결할 수 있기 때문에 매력적인 약물전달경로로 주목해 왔다. 특히, 경피전달은 피부의 표피와 진피에 수지상세포 (DC), 대식세포 및 랑게르한스세포 등의 항원제시세포(APCs)가 풍부하기 때문에 백신 연구 분야에서 매우 중요한 부분이다. 본 연구에서는 항원과 면역증진제를 동시에 피내로 효과적으로 전달하기 위하여 새로운 마이크로니들 제형을 개발하였다. 양친성 블록공중합체를 이용한 자가조립 나노입자 방출형 용해성 마이크로니들을 제작하여 소수성의 면역증진제를 효율적으로 체내로 전달하고자 하였다. 또한, 항원을 제조된 마이크로니들에 담지하여 면역증진제와 함께 피내로 전달하여 효과적인 면역반응을 일으키고자 하였다. 제작된 마이크로니들은 피부에 침투하기에 적합한 모양과 길이를 가졌고, 용해된 마이크로니들은 소수성 면역증진제와 미셀을 형성함을 확인하였다. 마이크로니들은 항원과 보조제 모두를 신속하게 방출 할 수 있었고, 마이크로니들 제조 전과 후에 항원의 안정성에는 변화가 없었다. 생체 내로 주사된 마이크로니들은 빠르게 분해되어 내포한 항암제와 미셀을 형성한 후 체내로 분포되었다. 세포 및 동물실험을 진행하여 개발된 플랫폼이 우수한 항암효과를 나타냄을 증명하였다. 결과적으로, 본 연구에서 제조된 마이크로니들 제형은 다양한 백신 및 보조제를 효과적으로 체내로 전달 할 수 있었고, 치료 및 예방 효과도 우수하게 유도할 수 있음을 확인하였다. 이는 제조된 마이크로니들이 친수성 및 소수성과 같은 다양한 형태의 약물을 피내로 훌륭히 전달할 수 있는 약물전달체로 사용될 수 있음을 의미하며, 다양한 질병의 치료 및 예방에 응용될 수 있을 것이라 기대된다.
백신은 일반적으로 미생물 유래의 약독화 또는 살해된 미생물, 독소 또는 정제 된 항원으로 만든 항원 결정기를 포함한다. 이러한 백신들은 항원을 인식하여 파괴하고 기억하는 면역체계를 활성화 시킨다. 백신은 항원에 의한 감염을 예방하는 예방백신과 항원을 직접 제거하는 치료백신으로 나눌 수 있다. 백신은 또한 특정 질병에 대하여 능동적 면역반응을 유도할 수 있다. 능동 면역은 체액성 (항체성) 및 세포성 면역을 생성 할 수 있으며 이는 수 년간 지속된다. 백신을 투여하는 것은 일반적으로 예방접종으로 알려져 있으며 이는 활성면역을 유도한다. 예방접종에 의해 얻어진 면역능력은 일반적인 감염에 의해 생긴 면역력과 매우 유사하다. 백신 보조제는 항원에 대한 면역 반응을 증가시키고 원하는 면역반응을 유도 및 조절할 수 있는 성분을 의미한다. 보조라는 용어는 도움이나 도움을 의미하는 라틴어 단어 adjuvare에서 유래했다. 백신 보조제는 혈액 내 항원 순환 연장, 항원의 세포 흡수 증진, 항원 제시 세포 (APCs) 표면에서의 항원 처리 및 제시, 대식세포 및 림프구의 활성화 및 사이토카인 생성 정도의 개선 등에 관여하는 다양한 기전에 작용한다. 백신 보조제는 TLR의 리간드인 병원균특이적분자양상(pathogen-associated molecular patterns)과 전달시스템으로 포괄적으로 분류될 수 있다. TLR 작용제(agonist)는 유망한 백신 보조제로 인정 받고 있으며 전임상 시험과 임상 시험 모두에서 면역력을 향상시키는 능력을 입증했다. TLR 작용제에 의해 생성된 다양한 사이토카인은 백신의 면역반응을 조절할 수 있다. 피내로의 약물전달은 기존에 존재하는 약이나 신약개발 분야에서 직면한 여러 가지 문제들을 해결할 수 있는 잠재적인 방법으로 간주되어 현재까지 활발히 연구개발 되고 있다. 특히, 피부 내에는 다량의 항원 제시 세포가 존재하기 때문에 피내로의 백신 전달은 면역증진 및 우수한 질병치료효과를 유도하는 효율적인 방법으로 알려져 있다. 백신의 피내 전달은 경구 또는 정맥 투여경로와 같은 다른 약물 전달 경로와 비교하여 효과적으로 백신효과를 가져올 수 있는 방법이다. 마이크로니들은 사용하기 쉽고 환자에게 통증을 유발하지 않기 때문에 백신을 피부에 운반하는데 활발히 사용되고 있다. 다양한 제형의 마이크로니들이 연구되어 많은 질병치료를 위해 연구되고 이용되고 있다. 대부분의 연구에서 피내를 통해 소량의 백신을 전달했을 때의 효과가 많은 양의 백신을 피하 또는 근육 내 투여를 통해 전달했을 때의 효과보다 우수함을 증명하였다. 이러한 연구는 피부경로를 통한 백신의 운송이 면역학적으로 우수한 방법인지 여부를 평가하기에는 충분하지 않지만, 유망한 백신전달방법으로 권장되고 있으며, 효율적인 피부 내 약물 전달을 위한 많은 기술들이 개발 중에 있다. 본 연구에서는 백신 및 면역보조제의 피내로 효과적으로 전달하기 위해 다양한 제형의 마이크로니들을 제조하였다. 이를 이용하여 다양한 질병에 대한 예방 및 치료효과를 유도할 수 있는지를 확인해 보았다. DNA 백신은 병원균이나 바이러스 등의 유전자 조각(sequence)을 함유하고 있어 해당되는 항원을 생성한다. 이러한 항원은 외부분자로 인식되며, 다양한 면역계가 순차적으로 체액성 및 세포매개성 면역을 유발한다. DNA 백신은 class-Ⅰ과 class-Ⅱ 분자 모두에 의해 유발된 면역반응이기 때문에 기존의 백신보다 위험성이 없다. fMLP(N-formyl-methionyl-leucyl-phenylalanine)는 감염 시 세균으로부터 생성된 올리고 펩타이드 생성물과 유사한 구조를 갖는 화학 유인 물질(chemoattractant)이다. 다양한 염증 반응에서 fMLP는 세포 이동과 혈관 외 유출을 조절한다. 여러 연구에 따르면 fMLP는 다핵백혈구 및 대식세포에서 발현되는 특정 수용체에 부착되어 감염 부위로의 이동을 활성화시키는 것으로 보고되고 있다. 마이크로니들을 이용한 유전자 전달방법은 다양한 연구에서 많은 주목을 받고 있다. 마이크로니들은 체내에 DNA백신을 운반하는 탁월한 능력이 있지만, 실온에 보관할 때, 마이크로니들표면에 코팅된 DNA의 안정성이 영향을 받을 수 있다. 본 연구에서는 DNA 백신과 fMLP가 동반된 마이크로니들을 제조하여 효과적인 면역효과를 유도하는 시스템을 개발했다. 양전하를 띤 알부민 용액과 음전하를 띤 헤파린 용액에 마이크로니들을 교대로 넣어 자기조립다층박막법(layer-by-layer(LbL) assembly method)을 이용하여 pH 민감성 마이크로니들 어레이를 제조하였다. 이 마이크로니들에 DNA 백신과 fMLP를 정전기적인력으로 담지함으로써, 백신 및 면역보조제 전달체를 제조하였다. 마이크로니들을 마우스의 피내로 주사하였을 때, DNA 백신 및 fMLP가 안정적으로 전달됨을 확인하였고, fMLP가 주사한 지역 내로 많은 면역세포를 응집시켜 면역반응을 증가시킴을 확인 할 수 있었다. 또한, 제조된 마이크로니들을 이용하여 백신을 전달하였을 경우, 피하주사경로로 백신을 주사하였을 때 보다 더 우수한 항원 및 항체 발현을 유도함을 알 수 있었다. 대부분의 암 환자는 방사선 요법, 화학 요법 및 병용 요법을 비롯한 다양한 방법을 이용하여 치료를 받고 있다. 효과적인 암 치료법의 개발에 대한 노력이 수십 년 동안 계속되었지만, 약물 내성의 발생, 예기치 않은 부작용, 수술 절차의 어려움과 같은 많은 한계가 여전히 남아 있다. 면역요법은 암을 치료할 효과적이고 유망한 치료법으로 많은 주목을 받고 있다. 종양면역요법은 암 세포를 직접적으로 제거하는 면역체계를 활성화시키는 것과 깊은 관련이 있다. 효과적인 종양면역요법을 위해서는 항원, 단일클론항체(monoclonal antibody), 다양한 형태의 면역보조제(adjuvant)와 같은 면역활성제들을 이용해야 한다. 적합한 보조제의 도입은 면역 반응을 향상시키는 방법이므로 보조제의 개발 및 활용은 종양면역요법에서 필수적인 부분으로 간주된다. Toll-like receptors (TLRs)는 다양한 선천성 면역 세포에서 발현되며 이러한 수용체는 병원균에서 보존되는 다양한 병원균특이적분자양상(pathogen-associated molecular patterns)을 인식 할 수 있다. TLR을 자극하는 작용제(agonist)는 선천면역 및 적응면역반응 모두를 유도할 수 있기 때문에 면역 자극제 및 백신 보조제로서의 TLR 작용제의 사용은 치료백신연구에서 상당한 관심거리이다. Imiquimod 및 Resiquimod (R-848)와 같은 이미 다조퀴놀린계 화합물은 마우스의 TLR7 및 인간의 TLR7 및 TLR8에 결합하여 면역체계를 활성화시키는 합성 리간드이다. 이러한 작용제는 일반적으로 면역반응활성화, 다양한 사이토카인 생성 및 항바이러스 및 항종양 효과를 강하게 일으키는 것으로 나타났다. 약물의 피내전달의 경우 일반적인 약물 투여경로가 가지는 초회통과대사 및 위장관에서의 낮은 약물안전성, 주사 시 통증 등의 다양한 문제점들을 해결할 수 있기 때문에 매력적인 약물전달경로로 주목해 왔다. 특히, 경피전달은 피부의 표피와 진피에 수지상세포 (DC), 대식세포 및 랑게르한스세포 등의 항원제시세포(APCs)가 풍부하기 때문에 백신 연구 분야에서 매우 중요한 부분이다. 본 연구에서는 항원과 면역증진제를 동시에 피내로 효과적으로 전달하기 위하여 새로운 마이크로니들 제형을 개발하였다. 양친성 블록공중합체를 이용한 자가조립 나노입자 방출형 용해성 마이크로니들을 제작하여 소수성의 면역증진제를 효율적으로 체내로 전달하고자 하였다. 또한, 항원을 제조된 마이크로니들에 담지하여 면역증진제와 함께 피내로 전달하여 효과적인 면역반응을 일으키고자 하였다. 제작된 마이크로니들은 피부에 침투하기에 적합한 모양과 길이를 가졌고, 용해된 마이크로니들은 소수성 면역증진제와 미셀을 형성함을 확인하였다. 마이크로니들은 항원과 보조제 모두를 신속하게 방출 할 수 있었고, 마이크로니들 제조 전과 후에 항원의 안정성에는 변화가 없었다. 생체 내로 주사된 마이크로니들은 빠르게 분해되어 내포한 항암제와 미셀을 형성한 후 체내로 분포되었다. 세포 및 동물실험을 진행하여 개발된 플랫폼이 우수한 항암효과를 나타냄을 증명하였다. 결과적으로, 본 연구에서 제조된 마이크로니들 제형은 다양한 백신 및 보조제를 효과적으로 체내로 전달 할 수 있었고, 치료 및 예방 효과도 우수하게 유도할 수 있음을 확인하였다. 이는 제조된 마이크로니들이 친수성 및 소수성과 같은 다양한 형태의 약물을 피내로 훌륭히 전달할 수 있는 약물전달체로 사용될 수 있음을 의미하며, 다양한 질병의 치료 및 예방에 응용될 수 있을 것이라 기대된다.
The use of microneedle (MNs) in pharmaceutical field shows excellent patient compliance comparing to conventional hypodermic needles. Recent development of MNs has enabled painless cutaneous delivery of various bioactive molecules to epidermal and dermal regions replete with resident professional AP...
The use of microneedle (MNs) in pharmaceutical field shows excellent patient compliance comparing to conventional hypodermic needles. Recent development of MNs has enabled painless cutaneous delivery of various bioactive molecules to epidermal and dermal regions replete with resident professional APCs. Here, we developed two different types of microneedle systems for delivery of biological molecules. In chapter 2, we provided therapeutic gene coated solid microneedle patch. We previously introduced a pH-responsive multi-layered microneedles coated with polyplex, which can carry out immediate release of polyplex after penetration of skin by using layer-by-layer (LbL) technique. In this study, microspheres containing chemo-attractant, fMLP(formyl-methionine-leucine-phenylalanine), were placed next to the polyplex layer as an outermost layer of the multilayered microneedles. We hypothesized that the increased exposure of epitopes to APCs may lead to enhanced antigen-specific immune responses. In chapter 3, we fabricated antigen and immunomodulator releasing degradable microneedle patch. We confirmed the morphology of prepared microneedles which retain suitable conditions for application to skin. In addition, it could deliver both of antigen and adjuvant into mouse and delivered adjuvant activated immune cells in vitro. Although future studies to evaluate immune response in vitro and the therapeutic and prophylactic effects in animal tests are remained, co-delivery of antigen and adjuvant via degradable microneedle could be alternative to improve patient compliance with good effect in cancer vaccine study.
The use of microneedle (MNs) in pharmaceutical field shows excellent patient compliance comparing to conventional hypodermic needles. Recent development of MNs has enabled painless cutaneous delivery of various bioactive molecules to epidermal and dermal regions replete with resident professional APCs. Here, we developed two different types of microneedle systems for delivery of biological molecules. In chapter 2, we provided therapeutic gene coated solid microneedle patch. We previously introduced a pH-responsive multi-layered microneedles coated with polyplex, which can carry out immediate release of polyplex after penetration of skin by using layer-by-layer (LbL) technique. In this study, microspheres containing chemo-attractant, fMLP(formyl-methionine-leucine-phenylalanine), were placed next to the polyplex layer as an outermost layer of the multilayered microneedles. We hypothesized that the increased exposure of epitopes to APCs may lead to enhanced antigen-specific immune responses. In chapter 3, we fabricated antigen and immunomodulator releasing degradable microneedle patch. We confirmed the morphology of prepared microneedles which retain suitable conditions for application to skin. In addition, it could deliver both of antigen and adjuvant into mouse and delivered adjuvant activated immune cells in vitro. Although future studies to evaluate immune response in vitro and the therapeutic and prophylactic effects in animal tests are remained, co-delivery of antigen and adjuvant via degradable microneedle could be alternative to improve patient compliance with good effect in cancer vaccine study.
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