다양한 생체고분자로 코팅된 Paclitaxel Eluting Stent의 약물함량과 세포독성 연구 A Study of Drug Content and Cell Cytotoxicity of Paclitaxel-eluting Stents Coated with Various Biopolymer원문보기
본 연구는 소화기영역에서의 재협착을 방지하기 위하여 인간의 혈관 평활근 세포의 증식과 이동을 억제하며 신생내막의 형성을 억제하는 특성을 갖는 파클리탁셀(paclitaxel)을 스텐트 표면에 PVAc, PLGA, Silicone rubber 등 다양한 생체고분자로 코팅하여 paclitaxel eluting stent (PES)을 제조하고 그 특성을 분석하였다. 제조된 PES는 코팅용액의 농도가 증가할수록 그리고 코팅고분자의 분자량이 증가할수록 약물함량은 증가 되었고, bare 스텐트보다 커버드(covered) 스텐트의 표면적이 넓기 때문에 약물함량이 약 3배 정도 많음을 알 수 있었다. $^1H-NMR$ 결과에서 스텐트 표면에 파클리탁셀의 코팅과 약물의 변형이 없었음을 알 수 있었고, Silicone rubber을 제외한 다른 생체고분자는 스텐트 표면에 약물이 고르게 코팅되었음을 SEM image로부터 알 수 있었다. 그리고 in vitro에서 PES의 항암활성은 생분해성 고분자이고 분자량이 작은 PLGA 502H가 가장 높게 나타났으며, 분자량이 높을수록 낮은 항암활성을 나타냈다. 이상의 결과로부터 코팅고분자의 종류, 분자량 그리고 코팅용액의 농도를 변화시켜 약물함량을 증가시키고 약물방출을 조절할 수 있는 PES를 성공적으로 제조하였다.
본 연구는 소화기영역에서의 재협착을 방지하기 위하여 인간의 혈관 평활근 세포의 증식과 이동을 억제하며 신생내막의 형성을 억제하는 특성을 갖는 파클리탁셀(paclitaxel)을 스텐트 표면에 PVAc, PLGA, Silicone rubber 등 다양한 생체고분자로 코팅하여 paclitaxel eluting stent (PES)을 제조하고 그 특성을 분석하였다. 제조된 PES는 코팅용액의 농도가 증가할수록 그리고 코팅고분자의 분자량이 증가할수록 약물함량은 증가 되었고, bare 스텐트보다 커버드(covered) 스텐트의 표면적이 넓기 때문에 약물함량이 약 3배 정도 많음을 알 수 있었다. $^1H-NMR$ 결과에서 스텐트 표면에 파클리탁셀의 코팅과 약물의 변형이 없었음을 알 수 있었고, Silicone rubber을 제외한 다른 생체고분자는 스텐트 표면에 약물이 고르게 코팅되었음을 SEM image로부터 알 수 있었다. 그리고 in vitro에서 PES의 항암활성은 생분해성 고분자이고 분자량이 작은 PLGA 502H가 가장 높게 나타났으며, 분자량이 높을수록 낮은 항암활성을 나타냈다. 이상의 결과로부터 코팅고분자의 종류, 분자량 그리고 코팅용액의 농도를 변화시켜 약물함량을 증가시키고 약물방출을 조절할 수 있는 PES를 성공적으로 제조하였다.
In this study, the paclitaxel eluting stent (PES) was prepared by coating a biliary stent with paclitaxel using various biopolymer such as poly (vinyl acetate) (PVAc), poly (lactic-co-glycolic acid) (PLGA), Silicone rubber for restenosis prevention in gastrointestinal disease by a dip-coating method...
In this study, the paclitaxel eluting stent (PES) was prepared by coating a biliary stent with paclitaxel using various biopolymer such as poly (vinyl acetate) (PVAc), poly (lactic-co-glycolic acid) (PLGA), Silicone rubber for restenosis prevention in gastrointestinal disease by a dip-coating method. Drug contents of PES were increased as surface area of stent, concentration and molecular weight of coating polymer increase. In $^1H-NMR$ specta, we know that drug did not change by confirming specific peaks of paclitaxel in PES. As shown in SEM image, PES prepared using various biopolymer is coated clearly and regularly except Silicone rubber coating polymer. In in vitro cell cytotoxicity test, bare stent showed low cytotoxic effect against CT-26 colon carcinoma cell line on 3 day. However, PES coated with PLGA 502H showed the highest cytotoxicity because PLGA 502H is biodegradable polymer and has less molecular weight than other coating polymer. These results suggest that PES coated various biopolymer can be prevented restenosis in gastrointestinal disease.
In this study, the paclitaxel eluting stent (PES) was prepared by coating a biliary stent with paclitaxel using various biopolymer such as poly (vinyl acetate) (PVAc), poly (lactic-co-glycolic acid) (PLGA), Silicone rubber for restenosis prevention in gastrointestinal disease by a dip-coating method. Drug contents of PES were increased as surface area of stent, concentration and molecular weight of coating polymer increase. In $^1H-NMR$ specta, we know that drug did not change by confirming specific peaks of paclitaxel in PES. As shown in SEM image, PES prepared using various biopolymer is coated clearly and regularly except Silicone rubber coating polymer. In in vitro cell cytotoxicity test, bare stent showed low cytotoxic effect against CT-26 colon carcinoma cell line on 3 day. However, PES coated with PLGA 502H showed the highest cytotoxicity because PLGA 502H is biodegradable polymer and has less molecular weight than other coating polymer. These results suggest that PES coated various biopolymer can be prevented restenosis in gastrointestinal disease.
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제안 방법
1) 다양한 생체고분자로 코팅된 PES 제조: 다양한 생체 고분자로 코팅된 PES를 제조하기 위하여 Silicone rubber과 PVAc 12K와 140K는 아세톤에 녹여 각각 5, 10, 20% (w/v)의 농도로 10 ml를 제조하였고, PLGA 502H와 504H는 아세톤에 녹여 각각 3, 5, 10% (w/v)의 농도로 10 ml를 제조하였다. 그리고 파클리탁셀 1 mg을 각각의 제조된 고분자 용액에 넣고 30분간 교반하였다.
3) 다양한 생체고분자로 코팅된 PES의 1H-NMR (Nuclear Magnetic Resonance) 측정: 약물의 코팅 및 변형 유무를 알아보기 위하여 다양한 생체고분자로 코팅된 PES를 각각 3 cm로 자른 후 CDCl3를 이용하여 코팅된 고분자와 약물을 모두 녹여 1H-NMR 스펙트럼(Bruker, 400 MHz, Germany)을 이용하여 약물의 구조 및 고분자의 구조를 확인하였다.
4) 전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)을 이용한 PES의 표면형태 관찰: 다양한 생체고분자로 코팅된 PES의 표면 형태는 SEM (JSM 840-A Jeol Ltd., Japan)을 이용하여 관찰하였다. PES는 sputter coating을 실시하여 약 100Å 두께의 금막을 형성하였고, 이후에 전자현미경을 통하여 PES의 표면 형태를 관찰하였다.
5) In vitro에서의 PES의 세포 독성 실험: 다양한 생체 고분자로 코팅된 PES의 세포생존율 실험은 CT-26 cell를 사용하였고, MTT 분석을 통하여 수행하였다. 96 well 세포 배양 plate의 한 well에 약 5×103개의 세포를 분주한 후 24시간 동안 인큐베이터에서 배양하여 세포를 안정되게 부착시켰다.
Fig. 3은 제조된 PES의 표면에 파클리탁셀이 코팅되었는지 여부와 제조과정과 건조과정에서 약물의 변형 여부를 알아보기 위하여 1H-NMR을 측정하였다. 파클리탁셀을 NMR용매 CDCl3에 녹여 측정한 결과(a)에서 7∼8 ppm에서 파클리탁셀의 aromatic protone을 확인하였고, 1∼2 ppm에서 파클리탁셀의 −CH3의 protone를 확인할 수 있었다.
, Japan)을 이용하여 관찰하였다. PES는 sputter coating을 실시하여 약 100Å 두께의 금막을 형성하였고, 이후에 전자현미경을 통하여 PES의 표면 형태를 관찰하였다.
PVAc, PLGA, Silicone rubber 등 다양한 생체고분자와 인간의 혈관 평활근 세포의 증식과 이동을 억제하며 신생내 막의 형성을 억제하는 특성을 갖는 파클리탁셀을 스텐트 표면에 코팅하여 소화기영역에서의 재협착을 방지하기 위하여 PES을 제조하였다. 제조된 PES는 코팅용액의 농도가 증가할수록 그리고 코팅고분자의 분자량이 증가할수록 약물함량은 증가됨을 알 수 있었고, bare 스텐트보다 커버드 스텐트의 표면적이 넓기 때문에 약물함량이 약 3배정도 많음을 알 수 있었다.
2에 간단히 도식화하였다. 그림에서 보는 바와 같이 파클리탁셀과 코팅고분자를 아세톤에 녹인 후 스텐트를 담가 스텐트 표면에 고르게 코팅된 PES를 제조하였으며, 이에 따른 특성을 Table 1에 나타내었다. 코팅용액의 농도가 증가할수록 그리고 코팅고분자의 분자량이 증가할수록 약물함량은 증가하였고, bare 스텐트보다 커버드 스텐트가 표면적이 넓기 때문에 약물함량이 약 3배 정도 많음을 알 수 있었다.
따라서 본 연구에서는 담도용 비혈관계 스텐트(biliary stent)를 이용하여 스텐트 시술후 재협착을 방지하는 약물인 파클리탁셀를 PVAc (polyvinyl acetate), PLGA, Silicone rubber 등 다양한 생체적합성 고분자를 이용하여 PES를 제조하고 그 특성을 비교하였다.
대상 데이터
Trypsin EDTA (Ethylenediamine tetraacetic acid)용액, MTT[3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide] 그리고 DMEM (Dulbecco's modified Eagle's medium)은 Sigma사에서 구입하였으며, 나머지 기타 용매 및 시약은 정제된 1급 시약을 사용하였다.
코팅에 사용된 PVAc (Poly [vinyl acetate])는 분자량이 12,800 g/mole과 140,000 g/mole을 Sigma (USA)사에서 구입하였고, PLGA는 Boeringer Ingelheim (Germany)사의 분자량이 8,000 g/mole인 Resomer RG 502H와 분자량이 48,000 g/mole인 Resomer RG 504H를 사용하였다. 그리고 Silicone rubber은 Nusil사의 MED-6640 사용하였다. 세포주는 CT-26 colon carcinoma 세포로 American Type Culture Collection (Rockville, MD)에서 분양받았고, FBS (Fetal bovine serum)은 Hyclone사(USA)에서 구입하였다.
본 연구에서 사용된 스텐트는 M. I. Tech Co., Ltd. (Korea) 사의 HANAROSTENTTM 커버드 담도용 스텐트와 담도용 bare 스텐트를 사용하였고, 파클리탁셀은 삼양사(Korea)에서 삼양제넥솔을 구입하여 사용하였다. 코팅에 사용된 PVAc (Poly [vinyl acetate])는 분자량이 12,800 g/mole과 140,000 g/mole을 Sigma (USA)사에서 구입하였고, PLGA는 Boeringer Ingelheim (Germany)사의 분자량이 8,000 g/mole인 Resomer RG 502H와 분자량이 48,000 g/mole인 Resomer RG 504H를 사용하였다.
그리고 Silicone rubber은 Nusil사의 MED-6640 사용하였다. 세포주는 CT-26 colon carcinoma 세포로 American Type Culture Collection (Rockville, MD)에서 분양받았고, FBS (Fetal bovine serum)은 Hyclone사(USA)에서 구입하였다. Trypsin EDTA (Ethylenediamine tetraacetic acid)용액, MTT[3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide] 그리고 DMEM (Dulbecco's modified Eagle's medium)은 Sigma사에서 구입하였으며, 나머지 기타 용매 및 시약은 정제된 1급 시약을 사용하였다.
(Korea) 사의 HANAROSTENTTM 커버드 담도용 스텐트와 담도용 bare 스텐트를 사용하였고, 파클리탁셀은 삼양사(Korea)에서 삼양제넥솔을 구입하여 사용하였다. 코팅에 사용된 PVAc (Poly [vinyl acetate])는 분자량이 12,800 g/mole과 140,000 g/mole을 Sigma (USA)사에서 구입하였고, PLGA는 Boeringer Ingelheim (Germany)사의 분자량이 8,000 g/mole인 Resomer RG 502H와 분자량이 48,000 g/mole인 Resomer RG 504H를 사용하였다. 그리고 Silicone rubber은 Nusil사의 MED-6640 사용하였다.
성능/효과
제조된 PES는 코팅용액의 농도가 증가할수록 그리고 코팅고분자의 분자량이 증가할수록 약물함량은 증가됨을 알 수 있었고, bare 스텐트보다 커버드 스텐트의 표면적이 넓기 때문에 약물함량이 약 3배정도 많음을 알 수 있었다. 1H-NMR 결과에서 스텐트 표면에 파클리탁셀의 코팅과 약물의 변형이 없었음을 알 수 있었고, Silicone rubber를 제외한 다른 생체고분자는 스텐트 표면에 고르게 코팅되었음을 SEM image를 통하여 알 수 있었다. 그리고 in vitro에서의 항암활성은 생분해성 고분자이고 분자량이 작은 PLGA 502H가 가장 높게 나타났으며, 분자량이 높을수록 낮은 항암활성을 나타냈다.
그리고 Silicone rubber-10%로 코팅된 PES (f)는 0∼2 ppm에서 Silicone rubber의 특성피크와 파클리탁셀의 특성피크를 확인하였다. 1H-NMR결과에서 알 수 있듯이 다양한 생체고분자로 코팅된 PES 의 표면에 파클리탁셀이 코팅되어 있음을 확인 하였고, 동일한 ppm에서 파클리탁셀의 특성피크를 확인함으로써 약물의 변형은 없다고 사료되어진다.
1H-NMR 결과에서 스텐트 표면에 파클리탁셀의 코팅과 약물의 변형이 없었음을 알 수 있었고, Silicone rubber를 제외한 다른 생체고분자는 스텐트 표면에 고르게 코팅되었음을 SEM image를 통하여 알 수 있었다. 그리고 in vitro에서의 항암활성은 생분해성 고분자이고 분자량이 작은 PLGA 502H가 가장 높게 나타났으며, 분자량이 높을수록 낮은 항암활성을 나타냈다. 이상의 결과로부터 생체적합성이 우수한 고분자와 파클리탁셀과 같은 약물이 코팅된 PES는 재협착을 방지하는데 긍정적인 역할을 할 것이라고 사료되어진다.
그리고 Silicone rubber과 PVAc가 PLGA보다 낮은 항암활성을 나타낸 것은 고분자가 분해되지 않고 파클리탁셀의 확산(diffusion)에 의하여 방출되기 때문에 생분해되는 PLGA보다 낮은 항암활성을 나타났다고 사료되어진다. 이상의 결과로부터 코팅고분자의 종류, 분자량 그리고 코팅용액의 농도를 변화시켜 약물함량을 증가시키고 약물방출을 조절할 수 있는 PES를 성공적으로 제조하였다. 그리고 PLGA, PVAc, Silicone rubber 등 생체적합성이 우수한 고분자와 파클리탁셀과 같은 약물이 코팅된 PES는 재협착을 방지하는데 긍정적인 역할을 할 것이다.
PVAc, PLGA, Silicone rubber 등 다양한 생체고분자와 인간의 혈관 평활근 세포의 증식과 이동을 억제하며 신생내 막의 형성을 억제하는 특성을 갖는 파클리탁셀을 스텐트 표면에 코팅하여 소화기영역에서의 재협착을 방지하기 위하여 PES을 제조하였다. 제조된 PES는 코팅용액의 농도가 증가할수록 그리고 코팅고분자의 분자량이 증가할수록 약물함량은 증가됨을 알 수 있었고, bare 스텐트보다 커버드 스텐트의 표면적이 넓기 때문에 약물함량이 약 3배정도 많음을 알 수 있었다. 1H-NMR 결과에서 스텐트 표면에 파클리탁셀의 코팅과 약물의 변형이 없었음을 알 수 있었고, Silicone rubber를 제외한 다른 생체고분자는 스텐트 표면에 고르게 코팅되었음을 SEM image를 통하여 알 수 있었다.
그림에서 보는 바와 같이 파클리탁셀과 코팅고분자를 아세톤에 녹인 후 스텐트를 담가 스텐트 표면에 고르게 코팅된 PES를 제조하였으며, 이에 따른 특성을 Table 1에 나타내었다. 코팅용액의 농도가 증가할수록 그리고 코팅고분자의 분자량이 증가할수록 약물함량은 증가하였고, bare 스텐트보다 커버드 스텐트가 표면적이 넓기 때문에 약물함량이 약 3배 정도 많음을 알 수 있었다. 또한 Silicone rubber의 약물함량이 다른 코팅고분자에 비해 낮은 이유는 스텐트의 와이어 표면에 균일하게 코팅이 되지 않았기 때문이라고 사료되어 진다.
후속연구
이상의 결과로부터 코팅고분자의 종류, 분자량 그리고 코팅용액의 농도를 변화시켜 약물함량을 증가시키고 약물방출을 조절할 수 있는 PES를 성공적으로 제조하였다. 그리고 PLGA, PVAc, Silicone rubber 등 생체적합성이 우수한 고분자와 파클리탁셀과 같은 약물이 코팅된 PES는 재협착을 방지하는데 긍정적인 역할을 할 것이다.
그리고 in vitro에서의 항암활성은 생분해성 고분자이고 분자량이 작은 PLGA 502H가 가장 높게 나타났으며, 분자량이 높을수록 낮은 항암활성을 나타냈다. 이상의 결과로부터 생체적합성이 우수한 고분자와 파클리탁셀과 같은 약물이 코팅된 PES는 재협착을 방지하는데 긍정적인 역할을 할 것이라고 사료되어진다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
스텐트란?
스텐트(stent)란 인체 내 혈관 또는 비혈관 내강이 암이나 종양, 기타 요인 등에 의하여 좁아졌거나 막혔을 경우, 내강의 개통을 목적으로 설치되어지는 의료기이며, 영국의 치과의사인 Charles R. Stent가 구강의 피부 이식을 위한 지지대로 곡선 주형을 고안한 후 자신의 이름을 붙이면서 그 이름이 유래되었다.
파클리탁셀이 갖는 특성은?
본 연구는 소화기영역에서의 재협착을 방지하기 위하여 인간의 혈관 평활근 세포의 증식과 이동을 억제하며 신생내막의 형성을 억제하는 특성을 갖는 파클리탁셀(paclitaxel)을 스텐트 표면에 PVAc, PLGA, Silicone rubber 등 다양한 생체고분자로 코팅하여 paclitaxel eluting stent (PES)을 제조하고 그 특성을 분석하였다. 제조된 PES는 코팅용액의 농도가 증가할수록 그리고 코팅고분자의 분자량이 증가할수록 약물함량은 증가 되었고, bare 스텐트보다 커버드(covered) 스텐트의 표면적이 넓기 때문에 약물함량이 약 3배 정도 많음을 알 수 있었다.
파클리탁셀을 스텐트 표면에 PVAc, PLGA, Silicone rubber 등으로 코팅해 제조한 PES의 특징은?
PVAc, PLGA, Silicone rubber 등 다양한 생체고분자와 인간의 혈관 평활근 세포의 증식과 이동을 억제하며 신생내 막의 형성을 억제하는 특성을 갖는 파클리탁셀을 스텐트 표면에 코팅하여 소화기영역에서의 재협착을 방지하기 위하여 PES을 제조하였다. 제조된 PES는 코팅용액의 농도가 증가할수록 그리고 코팅고분자의 분자량이 증가할수록 약물함량은 증가됨을 알 수 있었고, bare 스텐트보다 커버드 스텐트의 표면적이 넓기 때문에 약물함량이 약 3배정도 많음을 알 수 있었다. 1H-NMR 결과에서 스텐트 표면에 파클리탁셀의 코팅과 약물의 변형이 없었음을 알 수 있었고, Silicone rubber를 제외한 다른 생체고분자는 스텐트 표면에 고르게 코팅되었음을 SEM image를 통하여 알 수 있었다. 그리고 in vitro에서의 항암활성은 생분해성 고분자이고 분자량이 작은 PLGA 502H가 가장 높게 나타났으며, 분자량이 높을수록 낮은 항암활성을 나타냈다. 이상의 결과로부터 생체적합성이 우수한 고분자와 파클리탁셀과 같은 약물이 코팅된 PES는 재협착을 방지하는데 긍정적인 역할을 할 것이라고 사료되어진다.
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