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식물세포배양으로부터 파클리탁셀 회수를 위한 무기염이 첨가된 액-액 추출
Liquid-Liquid Extraction for Recovery of Paclitaxel from Plant Cell Cultures by Adding Inorganic Salts 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.54 no.1, 2016년, pp.135 - 139  

하건수 (공주대학교 화학공학부) ,  김진현 (공주대학교 화학공학부)

초록
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본 연구에서는 무기염을 첨가한 액-액 추출에 의해 식물세포인 바이오매스로부터 파클리탁셀 회수 방법을 획기적으로 개선하고자 하였다. 다양한 무기염(NaCl, KCl, $K_2HPO_4$, $NaH_2PO_4$, $NaH_2PO_4{\cdot}2H_2O$)을 이용하여 추출효율을 조사한 결과, NaCl에서 가장 낮은 분배계수(0.053)로 가장 높은 파클리탁셀 수율(~96%)을 얻을 수 있었다. NaCl을 이용한 액-액 추출에서 최적의 NaCl/용매 비와 메틸렌 클로라이드/메탄올 비는 각각 1%(w/v)와 26%(v/v)이었다. 또한 최적의 NaCl/용매 비와 메틸렌 클로라이드/메탄올 비에서 파클리탁셀 함량에 따른 영향을 조사한 결과, 순수 파클리탁셀 함량 0.066%(w/v)에서 가장 낮은 분배계수(0.053)로 가장 높은 수율(~96%)을 얻을 수 있었다. 기존 액-액 추출의 경우 총 3회의 추출로 파클리탁셀을 95% 정도 회수 가능한 반면 무기염을 이용한 방법의 경우 단 1회 추출로 대부분의 파클리탁셀을 회수(~96%) 가능하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We developed a liquid-liquid extraction method using an inorganic salt to dramatically improve the recovery efficiency of the anticancer agent paclitaxel from plant cell cultures. As a result of liquid-liquid extraction using a diverse types of inorganic salt (NaCl, KCl, $K_2HPO_4$, ...

주제어

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문제 정의

  • 이러한 무기염을 이용한 방법은 공정이 단순하며 기존의 추출 방법에 비하여 추출효율 향상, 조업시간 단축, 그리고 에너지 절감 등 다양한 효과를 기대할 수 있다[19]. 따라서 본 연구에서는 무기염을 접목한 액-액 추출에 의해 파클리탁셀 회수 방법을 획기적으로 개선하고자 하였다. 또한 무기염을 이용하여 파클리탁셀을 효율적으로 회수할 수 있는 최적의 액-액 추출조건인 NaCl/용매(메탄올+메틸렌 클로라이드) 비, 메틸렌 클로라이드/메탄올 비, 순수 파클리탁셀 함량을 선정하여 궁극적으로 단 1회의 액-액 추출로 대부분(~96%)의 파클리탁셀를 회수하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 식물세포배양으로부터 파클리탁셀을 효율적으로 회수하기 위해 무기염을 첨가한 액-액 추출방법을 도입하였다. 기존액-액 추출의 경우 총 3회의 추출로 파클리탁셀을 95% 정도 회수 가능한 반면 무기염을 이용한 방법의 경우 단 1회 추출로 식물세포 내 대부분의 파클리탁셀을 회수(~96%) 가능하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
파클리탁셀의 생산 방법에는 어떤 것들이 있는가? 또한, 류마티스성관절염, 알츠하이머 치료 등의 적응증이 계속 확대되고 여러 다른 치료 방법들과의 복합처방에 관한 임상시험이 진행 중에 있어 향후 파클리탁셀 수요는 계속 늘어날 전망이다[2,3]. 파클리탁셀의 주요 생산 방법으로는 주목나무에서 직접추출(extraction)하는 방법, 주목나무의 잎에서 전구체(baccatin III, 13-dehydroxybaccatin III, 10-deacetylbaccatin III, 10-deacetylpaclitaxel 등)를 얻어 side chain을 화학적으로 결합하는 반합성(semi-synthesis) 방법, 주목나무에서callus를 유도하고 종균배양(seed culture)을 거쳐 주배양기(mainbioreactor)에서 식물세포를 배양하여 얻는 방법이 있다[4-6]. 이들 중 식물세포 배양 방법은 기후, 환경 등의 외부인자에 의한 영향을 받지 않고 생물반응기 내에서 안정적으로 생산이 가능하기 때문에 일정한 품질의 파클리탁셀을 대량 생산할 수 있다[5,7].
파클리탁셀은 무엇인가? 파클리탁셀(paclitaxel)은 주목나무(yew tree)의 표피에서 발견된 디테르페노이드(diterpenoid) 계열의 항암물질이다. 난소암, 유방암,두경부암(head and neck cancer), 카포시종양(kaposi’s sarcoma), 비소세포성 폐암(non-small cell lung cancer, NSCLC) 치료에 효과적이며 현재 가장 많이 사용되고 있는 항암제이다[1].
파클리탁셀은 어떤 암의 치료에 효과적인가? 파클리탁셀(paclitaxel)은 주목나무(yew tree)의 표피에서 발견된 디테르페노이드(diterpenoid) 계열의 항암물질이다. 난소암, 유방암,두경부암(head and neck cancer), 카포시종양(kaposi’s sarcoma), 비소세포성 폐암(non-small cell lung cancer, NSCLC) 치료에 효과적이며 현재 가장 많이 사용되고 있는 항암제이다[1]. 또한, 류마티스성관절염, 알츠하이머 치료 등의 적응증이 계속 확대되고 여러 다른 치료 방법들과의 복합처방에 관한 임상시험이 진행 중에 있어 향후 파클리탁셀 수요는 계속 늘어날 전망이다[2,3].
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참고문헌 (22)

  1. Kim, J. H., "Paclitaxel : Recovery and Purification in Commercialization Step," Korean J. Biotechnol. Bioeng., 21, 1-10(2006). 

  2. Kim, G. J. and Kim, J. H., "Enhancement of Extraction Efficiency of Paclitaxel From Biomass Using Ionic Liquid-methanol Co-solvents Under Acidic Conditions," Process Biochem., 50, 989-996(2015). 

  3. Hsiao, J. R., Leu, S. F. and Huang, B. M., "Apoptotic Mechanism of Paclitaxel-induced Cell Death in Human Head and Neck Tumor Cell Lines," J. Oral Pathol. Med., 38, 188-197(2009). 

  4. Rao, K., Hanuman, J., Alvarez, C., Stoy, M., Juchum, J., Davies, R. and Baxley, R., "A New Large-scale Process for Taxol and Related Taxanes from Taxus Brevifolia," Pharm. Res., 12, 1003-1010(1995). 

  5. Choi, H. K., Son, J. S., Na, G. H., Hong, S. S., Park, Y. S. and Song, J. Y., "Mass Production of Paclitaxel by Plant Cell Culture," J. Plant Biotechnol., 29, 59-62(2002). 

  6. Baloglu, E. and Kingston, D. G. I., "A New Semisynthesis of Paclitaxel from Baccatin III," J. Nat. Prod., 62, 1068-1071(1999). 

  7. Lee, C. G. and Kim, J. H., "Optimization of Adsorbent Treatment Process for the Purification of Paclitaxel from Plat Cell Cultures of Taxus Chinensis," Korean Chem. Eng. Res., 52, 497-502(2014). 

  8. Kim, J. H., Lim, C. B., Kang, I. S., Hong, S. S. and Lee, H. S., "The Use of a Decanter for Harvesting Biomass from Plant Cell Cultures," Korean J. Biotechnol. Bioeng., 15, 337-341(2000). 

  9. Kim, G. J. and Kim, J. H., "A Simultaneous Microwave-assisted Extraction and Adsorbent Treatment Process Under Acidic Conditions for Recovery and Separation of Paclitaxel from Plant Cell," Korean J. Chem. Eng., 32, 1023-1028(2015). 

  10. Pyo, S. H., Song, B. K., Ju, C. H., Han, B. H. and Choi, H. J., "Effects of Adsorbent Treatment on the Purification of Paclitaxel from Cell Cultures of Taxus chinensis and Yew Tree," Process Biochem., 40, 1113-1117(2005). 

  11. Kim, J. H., Kang, I. S., Choi, H. K., Hong, S. S. and Lee, H. S., "A Novel Prepurification for Paclitaxel from Plant Cell Cultures," Process Biochem., 37, 679-682(2002). 

  12. Kim, J. H. and Hong, S. S., "Optimization of Extraction Process for Mass Production of Paclitaxel from Plant Cell Cultures," Korean J. Biotechnol. Bioeng., 15, 346-351(2000). 

  13. Hyun, J. E. and Kim, J. H., "Microwave-assisted Extraction of Paclitaxel from Plant Cell Cultures," Korean J. Biotechnol. Bioeng., 23, 281-284(2008). 

  14. Pyo, S. H., Park, H. B., Song, B. K., Han, B. H. and Kim, J. H., "A Large-scale Purification of Paclitaxel from Cell Cultures of Taxus chinensis," Process Biochem., 39, 1985-1991(2004). 

  15. Kim, J. H., "Optimization of Liquid-liquid Extraction Conditions for Paclitaxel Separation from Plant Cell Cultures," KSBB J., 24, 212-215(2009). 

  16. Wu, J. W., Chen, H. C. and Ding, W. H., "Ultrasound-assisted Dispersive Liquid-liquid Microextraction Plus Simultaneous Silylation for Rapid Determination of Salicylate and Benzophenone-type Ultraviolet Filters in Aqueous Samples," J. Chromatogr. A, 1302, 20-27(2013). 

  17. Hsieh, H. K., Chen, C. L. and Ding, W. H., "Determination of Dechlorane Compounds in Aqueous Samples Using Ultrasound-assisted Dispersive Liquid-liquid Microextraction and Gas Chromatography-electron-capture Negative Ion-mass Spectrometry," Anal. Methods, 5, 7001(2013). 

  18. Saien, J. and Asadabadi, S., "Salting-out Effect of NaCl on the Rate of Mass Transfer of Liquid-liquid Extraction in a Two Impingingjets Contacting Device," J. Taiwan Inst. Chem. Eng., 41, 295-301(2010). 

  19. Gao, M., Wang, H., Ma, M., Zhang, Y., Yin, X., Dahlgren, R. A., Du, D. and Wang, X., "Optimization of a Phase Separation Based Magnetic-stirring Salt-induced Liquid-liquid Microextraction Method for Determination of Fluoroquinolones in Food," Food Chem., 175, 181-188(2015). 

  20. Choi, H. K., Adams, T. L., Stahlhut, R. W., Kim, S. I., Yun, J. H., Song, B. K., Kim, J. H., Song, J. S., Hong, S. S. and Lee, H. S., "Method for Mass Production of Taxol by Semi-continuous - 49 - culture with Taxus chinensis Cell Culture," US. Patent No. 5,871,979(1999). 

  21. Rezaeepour, R., Heydari, R. and Ismaili, A., "Ultrasound and Saltassisted Liquid-liquid Extraction as an Efficient Method for Natural Product Extraction," Anal. Methods, 7, 3253-3259(2015). 

  22. Lee, J. Y. and Kim, J. H., "Influence of Crude Extract Purity and Pure Paclitaxel Content on Fractional Precipitation for Purification of Paclitaxel," Sep. Purif. Technol., 103, 8-14(2013). 

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