Chitosan patch의 약물전달 효과

최우진·강익중／

경원대학교 화학공학과

The drug delivery effects of chitosan patch.

Woo Jin Choi and Ik Joong Kang／

Department of Chemical Engineering, Kyungwon University, 461-701, KOREA

서 론

최근 생명공학의 발전과 함께 중요시되고 있는 의약산업에 있어 가장 필수적인 기술로서 약물방출 조절 기술은 근육, 혈관주사의 혈관종이나 기타 피부의 면역이상으로부터 오는 알레르기와 정신적 스트레스 그리고 경구투여의 약물분해, 부작용을 가장 효과적으로 대치할 수 있는 분야라 할 수 있다. 약물방출 연구의 의의는 약물투여에 대한 고통의 감소라는 측면에서 인간의 존엄성과도 직결된다고 말할 수 있으며 부분신경 저해제(국소마취용), 소아용의약품, 기타 약물의 대체 등 여러 분야에서 그 사용이 급증하고 있다.

본 연구에서 Chitosan을 소재로 만든 약물방출 조절용 팻취제는 온도에 따라 약물방출 속도를 조절 할 수 있고, 피부 활성제의 첨가로 약물 방출 능력을 증가시킬 수 있었다. Chitosan을 약물방출 제어용 고분자막으로 이용하여 in vitro 실험을 하였으며 안정한 항생제인 Penicillin-G와 당뇨병 치료제인 Insulin을  저온에서 제조하여 각각의 약물특성과 약물방출 효과를 알아보았다. 최적의 약물 팻취제를 형성시키기 위한 온도, pH, 시간 등 기타의 조건을 최적화 한 결과 위의 두 가지 약물에 대하여 Chitosan 팻취제의 약물방출 효과를 보였다.

실  험

실험 장치 및 시약

본 연구에서 사용된 약물방출 장치(Drug Delivery system, DDS)는 이중의 온도 조절이 가능한 유리재질의 반응기에 MP-3 sampler와 Stirring controller, 온도계, 초음파 장치가 설치되어 있다. 항온조절 시스템은 반응기에 연결되어서 항온으로 조절되며 4 □와 36.5 □의 두가지로 실험을 한다. 약물 용기는 반응기 안에 들어가는 스테인레스 재질의 용기(규격: 지름 13□,부피가 5□)이다. 사용된 시약은 순도가 인정된 Chitosan(M.W: 50,000, 120,000), 흰색분말 성상의  Penicillin-G를 사용하였고 인슐린은 노보린 R을 사용하였고 Glycerol, DMSO, DMF, KHCO3, K2HPO4, KH2PO4, HCl등은 알드리지에서 구입하였다.

실험 방법

⑴ Penicillin-G 약물의 제조

분자량이 다른 Chitosan(M.W:50,000, 120,000;이하 C1,C2)을 이용하여 제조한 용액을 Penicillin-G를 각각 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 1, 2, 3%로 각각 1주일간 안정화하였다. Chitosan 약물을 화학적으로 안정한 스테인레스 재질의 용기 (Fig. 7)에 넣은 다음 표면을 같은 크기의 위생붕대로 고정하였다. 고정된 약물은 알카리를 이용해서 pH 8로 맞추어진 용액에서 중성화시킨 후 실험직전까지 4□ 냉장조건의 Phosphate buffer solution (KHCO3:9 g/□, K2HPO4:1.4 g/□,    KH2PO4:1.1g, pH7.4)에 담가 두었다.

⑵ Insulin 약물의 제조

다른 분자량의 Chitosan 용액을 Insulin을 넣되 20%이상은 녹지 않으므로 실험은 Chitosan과 함유되는 10IU와 20IU로 정하였고 in vivo 실험에서 사용한 피부 활성제(DMSO, DMF등)을 같이 녹여 약물방출의 차이점을 관찰하였다.

⑶ Chitosan patch제의 약물방출 실험

약물들을 준비된 Phosphate buffer solution(pH7.4) 500□ 에 넣은 다음 항온 시스템으로 36.5 □가 되게 맞춘다. 이렇게 준비된  buffer solution에 Chitosan 약물을 넣은 후 speed 100 rpm으로 상청액을 교반시킨다. sampling은 30분을 기준으로 1, 2, 4, 8, 12, 24시간으로 2□씩 채취하여 3회 나온 값을 평균하였다.

⑷ 약물방출 효과의 분석

농도 측정은 페니실린의 경우는 UV meter로 그리고 Insulin의 경우는 HPLC (HP-5420)로 측정한다.

결과 및 고찰

본 연구에서 in vitro의 실험을 위해 Penicillin-G와 Insulin으로 약물을 나누어 진행하였다. Fig. 1와 Fig. 2는 Chitosan1(MW;50,000)에서 Penicillin-G 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 1.0, 2.0, 3.0 %에서의 약물 방출 농도를 나타낸 것이다. 그림에서 보듯이 농도가 낮을 때에는 비교적 일정한 증가 상태를 볼 수가 없었다. 또한 약물방출의 급격한 증가로 Chitosan 1이 약물담체로서의 기능이 약함을 알 수

있다.

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Fig. 3과 Fig. 4는 Chitosan 2 (MW;120,000)에서 Penicillin-G 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 1.0, 2.0, 3.0 %에서의 약물 방출 농도를 나타낸 것이며 비교적 완만한 증가의 그림을 나타내나 약물방출에 있어서는 더 좋은 값을 나타내었다. 실험은 25%까지 진행되었으나 5%이상은 약물이 chitosan과 균일 혼합이 되지 않으므로 유용하지 않았으며 낮은 농도보다 높을 때 일정한 값을 보였다. 30□이상에서의 Chitosan 과 Penicillin-G의 혼합물 제조시에 변형이 되는 것을 볼 수 있었다.

Fig. 5와 FIg 6은 분자량이 상이한 분자량이 상이한 Chitosan 1,2 (MW;50,000:MW;120,000)에서 Insulin10IU, 20IU의in vitro의 약물 방출을 나타낸 것이다. Chitosan으로 볼 때는 그림에서 보는 바와 같이 Chitosan2가 약간 더 약물방출의 특성이 있음을 알 수 있다.

Fig. 7, Fig. 8, 그리고 Fig. 9는 in vivo에서 사용되는 피부 활성제 (DMSO, DMF, Glycerol)가 in vitro 실험에서 어떻게 작용하는지 살펴보았다. 결과적으로 DMF의 경우만 방출이 다른 피부 활성제 보다 떨어 졌다. 페니실린과는 다르게 약물이 증가를 하다가 어느 시점에서 감소를 하게되는데, 본 실험에서는 약물의 온도에 따른 분해를 알기 위해 Fig. 10의 두 가지 온도(4□, 36.5□)에서 실험을 하였으며 Insulin은 36.5 □에서 4 □보다 약 2.5배의 약물 분해가 있었다.

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참고문헌

1.  Marchi D.  et  al.,   Horm Res. , 41(2),  93 (1994)

2. Campbell R. K, et al.,  30,  1263 (1996)

3.  Kang  S.  et  al.,  Diabetes Care , 14, 942 (1991)

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