KR100699278B1

KR100699278B1 - 수화젤레이터로 유용한 바이오틴-아미노산 결합체 및이로부터 제조된 수화젤

Info

Publication number: KR100699278B1
Application number: KR1020050039892A
Authority: KR
Inventors: 김병현; 산카프라사드 브니야; 박선민
Original assignee: 학교법인 포항공과대학교; 포항공과대학교 산학협력단
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2007-03-23
Anticipated expiration: 2025-05-12
Also published as: US20090011025A1; JP2008540516A; WO2006121234A1; KR20060117118A

Abstract

본 발명은 수화젤레이터(hydrogelator)로 유용한 바이오틴-아미노산 결합체, 및 이로부터 제조된 수화젤 및 약물 전달체에 관한 것이다. 본 발명에 따른 바이오틴-아미노산 결합체는 바이오틴의 카복실기와 아미노산의 α-아미노기가 아마이드 결합으로 연결된 저분자 화합물로서 생체 이용에 적합하고, 수성 매질에서 매우 우수한 젤화 특성을 나타내므로, 이로부터 제조된 수화젤은 약물 전달체로서 유용하게 이용될 수 있다.

Description

수화젤레이터로 유용한 바이오틴-아미노산 결합체 및 이로부터 제조된 수화젤{BIOTIN-AMINO ACID CONJUGATE USEFUL AS A HYDROGELATOR AND HYDROGEL PREPARED THEREFROM}

도 1은 젤레이터 1, 2, 4, 5, 8, 9, 10 및 11의 제로젤(xerogel)의 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM) 이미지이다.

도 2는 고체상(실선) 및 젤상(점선)의 젤레이터 5, 9 및 11의 FT-IR 스펙트럼이다.

도 3은 다양한 비율(v/v)의 DMSO-d ₆ 및 H₂O를 함유하는 용액에서 유레이도 및 아마이드 잔기의 양자(proton)의 화학적 이동(chemical shift) 변화를 나타낸 그래프이다.

도 4는 MOPAC6 모델링을 이용하여 젤레이터 5 이량체의 유효 수소 결합을 확인한 것이다.

도 5는 스트렙타비딘(streptavidin)의 첨가 전(a) 및 후(b)의 젤레이터 9의 SEM 이미지이다.

도 6a는 AZT/젤레이터 9 수화젤 및 스트렙타비딘 함유 AZT/젤레이터 9 수화 젤로부터 방출된 지도부딘(Zidovudine; AZT)의 농도를 시간 경과에 따라 나타낸 그래프이고, 도 6b는 젤레이터 9 및 AZT/젤레이터 9 수화젤의 SEM 이미지이다.

본 발명은 열에 안정하고 생체 이용에 적합한 수화젤(hydrogel)의 제조에 이용되는 신규한 수화젤레이터인 바이오틴-아미노산 결합체, 및 이로부터 제조된 수화젤 및 약물 전달체에 관한 것이다.

젤은 동물 세포의 성장에 사용되는 등 자연계에 널리 퍼져 있는데, 최근에는 약물 전달(Okano, T., Biorelated Polymers and Gels, Academic Press, San Diego, 1998) 및 조직 공학과 같은 분야에서, 그리고 골격(scaffolds)으로서 첨단 기술의 응용을 위한 진보된 물질로 이용되고 있다(Dagani, R., Chem. Eng. News 1997, 75, 26; Nishikawa, T. et al., J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 6110; 및 Osada, Y. 및 Gong, J. P., Adv. Mater. 1998, 10, 827). 최근에는, 단순 양친성물질(amphiphiles)(Menger, F. M. et al., J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 1140), 양쪽말단 친양성체(bolaamphiphiles)(Acharya, S. N. G., Chem. Mater. 1999, 11, 3504.), 쌍둥이형 계면활성제(gemini surfactants)(Iwaura, R. et al., Angew. Chem., Int. Ed. 2003, 42, 1009) 및 기타 수화젤레이터(Yang, Z. et al., Chem. Commun. 2004, 208; 및 Numata, K. M. et al., Chem. Commun. 2004, 1996)와 같은 저분자량 화합물로부터 수화젤을 제조하기 위해 초분자 자가 조립 방법(supramolecular self-assembly approaches)이 사용되고 있다. 초분자 수화젤은 단량체 단위들이 자가 조립되어, 용매를 고정화하는 고분자-유사 섬유가 될 때 형성된다. 약물 또는 비타민을 직접 사용하여 수화젤을 형성하는 유사한 방법을 이용하면 "자가-전달(self-delivery)" 시스템으로서 작용할 수 있는 새로운 타입의 생물소재(biomaterial)를 제조할 수 있다(Xing, B. et al., J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 14846).

한편, 바이오틴(바이타민 H)은 지방산의 생성 및 지방산과 탄수화물의 산화를 도우며, 단백질, 엽산, 판토텐산 및 바이타민 B₁₂의 이용률을 높여주므로 임상적으로 중요하다(Friedrich, W., Vitamins, Walter de Grueter & Co, Berlin, 1998). 그러나, 바이오틴은 물에 대한 용해도가 1.0 내지 0.8 mmol/L로서 상당히 낮으며 일반적인 유기 용매에 용해되지 않아 생체이용률(bioavailability)이 낮고 효과가 적어서 지금까지 매우 제한된 용도로만 사용되어 왔다.

바이오틴을 기재로 한 유기젤(organogel)이 보고된 바 있으나(Crisp, G. T. 및 Gore, J., Syn. Commun. 1997, 27, 2203), 이는 생체이용이 어려운 단점이 있었다.

본 발명자들은 약물 전달 물질로서 유용하게 이용될 수 있는 수화젤레이터를 개발하기 위해 연구를 계속한 결과, 바이오틴-아미노산 결합체가 저분자 화합물로서 생체 이용에 적합하고 수성 매질에서 매우 우수한 젤화 특성을 나타내며, 이로 부터 제조된 수화젤이 약물 전달체로서 유용하게 이용될 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 수성 매질에서 우수한 젤화 특성을 나타내는 젤레이터 화합물 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 화합물을 이용하여 제조된 수화젤을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 수화젤을 포함하는 약물 전달체를 제공하는 것이다.

상기 목적에 따라, 본 발명은 우수한 젤화 특성을 나타내는 수화젤레이터로서, 바이오틴의 카복실기와 아미노산의 α-아미노기가 아마이드 결합으로 연결된 바이오틴-아미노산 결합체를 제공한다.

상기 다른 목적에 따라, 본 발명은 상기 바이오틴-아미노산 결합체를 수성 매질에 용해시킴으로써 생성된 수화젤을 제공한다.

상기 또 다른 목적에 따라, 본 발명은 상기 수화젤을 포함하는 약물 전달체를 제공한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 바이오틴-아미노산 결합체 중 바람직한 것들은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다:

상기에서, R은 C₁-C₆ 알킬, 또는 페닐, 메틸, 메틸티오, 하이드록시페닐 또는 인돌로 치환된 C₁-C₃ 알킬이다.

본 발명의 바이오틴-아미노산 결합체 중 가장 바람직한 화합물은 상기 화학식 1에서 R이 C₄-C₆ 알킬 또는 페닐메틸인 화합물들이다.

본 발명의 바이오틴-아미노산 결합체는 바이오틴과 같이 자유 카복실기를 가지고 있으며, 아미노산 잔기의 종류에 따라 다양한 소수성을 띤다. 또한, 바이오틴-아미노산 결합체는 바이오틴의 수용체 결합 부위(receptor binding site)인 유레이도 잔기(Hofmann, K. et al., Biochemistry 1982, 21, 978; Weber, P. C. et al., Science 1989, 24, 85)를 그대로 유지하고 있으므로, 아비딘, 스트렙타비딘, 사이클로덱스트린, 인슐린 등과 같은 수용체들과 수용체-리간드 상호작용을 일으킬 수 있다.

본 발명의 바이오틴-아미노산 결합체는 하기 반응식 1에 도시된 바와 같이 바이오틴의 카복실기와 아미노산의 α-아미노기 사이에 새로운 아마이드 결합을 형성시킴으로써 제조할 수 있다.

시약: (i) 아미노산의 메틸 에스터, EDC, DMAP, DMF

(ii) NaOH, MeOH, H₂O

구체적으로, D-바이오틴, 1-(3-다이메틸아미노프로필)-3-에틸카보다이이미드ㅇHCl (EDC) 및 N,N-다이메틸-4-아미노피리딘 (DMAP)을 적당한 유기 용매, 예를 들어 다이메틸폼아마이드 (DMF), 다이클로로메탄, 트리클로로메탄 및 테트라하이드로퓨란에 용해시키고, 여기에 아미노산의 메틸 에스터를 가한 후 2 내지 10시간, 바람직하게는 4 내지 6시간 동안 반응시킴으로써 중간체 화합물을 얻는다. 이를 적당한 유/수 혼합 용매, 예를 들어 메탄올과 증류수의 혼합액 중에서 NaOH와 2 내지 10시간, 바람직하게는 4시간 동안 반응시킴으로써 바이오틴과 아미노산의 결합체를 제조할 수 있다. 상기 방법에서 각 반응은 실온에서 수행하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바이오틴-아미노산 결합체("젤레이터")는 물, 식염수 및 다양한 pH의 완충액과 같은 수성 매질에 용해되어 수화젤을 형성한다. 수화젤의 안정성을 반영하는 조직(texture)은 아미노산 잔기 측쇄의 특성에 따라 다양하게 변화하는데, 본 발명의 수화젤로부터 형성된 제로젤(xerogel)들은 아미노산 잔기의 종류에 따라 섬유상(fibrous) 및 판상(lamellar)의 두 가지 타입으로 나타난다. 일반적으로, 아미노산 잔기에 선형 장쇄 알킬을 갖는 젤레이터로부터 형성된 수화젤은 섬유의 직경이 20 내지 50 nm인 섬유상 구조를 가지고 있으며, 분지쇄 또는 단쇄 알킬을 갖는 젤레이터로부터 형성된 수화젤은 상당히 두꺼운 판상 구조를 나타낸다.

또한, 아미노산 중 소수성 잔기의 특성은 젤레이터로부터 형성된 젤의 안정성 및 투명도에도 큰 영향을 미치는데, 선형 장쇄 알킬을 갖는 젤레이터는 수성 매질에서 약 6개월간 유지되는 매우 안정한 젤을 형성하며, 이 젤은 반투명 내지 불투명하다. 분지쇄 또는 단쇄 알킬을 갖는 젤레이터로부터 형성된 수화젤은 비교적 안정성이 낮고 불투명하다.

아울러, 본 발명의 수화젤의 0.9 % NaCl 용액에서 측정된 최소 젤화 농도(minimum gelation concentration; MGC) 값은 증류수에서 측정된 것과 거의 동일하므로, 본 발명의 바이오틴-아미노산 결합체는 생체내(in vivo) 적용을 위해 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명의 바이오틴-아미노산 결합체를 수성 매질에서 젤화시키면서 수성 매질에 목적하는 약물을 첨가하면, 생성된 수화젤에 약물이 포획된 약물 전달체를 얻을 수 있다. 이렇게 제조된 약물 전달체는 수화젤에 포함된 약물을 서서히 방출시키므로, 본 발명의 바이오틴-아미노산 결합체는 약물 전달체의 제조를 위한 생물재료(biomaterial)로서 매우 유용하다.

한편, 본 발명의 바이오틴-아미노산 결합체는 바이오틴 잔기의 유레이도 기가 다른 젤레이터 분자의 카복실산 말단과 분자간 수소 결합을 형성함으로써 자가 조립된 중합체 쇄(chain)로서 수화젤을 형성하는데, 리간드-수용체 상호작용에 의해 바이오틴의 수용체, 예를 들어 스트렙타비딘 분자가 바이오틴의 유레이도 기에 특이적으로 결합하면 바이오틴 젤레이터의 섬유 네트워크가 파괴되므로 약물의 방출이 빨라진다. 따라서, 약물 전달체의 제조를 위해 수화젤을 형성시킨 후 매질에 아비딘, 스트렙타비딘, 사이클로덱스트린, 인슐린 등과 같은 바이오틴의 수용체를 함께 첨가하는 방법을 이용하면, 수용체의 첨가량에 따라 수화젤로부터 약물의 방출 속도를 조절할 수 있어 더욱 유리하다.

이하, 하기 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

참조예: 재료 및 기기 분석

하기 실시예에 사용된 모든 화학물질들은 알드리치사(Aldrich Chemical Company)에서 구입하여 추가 정제 없이 사용하였다. 각 반응은 무수 아르곤의 불활성 대기 하에서 진공 하에 화염 건조된 유리용기를 사용하여 수행하였다. 플래시 크로마토그래피는 실리카 젤 60(230400 메쉬; ASTM)을 사용하여 실시하였다. 융점은 보정하지 않고 일렉트로써멀(Electrothermal) 1A 9000 시리즈 기기를 이용하여 측정하였다. FT-IR 스펙트럼은 브룩커(Brucker) 모델 FT-IR PS55+ 스펙트로미터를 이용하여 얻었다. 저해상도 FAB⁺ 질량 스펙트럼은 JEOL JMS-AX505WA (FAB) 스펙트로미터를 이용하여 얻었다. ¹H 및 ¹³C NMR 스펙트럼은 브룩커 어스펙트(Aspect) 300 NMR 스펙트로미터를 이용하여 얻었다. 화학적 이동(Chemical shifts)은 내부 표준물질인 테트라메틸실란(TMS)에 비해 다운필드(downfield)로 ppm 단위로 보고하였다. 커플링 상수는 헤르츠(Hz) 단위로 보고하였다. 스펙트럼 분리 패턴은 s, 싱글릿(singlet); d, 더블릿(doublet); dd, 이중 더블릿; dt, 일그러진 트리플릿; t, 트리플릿; m, 멀티플릿; 및 br, 브로드(broad)로 나타내었다. SEM 이미지는 필립스(Philips) XL30S FEG SEM 분석기를 이용하여 얻었다.

실시예: 바이오틴-아미노산 결합체 수화젤레이터의 제조

실시예 1: N -바이오틴일-L-페닐알라닌 (젤레이터 1)의 제조

(단계 1)

D-바이오틴 (244 mg, 0.1 mmol), 1-(3-다이메틸아미노프로필)-3-에틸카보다이이미드ㅇHCl (EDC; 192 mg, 0.1 mmol) 및 N,N-다이메틸-4-아미노피리딘 (DMAP; 122 mg, 0.1 mmol)을 무수 다이메틸폼아마이드 (DMF; 25 ㎖)에 용해시키고, 아르곤 기체 주입구가 구비된 2구 (two-neck) 둥근 바닥 플라스크에 넣었다. L-페닐알라닌 메틸 에스터 하이드로클로라이드 (115 mg, 0.1 mmol)를 가하고, 혼합물을 4 시간 동안 교반하였다. 반응이 완결되면, 혼합물을 물에 붓고 CH₂Cl₂로 추출하였다. 생성된 산물을 분리하고, 컬럼 크로마토그래피 (SiO₂; CH₂Cl₂/MeOH, 10:1)로 정제하여 309 mg의 화합물 1a를 얻었다 (수율: 76 %).

(단계 2)

화합물 1a (202 mg, 0.5 mmol)를 25 ㎖ 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 증류수(4 ㎖) 및 MeOH (8 ㎖)를 가하였다. NaOH (60 mg, 3 당량)를 플라스크에 가하고, 혼합물을 실온에서 4시간 동안 교반하였다. 반응이 완료된 후, 묽은 황산을 이용하여 혼합물을 pH 2-3으로 산성화하였다. 가수분해되어 침전된 산물을 여과하여 얻고, 공기 중에서 건조시킨 후, 아세톤 및 CH₂Cl₂로 수회 세척하였다. 산물을 컬럼 크로마토그래피 (SiO₂; 톨루엔/MeOH/아세톤/AcOH, 14:4:1:1)로 분리한 후, 동결건조하여 젤레이터 화합물 1을 얻었다 (약 195 mg).

융점: 205 ℃.

¹H NMR (300 MHz, DMSO-d ₆): 8.12 (d, J = 7.9 Hz, 1H; NH), 7.307.20 (m, 5H; Ar-H), 6.41 (s, 1H; N³H), 6.10 (s, 1H; N¹H), 4.43 (dt, J ₁ = 7.1 Hz, J ₂ = 3.5 Hz, 1H, CH), 4.31 (dd, J ₁ = 7.1 Hz, J ₂ = 5.0 Hz, 1H; CH), 4.12 (dd, J ₁ = 6.3 Hz, J ₂ = 4.4 Hz, 1H; CH), 3.07 (dd, J ₁ = 8.8 Hz, J ₂ = 4.9 Hz, 1H; CH), 2.87 (d, J = 5.1 Hz, 2H; CH₂), 2.80 (dd, J = 4.8 Hz, J _gem = 12.0 Hz, 1H; CH₂), 2.56 (d, J _gem = 12.0 Hz, 1H; CH₂), 2.05 (t, J = 6.9 Hz, 2H; CH₂), 1.44-1.40 (br, 4H; CH₂), 1.26-1.19 (m, 2H; CH₂).

¹³C NMR (75.5 MHz, DMSO-d ₆): 173.35, 172.16, 162.79, 137.82, 129.11, 128.19, 126.41, 61.04, 59.22, 55.49, 53.33, 38.95, 38.67, 36.78, 34.86, 28.01, 25.24.

MS (FAB): m/z 392 [M + H]⁺.

C₁₉H₂₅N₃O₄S에 대한 원소분석-계산치: C, 58.28; H, 6.44; N, 10.73; S, 8.19; 측정치: C, 57.89; H, 6.43; N, 10.70; S, 8.13.

실시예 2: N -바이오틴일-L-류신 (젤레이터 2)의 제조

L-페닐알라닌 메틸 에스터 하이드로클로라이드 대신에 L-류신 메틸 에스터 하이드로클로라이드 (182 mg, 0.1 mmol)를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1의 (단계 1)과 동일하게 실시하여 화합물 2a (309 mg, 수율: 81 %)를 얻었다. 화합물 2a (186 mg)를 이용하여 실시예 1의 (단계 2)와 동일하게 실시함으로써 젤레이터 화합물 2 (178 mg)를 얻었다.

융점: 209-210 ℃.

¹H NMR (300 MHz, DMSO-d ₆): 8.03 (d, J = 7.56 Hz, 1H; NH), 6.43 (s, 1H; N³H), 6.38 (s, 1H; N¹H), 4.31 (dt, J ₁ = 6.5 Hz, J ₂ = 5.0 Hz, 1H; CH), 4.29 (dd, J ₁ = 8.4 Hz, J ₂ = 4.8 Hz, 1H; CH), 4.13 (dd, J ₁ = 5.6 Hz, J ₂ = 4.3 Hz, 1H; CH), 3.08 (dt, J ₁ = 7.2 Hz, J ₂ = 5.0 Hz, 1H; CH), 2.84 (dd, J = 4.2 Hz, J _gem = 12.9 Hz, 1H; CH₂), 2.62 (d, J _gem = 12.9 Hz, 1H; CH₂), 2.12 (t, J = 6.0 Hz, 2H; CH₂), 1.66-1.48 (br, 6H; CH₂), 1.35 (m, 2H; CH₂), 1.12 (m, 1H; CH), 0.88 (d, J = 3.4 Hz, 6H; CH₃).

¹³C NMR (75.5 MHz, DMSO-d ₆): 173.91, 171.82, 162.36, 60.71, 58.89, 55.07, 49.71, 40.06, 38.39, 34.46, 27.68, 27.63, 24.88, 24.00, 22.50, 20.92.

MS (FAB): m/z 358 [M + H]⁺.

C₁₆H₂₇N₃O₄S에 대한 원소분석-계산치: C, 53.76; H, 7.61; N, 11.73; S, 8.97; 측정치: C, 53.56; H, 7.77; N, 11.55; S, 8.87.

실시예 3: N -바이오틴일-L-메티오닌 (젤레이터 3)의 제조

L-페닐알라닌 메틸 에스터 하이드로클로라이드 대신에 L-메티오닌 메틸 에스터 하이드로클로라이드 (200 mg, 0.1 mmol)를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1의 (단계 1)과 동일하게 실시하여 화합물 3a (300 mg, 수율: 72 %)를 얻었다. 화합물 3a (195 mg)를 이용하여 실시예 1의 (단계 2)와 동일하게 실시함으로써 젤레이터 화합물 3 (약 188 mg)을 얻었다.

융점: 207 ℃.

¹H NMR (300 MHz, DMSO-d ₆): 8.11 (d, J = 7.8 Hz, 1H; NH), 6.43 (s, 1H; N³H), 6.34 (s, 1H; N¹H), 4.31 (dt, J ₁ = 7.5 Hz, J ₂ = 4.5 Hz, 1H; CH), 4.23 (dd, J ₁ = 7.1 Hz, J ₂ = 4.2 Hz, 1H; CH), 4.12 (dd, J ₁ = 6.9 Hz, J ₂ = 4.3 Hz, 1H; CH), 3.06 (dt, J ₁ = 7.2 Hz, J ₂ = 4.4 Hz, 1H; CH), 2.79 (dd, J = 4.5 Hz, J _gem = 13.5 Hz, 1H; CH₂), 2.50 (d, J _gem = 13.5 Hz, 1H; CH₂), 2.45 (t, J = 6.8 Hz, 2H; CH₂), 2.13 (t, J = 6.0 Hz, 2H; CH₂), 2.09 (s, 3H; CH₃), 1.88-1.76 (m, 2H; CH₂), 1.50-1.48 (br, 4H; CH₂), 1.32 (m, 2H; CH₂).

¹³C NMR (75.5 MHz, DMSO-d ₆): 173.51, 172.34, 162.79, 61.00, 59.10, 55.42, 50.77, 40.28, 34.75, 30.51, 29.72, 28.93, 27.9, 25.71, 14.57.

MS (FAB): m/z 376 [M + H]⁺.

C₁₅H₂₅N₃O₄S₂에 대한 원소분석-계산치: C, 47.98; H, 6.71; N, 11.19; S, 17.08; 측정치: C, 47.77; H, 6.55; N, 10.97; S, 17.12.

실시예 4: N-바이오틴일-L-아이소류신 (젤레이터 4)의 제조

L-페닐알라닌 메틸 에스터 하이드로클로라이드 대신에 L-아이소류신 메틸 에스터 하이드로클로라이드 (182 mg, 0.1 mmol)를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1의 (단계 1)과 동일하게 실시하여 화합물 4a (246 mg, 수율: 66 %)를 얻었다. 화합물 4a (186 mg)를 이용하여 실시예 1의 (단계 2)와 동일하게 실시함으로써 젤레이터 화합물 4 (약 178 mg)를 얻었다.

융점: 230-233 ℃.

¹H NMR (300 MHz, DMSO-d ₆): 7.95 (d, J = 8.5 Hz, 1H; NH), 6.40 (s, 1H; N³H), 6.34 (s, 1H; N¹H), 4.27 (dt, J ₁ = 7.2 Hz, J ₂ = 5.2 Hz, 1H; CH), 4.14 (dd, J ₁ = 7.2 Hz, J ₂ = 4.1 Hz, 1H; CH), 4.07 (dd, J ₁ = 7.8 Hz, J ₂ = 5.6 Hz, 1H; CH), 3.03 (dt, J ₁ = 6.3 Hz, J ₂ = 4.3 Hz, 1H; CH), 2.75 (dd, J = 6.0 Hz, J _gem = 13.2 Hz, 1H; CH₂), 2.50 (d, J _gem = 13.2 Hz, 1H; CH₂), 2.12 (t, J = 6.0 Hz, 2H; CH₂), 1.52-1.48 (m, 1H; CH), 1.44-1.35 (br, 4H; CH₂), 1.17-1.12 (m, 2H; CH₂), 0.80-0.76 (m, 6H; CH₃).

¹³C NMR (75.5 MHz, DMSO-d ₆): 172.77, 171.81, 162.21, 60.52, 58.66, 55.58, 38.10, 35.56, 34.16, 27.59, 27.47, 24.83, 24.18, 15.01, 10.71

MS (FAB): m/z 358 [M + H]⁺.

C₁₆H₂₇N₃O₄S에 대한 원소분석-계산치: C, 53.76; H, 7.61; N, 11.73; S, 8.97; 측정치: C, 53.62; H, 7.57; N, 11.59; S, 8.95.

실시예 5: N-바이오틴일-L-발린 (젤레이터 5)의 제조

L-페닐알라닌 메틸 에스터 하이드로클로라이드 대신에 L-발린 메틸 에스터 하이드로클로라이드 (167 mg, 0.1 mmol)를 사용하고 컬럼 크로마토그래피의 용출액을 CH₂Cl₂/MeOH (9:1)로 하는 것을 제외하고는 실시예 1의 (단계 1)과 동일하게 실시하여 화합물 5a (165 mg, 수율: 50 %)를 얻었다. 화합물 5a (179 mg)를 이용하여 실시예 1의 (단계 2)와 동일하게 실시함으로써 젤레이터 화합물 5 (약 156 mg, 수율 91 %)를 얻었다.

융점: 215-216 ℃.

¹H NMR (300 MHz, DMSO-d ₆): 7.80 (d, J = 8.7 Hz, 1H; NH), 6.36 (s, 1H; N³H), 6.30 (s, 1H; N¹H), 4.27 (dd, J ₁ = 7.2 Hz, J ₂ = 4.9 Hz, 1H; CH), 4.13 (dd, J ₁ = 5.8 Hz, J ₂ = 3.2 Hz, 1H; CH), 4.00 (dd, J ₁ = 6.0 Hz, J ₂ = 3.2 Hz, 1H; CH), 3.00 (dt, J ₁ = 6.4 Hz, J ₂ = 4.4 Hz, 1H; CH), 2.75 (dd, J = 3.5 Hz, J = 13.2 Hz, 1H; CH₂), 2.45 (d, J = 13.2 Hz, 1H; CH₂), 2.09 (t, J = 6.0 Hz, 2H; CH₂), 1.92 (m, 1H; CH), 1.53-1.41 (br, 4H; CH₂), 1.23-1.20 (m, 2H; CH₂), 0.78 (d, J = 6.7 Hz, 6H; CH₃).

¹³C NMR (75.5 MHz, DMSO-d ₆): 172.50, 171.67, 161.96, 60.26, 58.40, 56.24, 54.67, 37.84, 33.91, 28.94, 27.35, 27.22, 24.59, 18.41, 17.29.

MS (FAB): m/z 343.94 [M + H]⁺.

C₁₆H₂₇N₃O₄S에 대한 원소분석-계산치: C, 52.46; H, 7.34; N, 12.23; S, 9.04; 측정치: C, 52.37; H, 7.46; N, 11.92; S, 8.79.

실시예 6: N-바이오틴일-L-타이로신 (젤레이터 6)의 제조

L-페닐알라닌 메틸 에스터 하이드로클로라이드 대신에 L-타이로신 메틸 에스터 하이드로클로라이드 (231 mg, 0.1 mmol)를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1 의 (단계 1)과 동일하게 실시하여 화합물 6a (212 mg, 수율: 50 %)를 얻었다. 화합물 6a (210 mg)를 이용하고, 컬럼 크로마토그래피의 용출액을 CH₂Cl₂/MeOH/아세톤/AcOH (14:4:1:1)로 하는 것을 제외하고는 실시예 1의 (단계 2)와 동일하게 실시함으로써 젤레이터 화합물 6 (약 177 mg, 수율: 87 %)을 얻었다.

융점: 259-260 ℃.

¹H NMR (300 MHz, DMSO-d ₆): 9.22 (s, 1H; ArOH), 8.09 (d, J = 8.1 Hz, 1H; NH), 7.00 (d, J = 8.1, 2H; ArH), 6.60 (d, J = 8.0 Hz, 2H; ArH), 6.44 (s, 1H; N³H), 6.40 (s, 1H; N¹H), 4.32 (dt, J ₁ = 6.5 Hz, J ₂ = 4.1 Hz, 1H; CH), 4.28 (dd, J = 7.2 Hz, J ₂ = 4.8 Hz, 1H; CH), 4.11 (dd, J ₁ = 7.0 Hz, J ₂ = 5.1 Hz, 1H; CH), 3.04 (dt, J ₁ = 6.6 Hz, J ₂ = 4.1 Hz, 1H; CH), 2.92 (d, J = 7.0 Hz, 2H; CH₂), 2.75 (dd, J = 6.0 Hz, J _gem = 12.3 Hz, 1H; CH₂), 2.59 (d, J _gem = 12.3 Hz, 1H; CH₂), 2.08 (t, J = 6.3 Hz, 2H; CH₂), 1.54-1.40 (br, 4H; CH₂), 1.22-1.20 (m, 2H; CH₂).

¹³C NMR (75.5 MHz, DMSO-d ₆): 173.29, 172.07, 162.70, 155.83, 129.93, 127.74, 114.93, 61.01, 59.22, 55.37, 53.58, 40.39, 36.04, 34.86, 27.95, 25.14.

MS (FAB): m/z 407.99 [M + H]⁺.

C₁₉H₂₅N₃O₅S에 대한 원소분석-계산치: C, 56.00; H, 6.18; N, 10.31; S, 7.87; 측정치: C, 55.85; H, 6.00; N, 10.42; S, 7.87.

실시예 7: N-바이오틴일-L-트립토판 (젤레이터 7)의 제조

L-페닐알라닌 메틸 에스터 하이드로클로라이드 대신에 L-트립토판 메틸 에스터 하이드로클로라이드 (254 mg, 0.1 mmol)를 사용하고, 반응 시간을 6시간으로 증가시키며, 컬럼 크로마토그래피의 용출액을 CH₂Cl₂/MeOH (12:1)로 하는 것을 제외하고는 실시예 1의 (단계 1)과 동일하게 실시하여 화합물 7a (365 mg, 수율: 82 %)를 얻었다. 화합물 7a (222 mg, 0.05 mmol)를 이용하여 실시예 1의 (단계 2)와 동일하게 실시함으로써 젤레이터 화합물 7 (약 215 mg)을 얻었다.

융점: 160-161 ℃.

¹H NMR (300 MHz, DMSO-d ₆): 8.14 (d, J = 7.8 Hz, 1H; NH), 7.55 (d, J = 6.9 Hz, 1H; NH), 7.37 (d, J = 8.1 Hz, 1H; ArH), 7.106.90 (m, 4H; ArH), 6.45 (s, 1H; N³H), 6.40 (s, 1H; N¹H), 4.50 (dt, J ₁ = 6.5 Hz, J ₂ = 4.8 Hz, 1H; CH), 4.30 (dd, J ₁ = 7.1 Hz, J ₂ = 5.2 Hz, 1H; CH), 4.16 (dd, J ₁ = 6.8 Hz, J ₂ = 3.1 Hz, 1H; CH), 3.15 (dt, J ₁ = 7.5 Hz, J ₂ = 4.9 Hz, 1H; CH), 3.01 (d, J = 6.4 Hz, 2H; CH₂), 2.80 (dd, J = 4.5 Hz, J _gem = 12.6 Hz, 1H; CH₂) 2.59 (d, J _gem = 12.6 Hz, 1H; CH₂), 2.07 (t, J = 6.0 Hz, 2H; CH₂), 1.45-1.42 (m, 4H; CH₂), 1.25-1.22 (m, 2H; CH₂).

¹³C NMR (75.5 MHz, DMSO-d ₆): 173.98, 172.45, 163.07, 136.38, 127.50, 121.22, 118.66, 111.67, 110.32, 61.2, 59.49, 55.27, 53.11, 40.61, 35.51, 28.28, 27.45, 25.45.

MS (FAB): m/z 431.02 [M + H]⁺.

실시예 8: N-바이오틴일-L-노르발린 (젤레이터 8)의 제조

L-페닐알라닌 메틸 에스터 하이드로클로라이드 대신에 L-노르발린 메틸 에스터 하이드로클로라이드 (167 mg, 0.1 mmol)를 사용하고, 반응 시간을 6시간으로 증가시키며, 컬럼 크로마토그래피의 용출액을 CH₂Cl₂/MeOH (9:1)로 하는 것을 제외하고는 실시예 1의 (단계 1)과 동일하게 실시하여 화합물 8a (165 mg, 수율: 50 %)를 얻었다. 화합물 8a (179 mg)를 이용하여 실시예 1의 (단계 2)와 동일하게 실시함으로써 젤레이터 화합물 8 (151 mg, 수율: 88 %)을 얻었다.

융점: 255 ℃.

¹H NMR (300 MHz, DMSO-d ₆): 8.00 (d, J = 7.9 Hz, 1H; NH), 6.39 (s, 1H; N³H), 6.34 (s, 1H; N¹H), 4.28 (dt, J ₁ = 6.5 Hz, J ₂ = 4.8 Hz, 1H; CH), 4.13 (dd, J ₁ = 7.1 Hz, J ₂ = 5.5 Hz, 1H; CH), 4.06 (dd, J ₁ = 6.8 Hz, J ₂ = 3.1 Hz, 1H; CH), 3.04 (dt, J ₁ = 7.5 Hz, J ₂ = 4.9 Hz, 1H; CH), 2.79 (dd, J = 4.8 Hz, J _gem = 13.2 Hz, 1H; CH₂), 2.54 (d, J _gem = 13.2 Hz, 1H; CH₂), 2.07 (t, J = 7.1 Hz, 2H; CH₂), 1.60-1.45 (br, 6H; CH₂), 1.30-1.24 (m, 4H; CH₂), 0.93 (t, J = 7.2 Hz, 3H; CH₃).

¹³C NMR (75.5 MHz, DMSO-d ₆): 174.34, 172.52, 163.07, 61.32, 59.48, 55.75, 51.67, 38.98, 35.07, 33.34, 28.32, 28.28, 25.58, 19.00, 13.78.

MS (FAB): m/z 343.99 [M + H]⁺.

C₁₆H₂₇N₃O₄S에 대한 원소분석-계산치: C, 52.46; H, 7.34; N, 12.23; S, 9.34; 측정치: C, 52.37; H, 7.46; N, 11.99; S, 9.19.

실시예 9: N-바이오틴일-L-노르류신 (젤레이터 9)의 제조

L-페닐알라닌 메틸 에스터 하이드로클로라이드 대신에 L-노르류신 메틸 에스터 하이드로클로라이드 (182 mg, 0.1 mmol)를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1의 (단계 1)과 동일하게 실시하여 화합물 9a (265 mg, 수율: 70 %)를 얻었다. 화합 물 9a (186 mg)를 이용하여 실시예 1의 (단계 2)와 동일하게 실시함으로써 젤레이터 화합물 9 (약 178 mg)를 얻었다.

융점: 172 ℃.

¹H NMR (300 MHz, DMSO-d ₆): 7.98 (d, J = 7.8 Hz, 1H; NH), 6.39 (s, 1H; N³H), 6.33 (s, 1H; N¹H), 4.28 (dt, J ₁ = 7.5 Hz, J ₂ = 5.1 Hz, 1H; CH), 4.14 (dd, J ₁ = 6.1 Hz, J ₂ = 3.7 Hz, 1H; CH), 4.06 (dd, J ₁ = 7.2 Hz, J ₂ = 4.8 Hz, 1H; CH), 3.08 (dt, J ₁ = 5.7 Hz, J ₂ = 4.5 Hz, 1H; CH), 2.80 (dd, J = 5.1 Hz, J _gem = 12.9 Hz, 1H; CH₂), 2.54 (d, J _gem = 12.9 Hz, 1H; CH₂), 2.10 (t, J = 6.0 Hz, 2H; CH₂), 1.62-1.52 (br, 6H; CH₂), 1.80 (m, 4H; CH₂), 1.25 (m, 2H; CH₂), 0.80 (t, J = 6.7 Hz, 3H; CH₃).

¹³C NMR (75.5 MHz, DMSO-d ₆): 174.02, 172.27, 162.79, 61.09, 59.24, 55.52, 51.67, 40.37, 34.78, 30.75, 28.13, 27.65, 25.31, 21.77, 13.85.

MS (FAB): m/z 358 [M + H]⁺.

C₁₆H₂₇N₃O₄S에 대한 원소분석-계산치: C, 53.76; H, 7.61; N, 11.73; S, 8.97; 측정치: C, 53.32; H, 7.57; N, 11.60; S, 8.95.

실시예 10: N-바이오틴일-D,L-2-아미노에난트산 (젤레이터 10)의 제조

L-페닐알라닌 메틸 에스터 하이드로클로라이드 대신에 L-아미노에난트산 메틸 에스터 하이드로클로라이드 (197 mg, 0.1 mmol)를 사용하고, 반응 시간을 6시간으로 증가시키는 것을 제외하고는 실시예 1의 (단계 1)과 동일하게 실시하여 화합물 10a (289 mg, 수율: 75 %)를 얻었다. 화합물 10a (198 mg)를 이용하여 실시예 1의 (단계 2)와 동일하게 실시함으로써 젤레이터 화합물 10 (약 194 mg)을 얻었다.

융점: 195 ℃.

¹H NMR (300 MHz, DMSO-d ₆): 7.98 (d, J = 7.6 Hz, 1H; NH), 6.34 (s, 1H; N³H), 6.30 (s, 1H; N¹H), 4.24 (dt, J ₁ = 6.7 Hz, J ₂ = 5.0 Hz, 1H; CH), 4.06 (dd, J ₁ = 7.5 Hz, J ₂ = 5.2 Hz, 1H; CH), 4.01 (dd, J ₁ = 6.8 Hz, J ₂ = 4.9 Hz, 1H; CH), 3.01 (dt, J ₁ = 6.9 Hz, J ₂ = 5.1 Hz, 1H; CH), 2.76 (dd, J = 4.8 Hz, J _gem = 12.6 Hz, 1H; CH₂), 2.47 (d, J _gem = 12.9 Hz, 1H; CH₂), 2.05 (t, J = 6.5 Hz, 2H; CH₂), 1.57-1.40 (m, 6H; CH₂), 1.19-1.17 (br, 8H; CH₂), 0.78 (t, J = 6.3 Hz, 3H; CH₃).

¹³C NMR (75 MHz, DMSO-d ₆): 174.84, 173.10, 163.05, 61.36, 60.05, 56.34, 52.49, 41.18, 35.70, 31.82, 29.03, 28.92, 28.87, 26.16, 25.94, 22.82, 14.77.

MS (FAB): m/z 372 [M + H]⁺.

C₁₇H₂₉N₃O₄S에 대한 원소분석-계산치: C, 54.94; H, 7.87; N, 11.31; S, 8.63; 측정치: C, 54.72; H, 7.57; N, 11.40; S, 8.75.

실시예 11: N-바이오틴일-D,L-2-아미노카프릴산 (젤레이터 11)의 제조

L-페닐알라닌 메틸 에스터 하이드로클로라이드 대신에 L-아미노카프릴산 메틸 에스터 하이드로클로라이드 (209 mg, 0.1 mmol)를 사용하고, 반응 시간을 6시간으로 증가시키는 것을 제외하고는 실시예 1의 (단계 1)과 동일하게 실시하여 화합물 11a (288 mg, 수율: 72.1 %)를 얻었다. 화합물 11a (200 mg)를 이용하여 실시예 1의 (단계 2)와 동일하게 실시함으로써 젤레이터 화합물 11 (약 192 mg)을 얻었다.

융점: 198.5 ℃.

¹H NMR (300 MHz, DMSO-d ₆): 8.12 (d, J = 7.5 Hz, 1H; NH), 6.39 (s, 1H; N³H), 6.31 (s, 1H; N¹H), 4.27 (dt, J ₁ = 6.5 Hz, J ₂ = 5.4 Hz, 1H; CH), 4.09 (dd, J ₁ = 7.2 Hz, J ₂ = 4.6 Hz, 1H; CH), 4.00 (dd, J ₁ = 6.4 Hz, J ₂ = 3.5 Hz, 1H; CH), 3.06 (dt, J ₁ = 7.8 Hz, J ₂ = 5.0 Hz, 1H; CH), 2.80 (dd, J = 5.8 Hz, J _gem = 12.6 Hz, 1H; CH₂), 2.54 (d, J _gem = 12.6 Hz, 1H; CH₂), 2.06 (t, J = 6.0 Hz, 2H; CH₂), 1.62-1.42 (m, 6H; CH₂), 1.29-1.18 (br, 10H; CH₂), 0.80 (t, J = 5.4 Hz, 3H; CH₃).

¹³C NMR (75 MHz, DMSO-d ₆): 174.29, 172.55, 163.05, 61.36, 59.51, 55.80, 51.94, 4.63, 36.53, 31.43, 31.31, 28.54, 28.49, 25.68, 25.62, 22.35, 14.27.

MS (FAB): m/z 386 [M + H]⁺.

C₁₈H₃₁N₃O₄S에 대한 원소분석-계산치: C, 56.08; H, 8.10; N, 10.90; S, 8.32; 측정치: C, 56.32; H, 7.97; N, 11.04; S, 8.45.

시험예 1: 젤레이터의 젤화 능력 시험

상기 실시예 1 내지 11에서 제조된 젤레이터 1 내지 11의 젤화 능력을 시험하기 위해, 문헌의 방법(Menger, F. M. 및 Caran, K. L., J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 11679)에 따라 다양한 수성 매질에서 젤화 정도를 조사하였다.

구체적으로, 밀폐된 유리관 (내경 5 mm)에 0.002 내지 0.04 g의 각 젤레이터 및 1 ㎖의 증류수, 0.9 % NaCl 수용액, 0.01 M 염산 완충액 (pH 2.0), 0.05 M 프탈레이트 완충액 (pH 4.0), 0.08 M MOPSO 완충액(pH 7.0) 또는 0.025 M 소듐 테트라보레이트 완충액 (pH 9.0)을 넣고, 100℃에서 용액이 얻어질 때까지 가열하였다. 그 후, 유리관을 실온에서 5 내지 10 분 동안 방치하였다. 육안으로 관찰했을 때 상 분리가 일어나지 않고, 유리관을 거꾸로 했을 때 흐르지 않으면 젤이 형성된 것으로 판단하였다.

상기 절차에 따라 각 젤레이터 화합물이 젤을 형성하는 최소 농도인 최소 젤화 농도(minimum gelation concentration (MGC), 중량%)를 조사하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

상기 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 젤레이터 9가 가장 우수한 젤화 능력을 나타내었는데, 이의 MGC는 증류수에서 0.3 % (8 mM)로서, 이는 젤레이터 9 한 분자가 6,700 개의 물 분자를 고정화할 수 있음을 의미한다. MGC 값은 다양한 범위의 pH 값을 갖는 완충액에서 pH가 증가함에 따라 증가하였다. pH 2의 산성 환경에서, MGC 값은 증류수에서의 값보다 낮다. 선형 장쇄 알킬을 갖는 수화젤레이터 (젤레이터 9 내지 11)는 분지 아미노산(젤레이터 2, 4 및 5) 또는 부피가 큰 아미노산(젤레이터 1)이 결합된 젤레이터들에 비해 낮은 MGC 값을 갖는다. β-분지 아미노산 젤레이터 4 및 5와 단쇄 알킬 젤레이터 8은 단지 1주일 동안만 안정하게 유지되는 불투명 젤을 형성하였다. 이와 대조적으로, 젤레이터 1, 2 및 9 내지 11은 각 매질에서 약 6개월간 유지되는 매우 안정한 젤을 형성하였으며, 이 젤은 반투명 내지 불투명하였다. 0.9 % NaCl 용액에서의 MGC 값은 증류수에서 측정된 것과 거의 동일하였으며, 이는 본 발명의 젤레이터 화합물들이 생체내(in vivo) 적용을 위해 사용될 수 있음을 보여준다.

시험예 2: 젤레이터에 의해 형성된 수화젤의 조직(texture) 확인

상기 실시예에서 제조된 젤레이터들에 의해 형성된 수화젤의 조직을 다음과 같이 주사 전자 현미경(SEM)으로 관찰하였다.

우선, 젤레이터 1-11을 표 1에 기재된 MGC가 되도록 0.003 내지 0.02 g 범위 내에서 1 ㎖의 증류수에 용해시키고 100℃에서 가열하여 형성한 수화젤을 -78℃로 냉동시키고 6시간 동안 동결 건조(freeze drying)하여 제로젤(xerogel; 건조젤)을 제조하였다. 제조된 제로젤을 다양한 배율의 SEM으로 관찰한 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 제로젤들은 섬유상(fibrous) 및 판상(lamellar)의 두 가지 타입으로 나타났다. 젤레이터 1, 2 및 9 내지 11로부터 형성된 수화젤은 섬유의 직경이 20 내지 50 nm인 섬유상 구조를 가지고 있으며, 젤레이터 4, 5 및 8로부터 형성된 수화젤은 상당히 두꺼운 판상 구조를 나타내었다. 섬유상 구조를 가진 젤들은 반투명 또는 불투명하고 안정한 반면, 판상 구조를 가진 젤들은 모두 불투명하고 안정성이 낮았다.

시험예 3: 젤레이터의 자가-조립(self-assembly) 기전 확인

젤레이터의 자가-조립이 일어나는 기전을 조사하기 위해, 참조예에 기재된 방법에 따라 젤레이터들의 FT-IR 및 ¹H NMR 스펙트럼을 얻고, MOPAC6 모델링에 의해 수소 결합 상호작용을 조사하였다.

(1) FT-IR

도 2에 나타낸 젤레이터 5, 9 및 11의 FT-IR 스펙트럼에서, 각 아미노산 단위의 카복실산 잔기의 카보닐 신장 밴드(stretching band)는 고체 무정형 상태에서의 그의 위치(약 1705 cm^-1)에 비해 젤 상태에서 약 1699cm^-1까지 현저히 이동되어 있었다. 이러한 스펙트럼상의 변화는 카복실기에 의한 수소결합 상호작용이 젤화의 추진력 중 하나임을 의미한다. 그러나, 젤 상태에서 아마이드 기의 C=O 신장 진동수가 고체 무정형 상태(1645 - 1650 cm^-1)에 비해 거의 변하지 않는다는 사실은 아마이드 기가 자가 조립 방식에 거의 기여하지 않음을 나타낸다.

(2) ¹H NMR

H₂O의 함량을 0 내지 50 %로 변화시킨 DMSO-d ₆ 및 H₂O의 혼합액에 젤레이터 1, 2, 4, 5 및 8 내지 11을 5 mg/㎖의 농도로 각각 용해시킨 후, ¹H-NMR 스펙트로스코피에 의해 유레이도 및 아마이도 단위의 양자(protons)의 화학적 이동 변화를 조사하였다.

도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, H₂O의 함량이 증가함에 따라 아마이드 양자는 40 % H₂O 까지는 다운필드(downfield)로 이동하다가 40 % H₂O 이상에서는 업필드(upfield)로 이동한다. 이러한 결과는 수소 결합의 성질이, 예를 들어 (CD₃)₃SOㆍㆍㆍH-N으로부터 H₂OㆍㆍㆍH-N으로 변화한 것을 의미한다(Suzuki, M. et al., Helv. Chim. Acta. 2003, 86, 2228; 및 Kogigo, M. et al., Chem. Eur. J. 2003, 9, 348). 또한, 40 % 이상의 H₂O 농도에서 아마이드 NH 시그날이 업필드로 이동한 것은 젤레이터 분자 사이에서 분자간 수소 결합이 일어난 것을 의미한다(Suzuki, M. et al., 상기 문헌; Kogigo, M. et al., 상기 문헌; Billiot, F. H. et al., Langmuir 2002, 18, 2993; 및 Rabenstein, D. L., J. Am. Chem. Soc. 1973, 95, 2797). 아마이드 단위들은 일반적으로 약 20-30 %의 H₂O 농도에서 분자간 수소 결합을 형성하기 시작한다고 보고되어 있지만(Suzuki, M. et al., 상기 문헌), 본 실시예에서는 40 % 이상의 H₂O 농도에서 수소 결합을 형성하기 시작했다. 이러한 사실은 아마이드 기의 분자간 수소 결합 정도가 예상했던 것보다 현저히 낮다는 것을 의미하고, 이는 상기 FT-IR 스펙트럼 관찰 결과와 일치한다. 특히 흥미로운 것은 단지 10 %의 H₂O 농도에서 유레이도 양자의 공명(resonance)이 업필드로 이동하기 시작했다는 것이다. 이러한 경향은 바이오틴 자체에 대해 관찰한 것과 정확하게 일치하는 것이며, 이는 유레이도 단위가 이러한 낮은 H₂O 농도에서 분자간 수소 결합을 형성하고, 따라서, 수화젤화(hydrogelation) 공정의 발생을 담당한다는 것을 의미한다. 바이오틴의 결정 구조에서 카복실산 단위는 유레이도 잔기와 수소 결합을 형성하므로(DeTitta, G. T. et al., J. Am. Chem. Soc. 1976, 98, 1920), 유레이도 양자의 화학적 이동에서의 업필드 변화는 카복실기와의 분자간 수소 결합에 의한 것임을 알 수 있다.

(3) 수소 결합 상호작용

젤레이터 5의 이량체(dimer)에서 젤레이터 분자들 사이의 수소 결합 상호작용을 MOPAC6 소프트웨어 (http://www.ccl.net에서 입수) 및 AM1 해밀토니안(Hamiltonian)을 이용하고 MMOK (CONH-타입의 연결(linkages)에 대한 분자 역학적 보정)를 고려하여 조사하였다(도 4 참조).

그 결과, 생성열이 가장 낮은 가장 유효한 수소 결합은 이량체의 유레이도 및 카복실 기 사이에서 일어남을 발견하였다. 이러한 사실에 기초하여, 바이오틴-기재 수화젤레이터에서 바이오틴 잔기의 유레이도 기가 다른 젤레이터 분자의 말단 카복실산 단위에 분자간 수소 결합을 형성함으로써 자가 조립된 중합체 쇄(chain)를 형성함을 예측할 수 있다. 이러한 수소 결합 외에, 소수성 상호작용 및 반 데르 발스의 힘(van der Waals’forces)이 젤화 공정 뿐만 아니라 젤 상태에서의 구조적 거동(architectural behavior)에 중요한 역할을 한다.

시험예 4: 수화젤에서 리간드-수용체 상호작용의 역할

수화젤레이터로 제조된 수화젤에서 리간드-수용체 상호작용의 역할을 조사하기 위해, 0.002 g의 젤레이터 9를 1 ㎖의 증류수에 가하고 100℃에서 가열하여 수화젤을 형성시킨 후, 0.002 당량의 스트렙타비딘을 수화젤에 가하고 1시간 후에 SEM 이미지를 관찰하였다.

그 결과, 도 5의 SEM 이미지(a: 스트렙타비딘 첨가 전; b: 스트렙타비딘 첨가 후)에서 볼 수 있는 바와 같이, 스트렙타비딘의 첨가로 인해 젤 상태가 파괴되었으며, 스트렙타비딘 첨가 후의 젤 섬유에서는 많은 균열이 관찰되었다. 이러한 결과는 스트렙타비딘 분자가 리간드-수용체 상호작용에 의해 바이오틴의 유레이도 기에 특이적으로 결합함으로써 젤레이터의 섬유 네트워크를 파괴한다는 것을 의미한다.

시험예 5: 바이오틴-기재 수화젤에 의한 약물 전달

1 ㎖의 50 μM 지도부딘(Zidovudine; AZT) 용액 및 물(공시험)에 젤레이터 9를 0.3 중량%가 되게 각각 용해시키고 100℃에서 가열하여 젤을 형성시킨 후, 젤을 1 ㎖의 물에 각각 담갔다. 일정 시간 후 각 시험군의 용액을 분리해 내고, 공시험 용액을 대조군으로 하여 AZT를 함유하는 용액의 UV/VIS 흡광도를 266 nm(AZT의 λ_max)에서 기록하였다. 기록 후, 용액(1 ㎖)들을 다시 각 젤에 가하였다. 이러한 순환 공정을 9시간 동안 계속함으로써 젤로부터 방출되어 물에 용해된 AZT의 양을 정량하였다. 그 결과, 도 6a에 나타낸 바와 같이, 9시간 후 단지 약 18 %의 AZT가 젤상으로부터 수상으로 방출되었으며, 젤 자체에 대해서는 실질적으로 UV/VIS 흡광이 관찰되지 않았다.

또한, 수화젤로부터 AZT의 방출에 대한 스트렙타비딘의 영향을 조사하기 위해, 상기와 같이 AZT 용액에서 젤을 형성한 후, 0.002 당량의 스트렙타비딘이 첨가된 물에 담가 동일한 실험을 반복하였다. 그 결과, 스트렙타비딘의 첨가로 인해 각 측정 시점에서 AZT의 방출량은 약 1~7 %씩 증가하였다(도 6a). 이러한 결과로부터 본 발명의 바이오틴-기재 수화젤로부터의 약물 방출을 스트렙타비딘을 이용하여 조절할 수 있음을 알 수 있다.

한편, 젤이 AZT를 함유할 때의 형태 변화를 확인한 결과, AZT를 함유한 젤은 균일한 젤에서 불균일한 젤로 변화하였으며, 젤 형성 후 채취한 젤로부터 관찰된 SEM 이미지에서 내부 구조가 변화한 것을 볼 수 있다(도 6b).

본 발명에 따른 바이오틴-아미노산 결합체는 저분자 화합물로서 생체 이용에 적합하고, 수성 매질에서 매우 우수한 젤화 특성을 나타내므로 이를 이용하여 제조된 수화젤은 약물 전달체로서 매우 유용하다.

Claims

하기 화학식 1로 표시되는 바이오틴-아미노산 결합체:

화학식 1

상기에서,

R은 C₁-C₆ 알킬; 또는 페닐, 메틸 또는 메틸티오로 치환된 C₁-C₃ 알킬이다.
삭제
제1항에 있어서,

R이 C₄-C₆ 알킬 또는 페닐메틸인 것을 특징으로 하는 바이오틴-아미노산 결합체.
(a) D-바이오틴, 1-(3-다이메틸아미노프로필)-3-에틸카보다이이미드·HCl (EDC) 및 N,N-다이메틸-4-아미노피리딘 (DMAP)을 유기 용매에 용해시키고, 여기에 아미노산의 메틸 에스터를 가한 후 4 내지 6시간 동안 반응시키는 단계; 및

(b) (a)에서 얻어진 화합물을 메탄올과 증류수의 혼합용매 중에서 NaOH와 4 내지 6 시간동안 반응시키는 단계를 포함하는,

제1항의 바이오틴-아미노산 결합체의 제조 방법.
제4항에 있어서,

(a) 단계의 용매가 다이메틸폼아마이드인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항의 바이오틴-아미노산 결합체를 수성 매질에 용해시켜 제조된 수화젤.
제6항의 수화젤 및 그 안에 포획된 약물을 포함하는 약물 전달체.
제7항에 있어서,

아비딘, 스트렙타비딘, 사이클로덱스트린, 및 인슐린으로 이루어진 군에서 선택된 바이오틴의 수용체 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 약물 전달체.
삭제