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아인 고
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1 Polymer(Korea), Vol. 32, No. 3, pp , 2008 쥐경동맥손상모델에서 Poly(n-butylmethacrylate) 혹은 Poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) 를이용한 Paclitaxel 국소전달요법의신생내막형성억제효과 권진숙ㆍ이호연 ㆍ허신행 ㆍ박노관ㆍ심태진ㆍ김유경ㆍ김범수 ㆍ김동운 충북대학교의과대학내과학교실, 충북대학교공과대학화학공학부 (2008년 2월 18일접수, 2008년 3월 22일채택 ) Inhibition of Intimal Hyperplasia by Perivascular Delivery of Paclitaxel Using Poly(n-butylmethacrylate) or Poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) in Balloon-Injured Rat Carotid Arteries Jin-Sook Kwon, Ho-Yeon Lee*, Shin-Haeng Heo*, Rho-Kwan Park, Tae-Jin Shim, Yu-Kyug Kim, Beom Soo Kim*, and Dong-Woon Kim Department of Internal Medicine, College of Medicine, Chungbuk National University, Cheongju, Chungbuk , Korea *Department of Chemical Engineering, College of Engineering, Chungbuk National University, Cheongju, Chungbuk , Korea (Received February 18, 2008; Accepted March 22, 2008) 초록 :Poly(n-butylmethacrylate)(PBMA) 와 poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) (PHA) 가혈관협착방지를위한국소약물요법시유용한고분자인지검정하였다. 10% paclitaxel 함유필름으로부터방출되는 paclitaxel 은초기 1주간은빠르게, 30일까지는중증도로, 이후는천천히방출되었다. Paclitaxel 함유필름들은풍선손상을가한쥐경동맥의신생내막증식을억제하였다 (PBMA vs contol:0.03±0.02 vs 0.10±0.01 mm 2, p<0.05; PHA vs control: 0.04±0.03 vs 0.09±0.01 mm 2, p<0.05). PBMA 와 PHA 는혈관협착방지를위한약물전달고분자로유용할것으로사료된다. 고분자필름은혈관외벽에장착이용이한경우사용될수있다. 또한, 이고분자들은약물방출스텐트개발시이용될수있다. Abstract: Polymer is a critical component of local drug delivery to prevent restenosis. This study tested whether poly(n-butylmethacrylate)(pbma) and poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) (PHA) was candidates for this purpose. In vitro release of paclitaxel from PBMA and PHA loaded with 10% paclitaxel exhibited a triphasic release profile, with a fast initial and intermediate second phase followed by a slow release phase. Perivascular delivery of paclitaxel using these films inhibited neointimal hyperplasia in balloon-injured rat carotid arteries. The paclitaxel-loaded PBMA or PHA groups showed significant neointimal formation reductions versus the control groups (PBMA vs contol: 0.03±0.02 vs 0.10±0.01 mm 2, p<0.05; PHA vs contol: 0.04±0.03 vs 0.09±0.01 mm 2, p<0.05). This study suggests that PBMA and PHA could be good candidate polymers of local drug delivery to prevent restenosis. Perivascular delivery using these films represents a possible approach for prevention of restenosis. These can be candidate polymers for drug eluting stents. Keywords: restenosis, drug delivery systems, polymers, paclitaxel. 서 최근허혈성심질환이나만성신부전, 또는말초혈관질환환자에서시행되는경피적관동맥중재술, 관동맥우회술, 동정맥루형성술, 말초혈관우회술등의초기성공률은매우높은편이나, 장기적으로는많 론 To whom correspondence should be addressed. kdwoon@chungbuk.ac.kr 은경우에있어혈관재협착이일어난다. 관동맥성형술은허혈성심질환환자에서초기성공률 90% 이상의매우유용한치료방법이나, 시술후 6개월내에 30 50% 에서발생하는재협착이장기적인성공의걸림돌이되고있다. 1,2 이러한재협착의기전으로는탄성반도, 혈전형성과결체조직의구조화, 내막증식및후기혈관벽재형성등이기초및임상적연구결과로제시되고있다. 3,4 현재많이시행되는관동맥스텐트삽입술은탄성반도와혈 284

2 쥐경동맥손상모델에서 PBMA 혹은 PHA 를이용한 Paclitaxel 국소전달요법의신생내막형성억제효과 285 관벽재형성을효과적으로방지하여재협착률을약 10% 정도낮출수있었으나, 이경우내막의증식은더심한정도로유발되어스텐트삽입후재협착 (in-stent restenosis) 이발생하는것으로되어있다. 5 이러한문제점을해결하고자최근에는내막증식을억제하는약물을사용한약물방출스텐트를임상에도입해서사용하고있고, 그결과재협착률을획기적으로줄일수있었다. 5-8 이러한약물방출스텐트의약제로는 paclitaxel 과 sirolimus(rapamycin) 가주로사용되고있으며, 현재까지의그임상성적은짧지만우수하다. 5-8 그러나, 약물방출스텐트의경우스텐트를삽입할수없는경우에는사용할수없다는단점이남아있다. 관동맥우회술의경우에는경피적관동맥중재술에비해장기적혈관개통률이높은반면, 개흉술이라는큰수술이필요하며재협착으로인한재수술시에는수술난이도와사망률이높으며, 성공률도현저히저하되는것으로알려져있고, 만성신부전환자들이혈액투석을위해시행받는동정맥루형성술 (arteriovenous shunt) 이나동정맥우회이식수술도많은빈도수에서는재협착으로재수술하여야하는경우가많다. 이론적으로혈관의재협착은시술된혈관주변의국소부위에서일어나는현상이므로, 재협착의방지를위해서는전신적인치료요법보다는, 고농도의약물투여가가능한국소약물요법 (local drug therapy) 과같은부위특이적인 (site-specific) 치료가더유용할가능성이있다. 최근각광을받고있는약물방출스텐트도이러한부위특이적인치료방법의하나로볼수있다. 5-8 이러한국소부위로의약물전달에있어서중요한것은효과적인약물과적절한약물전달체의선택이다. 적절한약물전달체의선택은약물의선택과마찬가지로매우중요하며, 약물의전달속도조절등에도매우중요한역할을한다. 약물전달체는국소부위에사용되는만큼이식된체내에서염증반응등의부작용을일으키지않으면서안정적으로약물을방출하는능력을갖고있어야한다. 이외에도국소부위에시술되기때문에술자의의도대로성형이가능하여야한다. 또한, 약물방출스텐트에서대부분고분자를전달체로사용하고있으며, 이상적인전달체의발굴이매우중요하다. 국소전달요법에관한현재의연구들은주로약물방출스텐트에만집중되어있는게현실이다. 관동맥우회술, 동정맥루형성술, 말초혈관우회술등의경우에는혈관외벽을통한약물의국소전달요법이전신부작용도적으면서그효과가매우유용할것으로사료되나, 이분야의연구는아직까지미흡한상태이다. 임상적으로현재매우중요한위치를차지하고있는약물방출스텐트에개발에있어, 직접스텐트를사용하여개발을할경우매우높은비용과시간이소요된다. 그러므로, 적은비용과노력으로실험을할수있는혈관외벽을통한협착방지연구결과는약물방출스텐트에서사용될수있는후보약물발굴및용량결정, 약물방출역동학, 후보고분자를선택하는데큰도움을줄수있을것이다. 본연구진은외부온도에따라그성상을달리하는 Pluronic gel 을이용하여혈관외벽을통한 paclitaxel 의전달이혈관재협착을억제할수있다는결과를보고한바있다. 9 이러한젤형태의전달체는취급이용이하고, 약물방출능력이뛰어나지만체내에서머무는시간이너무짧고, 또한혈관에도포시일률적으로도포가되지않고쏠림현상이발생한다는단점을갖고있으며, 약물방출스텐트의고분자로는사용할수없다. 이런이유로본연구에서는좀더취급이용이하 고안정적으로약물을전달할수있는필름형태의 paclitaxel 함유고분자를제작하여혈관의재협착을효과적으로방지하는지를알아보고자하였다. Poly(lactic-co-glycolic acid)(plga), poly(ε-caprolactone) (PCL), polyhydroxyalkanoates 등의생분해성고분자는수술용봉합사, 약물전달, 조직공학등의의료분야에폭넓게활용되어왔다 본연구에서는생분해성고분자로 poly(3-hydroxybutyrate-co- 4-hydroxybutyrate) 와비분해성고분자로 poly(n-butylmethacrylate)(pbma) 를사용하여 paclitaxel 을포함한필름을제조하여손상된혈관외벽에장착함으로써혈관재협착방지효과를알아보고자하였다. 또한, 이연구의결과는약물방출스텐트개발에있어전단계연구로도활용될수있을것으로기대된다. 실 연구대상. 본실험의연구대상은 8주령의체중 g의수컷 Sprague-Dawley Rat( 중앙실험동물 ( 주 ), 서울, 대한민국 )(n=23) 을구입하여, 실험전 2 주간의안정기간을거친뒤실험에사용하였다. 실험백서들은무게를제한하여크기에의한차이를배제하였으며, 모두숫놈의백서를사용하여성별에의한차이도없앴다. Paclitaxel 함유필름의제조. 비분해성고분자 poly(n-butylmethacrylate)(pbma) 와 polystyrene-b-polybutadiene-bpolystyrene(sbs) 는 Aldrich 에서구입하였다. 생분해성고분자 poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate)(pha) 는 Ralstonia eutropha(atcc 17699) 를유가식배양하여균체를얻은후 chloroform 으로추출, 정제하였다. 13 합성된고분자의 4-hydroxybutyrate 의조성은 3.5 mol% 였다. 실험에사용된 paclitaxel 은삼양제넥솔 ( 삼양제넥스 ) 을사용했으며, 이제품에는 paclitaxel 이 99% anhydrous base 로들어있다. 분말상태의 paclitaxel 2 mg 과고분자 18 mg 을 1 ml 의 dichloromethane 에용해시킨후제형을위해유리판사이에부어일정한두께로제형을완성하였다. 완성된필름형태의제형은실온에서 24 시간이상건조시켜 dichloromethane을제거하였다. 완성된 paclitaxel 함유필름의두께는약 40 μm 였으며, 이를 9 10 mm 의크기로절단하여 200 μg의 paclitaxel 을함유하도록제조하였다. Paclitaxel 과분자량이유사하고붉은색의염료로 in vitro 및 in vivo 실험에서방출확인이쉬운 rose bengal을 paclitaxel 대신첨가해필름을제조하였다. Rose bengal 20 mg 을 2 ml 에탄올에녹인후, 고분자 180 mg을 8 ml dichloromethane에녹인용액과합쳐위와동일한방법으로필름을제조하였다. 이렇게제조된 rose bengal 함유필름은동물실험에서대조군으로사용하였다. 기계적특성및필름의약물방출속도측정. 만능재료시험기 (UTM, LR-30K, LLOYD Instrument) 를사용하여 PBMA, SBS, PHA에대한인장특성을측정하였다. 두비분해성필름과생분해성필름을이용하여혈관외벽에감을수있는필름을제조하여고분자의종류에따른약물방출특성을조사하였다. 각필름들은 10%(w/w) 의 paclitaxel 을함유하도록제조하였다. Paclitaxel 이함유된필름을쥐의총경동맥 (common carotid artery) 과비슷한크기의지름 1 mm 의스테인레스스틸에감아 50 ml의 험 Polymer(Korea), Vol. 32, No. 3, 2008

286 권진숙 ᆞ 이호연 ᆞ 허신행 ᆞ 박노관 ᆞ 심태진 ᆞ 김유경 ᆞ 김범수 ᆞ 김동운 phosphate buffered saline(pbs) 용액이담긴용기에넣은후, PBS 위에 50 ml 옥탄올을층을이루도록주입하여 PBS 내로방출된 paclitaxel 이다시옥탄올층으로모이도록유도하였다.

3 286 권진숙 ᆞ 이호연 ᆞ 허신행 ᆞ 박노관 ᆞ 심태진 ᆞ 김유경 ᆞ 김범수 ᆞ 김동운 phosphate buffered saline(pbs) 용액이담긴용기에넣은후, PBS 위에 50 ml 옥탄올을층을이루도록주입하여 PBS 내로방출된 paclitaxel 이다시옥탄올층으로모이도록유도하였다. 37 에서일정기간동안방치한후각시간대별로옥탄올층의시료를채취하여 spectrophotometer를이용, 240 nm에서흡광도를측정하였다. 각실험은모두 3번씩측정하여표준편차를나타내었다. 쥐경동맥손상모델. 실험쥐에 ketamine(50 mg/kg) 과 xylazine(6.7 mg/kg) 을복강에투여하여마취시킨후, 우측경부 (neck) 를절개하여총경동맥, 외경동맥 (external carotid artery) 및내경동맥 (internal carotid artery) 을분리한다. Microvascular clamp (Acland, S & T, Switzerland) 를총경동맥의기시부와내경동맥의원위부에착용시켜혈류를일시적으로중단시킨상태에서외경동맥을절개한다. 절개부위에 2F 풍선도자 (Fogarty catheter, Baxter Healthcare Corporation, USA) 를우측총경동맥으로삽입하고, 총경동맥의직경보다크게풍선을부풀린상태에서 3회를왕복시켜인 (a) Paclitaxel or vehicle film Common carotid artery After 2 weeks (b) Injured and Treated (Distal part) Injured but Nontreated (Proximal part) 위적으로내피세포를제거한후 microvascular clamp를제거하여혈류를재관류시켰다. 경동맥의외부에분비물및혈액을깨끗이제거한후, paclitaxel 함유필름혹은 rose bengal 함유필름으로혈관주위를감싼후 6호 silk 를이용해고정시켰다 (Figure 1). 이러한일련의시술과정에서시술자는대조군과 paclitaxel 치료군을사전에전혀알지못하도록하는맹검법을이용하여연구가이루어졌다. 쥐경동맥병리조직검사및분석. 쥐경동맥손상모델에서 paclitaxel 치료군과대조군을약물을도포한 14 일후에다시 ketamine(50 mg/kg) 과 xylazine(6.7 mg/kg) 을복강에투여하여전신마취를시키고복부정중선을절개하였다. 복부대동맥에 18 gauge 의 catheter 를삽입한후 catheter 내부로 10% formalin 용액을 100 mmhg 의압력으로흘려보냈다. 그후즉시경정맥 (jugular vein) 을절단하여방혈하고, 실험동물을 5분간관류고정시켰다. 이후우측경동맥을적출하여 10% formalin 용액에고정시켜 wax embedding sample 로제작한후, 샘플절편의두께가 4 μm 이하가되도록절단하여표본을만들었다. 이표본을 hematoxylin-eosin 염색을시행하여광학현미경으로관찰하여분석하고 image acquisition & processing system(focus) 을이용하여 quantitative morphometry 분석을시행하는방법으로실험을진행하였다. 분석에사용하는변수들은신생내막의면적, 중막의면적, 신생내막과중막의면적비, 내강면적, 혈관면적, 협착정도등을사용하였다. 혈관면적은내강면적, 내막면적및중막면적의합으로정의하였다. 통계처리. 모든자료의값은평균 ± 표준편차로표시했다. 대조군과 paclitaxel 치료군간의측정값의차이및유의성은 unpaired student t-test를통해검증하고, p 값이 0.05 미만인경우에통계적인유의성이있다고판정하였다. 결과및토론 Figure 1. (a) Immediately after injury of the right common carotid artery, a 1-cm-long distal segment of the artery was exposed and treated with paclitaxel-loaded or control films. (b) Two weeks after injury, injured carotid arteries were harvested and histomorphometric analysis was performed with film-implanted and no film-implanted regions. (c) The representative arterial cross-section of the noninjured common carotid artery. (d) The representative arterial cross-section demonstrating the significant neointimal hyperplasia 2 weeks after balloon injury. 필름의기계적특성분석. 물질의신장력을나타내는파단신장률은 PBMA 필름은 8.2%, SBS 필름은 1830% 이었다. 물질을끌어당길때균열되지않고버틸수있는최대하중을나타내는인장강도는 PBMA 필름은 5.5 MPa, SBS 필름은 6.1 MPa 이었다. Poly(3- hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) 의물성은 4-hydroxybutyrate 의함량에따라서변하여, 인장강도 MPa, 파단신장률 % 범위로알려져있다. 14 본연구에서는 3.5 mol% 4-hydroxybutyrate 조성의 PHA 를사용하였으며, 인장강도는 27.7 MPa, 파단신장률 59.1% 이었다. 고분자필름은혈관외벽에감기위해서유연성과함께신장력과인장강도등이커야한다. 그러나신장력이뛰어난 SBS 의경우는필름표면이접착성을띠어다루기어려웠다. 그에비해 PBMA 와 PHA 는신장력은약하지만표면에접착성이없고혈관외벽에감는경우형태를유지하는능력이뛰어났다. 따라서 PBMA 와 PHA 를동물실험에사용하였다. 필름의약물방출속도분석. Paclitaxel 을함유한필름은약 50 일가량측정한결과 37 에서 PBMA 는약 26%, SBS 약 15%, PHA 는약 13% 의방출량을보였다 (Figure 2). 약물의방출속도는초기 1 주일정도에가장빠르고이후 30 일정도까지중등도의속도로방출되었고, 이후매우천천히방출되었다. 약물방출특성은약물및고분 폴리머, 제 32 권제 3 호, 2008 년

4 쥐경동맥손상모델에서 PBMA 혹은 PHA 를이용한 Paclitaxel 국소전달요법의신생내막형성억제효과 287 자의친수성 / 소수성정도, 분자량, 약물과고분자사이의친화력등이복합적으로약물방출속도에영향을주어나타난결과로생각된다. 형태조직학적분석. 치료군과대조군의병리조직학적소견을경동맥손상 14 일째에비교해보면, 치료군에서신생내막의형성이현저히적어경동맥의내강면적이넓어지는것을확인하였다 (Figures 3, 4). Paclitaxel-loaded PBMA 필름군 (n=7) 의신생내막의면적은 Paclitaxel release(%) PBMA SBS PHA Days Figure 2. In vitro release profile of paclitaxel from PBMA, SBS and PHA polymers loaded with 10% paclitaxel. Polymers exhibited a triphasic release profile, with a fast initial and intermediate second phase followed by a slow release phase. Values are mean ± standard deviation. (a) (b) (a-1) (b-1) 0.03±0.02 mm 2, 대조군 (n=5) 은 0.10±0.01 mm 2, paclitaxelloaded PHA 필름군 (n=5) 의신생내막의면적은 0.04±0.03 mm 2, 대조군 (n=4) 은 0.09±0.02 mm 2 로치료군의신생내막의형성이 PBMA 필름의경우 70% 와 PHA 필름의경우 60% 감소하였다 (p<0.05, Table 1). 신생내막의형성감소로내강면적은 PBMA 필름의경우 paclitaxel 치료군에서는 0.32±0.04 mm 2, 대조군에서는 0.19±0.03 mm 2, PHA 필름의경우 paclitaxel 치료군에서는 0.28±0.06 mm 2 인것에비해대조군에서는 0.21±0.05 mm 2 로넓어졌다 (p<0.05). PBMA 와 PHA 두형태의필름모두 paclitaxel 대조군에비하여치료군에서혈관의재협착을방지한것으로확인되었다. 도포된 Paclitaxel 효과의국소성. Paclitaxel-loaded 필름을혈관외벽에장착하였을경우, 혈관의신생내막억제효과는필름이감긴부분에만국소적으로나타났다 (Figure 3(B) and 4(B)). 흉곽내부에위치하여필름의장착이불가능했던근위부총경동맥은대조군과같이신생내막의증식으로혈관내경이좁아지는것이관찰되어 paclitaxel 의혈관협착방지효과가도달하지않았음을확인했다. 토론. 국소약물전달요법은특정부위에약물치료를가능하게하고전신투여시발생할수있는전신적부작용을배제할수있다. 이러한국소적인약물전달요법을가능하게하기위해서는물론약물의선택이중요하지만, 효과적인약물전달기법을개발하는것이더중요할수도있다. 특히다른여타의질병과달리혈관질환은그적용부위가매우협소하고그내부에는항상혈액이흐르고있는상태이기때문에약물의전달이여의치않고전달된다하더라도빠른속도로손실이일어나기때문에약물이유효한농도로다다르는데어려움이많다. 이러한어려움을극복하고자많은연구가진행되어왔으며가장성공적인혈관내약물전달시스템이약물방출스텐트 (drug eluting stent) 이다. 5-8 그러나이러한스텐트만으로는해결될수없는혈관질환도매우많다. 이러한점에대한대안으로본연구진에서는이미온도민감성겔 (Pluronic gel) 을이용한 paclitaxel 의국소전달체계가효과적으로신생내막의형성을억제한다는결과를발표하였다. 그러나이경우좀더뚜렷한효과를보기위해 paclitaxel 을고농도로투여할경우혈관평활근세포에독성이나타나는문제와겔의형태를갖고있기때문에혈관의전면에일률적으로약물이농도를유지할수없다는문제가있다는것을보고하였다. 9 이외 Table 1. Histomorphometric Indices of Balloon-Injured Carotid Arteries at 14 days Figure 3. Representative photomicrographs of arterial crosssections demonstrating the marked inhibition of intimal hyperplasia by perivascular paclitaxel released from PBMA films for 14 days. Hematoxylin-Eosin stain. Bars represent 300 μm. (a) Control delivery polymer devoid of paclitaxel did not inhibit intimal hyperplasia in balloon-injured arteries. (b) Paclitaxel markedly inhibited intimal hyperplasia in treated balloon-injured arteries (a-1) and (b-1). Balloon-injured but nontreated common carotid arteries of both animals exhibited a marked intimal hyperplasia. Luminal area (mm 2 ) Neointima area(mm 2 ) % Stenosis (%) Neointima/ media ratio Media area (mm 2 ) * p<0.05 vs control. PBMA film PHA film Control film Paclitaxel-film Control film Paclitaxel-film 0.19± ±0.04 * 0.21± ±0.06 * 0.10± ±0.02 * 0.09± ±0.03 * 34.3±4.0 * 7.9±5.0 * 31.0±8.5 * 11.4±8.1 * 0.98±0.12 * 0.27±0.16 * 1.03±0.25 * 0.36±0.22 * 0.10± ± ± ±0.01 Polymer(Korea), Vol. 32, No. 3, 2008

288 권진숙 ᆞ 이호연 ᆞ 허신행 ᆞ 박노관 ᆞ 심태진 ᆞ 김유경 ᆞ 김범수 ᆞ 김동운 에도겔의경우에는체내흡수속도가너무빠르기때문에장기적인효과를기대하기어렵다는단점이있다. 본연구에서는좀더약물전달이안정적이고일률적이며방출기간을연장할수있는방법을찾기위해노력하였다. Paclitaxel 을방출하는필름형태의약물전달시스템은주로항암치료를위해많은연구가이루어졌다.

5 288 권진숙 ᆞ 이호연 ᆞ 허신행 ᆞ 박노관 ᆞ 심태진 ᆞ 김유경 ᆞ 김범수 ᆞ 김동운 에도겔의경우에는체내흡수속도가너무빠르기때문에장기적인효과를기대하기어렵다는단점이있다. 본연구에서는좀더약물전달이안정적이고일률적이며방출기간을연장할수있는방법을찾기위해노력하였다. Paclitaxel 을방출하는필름형태의약물전달시스템은주로항암치료를위해많은연구가이루어졌다. 15,16 이러한경우대부분상당히큰크기의종양을치료하기위한것이기때문에형태나필름자체의강도나유연성에는큰제한을갖지않는다. 그러나혈관에감는형태의필름형태를만족하기위해서는강도도중요하지만특히필름의유연성이무엇보다도중요하다. 본연구에서사용한 PBMA 와 PHA 고분자필름은파단신장률범위는 8-59% 로크지는않았으나접착성이없어다루기쉽고혈관외벽에감을수있을정도의유연성은가지고있으면서강도도우수해사용하는데큰문제가없었다. PBMA 필름이실지동물실험에서좀더다루기쉬웠으며이러한점은혈관외벽에필름이밀착되도록하는데매우유용한점이되었다. 그러나 SBS 필름의경우유연성은매우뛰어났지만표면의접착성이너무강해서혈관외벽에시술시필름간에서로붙어버리는문제를야기하였다. 이러한점은실질적으로임상에서응용하고자할때단순히필름의강도나유연성뿐만아니라필름표면성질에대한고찰을필요로할것이라는점을나타내는중요한결과라하겠다. 이연구외에도혈관외벽으로고분자를이용하여 paclitaxel 을전 (a) (b) (a-1) (b-1) Figure 4. Representative photomicrographs of arterial crosssections demonstrating the marked inhibition of intimal hyperplasia by perivascular paclitaxel released from PHA films for 14 days. Hematoxylin-Eosin stain. Bars represent 300 µm. (a) Control delivery polymer devoid of paclitaxel did not inhibit intimal hyperplasia in balloon-injured arteries. (b) Paclitaxel markedly inhibited intimal hyperplasia in treated balloon-injured arteries (a-1) and (b-1). Balloon-injured but nontreated common carotid arteries of both animals exhibited a marked intimal hyperplasia. 달한연구들이있다 이연구들에서는비분해성고분자 ethylene vinyl acetate copolymer, 생분해성고분자 PCL, PLGA 를사용하였으며, 혈관협착방지효과가좋았다. 그러나, 이고분자들은약물방출스텐트로만들어돼지관동맥에삽입한실험에서는심한염증반응을일으키는것이관찰되었다. 21,22 PBMA 는 Cordis 사의약물방출스텐트의 base coat 로이용되고있으며혈전형성등생체적합성이검증된고분자로본연구에서비분해성고분자로선정하였다. 23 PHA는양모델에서혈액에직접노출되는심장판막의조직공학에성공적으로적용된바있으며, 미국의 Tepha 사에의해 cytotoxicity, sensitization, irritation, hemocompatibility 등의평가가이루어져생체적합한의료용고분자로추천되고있다. 24 혈관외벽으로약물을투여하는방법으로혈관협착을방지하는것이본실험의일차적인목적이다. 그러나, 약물방출스텐트개발에있어전단계연구로도활용될수있을것으로기대되기때문에, 혈액과직접노출되는실험에사용되어생체적합성이검증된 PBMA 와 PHA 고분자필름을선택하여사용하였다. 비분해성고분자를사용하여약물전달을하는경우에는약물농도기울기에따른확산에의해약물이방출된다. 이경우초창기에는빠르게약물분비가일어나다가서서히줄어든다. 약물분비속도의조절은약물과고분자의비율에의해조정할수있다. 또한고분자의종류및농도의변화로조절할수도있다. 약물이지용성인가수용성인가에따라서약물농도의유지를위한전략이다를수있다. 25 생분해성고분자를사용한경우에는고분자의표면이 erosion 이일어나면서약물이분비되는방법을이용할수도있다. 26 Paclitaxel 의조직내농도를직접측정하는것은일반적으로사용되는 liquid chromatography 를이용한방법으로는불가능하고, 방사선동위원소인 [ 3 H]paclitaxel 을이용하여측정할수있다. 그러나이것도방사선동위원소를다루어야하고작은조직에서는기술적으로매우어려워, 본실험에서실시하지못했다는제한점이있다. Creel 등은양의경동맥을적출하여 in vitro 환경에서혈관외벽으로 [ 3 H]paclitaxel 을적용하였을때시간에따라약물이혈관의내벽쪽으로적절히잘분포하였다고보고하였다. 27 본연구에서사용한 in vitro 방출거동및조직학적신생내막억제효과와 Creel 등의보고결과등을종합하면혈관외벽으로적용한 paclitaxel 이혈관내벽쪽으로적절히침투하여신생내막억제효과를내었을것으로생각된다. 쥐경동맥손상모델을이용한효과검증에서도 paclitaxel 이포함된 PBMA 와 PHA 필름이혈관재협착률을약 70% 정도감소시켰다. 이것은필름으로부터방출된 paclitaxel 이어떠한기능적인손실없이방출된후체내에서정상적으로작동하고있음을알려주는결과라하겠다. 또한 PHA 필름은박테리아의성장과정에서얻어지는생분해성물질로서, 체내에서가수분해또는 esterase 에의해분해된다. Poly(4-hydroxybutyrate) 의체내분해는 porosity 에의존하는것으로보고되었으며분해기간은 80% porosity sample 의경우 10 주에완전히분해되는되는것으로알려져있다. 24 이러한점은체내에지속적으로고분자가남아있게됨으로써발생할수있는염증반응등의부작용을줄일수있다는장점을갖게될것이다. 혈관손상후재협착발생과정에서첫수주간은신생내막의증식이매우활발하여이기간에신생내막을효과적으로억제하기위해서는고농도의증식억제약물이필요하다. 그러나, 이시기이후에는 폴리머, 제 32 권제 3 호, 2008 년

6 쥐경동맥손상모델에서 PBMA 혹은 PHA 를이용한 Paclitaxel 국소전달요법의신생내막형성억제효과 289 신생내막억제효과를유지하면서혈관내피세포의회복을방해하지않는정도로약물을유지하여내피세포가회복되게하여혈전발생등의부작용을막을수있게하는것이바람직하다. 이번실험에사용된 PBMA 와 PHA 고분자필름으로부터방출되는 paclitaxel 은초기 1주일정도에가장빠르고이후 30 일정도까지중등도의속도로방출되었고, 이후매우천천히방출되었다. 그래서본실험에사용된고분자는약물방출특성이재협착방지에사용하기에매우적합한고분자로생각된다. 향후약물방출스텐트에도사용될수있을것으로기대된다 결 PBMA 와 PHA 고분자필름으로부터방출되는 paclitaxel 은초기수주간은많은양이, 이후에는매우천천히방출되었다. 이런방출특성은재협착방지목적에적합하다. 이고분자필름들을이용한 paclitaxel 혈관외벽국소전달법은신생내막의형성을효과적으로억제하여혈관협착을방지하였다. 그러므로, PBMA 와 PHA 는재협착방지를위한국소약물요법에적합한고분자로생각된다. 이고분자필름을이용한약물전달방법은임상적으로는관동맥우회술, 동정맥루형성술, 말초혈관우회술시술등혈관외벽에장착이비교적용이하며, 내벽으로의전달에많은제약이있는경우에유용하게사용될수있을것이다. 또한이고분자들은약물방출스텐트개발시후보고분자로사용될수있을것으로기대된다. 감사의글 : 본연구는산업자원부지방기술혁신사업 ( 과제번호 RTI ) 와보건복지부보건의료기술진흥사업 ( 과제번호 : 0405-ER ) 의지원에의하여이루어진것임. 론 참고문헌 1. J. J. Popma, R. M. Califf, and E. J. Topol, Circulation, 84, 1426 (1991). 2. P. de Groote, C. Bauters, E. P. McFadden, J. M. Lablanche, F. Leroy, and M. E. Bertrand, Circulation, 91, 968 (1995). 3. J. S. Forrester, M. Fishbein, R. Helfant, and J. Fagin, J. Am. Coll. Cardiol., 17, 758 (1991). 4. J. W. Currier and D. P. Faxon, J. Am. Coll. Cardiol., 25, 516 (1995). 5. A. Farb, P. F. Heller, S. Shroff, L. Cheng, F. D. Kolodgie, A. J. Carter, D. S. Scott, J. Froehlich, and R. Virmani, Circulation, 104, 473 (2001). 6. A. Gershlick, I. De Scheerder, B. Chevalier, A. Stephens- Lloyd, E. Camenzind, C. Vrints, N. Reifart, L. Missault, J. J. Goy, J. A. Brinker, A. E. Raizner, P. Urban, and A. W. Heldman, Circulation, 109, 487 (2004). 7. D. R. Holmes, Jr., M. B. Leon, J. W. Moses, J. J. Popma, D. Cutlip, P. J. Fitzgerald, C. Brown, T. Fischell, S. C. Wong, M. Midei, D. Snead, and R. E. Kuntz, Circulation, 109, 634 (2004). 8. S. J. Park, W. H. Shim, D. S. Ho, A. E. Raizner, S. W. Park, M. K. Hong, C. W. Lee, D. Choi, Y. Jang, R. Lam, N. J. Weissman, and G. S. Mintz, N. Engl. J. Med., 348, 1537 (2003). 9. J.-S. Kwon, S.-S. Park, Y.-G. Kim, J.-H. Son, Y.-S. Lee, K. S. Kim, K.-K. Hwang, D.-W. Kim, and M.-C. Cho, Korean Circ. J., 35, 221 (2005). 10. J.-S. Park, J.-H. Shin, D.-H. Lee, J.-M. Rhee, M.-S. Kim, H.-B. Lee, and G.-S. Khang, Polymer(Korea), 31, 201 (2007). 11. S. H. Kim, K.-S. Lee, Y. H. Kim, W. J. Choi, B. S. Kim, E.- G. Kim, and D. S. Kim, Polymer(Korea), 31, 153 (2007). 12. H.-S. Kim, J. S. Kim, D.-W. Kim, B. C. Kang, B. H. Lee, and B. S. Kim, Korean J. Biotechnol. Bioeng., 18, 107 (2003). 13. J. S. Kim, B. H. Lee, and B. S. Kim, Biochem. Eng. J., 23, 169 (2005). 14. Y. Saito, S. Nakamura, M. Hiramitsu, and Y. Doi, Polymer Int., 39, 169 (1996). 15. A. B. Dhanikula and R. Panchagnula, The AAPS J., 11, e27 (2004). 16. J. Grant, M. Blicker, M. Piquette-Miller, and C. Allen, The Pharm. Sci., 94, 1512 (2005). 17. B. Kelly, M. Melhem, J. Zhang, G. Kasting, J. Li, M. Krishnamoorthy, S. Heffelfinger, S. Rudich, P. Desai, and P. Roy-Chaudhury, Nephrol. Dial. Transplant., 21, 2425 (2006). 18. N. M. Pires, B. L. van der Hoeven, M. R. de Vries, L. M. Havekes, B. J. van Vlijmen, W. E. Hennink, P. H. Quax, and J. W. Jukema, Biomaterials, 26, 5386 (2005). 19. T. Masaki, R. Rathi, G. Zentner, J. K. Leypoldt, S. F. Mohammad, G. L. Burns, L. Li, S. Zhuplatov, T. Chirananthavat, S. J. Kim, S. Kern, J. Holman, S. W. Kim, and A. K. Cheung, Kidney Int., 66, 2061 (2004). 20. J. K. Jackson, J. Smith, K. Letchford, K. A. Babiuk, L. Machan, P. Signore, W. L. Hunter, K. Wang, and H. M. Burt, Int. J. Pharm., 283, 97 (2004). 21. S. C. Goodwin, H. C. Yoon, G. Chen, P. Abdel-Sayed, M. M. Costantino, S. M. Bonilla, and E. Nishimura, Cardiovasc. Intervent. Radiol., 26, 158 (2003). 22. W. J. van der Giessen, A. M. Lincoff, R. S. Schwartz, H. M. M. van Beusekom, P. W. Serruys, D. R. Holmes, Jr., S. G. Ellis, and E. J. Topol, Circulation, 94, 1690 (1996). 23. G. Acharya and K. Park, Adv. Drug Deliver. Rev., 58, 387 (2006). 24. S. F. Williams and D. P. Martin, Applications of PHAs in medicine and pharmacy, in Biopolymers, Polyesters III, Y. Doi and A. Steinbüchel, Editors, Wiley-VCH, Weinheim, p. 91 (2002). 25. C. W. Hwang, D. Wu, and E. R. Edelman, Circulation, 104, 600 (2001). 26. A. Finkelstein, D. McClean, S. Kar, K. Takizawa, K. Varghese, N. Baek, K. Park, M. C. Fishbein, R. Makkar, F. Litvack, and N. L. Eigler, Circulation, 107, 777 (2003). 27. C. J. Creel, M. A. Lovich, and E. R. Edelman, Circ. Res., 86, 879 (2000). Polymer(Korea), Vol. 32, No. 3, 2008

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Jksvs019(8-15).hwp Grade I Grade II Grade III 12 대한혈관외과학회지 : 제 20 권 제 1 호 2004 Control Group A Group B Fig. 4. Microscopic findings of vein wall in control, group A and group B on the day of 7 after venous occlusion. The