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키토산을 지지체로 이용한 고분자성 항균제 개발에 관한 연구
염수환 ( Sooh Wan Yum ),김지혜 ( Ji Hye Kim ),홍성채 ( Sung Chae Hong ),정연진 ( Yun Jin Jung ),김영미 ( Young Mi Kim ) 한국키틴키토산학회 2010 한국키틴키토산학회지 Vol.15 No.4
제어방출특성을 가진 고분자약물의 개발에 관한 연구의 일환으로서 킬레이트결합을 이용한 지지체(matrix)와 약물과의 결합에 대해 연구하였다. 지지체와 약물은 모두 배위 또는 킬레이트결합에 필요한 배위자를 가져야 하므로 킬레이트결합 능력이 뛰어난 키토산을 지지체로 하여 금속이온과 킬레이트 결합을 할 수 있는 항생물질인 테트라사이클린(Tc)을 대상으로 Cu(II), Zn(II), Mg(II)와 Ca(II)을 이용한 고분자지지체-금속이온-Tc를 합성하고, 농도, pH 및 금속이온/Tc의 비율을 변화시켰을 때 이들이 약물의 결합에 미치는 영향, 약물의 방출특성, 항균력의 지속시간을 조사하였다. 키토산에 금속이온- 약물 복합체용액을 적용시키는 한단계반응으로 키토산-금속 이온-Tc 복합체(CMTC)를 합성하였다. 금속으로Cu(Ⅱ), Zn(Ⅱ)를 사용했을 때 초기 반응용액의 pH가 4.0일 때 Tc의 결합이 최대를 나타내었다. 결합량은 금속이온/약물의 비를 증가시키면 Cu(Ⅱ)에서는 오히려 감소하나, Zn(Ⅱ)에서는 영향이 없었다. 온도를 10℃에서 4℃로 낮추면 금속 (Cu(Ⅱ) Zn(Ⅱ)) 에 상관없이 약물의 결합량이 증가하였다. Mg(Ⅱ)와 Ca(Ⅱ)을 금속으로 사용한 경우는 어떤 반응조건에서도 약물의 결합은 미미하였다. 약물의 방출은 batch와 flow method로 수행하였는데 방법에 상관없이 키토산-Zn(Ⅱ)-Tc 복합체 (CZTC)가 키토산-Cu(Ⅱ)-Tc 복합체 보다 많은 약물을 방출하였다. CMTC에 대한 항균력 실험은 G(-)균인 Escherichia Coli TG-1와 G(+)균인 Bacillus Subtilis NA-1을 대상으로 하여 Ditch Plate 방법으로 행했다. CZTC 경우 대조군 (당량의 free Tc)과 비교하였을 때 항균력이 상당한 기간 동안 지속되었다. 본 연구결과는 킬레이트결합을 이용한 제어방출성 약물의 개발을 위한 중요한 정보가 될 것으로 기대한다. To develop a polymeric drug having controlled-release properties, chitosan-metal-tetracycline ternary complexes (CMTC) were prepared using Cu(Ⅱ), Zn(Ⅱ), Mg(Ⅱ) and Ca(Ⅱ) as metals. Coupling of tetracycline (Tc) was examined varying concentration, temperature, pH and metal/Tc ratio, and properties of drug-release and prolongation of antimicrobial activity were investigated. Coupling of Tc to chitosan was carried out by one-bath process. Binding was favored at initial pH 4 and lower temperature and the maximal binding of Tc was observed on treatment at 4.6 mM Tc-metal complexes regardless of metals. While an increase of Zn(Ⅱ) concentration to 9.2 mM did not affect binding amount of Tc, such increase diminished binding of Tc to chitosan for Cu(Ⅱ). Binding amount of Tc was on the order of Zn(Ⅱ) > Cu(Ⅱ)>>Mg(Ⅱ), Ca(Ⅱ). The degree of the Tc release, which was examined by batch and flow method, was greater for chitosan-Zn(Ⅱ)-tetracycline complex (CZTC) than chitosan-Cu(Ⅱ)-tetracycline complex (CCTC). The Tc release became greater as pH decreased or temperature increased. Antimicrobial activities were tested against G(+) Bacillus subtillis NA-1 and G(-) Escherichia coli TG-1 by employing ditch plate method. CZTC and CCTC showed prolonged activity compared to free Tc, whose activity was more prolonged for CTZC. Our data suggest that chitosan is of use as a polymeric matrix for controlled release of drugs to form a chelate with metals such as Cu(Ⅱ) and Zn(Ⅱ).
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