약물 전달 기관으로 림프관의 이용

림프관의 이용에 대하여 우리가 약물을 개발하면서 또하나의 목표가 어떻게하면 약물이 분해되지 않고 그대로 systemic cerculation으로 들여보낼 수 있을까 하는 것입니다.

 

약물이 간에서 대사를 받느냐 안받느냐는 굉장히 중요한 문제가 되고 우리들은 다양한 criteria를 만들어 안정성 테스트를 통과한 약물만을 리드로 선정을 하게 됩니다. 그러면에서 간이라는 1차 대사기관을 거치지않고 우회로 systemic cerculation 으로 들어갈 수 있 는 방법이 있다면 좋지 않을까 하는 생각이 들게됩니다.

 

우리는 약물 개발시 ‘언제 걱정을 해야하는가’라는 주제의 이야기를 해보면 첫째는 1st path metabolism을 견디게 하는 것이고, 둘째는  2차 대사 및 관련 enzyme들이 종간의 차이가 있는 경우 잘 못 해석이 되지 않도록 면밀히 분석을 하는 것입니다.

 

그런데 그 중하나가 재미있는 접근법인 것 같아 오늘 이야기를 해볼까 합니다. 새로운 프로드럭 approach방 법으로 림프계를 이용하는 것입니다. 바로 장간막 림프라고 하는 것이구요. 이것은 백혈구를 포함하는 무색의 액체로 조직과 배수구를 림프계를 통해 혈류로 흡수합니다. 림프계는 림프가 조직에서 혈액으로 흘러 들어가는 혈관의 네 트워크를 말합니다.

 

그런데 이것이 BA를 증가 시키수 있는 역할을 할 수 있는 곳임과 동시에 면역세포를 타겟으로 할 수 있는 곳으로 활용할 수 있다라는 것입니다. 일반적으로 림프계는 체액 항상성, 지질 대사 및 면역 조절에 필수적인 역할을 하는 것으로 알려 져 있구요. 몸 전체를 연결하는 vessel, node, tissue의 네트워크라고 생각하면 됩니다.

 

특히 암에서 metastasis가 일어날 때 림프절은 전이의 주요 부위이며, 최근 연구에서는 림프 기능, 지질 침착, 비만 및 죽상 경화증 사이의 관련성이 제시 되었구요. 또한 면역세포들이 자라고 왔다 갔다하는 중요한 장소 이면서 외부 침입물들이 쪼개져 들어와 presenting이 되고 T-cell의 활성화 등이 일어나게 하는 곳이기도 합니다. 병리학 적 변화와 면역에서의 림프관의 역할은 림프 - 표적화 된 약물의 전달로 질병 치료가 가 능하다는 인식을 끌어냈다고 합니다.

 

또한, 림프를 이용한 전달 시스템에서 나노 기술을 사용하여 지질 전달 과정에 '(hitchhike)'하는 방법이나 혹은 lipid assembly를 모방하는 구조를 만들어 delivery하는 기술로 진행되고 있습니다. 여기에서는 건강과 질병의 림프계와 림프 침강 및 수송의 다양한 메커니즘을 간단히 요약하고 치 료 효과가 향상된 림프 전달 사례에 대해 이야기 할까함니다.

 

그리고 이곳 lymphatic system을 이용하는 물질들을 보면 리피드, 비타민, 콜레스테롤, 그리고 약물들을 순환계로 보내는 주요한 통로로 사용되고 있습니다. 이곳을 이용하게 되면 간을 거치지 않기 때문에 1차 간 대사를 피할 수가 있구요. 대신에 enterocyte-based 대사를 받을 수가 있으며 lymphocytes가 풍부한 부위로 약물 전달을 유도합니다.

 

간단히 말하면, 지질 흡수 / 수송 경로를 이용하여 약물을 보낼 수 있는 거구요. 그런데 lipid pathway를 이용하기위한 전제조건으로 lipid source가 필요하면서 동시에 logP값이 적어도 5이상이 되어야 한다는 것이구요. 그렇지 않으면 지질로 인식을 못하기 때문에 간 대사의 pathway를 거치게 됩니다. 약물을 디자인할때 이 조건이 아주 중요합니다. 

 

그래서 대표적인 Lipid인 TG의 흡수과정을 보면 TG의 경우 GI lumen에서 췌장의 담도 lipase에 의해 MG + FA로 분해가 됩니다. 이 상태로 enterocyte로 흡수가 되는 과정을 거치게 되는데요. 이렇게 들어오고 나면 다시 재합성과정을 거쳐 TG로 되게되면 lipophilicity가 증가된 상태로 enterocyte에 있는 LP에 의해 인식되어 어셈블리 과정이 일어나게 됩니다.

 

이렇게 만들어진 LP 에 셈블리는 직접 림프로 이동을 하게되고 direct하게 blood circulation을 하게 됩니다. 그리고 약물의 경우에도 logP가 5이상이 되는 경우 같은 경로를 통해서 이동을 할 수가 있게 되 고 그렇지 않은 경우 blood를 통하여 1차 대사를 받기위해 간으로 이동하게 됩니다.

 

결국은 약물이 흡수된 이후에 간 대사를 받지 않고 림프케필러리로 이동을 할 수 있도록 만들어 바로 systemic circulation으로 만드는 것이 중요한 포인트가 됩니다. LP는 사이즈가 80nm에서 1um정도로 크기때문에 혈관으로 들어가지 못하고 림프를 이용하게 되는 것이구요.

 

여기에서 중요한 것은 약물이 lymph lipoprotein과의 assembly가 되도록 만드는 것이 되겠습니다. 조금더 이야기하면, 이러한 경로에 의해 형성된 TG는 전형적으로 ER 루멘에 들어가고 지단백질 (LPs; 오렌지색 원으로 표시됨)로 조립된다. LPs는 그 다음 Golgi에 수송되고, enterocyte에서 exocytosed하고, 장의 임파선 시스템으로 들어간다. 지단백질 어셈블리 경로에 포함 된 지질과 골 지기는 장의 임파선 시스템에 의한 systemic circulation으로 운반을 예정하고 있기 때문에이 지질 풀은 림프 지질 전구체 풀이라고합니다.

 

세포질 내 지질 풀은 또한 장 세포 내에 위치하는데요. 이 지질 저장고는 G3P 경로에 의해 형성된 과도한 TG와 FA 또는 카이로 미크론 잔류 물의 형태로 장 혈액 공급으로부터 흡수 된 내인성 지질을 포함합니다. cytosol lipid는 세 포질 리파아제에 의한 가수 분해를 일으키고, 형성된 소화 생성물은 TG 조립 경로로 재순환 될 수있구요.

 

그러나,이 풀내에서 지질의 대부분은 TG 또는 자유 FA의 형태로 enterocyte를 종료하고 문맥 혈액으로 흡수됩니다. 따라서, 문맥에 의해 장 세포로부터 운반되는 지질 풀은 포털 지질 전 구체 풀 (점선 적색 선)으로 불립니다. 장내 세포 내 지질의 인신 매매 및 풀 링은 친 유성 약물의 세포 내 처리에 중요한 영향을 미치게 되는데요. 림프 성 약물 수송의 결정 요인이 lipophilicity인데 carbon의 사이즈에 따라 림 프트랜스포트에 미치는 영향을 lipid formulation을 만들어 체크 해 보았구요. 약물은 말라리아 치료제로 쓰이는 Halofantrine을 프로브 화합물로 사용을 했습니다.

 

보시는데로 lipd free인 경우와 비교해서 길이가 길어질수록 림프로의 이동이 높아지는 것을 확인 할 수가 있었습니다. 여기까지의 결과로 알 수 있는 것은 림프로의 이동에 리포프로테인이 중요한 역할을 하기 때문에 약물에 이런 Lipid-like prodrug 을 만들어서 지질이 흡수되는 경로를 이용하게하면 림프로의 이동 이 증가하고 결국은 BA를 높일 수 있겠다라는 것이죠.

 

그리고 더불어서 면역질환과 관련한 targeting과 전이성 암과 관련하여 특히 효과가 뛰어날 것으로 생각됩니다. 실제로 이전에는 일반약물의 delivery를 위해 nano-particle, lipid delivery를 이용 했는데 이제는 약물에 직접 lipid를 달아서 림프로 부터 똑같은 인식을 통해 전달하자는 것이죠. TG의 metabolic pathway를 이용하여 약물에 그대로 적용하면 같은 결과를 얻을 수 있지 않을까 하는 거구요. 그런 예를 두가지 소개를 할까 합니다.

 

그래서 테스토스테론과 MPA(Mycophenolic acid)약물 두가지의 경우 예를 들었는데요. 먼저, 테스토스테론의 경우는 호르몬제이며 주사제로 사용되지만 1차 대사가 워낙 크기때문에 prodrug을 적용할 경우 경구제로서 BA가 늘어날 수있는지, 그리고 면역억제제중의 하나인 MPA 약물의 경우도 프로드럭을 적용할 경우 림프노드를 통해 림포사이트로 약물이 잘 전달 되는지를 확인 하였습니다. 먼저 테스토스테론의 경우 글리세라이드 백본과 약물 사이에 링커를 도입했구요.

 

그 링커의 길이에 따라 림프로 이동하는 약물의 양이 증가하는 것을 확인 했구요. 그렇지만 길이가 계속 늘어난다고 약물유입이 계속 늘어나는 것으로는 보여지지 않습니다. 결국 적절한 길이가 중요해 보이구요. 또한 운데카노이트를 붙인 경우 BA가 5%정도였는데 이약물과 비교하여 링커가 늘어나는 것에 따라 플라스마에서의 프리 약물 농도도 증가 되는 것을 확인 했으며 경구투여 후 AUC에서 보면 운데카노이드 보다 약 15배 정도 증가된 것을 확인 했습니다.

 

Prodrug approach의 경우에는 stability가 제일 큰 문제인데 안정성에 큰 영향을 미치는 부분이 기본적으로 약물과 연결되는 부분과 또 하나는 pathway dependent하게 깨지느냐 인데요. 여기에 서도 보면, GI track에서 깨져야 하는 부분과 circulation동안에 깨져야 하는 부분으로 나누어 생각 해야합니다.

 

링커의 길이에 따라 esterase에 의해 깨어지는 경우가 허다하기 때문에 여기에서도 그걸 막기위해 베타위치에 메틸그룹을 도입하는 것을 생각했네요. 그리고 약물과 링커의 연결부위가 직접 깨어지는 것 보다 self-immolative하게 약물이 릴리즈 되 게 하는 것도 또하나의 포인트입니다.

 

이제는 그런 예들이 많이 보고되고 있죠. 다양한 prodrug approach에서 이제는 기본적으로 도용을 하고 있습니다. 그래서 확인을 했더니 베타 메틸그룹을 가진 화합물의 경우가 기대했던 것처럼 제일 좋은 결과를 보여줬습니다.

 

Mycophenolic acid는 신장이나 심장등의장기 이식에서 거부 반응을 예방하는 면역 억제제 이구요. MPA는 DNA와 결합하지 않고 guanosine nucleotide de novo 합성을 억제합니다. T 세포와 B 림 프구는 purine의 de novo 합성에 대한 그들의 증식에 절대적으로 의존하고 있기 때문에 MPA는 lymphocytes에 강력한 cytostatic 효과를 갖는다. Mycophenolate 나트륨은 신장과 심장 동종 이식 의 쥐 모델에서 급성 거부 반응의 발생을 예방하는 것으로 나타났습니다.

 

Mycophenolate 나트륨 은 또한 마우스에서 항체 생산을 감소시킵니다. 이 약물에 프로드럭을 도입 했을 경우 direct하게 리프관을 통하여 림프구로 이동이 가능할지에 관하여 살펴보았습니다. 구조를 보면 적당히 lipophilic하지만, 림프 system으로 수송 될 것으로 예 상되지 않습니다. 그래서 똑같이 글리세라이드 프로 드러그를 만들어 보았다. TG 유도체의 프로드럭을 만들면서 이 전의 lipid prodrug과의 비교도 했는데요. Rat에서의 데이타 이구요.

 

역시 TG 유도체의 경우가 훨씬 높은 림프로의 이동을 보여줍니다. 그리고 림프노드에서의 parent drug으로의 전환도 훨씬 잘되는것이 free form으로 투여했을때와 비교가 됩니다. 그리고 Large animal model인 greyhound dog에서의 스터디도 진행 중이구요. Rodent와 더 큰종 인 개, 사람과의 GI에서의 physiological 환경의 차이가 있을 것으로 보이기 때문에 이런 진행을 cross-check 스터디를 진행 했다고 합니다.

 

지금까지의 결과는 rat에서의 결과와 거의 일치하는 것을 보여줍니다. 우리약물이 이뮨반응과 겹쳐서 면역반응이 일어나는 경로를 따라 추적하면서 같이 움직일 수만 있다면 약물의 효과는 훨씬 더 늘어날 것으로 보입니다. 이런 approach가 아직은 임상적으로 평가 되지는 않았지만 조만간 평가 된 결과들이 나올 것으로 기대 됩니다.

 

따라서 우리들도 이런 메커니즘에 대한 이해와 약물의 평가방법 및 약효를 올릴 수 있는 방법을 끊임없이 생각해 내야 할 것입니다. 기존의 방법들의 틀에서 벗어나 실제로 우리가 개발하는 약 물을 원하는 곳으로 정확히 보낼 수 있는 방법의 툴 중에 하나라고 생각됩니다. Resveratrol : 포도껍질, 포도씨, 땅콩, 오디에 들어 있는 물질입니다.

 

항암, 항바이러스, 신경보호, 항노화, 항 염, 수명연장등의 효과가 보고되고 있습니다. 비만 억제용으로도 사용. 이 문헌에서는 active phenolic compound (APC)를 가지고 TG 전구체를 도입하여 lymph로 보내는 연구를 한 예입니다. 벌써 문헌으로 연구가 보고 되고 있는 중입니다.

 

이 approach를 통하여 처음으로 adipose tissue에 obesity antagonist를 delivery하는데 이용을 하였습니다. 이 연구는 lipid-mimetic 유도체가 실제로 지방 조직을 표적화 할 수 있음을 보여 주며, 따라서 이 lipid-mimetic drug을 통하여 활성 분자를 원하는 지방 조직뿐만아니라 systemic circulation으로 보낼 수 있는 유용한 전략의 예가 될 것입니다.