감소된 비-독소 단백질을 갖는 보툴리눔 독소의 국소 적용및 경피 전달을 위한 조성물 및 방법 document_id A220623064888

피부는 외부의 환경적 위협으로부터 신체의 기관을 보호하고 체온을 유지하기 위한 자동온도조절장치(thermostat)로서 작용한다. 피부는 수개의 상이한 층들로 구성되며, 각 층은 특화된 기능을 갖는다. 주요 층들은 표피(epidermis), 진피(dermis) 및 피하조직(hypodermis)을 포함한다. 표피는 결합 조직으로 구성되는 진피를 덮는 상피 세포들의 겹층(stratifying layer)이다. 표피 및 진피는 모두 지방 조직의 내부 층인 피하조직에 의해 더 지지된다. 피부의 최상층인 표피는 그 두께가 0.1 내지 1.5 밀리미터에 불과하다(Inlander, Skin, New York, NY: People's Medical Society, 1-7 (1998)). 표피는 케라티노사이트로 구성되며 그들의 분화 상태에 근거하여 수개의 층들로 분류된다. 표피는 각질층(stratum corneum) 및 과립(granular) 세포, 유극(melphigian) 세포 및 기저(basal) 세포로 구성된 생 표피층(viable epidermis)으로 더 분류될 수 있다. 각질층은 수분을 흡수하며 그 유연성 및 부드러움을 유지하기 위해 10 중량% 이상의 수분을 필요로 한다. 흡습성(hygroscopicity)은 부분적으로 케라틴의 수분-보유 능력에서 기인한다. 각질층이 그의 부드러움 및 유연성을 상실하면, 이는 거칠고 부서지기 쉬워져서, 건조한 피부를 초래한다. 표피 바로 하부에 존재하는 진피는 그 두께가 1.5 내지 4 밀리미터이다. 진피는 피부의 세 층들 중에서 가장 두껍다. 또한, 진피는 또는 한선 및 유선(면포 또는 모공이라 불리는 피부의 개구부들을 통해 물질들을 분비함), 모근, 신경 말단 및 혈관 및 림프관을 포함한 피부의 구조물들의 대부분이 존재하는 곳이다(Inlander, Skin, New York, NY: People's Medical Society, 1-7 (1998)). 그러나, 진피의 주요 성분들은 콜라겐 및 엘라스틴이다. 피하조직은 피부의 최심부 층이다. 피하조직은 체온 유지를 위한 절연층 및 기관 보호를 위한 충격 흡수층으로 작용한다(Inlander, Skin, New York, NY: People's Medical Society, 1-7(1998)). 또한, 피하조직은 에너지 저장을 위해 지방을 저장한다. 피부의 pH는 정상 상태에서 5와 6 사이이다. 피부의 산성은 피지선의 분비물로부터 유래한 양쪽성(amphoteric) 아미노산, 젖산, 및 지방산의 존재 때문이다. "산성 맨틀(acid mantle)"이라는 용어는 피부의 대부분의 영역 상에 있는 수용성 물질들의 존재를 의미한다. 피부의 완충(buffering) 능력은 부분적으로는 피부의 각질층에 저장된 이 분비물들에서 기인한다. 노화의 자명한 징후들 중 하나인 주름은 피부에 대한 환경적 손상으로부터 축적되는 생화학적, 조직학적, 및 생리적 변화들에 의해 유발될 수 있다(Benedetto, International Journal of Dermatology, 38: 641-655(1999)). 또한, 안면 주름의 특징적인 접힘(fold), 골(furrow), 및 구겨짐(crease)을 유발할 수 있는 다른 이차 인자들이 있다(Stegman et al., The Skin of the Aging Face Cosmetic Dermatological Surgery, 2nd ed., St. Louis, MO: Mosby Year Book: 5-15 (1990)). 이와 같은 이차적인 인자들은 피부에 대한 중력의 지속적인 인력, 빈번하고 지속적인 위치적 압력(positional pressure)(예를 들면, 수면 동안), 및 안면 근육의 수축에 의해 유발되는 반복적인 안면 운동을 포함한다(Stegman et al., The Skin of the Aging Face Cosmetic Dermatological Surgery, 2nd ed., St. Louis, MO: Mosby Year Book: 5-15 (1990)). 노화의 징후들 중 일부를 잠재적으로 완화시키기 위해 상이한 기법들이 이용되고 있다. 이 기법들은 알파 히드록시산 및 레티놀을 포함하는 안면 보습제에서 외과적 수술 및 신경 독소의 주사에 이르기까지 다양하다. 예를 들면, 1986년에, 안과성형 전문의 및 피부과 전문의로 구성된 부부인 Jean 및 Alastair Carruthers는 미간 영역에 있는 운동과 연관된 주름들의 치료를 위해 타입 A형 보툴리눔 독소를 사용하는 방법을 개발했다(Schantz and Scott, In Lewis GE (Ed) Biomedical Aspects of Botulinum, New York: Academic Press, 143-150(1981)). Carruther 부부에 의한 주름의 치료를 위한 타입 A형 보툴리눔 독소의 이용은 1992년에 이 방식의 중요한 발표로 이어졌다(Schantz and Scott, In Lewis GE (Ed) Biomedical Aspects of Botulinum, New York : Academic Press, 143-150(1981)). 1994년까지, 동일한 팀은 안면에서 다른 운동-연관된 주름들에 대한 경험을 보고했다(Scott, Ophthalmol, 87: 1044-1049(1980)). 이는 뒤이어 타입 A형 보툴리눔 독소를 이용한 미용 치료의 시대의 탄생을 가져왔다. 흥미롭게도, A형 보툴리눔 독소는 인간에게 알려진 가장 치명적인 천연 생물학적 작용제인 것으로 언급된다. 클로스트리디움 보툴리눔(Clostridium botulinum)의 포자는 토양에서 발견되고 부적절하게 멸균되고 밀봉된 식품 용기에서 성장할 수 있다. 이 세균의 섭취는 치명적일 수 있는 보툴리누스 중독증을 유발할 수 있다. 보툴리눔 독소는 신경근 접합부(neuromuscular junction)를 통한 아세틸콜린의 시냅스 전달(synaptic transmission) 또는 방출을 방지하는 것에 의해 근육의 마비를 초래하도록 작용하고 또한 다른 방식으로도 작용하는 것으로 사료된다. 그들의 작용은 통상적으로 근육 경련 또는 수축을 유발하는 신호를 본질적으로 차단하여, 마비를 초래한다. 그러나, 보툴리눔 독소의 근육-마비 효과는 치료적 효과를 위해 이용되고 있다. 보툴리눔 독소의 제어 투여가 증상, 예를 들면, 과다활성의 골격근을 특징으로 하는 신경근 질환을 치료하기 위한 근육 마비를 제공하기 위해 이용되었다. 보툴리눔 독소에 의해 치료된 증상들은 반측안면경련, 성인 발병 경련성 사경(adult onset spasmodic torticollis), 열항, 안검경련, 뇌성마비, 경부 근긴장 이상증(cervical dystonia), 편두통, 사시, 측두하악관절장애(temperomandibular joint disorder), 및 다양한 종류의 근육 경련 및 발작을 포함한다. 보다 최근에는, 보툴리눔 독소의 근육-마비 효과가 주름, 찡그린 선(frown lines)과 같은 치료적 및 미용학적 적용, 및 안면 근육의 경련 또는 수축의 다른 결과들에서 이용되었다. A형 보툴리눔 외에, 그람-양성 세균인 클로스트리디움 보툴리눔(Clostridium botulinum)에 의해 생성되는, 혈청학적으로(serologically) 구별되는 7종의 다른 보툴리눔 독소가 있다. 이 8종의 혈청학적으로 구별되는 보툴리눔 독소 중에서,마비를 유발할 수 있는 7종이 보툴리눔 독소 혈청형, A형, B형, C형(또한, C형, D형, E형, F형 및 G형으로도 알려짐)로 지정되었다. 이들 각각은 혈청형-특이적 항체(type-specific antibody)에 의한 중화에 의해 구별된다. 이와 같은 7종의 활성 보툴리눔 독소 혈청형에 대한 보툴리눔 독소 단백질 분자의 분자량은 약 150 kD이다. 보툴리눔 독소의 상이한 혈청형은 그들이 작용하는 동물 종 및 그들이 유발하는 마비의 심각도 및 지속기간이 다양하다. 예를 들면, A형 보툴리눔 독소는 랫트에서 생성된 마비율에 의해 측정된 바와 같이, B형 보툴리눔 독소보다 500배 더 강력하다. 또한, B형 보툴리눔 독소는 A형 보툴리눔 독소의 영장류 LD50의 약 12배인, 480 U/kg의 투여량에서 영장류에서 무독성인 것으로 확인되었다. 보툴리눔 독소의 분자 크기 및 분자 구조 때문에, 보툴리눔 독소는 각질층 및 그 하부의 피부 구조의 복수 층들을 통과할 수 없다. 클로스트리디움 보툴리눔 세균에 의해 분비되는, 보툴리눔 독소는 결합된 비-독소 단백질(non-toxin protein)과 함께 약 150 kD의 보툴리눔 독소 단백질 분자를 포함하는 독소 복합체의 성분이다. 이 내생 비-독소 단백질은 헤마글루티닌 단백질 및 비-헤마글루티닌 단백질의 패밀리를 포함하는 것으로 생각된다. 상기 비-독소 단백질은 독소 복합체에서 보툴리눔 독소 분자를 안정화시키고, 변성(denaturation)으로부터, 예를 들면, 독소 복합체가 섭취되는 경우, 소화 산(digestive acid)에 의한 변성으로부터 이를 보호하는 것으로 생각된다. 따라서, 상기 독소 복합체의 비-독소 단백질은 보툴리눔 독소의 활성을 보호하고 특히, 상기 독소 복합체가 위장관을 통해 투여되는 경우 전신 투과(systemic penetration)를 증가시킨다. 보다 구체적으로, 비-독소 단백질의 일부는 특히 위장 상피를 통한 투과를 증가시키고, 다른 비-독소 단백질은 혈액 내의 보툴리눔 독소 분자를 안정화시킨다. 또한, 상기 독소 복합체 내에서 비-독소 단백질의 존재는 상기 독소 복합체가 전술된 바와 같이, 약 150 kD인 보툴리눔 독소 분자 자체의 분자량보다 더 큰 분자량을 갖게 한다. 예를 들면, 클로스트리디움 보툴리눔 세균은 약 900 kD, 500 kD 또는 300 kD의 분자량을 갖는 A형 보툴리눔 독소 복합체를 생성할 수 있다. 흥미롭게도, B형 및 C형 보툴리눔 독소는 700 kD 또는 500 kD 복합체로서만 생성되는 것으로 보인다. D형 보툴리눔 독소는 300 kD 및 500 kD 복합체로 생성된다. E형 및 F형 보툴리눔 독소는 약 300 kD 복합체로서만 생성된다. 보툴리눔 독소에 추가적인 안정성을 제공하기 위해, 독소 복합체는 제조 동안 종종 그들을 외래 안정제(예를 들면, 젤라틴, 폴리사카라이드, 또는 가장 일반적인 추가적 알부민)와 조합시키는 것에 의해 안정화된다. 안정화제는 제조, 수송, 보관, 및 투여와 관련된 환경을 포함한 별개의 환경들에서 독소 복합체에 결합하고 안정화시키는 작용을 한다. 일반적으로, 보툴리눔 독소는 보툴리눔 독소 복합체와 알부민을 포함하는 조성물의 세심한 제어 주사(controlled injection)에 의해 환자에게 투여되나, 이 접근방법과 관련된 여러 문제들이 있다. 주사가 고통스러울 뿐 아니라, 그들은 종종 원하는 치료 또는 미용 효과를 달성하기 위해, 주사 부위 주위에 국소로 대형 피하 웰(subdermal well of toxin)을 형성하기에 충분한 독소를 전달해야 한다. 훨씬 심각하게는, 치료대상 영역이 큰 경우 다수의 주사가 요구될 수 있다. 또한, 주사된 독소 복합체는 보툴리눔 독소를 안정화시키고 독소-단백질의 분자량을 증가시키는 비-독소 단백질 및 알부민을 포함하기 때문에, 상기 독소 복합체는 체내에서 긴 반감기를 가지며, 조직을 통해 서서히 확산되며, 환자에서 바람직하지 않은 항원성 반응을 유발할 수 있다. 또한, 비-독소 단백질 및 알부민은 혈액 내에서 보툴리눔 독소를 안정화시키기 때문에, 주사는 치명적인 전신 중독(systemic poisoning)을 초래할 수 있는 다량의 독소를 환자의 혈류로 방출하지 않도록 조심스럽게 적용되어야 한다. 따라서, 주사는 일반적으로 인체 해부학에 대해 깊은 이해를 가진 고도로 숙련된 의료 전문가에 의해 정확하게 수행되어야 한다. 전술에서 검토된 모든 문제들을 고려할 때, 고통이 없고 통상적인 주사-기반 방법보다 적은 양의 독소를 필요로 하는 것인 보툴리눔 독소를 투여하는 방법이 매우 바람직할 것이다. 또한, 그와 같은 방법이 보툴리눔 독소의 항원성 및 혈액 안정성을 감소시키고, 체내에서 보툴리눔 독소 복합체의 확산 속도를 증가시켜서, 다양한 치료적, 심미적 및/또는 미용적 목적을 위해 보툴리눔 독소를 사용하는 것을 보다 안전하게 한다면 매우 바람직할 것이다. 상기 독소의 안전한 투여를 달성하기 위해 의료 전문가에 의한 보툴리눔 독소의 정확한 주사에 결정적으로 의존하지 않는 투여 방법을 갖는 것이 바람직할 것이다.