Intravenous xenon anesthetic was designed and amphiphilic poly(amino acid)s are selected for xenon solubility enhancer in water. Developing intravenous xenon anesthetic can reduce the loss of xenon gas during the inhalational anesthesia and prevent embolism problem by constructing stable xenon delivery system. Amphiphilic poly(amino acid) copolymers can form self-assembled aggregates in the aqueous solution and xenon could dissolve in hydrophobic domains of aggregates.
The N-carboxyanhydrides (NCA) form of α-amino acids was successfully synthesized by Fuchs-Farthing method using triphosgene. Poly(L-lysine)-b-poly(L-leucine)s with three different block ratio (1:1), (1:2), (2:1) were synthesized by ring opening polymerization initiating with hexylamine. And $PEG_{2000}$-b-poly(L-leucine), $PEG_{5000}$-b-poly(L-leucine), $PEG_{2000}$-b-poly(L-valine), $PEG_{2000}$-b-poly(L-alanine) were synthesized by using $mPEG-NH_2$ as a macro initiator. The amphiphilic poly(amino acid) copolymers self-aggregates were characterized by measurement of critical aggregation concentration (CAC), size distribution measurement with dynamic light scattering (DLS) and the morphologies of self-aggregates were observed by transmission electron microscopy (TEM) images.
The xenon solubility measuring experimental apparatus was designed and successfully set up and tested appropriately. Among the synthesized poly(amino acid) copolymers, the most effective xenon dissolving agent was P(Lys)-P(Leu) (1:1).
The xenon solubility results imply that, in the matter of dissolving xenon in water, not only the hydrophobicity of the polymer but also the solubility of the polymer in water is important factor. And the aggregates forming by hydrophobic interaction in the aqueous solution also affected dissolving and binding xenon in hydrophobic domains of aggregates.
본 연구는 xenon이 마취제로서 갖는 여러 가지 장점을 살리고 가격이 너무 비싸다는 단점 및 흡입 마취시 발생하는 embolism 문제를 보완하기 위하여 고안되었다. 따라서 흡입 마취시에 다량 소실되는 xenon gas의 양을 줄이고 xenon을 효과적으로 혈액으로 주입시켜 주기 위해서 정맥마취제용 xenon 수용액 제제를 만들려고 시도하였다.
oil/water partition coefficient가 15~20에 가까운 hydrophobic한 xenon을 물에 녹이기 위해 본 연구에서는 hydrophobic/hydrophilic part를 모두 가지고 있는 양친성 폴리아미노산 공중합체를 이용하여 이들의 자기-회합에 의한 나노구조체의 hydrophobic한 domain에 xenon을 localize시킨다는 개념으로 이 물질들을 중점적으로 연구를 진행하였고 동시에 안정한 xenon 분산 제제를 만들 수 있었다. 양친성 공중합체의 주된 물질은 생체적합성 고분자인 폴리아미노산 및 PEG를 이용하여 합성하였다.
또한 수용액에 용해된 xenon gas의 양을 측정하기 위해 직접 용해도 측정을 위한 cell을 설계하여 제작하였고 물에 대한 용해도 실험을 통해 그 정확도를 입증하였다. 실험에 사용하기 위해 합성한 양친성 폴리아미노산 공중합체는 P(Lys)-P(Leu), $PEG_{2000}$-b-poly(L-leucine), $PEG_{5000}$-b-poly(L-leucine), $PEG_{2000}$-b-poly(L-valine), $PEG_{2000}$-b-poly(L-alanine) 이며 이들의 수용액상에서 자기-회합에 의한 나노구조체의 형성, 크기 및 구조는 fluorescence spectrometer, DLS, TEM 을 이용하여 확인하였다.
합성한 양친성 고분자들 중 P(Lys)-P(Leu) (1:1)가 xenon을 녹이는 효율이 가장 뛰어났다. 이는 xenon을 물 속에 녹아있는 나노구조체의 소수성 domain에 localize시키기 위해서는 양친성 고분자의 친수기에 대한 소수기의 비율도 중요하지만 양친성 고분자 자체가 물에 일단 잘 용해되어 있어야 물 속에서 xenon을 효과적으로 binding 할 수 있기 때문이다. 따라서 xenon의 물에 대한 용해도 증가제로서 그 물질의 소수성과 물에 대한 용해도가 동시에 고려의 대상이 되어야 하겠다.
