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Nov 18, 2023

세포핵

과학 보고서 5권,

Scientific Reports 5권, 기사 번호: 18807(2015) 이 기사 인용

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항암제 전달 및 광학 모니터링을 위해 혁신적인 핵 표적화 양성이온 탄소점(CD) 차량이 개발되었습니다. 부동태화 및 양성이온성 리간드로 β-알라닌을 사용하는 간단한 1단계 합성에 의해 도입된 CD의 양성이온 작용 그룹은 CD의 세포질 흡수 및 후속 핵 전위를 허용합니다. 또한 다색 형광은 광학 코드로서의 CD의 정확성을 향상시킵니다. 독소루비신을 비공유적으로 이식하여 구축한 CD 기반 약물 전달 시스템은 시험관 내 핵 전달 및 생체 내 종양 축적이 강화되어 우수한 항종양 효능을 나타내어 매우 효과적인 종양 성장 억제 효과를 나타냅니다. 양성이온성 CD는 생체적합성이 높고 효과적으로 핵으로 이동하기 때문에 약물의 핵 흡수를 실질적으로 향상시키고 전위를 광학적으로 모니터링하기 위한 다기능 나노입자에 대한 강력한 솔루션을 제공합니다.

핵 표적 약물 전달 시스템(DDS)은 특히 종양 치료1,2,3의 치유 효율을 실질적으로 증가시키기 때문에 생의학 응용 분야에서 상당한 주목을 받고 있습니다. 암세포의 증식을 막기 위해 약물이 유전자를 손상시키는 세포핵에 들어가려면 많은 항암제가 필요하기 때문에 핵을 표적으로 하는 DDS의 구축은 종양을 치료하는 데 매우 중요합니다.

시장 승인을 받아 임상적으로 사용되는 DDS를 개발하기 위해 상당한 노력이 이루어져 왔습니다. 특히, 자가조립 고분자 미셀은 높은 로딩 용량, 향상된 투과성 및 유지(EPR) 효과로 인한 종양 부위에서의 우선적 축적, 화학적 및 물리적 특성의 높은 조정 가능성과 같은 고유한 장점으로 인해 광범위하게 사용되어 왔습니다4,5 6,7. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 이러한 고분자 담체는 복잡한 합성 과정과 정교한 전달 전략이 필요하며 핵 국소화 신호 전달(NLS) 펩타이드(핵막 관통 펩타이드)1,2와 같은 적절한 리간드로 기능화되어야 합니다. 핵 표적화를 위해 표면에 3개. 더욱이, 고분자 담체 자체는 형광 이미징 프로브로 작용할 수 없기 때문에 개별 약물 전달 이벤트를 추적하기 위해서는 유기 형광 염료와 결합되어야 합니다.

보다 유망한 대안으로, 최근 양자점(QD)으로 알려진 반도체 나노결정이 동시 진단 및 치료(테라노스틱)를 위해 집중적으로 연구되고 있습니다8,9,10. QD는 광표백에 대한 높은 저항성, 큰 스톡 이동, 좁은 크기 의존 방출 스펙트럼, 넓은 여기 스펙트럼 및 긴 형광 수명을 갖기 때문에 효율적인 발광 프로브 및 약물 전달 운반체 역할을 할 수 있습니다. 그러나 QD는 생리적 매질에서 콜로이드 안정성이 낮고 생체 물질과의 비특이적 상호 작용을 가지며 활성 핵 진입을 촉진하기 위해 표면 기능을 맞춤화해야 합니다. 또한, QD를 구성하는 중금속 이온의 잠재적인 독성으로 인해 더 넓은 규모의 임상 환경에 대한 적용이 제한됩니다. 따라서 광학 모니터링을 위한 효율적인 발광 특성과 약물 전달을 위해 세포 핵에 도달할 수 있는 기능을 갖춘 핵 표적화 DDS를 설계하는 것이 중요한 과제로 남아 있습니다. 본 연구에서는 동시 핵 표적 약물 전달 및 광학 모니터링을 위한 탄소점(CD) 기반의 새로운 핵 표적 DDS를 개발합니다.

고발광성 CD는 생체 적합성, 낮은 독성 및 간단한 제조 방법에 의한 대량 생산 덕분에 유망한 바이오 라벨 클래스로 부상했습니다. 더욱이, CD는 강한 π-π 상호작용을 통해 방향성 약물을 적재할 수 있는 sp2- 및 sp3-혼성 탄소 구조를 포함하고 있어 질병 치료를 위한 유망한 약물 전달체가 됩니다. CD의 이러한 특성을 통해 핵 표적화 DDS에 대한 효과적인 대안으로 간주될 수 있습니다. 그러나 개발된 다른 많은 나노물질과 마찬가지로 현재까지 보고된 대부분의 CD는 리소좀, 미토콘드리아, 골지체 및 소포체를 포함한 세포질에 국한되어 있습니다11,12,13,14,15,16,17,18,19,20, 21 (표 S1). 현재 상태와 광학 모니터링의 가능성으로 판단할 때, CD 진화의 다음 단계는 CD가 세포질에 갇히지 않고 세포핵에 도달할 수 있게 하는 것임이 분명합니다. 살아있는 세포에서 나노입자 화물의 세포질 및 핵 흡수는 크기와 표면 전하23,24,25,26,27,28,29에 의해 결정될 수 있습니다. 또한, 양전하를 띤 나노입자는 세포에 의해 우선적으로 내부화되고 음전하를 띤 나노입자는 pH가 세포질의 pH보다 지속적으로 0.3~0.5 단위 높은 핵과 상호작용합니다. 이러한 관찰에 기초하여, 양전하 및 음전하 작용기를 모두 갖는 양성이온성 CD의 제조가 세포질 흡수 및 치료약물-전달체 접합체의 후속 핵 전좌를 촉진할 수 있을 것으로 예상됩니다. 더욱이, 양성이온성 표면을 가진 나노입자는 넓은 pH 범위에서 더 높은 콜로이드 안정성과 비특이적 단백질 흡착에 대한 높은 저항성을 나타내어 혈액 순환을 연장시켜 종양 축적을 향상시키는 것으로 알려져 있습니다30,31,32,33,34,35. 따라서 이 연구에서 우리는 탄소원으로 구연산(CA)과 아미노산 유도체인 β-알라닌(β-Ala)을 사용하여 간단한 원팟 합성을 통해 핵 표적화 DDS를 위한 다기능 양성이온성 CD를 제작했습니다. 양성이온성 부동태화제를 사용하여 복잡성과 안전성 문제를 방지합니다(그림 1). 시험관 내 연구에서는 합성된 CD가 다색 형광을 통해 세포 핵으로 전달되는 것으로 나타났습니다. 또한, 항암제 독소루비신(Dox)의 비공유적 이식으로 구축된 CD 기반 DDS는 Dox의 핵 및 종양 축적을 효율적으로 가속화할 뿐만 아니라 시험관 내 및 생체 내 모두에서 암에 대한 세포독성을 현저히 향상시켜 탁월한 성능을 발휘합니다. 다른 많은 나노입자 기반 Dox 전달 시스템에 적용됩니다.