Development of N-Acetyl Cysteine encapsulated liposomes to reduce iron overload-induced toxicity in Human Kidney Cells

Abstract

When iron is overloaded in cell, it produces free radicals by Fenton reaction, induces lipid peroxidation, and eventually causes ferroptosis, a newly discovered cell death. So, several antioxidants were recommended as effective treatments for iron-related diseases. In this study, N-Acetyl Cysteine (NAC), as an effective antioxidant and a ferroptosis inhibitor, was investigated to treat iron overload-induced cell death. As a drug delivery system, a liposomal formulation was fabricated to encapsulate the NAC. It was studied whether the liposomal NAC reduces iron overload-induced toxicity in Human Kidney 2 (HK-2) cells. The liposomal NAC was made by the reverse phase evaporation method and size, zeta potential, morphology, and release profiles were studied for characterization. Cell viability assay (CCK-8) and Reactive oxygen species assay (DCFDA assay) were investigated to confirm the protective effect of liposomal NAC. They showed that liposomal NAC inhibited ferroptosis induced by a slow iron uptake (1mM Ferric ammonium citrate) and cell death caused by a rapid iron uptake (50µM Ferric ammonium citrate, 20µM 8-Hydroxyquinoline). Also, the liposomal formulation improved the protective effect of free NAC. These results suggest that liposomal NAC more effectively protects human kidney cells from toxicity caused by various iron uptake models than free NAC.

철분이 체내에 과부하되면 Fenton 반응에 의해 활성산소를 생성하여 각종 장기에 부작용을 일으킨다. 그래서 여러 가지 항산화제가 철 관련 질병의 효과적인 치료법으로 연구되었다. 본 연구에서는, 효과적인 산화 방지제로서, 철 과부하로 인한 부작용을 완화하기 위해 아세틸 시스테인을 연구하였다. 약물 전달 시스템으로서, 리포솜이 약물을 캡슐화하도록 제작되었다. 아세틸 시스테인을 탑재한 리포솜이 인간 신장 (HK-2) 세포에서 철분 과부하 유발 독성을 감소시키는지를 연구했다. 리포솜은 Reverse Phase evaporation 방법에 의해 만들어졌다. 그리고 리포솜의 크기, 제타 전위와 모양을 확인하고 약물의 방출 실험을 진행하였다. 세포 생존률(CCK-8)과 활성 산소의 감소 양(DCFDA 검사)을 실험해 리포솜의 보호 효과를 확인했다. 실험 결과는 리포솜이 느린 철 흡수에 의해 유발된 페롭토시스를 억제한다는 것을 보여주었다. 또한 급속한 철 흡수에 의한 독성으로부터 세포를 보호하는 것을 확인하였다. 또한, 리포솜은 약물의 보호 효과를 증진 시켜준다는 것 또한 확인하였다. 이러한 결과는 아세틸 시스테인을 탑재한 리포솜이 다양한 철분 흡수 모델에 의해 유발되는 독성으로부터 인간의 신장 세포를 효과적으로 보호한다는 것을 시사한다.