고분자 gene delivery vehicles의 High-content 세포독성 평가

Abstract

고분자를 delivery vehicle로 사용하는 비 바이러스성 유전자 전달 방식이 각광받고 있지만, 양 이온성 고분자들이 갖는 cytotoxicity 때문에 제품화 되기가 어려운 실정이다. 본 연구에서는 다양한 파장대의 형광을 동시에 측정할 수 있는 AOTF(acousto-optic tunable filter)- 다파장 이미징 시스템을 이용하여 HepG2 세포 안의 intracellular calcium 농도의 증가, mitochondrial permeability transition (MPT) 현상의 발생과 caspase-3 활성 증가를 동시에 측정할 수 있는 시스템을 구축하였다. Intracellular calcium의 양, MPT 현상 발생과 caspase-3 활성을 측정하기 위해 각각 다른 파장의 형광이 표지 된 형광 다이(calcium indicator, calcein-AM, caspase-3 substrate)들을 HepG2 세포에 staining시켜 형광 현미경으로 측정하였다. 본 시스템을 이용하여 25kDa, 10kDa, 2kDa Branched Polyethylenimine과 25kDa, 2.5kDa Linear Polyethylenimine, 그리고 32.8kDa, 22kDa, 4.8kDa Poly-L-lysine로 인해 유발되는 cytotoxicity를 모니터링 하였다. 위의 고분자들을 HepG2 세포에 다양한 농도로 처리한 뒤 측정한 결과 세포 독성의 초기 이벤트인 세포 내 칼슘의 증가, mitochondrial permeability transition 현상의 발생과 caspase-3 의 활성 증가를 확인하였다. 같은 고분자일 경우 분자량이 클수록, 처리 농도가 높을수록 cytotoxicity가 증가되는 것을 알 수 있었다. 또한 mitochondrial permeability transition 현상은 상대적으로 낮은 고분자 농도에서도 발생하며, 낮은 농도일지라도 장시간 고분자에 노출될 경우 mitochondrial permeability transition 현상뿐만 아니라 세포 내 칼슘 농도와 caspase-3의 활성을 증가시킬 수 있다는 것을 확인하였다. 본 연구는 유전자 전달에 사용되는 고분자들이 유발하는 독성을 정확하게 평가하고, 유전자 전달에 사용될 수 있는 고분자들의 기준을 마련하는 역할을 할 것으로 기대된다.