Photoresponsive Liposomes for Anticancer Photothermal Therapy

Abstract

이 논문은 지질 기반 나노 전달체인 리포좀(liposome)을 광 감응성 물질로 코팅하여 암세포로의 전달을 통해 광열항암치료효과에 대해 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 최근 큰 각광을 받고 있는 생체 모방 표면 개질 소재중 하나인 폴리도파민을 리포좀에 코팅하는 동시에 808nm 근적외선에 감응하는 물질로써 암세포 광열치료에 사용하였다. 도파민은 카테콜과 아민 작용기를 가지는 분자량 153(Da)의 단 분자 물질인데, 염기성 수용액상 조건 (pH 8.5)에서는 카테콜의 산화에 의해 자발적으로 반응이 진행되어 폴리도파민(polydopamine, pDA)을 형성하여 표면의 화학적 성질에 관계없이 금속, 고분자 등 다양한 소재 표면의 강하게 흡착되는 뛰어난 표면 부착능력이 있다. 홍합의 접착 메커니즘의 화학적 작용기만을 선택적으로 모방하여 도입한 생체 모방 표면 개질 기법 (bio-inspired surface modification)은 접착성뿐만 아니라 생체재료의 가장 중요한 요소인 생체친화적인 (biocompatible) 코팅 기법으로써 이미 다양한 선행연구들에서 표면개질효능과 세포독성이 없다는 점이 세포배양실험을 통해 밝혀져 왔다. 본 연구는 선행연구와의 차별성과 학술적 발전에 기여하기 위하여 리포좀 표면의 폴리도파민을 흡착시켜 코팅 했을 뿐만 아니라 암세포로 전달한 후, 외부에서 근적외선을 조사하여 광열효과를 유도하였다. 대조군과 비교했을 때 광 감응성 리포좀의 온도는 최고 69 oC까지 올라 세포실험 결과 암세포들이 사멸하는 것을 확인하였다. 또한 현재 널리 쓰이고 있는 항암제인 Edelfosine을 리포좀에 봉입하여 폴리도파민으로 코팅하고 암세포에 전달한 뒤 근적외선의 광열효과를 통해 세포생존율의 감소를 확이 할 수 있었다. 본 연구의 의의는 리포좀을 이용하여 항암제를 전달하고 동시에 광 감응성 물질을 코팅함으로써 근적외선 조사에 의한 광열효과까지 갖춘 리포좀을 개발하였다. 이러한 광 감응성 리포좀은 봉입한 항암제에 의한 화학요법과 함께 광열치료의 상승작용을 기대할 수 있어 미래의 새로운 항암 의약재료의 가능성을 확인하였다.

This thesis discusses the delivery of photo-responsive liposomes, lipid-based nanoparticles, to cancer cells for an anticancer photothermal effect with simple near-infrared light radiation. Dopamine (DA) is a catecholamine neurotransmitter hormone (153 Da) that may be oxidized and self-polymerized into polydopamine (PDA) under basic conditions, in this case pH of 8.5. From the previous studies, PDA has strong adhesive properties towards solids of any chemical composition through covalent or non-covalent interactions, therefore, it was used for bio-inspired surface modifications on liposomes, which also brought its photo-responsive nature to NIR light at 808nm at the same time

this type of adhesive coating method was selectively derived from the adhesive mechanism of the mussels and is widely used for its biocompatibility. The experimental results showed various promising effects. First the temperature of modified photo-responsive liposomes increased about 69 oC (at maximum) above that of the control group under the NIR light, which in turn brought photo-thermal effect of the cancer cells. The results of in vitro efficacy tests of the modified liposomes showed low cell viability compared to other two groups - untreated and normal liposomes. Lastly, the liposomal delivery of Edelfosine - one of the most common anti-cancer drugs - reduced viability of the cancer cells remarkably after PTT. Overall, this development of the photo-responsive liposomes, encapsulating anticancer drug, suggests combinatorial chemo- and photothermal- therapy as a new approach to the development of future anticancer medicines.