Therapeutic Ceria Nanoparticles for Alzheimers and Parkinsons Disease

Abstract

Ceria 나노 입자는 Ce3+ (환원) 및 Ce4+ (산화) 상태의 산화 환원 순환에 의해 활성 산소 종 (ROS) 및 활성 질소 종 (RNS)을 제거 할 수 있는 효과적인 항산화제이다. 또한, 5nm 미만의 크기를 갖는 세리아 나노 입자의 촉매 활성은 재활용되는 장점이 있다. 이러한 이유로 활성 산소가 유발하는 산화 스트레스에 의해 유발되는 다양한 질병에 대한 잠재적 인 치료제 개발에 매우 적합하다. 이러한 배경으로 제 1 장에서는 의료용 세리아 나노 입자를 활용한 의학적 적용을 기술하였다. <br/> 제 2 장은 알츠하이머 질환에 대한 항산화제로서 미토콘드 리아 표적 세리아 나노 입자를 합성하고 그 치료에 대한 효과를 기술하였다. 미토콘드리아 산화 스트레스는 알츠하이머 병을 비롯한 신경 퇴행성 질환의 주요 병리학 적 요소이다. 미토콘드리아 기능 장애로 인해 활성산소가 비정상적으로 생성되면 신경 세포의 퇴행과 사멸을 야기한다. 세리아 나노 입자는 Ce3+와 Ce4+ 산화 상태 사이를 왕복하면서 강하고 재활용 가능한 항산화제이다. 그래서, 세리아 나노 입자를 선택적으로 미토콘드리아로 표적화 하는 것은 신경 퇴행성 질환에 대한 유망한 치료법 일 수 있다. 그래서 세리아 나노입자 표면에 미토콘드리아 표적 물질인 Triphenylphosphonium (TPP) 를 결합시켜 TPP-세리아를 설계하고 합성하였다. 그리고 5XFAD 유전자 변형 알츠하이머 병 쥐 모델에 치료제로 사용해 보았다. 그 결과 TPP가 결합 된 세리아 나노 입자는 쥐의 뇌에서 미토콘드리아 손상을 완화, 산화적 스트레스 완화, 뇌염증 감소와 신경세포 사멸 감소의 치료 효과를 보였다. 이러한 결과들은 TPP가 접합 된 세리아 나노 입자가 알츠하이머 병에서 미토콘드리아 산화 스트레스의 잠재적인 치료 후보 물질이라는 것을 보여주었다. <br/> 제 3 장에서는 파킨슨 질병에서 미토콘드리아, 세포 내 및 세포 외 활성 산소를 선택적으로 제거하는 세리아 나노 입자 시스템에 대해 기술하였다. 활성 산소에 의해 유발 된 산화 스트레스는 많은 질병의 병인 및 진행에 중요한 요인 중 하나이다. 그러나, 세포내의 위치에 따라 활성산소를 제거하는 적절한 기술이 부족해 필수적인 그 병리학적 효과에 대한 이해와 연구가 가능하지 않다. 그래서 지금까지 개발된 기술을 활용하여 세리아 나노입자의 크기와 표면 성질을 다르게 해서 미토콘드리아, 세포 내 및 세포 외 활성 산소의 선택적 제거가 가능한 시스템을 개발 하였다. 이 시스템은 앞서 개발된 세포 내 표적 세리아, 미토콘드리아 표적 세리아 나노 입자와 세포 외 표적 세리아 나노 입자 덩어리로 구성되었다. 그리고 나는 이 시스템을 파킨슨 질병 모델 쥐 적용해 치료 연구를 해보았다. 그 결과 세포 내 또는 미토콘드리아 활성 산소를 제거하는 것이 파킨슨 모델 쥐의 선조체에서 타이로신 하이드록실레이즈를 보호하면서 신경세포의 퇴행성과 사멸을 방지하고, 별 아교 세포의 활성화 및 지질의 과산화에 의한 산화 스트레스를 억제한다는 것을 보여주었다. 이 결과는 파킨슨 질병의 진행에서 세포 내 및 미토콘드리아 활성산소의 필수 역할을 규명해주었다. 나는 세리아 나노입자 시스템이 다른 질병에서도 다양한 ROS의 기능을 밝히는데 유용한 도구로 사용될 것으로 기대한다.<br/> 주요어: 나노 입자, 세리아 나노 입자, 미토콘드리아, 알츠하이머 질병, 파킨슨 질병, 활성 산소, 항산화제, 미토콘드리아 활성 산소, 세포 밖 활성 산소, 세포내 활성 산소, 치매 치료제, 신경 퇴행성 질환, <br/> <br/>