천연고분자로 안정화 한 금과 산화철 나노입자의 다기능성 나노벡터로서의 유전자 전달 및 치료 Natural Polymer Stabilized Gold and Iron Oxide Nanoparticles as a Multifunctional Nanovector for Gene Delivery and Therapy원문보기
나노기술과 나노의약은 비교적 새로운 연구 분야이다. 나노기술은 100 nm 이하의 크기로 이루어진 구조를 다루는 기술이며 나노의약은 나노바이오 기술을 이용하여 생체 외 (ex-vivo) 진단 기법과 분자 이미지의 인류 건강에 대한 응용, 분자로부터 전기생리학까지 생리학적인 관찰에 쓰이는 스마트 체 내 (in vivo) 용구뿐만 아니라 외과용 마이크로/나노 기법 또는 유전자/약물 전달을 위한 나노벡터를 이용한 치료 기술로 구성된다. 본 논문은 효율적인 DNA 전달 시스템과 암 진단을 위하여 다기능성 혼성 나노벡터로서 ...
나노기술과 나노의약은 비교적 새로운 연구 분야이다. 나노기술은 100 nm 이하의 크기로 이루어진 구조를 다루는 기술이며 나노의약은 나노바이오 기술을 이용하여 생체 외 (ex-vivo) 진단 기법과 분자 이미지의 인류 건강에 대한 응용, 분자로부터 전기생리학까지 생리학적인 관찰에 쓰이는 스마트 체 내 (in vivo) 용구뿐만 아니라 외과용 마이크로/나노 기법 또는 유전자/약물 전달을 위한 나노벡터를 이용한 치료 기술로 구성된다. 본 논문은 효율적인 DNA 전달 시스템과 암 진단을 위하여 다기능성 혼성 나노벡터로서 고분자로 안정화시킨 금 나노입자 (GN)의 합성과 산화철 나노입자(IOPs)를 고찰하였다. GN 과 IOPs를 안정화하기 위한 출발 고분자로서 천연 다당류인 키토산을 사용하였다. 먼저 키토산은 생리적 pH에서 키토산의 1차 아민을 aliphatic fatty acid halide(Nac), N-actyl-L-cystine (LNAC), lectobionic acid(LA)로 화학적으로 개질하여 수용성 키토산을 제조하였다. 이러한 개질제의 각각의 특징은 aliphatic halide는 acid chloride가 존재하고, LNAC는 thiol기가 존재하며, LA는 간 표적 특성이 있다는 것이다. 개질한 모든 키토산은 핵자기공명기(¹H NMR), 퓨리에 변환 적외선 분광기(FT-IR)와 X선 회절분석기(XRD)로 물성을 측정하였다. 본 논문은 첫 장에서 유전자 전달, 유전자 치료 방법의 형태, 현행 유전자 전달 방법의 장단점과 전달시스템에서 혼성 나노벡터의 사용 가능성에 대하여 집중적으로 고찰하였다. 나머지 세 장은 GN과 IOPs의 합성 및 특성, 유전자 전달과 이미지에서 다기능성 나노벡터로서의 잠재적인 가능성에 대하여 살펴보았다. 더욱 세밀하게 살펴보면, 두 번째 장은 환원제의 존재 하에서 금 염(gold salt)을 사용한 단순 자체 침전법을 통한 GN의 합성에 대하여 살펴보았으며, 다음으로 수용성 thiol로 개질한 키토산은 금 나노입자용 코팅제로서 사용하였다. 합성한 혼성 GN은 수십 나노의 크기와 양이온성을 가지며 약 3달 이상을 생리적 pH에서 안정함을 다양한 분광학과 생리화학적인 특성을 통하여 확인하였다. 생리적 pH에서 잘 분산된 LNAC-키토산 안정화 금 나노입자(LNAC-Chi/GN)는 평균크기가 약 10-12 nm인 구형 입자였으며 다양한 정상 및 암세포 주에서 독성을 전혀 나타내지 않았다. 더욱이 양성 LNAC-Chi/GN은 DNA와 잘 결합하였으며 뉴클레아제의 분해로부터 DNA를 잘 보호해 주었다. LNAC-Chi/GN은 비개질 키토산과 개질 키토산(LNAC-Chi)보다 in vitro와 in vivo 유전자 전달의 효율을 크게 증가시키는 결과를 보여주었다. 가까운 장래에 콜리이드성 LNAC-Chi/GN 혼성 나노입자는 고분자 단독 연결 유전자 전달체보다 더 우수한 나노벡터가 될 것이다. 또한 본 논문에서 3, 4장은 magnetite인 Fe₃O₄를 IOPs시스템으로 사용하였다. IOPs는 iron chloride 염을 사용하여 화학적인 합성에 의해서 준비하였다. 상의 순도와 자화(magnetization)를 높이기 위하여 chloride 전구체의 비, 환원제의 양, 반응 조건, hydroxide와 금속의 비, 반응시간 및 온도와 같은 몇 가지 예비 인자를 미리 결정하였다. 다음으로 수용성 키토산(Nac-Chi, LA-Chi, GC)을 IOPs의 코팅제로 사용하였다. 합성한 혼성 IOPs(Nac-Chi/IOPs, GC/IOPs)가 더 작은 크기, 단분산 형태, 양성을 띠면서 약 3개월 이상을 생리적 pH에서 높은 안정성을 유지함을 다양한 분광학 및 생리화학적인 특성을 통하여 확인하였다. 제조한 혼성 IOPs는 DNA 전달체와 MRI 조영제로 사용하였다. 혼성 IOPs는 상업적으로 생산중인 다른 입자와 비교해 볼 때 무독성, 높은 DNA 결합력, 보호능력 및 높은 조영효과를 보여주었다. 특히 3장에서는 Nac-IOPs의 합성, 특성, 생체적합성과 MR 이미지뿐만 아니라 DNA와 결합에 대하여 살펴보았으며, 4장은 in vitro 및 in vivo에서 세포의 내부화 및 자기력에 대한 평가를 하였다. 마지막으로 5장에서는 간 지향 물질의 합성과 특성을 고찰하였으며 생체 적합성, 생물학적 분배, 세포 섭취율, MR 이미지뿐만 아니라 자기력화(magnetofection) 결과를 요약하였다. Nac-IOPs와 GC-IOPs의 실험 결과는 전반적으로 높은 콜로이드 안정성, 단분산 형태, 용이한 제조 기술뿐만 아니라 자기력에 의한 끌림 용이 특성에서 개선된 성능을 보여주었다.
나노기술과 나노의약은 비교적 새로운 연구 분야이다. 나노기술은 100 nm 이하의 크기로 이루어진 구조를 다루는 기술이며 나노의약은 나노바이오 기술을 이용하여 생체 외 (ex-vivo) 진단 기법과 분자 이미지의 인류 건강에 대한 응용, 분자로부터 전기생리학까지 생리학적인 관찰에 쓰이는 스마트 체 내 (in vivo) 용구뿐만 아니라 외과용 마이크로/나노 기법 또는 유전자/약물 전달을 위한 나노벡터를 이용한 치료 기술로 구성된다. 본 논문은 효율적인 DNA 전달 시스템과 암 진단을 위하여 다기능성 혼성 나노벡터로서 고분자로 안정화시킨 금 나노입자 (GN)의 합성과 산화철 나노입자(IOPs)를 고찰하였다. GN 과 IOPs를 안정화하기 위한 출발 고분자로서 천연 다당류인 키토산을 사용하였다. 먼저 키토산은 생리적 pH에서 키토산의 1차 아민을 aliphatic fatty acid halide(Nac), N-actyl-L-cystine (LNAC), lectobionic acid(LA)로 화학적으로 개질하여 수용성 키토산을 제조하였다. 이러한 개질제의 각각의 특징은 aliphatic halide는 acid chloride가 존재하고, LNAC는 thiol기가 존재하며, LA는 간 표적 특성이 있다는 것이다. 개질한 모든 키토산은 핵자기공명기(¹H NMR), 퓨리에 변환 적외선 분광기(FT-IR)와 X선 회절분석기(XRD)로 물성을 측정하였다. 본 논문은 첫 장에서 유전자 전달, 유전자 치료 방법의 형태, 현행 유전자 전달 방법의 장단점과 전달시스템에서 혼성 나노벡터의 사용 가능성에 대하여 집중적으로 고찰하였다. 나머지 세 장은 GN과 IOPs의 합성 및 특성, 유전자 전달과 이미지에서 다기능성 나노벡터로서의 잠재적인 가능성에 대하여 살펴보았다. 더욱 세밀하게 살펴보면, 두 번째 장은 환원제의 존재 하에서 금 염(gold salt)을 사용한 단순 자체 침전법을 통한 GN의 합성에 대하여 살펴보았으며, 다음으로 수용성 thiol로 개질한 키토산은 금 나노입자용 코팅제로서 사용하였다. 합성한 혼성 GN은 수십 나노의 크기와 양이온성을 가지며 약 3달 이상을 생리적 pH에서 안정함을 다양한 분광학과 생리화학적인 특성을 통하여 확인하였다. 생리적 pH에서 잘 분산된 LNAC-키토산 안정화 금 나노입자(LNAC-Chi/GN)는 평균크기가 약 10-12 nm인 구형 입자였으며 다양한 정상 및 암세포 주에서 독성을 전혀 나타내지 않았다. 더욱이 양성 LNAC-Chi/GN은 DNA와 잘 결합하였으며 뉴클레아제의 분해로부터 DNA를 잘 보호해 주었다. LNAC-Chi/GN은 비개질 키토산과 개질 키토산(LNAC-Chi)보다 in vitro와 in vivo 유전자 전달의 효율을 크게 증가시키는 결과를 보여주었다. 가까운 장래에 콜리이드성 LNAC-Chi/GN 혼성 나노입자는 고분자 단독 연결 유전자 전달체보다 더 우수한 나노벡터가 될 것이다. 또한 본 논문에서 3, 4장은 magnetite인 Fe₃O₄를 IOPs시스템으로 사용하였다. IOPs는 iron chloride 염을 사용하여 화학적인 합성에 의해서 준비하였다. 상의 순도와 자화(magnetization)를 높이기 위하여 chloride 전구체의 비, 환원제의 양, 반응 조건, hydroxide와 금속의 비, 반응시간 및 온도와 같은 몇 가지 예비 인자를 미리 결정하였다. 다음으로 수용성 키토산(Nac-Chi, LA-Chi, GC)을 IOPs의 코팅제로 사용하였다. 합성한 혼성 IOPs(Nac-Chi/IOPs, GC/IOPs)가 더 작은 크기, 단분산 형태, 양성을 띠면서 약 3개월 이상을 생리적 pH에서 높은 안정성을 유지함을 다양한 분광학 및 생리화학적인 특성을 통하여 확인하였다. 제조한 혼성 IOPs는 DNA 전달체와 MRI 조영제로 사용하였다. 혼성 IOPs는 상업적으로 생산중인 다른 입자와 비교해 볼 때 무독성, 높은 DNA 결합력, 보호능력 및 높은 조영효과를 보여주었다. 특히 3장에서는 Nac-IOPs의 합성, 특성, 생체적합성과 MR 이미지뿐만 아니라 DNA와 결합에 대하여 살펴보았으며, 4장은 in vitro 및 in vivo에서 세포의 내부화 및 자기력에 대한 평가를 하였다. 마지막으로 5장에서는 간 지향 물질의 합성과 특성을 고찰하였으며 생체 적합성, 생물학적 분배, 세포 섭취율, MR 이미지뿐만 아니라 자기력화(magnetofection) 결과를 요약하였다. Nac-IOPs와 GC-IOPs의 실험 결과는 전반적으로 높은 콜로이드 안정성, 단분산 형태, 용이한 제조 기술뿐만 아니라 자기력에 의한 끌림 용이 특성에서 개선된 성능을 보여주었다.
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