암의 정밀한 진단과 적절한 치료는 암 환자의 생존율을 높이고, 항암치료의 성공률을 개선하는 데 있어 매우 중요하다. 최근 암세포의 다양한 방식의 진단 및 치료를 위한 여러 나노전달체들이 개발되었다. 그러나 대부분의 경우 불만족스러운 임상 결과 때문에 in vitro 실험에 제한되어 있었다. 이 연구에서는 고효율의 암 진단 및 치료를 위해 다양한 재료와 방법을 이용하여 여러 다기능 고분자 나노전달체들이 개발되었다. 첫 번째로, 항암치료를 위한 광민감 나노전달체를 개발하기 위해 single-walled carbon nanotubes (...
암의 정밀한 진단과 적절한 치료는 암 환자의 생존율을 높이고, 항암치료의 성공률을 개선하는 데 있어 매우 중요하다. 최근 암세포의 다양한 방식의 진단 및 치료를 위한 여러 나노전달체들이 개발되었다. 그러나 대부분의 경우 불만족스러운 임상 결과 때문에 in vitro 실험에 제한되어 있었다. 이 연구에서는 고효율의 암 진단 및 치료를 위해 다양한 재료와 방법을 이용하여 여러 다기능 고분자 나노전달체들이 개발되었다. 첫 번째로, 항암치료를 위한 광민감 나노전달체를 개발하기 위해 single-walled carbon nanotubes (SWNT)에 광민감제인 chlorin e6 (Ce6)와 고분자 안정제인 methoxy poly(ethylene glycol) (mPEG)를 접합하여 SWNT-g-Ce6-g-PEG을 제조하였다. SWNT-g-Ce6-g-PEG는 free Ce6와 비교하여 in vivo 종양 위치에 더 축적되었으며, 광을 조사하였을 때 향상된 세포독성 일항산소 발생을 보였고, 이러한 결과는 SWNT-g-Ce6-g-PEG의 in vivo 조건에서의 의약적 가능성을 보여준다. 두 번째로, 생체적합성 poly (lactide-co-glycolide) (PLGA)에 Steglich esterification 방법을 이용해 mPEG와 Ce6를 각각 접합하여 PLGA-mPEG와 PLGA-Ce6를 합성하였다. 그리고 PLGA-mPEG, PLGA-Ce6와 magnetic resonance (MR) 이미징 조영제로 쓰이는 Fe3O4를 사용하여 multi-emulsion W1/O/W2 (water-in-oil-in-water) 방법으로 다기능 나노입자를 제조하였다. PLGA 나노입자에 붙어있는 Ce6는 in vivo 종양의 형광 이미징과 보다 향상된 광역학 치료를 가능하게 하였으며, PLGA 나노입자 중심부에 있는 Fe3O4는 상용 조영제인 Feridex®와 비교해서 더 고해상도의 in vivo 종양의 MR 이미징을 보여주었다. 세 번째로, 고효율의 종양 진단을 위해 종양 외부 pH에 민감성을 가진 pH 민감성 폴리펩티드 기반 나노입자를 개발하였다. 중추 고분자인 poly(L-lysine)의 소수성 물질인 deoxycholic acid (DOCA)와 pH 민감성 물질인 2,3-dimethylmaleic acid (DMA)를 접합하여 DOCA-b-poly(Lys-DMA)를 제조하고 수상에서 DOCA-b-poly(Lys-DMA)와 Fe3O4의 소수성을 이용한 자가조립 방식을 통해 DOCA-b-poly(Lys-DMA) 나노입자를 제조하였다. 이러한 나노입자는 in vivo 산성 종양 위치에 상당히 증가한 축적 결과를 보였으며, 고해상도 MR 이미징 결과를 나타내었다. 네 번째로, 광민감제의 효율을 감소시키는 auto-quenching 효과를 줄이기 위해, PEG 숲을 이용한 새로운 형태의 광민감제 나노전달체를 개발하였다. Ce6를 중추 고분자인 poly(L-lysine)에 접합하고 다량의 PEG를 접합하여 PEG 고분자 사이에 Ce6가 위치하게 하였다. 그리고 poly(L-lysine)의 카복실기 말단에는 3,4-dihydroxyhydrocinnamic acid (DOHA)를 접합하였다. 이러한 고분자는 gold nanoparticles (AuNPs)와 DOHA 분자 간 비공유 상호작용을 통해 결합하여 안정적인 나노입자를 형성하게 된다. 이렇게 만든 나노입자는 PEG 숲에 의해 보호받는 Ce6 분자의 dequenching 효과로 인해 향상된 세포독성 일항산소 발생을 보였고, 더욱 향상된 in vitro/in vivo 암세포 사멸 효과를 보여주었다. 종합하여, 이 연구에서 개발된 다기능 나노입자 시스템은 효과적인 암 진단 및 치료를 위한 커다란 가능성을 보여주었다. 그뿐만 아니라, 이러한 시스템은 암 이외에도 다양한 의료분야에서 잠재적인 나노사이즈 플랫폼으로 사용될 수 있을 것이라 기대한다.
암의 정밀한 진단과 적절한 치료는 암 환자의 생존율을 높이고, 항암치료의 성공률을 개선하는 데 있어 매우 중요하다. 최근 암세포의 다양한 방식의 진단 및 치료를 위한 여러 나노전달체들이 개발되었다. 그러나 대부분의 경우 불만족스러운 임상 결과 때문에 in vitro 실험에 제한되어 있었다. 이 연구에서는 고효율의 암 진단 및 치료를 위해 다양한 재료와 방법을 이용하여 여러 다기능 고분자 나노전달체들이 개발되었다. 첫 번째로, 항암치료를 위한 광민감 나노전달체를 개발하기 위해 single-walled carbon nanotubes (SWNT)에 광민감제인 chlorin e6 (Ce6)와 고분자 안정제인 methoxy poly(ethylene glycol) (mPEG)를 접합하여 SWNT-g-Ce6-g-PEG을 제조하였다. SWNT-g-Ce6-g-PEG는 free Ce6와 비교하여 in vivo 종양 위치에 더 축적되었으며, 광을 조사하였을 때 향상된 세포독성 일항산소 발생을 보였고, 이러한 결과는 SWNT-g-Ce6-g-PEG의 in vivo 조건에서의 의약적 가능성을 보여준다. 두 번째로, 생체적합성 poly (lactide-co-glycolide) (PLGA)에 Steglich esterification 방법을 이용해 mPEG와 Ce6를 각각 접합하여 PLGA-mPEG와 PLGA-Ce6를 합성하였다. 그리고 PLGA-mPEG, PLGA-Ce6와 magnetic resonance (MR) 이미징 조영제로 쓰이는 Fe3O4를 사용하여 multi-emulsion W1/O/W2 (water-in-oil-in-water) 방법으로 다기능 나노입자를 제조하였다. PLGA 나노입자에 붙어있는 Ce6는 in vivo 종양의 형광 이미징과 보다 향상된 광역학 치료를 가능하게 하였으며, PLGA 나노입자 중심부에 있는 Fe3O4는 상용 조영제인 Feridex®와 비교해서 더 고해상도의 in vivo 종양의 MR 이미징을 보여주었다. 세 번째로, 고효율의 종양 진단을 위해 종양 외부 pH에 민감성을 가진 pH 민감성 폴리펩티드 기반 나노입자를 개발하였다. 중추 고분자인 poly(L-lysine)의 소수성 물질인 deoxycholic acid (DOCA)와 pH 민감성 물질인 2,3-dimethylmaleic acid (DMA)를 접합하여 DOCA-b-poly(Lys-DMA)를 제조하고 수상에서 DOCA-b-poly(Lys-DMA)와 Fe3O4의 소수성을 이용한 자가조립 방식을 통해 DOCA-b-poly(Lys-DMA) 나노입자를 제조하였다. 이러한 나노입자는 in vivo 산성 종양 위치에 상당히 증가한 축적 결과를 보였으며, 고해상도 MR 이미징 결과를 나타내었다. 네 번째로, 광민감제의 효율을 감소시키는 auto-quenching 효과를 줄이기 위해, PEG 숲을 이용한 새로운 형태의 광민감제 나노전달체를 개발하였다. Ce6를 중추 고분자인 poly(L-lysine)에 접합하고 다량의 PEG를 접합하여 PEG 고분자 사이에 Ce6가 위치하게 하였다. 그리고 poly(L-lysine)의 카복실기 말단에는 3,4-dihydroxyhydrocinnamic acid (DOHA)를 접합하였다. 이러한 고분자는 gold nanoparticles (AuNPs)와 DOHA 분자 간 비공유 상호작용을 통해 결합하여 안정적인 나노입자를 형성하게 된다. 이렇게 만든 나노입자는 PEG 숲에 의해 보호받는 Ce6 분자의 dequenching 효과로 인해 향상된 세포독성 일항산소 발생을 보였고, 더욱 향상된 in vitro/in vivo 암세포 사멸 효과를 보여주었다. 종합하여, 이 연구에서 개발된 다기능 나노입자 시스템은 효과적인 암 진단 및 치료를 위한 커다란 가능성을 보여주었다. 그뿐만 아니라, 이러한 시스템은 암 이외에도 다양한 의료분야에서 잠재적인 나노사이즈 플랫폼으로 사용될 수 있을 것이라 기대한다.
.The precise diagnosis and proper therapy of cancer are important to improve the survival rate of cancer patients and success rate of cancer treatment. Recently, various nanoparticles for multimodal diagnosis and treatment of cancer cells have been developed. However, most case of the multimodal nan...
.The precise diagnosis and proper therapy of cancer are important to improve the survival rate of cancer patients and success rate of cancer treatment. Recently, various nanoparticles for multimodal diagnosis and treatment of cancer cells have been developed. However, most case of the multimodal nanocarriers for diagnosis and therapy have been limited to in vitro systems due to the unsatisfactory clinical results. In this study, various multifunctional polymeric nanoparticles were developed using diverse materials and methods for high efficient cancer diagnosis and therapy. Firstly, single-walled carbon nanotubes (SWNTs) were modified with chlorin e6 (as a photosensitizing drug: Ce6) and poly(ethylene glycol) (PEG, as a polymeric stabilizer) (SWNT-g-Ce6-g-PEG) to develop a light-sensitive nanovehicle for cancer treatment. SWNT-g-Ce6-g-PEG was more accumulated than free Ce6 to the tumor site, reflecting its pharmaceutical potential under in vivo conditions. Secondly, multifunctional poly (lactide-co-glycolide) (PLGA) nanoparticles were fabricated via the multi-emulsion W1/O/W2 (water-in-oil-in-water) method using PLGA-mPEG, PLGA-Ce6 (PLGA coupled with mPEG or Ce6 synthesized using the Steglich esterification method) and Fe3O4. The Ce6 molecules of anchored to PLGA nanoparticles enabled in vivo luminescence imaging of tumor site and resulted a significant tumor volume regression for the light-illuminated KB tumor in vivo. The Fe3O4 located in core of PLGA nanoparticles allowed high contrast magnetic resonance (MR) imaging of the tumor in vivo compared to that of Feridex® (commercial contrast agent). Thirdly, pH-sensitive polypeptide-based nanoparticles [constituted using poly(L-lysine) coupled with deoxycholic acid (DOCA) and conjugated with 2,3-dimethylmaleic acid (DMA): DOCA-b-poly(Lys-DMA)] that have molecular sensitivity for tumor extracellular pH (tumor pHe) were developed for efficient cancer diagnosis. DOCA-b-poly(Lys-DMA) nanoparitcles were prepared via a self-assembly pathway between DOCA-b-poly(Lys-DMA) and Fe3O4 in aqueous solution. These nanoparticles exhibited a significantly increased accumulation in the acidic tumor site in vivo and enabled high contrast MR imaging of the tumor in vivo. Fourthly, novel photosensitizing drug-carrying nanoparticles with poly(ethylene glycol) (PEG) forester were exploited to decrease the auto-quenching effect of photosensitizing drugs. In this study, Ce6 was grafted to a poly(Lys) derivative containing multiple PEG segments and carboxylic acids at its pendant chain and 3,4-dihydroxyhydrocinnamic acid (DOHA) at one terminal site on its backbone. The conjugate was attached to the surface of gold nanoparticles (AuNPs) via non-covalent interaction between its DOHA moiety and AuNPs. These nanoparticles showed elevated singlet oxygen generation owing to the dequenching event of Ce6 molecules shielded in PEG forester and resulted in highly improved in vitro/in vivo photodynamic cancer cell ablation. Overall, the developed multifunctional nanoparticles system exhibited the great potential for efficient cancer diagnosis and therapy. In addition, these system are anticipated that can be applied to a potential nano-sized platform for biomedical applications.
.The precise diagnosis and proper therapy of cancer are important to improve the survival rate of cancer patients and success rate of cancer treatment. Recently, various nanoparticles for multimodal diagnosis and treatment of cancer cells have been developed. However, most case of the multimodal nanocarriers for diagnosis and therapy have been limited to in vitro systems due to the unsatisfactory clinical results. In this study, various multifunctional polymeric nanoparticles were developed using diverse materials and methods for high efficient cancer diagnosis and therapy. Firstly, single-walled carbon nanotubes (SWNTs) were modified with chlorin e6 (as a photosensitizing drug: Ce6) and poly(ethylene glycol) (PEG, as a polymeric stabilizer) (SWNT-g-Ce6-g-PEG) to develop a light-sensitive nanovehicle for cancer treatment. SWNT-g-Ce6-g-PEG was more accumulated than free Ce6 to the tumor site, reflecting its pharmaceutical potential under in vivo conditions. Secondly, multifunctional poly (lactide-co-glycolide) (PLGA) nanoparticles were fabricated via the multi-emulsion W1/O/W2 (water-in-oil-in-water) method using PLGA-mPEG, PLGA-Ce6 (PLGA coupled with mPEG or Ce6 synthesized using the Steglich esterification method) and Fe3O4. The Ce6 molecules of anchored to PLGA nanoparticles enabled in vivo luminescence imaging of tumor site and resulted a significant tumor volume regression for the light-illuminated KB tumor in vivo. The Fe3O4 located in core of PLGA nanoparticles allowed high contrast magnetic resonance (MR) imaging of the tumor in vivo compared to that of Feridex® (commercial contrast agent). Thirdly, pH-sensitive polypeptide-based nanoparticles [constituted using poly(L-lysine) coupled with deoxycholic acid (DOCA) and conjugated with 2,3-dimethylmaleic acid (DMA): DOCA-b-poly(Lys-DMA)] that have molecular sensitivity for tumor extracellular pH (tumor pHe) were developed for efficient cancer diagnosis. DOCA-b-poly(Lys-DMA) nanoparitcles were prepared via a self-assembly pathway between DOCA-b-poly(Lys-DMA) and Fe3O4 in aqueous solution. These nanoparticles exhibited a significantly increased accumulation in the acidic tumor site in vivo and enabled high contrast MR imaging of the tumor in vivo. Fourthly, novel photosensitizing drug-carrying nanoparticles with poly(ethylene glycol) (PEG) forester were exploited to decrease the auto-quenching effect of photosensitizing drugs. In this study, Ce6 was grafted to a poly(Lys) derivative containing multiple PEG segments and carboxylic acids at its pendant chain and 3,4-dihydroxyhydrocinnamic acid (DOHA) at one terminal site on its backbone. The conjugate was attached to the surface of gold nanoparticles (AuNPs) via non-covalent interaction between its DOHA moiety and AuNPs. These nanoparticles showed elevated singlet oxygen generation owing to the dequenching event of Ce6 molecules shielded in PEG forester and resulted in highly improved in vitro/in vivo photodynamic cancer cell ablation. Overall, the developed multifunctional nanoparticles system exhibited the great potential for efficient cancer diagnosis and therapy. In addition, these system are anticipated that can be applied to a potential nano-sized platform for biomedical applications.
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