[논문]다양한 금속 이온을 이용한 카세인 단백질 나노입자 형성 및 약물 전달체 특성 연구

김민주; 이슬기; 최준식

doi:10.14478/ace.2023.1004

다양한 금속 이온을 이용한 카세인 단백질 나노입자 형성 및 약물 전달체 특성 연구
Preparation and Characterization of Casein Nanoparticles with Various Metal Ions as Drug Delivery Systems 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.34 no.2, 2023년, pp.121 - 125

김민주 (충남대학교 생화학과) , 이슬기 (충남대학교 생화학과) , 최준식 (충남대학교 생화학과)

초록
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카세인(casein)은 포유류의 우유에서 발견되는 단백질로 우유에서는 80% 이상 함유되어 있다. 사람의 모유에는 약 20~45%가 포함되어 있으며 생체 적합성이 높아 의료 및 산업 소재로 사용되고 있다. 카세인은 양친매성 구조로 내부는 소수성이기 때문에 수용액에서 마이셀로 자가 조립이 가능하여 난용성 약물을 봉입할 수 있다. 또한, 단백질 고분자 소재로 생분해성을 갖고 있어 약물의 전달체로서 적합한 특징을 가진다. 본 연구에서는 칼슘 이온 외에 마그네슘, 아연, 철 등 생체 내 존재하는 다양한 금속 이온들을 사용하여 각각 효과적인 카세인 나노입자 형성 조건을 규명하였다. 동적 광산란 측정기와 제타 전위 측정을 통해 150 nm 이하의 균일한 사이즈를 유지하고 음전하를 띠는 나노입자가 형성됨을 확인하였다. 또한, 각각의 카세인 나노입자가 HeLa 세포주에서 80% 이상의 생존율을 나타내 낮은 세포 독성을 확인하였고, 카세인 나노입자 내부에 시험 약물로서 나일 레드를 봉입하여 세포 내부로 효과적으로 유입됨을 공초점 현미경으로 입증하였다. 본 실험들을 통해 제조된 카세인 나노입자의 약물 전달체로서의 가능성을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Casein is a milk protein and one of the most important nutrients in milk. The composition is over 80% in cow's milk and about 20~45% in human's milk. Casein is highly biocompatible and biodegradable, so it has been studied for various biomedical materials applications as well as drug delivery systems. It is widely known that casein can be prepared as nanoparticles in the presence of the Ca2+ metal ion. Because casein is amphiphilic, hydrophobic drugs could be loaded inside to form a protein-based drug delivery system. In this study, we studied the optimum conditions for casein nanoparticle formation using natural metal ions present in the body, such as calcium, magnesium, zinc, and iron. It was confirmed that nanoparticles have a uniform size of around 150 nm and negative zeta potential values. In addition, it was demonstrated that casein nanoparticles have a cell viability of more than 80% and efficient intracellular uptake properties using confocal microscopy. From the results, it was also shown that the casein nanoparticles prepared using various metal ions have the potential to be biocompatible drug delivery carriers.

주제어

표/그림 (6)

그림 Figure 1. Mean diameter of casein nanoparticles at different ion concentrations (a) casein/CaCl₂, (b) casein/MgCl₂, (c) casein/ZnCl₂, (d) casein/FeCl₂, (e)casein/KCl.
그림 Figure 2. Stability test of casein NP in PBS, serum free DMEM and full DMEM media. Samples were incubated for 24 h and measured using DLS.
표 Table 1. Characterization of Casein Nanoparticles
표 Table 2. Characterization of Nile red-encapsulated Casein NP
그림 Figure 3. Evaluation of cell cytotoxicity using WST-8 assay in HeLa cells.
그림 Figure 4. Confocal microscopy images of HeLa cells incubated with casein NP/Nile red (a) cell only, (b) DMSO only (final 0.1%), (c) Nile red only (DMSO 0.1%), (d) casein/CaCl₂, (e) casein/MgCl₂, (f) casein/ZnCl₂, (g) casein/FeCl₂. Nile red = 1 ug/mL each. Scale bar = 20 μm.

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