나노기술:생체 내 이미징 시스템에서 약물 전달 제어까지

검토

소개

사실 나노기술은 공학과 과학의 모든 필수 분야에서 발전하고 있으며 과학자들은 원자 하나하나에서 가장 작은 길이로 작동할 수 있는 것을 설계함으로써 모든 산업과 인간의 삶에 혁명을 일으키고 있습니다[1]. 나노기술은 현저하게 작은 구조에 대한 연구를 포함합니다. 나노기술은 나노미터 규모에서 1~100nm 크기 범위 내에서 물질을 제어하여 기능성 물질, 시스템 및 장치의 연구, 생성, 설계, 합성 및 구현으로 포괄적으로 정의할 수 있습니다. 더욱이, 분자 나노기술이라고도 하는 이 나노미터 규모에서 물질의 혁신적인 현상과 개선된 특성을 조작하는 것은 가장 작은 인공 기구가 우주의 분자 및 원자와 만나는 규모 길이의 마법 같은 지점입니다[2,3,4 ].

나노기술 및 나노의학 개념의 초기 시작은 작은 나노로봇 및 관련 장치가 개발, 제작 및 분자 수준에서 세포를 복구하기 위해 인체에 도입될 수 있다는 Feynman의 분별력 있는 아이디어에서 비롯되었습니다. 1980년대와 1990년대 후반에 되었지만 이 혁신적인 개념은 Drexler의 유명한 저술[5, 6]과 1990년대와 2000년대에 Freitas의 대중적인 저술에서 옹호되었습니다[7, 8]. Feynman은 심장 질환을 치료하기 위한 나노의학적 절차에 대한 최초의 알려진 제안을 제공했습니다. 일반적으로 의료 도구의 소형화는 인간 삶의 질 향상을 위한 보다 정확하고, 제어 가능하고, 신뢰할 수 있고, 다재다능하고, 비용 효율적이며, 빠른 접근 방식을 제공할 것입니다[9]. 2000년에 처음으로 국가 나노기술 이니셔티브(National Nanotechnology Initiative)가 출범했습니다. 이후 신소재의 전자 및 분자구조 모델링, 나노크기의 광전자 및 전자소자 구축[10, 11], 3D 네트워킹의 개발, 나노로봇 공학[12], 다중주파수 힘현미경[13]의 도래 분자나노기술의 출현을 위한 길.

나노 입자는 나노 기술의 필수 구성 요소로 간주됩니다. 강한 화학 결합의 존재, 크기에 따라 다양한 원자가 전자의 광범위한 비편재화 및 나노 입자의 구조적 변형은 융점, 광학 특성, 자기 특성, 비열 및 표면 반응성을 비롯한 다양한 물리적 및 화학적 특성으로 이어집니다. 이러한 초미세 나노 입자는 크기, 분포 및 더 큰 표면적 대 부피 비율을 발생시키는 입자의 특정 특성의 변화로 인해 벌크 대응물에 비해 완전히 새롭고 향상된 특성을 나타냅니다[14,15,16]. 나노구조 재료 분야가 발전함에 따라 3D 나노입자, 나노결정, 나노필름, 나노튜브, 나노와이어 및 양자점을 포함하여 많은 다른 레이블과 용어가 사용되어 무한한 특성의 잠재력이 있습니다[17]. 다양한 잠재적 응용(산업 및 군사 포함)으로 인해 정부는 나노기술 연구에 수십억 달러를 투자했습니다. 미국은 국가나노기술 이니셔티브를 통해 37억 달러를 투자했고 유럽연합도 12억 달러를 지원했으며 일본은 7억 5천만 달러를 투자했습니다[18].

오늘날 나노기술은 과학 연구의 가장 혁신적이고 선구적인 분야 중 하나이며 놀라운 속도로 계속 발전하고 있습니다[19]. 나노기술의 발전으로 많은 첨단 기술이 약물 전달에 사용 가능하게 되었습니다. 연구원들은 암 [20, 21], 백신 접종 [22]과 같은 다양한 생물 의학 응용 분야에서 약물, 단백질, 단일 클론 항체, DNA(디옥시리보핵산)를 포함한 다양한 미세 및 거대 분자의 표적 특이적 및 제어 전달을 위한 나노 장치의 잠재력을 광범위하게 조사했습니다. , 치과 [23], 염증성 [24] 및 기타 건강 장애. 따라서 현재 진행 상황을 표시하고 의료 분야에서 임박한 연구에 대한 방향을 얻기 위해 생체 내 이미징 시스템에서 제어된 약물 전달에 이르기까지 나노기술 응용 프로그램의 효율적인 사용을 입증하는 것이 필요합니다.

제약 나노시스템

제약 나노 기술은 나노 도구의 두 가지 주요 범주, 즉 나노 물질과 나노 장치로 분류할 수 있습니다. 나노 물질은 구조, 치수 및 상 구성을 포함한 세 가지 기본 매개변수를 기반으로 더 분류할 수 있습니다. 나노 구조는 나노 입자, 미셀, 덴드리머, 약물 접합체, 금속 나노 입자 및 양자점을 포함하는 고분자 및 비 고분자 구조로 더 분류됩니다 [25]. 나노물질은 그 치수에 따라 0, 1, 2, 3 나노치수 물질의 4가지 그룹으로 분류됩니다. 상 구성에 따라 이러한 나노 물질은 세 그룹으로 분류할 수 있습니다. 나노장치는 미세전자기계 시스템/나노전자기계 시스템(MEMS/NEMS), 마이크로어레이 및 호흡세포를 포함한 세 그룹으로 세분화됩니다. 이러한 구조와 장치는 분자 수준에서 세포와 상호 작용하기 위해 의학에서 사용하기 위해 높은 수준의 기능적 특성으로 제작될 수 있으므로 이전에는 달성할 수 없었던 생물학적 시스템과 최신 기술 간의 통합 범위를 허용합니다[26]. 약제학적 나노도구의 자세한 분류는 표 1의 예와 함께 설명되어 있습니다.

제조 방법

나노사이징 기술은 난용성 약물의 제형화에 매우 중요합니다. Noyes-Whitney 식[27]에 따르면 입자 크기를 나노 스케일 범위로 줄임으로써 표면적의 증가로 인해 용해 속도와 생체 이용률이 증가합니다. 재료 제조에 사용되는 접근 방식은 상향식 기법, 하향식 기법, 상향식 및 하향식 기법의 조합으로 분류됩니다. 상향식 기술은 분자 구성을 포함합니다. 나노 스케일 재료 제조를 위한 상향식 접근 방식을 따르는 기술 중 일부에는 역 미셀, 화학 기상 증착(CVD), 졸-겔 처리 및 분자 자가 조립을 기반으로 하는 액상 기술이 포함됩니다. 상향식으로 생성된 구성 요소는 함께 유지하는 공유력 때문에 거시적 구성 요소보다 훨씬 더 강력합니다. 하향식 기술에서 재료는 나노 재료 제조를 위해 절단, 조각 및 성형을 통해 미세화됩니다. 예에는 밀링, 물리적 기상 증착, 하이드로더멀 기술 전기도금 및 나노리소그래피가 포함됩니다[28]. 각각의 유형에 따른 다양한 제조 방식이 표 2에 설명되어 있습니다.

고급 나노기술의 생물의학 응용

이미징

지난 10년 동안 특히 암세포를 표적으로 하는 연구에서 이미징 및 치료를 위한 나노기술 도구를 사용하여 엄청난 발전이 보고되었습니다. 크기가 10~100nm인 나노입자는 암세포에서 부위별 영상화 및 표적화와 같은 분자 수준 수정을 수행하는 데 매우 적합한 매체를 제공합니다[29]. 다음 섹션에는 이미징 기술의 최근 발전 사항이 요약되어 있습니다.

방사성 핵종 이미징

비침습적 기술로는 소분자를 관찰할 수 없기 때문에 정상 주변 조직에서 분리할 수 없는 선택된 바이오마커를 식별하기 위해 부위 표적 조영제를 사용합니다[30]. 방사성핵종 영상화는 발현된 단백질이 방사성의약품 또는 동위원소 표지 물질 또는 세포로 조사되고 생체내에서 추가로 추적된다는 개념으로 개발되었다[31]. 양전자방출단층촬영(PET) 영상은 P-당단백질에 대한 방사성 표지된 기질로 99m 테트로포스민과 세스타미비를 사용하여 P-당단백질 수송을 통해 다제내성을 성공적으로 영상화하기 위해 암 환자에서 사용됩니다[32, 33]. 이미징 메커니즘은 리포솜[34], 덴드리머[35], Bucky 볼[36], 수많은 폴리머와 코폴리머[37]를 포함한 나노운반체와 같은 이미징에 사용되는 양식의 유형에 따라 결정됩니다. 그들은 이미징 장비로 감지하기 위해 광학 활성 화합물 및 방사성 핵종과 같은 많은 이미징 입자로 채워질 수 있습니다. BODIPY(붕소 디피로메탄) 라벨이 붙은 jasplakinolide 유사체는 살아있는 세포 내부의 장수명 액틴 필라멘트를 시각화하는 데 사용되었습니다[38, 39].

나노 기술의 엄청난 성장은 많은 조영제를 사용한 분자 이미징 연구를 주도하고 있습니다. 적절한 영상을 얻으려면 선택한 조영제가 더 긴 반감기, 낮은 배경 신호, 특정 에피토프 결합 및 노이즈 향상에 대한 향상된 조영제를 가져야 합니다. 많은 수의 운반체 이용 가능성은 특히 질병의 분자 및 세포 메커니즘에 초점을 맞춘 영상의 더 많은 발전을 정의할 수 있습니다. 이것은 영상 및 약물 전달 시스템의 합리적인 개발을 위한 더 많은 기회를 창출할 것입니다[30].

양자점

반도체 양자점은 이제 새로운 종류의 형광 라벨로 사용됩니다. 이러한 반도체 나노결정은 표면 화학이 용이하여 생체 적합성과 형광 시간 연장과의 접합을 가능하게 하여 생물학적 세포의 시각화를 위한 유망한 도구입니다[29, 40]. 양자점의 시각화 특성(형광 파장)은 크기에 따라 크게 좌우됩니다. 양자점의 광학적 특성은 외부 쉘과 금속 코어로 구성되어 있기 때문에 구조에 따라 다릅니다. 예를 들어, 녹색 형광 탄소 나노물질의 한 유형인 그래핀계 양자점(GQD)은 그래핀계 산화물을 용매열적으로 절단하여 만들어지며 가시화 특성을 지배하는 것으로 밝혀졌습니다[41].

양자점 코어는 일반적으로 카드뮴 셀레나이드, 카드뮴 황화물 또는 카드뮴 텔루라이드로 구성됩니다. 외부 쉘은 양자점의 형광 특성을 보존하면서 전기 절연을 제공하기 위해 높은 밴드 갭 에너지로 코어에 제작됩니다. 특정 파장의 시각화 특성을 가진 다양한 크기와 구성으로 미세 조정된 코어 및 쉘은 많은 수의 바이오마커를 제공합니다[40]. 양자점은 생물학적 수용체에 대한 특이적 결합을 얻기 위해 다른 리간드와 접합됩니다. 종양 표적 리간드는 양친매성 고분자 양자점과 연결되어 쥐의 전립선암에 대한 영상 연구를 수행하는 데 사용됩니다[42]. 유사하게, 양자점은 단일 여기 소스에 대한 좁은 대역폭 방출, 더 높은 광 안정성 및 확장된 흡수 스펙트럼과 같은 기존 염료에 비해 상당한 이점을 제공합니다. 또한 양자점의 소수성 문제는 양자점을 수용성으로 만들어 극복되었습니다. 생물학적 유체에서 머무름 시간이 긴 수성 양자점의 예는 티올을 함유한 하전 그룹으로 제작된 고형광성 금속 황화물(MS) 양자점의 개발입니다[43]. 또한 양자점의 고유한 형광 특성으로 인해 양자점은 암세포에 적합한 이미징 도구가 되었습니다[42]. 독소루비신과 결합된 A10 RNA 앱타머(QD-Apt-Dox)와 연결된 양자점은 표적 암세포 영상화의 예입니다[44]. 그러나 중금속의 혼입으로 인해 양자점의 독성 증가가 관찰되어 생체 내 이미징에 제한적으로 사용됩니다. 그럼에도 불구하고 최근의 접근 방식은 독성 감소와 양자점의 체세포에 대한 생체 적합성 향상에 중점을 둡니다. 또한 직경이 5.5nm 미만인 양자점이 소변에서 빠르고 효율적으로 배출되어 독성이 감소한다는 점을 언급할 가치가 있습니다. 이 현상은 카드뮴이 없는 CulnS₂ 합성에 의해 나타났습니다. /ZnS(copper indium sulfide/zinc sulfide)는 양자점의 코어와 쉘로 사용되어 급성 국소 독성이 확실히 감소하면서 림프절 영상을 위한 살아있는 세포의 안정성이 향상되었습니다[45, 46].

바이오센서

지난 몇 년 동안 나노 물질의 가장 큰 성과 중 하나는 바이오 센서의 개발입니다. 바이오센서는 변환기에 연결되거나 통합된 생물학적 감지 요소를 포함하는 장치입니다. 바이오센서는 항체 항원, 효소 기질, 수용체 호르몬 등의 구조를 기반으로 체내의 특정 분자를 인식하여 작용합니다. 특이성과 선택성을 포함한 바이오센서의 두 가지 주요 특성은 이 인식 시스템에 의존합니다. 이러한 바이오센서의 기본적 특성은 신호에 비례하는 농도에 가장 중요하게 사용된다[47,48,49].

고효율의 바이오센서를 생산하기 위해서는 감지물질의 분산을 위해 선정된 기판이 전제조건이다. 양자점[50], 자성 나노입자[51], 탄소나노튜브(CNT)[52], 금 나노입자(GNP)[53] 등 다양한 유형의 나노물질이 바이오센서에 적용된다. 나노 물질의 독특한 화학적, 물리적, 자기적, 광학적 및 기계적 특성은 탐지에 대한 특이성과 감도를 증가시킵니다. GNP를 포함하는 바이오 센서는 전극 표면에 고정된 생체 분자 농도를 증가시킨 생체 분자에 적합한 환경을 제공했습니다. 그 결과 바이오센서의 감도가 향상되었습니다[54, 55]. 바이오 센서 내에서 가장 널리 사용되는 전극 표면은 GNP에서 수정된 유리 탄소 전극(GCE)입니다. 또한 최고의 감도와 전기화학적 안정성을 보였다. 이와 관련하여 인간 융모막 성선 자극 호르몬(HCG)의 농도를 감지하기 위해 메틸렌 블루(MB)와 GNP를 GCE에 필름 형태로 LBL(Layer by Layer) 기술을 통해 쉽게 조립 및 수정합니다[56]. 항HCG를 로딩하기 위해 나노입자에 포함된 넓은 표면적 때문에, 이러한 면역센서는 인간 혈액 또는 소변 샘플에서 HCG 농도를 검출하는 데 사용될 가능성이 있습니다. 유사하게, CNT는 생물의학 공학, 생물 분석, 생물 감지 및 나노전자공학에서 훌륭한 응용을 발견했습니다[57,58,59]. 더욱이, 고분자 바이오 나노복합체 층 형태의 다중벽 탄소나노튜브(MWNT)는 DNA 검출에 사용될 가능성이 있다[60]. 또한 자성 나노 입자는 자기 공명 영상(MRI) 조영제[61], 온열 요법[62], 면역 분석[63], 조직 복구[64], 세포 분리[65], GMR 센서[66], 약물 또는 유전자 전달[67].

마찬가지로 키토산과 탄소 코팅된 자성 나노 입자를 사용하여 새로운 유형의 자기 키토산 미소구체(MCMS)도 생성되었습니다[68]. 이 연구에서 헤모글로빈은 가교제로 글루타르알데히드를 사용하여 MCMS 변형된 GCE 표면에 성공적으로 고정되었습니다. 바이오센서의 또 다른 중요한 응용은 SsDNA-CNT 프로브를 바이오센서로 사용하여 다양한 종류의 DNA 올리고뉴클레오티드를 검출하는 것을 포함하는 광학 기술입니다[69]. 유사하게, 리포솜 기반 바이오센서는 파라옥손 및 디클로르보스를 포함하는 유기인계 살충제를 최소 수준으로 모니터링하는 데 사용되어 상당한 주목을 받았습니다[70].

자성 나노입자

자기 나노 입자(MNP)는 생물학적 상호 작용의 분자 또는 세포 수준에서 작동할 수 있는 능력이 있어 독점적인 자기 특성을 제공하여 MRI의 조영제 및 약물 전달의 운반체로서 최고의 화합물이 됩니다. 최근 나노기술의 발전은 생물의학 응용을 위한 MNP의 특성과 특징을 수정하는 데 도움이 되면서 주목을 받았습니다. 이와 관련하여 초상자성 산화철(SPIO)의 RES 매개 흡수를 통한 간 종양 및 전이 영상화는 2-3mm만큼 작은 병변을 구별할 수 있는 것으로 나타났습니다[70, 71]. 또한, 이러한 초소형 초자성 산화철(USPIO)은 직경이 5~10mm에 불과한 림프절 전이의 영상화에도 매우 효과적입니다[72]. 또한, 이 비침습적 접근 방식의 중요성은 유방암 및 전립선암에 대한 치료 접근 방식을 식별할 뿐만 아니라 병기 결정에서 중요한 부분으로 간주되기 때문에 림프관 파종 감지에서도 나타났습니다[73].

약물 배달

나노기술은 물리적, 광학적, 전자적 특성이 다르기 때문에 재료 과학에서 생물 의학에 이르기까지 다양한 분야에서 매력적인 도구입니다. 나노기술의 가장 효과적인 연구분야는 나노기술의 원리를 질병의 치료, 예방, 진단에 적용하는 나노의학이다. 또한 지난 수십 년 동안 전 세계적으로 나노 의학 연구의 급증으로 인해 많은 나노 의학 제품이 판매되었습니다. 현재 나노의약품은 약물 전달 시스템의 영향을 받아 전체 매출의 75% 이상을 차지한다[74]. 이와 관련하여 나노입자 기반 약물 전달 플랫폼은 기존 약물 제형과 관련된 약동학적 단점을 해결하는 데 가장 적합한 매개체로 과학자들의 신뢰를 얻었습니다[75]. 따라서 약물의 치료 효능을 향상시키기 위해 리포솜, 고체 지질 나노입자, 덴드리머, 고체 금속 함유 나노입자와 같은 약물 전달 시스템으로 다양한 나노 형태가 시도되고 있다[76, 77]. 주요 관심 분야 중 일부는 아래에 설명되어 있습니다.

안과

안과 경로를 통한 약물 전달은 매우 매력적이지만 제약 과학자들에게는 어려운 일입니다. 눈은 여러 구획으로 구성된 작고 복잡한 기관입니다. 그것의 생화학, 생리학 및 해부학은 생체이물에 대한 가장 불침투성을 만들었습니다. 안구 투여가 필요한 일반적인 상태에는 결막염과 같은 안구 감염과 녹내장과 같은 각막 질환이 포함됩니다. 안구 전달에 사용되는 가장 일반적인 약물 부류는 산동 또는 마비성 동공 축소제, 항감염제, 항염증제, 진단제 및 외과적 보조제를 포함합니다. 작은 안구의 불규칙성에 대해서도 유전자 치료가 필요하며 이 영역에서 많은 연구가 진행되고 있다. Nanocarrier 지원 접근 방식은 적합성과 특이성으로 과학자들의 관심을 받았습니다. 마이크로스피어, 나노입자와 같은 미립자 전달 시스템과 리포솜, 니오솜, pharmacosomes 및 discomes와 같은 소포 운반체는 다양한 유형의 약물 분자의 약동학 및 약력학 특성을 향상시키는 것으로 보고되었습니다[76]. 하이드로겔, 점막 접착성 폴리머, 마이크로에멀젼, 덴드리머, 이온삼투 약물 전달, siRNA 기반 접근법, 줄기 세포 기술, 비바이러스 유전자 요법, 공막 플러그를 사용한 레이저 요법 등 많은 새로운 제어 약물 전달 시스템이 등장했습니다. . 약물 전달을 위한 다양한 시스템은 안구 경로를 통한 약물 전달을 위해 구성되어 있습니다. 모든 약물 전달 시스템의 주요 목표는 체류 기간을 개선하고 각막 투과성을 향상시키며 안구 후방에서 약물을 유리시켜 생체 이용률을 높이고 환자의 순응도를 향상시키는 것입니다[79].

Abrego et al. 하이드로겔 형태의 안과용 전달을 위한 프라노프로펜의 PLGA(폴리 락트산 공-글리콜산) 나노입자를 제조했습니다. 이 하이드로겔 제형은 프라노프로펜의 안구 전달에 적합한 유변학적 및 물리화학적 특성을 가지며 약물의 개선된 생물약제학적 개요를 제공합니다. 또한 국소 항염 및 진통 효과를 강화하여 환자의 순응도를 향상시켰다[80]. 또 다른 연구에서는 이중 에멀젼 기술에서 이중 가교를 사용하여 cefuroxim이 탑재된 키토산 나노 입자를 개발했습니다. 추론은 키토산-젤라틴 입자를 안내 수준에서 DD에 대한 잠재적으로 실용적인 후보로 지적합니다[81]. 또한, 디클로페낙이 로딩된 N-트리메틸 키토산 나노입자(DC-TMCN)는 약물의 안구 생체이용률을 개선하기 위해 안과용으로 개발되었습니다[82]. 또한, 키토산 기반 덱사메타손 포스페이트의 나노 크기 초분자 어셈블리는 점막 접착 특성으로 인해 각막 전 약물 체류 시간을 개선하기 위해 개발되었습니다. 이러한 나노 입자는 안구 표면 및 약물과 강하게 상호작용하고 대사 분해로부터 약물을 보호하여 각막 전 체류를 연장합니다[83]. 안과 질환인 녹내장은 글리세릴 모노스테아레이트를 고체 지질로 사용하여 브리모니딘 기반의 서방성 고체 지질 나노입자로 치료하였다[84, 85]. 유사하게, 답토마이신 로딩 키토산 코팅 알기네이트(CS-ALG) 나노입자는 안구 적용에 적합한 크기와 높은 캡슐화 효율(최대 92%)로 개발되었습니다. 이 연구는 미래에 답토마이신 나노캐리어 시스템이 세균성 안구염에 대한 전향적 치료법으로 작용하고 키토산 나노입자에 대한 효율적인 대안으로 작용하기 위해 이 항생제를 눈에 직접 전달하는 데 사용될 수 있음을 보여주었습니다[86].

각막 이식에서 이식편의 장단기 실패의 주요 원인 중 하나는 면역학적 이식 거부이다. 이를 위해 PLGA 기반 생분해성 나노입자 시스템인 dexamethasone sodium phosphate(DSP)를 제작하여 각막 이식 거부반응을 방지하기 위해 코르티코스테로이드를 지속적으로 방출하였다[87]. 또한 MePEG-PCL(폴리에틸렌글리콜-폴리카프로락톤) 커큐민 나노입자가 보고되었으며 유리 커큐민에 비해 효율성 증가, 커큐민의 각막 체류 강화, 각막 신생혈관 예방에 상당한 개선을 보였다[88]. 마찬가지로 은나노입자가 주입된 조직접착제(2-octyl cyanoacrylate)는 기계적 강도와 항균력이 향상되어 개발되었다. 이러한 도핑된 접착제(은 나노입자)는 조직 접착제를 봉합사에 대한 실행 가능한 보충제 또는 대안으로 사용할 수 있도록 지원했습니다[89].

호흡기학

천식, 만성 폐쇄성 폐질환(COPD) 및 폐암일 가능성이 있는 폐 질환은 발병률이 높고 종종 생명을 위협합니다. 예를 들어 COPD는 네 번째 주요 사망 원인이며 폐암은 전 세계적으로 가장 흔한 암 사망 원인이라고 설명되어 있습니다. 나노입자는 이러한 심각한 질병의 치료를 개선하기 위한 선택으로 면밀히 조사되고 있습니다[90]. 다양한 약물이 함유된 나노입자가 폐 질환 치료에서 국소 및 전신 효과를 위해 활용되었습니다. 폐 질환에 대한 치료 장소로의 치료제 전달은 만성 폐 감염, 폐암, 결핵 및 기타 호흡기 병리의 효과적인 치료를 허용할 수 있습니다[91]. 이 목적을 위해 사용되는 나노캐리어에는 리포솜, 지질 또는 고분자 기반 미셀, 덴드리머, 고분자 나노입자가 포함됩니다[92]. 고분자 NP는 캡슐화된 제제의 표적화 능력 및 분포를 개선하기 위해 고분자가 공중합, 표면 개질 또는 생체 접합될 수 있기 때문에 주요 관심 대상입니다. 일반적으로 폐 약물 전달에 사용되는 나노캐리어는 젤라틴, 키토산, 알지네이트와 같은 천연 고분자와 폴록사머, PLGA, PEG와 같은 합성 고분자를 포함합니다[93].

PLGA NP는 폐 단백질/DNA 전달을 위한 운반체로서 가장 편리한 특성 세트를 나타내는 반면 젤라틴 NP는 적절한 상호 선택인 것으로 관찰되었습니다[94]. 유사하게, 독소루비신과 커큐민의 이방성 또는 야누스 입자는 흡입을 통한 폐암 치료를 위한 항암제를 운반하기 위해 제형화되었습니다. 입자는 생체 적합성 및 생분해성 물질 이원 혼합물을 사용하여 제형화되었습니다. 이들 입자는 유전 및 세포독성 결과를 나타내지 않았다. 암세포는 이러한 야누스 입자를 내부화하고 핵과 세포질에 뭉쳐서 장기 체류를 유도합니다. 더욱이, 폴리아미도아민(PAMAM) 덴드리머는 G3, G4 및 G4[12] 덴드리머를 사용하여 모델 약용성 항천식 약제 베클로메타손 디프로피오네이트(BDP)의 폐 전달을 위한 나노운반체로서 평가되었습니다. 이 연구는 BDP-덴드리머가 에어젯 및 진동 메쉬 분무기를 사용하여 폐 흡입 가능성이 있음을 보여주었습니다. 또한 에어로졸 특성은 덴드리머 생성보다는 분무기 설계에 의해 영향을 받는 것으로 관찰되었다[95]. 또한 무기 금속, 금속 산화물, 준금속, 유기 생분해성 및 무기 생체 적합성 고분자로 구성된 조작된 나노 입자(ENP)는 백신 및 약물 전달 및 다양한 폐 질환 관리를 위한 운반체로 효율적으로 사용되었습니다. 폐에 대한 ENP의 성질 및 효능은 그림 1에 나타내었다. 다당류 기반, 고분자 매트릭스 기반)이 개발되어 폐 면역 지혈에 대해 평가되었습니다. 비교적 안전한 운반체일 뿐만 아니라 현대 연구에 따르면 ENP 케이블은 항염증 특성(예:은 및 폴리스티렌)과 면역 항상성의 유지를 나타내는 폐의 각인(예:폴리스티렌)으로 유익한 결과를 관리하는 것으로 나타났습니다. 메커니즘에 대한 추가 정보는 폐 면역 항상성 및/또는 염증성 폐 질환 관리에 대한 ENP의 유용한 효과를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다[96].

폐에 대한 ENP의 특성 및 효능

기능화된 양이온성 리포-폴리아민(Star:Star-mPEG-550)이 폐혈관 세포로의 생체내 전달을 위해 siRNA(짧은 간섭 RNA)를 위해 최근에 개발되었음을 언급하는 것이 중요합니다. 이 균형 잡힌 지질 제형은 마우스의 폐에서 siRNA 보유를 강화하고 표적 유전자의 상당한 분해를 달성했습니다. 그 결과는 기능화된 양이온성 리포폴리아민 나노입자를 사용하여 폐동맥병증을 모집하고 강렬한 폐동맥 고혈압(PAH)이 있는 쥐의 심장 기능을 교정함으로써 폐로의 miRNA-145 억제제 전달의 독성이 감소하고 유용하다는 것이 밝혀졌습니다[97]. /P>

심혈관 시스템

심혈관 질환은 심혈관계에 영향을 미치는 질환, 뇌와 신장의 혈관 질환, 말초 동맥 장애입니다. 약리학 및 임상 관리의 모든 발전에도 불구하고 심부전은 전 세계적으로 이환율의 가장 중요한 원인입니다. 세포 이식, 유전자 전달 또는 요법, 사이토카인 또는 기타 소분자를 구현하는 많은 새로운 치료 전략이 심부전을 치료하기 위해 연구되었습니다[98]. 개발도상국에서 영향을 받는 사람의 수가 불충분합니다. 심혈관 질환으로 인한 사망의 80% 이상이 저개발 국가에서 발생하며 남성과 여성에게 거의 균등하게 발생합니다[99]. Mathers et al. 2008년에는 매년 940만 명이 사망하는 것으로 추산됩니다[100]. 이것은 관상 동맥 심장 질환으로 인한 사망의 45%와 심장 뇌졸중으로 인한 사망의 51%로 결론지어집니다[101]. 고분자 미셀, 리포솜, 덴드리머, 지단백질 지원 제약 담체 및 나노입자 약물 담체와 같은 다양한 유형의 약물 전달 매체가 있습니다.

83% 이상의 포획 효율을 갖는 키토산 기반 시롤리무스 리포솜은 재협착증 치료를 위해 개발되었으며 효율적인 표적 전달을 위한 새로운 플랫폼으로 입증되었습니다[102]. 유사하게, 85%의 포획 효율을 갖는 carvediol의 담즙염이 풍부한 니오솜은 약물의 생체이용률을 증가시켜 더 나은 치료 효과를 얻었다[103]. 풍선 손상 경동맥의 재협착 억제는 혈소판 유래 성장 인자(PDGF) 수용체의 선택적 차단제인 AGL 2043 및 AG1295를 캡슐화하는 PLGA 기반 나노입자를 개발하여 쥐에서 달성되었습니다[104]. Angiogenic therapy of myocardial ischemia with vascular endothelial growth factor (VEGF) is a favorable approach to overcome hypoxia and its sequel effects. Polymeric particles loaded with VEGF have been proved a promising system for delivery of cytokines to rat myocardial ischemic model. This approach could be further explored for clinical studies [105]. Coenzyme Q10 (CoQ10) owing to its role in mitochondrial electron transport chain appears to be a reliable candidate to treat myocardial ischemia (MI) but its poor biopharmaceutical characteristics needed to be addressed by developing promising delivery approaches. Polymeric nanoparticles were developed to encapsulate CoQ10 to overcome its poor pharmaceutical properties and administered to MI-induced rats. Cardiac function was analyzed by determining ejection fraction before and after 3 months of therapy. Results showed significant betterment in the ejection fraction after 3 months [106].

Oncology

Cancer is a prime cause of mortality around the globe. The World Health Organization determines that 84 million people die of cancer between 2005 and 2015. The eventual target of cancer therapeutics is to increase the life span and the quality of life of the patient by minimizing the systemic toxicity of chemotherapy [107]. Chemotherapeutic agents have widely been studied in oncology for the past 25 years, but their tumor specificity is unsatisfactory and therefore exhibit dose-dependent toxicity. To overcome this limitation, recent interest has been centered on developing nanoscale delivery carriers that can be targeted directly to the cancer cell, deliver the drug at a controlled rate, and optimize the therapeutic efficacy [108, 109]. Passive and active targeting is used to deliver the drug at its tumor site. The passive phenomenon called the “enhanced permeability and retention (EPR) effect,” discovered by Matsumura and Maeda, is the dominated pathway used for chemotherapeutics [110, 111]. Active targeting is achieved by grafting ligand at the surface of nanocarriers that bind to receptors or stimuli-based carriers, e.g., dual reverse thermosensitive [112], photo-responsive [113], magnetic nanoparticles [114], and enzymatically activated pro-drugs [115]. Nanoparticles (NPs) can be conjugated with various smart therapeutic carriers like polymeric nanoparticles [116], micelles [117], liposomes [118], solid lipid nanoparticles (SLNs) [119], protein nanoparticles [120], viral nanoparticles [121], metallic nanoparticles [122], aptamers [123], dendrimers [124], and monoclonal antibody [125] to improve their efficacy and decrease the systemic toxicity. Table 3 summarizes the different approaches for drug deliveries which are widely studied to target the tumor with maximize therapeutic response and minimum toxicity.

Biodegradable poly (o-caprolactone) nanocarriers loaded with tamoxifen were developed for the management of estrogen receptor-specific breast cancer [126]. This study suggested that the nanoparticle preparations of selective estrogen receptor modulators deliver the drug in the specific estrogen receptor zone resulting in enhanced therapeutic efficacy. Similarly, a nanoconjugation of doxorubicin and cisplatin was developed by Chohen et al. [127], which have exhibited enhanced efficiency and reduced side effects of the loaded drugs in the treatment of localized progressive breast cancer. Likewise, chemotherapeutic drug oxaliplatin-loaded nanoparticulate micelles were prepared by Cabral et al. [128], with sustained release of loaded drug in the tumor microenvironment, resulted in enhanced antitumor effect [128]. Furthermore, SLN loaded-5-FU resulted in enhanced bioavailability and sustained release of the encapsulated anticancer drug, leading to enhanced antitumor effect [129].