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생체 적합성 5-아미노레불린산/Au 나노입자 로딩 에토좀 소포체 비대 흉터의 체외 경피 시너지 광역학/광열 치료

초록

생체 적합성 5-아미노레불린산/Au 나노입자 로딩 에토좀 소포(A/A-ES)는 비대 흉터(HS)의 상승적 경피 광역학/광열 요법(PDT/PTT)을 위해 초음파 처리를 통해 준비됩니다. 초음파 처리를 활용하여 Au 나노입자(AuNPs)가 합성되고 독성 물질 없이 에토좀 소포(ES)에 동시에 로드되며, 5-아미노레불린산(ALA)도 20%의 포획 효율(EE)로 ES에 로드됩니다. 준비된 A/A-ES는 동일한 A/A-ES에서 인접 AuNP 간의 플라즈몬 결합 효과로 인해 600-650nm에서 강한 흡광도를 나타내며, 이는 동시에 A/A-ES를 자극하여 열을 생성하고 양자 수율을 향상시킬 수 있습니다. 632nm 레이저를 사용하여 활성산소종(ROS)을 제거합니다. 시험관 내 경피 투과성 연구는 A/A-ES가 HS 조직으로의 ALA 및 AuNP 침투를 모두 향상시키는 매우 효율적인 약물 운반체 역할을 한다는 것을 보여줍니다. 인간의 비대성 흉터 섬유아세포(HSF)를 치료 표적으로 삼는 HS의 상승적 PDT/PTT는 A/A-ES가 AuNP의 광열 효과 및 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR)에 의해 ROS의 양자 수율을 향상시킬 수 있음을 나타냅니다. apoptosis 또는 necrosis. 즉, 준비된 A/A-ES는 개별 PDT 및 PTT보다 HSF에 대한 더 나은 시너지 PDT/PTT 효율성을 보여 HS의 치료에 대한 관점을 고무시킵니다.

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배경

피부 진피 손상 후 흔하고 피할 수 없는 문제인 비후성 흉터(Hypertrophic scar, HS)는 정상 피부보다 훨씬 두꺼운 섬유성 진피를 가지고 있습니다[1, 2]. 조직병리학적으로 HS는 물결 모양으로 배열되어 상피 표면을 향하고 결절 구조를 형성하는 비후성 반흔 섬유아세포(HSF)의 증가를 나타냅니다[3]. 다양한 치료법이 임상적으로 이용 가능하지만, HS 치료법은 수많은 한계로 인해 많은 어려움이 있습니다. 병변내 주사 요법은 임상 실습에 널리 사용됩니다. 그러나 불편한 수술과 영구적인 저색소침착, 피부 위축 등의 부작용에 한계가 있다[4]. 압력 요법은 조직 허혈 및 조직 대사 감소와 같은 부작용에 대해 제한적입니다[5]. 이러한 한계를 극복하기 위해 레이저 치료는 레이저 조사의 장점을 이용하여 25년 이상 HS 치료에 개발 및 적용되어 온 국소 및 비침습적 치료 방법입니다[6]. 일반적으로 레이저 치료는 원리에 따라 PDT(Photodynamic Therapy)와 PTT(Photothermal Therapy)로 나눌 수 있습니다.

PDT는 높은 선택성과 적은 부작용의 장점으로 HS를 치료하는 데 사용되었습니다[7]. 그 원리는 (a) 감광제가 HSF에서 우선적으로 응집하고 (b) 적절한 레이저 조사 하에 광감작제가 세포독성 활성산소종(ROS)을 생성하여 HSF의 세포자멸사를 유도합니다[8, 9]. 다양한 감광제 중에서 5-아미노레불린산(ALA)은 심각한 부작용 없이 피부과의 국소 치료 방식에 대한 우수한 후보임이 입증되었습니다. 따라서 ALA 기반 PDT(ALA-PDT)는 2010년 미국 식품의약국(FDA)의 시판 허가를 받아 HS 치료에 널리 사용되고 있다[10]. 그러나 그 효율성은 (a) HS 조직과 HSF 모두에 대한 ALA의 열악한 침투성 및 (b) ROS의 낮은 양자 수율이라는 두 가지 제한 사항으로 인해 논란의 여지가 있습니다. 현저한 효과를 내기 위해 임상에서는 고용량 ALA 또는 고준위 레이저를 적용합니다. 불행히도 고용량 ALA는 피지선과 표피의 손상을 일으키고 고레벨 레이저는 건강한 조직을 손상시키는 경향이 있습니다. 따라서 HS의 PDT 처리에서 ALA의 침투성과 ROS의 양자 수율을 향상시키기 위해 많은 관심을 기울였습니다. 최근에 특별히 설계된 리포솜인 에토솜 소포(ES)는 국소 전달을 위한 HS의 장벽을 극복하고 상당한 진전을 달성할 수 있는 것으로 밝혀졌습니다[11, 12]. 우리의 이전 작업에서 준비된 ALA가 적재된 ES(ALA-ES)는 기존의 하이드로알코올 용액 시스템과 비교하여 훨씬 더 많은 ALA를 HS로 전달할 수 있습니다[13]. 따라서 ES는 ALA의 침투성을 향상시켜 HS의 PDT 효능을 향상시킬 수 있습니다. 한편, PDT와 PTT를 결합한 새로운 시너지 치료 방식은 ROS의 양자 수율과 HS의 치료 효능을 모두 향상시킬 수 있다는 약속을 갖고 있습니다.

PTT는 또한 다양한 질병에 대한 특별한 치료학적 접근입니다[14, 15]. 지금까지 HS의 임상 치료에 성공적으로 적용되었습니다[16]. 그 메커니즘은 빛 에너지를 수확하고 열을 생성한 다음 조직 기화, 응고, HSF 세포자멸사 및 콜라겐 변성을 유발합니다. 그러나 PTT는 고준위 레이저로 HS 조직에 대한 선택성이 좋지 않아 HS 치료에서 삼출, 궤양, 작열감 등의 심각한 부작용이 있습니다[4]. 최근에, 가교 나노기술인 PTT는 광열 효과에 대해 고도로 선택적이고 최소 침습성을 갖는 잠재적인 HS 치료로 간주되고 있습니다. 그리고 더 중요한 것은 효과적인 광흡착제인 Au 나노입자(AuNPs)를 기반으로 PTT가 두 가지 이유로 ROS의 양자 수율을 향상시키는 것으로 확인되었다는 것입니다. 의존적 방식, 그리고 [17] (b) AuNP는 ALA와 결합하고 국부 표면 플라즈몬 공명(LSPR)으로 인해 ROS의 양자 수율을 향상시킬 수 있습니다[18, 19]. 따라서 ALA/AuNP 기반의 PDT/PTT(synergistic photodynamic/photothermal therapy)는 HS 치료에서 PDT와 PTT의 현재 한계를 극복할 수 있는 가능성을 제시합니다.

최근 AuNP 기반의 시너지 PDT/PTT는 다양한 암 치료에 주사 방식으로 널리 사용되고 있다[20, 21]. 암과 달리 HS는 국소 투여에 적합합니다[22]. 그러나 HS 진피의 콜라겐 번들은 ALA 및 AuNP의 침투에 큰 장벽을 제시하여 HS에 대한 PDT/PTT 상승적 치료 효율을 제한합니다. 따라서 ALA와 AuNP를 동시에 HS에 침투시키는 방법은 최대 치료 효능과 최소 부작용으로 시너지 PDT/PTT에 중요합니다[23, 24]. 또한 적절한 ALA/AuNP 기반 시너지 PDT/PTT는 다음 조건도 충족해야 합니다. 생체 적합성. 그러나 보고된 다양한 감광제/AuNPs는 침투성 및 불량한 생체 적합성으로 인해 국소 경피 전달 및 HS 처리로 적용할 수 없습니다[25].

여기에서는 본 연구에서 HS의 PDT/PTT 시너지를 위해 생체적합성과 침투성이 우수한 ALA/AuNP-loaded ES(A/A-ES)를 개발하였다. 생체 적합성 A/A-ES는 독성 물질 없이 초음파 처리를 통해 AuNP와 ALA가 로드된 ES에 의해 준비됩니다. 준비된 A/A-ES는 A/A-ES에 함께 로드된 인접 AuNP 사이의 플라즈몬 결합의 결과로 600-650nm 범위에서 강한 흡광도를 나타냅니다. 이를 통해 He-Ne 레이저를 사용하여 A/A-ES를 자극하여 열과 ROS를 동시에 생성하여 HSF 세포자멸사를 촉진할 수 있습니다. A/A-ES는 시험관 내 연구에서 ALA와 AuNP를 동시에 HS로 전달하는 우수한 침투성을 나타냅니다. 마지막으로 HSF를 표적으로 하여 HS에 대한 시험관내 효율성 PDT/PTT는 세포내 프로토포르피린 IX(PpIX)의 축적, ROS의 양자 수율 및 HSF의 세포자멸사에 의해 조사됩니다. 또한 HSF로의 침투성은 TEM에서도 관찰됩니다. 시너지 효과로 인해 A/A-ES는 ALA와 AuNP가 HS와 HSF에 동시에 침투하도록 촉진하여 개별 PTT 또는 PDT에 비해 높은 수준의 세포 사멸을 유발합니다. 한 마디로, A/A-ES는 국소 ALA 및 AuNP 투여를 위한 유망한 경피 전달 시스템이며, HS의 시너지 PDT/PTT에 큰 잠재력을 갖고 있으며, HS 치료의 새 창을 엽니다.

결과 및 토론

A/A-ES의 특성

초음파 처리는 두 가지 이유로 A/A-ES를 준비하는 데 핵심 매개변수였습니다. (b) 초음파 처리는 지질 이중층을 재배열하여 더 많은 ALA 및 AuNP를 로드할 수 있는 작은 크기와 상대적으로 더 큰 내부 코어를 가진 더 많은 소포를 형성할 수 있습니다. 이 작업에서 AuNPs는 다음 계획에 설명된 대로 형성되었습니다. (a) 반응성이 높은 H• 및 OH• 라디칼은 H2 O(식 1), (b) 산화 라디칼 H•는 CH3의 알파 H를 추출할 수 있습니다. 채널2 OH는 환원 라디칼 CH2를 형성합니다. •CH2 OH(식 2) 및 (c) 기포 내에서 열분해하는 동안 라디칼 CH2 •CH2 OH는 Au 3+ 를 줄일 수 있습니다. AuNP를 형성하기 위해(Eq. 3) [26].

$$ {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to \mathrm{H}\bullet +\mathrm{OH}\bullet $$ (1) $$ \mathrm{H}\bullet +{\mathrm {CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{OH}\to {\mathrm{CH}}_2\bullet {\mathrm{CH}}_2\mathrm{OH}+{\mathrm{H} }_2 $$ (2) $$ {\mathrm{Au}}^{3+}+{\mathrm{CH}}_2\bullet {\mathrm{CH}}_2\mathrm{O}\mathrm{H} +\mathrm{OH}\bullet \to \mathrm{AuNPs}+{\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}+{\mathrm{H}} _2\mathrm{O} $$ (3)

처음에는 A/A-ES가 UV-Vis로 검증되었습니다(그림 1a). 동일한 A/A-ES에서 인접 AuNP 사이의 플라즈몬 결합의 결과로 600-650nm 범위에서 강한 흡광도를 보였습니다[20]. 따라서 632nm 레이저 조사를 사용하여 HS에 대한 PDT와 PTT를 동시에 사용할 수 있습니다. 또한, A/A-ES는 그림 1b의 DLS 분석에 따르면 비교적 좁은 크기 분포를 보였고 평균 크기는 166 ± 83nm였습니다. 흥미롭게도 두 가지 크기 분포는 언로드된 AuNP와 A/A-ES에 기인합니다. 또한 두 분포의 큰 차이는 A/A-ES의 양이 무부하 AuNP의 양보다 훨씬 많다는 것을 시사했습니다. PDT 효율은 A/A-ES에 로드된 ALA의 양에 따라 달라졌습니다. Transmembrane pH gradient active loading 방법의 이점을 통해 ALA의 EE는 20%로 보고된 작업(10% 미만)보다 높았습니다[27]. A/A-ES의 형태도 연구되었습니다. SEM 이미지(그림 1c)에서 A/A-ES는 200nm 크기의 원형 라멜라 소포로 나타났고 AuNP는 ES에서 명확하게 관찰되고 로드될 수 있었습니다. AuNP 외에 라멜라가 그림 1d에서 AuNP 표면까지 확장되어 있는데 이는 ES의 특징이다[28, 29]. 또한 다른 수의 AuNP를 로드하는 준비된 A/A-ES의 크기는 추가 파일 1:그림 S1과 비슷했습니다. 따라서 A/A-ES는 초음파 처리에서 안정적이고 변형 가능한 구조로 조정되어 A/A-ES가 HS의 좁은 공간을 통해 압착할 수 있습니다. 요약하자면, A/A-ES는 20% EE의 ALA와 600–650nm에서 강한 흡광도로 성공적으로 준비되었습니다. 그것의 형태는 또한 다음에서 in vitro PDT/PTT 연구와 일치하는 침투성에 매우 도움이 될 것입니다.

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ES, ALA 및 A/A-ES의 UV-Vis 스펙트럼. 준비된 A/A-ES의 크기 분포. , d A/A-ES의 SEM 및 TEM 이미지

A/A-ES의 체외 경피 투과성 연구

A/A-ES의 머무름은 A/A-ES의 침투성 및 처리 효율성을 평가하는 중요한 매개변수였습니다. 따라서 Franz 확산 셀을 사용하여 시간에 따른 HS에서 ALA와 AuNP의 머무름량을 조사했습니다. 그림 2a에서 볼 수 있듯이 ALA와 AuNP는 모두 ES의 침투 향상 기능으로 인해 처음 2시간 동안 최대 머무름에 빠르게 도달했습니다. 최대값에 도달한 후 A/A-ES가 전체 HS를 관통하기 때문에 ALA와 AuNP의 머무름이 지속적으로 감소했습니다. 결과는 A/A-ES가 충분한 침투성을 가지고 있음을 나타냅니다. 적용된 ALA(2mg) 용량과 비교하여 48% ALA가 HS 조직에 있었으며 이는 HS의 PDT에 유리했습니다. 또한 ALA와 AuNP 사이의 동일한 유지 변화는 ALA와 AuNP가 모두 현미경 결과와 일치하는 ES에 로드되었음을 시사했습니다. 그 결과 A/A-ES의 최대 보유량으로 2시간이 국소 사용에 적절한 투여 시간이었다. 우리의 이전 연구에서 ES는 HS 조직으로의 약물 침투를 향상시키는 매우 효율적인 약물 운반체로 간주되었습니다[13]. 따라서 본 연구에서는 TEM을 이용하여 HS에서 A/A-ES의 분포와 작용도 연구하였다. 그림 2b에서 볼 수 있듯이 A/A-ES가 진피에서 손상되지 않은 구조로 발견되어 A/A-ES가 표피를 통해 HS 진피까지 안정적으로 침투할 수 있음을 나타냅니다. 그림 2c에 표시된 더 낮은 진피에서 ES와 AuNP가 분리 상태로 관찰되었으며, 이는 A/A-ES가 ALA와 AuNP를 모두 방출할 것임을 시사합니다. 흥미롭게도 AuNP는 ES에 로드되지 않았더라도 진피에서 집합적일 수 있습니다. 또한, 더 많은 AuNP가 그림 2d에서 진피에 축적되는 것으로 밝혀졌으며, 이는 빛 에너지를 수집하고 열을 생성하기 위해 인접한 AuNP 사이의 플라즈몬 결합을 제공할 수 있습니다. 간단히 말해서, 시험관 내 경피 투과성 연구는 A/A-ES가 HS 조직으로의 ALA 및 AuNP 침투를 모두 향상시키는 매우 효율적인 약물 운반체이며 진피의 집합적 AuNP가 열 생성에 유리하다는 것을 입증했습니다[20]. 따라서 A/A-ES는 HS에 대한 PDT/PTT의 시너지 효과에 큰 잠재력을 보여주었습니다.

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ALA 및 AuNP의 보유량. HS 조직에서 A/A-ES의 분포. HS 조직에서 ES 및 AuNP의 분포. d HS 조직에 축적되는 AuNPs

HSF의 시험관 PDT/PTT

생체적합성 분석

AuNPs의 생체적합성은 보고된 작업에서 잘 입증되었지만 이 작업에서는 A/A-ES와 HSF의 생체적합성도 연구해야 합니다[30, 31]. 다양한 농도의 ALA-ES, Au-ES 및 A/A-ES(0.1~10mM의 ALA 농도 기준, Au-ES는 A/A-ES와 동일한 AuNP 농도임)를 HSF와 함께 12시간 동안 인큐베이션했습니다. 방사선 없이. 그 결과 세포 생존율이 90% 이상인 2.0mM 이하의 농도에서 암 세포 독성이 없음을 보여주었습니다. 농도가 2.0mM보다 높을 때 세포 생존율의 약간의 감소가 감지되었습니다. 결과는 A/A-ES가 우수한 생체적합성을 가짐을 보여주었고 PDT/PTT는 다음 연구에서 2.0Mm의 농도에서 수행되어야 함을 보여주었습니다(배지에서 약 14% A/A-ES, v /v .) 그림 3.

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12시간 동안 암실에서 ALA-ES, Au-ES 및 A/A-ES 처리 시 HSF의 세포 생존율

HSF용 PDT/PTT

A/A-ES는 A/A-ES와 HSF 막의 융합에 의해 표면 투과성 장벽을 극복한 다음 ALA와 AuNP를 세포 세포질로 직접 유리시킬 수 있습니다[32]. ALA-PDT의 기전에 따르면 A/A-ES에서 방출된 ALA는 HSF 세포질에서 PpIX로 전환될 수 있습니다. 레이저를 사용하여 PpIX는 세포 사멸을 유도하는 세포독성 ROS를 생성했습니다. 따라서 CLSM은 그림 4에서 PpIX와 ROS의 축적을 연구하는 데 사용되었습니다[33, 34]. 레이저 조사 전에는 PpIX의 적색 형광이 주로 HSF의 세포질에 분포되어 있었다. ALA-ES 및 A/A-ES로 처리된 HSF의 PpIX는 Au-ES로 처리된 HSF의 자가 PpIX보다 훨씬 많았습니다. 또한, 모든 HSF에서 ROS는 레이저 조사 없이는 거의 발견되지 않았으며 이는 또한 합리적이었습니다. 레이저 조사 후, ALA-ES 및 A/A-ES로 처리된 HSF의 PpIX 강도가 감소되었고, 이들 세포에서 강한 강도로 ROS를 쉽게 찾을 수 있었습니다. 한편, Au-ES로 처리된 HSF는 자가 PpIX가 충분하지 않아 PpIX 및 ROS에서 반응이 없었다. 흥미롭게도 A/A-ES는 AuNP에 기인한 ROS 강도 비교에서 ALA-ES보다 더 많은 ROS 생성을 촉진할 수 있습니다. 또한 세포 형태도 더 많은 정보를 제공했습니다. ALA-ES로 처리한 HSF는 eumorphism이 있는 반면, Au-ES로 처리된 HSF는 원형질막에서 건강에 해로운 돌출을 보였다. 대조적으로, A/A-ES로 처리된 HSF는 죽어가는 세포의 특징인 "수포"가 돌출 및 수축되는 것으로 나타났습니다[35]. ROS 생성 및 세포 형태의 이러한 차이는 AuNP를 기반으로 한 PTT에 기인하며, 이는 그림 5의 적외선 이미징으로도 조사되었습니다. AuNPs-PTT의 메커니즘에 따르면 HSF 세포질의 AuNP는 632nm 레이저를 흡수하고 충분한 열을 생성할 수 있습니다. 방사선 조사에서 세포의 사멸 또는 괴사를 유도합니다. 따라서 적외선 열화상 카메라를 이용하여 ALA-ES, Au-ES, A/A-ES의 광열효과를 관찰하였다. ALA-ES, Au-ES 및 A/A-ES에 비해 조사 시 온도가 분명히 더 높았습니다(Au-ES 및 A/A-ES의 경우 41.3°C, ALA-ES의 경우 36.5°C). 레이저를 제거한 후 1분 안에 모든 온도가 정상값으로 빠르게 감소하여 레이저 조사 치료가 안전할 수 있음을 시사합니다[36]. 따라서 ES에 로딩된 AuNP는 세포자멸사 및 괴사 분석에 의해 제공되는 효과적인 PTT를 제공할 수 있습니다. 요약하면, A/A-ES는 ROS의 양자 수율을 향상시키고 광열 효과를 제공하여 HSF에 대한 PDT/PTT 시너지 처리의 탁월한 효율성을 달성할 수 있습니다.

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ALA-ES, Au-ES, A/A-ES로 6시간 동안 처리한 HSF의 공초점 이미지와 방사선 조사 유무 눈금 막대는 100μm입니다.

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. ALA-ES, Au-ES 및 A/A-ES로 6시간 동안 처리된 HSF의 적외선 현미경 영상(a ) 및 조사 후(b )

아폽토시스 및 괴사 분석

PDT/PTT의 효율성은 레이저 조사 하에서 ALA-ES, Au-ES 및 A/A-ES로 처리된 HSF의 세포 사멸 및 괴사에 의해 추가로 연구되었습니다. Annexin V-FITC 및 propidium iodide (PI) 이중 염색의 유세포 분석을 사용하여 세포 사멸 분석을 수행했습니다 (그림 6). 대조군 결과는 레이저 조사가 세포 생존율에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다(그림 6a). 조사 전 ALA-ES, Au-ES, A/A-ES는 우수한 생체적합성을 보였다. 조사 후 ALA-ES, Au-ES 및 A/A-ES로 처리한 HSF의 괴사와 세포사멸 비율은 유의한 차이를 보였다. 간단히 말해서, A/A-ES로 처리한 HSF의 괴사 및 세포사멸의 비율이 가장 높았고, 이는 CLSM의 결과와 일치하였다. 도 6e에서 실험의 통계적 분석은 괴사성 세포 사멸이 A/A-ES 처리로 61.8%로 증가함을 나타내었고, 이는 A/A-ES가 개별 PDT보다 HSF에 대해 더 나은 상승적 PDT/PTT 효율을 나타냄을 나타냅니다( 47.7% 괴사 세포 사멸) 및 PTT(24.3% 괴사 세포 사멸). 흥미롭게도 결과는 PDT가 PTT에 비해 HS 치료에서 더 효과적인 역할을 했으며 AuNP 기반 PTT가 PDT 효과에 도움이 될 수 있음을 나타냅니다. 이러한 결과는 A/A-ES가 ROS의 양자 수율을 향상시키고 광열 효과를 제공하여 HSF에 대한 PDT/PTT 시너지 처리의 우수한 효율을 달성할 수 있기 때문으로 설명될 수 있습니다. A/A-ES에서 ALA의 EE가 ALA-ES에서보다 훨씬 낮았지만(20 대 54%), A/A-ES와 ALA-ES 모두 유사한 괴사 세포 사멸이 있었습니다(61.8 대 78 %). 이러한 결과는 A/A-ES가 AuNP의 광열 효과와 LSPR에 의해 ROS의 양자 수율을 향상시킬 수 있다는 점에서 설명할 수 있다.

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ALA-ES로 처리된 HSF의 세포자멸사 분석(b ), Au-ES(c ) 및 레이저 조사가 있거나 없는 A/A-ES(d ), 그리고 살아있는, 초기 세포자멸사 및 후기 세포자멸사 및 괴사의 통계적 분석(e ). 통제였다. 레이저(-) 및 (+)는 레이저 조사가 없는/없는 것을 의미합니다.

HSF의 A/A-ES 시각화

PDT/PTT로 인한 HSF 형태 및 구조의 세부적인 변화도 그림 7에서 광학현미경과 TEM으로 조사했습니다. 조사하기 전에 A/A-ES 성장이 잘 된 HSF는 A/A- ES는 예상대로 우수한 생체 적합성을 가졌다(그림 7a). 그들의 TEM 이미지에서, 정상 세포질의 다양한 소기관 외에, 처리된 HSF는 세포 세포질에서 많은 AuNP 응집을 가졌다(도 7c의 빈 프레임). A/A-ES와 세포막의 융합은 더 많은 AuNP와 ALA를 HSF로 전달할 수 있다고 설명할 수 있습니다. 따라서 AuNP는 더 강력한 플라즈몬 결합 효과로 인해 더 효과적인 광열원으로 작용할 수 있으며 LSPR에 의한 ROS의 양자 수율을 향상시킬 수 있습니다. 흥미롭게도 그림 7c의 점선 프레임에 표시된 일부 AuNP는 세포외 유출로 인해 HSF에서 벗어났으며, 이는 A/A-ES의 우수한 생체 적합성을 다시 한 번 입증했습니다. 조사 후, HSF는 죽어가는 세포의 특징, 즉 원형질막으로부터의 돌출을 나타냈다(Fig. 7b)[37]. ROS 및 광열 효과로 인해 HSF 사망의 다른 지표인 팽창하는 미토콘드리아와 파열된 외막이 HSF 세포질에서 발견되었습니다(그림 7d)[35]. 또한 ES는 특징적인 막 구조로 발견되었습니다(그림 7d의 빨간색 프레임). 요약하면, A/A-ES는 ALA 및 AuNP가 HSF로 침투하는 것을 촉진하고 시너지 PDT/PTT에 의해 HSF를 파괴할 수 있습니다.

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이전에 A/A-ES로 처리된 HSF의 광학 현미경 이미지(a ) 및 조사 후(b ). A/A-ES로 처리된 HSF의 TEM 이미지(c ) 및 조사 후(d )

결론

생체 적합성 A/A-ES는 HS에 침투하고 HSF를 파괴함으로써 HS의 시험관내 상승적 PDT/PTT에 대해 쉽게 준비되었습니다. 초음파 처리를 사용하여 AuNP를 합성하고 독성 물질이 없는 상태에서 동시에 로드했습니다. A/A-ES는 ALA에 대한 높은 EE(약 20%)를 갖는 ES에서 인접 AuNP 사이의 플라즈몬 결합 효과로 600-650nm에서 강한 흡광도를 보였습니다. 시험관 내 경피 투과성 연구는 A/A-ES가 HS 조직으로의 ALA 및 AuNP 침투를 모두 향상시키는 매우 효율적인 약물 운반체임을 입증했습니다. HSF에 대한 시험관 내 PDT/PTT는 A/A-ES가 광열 효과와 AuNP의 LSPR에 의해 ROS의 양자 수율을 향상시켜 높은 수준의 세포 사멸 또는 괴사를 유발할 수 있음을 나타냅니다. 한마디로 생체 적합성 A/A-ES는 개별 PDT 및 PTT보다 HSF에 대해 더 나은 시너지 PDT/PTT 효율을 나타내어 HS 치료에 대한 관점을 고무시켰다. 추가 작업은 흉터 모델에서 HS에 대한 시너지 PDT/PTT의 생체 내 연구에 초점을 맞출 것이며 관련 작업이 진행 중입니다.

실험 및 방법

A/A-ES 준비

1.8mL CH3에 용해된 180mg의 포스파티딜콜린(PC, 95.8% 대두 레시틴, Lipoid GmbH, Germany) 채널2 OH, 0.6mL HAuCl4 (10mM, Aladdin, Shanghai, China) 및 3.6mL ALA-시트레이트 완충액(CBS, 0.01M, 12mg ALA, pH 4.0)을 차례로 PC 용액에 적가했습니다. 혼합물을 700rpm에서 10분 동안 교반하여 전구체 용액을 제조하였다. 반응식 1과 같이 전구체 용액을 200W의 초음파 환경에서 30분 동안 밝은 포도주색이 될 때까지 넣었습니다. 그런 다음, 반응 용액을 원심분리기(8000rpm, 20분)로 수행하여 잔류 HAuCl4을 제거했습니다. 그리고 PC. 마지막으로, 증착물을 3ml ALA 하이드로알코올 용액(ALA-HA, 2mg/ml ALA, 30% 에탄올)에 재분산하고 우리의 이전 작업에 따라 막관통 pH 구배 활성 로딩 방법으로 배양했습니다[13]. 인큐베이션에서 많은 외부 결합 ALA가 ES 이중층을 통해 ES의 내부 산성 수성 코어로 확산된 다음 양성자화되어 ES에 갇혔습니다. 배양 후 A/A-ES가 준비되었습니다. 이 작업에서 ALA-ES는 A/A-ES와 동일한 ALA 농도로 이전 작업에 따라 준비되었습니다. AuNP-loaded ES(Au-ES)는 A/A-ES와 동일한 AuNP 농도로 ALA 없이 A/A-ES로 준비되었습니다.

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A/A-ES 준비의 개략도

A/A-ES의 특성

A/A-ES를 인텅스텐산(1.5wt%)으로 음성 염색한 후 투과전자현미경(TEM, JEOL, Japan, 가속전압 120kV)으로 관찰하였다. A/A-ES는 또한 주사 전자 현미경(SEM, JEOL, Japan, 가속 전압 10kV)으로 검사했습니다. A/A-ES 크기 분포는 NiComp 380ZLS 검사 시스템(Nicomp, USA)에서 동적 광산란(DLS) 분석에 의해 결정되었습니다. ALA는 fluoresceamine derivatization 접근법에 의해 결정되었으며 자세한 내용은 추가 파일 1에 표시되어 있습니다. 한외여과 방법에 의해 결정된 ALA의 포착 효율(EE)은 추가 파일 1에 표시되어 있습니다. 마지막으로 UV-Vis 스펙트럼은 Varian Cary 50 UV-Vis 분광 광도계(Perkin Elmer, USA).

Franz 확산 세포의 체외 투과성 연구

A/A-ES의 침투성 연구는 2.8cm 2 크기의 Franz 확산 셀을 사용하여 수행되었습니다. 효과적인 침투 영역. 기증자 및 수용체 구획을 포함한 수용체 세포는 순환 수조에 의해 37°C로 유지되었습니다. HS 조직은 상하이 제9 인민 병원에서 사전 동의와 상하이 제9 인민 병원에서 승인한 1975년 헬싱키 선언의 윤리 지침으로 수집되었습니다. 지방 조직이 없는 신선한 HS 조직(절제 후 24시간 미만)을 기증자 구획 위로 각질층이 있는 수용체 구획에 장착했습니다. 1ml의 A/A-ES를 기증자 구획에 첨가한 다음 기증자 구획을 증발을 방지하기 위해 파라필름으로 덮었습니다. 다른 시간에 침투한 후 HS 조직을 즉시 세척하여 HS 표면에 남아 있는 A/A-ES를 제거했습니다. HS에서 ALA 및 AuNPs의 보유량을 축적하기 위해 HS 조직을 작은 조각으로 자르고 HS 조직에서 ALA를 PBS에서 24시간 동안 투석하여 추출했습니다. 추출물 용액을 HS 조직에서 ALA의 보유량에 대해 분석하였다. 투석 백에 유지된 HS 조직은 또한 유도 결합 플라즈마 질량 분석기(ICP-MS)에 의해 AuNP의 잔류량에 대해 분석되었습니다. ALA-ES로 2시간 동안 침투시킨 후, HS 조직을 세척하고, 접두사를 붙이고, 탈수하고, 침투시키고, 사후 고정했습니다. 에폭시 수지에 포매한 후 초단면(50nm 두께, 표피에 수직)으로 절단하고 120kV의 가속 전압에서 TEM을 사용하여 관찰했습니다.

HSF용 체외 PDT/PTT

세포 배양

HSF는 다음과 같은 일반적인 방법으로 분리 및 배양되었습니다. 신선한 HS 조직 조각(1mm 3 , 절제 후 6시간 미만)을 콜라게나아제 유형 I(Invitrogen, USA)을 사용하여 분해하여 단일 세포 현탁액을 달성했습니다. HSF는 37°C 및 5% CO2에서 10% 소태아 혈청(FBS, Gibco, USA)을 포함하는 Dulbecco의 Modified Eagle Medium(DMEM, Invitrogen, USA)에서 성장했습니다. . 배양 배지는 3일마다 교체해야 하며 세포는 80% confluent일 때 계대되었습니다. 2개 및 3개의 세포를 계대하는 것은 다음 실험에 사용되었습니다.

생체적합성 분석

A/A-ES의 생체적합성 평가에서, HSF는 96웰 플레이트에 2 × 10 3 으로 파종되었습니다. 세포/웰. 배양 배지를 FBS가 없는 배지로 교체하고 각각 농도가 다른 ALA-ES, Au-ES 및 A/A-ES를 새로 준비했습니다. 12시간 후 제조사의 지침에 따라 세포 계수 키트-8(CCK-8, Dojindo, Japan)을 사용하여 세포 생존율을 측정했습니다.

PDT/PTT 절차

HSF를 12웰 플레이트에 4 × 10 4 로 시딩했습니다. 세포/웰. 12시간 후, 새로 준비된 ALA-ES, Au-ES 및 A/A-ES(14%, v /v ), FBS가 없는 배지로 6시간 동안 교체했습니다. 처리 후 HSF를 PBS로 세척하고 배양 배지에서 1시간 동안 배양했습니다. 그런 다음 He-Ne 레이저(632nm 파장, 40mW/cm 2 , Shanghai Institute of Laser Technology, China) 20분 그런 다음 후속 실험을 준비하기 위해 배양 배지를 10% FBS가 포함된 새로운 DMEM으로 교체하여 24시간 더 보관했습니다. 또한 A/A-ES 및 조사로 처리된 HSF를 접두사, 탈수 및 포매하여 TEM 검사를 위한 울트라섹션을 준비했습니다.

세포내 PpIX 및 ROS 생성 분석

HSF에서 세포 내 PpIX 축적 및 ROS 생성은 공초점 레이저 스캐닝 현미경(CLSM, Leica TCS SP5, 독일)을 사용하여 감지되었습니다. ROS 생성 분석은 DCFH-DA를 사용하여 수행되었으며 제조업체의 지침을 따랐습니다. 세포가 있는 커버슬립을 유리 슬라이드에 장착하고 PpIX의 경우 405nm 여기/635nm 방출 및 ROS의 경우 488nm 여기/560nm 방출에서 관찰했습니다. 모든 데이터는 LAS AF 소프트웨어로 분석되었습니다.

아폽토시스 및 괴사 분석

HSF의 세포 사멸 및 괴사는 Annexin V-FITC 및 propidium iodide (PI) 이중 염색 후 유세포 분석에 의해 분석되었습니다. 샘플은 Annexin V-FITC/PI apoptosis detection kit의 프로토콜에 따라 준비한 다음 BD FACSCalibur(BD Biosciences, Mountain View, USA)로 분석했습니다. 데이터 분석은 FlowJo 7.6 소프트웨어로 수행되었습니다.

통계 분석

달리 명시되지 않는 한 데이터는 평균 ± SD로 표시되었습니다. 통계적 유의성은 양측 학생 테스트(P <0.05) 달리 명시되지 않는 한.

약어

A/A-ES:

5-아미노레불린산/Au 나노입자 로딩 에토좀 소포

ALA:

5-아미노레불린산

ALA-ES:

ALA 로드 ES

ALA-PDT:

ALA 기반 PDT

Au-ES:

AuNP 로드 ES

AuNP:

Au 나노 입자

CLSM:

공초점 레이저 스캐닝 현미경

DLS:

동적 광산란

DMEM:

Dulbecco의 수정된 독수리 배지

EE:

포획 효율성

ES:

상피 소포

FBS:

태아 소 혈청

HS:

비후성 흉터

HSF:

비후성 흉터 섬유아세포

ICP-MS:

유도 결합 플라즈마 질량 분석기

LSPR:

국부적인 표면 플라즈몬 공명

PDT:

광역동 요법

PDT/PTT:

광역학/광열 요법

PpIX:

프로토포르피린 IX

PTT:

광열 요법

ROS:

활성 산소 종

SEM:

주사전자현미경

TEM:

투과 전자 현미경


나노물질

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