자기 표적 및 NIR 반응성 화학-광열 조합 요법을 위한 rGO@Fe3O4 미소구체 준비를 위한 손쉬운 접근

초록

근적외선(NIR) 광 반응성 그래핀은 암 광열 절제 요법에 대한 흥미로운 효과를 보여주었습니다. 여기에서 우리는 Fe₃의 준비에 대해 보고합니다. O₄ -장식된 중공 그래핀 미소구체(rGO@Fe₃ O₄ ) 자기 표적 및 근적외선 반응 화학-광열 복합 요법을 위한 손쉬운 분무 건조 및 공침법. 미소구체는 매우 높은 비표면적(~ 120.7 m² g⁻¹ ) 및 큰 기공 부피(~ 1.012 cm³ g⁻¹ ), DOX의 높은 로딩 용량(~ 18.43%)에 대한 뚜렷한 이점을 보여줍니다. rGO@Fe₃의 NIR 유발 광열 효과 O₄ 미소구체는 온-오프 방식으로 반응하여 높은 광열 변환 효율을 유도했습니다. 또한 Fe₃ O₄ 마이크로스피어 상에서 우수한 종양 세포 표적화 능력을 나타내었다. rGO@Fe₃ 기반 화학 광열 처리 O₄ /DOX는 시험관 내에서 Hela 세포에 대해 우수한 세포독성을 나타냈습니다. 우리 연구에 따르면 rGO@Fe₃ O₄ /DOX 마이크로캡슐은 결합된 화학-광열 암 치료에 큰 잠재력을 가지고 있습니다.

소개

암은 세계에서 가장 악성 질환 중 하나이며 인간 사망의 주요 원인입니다[1, 2]. 화학요법은 임상 암 치료에서 일반적으로 사용되지만 낮은 치료 효율과 광범위한 부작용을 포함한 몇 가지 주요 문제로 인해 적용이 심각하게 제한됩니다[3]. 약물 전달 시스템(DDS)은 약물 용해도, 생체 이용률 및 종양 축적을 향상시키는 데 큰 이점을 보여 주었으며, 이는 항종양 효율을 현저하게 향상시킬 것으로 예상됩니다[4]. 최근 약물 전달 시스템으로 사용되는 중공 미소구체는 넓은 표면적과 풍부한 다공성 구조로 인해 주목을 받고 있으며[5,6,7,8], 여러 중공 미소구체 재료가 혁신적인 기술로 설계되었습니다[9,10,11 ,12,13].

새로운 유형의 무기 자유 금속 물질인 그래핀 옥사이드(GO)는 우수한 생체 적합성, 저렴한 비용 및 간단한 준비와 같은 독특한 특징으로 인해 약물 전달에서 널리 연구되었습니다[14,15,16,17]. 특히, 그래핀 옥사이드는 근적외선 조사에 의해 유발될 때 빛을 효과적으로 열로 변환할 수 있어[18,19,20], 암의 광열 치료 효과를 향상시키는 유망한 전략이 되고 있습니다. Chen 그룹은 GO가 π-π 스태킹, 수소 결합 및 정전기 흡착과 같은 비공유 상호 작용을 통해 항암제를 전달할 수 있다고 보고했습니다[21]. 그러나 2차원 산화 그래핀 나노시트는 비표면적이 크고 그래핀 층 사이의 반데르발스 결합으로 인해 응집되는 경향이 있어 [17, 22], 물에 대한 용해도가 낮고 약물 로딩 능력이 감소한다. 이러한 단점을 극복하기 위해 몇 가지 전략이 탐색되었습니다. Tsukruk 그룹은 층별 조립 기술을 사용하여 그래핀 중공 캡슐을 개발했으며[23], 이는 다른 GO 재료에 비해 매우 높은 약물 부하를 나타냅니다. 이는 GO에 의해 안정화된 중공 캡슐의 높은 비표면적 및 큰 기공 부피에 기여할 수 있다. 그러나 약물 전달을 위한 3차원 연결 기공 구조를 가진 GO에 대한 연구를 언급한 보고서는 거의 없습니다.

보고된 많은 약물 전달 시스템이 우수한 약물 로딩 능력과 제어된 약물 방출 거동을 나타내었지만, 이들의 전임상 연구 및 적용 또한 표적 종양 조직에 대한 불충분한 특이성으로 인해 제한적이다[24]. 다양한 약물 표적 전달 시스템 중 Fe₃ O₄ , 자기 표적 물질은 높은 자기 반응, 안정적인 품질 및 쉬운 달성으로 암 치료에 널리 사용됩니다[25,26,27,28,29]. Ni 그룹은 Fe₃를 개발했습니다. O₄ @SiO₂ 종양의 자기 표적화를 위한 초상자성 특성을 갖는 코어-쉘 구조 나노입자 [30]. 또한 Fe₃ O₄ 고정된 GO 나노 입자는 자기 표적 전달 및 광열 요법의 조합에서 잘 연구되었습니다[31,32,33,34].

현재 연구에서 우리는 산화철로 장식된 rGO 중공 마이크로스피어(rGO@Fe₃ O₄ ) 자기 표적 및 근적외선 유발 광열 요법(PTT)의 경우. 반응식 1에 도시된 바와 같이, rGO@Fe₃ O₄ 중공 미소구체는 3단계를 통해 제조되었다. 첫째, rGO-SiO₂ SiO₂를 이용한 분무건조법으로 합성 템플릿으로 만든 다음 SiO₂를 제거하여 rGO 중공 마이크로스피어를 얻었습니다. HF 에칭으로 이후 Fe₃ O₄ 나노입자는 rGO@Fe₃를 구성하기 위해 rGO 중공 미소구체에 고정되었습니다. O₄ 미소구체. 이 시스템에서 rGO는 NIR 트리거 PTT 에이전트로 제공되며 Fe₃ O₄ Hela 세포에 대한 자기 타겟팅 속성을 제공할 수 있습니다. 독소루비신(DOX), 캡슐화된 미소구체(rGO@Fe₃ O₄ /DOX) 기공 흡착 및 π-π 스태킹을 기반으로 초고 약물 로딩 용량 및 pH 반응성 약물 방출 거동을 나타낼 것으로 예상되며 광열 화학 요법의 조합에 대한 항암 효과를 크게 향상시킬 수 있습니다.

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rGO@Fe₃의 개략도 O₄ /DOX 미소구체 및 종양 억제를 위한 결합된 광열 화학 요법

자료 및 방법

자료

염화철 육수화물(FeCl₃ ·H₂ O), 수산화나트륨(NaOH), 황산제일철 7수화물(FeSO₄ ·7H₂ O) Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.에서 구입했습니다. Hela 세포는 Tianjin Cancer Hospital에서 구입했습니다. PBS(인산염 완충 식염수)_, Doxorubicin hydrochloride(DOX·HCl), Dulbecco의 최소 필수 배지(DMEM), 4',6-diamidino-2-phenylindole(DAPI) 및 세포 계수 키트-8(CCK-8)은 Solarbio Science and Technology Co.에서 구입했습니다. , Ltd. SiO₂ (~ 300 nm)은 Shanghai Yuanjiang Chemical Company에서 구입했습니다. 그래핀 옥사이드 탈이온 수용액(2 mg/ml)은 Nanjing Xianfeng Company에서 상업적으로 입수 가능한 제품이었습니다.

rGO@Fe₃의 준비 O₄ 미소구체

중공 그래핀 미소구체는 SiO₂를 사용하는 분무 건조 방법을 통해 제조되었습니다. (300 nm)를 템플릿으로 사용합니다. 간단히 말해서, 100 mL SiO₂ 현탁액(50 mg mL⁻¹ ) )을 300 mL GO 수용액(2 mg mL^-1 )에 천천히 적가했습니다. ) 격렬한 교반 하에 혼합 용액을 분무 건조기 장치에서 200 °C에서 분무 건조시켰다. 그 후, 생성물을 2시간 동안 Ar 보호 및 rGO-SiO2 하에 300°C에서 유지했습니다. 얻었다. SiO₂를 제거하려면 , rGO-SiO₂ 60 °C에서 48 시간 동안 HF 용액(10%)에 넣었습니다. 고체 생성물을 여러 번 세척하고 60°C의 진공 건조 오븐에서 12시간 동안 건조하여 최종적으로 rGO를 75%의 수율로 얻었다.

rGO@Fe₃ O₄ 공침법을 통해 나노입자를 제조하였다. rGO@Fe₃ 합성을 위한 일반적인 과정에서 O₄ 나노입자, 0.27 g FeCl₃ ·H₂ O, 0.28 g FeSO₄ ·7H₂ O, 및 0.1 g rGO 중공 미소구체를 10 mL 탈이온수에 용해시키고 50 ℃에서 30분 동안 교반하였다. 그런 다음 60 mL NaOH(0.15 mol L⁻¹ )을 50℃에서 12시간 동안 연속 교반하면서 천천히 첨가하였다. 생성물을 최종적으로 자기적으로 분리하고 탈이온수와 에탄올로 여러 번 반복적으로 세척한 후 60°C에서 진공 하에 12시간 동안 건조시켰다.

구조적 특성

시료의 크기와 형태는 전계방출 주사전자현미경(FE-SEM, Hitachi, S-4800)과 투과전자현미경(TEM, JEM2100F, JEOL)을 이용하여 분석하였다. 생성물의 조성은 10 ~ 80° 범위에서 12 °/min의 스캔 속도로 X선 회절 시스템(XRD, D8 Focus, Cu Ka radiation, Bruker, Germany)을 통해 분석되었습니다. 또한 XPS 분광계(Thermo Fisher Scientific, ESCALAB 250Xi, America)에서 X선 광전자 분광법(XPS)을 수행하였다. FTIR(FT-IR, AVATAR360, Nicolet)은 500~4000 cm⁻¹ 에서 기록되었습니다. 4 cm⁻¹ 의 해상도에서 . 자기 측정은 상온(300 K)에서 초전도 양자 간섭 장치(SQUID, Quantum Design MPMS) 자력계를 사용하여 수행되었습니다. 라만 스펙트럼은 532 nm 파장 레이저와 함께 라만 분광기(Renishaw, inVia Reflex, England)를 사용하여 수집되었습니다. rGO의 함량은 열중량 분석기(TGA, TA Instruments-water LLC, SDTQ-600)를 사용하여 평가하였다. 비표면적은 BET(Brunauer-Emmett-Teller) 기술을 사용하여 측정되었습니다. UV-Vis 스펙트럼은 Beckman DU 800 핵산/단백질 분석기(Beck-man Instruments, Inc., Rosemead, CA)를 사용하여 기록되었습니다.

DOX 로드 및 해제

모델 화학요법 약물인 독소루비신인 DOX는 rGO@Fe₃의 코어에 캡슐화되었습니다. O₄ 시험관 내에서 항암제의 로딩 및 방출 거동을 평가합니다. rGO@Fe₃ O₄ /DOX는 이전 참조에 따라 준비되었습니다. 간단히 말해서, 10 mL(0.2 mg mL⁻¹ )의 DOX 수용액을 10 mg의 rGO@Fe₃에 첨가했습니다. O₄ 용액에서 혼합물을 초음파로 균질화하여 상당한 침전이 없도록 하였다. 그런 다음, 혼합물을 왕복 진탕기(SK-O180-Pro)에서 150 rpm의 속도로 24시간 동안 평형을 이루었습니다. 6000 rpm에서 10분 동안 원심분리한 후, 언로딩된 DOX를 제거하고 rGO@Fe₃의 상층액을 제거했습니다. O₄ /DOX는 로딩된 DOX의 양을 결정하기 위해 UV-Vis 분광 광도계를 통해 측정되었습니다. DOX의 OD는 490 nm에서 기록되었으며 다음 방정식을 사용하여 DOX의 로딩 효율(LE) 및 로딩 용량(LC)을 계산했습니다.

$$ \mathrm{LE}=\left(\mathrm{총}\ \mathrm{금액}\ \mathrm{of}\ \mathrm{DOX}-\mathrm{무료}\ \mathrm{DOX}\right)/ \mathrm{총}\ \mathrm{금액}\ \mathrm{of}\ \mathrm{DOX} $$$$ \mathrm{LC}=\left(\mathrm{총}\ \mathrm{금액}\ \mathrm {of}\ \mathrm{DOX}-\mathrm{무료}\ \mathrm{DOX}\right)/\mathrm{amount}\ \mathrm{of}\mathrm{rGO}@{\mathrm{Fe}}_3 {\mathrm{O}}_4/\mathrm{DOX} $$

DOX의 시험관 내 방출 연구는 rGO@Fe₃ O₄ /DOX(10 mg)를 pH 5.4, 6.5 또는 7.4에서 인산염 완충 식염수(PBS, 30 mL)와 함께 투석 백(MWCO =1000)에 넣고 37 °C 수조에 넣고 80 rpm으로 흔듭니다. 일정 간격으로 3 mL의 이형 매질을 수집하고 480 nm에서 UV-Vis를 측정하여 방출된 DOX의 양을 계산했습니다.

rGO@Fe의 NIR 유발 광열 효과₃ O₄ 미소구체

rGO@Fe₃의 영향을 모니터링하려면 O₄ NIR 유발 광열 효과에 대한 선량, rGO@Fe₃ O₄ 농도가 다른 용액(0.0625, 0.125, 0.25, 0.5 및 1 mg mL⁻¹ ) )에 2 W cm⁻² 에서 NIR 레이저를 조사했습니다. 각각 5 분 동안. 또한, rGO@Fe₃를 조사하여 광열 효과에 대한 근적외선 에너지의 영향을 평가했습니다. O₄ (0.25 mg mL⁻¹ ) 서로 다른 거듭제곱(1 W cm⁻² , 1.5 W cm⁻² , 2 W cm⁻² ) 5 분 동안. 실시간 온도는 FLIR I5 적외선 열화상 카메라를 사용하여 측정되었습니다.

체외 섭취

Hela 세포는 35 mm² 에 접종되었습니다. 1 × 10⁵ 밀도의 공초점 접시 세포/웰. 인큐베이터(5% CO₂)에서 24시간 배양 후 , 37 °C), 배지를 제거하고 rGO@Fe₃를 포함하는 새로운 배지 O₄ /DOX 미소구체 및 rGO@Fe₃ O₄ 자석이 있는 /DOX를 추가하고 추가로 5 시간 동안 배양했습니다. rGO@Fe₃ O₄ /DOX 농도는 0.1 mg mL⁻¹ 였습니다. . 그런 다음 세포를 차가운 PBS(pH =7.4)로 3회 세척하고 4% 파라포름알데히드 용액으로 20분 동안 고정했습니다(CLSM, TCSSP5II, Leica, Ernst-Leitz-Strasse, Germany).

세포 생존 분석

이들 미소구체의 세포독성은 NIR 처리 후 CCK-8 분석에 의해 평가되었다. HeLa 세포를 96웰 플레이트(5 × 10³ 세포/웰) 100 μL의 배지 및 5% CO₂에서 배양 37 °C에서 24 시간 동안. 생체 적합성 평가의 경우, rGO@Fe₃ O₄ 0.01 ~ 0.2 mg mL⁻¹ 농도 범위로 웰에 첨가했습니다.; 단일 광열 요법 그룹의 경우, rGO@Fe₃ O₄ 0.01 ~ 0.2 mg mL⁻¹ 농도 범위로 추가되었습니다. , 그리고 10 min(2 W cm⁻² ) 동안 NIR 광 조사를 적용합니다. , 808 nm); 복합 광열 화학 요법 그룹의 경우, rGO@Fe₃ O₄ /DOX가 rGO@Fe₃ 농도 범위로 추가되었습니다. O₄ /DOX 0.01 ~ 0.2 mg mL⁻¹ , NIR 조명을 10 분 동안 적용합니다(2 W cm⁻² ,808 nm). 세포는 24 h 또는 48 h 동안 계속 배양되었습니다. 그 후, 세포를 PBS로 세척하고 10 μL CCK-8 용액이 포함된 100 L DMEM 배지에서 추가로 40분 동안 배양하였다. 생존 가능성은 450 nm의 파장에서 마이크로플레이트 판독기를 사용하여 감지되었습니다. 모든 실험은 3중으로 수행되었습니다.

결과 및 토론

합성 및 형태 특성화

rGO@Fe₃ 준비 O₄ microspheres는 세 단계를 통해 수행되었습니다. 첫째, rGO-SiO₂ 마이크로스피어는 SiO₂를 사용한 분무 건조에 의해 합성되었습니다. 템플릿으로. rGO-SiO₂의 형태 미소구체는 SEM 및 TEM으로 특성화하였다. 도 1a에 도시된 바와 같이, rGO-SiO₂ 직경이 3 μm인 미소구체는 균일한 구형을 나타내며 많은 밀집된 SiO₂로 구성됩니다. 나노 입자(~ 300 nm). 동적 광산란으로 측정한 TEM 데이터와 유체역학적 직경도 결과를 확인했습니다. (그림 1d, g). 그런 다음, SiO₂를 제거하여 속이 빈 rGO 마이크로스피어를 얻었습니다. rGO-SiO₂에서 300 °C에서 가열 및 HF 에칭. SiO₂로 인해 약 300 nm의 기공 크기를 가진 명백한 기공이 관찰될 수 있었습니다. 용해(그림 1b, e). 마지막으로 Fe₃ O₄ 자기 표적 능력 덕분에 공침법에 의해 다공성 rGO에 장식되었다. SEM 및 TEM 관찰 결과 Fe₃ 후 기공 크기의 현저한 감소가 나타났습니다. O₄ 로딩이 얻어졌으며(그림 1c, f), 약물 전달의 가능성과 제어된 약물 방출을 제공합니다. 특히, rGO-SiO₂의 입자 크기와 유체역학적 크기 분포는 , rGO, rGO@Fe₃ O₄ 이러한 처리 동안 더 이상 눈에 띄는 변화가 없습니다(그림 1g, h, i).

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미소구체의 형태적 특성화. (a의 SEM 이미지 ) rGO-SiO₂ , (b ) rGO, (c ) rGO@Fe₃ O₄; (d의 TEM 이미지 ) rGO-SiO₂ , (e ) rGO, (f ) rGO@Fe₃ O₄; 해당 샘플의 유체역학적 크기 분포(g ) rGO-SiO₂ , (h ) rGO, (i ) rGO@Fe₃ O₄

구조 및 구성 특성화

rGO@Fe₃의 성공적인 준비를 추가로 확인하기 위해 O₄ , EDS를 사용한 SEM을 사용하여 미소구체의 구조와 구성을 조사했습니다. rGO@Fe₃의 EDS 이미지 O₄ O, Fe 및 C 원소에 대한 에너지 손실 창에서 비탄성적으로 산란된 전자를 시각화하는 것이 특징이며 다른 색상 영역은 각각 실제 구조에서 O, Fe 및 C가 풍부한 위치를 나타냅니다. Fig. 2a와 b에서 보는 바와 같이 Fe와 O는 rGO@Fe₃에 널리 분포되어 있다. O₄ 높은 로딩 밀도를 가진 마이크로스피어. 그림 2d는 Fe₃ O₄ 직경이 약 18 nm인 rGO에 균일하게 분산된 나노입자로 인해 rGO@Fe₃의 기공 크기가 급격히 감소합니다. O₄ 미소구체. SAED(Selected Area Electron Diffraction) 패턴은 Fe₃의 존재를 추가로 확인했습니다. O₄ rGO(그림 2e)에서 2.98 nm, 2.53 nm, 2.09 nm, 1.62 nm 및 1.49 nm 면 간격의 특성 공명은 면 중심 입방체의 220, 311, 400, 511 및 440 입방체에 할당됩니다. Fe₃의 위상 O₄ , 각각. 피크는 Fe₃에 해당하는 220, 311, 400, 511 및 440에서 나타났습니다. O₄ XRD 스펙트럼에서도 검출되었으며 이는 SAED 결과와 일치했습니다(그림 2c). 그러나 Fe₃ O₄ 및 γ-Fe₂ O₃ 특성 피크의 동일한 위치에 대해 독립적으로 XRD 패턴으로 구별할 수 없습니다[35]. XPS 결과는 Fe2p_1/2에 해당하는 725.9/724.5 eV 및 714.1/711.0 eV에서 주요 피크를 나타냅니다. 및 Fe 2p_3/2 rGO@Fe₃ O₄ (그림 2g, h) 각각 Fe³⁺ 의 공존을 나타냅니다. 및 Fe²⁺ Fe₃에서 O₄ [36]. 열중량(TGA) 분석을 수행하여 rGO@Fe₃에서 rGO의 열 분해 거동을 모니터링했습니다. O₄ 샘플을 800 °C로 가열하고 공기 분위기에서 100 °C로 냉각하여 미소구체를 생성합니다(그림 2f). 질량 손실 곡선은 rGO@Fe₃에서 rGO의 탈수 영역(40-300 °C)과 탈휘발 영역(300-800 °C)을 포함한 두 개의 별개의 질량 손실 영역을 보여줍니다. O₄ , 샘플에서 계산된 탄소 함량은 25.6 wt.%였습니다.

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rGO@Fe3O4의 구조 및 조성 특성. (아 , b ) rGO@Fe₃의 EDS 매핑 사진이 있는 SEM O₄ 미소구체:C, Fe 및 O 원소; (ㄷ ) rGO-SiO₂의 XRD 패턴 , rGO 및 rGO@Fe₃ O₄ 미소구체; (d , e ) rGO@Fe₃의 SEAD 이미지 O₄ 미소구체; (f ) rGO@Fe₃의 TG 곡선 O₄ 미소구체; (지 , h ) rGO@Fe₃의 XPS 스펙트럼 O₄ 미소구체; (나 ) Fe₃의 자기 히스테리시스 루프 O₄ 및 rGO@Fe₃ O₄ 미소구체(상단의 삽입은 샘플의 보자력장 값(Hc)을 나타내고 하단의 삽입은 외부 자석에 의한 자기 분리 전후의 현탁액을 나타냄)

rGO@Fe₃의 자기적 특성 O₄ 초전도 양자 간섭 장치를 사용하여 미소구체를 조사했습니다. 자기장은 실온에서 -20,000 ~ 20,000 Oe의 스캐닝 범위로 수행되었습니다. 그림 2i는 Fe₃의 포화자화(Ms) 값과 보자력장(Hc) 값을 보여줍니다. O₄ 66.6 emu g⁻¹ 입니다. 및 9.3 Oe. Fe₃ 로드 후 O₄ rGO에 rGO@Fe₃의 Ms 값 및 Hc 값 O₄ 마이크로스피어가 33.9 emu g⁻¹ 로 감소했습니다. 및 7.44 Oe. 자기 포화도의 현저한 감소는 rGO@Fe₃에서 rGO의 반자성 특성에 기여할 수 있습니다. O₄ 미소구체. 또한, rGO@Fe₃의 선택적 응집 능력 O₄ microspheres는 자기 분리 실험에 의해 직관적으로 수행되었습니다. Fe₃ 정지 O₄ 및 rGO@Fe₃ O₄ 마이크로스피어를 외부 자석이 있는 바이알에 2분 동안 넣으면 현탁액이 자석 쪽으로 농축될 수 있고 수용액이 투명해집니다. 자석이 제거되면 rGO@Fe₃ O₄ 마이크로스피어는 천천히 흔든 후 다시 균일하게 분산되어 rGO@Fe₃ O₄ 좋은 수분 분산 능력의 장점을 보유하는 미소구체. rGO@Fe₃의 자기 표적 적용을 위한 탁월한 수분 분산 능력 및 자기 응답 특성 O₄ 약물이 암 치료에 영향을 미치기 때문입니다.

광열 효과 분석

근적외선의 조직 침투가 더 깊고 주변 조직에 대한 손상이 적다는 점을 고려하여 근적외선 반응 광열 요법이 종양 치료에 자주 사용되었습니다. 따라서 rGO@Fe₃의 광열 변환 거동은 O₄ 다른 농도와 다른 전력 밀도의 수용액을 5분 동안 808nm에서 NIR 레이저 조사 하에 기록했습니다. 그림 3a, b는 rGO@Fe₃의 온도 상승을 보여줍니다. O₄ 농도와 레이저 출력 밀도에 크게 의존했습니다. 미소구체의 농도가 1 mg mL⁻¹ 까지인 경우 , NIR 레이저 조사에서 2 W cm⁻² 에서 5 분 동안 27.9에서 70.3 °C로 온도 상승 , PBS 그룹의 온도는 31.7에서 36.2 °C로 방금 상승했습니다. rGO@Fe₃의 높은 광열 변환 효율 O₄ 50 °C에 4~6 분 동안 노출되면 세포의 단백질 변성 및 DNA 손상이 일어난다는 이전 보고서에 따르면 종양 광열 요법에 대한 큰 잠재력을 가질 것입니다[21, 37]. rGO@Fe₃의 광열 변환 거동을 직관적으로 표시하려면 O₄ , IR 열화상 촬영을 수행하였고 그 결과를 Fig. 4c에 나타내었다. rGO@Fe₃ O₄ 농도가 1 mg mL인 용액⁻¹ 5분 동안 근적외선 조사 후 70.3 °C로 빠르게 상승한 반면, 물 그룹은 뚜렷한 변화가 없었으며 이는 온도 측정 결과와 일치했습니다. 또한, rGO@Fe₃의 광열 안정성 O₄ 2 W cm⁻² 에서 808 nm 레이저로 레이저 켜기/끄기 절차를 수행하여 연구했습니다. 6주기 동안(그림 3d). rGO@Fe₃의 완벽한 NIR 광열 안정성을 나타내는 동일한 온도 증가가 얻어졌습니다. O₄ 합성물. 이 결과는 rGO@Fe₃ O₄ 암의 광열 요법을 위한 광열 작용제로서 큰 가능성을 지닌 미소구체.

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rGO@Fe3O4의 광열 효과. 아 rGO@Fe₃의 농도 의존적 온도 변화 O₄ 다양한 농도의 용액(0.0625, 0.125, 0.25, 0.5 및 1 mg mL⁻¹ ) ) 2 W cm⁻² 에서 808 nm 조사 아래 5 분 동안. ㄴ 0.25 mg mL⁻¹ 의 전력 종속 온도 응답 rGO@Fe₃ O₄ 808 nm NIR 레이저를 5분 동안 조사한 용액(1 W cm⁻² , 1.5 W cm⁻² , 2 W cm⁻² ). ㄷ rGO@Fe₃의 적외선 열화상 O₄ 808 nm(2 W cm⁻² )에서 자극된 0, 1, 2, 3, 4, 5 분 간격의 용액 ). d rGO@Fe₃의 온도 상승 O₄ (0.25 mg mL⁻¹ ) 2 W cm⁻² 의 808 nm 조사에서 레이저 켜기/끄기의 연속 6 주기 동안 용액

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rGO@Fe3O4 미소구체의 표면적 및 기공 크기, DOX 로딩 및 방출 거동. 아 rGO@Fe₃의 질소 흡탈착 등온선 O₄ . ㄴ rGO@Fe₃의 기공 크기 분포 O₄ . ㄷ rGO@Fe₃의 FTIR 스펙트럼 O₄ 및 rGO@Fe₃ O₄ /독스. d , e rGO@Fe₃의 N, Fe 및 O의 SEM 및 매핑 이미지 O₄ /DOX 미소구체. 에 rGO@Fe₃의 다양한 pH 값에서 얻은 약물 방출 동역학 곡선 O₄ 미소구체. 지 NIR 반응성 DOX 방출 운동 곡선

약물 적재 및 방출

rGO@Fe₃의 표면적 및 기공 크기 O₄ BET 및 BJH 분석에 의해 평가되었습니다(그림 2a, b). N₂ 흡탈착 곡선형은 등온 IV형으로 표면적 및 기공크기는 120.7 m² g⁻¹ , 2-8 nm 및 1.012 cm³ g⁻¹ , 각각. 결과는 rGO@Fe₃ O₄ 메조포러스 채널과 평균 기공 크기 분포를 가지고 있어 항종양 약물 로딩에 대한 큰 잠재력을 보여줍니다. 그런 다음 rGO@Fe₃ O₄ 다공성 구조를 가진 미소구체는 단순히 혼합 및 약간의 초음파 처리에 의해 모델 화학요법 약물 독소루비신을 로드하기 위해 제공되었습니다. ATR-FTIR 분석은 rGO@Fe₃에서 DOX의 안정적인 통합을 추가로 확인했습니다. O₄ 1726 cm⁻¹ 에서 DOX의 -COOH 및 벤젠 그룹의 특성 공명으로 인해 및 1618 cm⁻¹ (그림 4c). 주사 전자 현미경 (SEM) 관찰은 DOX 로딩 후 DOX에 할당 된 N 요소의 새로운 신호가 미세 구에 균일하게 분포되었음을 보여주었습니다 (그림 4d, e). 또한, rGO@Fe₃의 DOX 적재 효율(LE) 및 적재 용량(LC) O₄ /DOX는 각각 92.15%와 18.43%였습니다. rGO@Fe₃의 현저히 높은 LC O₄ /DOX는 많은 약물 운반체보다 극도로 높은 표면적과 기공 크기에 기여할 수 있습니다[19]. rGO@Fe₃의 높은 LE O₄ /DOX는 두 가지 측면에 기인할 수 있습니다. 하나는 rGO@Fe₃ O₄ rGO@Fe₃의 sp2-혼성 π 결합 사이의 강력한 π–π 적층에 의해 DOX와 상호 작용할 수 있습니다. O₄ 및 DOX의 퀴닌 부분 [21], 그리고 또 다른 하나는 rGO@Fe₃의 카르복실산(-COOH), 하이드록실(-OH) 기 사이에 수소 결합을 형성할 수 있다는 것입니다. O₄ 및 아민(–NH₂ ), DOX의 수산기(-OH)기. 그런 다음, 우리는 pH .4, 6.5 및 5.4에서 PBS에서 DOX 방출 거동을 모니터링하여 종양 및 정상 조직의 세포외 환경을 모방했습니다. 도 4f에 나타난 바와 같이, pH가 7.4에서 5.4로 조정되었을 때 DOX의 방출 속도가 가속화되었고 pH 5.4에서 지속적인 DOX 방출은 98시간 처리 후 최대 73%가 될 수 있다. 따라서 rGO@Fe₃에서 DOX의 누적 방출 프로필 O₄ pH 의존적 양상을 보였다. 산성 조건에서 이러한 가속화된 방출은 DOX의 하이드록실 및 아민 그룹의 부분적 양성자화로 인한 것일 수 있으며, 이는 약물 용해도를 높이고 DOX와 그래핀 사이의 수소 결합을 약화시킵니다[38]. 또한, 우리는 시험관 내에서 NIR 반응성 DOX 방출 행동을 연구했습니다. 도 4g에 나타난 바와 같이 근적외선 조사에 의해 DOX 방출이 가속화되었고 DOX 방출율은 최대 85%였다. 이러한 pH 및 NIR 자극 반응 행동은 종양 부위에 효과적인 약물 전달에 중요한 역할을 합니다.

체외 세포 흡수

Fe₃의 자기 표적화 능력을 확인하기 위해 O₄ rGO@Fe₃에서 O₄ microsphere에서 자기장 처리 유무에 관계없이 세포 흡수 실험을 공초점 레이저 주사 현미경(CLSM)으로 정성적으로 조사했습니다. Hela 세포는 rGO@Fe₃와 함께 배양되었습니다. O₄ 4 h 동안 /DOX와 Hela의 핵을 DAPI로 염색했습니다. 그림 5의 결과는 rGO@Fe₃ O₄ rGO@Fe₃에서 DOX에 할당된 미세구 및 명백한 세포내 적색 형광 신호가 관찰되었습니다. O₄ 자기장 치료 그룹. 대조적으로, rGO@Fe₃일 때 흑색 반점이 적고 더 약한 DOX 형광을 발견할 수 있습니다. O₄ 자기장 부하가 없는 그룹. 설명은 rGO@Fe₃에 기인한 검은 반점일 수 있습니다. 세포에 내재화된 O4는 자석에 의해 촉진될 수 있습니다. 결과는 rGO@Fe₃의 Fe3O4가 O4/DOX는 특히 Hela 세포를 효율적으로 표적화하고 미세구체의 세포 내재화를 크게 향상시켜 암 치료에서 약물 전달 시스템의 유리한 자기 표적화 능력을 입증할 수 있습니다.

<그림>

rGO@Fe3O4-DOX 미소구체의 자기 표적 평가. rGO@Fe₃의 CLSM 이미지 O₄ /DOX 인큐베이션된 HeLa 세포(자석 포함 및 제외)(삽입된 이미지는 고배율로 표시됨)

체외 세포독성 분석

rGO@Fe₃의 생체적합성 O₄ Hela 세포에 대한 CCK-8 분석을 사용하여 평가되었습니다. 그림 6a와 같이 rGO@Fe₃ 배양 후 O₄ 다양한 농도에서 세포 생존율은 최대 200 μg mL^-1 의 고농도에서도 90% 이상 높았습니다. , 결과는 rGO@Fe₃ O₄ 높은 생체 적합성을 나타내며 효율적인 약물 전달 플랫폼으로 사용될 수 있습니다. rGO@Fe₃의 광열 치료 효능 O₄ NIR 광 조사(808 nm NIR 레이저, 10 분) 하에서 24시간 및 48시간 동안 Hela 세포와 배양한 후 추가로 조사되었습니다. 도 6b에 나타난 바와 같이, 광독성은 NIR 자극에 따라 명백히 용량 의존적이었고, 세포 생존율은 24h에서 90.37에서 35.52%로, 48h에서 93.77에서 31.75%로 감소하여 rGO@Fe₃ O₄ 광독성이 우수하고 광열 치료에 큰 가능성을 가지고 있습니다. 광열 화학 요법의 시너지 치료 효능을 추정하기 위해 rGO@Fe₃의 세포 독성 O₄ NIR 조사가 있거나 없는 Hela 세포에 대한 /DOX가 연구되었습니다. 도 6c, d에 나타난 바와 같이 세포 생존율은 농도 의존적 및 시간 조절 방식을 보였다. Hela 세포의 약 65% 및 80%가 rGO@Fe₃에 의해 사멸되었습니다. O₄ /NIR 조사 없이 DOX 및 24 h에서 DOX, rGO@Fe₃의 종양 사멸 능력 감소 O₄ /DOX는 자유 DOX와 비교하여 rGO@Fe₃의 지연된 DOX 방출 동작으로 인한 것일 수 있습니다. O₄ /DOX 미소구체. NIR 레이저 조사(808 nm NIR 레이저, 10 min) 후, rGO@Fe₃ O₄ /DOX와 레이저 그룹은 DOX(30 μg mL⁻¹ )의 등가 용량에서 86% 이상의 세포를 죽였습니다. ). 48시간 동안 동일한 처리 세포, DOX, rGO@Fe₃의 세포 생존율 감소 후에도 유사한 결과가 관찰될 수 있었습니다. O₄ /DOX, rGO@Fe₃ O₄ /DOX with NIR irradiation group was 80%, 76%, and 90%, respectively, indicating a synergistic effect of the combined photothermal therapy and chemotherapy.

The biocompatibility and the therapeutic efficacy of single photothermal therapy or combined photothermal-chemotherapy. 아 Cell viability of Hela cells cultured with rGO@Fe₃ O₄ for 24 h and 48 h. ㄴ Cell viability of Hela cells cultured with or without NIR irradiation at different concentrations of rGO@Fe₃ O₄ for 24 h and 48 h. (ㄷ , d ) Cell viability of Hela cells cultured with free DOX, rGO@Fe₃ O₄ /DOX microspheres for 24 h and 48 h with and without NIR irradiation (808 nm, 2 W cm⁻² ) (*p <0.05, **p <0.01, ***p <0.001)

결론

In summary, we explored a facile strategy to construct rGO-based drug delivery platform rGO@Fe₃ O₄ /DOX for synergistic photothermal-chemotherapy. rGO@Fe₃ O₄ /DOX microsphere exhibited excellent NIR-triggered PTT effect and perfect NIR photothermal stability. Fe₃ O₄ on the microspheres ensured excellent tumor cells targeting ability. DOX could be encapsulated into rGO@Fe₃ O₄ with an ultrahigh drug-loading capacity and a pH-responsive drug release behavior could be simultaneously achieved. In addition, an enhanced antitumor efficiency was achieved when a combination of chemotherapy and photothermal therapy. Therefore, this multifunctional drug delivery platform could be a promising candidate for tumor targeting and combinatorial cancer therapy in the future.