아미노 말단 하이퍼브랜치드 폴리머(NHBP)로 산화 그래핀(GO)을 환원해 친수성 환원 산화 그래핀(NrGO)을 합성하는 간편한 경로를 보고합니다. NrGO는 우수한 수용액 분산성, 강한 근적외선(NIR) 흡수, 효율적인 광열 변환, 화학적 안정성을 나타냅니다. 항암제 독소루비신(DOX)을 NrGO에 로드하면 산성 종양 유사 조건 또는 NIR 레이저 조사 시 DOX를 더 빠르게 방출하는 이중 응답 약물 전달체가 됩니다. 체외 연구에서 NrGO는 생체적합성이며, DOX@NrGO가 자유 DOX 대비 우수한 종양 세포 억제를 달성해 효과적인 화학-광열 시너지를 입증합니다. 이 결과는 DOX@NrGO가 복합 암 치료 및 기타 생물의학 응용을 위한 유망한 플랫폼임을 강조합니다.
근적외선(NIR) 광열 치료(PTT)는 NIR 빛(700~1100 nm)이 낮은 흡수로 조직을 투과해 정상 세포를 보호하면서 국소 가열을 가능하게 하므로 최소 침습적 암 치료 전략으로 부상했습니다. PTT를 위해 치료제는 높은 광열 변환 효율, 좋은 생체적합성, 수용액 내 콜로이드 안정성을 겸비해야 합니다.
그래핀 기반 소재는 2차원 구조, 큰 표면적, 조절 가능한 광학 특성으로 PTT 제제로 주목받아 왔습니다. 그러나 화학적 또는 수열법으로 제조된 기존 환원 산화 그래핀(rGO)은 종종 소수성을 유지해 생물학적 시스템에서의 적용을 제한합니다.
우리는 수용성, 환원성 아미노 말단 하이퍼브랜치드 폴리머(NHBP)를 사용해 GO를 친수성, 안정적인 rGO(NrGO)로 변환함으로써 이 한계를 해결했습니다. 선행 연구는 NHBP가 분산성을 유지하면서 금속 나노입자를 기능화할 수 있음을 입증했습니다.
또한 광열 캐리어에 세포독성 약물을 로드하면 열이 종양 세포를 절제할 뿐만 아니라 약물 방출을 가속화해 화학요법과 PTT를 시너지할 수 있습니다. 여기서는 NHBP 변형 rGO 합성, 광열 특성, DOX 로딩, pH/NIR 유도 약물 방출, HeLa 세포에 대한 화학-광열 효능을 기술합니다.
산화 그래핀(GO, 두께 0.8~1.2 nm, 폭 0.5~5 µm)은 XFNANO에서 구입했습니다. 독소루비신(DOX)은 화펑 연합 기술에서 구매했습니다. DMEM, FBS, 트립신, 페니실린(100 U/mL), 스트렙토마이신(100 µg/mL)은 Thermo Fisher Scientific에서 공급받았습니다. MTT, DAPI, PI 시약은 Beyotime Biotechnology에서 구입했습니다. 기타 시약은 분석급으로 Sinopharm Chemical Reagent에서 구입했습니다.
NHBP는 선행 프로토콜에 따라 합성했습니다. 간단히, 테트라에틸렌펜타민(94 mL, 0.5 mol)을 질소 하에서 250 mL 삼목 플라스크에서 교반했습니다. 메틸 아크릴레이트 메탄올 용액(43 mL, 0.5 mol)을 적가한 후 혼합물을 가열 및 냉각을 반복하고 실온에서 4시간 교반했습니다. 생성물을 150°C에서 회전증발로 분리해 황색 점성 폴리머를 얻었으며, 중량 평균 분자량은 ~7759입니다.
GO를 탈염수에 분산하고 NHBP를 1:10, 1:20, 1:30 중량비로 초음파 처리(10분)한 후 90°C에서 1시간 교반했습니다. 결과 현탁액(NrGO-10, NrGO-20, NrGO-30)을 원심분리하고 물로 3회 세척했습니다.
NrGO 현탁액을 DOX 용액과 1:1 중량비로 혼합해 실온에서 24시간 교반했습니다. 복합체를 원심분리하고 세척해 DOX@NrGO를 얻었습니다.
투과전자현미경(TEM, JEOL JEM-2100)으로 형태를 관찰했습니다. 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR, Nicolet iS10)으로 400~4000 cm⁻¹ 범위(4 cm⁻¹ 분해능)에서 스펙트럼을 기록했습니다. 제타 전위와 수동적 크기는 NanoBrook 90plus Zeta 분석기로 측정했습니다. UV-vis-NIR 흡수(400~900 nm, 1 cm⁻¹ 분해능)는 Thermo Fisher Evolution 300으로 기록했습니다. 광열 성능은 808-nm 레이저(SFOLT)와 열전대 온도계(DT-8891E)로 평가했습니다. 시료(0.2 mL)를 0.25 cm² 스팟에 1 W cm⁻²로 5분 조사하며 실시간 온도 변화를 기록했습니다.
DOX@NrGO를 투석백(MWCO 8000)에 넣고 PBS(pH 7.4 또는 4.0)를 채워 37°C, 100 rpm으로 진탕 배양했습니다. NIR 그룹의 경우 각 시료 채취 시점 후 5분간 조사했습니다. 각 간격마다 10 mL PBS를 회수하고 신선한 완충액으로 교체했으며, UV-vis 분광광도법으로 DOX 농도를 측정했습니다.
HeLa 세포를 96-웰 플레이트 웰당 5×10³ 세포로 파종해 ~80% 컨플루언스까지 배양했습니다. NrGO(3.125~50 µg mL⁻¹)로 24시간 및 48시간 처리 후 MTT 분석법(식 1)으로 생존율을 측정했습니다. DOX@NrGO(3.125~50 µg mL⁻¹)로 4시간 배양 후 808-nm 레이저(0.5 W cm⁻²)로 5분 조사하고 추가 20시간 배양했습니다. 생존율은 MTT로, 세포 형태는 공초점 현미경으로 DAPI와 PI 염색으로 관찰했습니다.
세포 생존율(%) = (OD_시료 / OD_대조군) × 100%.
NHBP로 GO를 환원하면 갈색 현탁액이 검은색 수용액 분산액으로 변해 성공적 전환을 확인했습니다. TEM 이미지(그림 2)는 NrGO-30이 응집 없이 단일층 시트 구조를 유지함을 보여 NHBP가 그래핀 형태를 방해하지 않음을 나타냅니다. FTIR 스펙트럼(그림 3)은 GO의 1725 cm⁻¹ C=O 피크 소실과 1633 cm⁻¹ C-N 아미드 신호 출현으로 NHBP의 공유 결합을 확인합니다. 제타 전위 측정(그림 4)은 GO의 음성에서 NrGO의 양성으로 이동을 보여 표면 기능화를 추가로 뒷받침합니다. UV-vis-NIR 스펙트럼(그림 5)은 모든 NrGO 시료에서 NIR 창 전체에 걸친 강한 흡수를 보여주며, GO와 NHBP 단독은 무시할 만한 NIR 응답을 보입니다. 수동적 크기(그림 6)는 다양한 NHBP 비율에서 일관되게 유지돼 크기 안정성을 나타냅니다.
808-nm 조사 하에서 물은 무시할 만한 가열을 보인 반면, GO는 <5°C 상승했습니다. 대조적으로 NrGO 시료는 200 µg mL⁻¹에서 40~45°C에 도달했으며, 더 높은 NHBP 비율이 더 큰 온도 상승을 유도했습니다(그림 7). 온도는 NrGO 농도와 레이저 출력에 비례해 상승해 치료 창(~41~43°C)을 달성하며 정상 세포 손상 없이 안정적이었습니다. 광열 사이클링(그림 7d)과 조사 후 UV-vis(그림 8)는 우수한 안정성과 광학 특성 유지를 확인합니다.
DOX@NrGO에서 DOX 방출은 산성(pH 4.0) 및 NIR 조사 조건에서 현저히 향상되었습니다(그림 9). 산성 pH에서 NHBP 아민 기가 이온화돼 DOX와의 정전기적 결합을 약화시키고 방출을 촉진합니다. NIR 가열은 분자 운동을 가속화해 약물 확산을 더욱 촉진합니다. 따라서 DOX@NrGO는 종양 미세환경에 적합한 이중 응답성을 제공합니다.
MTT 분석(그림 10a)은 24시간 후 50 µg mL⁻¹에서 80% 이상의 세포 생존율을 보여 낮은 고유 독성과 약물 전달체로서의 적합성을 확인합니다.
DOX@NrGO 단독 처리 시 HeLa 생존율이 용량 의존적으로 감소했습니다(그림 10b). NIR 조사(0.5 W cm⁻², 5분)와 결합 시 생존율이 유의미하게 더 감소해 화학-광열 시너지를 입증했습니다. 공초점 이미지(그림 11)는 DOX@NrGO 처리 시 분산된 핵을 보여주며, 조사 시 광범위한 세포 박리를 유도합니다. PI 염색(그림 12)은 결합 요법 후 사멸 세포 증가를 보여 향상된 세포독성 효과를 뒷받침합니다.
요약하면, 견고한 광열 변환과 콜로이드 안정성을 가진 간편한 수용성 NHBP 변형 rGO를 개발했습니다. DOX 로딩은 pH 및 NIR 유도 방출을 부여하며, DOX@NrGO 시스템은 체외에서 우수한 화학-광열 종양 세포 억제를 달성합니다. 이 결과는 DOX@NrGO가 암 치료 및 기타 생물의학 응용을 위한 다재다능한 플랫폼으로서의 가능성을 입증합니다.
나노물질
초록 빠르고 통제 불가능한 세포 성장이 합병증과 조직 기능 장애를 유발하는 질병인 암의 유병률 증가는 과학자와 의사들에게 심각하고 긴급한 관심사 중 하나입니다. 요즘 암 진단과 특히 효과적인 치료는 지난 세기 보건의료 분야에서 가장 큰 도전 과제 중 하나로 여겨지고 있습니다. 약물 발견과 전달에서 상당한 발전에도 불구하고, 많은 부작용과 불충분한 특이성 및 민감성은 보통 건강한 조직과 장기에 손상을 주어 약물 사용에 큰 장벽이 되어왔습니다. 이러한 치료제의 투여 기간과 양의 제한도 도전적입니다. 반면, 화학요법과 방사선요법 같은 전
완제품 출하 전 픽앤팩 자동화의 이점 제품 조립 완료 후 소비자 발송 단계에서 픽앤플레이스 로봇 시스템 자동화는 유리한 결정. 1. 속도(Speed) 로봇 픽앤팩: 물체 단수/다중 픽업 → 박스·카톤·트레이 등 용기 포장, 인간 작업자 대비 수배 빠름 → 생산 속도 수배 향상. 2. 정밀도(Precision) 운송용 포장 시 정확성 필수. 올바른 아이템 올바른 박스에. 로봇 시스템만의 정확성 제공. 3. 다운타임 감소 픽킹·패킹 단조로움·부상 유발. 작업자 반복 손상 → 공정 지연/결근. 로봇: 부상 없음, 휴식·병가 불필요
