phSUPP광열 변환제(PTC)를 사용하여 근적외선 조사 하에서 종양을 절제하는 광열 요법(PTT)은 탁월한 치료 효능과 향상된 표적 선택성으로 인해 점점 더 주목받고 있습니다. 여기에서, 이황화 가교결합된 폴리(메타크릴산)(PMAA) 층 코팅된 폴리도파민(PDA) 입자를 기반으로 하는 새로운 코어-쉘 나노입자가 침전 중합에 의해 성공적으로 합성되었습니다. 이러한 PDA@PMAA 복합 나노 입자의 경우 PDA 코어는 높은 광열 효능을 나타내는 반면 산화 환원에 불안정한 PMAA 껍질은 항암제를 캡슐화하고 선택적으로 방출하는 담체 역할을 합니다. 이황화 결합의 특성으로 인해 PMAA 껍질은 암세포에 들어갈 때 약물 방출이 조절될 뿐만 아니라 선택적 분해 시 발생합니다. 또한, DOX가 담지된 PDA@PMAA 나노입자는 in vitro<에서 낮은 약물 투여량과 짧은 레이저 조사로 광열 요법과 전통적인 화학 요법의 조합으로 암세포에 대한 억제 효과가 크게 개선된 시너지 효과를 나타냈습니다. /나> 공부하세요.
비침습적 국소암 치료제인 광열치료(PTT)는 높은 선택성과 최소한의 부작용으로 암치료에서 큰 주목을 받고 있다[1]. PTT에서 투여된 근적외선(NIR) 레이저 노출은 광열 변환(PTC) 제제에 의해 흡수되고 종양 절제로 이어지는 국소 온열 요법으로 전환됩니다[2,3,4]. 금 나노구조[5,6,7], 탄소 기반 나노물질[8,9,10,11,12], Fe3와 같은 다양한 나노물질이 PTC 효과를 나타냄 O4 나노클러스터[13,14,15], CuS 나노결정[16] 및 천연 멜라닌[17]은 모두 NIR 조직 광학 창에서 강한 흡광도를 나타냅니다. 이러한 PTC 제제 중 홍합에서 발견되는 접착 단백질을 모방한 폴리도파민(Polydopamine, PDA)은 강력한 NIR 흡수, 높은 PTC 효율(40%), 우수한 생체 적합성 및 생분해성을 나타내어 PTT 적용에서 널리 연구되고 있습니다. 18, 19]. 그러나 PTT의 1회 사용은 주변 정상 조직을 손상시키지 않고 표적 부위에 열 전달이 충분하지 않아 임상적 효능이 제한적이다[20]. 이 문제를 해결하기 위해 온열 요법과 화학 요법제의 조합을 사용한 화학 광열 요법은 종양으로의 약물 전달 촉진 및 온열 요법에 의한 약물 독성 증가로 인한 시너지 효과로 인해 많은 연구자들에 의해 이용되었습니다[21, 22].
최적화된 치료 효과를 달성하기 위해 현재 작업은 고성능 광열 전환, 우수한 약물 로딩 능력 및 제어된 약물 방출 거동을 갖는 새로운 치료 나노입자를 개발하는 데 전념하고 있습니다. 분해성 및 트리거된 방식으로 운반체의 제어된 약물 방출을 가능하게 하기 위해 절단 가능한 링커에 의해 가교된 "스마트" 폴리머 층이 우리 시스템에 도입되었습니다. 유리 티올에 의해 절단될 수 있는 이황화 결합은 산화 환원 상태에 대한 민감한 반응, 혈액 순환의 높은 안정성 및 우수한 생체 적합성으로 인해 절단 가능한 링커로 유망한 후보입니다[23]. 이황화 결합을 포함하는 약물 운반체는 종양 세포에 들어갈 때 선택적 분해를 겪을 수 있으며, 여기서 환원 글루타티온(GSH) 농도(약 2-10mM)는 세포외액보다 훨씬 높습니다[24,25,26]. 여기서 PDA 코어의 PTC 효능을 유지하는 PDA@PMAA로 표시되는 이황화 결합 가교된 폴리(메타크릴산)(PMAA)을 쉘로, PDA 구체로 구성된 새로운 유형의 복합 나노 입자를 준비했습니다. 폴리머 껍질의 산화환원 불안정성. PDA@PMAA 복합 나노 입자의 구조, 특성 및 약물 방출 거동을 연구했으며 MTT 분석을 통해 화학 광열 치료 효과를 추가로 입증했습니다.
도파민 염산염(DA-HCl) 및 메타크릴로일 클로라이드 및 글루타티온(GSH)은 중국 상하이 소재 Aladdin Reagent Corporation에서 입수했습니다. 메타크릴산(MAA) 및 N,N' -비스(아크릴로일)시스타민(BAC)은 Sigma-Aldrich에서 구입했습니다. 2,2-아조비스이소부티로니트릴(AIBN)은 Sinopharm Chemical Reagent Company로부터 입수하였고 에탄올로부터 재결정화하였다. 암모니아 수용액(NH3 •H2 O, 30%), 아세토니트릴 및 무수 에탄올은 Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Company에서 구입했습니다. 염산염 형태의 독소루비신(DOX)은 Beijing Huafeng United Technology Company로부터 입수했습니다. MTT(3-(4,5-디메틸티아졸-2-일)-2,5-디페닐테트라졸륨 브로마이드) 분석 및 기타 생물학적 시약은 Invitrogen Corp.에서 구입했습니다. Calcein-AM은 Bojin Biotech, Inc.(Xi'an)에서 구입했습니다. . 모든 화학 시약은 분석 등급 이상이며 위에서 언급한 경우를 제외하고 추가 정제 없이 사용되었습니다.
투과 전자 현미경(TEM) 이미지는 Tecnai G2 20 TWIN 투과 전자 현미경(FEI, USA)에서 관찰되었습니다. 입자의 유체역학적 직경 및 제타 전위는 90°의 산란각에서 동적 광산란(DLS) 입자 크기 분석기(Malvern Nano-ZS90)에 의해 수행되었습니다. UV-vis 스펙트럼은 Perkin-Elmer Lambda 750 분광 광도계에 의해 실온에서 수행되었습니다. 푸리에 변환 적외선(FT-IR) 스펙트럼은 Nicolet 6700 FTIR 분광기에서 KBr 압축 플레이트를 사용하여 기록되었습니다. PDA 및 PDA@PMAA 나노입자의 NIR 가열 효과는 808nm 연속파 NIR 레이저(Changchun New Industries Optoelectronics Technology, Changchun, China, 스폿 크기:6mm × 7mm)를 사용하여 전력에서 레이저 조사를 통해 특성화되었습니다. 밀도 5W cm −2 300초 동안. 조명 전후 온도는 0.1 ° 의 정확도로 열전대로 측정되었습니다. C. 세포 이미지는 공초점 레이저 스캐닝 현미경(CLSM, Leica TCS SP8 STED 3X)으로 획득했습니다.
PDA 구체의 합성은 탈이온수(90mL), 에탄올(40mL) 및 NH3의 혼합 용액에서 수행되었습니다. •H2 O(3mL), 0.5g의 도파민 염산염을 첨가합니다. 용액을 30 ° 에서 교반했습니다. C에서 24시간 동안 가열하고, 생성물을 원심분리하고 세척하였다. PMAA 쉘은 우리의 이전 작업을 참조한 증류-침전 중합에 의해 합성되었습니다. MAA(100mg), BAC(10mg) 및 AIBN(3mg)을 25mL 아세토니트릴에 용해시킨 다음, 50mg의 준비된 PDA 구체를 첨가했습니다. 그런 다음, 혼합물을 100 ° 까지 가열했습니다. C를 2시간 동안 교반하고, 생성물을 원심분리하고 세척하였다. PDA와 MAA의 질량비는 PMAA 쉘의 두께를 조정하기 위해 0.5에서 6까지 다양하며 조리법의 세부 사항은 표 1에 나열되어 있습니다.
PDA@PMAA의 수성 분산액(50 μg mL -1 ) 96웰 셀 플레이트(웰당 100μL)에 배치된 808nm NIR 레이저(5W cm -2 ), 조명 전후 온도를 측정했습니다.
DOX는 PDA 또는 PDA@PMAA 나노입자의 약물 로딩 및 제어 방출 성능을 조사하기 위한 모델 약물로 선택되었습니다. 특정 단계는 이전 작업[27, 28]을 참조했습니다. 간단히 말해서, 10 mg의 PDA 또는 PDA@PMAA-1 나노입자를 1 mL의 DOX 수용액에 분산시켰다(1 mg mL -1 ), 사전에 pH 8.0으로 조정되었습니다. 실온에서 24시간 동안 부드럽게 교반한 후, 분산액을 원심분리하여 DOX가 로딩된 PDA@PMAA 나노입자(12,000rpm, 10분)를 수집한 다음, 탈이온수로 두 번 세척하여 로딩되지 않은 DOX를 제거했습니다. 상등액의 UV 흡광도 스펙트럼을 측정하고 480 nm에서의 강도를 사용하여 DOX의 로딩 및 방출을 분석하였다. 약물 로딩 함량(LC) 및 캡슐화 효율(EE)은 다음 공식에 따라 표현되었다:LC(%) =(로딩된 약물의 중량)/(나노입자의 총 중량); EE(%) =(적재된 약물의 중량)/(초기 첨가된 약물의 중량).
시험관 내 방출 연구는 GSH가 있거나 없는 인산염 완충액(pH7.4 및 5.5)에서 37°C에서 수행되었습니다. 일반적으로 해당 완충액에 분산된 DOX가 로딩된 PDA@PMAA 나노입자를 투석 백(분자량 컷오프 14,000 Da)에 넣은 다음 100 mL의 이형 매질에 담그었습니다. 샘플을 37 ° 에서 보관했습니다. C는 지속적인 흔들림 하에서. 다른 시점에서 UV-vis 스펙트럼 분석을 위해 2mL의 외부 완충액을 꺼내 동일한 부피의 새로운 배지로 보충했습니다. 모든 DOX 방출 데이터는 3회 측정에 걸쳐 평균을 내고 방출 함량은 공식에 의해 계산되었습니다. 방출 함량(%) =(방출 매질 내 약물의 양)/(나노입자에 로딩된 약물의 양) × 100. 약물 방출 pH 7.4 인산염 완충액에서 레이저 조사로 DOX가 로딩된 PDA@PMAA 나노입자의 거동을 유사한 절차에 따라 수행했습니다. NIR 빛은 시간당 5분 동안 적용되었습니다.
HEK-293T 세포(인간 배아 신장 세포, 정상 세포) 및 A549 세포(인간 폐 선암종 상피 세포, 암세포)를 10% FBS(소태아 혈청), 페니실린(100)이 보충된 둘베코 변형 독수리 배지(DMEM)에서 배양하였다. U mL −1 ) 및 스트렙토마이신(100mg mL −1 ) 5% CO2의 습한 대기에서 37 °C에서.
세포 흡수를 관찰하기 위해 A549 세포(1 × 10 4 웰당 세포)를 1.5mL의 배지에서 6-웰 플레이트에 시딩했습니다. 배지는 24시간 후 DOX-로딩된 PDA@PMAA 나노입자를 포함하는 배지로 교체되었습니다. 1시간 또는 4시간 후, 형광 관찰 전에 세포에 의해 내재화되지 않은 유리 나노입자를 세척하기 위해 신선한 DMEM 및 PBS를 첨가하였다. 나노입자의 세포내 분포는 CLSM에 의해 관찰되었다. 형광은 λ에서 이미지화되었습니다. EX (488 nm) DOX의 경우 가색을 인위적으로 빨간색으로 설정했습니다.
A549 세포에 대한 DOX 로딩 및 블랭크 PDA@PMAA 나노입자의 세포독성은 표준 MTT 분석에 의해 평가되었습니다. 셀(밀도 10 4 ) 웰당 세포)를 96-웰 플레이트에서 24시간 동안 인큐베이션하여 세포 부착을 허용하였다. 그런 다음, 다양한 농도의 DOX가 로드된 및 블랭크 PDA@PMAA 나노입자 및 유리 DOX를 각각 세포에 첨가하였다. NIR 레이저 그룹의 경우 레이저(λ =808 nm)를 적용하여 5 W cm -2 의 전력 밀도에서 세포를 조사했습니다. 1시간 배양 후 300초 동안. 그런 다음 37 ° 에서 24시간 동안 배양한 후 C, 20 μL의 MTT 용액(5 mg mL −1 인산염 완충액 중)을 MTT(5 mg mL -1 )가 포함된 새로운 DMEM으로 교체했습니다. ), 그리고 세포를 추가로 4시간 동안 인큐베이션하였다. 다음으로 상층액을 제거하고 150 μL의 디메틸 설폭사이드(DMSO)를 각 웰에 첨가하여 포르마잔을 용해시켰다. 10분 동안 인큐베이션한 후 분광광도계를 사용하여 570 nm에서 흡광도를 모니터링했습니다. 각 데이터 포인트는 5개 웰의 데이터 포인트를 평균화하여 수집했으며 처리되지 않은 세포를 대조군으로 사용했습니다. 대조군 세포의 흡광도를 처리된 세포의 흡광도와 비교하여 세포 생존율을 계산하였다. HEK-293T 세포에 대한 블랭크 복합 나노입자의 세포독성의 동일한 과정을 위에서 언급한 바와 같이 수행하였다.
NIR 레이저 조사가 있거나 없는 PDA@PMAA 나노입자 및 DOX가 로딩된 PDA@PMAA 나노입자의 항종양 효과를 시각화하기 위해 세포를 3 × 10 4 밀도로 6웰 플레이트에 접종했습니다. 웰당 세포. 세포를 100μg/mL의 나노입자 농도에서 24시간 동안 PDA@PMAA-1 나노입자, DOX가 로딩된 PDA@PMAA-1 나노입자 또는 유리 DOX에 노출시켰습니다. -1 또는 5 μg mL의 등가 DOX 농도 −1 . NIR 레이저 그룹의 경우 레이저(λ =808 nm)를 적용하여 5 W cm -2 의 전력 밀도에서 세포를 조사했습니다. 1시간 배양 후 300초 동안. 이어서, 세포를 Calcein-AM으로 30분 동안 배양하고 PBS로 3회 세척하고 CLSM을 사용하여 λ에서 관찰하였다. EX (490 nm).
PDA 구체는 via를 통해 기본 조건에서 준비됩니다. 용액 산화 방법. 이황화물 가교결합된 고분자층을 가진 PDA 구의 화학적 코팅은 MAA와 BAC를 각각 단량체와 가교제로 사용하는 증류-침전 중합법을 통해 이루어졌다(Fig. 1). 이 다기능 복합 나노 입자는 세 가지 측면에서 다른 치료 나노 입자에 비해 많은 이점을 제공합니다. 첫째, PDA 코어는 NIR 조사에서 뛰어난 광열 성능을 나타냅니다. 둘째, 이황화 결합의 통합은 고분자 껍질의 선택적 분해뿐만 아니라 암세포에 들어갈 때 제어된 약물 방출을 제공합니다. 셋째, PMAA 쉘은 나노입자에 우수한 콜로이드 안정성을 제공합니다. PMAA 층의 두께는 MAA 및 PDA 구체의 질량 비율을 조정하여 제어할 수 있습니다. 도 2는 얻어진 PDA 구체 및 PDA@PMAA 나노입자의 TEM 이미지를 나타낸다. PDA와 PDA@PMAA 나노 입자는 모두 단일 분산되어 있고 모양이 구형이라는 것이 분명합니다. PDA 구체의 평균 직경은 ~ 100 nm이고 PDA@PMAA 하이브리드 나노입자의 크기는 120 ± 5 ~ 200 ± 10 nm 범위이며 PDA 대 MAA의 질량비는 0.5 ~ 6입니다. 유체역학적 크기(D h ) 및 PDA 및 PDA@PMAA 나노입자의 크기 분포는 표 2에 표시된 것처럼 동적 광산란(DLS)을 특징으로 합니다. PDA@PMAA 나노입자는 일반적으로 PI 값이 0.09–0.14인 좁은 크기 분포를 가졌습니다. Dh 일련의 PDA@PMAA 나노입자의 범위는 PDA 대 MAA의 질량비를 변화시켜 176에서 349 nm 범위였으며, 이는 TEM 관찰에서 크기 성장 경향에 따른 것이었다. 특히 Dh 복합 나노 입자의 크기는 TEM에 의해 결정된 크기보다 컸으며, 이는 복합 나노 입자가 수성 매질에서 크게 팽윤되었음을 시사한다[29]. PDA 나노입자의 ζ 전위는 PDA 표면의 카테콜 그룹 때문에 - 26.8 mV였다. PDA@PMAA 나노입자의 ζ 전위는 - 30.2에서 33.2로 변경되어 카르복실기의 존재가 PMAA 껍질에서 비롯되었음을 나타냅니다.
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PDA@PMAA 나노입자의 합성, 광열 효과, 약물 로딩 및 자극 반응성 약물 방출의 개략도
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PDA@PMAA 나노입자의 TEM 이미지(스케일 바, 200 nm). 아 PDA. ㄴ [email protected]. ㄷ PDA@PMAA-1. d PDA@PMAA-2. 이 PDA@PMAA-4. 에 PDA@PMAA-6
MAA는 pH에 민감하기 때문에 PDA@PMAA 나노스피어도 pH 민감도를 가지고 있음을 유추할 수 있습니다. 도 3에 도시된 바와 같이, PDA@PMAA-1 나노입자는 PMAA 코팅된 나노입자의 유체역학적 크기의 pH 의존성을 조사하기 위한 예로 취하였다. pH 8.5의 인산염 완충액에서 PDA@PMAA-1 나노입자의 유체역학적 직경은 약 240 nm이고; pH 3.0의 산성 환경에서는 유체역학적 크기가 ca. 150나노. PMAA 폴리머 사슬은 높은 pH에서 고도로 이온화되고 폴리머 사슬 사이의 강한 정전기적 반발로 인해 유체역학적 크기가 확대되고 낮은 pH에서 PMAA 사슬의 낮은 이온화도는 크기 축소로 이어지기 때문입니다[30]. pH-반응성 PDA@PMAA 나노입자는 스펀지형 폴리머 층의 붕괴가 약물 방출을 촉진할 수 있기 때문에 종양 세포(6.5 미만의 pH)에서 제어된 약물 방출에서 큰 잠재력을 나타낸다. PDA@PMAA 나노입자의 화학 구조는 푸리에 변환 적외선(FTIR) 분광법으로 특성화되었습니다(그림 4). BAC 및 PDA@PMAA 나노입자의 스펙트럼에서 1650 및 1550 cm -1 에 나타나는 밴드 BAC의 전형적인 아미드 I 및 II 밴드에 기인하는 , 은 가교제 BAC가 복합 나노입자에 성공적으로 도입되었음을 보여주었다[25]. 1706cm −1 에서 피크 는 PMAA에서 C=O기의 신축진동에 속하는 것으로 PDA나노입자가 아닌 PDA@PMAA나노입자에서도 뚜렷하게 나타나 PMAA층의 성공적인 코팅을 시사한다.
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다양한 pH에서 인산염 완충액에서 PDA@PMAA-1 나노입자의 유체역학적 직경
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BAC 가교제, PDA 나노입자 및 PDA@PMAA 나노입자의 FTIR 스펙트럼(위에서 아래로)
NIR 영역의 흡광도 강도는 PTC 에이전트의 PTC 기능을 결정하는 주요 요소입니다. PDA@PMAA 나노 입자의 광 흡수 능력을 조사하기 위해 UV-vis 스펙트럼이 그림 5a에 요약되어 있습니다. 각 샘플은 600~1000 nm의 NIR 영역에서 명백한 흡수를 가지고 있음을 알 수 있습니다. PDA@PMAA와 비교하여 PDA는 동일한 질량 농도에서 808 nm에서 가장 높은 흡수를 나타냅니다. PDA@PMAA 나노입자의 흡광도는 PMAA 쉘 두께가 감소함에 따라 증가했습니다(PDA@PMAA-6에서 [email protected]로). NIR 영역의 강한 광 흡수는 우리가 PDA@PMAA의 광열 효과를 더 조사하도록 격려했습니다. 도 5b와 같이 PDA와 PDA@PMAA 수분산액의 광열효과를 100 μg mL -1 농도에서 측정하였다. 5W cm −2 에서 808nm 레이저로 조사됨 300초 동안. 음성 대조군으로 순수한 물을 사용하였다. PDA 분산 온도가 41 ° 증가했습니다. C 및 모든 PDA@PMAA 샘플보다 높으며 808 nm에서 최대 흡수와 일치했습니다. PDA@PMAA 분산액에 의해 증가된 온도는 17에서 33까지 ° 에 도달할 수 있습니다. C PMAA 쉘 두께 감소(PDA@PMAA-6에서 [email protected]로), 순수한 물 제어로 인한 것보다 훨씬 더 높음(3.5 ° 까지만 도달) 씨). 이전 연구에 따르면 55 ° 이상의 온도에서 온열 요법 C는 고형 종양의 열적 절제에 큰 이점을 보였다[31]. 일련의 PDA@PMAA 나노 입자의 최대 온도 상승을 비교하면 [email protected]만(58 ° C) 및 PDA@PMAA-1(56 ° C) 최대 55도까지 도달할 수 있습니다. ° C. PMAA 쉘은 약물 로딩 용량을 확보하기 위해 일정한 두께를 가져야 한다는 점을 고려하여 다음 실험에서 PDA@PMAA-1을 대표로 선택했습니다.
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아 100 μg mL 농도에서 PDA 및 PDA@PMAA 수성 분산액의 UV-vis 스펙트럼 −1 . ㄴ 100 μg mL 농도에서 PDA 및 PDA@PMAA 수분산액의 광열 효과 −1 레이저 조사(λ =808nm, 5W cm −2 )
독소루비신(DOX)은 환원 조건에서 캡슐화된 약물을 방출하는 PDA@PMAA-1 복합 나노입자의 잠재적 능력을 확인하기 위한 모델 약물로 선택되었습니다. 복합 나노입자에 DOX 로딩은 이론상 약물 로딩 함량 9.1wt% 및 폴리머 농도 10mg mL -1 에서 수행되었습니다. , 그리고 최종 약물 로딩 함량 및 캡슐화 효율은 각각 5.1% 및 53.7%였다. DOX가 폴리머 네트워크에 효율적으로 로드될 수 있음을 나타냅니다. DOX-로딩된 PDA 나노입자도 비교를 위해 준비되었으며, DOX-로딩 함량은 3.7%였습니다. PDA@PMAA-1 나노입자의 더 높은 약물 로딩 용량은 DOX 분자의 아미노기와 PMAA 사슬의 카르복실기 사이의 강한 정전기적 상호작용에 기인할 수 있습니다[25]. 이를 감안할 때 PMAA 껍질은 산화환원 절단 가능한 이황화 결합을 갖고 있으며, 사전 로드된 약물은 환원 조건에서 사전 로드된 약물을 효율적으로 방출하도록 촉발됩니다. 약산성 종양 미세환경과 세포내(1-10mM)와 혈장(20-40μM) 사이의 GSH 농도의 큰 차이를 고려하여 pH 7.4 및 5.5의 인산염 완충액을 사용하여 시험관내 약물 방출 실험을 설계하고 수행했습니다. 종양 세포 및 혈류 환경을 모방하기 위해 10mM GSH의 유무에 관계없이 [23, 32, 33]. 도 6에 나타난 바와 같이, 약물의 방출량은 24시간 동안 10.8%에 불과하여 생리학적 조건에서 분산되었을 때 PDA@PMAA-1 나노입자에서 DOX가 안정적으로 유지되었음을 시사한다. 10mM GSH의 존재하에, 환원 환경에서 이황화 결합 PMAA 껍질의 분해로 인해 DOX의 누적 방출이 24시간 내에 약 72.8%인 경우 약물의 현저하게 빠른 방출이 감지되었습니다. 그러나 PDA 코어의 구조는 산화환원 반응 저하 후에도 무결성을 유지합니다(추가 파일 1:그림 S2). 더욱이, 10mM GSH가 있는 pH5.5의 인산염 완충액에서 DOX의 폭발적인 방출(24시간 내 약 87%)이 관찰되었는데, 이는 PMAA의 카르복실기가 산성 조건에서 양성자화되어 폴리머의 붕괴를 추가로 유발하기 때문입니다. 네트워크. 이러한 방출 프로파일은 플라즈마에서 약물의 낮은 누출을 나타내는 나노입자로서 제어된 약물 방출을 위한 PDA@PMAA 나노입자의 유망한 특징을 암시하지만, 종양 세포에 들어갈 때 약물을 빠르게 방출합니다. 또한, pH 7.4의 인산염 완충액에서 NIR 조사와 함께 DOX가 로딩된 PDA@PMAA 나노입자에 대한 약물의 느린 방출(24시간 내 약 13%)이 감지되었으며, 이는 조사 시 PDA@PMAA 나노입자가 구조적 무결성을 유지함을 나타냅니다. 10mM GSH의 존재하에서 PDA 나노입자의 방출 거동은 PDA@PMAA-1 나노입자와 비교하여 현저하게 낮은 약물 방출(24시간에서 약 30%)을 보여주었습니다(추가 파일 1:그림 S1). PDA와 PDA@PMAA 나노입자의 방출 거동의 큰 차이는 이황화 결합에 의해 가교결합된 분해성 고분자 껍질의 도입이 산화환원 유발 약물의 효과적인 방출을 발생시켰음을 시사합니다.
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37 ° 에서 PDA@PMAA-1 나노입자의 DOX 방출 프로필 C 7.4 인산염 완충액(○), NIR 레이저 조사가 있는 7.4 인산염 완충액(□, 10mM GSH가 있는 7.4인산염 완충액(빨간색 원) 또는 5.5인산염 완충액 10mM GSH(녹색 원)
DOX-로딩된 PDA@PMAA 나노입자의 세포 흡수 및 세포내 약물 방출에 대한 조사가 A549 세포주에 대해 추가로 수행되었습니다. 도 7에 도시된 바와 같이, DOX에 대한 적색 형광은 1시간 인큐베이션 후 세포 세포질에서 관찰될 수 있으며, 이는 종양 세포에 대한 나노입자의 빠른 내재화를 나타낸다. 4시간 배양 후, 세포 세포질과 핵 전체에 걸쳐 강한 적색 형광이 관찰되었다. 이는 더 많은 나노입자가 세포에 의해 세포내이입되고 종양 세포의 환원 환경에서 폴리머 껍질의 분해를 통해 DOX를 효율적으로 방출함을 시사했습니다.
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(a에 대해 DOX가 로딩된 PDA@PMAA 나노입자로 배양된 A549 세포의 CLSM 이미지 ) 1시간 및 (b ) 4시간 각 행에는 미분 간섭 대비 현미경 이미지, 형광 이미지 및 오버레이 이미지가 각각 왼쪽에서 오른쪽으로 표시되었습니다. (스케일 바, 50μm)
PDA@PMAA의 생체적합성을 평가하기 위해 MTT assay에 의한 세포생존율 시험을 위해 전형적인 정상세포(HEK-293T 세포)를 선택하였다. 그림 8에서 볼 수 있듯이 0.1–100 μg mL -1 의 넓은 농도 범위에서 빈 PDA@PMAA-1 나노 입자의 명백한 세포 독성이 감지되지 않았습니다. , 생물 의학 분야에서의 응용을 보장하는 PDA@PMAA-1 나노 입자의 우수한 생체 적합성을 나타냅니다. 다음으로, 블랭크 또는 DOX-로딩된 PDA@PMAA-1 나노입자의 인큐베이션 농도의 함수로서 A549 세포(종양 세포)에 대한 세포 생존력을 측정하고, 각 그룹을 NIR 레이저 노출이 있거나 없는 그룹으로 세분화했습니다(그림 9). ). 레이저가 없는 블랭크 PDA@PMAA-1 그룹에서는 세포 생존율에 대한 영향이 거의 관찰되지 않았으며, 이는 블랭크 복합 나노입자에 세포독성이 없음을 나타냅니다. 5W cm −2 후 300초 동안 NIR 레이저를 조사하면 빈 PDA@PMAA-1 그룹의 세포 생존율이 분명히 감소했으며 100μg mL 농도에서 ~ 54.3%의 세포가 사멸되었습니다. −1 . 결과는 이러한 PDA@PMAA-1 나노입자가 NIR 조사에 의해 온열요법을 유도함으로써 A549 세포에 대해 세포독성이 있음을 암시하였다. DOX가 로딩된 그룹의 경우, DOX가 로딩된 PDA@PMAA-1 나노입자는 용량 반응 방식으로 세포 생존율의 감소를 나타내며, 이는 유리 DOX와 유사한 효능을 가지며, 이황화 결합 가교된 PMAA로부터 약물의 완전한 방출을 나타냅니다. 조개. NIR 레이저 노출과 함께 DOX가 로딩된 PDA@PMAA-1 나노입자로 처리된 세포의 경우, 세포 생존율은 특히 고용량 약물 투여량에서 비조사 그룹에 비해 더 깊은 감소를 나타냅니다. 예를 들어, 세포가 100 μg mL -1 로 처리되었을 때 DOX 로딩 PDA@PMAA-1(5 μg mL −1 함유 DOX), 세포 생존율은 약 15.7%로 감소했는데, 이는 동일한 용량의 나노입자에서 광열(~ 54.3%) 또는 화학요법(~ 38.1%) 단독 치료보다 훨씬 낮습니다. 특히, 50% 세포 억제(IC50 ) 단기 NIR 레이저 노출을 사용한 DOX 로딩 PDA@PMAA-1 값은 2μg mL −1 로 결정되었습니다. , 이는 유리 DOX(6.3μg mL −1 )보다 훨씬 낮습니다. ). 이는 DOX가 적재된 PDA@PMAA 나노입자의 화학 광열 요법이 상승 효과를 나타냈으며, 이는 더 높은 온도에서 DOX의 향상된 세포독성에 기인할 수 있음을 시사합니다[34, 35]. 대조적으로, 근적외선 레이저 그룹이 있는 자유 DOX는 근적외선 레이저 조사로 인한 국소 온열증이 없기 때문에 유사한 상승 효과를 나타내지 않습니다. 처리 후 Calcein-AM(녹색, 살아있는 세포)으로 염색된 세포의 형광 이미지는 NIR 레이저 조사 시 DOX가 로딩된 PDA@PMAA 나노입자로 처리된 살아있는 세포의 수가 다른 그룹보다 현저히 적음을 보여줌으로써 상승적인 항종양을 추가로 확인했습니다 근적외선 조사에 의한 DOX-부하 PDA@PMAA 나노입자의 효과(그림 10). 화학 광열 복합 치료의 긍정적인 시너지 효과의 이점을 활용하여 세포 독성 약물 투여량을 낮추어 동일한 종양 사멸 효과를 얻을 수 있으므로 높은 약물 투여량에서 정상 조직에 대한 심각한 부작용을 피할 수 있습니다. 종합하면, 위의 데이터는 이러한 PDA@PMAA 나노입자가 세포 내 환원 조건에서 약물을 효율적으로 방출할 수 있고 결합된 화학-광열 요법에 대해 상승적인 종양 세포 사멸 효과를 나타낼 수 있음을 시사하며, 이는 암 치료에 대한 큰 잠재력을 입증했습니다.
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24시간 동안 빈 PDA@PMAA-1 나노입자에 노출된 HEK-293 세포의 세포 생존율
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다양한 농도의 유리 DOX, PDA@PMAA-1 나노입자 및 DOX-부하 PDA@PMAA-1 나노입자로 처리한 A549 세포의 세포 생존율(λ =808nm, 5W cm −2 ) 300초 동안
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PBS, PDA@PMAA-1 나노입자, DOX-로딩된 PDA@PMAA-1 나노입자 및 NIR 레이저 조사(λ)가 있거나 없는 유리 DOX로 처리된 살아있는 A549 세포의 공초점 형광 이미지 =808nm, 5W cm −2 ) 300초 동안. 살아있는 세포를 Calcein-AM(녹색)으로 염색했습니다. 눈금 막대는 50μm입니다.
다기능 코어-쉘 PDA@PMAA 복합 나노입자는 증류-침전 중합을 통해 PDA 나노입자에 이황화 가교된 PMAA 층을 코팅함으로써 합성되었다. 복합 나노입자는 PMAA 층의 우수한 광열 전환 효과와 산화환원 불안정 분해를 나타냈다. 일반적인 샘플 PDA@PDA@PMAA-1의 경우 PDA@PMAA 분산 온도가 31 ° 증가했습니다. 100μg mL −1 농도의 C 5 W cm −2 에서 808 nm 레이저로 조사 300초 동안. The DOX-loaded PDA@PMAA-1 nanoparticles were stable under the physiological environment with low leakage of DOX (10.8% in 24 h), while a rapid and full release of DOX was triggered in the reducing and weakening acidic condition (pH5.5 + 10 mM GSH). The cell viability of A549 cells treated with PDA@PMAA-1 nanoparticles under NIR irradiation was reduced significantly to about 15.7% at relatively low equivalent drug concentration (5 μg mL −1 ), which was much lower than photothermal (~ 54.3%) or chemotherapy (~ 38.1%) treatment alone under the same dose of nanoparticles and drugs. So the DOX-loaded composite nanoparticles realized a synergistic inhibition effect against cancer cells by the combination of photothermal therapy and traditional chemotherapy. This work demonstrated the feasibility of such composite nanoparticles to be a powerful platform for controlled drug delivery and could be exploited as combined chemo-photothermal therapy with improved therapeutic efficacy.
The datasets generated during and/or analyzed during the current study are available from the corresponding author on request.
2,2-Azobisisobutyronitrile
N,N' -bis(acryloyl)cystamine
Dopamine hydrochloride
동적 광산란
Dulbecco’s modified Eagle’s medium
디메틸설폭사이드
Doxorubicin
태아 소 혈청
푸리에 변환 적외선
Glutathione
Methacrylic acid
근적외선
폴리도파민
Poly(methacrylic acid)
Photothermal conversion agents
광열 요법
투과전자현미경
나노물질
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 미
초록 폴리(락트산-코-글리콜산)(PLGA) 기반 나노의약품의 임상 번역은 부분적으로는 식세포에 의한 비특이적 식세포 작용으로 인한 낮은 전달 효율로 인해 제한적입니다. 암세포와 면역 세포 사이의 나노입자 상호작용을 이해하는 것은 여전히 어려운 일입니다. 이 연구에서는 단일 배양 또는 공동 배양 시스템에서 단핵구/대식세포가 있거나 없는 후두 암종 세포에 대한 형광 PLGA 입자(100 nm, 500 nm 및 1 µm)의 세포 내재화에 대한 정량적 조사가 먼저 수행되었습니다. 5~20µg/mL 농도의 PLGA 입자는 500nm 및
