조기 정밀 암 진단과 치료를 위해서는 통합된 테라노스틱 플랫폼이 필요하다. 본 연구에서는 초음파(US)와 자기공명(MR) 영상을 근적외선(NIR) 광열 치료(PTT)와 결합한 Her2-기능화 금 나노쉘 PLGA 자기 하이브리드 나노입자(Her2-GPH NPs)를 유방암 치료를 위해 보고한다. 이 나노입자는 퍼플루오로옥틸 브로마이드(PFOB)와 초상자성 산화철 나노입자(SPIOs)를 캡슐화한 PLGA 코어, 금 나노쉘 코팅, 항-Her2 항체 접합으로 구성된다. 세포 결합 분석 결과 Her2-양성 SKBR3 세포에서 수용체 매개 섭취가 확인되었다(결합률 86 ± 3.7% vs Her2-음성 MDA-MB-231 세포에서 2.3 ± 0.4%, P < 0.001). 체외에서 이 입자들은 높은 대비 US(최대 2 mg/mL 동적 범위)와 T2-가중 MR(이완율 r2 = 441.47 mM−1 s−1)을 제공하며 상용 제제를 능가한다. NIR 조사(808 nm, 1 W/cm2)로 0.2 mg/mL에서 국소 온도를 ~18°C 상승시키고 SKBR3 세포를 선택적으로 사멸시킨다(세포 생존율 62 ± 4.6% 감소, P < 0.001). 이 결과들은 Her2-GPH NPs가 비침습적 유방암 영상과 치료를 위한 유망한 테라노스틱 도구임을 입증한다.
유방암은 전 세계 여성에서 암 관련 사망의 주요 원인으로 남아 있다[1]. 조기 정확한 진단은 사망률 감소에 중추적이다[2]. US와 MRI를 포함한 기존 영상 모달리티는 상호 보완적 강점을 제공한다: US는 조영제 통해 향상된 민감도로 실시간, 안전, 비용 효율적 영상을 제공하지만 공간 분해능이 제한적이다; MRI는 우수한 연조직 대비와 해부학적 세부 사항을 제공하지만 더 긴 획득 시간과 낮은 민감도를 가진다. US와 MR을 결합하면 이러한 한계를 극복하고 유방 병변의 정밀한 다중 모달 평가를 가능하게 할 수 있다[10].
테라노스틱스—단일 플랫폼 내 진단과 치료 통합—는 개인 맞춤 치료를 약속한다. NIR 레이저와 광흡수제를 이용한 광열 치료(PTT)는 최소 침습적이고 제어 가능한 종양 절제를 제공한다[11-12]. 금 나노쉘은 NIR 창에서 강한 표면 플라즈몬 공명을 보여 생체적합하면서 효율적인 열 변환을 가능하게 한다[21]. 그러나 많은 나노플랫폼은 특이적 표적 리간드가 부족하여 세포 섭취와 치료 효능을 제한한다.
Her2는 유방암의 ~25-30%에서 과발현되며 공격적 질환과 불량한 예후와 상관관계가 있다[28-29]. 항-Her2 항체 접합은 종양 선택성과 섭취를 향상시킬 수 있다. 따라서 우리는 이중 모달 영상과 Her2-양성 유방암의 표적 PTT를 가능하게 하는 Her2-기능화 금 나노쉘 자기 하이브리드를 설계했다.
PLGA(MW 24-38 kDa, 50:50 락타이드:글리콜라이드), PFOB, SPIOs, 금 전구체는 Sigma-Aldrich, 상하이 소-페이 바이오메디신, 알라딘 케미스트리에서 구입했다. 항-Her2 항체(FITC 표지)는 Abcam에서 구입했다. 합성은 오일-인-워터 에멀전-용매 증발 단계로 PFOB/SPIOs를 PLGA 내에 캡슐화하는 것으로 시작했고, 시트르산 안정화 금 나노입자(5 nm) 부착을 허용하는 폴리알릴아민 하이드로클로라이드(PAH) 표면 기능화, 하이드록실아민 환원에 의한 금 핵형성으로 ~30 nm까지 확장된 나노쉘 형성으로 이어졌다. 최종 입자는 PEG화(SH-PEG-COOH)되고 EDC/NHS로 활성화되어 항-Her2 항체와 접합되어 Her2-GPH NPs를 산출했다.
특성 분석에는 형태를 위한 FE-SEM과 TEM, 수동적 크기와 제타 전위를 위한 DLS, 광학 특성을 위한 UV-Vis 분광법, 원소 조성을 위한 ICP-AES, T2 이완율을 위한 이완측정법이 포함되었다.
체외 연구는 SKBR3(Her2-양성)와 MDA-MB-231(Her2-음성) 유방암 세포주를 사용했다. 세포독성은 CCK-8 분석으로 평가했다. 표적화는 공초점 레이저 주사 현미경(CLSM)과 유세포 분석으로 평가했다. 초음파 영상은 Mylab Twice 시스템(LA522 트랜스듀서)을 2D 그레이스케일과 CEUS 모드로 사용했으며, MR 영상은 스핀-에코 시퀀스로 0.5 T 스캐너를 사용했다. PTT 효능은 NIR 레이저 조사(808 nm, 1 W/cm2) 후 생존/사멸 염색과 CCK-8 생존율 분석으로 테스트했다.
나노입자 특성 분석 – 코어-쉘 구조는 평균 직경 248 nm, 다분산성 0.037의 균일한 구형 형태를 보였다. 금 코팅 후 크기는 282 nm(PDI 0.18)로 증가했고 제타 전위는 -31 mV로 이동하여 좋은 콜로이드 안정성을 나타냈다. EDS는 C, O, Fe, Br, Au의 존재를 확인했고, ICP-AES는 Au(67.7 wt%)와 Fe(2.1 wt%)를 정량화했다. UV-Vis 스펙트럼은 나노쉘 성장 후 넓은 NIR 흡수(600-900 nm)를 보여 효율적인 광열 변환에 필수적임을 입증했다.
광열 성능 – 808 nm 조사 하에서 0.2 mg/mL Her2-GPH 용액은 10분 후 18.5°C 상승했으며, 물은 1.2°C 상승에 그쳤다. 조사 후 흡수 스펙트럼은 변화하지 않아 광열 안정성을 확인했다.
세포독성 – Her2-GPH NPs는 두 세포주 모두에서 무시할 만한 고유 독성을 보였다(200 µg/mL까지 ≥90% 생존율), 생체적합성을 입증했다.
표적화 효능 – CLSM에서 Her2-GPH 처리 시 SKBR3 막에 밝은 녹색 형광이 나타났으나 MDA-MB-231 세포에서는 없었다. 유세포 분석은 SKBR3에 86% 결합률, MDA-MB-231에 2.3%를 보였으며, 자유 항체로 사전 차단 시 결합률이 3.2%로 감소했다. 이 결과들은 수용체 매개 특이적 표적화를 확인한다.
초음파 영상 – 체외에서 Her2-GPH 용액은 강한 CEUS 신호를 생성했으며, 2 mg/mL에서 0.1 mg/mL 대비 2.5배 강도 증가를 보였다. 시간-강도 곡선은 최대 5분간 신호 유지를 보였다. 세포 팬텀에서 Her2-GPH 처리된 SKBR3 세포는 대조군 대비 유의하게 높은 그레이스케일 값을 보여 분자 영상 향상을 입증했다.
MR 영상 – Her2-GPH의 T2 이완율은 441.47 mM−1 s−1로 페리덱스(152 mM−1 s−1)의 2배 이상이었다. 세포 영상에서 Her2-GPH 처리된 SKBR3은 대조군 대비 48% 신호 감소를 보였으나 MDA-MB-231은 변화가 없어 선택적 대비 향상을 확인했다.
표적 광열 치료 – 칼세인-AM/PI 염색과 CCK-8 분석 결과, Her2-GPH + NIR만 SKBR3 생존율을 유의하게 감소시켰다(62% 감소), 반면 GPH + NIR 또는 Her2-GPH 단독은 최소 효과만 보였다. 나노입자 농도 증가 시 생존율이 더욱 낮아졌다(200 µg/mL + NIR에서 <20%). 이종 Her2 발현을 모방한 공동 배양 실험에서 SKBR3 비례에 비례한 세포 사멸을 보였다.
우리는 이중 모달 US/MR 영상과 표적 NIR 광열 치료를 통합한 Her2-기능화 금 나노쉘 자기 하이브리드 나노입자를 개발했다. 이 플랫폼은 높은 특이성 표적화, 두 모달리티에서의 견고한 대비, 체외 효과적인 종양 세포 절제를 입증했다. 이러한 발견은 정밀 유방암 테라노스틱 시스템의 향후 체내 연구와 잠재적 임상 적용을 위한 기반을 마련한다.
생성되고 분석된 모든 데이터셋은 이 논문에 포함되어 있다.
나노물질
요약 암 사망률의 가장 큰 원인은 전이와 그 치료의 결과입니다. 여기서는 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)를 이용한 광열치료와 면역관문 억제제를 이용한 면역자극을 결합한 전이성 유방암의 새로운 치료법을 제시합니다. 우리는 앤넥신 A5(ANXA5) 기능화 SWCNT 생체결합체를 이용한 원발성 정위 EMT6 유방 종양의 선택적 근적외선 광열 소작이 항-세포독성 T-림프구 관련 단백질 4(anti-CTLA-4) 의존적 압측 효과(abscopal effect)를 상승적으로 강화하여, 종양 접종 후 100일째 생존율 55%를 달성함을 발견했습
요약 유방암의 전이는 예후에 부정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 놀라운 심부 침투성과 비침습적 특성 덕분에 초음파역학치료(SDT)는 암 치료에 일련의 잠재력을 보여준다. 단일 요법의 한계를 극복하기 위해 다기능 나노플랫폼이 시너지 치료 효율을 실현하기 위해 탐구되어 왔다. 본 연구에서는 클로린 e6(Ce6, SDT용), 퍼플루오로펜탄(PFP, 초음파 영상용), 도세탁셀(DTX, 화학요법용)을 잘 설계된 PLGA 코어-쉘 구조에 캡슐화한 새로운 다기능 나노시스템을 구축하였다. 시너지 효과를 가진 Ce6/PFP/DTX/PLGA
