마이크로파 환원 키토산 코팅 산화그래핀을 이용한 표적 아드리아마이신 전달 및 유방암 치료 강화

요약

항암제 전달 효율을 암세포 타겟팅 관점에서 개선해 더 나은 항종양 효능을 달성하는 것이 시급합니다. 본 연구에서는 마이크로파 보조 환원법으로 키토산 기능화 산화그래핀(ChrGO) 나노시트를 제조해 유방암 세포 내 항암제 전달 나노시스템으로 활용했습니다. 약물 적재 및 방출 연구 결과 아드리아마이신이 ChrGO 나노시트에 효율적으로 적재되고 방출됨을 확인했습니다. 전달 중 적은 약물 방출과 ChrGO/아드리아마이신의 우수한 생체적합성이 HER2 과발현 BT-474 세포에서 안전성과 치료 효능을 크게 개선했습니다. 또한 ChrGO/아드리아마이신과 트라스투주맙 병용이 BT-474 세포에서 시너지 항종양 활성을 보여 단독 요법 대비 우수한 치료 효능을 입증했습니다. 트라스투주맙(5 μg/mL) 또는 동등 ChrGO/아드리아마이신(5 μg/mL) 단독 처리 시 각각 54.5%, 59.5% 세포 사멸 유도한 반면, 병용 처리는 88.5% 세포 사멸로 극적인 효과를 보였습니다. 이중 표적 치료가 더 높은 세포자멸사 유도로 상이한 작용 기전 존재로 인한 우수한 치료 효능을 나타냈습니다. ChrGO/아드리아마이신과 트라스투주맙 병용 처리가 BT-474 세포에서 세포주기 정지와 세포자멸사 유도해 최종적으로 증강된 암세포 사멸로 이어졌습니다. 본 연구는 제어 가능하고 표적화된 세포내 약물 전달 나노시스템으로서 마이크로파 보조 ChrGO 제조 용이법을 제공하며, HER2 과발현 유방암 세포 치료를 위한 새로운 유망 요법이 될 것으로 기대됩니다.

서론

HER2 수용체는 EGFR 수용체 패밀리 구성원으로 암세포 성장과 분화를 매개하며, 인간 유방암 20-30%에서 고도로 과발현돼 전이성 종양 표현형과 불량한 예후를 초래합니다[1]. HER2는 인간 위암 약 20%에서도 과발현됩니다[2]. 인간화 단일클론 치료 항체인 트라스투주맙은 HER2 과발현 유방암 환자 1차 요법으로 유망한 치료 이점을 보입니다[3]. 그러나 트라스투주맙 전체 반응률은 단독 요법 시 15-30%, 화학요법제 병용 시 50-75%로 여전히 보통 수준입니다[4]. 트라스투주맙 반응 환자 중 대부분도 초기 반응 후 결국 진행하며 지속적 치료 후 시간이 지나면 내성 획득합니다[5]. 따라서 전체 생존율 향상을 위해 HER2 과발현 환자 대상 추가 신규 요법 개발이 필수적입니다.

안트라사이클린 계열은 여전히 암 치료 근간입니다. 안트라사이클린 제제 중 토포이소머라아제 II 억제제 아드리아마이신은 유방암, 폐암, 림프종 등 많은 암 치료에 널리 사용됩니다[6]. HER2 유전자와 토포이소머라아제 II 유전자 근접성으로 아드리아마이신은 HER2 과발현 유방암 환자 치료에 효과적입니다[7]. 안트라사이클린 기반 요법이 유방암에서 임상적 이점 보이나 심장 기능 장애가 더 광범위한 치료 적용을 제한합니다. 임상시험에서 트라스투주맙과 아드리아마이신 병용이 유의미한 효능 보였으나 높은 용량 의존적 심독성 문제가 해결 과제입니다[8]. 암 표적 조직에서 화학요법제 지속 방출은 치료 효능에 필요한 용량 낮추고 안전성 프로파일 개선하는 좋은 해결책으로 인식됩니다[9]. 더 나은 항종양 효능과 적은 부작용 위해 암세포 타겟팅 항암제 전달 효율 개선이 시급합니다.

산화그래핀(GO) 기반 나노소재는 화학요법 제어 전달에 큰 가능성 보였습니다[10]. 다수 연구에서 GO 독성이 표면 기능화와 연관됨 입증했습니다[11]. 최근 키토산, PEG 등 환경친화적 제제로 GO 기능화해 독성 적은 표면 기능기 도입 보고되었습니다[12,13]. 생물학적 매체 내 나노입자 콜로이드 안정성은 임상용 효과적 안전한 약물 전달 시스템 개발에 중요합니다[14]. 기능화 GO 나노시트는 생체적합성, 안정성 등 특성으로 생물의학 응용에 큰 주목받습니다. 그래핀 기반 생체소재 우수 후보로 GO 또는 rGO 콜로이드 안정성은 약물 캐리어 성능 제어에 중요합니다. 폴리에틸렌글리콜 기능화 GO가 세포 배양 배지에서 콜로이드 특성 개선 보였습니다[15]. P. Khanra는 효모 세포를 환원 생체촉매로 이용해 GO 동시 환원 및 생체기능화 신법 보고했습니다[16,17]. Avinav G는 오토클레이브 공정 중 효모 추출물 이용 GO 원팟 생물합성 발표했습니다[18]. 마이크로미터 크기 GO 시트 초음파 처리 수시간으로 GO 나노시트 얻었으며, 일반 마이크로미터 GO 대비 높은 콜로이드 안정성 보였습니다[19]. 이전 연구들이 생체소재로서 GO 높은 잠재력 입증했으나, 세포 무함유 효모 추출물 이용 마이크로파 보조 환원으로 키토산 생체기능화 GO 나노시트 연구는 지금까지 없었습니다. 이를 위해 새로운 키토산 기능화 산화그래핀(ChrGO) 구조를 마이크로파 합성 시스템으로 구축했으며, 환원제로 효모 추출물 활용했습니다. 또한 생체적합성 키토산으로 GO 효과적 기능화해 효율적 약물 적재 및 전달 잠재 플랫폼 제공했습니다. 약물 적재·방출 연구로 아드리아마이신 ChrGO 나노시트 효율적 적재·방출 입증했습니다. ChrGO/아드리아마이신 복합체 농도 의존적 유의미 항종양 활성 보였습니다. 특히 ChrGO/아드리아마이신과 트라스투주맙 병용 처리가 단독 요법 대비 BT-474 세포 성장 억제 효과 강화됨 확인했습니다. 이들 제제 시너지 항종양 효능이 세포주기 정지와 세포자멸사 매개로 암세포 사멸 유도함 밝혀졌습니다. 본 연구는 ChrGO 복합체 신속 비용효율적 생산 유망 경로 보고하며, 화학요법제를 시공간 제어 방식으로 전달해 효율적 암 치료 가능케 합니다(Scheme 1).

재료 및 방법

재료

흑연 분말은 Qingdao Huatai Tech(중국 칭다오)에서 구입. 키토산과 아드리아마이신 Aladdin Co., Ltd.(중국 상하이), 트라스투주맙 Hoffmann-La Roche Ltd(스위스 바젤)에서 구입. RPMI-1640, DMEM, 태아우혈청(FBS) Invitrogen Corporation(미국 카마릴로)에서 구입. Amicon® Ultra 원심 필터 Merck Millipore에서 구입. CellTiter 96® 수용액 세포증식분석키트, Caspase-Glo® 3/7 분석시스템키트 Promega Corporation(미국 매디슨)에서 구입. 건조 베이커 효모 AB/Mauri Co., Ltd.에서 구입. BT-474, Cos-7 세포주 중국과학원 세포은행(상하이)에서 구입. Luria-Bertani 배지 Sangon Biotech Co., Ltd.에서 구입. 모든 시약 분석급, 추가 정제 없이 상용품 사용.

마이크로파 보조 키토산 기능화 GO 환원

변형 휴머법[14]으로 천연 흑연 플레이크에서 산화그래핀(GO) 제조. 나노 크기 GO 단일층 얻기 위해 초음파 프로브(Scientz, 중국) 800 W, 8시간 처리해 박리. 박리된 GO 탈수 분산해 추가 사용. 마이크로파 합성 시스템으로 키토산 수용액과 GO 마이크로파 보조 환원해 부분 환원 키토산-GO(ChrGO) 나노시트 합성. 세포 무함유 효모 추출물로 ChrGO 생물합성 마이크로파 보조 환원 활용. 먼저 비축 효모 세포를 Luria-Bertani 배지에 접종, 25°C에서 135 rpm, 18시간 진탕 배양 활성화. 활성화 효모 세포 2% 자당 용액 이관, 25°C, 135 rpm, 6시간 추가 진탕. 2000 rpm, 5분 원심분리로 6 mL 세포 무함유 효모 추출물 획득. 50 mg 키토산 25 mL 2%(v/v) 아세트산 용액에 녹여 효모 추출물과 혼합[20]. 5 mg GO 용액 강한 자기교반 하 첨가. 최종 제조 용액 NOVA-2S 마이크로파 합성 장비(PreeKem Scientific Instruments, 중국) 이관해 마이크로파 반응 수행. 마이크로파 시스템 가열 스킴: 80°C 5분 가열 후 5분 유지. 획득된 ChrGO 100 kDa MWCO 필터(Millipore, USA)로 정제, 동결건조해 추가 사용.

특성 분석

투과전자현미경(TEM, JEM-2100, 200 kV 가속전압, JEOL, 일본)으로 나노 크기 GO 이미지 획득. 자외-가시광(UV-Vis) 스펙트럼 UV/Vis/NIR 분광광도계 Lambda 950(Perkin-Elmer, USA)로 획득. 푸리에 변환 적외선(FTIR) 스펙트럼 Vertex 70 FTIR 분광기(KBr 펠릿 시료, 4000-400 cm⁻¹ 스캔, Bruker, 독일)로 수집. 라만 스펙트럼 Senterra R200-L 라만 현미경(여기 파장 532 nm, Bruker Optics, 독일) 기록. X선 회절(XRD) 패턴 Bruker D8 Advance 회절계(Bruker, 독일)로 조사. 표면 원소 X선 광전자 분광법(XPS) Kratos AXIS Ultra DLD(단색 Al Kα 방사선 1486.6 eV, Shimadzu, 일본) 기록. 열중량 분석(TGA) PerkinElmer Pyris 1 TGA(질소 분위기, 30-800°C, 승온속도 5°C/min, PerkinElmer, USA) 수행. 복합체 표면 전하 Malvern Zeta Nano ZS-90 기기(Malvern, UK) 측정.

약물 적재 및 방출

ChrGO 나노입자 4 mg 아드리아마이신 수용액 20 mL(0.4 mg/mL)에 현탁. 0.5시간 초음파 처리 후 암실 24시간 교반. 미적재 아드리아마이신 50 kDa MWCO Amicon 필터(Millipore, USA) 원심여과 제거, 상등액 무색 될 때까지 인산완충식염수(PBS, pH 8.0) 세척. 아드리아마이신 농도 UV-Vis 분광광도법 490 nm에서 표준 농도 곡선으로 SpectraMax® M5 마이크로플레이트 리더(Molecular Devices, USA) 측정. ChrGO 상 아드리아마이신 적재량 Amicon® Ultra-15 mL 원심필터 상등액 아드리아마이신 손실 농도 UV-Vis 흡광도 측정으로 결정.

ChrGO 아드리아마이신 방출 특성 연구. 아드리아마이신 적재 ChrGO 10 mL PBS 완충액 침지. 정해진 간격으로 ChrGO 분리된 2 mL 방출 아드리아마이신 용액 원심여과(50 kDa MWCO Amicon 필터) 수집. 각 채취 후 2 mL 신선 PBS 완충액 첨가해 ChrGO/아드리아마이신 용액 부피 일정 유지. ChrGO 방출 아드리아마이신량 490 nm UV-Vis 흡광도 SpectraMax® M5 마이크로플레이트 리더 측정. pH 5, 7.4 다른 pH 용액에서 방출 연구 조사.

생체적합성 분석 및 치료 효능 분석

BT-474, Cos-7 세포 각각 RPMI-1640+10% FBS, DMEM+10% FBS 배양, 37°C, 5% CO₂ 가습 분위기 유지. GO, ChrGO 생체적합성 분석 세포독성 분석법으로 BT-474 또는 Cos-7 세포 수행. 세포 96웰 플레이트 웰당 3×10⁴ 세포 밀도 플레이팅, 18시간 사전배양 후 GO, ChrGO 처리, 추가 24시간 배양. CellTiter 96® 수용액으로 세포 생존율 결정, 490 nm 흡광도 SpectraMax® M5 마이크로플레이트 리더 측정.

ChrGO/아드리아마이신 복합체 단독 또는 트라스투주맙 병용 처리 BT-474 세포 증식 억제 분석법[16]으로 효능 조사. BT-474 세포 96웰 플레이트 웰당 1×10⁴ 밀도 플레이팅, 24시간 배양. ChrGO/아드리아마이신 복합체 단독 또는 트라스투주맙 병용 배양액 도입. 96시간 배양 후 CellTiter 96® 수용액으로 생존 세포 결정, 490 nm 흡광도 SpectraMax® M5 마이크로플레이트 리더 측정. 데이터 일원분산분석(ANOVA) 분석, p<0.05 통계적 유의성 판단.

세포주기 분석 및 세포자멸사 분석

세포주기 분석 위해 BT-474 세포 6웰 플레이트 웰당 5×10⁵ 밀도 플레이팅, 16시간 부착 대기. ChrGO/아드리아마이신 복합체 단독 또는 트라스투주맙 병용 24시간 처리. BT-474 세포 수확, 70%(v/v) 에탄올 4°C 24시간 고정. 고정 세포 프로피디움 아이오다이드 용액(15 μg/mL, 리보누클레아제 A 10 μg/mL 함유) 25°C 1시간 염색. 유세포분석기(BD Biosciences, USA) 분석.

세포자멸사 분석 위해 BT-474 세포 흰벽 96웰 플레이트 웰당 2×10⁴ 밀도 시딩, 18시간 부착. ChrGO/아드리아마이신 복합체, 트라스투주맙 단독 또는 병용 24시간 처리. 배양액 제거, 각 웰 100 µL Caspase-Glo® 3/7 시약 첨가, RT 2시간 배양. SpectraMax® M5 마이크로플레이트 리더 발광 측정. 결과 일원분산분석(ANOVA) 분석, p<0.05 통계적 유의성. 모든 연구 관련 지침 및 규정 준수 하 수행.

결과 및 논의

합성 및 특성화

합성된 GO 시트 형태 투과전자현미경(TEM) 특성화. 그림 1a 평균 크기 약 45 nm, 100 nm 이하 균일 크기 분포 GO 나노시트 나타냄. GO 높은 전자 밀도로 키토산 대비 더 나은 대비 보임(키토산 저전자 밀도, 수화 특성으로 거의 안 보임)[21]. 높은 비표면적 덕분에 나노스케일 GO 또는 환원 GO 시트 약물 캐리어 널리 사용[22]. 그림 1c 선택영역 전자회절(SAED) 패턴 동심원 고리 보여 GO 대응 다결정성 존재 입증[23].

생리학적 용액 GO 나노시트 안정화 위해 마이크로파 시스템 이용해 마이크로파 보조 환원법으로 키토산 기능화 GO 나노시트 제조[24]. 결과 환원 GO-키토산(ChrGO) UV-Vis 분광법 분석. 그림 2a GO, ChrGO UV-Vis 스펙트럼. GO 230 nm 날카로운 흡수 피크(방향족 C=C 결합 π-π* 전이), 300 nm 어깨(C=O 결합 n-π* 전이) 보임[25,26]. 키토산 GO 그라프트 후 230 nm 피크 270 nm로 레드시프트, 300 nm 어깨 명백히 사라짐(방향족 탄소 원자 간 전자 공액 부분 복원 기인)[27]. 그림 2b 합성 ChrGO 검은 용액 보여 부분 환원 산화그래핀(p-rGO) 형성 지시. GO 나노시트와 ChrGO 모두 탈수 잘 분산. GO 또는 GO 유도체 수용액 콜로이드 안정성 생물의학 응용에 매우 중요. 결과 키토산 환원 후 GO와 결합됨 시사.

FTIR 분광법으로 GO, 키토산, ChrGO 구조 특성화(그림 3a). GO 특징 피크 3440, 1376 cm⁻¹ 각각 O-H, C-OH 결합 대응. 1072 cm⁻¹ 피크 C-N-C 신축 진동 할당. 주목할 점은 키토산 분자 피크 2912, 2848 cm⁻¹ 각각 CH₃-, -CH₂- 신축 진동 기인[28,29]. 키토산 기능화 p-rGO 새 결합 형성해 ChrGO 스펙트럼 새 피크들 생성. ChrGO에서 1636 cm⁻¹ C=O 밴드 강도 GO 대비 유의미 감소해 환원 공정 GO 산소함유기 제거 시사[30]. ChrGO FTIR 스펙트럼 키토산 GO 성공적 결합 확인. 추가 라만 분광법으로 그래핀 전자적 특성, 구조 특성화. G 밴드 sp² 탄소 영역 E_2g 포논, D 밴드 sp³ 탄소 원자 영역, 무질서 탄소 원자 진동 할당. D 밴드 강도 탄소 시트 무질서, 결함 특성 지시[31]. GO 나노시트 환원 D/G 밴드 신호 비율 변화로 분석[32]. 대표 라만 스펙트럼 GO D 밴드(1341 cm⁻¹), G 밴드(1591 cm⁻¹) 두 특징 피크 보임(그림 3b). I_D/I_G 상대 강도 변화 GO 환원 공정 전자 공액 상태 변화 설명[33]. D 밴드 이동 환원 GO 성공적 기능화 표시. I_D/I_G 값 0.99(GO)에서 1.12(ChrGO) 증가, 기능화 후 sp³ 결함 도입과 그래핀 특성 구조 불완전 복원 기인[34]. 이 관찰 선행 보고와 잘 일치하며 키토산 기능화 그래핀 형성 시사[16].

ChrGO 표면 조성 XPS 확인. ChrGO XPS 전체 스캔 스펙트럼 284, 399, 533 eV 세 피크 각각 C1s, N1s, O1s 할당(그림 4a). 상대 원소 분석 ChrGO 산소, 질소 수준 증가, 탄소 함량 감소 GO 대비 보여줌. ChrGO 고해상도 C1s 스펙트럼 그림 4b 네 개 분리 피크: C-C 또는 C=C(sp², 284.7 eV), C-O(에폭시/하이드록실, 286.4 eV), C=O(sp³, 288.2 eV), O=C-O(카복실산염, 289.1 eV) 결합 대응. ChrGO 아미드 피크 출현 키토산 GO 기능화 증거 제공[35]. 표면 풍부 친수성 기능기 ChrGO 수용액 고농도 용해 가능케 함, FTIR 결과와 일치. 효모 추출물 내 환원 아미노산, α-리놀렌산 등 생체분자 마이크로파 보조 ChrGO 제조 중요한 역할 가능성[20].

GO, ChrGO X선 회절(XRD) 패턴 그림 5a. GO XRD 스펙트럼 주 피크 11.0°, 약한 피크 20.7° 흑연 구조 명확히 보임. 11.0° 특징 회절 피크 GO (001) 면 대응, GO 성공적 합성 지시[36]. 20-24° 사이 작은 돌기 흑연 모이어티, 미산화 천연 흑연 기인[37]. 키토산 기능화 후 GO (001) 피크 사라지고 21.4° 넓은 회절 피크 두드러짐. 이 이동 GO 환원 기인, 환원 시 rGO가 GO보다 더 조밀하게 패킹됨. ChrGO 시료 (002) 반사 매우 넓어 적층 방향 매우 무질서함 시사, GO 불완전 환원 기인 가능성[33]. GO, 키토산, ChrGO 분해 거동 열중량 분석(TGA) 연구[38]. ChrGO, GO, 키토산 TGA 곡선 그림 5b(질소 분위기). GO 100°C 이하 중량 감소 시작, 적층 구조 흡착 자유 물 제거 기인[39]. GO 191-231°C 구간 42% 중량 손실, 불안정 산소함유기 분해 관련. ChrGO 100-250°C 중량 손실률 GO 대비 현저히 낮으며 GO 대비 상이한 분해 패턴 보임. ChrGO, 순수 키토산 열 제거 250-440°C 구간 발생, 키토산 글리코시드 단위, 카복실기 등 더 안정적 기능기 탈중합, 열분해 관련[40]. GO 대비 ChrGO 열적 안정적, 1차 분해 단계 250-440°C 36% 주요 중량 손실, GO는 적은 중량 손실. 450-800°C 고온 구간 현저한 중량 손실 탄소 골격 열 분해 기인, 키토산 잔류물, 효모 추출물 아미노산 등 생체분자 기인 가능성[41].

GO, ChrGO 표면 전하 Malvern Zeta Nano ZS-90 기기 측정, 콜로이드 안정성 중요 파라미터. GO 나노시트 높은 표면 전하 밀도 더 안정적 콜로이드 분산 생성[42]. 추가 파일 1: Fig. S1에서 GO 제타 전위 pH 3 -10.7 mV에서 pH 11 -35.5 mV로 단조 감소, GO 나노시트 표면 음전하 확인. ChrGO 제타 전위 값 pH 3-11 전 범위 GO 전위 비해 상대적으로 낮음. ChrGO 나노시트 전 pH 범위 안정성 보임, 환원 GO 콜로이드 탈산소 표면 π-π 스태킹 증가로 탈수서 덜 안정적 보고[43]. 키토산 표면 일부 자유 아민기 존재하나[44] ChrGO 높은 제타 전위 달성 못함. ChrGO 낮은 제타 전위 값 효모 추출물 풍부 음전하 아미노산 분자들 기인 가능, 생리학적 용액 콜로이드 안정성 향상[20]. ChrGO 음전하 표면 약물 적재 전달 잠재적 적용 가능케 함.

합성 ChrGO 생체적합성

약물 전달 응용 위해 합성 ChrGO 생체적합성 중요. ChrGO, GO 세포독성 세포독성 분석법 조사. Cos-7, BT-474 세포 ChrGO 또는 GO 존재 하 24시간 배양. 세포독성 결과 그림 6. ChrGO Cos-7, BT-474 세포 명백한 세포독성 없음 결론. 100 μg/mL 농도에서도 세포 생존율 90% 이상. 반면 GO 용량 의존적 유의미 세포독성 보임, 100 μg/mL에서 Cos-7, BT-474 세포 각각 73.0±0.5%, 71.0±0.5% 생존만. 결과 키토산 GO 표면 기능화 세포독성 크게 낮추고 생체적합성 크게 개선함 입증. GO 거대분자 표면 기능화 세포독성 현저히 완화시킴 보고[45]. Hu 등 태아우혈청 세포 배양액 GO 비소세포폐암 A549 세포 세포독성 현저히 감소시킴 보고[46].

약물 적재 및 방출

ChrGO 약물 캐리어 잠재적 생물의학 응용 약물 적재 방출 거동 측정. 그래핀 유도체 구조적 특성 매우 큰 비표면적으로 방향족 약물 전달 고효율. 아드리아마이신 다양한 혈액암, 고형암 1차 종양 화학요법제, 그래핀 유도체 약물 전달 시스템 평가 모델 약물 빈번 사용[47]. 아드리아마이신 490 nm 특성 UV-Vis 흡수 피크로 ChrGO 나노시트 적재 용량 검증. 예상대로 아드리아마이신 ChrGO 나노시트 결합 최대 적재 효율 169.8% 도달, 부분적 ChrGO 나노시트 큰 비표면적 기인. 아드리아마이신 적재 ChrGO/아드리아마이신 나노복합체 생리학적 완충액 쉽게 분산, 약간 붉은색 투명 용액 나타냄.

ChrGO/아드리아마이신 복합체 아드리아마이신 방출 프로파일 탐구 위해 종양 세포 환경 모방 다른 pH PBS 도입. 추가 파일 1: Fig. S2 pH 5, 7.4 ChrGO/아드리아마이신 누적 방출 프로파일. ChrGO/아드리아마이신 방출 아드리아마이신 pH 5.0 PBS서 초기 빠른 방출 후 느린 방출 단계 특성. 누적 방출 3시간 6.5%, 96시간 26.7% 느린 증가. 반면 pH 7.4에서 아드리아마이신 비율 더 느리게 낮게 증가, 초기 3시간 2.5%에서 96시간 7.4%. 선행 연구 기능화 GO pH 7.4 배지에서 약물 방출 매우 느림 보고[48]. ChrGO 카복실기 양성자화 π-π 스태킹, H-결합, 정전기적 상호작용 감소해 아드리아마이신 방출 촉진 산성 매질[49]. pH 감도 ChrGO/아드리아마이신 부위 특이적 약물 전달 잠재력 부여, 이후 종양 세포 세포독성 증가.

ChrGO/아드리아마이신 복합체 치료 효능

HER2 과발현 BT-474 암세포 내 ChrGO/아드리아마이신 복합체 치료 효능 증식 억제 분석법 조사. HER2 수용체 과발현 BT-474 유방암 세포 변환 핵심 역할. 트라스투주맙 단독 처리, 항-HER2 단일클론 항체, BT-474 세포 유의미 성장 억제 결과[50]. 그림 7a ChrGO/아드리아마이신 복합체 처리 후 BT-474 세포 생존율 유의미 감소, 용량 의존적 독성 효과 시연. 또한 자유 아드리아마이신 대비 ChrGO/아드리아마이신 복합체 BT-474 세포 살상 덜 효과적 성능 보임, 적재 아드리아마이신 점진적 확산 기인 자유 아드리아마이신 직접 처리 대비[51]. 그러나 ChrGO/아드리아마이신 복합체 농도 증가 시 치료 효능 자유 아드리아마이신 근접, ChrGO 캐리어 지속적 아드리아마이신 방출로 설명 가능.

항-HER2 단일클론 항체 트라스투주맙이 ChrGO 적재 동등량 아드리아마이신 항종양 활성 개선 가능한지 연구 위해 BT-474 세포 트라스투주맙 단독 또는 ChrGO/아드리아마이신 병용 처리. 트라스투주맙 단독 처리는 선행 보고와 일관되게 BT-474 증식 유의미 억제 결과[52]. 트라스투주맙과 ChrGO/아드리아마이신 병용 요법 세포 성장 억제 효과 강화, 음성 대조군 대비 트라스투주맙 단독(5 μg/mL) 54.5%, 동등 ChrGO/아드리아마이신 단독(5 μg/mL) 59.5% 감소 대비 병용 88.5% 감소 보임(그림 7b). 결과 ChrGO 시스템 복합 요법 개발 복합체 효과적 활용 가능 시사, ChrGO/아드리아마이신과 트라스투주맙 병용 처리가 단독 제제 대비 겸손하나 유의미한 세포 생존율 감소 결과.

세포주기 분석 및 세포자멸사

ChrGO/아드리아마이신 복합체 세포주기 진행 영향 여부 결정 위해 BT-474 세포 단독 또는 트라스투주맙 병용 처리 세포주기 분석 수행. 그림 8a 유세포분석 결과 트라스투주맙 단독 G0/G1기 세포 집단 증가. ChrGO/아드리아마이신 단독 처리 대조군 대비 G0/G1기 세포 유의미 감소, S기, G2/M기 축적 유도. ChrGO/아드리아마이신 트라스투주맙 병용 S기 정지 매개, G0/G1기 세포 수 유의미 감소 동반. ChrGO/아드리아마이신 S기 최적 활성이나 트라스투주맙 병용 시 ChrGO/아드리아마이신 단독 대비 G0/G1기 증가 유도 가능. 선행 보고 트라스투주맙 G1기 세포 정지 유발[53]. 아드리아마이신 세포증식, DNA 복제 억제 최종 세포주기 정지 유도[54].

ChrGO/아드리아마이신 세포자멸사 분자 영향 평가 위해 BT-474 세포 48시간 ChrGO/아드리아마이신, 트라스투주맙, 양자 병용 처리. 세포자멸사 시각화 위해 카스파제 3/7 활성 광범위 사용, 세포자멸사 과정 관련 활성으로 세포자멸사 특이 마커[55]. 그림 8b 음성 대조군 대비 ChrGO/아드리아마이신(5 μg/mL) 단독 처리 카스파제 3/7 활성 유의미 증가. 그러나 트라스투주맙(5 μg/mL) 단독 카스파제 3/7 발현 유의미 증가 안 시킴, 트라스투주맙 세포자멸사 유도 안 함 시사. 반면 ChrGO/아드리아마이신(5 μg/mL) + 트라스투주맙(5 μg/mL) 병용 처리 각 단독 약물 대비 카스파제 3/7 활성 유의미 증가. 이중 표적 치료 더 높은 세포자멸사 보임, 상이한 작용 기전 존재로 우수한 치료 효능 지시. 타 연구들과 유사 아드리아마이신 HER2 과발현 암세포 세포자멸사 반응 증폭[56]. 결론적으로 ChrGO/아드리아마이신 트라스투주맙 병용 세포주기 정지, 세포자멸사 유도 최종 증강 세포 사멸 결과.

결론

본 연구에서 키토산 기능화 산화그래핀 나노시트 마이크로파 보조 환원법으로 구조화해 생체적합성, 좋은 분산 안정성 입증. 제조 나노복합체 높은 약물 캡슐화, 전달 효율 보임. ChrGO/아드리아마이신 나노시트 BT-474 용량 의존적 유의미 성장 억제 나타냄. ChrGO/아드리아마이신과 트라스투주맙 병용 처리 단독 제제 대비 BT-474 세포 우월한 치료 효능 결과. 결과 세포내 나노캐리어 개발 위해 약물 제어 방식 전달 유리, HER2 과발현 암 치료 치료 효과 개선 기대.

데이터 및 소재 가용성

현재 연구 결론 지지 데이터셋 합리적 요청 시 교신저자들로부터 제공 가능.

약어

ChrGO:

키토산 기능화 산화그래핀 (Chitosan-functionalized Graphene Oxide)

EGFR:

표피 성장 인자 수용체 (Epidermal Growth Factor Receptor)

HER2:

인간 표피 성장 인자 수용체-2 (Human Epidermal Growth Factor Receptor-2)

GO:

산화그래핀 (Graphene Oxide)

DMEM:

둘베코 변형 이글 배지 (Dulbecco's Modified Eagle Medium)

FBS:

태아우혈청 (Fetal Bovine Serum)

TEM:

투과전자현미경 (Transmission Electron Microscopy)

UV-Vis:

자외-가시광 (Ultraviolet-Visible)

FTIR:

푸리에 변환 적외선 (Fourier Transform Infrared)

XRD:

X선 회절 (X-ray Diffraction)

XPS:

X선 광전자 분광법 (X-ray Photoelectron Spectroscopy)

TGA:

열중량 분석 (Thermogravimetric Analysis)

PBS:

인산완충식염수 (Phosphate-Buffered Saline)

SAED:

선택영역 전자회절 (Selected-Area Electron Diffraction)

TGA:

중량 분석 (Gravimetric Analysis)