전통적인 종양 치료 전략과 비교하여 약물 저장고 시스템으로서 하이드로젤은 주문형 약물 방출과 깊은 조직 침투 능력을 실현할 수 있습니다. 또한 종양 부위에서의 뛰어난 유지력으로 종양 치료의 투과성 및 유지 효과를 향상시킵니다. 이는 약물 내성과 심각한 부작용을 크게 극복할 수 있습니다. 무기/유기 복합 하이드로젤은 결합 효과로 인해 다양한 종양에 대한 치료 효과를 향상시켜 광범위한 주목을 받고 있습니다. 현장 주입형 하이드로젤은 약물을 병변 부위에 안전하게 가두어 누출 없이 더 나은 생체안전성을 보장합니다. 게다가 하이드로젤은 상호연결된 거대기공을 가지고 있어 영양소 수송, 세포 활성, 세포 간 상호작용을 위한 충분한 공간을 제공합니다. 열치료는 최소 침습성과 높은 선택성으로 인해 종양 치료에 효과적인 전략입니다. 국소 온도를 정밀하게 제어할 수 있고 신체 면역체계 파괴와 정상 세포 절제의 위험을 피할 수 있어 열치료는 상당한 치료 결과를 보입니다. 그럼에도 불구하고 세포 온도가 약 43°C에 도달하면 장기 세포 불활성화를 유발합니다. 이러한 장점을 바탕으로 적응 기능을 가진 온도감응성 하이드로젤 제형은 우수한 효능, 무제한 조직 침투 능력, 적은 유해 부작용을 보입니다. 또한 온도감응성 하이드로젤은 외부 자극 하에서 독특한 물리적 특성을 가지며, 종양 치료에서 주문형 방출을 위한 이상적인 약물 전달 시스템입니다. 이 논문에서는 암 치료를 위한 임상 적용에서 온도감응성 하이드로젤의 현황을 검토합니다.
지난 몇 년간 연구자들은 교차결합된 거대기공이 영양소 수송, 세포 활성, 세포 간 상호작용을 위한 충분한 공간을 제공하기 때문에 3D 생체재료에 주목해 왔습니다[1]. 이상적인 약물 전달체로서 하이드로젤은 최소 침습성을 가집니다. 암 치료에서 불규칙한 병변 부위 요구사항을 충족하기 위해 원하는 모양을 형성할 수 있습니다[2]. 전통적인 하이드로젤은 보통 구성 폴리머의 물리적 상호작용이나 화학적 결합을 통해 제조되며, 이는 기능에 최소한의 영향을 미칩니다[3]. 약물 전달 시스템으로서 하이드로젤은 내인성/외인성 자극에 반응하여 병변 부위에서 약물 주문형 방출을 보장하고 정상 조직에 불필요한 부작용을 줄여야 합니다[4]. 하이드로젤에 통합된 기능성 무기 나노소재는 본질적 한계를 크게 극복할 수 있으며, 다른 매력적인 특성을 가지고 자극 반응성 치료 효능을 현저히 개선합니다[5-7].
열치료는 국소 온도 제어와 최소 침습성 장점으로 화학요법, 방사선요법, 수술적 중재 후 현재 종양 치료에서 새로운 치료 접근법이 되었습니다[8]. 하이드로젤 무기 물질 매개 열치료는 특정 자극 하에서 독특한 물리적 특성을 기반으로 병변 부위에서 주문형 약물 용량 치료를 위한 이상적인 약물 전달 플랫폼입니다[9-11]. 전통적인 시너지 치료 접근법(화학/방사선요법, 화학/광역동요법, 광역동/광열요법)과 비교하여 항종양 약물로 적재된 온도감응성 하이드로젤은 약물의 깊은 조직 침투, 불규칙 조직을 채우기 위한 원하는 모양 형성, 상처 치유 촉진에 도움을 줄 수 있습니다[12]. 또한 온화한 온도 가열은 세포막 투과성을 개선하여 약물의 세포 내 섭취를 증가시키고 하이드로젤로부터 약물 방출을 제어함으로써 화학요법 결과를 향상시킬 수 있습니다. 세포 온도가 41°C를 초과하면 단백질 변성과 일시적 세포 불활성화가 발생하며 이는 몇 시간 지속됩니다. 온도가 약 43°C에 도달하면 장기 세포 불활성화를 유발합니다[13]. 게다가 병변 부위에 현장 주입된 온도감응성 하이드로젤은 간과 비장에서 약물 축적 위험을 피하여 치료 결과를 개선하고 생체 내 더 나은 생체안전성을 보장합니다[14].
임상에서 온도감응성 하이드로젤의 이점은 투여를 용이하게 하고, 병변 부위에서 치료 효능을 개선하며, 정상 조직에 불필요한 손상을 줄여 환자 순응도를 향상시킬 수 있습니다. 이 논문에서는 질병 치료를 개선하기 위한 일부 온도감응성 하이드로젤을 요약하고 하이드로젤의 임상 적용 현황을 다룹니다.
무기 나노입자의 하이드로젤 도핑 농도가 필연적으로 하이드로젤 고유 특성에 영향을 미치며, 보통 용량 의존성을 보임은 잘 알려져 있습니다[15]. 높은 농도의 약제는 치료 효능을 향상시키지만, 불필요하게 하이드로젤의 레올로지 특성을 악화시켜 버스트 방출, 비제어 치료, 정상 조직에 심각한 부작용을 초래합니다[16].
하이드로젤 고유 특성과 무기 나노입자 로딩 과정과 관련된 기능을 균형있게 조정하는 고성능 나노입자 하이드로젤 제조는 어렵습니다. 이 모순은 시너지 열화학요법을 위한 자기장 하이드로젤 설계에서 매우 분명합니다[17]. 이 단점은 글리콜-키토산, 이관능 말단 폴리에틸렌글리콜(DT-PEG), 강자성 볼텍스 도메인 산화철(FVIO)을 원료로 기반으로 효과적으로 극복될 수 있습니다(그림 1)[18]. 전통적인 자기장 하이드로젤과 비교하여 얻어진 자기장 하이드로젤은 부작용을 극복하고 교번 자기장에서 놀라운 레올로지 특성과 높은 발열 변환 능력을 보입니다[19]. 또한 이 자기적응성 자기장 하이드로젤은 약물을 장기 지속적으로 조절하며 병변 부위를 직접 표적화합니다. 자기장 열치료는 약물 내부화를 촉진하여 궁극적으로 암세포 아폽토시스를 유발하고 종양 크기를 감소시킵니다. FVIO 함유 하이드로젤은 자기치유, 빠른 겔화, 자기적합 능력을 가지며 시너지 열화학요법을 충족시키고 미충족 임상 요구를 해결하기 위한 대안 전략을 제공합니다. 이 작업은 주사 부위 정밀도의 잠재적 약속을 강조합니다. 이종이식 종양 치료를 위한 자기장 열치료 효율을 향상시킵니다.
광열치료(PTT)는 제어 가능한 치료와 만족스러운 암 근절 결과 등 암 치료에서 타의 추종을 불허하는 장점으로 광범위한 주목을 받았습니다[20-22]. 그러나 기존 PTT는 깊은 병변 부위로의 침투가 좋지 않아 치료에 유해한 영향을 미칩니다. 화학요법과 PTT 시너지 전략은 종양 치료 효능을 향상시키는 훌륭한 후보가 될 수 있습니다[23].
다양한 광열 물질이 약물 전달 전달체나 결합 시약으로 암 치료에 널리 활용되었습니다. 금속-유기 골격과 탄소점 등이 포함됩니다[24-27]. 이 물질들 중 공액 고분자 점(Pdots)은 생체적합성, 분해가능성, 무독성 생체재료로 쉬운 기능화, 작은 크기, 비범한 광물리적 특성을 가집니다[28-31]. 더 중요하게는 근적외선(NIR) 광 창에서 강한 광흡수 특성과 광안정성을 가진 Pdots는 PTT와 광음향 영상(PAI)에 만족스러운 약제입니다[32-34]. 이오헥솔은 미국 FDA 승인 신체 컴퓨터 단층촬영(CT) 영상용 효율적이고 안전한 조영제입니다[35]. 그러나 CT 영상용 이오헥솔 시간은 매우 짧으며, 이 불가피한 단점이 이오헥솔의 임상 광범위한 사용을 제한합니다[26]. Pdots-DOX 기반 온도감응성 하이드로젤에 이오헥솔을 그라프팅하면 이오헥솔의 CT 영상 단점을 성공적으로 극복하여 향상된 CT 영상 능력을 만듭니다. 이는 하이드로젤을 암 진단치료에 사용되는 훌륭한 후보로 만듭니다.
이러한 장점을 바탕으로 Men 등은 우수한 생분해성, 강한 NIR 흡수 능력, 높은 광열 변환 효율, 제어된 약물 방출, 만족스러운 CT/PA/형광 영상 능력, 향상된 종양 치료 결과를 가진 다기능 Pdots@하이드로젤 약물 전달 플랫폼을 도입했습니다(그림 2)[36]. 얻어진 NIR 광 매개 Pdots-DOX-이오헥솔@하이드로젤 시스템은 강한 광열 효과를 보입니다. 간격 NIR 광 조사로 용량 조절 화학요법을 달성했으며, 우수한 조직 침투와 최소 침습으로 암 치료에서 종양 성장을 억제했습니다. 더 중요하게는 Pdots-DOX-이오헥솔@하이드로젤의 나노엔지니어링 양식이 우수한 CT/FL/PA 영상 능력과 높은 생체적합성을 가져 암 검출에 적합합니다. 따라서 다양한 진단/치료 약제를 하나의 시스템에 통합하는 개념이 임상에서 다양한 질병 치료 관점에 잠재적으로 적용될 수 있습니다.
현재 골종양 치료는 주로 수술적 중재와 화학/방사선요법 시너지 접근법에 의존하며, 이는 환자 생존율을 크게 개선합니다[37]. 그러나 수술적 중재는 항상 골결손을 유발합니다. 종양 세포를 불완전하게 제거하여 골조직이 스스로 치유되기 어렵게 만들고, 잔여 암세포가 며칠 내 증식합니다. 따라서 수술 후 종양 치료와 동시에 골재생을 촉진하는 생체재료 개발이 중요합니다.
주입형 하이드로젤은 결손 조직을 채우기 위해 원하는 모양을 형성할 수 있는 유망한 대안 접근법입니다. 그 구성성분은 골조직과 매우 유사하여 골형성 능력을 개선합니다[38]. 골조직공학에 적용되는 주입형 하이드로젤은 수술적 조작을 충족할 만큼 충분히 느리고 동시에 생체 내 주사 후 안정성과 기능을 실현할 만큼 충분히 빨라야 합니다[39]. 이러한 문제를 해결하기 위해 Luo와 동료들은 새로운 이기능 주입형 하이드로젤을 제공했습니다. 이 하이드로젤은 폴리도파민(PDA)을 사용하여 나노하이드록시아파타이트(n-HA)를 개질하고 시스플라틴(DDP)을 고정화하여 PHA-DDP 입자를 제조했습니다. 그런 다음 키토산(CS)과 산화나트륨알기네이트(OSA) 사이의 슈피프 기 반응 시스템에 PHA-DDP 입자를 도입했습니다(그림 3)[40]. 나노하이드록시아파타이트(n-HA)는 골형성에서 중요한 역할을 하며, 골조직의 주요 무기 물질로 칼슘과 인 원소로 구성됩니다[41]. 홍합 영감 PDA는 좋은 생체적합성과 생분해성, 풍부한 작용기를 가진 광열 약제로서 이상적 후보입니다. 홍합 영감 PDA는 수소결합이나 기타 상호작용을 통해 항종양 약물(시스플라틴, DDP) 로딩 등 다양한 물질에 쉽게 증착됩니다[42-44]. 또한 n-HA를 PDA로 개질하여 PDA 장식 n-HA(PHA)를 얻으면 세포 부착과 증식을 개선합니다[45].
성공적으로 얻어진 OSA-CS-PHA-DDP 주입형 하이드로젤은 레이저 조사 하에서 국소 고열을 통한 PDA 광열 효과로 종양 성장 억제에 탁월합니다. 또한 온화한 광열 효과는 세포막 투과성을 개선하여 항종양 약물 세포 내 섭취를 증가시킬 수 있습니다. DDP와 PDA 간 수소결합 상호작용을 파괴하여 약물 방출을 개선하고 종양 치료 효과를 향상시킵니다. 더 중요하게는 PDA의 풍부한 작용기가 골간엽줄기세포 증식과 부착을 촉진하고 새로운 골조직 형성을 촉진합니다. 이 이기능 하이드로젤은 이러한 특성을 기반으로 종양 치료와 골재생을 통합합니다. 임상에서 종양 관련 골결손에 대한 유망한 접근법을 보여줍니다.
종양 혈관성은 구조적 무결성이 좋지 않아 종양 부위에서 산소 공급이 불충분합니다. 혐기성 해당과정을 통한 젖산 생성 증가로 저산소 조건이 산성 종양 미세환경을 유발합니다[46]. 따라서 저산소와 저pH는 치료 효능을 심각하게 손상시키는 종양 미세환경의 공통 특징입니다.
광열치료는 레이저 조사 하에서 광열 약제에 의해 매개된 국소 고열로 종양 조직을 파괴합니다[47]. 따라서 다양한 종류의 광열 약제가 PTT 성능을 만족시키기 위해 개발되었습니다[48]. 그러나 대부분 여전히 임상 적용에서 비분해성, 낮은 생체안전성, 복잡한 합성 공정 등 단점을 가집니다. 휴믹산(HA)은 동물과 식물 물질의 생화학적 휴믹화로부터 추출되며 우수한 광열 변환 능력과 광음향(PA) 영상을 가지며 PTT에서 증가하는 주목을 끌고 있습니다[49]. 한편 광역동치료(PDT)는 광감작제(PS) 존재 하에서 산소 분자로부터 생성된 반응성 산소종(ROS)을 레이저 여기으로 이용하는 종양 치료의 또 다른 효과적 전략입니다[50]. 클로린 e6는 높은 ROS 생성 수율과 낮은 암흑 독성을 가지며 PDT에 널리 사용되었습니다[51]. 그러나 본질적 저산소 미세환경은 PDT 진행 중 치료 효과를 손상시킬 수 있습니다.
LMP 아가로스 하이드로젤은 65°C 이상에서 녹고 냉각 과정에서 25°C 이하에서 졸-겔 전이가 시작되어 다양한 온도를 정밀하게 조절하여 주문형 약물 투여를 실현하는 큰 잠재력을 보여줍니다[7, 52]. 따라서 합리적으로 설계되고 기능화된 LMP 아가로스 하이드로젤은 한 번 주사로 높은 약물 생체이용률과 치료 결과 향상을 실현하는 유망한 접근법입니다. 그림 4와 같이 Hou 등은 저융점(LMP) 아가로스에 SH, Ce6, MnO₂ 나노입자를 동시에 통합하는 새로운 "공동 포획" 접근법을 제공했으며, 얻어진 아가로스@SH/MnO₂/Ce6 하이브리드 하이드로젤은 종양 저산소 환경 개선을 통해 PTT/PDT 향상에 성공적으로 사용되었습니다[53]. 합성된 하이브리드 하이드로젤을 종양 부위에 주입한 후 우수한 생체적합성과 생분해성을 보였으며, 특히 내부로 정밀하게 도입되었을 때 더욱 그렇습니다. 또한 MnO₂와 Ce6는 하이브리드 하이드로젤의 연화와 가수분해에 의해 주변 환경으로 지속적으로 투과될 수 있습니다. 더 중요하게는 SH가 광흡수제로서 레이저 조사 하에서 빛을 열로 변환하므로 하이드로젤 자체가 PTT에 적용될 수 있습니다. 게다가 하이드로젤에서 방출된 MnO₂는 종양 조직 내 과량 H₂O₂를 촉매하여 산소를 생성하며, 이는 660nm 레이저 노출 시 PDT 결과를 향상시키고 종양 저산소 환경을 완화시킵니다. 이 다기능 아가로스@SH/MnO₂/Ce6 하이브리드 하이드로젤은 순환계에 진입하지 않고 종양 부위에 주입되어 잠재적 생체위험을 피하고 체내 면역계에 의해 제거되는 것을 방지합니다. 따라서 "한 번 주사, 다중 치료"를 달성하며, 임상에서 다양한 질병 치료를 위한 적절한 하이드로젤 기반 접근법 개발에 영감을 줍니다.
열치료는 최소 침습성과 높은 선택성 장점으로 임상에서 종양 치료에 효과적인 전략입니다[54, 55]. 기존 접근법과 비교하여 열치료는 국소 온도를 정밀하게 제어하고 정상 조직 손상과 신체 면역체계 파괴 같은 불필요한 부작용을 효과적으로 피할 수 있습니다[56]. 세포 온도가 41°C에 도달하면 세포가 일시적으로 비활성화되어 단백질 변성을 유발하며 이 상태는 몇 시간 지속됩니다. 온도가 43°C에 도달하면 장기 세포 불활성화를 유발할 수 있습니다. 열치료가 종양 치료 분야에서 많은 흥미로운 진전을 이루었음에도 불구하고, 좋은 생체적합성과 생분해성을 가진 안전하고 효과적인 광열 약제나 약물 전달체가 여전히 부족합니다.
하이드로젤은 현재 종양 치료에서 좋은 생체적합성과 생분해성을 가진 약물 전달체 이상적 후보입니다. 무기/유기 물질을 하이드로젤에 통합하는 것은 협력 효과로 종양에 대한 치료 효과를 향상시킬 수 있어 광범위한 주목을 받았습니다. 다양한 반응성 하이드로젤 중 온도감응성 하이드로젤은 종양 조직에서 온도 자극을 통해 약물 방출을 정밀하고 지속적으로 제어할 수 있습니다. 경피 및 정맥 주사 방법과 비교하여 약제를 포함한 정확한 위치 주입 투여 하이드로젤이 생체 내 더 나은 생체안전성을 가집니다[57].
하이드로젤의 중요한 장점에도 불구하고, 임상 적용은 불만족스러운 생체분포, 낮은 생체적합성, 낮은 종양 침투 능력으로 제한되어 왔습니다. 이 논문에서 온도감응성 하이드로젤은 더 나은 생체적합성, 우수한 종양 억제 능력, 불필요한 부작용 없음의 장점을 가집니다. 이러한 장점은 다양한 질병 치료를 위한 임상에서의 적용을 더욱 촉진할 것입니다.
해당 없음.
나노물질
초록 전통적인 암 치료제는 다양한 부작용과 표적 종양에 대한 불충분한 손상으로 비판받아 왔습니다. 나노입자의 돌파구는 전통적 치료와 진단을 업그레이드하는 새로운 접근법을 제공합니다. 실제로 나노입자는 전통적 암 진단과 치료의 단점을 해결할 뿐만 아니라 종양 진단과 치료를 위한 완전히 새로운 관점과 최첨단 장치를 창출합니다. 그러나 대부분의 나노입자 연구는 생체 내외 실험 단계에 머물러 있으며, 나노입자에 대한 임상 연구는 극소수만 보고되었습니다. 본 리뷰에서는 먼저 나노입자의 암 진단 및 치료 분야 현재 응용을 요약합니다. 이후 나
로봇은 수십 년간 제조 산업에서 공장 라인 생산성을 개선하는 데 사용되었습니다. 이 로봇들은 애플리케이션 자체나 수행 위치 때문에 인간이 수행하기 너무 위험한 작업을 매일 수행합니다. 이런 면에서 산업용 로봇은 연구용 로봇과 공통점이 있습니다. 인간이 안전하게 갈 수 없는 모든 곳으로 가는 로봇들입니다. 다양한 연구 로봇 과학자들과 함께 전 세계를 누비며 산업 환경 외의 장소에서 생산 문제를 해결하는 새로운 방법을 연구하는 연구 로봇들이 있습니다. 이 로봇들은 개발 중입니다. 예를 들어 연구자들이 밭에 씨앗을 뿌리고 심도록 설계한
