최근 암 치료제용 나노캐리어 시스템, 특히 그래핀 산화물(GO) 기반 약물 전달 시스템이 암 환자에게 큰 혜택이 되고 있다. 본 연구에서는 타우린(Tau)으로 GO 표면을 기능화해 생체적합성을 개선했다. 먼저 변형 휴머스 법과 초음파 박리법으로 나노 크기 GO를 합성했다. 화학적 방법으로 타우린 변형 그래핀 산화물 캐리어(Tau-GO)를 합성해 물에서 좋은 분산성과 안정성을 가진 Tau-GO를 얻었으며, 제타 전위 -38.8 mV, 입자 크기 242 nm였다. 캡슐화 효율 평가 기준에 따라 Tau-GO와 5-FU의 최적 제형을 비공유 결합으로 결정했다. 5-FU-Tau-GO는 산성 환경보다 중성 환경에서 더 안정적이었으며, 특정 pH 응답성과 지속 방출 효과를 보였다. 생체 내 실험에서 5-FU와 5-FU-Tau-GO의 경구 및 정맥 투여를 약동학 테스트와 관련 파라미터로 비교했고, 5-FU-Tau-GO 경구 또는 정맥 투여가 체내 5-FU 작용 시간을 연장하고 생체이용률을 개선함을 보였다. 또한 MTT 분석으로 측정한 HepG2 세포 억제에서 5-FU의 IC₅₀ 값은 196 ± 8.73 μg/mL, 5-FU-Tau-GO는 65.2 ± 0.7 μg/mL로 5-FU-Tau-GO가 HepG2 세포에 더 강력하고 암세포 억제 효과가 더 강함을 보였다. AO/EB 염색으로 측정한 세포 형태 영향에서도 5-FU-Tau-GO가 세포를 파괴할 뿐만 아니라 5-FU에 비해 유의미하게 세포자멸사를 유도함을 보였다. 컴퓨터 지원 설계로 Tau-GO가 비기능화 GO보다 5-FU와 더 잘 결합하고, 형성된 5-FU-Tau-GO 시스템이 더 안정적이며 체내 5-FU 전달과 방출에 유리함을 검증했다.
화학요법은 여전히 다양한 암 치료에 흔히 쓰이는 방법이다[1]. 대부분의 화학요법 제제의 중요한 장애물은 효과적 농도에서 종양 조직 침투 불능이나 정상 조직에 대한 원치 않는 부작용이다[2]. 따라서 과학자들은 제어된 약물 방출 속도로 종양 조직에 약물을 전달해 효과적 약물 전달과 치료를 보장하는 강력한 약물 전달 시스템 개발에 노력을 집중해 왔다.
리포좀[3], 고분자[4], 나노입자[5], 덴드리머[6], 미셀[7], 그래핀 산화물[8, 9] 등 많은 나노크기 소재가 다양한 약물 전달용으로 개발됐다. 이 중 그래핀 산화물(GO)은 산화 흑연에서 화학적으로 박리된 새로운 탄소 나노소재로, 풍부한 작용기, 큰 비표면적, 높은 약물 적재량, 물에서 우수한 분산 능력 등 매력적인 물리화학적 특성을 보인다[10-12]. 또한 대부분의 체외 실험 결과 낮은 GO 농도가 세포 성장 기질로 쓰이고 면역 세포를 활성화할 수 있음을 보였다. 따라서 GO는 질병 진단[13], 암세포 이미징 및 추적[14], 암 광열 치료[15], 조직 공학[16], 표적 약물 전달[17], 특히 항종양 약물 캐리어[18, 19]로 널리 사용돼 왔다. 그러나 여러 연구 그룹이 높은 GO 농도에서 전임상 및 임상 연구에서 명백한 세포독성 효과를 보고했다. GO가 체내 독성 효과를 내는 메커니즘은 산화 스트레스와 세포 내 활성산소종(ROS) 과생산으로 세포자멸사 유도, 심각한 염증, 폐부종, 육아종 형성 등이다[20]. 따라서 GO 독성 문제 해결이 매우 중요하다.
공유/비공유 결합 기능화가 GO와 세포 간 강한 소수성 상호작용을 줄일 수 있다는 보고가 있다. 여러 연구가 GO 기능화가 생체적합성을 개선하고 체내외 독성을 거의 제거함을 보였다. Yang 등은 PEG-GO를 공유 결합으로 마우스에 방사성 표지법으로 장기 생체분포를 처음 연구했고, PEG-GO가 소변과 대변으로 점차 배설됨을 보였다[21]. Zhang 등은 DEX 기능화 GO와 GO를 비교해 GO-DEX가 세포 독성을 현저히 줄이고 1주일 내 마우스에서 대부분 제거됨을 보였다[22]. 또한 GO의 플루로닉 F127 비공유 결합은 생리 조건에서 양성 용해도와 안정성, 낮은 독성을 보였다[23]. 여러 고분자나 분자로 GO를 기능화해 유의미한 결과를 얻었지만, 여전히 우수한 생체적합성 GO 기반 약물 캐리어 구축을 위한 단순한 방법 개발이 필요하다.
타우린(Tau)은 좋은 안정성과 수용성을 가진 반필수 아미노산이다. Tau는 심뇌혈관 질환 예방, 시각 기능 유지, 세포 보호, 면역 조절 효과가 있다. 수많은 연구가 Tau가 폐암, 위암, 대장암, 유방암 등 다양한 암에서 중요한 역할을 하는 발현 인자의 상향/하향 조절을 통해 항종양 특성을 가짐을 제안했다[24]. 따라서 Tau 기능화 GO가 항종양 약물 캐리어로서 우수한 역할을 할 수 있다. 본 논문에서는 최초로 공유 결합 타우린 기능화 GO를 나노캐리어로 사용해 체외 세포독성을 평가했다. 또한 5-플루오로우라실(5-FU)을 항암제로 사용해 Tau-GO 표면에 비공유적으로 적재해 약물 전달 시스템을 구축했다. 5-FU-Tau-GO는 정상 조직 부작용을 줄이고 약물 생체이용률을 개선할 수 있다. 결과적으로 Tau-GO는 향후 중요한 생물의학 응용을 가질 수 있는 새로운 GO 기반 나노소재로 성공적으로 개발됐다.
흑연 분말, 인산완충염수(PBS), 디메틸 설폭사이드(DMSO)는 Tianjin Laibo Chemical Co., Ltd.에서 구매했다. 카르보디이미드(EDC), N-하이드록시석시니미드(NHS), 염산(HCl), 과산화수소(H₂O₂ 30%)는 Shandong Yuwang Industrial Co., Ltd.에서 구매했다. 타우린(Tau), 5-플루오로우라실(5-FU), 인간 간암 세포(HepG2), 페니실린-스트렙토마이신 용액, 태아 소 혈청(FBS)은 Dalian Meilun Biotechnology Co., Ltd.에서 구매했다. 황산(H₂SO₄ 98%), 과망간산칼륨(KMnO₄)은 Nanjing Chemical Reagent Co., Ltd.에서 구매했다. 질산나트륨(NaNO₃), 라우릴황산나트륨(SDS-Na)은 Shanghai Jinjinle Industrial Co., Ltd.에서 구매했다. MTT는 Sigma-Aldrich, Inc., DMEM은 HyClone, Inc.에서 구매했다. 실험용 쥐는 Benxi Changsheng Experimental Animal Center에서 구매했다. 기타 모든 시약과 화학물질은 분석급 시판품을 사용했다.
변형 휴머스 법으로 흑연 분말에서 GO를 제조했다. 먼저 온도계가 있는 삼구 플라스크를 얼음 욕조에 놓고 벽을 따라 98% 황산 168 mL를 넣었다. 온도가 5°C에 도달하면 흑연 5 g과 질산나트륨 4 g을 넣었다. 이후 과망간산칼륨 22.5 g을 1시간 동안 여러 번에 나누어 천천히 넣으며 온도를 5°C 이하로 유지했다. 그 후 삼구 플라스크를 오일 욕조로 옮겨 35°C에서 30분 반응시키고, 온도를 65°C로 올려 30분 교반했다. 다시 85°C로 올려 1시간 더 반응해 자갈색 반죽을 얻었다. 이를 실온에서 1주일 방치한 후 700 mL 뜨거운 물이 든 비커에 옮기고 30% 과산화수소를 방울방울 넣어 황갈색이 될 때까지 했다. 혼합물을 10,000 rpm으로 원심분리하고 뜨거운 물로 세척해 상등액 pH가 7.0이 될 때까지 반복했다. 최종적으로 진공 동결 건조기로 건조해 나노 GO를 얻었다.
정확히 측정한 50 mg GO를 50 mL 증류수에 녹이고 150 mg EDC와 100 mg NHS를 넣어 얼음 욕조에서 20분 초음파 처리해 GO를 활성화했다. 다음으로 10 mL 타우린 수용액(0.1 g/mL)을 준비된 GO 수용액에 방울방울 천천히 넣고 HCl로 pH를 6-7로 조절한 후 암실에서 실온으로 24시간 지속 교반했다. 생성물을 5000 rpm 10분 원심분리해 수집하고 증류수로 3회 세척했다. 동결 건조 후 Tau-GO를 수집했다.
20 mL Tau-GO 용액을 2시간 초음파 처리했다. 정확한 양의 5-FU를 적당량 증류수에 녹여 실온에서 교반하며 준비된 Tau-GO 용액에 방울방울 천천히 넣고 30°C 암실에서 1.5시간 초음파 처리했다. 생성물을 4°C에서 5000 rpm 10분 원심분리했다. 하층 침전물을 20 mL 증류수로 세척하고 원심분리(4°C, 5000 rpm, 10분)했으며 이 과정을 3회 반복했다. 하층을 동결건조하고 상등액을 비커에 담아 부피를 측정한 후 1200 HPLC(Agilent, USA)로 5-FU 농도를 측정했다. 검출 조건: 크로마토그래피 컬럼 C18(4.6×250 nm, 5 μm), 컬럼 온도 25°C, 이동상 pH 5.5인 0.1% KH₂PO₄ 용액, 유속 1.0 mL/min, 주입량 20 μL, 측정 파장 265 nm. 캡슐화 비율(EE)과 약물 적재 효율(LE)은 다음 식으로 구했다:
$$\begin{aligned} \text{EE}(\%) &= \frac{M_1 - C_1 \times L_1}{M_1} \times 100\% \\ \text{LE}(\%) &= \frac{M_1 - C_1 \times L_1}{20C_0 + M_1 - C_1 \times L_1} \times 100\% \end{aligned}$$총 5-FU 투여량을 M₁, 자유 5-FU 농도와 부피를 C₁, L₁, 캐리어 농도를 C₀로 기록했다.
제조된 나노복합체 특성화를 위해 IRAffinity-1 분광기(Shimadzu, Japan)로 4000-400 cm⁻¹ 범위에서 푸리에 변환 적외선(FT-IR) 스펙트럼을 스캔해 상호작용을 확인했다. UV-3600 스캐닝 분광광도계(Shimadzu, Japan)로 UV-vis 흡수 스펙트럼을 기록했다. 시료를 증류수에 녹여 Nano-ZS 90 Nano 기기(Malvern, UK)로 입자 크기, 제타 전위, PDI 값을 얻었다. 시료 형태는 JEM-2100 투과 전자 현미경(JEOL, Japan)으로 분석했다. 열중량 분석(TGA)은 열중량 분석기(NETZSCH, Germany)로 질소 분위기에서 10°C/min 승온 속도로 0-800°C 범위에서 수행했다. XRD 측정은 X선 회절계(Bruker, Germany)로 구리 CuKα 방사선(λ = 1.5406 Å), 광각 2θ 각도에서 수행했다. XPS 측정은 단색화 Al Kα 방사선(Thermo, America)을 사용하는 Omicron ESCA Probe로 수행했다.
pH 1.2(모의 위 환경), pH 6.5(모의 간암 세포 환경), pH 7.4(모의 생리 환경)에서 37°C(모의 체온) 조건으로 체외 약물 방출을 수행했다. 간단히, 15 mg 5-FU-Tau-GO를 투석막에 넣고 0.1% SDS-Na를 포함한 pH 1.2, 6.5, 7.4 완충액 50 mL에 담갔다. 모든 시료를 100 rpm, 37°C 연속 진탕 수조에 넣었다. 정해진 시점(0 min, 5 min, 10 min, 20 min, 30 min, 1 h, 1.5 h, 2 h, 2.5 h, 3 h, 4 h, 8 h, 12 h, 24 h, 48 h, 72 h)에 각 시료 1 mL를 채취하고 같은 부피 유지를 위해 0.1% SDS-Na 함유 신선한 완충액 1 mL로 대체했다. 방출 매질을 원심분리하고 1200 HPLC로 분석했다.
MTT 분석으로 5-FU, Tau-GO, 5-FU-Tau-GO의 세포독성을 평가했다. 인간 간암 HepG2 세포를 10% FBS, 1% 항생제(페니실린-스트렙토마이신)를 보충한 DEME 배지에서 37°C, 5% CO₂ 가습 분위기로 배양했다. 세포를 96웰 플레이트에 웰당 5×10³ 세포 밀도로 100 μL 배지와 함께 접종하고 37°C, 5% CO₂ 가습 챔버에서 24시간 배양했다. 이후 배양액을 제거하고 5-FU, Tau-GO, 5-FU-Tau-GO 각각 다양한 농도(5, 10, 20, 40, 60, 80, 100 μg/mL)를 함유한 100 μL 신선 배지로 교체했다. 24시간 배양 후 20 μL MTT 용액으로 처리하고 4시간 추가 배양했다. 배양액을 제거하고 150 μL DMSO로 포르마잔 결정을 녹였다. 웰 플레이트를 37°C에서 15분간 항온 진탕기로 흔들었다. 마이크로플레이트 리더로 570 nm에서 각 시료 광학 밀도(OD)를 측정했다. 실험은 3회 반복했다. 세포 억제율은 다음 식으로 계산했다:
$$\text{세포 억제율} = \frac{\text{OD}_{\text{control}} - \text{OD}_{\text{treated}}}{\text{OD}_{\text{control}}} \times 100\%$$여기서 ODcontrol은 미처리 대조군 세포 흡광도, ODtreated는 처리군 세포 흡광도다.
AO/EB 이중 염색으로 5-FU, Tau-GO, 5-FU-Tau-GO 처리 세포의 형태학적 변화를 평가했다. 대수 증식기 HepG2 세포를 6웰 플레이트에 웰당 10,000 세포 밀도로 접종하고 37°C, 5% CO₂ 인큐베이터에서 배양했다. 24시간 후 5-FU, Tau-GO, 5-FU-Tau-GO 고정 농도로 처리하고 24시간 추가 배양했다. 각 웰 배양액을 제거하고 PBS로 2회 세척했다. 형광 염료(1 mg/mL AO와 1 mg/mL EB를 1:1 비율 혼합) 40 μL를 첨가한 1 mL PBS를 각 웰에 넣고 암실에서 10분 배양했다. 형광 현미경으로 염색 세포를 관찰하고 무작위 이미지를 촬영했다.
모든 동물 실험은 동물 보호 및 윤리 위원회 정책과 원칙에 따라 수행했다. 체중 230-270 g 수컷 SD 쥐 24마리를 12시간 금식 후 약물 투여 전 4그룹으로 무작위 분할했다. A, B군은 5-FU와 5-FU-Tau-GO 용액을 정맥 주사했고, C, D군은 5-FU와 5-FU-Tau-GO 용액을 경구 투여했다. 모든 그룹 20 mg/kg 용량 투여. 약물 투여 후 주어진 시점(15 min, 1 h, 2 h, 4 h, 6 h, 8 h, 12 h, 16 h, 24 h, 48 h)에 혈액 시료(약 0.5 mL)를 항응고 튜브에 채취했다. 혈장 시료를 7500 rpm, 4°C, 10분 원심분리해 분리했다. 200 μL 혈장과 50 mg (NH₄)₂SO₄를 튜브에 넣고(10 μL 40 μg/mL 5-BrU 내부 표준 용액, 40°C 수조에서 질소로 불어 건조, 5분 볼텍스, 10800 rpm 3분 원심분리). 이어 900 μL 에틸아세테이트/이소프로판올 용액(85:15, v/v)을 넣고 3분 볼텍스, 10800 rpm 15분 원심분리. 상등액을 제거하고 질소로 건조, 100 μL 이동상 첨가 후 1분 볼텍스. 최종적으로 상등액에서 수집한 용액을 1200 HPLC로 측정했다.
분자 동역학 시뮬레이션은 약물과 캐리어 간 상호작용 힘과 약물 확산 거동 분석에 주로 사용된다. 5-FU 화학 구조는 Chemdraw of chem office 2014로 구성했고, Tau-GO와 GO 구조는 Materials Studio 분자 시뮬레이션 소프트웨어(버전 7.0, Accelrys Inc., USA)의 Polymer and Molecule Builders 모듈로 구성했다. 모든 구성 화합물을 COMPASS II 힘장에서 기하학적으로 최적화하고 최저 에너지 컨포메이션을 안정 컨포메이션으로 선택했다. 각 시스템에 10 ps NVT 평형화를 수행했다. 298 K, 101.325 kPa, 1 fs 단계 크기로 100 ps MD 시뮬레이션을 수행해 평형 구조를 얻었다. 최종적으로 각 시스템의 평균 제곱 변위(MSD)와 응집 에너지 밀도(CED)를 얻고, 확산 계수(D)는 다음 식으로 구했다:
$$D = \frac{1}{2d}\lim_{\tau \to \infty} \frac{d}{d\tau}\left[ \left. r\overrightarrow{(t)} - r\overrightarrow{(0)} \right]^{2} \right.$$여기서 $d$는 시스템 차원, $r\overrightarrow{(t)}$와 $r\overrightarrow{(0)}$는 각각 시간 $t$와 0에서 약물 분자 위치 벡터, $\left[ \left. r\overrightarrow{(t)} - r\overrightarrow{(0)} \right] \right.^2$는 MSD를 나타낸다.
Tau-GO 접합체는 GO와 Tau의 아미드 결합으로 제조됐다. 나노복합체 성공적 합성은 FT-IR 스펙트럼(그림 1)으로 검증됐다. GO의 산소 작용기 존재는 -OH(~3405 cm⁻¹), C=O(1723 cm⁻¹), C=C(1628 cm⁻¹), C-OH(1391 cm⁻¹) 흡수 피크로 확인됐다. 이는 GO 성공적 제조를 입증한다(그림 1a)[25]. 일부 GO 특성 피크 외에 1638 cm⁻¹과 3427 cm⁻¹의 새로운 피크는 아미드 기에, 1164 cm⁻¹과 1085 cm⁻¹은 -SO에 대응한다. Tau-GO 스펙트럼은 Tau가 GO 표면에 기능화됨을 명확히 보여준다(그림 1b). 그림 2b에서 1164 cm⁻¹의 -SO₃ 특성 피크는 수소 결합 작용으로 잠겨 FT-IR 스펙트럼에서 보이지 않는다. 따라서 5-FU가 Tau-GO에 성공적으로 적재됐음.
GO UV-Vis 흡수 스펙트럼은 그림 3에 보인다. 234 nm에서 명백한 흡수 피크는 그래핀 C=C 결합의 π-π* 전이에 기인한다. 또한 300 nm 어깨 피크는 카르복실기나 카르보닐기의 그래핀 산화물 C=O 결합 n-π* 전이에 기인한다. 두 특성 흡수 피크는 GO 성공적 제조를 입증한다.
GO, Tau-GO, 5-FU-Tau-GO 크기는 그림 4에, 제타 전위는 그림 5에 보인다. GO 시트 크기는 약 221 nm, PDI 값 약 0.188로 제조된 GO가 균일 분포와 좋은 안정성을 가짐을 보인다. 제타 전위는 약 -33.3 mV로 표면 산소 함유 기가 많아 음전하가 주원인임. GO를 아미드 결합으로 Tau와 기능화하면 아미노 기가 일부 카르복실기를 대체하고 -SO₃가 용액에서 더 강한 이온화 능력을 보여 제타 전위가 -38.8 mV로 감소했다. Tau-GO 크기와 PDI 값은 약 242 nm, 0.190. 다음 5-FU를 비공유 결합으로 Tau-GO에 적재했다. 제타 전위는 약 -26.7 mV로 절대값이 20 mV 이상. 5-FU-Tau-GO 크기와 PDI 값은 약 264 nm, 0.182. 이는 입자 간 정전기적 반발력이 커 응집이나 침전되기 어렵고, Tau의 좋은 수용성과 GO 표면 산소 함유 기 수정으로 인한 좋은 수용성을 나타낸다. Tau-GO 캐리어로 5-FU를 적재하면 5-FU 수용성이 현저히 개선돼 5-FU-Tau-GO가 수용액에서 안정적으로 분산될 수 있다.
GO, Tau-GO, 5-FU-Tau-GO 형태를 TEM으로 특성화했다(그림 6). GO는 표면 주름이 있는 평평한 구조로 평면 이차원 구조임(그림 6a). GO에 비해 Tau-GO 크기가 약간 증가했지만 여전히 층상 구조 유지(그림 6b). 5-FU-Tau-GO 이미지는 물질이 응집되거나 초기 GO 층상 구조가 변하지 않고 온전하게 유지됨(그림 6c). 따라서 Tau-GO와 5-FU-Tau-GO는 좋은 안정성을 가짐.
열중량 분석으로 복합체 조성을 정량화했다. GO와 Tau-GO TGA 곡선은 그림 7에 보인다. 질소 분위기 800°C에서 GO와 Tau-GO 잔존 질량은 각각 39.73%, 34.22%. 질량 변화 값 비교로 Tau-GO 내 Tau 함량은 약 13%로 결정됐다.
Tau, GO, Tau-GO XRD 패턴은 그림 8에 보인다. GO 특성 피크는 2θ 값 10.7°에서 관측돼 강한 화학적 산화와 박리 공정으로 완전 산화된 GO 형성 확인. Tau로 GO 표면 기능화 후 2θ 값 8.2에서 회절 패턴 피크가 약간 감소. 이는 GO가 Tau로 성공적으로 기능화됐음을 의미.
GO와 Tau-GO C1s XPS 스펙트럼은 그림 9에 보인다. GO C1s XPS 스펙트럼은 상당한 산화도와 네 가지 탄소 원자가 다른 작용기에 해당함을 보인다. Tau-GO C1s XPS 스펙트럼도 같은 탄소 원자들을 보인다. 추가로 C-N 결합 관련 성분 피크가 아미노 기, 아미드 기에 기인해 나타남. 이 결과들도 GO가 Tau로 성공적으로 기능화됐음을 나타낸다.
5-FU는 비공유 상호작용으로 Tau-GO 나노캐리어에 흡착됐다. 5-FU 검량선은 y = 62.135x + 21.873 (r = 0.9999), 범위 6.5~250 µg/mL. 캡슐화 비율(EE)과 약물 적재 효율(LE)은 비결합 약물 농도로 결정해 약물 적재 성능 평가. 결과는 EE가 약물 농도 증가에 따라 증가하며 최고 EE 값은 83.2%였음. 식에 따라 LE는 33.7%, 즉 1 mg Tau-GO당 508.52 μg 5-FU 흡착 가능. 따라서 Tau-GO는 큰 약물 적재를 달성할 유망한 약물 캐리어다. 5-FU가 Tau-GO에 높은 적재 용량을 보이는 가능한 메커니즘: 첫째, Tau로 GO 기능화해 활성 작용기(-SO₃) 도입. -SO₃는 용액에서 강한 이온화 능력으로 GO 간 응집 감소 및 5-FU의 Tau-GO 적재 촉진. 둘째, 5-FU-Tau-GO 제타 전위가 Tau-GO보다 12.1 mV 차이 나 5-FU가 Tau-GO 표면에 적재됐고 정전기적 상호작용이 5-FU 적재에 중요 역할. 셋째, 5-FU와 Tau-GO 캐리어 간 다양한 수소 결합 존재: Tau-GO -COOH와 5-FU -NH-, Tau-GO -COOH와 5-FU C=O, Tau-GO -OH와 5-FU -NH-, Tau-GO -OH와 5-FU -C=O, Tau-GO -COOH와 5-FU -F, Tau-GO -COOH와 5-FU -F 등 수소 결합이 5-FU-Tau-GO 용액 안정화.
37°C에서 pH 1.2, 6.5, 7.4 PBS 용액(각각 모의 위 환경, 간암 세포 환경, 생리 환경)에서 5-FU-Tau-GO로부터 5-FU 체외 누적 방출은 그림 10에 보인다. 5-FU 방출 거동이 환경 pH 값 영향을 받음. pH 7.4 완충액에서 약물 방출이 느리고 지속적이며 72시간 후 총 방출 약물량 약 70.84%. 반면 동일 시점에서 pH 7.4 방출량이 pH 1.2, 6.5보다 유의미하게 낮음. 5-FU-Tau-GO로부터 총 약물 적재량 방출은 pH 1.2와 6.5에서 각각 약 90.29%, 85.75% 달성. 이는 5-FU와 Tau-GO 간 π-π 상호작용과 수소 결합에 기인. pH 값이 낮을수록 수소 결합 프로톤화 정도 높음. 따라서 수소 결합 강도가 pH 값에 의해 제어돼 5-FU 방출 유도. 이 pH 민감 약물 전달 시스템은 항종양 약물에 중요 역할하며 종양 세포 내 약물 방출 달성 가능.
MTT 분석으로 HepG2 세포에서 나노캐리어 잠재 독성과 종양 치료 효능 평가(그림 11). Tau-GO는 다양한 농도에서 유의미한 세포독성 보이지 않음. 5-FU 적재 후 5-FU-Tau-GO는 명백한 억제 효과를 보이며 용량 의존적임. 따라서 나노캐리어가 항종양 약물 전달 능력 보유. 5-FU-Tau-GO IC₅₀ 값은 65.2 ± 0.7 μg/mL로 자유 5-FU(196 ± 8.73 μg/mL)보다 더 독성 강함. 이는 타우린의 종양 세포 세포자멸사 유도 능력이 5-FU 세포 억제 효과를 간접적으로 강화하기 때문일 수 있음. 또한 체외 방출 실험에서 Tau-GO 적재 5-FU가 세포 내 점진적으로 방출될 수 있음. 따라서 5-FU-Tau-GO 세포 내 유효 시간이 자유 5-FU보다 길어 더 좋은 억제 효과 생성.
AO 형광제는 온전한 세포막을 통과해 핵 염색 시 녹색 형광 방출, EB는 손상된 세포 핵만 표시해 적색/주황색 형광 방출. 초기/후기 세포자멸사 세포는 AO/EB 염색 시 각각 녹황색 또는 주황색 핵 나타남. 따라서 세포 사멸이 세포자멸사와 연관되는지 세포 형태 변화 특성으로 조사하기 위해 AO/EB 염색 수행. AO/EB 염색 결과는 그림 12에 제시. 대조군 세포는 방추형, 녹색 핵. Tau-GO 단독 배양 세포군은 핵 일부 함몰, 암녹색 또는 주황-적색 염색. 5-FU 단독 군에서 현저한 주황/적색 세포자멸사 세포, 크로마틴 파편, 세포자멸사 소체 관찰. 5-FU에 비해 5-FU-Tau-GO가 HepG2 세포 형태에 더 큰 손상 유발, 세포 파괴뿐만 아니라 암세포 대량 세포자멸사 유도. 사진에서 볼 수 있듯 5-FU-Tau-GO 처리 세포 거의 모두 형태 변화, 다량 세포 파편과 세포자멸사 소체 보임. 이는 5-FU-Tau-GO 나노 약물 전달 시스템이 HepG2 세포에 좋은 살상 효과 있음을 나타냄.
SD 쥐에서 5-FU와 5-FU-Tau-GO 약동학 연구 수행. 경구 투여 후 혈장 내 5-FU 농도-시간 프로파일은 그림 13a에 제시. 두 곡선 경향 유사하지만 5-FU-Tau-GO 나노캐리어에서 5-FU 혈장 농도가 각 측정 시점에서 5-FU 단독보다 높음. 그림 13b는 꼬리 정맥 투여 시 5-FU 체내 방출 프로파일. 5-FU-Tau-GO는 24시간 지속 약물 방출 달성, 초기 몇 시간 약물 농도 점진적 감소로 5-FU가 천천히 방출됨.
쥐 경구 또는 정맥 투여 약동학 파라미터 분석에 이실실 모델 사용. 약동학 파라미터는 Table 1에 제시. 5-FU 대비 5-FU-Tau-GO는 경구 투여 시 T₁/₂β가 2.3배, 정맥 주사 시 3.0배 높음. 또한 5-FU-Tau-GO 나노복합체 농도-시간 곡선하면적(AUC₀₋ₜ)은 경구 투여 시 약 2.1배, 정맥 주사 시 약 2.8배 높음. 따라서 5-FU-Tau-GO가 5-FU 체내 잔류 시간을 유의미하게 연장하고 생체이용률 개선함 결론. 또한 경구 투여 5-FU-Tau-GO 나노복합체 T₁/₂β(1.67 ± 1.15 h)가 정맥 주사(1.33 ± 0.64 h)보다 길었으나, 경구 투여 AUC₀₋ₜ(36.02 ± 1.83 mg/L·h)가 정맥 주사(96.50 ± 8.70 mg/L·h)보다 낮음. 이는 두 측면 때문일 수 있음: 정맥 주사 시 약물이 위장관 장벽 통과 없이 직접 혈액 순환계 진입, 재분포 과정 거치지 않음. 다른 한편 5-FU가 위장관계 손상 쉽게 유발해 체내 약물 유효 활용에 영향 줄 수 있음.
비기능화 GO, Tau-GO, 5-FU 도킹과 분자 동역학 시뮬레이션 수행. GO, Tau-GO, 5-FU 분자 도킹 결과는 그림 14에 보임. 5-FU와 GO, Tau-GO 결합 길이는 각각 3.66 Å, 2.602 Å. 계산 결과 5-FU의 GO, Tau-GO 결합 에너지는 각각 47.69 kcal/mol, 25.04 kcal/mol. 이는 Tau-GO와 5-FU 결합력이 GO와 5-FU보다 강함을 나타냄. 이는 Tau 극성 원자(S, N)가 5-FU와 더 강한 비공유 결합 형성해 Tau-GO와 5-FU 간 힘이 더 강해지기 때문.
GO, Tau-GO, 5-FU 분자 동역학 시뮬레이션 다이어그램은 그림 15에. 계산 결과 5-FU-GO와 5-FU-Tau-GO CED는 각각 2.67×10⁸, 2.83×10⁸. 이 결과들은 약물과 Tau-GO 간 더 강한 상호작용 보여줌. MSD-시간 그래프(그림 16)를 그려 MSD 기울기로 확산 계수 구함. 약물 확산 계수는 기울기/6으로: 0.094 m²/s, 0.058 m²/s. 이는 Tau-GO와 5-FU 간 힘이 더 강함을 보여주며 분자 도킹 결과와 일치. 따라서 기능화 GO가 전체 캐리어 원자와 기를 더 풍부하게 만들어 5-FU와 비공유 결합 강도 증가, 전체 시스템 안정성 향상.
요약하면 단순 화학적 방법으로 Tau-GO 나노복합체 제조 성공. GO의 Tau 기능화로 좋은 안정성 확보, 생체적합성 개선. Tau-GO 나노캐리어 독특 구조와 우수 특성으로 5-FU 적재 및 전달에 큰 기회 제공. 5-FU-Tau-GO는 잠재적 항종양 능력과 우수한 약물 순환 시간 보유. 따라서 5-FU 적재를 위한 캐리어 Tau에 의한 GO 변형이 항암제 전달과 항종양 치료용 5-FU-Tau-GO 나노 약물 전달 시스템 구축에 효과적이고 적용 가능한 도구라 믿음.
현재 연구 중 사용/분석된 데이터셋은 합리적 요청 시 교신저자로부터 입수 가능.
나노물질
초록 본 논문에서는 0.1 cm2의 상당한 활성 영역을 가진 13.5 kV 4H-SiC PiN 정류기를 제작하였다. 초고내압 요구 사항을 충족하기 위해 전하-전계 변형 접합 터미네이션 확장(CFM-JTE)을 제안하였으며, 이는 JTE 도즈 허용 범위를 기존 2존 JTE보다 약 2.8배 확대하였다. 또한 CFM-JTE는 기존 2존 JTE 공정을 통해 구현 가능하다. 캐리어 수명 향상 기술 없이도 순방향 전류가 VF = 5.2 V에서 최대 100 A까지 측정되었다. CFM-JTE 구조는 400 μm의 비교적 작은 터미널 영역으로 병렬
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
