최근에, 암 약물을 위한 나노캐리어 시스템, 특히 GO 기반 약물 전달 시스템은 암 환자에게 혜택이 되고 있습니다. 이 연구에서 우리는 생체 적합성을 향상시키기 위해 GO 표면을 기능화하기 위해 타우를 선택합니다. 첫째, 변형된 Hummer의 방법과 초음파 스트리핑 방법으로 나노크기의 GO를 합성하였다. 타우린으로 변형된 산화 그래핀 담체(Tau-GO)는 제타 전위가 − .8 mV이고 입자 크기가 242 nm인 물에 대한 분산성과 안정성이 좋은 Tau-GO를 얻기 위해 화학적 방법으로 합성되었습니다. 캡슐화 효율 평가 기준에 따라 Tau-GO와 5-FU를 비공유 결합으로 결합하는 최적의 제형을 결정하였다. 5-FU-Tau-GO는 산성 환경보다 중성 환경에서 더 안정적이며 특정 PH 반응과 지속 방출 효과가 있습니다. 생체 내에서 우리는 약동학 테스트 및 관련 매개변수를 사용하여 각각 5-FU 및 5-FU-Tau-GO의 경구 및 정맥 투여를 비교했으며 5-FU-Tau-GO 경구 또는 정맥 투여가 5의 작용 시간을 연장한다는 것을 보여주었습니다. -FU는 체내에서 생체이용률을 향상시킵니다. 또한 MTT assay로 측정한 HepG2 세포의 억제는 IC50 5-FU의 값은 196 ± 8.73μg/mL이었고 IC50 5-FU-Tau-GO의 값은 65.2 ± 0.7μg/mL로, 5-FU-Tau-GO가 HepG2 세포에 대해 더 강력하고 암세포에 대해 더 강한 억제 효과가 있음을 나타냅니다. AO/EB 염색을 이용하여 측정한 세포 형태에 대한 효과 역시 5-FU-Tau-GO가 5-FU에 비해 세포를 파괴할 뿐만 아니라 세포 사멸을 유의하게 유도함을 보여주었다. 우리는 또한 컴퓨터 지원 설계를 통해 Tau-GO가 수정되지 않은 GO보다 5-FU에 더 잘 결합할 수 있고 형성된 5-FU-Tau-GO 시스템이 더 안정적이며 5-FU의 전달 및 방출에 도움이 된다는 것을 확인했습니다. 생체 내에서 FU.
화학 요법은 여전히 다양한 암의 치료에 사용되는 일반적인 방법입니다[1]. 대부분의 화학요법제의 중요한 장애물은 효과적인 농도에서 종양 조직에 침투할 수 없거나 정상 조직에 대한 바람직하지 않은 부작용입니다[2]. 따라서 과학자들은 효과적인 약물 전달 및 치료를 보장하기 위해 종양 조직에서 제어된 약물 방출 속도를 달성할 수 있는 강력한 약물 전달 시스템을 개발하는 데 노력을 집중했습니다.
리포솜[3], 고분자[4], 나노입자[5], 덴드리머[6], 미셀[7], 산화 그래핀[8, 9]을 포함한 많은 나노크기 물질이 다양한 약물의 전달을 위해 개발되었습니다. 이러한 나노물질 중 그래핀옥사이드(GO)는 산화흑연으로부터 화학적으로 박리된 새로운 탄소나노물질로, 풍부한 작용기, 큰 비표면적, 높은 약물 로딩량, 우수한 분산성 등 몇 가지 매력적인 물리화학적 특성을 나타냅니다. 물에서 능력 [10,11,12]. 더욱이, 대부분의 시험관 내 실험 결과는 낮은 GO 농도가 세포 성장 및 면역 세포 활성화를 위한 기질로 사용될 수 있음을 보여주었다. 따라서 GO는 질병 진단[13], 암 세포 영상 및 추적[14], 암 광열 요법[15], 조직 공학[16], 표적 약물 전달[17], 특히 항종양 치료제[17]에 널리 사용되었습니다. 종양 약물 운반체 [18, 19]. 그러나 여러 연구 그룹은 전임상 및 임상 연구에서 높은 GO 농도가 명백한 세포 독성 효과를 나타낸다고 보고했습니다. GO가 생체 내에서 독성 효과를 생성하는 메커니즘은 산화 스트레스와 세포 내 활성 산소 종의 과잉 생산을 통해 세포 사멸을 유도하고 심각한 염증, 폐부종 및 육아종 형성을 유발합니다[20]. 따라서 GO 독성 문제를 해결하는 것이 매우 중요합니다.
보고된 바에 따르면, 공유 또는 비공유 결합의 기능화는 GO와 세포 사이의 강한 소수성 상호작용을 감소시킬 수 있습니다. 이것은 GO 기능화가 생체 적합성을 향상시키고 생체 내 및 시험관 내 독성을 거의 제거한다는 것을 보여주는 여러 연구에 의해 입증되었습니다. Yang et al. 처음으로 방사성 표지 방법을 사용하여 쥐에서 공유 결합된 PEG-GO의 장기 생체 분포를 연구했으며 결과는 PEG-GO가 쥐에서 점차적으로 소변과 대변으로 배설될 수 있음을 보여주었습니다[21]. Zhang et al. 는 DEX 기능화된 GO를 GO와 비교하여 GO-DEX가 세포 독성을 현저하게 감소시킬 수 있고 일주일 이내에 마우스에서 대부분 제거될 수 있음을 발견했습니다[22]. 또한 pluronic F127에 대한 GO 비공유 결합은 생리학적 조건에서 용해도 및 안정성이 양호하고 독성이 낮습니다[23]. GO를 기능화하기 위해 여러 폴리머 또는 분자가 사용되었지만 이 분야에서 상당한 결과가 달성되었습니다. 그러나 좋은 생체적합성 GO 기반 약물의 운반체를 구축하기 위한 간단한 방법을 개발하기 위해서는 여전히 노력이 필요합니다.
타우린(Tau)은 안정성과 수용성이 좋은 준필수 아미노산입니다. 타우는 심혈관 및 뇌혈관 질환을 예방하고 시각 기능을 유지하며 세포를 보호하고 면역을 조절할 수 있습니다. 타우가 폐암, 위암, 결장직장암, 유방암 등 다양한 암에서 중요한 역할을 하는 발현 인자의 상향 조절 또는 하향 조절을 통해 항종양 특성을 갖는다는 여러 연구 결과가 나왔다[24]. 따라서, Tau 기능화된 GO는 항종양 약물의 운반체로서 우수한 역할을 발휘할 수 있습니다. 이 기사에서 우리는 처음으로 공유 Tau를 나노운반체로 기능화한 GO를 사용하고 시험관 내 세포독성을 평가했습니다. 또한, 5-FU(5-fluorouracil)를 항암제로 사용하여 Tau-GO 표면에 비공유적으로 로딩하여 약물 전달 시스템을 구축했습니다. 5-FU-Tau-GO는 정상 조직에 대한 부작용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 약물 생체 이용률을 향상시킬 수 있습니다. 결과적으로, Tau-GO는 미래에 중요한 생물 의학 응용 분야를 가질 수 있는 새로운 GO 기반 나노 물질로 성공적으로 개발되었습니다.
흑연 분말, 인산염 완충 식염수(PBS) 및 디메틸 설폭사이드(DMSO)는 Tianjin Laibo Chemical Co., Ltd.에서 구입했습니다. 카르보디이미드(EDC), N-히드록시숙신이미드(NHS), 염산(HCl) 및 과산화수소(H2 O2 30%)는 Shandong Yuwang Industrial Co., Ltd.에서 구입했습니다. 타우린(Tau), 5-플루오로우라실(5-FU), 인간 간암 세포(HepG2), 페니실린-스트렙토마이신 용액 및 태아 소 혈청(FBS)은 Dalian Meilun Biotechnology Co., Ltd.에서 구입했습니다. 황산(H2 SO4 98%) 및 과망간산칼륨(KMnO4) ) Nanjing Chemical Reagent Co., Ltd.에서 구입했습니다. 질산나트륨(NaNO3 ) 및 나트륨 도데실 설페이트(SDS-Na)는 Shanghai Jinjinle Industrial Co., Ltd.에서 구입했습니다. MTT는 Sigma-Aldrich, Inc에서 구입했습니다. DMEM은 HyClone, Inc에서 구입했습니다. 쥐는 Benxi Changsheng 실험 동물 센터에서 구입했습니다. 다른 모든 시약과 화학 물질은 분석적으로 순수하고 상업적으로 이용 가능했습니다.
GO는 수정된 Hummer의 방법에 따라 흑연 분말로 제조되었습니다. 먼저 98% 황산 168mL를 온도계가 있는 빙욕에 넣은 3구 플라스크의 플라스크 벽을 따라 첨가하고 온도가 5°C에 도달했을 때 흑연 5g과 질산나트륨 4g을 첨가했습니다. 그런 다음 과망간산칼륨 22.5g을 1시간 동안 배치로 천천히 첨가하고 온도를 5°C 미만으로 유지했습니다. 그 후 3구 플라스크를 오일 배스로 옮기고 얻어진 혼합물을 35℃에서 30분 동안 반응시킨 후, 온도를 65℃로 상승시키고 반응물을 30분 동안 교반하였다. 이 단계 후, 온도를 85°C로 증가시키고 혼합물을 1시간 동안 더 반응시켜 보라색-갈색 페이스트를 얻었다. 이 혼합물을 1주일 동안 실온에 방치하고 700mL의 뜨거운 물이 담긴 비커에 옮기고 황갈색이 될 때까지 30% 과산화수소를 적가하였다. 혼합물을 10,000rpm으로 원심분리하고 뜨거운 물로 세척한 후 상등액의 pH가 7.0이 될 때까지 이 과정을 여러 번 반복하였다. 마지막으로 진공 동결 건조기에서 건조시켜 나노 GO를 얻었다.
정확하게 칭량한 50mg의 GO를 50mL의 증류수에 녹이고 150mg의 EDC와 100mg의 NHS를 첨가하여 얼음 수조에서 20분 동안 초음파 처리하여 GO를 활성화했습니다. 다음으로, 준비된 GO 수용액에 10mL의 Tau 수용액(0.1g/mL)을 천천히 첨가(적가)하고, HCl로 pH를 6~7로 조절하고 암실에서 24시간 동안 계속 교반하였다. 생성물을 5000rpm에서 10분 동안 원심분리하여 수집하고 증류수로 3회 세척하였다. Tau-GO는 동결 건조 후 수집되었습니다.
20ml의 Tau-GO 용액을 2시간 동안 초음파 처리했습니다. 정밀하게 칭량한 5-FU를 적당량의 증류수에 녹이고, 실온에서 교반하면서 제조된 Tau-GO 용액에 천천히 적가한 후, 암실에서 1.5시간 동안 초음파 처리하였다. 생성물을 4°C에서 10분 동안 5000rpm에서 원심분리했습니다. 하부 침전물을 20mL의 증류수로 세척하고 원심분리(4°C에서 10분 동안 5000rpm)하고 이 과정을 3회 반복하였다. 하층을 동결건조하고, 상층액을 비커에 넣고, 부피를 칭량하고, 5-FU의 농도를 1200 HPLC(Agilent, USA)로 측정하였다. 검출 조건은 다음과 같았다:크로마토그래피 컬럼:C18(4.6 × 250 nm, 5 μm); 컬럼 온도:25°C; 이동상:0.1% KH2 PO4 pH 5.5의 용액; 유속:1.0mL/분; 주입량:20μL; 및 측정 파장:265nm. 캡슐화 비율(EE)과 약물 로딩 효율(LE)은 다음 공식으로 구했습니다.
$$\begin{정렬} {\text{EE}}\left( \% \right) &=\frac{{M_{1} - C_{1} \times L_{1} }}{{M_{1 } }} \times 100\% \\ {\text{LE}}\left( \% \right) &=\frac{{M_{1} - C_{1} \times L_{1} }}{{ 20C_{0} + M_{1} - C_{1} \times L_{1} }} \times 100\% \\ \end{정렬}$$5-FU의 총 용량은 M1로 기록되었습니다. , 유리 5-FU 농도 및 부피는 C1로 기록되었습니다. 및 L1 , 그리고 캐리어 농도는 C0으로 기록되었습니다. .
준비된 나노복합체를 특성화하기 위해 FT-IR(푸리에 변환 적외선) 스펙트럼을 4000~400cm −1 에서 스캔했습니다. IRAffinity-1 분광계(Shimadzu, Japan)에서 상호 작용을 확인합니다. UV-vis 흡수 스펙트럼은 UV-3600 스캐닝 분광 광도계(Shimadzu, Japan)에서 기록되었습니다. 샘플을 증류수에 용해시키고 Nano-ZS 90 Nano 기기(Malvern, UK)에서 입자 크기, 제타 전위 및 PDI 값을 얻었다. 샘플의 형태는 JEM-2100 투과전자현미경(TEM)(JEOL, Japan)을 이용하여 분석하였다. 열중량 분석(TGA)은 열중량 분석기(NETZSCH, Germany)를 사용하여 질소 분위기에서 0에서 800 °C까지 10 °C/min의 가열 속도로 수행되었습니다. 샘플의 XRD 측정은 구리 CuKα 방사선(λ =1.5406 Å) 2θ 각도의 광각에서. XPS 측정은 단색 Al Karadation(Thermo, America)이 있는 Omicron ESCA 프로브를 사용하여 수행되었습니다.
시험관 내 약물 방출은 각각 37°C(모의 체온)에서 pH 1.2(모의 위 환경), pH 6.5(모의 간암 세포 환경) 및 pH 7.4(생리학적 환경 모의)에서 수행되었습니다. 간단히 말해서, 15mg의 5-FU-Tau-GO를 투석막에 넣고 pH가 1.2, 6.5 및 7.4인 0.1% SDS-Na를 포함하는 완충 용액 50mL에 담궜습니다. 모든 샘플을 100rpm의 속도와 37°C의 온도에서 연속 진탕 수조에 넣었습니다. 미리 결정된 시점(0분, 5분, 10분, 20분, 30분, 1시간, 1.5시간, 2시간, 2.5시간, 3시간, 4시간, 8시간, 12시간, 24시간, 48시간 및 72시간), 동일한 부피의 방출 매질을 유지하기 위해 각 샘플 1mL를 취하고 0.1% SDS-Na를 포함하는 1mL의 새로운 완충 용액으로 교체했습니다. 방출된 배지를 원심분리하고 1200 HPLC를 사용하여 분석했습니다.
5-FU, Tau-GO 및 5-FU-Tau-GO의 세포 독성을 평가하기 위해 MTT 분석을 사용했습니다. 간단히 말해서, 인간 간암 HepG2 세포를 10% FBS 및 1% 항생제(페니실린-스트렙토마이신 용액)가 보충된 DEME 배지에서 37°C, 5% CO2의 습한 분위기에서 배양했습니다. . 세포를 5 × 10 3 의 밀도로 96웰 플레이트에 접종했습니다. FBS 및 항생제가 보충된 100μL의 DEME 배지를 포함하는 웰당 세포. 플레이트를 5% CO2가 포함된 37°C 가습 챔버에 24시간 동안 두었습니다. . 그 후, 성장 배지를 제거하고 5-FU, Tau-GO, 5-FU-의 다양한 농도(5, 10, 20, 40, 60, 80 및 100μg/ml)를 포함하는 100μL의 새로운 배지로 다시 채웠습니다. 각각 타우고. 24시간 인큐베이션 후 세포를 20μL MTT 용액으로 처리하고 4시간 동안 추가로 인큐베이션했습니다. 다음으로 배지를 흡인하고 포르마잔 결정을 150μL DMSO에 용해했습니다. 마지막으로 웰 플레이트를 항온 발진기에서 37°C에서 15분 동안 흔들었습니다. 각 샘플의 광학 밀도(OD)는 마이크로플레이트 판독기를 사용하여 570nm에서 측정되었습니다. 실험은 세 번 수행되었습니다. 다음 공식을 사용하여 결과로부터 세포 억제율을 계산했습니다.
$${\text{Cell}}\;{\text{억제}}\;{\text{rate}} =\frac{{{\text{OD}}_{{{\text{control}}} } - {\text{OD}}_{{{\text{처리}}}} }}{{{\text{OD}}_{{{\text{control}}}} }} \times 100\ %$$여기서 OD제어 처리되지 않은 대조군 세포에서 얻은 흡광도, OD처리된 처리된 세포에서 얻은 흡광도입니다.
5-FU, Tau-GO 및 5-FU-Tau-GO를 처리한 세포의 형태적 변화를 평가하기 위해 AO/EB 이중염색을 이용하였다. 간단히 말해서, 대수 성장기의 HepG2 세포를 6웰 플레이트에 웰당 10,000개 세포의 밀도로 시딩하고 37°C 및 5% CO2에서 배양기에서 배양했습니다. 대기. 24시간 후 세포를 고정 농도의 5-FU, Tau-GO 또는 5-FU-Tau-GO로 처리하고 24시간 동안 추가 배양했습니다. 각 웰의 배지를 제거하고 세포를 PBS로 2회 세척하였다. 다음으로, 40μL 형광 염료가 보충된 1mL PBS(1mg/mL AO 및 1mg/mL EB를 1:1의 비율로 혼합)를 각 웰에 첨가하고 빛 없이 10분 동안 인큐베이션했습니다. 염색된 세포를 형광현미경으로 관찰하고 무작위로 이미지를 촬영했습니다.
모든 동물 실험은 동물 보호 및 윤리 위원회에서 공식화한 정책과 원칙에 따라 수행되었습니다. 체중이 230-270g인 총 24마리의 수컷 SD 쥐를 12시간 동안 금식하고 약물 투여 전에 무작위로 4개 그룹으로 나누었습니다. 그룹 A와 B에는 5-FU 및 5-FU-Tau-GO 용액을 정맥 주사하고 그룹 C와 D에는 각각 경구 5-FU 및 5-FU-Tau-GO 용액을 제공했습니다. 모든 그룹은 20mg/kg의 용량을 받았습니다. 약물 투여 후 혈액 샘플(약 0.5mL)을 지정된 시점(15분, 1시간, 2시간, 4시간, 6시간, 8시간, 12시간, 16시간, 24시간, 48시간)에 항응고 튜브에 수집했습니다. 시간). 혈장 샘플을 7500rpm 및 4°C에서 10분 동안 원심분리하여 분리했습니다. 그런 다음 200μL 혈장 및 50mg(NH4 )2 SO4 튜브(40μg/mL 5-BrU 내부 표준 용액 10μL, 40°C 수조에서 질소로 블로우 건조, 5분 동안 볼텍싱 및 3분 동안 10800rpm에서 원심분리)에 결합했습니다. 다음으로, 튜브는 900μL 에틸 아세테이트/이소프로판올 용액(85:15, v/v)을 첨가하고 3분 동안 볼텍싱하고 10800rpm에서 15분 동안 원심분리합니다. 상청액을 제거하고 질소로 건조하고 100μL 이동상을 첨가하고 tube를 1분간 vortexing한 후, 상층액에서 채취한 용액을 1200 HPLC로 측정하였다.
분자 역학 시뮬레이션은 주로 약물과 담체 사이의 상호 작용력과 약물의 확산 거동을 분석하는 데 사용됩니다. 5-FU의 화학 구조는 Chem office 2014의 Chemdraw를 사용하여 구성되었으며 Tau-GO 및 GO의 구조는 Materials Studio 분자 시뮬레이션 소프트웨어(버전 7.0, Accelrys Inc. , 미국). 구축된 모든 화합물은 COMPASS II force field에서 기하학적으로 최적화되었으며 가장 낮은 에너지를 갖는 형태가 안정적인 형태로 선택되었습니다. 10ps, NVT 평형이 각 시스템에 대해 수행되었습니다. 100ps MD로 시뮬레이션을 수행하여 298K 및 101.325kPa에서 1fs의 스텝 크기로 균형 잡힌 구조를 얻었습니다. 마지막으로 각 시스템에 대해 평균 제곱 변위(MSD)와 응집 에너지 밀도(CED)를 구하고 확산 계수(D)는 다음 공식으로 지정했습니다.
$$D =\frac{1}{2d}\mathop {\lim }\limits_{\tau \to \infty } \frac{{\text{d}}}{{{\text{d}}\tau }}\왼쪽[ {\왼쪽. {r\overrightarrow {\left( t \right)} - r\overrightarrow {\left( 0 \right)} } \right]} \right.^{2}$$
여기서 d 시스템의 차원, \(r\overrightarrow {\left( t \right)}\) 및 \(r\overrightarrow {\left( 0 \right)}\) 는 시간
Tau-GO 접합체는 GO와 Tau의 아미드 결합으로 제작되었습니다. 나노복합체의 성공적인 합성은 FT-IR 스펙트럼에 의해 검증되었습니다(그림 1). GO에 대한 산소 작용기의 존재는 –OH(~ 3405cm −1 에서 흡광도 피크에 의해 확인되었습니다. ), C=O(1723cm −1 ), C=C(1628cm −1 ) 및 C–OH(1391cm −1 ) ). 이러한 결과는 GO의 성공적인 준비를 입증했습니다(그림 1a)[25]. 일부 GO 특성 피크 외에도 1638cm −1 에서 새로운 피크 및 3427cm −1 아미드 그룹에 해당하며 1164cm −1 및 1085cm −1 -SO에 해당합니다. Tau-GO 스펙트럼은 Tau가 GO 표면에서 기능화되었음을 분명히 나타냅니다(그림 1b). 그림 2b에서 –SO3의 특성 피크 1164cm −1 에서 수소 결합의 작용에 의해 휩쓸려 FT-IR 스펙트럼에서 보이지 않았습니다. 따라서 5-FU가 Tau-GO에 성공적으로 로드되었습니다.
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GO의 FT-IR 스펙트럼(a ) 및 타우-고(b )
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Tau-GO의 FT-IR 스펙트럼(a ) 및 5-FU-Tau-GO(b )
GO UV-Vis 흡수 스펙트럼은 그림 3에 나와 있습니다. 234nm에서 명백한 흡수 피크는 그래핀 C=C 결합의 π-π* 전이에 기인합니다. 또한 300nm 숄더 피크는 카르복실 또는 카르보닐기의 산화그래핀 C=O 결합의 n-π* 전이에 기인합니다. 두 가지 특징적인 흡수 피크는 GO의 성공적인 준비로 입증되었습니다.
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GO의 UV 스펙트럼
GO, Tau-GO 및 5-FU-Tau-GO의 크기는 그림 4에 나와 있습니다. GO, Tau-GO 및 5-FU-Tau-GO의 제타 전위는 그림 5에 나와 있습니다. GO 시트는 약 221nm이고 PDI 값은 약 0.188로 준비된 GO가 균일한 분포와 우수한 안정성을 가지고 있음을 나타냅니다. 제타 전위는 약 − 33.3mV였으며, 이는 음전하가 주로 표면에 많은 산소 함유 그룹의 존재로 인한 것임을 나타냅니다. GO가 아미드 결합을 통해 Tau로 변형되면 아미노기가 카르복실기의 일부를 대체하고 -SO3 용액에서 더 강한 이온화 능력을 가짐에 따라 제타 전위가 감소하여 − 38.8 mV가 되었습니다. Tau-GO의 크기와 PDI 값은 약 242nm 및 0.190이었습니다. 다음으로, 비공유 결합에 의해 5-FU를 Tau-GO에 로딩하였다. 제타 전위는 약 − 26.7 mV이고 절대값은 20 mV보다 큽니다. 또한, 5-FU-Tau-GO의 크기 및 PDI 값은 약 264 nm 및 0.182로 입자 간의 정전기적 반발력이 커서 응집 또는 침전을 일으키기 쉽지 않고 Tau의 수용성이 양호함을 나타냅니다. , GO는 또한 표면이 산소 함유 작용기에 의해 개질되기 때문에 좋은 수용성을 갖는다. Tau-GO 캐리어를 사용하여 5-FU를 로드하면 5-FU의 수용성이 크게 향상되어 5-FU-Tau-GO가 수용액에 안정적으로 분산될 수 있습니다.
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GO의 입자 크기(a ), 타우-고(b ) 및 5-FU-Tau-GO(c )
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GO의 제타 전위(a ), 타우-고(b ) 및 5-FU-Tau-GO(c )
GO, Tau-GO 및 5-FU-Tau-GO의 형태는 TEM으로 특성화되었습니다(그림 6). GO는 표면에 주름이 있는 평평한 구조로 평면 2차원 구조임을 나타냅니다(그림 6a). GO에 비해 Tau-GO의 크기는 약간 증가했지만 여전히 라멜라 구조를 보였다(그림 6b). 5-FU-Tau-GO 이미지는 GO의 초기 라멜라 구조가 손상되지 않은 채로 재료가 응집되거나 변화하지 않음을 보여줍니다(그림 6c). 결과적으로 Tau-GO와 5-FU-Tau-GO는 안정성이 좋았습니다.
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GO의 TEM(a ), 타우-고(b ) 및 5-FU-Tau-GO(c )
열중량 분석을 사용하여 복합 재료의 조성을 정량화했습니다. GO와 Tau-GO의 TGA 곡선은 그림 7에 나와 있습니다. GO와 Tau-GO는 800°C의 질소 분위기에서 39.73%와 34.22%의 잔류 질량을 가지고 있습니다. 따라서 중량변화값을 비교할 때 Tau-GO의 Tau 함량은 약 13%로 결정되었다.
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GO 및 Tau-GO의 TAG
Tau, GO 및 Tau-GO의 XRD 패턴은 그림 8에 나와 있습니다. GO의 특성 피크는 2θ 값의 10.7°에서 관찰될 수 있으며, 이는 강한 화학적 산화 및 박리 과정을 위한 완전한 산화로 GO의 형성을 확인합니다 . GO 표면에서 Tau로 기능화한 후 피크의 회절 패턴은 2θ 값 8.2에서 약간 감소했습니다. 이것은 GO가 Tau에 의해 성공적으로 기능화되었음을 의미합니다.
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Tau, Tau-GO 및 GO의 XRD 패턴
GO 및 Tau-GO의 C1s XPS 스펙트럼은 그림 9에 나와 있습니다. GO의 C1s XPS 스펙트럼은 서로 다른 작용기에 해당하는 4개의 탄소 원자의 존재와 함께 상당한 정도의 산화가 있음을 나타냅니다. Tau-GO의 C1s XPS 스펙트럼도 이와 동일한 탄소 원자를 나타냅니다. 또한, C-N 결합 관련 성분 피크의 출현은 아미노기, 아미드기에 기인한다. 이러한 결과는 또한 GO가 Tau에 의해 성공적으로 기능화되었음을 나타냅니다.
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GO 및 Tau-GO의 C1s XPS 패턴
5-FU는 비공유 상호작용을 통해 Tau-GO 나노캐리어에 흡착되었습니다. 5-FU 보정 곡선은 y였습니다. =62.135x + 21.873(r =0.9999), 범위는 6.5 ~ 250 µg/mL입니다. 캡슐화 비율(EE) 및 약물 로딩 효율(LE)은 약물 로딩 성능을 평가하기 위해 결합되지 않은 약물 농도에 의해 결정되었습니다. 그 결과 EE는 약물 농도의 증가에 따라 증가하였으며, EE의 가장 높은 값은 83.2%로 나타났다. 공식에 따르면 LE는 33.7%, 즉 508.52μg의 5-FU가 1mg의 Tau-GO에 흡착될 수 있습니다. 따라서 Tau-GO는 큰 약물 부하를 달성할 수 있는 유망한 약물 운반체입니다. Tau-GO에 대한 5-FU의 높은 로딩 용량의 가능한 메커니즘은 다음 설명으로 요약할 수 있습니다. 첫째, Tau는 GO를 기능화하고 활성 기능 그룹을 도입하는 데 사용됩니다(–SO3 ). –SO3 용액에서 강력한 이온화 능력을 가지고 있어 GO 사이의 덩어리를 줄이고 5-FU를 Tau-GO로 쉽게 로딩할 수 있습니다. 둘째, 5-FU-Tau-GO의 Zeta 전위는 Tau-GO와 다른 12.1mV이며, 이는 5-FU가 Tau-GO의 표면에 로드되고 정전기 상호작용이 Tau-GO에서 중요한 역할을 함을 나타냅니다. 5-FU 로딩. 마지막으로, 5-FU와 Tau-GO 운반체 사이에는 다양한 형태의 수소 결합이 있습니다. 여기에는 Tau-GO의 -COOH와 5-FU의 -NH-, Tau-GO의 -COOH 및 5-FU C=O가 포함됩니다. , Tau-GO에서 -OH 및 5-FU에서 -NH-, Tau-GO에서 -OH 및 5-FU에서 -C=O, Tau-GO에서 -COOH 및 5-FU, Tau-GO에서 -F, - Tau-GO의 COOH 및 5-FU의 -F에서 이러한 수소 결합은 용액에서 5-FU-Tau-GO를 안정적으로 만듭니다.
pH 1.2, 6.5 및 7.4 PBS 용액에서 37°C의 온도에서 5-FU-Tau-GO로부터 5-FU의 시험관내 누적 방출(각각 위 환경, 간암 세포 환경 및 생리적 환경을 시뮬레이션함) 5-FU 방출 거동은 환경의 pH 값에 의해 영향을 받는 것으로 나타났습니다. pH 7.4 완충액에서 약물 방출은 느리고 연속적이었고, 약물의 총 방출량은 72시간 후 약 70.84%였습니다. 대조적으로, pH 7.4에서의 약물 방출량은 동일한 시점에서 pH 1.2 및 pH 6.5에서보다 현저히 낮았다. 5-FU-Tau-GO로부터 방출된 총 약물 로딩은 각각 대략적으로 90.29% 및 85.75% 및 pH 1.2 및 pH 6.5에서 달성될 수 있었다. 이는 5-FU와 Tau-GO 사이의 π-π 상호작용 및 수소 결합에 기인할 수 있습니다. pH 값이 낮을수록 수소 결합의 양성자화 정도가 높아집니다. 따라서 수소 결합 강도는 pH 값에 의해 제어되어 5-FU가 방출되었습니다. 이 pH 민감성 약물 전달 시스템은 항종양 약물에서 중요한 역할을 하며 약물이 종양 세포로 방출되도록 할 수 있습니다.
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37°C의 인산염 염수에서 5-FU-Tau-GO의 시험관 내 방출 곡선
나노캐리어의 잠재적 독성과 종양 치료 효능을 평가하기 위해 MTT 분석을 사용하여 HepG2 세포에서 시험관 내 세포 생존력을 수행했습니다(그림 11). Tau-GO는 다른 농도에서 유의한 세포독성을 나타내지 않았다. 5-FU 로딩 후, 5-FU-Tau-GO는 명백한 억제 효과를 나타내었고, 따라서 용량 의존적으로 나노캐리어는 항종양 약물을 전달하는 능력을 가졌다. IC50 5-FU-Tau-GO의 값은 65.2 ± 0.7μg/mL였으며, 이는 유리 5-FU(196 ± 8.73μg/mL)보다 더 독성이 있었습니다. 이것은 타우린이 종양 세포에서 세포 사멸을 유도하여 세포에 대한 5-FU의 억제 효과를 간접적으로 향상시키는 능력 때문일 수 있습니다. 또한, 시험관 내 방출 실험에서 Tau-GO에 로딩된 5-FU가 세포에서 점차적으로 방출될 수 있음을 알 수 있었다. 따라서 세포에 대한 5-FU-Tau-GO의 유효 시간은 유리 5-FU보다 길어서 더 나은 억제를 생성했습니다.
The viability of different concentrations of 5-FU, Tau-GO, and 5-FU-Tau-GO
AO fluorescent agent could emit green fluorescence when it passed through intact cell membranes and stained nuclei, while EB only marked the nucleus of damaged cells that emitted a red/orange fluorescence. The cells with early and late apoptosis presented greenish yellow or orange nuclei with the AO/EB stain, respectively. Therefore, AO/EB staining was performed to investigate whether the cells death was associated with apoptosis using characteristics of cell morphological changes. The results obtained from the AO/EB staining are presented in Fig. 12. Control cells were in spindle shape and with green nuclei. In the cell group that was cultured with Tau-GO alone, small parts of the nuclei were invaginated and with dark green or orange-red staining. Significant orange or red apoptotic cells with chromatin fragments and apoptotic bodies were observed in the 5-FU alone group. Compared with 5-FU, 5-FU-Tau-GO caused more damage to HepG2 cell morphology, which not only broke the cells, but also caused a large amount of apoptosis in cancer cells. As can be seen from the pictures, almost all the cells that were treated with 5-FU-Tau-GO, had morphological changes, a large number of cell debris and apoptotic bodies, indicating that the 5-FU-Tau-GO nano drug delivery system had a good killing effect on HepG2 cells.
The AO/EB of control (a ), Tau-GO (b ), 5-FU (c ), and 5-FU-Tau-GO (d )
The pharmacokinetic studies of 5-FU and 5-FU-Tau-GO were performed in SD rats. The profiles of 5-FU concentration in plasma vs. time, following oral administration, are presented in Fig. 13a. We found that the tendency of the two curves was similar, but the 5-FU plasma concentration from the 5-FU-Tau-GO nanocarrier was higher than that from the 5-FU alone and this was observed at each measured time point. Figure 13b shows the 5-FU in vivo release profiles via tail vein. The 5-FU-Tau-GO could achieve sustained drug release over 24 h, and the drug concentration gradually decreased in the first few hours, indicating that 5-FU was slowly released.
In vivo pharmacokinetic standard curves of 5-FU and 5-FU-Tau-GO through oral administration (a ). In vivo pharmacokinetic standard curve of 5-FU and 5-FU-Tau-GO through intravenous injection (b )
The two-compartment model was used to analyze the pharmacokinetic parameters of oral or intravenous administration in rats. The pharmacokinetic parameters are presented in Table 1. Compared with the 5-FU, the 5-FU-Tau-GO showed higher T1/2β that were 2.3 times by oral administration, and 3.0 times by intravenous injection, respectively. Moreover, the area under the concentration time curve (AUC0−t ) of 5-FU-Tau-GO nanocomplexes was roughy 2.1-fold higher through the oral administration, and 2.8-fold higher through intravenous injection when compared to that of the 5-FU solution, respectively. Therefore, we concluded that 5-FU-Tau-GO could significantly extend 5-FU retention time in vivo and improve bioavailability. In addition, the T1/2β of the 5-FU-Tau-GO nanocomplexes that were orally administered (1.67 ± 1.15 h), was longer than that of the intravenous injection (1.33 ± 0.64 h); however, the AUC0−t of oral administration (36.02 ± 1.83 mg/L*h) was lower than that of intravenous injection (96.50 ± 8.70 mg/L*h). These results might be due to two aspects:on the one hand, when administered by intravenous injection, the drug directly enters the blood system for circulation and without passing through the gastrointestinal barrier for redistribution; on the other hand, because 5-FU easily causes a certain damage to the gastrointestinal system, it may also affect the effective use of drugs in the body.
The docking and molecular dynamics of unmodified GO, Tau-GO and 5-FU were simulated by molecular docking and molecular dynamics simulation. The molecular docking results of GO, Tau-GO and 5-FU are shown in Fig. 14, where it can be seen that the bond lengths of 5-FU and GO and Tau-GO are 3.66 Å and 2. 602 Å, respectively. Moreover, from the calculation results, the binding energies of 5-FU to GO and Tau-GO were 47.69 kcal/mol and 25.04 kcal/mol, respectively. These indicated that the binding force of Tau-GO and 5-FU was stronger than that of GO and 5-FU. This is due to Tau polar atoms, such as S and N, forming a stronger non-covalent bond with 5-FU, that makes the force between Tau-GO and 5-FU stronger.
The Molecular docking of GO sheets with 5-FU (a ). The molecular docking of Tau-GO with 5-FU (b )
The diagrams of the molecular dynamics simulation of GO, Tau-GO and 5-FU were shown in Fig. 15. According to the calculation results, the CED of 5-FU-GO and 5-FU-Tau-GO were 2.67*10 8 and 2.83*10 8 , 각각. These results showed a stronger interaction between the drug and the Tau-GO. The graphs between MSD and time were plotted (Fig. 16) to obtain the diffusion coefficient via MSD. The drug diffusion coefficients were obtained by the slope divided by 6 as follows:0.094m 2 /s and 0.058 m 2 /s. These show that the force between Tau-GO and 5-FU is stronger, which is consistent with the results of the molecular docking. Therefore, the functionalized GO makes the entire carrier more abundant in atoms and groups; Therefore, making the non-covalent bond with 5-FU stronger, and the entire system more stable.
Snapshots of the GO and 5-FU at the end of the MD (a ). Snapshots of the Tau-GO and 5-FU at the end of the MD (b )
The drug MSD profiles of the GO and 5-FU (a ), Tau-GO and 5-FU (b )
In summary, we successfully prepared a Tau-GO nanocomposite through a simple chemical method. GO functionalization with Tau has a good stability and improves its biocompatibility. The unique structure and brilliant properties of Tau-GO nanocarriers offer great opportunities for the loading and delivery of 5-FU. The 5-FU-Tau-GO has a potential anti-tumor ability and an excellent circulation time of drugs. Therefore, we believe that the modification of GO by the carrier Tau for 5-FU loading, is an effective and applicable tool for constructing a 5-FU-Tau-GO nano drug delivery system for the delivery of anticancer drugs and anti-tumor therapy.
현재 연구 중에 사용 및/또는 분석된 데이터 세트는 합당한 요청이 있는 경우 교신 저자에게 제공됩니다.
산화 그래핀
Taurine
5-플루오로우라실
Taurine functionalized graphene oxide loading 5-fluorouracil
Encapsulation ratio
Drug-loading efficiency
푸리에 변환 적외선
투과전자현미경
Thermogravimetric analyses
Mean square displacement
Cohesive energy density
나노물질
초록 상당한 활성 영역이 0.1cm2인 13.5kV 4H-SiC PiN 정류기 이 논문에서 제작되었습니다. CFM-JTE(Charge-Field Modulated Junction Termination Extension)는 초고역 전압 요구 사항을 충족하기 위해 제안되었으며 JTE 선량 허용 오차 범위를 확대하여 기존 2구역 JTE의 약 2.8배를 만듭니다. 또한 CFM-JTE는 기존의 2-zone JTE 프로세스를 통해 구현할 수 있습니다. 측정된 순방향 전류는 최대 100A @ V입니다. F =5.2V(캐리어 수명 향상 기술이
초록 더 나은 항종양 효능을 얻기 위해서는 암세포를 표적으로 하는 항암제 전달 효율을 높이는 것이 시급하다. 이 연구에서, 키토산 기능화된 산화 그래핀(ChrGO) 나노시트는 마이크로파 보조 환원을 통해 제작되었으며, 이는 유방암 세포의 항암제용 세포내 전달 나노시스템에 사용되었습니다. 약물 로딩 및 방출 연구는 아드리아마이신이 ChrGO 나노시트에 효율적으로 로딩되고 방출될 수 있음을 나타냅니다. 전달 중 약물 방출이 적고 ChrGO/adriamycin의 생체 적합성이 향상되어 HER2 과발현 BT-474 세포에서 안전성과 치료
