암 광면역치료를 위한 새로운 액체 금속 나노입자 합성

Jul 19, 2023

2023년 8월 4일

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일본 과학 기술 연구소

순수 갈륨(Ga) 및 Ga 기반 합금과 같은 액체 금속(LM)은 독특한 물리화학적 특성을 지닌 새로운 종류의 재료입니다. LM의 가장 눈에 띄는 응용 중 하나는 암에 대한 광열 요법으로, 기능성 LM 나노입자가 빛 에너지를 열 에너지로 변환하여 암세포를 죽이는 것입니다. LM 기반 광선요법은 높은 특이성과 반복성, 낮은 부작용으로 인해 기존 암 치료법보다 우수합니다.

새로운 최첨단 연구에서 일본과학기술종합연구소(JAIST)의 미야코 에이지로(Eijiro Miyako) 부교수와 그의 동료들은 암 광선요법과 면역요법을 결합한 다기능 Ga 기반 나노입자를 합성했습니다.

합성된 새로운 LM 나노입자(PEG-IMIQ-LM)에는 공융 갈륨-인듐(EGaIn) LM 합금과 면역학적 조절제 이미퀴모드(IMIQ)가 포함되어 있으며 둘 다 생체 적합성 계면활성제 DSPE-PEG2000-NH2 내부에 내장되어 있습니다. 그들의 연구 결과는 Advanced Functional Materials에 게재되었습니다.

"우리는 나노 면역 공학과 LM 기술의 융합이 암 면역 치료 발전을 위한 이상적인 면역 반응을 촉발할 수 있는 유망한 양식을 제공할 수 있다고 믿습니다. 이 연구에서 우리는 광열 치료와 면역 치료를 결합하기 위해 면역 자극제를 포함하는 광 활성화 다기능 LM 나노입자를 보고합니다. "라고 미야코 박사는 이번 연구를 수행하려는 팀의 동기를 논의하면서 말했습니다.

먼저, 연구팀은 IMIQ를 도입하기 위해 DSPE-PEG2000-NH2를 사용한 간단한 1단계 초음파 처리 공정을 통해 수분산성 LM 나노입자를 준비했습니다. EGaIn LM은 본질적으로 물과 섞이지 않는 재료이기 때문에 이는 엄청난 혁신으로 간주됩니다.

추가 조사를 통해 LM이 표적에 IMIQ 전달을 보장하기 위해 분해되는 것으로 확인되었습니다. 더욱이, 제조된 나노입자는 808nm의 근적외선(NIR) 영역에서 흡광도가 선형적으로 증가하여 광학적으로 활성화되는 특성을 확인했습니다.

연구팀은 LM 나노입자 수용액에 근적외선 레이저(808nm)를 조사했을 때 용액의 온도가 눈에 띄게 증가하는 것을 관찰했는데, 이는 나노입자 농도의 증가에 비례했다. 이러한 발견은 PEG-IMIQ-LM 나노입자가 면역치료에 적합한 견고하고 안정적인 광열 약물 전달체임을 확인시켜 주었습니다.

추가 실험에서는 LM 나노입자가 매우 안전하고 인간 섬유아세포(MRC5) 및 마우스 결장암(Colon26) 세포에서 세포독성을 유발하지 않는 것으로 나타났습니다.

입자의 내부화 및 분포 정도를 평가하기 위해 인도시아닌 그린(ICG)으로 알려진 형광 염료를 초음파 처리를 통해 입자에 도입하여 PEG-ICG-IMIQ-LM 입자를 생성했습니다. 레이저 빔이 장착된 형광(FL) 현미경 검사를 통해 LM 입자가 다양한 NIR 파장에서 강한 형광을 나타내며 Colon26 세포를 즉시 파괴하는 것으로 나타났습니다. 따라서 LM 입자는 면역조절제를 효율적으로 전달할 수 있을 뿐만 아니라 실시간 추적을 가능하게 하고 특정 암세포를 제거할 수도 있습니다.

마지막으로, 연구팀은 암 치료치료를 위한 다면적인 LM 면역 나노자극기를 개발했습니다. 이를 위해 연구진은 기존 형광 LM 나노입자에 가장 유망한 면역관문 억제제 중 하나인 항프로그램사멸 리간드-1 항체(Anti-PD-L1)를 첨가했다. 변형된 입자인 Anti-PD-L1\u2012PEG–ICG–IMIQ–LM은 상당한 형광으로 효율적으로 분산되었습니다. 조사 후 시간이 증가함에 따라 종양 표면 온도는 선형적으로 증가했는데, 이는 나노입자의 항종양 효과를 나타냅니다.