비닐술폰 기능화 PEG-PLLA 미셀을 이용한 암표적 치료에 관한 연구

Abstract

지난 수십 년 동안 cancer nanotechnology의 많은 진보와 더불어 기존의 암치료법을 대체하기 위한 다양한 치료 기법이 개발되고 있다. 특히, 나노전달체를 이용한 암치료는 암을 완치하기 위한 매우 혁신적인 진단 및 치료 방법으로서 광범위하게 개발응용되고 있다. 그 중, 소수성 및 친수성 블록을 갖는 양친매성 거대분자의 자가조립으로 형성된 고분자 미셀은 전달체로서의 적절한 크기와 함께 우수한 체내안정성, 항암제의 조절방출능력 등의 장점으로 인해 우수한 나노전달체들 중의 하나로 많은 각광을 받고 있다. 그럼에도 불구하고, 고분자 미셀 시스템은 합성 과정 상의 표면 기능화의 어려움으로 인해 임상적용에 있어 많은 제약이 보고되고 있다. 1장에서는 암의 발생과정과 현재 암표적 치료에 사용되고 있는 두 가지 표적 전략에 대한 간략한 소개와 더불어, 암표적 치료를 위한 고분자 미셀의 현재 연구동향 및 본 연구의 목적을 서술하였다. 2장에서는 암표적 치료를 위한 새로운 기능성 나노전달체로서 비닐술폰 기능화 PEG-PLLA 고분자 미셀 개발에 관한 연구내용을 기술하였다. 현재 단백질 PEGylation을 위한 가장 효과적인 반응으로 알려진 Michael-type addition을 이용하여, 미셀 형성을 위한 양친매성 공중합체는 미셀 표면에 위치하는 친수성 PEG 한쪽 말단에 비닐술폰기를 갖도록 설계하였다. 동시에 생체적합성 및 생분해성을 갖는 폴리락티드를 소수성 블록으로 이용하여 임상적용이 용이하도록 하였다. 비닐술폰 함유 PEG-PLLA 공중합체 합성을 위한 비닐술폰기 함유 PEG는 PEG의 선택적 monotosylation으로부터 여러 단계의 합성과정을 거쳐 제조하였으며, 비닐술폰 함유 PEG-PLLA 공중합체는 L-lactide의 개환중합으로부터 합성하였다. 1H-NMR을 통해 각 단계별 PEG 유도체들 및 공중합체의 구조를 확인하였고, 소수성 PLLA 블록 길이를 조절함에 따라 공중합체의 물에 대한 용해도를 쉽게 변화시킬 수 있었다. 공중합체의 임계미셀농도 및 미셀크기는 각각 59.8 mg/L 및 37 nm으로 측정되었고, 비닐술폰 기능화 고분자 미셀의 반응성을 평가하기 위해 4 종류의 cysteine 함유 펩타이드 (L-cysteine, CREKA, c(RGDfC), TAT peptide)를 사용하였다. 그 결과, 용액 pH, 펩타이드 크기 및 서열에 따라 반응속도에 차이가 있었으며, 대부분의 펩타이드가 수용액 내에서 1시간 이내의 빠른 반응성을 나타내었다. 3장에서는 표적 리간드가 결합된 PEG-PLLA 미셀의 특성을 평가하였다. c(RGDfC) 또는 galactosamine이 결합된 공중합체는 미셀을 형성할 수 있었으며, 그 크기는 대조군 (33.5 nm)에 비해 약간 증가한 크기 (38.6 및 44.8 nm)를 나타내었다. 뿐만 아니라, 표적 리간드가 결합된 미셀의 표면은 약한 음전하를 띄고 있었으며, 이는 암표적화 미셀의 우수한 체내안정성에도 기여할 것으로 판단된다. 4장에서는 항암제인 doxorubicin (DOX)의 표적전달을 위한 c(RGDfC)-PEG-PLLA 미셀의 효과를 평가하였다. 비닐술폰 기능화 PEG-PLLA 미셀의 DOX 함유효율은 6.64  0.32 %였으며, 약물방출거동 평가에서 DOX는 4일 동안 미셀로부터 방출되었으나 약 80 %의 DOX가 하룻동안 방출되었다. HeLa 세포를 이용한 세포독성평가에서 비닐술폰 함유 PEG-PLLA 미셀은 10 mg/ml의 높은 농도에서조차 독성을 나타내지 않았다. DOX-loaded micelles의 경우, 0.1 g/ml 이하에서 세포독성을 보인 free DOX에 비해 뚜렷한 세포독성을 보였으나, c(RGDfC) 효과는 나타나지 않았다. FACS 및 CLSM을 통해 DOX를 함유한 c(RGDfC)-PEG-PLLA 미셀의 세포질내 유입을 확인하였으며, 방출된 DOX의 대부분은 3시간 후 세포핵과 효과적 결합을 하는 것으로 관찰되었다. 따라서, 본 연구에서 개발된 비닐술폰 기능화 PEG-PLLA는 현재 많이 사용되고 있는 다양한 종류의 암표적 리간드를 쉽게 도입할 수 있을 뿐 아니라 항암제 및 진단제를 함유 및 전달할 수 있어 앞으로의 암 치료연구에 매우 유용할 것으로 판단된다.