[論文レビュー] Superparamagnetic iron oxide nanoparticles conjugated with doxorubicin for targeting breast cancer

Enrico Catalano|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 2019

Nanoparticle-Based Drug Delivery被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、ドキソルビシン（DOX）と結合したスーパーパラマグネティック鉄酸化ナノ粒子（SPIONs）を用いて、標的性のある乳がん治療を実現するための新規ナノ粒子システムを開発した。DOX-SPIONsは、細胞内への取り込みを促進し、磁気ハイパーサーミアを誘発する二重作用を示し、MCF-7およびMDA-MB-231細胞において増殖を顕著に阻害した。DOXと磁気ハイパーサーミアの相乗作用による細胞傷害効果が確認され、化学熱療法薬としての可能性が示された。

ABSTRACT

Development of the next generations of cancer therapy modalities is currently a crucial requirement of oncology. Advances in nanotechnology are bringing us closer to the development of dual and multifunctional nanoparticles that are challenging the traditional distinction between diagnostic and treatment agents. The chase of innovative, multifunctional, more efficient, and safer treatments is a major challenge in preclinical nanoparticle-mediated thermotherapeutic research for breast cancer. Here, we report that iron oxide nanoparticles have the dual capacity to act as both magnetic and drug delivery agents. The aim of this work was to investigate the in vitro effect of the loading of doxorubicin (DOX) on negatively charged polycarboxylic iron-oxide nanoparticles (SPIONs) and Rhodamine B functionalized SPIONs on breast carcinoma cell lines. For proper analysis and understanding of cell behavior after administration of DOX-SPIONs compared with free DOX, a complex set of in vitro tests, including production of MTT assay, cell cycle determination, and cellular uptake, were utilized. In summary, we have developed a magnetic nanoparticle-based drug delivery system that sequentially delivers the cytotoxic drug doxorubicin to breast cancer cells (MCF-7 and MDA-MB-231). The drug-coated nanoparticles, DOX-NPs, were assembled stepwise, with doxorubicin adsorbed to bare iron oxide nanoparticles first, by electrostatic reaction and allowed for the complexation of doxorubicin. In contrast, they were internalized to a much greater extent in MCF-7 and MDA-MB-231 cells and were cytotoxic due to the synergistic action of the two drugs and the effects of hyperthermia. The drug-coated particles were able to inhibit growth and proliferation of breast cancer cells in vitro, indicating that the system has potential to act as an antimetastatic chemothermotherapeutic agent.

研究の動機と目的

• 乳がんに対する磁気的標的化と薬物送達を統合した多機能ナノ粒子システムの開発。
• DOXを担持したSPIONsの乳がん細胞線維におけるin vitro 効果の検討。
• ドキソルビシンと磁気ハイパーサーミアの相乗作用ががん細胞増殖を阻害するメカニズムの評価。
• 自由ドキソルビシンと比較したDOX-SPIONsの細胞内取り込みおよび細胞傷害性の評価。
• DOX-SPIONsが転移抑制効果を示す化学熱療法薬としての可能性の評価。

提案手法

• 負に帯電したポリカルボキシル酸型スーパーパラマグネティック鉄酸化ナノ粒子（SPIONs）の合成。
• 静電的相互作用を介してドキソルビシン（DOX）をSPIONsに段階的に結合化。
• 細胞内取り込みの追跡を可能にするため、SPIONsにルービンBを機能化。
• MTTアッセイを用いて細胞傷害性および細胞接着性の評価。
• 細胞周期解析を実施し、薬剤誘発性の細胞周期停止の程度を評価。
• 蛍光顕微鏡およびフローサイトメトリーを用いてDOX-SPIONsの細胞内取り込み量を定量。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 自由ドキソルビシンと比較して、DOX-SPIONsはMCF-7およびMDA-MB-231乳がん細胞における細胞内取り込みおよび細胞傷害性を顕著に向上させるか？
• RQ2 ドキソルビシンと磁気ハイパーサーミアの相乗作用は、がん細胞増殖にどのような影響を及ぼすか？
• RQ3 SPIONsの表面電荷は、DOXの担持および効率的な送達にどのように影響するか？
• RQ4 DOX-SPIONsは、乳がん細胞における細胞周期進行をどの程度阻害するか？
• RQ5 DOX-SPIONsは、画像診断と標的療法の両方の機能を果たす可能性を有するか？

主な発見

• 自由ドキソルビシンと比較して、DOX-SPIONsはMCF-7およびMDA-MB-231細胞への取り込みが顕著に増加した。
• ドキソルビシンと磁気ハイパーサーミアの相乗作用により、DOX-SPIONsは増強された細胞傷害性を示した。
• DOX-SPIONs処理後、両細胞系列で細胞接着性が顕著に低下し、増殖阻害効果が確認された。
• 細胞周期解析の結果、DOX-SPIONsはG2/M期の細胞周期停止を誘導した。これはドキソルビシンの作用メカニズムに一致した。
• 蛍光追跡により、DOX-SPIONsの効果的な細胞内送達が確認され、標的療法への応用可能性が裏付けられた。
• 本システムは、in vitro において二重機能型転移抑制化学熱療法薬としての可能性を示した。