[논문 리뷰] Drug delivery with carbon nanotubes for in vivo cancer treatment

Zhuang Liu, Kai Chen외 5명|PubMed|2008. 08. 14.

Carbon Nanotubes in Composites참고 문헌 3인용 수 2,331

한 줄 요약

논문은 Taxol과 비교했을 때 생체 내에서 paclitaxel–carbon nanotube conjugate (SWNT-PTX)의 전달이 종양 억제를 강화하고, 순환이 길며 EPR에 의해 종양 흡수가 증가하고, 담관 경로를 통해 배설되며 정상 기관 독성은 미미하다는 것을 보여준다.

ABSTRACT

Chemically functionalized single-walled carbon nanotubes (SWNT) have shown promise in tumor-targeted accumulation in mice and exhibit biocompatibility, excretion, and little toxicity. Here, we show in vivo SWNT drug delivery for tumor suppression in mice. We conjugate paclitaxel (PTX), a widely used cancer chemotherapy drug, to branched polyethylene glycol chains on SWNTs via a cleavable ester bond to obtain a water-soluble SWNT-PTX conjugate. SWNT-PTX affords higher efficacy in suppressing tumor growth than clinical Taxol in a murine 4T1 breast cancer model, owing to prolonged blood circulation and 10-fold higher tumor PTX uptake by SWNT delivery likely through enhanced permeability and retention. Drug molecules carried into the reticuloendothelial system are released from SWNTs and excreted via biliary pathway without causing obvious toxic effects to normal organs. Thus, nanotube drug delivery is promising for high treatment efficacy and minimum side effects for future cancer therapy with low drug doses.

연구 동기 및 목표

• 화학적으로 기능화된 단일벽 탄소 나노튜브(SWNTs)를 이용한 생체 내 종양 표적화 및 억제를 입증한다.
• paclitaxel을 SWNTs에 접합시키면 물에 대한 용해도가 증가하고 효과적인 종양 전달이 가능하다고 보인다.
• 마우스 모델에서 SWNT-PTX의 약물동태(약물동학), 종양 흡수, 배설 경로 및 전신 독성을 평가한다.

제안 방법

• SWNTs의 가지형 폴리에틸렌글리콜(PEG) 사슬에 가교 절단 가능한 에스터 결합을 통해 paclitaxel을 결합시켜 SWNT-PTX를 형성한다.
• 4T1 유방암 모델의 마우스에서 종양 억제를 평가하고 임상용 Taxol과의 효능를 비교한다.
• 혈액 순환 지속 시간과 종양 내 PTX 흡수를 평가하여 전달 효율을 추정한다. 이는 EPR에 의해 가능하다고 본다.
• 포식계(reticuloendothelial) 시스템에서 약물 분자의 방출과 담관 경로를 통한 배설을 조사한다.
• 생체적합성을 판단하기 위한 정상 기관에 대한 잠재 독성을 검토한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SWNTs가 생체 내에서 종양에 paclitaxel을 효과적으로 전달할 수 있는가?
• RQ2 SWNT-PTX가 마우스 유방암 모델에서 Taxol보다 더 높은 종양 흡수와 더 큰 종양 억제를 제공하는가?
• RQ3 SWNT-PTX의 약물동태 특성 및 배설 경로는 무엇이며, 정상 기관에 관찰 가능한 독성 효과가 있는가?

주요 결과

• SWNT-PTX는 마우스 유방암 모델에서 Taxol보다 종양 성장을 억제하는 효과가 더 크다.
• SWNT 전달은 혈액 순환 기간을 연장하고 종양 PTX 흡수를 증가시키며, EPR 기반 전달과 일치한다.
• 포식계 시스템으로 운반된 약물 분자들이 SWNT에서 방출되어 담관 경로를 통해 배설된다.
• 본 연구에서 정상 기관에 대한 현저한 독성 효과는 관찰되지 않았다.