[논문 리뷰] Superparamagnetic iron oxide nanoparticles conjugated with doxorubicin for targeting breast cancer

Enrico Catalano|arXiv (Cornell University)|2019. 11. 13.

Nanoparticle-Based Drug Delivery인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 유방암 치료를 위한 표적화된 치료를 위해 도xorubicin(도세트르리신, DOX)과 공유된 초강자성 산화철 나노입자(SPIONs)를 개발한다. DOX-SPIONs는 세포 내 침투를 향상시키고 자기 초열치료를 통해 이중 작용을 하여 MCF-7 및 MDA-MB-231 세포의 증식을 현저히 억제하며, 세포독성의 상호보완 효과를 보이며 화학초열치료제로의 잠재력을 입증한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 유방암을 위한 자기 표적으로 하는 것과 약물 전달 기능을 통합한 다기능성 나노입자 시스템을 개발하기 위해.
• DOX를 포함한 SPIONs의 유산세포주에 대한 in vitro 효과를 조사하기 위해.
• 도세트르리신과 자기 초열치료의 상호작용이 암세포 증식 억제에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 자유도세트르리신과 비교하여 DOX-SPIONs의 세포 내 침투 및 세포독성의 차이를 평가하기 위해.
• DOX-SPIONs가 전이 억제를 위한 이중 기능성 화학초열치료제로서의 잠재력을 평가하기 위해.

제안 방법

• 음이온을 띤 다핵산성 초강자성 산화철 나노입자(SPIONs)의 합성.
• 전기적 상호작용을 통해 도세트르리신(DOX)을 SPIONs에 단계적으로 결합하는 과정.
• 세포 내 침투 추적을 위한 루비논 B로 SPIONs의 기능화.
• 세포 독성 및 세포 생존율 평가를 위한 MTT 실험 실시.
• 약물 유도 세포주기 정지 평가를 위한 세포주기 분석 수행.
• 형광 현미경 및 세포 분석기(flow cytometry)를 이용한 DOX-SPIONs의 세포 내 침투 농도 측정.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자유도세트르리신과 비교하여 DOX-SPIONs는 MCF-7 및 MDA-MB-231 유방암 세포에서 세포 내 침투 및 세포독성을 높이는가?
• RQ2 DOX와 자기 초열치료의 상호작용은 암세포 증식에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 SPIONs의 표면 전하가 DOX의 적재 및 전달 효율성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 DOX-SPIONs는 유방암 세포에서 세포주기 진행을 어느 정도 억제하는가?
• RQ5 DOX-SPIONs는 영상 진단과 표적 치료의 이중 기능을 수행할 수 있는가?

주요 결과

• 자유도세트르리신에 비해 DOX-SPIONs는 MCF-7 및 MDA-MB-231 세포에서 유의적으로 더 높은 세포 내 침투를 보였다.
• DOX-SPIONs는 도세트르리신과 자기 초열치료의 상호작용으로 인해 향상된 세포독성을 보였다.
• DOX-SPIONs 치료 후 양세포주에서 세포 생존율이 유의적으로 감소하여 효과적인 증식 억제가 이루어졌음을 나타냈다.
• 세포주기 분석 결과, DOX-SPIONs는 G2/M기 억제를 유도하였으며, 이는 도세트르리신의 기전과 일치하였다.
• 형광 추적 결과, DOX-SPIONs의 효율적인 세포 내 전달이 확인되어 표적 치료 잠재력이 높음을 뒷받침하였다.
• 이 시스템은 in vitro에서 이중 기능성 전이 억제 화학초열치료제로서의 잠재력을 보였다.