Ferritin, an iron storage protein with a spherical cage structure, has extensively studied as a protein-based drug delivery carrier because it can load diverse small drug molecules into the cavity and specifically target tumor cells. However, the pharmacokinetic limitations caused by the small size of the monomer cage, as well as the unclear loading method, not only make universal drug applicability difficult, but also result in a low loading rate, which needs to be improved. To overcome the limitations of small vehicles in previous studies, high-order ferritin and ferritin-coated nano-droplet particles were developed in this paper as universal biomolecule carriers with controllable size. The self-limited higher-order ferritins fabricated with partial surface activation of ferritin demonstrated enhanced intracellular uptake due to the synergistic effect of the targeting derived from its multivalent properties. Furthermore, protein nano-droplet particles with a narrow size distribution of several hundred nanometers were fabricated by coating the surface of biomolecular condensate with high-order ferritin. It was possible to load macro biomolecules such as nucleic acids and proteins in a stable way. It is expected that by developing a new concept platform that precisely and stably fabricates the size-controllable carrier with target drugs at high density, it will be used as a universal delivery system that can respond to requirements that vary depending on the delivery environment or purpose, such as immunotherapy or gene therapy.
구형 케이지 구조를 갖는 철 저장 단백질인 페리틴은 내부에 약물 분자들을 적재할 수 있고 종양 세포를 특이적으로 표적할 수 있어 단백질 기반 약물전달체로 주목받고 있지만, 단량체 케이지의 작은 사이즈로 인한 약동학적 한계와 확립되지 않은 효율적인 로딩 방법은 범용 약물에 대한 적용을 제한하고 낮은 로딩률을 초래하여 개선을 필요로 한다. 본 연구에서는 다중 페리틴 결합체, 페리틴이 코팅된 나노-드랍렛 파티클을 개발하여 크기 조절이 가능한 범용 생체분자 전달체로 기존 연구에서의 작은 전달체가 가졌던 한계점을 극복하고자 했다. 페리틴의 부분 표면 활성화를 통해 제작된 자체 제한(self-limited) 페리틴 고차 구조는 다가적 특성에 의한 표적기능의 시너지 효과로 단량체의 전달체보다 우수한 세포내 흡수 효능을 보여주었다. 또한 생체분자 응축물의 표면을 페리틴 고차 구조로 코팅하여 성장이 제한된 수백 나노미터의 좁은 크기 분포로 이루어진 단백질 나노-드랍렛 파티클의 제작은 핵산이나 단백질 같은 거대한 생체분자의 안정한 로딩을 가능하게 했다. 전달체의 사이즈를 정밀하고 안정하게 제작하고, 타겟 의약품을 높은 밀도로 포함하는 신개념 플랫폼의 구축은 면역치료나 유전자 치료 등 전달 환경 혹은 목적에 따라 달라지는 요건에 맞춤형으로 대응할 수 있는 범용 전달체로 활용될 것으로 기대된다.
