Cancer therapeutics has been investigated vigorously in bio-medical field as life span of human ex-tends. The conventional strategies for drug development in finding excellent synthetic drugs have been changed into the method for smart delivery of an efficient drug. In that sense, stimuli-responsive polymer and nucleic acid drugs are exploited. Here, I suggest two kinds of drug delivery system: thermal responsive drug release with poly(N-isopropylacrylamide) coated surface and dextran conjugated siRNA for high serum stability and efficient gene silencing.
Stimuli-sensitive polymer coatings of nanoporous materials have attracted increasing attention for controlled mass transport applications. However, most of the available techniques are based on surface-initiated polymerization that requires additional treatments for surface pre-activation. Here we report a facile one-step method to coat the pore surface of an anodized aluminum oxide (AAO) membrane with a pre-synthesized functional polymer. Monodisperse poly(N-isoproylacrylamide) (PNIPAAm) with a molecular weight of 12 kDa is synthesized via reversible addition fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization, followed by the conjugation of catechol, a mussel-derived adhesive molecule, to one chain end of the synthe-sized PNIPAAm. The catechol-conjugated PNIPAAm is successfully grafted to the surface of nanopores by infiltration of polymer solution through a porous alumina membrane. The temperature-controlled conforma-tional transition of the grafted PNIPAAm chain is correlated to the variations of contact angle and topography of the membrane surface. Our results show that the hindered diffusivity of dextran (40 kDa) through the 20-nm pores is determined by the surface wettability rather than the pore size. We expect that this simple coating approach can be extended as a general method for other polymer coatings to modify the surface of various nanostructured materials.
Small interfering RNA (siRNA) has been considered as a very attractive therapeutic alternative to chemical-based medicines; however, their chemical and biological instability and poor delivery efficiency often limit the wide use for clinical applications. Here we report a self-assembled polyelectrolyte complex based on dextran-siRNA conjugates linked via reductively cleavable disulfide bonds. The conjugates were ionically complexed with linear polyethylenimine to a colloidal nanoparticle of about 200 nm in diameter. The complex colloids show excellent dispersion stability in the presence of serum proteins due to the anti-fouling property of dextran exposed to the complex surface. Folates are employed as an active tumor-targeting moiety for the nanoparticles by conjugation of folates to the hydroxyl groups of dextran, enabling the efficient intracellular translocation into cancer cells. The enzymatic degradation of siRNA is effectively prevented within the complex. These results suggest that dextran-siRNA conjugates provide effective structural features for stabilization and intracellular delivery of siRNA therapeutics.
인간 평균 수명이 증가함에 따라 생물-의과학 분야에서 암 치료에 대한 연구는 꾸준히 그리고 활발하게 이루어지고 있다. 축적된 신약 개발의 기술을 바탕으로 기존의 화학적 합성을 통하여 얻어지는 약물 개발 전략에서 벗어나 약물 및 새롭게 각광 받는 유전자 치료제를 질병 표적 위치에 효과적으로 전달하는 스마트 약물 전달 방법에 대해 관심이 증대되고 있다. 특히, 기능성 고분자를 이용하여 약물 혹은 유전자를 전달하여 외부 자극에 의해 약물 방출을 조절하는 방법이나 표적 위치에 능동적으로 약물을 전달하는 방법에 대해 다양한 연구가 이뤄지고 있다. 이에, 여기서는 1) 단백질의 무작위적인 흡착을 저해할 수 있는 덱스트란 고분자를 이용한 유전자 전달 방법에 대한 연구와 2) 온도 민감성 고분자인 Poly(N-isopropylacrylamide)를 이용하여 표면 젖음성을 조절하여 약물 전달량을 제어하는 방법에 관한 연구를 진행하였다.
소간섭 알엔에이 (siRNA)는 전통적인 화학적 합성에 근간을 둔 약물의 매력적인 대안으로 떠오르고 있다. 그러나 화학, 생물학적인 불안정성 및 낮은 전달 효율과 같은 소간섭 알엔에이의 내재적인 한계점으로 인하여 임상으로 진입이 좌절되고 있다. 본 연구에서는 덱스트란과 소간섭 알엔에이가 이황화 결합으로 연결된 접합체를 개발하였다. 이것은 양이온성 고분자인 linear poly(ethylenimine)과 정전기적 인력으로 결합하여 200 nm 지름을 갖는 양이온성 나노입자를 형성하게 된다. 이 나노입자는 덱스트란 고분자로 표면이 코팅되어 있는 구조로서 유기물의 무작위적인 흡착을 저해하여 수계 분산시 우수한 콜로이드 안정성을 보인다. 또한 RNase와 같은 핵산 분해 효소에 의한 소간섭 알엔에이의 분해를 방어할 수 있는 장점을 지니고 있다. 이러한 특징으로 인하여 체내 조건을 모방한, 혈청을 포함하고 있는 배지환경에서 나노입자의 뭉침현상이 발생하지 않아 세포 내로 효율적으로 유입되는 현상을 보였으며, 이로 인해 효과적으로 표적 단백질의 발현을 낮출 수 있음을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라, 덱스트란 고분자가 지닌 수산화기를 이용하여 쉽게 엽산을 도입하여 엽산 수용체가 발현되어 있는 암세포에 능동적으로 유전자를 전달할 수 있음을 보였다. 또한, 녹색형광단백질(Green Fluorescence Protein, GFP)을 발현하고 있는 암세포가 이식된 쥐 모델을 통하여 그 효과를 검증하였다. 우수한 효율성을 보인 덱스트란-소간섭 알엔에이 접합체는 그 구조적인 장점과 더불어 화학, 생물학적 안정성을 바탕으로 다양한 전달체를 이용한 소간섭 알엔에이 전달의 기반 기술로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
자극 민감성 고분자를 나노 공극의 다공성 표면에 코팅하는 방법은 약물의 운반 (mass transport)을 제어할 수 있다는 점에서 많은 관심을 받고 있다. 그러나 나노 공극의 내부를 고분자를 이용하여 코팅하는 방법은 단분자를 이용하여 표면을 활성화 시킨 후 표면 발 고분자 중합 (surface initiated polymerization)을 하는 방법 혹은 그 응용 방법으로 한정되어 있다. 이를 해결하기 위하여, 본 연구에서는 양극성 산화 알루미늄 (Anodized Aluminum oxide, AAO) 다공성 막의 표면과 공극 내부를 기 합성된 고분자를 이용하여 쉽게 개질하는 새로운 방법에 대하여 제시한다. 분자량 12,000의 단분산된 분자량 (monodispersity)을 지닌 Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm)을 RAFT 중합법을 이용하여 합성한 후, 이 고분자의 말단에 카테콜을 도입함으로써 고분자와 산화 알루미늄의 접착을 유도하였다. 카테콜은 홍합에서 유래된 접착성 물질로 특히 금속 산화물과 효과적으로 결합하는 것이 잘 알려져 있다. 또한 PNIPAAm은 온도에 따라 그 구조(conformation)가 변화하는 특징을 보이며, 이는 PNIPAAm 고분자의 친수 및 소수 특성의 변화를 유도하게 된다. 이러한 변화는 PNIPAAm으로 개질된 표면에서 온도에 따른 접촉각 차이를 통하여 확인해 볼 수 있다. 본 연구에서는 카테콜 말단을 지닌 PNIPAAm을 이용하여 20 nm 크기의 나노 공극의 표면을 개질하여 약물 모델인 덱스트란 (분자량 40,000)의 공극 투과 현상을 관찰하였다. 고분자를 이용하여 나노 공극의 표면을 간단히 개질하여 기능성을 부여함으로써, 약물 전달을 제어할 수 있는 새로운 방법을 제시한다.
약물 전달기술은 신약 개발의 중요한 분야이다. 특히, 약물의 범위가 난용성 화합물에서 고분자량 단백질 약물이나 음이온성 핵산물질 등으로 확대되면서 새로운 방식의 약물 전달 기술은 끊임없이 발전하고 있다. 넓은 관점에서 살펴보면, 질병 표적 위치에 약물을 효과적으로 전달하고 그 외의 생체 독성을 차단하는 것이 약물 전달의 핵심 기술이다. 이러한 측면에서 기능성 고분자를 설계하여 특정 자극을 통해 약물 전달을 제어하는 것에 관한 연구는 앞으로도 활발하게 이루어질 것으로 기대한다.
