Phototherapy is a promising strategy for cancer treatment due to its selective and localized therapeutic effect by laser irradiation. There are two major types of phototherapy: photothermal therapy and photodynamic therapy. Photothermal therapy damages malignant cells by using heat converted from light by an agent. On the other hand, photodynamic therapy uses photosensitizer that becomes cytotoxic upon irradiation with laser light at excitation wavelength. For photothermal therapy, biocompatible gold nanoparticles are widely studied as potential agents, as these nanoparticles show high absorption of light and efficient generation of heat by conversion from light energy. Structure of gold nanoparticles is the main factor in changing absorption wavelength, thus synthesizing gold nanoparticles with high absorption in near infrared region (NIR) is important, where the light is known to travel biological tissue deeply. For photodynamic therapy, Zinc Phthalocyanine (ZnPC) is widely used in researches as a photosensitizer, as it is highly active at NIR. However, due to its hydrophobicity, ZnPC must be delivered into cells or tissues by nanocarriers having a hydrophobic region. Among such nanocarriers, liposomes are widely used in clinics. For synergistic phototherapy by combining photothermal and photodynamic therapy, we herein introduce photosensitizerloaded gold-coated liposomes named "plasmonic liposomes". We optimized the synthesis conditions for efficient absorption of light in the NIR region. The plasmonic liposome showed optical tunability, similar to that of the conventional gold nanoshell, by controlling the thickness of gold coating. With this optical tunability and drug loading property of plasmonic liposome, we loaded NIR photosensitizer (ZnPC) in the nanoparticle, and controlled the absorption wavelength peak of plasmonic liposome to the excitation wavelength of photosensitizer. Photothermal effect of gold nanostructure and photodynamic effect of loaded ZnPC were measured during single laser irradiation. We found that plasmonic liposomes generated heat with temperature increase up to 20℃. We further demonstrated enhanced photodynamic effect compared to that of ZnPC-loaded liposome. We found that photodynamic effect was enhanced by temperature of solution increase in followed experiment, thus we believe that thermal effect could influence the activity of ZnPC, which is loaded in liposome. With in vitro cancer cell treatment experiment, we demonstrated that ZnPC-loaded plasmonic liposomes have higher ability to kill the cancer cells, compared to nanoparticles having photothermal or photodynamic effect singularly. We expect that plasmonic liposomes could become a powerful nanodevice for synergistic effect of photothermal and photodynamic therapy.
광치료는 레이저 조사에 의한 선택적이고 국부적인 치료효과를 가진다는 점에서 항암치료에 기대를 모으고 있는 전략이다. 광치료에는 광열치료과 광역동 치료라고 하는 두가지 형태의 주된 방식이 있다. 광열치료는 약제에 의해 빛이 열로 전환되고 이 빛에 의해 악성세포에 손상을 준다. 반면에 광역동 치료는 특정파장의 빛을 사용할때 빛에 의해 광감작제가 흥분되어 세포독성을 가지게 되는 점을 이용한다. 광열치료에 있어서 많이 사용되는 것은 금나노입자고, 빛에너지를 열에너지로 전환시키는데에 효율이 좋기때문이다. 금나노입자의 구조는 흡수하는 빛의 파장변화에 가장 크게 영향을 주는 요인이므로, 생체내 투과도가 높은 근적외선 영역의 파장을 흡수하도록 금나노입자의 구조를 디자인하는 것이 중요하다. 광역동치료에서는 근적외선에서 빛을 흡수하는 Zinc phthalocyanine (ZnPC)를 많이 사용한다. 하지만 소수성을 가지는 ZnPC는 세포나 조직으로 전달되기 위해서는 소수성 부분을 가지는 나노전달체가 반드시 필요하다. 이러한 나노전달체 중에는 리포좀이 널리 사용이 되고 있다. 광열치료와 광역동치료의 조합에 의한 광치료의 상승적효과를 위해서 우리는 플라즈몬성 리포좀이라고 명명한 광감작제가 함유된 금 코팅 리포좀을 합성했다. 우리는 이 나노입자가 금적외선의 빛을 흡수하도록 최적화 했다. 이 플라즈몬성 리포좀은 금코팅의 두께를 조절함으로써 기존의 금나노껍질과 같이 광학적 흡수파장 변동이 가능하다. 우리는 ZnPC를 이 나노입자에 넣고 플라즈몬성 리포좀의 흡수파장을 ZnPC의 흡수파장과 동일하게 만들었다. 금 구조로부터 나오는 광열효과와 함유된 ZnPC로 부터 나오는 광역동효과를 단일 레이저 조사로 확인할 수 있었다. 우리는 플라즈몬성 리포좀이 20℃ 까지 온도를 상승시키는 것을 확인하였다. 또한 ZnPC함유 리포좀에 비교하여 ZnPC함유 플라즈몬성 리포좀에서는 ZnPC의 광역동 효과가 더 상승되는 것을 확인했다. 이것은 온도상승에 의한 것임을 후속 실험에 의해 밝혀 냈다. 세포실험을 통해서 우리는 ZnPC함유 플라즈몬성 리포좀에 의한 상승적 효과는 플라즈몬성 리포좀이나 ZnPC함유 리포좀에 의한 광열치료와 광역동치료의 단일 시행보다 월등한 효과를 보이는 것을 확인할 수 있었다. 우리는 광열효과와 광역동 치료의 상승적효과를 이용하는 플라즈몬성 리포좀이 강력한 나노약제로 사용될 것이라고 기대한다.
