Nanoparticles have been widely used in biological and biomedical fields. To achieve certain purpose,
nanoparticles should be functionalized with diverse molecules through genetic or chemical modification.
Therefore, we developed genetically functionalized nanoparticles for improved systems by simple
construction.
In chapter 1, we developed genetically functionalized ferritin nanoparticles for immunoassay and
imaging. Ferritins are known as self-assembled protein nanoparticles, and we fused human IgG-specific
repebody to N-terminal heavy-chain ferritin subunit to construct repebody-ferritin nanoparticles. The
repebody-ferritin nanoparticles were shown to have a three-order of magnitude higher binding affinity toward
human IgG than free repebody due to multivalency. Also, the dye-labeled repebody-ferritin nanoparticles
were applied for immunoassay such as western blot, cell imaging and flow cytometry. As a result, the
repebody-ferritin nanoparticles generated much stronger fluorescent signals than monovalent repebody.
In chapter 2, we described a targeted gene delivery system through electrostatic assembly. To deliver
genetic molecules to specific cells, we used PAMAM dendrimers and EGFR-specific repebody. A polyanionic
peptide was incorporated into EGFR-specific repebody to generate the assembly of dendrimer complex
through electrostatic interaction. The resulting dendrimer complex showed an increased efficiency with
negligible cytotoxicity in a receptor-specific manner. We confirmed the internalization of the dendrimer
complex and dissociation of plasmid DNA from the complex.
In this study, we demonstrated the utility of genetically functionalized nanoparticles for immunoassay
and gene delivery. The resulting nanoparticles can be effectively used for sensitive immunoassay and efficient targeted gene delivery.
나노입자는 의학 및 생명과학 분야에 널리 연구되고 있다. 이러한 나노입자는 홀로 이용되지 않고, 유전자적 혹은 화학적 변형을 통해 다양한 분자들로 기능화되어 이용되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 특정 시스템을 향상시키기 위해 간단하게 만들 수 있는 유전자적으로 기능화된 나노입자를 개발하는 연구를 수행하였다.
1 장에서는 면역분석법과 세포 이미징을 위한 유전자적으로 기능화된 페리틴 나노입자를 개발하는 연구를 수행하였다. 페리틴은 자가조립으로 형성되는 단백질 나노입자이며, 따라서 인간면역글로불린 G 에 특이적으로 결합하는 리피바디를 heavy-chain 페리틴 서브유닛에 융합하여 리피바디-페리틴 나노입자를 형성시켰다. 이 리피바디-페리틴 나노입자는 단일 리피바디에 비해 인간면역글로불린 G 에 대한 결합력이 대략 1000 배 정도 향상되었음을 확인하였고, 이는 많은 리간드를 노출시킴에 의한 것임을 확인하였다. 그리고 형광 물질을 표지한 페리틴-리피바디 나노입자를 단백질 검출 검사, 세포 이미징 그리고 유동 세포 분석법에 적용하였다. 그 결과, 리피바디-페리틴 나노입자가 단일 리피바디에 비해 더 강한 형광 신호를 생시킬 수 있음을 확인하였다.
2 장에서는 정전기적 결합을 통해 특정 표적 지향 유전자 전달 시스템을 개발하였다. 특정 세포에 유전자 물질을 전달하기 위해, 덴드리머와 상피 성장 인자 수용체에 특이적으로 결합하는 리피바디를 이용하였다. 덴드리머 복합체를 정전기적 상호 작용으로 조립하기 위하여, 폴리 음이온 펩타이드를 리피바디에 결합시켰다. 그 결과, 덴드리머 복합체는 매우 낮은 세포독성을 보였으며 수용체 특이적 방법을 통해 향상된 전달 효율성을 보였다. 또한 형광 공초점 현미경을 통하여, 덴드리머 복합체의 세포 내 진입과 유전자 물질과의 해리를 확인하였다.
위의 연구들을 통해, 면역분석법과 유전자 전달을 위한 유전자적으로 기능화된 나노입자의 유용성을 확인하였다. 이러한 나노입자들은 민감도가 높은 면역분석법과 효율적인 표적 지향 유전자 전달에 효과적으로 이용될 수 있을 것이다.
