Glioblastoma multiforme (GBM) is the most common and aggressive primary malignant brain tumor having low median survival time with conventional therapy. The presence of blood-brain barrier (BBB) impedes the delivery of therapeutic agents in bloodstream into brain parenchyma. Local delivery methods can circumvent BBB, but distribution of drugs is restricted due to the absence of driving force. A convention-enhanced delivery (CED) is the local injection method driven by pressure gradient via injection pump, resulting in the enhanced penetration of drugs. However, unprotected free drugs can be readily degraded by enzymes or cleared by drainage system. In this study, we have engineered the optimal formulation of liposome that shows enhanced penetration, cellular uptake and retention in brain tissue after CED. Liposomes with various size, surface chemistry and fluidity were synthesized and their capability of cellular uptake to tumor cell was assessed. Liposome with strong positive charge, no PEGylation and low fluidity enters well into tumor cells via endo-lysosomal pathway. CED of liposomes with low fluidity to healthy mouse brain revealed that PEGylation increased the distribution while the quantity was very low. Positive charge liposome aggregated near the injection site. Liposome that has both PEG and positive charge showed the best capability of distribution and accumulation. This formulation also indicated great retention after 48 hours. Biodistribution of liposomes in organs further demonstrated that PEGylated liposome cleared from brain and accumulated in the liver, spleen and cervical lymph nodes. This trend was repeated in tumor condition, with even faster clearance of PEGylated formulation. Finally, we examined the therapeutic efficacy of everolimus (Eve)-embedded liposomes. Both in vitro and in vivo, liposome with both PEG and positive charge demonstrated better effects than only-PEGylated liposome. This optimized liposomal formulation with enhanced penetration, cellular uptake and retention can further improve the therapeutic outcomes for GBM treatment.
교모세포종은 통상치료를 병행해도 낮은 중간생존시간을 보이는 가장 흔하고 공격적인 악성 뇌종양이다. 혈관-뇌 장벽은 혈류에서 뇌조직으로 치료물질이 전달되는 것을 방해한다. 국소전달법은 혈관-뇌 장벽을 피할 수 있지만 추진력이 없기 때문에 약물의 분포가 제한된다. 전도촉진전달은 주입펌프로 인해 생기는 압력구배를 이용한 국소전달로 보다 향상된 약물침투를 보인다. 하지만 보호받지 못한 약물은 효소에 의해 분해되거나 배수시스템에 의해 쉽게 제거될 수 있다. 본 연구팀은 전도촉진전달 후 뇌조직 안에서 향상된 침투, 세포 흡수 그리고 유지를 보이는 리포좀 조성을 설계하였다. 다양한 크기, 표면 구성 그리고 유동성을 가진 리포좀을 제조하고 암세포에 흡수되는 능력을 평가하였다. 강한 양전하를 가지고 PEG 코팅이 없고 유동성이 낮은 리포좀이 내부-리소좀 경로를 통해 암세포에 잘 들어갔다. 낮은 유동성을 가진 리포좀을 건강한 쥐의 뇌에 전도촉진전달한 결과 PEG 코팅이 분포를 증가시키지만 양은 매우 적은 것을 확인하였다. 양전하 리포좀은 주입위치 근처에 뭉치는 현상을 보였다. PEG 코팅과 양전하를 모두 가진 리포좀은 분포와 축적 능력에서 가장 좋은 결과를 보였다. 이 조성은 48시간 후에도 강한 유지능력을 보였다. 리포좀의 장기 내 분포를 관찰한 결과 PEG 코팅된 리포좀은 뇌에서 제거된 후 간, 지라 그리고 목림프절에 축적되었다. 이 경향은 뇌종양 조건에서도 반복되었는데, PEG 코팅된 리포좀의 제거가 더 빨랐다. 마지막으로 에베로리무스 약물을 탑재한 리포좀의 치료능을 조사하였다. PEG 코팅과 양전하가 모두 있는 리포좀이 세포실험과 동물실험에서 모두 PEG 코팅만 있는 리포좀보다 좋은 효과를 보였다. 침투, 세포 흡수 그리고 유지능력이 향상된 최적화된 리포좀 조성이 교모세포종 치료를 위한 향상된 결과를 보일 수 있을 것이다.
