As nano-sized vesicles, membrane vesicles (MVs) are secreted from various cells such as cancer and immune cells. They have various functions such as cell-cell interaction, immune responses. Especially, cancer-derived membrane vesicles (CMVs) have an important role in tumorigenesis. They involve in tumor progression, angiogenesis and metastasis. Due to these different properties in tumorigenesis and advantages as a drug carrier such as long circulation time and low toxicity, many researches which try to use CMVs as a drug carrier for cancer treatment have been carried out. In order to load drugs to MVs, many techniques have been used such as incubation of CMVs with drug, genetic engineering and electroporation. But these techniques have some limitations. The stability and natural properties of CMVs can be influenced. The most important thing is the isolated in vitro CMVs may act differently in vivo to reality. In order to use CMVs as a drug carrier for cancer treatment more effectively, the technique which load drugs to MVs without any influence on properties of CMVs and isolation is needed. In this study, we suggest a novel technique for drug loading to MVs. The key point is to engineer cancer cells to secret MVs containing drugs using nanotechnology. We used membrane fusogenic liposomes (MFLs) which fuse with cellular membrane but not cellular uptake by endocytosis. 100nm-sized MFLs go to tumor region by EPR effects, deliver hydrophobic and hydrophilic model drugs to membrane or cytosol of cancer cells and the engineered cancer cells can secret MVs containing model drugs. First, we investigated the fusogenesity of MFLs compared to non-fusogenic liposomes (NFLs) using fusion assay and confocal microscopy. The effects on cancer cells such as cell viability and amount of secreted CMVs by MFLs were investigated and the loading efficiency was compared between MFLs and NFLs. Also, the properties of CMVs such as size, morphology and protein composition were analyzed both control and drug-loaded CMVs.
In results, MFLs fused with cellular membrane and could load both hydrophobic and hydrophilic model drugs to CMVs more effectively than NFLs. Also, the properties of CMVs were very similar between control and model drugs-loaded CMVs. In short, we modified CMVs without isolation from cancer cells and any influence on the properties of CMVs and may further modify CMVs in vivo. Consequently, this technique is a novel and simple methods. This technique enable CMVs to be used as a drug carrier for cancer treatment and can be also used in purpose for research on the functions of CMVs.
세포막성 수포는 다양한 세포로부터 방출되는 나노사이즈의 수포형태의 입자로서 생체내에서 다양한 기능을 한다고 알려져있다. 이들은 다양한 단백질 및 유전정보를 세포로부터 방출 및 다른 세포로의 전달을 함으로써 세포간의 상호작용 및 질병의 촉진 등에 중요한 기능을 한다. 특히 암세포에서 기원한 세포막성 수포는 암세포의 증식, 신생혈관형성과 같은 종양형성 및 암의 전이에 중요한 역할을 한다. 최근 암세포 기원한 세포막성 수포의 다양한 기능이 밝혀짐에 따라 이를 약물전달체로서 사용하고자 하는 연구가 활발히 진행중이다. 이를 약물전달체로서 사용하기 위해선 세포막성 수포를 변형하는 기술이 필요한데 세포막성 수포를 변형하는 다양한 기존의 기술들이 존재한다. 대표적으로 약물과 세포막성 수포의 배양 (incubation), 유전공학 (genetic engineering)을 이용한 세포막성 수포 기원세포 자체의 변형 및 세포막성 수포로의 유전자 함입을 위한 전기천공법 (electroporation)이 존재한다. 이러한 기술들은 세포막성 수포의 자연적인 특성에 영향을 줄 뿐만 아니라 다소 힘들며 경제적으로 비효율적이라는 단점이 있다. 본 연구에선 이러한 단점들을 보완하는 새로운 세포막성 수포의 변형 기술을 제안하였다. 세포막과 융합할 수 있는 세포막 결합성 리포좀을 이용하여 암세포로 약물을 전달함으로써 변형한 후 변형된 암세포로부터 자연적인 메커니즘에 의해 변형된 세포막성 수포를 얻는것이다. 기존에 세포내 이입 (endocytosis)과정에 의해 세포로 이입되는 리포좀과 달리 세포막 결합성 리포좀은 세포막과 직접 융합함으로써 소수성 약물과 친수성 약물을 세포막과 세포질로 각각 전달할수 있다. 이러한 과정을 통해 변형된 암세포는 세포외 방출 (exocytosis)및 세포막의 기포형성 (blebbing)과 같은 자연적인 과정을 통해 변형된 세포막성 수포를 방출할 수 있다. 이러한 방법을 이용함으로써 세포막성 수포의 물리적 또는 생물학적인 특성을 보존하며 세포막성 수포의 막과 내부에 소수성, 친수성 모델약물을 동시에 함유하였다. 이 기술은 기존에 존재하지 않는 새로운 세포막성 수포의 변형방법으로서 기존 기술들의 단점들을 보완하는 동시에 효과적으로 다양한 약물을 함유시킬 수 있는 기술이다. 더 나아가 이 기술을 사용함으로써 더 효과적으로 세포막성 수포를 약물전달체로서 이용할 수 있을 뿐만 아니라 세포막성 수포의 기능 규명 및 다양한 연구에 이용될 수 있을 것으로 사료되어진다.
