KR102742323B1 - Tumor Targeting Exosome loaded with sonosensitizers and a preparing method thereof - Google Patents
Tumor Targeting Exosome loaded with sonosensitizers and a preparing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR102742323B1 KR102742323B1 KR1020210092805A KR20210092805A KR102742323B1 KR 102742323 B1 KR102742323 B1 KR 102742323B1 KR 1020210092805 A KR1020210092805 A KR 1020210092805A KR 20210092805 A KR20210092805 A KR 20210092805A KR 102742323 B1 KR102742323 B1 KR 102742323B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- exoicg
- exosomes
- ultrasound
- indocyanine green
- cells
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 210000001808 exosome Anatomy 0.000 title claims abstract description 209
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 title claims abstract description 113
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 23
- 230000008685 targeting Effects 0.000 title description 3
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims abstract description 134
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 7
- MOFVSTNWEDAEEK-UHFFFAOYSA-M indocyanine green Chemical compound [Na+].[O-]S(=O)(=O)CCCCN1C2=CC=C3C=CC=CC3=C2C(C)(C)C1=CC=CC=CC=CC1=[N+](CCCCS([O-])(=O)=O)C2=CC=C(C=CC=C3)C3=C2C1(C)C MOFVSTNWEDAEEK-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 235
- 229960004657 indocyanine green Drugs 0.000 claims description 232
- OVBPIULPVIDEAO-LBPRGKRZSA-N folic acid Chemical compound C=1N=C2NC(N)=NC(=O)C2=NC=1CNC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(O)=O)C=C1 OVBPIULPVIDEAO-LBPRGKRZSA-N 0.000 claims description 98
- 235000019152 folic acid Nutrition 0.000 claims description 52
- 239000011724 folic acid Substances 0.000 claims description 52
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 47
- OVBPIULPVIDEAO-UHFFFAOYSA-N N-Pteroyl-L-glutaminsaeure Natural products C=1N=C2NC(N)=NC(=O)C2=NC=1CNC1=CC=C(C(=O)NC(CCC(O)=O)C(O)=O)C=C1 OVBPIULPVIDEAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 47
- 229960000304 folic acid Drugs 0.000 claims description 47
- LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I dipotassium trisodium dihydrogen phosphate hydrogen phosphate dichloride Chemical compound P(=O)(O)(O)[O-].[K+].P(=O)(O)([O-])[O-].[Na+].[Na+].[Cl-].[K+].[Cl-].[Na+] LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I 0.000 claims description 33
- 239000002953 phosphate buffered saline Substances 0.000 claims description 33
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 18
- 238000000527 sonication Methods 0.000 claims description 9
- 206010006187 Breast cancer Diseases 0.000 claims description 8
- 208000026310 Breast neoplasm Diseases 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 8
- 239000008194 pharmaceutical composition Substances 0.000 claims description 8
- 230000000259 anti-tumor effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 claims description 3
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 abstract description 17
- 238000011068 loading method Methods 0.000 abstract description 10
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 abstract description 8
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 abstract description 8
- 238000002428 photodynamic therapy Methods 0.000 abstract description 6
- 230000001268 conjugating effect Effects 0.000 abstract description 2
- 210000004881 tumor cell Anatomy 0.000 abstract description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 112
- 241000699670 Mus sp. Species 0.000 description 44
- 239000003642 reactive oxygen metabolite Substances 0.000 description 36
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 25
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 21
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 21
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 20
- 238000009214 sonodynamic therapy Methods 0.000 description 19
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 15
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 13
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 description 13
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 13
- 239000002539 nanocarrier Substances 0.000 description 11
- -1 porphyrin compounds Chemical class 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 9
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 9
- 230000035508 accumulation Effects 0.000 description 8
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 8
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 8
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 8
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 8
- 230000004614 tumor growth Effects 0.000 description 8
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 7
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 7
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 7
- 230000004700 cellular uptake Effects 0.000 description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 7
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 7
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 6
- 230000030833 cell death Effects 0.000 description 6
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 6
- 231100000135 cytotoxicity Toxicity 0.000 description 6
- 230000003013 cytotoxicity Effects 0.000 description 6
- 239000012091 fetal bovine serum Substances 0.000 description 6
- 210000004185 liver Anatomy 0.000 description 6
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 6
- 241000699666 Mus <mouse, genus> Species 0.000 description 5
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000011033 desalting Methods 0.000 description 5
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 5
- 239000003937 drug carrier Substances 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 229940014144 folate Drugs 0.000 description 5
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 5
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 5
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 5
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 5
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 5
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 5
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 5
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 description 4
- 102100025222 CD63 antigen Human genes 0.000 description 4
- 102100027221 CD81 antigen Human genes 0.000 description 4
- 208000032612 Glial tumor Diseases 0.000 description 4
- 206010018338 Glioma Diseases 0.000 description 4
- 208000017604 Hodgkin disease Diseases 0.000 description 4
- 101000934368 Homo sapiens CD63 antigen Proteins 0.000 description 4
- 101000914479 Homo sapiens CD81 antigen Proteins 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 4
- 210000004102 animal cell Anatomy 0.000 description 4
- 230000006907 apoptotic process Effects 0.000 description 4
- 230000037396 body weight Effects 0.000 description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 4
- 230000003833 cell viability Effects 0.000 description 4
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 4
- 102000006815 folate receptor Human genes 0.000 description 4
- 108020005243 folate receptor Proteins 0.000 description 4
- 238000001990 intravenous administration Methods 0.000 description 4
- 238000010253 intravenous injection Methods 0.000 description 4
- 210000003734 kidney Anatomy 0.000 description 4
- 239000007758 minimum essential medium Substances 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine Chemical class N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical class [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001262 western blot Methods 0.000 description 4
- QOSSAOTZNIDXMA-UHFFFAOYSA-N Dicylcohexylcarbodiimide Chemical compound C1CCCCC1N=C=NC1CCCCC1 QOSSAOTZNIDXMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012594 Earle’s Balanced Salt Solution Substances 0.000 description 3
- 231100000002 MTT assay Toxicity 0.000 description 3
- 238000000134 MTT assay Methods 0.000 description 3
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 3
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000001640 apoptogenic effect Effects 0.000 description 3
- 210000004671 cell-free system Anatomy 0.000 description 3
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 3
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 3
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 3
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 3
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 3
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 3
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000010837 receptor-mediated endocytosis Effects 0.000 description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- 210000000952 spleen Anatomy 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 3
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 3
- FPIPGXGPPPQFEQ-UHFFFAOYSA-N 13-cis retinol Natural products OCC=C(C)C=CC=C(C)C=CC1=C(C)CCCC1(C)C FPIPGXGPPPQFEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000024893 Acute lymphoblastic leukemia Diseases 0.000 description 2
- 208000014697 Acute lymphocytic leukaemia Diseases 0.000 description 2
- 208000031261 Acute myeloid leukaemia Diseases 0.000 description 2
- 108091023037 Aptamer Proteins 0.000 description 2
- 206010003571 Astrocytoma Diseases 0.000 description 2
- 206010005003 Bladder cancer Diseases 0.000 description 2
- 208000003174 Brain Neoplasms Diseases 0.000 description 2
- 206010008342 Cervix carcinoma Diseases 0.000 description 2
- 206010009944 Colon cancer Diseases 0.000 description 2
- ZZZCUOFIHGPKAK-UHFFFAOYSA-N D-erythro-ascorbic acid Natural products OCC1OC(=O)C(O)=C1O ZZZCUOFIHGPKAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006144 Dulbecco’s modified Eagle's medium Substances 0.000 description 2
- 208000000461 Esophageal Neoplasms Diseases 0.000 description 2
- 108010040476 FITC-annexin A5 Proteins 0.000 description 2
- 208000021519 Hodgkin lymphoma Diseases 0.000 description 2
- 208000010747 Hodgkins lymphoma Diseases 0.000 description 2
- 102000004218 Insulin-Like Growth Factor I Human genes 0.000 description 2
- 108090000723 Insulin-Like Growth Factor I Proteins 0.000 description 2
- 208000008839 Kidney Neoplasms Diseases 0.000 description 2
- 206010058467 Lung neoplasm malignant Diseases 0.000 description 2
- 208000033776 Myeloid Acute Leukemia Diseases 0.000 description 2
- NQTADLQHYWFPDB-UHFFFAOYSA-N N-Hydroxysuccinimide Chemical compound ON1C(=O)CCC1=O NQTADLQHYWFPDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010030155 Oesophageal carcinoma Diseases 0.000 description 2
- 206010033128 Ovarian cancer Diseases 0.000 description 2
- 206010061535 Ovarian neoplasm Diseases 0.000 description 2
- 206010061902 Pancreatic neoplasm Diseases 0.000 description 2
- 206010035226 Plasma cell myeloma Diseases 0.000 description 2
- 208000006664 Precursor Cell Lymphoblastic Leukemia-Lymphoma Diseases 0.000 description 2
- 206010060862 Prostate cancer Diseases 0.000 description 2
- 208000000236 Prostatic Neoplasms Diseases 0.000 description 2
- 208000015634 Rectal Neoplasms Diseases 0.000 description 2
- 206010038389 Renal cancer Diseases 0.000 description 2
- 201000000582 Retinoblastoma Diseases 0.000 description 2
- 206010039491 Sarcoma Diseases 0.000 description 2
- 208000000453 Skin Neoplasms Diseases 0.000 description 2
- 208000021712 Soft tissue sarcoma Diseases 0.000 description 2
- 208000005718 Stomach Neoplasms Diseases 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000024770 Thyroid neoplasm Diseases 0.000 description 2
- 208000007097 Urinary Bladder Neoplasms Diseases 0.000 description 2
- 208000006105 Uterine Cervical Neoplasms Diseases 0.000 description 2
- 208000002495 Uterine Neoplasms Diseases 0.000 description 2
- FPIPGXGPPPQFEQ-BOOMUCAASA-N Vitamin A Natural products OC/C=C(/C)\C=C\C=C(\C)/C=C/C1=C(C)CCCC1(C)C FPIPGXGPPPQFEQ-BOOMUCAASA-N 0.000 description 2
- 229930003451 Vitamin B1 Natural products 0.000 description 2
- 229930003268 Vitamin C Natural products 0.000 description 2
- 208000008383 Wilms tumor Diseases 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- FPIPGXGPPPQFEQ-OVSJKPMPSA-N all-trans-retinol Chemical compound OC\C=C(/C)\C=C\C=C(/C)\C=C\C1=C(C)CCCC1(C)C FPIPGXGPPPQFEQ-OVSJKPMPSA-N 0.000 description 2
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 2
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 2
- 239000012888 bovine serum Substances 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- 201000010881 cervical cancer Diseases 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- ASARMUCNOOHMLO-WLORSUFZSA-L cobalt(2+);[(2r,3s,4r,5s)-5-(5,6-dimethylbenzimidazol-1-yl)-4-hydroxy-2-(hydroxymethyl)oxolan-3-yl] [(2s)-1-[3-[(1r,2r,3r,4z,7s,9z,12s,13s,14z,17s,18s,19r)-2,13,18-tris(2-amino-2-oxoethyl)-7,12,17-tris(3-amino-3-oxopropyl)-3,5,8,8,13,15,18,19-octamethyl-2 Chemical compound [Co+2].[N-]([C@@H]1[C@H](CC(N)=O)[C@@]2(C)CCC(=O)NC[C@H](C)OP([O-])(=O)O[C@H]3[C@H]([C@H](O[C@@H]3CO)N3C4=CC(C)=C(C)C=C4N=C3)O)\C2=C(C)/C([C@H](C\2(C)C)CCC(N)=O)=N/C/2=C\C([C@H]([C@@]/2(CC(N)=O)C)CCC(N)=O)=N\C\2=C(C)/C2=N[C@]1(C)[C@@](C)(CC(N)=O)[C@@H]2CCC(N)=O ASARMUCNOOHMLO-WLORSUFZSA-L 0.000 description 2
- 208000029742 colonic neoplasm Diseases 0.000 description 2
- 231100000433 cytotoxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000001472 cytotoxic effect Effects 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 description 2
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 2
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 description 2
- 208000002854 epidermolysis bullosa simplex superficialis Diseases 0.000 description 2
- 201000004101 esophageal cancer Diseases 0.000 description 2
- 238000000684 flow cytometry Methods 0.000 description 2
- 238000002073 fluorescence micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000000799 fluorescence microscopy Methods 0.000 description 2
- 206010017758 gastric cancer Diseases 0.000 description 2
- 210000002216 heart Anatomy 0.000 description 2
- 238000007490 hematoxylin and eosin (H&E) staining Methods 0.000 description 2
- 210000003494 hepatocyte Anatomy 0.000 description 2
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 2
- 230000005847 immunogenicity Effects 0.000 description 2
- 238000011503 in vivo imaging Methods 0.000 description 2
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 2
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 2
- 230000002601 intratumoral effect Effects 0.000 description 2
- 201000010982 kidney cancer Diseases 0.000 description 2
- 238000001294 liquid chromatography-tandem mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 201000007270 liver cancer Diseases 0.000 description 2
- 208000014018 liver neoplasm Diseases 0.000 description 2
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 2
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 2
- 201000005202 lung cancer Diseases 0.000 description 2
- 208000020816 lung neoplasm Diseases 0.000 description 2
- 208000015486 malignant pancreatic neoplasm Diseases 0.000 description 2
- 201000001441 melanoma Diseases 0.000 description 2
- 210000000865 mononuclear phagocyte system Anatomy 0.000 description 2
- 201000000050 myeloid neoplasm Diseases 0.000 description 2
- 231100000957 no side effect Toxicity 0.000 description 2
- 201000008968 osteosarcoma Diseases 0.000 description 2
- 201000002528 pancreatic cancer Diseases 0.000 description 2
- 208000008443 pancreatic carcinoma Diseases 0.000 description 2
- 231100000915 pathological change Toxicity 0.000 description 2
- 230000036285 pathological change Effects 0.000 description 2
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 2
- 239000000546 pharmaceutical excipient Substances 0.000 description 2
- 238000011533 pre-incubation Methods 0.000 description 2
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 2
- 206010038038 rectal cancer Diseases 0.000 description 2
- 201000001275 rectum cancer Diseases 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000012679 serum free medium Substances 0.000 description 2
- 239000004017 serum-free culture medium Substances 0.000 description 2
- 201000000849 skin cancer Diseases 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 2
- 201000011549 stomach cancer Diseases 0.000 description 2
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 2
- 231100000057 systemic toxicity Toxicity 0.000 description 2
- 229940124597 therapeutic agent Drugs 0.000 description 2
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 2
- 229960003495 thiamine Drugs 0.000 description 2
- DPJRMOMPQZCRJU-UHFFFAOYSA-M thiamine hydrochloride Chemical compound Cl.[Cl-].CC1=C(CCO)SC=[N+]1CC1=CN=C(C)N=C1N DPJRMOMPQZCRJU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 201000002510 thyroid cancer Diseases 0.000 description 2
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000013413 tumor xenograft mouse model Methods 0.000 description 2
- 201000005112 urinary bladder cancer Diseases 0.000 description 2
- 206010046766 uterine cancer Diseases 0.000 description 2
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 2
- 235000019155 vitamin A Nutrition 0.000 description 2
- 239000011719 vitamin A Substances 0.000 description 2
- 235000010374 vitamin B1 Nutrition 0.000 description 2
- 239000011691 vitamin B1 Substances 0.000 description 2
- 235000019154 vitamin C Nutrition 0.000 description 2
- 239000011718 vitamin C Substances 0.000 description 2
- 229940045997 vitamin a Drugs 0.000 description 2
- 238000000733 zeta-potential measurement Methods 0.000 description 2
- VQVUBYASAICPFU-UHFFFAOYSA-N (6'-acetyloxy-2',7'-dichloro-3-oxospiro[2-benzofuran-1,9'-xanthene]-3'-yl) acetate Chemical compound O1C(=O)C2=CC=CC=C2C21C1=CC(Cl)=C(OC(C)=O)C=C1OC1=C2C=C(Cl)C(OC(=O)C)=C1 VQVUBYASAICPFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ADFXKUOMJKEIND-UHFFFAOYSA-N 1,3-dicyclohexylurea Chemical compound C1CCCCC1NC(=O)NC1CCCCC1 ADFXKUOMJKEIND-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRQUFUKTQHISJB-YYADALCUSA-N 2-[(E)-N-[2-(4-chlorophenoxy)propoxy]-C-propylcarbonimidoyl]-3-hydroxy-5-(thian-3-yl)cyclohex-2-en-1-one Chemical compound CCC\C(=N/OCC(C)OC1=CC=C(Cl)C=C1)C1=C(O)CC(CC1=O)C1CCCSC1 KRQUFUKTQHISJB-YYADALCUSA-N 0.000 description 1
- 108090000672 Annexin A5 Proteins 0.000 description 1
- 102000004121 Annexin A5 Human genes 0.000 description 1
- 238000011729 BALB/c nude mouse Methods 0.000 description 1
- 238000000035 BCA protein assay Methods 0.000 description 1
- 108091003079 Bovine Serum Albumin Proteins 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000232 Lipid Bilayer Substances 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000001093 anti-cancer Effects 0.000 description 1
- 229940124650 anti-cancer therapies Drugs 0.000 description 1
- 238000011319 anticancer therapy Methods 0.000 description 1
- 239000002246 antineoplastic agent Substances 0.000 description 1
- 229940041181 antineoplastic drug Drugs 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 239000013060 biological fluid Substances 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 1
- 239000006143 cell culture medium Substances 0.000 description 1
- 239000008004 cell lysis buffer Substances 0.000 description 1
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 1
- 239000006285 cell suspension Substances 0.000 description 1
- 230000005889 cellular cytotoxicity Effects 0.000 description 1
- 230000010001 cellular homeostasis Effects 0.000 description 1
- 230000005754 cellular signaling Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 230000001684 chronic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004087 circulation Effects 0.000 description 1
- 230000009137 competitive binding Effects 0.000 description 1
- 238000013270 controlled release Methods 0.000 description 1
- 239000012043 crude product Substances 0.000 description 1
- 238000012136 culture method Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000001687 destabilization Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000002296 dynamic light scattering Methods 0.000 description 1
- 230000004064 dysfunction Effects 0.000 description 1
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 210000002950 fibroblast Anatomy 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 1
- 125000003929 folic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 1
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002440 hepatic effect Effects 0.000 description 1
- 230000028993 immune response Effects 0.000 description 1
- 210000000987 immune system Anatomy 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000037041 intracellular level Effects 0.000 description 1
- 210000005061 intracellular organelle Anatomy 0.000 description 1
- 238000007912 intraperitoneal administration Methods 0.000 description 1
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000002502 liposome Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012006 liquid chromatography with tandem mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 230000001926 lymphatic effect Effects 0.000 description 1
- 239000008176 lyophilized powder Substances 0.000 description 1
- 210000002540 macrophage Anatomy 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 1
- 238000006241 metabolic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 1
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 1
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 1
- 238000010172 mouse model Methods 0.000 description 1
- 239000013642 negative control Substances 0.000 description 1
- 231100001083 no cytotoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 description 1
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 description 1
- 238000001543 one-way ANOVA Methods 0.000 description 1
- 230000036542 oxidative stress Effects 0.000 description 1
- 238000007911 parenteral administration Methods 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 230000003285 pharmacodynamic effect Effects 0.000 description 1
- WTJKGGKOPKCXLL-RRHRGVEJSA-N phosphatidylcholine Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC(=O)OC[C@H](COP([O-])(=O)OCC[N+](C)(C)C)OC(=O)CCCCCCCC=CCCCCCCCC WTJKGGKOPKCXLL-RRHRGVEJSA-N 0.000 description 1
- 239000003504 photosensitizing agent Substances 0.000 description 1
- 230000004962 physiological condition Effects 0.000 description 1
- 230000036470 plasma concentration Effects 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 150000004032 porphyrins Chemical class 0.000 description 1
- 239000003755 preservative agent Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- XJMOSONTPMZWPB-UHFFFAOYSA-M propidium iodide Chemical compound [I-].[I-].C12=CC(N)=CC=C2C2=CC=C(N)C=C2[N+](CCC[N+](C)(CC)CC)=C1C1=CC=CC=C1 XJMOSONTPMZWPB-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000012342 propidium iodide staining Methods 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 210000003752 saphenous vein Anatomy 0.000 description 1
- 238000002415 sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 239000008223 sterile water Substances 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 1
- 238000007920 subcutaneous administration Methods 0.000 description 1
- 239000000375 suspending agent Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940126585 therapeutic drug Drugs 0.000 description 1
- 230000036326 tumor accumulation Effects 0.000 description 1
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000002371 ultraviolet--visible spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000008728 vascular permeability Effects 0.000 description 1
- 239000004034 viscosity adjusting agent Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K41/00—Medicinal preparations obtained by treating materials with wave energy or particle radiation ; Therapies using these preparations
- A61K41/0028—Disruption, e.g. by heat or ultrasounds, sonophysical or sonochemical activation, e.g. thermosensitive or heat-sensitive liposomes, disruption of calculi with a medicinal preparation and ultrasounds
- A61K41/0033—Sonodynamic cancer therapy with sonochemically active agents or sonosensitizers, having their cytotoxic effects enhanced through application of ultrasounds
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K41/00—Medicinal preparations obtained by treating materials with wave energy or particle radiation ; Therapies using these preparations
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
- A61P35/00—Antineoplastic agents
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Pharmacology & Pharmacy (AREA)
- Public Health (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Oncology (AREA)
- Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
Abstract
본 발명은 초음파 감작제가 탑재되고 종양 표적화 물질이 접합되어 종양 표적능이 향상되어 있는 엑소좀 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 엑소좀은 종양 세포 특이적으로 축적되고, 엑소좀 자체로 인한 생체 내 독성을 유발하지 않으며, 심부에 위치하여 광역학 요법으로 치료 불가능한 종양에 효과적으로 작용할 수 있는바, 다양한 고형종양 치료에 비-침습성 또는 침습성이 최소화된 치료 방법으로 활용될 수 있다.The present invention relates to an exosome having an enhanced tumor-targeting ability by loading an ultrasound sensitizer and conjugating a tumor-targeting substance, and a method for producing the same. The exosome according to the present invention accumulates specifically in tumor cells, does not cause in vivo toxicity due to the exosome itself, and can effectively act on tumors located deep in the body that cannot be treated with photodynamic therapy, and thus can be utilized as a non-invasive or minimally invasive treatment method for the treatment of various solid tumors.
Description
본 발명은 초음파 감작제가 탑재된 종양 표적화 엑소좀 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 포르피린계(phorphyrins) 화합물, 프탈로시아닌계(phtalocyanine) 화합물, 로다민(rhodamine)계 화합물, 나프탈로시아닌계(naphthalocyanines) 화합물, 보디피계 (BODIPY) 화합물 및 인도시아닌 그린으로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 초음파 감작제가 탑재되고 종양 표적화 물질이 접합되어 종양 표적능이 향상되어 있는 엑소좀 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a tumor-targeting exosome loaded with an ultrasound sensitizer and a method for producing the same, and more particularly, to an exosome loaded with at least one ultrasound sensitizer selected from the group consisting of porphyrins, phthalocyanine compounds, rhodamine compounds, naphthalocyanines, BODIPY compounds, and indocyanine green and conjugated with a tumor-targeting agent to enhance tumor-targeting ability, and a method for producing the same.
활성 산소종 (ROS)은 살아있는 유기체의 세포 대사 반응의 부산물이며 세포 신호 및 항상성에 관여한다. ROS를 통하여 암 세포를 사멸할 수 있음이 밝혀지면서, 세포 내 ROS를 조절하는 새로운 항암 요법이 대두되고 있다. 광역학 요법 (PDT)은 광조사 하에서 감광제에 의해 생성된 외인성 ROS를 사용하는 최소 침습 치료 방법이다. PDT는 전신 독성이 낮고, 종양을 선택적으로 파괴할 수 있음에도 불구하고, 빛이 조직 내 침투할 수 있는 깊이의 제한으로, 이를 임상 적용하는데 한계가 있다. 따라서, 심부 조직에서 ROS를 생성할 수 있는 새로운 치료 시스템에 대한 관심이 집중되고 있는데, 초음파역학 치료 (sonodynamic therapy, SDT)는 초음파 (US) 노출시 초음파 감작제에서 생성된 ROS를 활용하기 때문에 암 치료에서 PDT의 잠재적인 대안으로 큰 주목을 받고 있다. 초음파는 더 깊은 조직까지 침투할 수 있어, SDT는 PDT로 효과적으로 치료할 수 없는 심부 종양 치료에 적용될 수 있는 장점이 있다. 또한 SDT는 초음파가 특정 종양 부위에 정밀한 초점을 맞출 수 있기 때문에 주변 정상 세포에 대한 손상을 최소화하며 암세포를 선택적으로 파괴할 수 있는 장점이 있다. Reactive oxygen species (ROS) are byproducts of cellular metabolic reactions in living organisms and are involved in cell signaling and homeostasis. As ROS have been found to kill cancer cells, novel anticancer therapies that control intracellular ROS have emerged. Photodynamic therapy (PDT) is a minimally invasive treatment method that uses exogenous ROS generated by a photosensitizer under light irradiation. Although PDT has low systemic toxicity and can selectively destroy tumors, its clinical application is limited due to the depth at which light can penetrate into tissues. Therefore, interest is focused on novel therapeutic systems that can generate ROS in deep tissues, and sonodynamic therapy (SDT) has attracted great attention as a potential alternative to PDT in cancer treatment because it utilizes ROS generated from an ultrasound sensitizer when exposed to ultrasound (US). Since ultrasound can penetrate deeper into tissues, SDT has the advantage of being applicable to the treatment of deep tumors that cannot be effectively treated with PDT. Additionally, SDT has the advantage of being able to selectively destroy cancer cells while minimizing damage to surrounding normal cells because the ultrasound can be precisely focused on a specific tumor area.
SDT의 치료 효과는 초음파 감작제의 효과에 의존적이기 때문에, SDT를 성공하기 위해서는 안전하고 효율적인 초음파 감작제의 개발이 특히 중요하다. 대부분의 유기 초음파 감작제는 소수성이므로 생리 환경에서 응집이 발생하기 쉽다. 또한 약동학적 특성이 좋지 않고 암 특이성이 낮다. 초음파 감작제의 이러한 한계를 극복하기 위하여 최근 나노전달체(nano carrier)가 개발되었다(Maeda, H. et al., J. Controlled Release 2000, 65, 271-284). 나노전달체는 난용성 초음파 감작제의 세포 내 전달을 크게 개선시킬 수 있으며 향상된 투과성 및 유지 (enhanced permeability and retention, EPR) 효과를 통해 종양 영역에 초음파 감작제를 우선적으로 수송할 수 있다. 그러나 일부 합성 나노전달체는 예상치 못한 독성과 면역원성을 유도할 수 있어, 초음파 감작제를 캡슐화하는 안전하고 생체 적합성인 나노전달체를 개발하는 것이 SDT의 임상 적용을 위해 매우 중요하다.Since the therapeutic effect of SDT is dependent on the effect of ultrasound sensitizers, the development of safe and effective ultrasound sensitizers is particularly important for the success of SDT. Most organic ultrasound sensitizers are hydrophobic and thus tend to aggregate in the physiological environment. In addition, they have poor pharmacokinetic properties and low cancer specificity. To overcome these limitations of ultrasound sensitizers, nanocarriers have been recently developed (Maeda, H. et al., J. Controlled Release 2000, 65, 271-284). Nanocarriers can significantly improve the intracellular delivery of poorly soluble ultrasound sensitizers and preferentially transport ultrasound sensitizers to tumor areas through the enhanced permeability and retention (EPR) effect. However, some synthetic nanocarriers can induce unexpected toxicity and immunogenicity, so the development of safe and biocompatible nanocarriers encapsulating ultrasound sensitizers is very important for the clinical application of SDT.
세포에서 생성된 나노 크기 (30-150 nm) 막 소포인 엑소좀이 최근 다목적 생체 적합성 나노 운반체로 등장하였는데, 엑소좀은 내인성 기원이므로, 뛰어난 생체 적합성과 긴 혈액 순환 반감기를 가지며, 면역원성이 거의 없다. 따라서 엑소좀은 다양한 소수성 및 친수성 약물을 효율적으로 운반할 수 있는 임상적으로 이용 가능한 약물 운반체로 간주되어 왔으며, 또한 엑소좀은 EPR 효과를 통해 종양에 선택적 축적될 수 있다는 장점을 갖는다(Antimisiaris, S. et al., Pharmaceutics, 2018, 10, 218).Exosomes, nanosized (30-150 nm) membrane vesicles produced by cells, have recently emerged as versatile biocompatible nanocarriers. Since exosomes are of endogenous origin, they have excellent biocompatibility, long blood circulation half-life, and almost no immunogenicity. Therefore, exosomes have been considered as clinically applicable drug carriers that can efficiently transport various hydrophobic and hydrophilic drugs. In addition, exosomes have the advantage of selective accumulation in tumors through the EPR effect (Antimisiaris, S. et al., Pharmaceutics, 2018, 10, 218).
본 발명자들은 효과적인 SDT를 위하여 초음파 감작제를 암세포 특이적으로 전달할 수 있는 방법을 발명하고자 예의 노력한 결과, 식약청에서 승인된 생체 적합성 근적외선 (NIR) 흡수제인 인도시아닌 그린 (ICG)을 초음파 감작제로 선정하여, 종양 표적화 능력을 증가시키기 위하여 엽산 (folic acid)이 추가로 장착된 엑소좀에 인도시아닌 그린을 탑재시킨 초음파 감작제 운반체를 간단한 방법으로 제조할 수 있었으며, 이와 같이 제조된 인도시아닌 그린이 탑재된 엑소좀은 수용액 상에서의 안정성 저하, 짧은 혈액 순환 시간, 암 표적성 부재 등 인도시아닌 그린의 본질적인 단점을 극복하며, SDT에 효과적으로 적용할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.The present inventors have made great efforts to invent a method for delivering an ultrasound sensitizer to cancer cells specifically for effective SDT. As a result, they selected indocyanine green (ICG), a biocompatible near-infrared (NIR) absorbent approved by the Ministry of Food and Drug Safety, as an ultrasound sensitizer, and were able to simply manufacture an ultrasound sensitizer carrier in which indocyanine green is loaded into an exosome further loaded with folic acid to increase the tumor-targeting ability, and the indocyanine green-loaded exosome manufactured in this way overcomes the inherent shortcomings of indocyanine green, such as reduced stability in aqueous solutions, short blood circulation time, and lack of cancer targeting, and confirms that it can be effectively applied to SDT, thereby completing the present invention.
본 발명의 목적은 정상 조직 및 세포에 대한 부작용은 최소화하며, 생체친화적이며, 약물을 종양 부위에 선택적으로 전달하기 위한 신규한 초음파역학 치료용 나노전달체 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a novel nanocarrier for sonodynamic therapy and a method for producing the same, which is biocompatible and selectively delivers drugs to tumor sites while minimizing side effects on normal tissues and cells.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 초음파 감작제가 탑재되어 있는 종양 치료용 엑소좀을 제공한다.To achieve the above purpose, the present invention provides an exosome for tumor treatment loaded with an ultrasound sensitizer.
본 발명에 있어서, 상기 초음파 감작제는 포르피린계(phorphyrins) 화합물, 프탈로시아닌계(phtalocyanine) 화합물, 로다민(rhodamine)계 화합물, 나프탈로시아닌계(naphthalocyanines) 화합물, 보디피계 (BODIPY) 화합물 및 인도시아닌 그린으로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the ultrasonic sensitizer may be characterized by being at least one selected from the group consisting of porphyrin compounds, phthalocyanine compounds, rhodamine compounds, naphthalocyanines compounds, BODIPY compounds, and indocyanine green.
본 발명에 있어서, 상기 엑소좀은 종양 표적화 물질이 접합되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the exosome may be characterized in that a tumor-targeting substance is conjugated thereto.
본 발명에 있어서, 상기 종양 표적화 물질은 엽산, 항체, 종양 표적 펩티이드, 압타머, 코발라민, 비타민 A, 비타민 C, 또는 비타민 B1로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the tumor-targeting agent may be characterized by being selected from the group consisting of folic acid, an antibody, a tumor-targeting peptide, an aptamer, cobalamin, vitamin A, vitamin C, or vitamin B1.
본 발명에 있어서, 상기 엑소좀은 초음파 처리로 항종양 활성을 나타내는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the exosome may be characterized by exhibiting anti-tumor activity through ultrasonic treatment.
본 발명은 또한, 상기 엑소좀을 유효성분으로 포함하는, 종양 치료용 약학적 조성물을 제공한다.The present invention also provides a pharmaceutical composition for treating tumors, comprising the exosome as an active ingredient.
본 발명에 있어서, 상기 종양은 골발생 육종, 연조직 육종, 유방암, 폐암, 뇌암, 방광암, 갑상선암, 전립선암, 결장암, 직장암, 췌장암, 위암, 간암, 자궁암, 신장암, 자궁경부암, 피부암, 식도암 및 난소암; 호지킨 림프종, 비-호지킨, 신경교세포종, 흑색종, 골수종, 윌름스 종양, 급성 림프아구성 백혈병, 급성 골수아세포 백혈병, 별아교세포종, 신경아교종 및 망막모세포종으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the tumor may be characterized in that it is selected from the group consisting of osteogenic sarcoma, soft tissue sarcoma, breast cancer, lung cancer, brain cancer, bladder cancer, thyroid cancer, prostate cancer, colon cancer, rectal cancer, pancreatic cancer, stomach cancer, liver cancer, uterine cancer, kidney cancer, cervical cancer, skin cancer, esophageal cancer and ovarian cancer; Hodgkin's lymphoma, non-Hodgkin's, glioma, melanoma, myeloma, Wilms' tumor, acute lymphoblastic leukemia, acute myeloblastic leukemia, astrocytoma, glioma and retinoblastoma.
본 발명에 있어서, 상기 조성물은 초음파 조사 전에 투여되는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, it may be characterized in that the composition is administered before ultrasonic irradiation.
본 발명에 있어서, 상기 초음파는 0.1 내지 15 MHz 주파수, 0.01 내지 1.0 W/cm2 강도로 30초 내지 300초 동안 조사하는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the ultrasound may be characterized by being irradiated at a frequency of 0.1 to 15 MHz and an intensity of 0.01 to 1.0 W/cm 2 for 30 to 300 seconds.
본 발명에 있어서, 상기 초음파는 조성물 투여 후 4 내지 24시간에 조사되는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, it may be characterized in that the ultrasound is irradiated 4 to 24 hours after administration of the composition.
본 발명에 있어서, 상기 초음파는 In the present invention, the ultrasonic waves
(i) ICG에 의한 ROS 생성; 및/또는 (i) ROS production by ICG; and/or
(ii) 엑소좀에서의 ICG 방출을 촉진하는 것을 특징으로 할 수 있다. (ii) It may be characterized by promoting ICG release from exosomes.
본 발명은 또한, 1 내지 5% (v/v) DMSO를 포함하는 PBS에서 엑소좀과 불수용성 초음파 감작제를 혼합하여 인큐베이션 시키는 단계를 포함하는, 불수용성 초음파 감작제가 탑재되어 있는 엑소좀의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for preparing exosomes loaded with an insoluble ultrasound sensitizer, comprising a step of incubating exosomes and an insoluble ultrasound sensitizer in PBS containing 1 to 5% (v/v) DMSO.
본 발명에 있어서, 상기 제조방법은 1 x 1010 내지 1 x 1012개의 엑소좀과 0.01 내지 1.0 mg의 불수용성 초음파 감작제를 혼합하는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the manufacturing method may be characterized by mixing 1 x 10 10 to 1 x 10 12 exosomes and 0.01 to 1.0 mg of an insoluble ultrasound sensitizer.
본 발명에 있어서, 상기 엑소좀은 불수용성 초음파 감작제와 혼합 전 또는 혼합 후, 종양 표적화 물질을 접합시키는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the exosome may be characterized by being conjugated with a tumor-targeting substance before or after mixing with an insoluble ultrasound sensitizer.
본 발명에 따른 초음파 감작제가 탑재된 엑소좀은 종양 세포 특이적으로 축적되고 세포 내로 흡수되어 부작용을 최소화하면서도 심부에 위치하여 광역학 요법으로 접근 불가능한 종양에 효과적으로 작용하며, 엑소좀 자체로 인한 생체 내 독성을 유발하지 않으며, 유방암을 비롯한 다양한 고형종양 치료에 비-침습성 또는 침습성이 최소화된 치료 방법을 제공한다.The exosomes loaded with ultrasound sensitizers according to the present invention are specifically accumulated in tumor cells and absorbed into cells, thereby minimizing side effects while effectively acting on tumors located deep within the body and inaccessible to photodynamic therapy, and do not cause in vivo toxicity due to the exosomes themselves, providing a non-invasive or minimally invasive treatment method for the treatment of various solid tumors including breast cancer.
도 1은 FA-접합되고 인도시아닌 그린-탑재된 엑소좀(FA-ExoICG)의 제조 및 초음파 역학 치료의 개략도이다. FA-ExoICG는 EPR 효과를 통해 종양에 선택적으로 축적되고, 엽산 수용체 매개 세포 내 이입을 통해 유방암 세포를 과발현하는 엽산 수용체로 효율적으로 내재화된다. FA-ExoICG는 초음파에 반응하여 세포 독성 ROS를 생성하여 세포 사멸을 유도한다.
도 2A는 블랭크 엑소좀, free ICG, FA, FA-엑소좀 및 FA-ExoICG 용액의 흡광도 스펙트럼를 나타낸다. 도 2B는 블랭크 엑소좀 및 FA-ExoICG의 TEM 이미지를 나타낸다. 스케일 바는 50nm. 도 2C는 다양한 엑소좀 샘플로부터 엑소좀 마커인 CD63 및 CD81의 웨스턴 블롯을 나타낸다. 도 2D는 10일 동안 4 ℃에서 PBS에서 인큐베이션 한 후 free ICG, ExoICG 및 FA-ExoICG의 형광 강도 변화를 나타낸다. 통계적 유의성은 ICG 그룹과 관련하여 결정되었다. 도 2E는 다른 인큐베이션 시간에서 초음파 조사 (1 분)의 부재 또는 존재 하에서 ExoICG 및 FA-ExoICG로부터의 ICG 방출 프로파일을 나타낸다. ExoICG 및 FA-ExoICG의 ICG 방출은 초음파에 노출되었을 때 촉진되었다.
도 3A는 4 시간 동안 free ICG, ExoICG 및 FA-ExoICG로 처리된 hDFB 및 MCF-7 세포에서 ICG의 상대적 세포 내 흡수(uptake)를 나타낸다. 도 3B는 무세포 시스템에서 free ICG, ExoICG 및 FA-ExoICG로부터 ROS 생성을 정량화한 것이다. 도 3C는 초음파 방사선 조사 전후 free ICG, ExoICG 및 FA-ExoICG로 처리된 MCF-7 세포의 세포 내 ROS 수준을 나타낸다. 도 3D는 초음파 조사 (60 및 70 초 동안 0.3 W/cm2) 전후에 free ICG, ExoICG 및 FA-ExoICG로 처리된 MCF-7 세포의 세포 생존률을 나타낸다. 도 3E는 초음파 조사 하에 다양한 샘플로 처리한 hDFB 및 MCF-7 세포의 세포 생존률을 나타낸다. 도 3F는 다른 농도의 블랭크 엑소좀과 함께 배양된 MCF-7 세포의 세포 생존률을 나타낸다. 도 3G는 free ICG, ExoICG 및 FA-ExoICG로 처리된 MCF-7 세포의 세포사멸 비율을 나타낸 결과이다.
도 4A는 MCF-7 종양 이종 이식 마우스에 free ICG, ExoICG, 및 FA-ExoICG의 i.v. 주입 후 다른 시간 간격에서 생체 내 실시간 생체 분포 이미지를 나타낸다. free ICG 주입 마우스에서 검출된 형광 신호가 다른 마우스에 비해 현저히 낮게 나타나, ExoICG 또는 FA-ExoICG 처리 마우스와 비교하여 ICG 처리 마우스 (왼쪽 이미지)의 형광 이미지에서 컬러 스케일 막대의 최대값이 12.5 배 감소했다. 도 4B는 free ICG, ExoICG 및 FA-ExoICG의 투여 후 24 시간에 각 기관의 생체 외 영상을 나타낸다. 도 4C는 단일 i.v. ExoICG 및 FA-ExoICG 주입된 종양 이종 이식 마우스의 혈장에서 ICG 함량의 농도-시간 프로파일을 나타낸다. 도 4D는 ExoICG 및 FA-ExoICG의 단일 i.v. 주입 이후 종양 이종 이식 마우스의 전체 기관에서 ICG의 기관 분포를 나타낸다. 주입 후 24 시간에 ICG의 장기 분포는 주입된 용량의 백분율 (% ID/g)로 표시되었다. 데이터는 평균 ± SD (* p <0.05, ** p <0.01, n = 4)로 표현되었다.
도 5A는 MCF-7 종양 이종 이식 마우스의 정규화된 종양 성장 비율을 시간 함수로 나타낸 것이다. 마우스를 각 샘플의 주입 후 4 시간에 3 분 동안 초음파 (0.5 W/cm2)에 노출시켰다. 도 5B는 각 샘플의 정맥 내 주입 및 주입 후 4 시간에 3 분 동안 초음파 처리 14 일 후 종양의 대표적인 이미지를 나타낸다. 도 5C는 시간에 따른 마우스 체중 변화를 나타낸 것이다. 마우스는 각 샘플의 주입 후 4 시간에 3 분 동안 초음파 처리되었다. 도 5D는 초음파 조사 하에 다양한 샘플을 주입한 14 일 후 마우스 주요 장기 슬라이드의 H & E 염색을 나타낸다. 스케일 바는 200 μm를 나타낸다. Figure 1 is a schematic diagram of the preparation of FA-conjugated and indocyanine green-loaded exosomes (FA-ExoICG) and ultrasound-induced dynamic therapy. FA-ExoICG is selectively accumulated in tumors via the EPR effect and efficiently internalized into folate receptor-overexpressing breast cancer cells via folate receptor-mediated endocytosis. FA-ExoICG induces cell death by generating cytotoxic ROS in response to ultrasound.
Figure 2A shows the absorbance spectra of blank exosomes, free ICG, FA, FA-exosomes, and FA-ExoICG solutions. Figure 2B shows TEM images of blank exosomes and FA-ExoICG. The scale bar is 50 nm. Figure 2C shows Western blots of exosome markers CD63 and CD81 from various exosome samples. Figure 2D shows the changes in fluorescence intensity of free ICG, ExoICG, and FA-ExoICG after incubation in PBS at 4 °C for 10 days. Statistical significance was determined with respect to the ICG group. Figure 2E shows the ICG release profiles from ExoICG and FA-ExoICG in the absence or presence of ultrasound irradiation (1 min) at different incubation times. The ICG release from ExoICG and FA-ExoICG was promoted when exposed to ultrasound.
Figure 3A shows the relative cellular uptake of ICG in hDFB and MCF-7 cells treated with free ICG, ExoICG, and FA-ExoICG for 4 h. Figure 3B shows the quantification of ROS generation from free ICG, ExoICG, and FA-ExoICG in a cell-free system. Figure 3C shows the intracellular ROS levels in MCF-7 cells treated with free ICG, ExoICG, and FA-ExoICG before and after ultrasound irradiation. Figure 3D shows the cell viability of MCF-7 cells treated with free ICG, ExoICG, and FA-ExoICG before and after ultrasound irradiation (0.3 W/cm 2 for 60 and 70 s). Figure 3E shows the cell viability of hDFB and MCF-7 cells treated with various samples under ultrasound irradiation. Figure 3F shows the cell viability of MCF-7 cells cultured with different concentrations of blank exosomes. Figure 3G shows the results of apoptosis rates in MCF-7 cells treated with free ICG, ExoICG, and FA-ExoICG.
Figure 4A shows the in vivo real-time biodistribution images at different time intervals after iv injection of free ICG, ExoICG, and FA-ExoICG into MCF-7 tumor xenograft mice. The fluorescence signal detected in the free ICG-injected mice was significantly lower than that in the other mice, such that the maximum value of the color scale bar in the fluorescence images of the ICG-treated mice (left images) was reduced by 12.5 times compared with that of the ExoICG- or FA-ExoICG-treated mice. Figure 4B shows the ex vivo images of each organ 24 h after administration of free ICG, ExoICG, and FA-ExoICG. Figure 4C shows the concentration-time profiles of ICG content in the plasma of tumor xenograft mice injected with single iv ExoICG and FA-ExoICG. Figure 4D shows the organ distribution of ICG in the whole organs of tumor xenograft mice after single iv injection of ExoICG and FA-ExoICG. Organ distribution of ICG 24 h after injection was expressed as a percentage of the injected dose (% ID/g). Data were expressed as mean ± SD (* p < 0.05, ** p < 0.01, n = 4).
Figure 5A shows the normalized tumor growth ratio as a function of time in MCF-7 tumor xenograft mice. Mice were exposed to ultrasound (0.5 W/cm 2 ) for 3 min at 4 h after injection of each sample. Figure 5B shows representative images of tumors 14 days after intravenous injection of each sample and sonication for 3 min at 4 h after injection. Figure 5C shows the change in mouse body weight over time. Mice were sonicated for 3 min at 4 h after injection of each sample. Figure 5D shows H&E staining of mouse major organ slides 14 days after injection of various samples under ultrasound irradiation. The scale bar represents 200 μm.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 및 이하에 기술하는 실험 방법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein and the experimental methods described below are well known and commonly used in the art.
항암제 전달의 주요 과제 중 하나는 정상 조직 및 세포에 대한 부작용은 최소화하며, 치료 약물을 종양 부위에 선택적으로 전달하는 것이다. 이러한 과제 해결을 위하여 고분자 나노입자, 리포좀, 세포막 코팅된 나노입자, 미셀 등 다양한 유형의 합성 나노전달체가 개발되었다. 이러한 나노전달체는 EPR 효과를 통해 치료용 물질들을 종양 영역으로 운반할 수 있음이 입증되었다. 그러나 합성 나노전달체는 고유한 독성 및 망상 내피 시스템 (reticuloendothelial system, RES)에 의한 제거 등의 문제점으로 인하여 임상 적용에 한계가 있었다. One of the major challenges in anticancer drug delivery is to selectively deliver therapeutic drugs to tumor sites while minimizing side effects on normal tissues and cells. To solve this problem, various types of synthetic nanocarriers, such as polymeric nanoparticles, liposomes, cell membrane-coated nanoparticles, and micelles, have been developed. These nanocarriers have been demonstrated to be able to transport therapeutic agents to tumor sites through the EPR effect. However, synthetic nanocarriers have had limitations in clinical application due to inherent toxicity and removal by the reticuloendothelial system (RES).
합성 나노전달체와 달리 세포 유래 나노입자의 일종인 엑소좀은 생체 적합성이 높고, 장기간 혈액 순환이 가능하다는 장점이 있다. 따라서 본 발명에서는 종양에 초음파 감작제를 효율적이고 선택적으로 전달하기 위하여, 나노전달체로 엑소좀을 활용하고자 하였으며, 치료 요법제로 인도시아닌 그린(ICG)을 나노 초음파 감작제로 엑소좀에 탑재되었다. 엑소좀으로 인도시아닌 그린을 캡슐화하는 경우 수용액에서의 응집과 분해 및 암 특이성 부족을 포함하여 인도시아닌 그린의 고유한 단점을 해결할 수 있었다. Unlike synthetic nanocarriers, exosomes, a type of cell-derived nanoparticle, have the advantages of high biocompatibility and long-term blood circulation. Therefore, in the present invention, exosomes were utilized as nanocarriers to efficiently and selectively deliver ultrasound sensitizers to tumors, and indocyanine green (ICG) as a therapeutic agent was loaded into exosomes as a nano ultrasound sensitizer. Encapsulating indocyanine green into exosomes could overcome the inherent shortcomings of indocyanine green, including aggregation and decomposition in aqueous solutions and lack of cancer specificity.
본 발명에서 엑소좀은 인도시아닌 그린의 수성 안정성과 세포 흡수(uptake)를 크게 향상시켜 초음파 조사에서 ROS 생성을 향상시켰다. 특히, 엑소좀의 FA 접합은 인도시아닌 그린의 유방암 세포로의 세포 내재화를 더욱 촉진시켰다. 그 결과, FA-ExoICG는 비 암성 hDFB 세포보다 MCF-7 유방암 세포에 더 많은 초음파 독성을 나타내어 암 표적화된 초음파 역학적 효과를 입증할 수 있었다. 더욱이, 엑소좀에 탑재함으로써 인도시아닌 그린의 약동학적 특성과 종양 표적화된 축적이 개선되었다. 인도시아닌 그린이 탑재된 엑소좀은 free ICG보다 마우스의 종양 성장을 더 집중적으로 억제할 수 있었는데, 구체적으로, FA-ExoICG로 처리된 마우스는 인도시아닌 그린의 종양 국소화(localization)를 향상시켜, 현저한 종양 성장 억제 효과를 발휘하였다. 또한 FA-ExoICG는 전신 독성을 나타내지 않아 부작용도 없는 것으로 확인되었는데, 이로써 FA 접합되고 인도시아닌 그린이 탑재된 엑소좀이 암 표적 SDT에서 안전하고 효과적인 나노 초음파 감작제로 이용 가능하고, 임상 적용에 상당한 잠재력을 가지고 있음을 입증할 수 있었다.In the present invention, exosomes significantly improved the aqueous stability and cellular uptake of indocyanine green, thereby enhancing ROS generation under ultrasound irradiation. In particular, FA conjugation of exosomes further promoted the cellular internalization of indocyanine green into breast cancer cells. As a result, FA-ExoICG showed more sonotoxicity to MCF-7 breast cancer cells than to non-cancerous hDFB cells, demonstrating the sonodynamic effect targeted to cancer. Furthermore, the pharmacodynamic properties and tumor-targeted accumulation of indocyanine green were improved by loading it into exosomes. Exosomes loaded with indocyanine green could more intensively inhibit tumor growth in mice than free ICG. Specifically, mice treated with FA-ExoICG showed enhanced tumor localization of indocyanine green, thereby exhibiting a remarkable tumor growth inhibitory effect. In addition, FA-ExoICG was confirmed to have no side effects as it did not exhibit systemic toxicity, demonstrating that FA-conjugated and indocyanine green-loaded exosomes can be used as safe and effective nano-ultrasound sensitizers in cancer-targeting SDT and have significant potential for clinical applications.
따라서, 본 발명은 일 관점에서 초음파 감작제가 탑재되어 있는 종양 치료용 엑소좀에 관한 것이다.Therefore, the present invention relates to exosomes for tumor treatment, in one aspect, loaded with an ultrasound sensitizer.
본 발명에 있어서, 상기 초음파 감작제는 포르피린계(phorphyrins) 화합물, 프탈로시아닌계(phtalocyanine) 화합물, 로다민(rhodamine)계 화합물, 나프탈로시아닌계(naphthalocyanines) 화합물, 보디피계 (BODIPY) 화합물 및 인도시아닌 그린으로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 초음파 감작제는 바람직하게는 인도시아닌 그린이다. In the present invention, the ultrasonic sensitizer may be characterized by at least one selected from the group consisting of porphyrin compounds, phthalocyanine compounds, rhodamine compounds, naphthalocyanines compounds, BODIPY compounds, and indocyanine green, but is not limited thereto. The ultrasonic sensitizer is preferably indocyanine green.
본 발명에 있어서, 상기 엑소좀은 종양 표적화 물질이 접합되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the exosome may be characterized in that a tumor-targeting substance is conjugated thereto.
본 발명에 있어서, 상기 종양 표적화 물질은 엽산, 항체, 종양 표적 펩티이드, 압타머, 코발라민, 비타민 A, 비타민 C, 또는 비타민 B1로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 종양 표적화 물질은 바람직하게는 엽산이다. In the present invention, the tumor-targeting agent may be characterized by being selected from the group consisting of folic acid, an antibody, a tumor-targeting peptide, an aptamer, cobalamin, vitamin A, vitamin C, or vitamin B1, but is not limited thereto. The tumor-targeting agent is preferably folic acid.
본 발명에 있어서, 상기 엑소좀은 초음파 처리로 항종양 활성을 나타내는 것을 특징으로 할 수 있다. 일 양태로서, 상기 엑소좀은 초음파 처리에 의해 세포 독성 ROS를 발생시켜 항종양 효과를 발휘한다. In the present invention, the exosome may be characterized by exhibiting antitumor activity by ultrasonic treatment. In one embodiment, the exosome exhibits an antitumor effect by generating cytotoxic ROS by ultrasonic treatment.
다른 관점에서, 본 발명은 상기 엑소좀을 유효성분으로 포함하는, 종양 치료용 약학적 조성물에 관한 것이다.From another aspect, the present invention relates to a pharmaceutical composition for treating tumors, comprising the exosome as an active ingredient.
본 발명에 있어서, 상기 종양은 양성종양과 악성종양(암)을 모두 포함한다. In the present invention, the tumor includes both benign tumors and malignant tumors (cancer).
본 발명에 있어서, 상기 종양은 골발생 육종, 연조직 육종, 유방암, 폐암, 뇌암, 방광암, 갑상선암, 전립선암, 결장암, 직장암, 췌장암, 위암, 간암, 자궁암, 신장암, 자궁경부암, 피부암, 식도암 및 난소암; 호지킨 림프종, 비-호지킨, 신경교세포종, 흑색종, 골수종, 윌름스 종양, 급성 림프아구성 백혈병, 급성 골수아세포 백혈병, 별아교세포종, 신경아교종 및 망막모세포종으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. In the present invention, the tumor may be characterized by being selected from the group consisting of osteogenic sarcoma, soft tissue sarcoma, breast cancer, lung cancer, brain cancer, bladder cancer, thyroid cancer, prostate cancer, colon cancer, rectal cancer, pancreatic cancer, stomach cancer, liver cancer, uterine cancer, kidney cancer, cervical cancer, skin cancer, esophageal cancer and ovarian cancer; Hodgkin's lymphoma, non-Hodgkin's, glioma, melanoma, myeloma, Wilms' tumor, acute lymphoblastic leukemia, acute myeloblastic leukemia, astrocytoma, glioma and retinoblastoma, but is not limited thereto.
본 발명에 있어서, 상기 조성물은 초음파 조사 전에 투여되는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, it may be characterized in that the composition is administered before ultrasonic irradiation.
본 발명에 있어서, 상기 초음파는 0.1 내지 15 MHz 주파수, 0.01 내지 1.0 W/cm2 강도로 30초 내지 300초 동안 조사하는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. In the present invention, the ultrasound may be characterized by being irradiated at a frequency of 0.1 to 15 MHz and an intensity of 0.01 to 1.0 W/cm 2 for 30 to 300 seconds, but is not limited thereto.
본 발명에 있어서, 상기 초음파는 상기 조성물 투여 후 약 4 내지 약 24시간에 조사되는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.In the present invention, it may be characterized in that the ultrasound is irradiated about 4 to about 24 hours after administration of the composition, but is not limited thereto.
본 발명에 있어서, 상기 초음파는 In the present invention, the ultrasonic waves
(i) ICG에 의한 ROS 생성; 및/또는 (i) ROS production by ICG; and/or
(ii) 엑소좀에서의 ICG 방출을 촉진하는 것을 특징으로 할 수 있다. (ii) It may be characterized by promoting ICG release from exosomes.
본 발명에서는 또한, 안전하고 효율적인 초음파 종양 치료를 위해 활성 암 표적화 인도시아닌 그린이 탑재된 엑소좀을 성공적으로 개발함과 동시에, 인도시아닌 그린 탑재 효율이 높은 엑소좀은 간단한 배양 방법을 제조할 수 있음을 확인하였다. In addition, the present invention successfully developed exosomes loaded with active cancer-targeting indocyanine green for safe and efficient ultrasound tumor treatment, and confirmed that exosomes with high indocyanine green loading efficiency can be produced using a simple culture method.
따라서, 본 발명은 또 다른 관점에서, 1 내지 5% (v/v) DMSO를 포함하는 PBS에서 엑소좀과 불수용성 초음파 감작제를 혼합하여 인큐베이션 시키는 단계를 포함하는, 불수용성 초음파 감작제가 탑재되어 있는 엑소좀의 제조방법에 관한 것이다.Therefore, the present invention, in another aspect, relates to a method for preparing exosomes loaded with an insoluble ultrasound sensitizer, comprising a step of incubating exosomes and an insoluble ultrasound sensitizer in PBS containing 1 to 5% (v/v) DMSO.
본 발명에 있어서, 상기 제조방법은 1 x 1010 내지 1 x 1012개의 엑소좀과 0.01 내지 1.0 mg의 불수용성 초음파 감작제를 혼합하는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.In the present invention, the manufacturing method may be characterized by, but is not limited to, mixing 1 x 10 10 to 1 x 10 12 exosomes and 0.01 to 1.0 mg of an insoluble ultrasound sensitizer.
본 발명에 있어서, 암 표적화를 향상시키기 위하여, 상기 엑소좀은 불수용성 초음파 감작제와 혼합 전 또는 혼합 후, 종양 표적화 물질을 접합시키는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, in order to improve cancer targeting, the exosome may be characterized by conjugating a tumor-targeting agent before or after mixing with the water-insoluble ultrasound sensitizer.
본 발명에 있어서, 상기 불수용성 초음파 감작제는 포르피린계(phorphyrins) 화합물, 프탈로시아닌계(phtalocyanine) 화합물, 로다민(rhodamine)계 화합물, 나프탈로시아닌계(naphthalocyanines) 화합물, 보디피계 (BODIPY) 화합물 및 인도시아닌 그린으로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 불수용성 초음파 감작제일 수 있으며, 바람직하게는 인도시아닌 그린일 수 있다. In the present invention, the water-insoluble ultrasonic sensitizer may be at least one water-insoluble ultrasonic sensitizer selected from the group consisting of porphyrin compounds, phthalocyanine compounds, rhodamine compounds, naphthalocyanines compounds, BODIPY compounds, and indocyanine green, and preferably indocyanine green.
일 양태로서, 인도시아닌 그린은 DMSO의 존재하에 PBS에서 FA-엑소좀과 인도시아닌 그린을 혼합함으로써 엑소좀에 효율적으로 탑재될 수 있는데, DMSO는 인도시아닌 그린의 용해도와 지질막을 통한 투과성을 증가시키며, 인도시아닌 그린이 엑소좀에 탑재되는 효율을 증가시켰는데, 이 경우, DMSO의 농도가 1% 미만인 경우에는 탑재 효율이 현저히 낮게 나타나고, 5% 초과에서는 DMSO로 인한 막 파괴로 인해 엑소좀이 실질적으로 손실되어, 인도시아닌 그린의 탑재 효율은 2 내지 5% (v/v) DMSO를 포함하는 PBS에서 우수하였다. 인도시아닌 그린 캡슐화를 위해서는 PBS에서 약 4% DMSO를 사용하는 것이 가장 바람직하다.In one embodiment, indocyanine green can be efficiently loaded into exosomes by mixing FA-exosomes and indocyanine green in PBS in the presence of DMSO, wherein DMSO increases the solubility of indocyanine green and its permeability through lipid membranes, thereby increasing the efficiency of indocyanine green loading into exosomes. In this case, when the concentration of DMSO is less than 1%, the loading efficiency is significantly low, and when it exceeds 5%, exosomes are substantially lost due to membrane destruction caused by DMSO, and thus the loading efficiency of indocyanine green is excellent in PBS containing 2 to 5% (v/v) DMSO. It is most preferable to use about 4% DMSO in PBS for indocyanine green encapsulation.
최근 연구에서는 질병 또는 암 관련 경로에 관련된 분자는 HEK-293T 세포의 엑소좀에서 증가되지 않으며, 동물 연구에서 독성 및 면역 반응이 일반적으로 경미하다는 것이 입증된 바, 엑소좀은 인간 배아 신장 HEK-293T 세포를 배양하여 분리되는 것이 바람직하나, 이에 제한되지는 않는다. 그러나, 우유와 식물을 포함한 다른 엑소좀 공급원의 사용도 약물 전달을 위한 대체 수단으로 고려될 수 있음은 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이다. Recent studies have demonstrated that molecules involved in disease or cancer-related pathways are not increased in exosomes from HEK-293T cells, and that animal studies have generally demonstrated mild toxicity and immune responses, so exosomes are preferably isolated from human embryonic kidney HEK-293T cells, but are not limited thereto. However, it will be apparent to those skilled in the art that the use of other sources of exosomes, including milk and plants, may also be considered as alternative means for drug delivery.
본 발명의 용어 "배양"이란, 세포 혹은 미생물을 적당히 인공적으로 조절한 환경조건에서 생육시키는 방법을 의미한다.The term "cultivation" in the present invention means a method of growing cells or microorganisms under appropriately artificially controlled environmental conditions.
본 발명에 있어서, 상기 배양은 소태아혈청이 포함되지 아니한 배지로 교체하고 2 내 지 5일간 배양한 후 엑소좀을 분리하는 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable to replace the culture with a medium that does not contain fetal bovine serum, culture for 2 to 5 days, and then isolate exosomes.
본 발명에 있어서, 상기 형질전환체를 배양하는 방법은 당업계에 널리 알려져 있는 방법을 이용하여 수행할 수 있다. In the present invention, the method for culturing the transformant can be performed using a method widely known in the art.
상기 배지는 동물세포 배양 시 사용되는 공지된 배지를 의미하고, 시판중인 무혈청 배지(serum free media), 무단백 배지(protein free media) 및 화학 정의 배지(chemically defined media) 등의 그룹 중에서 선택될 수 있다.The above medium refers to a known medium used in animal cell culture, and can be selected from a group of commercially available serum free media, protein free media, and chemically defined media.
상기 무혈청 배지는 동물 세포를 배양하는데 사용되는 소혈청 성분이 제거된 배지로 SFM4CHO(HyClone), EXCell(JHR Bioscience) 등이 바람직하고, 인슐린형 성장인자 I(Insulin like growth factor I, IGF-I), 에탄올 아민(Ethanolamine), 페릭 클로라이드(Ferric chloride), 및 포스파티딜콜린(Phosphatidyl choline) 등이 첨가될 수 있으나 이에 한정하지 않는다.The above serum-free medium is a medium from which bovine serum components used in culturing animal cells have been removed, and SFM4CHO (HyClone) and EXCell (JHR Bioscience) are preferable. Insulin-like growth factor I (IGF-I), ethanolamine, ferric chloride, and phosphatidyl choline may be added, but are not limited thereto.
상기 무단백 배지는 소혈청 성분이 제거된 무혈청 배지에서 동물 유래 단백질, 특히, 분자량 10kDa 이상인 고분 자 단백질이 제거된 동물세포 배양 배지로써, ProCHO(Lonza) 및 PF-CHO(HyClone) 등이 선택될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.The above protein-free medium is an animal cell culture medium from which animal-derived proteins, particularly high-molecular-weight proteins having a molecular weight of 10 kDa or more, have been removed from a serum-free medium from which bovine serum components have been removed. ProCHO (Lonza) and PF-CHO (HyClone) may be selected, but are not limited thereto.
상기 화학 정의 배지는 동물 유래의 성분이 없고, 배지를 구성하는 모든 구성 성분이 공지된 화학적 구조를 가진 동물 세포 배양용 배지로써, CDM4CHO(HyClone), PowerCHO2CD(Lonza), 및 CD-optiCHO(Life Technologies) 등 이 선택될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.The above chemical definition medium is a medium for culturing animal cells without any animal-derived components and in which all components constituting the medium have known chemical structures, and may be selected from, but is not limited to, CDM4CHO (HyClone), PowerCHO2CD (Lonza), and CD-optiCHO (Life Technologies).
또 다른 관점에서, 본원에 기재된 엑소좀은 초음파 역학 치료의 방법 및, 동시에, 생체내 이미지형성의 방법(예를 들면 진단 영상의 방법)에도 사용될 수 있다. 이와 같은 방법에서, 이미지형성은 관심 표적 부위에서 엑소좀 탑재물의 침착 및/또는 축적을 모니터링하는데 사용될 수 있다. In another aspect, the exosomes described herein can also be used in methods of ultrasound dynamic therapy and, simultaneously, in vivo imaging (e.g., diagnostic imaging). In such methods, imaging can be used to monitor deposition and/or accumulation of exosome payload at a target site of interest.
본 발명에 기재된 방법 중의 어느 것에서 사용하기 위해, 상기 엑소좀은 일반적으로 적어도 1종의 약제학적으로 허용가능한 부형제와 함께 약제학적 조성물로 제공될 수 있다. 이러한 조성물은 본 발명의 추가의 관점을 형성한다For use in any of the methods described herein, the exosomes may generally be provided in a pharmaceutical composition together with at least one pharmaceutically acceptable excipient. Such compositions form a further aspect of the invention.
본 발명에 따라 사용하기 위한 약제학적 조성물은 당해 분야에서 잘 알려진 기술을 사용하여 제형화될 수 있다. 투여 경로는 의도한 용도에 따라 좌우될 것이다. 전형적으로, 이들은 전신으로 투여될 것이며 따라서 비경구 투여, 예를 들면 진피내, 피하, 복강내 또는 정맥내 주사에 의한 투여에 적합한 형태로 제공될 수 있다. 적합한 약제학적 형태는 엑소좀을 하나 이상의 캐리어 또는 부형제와 함께 함유하는 현탁액 및 용액을 포함한다. 적합한 캐리어는 염수, 멸균수, 포스페이트 완충 식염수 및 이들의 혼합물을 포함한다. Pharmaceutical compositions for use in accordance with the present invention may be formulated using techniques well known in the art. The route of administration will depend on the intended use. Typically, they will be administered systemically and may therefore be provided in a form suitable for parenteral administration, for example, by intradermal, subcutaneous, intraperitoneal or intravenous injection. Suitable pharmaceutical forms include suspensions and solutions containing the exosomes together with one or more carriers or excipients. Suitable carriers include saline, sterile water, phosphate buffered saline and mixtures thereof.
조성물은 다른 제제 예컨대 유화제, 현탁화제, 분산제, 가용화제, 안정제, 완충제, 보존제, 등을 추가로 포함할 수 있다. 조성물은 종래의 멸균 기술에 의해 멸균될 수 있다.The composition may additionally contain other agents such as emulsifiers, suspending agents, dispersing agents, solubilizers, stabilizers, buffers, preservatives, etc. The composition may be sterilized by conventional sterilization techniques.
엑소좀을 함유하는 용액은, 예를 들면 제제 예컨대 점도 조절제, 유화제, 가용화제, 등의 첨가에 의해 안정화될 수 있다.Solutions containing exosomes can be stabilized, for example, by the addition of agents such as viscosity modifiers, emulsifiers, solubilizers, etc.
바람직하게는, 본 발명에서 사용하기 위한 조성물은 물 또는 염수 용액, 예를 들면 포스페이트-완충 식염수 중의 수성 현탁액의 형태로 사용될 것이다. 엑소좀은 사용현장에서 재구성을 위해, 예를 들면 물, 염수 또는 PBS에서의 재구성을 위해 동결건조된 분말의 형태로 공급될 수 있다. Preferably, the compositions for use in the present invention will be used in the form of an aqueous suspension in water or saline solution, for example, phosphate-buffered saline. The exosomes may be supplied in the form of a lyophilized powder for reconstitution at the point of use, for example, in water, saline or PBS.
본원에 기재된 방법은 상기 엑소좀을 함유하는 치료적 유효량의 조성물의 투여를 포함한다. 이후 엑소좀을 신체의 원하는 부분 또는 표적체 부분에 분포되도록 한다. 일단 신체에 투여되면, 표적체 부분에서 원하는 치료 효과를 달성하는 빈도 및 강도로 초음파에 노출시킨다. 인도시아닌 그린이 탑재된 엑소좀에 대하여, 전형적인 활성화 절차가 첨부된 도 1에 개략적으로 나타내어져 있다. 인도시아닌 그린이 탑재된 엑소좀은 초음파에 의해 먼저 파열되고, 이후 원하는 표적 조직(예를 들면 종양)에 침투할 수 있는 초음파 감작제(SS)를 방출하는 2-단계 공정으로 치료가 진행될 수 있다. 표적 세포 내의 초음파 감작제의 후속적인 초음파-활성화는 다양한 세포 성분, 예컨대 단백질, 지질, 아미노산 및 뉴클레오타이드를 산화시키고 이로써 표적 세포를 파괴할 수 있는 단일항 산소의 생산을 초래한다. 초음파 감작제의 활성화는 전형적으로, 전달 이후 즉, 엑소좀이 인도시아닌 그린을 방출하면서 일어날 수 있으나, 엑소좀의 전달 및 초음파감작제의 활성화는 동시에 일어날 수 있을 것이다.The methods described herein comprise administering a therapeutically effective amount of a composition containing said exosomes. The exosomes are then distributed to a desired portion of the body or target body portion. Once administered to the body, the target body portion is exposed to ultrasound at a frequency and intensity that achieves the desired therapeutic effect. For exosomes loaded with indocyanine green, a typical activation procedure is schematically illustrated in the accompanying Figure 1. Treatment can be accomplished in a two-step process where the indocyanine green loaded exosomes are first ruptured by ultrasound, followed by the release of a sonosensitizer (SS) that can penetrate into the desired target tissue (e.g., a tumor). Subsequent ultrasound-activation of the sonosensitizer within the target cell results in the production of singlet oxygen, which can oxidize various cellular components, such as proteins, lipids, amino acids, and nucleotides, thereby destroying the target cell. Activation of the sonosensitizer typically occurs after delivery, i.e., upon release of the indocyanine green by the exosomes, but delivery of the exosomes and activation of the sonosensitizer can occur simultaneously.
본원에 기재된 조성물의 효과적인 용량은 엑소좀의 성질, 투여 방식, 치료될 병태, 환자 등에 의존적일 것이며 이에 따라 조정될 수 있다.The effective dosage of the compositions described herein will depend on the nature of the exosomes, the route of administration, the condition to be treated, the patient, etc., and can be adjusted accordingly.
사용될 수 있는 초음파의 빈도 및 강도는 표적 부위에서 엑소좀에 탑재된 인도시아닌 그린의 활성화를 유도하기 위한 필요에 기반하여 선택될 수 있으며, 초음파 주파수는 전형적으로 의료용 초음파에 사용되는 0.1 내지 15 MHz, 바람직하게는 0.1 내지 3 MHz 범위일 것이다. 초음파의 강도 (즉 전력 밀도)는 약 0.01 W/cm2 내지 약 10 W/cm2, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 1 W/cm2의 범위일 수 있다. 치료 시간은 전형적으로 10초 내지 600초, 바람직하게는 30초 내지 300초의 범위일 것이고 이것은 선택된 강도에 의존적일 것이며, 즉 낮은 초음파 강도의 경우 치료 시간은 장기적일 것이고 더 높은 초음파 강도의 경우 치료 시간은 더 낮을 것이다. 초음파는 연속 또는 펄스 방식으로 적용될 수 있고 집중적이거나 주상 빔으로서 전달될 수 있다.The frequency and intensity of the ultrasound that can be used can be selected based on the need to induce activation of the indocyanine green loaded on the exosomes at the target site, the ultrasound frequency will typically be in the range of 0.1 to 15 MHz, preferably 0.1 to 3 MHz, which is used for medical ultrasound. The intensity (i.e. power density) of the ultrasound can be in the range of about 0.01 W/cm 2 to about 10 W/cm 2 , preferably about 0.1 to about 1 W/cm 2 . The treatment time will typically be in the range of 10 seconds to 600 seconds, preferably 30 seconds to 300 seconds and this will depend on the intensity selected, i.e. for lower ultrasound intensities the treatment time will be longer and for higher ultrasound intensities the treatment time will be shorter. The ultrasound can be applied in a continuous or pulsed manner and can be delivered as a focused or columnar beam.
음향 에너지 (예를 들면 초음파)를 생산할 수 있는 임의의 공급원이 본원에 기재된 방법에서 사용될 수 있다. 공급원은 에너지를 표적 부위에 지시할 수 있어야 하며, 예를 들면, 탐침 또는 에너지를 상기 표적 조직으로 지시할 수 있는 디바이스를 포함할 수 있다. Any source capable of producing acoustic energy (e.g., ultrasound) may be used in the methods described herein. The source must be capable of directing the energy to a target site, and may include, for example, a probe or a device capable of directing the energy to the target tissue.
실시예Example
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. It will be apparent to those skilled in the art that these examples are intended only to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.
실시예 1. 실험방법Example 1. Experimental method
1-1. 재료1-1. Materials
인도시아닌 그린은 TCI (Tokyo, Japan)에서 구입하였다. FA, DCF-DA, 디시클로헥실카르 보디이미드(DCC) 및 NHS는 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)에서 구입하였다. PD MiniTrap G-25 탈염 컬럼은 Cytiva (Marlborough, MA, USA)에서 구입하였다. Slide-A-Lyzer Mini 투석 장치는 Thermo Fisher Scientific (Waltham, MA, USA)에서 공급받았다. Sonicator 740 (Mettler Electronics Corp., Anaheim, CA, USA)이 초음파 처리에 사용되었다. Minimum essential medium/Earle's balanced salt solution (MEM / EBSS) 및 FBS는 HyClone (Cytiva)에서 구입하였다. 수컷 CAnN.Cg-Foxn1 nu/Crl 마우스는 ORIENT (경기도, 한국)에서 공급받았다.Indocyanine green was purchased from TCI (Tokyo, Japan). FA, DCF-DA, dicyclohexylcarbodiimide (DCC), and NHS were purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA). PD MiniTrap G-25 desalting columns were purchased from Cytiva (Marlborough, MA, USA). Slide-A-Lyzer Mini dialysis devices were supplied by Thermo Fisher Scientific (Waltham, MA, USA). Sonicator 740 (Mettler Electronics Corp., Anaheim, CA, USA) was used for sonication. Minimum essential medium/Earle's balanced salt solution (MEM/EBSS) and FBS were purchased from HyClone (Cytiva). Male CAnN.Cg-Foxn1 nu/Crl mice were provided by ORIENT (Gyeonggi-do, Korea).
1-2. 엑소좀 분리1-2. Exosome isolation
ExoQuick-TC (System Biosciences, Palo Alto, USA)를 사용하여 인간 배아 신장 HEK-293T 세포에서 엑소좀을 생산하였다. 간략히 서술하면, 세포는 엑소좀 생산을 위해 엑소좀-프리 FBS의 존재하에 3 일 동안 배양되었다. 이후, 원심 분리 (3000g, 15 분)에 의해 배양 배지를 세포 잔해로부터 정제하였다. ExoQuick-TC 용액을 상청액에 첨가하고 혼합물을 밤새 유지하였다. 혼합물을 1500g에서 30 분 동안 원심 분리하고 상청액을 제거하였다. 세척 단계 후, 엑소좀을 포함하는 펠렛을 PBS (pH 7.4)에서 재구성하였다. 최종 산물은 이후 사용을 위해 -80 ℃에서 보관하였다. 분리된 엑소좀의 농도와 크기는 NTA를 사용하여 분석하였다. Exosomes were produced from human embryonic kidney HEK-293T cells using ExoQuick-TC (System Biosciences, Palo Alto, USA). Briefly, cells were cultured for 3 days in the presence of exosome-free FBS for exosome production. Afterwards, the culture medium was cleared of cell debris by centrifugation (3000 g, 15 min). ExoQuick-TC solution was added to the supernatant and the mixture was kept overnight. The mixture was centrifuged at 1500 g for 30 min and the supernatant was removed. After a washing step, the pellet containing exosomes was reconstituted in PBS (pH 7.4). The final product was stored at -80 °C for further use. The concentration and size of the isolated exosomes were analyzed using NTA.
1-3. 웨스턴 블롯 분석1-3. Western Blot Analysis
엑소좀은 세포 용해 완충액을 사용하여 파괴되었고, 단백질 양은 BCA 단백질 분석 (Thermo Fisher Scientific)을 사용하여 측정되었다. SDS-PAGE 겔의 단백질을 폴리비닐리덴플루오라이드 막으로 트랜스퍼하였다. 엑소좀에서 CD63 (MBL Life Science, Nagoya, Japan) 및 CD81 (Abcam, Cambridge, UK)을 검출하는 항체를 사용하여 검출하였다. 면역 반응 밴드는 ECL Prime Western Blotting 검출 시약 (Cytiva)을 사용하여 관찰되었다. 이미지는 ChemiDoc XRS 시스템 (Bio-Rad, Hercules, CA, USA)을 사용하여 획득되었다. Exosomes were disrupted using cell lysis buffer, and protein amounts were measured using the BCA protein assay (Thermo Fisher Scientific). Proteins from the SDS-PAGE gel were transferred to polyvinylidene fluoride membranes. Exosomes were detected using antibodies to detect CD63 (MBL Life Science, Nagoya, Japan) and CD81 (Abcam, Cambridge, UK). Immunoreactive bands were observed using ECL Prime Western Blotting detection reagent (Cytiva). Images were acquired using the ChemiDoc XRS system (Bio-Rad, Hercules, CA, USA).
1-4. ExoICG 및 FA ExoICG의 준비 및 특성 분석1-4. Preparation and characterization of ExoICG and FA ExoICG
인도시아닌 그린(ICG) 및 엽산(FA)의 스톡 용액은 DMSO (ICG의 경우 20mg/mL, FA의 경우 100mg/mL)에서 준비되었다. ExoICG는 4% (v/v) DMSO를 포함하는 PBS에서 5 x 1011 엑소좀과 0.2 mg의 인도시아닌 그린을 혼합하고 어두운 곳 (4 ℃)에서 2 시간 동안 배양하여 제작되었다. 이후 PD MiniTrap G-25 탈염 컬럼을 사용하여 미탑재된 인도시아닌 그린을 제거하였다. Stock solutions of indocyanine green (ICG) and folic acid (FA) were prepared in DMSO (20 mg/mL for ICG and 100 mg/mL for FA). ExoICG was prepared by mixing 5 × 10 11 exosomes and 0.2 mg of indocyanine green in PBS containing 4% (v/v) DMSO and incubating for 2 h in the dark (4 °C). Unloaded indocyanine green was then removed using a PD MiniTrap G-25 desalting column.
엑소좀의 표면을 아민 반응성 NHS 에스테르 활성화된 FA로 개질하여 FA-ExoICG를 제조하였다. NHS 에스테르 활성화는 이전에 보고된 방법으로 합성되었다(Lee, R. J. et al. Biochim. Biophys. Acta, Biomembr. 1995, 1233, 134-144). 요약하면, FA (0.20g, 0.45mmol) 및 DCC (0.18g, 0.9mmol)를 트리에틸아민 (50.60mg, 0.5mmol)의 존재하에 DMSO (8mL)에서 혼합하였다. 혼합물 용액을 실온 (RT)의 암실에서 교반 하에 1 시간 동안 유지하였다. NHS (0.11g, 0.9mmol)를 첨가한 후, 혼합물을 밤새 어두운 실온에서 교반한 다음 여과하여 불용성 부산물인 디시클로헥실우레아를 제거하였다. 생성된 여액을 디에틸에테르를 사용하여 침전시켰다. 그 후, 조 생성물을 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran)으로 세척하여 NHS 에스테르-활성화된 FA(NHS ester-activated FA)를 수득하였다. FA-ExoICG was prepared by modifying the surface of exosomes with amine-reactive NHS ester-activated FA. NHS ester activation was synthesized by a previously reported method (Lee, R. J. et al. Biochim. Biophys. Acta, Biomembr. 1995, 1233, 134-144). Briefly, FA (0.20 g, 0.45 mmol) and DCC (0.18 g, 0.9 mmol) were mixed in DMSO (8 mL) in the presence of triethylamine (50.60 mg, 0.5 mmol). The mixture solution was kept under stirring in the dark at room temperature (RT) for 1 h. After adding NHS (0.11 g, 0.9 mmol), the mixture was stirred overnight at RT in the dark and then filtered to remove the insoluble byproduct dicyclohexyl urea. The resulting filtrate was precipitated using diethyl ether. Thereafter, the crude product was washed with tetrahydrofuran to obtain NHS ester-activated FA.
NHS 에스테르-활성화된 FA를 PBS (1 mg/mL)를 함유하는 1% (v/v) DMSO에 용해시키고 4 ℃에서 2 x 1012 엑소좀과 혼합하였다. 혼합물을 밤새 교반하여 FA- 엑소좀을 수득하였다. 이어서 샘플을 PD G-25 탈염 컬럼을 사용하여 정제하여 염 및 free FA를 압출시켰다. FA-ExoICG를 수득하기 위해, FA-엑소좀 (5 x 1011 엑소좀)을 PBS를 포함하는 4% (v/v) DMSO에 0.2mg의 인도시아닌 그린과 혼합하고 어두운 곳에서 2 시간 (4 ℃) 교반하였다. PD G-25 탈염 컬럼을 사용하여 샘플을 정제하고 추가 사용을 위해 4 ℃에서 보관하였다. 엑소좀에 대한 FA의 접합 효율은 UV-vis 흡수에 의해 정량화되었다. FA-엑소좀은 DMSO에 용해되었고, FA 농도는 290 nm에서 정량화되었다 (Infinite M200 Pro, Tecan, Grodig, Austria). DMSO의 free FA 용액의 표준 곡선을 사용하여 엑소좀에 있는 FA의 몰 수를 계산하였다. 단일 엑소좀의 FA 수는 NTA로 측정한 FA-ExoICG의 엑소좀 수를 기준으로 결정되었다. FA-엑소좀 및 인도시아닌 그린-탑재된 엑소좀의 크기는 25 ℃에서 NTA에 의해 결정되었다. 다양한 엑소좀 샘플의 형태는 TEM (Talos F200X, FEI, Hillsboro, OR, USA)에 의해 관찰되었다. free ICG, ExoICG 및 FA-ExoICG의 흡광도 스펙트럼은 분광 광도계 (Infinite M200 Pro)를 사용하여 획득하였다. 인도시아닌 그린이 엑소좀에 캡슐화되는 효율은 UV-vis 흡수를 사용하여 측정하고 다음과 같이 결정하였다: (적재된 인도시아닌 그린의 양) / (초기 추가된 인도시아닌 그린의 양) × 100 %.NHS ester-activated FAs were dissolved in 1% (v/v) DMSO containing PBS (1 mg/mL) and mixed with 2 × 10 12 exosomes at 4 °C. The mixture was stirred overnight to obtain FA-exosomes. The sample was then purified using a PD G-25 desalting column to extrude salts and free FAs. To obtain FA-ExoICG, FA-exosomes (5 × 10 11 exosomes) were mixed with 0.2 mg of indocyanine green in 4% (v/v) DMSO containing PBS and stirred for 2 h (4 °C) in the dark. The sample was purified using a PD G-25 desalting column and stored at 4 °C for further use. The conjugation efficiency of FAs to exosomes was quantified by UV-vis absorbance. FA-exosomes were dissolved in DMSO, and FA concentrations were quantified at 290 nm (Infinite M200 Pro, Tecan, Grodig, Austria). The molar number of FAs in exosomes was calculated using a standard curve of free FA solutions in DMSO. The number of FAs in single exosomes was determined based on the exosome counts of FA-ExoICG measured by NTA. The sizes of FA-exosomes and indocyanine green-loaded exosomes were determined by NTA at 25 °C. The morphologies of various exosome samples were observed by TEM (Talos F200X, FEI, Hillsboro, OR, USA). The absorbance spectra of free ICG, ExoICG, and FA-ExoICG were acquired using a spectrophotometer (Infinite M200 Pro). The efficiency of indocyanine green encapsulation into exosomes was measured using UV-vis absorbance and determined as follows: (amount of indocyanine green loaded) / (amount of indocyanine green initially added) × 100%.
1-5. ExoICG 및 FA ExoICG의 콜로이드 안정성 평가1-5. Evaluation of colloidal stability of ExoICG and FA ExoICG
생물학적 배지에서 FA-ExoICG의 콜로이드 안정성을 평가하기 위해 37 ℃에서 어두운 곳에서 PBS에 분산시켰다. 샘플은 동적 광산란 분석 (Nano-ZS, Malvern, Worcestershire, UK)에 의해 크기를 측정하기 위해 배양 후 0, 1 일, 2 일 및 3 일 후에 수득되었다. To assess the colloidal stability of FA-ExoICG in biological media, it was dispersed in PBS in the dark at 37 °C. Samples were obtained after 0, 1, 2, and 3 days of incubation for size measurement by dynamic light scattering analysis (Nano-ZS, Malvern, Worcestershire, UK).
1-6. ExoICG 및 FA-ExoICG에서 인도시아닌 그린의 수성 안정성 평가1-6. Evaluation of aqueous stability of indocyanine green in ExoICG and FA-ExoICG
ExoICG 및 FA-ExoICG의 인도시아닌 그린이 장기간에 걸쳐 수용액에서 안정적인지 조사하기 위해 PBS의 free ICG, ExoICG 및 FA-ExoICG (20 μg/mL ICG)를 4 ℃의 일반 조명 조건에서 최대 10일 동안 유지하였다. 미리 정해진 간격 동안 인큐베이션 한 후 인도시아닌 그린의 형광을 기록하였다 (λex= 780 nm; λem= 835 nm). To investigate whether indocyanine green of ExoICG and FA-ExoICG is stable in aqueous solution over a long period of time, free ICG, ExoICG, and FA-ExoICG (20 μg/mL ICG) in PBS were maintained under normal lighting conditions at 4 °C for up to 10 days. After incubation for predetermined intervals, the fluorescence of indocyanine green was recorded (λex= 780 nm; λem= 835 nm).
1-7. 1-7. In Vitro In Vitro 약물 방출 분석Drug release analysis
ExoICG 및 FA-ExoICG에서 인도시아닌 그린의 방출 프로파일은 투석 방법을 사용하여 평가되었다. PBS 중 100ml의 ExoICG (30μg/mL ICG, 5.34×1010 엑소좀/mL) 및 FA-ExoICG (30μg/mL ICG, 5.65×1010 엑소좀/mL)를 Slide-A-Lyzer Mini 투석 장치 (MW 컷오프 = 20,000 Da)에 탑재하고, 장치를 어두운 곳에서 교반하면서 37 ℃로 유지하였다. 샘플에서 인도시아닌 그린의 방출 프로파일은 이전에 보고된 것과 동일한 방식으로 정량화되었다. 샘플에서 방출된 인도시아닌 그린의 양은 780 nm에서의 흡광도를 기준으로 정량화되었다. 인도시아닌 그린이 탑재된 엑소좀에서 초음파에 의해 촉진된 인도시아닌 그린 방출을 평가하기 위하여 ExoIC 및 FA-ExoICG를 60초 동안 초음파 (1MHz, 0.3 W/cm2)로 처리한 다음 어둠 속에서 37 ℃로 유지하였다. 2, 4, 8 및 24 시간 후 ExoICG 및 FA-ExoICG에서 방출된 ICG의 양을 UV-vis 분광법으로 정량화하였다. The release profiles of indocyanine green from ExoICG and FA-ExoICG were evaluated using a dialysis method. 100 mL of ExoICG (30 μg/mL ICG, 5.34 × 10-10 exosomes/mL) and FA-ExoICG (30 μg/mL ICG, 5.65 × 10-10 exosomes/mL) in PBS were loaded into a Slide-A-Lyzer Mini dialysis device (MW cutoff = 20,000 Da) and the device was maintained at 37 °C with shaking in the dark. The release profiles of indocyanine green from the samples were quantified in the same manner as previously reported. The amount of indocyanine green released from the samples was quantified based on the absorbance at 780 nm. To evaluate ultrasound-induced indocyanine green release from exosomes loaded with indocyanine green, ExoIC and FA-ExoICG were treated with ultrasound (1 MHz, 0.3 W/cm 2 ) for 60 s and then kept at 37 °C in the dark. The amount of ICG released from ExoICG and FA-ExoICG after 2, 4, 8, and 24 h was quantified by UV-vis spectroscopy.
1-8. 세포 배양1-8. Cell culture
MCF-7 세포는 10% FBS와 1% 항생제를 포함하는 MEM/EBSS에서 배양되었다. hDFB 세포는 10% FBS 및 1% 항생제가 보충된 Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM, HyClone, Cytiva)에서 유지되었다. MCF-7 cells were cultured in MEM/EBSS containing 10% FBS and 1% antibiotics. hDFB cells were maintained in Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM, HyClone, Cytiva) supplemented with 10% FBS and 1% antibiotics.
1-9. Free ICG, ExoICG, 및 FA-ExoICG의 세포 흡수 분석1-9. Cellular uptake analysis of free ICG, ExoICG, and FA-ExoICG
MCF-7 및 hDFB 세포를 24 웰 플레이트 (1 x 105 세포/웰)로 배양하였다. 세포를 free ICG, ExoICG (40 μg/mL ICG, 7.13 x 1010 엑소좀/mL) 또는 FA-ExoICG (40 μg/mL ICG, 7.51 x 1010 엑소좀/mL)와 함께 인큐베이션하고 4 시간 동안 인큐베이션하였다. FA 경쟁 실험을 위해, MCF-7 및 hDFB 세포는 Free ICG, ExoICG 및 FA-ExoICG의 처리 전에 40 분 동안 Free FA (5mM)와 함께 사전 인큐베이션되었다. 세포로의 인도시아닌 그린 흡수는 유세포 분석기 (CytoFLEX, Beckman Coulter, Brea, CA, USA)를 사용하여 처리된 세포의 형광 강도에 의해 결정되었다. FA-ExoICG가 간세포보다 암세포를 더 효율적으로 표적화하는지 조사하기 위해 ExoICG 및 FA ExoICG의 세포 흡수를 MCF-7 및 AML12 마우스 간세포를 사용하여 정량화하였다. MCF-7 및 AML12 세포를 24 웰 플레이트 (1 × 105 세포/웰)에 접종하였다. 세포를 1 일 동안 배양한 후 ExoICG (40μg/mL ICG, 7.13 x 1010 엑소좀/mL) 및 FA-ExoICG (40μg/mL ICG, 7.51 x 1010 엑소좀/mL)로 4 시간 동안 처리하였다. 세포의 트립신 처리 후, 세포에 의한 인도시아닌 그린 흡수는 유세포 분석기 (CytoFLEX)를 사용하여 결정되었다. MCF-7 and hDFB cells were cultured in 24-well plates (1 × 10 5 cells/well). The cells were incubated with free ICG, ExoICG (40 μg/mL ICG, 7.13 × 10 10 exosomes/mL), or FA-ExoICG (40 μg/mL ICG, 7.51 × 10 10 exosomes/mL) and incubated for 4 h. For FA competition experiments, MCF-7 and hDFB cells were preincubated with free FA (5 mM) for 40 min prior to treatment with free ICG, ExoICG, and FA-ExoICG. Indocyanine green uptake into the cells was determined by the fluorescence intensity of the treated cells using a flow cytometer (CytoFLEX, Beckman Coulter, Brea, CA, USA). To investigate whether FA-ExoICG targets cancer cells more efficiently than hepatocytes, the cellular uptake of ExoICG and FA-ExoICG was quantified using MCF-7 and AML12 mouse hepatocytes. MCF-7 and AML12 cells were seeded in 24-well plates (1 × 10 5 cells/well). After culturing the cells for 1 day, they were treated with ExoICG (40 μg/mL ICG, 7.13 × 10 10 exosomes/mL) and FA-ExoICG (40 μg/mL ICG, 7.51 × 10 10 exosomes/mL) for 4 h. After trypsinization of the cells, indocyanine green uptake by the cells was determined using a flow cytometer (CytoFLEX).
1-10. 초음파 처리시 Free ICG, ExoICG 및 FA-ExoICG에 의한 ROS 생성1-10. ROS generation by Free ICG, ExoICG, and FA-ExoICG during sonication
초음파 처리 전후에 무세포 시스템에서 인도시아닌 그린이 탑재된 엑소좀에 의한 ROS 생성은 DCF를 사용하여 정량화되었다. DCF는 KOH(0.1mM)를 DCF-DA에 첨가하여 얻었다. 요약하면, Free ICG 용액과 DI water에 ExoICG (30 μg/mL ICG, 5.34 x 1010 엑소좀/mL) 및 FA ExoICG (30 μg/mL ICG, 5.65 x 1010 엑소좀/mL)의 현탁액을 10μM DCF 용액과 함께 처리하였다. 이후 샘플을 미세 원심 분리기 튜브로 옮기고 1MHz 초음파 2 분을 0.3 W/cm2로 적용하였다. 어둠 속에서 추가로 1 시간 동안 인큐베이션 한 후, UV-vis 분광 광도계 (Infinite M200 Pro, λex= 495 nm, λem= 529 nm) 를 사용하여 액체의 형광 신호를 기반으로 ROS 생성을 평가하였다. ROS production by indocyanine green-loaded exosomes in a cell-free system before and after sonication was quantified using DCF. DCF was obtained by adding KOH (0.1 mM) to DCF-DA. Briefly, suspensions of ExoICG (30 μg/mL ICG, 5.34 x 10-10 exosomes/mL) and FA ExoICG (30 μg/mL ICG, 5.65 x 10-10 exosomes/mL) in free ICG solution and DI water were treated with 10 μM DCF solution. The samples were then transferred to microcentrifuge tubes and subjected to 1 MHz ultrasound for 2 min at 0.3 W/cm 2 . After an additional 1 h of incubation in the dark, ROS production was assessed based on the fluorescence signal of the liquid using a UV-vis spectrophotometer (Infinite M200 Pro, λex= 495 nm, λem= 529 nm).
인도시아닌 그린 함유 엑소좀 처리 후 세포 내 ROS 수준은 DCF-DA를 사용하여 정량화되었다. DCF-DA는 ROS 감지 형광 염료이므로 DCF-DA 처리된 세포의 녹색 형광 강도는 세포의 세포 내 ROS 수준에 해당한다. MCF-7 및 hDFB 세포를 12 웰 플레이트 (3 x 105 세포/웰)에 넣고 1일 동안 배양하였다. 이후 세포를 PBS로 세척하고 DCF-DA 용액 (10μM)과 함께 30 분 동안 배양하였다. 이어서 세포를 PBS로 세척하고 Free ICG, ExoICG (40 μg/mL ICG, 7.13 x 1010 엑소좀/mL) 또는 FA-ExoICG (40 μg/mL ICG, 7.51 x 1010 엑소좀/mL)로 4시간 동안 처리하였다. 이후, 1 mL의 MEM을 사용하여 세포를 분리하고 두 그룹으로 분리하였다. 한 그룹은 대조군으로 사용되었고 다른 그룹은 1 분 동안 1MHz (0.3 W/cm2) 초음파에 노출되었다. 30분의 인큐베이션 후, 세포의 녹색 형광을 유세포 분석으로 정량화하였다. After treatment with indocyanine green-containing exosomes, intracellular ROS levels were quantified using DCF-DA. Since DCF-DA is a ROS-detecting fluorescent dye, the green fluorescence intensity of DCF-DA-treated cells corresponds to the intracellular ROS levels of the cells. MCF-7 and hDFB cells were seeded in 12-well plates (3 × 10 5 cells/well) and cultured for 1 day. The cells were then washed with PBS and incubated with DCF-DA solution (10 μM) for 30 min. The cells were then washed with PBS and treated with Free ICG, ExoICG (40 μg/mL ICG, 7.13 × 10 10 exosomes/mL), or FA-ExoICG (40 μg/mL ICG, 7.51 × 10 10 exosomes/mL) for 4 h. Afterwards, the cells were detached using 1 mL of MEM and divided into two groups. One group served as a control and the other group was exposed to 1 MHz (0.3 W/cm 2 ) ultrasound for 1 min. After 30 min of incubation, the green fluorescence of the cells was quantified by flow cytometry.
1-11. 1-11. In Vitro In Vitro Sonotoxicity 평가Sonotoxicity assessment
인도시아닌 그린이 탑재된 엑소좀의 초음파 역학 효과를 조사하기 위하여, 초음파의 존재 또는 부재하에 다양한 샘플로 처리된 MCF-7 세포의 생존력을 표준 MTT 분석을 사용하여 측정하였다. MCF-7 및 hDFB 세포를 96-웰 플레이트 (1 x 104 세포/웰)에 접종하였다. 세포를 24 시간 동안 배양한 후, Free ICG (20μg/mL), ExoICG (20μg/mL ICG, 3.56 × 1010 엑소좀/mL) 및 FA-ExoICG (20μg/mL ICG, 3.76 × 1010 엑소좀/mL)를 세포에 첨가하였다. 처리 4 시간 후에 웰의 배지를 배양 배지로 교체하였다. 이후, 세포를 60초 또는 70초 동안 0.3 W/cm2에서 1MHz 초음파에 노출시킨 다음 48 시간 동안 배양하였다. 세포 생존력을 결정하기 위해 기존의 MTT 분석을 수행하였다. To investigate the sonication-induced cellular cytotoxicity of indocyanine green-loaded exosomes, the viability of MCF-7 cells treated with various samples in the presence or absence of ultrasound was measured using a standard MTT assay. MCF-7 and hDFB cells were seeded in 96-well plates (1 × 10 4 cells/well). After the cells were cultured for 24 h, Free ICG (20 μg/mL), ExoICG (20 μg/mL ICG, 3.56 × 10 10 exosomes/mL), and FA-ExoICG (20 μg/mL ICG, 3.76 × 10 10 exosomes/mL) were added to the cells. After 4 h of treatment, the medium in the wells was replaced with culture medium. The cells were then exposed to 1 MHz ultrasound at 0.3 W/cm 2 for 60 or 70 s and then cultured for 48 h. A conventional MTT assay was performed to determine the cell viability.
1-12. Annexin V-FITC/Propidium Iodide (PI) 염색을 이용한 세포사멸 분석1-12. Apoptosis analysis using Annexin V-FITC/Propidium Iodide (PI) staining
MCF-7 및 hDFB 세포를 12-웰 플레이트 (2 x 105 세포/웰)에 접종하였다. 세포를 1 일 동안 배양한 후, Free ICG, ExoICG (40 μg/mL ICG, 7.13 x 1010 엑소좀/mL) 또는 FA-ExoICG (40 μg/mL ICG, 7.51 x 1010 엑소좀/mL)를 각 웰에 첨가하고, 4 시간 인큐베이션 하였다. 이후 세포를 트립신 처리하고 PBS (0.5 mL)에 분산시켰다. 세포 현탁액을 0.6 mL 마이크로 원심 분리 튜브로 옮기고 0.3 W/cm2에서 1 분 동안 초음파로 처리하였다. 초음파 처리 후, 세포를 10% FBS가 보충된 배양 배지에 현탁시켰다. 이후 즉시 12-웰 플레이트에 다시 분주되었고 2 시간 동안 더 인큐베이션 되었다. 제조업체의 프로토콜 (BD Biosciences, Heidelberg, Germany)에 따라 분리하고 Annexin V-FITC 및 PI로 염색하였다. 세포 사멸 세포의 백분율은 유세포 분석 (CytoFLEX)에 의해 정량화되었다. Annexin V-양성 세포는 초기 및 후기 세포 사멸 세포로 결정되었다. MCF-7 and hDFB cells were seeded in 12-well plates (2 × 10 5 cells/well). After the cells were cultured for 1 day, Free ICG, ExoICG (40 μg/mL ICG, 7.13 × 10 10 exosomes/mL), or FA-ExoICG (40 μg/mL ICG, 7.51 × 10 10 exosomes/mL) were added to each well and incubated for 4 h. The cells were then trypsinized and dispersed in PBS (0.5 mL). The cell suspension was transferred to a 0.6 mL microcentrifuge tube and sonicated at 0.3 W/cm 2 for 1 min. After sonication, the cells were suspended in culture medium supplemented with 10% FBS. They were then immediately replated into 12-well plates and incubated for another 2 h. Cells were isolated according to the manufacturer's protocol (BD Biosciences, Heidelberg, Germany) and stained with Annexin V-FITC and PI. The percentage of apoptotic cells was quantified by flow cytometry (CytoFLEX). Annexin V-positive cells were determined as early and late apoptotic cells.
1-13. 1-13. In VivoIn Vivo 실험을 위한 MCF-7 종양 이종 이식 마우스의 제조Preparation of MCF-7 tumor xenograft mice for experiments
종양 이종 이식 마우스를 확립하기 위해, 100 μL의 PBS에 현탁된 MCF-7 세포 (1 x 106 세포)를 BALB/c 누드 마우스 (4 주령)의 등 부위에 피하 주사하였다. 종양 부피가 약 100 mm3에 도달하면 마우스를 n = 4로 각 처리 그룹으로 무작위로 분류하였다.To establish tumor xenograft mice, MCF-7 cells (1 × 10 6 cells) suspended in 100 μL of PBS were injected subcutaneously into the dorsal area of BALB/c nude mice (4 weeks old). When the tumor volume reached approximately 100 mm 3 , the mice were randomly divided into each treatment group with n = 4.
1-14. 1-14. In vivoIn vivo 생체 분포 연구Biodistribution studies
Free ICG, ExoICG, FA-ExoICG의 실시간 생체 분포 영상을 100 μL의 free ICG, ExoICG (1.0 mg ICG/kg, 1.78 × 1011 엑소좀/kg) 또는 FA-ExoICG (1.0 mg ICG/kg, 1.87 × 1011 엑소좀/kg)를 MCF-7 종양 이종 이식 마우스로 (n = 4) 정맥 주사하여 획득하였다. 마우스를 투여 24 시간 후 안락사시키고 장기를 수확하였다. Ami HT 이미징 시스템 (Spectral Instruments Imaging, Tucson, AZ, USA)을 사용하여 주사 후 24 시간 이내에 미리 정해진 시간에 인도시아닌 그린 형광 강도 (745-830nm)를 측정하여 전신 및 주요 장기 형광 이미지를 획득하고 분석하였다. 획득된 이미지는 Aura Imaging 2.20 소프트웨어 (Spectra Instruments Imaging)를 사용하여 분석하였다. Real-time biodistribution images of free ICG, ExoICG, and FA-ExoICG were acquired by intravenous injection of 100 μL of free ICG, ExoICG (1.0 mg ICG/kg, 1.78 × 10 11 exosomes/kg) or FA-ExoICG (1.0 mg ICG/kg, 1.87 × 10 11 exosomes/kg) into MCF-7 tumor xenografted mice (n = 4). Mice were euthanized 24 h after administration, and organs were harvested. Whole-body and major organ fluorescence images were acquired and analyzed by measuring indocyanine green fluorescence intensity (745-830 nm) at predetermined times within 24 h after injection using an Ami HT imaging system (Spectral Instruments Imaging, Tucson, AZ, USA). The acquired images were analyzed using Aura Imaging 2.20 software (Spectra Instruments Imaging).
1-15. 1-15. In Vivo In Vivo 약동학 연구Pharmacokinetic studies
Free ICG (1.0mg ICG/kg), ExoICG (1.0mg ICG/kg, 1.78 × 1011 엑소좀/kg) 및 FA ExoICG (1.0mg ICG/kg, 1.87 × 1011 엑소좀/kg)를 꼬리 정맥 주사로 MCF-7 종양 이종 이식 마우스 (n = 4)에 투여하였다. 혈액 샘플 (30 μL)은 투여 후 2, 10, 30, 60, 120, 240, 480 및 1440 분에 복재 정맥(saphenous vein)에서 수득하여 0.5 mL 헤파린화 된 폴리에틸렌 튜브에 보관하였다. 혈액 샘플에서 원심 분리 (4 ℃에서 10 분 동안 2000g)하여 혈장 샘플을 수집하였다. 투여 후 24 시간에 종양과 주요 기관 (뇌, 심장, 간, 폐, 비장 및 신장)을 채취하고 무게를 잰 후 균질화하였다. 혈장 및 조직 샘플은 탠덤 질량 분석을 이용한 액체 크로마토그래피 (LC-MS/MS) 분석을 위해 -80 ℃에서 유지되었다. 혈장 농도 (ng/mL)는 LC-MS / MS를 사용하여 정량화되었다. Free ICG (1.0 mg ICG/kg), ExoICG (1.0 mg ICG/kg, 1.78 × 10 11 exosomes/kg), and FA ExoICG (1.0 mg ICG/kg, 1.87 × 10 11 exosomes/kg) were administered by tail vein injection to MCF-7 tumor xenograft mice (n = 4). Blood samples (30 μL) were obtained from the saphenous vein at 2, 10, 30, 60, 120, 240, 480, and 1440 min after administration and stored in 0.5 mL heparinized polyethylene tubes. Plasma samples were collected by centrifugation (2000 g for 10 min at 4 °C) from the blood samples. Twenty-four hours after administration, tumors and major organs (brain, heart, liver, lung, spleen, and kidney) were collected, weighed, and homogenized. Plasma and tissue samples were kept at -80 °C for liquid chromatography with tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) analysis. Plasma concentrations (ng/mL) were quantified using LC-MS/MS.
1-16. 초음파 방사선 조사에 따른 FA-ExoICG의 1-16. FA-ExoICG according to ultrasound radiation exposure In VivoIn Vivo 항암 활성Anticancer activity
종양 이종 이식 마우스는 꼬리 정맥을 통해 다음을 i.v. 주입하고 초음파로 조사하였다 (n = 4) : (i) PBS; (ii) PBS + 초음파 (0.5 W/cm2); (iii) free ICG (1.0 mg ICG/kg) + 초음파; (iv) ExoICG (1.0 mg ICG/kg) + 초음파; 및 (v) FA-ExoICG (1.0 mg ICG/kg) + 초음파. ExoICG 및 FA-ExoICG 샘플의 엑소좀 농도는 각각 1.78 x 1011 엑소좀/mL 및 1.87 x 1011 엑소좀/mL이었다. 초음파 노출 (1 MHz, 0.5W/cm2)은 주사 후 4 시간 또는 24 시간에 3 분 동안 종양 부위에서 수행되었다. 종양 크기는 격일로 측정되었으며 다음과 같이 결정되었다: 종양 부피 = (종양 길이) × (종양 폭)2 / 2. 샘플의 생물학적 안전성을 평가하기 위해 각 마우스의 체중도 격일로 측정되었다. 14 일 동안 각 샘플의 정맥 주사와 초음파 방사선 조사 후 종양, 심장, 간, 폐, 신장 및 비장을 채취하였다. 모든 조직을 H & E로 염색하여 조직학 결과를 관찰하였다.Tumor xenografted mice were injected iv via the tail vein and irradiated with ultrasound (n = 4): (i) PBS; (ii) PBS + ultrasound (0.5 W/cm 2 ); (iii) free ICG (1.0 mg ICG/kg) + ultrasound; (iv) ExoICG (1.0 mg ICG/kg) + ultrasound; and (v) FA-ExoICG (1.0 mg ICG/kg) + ultrasound. The exosome concentrations of ExoICG and FA-ExoICG samples were 1.78 × 10 11 exosomes/mL and 1.87 × 10 11 exosomes/mL, respectively. Ultrasound exposure (1 MHz, 0.5 W/cm 2 ) was performed at the tumor site for 3 min, 4 or 24 h post-injection. Tumor size was measured every other day and determined as follows: Tumor volume = (tumor length) × (tumor width) 2 / 2. The body weight of each mouse was also measured every other day to evaluate the biological safety of the samples. After intravenous injection and ultrasound irradiation of each sample for 14 days, the tumor, heart, liver, lung, kidney, and spleen were collected. All tissues were stained with H&E to observe the histological results.
1-17. 통계분석1-17. Statistical Analysis
모든 실험은 달리 명시되지 않는 한 3회 수행되었다. 데이터는 평균 ± 표준 편차 (SD) 값으로 표현하였다. 실험 그룹 간의 통계적 유의성을 평가하기 위하여 One-way ANOVA가 사용되었다. 통계적 유의성은 다음과 같이 표시되었다: *p <0.05; **p <0.01.All experiments were performed in triplicate unless otherwise specified. Data are expressed as mean ± standard deviation (SD). One-way ANOVA was used to evaluate statistical significance between experimental groups. Statistical significance was expressed as follows: *p <0.05; **p <0.01.
실시예 2. 인도시아닌 그린 탑재 엑소좀의 설계, 준비 및 특성 분석Example 2. Design, preparation, and characterization of indocyanine green-loaded exosomes
본 발명에서는 분자 프로파일이 잘 알려진 HEK-293T 세포 유래 엑소좀을 사용하였으며, HEK-293T 세포 유래 엑소좀의 암 특이성을 향상시키기 위하여 FA를 엑소좀 표면에 결합하였다. 이를 위하여 엑소좀 (2.0 × 1012)을 1% (v/v) 디메틸설폭사이드 (DMSO)/인산염 완충 식염수 (PBS)에서 1mg/mL N 하이드록시숙신이미드 (NHS) 에스테르 활성화된 FA와 혼합하고 4 ℃에서 밤새 교반하였다. 이어서, PD G-25 탈염 컬럼을 사용하여 FA-접합된 엑소좀(FA-엑소좀)을 정제하였다. 인도시아닌 그린은 DMSO의 존재하에 PBS에서 FA-엑소좀과 인도시아닌 그린을 혼합함으로써 엑소좀에 효율적으로 탑재되도록 하였다. DMSO는 인도시아닌 그린의 용해도와 지질막을 통한 투과성을 증가시키는데 사용되었다. DMSO 농도가 4% (v/v) 보다 높으면 DMSO로 인한 막 파괴로 인해 엑소좀이 실질적으로 손실되기 때문에 인도시아닌 그린 캡슐화를 위해 PBS에서 최대 농도 4% (v/v) DMSO를 사용하였다 (표 1).In the present invention, HEK-293T cell-derived exosomes with well-known molecular profiles were used, and FA was conjugated to the exosome surface to enhance the cancer specificity of HEK-293T cell-derived exosomes. To this end, exosomes (2.0 × 10 12 ) were mixed with 1 mg/mL N hydroxysuccinimide (NHS) ester-activated FA in 1% (v/v) dimethyl sulfoxide (DMSO)/phosphate buffered saline (PBS) and stirred overnight at 4 °C. Subsequently, FA-conjugated exosomes (FA-exosomes) were purified using a PD G-25 desalting column. Indocyanine green was efficiently loaded into exosomes by mixing FA-exosomes and indocyanine green in PBS in the presence of DMSO. DMSO was used to increase the solubility and permeability of indocyanine green through lipid membranes. A maximum concentration of 4% (v/v) DMSO in PBS was used for indocyanine green encapsulation because higher concentrations of DMSO resulted in substantial loss of exosomes due to membrane disruption by DMSO (Table 1).
엑소좀에서 FA-접합 및 인도시아닌 그린 캡슐화를 확인하기 위하여 자외선-가시 광선 (UV-vis) 분광 분석을 수행하였다. 블랭크 엑소좀, free FA, free ICG, FA-엑소좀 및 FA-ExoICG의 UV-vis 흡수 스펙트럼은 도 2A에 도시된 바와 같다. FA-ExoICG의 흡수 스펙트럼은 각각 엽산 및 인도시아닌 그린을 나타내는 ~290 및 ~790nm 에서 특징적인 피크를 보여주어, 엽산 및 인도시아닌 그린이 FA-엑소좀에 성공적으로 통합되었음을 확인할 수 있었다. 엑소좀에 대한 FA의 접합 비율은 290 nm에서 FA의 특징적인 UV 흡광도를 정량화하여 17.3%로 결정되었다. 엑소좀에 대한 FA의 밀도는 5.2 x 105 FA/엑소좀이었다. ExoICG 및 FA-ExoICG에서 인도시아닌 그린의 캡슐화 효율은 각각 64.9 및 60.7 %였다. ExoICG 및 FA-ExoICG에 대한 인도시아닌 그린의 탑재 용량은 각각 5.69 x 10-10 및 5.32 x 10-10 μg/엑소좀이었다. To confirm the FA conjugation and indocyanine green encapsulation in exosomes, ultraviolet–visible (UV–vis) spectroscopy was performed. The UV–vis absorption spectra of blank exosomes, free FA, free ICG, FA-exosomes, and FA-ExoICG are shown in Fig. 2A. The absorption spectrum of FA-ExoICG showed characteristic peaks at ~290 and ~790 nm, which represent folic acid and indocyanine green, respectively, confirming that folic acid and indocyanine green were successfully incorporated into FA-exosomes. The conjugation ratio of FA to exosomes was determined to be 17.3% by quantifying the characteristic UV absorbance of FA at 290 nm. The density of FA to exosomes was 5.2 × 10 5 FA/exosome. The encapsulation efficiencies of indocyanine green in ExoICG and FA-ExoICG were 64.9 and 60.7%, respectively. The loading capacities of indocyanine green for ExoICG and FA-ExoICG were 5.69 x 10 -10 and 5.32 x 10 -10 μg/exosome, respectively.
블랭크 및 변형된 엑소좀의 유체 역학적 크기 및 표면 전하는 나노 입자 추적 분석 (NTA) (Nanosight NS300, Malvern, 영국 Worcestershire) 및 제타 전위 분석 (Nano-ZS Zetasizer, Malvern)에 의해 각각 결정되었다. 블랭크 엑소좀, FA-엑소좀, ExoICG 및 FA-ExoICG의 유체 역학적 크기는 각각 108.5 ± 2.5, 115.7 ± 1.1, 136.0 ± 3.0 및 149.8 ± 3.4 nm였다 (표 2).The hydrodynamic sizes and surface charges of blank and modified exosomes were determined by nanoparticle tracking analysis (NTA) (Nanosight NS300, Malvern, Worcestershire, UK) and zeta potential analysis (Nano-ZS Zetasizer, Malvern), respectively. The hydrodynamic sizes of blank exosomes, FA-exosomes, ExoICG, and FA-ExoICG were 108.5 ± 2.5, 115.7 ± 1.1, 136.0 ± 3.0, and 149.8 ± 3.4 nm, respectively (Table 2).
나노 크기의 직경을 가진 엑소좀은 강화된 세포 흡수 및 약동학이라는 추가 이점을 가질 수 있다. FA-엑소좀의 크기는 블랭크 엑소좀의 크기와 유사했으며, 이로써 FA 변형이 엑소좀 파괴 또는 응집을 유도하지 않음을 알 수 있었다. 엑소좀은 인도시아닌 그린이 탑재된 후 약간 더 커졌다. 대부분의 인도시아닌 그린은 엑소좀의 내부로 캡슐화되지만 인도시아닌 그린의 일부는 인도시아닌 그린의 친유성 특성으로 인해 엑소좀의 지질 이중층 내에 내장되어 엑소좀 크기가 증가될 수 있다. 제타 전위 분석 결과, 모든 엑소좀 기반 샘플이 -21.4 ~ -28.5mV 범위의 음의 표면 전하를 갖는 것으로 나타났다 (표 2 참조). 표면 개질된 엑소좀의 유체 역학적 직경 및 표면 전하에 대한 이러한 최소 변경으로 엑소좀의 고유한 특성이 유지됨을 알 수 있었다. 블랭크 엑소좀과 FA-ExoICG의 형태를 투과 전자 현미경 (TEM)으로 관찰한 결과, 블랭크 엑소좀과 FA-ExoICG는 모두 직경이 40 ~ 60nm 인 구형 입자임을 확인하였다 (도 2B).Exosomes with nano-sized diameters may have the additional advantage of enhanced cellular uptake and pharmacokinetics. The sizes of FA-exosomes were similar to those of blank exosomes, suggesting that FA modification did not induce exosome disruption or aggregation. The exosomes were slightly larger after loading with indocyanine green. Although most of the indocyanine green was encapsulated inside the exosomes, some of the indocyanine green may be embedded within the lipid bilayer of exosomes due to the lipophilic nature of indocyanine green, which may increase the exosome size. Zeta potential analysis revealed that all exosome-based samples had negative surface charges in the range of -21.4 to -28.5 mV (see Table 2 ). These minimal changes in the hydrodynamic diameter and surface charge of the surface-modified exosomes indicated that the intrinsic properties of the exosomes were maintained. The morphology of blank exosomes and FA-ExoICG was observed by transmission electron microscopy (TEM), and both blank exosomes and FA-ExoICG were confirmed to be spherical particles with a diameter of 40–60 nm (Fig. 2B).
엑소좀 마커 단백질인 CD81 및 CD63의 발현을 웨스턴 블롯팅으로 분석하여 표면 변형 및 인도시아닌 그린 탑재 과정이 엑소좀의 단백질 함량에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과, 도 2C에서 볼 수 있듯이, CD81 및 CD63을 나타내는 명백한 밴드가 FA-엑소좀, ExoICG, FA-ExoICG 및 블랭크 엑소좀에서 관찰되었다. 이와 같은 결과는 표면 변형 및 인도시아닌 그린 탑재 과정에 의해 엑소좀의 원래 단백질 함량을 크게 변화하지 않음을 보여준다. The expression of exosome marker proteins CD81 and CD63 was analyzed by Western blotting to investigate the effects of surface modification and indocyanine green loading process on the protein content of exosomes. As shown in Fig. 2C, obvious bands representing CD81 and CD63 were observed in FA-exosomes, ExoICG, FA-ExoICG, and blank exosomes. These results demonstrate that the original protein content of exosomes is not significantly changed by surface modification and indocyanine green loading process.
실시예 3. 인도시아닌 그린 탑재 엑소좀의 높은 콜로이드 안정성Example 3. High colloidal stability of indocyanine green-loaded exosomes
생체 내에서 성공적으로 작용하려면 생물학적 유체의 약물 운반체가 높은 콜로이드 안정성을 가져야 한다. PBS에 현탁된 ExoICG 및 FA ExoICG는 37 ℃에서 배양되었으며, 염분 생리학적 조건에서 콜로이드 안정성을 조사하기 위하여 다양한 기간에 걸쳐 크기를 측정하였다. To function successfully in vivo, drug carriers in biological fluids must have high colloidal stability. ExoICG and FA ExoICG suspended in PBS were incubated at 37 °C and their sizes were measured over various periods of time to investigate colloidal stability under saline physiological conditions.
그 결과, ExoICG와 FA-ExoICG는 PBS에서 최대 72 시간 이내에는 크기 변화가 크게 나타나지 않는 것으로 나타났다. 이는 높은 염 농도에 대한 인도시아닌 그린 탑재 엑소좀의 높은 콜로이드 안정성을 보여주는 것으로, 인도시아닌 그린이 장착된 엑소좀은 높은 콜로이드 안정성과 나노 크기로 인하여 혈류의 순환 시간을 연장시키고 EPR 효과를 통해 종양 축적을 증가시켜 효율적인 생체 내 암 표적 SDT를 유도할 수 있음을 알 수 있었다. As a result, ExoICG and FA-ExoICG showed no significant size change within up to 72 hours in PBS. This demonstrates the high colloidal stability of indocyanine green-loaded exosomes at high salt concentrations. It was found that indocyanine green-loaded exosomes can prolong the circulation time in the bloodstream due to their high colloidal stability and nano-size, and increase tumor accumulation through the EPR effect, thereby inducing efficient in vivo cancer-targeting SDT.
실시예 4. 엑소좀으로의 캡슐화에 의한 인도시아닌 그린의 장기 수성 안정성Example 4. Long-term aqueous stability of indocyanine green by encapsulation into exosomes
인도시아닌 그린은 수용액에서 분해되어 흡수 및 형광이 동시에 감소된다. 엑소좀이 인도시아닌 그린의 장기 수성 안정성을 제공할 수 있는지 조사하기 위하여 10 일 동안 4 ℃ PBS에서 배양하면서 free ICG, ExoICG 및 FA-ExoICG의 형광 강도를 모니터링하였다. 도 2D는 배양 10 일 후 ExoICG의 초기 형광 신호의 83%가 남아 있음을 나타낸다. FA-ExoICG는 ExoICG와 거의 동일한 형광 강도 변화를 보였으며, 이는 엑소좀의 FA 변형이 엑소좀의 장기 수성 안정성에 영향을 미치지 않음을 나타낸다. 반면, free ICG 용액의 형광 신호는 10 일 배양 후 초기 값의 47 %로 크게 감소하여 (p <0.01) 인도시아닌 그린의 낮은 수성 안정성을 확인할 수 있었다. 상기와 같은 결과로부터, 엑소좀이 수용액에서 인도시아닌 그린의 안정성을 개선했음을 알 수 있었다. Indocyanine green decomposes in aqueous solution, resulting in simultaneous decrease in absorption and fluorescence. To investigate whether exosomes can provide long-term aqueous stability of indocyanine green, the fluorescence intensities of free ICG, ExoICG, and FA-ExoICG were monitored during culture in PBS at 4 °C for 10 days. Figure 2D shows that 83% of the initial fluorescence signal of ExoICG remained after 10 days of culture. FA-ExoICG showed almost the same fluorescence intensity change as ExoICG, indicating that FA modification of exosomes does not affect the long-term aqueous stability of exosomes. In contrast, the fluorescence signal of free ICG solution significantly decreased to 47% of the initial value after 10 days of culture (p < 0.01), confirming the low aqueous stability of indocyanine green. These results suggest that exosomes improved the stability of indocyanine green in aqueous solution.
실시예 5. 인도시아닌 그린 탑재 엑소좀에 의한 초음파 감응성 인도시아닌 그린 방출Example 5. Ultrasound-responsive release of indocyanine green by indocyanine green-loaded exosomes
37 ℃ PBS (pH 7.4)에서 인큐베이션하기 전 ExoICG 및 FA-ExoICG를 초음파로 조사하고 (1 분, 0.3 W/cm2), 초음파 감응성 인도시아닌 그린 방출을 평가하였다. 초음파 조사가 없을 때 ExoICG 및 FA-ExoICG에서 방출된 인도시아닌 그린의 양은 크게 다르지 않았다(도 2E). 초음파 조사가 없는 상태에서 ExoICG 및 FA-ExoICG는 24 시간 이내에 각각 14.2 및 14.6% 누적 인도시아닌 그린을 방출하였다. 초음파로 조사했을 때 엑소좀에서 훨씬 더 많은 인도시아닌 그린이 방출되었다 (p <0.01). ExoICG와 FA-ExoICG는 초음파 조사 후 24 시간 배양 후 각각 31.7 %와 32.9 %의 인도시아닌 그린을 방출했다. ExoICG and FA-ExoICG were irradiated with ultrasound (1 min, 0.3 W/cm 2 ) prior to incubation in PBS (pH 7.4) at 37 ℃, and the ultrasound-responsive indocyanine green release was assessed. The amount of indocyanine green released from ExoICG and FA-ExoICG in the absence of ultrasound irradiation was not significantly different (Fig. 2E). In the absence of ultrasound irradiation, ExoICG and FA-ExoICG released 14.2 and 14.6% cumulative indocyanine green, respectively, within 24 h. When irradiated with ultrasound, significantly more indocyanine green was released from exosomes (p < 0.01). ExoICG and FA-ExoICG released 31.7% and 32.9% of indocyanine green, respectively, after 24 h of incubation with ultrasound.
이와 같은 결과로부터 초음파가 인도시아닌 그린에서 ROS 생성을 촉발할 뿐만 아니라 표적 종양 조직에서 인도시아닌 그린의 방출을 위한 외부 자극 역할도 한다는 것을 알 수 있었다. 본 발명에서는 초음파 조사에 의해 엑소좀 막의 불안정화가 유도되고, 이로써 엑소좀에서 인도시아닌 그린이 방출되며, 따라서 엑소좀을 효과적인 초음파 반응 약물 운반체로 사용할 수 있음을 확인하였다. These results suggest that ultrasound not only triggers ROS production in indocyanine green, but also acts as an external stimulus for the release of indocyanine green from target tumor tissues. In the present invention, it was confirmed that ultrasound irradiation induces destabilization of the exosome membrane, thereby releasing indocyanine green from exosomes, and thus exosomes can be used as effective ultrasound-responsive drug carriers.
증가된 초음파 조사 시간이 FA-ExoICG에서 인도시아닌 그린 방출을 촉진하는지 여부를 조사하기 위하여, 상이한 초음파 조사 시간에 따른 인도시아닌 그린 방출 속도를 정량화 한 결과, 초음파 조사 시간이 증가함에 따라 FA-ExoICG에서 더 많은 인도시아닌 그린이 방출되는 것으로 확인되었다. 예를 들어, FA-ExoICG는 초음파를 70초 조사한 경우 24 시간 이내에 인도시아닌 그린의 45.0 %가 방출되었다. 이와 같이 엑소좀에서 방출되는 인도시아닌 그린이 증가함으로써 보다 효율적인 SDT를 발휘할 수 있음을 알 수 있었다. To investigate whether increased ultrasound irradiation time promotes the release of indocyanine green from FA-ExoICG, the release rate of indocyanine green according to different ultrasound irradiation times was quantified. As a result, it was confirmed that more indocyanine green was released from FA-ExoICG as the ultrasound irradiation time increased. For example, when FA-ExoICG was irradiated with ultrasound for 70 s, 45.0% of indocyanine green was released within 24 h. It was found that more efficient SDT could be exhibited by increasing the released indocyanine green from exosomes.
실시예 6. FA-ExoICG의 암 표적 세포 흡수Example 6. Cancer target cell uptake of FA-ExoICG
동등한 인도시아닌 그린 농도를 갖는 free ICG, ExoICG 및 FA-ExoICG를 엽산 수용체 과발현 MCF-7 세포와 함께 인큐베이션하여 FA 접합이 유방암 세포에 의한 인도시아닌 그린 탑재된 엑소좀의 세포 내재화를 촉진하는지 조사하였다. 인간 진피 섬유 아세포 (hDFB)가 엽산 수용체 음성 대조군으로 채택되었다. Free ICG, ExoICG, and FA-ExoICG with equivalent indocyanine green concentrations were incubated with folate receptor-overexpressing MCF-7 cells to investigate whether FA conjugation promotes cellular internalization of indocyanine green-loaded exosomes by breast cancer cells. Human dermal fibroblasts (hDFB) were employed as a folate receptor-negative control.
그 결과, 도 3A에 나타난 바와 같이, FA-ExoICG는 FA가 없는 ExoICG 보다 MCF-7 세포를 과잉 생산하는 엽산 수용체에 의해 더 효과적으로 흡수되었다. 또한, MCF-7 세포에 의한 FA-ExoICG의 세포 흡수는 hDFB 세포에 의한 FA-ExoICG의 세포 흡수보다 우수한 것으로 나타났다. 이와 같은 결과로부터 FA-ExoICG의 암 선택적 세포 내재화를 확인할 수 있었다.As a result, as shown in Fig. 3A, FA-ExoICG was more effectively taken up by folate receptor-overproducing MCF-7 cells than ExoICG without FA. In addition, the cellular uptake of FA-ExoICG by MCF-7 cells was found to be superior to that of FA-ExoICG by hDFB cells. These results confirmed the cancer-selective cellular internalization of FA-ExoICG.
FA-ExoICG의 수용체-매개 세포 내 이입에서 FA의 효과를 조사하기 위하여, ExoICG 또는 FA-ExoICG 처리 전 MCF-7 및 hDFB 세포를 free FA와 함께 사전 배양 한 FA 경쟁 결합 연구를 수행하였다. free FA로 전 배양시, 세포의 엽산 수용체는 FA-ExoICG 처리 전에 과량의 FA로 초기에 차단된다. To investigate the effect of FA on receptor-mediated endocytosis of FA-ExoICG, FA competitive binding studies were performed in which MCF-7 and hDFB cells were pre-incubated with free FA prior to ExoICG or FA-ExoICG treatment. When pre-incubated with free FA, the folate receptors of the cells were initially blocked by excess FA prior to FA-ExoICG treatment.
상기 실험 결과, 도 3A에 나타난 바와 같이, free FA의 전 배양은 MCF-7 세포에 의한 FA-ExoICG의 세포 내재화를 감소시켰다. 대조적으로, MCF-7 세포에 의한 FA-free ExoICG의 세포 내재화는 FA와의 전배양에 의해 크게 영향을 받지 않았다. 이와 같은 결과로부터 MCF-7 세포에 의한 FA-ExoICG의 상승된 흡수가 엽산 수용체 매개 세포 내 이입과 인과적 관련이 있음을 알 수 있었다.As shown in Fig. 3A, the preincubation with free FA decreased the cellular internalization of FA-ExoICG by MCF-7 cells. In contrast, the cellular internalization of FA-free ExoICG by MCF-7 cells was not significantly affected by the preincubation with FA. These results suggest that the enhanced uptake of FA-ExoICG by MCF-7 cells is causally related to folate receptor-mediated endocytosis.
실시예 7. 인도시아닌 그린 탑재 엑소좀에 의한 향상된 음역학적 효과Example 7. Enhanced phonodynamic effects by indocyanine green-loaded exosomes
SDT의 효능은 초음파 노출에 의해 ROS를 생성하는 초음파 감작제의 기능에 따라 달라진다. free ICG 용액과 ExoICG 및 FA-ExoICG 현탁액을 초음파 (0.3 W/cm2, 2 분)에 노출하여 인도시아닌 그린이 탑재된 엑소좀이 인도시아닌 그린의 음역학적 효과를 향상시키는지 여부를 조사하였다. ExoICG 및 FA-ExoICG의 인도시아닌 그린이 초음파 노출에서 ROS를 생성하는지 조사하기 위해 무세포 시스템에서 free ICG, ExoICG 및 FA-ExoICG의 상대적 ROS 생산을 초음파 조사 전후에 측정하였다(도 3B). The efficacy of SDT depends on the ability of ultrasound-sensitizing agents to generate ROS upon ultrasound exposure. Free ICG solution and ExoICG and FA-ExoICG suspensions were exposed to ultrasound (0.3 W/cm 2 , 2 min) to investigate whether indocyanine green-loaded exosomes enhance the sonodynamic effects of indocyanine green. To investigate whether indocyanine green in ExoICG and FA-ExoICG generates ROS upon ultrasound exposure, the relative ROS production of free ICG, ExoICG, and FA-ExoICG in a cell-free system was measured before and after ultrasound irradiation (Fig. 3B).
초음파 조사 결과, free ICG, ExoICG 및 FA-ExoICG의 ROS 생성이 크게 증가되었다. 특히 ExoICG와 FA-ExoICG 모두 free ICG보다 ROS 생성 능력이 더 강하게 나타났다. 이와 같은 결과는 엑소좀 캡슐화로 인해 수용액에서 인도시아닌 그린의 안정성이 향상되기 때문일 수 있다(도 2D). 상기 결과로부터, 인도시아닌 그린이 탑재된 엑소좀은 인도시아닌 그린에 비해 SDT에 대해 효과적이고 안정적인 나노 초음파 감작제임을 알 수 있었다. Ultrasonic irradiation results showed that ROS production of free ICG, ExoICG, and FA-ExoICG was significantly increased. In particular, both ExoICG and FA-ExoICG showed stronger ROS production ability than free ICG. This result may be because the stability of indocyanine green in aqueous solution was improved due to exosome encapsulation (Fig. 2D). From the above results, it was found that exosomes loaded with indocyanine green were effective and stable nano ultrasound sensitizers for SDT compared to indocyanine green.
세포 내 ROS 생성과 초음파 방사선 조사 하에서 초음파 감작제에 의한 산화 스트레스가 세포 내 소기관 기능 장애와 세포 사멸을 유발하는 것으로 알려져 있는바, MCF-7 및 hDFB 세포에 초음파 자극 하에 free ICG, ExoICG 및 FA-ExoICG를 처리 한 후 ROS의 세포 내 수준을 ROS 민감성 2', 7'-dichlorofluorescein diacetate (DCF-DA) 염료를 사용하여 평가하였다. 염료 처리된 세포에서 더 강한 형광 신호는 더 높은 수준의 ROS 생산을 나타낸다. It is known that intracellular ROS production and oxidative stress by ultrasound sensitizers induce intracellular organelle dysfunction and cell death under ultrasound stimulation. After treatment of MCF-7 and hDFB cells with free ICG, ExoICG and FA-ExoICG under ultrasound stimulation, the intracellular levels of ROS were evaluated using the ROS-sensitive 2',7'-dichlorofluorescein diacetate (DCF-DA) dye. A stronger fluorescence signal in the dye-treated cells indicates a higher level of ROS production.
그 결과, 도 3C에 도시된 바와 같이, 인도시아닌 그린이 탑재된 엑소좀을 사용한 치료는 초음파 처리에 관계없이 free ICG를 사용한 치료에 비해 더 높은 세포 내 ROS 수준을 나타내었다. 이 결과는 MCF-7 세포에 의한 인도시아닌 그린의 세포 내재화가 증가했기 때문일 수 있다. 특히, 초음파에 노출된 상태에서 free ICG, ExoICG 또는 FA-ExoICG로 처리된 세포는 초음파에 노출되지 않은 세포에 비해 세포 내 ROS 수준에서 극적인 증가를 나타내었다 (도 3C). 이 결과는 초음파가 인도시아닌 그린이 탑재된 엑소좀에서 ROS 생성을 트리거함을 보여준다. 초음파 조사에서 FA-ExoICG로 처리된 세포는 가장 높은 세포 내 ROS 수준을 나타내었는데, 이는 FA 접합으로 인해 세포 흡수가 촉진된 결과로 해석된다. FA-ExoICG와 함께 배양된 MCF-7 세포는 초음파 처리에 관계없이 hDFB 세포에 비해 더 높은 세포 내 ROS 수준을 나타냄을 확인할 수 있었다. 이 결과는 hDFB 세포보다 FA-ExoICG가 MCF-7 세포로 세포 흡수가 더 잘 일어난 결과로, 이와 같은 결과로부터 FA-ExoICG가 효과적인 암 표적 나노 초음파 감작제일 수 있음을 보여준다. As a result, as shown in Fig. 3C, treatment with exosomes loaded with indocyanine green exhibited higher intracellular ROS levels compared to treatment with free ICG, regardless of sonication. This result may be due to the increased cellular internalization of indocyanine green by MCF-7 cells. In particular, cells treated with free ICG, ExoICG, or FA-ExoICG under ultrasound exposure showed a dramatic increase in intracellular ROS levels compared to cells that were not exposed to ultrasound (Fig. 3C). This result demonstrates that ultrasound triggers ROS production in exosomes loaded with indocyanine green. Cells treated with FA-ExoICG under ultrasound irradiation exhibited the highest intracellular ROS levels, which is interpreted as a result of the promoted cellular uptake due to FA conjugation. It was confirmed that MCF-7 cells cultured with FA-ExoICG exhibited higher intracellular ROS levels compared to hDFB cells, regardless of sonication. These results indicate that FA-ExoICG was better uptaken into MCF-7 cells than into hDFB cells, suggesting that FA-ExoICG may be an effective cancer-targeting nano-ultrasound sensitizer.
실시예 8. FA-ExoICG를 사용한 Example 8. Using FA-ExoICG In Vitro In Vitro 암 표적 SDTCancer Targeted SDT
엽산 수용체-음성 hDFB 및 엽산 수용체-양성 MCF-7 세포에 대한 인도시아닌 그린-탑재된 엑소좀의 시험관 내 초음파 독성을 표준 MTT 분석을 사용하여 조사하였다. 세포를 20 μg/mL free ICG, ExoICG (20 μg/mL ICG, 3.56 x 1010 엑소좀/mL) 및 FA-ExoICG (20 μg/mL ICG, 3.76 x 1010 엑소좀/mL)로 처리한 다음, 60 초 또는 70 초 동안 초음파 방사선 조사하였다. 더 오랜 시간 초음파 방사선을 조사하면 세포 독성을 유발할 수 있기 때문에 세포는 최대 70 초 동안 초음파로 조사되었다. In vitro sonotoxicity of indocyanine green-loaded exosomes against folate receptor-negative hDFB and folate receptor-positive MCF-7 cells was investigated using a standard MTT assay. Cells were treated with 20 μg/mL free ICG, ExoICG (20 μg/mL ICG, 3.56 x 10-10 exosomes/mL), and FA-ExoICG (20 μg/mL ICG, 3.76 x 10-10 exosomes/mL) and then irradiated with ultrasound for 60 or 70 s. Cells were sonicated for up to 70 s because longer periods of ultrasound irradiation may induce cytotoxicity.
그 결과, MCF-7 및 hDFB 세포의 88% 이상이 70 초의 초음파 조사에서 생존력을 유지하여 초음파 조사에 의해서는 MCF-7 및 hDFB 세포 모두에서 최소의 세포 독성을 나타내었다(도 3D, 3E). 한편, ExoICG와 함께 배양된 MCF-7 세포의 생존력은 free ICG로 처리된 것과 비교하여 유의하게 감소하였다(도 3D). 이는 엑소좀에 의해 인도시아닌 그린의 세포 내 흡수가 증가되어 세포 독성이 증가된 것으로 해석된다. 세포에 초음파 방사선을 조사한 후 ExoICG 또는 FA-ExoICG를 처리하였을 때, 세포 독성이 현저히 증가되었다. 구체적으로, FA-ExoICG로 처리한 후 MCF-7 세포의 생존율은 66.9%에서 60초의 초음파 조사 후 44.1%로 감소하였고 (도 3D), 70초의 초음파 조사 후 FA-ExoICG로 처리된 세포의 생존력은 더 현저하게 감소하였다. 특히 MCF-7 세포에 대한 FA-ExoICG의 초음파 독성(sonotoxicity)은 초음파 방사선 조사 여부와 관계없이 ExoICG보다 유의하게 더 크게 나타났다. 이와 같은 결과는 FA-ExoICG의 암 특이성 때문일 수 있다. MCF-7 및 hDFB 세포에 대한 free ICG, ExoICG 및 FA-ExoICG의 초음파 독성을 비교해 본 결과, FA-ExoICG는 hDFB 세포보다 MCF-7 세포에 훨씬 더 초음파 독성을 나타낸 반면, free ICG와 ExoICG는 두 세포 유형에 대해 유사한 수준의 초음파 독성을 나타내었다. 이와 같은 결과로부터 FA-ExoICG의 암 특이적 초음파 독성(sonotoxicity)을 확인할 수 있었다.As a result, more than 88% of MCF-7 and hDFB cells maintained viability after 70 seconds of ultrasound irradiation, indicating that ultrasound irradiation caused minimal cytotoxicity in both MCF-7 and hDFB cells (Fig. 3D, 3E). Meanwhile, the viability of MCF-7 cells cultured with ExoICG was significantly decreased compared to that treated with free ICG (Fig. 3D). This is interpreted as an increase in cytotoxicity due to increased intracellular uptake of indocyanine green by exosomes. When cells were irradiated with ultrasound radiation and then treated with ExoICG or FA-ExoICG, cytotoxicity was significantly increased. Specifically, the viability of MCF-7 cells decreased from 66.9% after treatment with FA-ExoICG to 44.1% after 60 seconds of ultrasound irradiation (Fig. 3D), and the viability of cells treated with FA-ExoICG decreased more significantly after 70 seconds of ultrasound irradiation. In particular, the sonotoxicity of FA-ExoICG for MCF-7 cells was significantly greater than that of ExoICG, regardless of ultrasound irradiation. This result may be due to the cancer-specificity of FA-ExoICG. When the sonotoxicity of free ICG, ExoICG, and FA-ExoICG for MCF-7 and hDFB cells was compared, FA-ExoICG showed significantly more sonotoxicity for MCF-7 cells than for hDFB cells, whereas free ICG and ExoICG showed similar levels of sonotoxicity for both cell types. These results confirmed the cancer-specific sonotoxicity of FA-ExoICG.
세포 내 ROS 생성 평가(도 3C)와 함께 세포 독성 평가로부터 인도시아닌 그린 탑재된 엑소좀이 효과적인 나노 초음파 감작제임을 확인할 수 있었다. MCF-7 및 hDFB 세포에 대한 블랭크 엑소좀 (즉, 인도시아닌 그린이 없는 엑소좀)의 세포 독성을 분석하여 엑소좀 자체의 독성을 평가하였다. 블랭크 엑소좀은 MCF-7 및 hDFB 세포 모두에 대해 2.0 × 1011 엑소좀/mL 농도까지 유의한 독성 (> 90 % 생존율)을 나타내지 않아, 엑소좀이 저독성 담체임을 확인하였다 (도 3F). 시험관 내 초음파 독성 연구에 사용된 엑소좀 농도는 ExoICG 및 FA-ExoICG에서 각각 20 μg/mL의 인도시아닌 그린 농도를 탑재하기 위해 대략 3.8 × 1010 엑소좀/mL를 사용하였으며, 3.8 x 1010 엑소좀/mL 농도의 블랭크 엑소좀은 세포 독성이 거의 나타나지 않았다 (도 3F). Together with the evaluation of intracellular ROS production (Fig. 3C), the cytotoxicity evaluation confirmed that indocyanine green-loaded exosomes were effective nano-ultrasound sensitizers. The cytotoxicity of blank exosomes (i.e., exosomes without indocyanine green) against MCF-7 and hDFB cells was analyzed to evaluate the toxicity of the exosomes themselves. Blank exosomes did not show significant toxicity (>90% viability) up to a concentration of 2.0 × 10-11 exosomes/mL against both MCF-7 and hDFB cells, confirming that exosomes are low-toxicity carriers (Fig. 3F). The exosome concentration used in the in vitro sonotoxicity study was approximately 3.8 × 10-10 exosomes/mL to load an indocyanine green concentration of 20 μg/mL in ExoICG and FA-ExoICG, respectively, and blank exosomes at a concentration of 3.8 × 10-10 exosomes/mL showed almost no cytotoxicity (Fig. 3F).
따라서, ExoICG와 FA-ExoICG의 초음파 독성은 엑소좀에 의한 것이 아니라, 엑소좀이 포함하고 있는 인도시아닌 그린 때문임을 확인할 수 있었다. 약물 운반체의 고유한 독성은 임상적 사용에 큰 장애가 된다는 점을 감안할 때, 블랭크 엑소좀의 낮은 독성으로부터 엑소좀 기반 나노 초음파 감작제를 SDT에 안전하게 임상 적용할 수 있음을 알 수 있었다.Therefore, we could confirm that the sonotoxicity of ExoICG and FA-ExoICG was not due to exosomes, but rather to indocyanine green contained in the exosomes. Considering that the inherent toxicity of drug carriers is a major obstacle to clinical use, the low toxicity of blank exosomes suggests that exosome-based nano-sonic sensitizers can be safely applied clinically to SDT.
추가적으로, free ICG, ExoICG 및 FA-ExoICG로 처리한 MCF-7 세포의 세포 사멸 정도를 초음파 방사선 조사 전후에 평가하여 초음파가 ExoICG 및 FA-ExoICG의 초음파 독성을 유발하는지 여부를 조사하였다. 초음파 조사 하에서 ExoICG 또는 FA-ExoICG로 처리된 세포에서는 초기 및 후기 세포 사멸 집단이 극적으로 증가하였다 (각각 34.09 및 57.65 %) (도 3G). 초음파 방사선 조사 하에서 특히 FA-ExoICG 처리는 ExoICG보다 더 높은 수준의 세포 사멸을 유도하였다 (도 3D). Additionally, the degree of apoptosis in MCF-7 cells treated with free ICG, ExoICG, and FA-ExoICG was evaluated before and after ultrasound irradiation to investigate whether ultrasound induced sonotoxicity of ExoICG and FA-ExoICG. Under ultrasound irradiation, the early and late apoptotic populations were dramatically increased in cells treated with ExoICG or FA-ExoICG (34.09 and 57.65%, respectively) (Fig. 3G). Under ultrasound irradiation, FA-ExoICG treatment in particular induced a higher level of apoptosis than ExoICG (Fig. 3D).
hDFB 세포에 대해서도 초음파 조사 전후 FA-ExoICG 처리에 의한 세포 사멸 정도를 조사하였다. 초음파 처리 후 FA-ExoICG 처리한 경우 31.80 %의 세포 사멸을 유도하여, 동일한 조건에서 MCF-7 세포에서 세포 사멸이 유도되는 것과 비교하여 상당히 낮은 수준으로 나타났다. 초음파 방사선 조사 후 FA-ExoICG로 처리할 때, hDFB 세포보다 MCF-7 세포에서 더 높은 세포사멸을 유도하는 것은 MCF-7 세포에서 hDFB 세포에 비해 세포 내 ROS 농도가 더 높기 때문인 것으로 판단된다.The degree of cell death by FA-ExoICG treatment before and after ultrasound irradiation was also investigated for hDFB cells. When FA-ExoICG was treated after ultrasound irradiation, 31.80% cell death was induced, which was a significantly lower level than the cell death induced in MCF-7 cells under the same conditions. It is thought that the reason why FA-ExoICG treatment after ultrasound irradiation induces higher cell death in MCF-7 cells than in hDFB cells is because the intracellular ROS concentration is higher in MCF-7 cells than in hDFB cells.
실시예 9. FA-ExoICG의 효과적인 종양 내 축적 Example 9. Effective intratumoral accumulation of FA-ExoICG
~ 100 nm 엑소좀과 같은 나노 스케일 약물 운반체는 EPR 효과를 통해 고형 종양에서 혈관 투과성과 림프 배출이 억제되기 때문에, 선택적 축적이 가능하다. 이하에서는 MCF-7 종양 이종 이식 마우스에서 FA-ExoICG의 형태로 종양 영역에 전달된 인도시아닌 그린의 축적이 강화되어 있음을 생체 내 NIR 형광 이미징을 통해 확인하였다.Nanoscale drug carriers, such as ~100 nm exosomes, can selectively accumulate in solid tumors because vascular permeability and lymphatic drainage are inhibited by the EPR effect. Hereinafter, we confirmed enhanced accumulation of indocyanine green delivered to the tumor area in the form of FA-ExoICG in MCF-7 tumor xenograft mice using in vivo NIR fluorescence imaging.
free ICG, ExoICG 및 FA-ExoICG를 마우스 정맥 내 투여한 후, 0-24 시간에 마우스 체내에서의 free ICG, ExoICG 및 FA-ExoICG의 생체 분포를 생체 내 이미징 시스템 (IVIS)을 사용하여 인도시아닌 그린의 NIR 형광 신호를 통해 검출하였다. 모든 마우스 그룹은 정맥 주사 (i.v.) 1 분 후, 몸 전체에서 형광 신호를 검출하였다(도 4A). 주사 후 24 시간까지 ExoICG 및 FA-ExoICG의 형광이 종양에서 검출된 반면, free ICG의 형광은 24 시간 이내에 종양에서 거의 사라졌다(도 4A). 이와 같은 결과로부터, 인도시아닌 그린 탑재된 엑소좀이 EPR 효과를 통해 인도시아닌 그린을 종양에 효과적으로 전달할 수 있음을 확인할 수 있었으며, 특히, ExoICG 투여된 경우에 비해 FA-ExoICG 투여된 마우스의 종양에서 더 높은 형광 강도를 나타내어, FA-ExoICG의 우수한 암 특이성을 확인할 수 있었다. 한편, 주사 후 24 시간에 채취한 종양 및 주요 장기의 생체 외 영상에서도 FA-ExoICG 처리 및 ExoICG 처리 마우스에서의 인도시아닌 그린 종양 내 축적이 free ICG를 처리한 마우스에 비해 상당히 증가되는 것으로 확인되었다(도 4B). 상기와 같은 결과로부터, 인도시아닌 그린 탑재된 엑소좀은 비침습성 NIR 형광 이미징에 적합하고, 생체 내 SDT와 동시에, 각 치료 단계를 가이드하고 모니터링 할 수 있음을 알 수 있었다.After intravenous administration of free ICG, ExoICG, and FA-ExoICG to mice, the biodistribution of free ICG, ExoICG, and FA-ExoICG in the mice body at 0-24 h was detected by the NIR fluorescence signal of indocyanine green using an in vivo imaging system (IVIS). All mouse groups detected fluorescence signals throughout the body 1 min after intravenous (i.v.) injection (Fig. 4A). Fluorescence of ExoICG and FA-ExoICG was detected in the tumor up to 24 h after injection, whereas the fluorescence of free ICG almost disappeared in the tumor within 24 h (Fig. 4A). These results confirmed that indocyanine green-loaded exosomes could effectively deliver indocyanine green to tumors via the EPR effect. In particular, the tumors of FA-ExoICG-administered mice showed higher fluorescence intensity than those of ExoICG-administered mice, confirming the excellent cancer specificity of FA-ExoICG. Meanwhile, ex vivo images of tumors and major organs collected 24 hours after injection also showed that indocyanine green accumulation in tumors in FA-ExoICG-treated and ExoICG-treated mice was significantly increased compared to mice treated with free ICG (Fig. 4B). These results suggest that indocyanine green-loaded exosomes are suitable for noninvasive NIR fluorescence imaging and can guide and monitor each treatment step simultaneously with in vivo SDT.
엑소좀의 종양 내 축적 과정을 확인하기 위하여, free ICG-, ExoICG- 및 FA-ExoICG 처리된 마우스에서 시간에 따른 종양 코어 영역의 형광 강도 대 종양 주위 조직 영역 (C/P)의 비율을 계산해 본 결과, 모든 그룹에서 주사 후 4 시간에 가장 높은 C/P 비율이 관찰되었고, 주사 후 8 시간까지 점진적으로 감소하는 것으로 나타났다. 따라서, 생체 내에서 가장 효과적인 인도시아닌 그린 매개 SDT를 달성하기 위한 연구로, 상기 각 샘플을 주사한 후 4시간이 지난 시점에서 초음파를 조사하였다. To investigate the intratumoral accumulation process of exosomes, the ratio of the fluorescence intensity of the tumor core area to the peritumoral tissue area (C/P) was calculated over time in free ICG-, ExoICG-, and FA-ExoICG-treated mice. The highest C/P ratio was observed at 4 h after injection in all groups, and it gradually decreased up to 8 h after injection. Therefore, in a study to achieve the most effective indocyanine green-mediated SDT in vivo, ultrasound was irradiated at 4 h after injection of each of the above samples.
투여 24 시간 후 C/P 비율이 증가한 이유는 투여 후 8 시간보다 투여 후 24 시간에 혈액 및 종양 주변 피부에 남아있는 ICG의 양이 급격히 감소[즉, 종양 주위 조직 영역 (P)의 ICG 농도가 크게 감소]했기 때문이다. The reason for the increase in the C/P ratio 24 hours after administration is that the amount of ICG remaining in the blood and peritumoral skin decreased more rapidly at 24 hours after administration than at 8 hours after administration [i.e., the ICG concentration in the peritumoral tissue area (P) decreased significantly].
실시예 10. 인도시아닌 그린- 탑재된 엑소좀의 생체 내 약동학 및 생체 분포Example 10. In vivo pharmacokinetics and biodistribution of indocyanine green-loaded exosomes
free ICG 및 인도시아닌 그린 캡슐화된 엑소좀의 생체 내 약동학적 특성 및 생체 분포를 MCF-7 종양 이종 이식 마우스 모델을 사용하여 평가하였다. ExoICG 및 FA-ExoICG (1.0mg ICG/kg)를 정맥 투여한 후 혈액 내 인도시아닌 그린 농도의 시간적 변화를 관찰하였다. The in vivo pharmacokinetic properties and biodistribution of free ICG and indocyanine green-encapsulated exosomes were evaluated using an MCF-7 tumor xenograft mouse model. Temporal changes in blood indocyanine green concentrations were observed after intravenous administration of ExoICG and FA-ExoICG (1.0 mg ICG/kg).
그 결과는 도 4C와 같으며, 곡선에서 파생된 약동학적 매개 변수는 표 3에 요약된 바와 같다. ExoICG 및 FA-ExoICG 그룹의 혈액 내 인도시아닌 그린 농도는 유사한 양상을 보였지만, FA-ExoICG 그룹의 초기 인도시아닌 그린 농도 (C0)는 주입된 용량 (ID)/mL의 23.56 ± 5.21 %로 계산되었다. 이는 ExoICG 그룹보다 약 2배 더 높은 값인데, 이는 FA-ExoICG가 조직에서 ExoICG 그룹의 급속한 축적과는 대조적으로 초기에 혈액에 국한되어 있음을 나타낸다. 또한, FA-ExoICG 그룹에서 24 시간 동안 곡선 아래 면적 (AUC)은 ExoICG 그룹보다 1.6 배 더 높게 나타났다(표 3). FA-ExoICG의 소실기 반감기 [t1/2 (z)]는 ExoICG 그룹보다 낮았다. ExoICG와 비교하여 종양 표적화 FA-ExoICG는 다른 조직보다 종양 조직에 더 빠르게 접근하고 흡수할 수 있는바, FA-ExoICG는 ExoICG에 비해 혈액 내 농도가 낮아 혈액 순환의 반감기가 상대적으로 짧을 수 있다. free ICG 그룹의 경우 C0, 소실기 반감기 및 AUC는 각각 2.49 ± 0.73 % ID/mL, 2.43 ± 0.59 시간 및 0.69 ± 0.27 % ID·h /mL로 나타났다. free ICG 그룹의 경우 24 시간 동안 AUC는 ExoICG 그룹의 경우보다 약 5 배 낮게 나타나 (표 3), ExoICG가 free ICG보다 더 오래 혈액 순환을 유지함을 알 수 있었다. The results are shown in Fig. 4C, and the pharmacokinetic parameters derived from the curves are summarized in Table 3. The blood indocyanine green concentrations of the ExoICG and FA-ExoICG groups showed similar patterns, but the initial indocyanine green concentration (C 0 ) of the FA-ExoICG group was calculated to be 23.56 ± 5.21% of the injected dose (ID)/mL. This value was approximately 2-fold higher than that of the ExoICG group, indicating that FA-ExoICG was initially confined to the blood in contrast to the rapid accumulation of the ExoICG group in the tissues. In addition, the area under the curve (AUC) for 24 h in the FA-ExoICG group was 1.6-fold higher than that in the ExoICG group (Table 3). The elimination half-life [t 1/2 (z)] of FA-ExoICG was lower than that of the ExoICG group. Compared with ExoICG, tumor-targeted FA-ExoICG can approach and be absorbed by tumor tissues more rapidly than other tissues, which may result in a lower blood concentration of FA-ExoICG and a relatively shorter half-life in blood circulation than ExoICG. For the free ICG group, the C 0 , elimination half-life, and AUC were 2.49 ± 0.73% ID/mL, 2.43 ± 0.59 h, and 0.69 ± 0.27% ID h /mL, respectively. In the free ICG group, the AUC for 24 h was approximately 5 times lower than that of the ExoICG group (Table 3), indicating that ExoICG maintained blood circulation longer than free ICG.
상기와 같은 결과로부터, 엑소좀은 면역 체계에 의한 제거를 회피할 수 있고 혈액 순환이 연장되어, 인도시아닌 그린이 탑재된 엑소좀은 장기간의 혈액 순환이 통해 나노 초음파 감작제로 임상적 사용이 가능함을 알 수 있었다. From the above results, it was found that exosomes can avoid elimination by the immune system and have prolonged blood circulation, so that exosomes loaded with indocyanine green can be clinically used as nano ultrasound sensitizers through long-term blood circulation.
ExoICG 및 FA-ExoICG를 종양 이종 이식 마우스에 단일 정맥 투여한 후 전체 기관에서의 인도시아닌 그린 분포를 조사하였다. 종양의 인도시아닌 그린 양은 주사 후 24 시간에 ExoICG 처리된 마우스에서 2.2 % ID/g, FA-ExoICG 처리된 마우스에서 8.2 % ID/g로 측정되어, FA-ExoICG가 ExoICG보다 더 효과적으로 종양을 표적으로 할 수 있음을 확인하였다(도 4D). 유사하게, IVIS를 사용하여 얻은 ex vivo 생체 분포 결과에서도 ExoICG 처리 마우스보다 FA ExoICG 처리 마우스의 폐 및 간에서 인도시아닌 그린의 흡수가 더 높게 나타났다 (도 4B). FA-ExoICG는 투여 후 24 시간에 간에서 가장 높은 인도시아닌 그린 국소화를 나타내었다 (도 4D).After single intravenous administration of ExoICG and FA-ExoICG to tumor xenograft mice, the distribution of indocyanine green in the whole organs was investigated. The amount of indocyanine green in the tumor was measured to be 2.2% ID/g in ExoICG-treated mice and 8.2% ID/g in FA-ExoICG-treated mice at 24 h after injection, confirming that FA-ExoICG could target tumors more effectively than ExoICG (Fig. 4D). Similarly, the ex vivo biodistribution results obtained using IVIS also showed that the uptake of indocyanine green was higher in the lungs and liver of FA-ExoICG-treated mice than that of ExoICG-treated mice (Fig. 4B). FA-ExoICG showed the highest localization of indocyanine green in the liver at 24 h after administration (Fig. 4D).
실시예 11. FA-ExoICG에 의한 효율적인 생체 내 초음파역학 암치료 효과Example 11. Effective in vivo sonodynamic cancer treatment effect by FA-ExoICG
인도시아닌 그린이 탑재된 엑소좀의 생체 내 초음파역학 치료 효과(synodynamic effect)를 MCF-7 종양 이종 이식 마우스 모델을 사용하여 평가하고자, 고형 종양 (~ 100 mm3)이 형성된 마우스 모델에 각 샘플 (PBS, free ICG, ExoICG 및 FA ExoICG)을 정맥 내로 투여하였다. 투여 후 4 시간 또는 24 시간에 3 분 동안 종양 영역에 초음파 조사 (0.5 W/cm2)하고, 추가 주사 또는 초음파 방사선 조사없이 14일 동안 종양의 부피 변화를 측정하였다. To evaluate the in vivo synodynamic effect of indocyanine green-loaded exosomes using an MCF-7 tumor xenograft mouse model, each sample (PBS, free ICG, ExoICG, and FA ExoICG) was intravenously administered to the mouse model with solid tumors (~100 mm 3 ). The tumor area was irradiated with ultrasound (0.5 W/cm 2 ) for 3 min at 4 or 24 h after administration, and the tumor volume change was measured for 14 days without additional injection or ultrasound irradiation.
그 결과, 초음파 조사 14 일 후, ExoICG 또는 FA-ExoICG가 투여된 마우스는 free ICG가 투여된 마우스에 비해 종양 성장을 더 효과적으로 억제하였으며, FA-ExoICG 처리군이 다른 그룹에 비해 종양 성장 억제 효과가 특히 우수하였다 (도 5A). 종양 이미지를 촬영한 결과에서도 FA-ExoICG 처리된 마우스에서 14일째 가장 작은 종양 크기가 확인되어(도 5B), FA-ExoICG는 종양에 효과적으로 축적됨으로써 우수한 초음파 역학 치료 효과가 발휘됨을 알 수 있었다. 한편, 모든 처리군에서 14 일 동안 체중 변화는 관찰되지 않아, 치료에 부작용이 없음을 알 수 있었다(도 5C). 초음파 조사하며 FA-ExoICG로 투여한 그룹의 종양에서 핵 수축 영역과 단편화가 뚜렷하게 관찰되었고(도 5D), FA-ExoICG 투여 14일 후, 마우스의 주요 기관을 절편화하여 H & E 염색한 결과, 각 기관은 무시할 정도의 병리학적 변화를 나타내어 FA-ExoICG의 높은 생체 내 안전성을 확인할 수 있었다(도 5D). As a result, 14 days after ultrasound irradiation, mice administered ExoICG or FA-ExoICG suppressed tumor growth more effectively than mice administered free ICG, and the FA-ExoICG treatment group was particularly superior in tumor growth inhibition effect compared to the other groups (Fig. 5A). The results of taking tumor images also showed that the FA-ExoICG treated mice had the smallest tumor size on day 14 (Fig. 5B), indicating that FA-ExoICG effectively accumulates in tumors, thereby exerting an excellent ultrasound dynamic therapeutic effect. Meanwhile, no change in body weight was observed in any treatment group for 14 days, indicating that the treatment had no side effects (Fig. 5C). In the tumors of the group administered with FA-ExoICG, nuclear shrinkage areas and fragmentation were clearly observed while examining with ultrasound (Fig. 5D). 14 days after administration of FA-ExoICG, the major organs of the mice were sectioned and stained with H&E, and each organ showed negligible pathological changes, confirming the high in vivo safety of FA-ExoICG (Fig. 5D).
나노 운반체는 만성적인 부작용을 예방하기 위하여 바람직한 시간 내에 신체에서 완전히 배설되어야 한다는 것이 잘 알려져 있다. 간과 비장의 대식세포가 주로 운반체로 사용되는 외래 엑소좀의 제거에 기여한다고 알려져 있는데, ICG가 탑재된 엑소좀은 투여 24 시간 후 간으로 상당히 축적된 결과를 보여주는바, 간 청소 경로를 통해 신체에서 제거될 것으로 예상된다. FA-ExoICG 처리된 마우스의 종양의 ICG 형광 강도는 주사 이후 시간에 관계없이 ExoICG로 처리된 것보다 더 높았다. 특히, FA-ExoICG로 처리된 종양의 ICG 양과 ExoICG로 처리된 종양의 ICG 양의 비율은 투여 후 4 시간보다 투여 후 24 시간에 더 높게 나타났다. 따라서, ExoICG와 비교하여 종양에서 상대적으로 증가된 FA-ExoICG 양이 SDT 효능의 향상으로 이어질 수 있는지 조사하기 위하여 주사 24 시간 후 종양을 분석하였다. It is well known that nanocarriers should be completely excreted from the body within a desirable time frame to prevent chronic side effects. It is known that macrophages in the liver and spleen mainly contribute to the clearance of foreign exosomes used as carriers, and ICG-loaded exosomes are expected to be eliminated from the body through the hepatic clearance pathway, as shown by the results of significant accumulation in the liver 24 h after administration. The ICG fluorescence intensity of the tumors of FA-ExoICG-treated mice was higher than that of ExoICG-treated mice regardless of the time after injection. In particular, the ratio of the amount of ICG in the tumors treated with FA-ExoICG to that of ExoICG-treated tumors was higher at 24 h after administration than at 4 h after administration. Therefore, the tumors were analyzed 24 h after injection to investigate whether the relatively increased amount of FA-ExoICG in the tumors compared to ExoICG could lead to the enhancement of SDT efficacy.
그 결과, 종양 성장은 free ICG로 처리된 마우스와 비교하여 ExoICG- 및 FA-ExoICG 처리된 마우스 모두에서 현저하게 억제되었다. 특히, FA-ExoICG 처리된 마우스는 14 일 동안 종양 부피의 증가가 현저히 적었으며 이는 주사 후 4 시간에서 초음파 조사를 사용한 종양 성장 억제 결과와 유사한 양상이었다 (도 5A). 특히, 투여 4시간 후 초음파 조사한 것과 비교하여, 투여 24시간 후 초음파 조사하는 경우 FA-ExoICG의 상대적인 종양 성장 억제 효과가 ExoICG의 종양 성장 억제 효과에 비해 현저하게 증가하였다(도 5A). As a result, tumor growth was significantly inhibited in both ExoICG- and FA-ExoICG-treated mice compared to mice treated with free ICG. In particular, FA-ExoICG-treated mice showed significantly less increase in tumor volume over 14 days, which was similar to the tumor growth inhibition results using ultrasound irradiation at 4 hours after injection (Fig. 5A). In particular, compared to ultrasound irradiation 4 hours after administration, the relative tumor growth inhibitory effect of FA-ExoICG was significantly increased compared to that of ExoICG when ultrasound irradiation was performed 24 hours after administration (Fig. 5A).
한편, 모든 마우스는 14 일 동안 체중에서 유의한 변화를 나타내지 않아 치료 부작용이 없음을 확인하였다. 또한, H & E 염색 이미지로도 ExoICG 처리군에 비해 FA-ExoICG 처리군에서 종양 조직이 더 효과적으로 파괴됨을 확인하였. 한편, ExoICG 및 FA-ExoICG 투여된 마우스의 주요 기관에서의 병리학적 변화는 거의 무시할 수 있는 수준에 불과하여, ICG 탑재된 엑소좀이 안전한 나노 초음파 감작제임을 확인하였다. Meanwhile, all mice did not show significant changes in body weight for 14 days, confirming the absence of therapeutic side effects. In addition, H&E staining images also confirmed that tumor tissues were destroyed more effectively in the FA-ExoICG treatment group than in the ExoICG treatment group. Meanwhile, pathological changes in the major organs of the ExoICG and FA-ExoICG-administered mice were almost negligible, confirming that ICG-loaded exosomes are safe nano ultrasound sensitizers.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the specific parts of the present invention have been described in detail above, it will be apparent to those skilled in the art that such specific descriptions are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereby. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
Claims (14)
A pharmaceutical composition for treating breast cancer, comprising an exosome loaded with indocyanine green and conjugated with folic acid as an active ingredient, wherein the composition is administered before ultrasound irradiation, and the ultrasound is irradiated once every 4 to 24 hours after administration of the composition.
A pharmaceutical composition according to claim 1, characterized in that the exosome exhibits antitumor activity upon sonication.
A pharmaceutical composition according to claim 1, characterized in that the ultrasound is irradiated at a frequency of 0.1 to 15 MHz and an intensity of 0.01 to 1.0 W/cm 2 for 30 to 300 seconds.
(i) 인도시아닌 그린에 의한 ROS 생성; 및/또는
(ii) 엑소좀에서의 인도시아닌 그린 방출을 촉진하는 것을 특징으로 하는, 약학적 조성물.
In the first paragraph, the ultrasound
(i) ROS generation by indocyanine green; and/or
(ii) A pharmaceutical composition characterized by promoting the release of indocyanine green from exosomes.
A method for producing an exosome loaded with an insoluble ultrasound sensitizer, comprising a step of incubating the exosome and an insoluble ultrasound sensitizer in PBS (Phosphate-Buffered Saline) containing 1 to 5% (v/v) DMSO, wherein the exosome is characterized in that the exosome is loaded with indocyanine green as an insoluble ultrasound sensitizer and is an exosome to which folic acid is conjugated.
A method for producing exosomes, characterized in that in claim 12, 1 x 10 10 to 1 x 10 12 exosomes and 0.01 to 1.0 mg of indocyanine green, a water-insoluble ultrasound sensitizer, are mixed.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210092805A KR102742323B1 (en) | 2021-07-15 | 2021-07-15 | Tumor Targeting Exosome loaded with sonosensitizers and a preparing method thereof |
| PCT/KR2022/007276 WO2023287009A1 (en) | 2021-07-15 | 2022-05-23 | Sonosensitizer-loaded, tumor-targeting exosomes and preparation method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210092805A KR102742323B1 (en) | 2021-07-15 | 2021-07-15 | Tumor Targeting Exosome loaded with sonosensitizers and a preparing method thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230012254A KR20230012254A (en) | 2023-01-26 |
| KR102742323B1 true KR102742323B1 (en) | 2024-12-11 |
Family
ID=84919455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210092805A Active KR102742323B1 (en) | 2021-07-15 | 2021-07-15 | Tumor Targeting Exosome loaded with sonosensitizers and a preparing method thereof |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102742323B1 (en) |
| WO (1) | WO2023287009A1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118453503B (en) * | 2024-05-10 | 2024-12-10 | 南通大学 | Preparation method and application of injectable hydrogel for treating colon cancer |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9710049D0 (en) * | 1997-05-19 | 1997-07-09 | Nycomed Imaging As | Method |
| KR101686145B1 (en) * | 2015-05-18 | 2016-12-13 | 한국과학기술원 | Composition for Phototherapy of Cancer Comprising Complex of Liposome And Indocyanine Green |
| KR101706282B1 (en) * | 2015-10-12 | 2017-02-15 | 건국대학교 산학협력단 | Exosomes based fluorescence probe and manufacturing thereof |
| CN113015482B (en) * | 2018-09-13 | 2025-01-17 | 密歇根大学董事会 | Less highly uniform nano-pharmaceutical compositions for therapeutic, imaging and theranostic applications |
-
2021
- 2021-07-15 KR KR1020210092805A patent/KR102742323B1/en active Active
-
2022
- 2022-05-23 WO PCT/KR2022/007276 patent/WO2023287009A1/en not_active Ceased
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Y. Liu et al., Theranostics 2019, 9, 5261-5281. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20230012254A (en) | 2023-01-26 |
| WO2023287009A1 (en) | 2023-01-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lin et al. | Integrated self-assembling drug delivery system possessing dual responsive and active targeting for orthotopic ovarian cancer theranostics | |
| Duo et al. | Patient-derived microvesicles/AIE luminogen hybrid system for personalized sonodynamic cancer therapy in patient-derived xenograft models | |
| Wang et al. | Surface-modified GVs as nanosized contrast agents for molecular ultrasound imaging of tumor | |
| Cao et al. | Bioreducible exosomes encapsulating glycolysis inhibitors potentiate mitochondria-targeted sonodynamic cancer therapy via cancer-targeted drug release and cellular energy depletion | |
| Cao et al. | Mitochondria-targeting sonosensitizer-loaded extracellular vesicles for chemo-sonodynamic therapy | |
| US20220047720A1 (en) | Conjugates and nanoparticles of hyaluronic acid and epigallocatechin-3-o-gallate and uses thereof | |
| US9132098B2 (en) | Stable nanocomposition comprising doxorubicin, process for the preparation thereof, its use and pharmaceutical compositions containing it | |
| Zhang et al. | Bovine serum albumin-based and dual-responsive targeted hollow mesoporous silica nanoparticles for breast cancer therapy | |
| US20120087859A1 (en) | Nanocarrier having enhanced skin permeability, cellular uptake and tumour delivery properties | |
| Zverev et al. | Modern nanocarriers as a factor in increasing the bioavailability and pharmacological activity of flavonoids | |
| KR20180114517A (en) | Phamaceutical composition for treating cancer | |
| EP2978420A1 (en) | Stable nanocomposition comprising paclitaxel, process for the preparation thereof, its use and pharmaceutical compositions containing it | |
| Wu et al. | Fluorescence imaging-guided multifunctional liposomes for tumor-specific phototherapy for laryngeal carcinoma | |
| Gao et al. | Lipid nanobubbles as an ultrasound-triggered artesunate delivery system for imaging-guided, tumor-targeted chemotherapy | |
| KR20220114493A (en) | Composition for penetration of blood-brain barrier comprising sonosensitive liposomes as an effective ingredients | |
| Prasad et al. | Ultrasound-triggered spatiotemporal delivery of topotecan and curcumin as combination therapy for cancer | |
| US11298428B2 (en) | Nanocarrier for selective fluorescence labeling of cancer cell and preparation method therefor | |
| KR102742323B1 (en) | Tumor Targeting Exosome loaded with sonosensitizers and a preparing method thereof | |
| EP2978428A1 (en) | Stable nanocomposition comprising epirubicin, process for the preparation thereof, its use and pharmaceutical compositions containing it | |
| US10117837B2 (en) | Methods of preparing stimuli-responsive multifunctional nanoparticles | |
| EP4378453A1 (en) | Dual-targeting biomimetic liposome containing elemene and cabazitaxel, and preparation method therefor and use thereof | |
| Li et al. | Dual-acting, function-responsive, and high drug payload nanospheres for combining simplicity and efficacy in both self-targeted multi-drug co-delivery and synergistic anticancer effect | |
| CN113301904B (en) | Surface modified air bag and preparation and application thereof | |
| KR101329573B1 (en) | Rebombinant Human Gelatin Conjugate and Use Thereof | |
| KR20170085637A (en) | Photo-decomposable nanoparticles for combined imaging and multiple phototherapies and Uses thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20210715 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20230827 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Final Notice of Reason for Refusal Patent event date: 20240227 Patent event code: PE09021S02D |
|
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20240926 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D |
|
| PX0701 | Decision of registration after re-examination |
Patent event date: 20241205 Comment text: Decision to Grant Registration Patent event code: PX07013S01D |
|
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20241209 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20241209 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration |