Enhanced tumor targeting ability of TSPO-binding radiotracer using pH-responsive liposomes = pH 반응성 리포좀을 이용한 TSPO-결합 방사성추적자의 종양 표적능 증강 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Translocator protein 18 kDa (TSPO) is located on the outer mitochondrial membrane and is involved in processes such as apoptosis, inflammation, and steroid hormone production. In many cancers, TSPO expression is dramatically increased, making it an attractive molecular imaging and therapeutic target. In our previous work, we developed a high affinity TSPO radioligand, ⁹⁹ᵐTc CB259, which binds TSPO with a dissociation constant Kᵢ of about 32 nM. Unfortunately, in live animals ⁹⁹ᵐTc CB259 was largely trapped by normal TSPO rich organs (kidneys, heart, lungs), preventing it from reaching tumors in any significant amount. To overcome this delivery bottleneck, we designed a pH sensitive liposomal carrier. Specifically, we incorporated an acid cleavable, hydrazone linked PEG lipid (mPEG₂ₖ Hz DPPE) into the liposome bilayer. These pH responsive liposomes can encapsulate the radiotracer stably during circulation and remain intact at normal blood pH, but once they enter the slightly acidic tumor microenvironment they disassemble and release the payload. We thoroughly characterized these nanoparticles—measuring their size, size distribution, and morphology—to confirm proper formation and high loading efficiency. In mouse models bearing U87 MG glioblastoma or LNCaP prostate tumors, we performed SPECT/CT imaging comparing three treatments: free ⁹⁹ᵐTc CB259, conventional PEGylated liposomes (non responsive), and our pH triggered liposomes (pRL). The results were striking. The pH sensitive liposomes produced clear and sustained tumor uptake (on the order of 3–5 % injected dose per gram of tumor), whereas the free tracer was rapidly cleared into non target organs and the non responsive liposomes accumulated mainly in the liver and spleen with negligible tumor signal. These findings show that an acid cleavable delivery system can salvage a promising radiotracer from pharmacokinetic failure, greatly enhancing tumor contrast and paving the way for effective TSPO targeted imaging diagnostics.

국문 초록 (Abstract)

앞서 TSPO 추적을 위해 합성된 99mTc 표지 방사성동위원소(99mTc-CB259, Ki = 32.1±9.9 nM)는 강력한 TSPO 결합 친화력에도 불구하고 생체 내 조건에서 종양을 추적하지 못했다. 본 연구는 이 문제를 개선하기 위해 종양의 낮은 pH 환경을 이용했다. pH 반응성 리포좀의 약물 전달 시스템을 사용하여 99mTc-CB259가 종양에 효과적으로 전달 및 축적되도록 했으며, 이를 생체 내 실험으로 평가했다. pH 반응성 지질(mPEG2k-Hz-DPPE)은 합성 후 NMR 및 MALDI-TOF 분석을 통해 확인했다. pH반응성 지질을 콜레스테롤과 DSPC, DSPE를 적정 몰 비율로 사용해 pH 반응성 리포좀(pRL)과 일반 리포좀(NL) 두 종류의 리포좀을 제조했으며 방사성 추적자는 초음파 분쇄기를 이용한 박막 수화 방법을 통해 캡슐화 했다. 입자의 크기와 다분산성 지수를 동적 광 산란(DLS)을 사용해 확인한 결과 99mTc-CB259@pRL은 90nm 크기와 78%의 로딩 효율을 보였고, 99mTc-CB259@NL은 91nm 크기와 81%의 로딩 효율을 나타냈다. 종양 추적 효과를 확인하기 위해 U87-MG 및 LNcap 이종이식 모델에 99mTc-CB259@pRL, 99mTc-CB259@NL, 99mTc-CB259를 투여한 후 각 시점에서 SPECT/CT 이미지를 얻었다. 특히, LNcap 모델에서 99mTc-CB259@pRL은 투여 후 1시간만에 99mTc-CB259와 달리 상당한 종양 축적을 보였으며, U87-MG 모델에서도 99mTc-CB259@pRL은 99mTc-CB259@NL에 비해 우수한 종양 흡수율을 나타냈다. 또한 99mTc-CB259@pRL의 종양 대 피부 비율은 훨씬 더 높았으며, 종양 축적을 유지했다. 따라서 본 연구는 ph 반응성 리포좀이 암 표적 방사성 추적자의 효율적 생체 내 전달을 위한 도구임을 보여준다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract i
• Chapter 1. Introduction１
• Chapter 2. Materials and Method7
• 2.1 Materials 7
• 2.2 Preparation of Hydrazone-linked PEG-lipid 8
• 2.3 Radiolabeling of CB259 with 99mTc and Purification12
• 2.4 Preparation of pH-Responsive Liposomes (pRLs) 16
• 2.5 Characterization of pRL 17
• 2.6 In vivo SPECT/CT imaging 18
• Chapter 3. Result 20
• 3.1 Physicochemical Characterization of Liposomes 20
• 3.2 Encapsulation Efficiency and In vitro Cellular Binding Specificity via Competitive Binding Assay. 24
• 3.3 In vivo SPECT/CT Imaging 26
• Chapter 4. Conclusion 35
• Appendix 40
• References 46
• Abstract in Korean 50