Evaluation of Anti-Senescence Effects of Metformin and Natural Extract In Human Keratinocytes and Encapsulation Into Metal-Organic Frameworks

국문 초록 (Abstract)

세포 노화는 세포 주기의 비가역적 정지로 정의되며, DNA 손상, 산화 스트레스, 발암유전자 활성화 등 다양한 스트레스 요인에 의해 유발됩니다. 노화된 세포는 p16INK4a, p21CIP1/WAF1 등의 세포 주기 억제 단백질의 발현 증가와 함께 노화된 세포에서 특이적으로 과분비되는 인자들인 노화-관련 분비 표현형을 나타냅니다. 노화-관련 분비 표현형은 염증성 사이토카인인 IL-6, TNF-α와 전사인자 NF-κB의 활성화를 포함하며, 이는 주변 세포에 노화를 유발하는 측분비 효과를 나타냅니다. 메트포르민은 원래 당뇨병 치료를 위해 사용되었던 약물이나, 최근 여드름, 건선 등의 피부질환의 완화에 효과를 나타내며 노화를 억제할 수 있음이 밝혀졌습니다. 메트포르민의 항노화 효과는 여러 메커니즘을 통해 나타나지만, 주요 작용 기전은 AMPK 활성화를 통한 세포 대사 개선입니다. 메트포르민은 미토콘드리아 복합체 I을 억제하여 ADP/ATP 비율을 증가시켜 AMPK를 활성화하는데, 활성화된 AMPK는 mTOR 신호전달을 억제하고 자가포식을 촉진하여 세포의 항상성을 유지하는 역할을 합니다. 그러나 메트포르민의 경우 경구 투여 시 위장관 부작용이 발생할 수 있고, 피부 국소 적용 시 투과성이 낮아 효과가 제한적이라는 한계점이 있습니다. 또한 최근 연구에 따르면 노화를 효과적으로 억제하기 위해서는 세포 대사에 관여하는 mTOR를 억제하는 것뿐만 아니라 노화-관련 분비 표현형을 나타내도록 유도하는 NF-κB를 억제해야한다는 결과가 밝혀짐에 따라 NF-κB를 억제할 수 있는 다른 물질을 사용하고자 하였습니다. 그래서 항염증 효능이 있는 천연물인 초피잎을 메트포르민과 함께 처리하였습니다. 에탄올과 증류수로 추출한 초피잎 추출물은 염증을 유도하는 AKT, IkBα와 NF-κB를 억제할 수 있으나 피부 투과율이 낮아 효과가 제한적이라는 한계점이 있습니다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 해당 두 물질을 피부 투과율을 향상시킬 수 있는 금속유기골격체인 ZIF-8에 봉입하여 처리함으로써 세포 노화를 억제하고자 하였습니다. 메트포르민과 초피잎 추출물의 세포 독성과 노화 인자 억제효과 그리고 세포 주기에 따른 세포 비율의 확인이 인간 피부각질세포에서 평가되었습니다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Cellular senescence is defined by irreversible cell cycle arrest and the senescence-associated secretory phenotype (SASP). It contributes to aging-related tissue dysfunction. In this study, we investigated the synergistic anti-senescence effects of metformin (Met) and zanthoxylum piperitum leaf extract (ZpE). Met is a widely known drug for type 2 diabetes, but it also attenuates senescence. Met inhibits mTOR signaling by activation of the AMPK protein that modulate autophagy and cellular metabolism. In this study, Met significantly reduced the senescence marker p16INK4a and restored cell cycle arrest in a cisplatin-induced human keratinocyte senescent cell model. While, ZpE is a natural anti-inflammatory component, suppressing NF-κB activation. Thereby, ZpE effectively reduced the secretion of pro- inflammatory cytokines by inhibiting NF-κB activation. Suppression of SASP secretion prevents the amplification of inflammatory signaling that accelerates senescence in neighboring cells. This Met and ZpE action on different pathways lead to an enhanced synergistic anti-senescence effect. However, delivering these drugs to the skin is challenging. Both Met and ZpE are hydrophilic, which limits their ability to pass through the skin’s lipid-rich barrier. To overcome this, we employed zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) as a delivery system. ZIF-8 is one of the metal–organic frameworks (MOFs). MOFs have high drug loading capacity by their large surface area and porous structure. ZIF-8 exhibits good biocompatibility and it naturally breaks down in the acidic environment of skin to release the treatment in a controlled manner. In this study, Met and ZpE not only reduced p16 expression and inflammatory cytokine secretion in senescent keratinocytes but were also successfully encapsulated into ZIF-8, supporting their potential delivery to the skin as anti-senescence therapeutics.

목차 (Table of Contents)

• 목차Ⅰ
• List of TableⅡ
• List of FiguresⅢ
• Abstract 1
• Introduction 3
• Materials and Methods 8
• Result and Discussion 16
• Conclusion 39
• Reference40
• 국문 논문제출서46
• 국문 인준서 47
• 국문 초록 48