감염성 질환에 대한 향상된 경구 생체이용률 및 치료 효능을 위한 나노제형 광범위 약물의 개발 및 평가 = Development and evaluation of nanoformulated broad spectrum drugs for enhanced oral bioavailability and therapeutic efficacy against infectious diseases

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Severe fever with thrombocytopenia syndrome (SFTS), caused by the tick-borne Dabie bandavirus (DBV), remains a major public health threat due to its high fatality rate and the absence of effective antiviral therapies. Through a target-focused antiviral screening approach, five potential anti-SFTS candi-dates niclosamide (NIC), cepharanthine, nifedipine, zanamivir, and ivacaftor were identified, with NIC demonstrating the strongest activity (IC₅₀ = 0.37 μM, CC₅₀ > 50 μM; SI > 135.14). However, the poor oral bioavailability of NIC has historically limited its therapeutic translation. To overcome this bar-rier, we developed NCNP-NIC, an orally deliverable nanoformulation in which NIC is non-covalently assembled with tauroursodeoxycholic acid (TUDCA). The resulting spherical nanoparticles (NIC: TUDCA = 1:4) exhib-ited an average diameter of 181 ± 5.02 nm and a polydispersity index of 0.176 ± 0.09. This formulation enhanced NIC’s oral bioavailability to 52.7%, representing a 13-fold improvement over pure NIC (4.01%). NCNP-NIC showed no detectable toxicity owing to the absence of new chemical entities. Remarkably, oral administration of NCNP-NIC at both 5 mg/kg and 10 mg/kg completely cured SFTS in the IFNAR⁻/⁻ mouse model, establishing it as a promising therapeutic option and a versatile platform for improving de-livery of poorly soluble antiviral drugs.
In parallel, Streptococcus pneumoniae continues to pose a significant global health burden as a leading cause of pneumonia and invasive infections, with rising antibiotic resistance reducing the effectiveness of conventional thera-pies. To improve the therapeutic performance of azithromycin (AZI), we de-veloped AZI-nano, a nanoparticle formulation prepared through a simple na-noprecipitation method using AZI, palmitic acid, and TUDCA. The resulting nanoparticles averaged 181 nm in size and significantly enhanced oral bioa-vailability in Sprague–Dawley rats compared to pure AZI, as confirmed by HPLC-MS/MS analysis. In vivo evaluation in C57BL/6J mice demonstrated that oral administration of AZI-nano (10 or 20 mg/kg) over three weeks im-proved physical recovery and functional performance in Rotarod, Pole, and Wire Hang tests relative to conventional AZI treatment. No toxicity, adverse behavioral changes, or alterations in food intake or body weight were ob-served. Fecal microbiota profiling was also performed to assess potential changes induced by AZI-nano administration. Collectively, AZI-nano repre-sents a promising oral therapeutic strategy against S. pneumoniae by over-coming the limitations of poor bioavailability and enhancing clinical efficacy in the context of increasing antibiotic resistance.

국문 초록 (Abstract)

중증 열성 혈소판감소 증후군(SFTS)은 진드기에 의해 매개되는 다비에바이러스(Dabie bandavirus, DBV)에 의해 발생하며, 높은 치명률과 효과적인 항바이러스 치료제 부재로 인해 여전히 주요 공중보건 위협으로 남아있습니다. 표적 중심의 항바이러스 스크리닝 접근법을 통해 니클로사마이드(NIC), 세파란틴, 니페디핀, 자나미비르, 이바카프토르의 5가지 잠재적 SFTS 치료 후보가 확인되었으며, 그 중 NIC가 가장 강력한 활성을 보였습니다(IC₅₀ = 0.37 μM, CC₅₀ > 50 μM; SI > 135.14). 그러나 NIC는 낮은 경구 생체이용률로 인해 치료적 적용에 제한이 있었습니다.
이러한 한계를 극복하기 위해, 우리는 NIC를 타우로우르소데옥시콜산(TUDCA)과 비공유 결합(non-covalent) 방식으로 조립한 경구 투여 가능한 나노제형 NCNP-NIC를 개발했습니다. 생성된 구형 나노입자(NIC:TUDCA = 1:4)는 평균 직경 181 ± 5.02 nm, 다분산지수(PDI) 0.176 ± 0.09를 나타냈습니다. 이 제형은 NIC의 경구 생체이용률을 52.7%로 향상시켜, 순수 NIC(4.01%) 대비 13배 개선을 달성했습니다. 또한 새로운 화학 물질이 포함되지 않아 독성이 검출되지 않았습니다. 특히, IFNAR⁻/⁻ 마우스 모델에서 NCNP-NIC를 5 mg/kg 및 10 mg/kg 경구 투여 시 SFTS를 완전히 치료하여, 낮은 용해도를 가진 항바이러스 약물의 전달을 개선할 수 있는 유망한 치료 옵션이자 다목적 플랫폼임을 입증했습니다.
한편, Streptococcus pneumoniae는 폐렴 및 침습성 감염의 주요 원인으로 여전히 전 세계적으로 큰 건강 부담을 주고 있으며, 항생제 내성 증가로 기존 치료제의 효과가 감소하고 있습니다. 아지트로마이신(AZI)의 치료 성능을 개선하기 위해, 우리는 AZI, 팔미트산, TUDCA를 사용한 간단한 나노침전법을 통해 AZI-nano라는 나노제형을 개발했습니다. 생성된 나노입자는 평균 181 nm 크기를 가지며, HPLC-MS/MS 분석을 통해 순수 AZI 대비 경구 생체이용률이 크게 향상됨을 확인했습니다.C57BL/6J 마우스를 대상으로 한 생체 내 평가에서, AZI-nano를 3주간 10 mg/kg 또는 20 mg/kg 경구 투여한 결과, 기존 AZI 치료 대비 Rotarod, Pole, Wire Hang 테스트에서 신체 회복 및 기능 수행 능력이 개선되었습니다. 또한 독성, 이상 행동, 식이 섭취나 체중 변화는 관찰되지 않았습니다. AZI-nano 투여로 인한 잠재적 변화를 평가하기 위해 분변 미생물 군집 분석도 수행되었습니다.종합하면, AZI-nano는 낮은 생체이용률의 한계를 극복하고 항생제 내성이 증가하는 환경에서 임상적 효능을 향상시키는 S. pneumoniae에 대한 유망한 경구 치료 전략을 제시합니다.

목차 (Table of Contents)

• Abbreviation. iv
• List of figures vi
• Abstract. 1
• Chapter 1. 4
• Introduction 5
• Materials and methods 7
• Results 18
• Discussion 27
• Conclusion 31
• References 32
• Figures 39
• Chapter 2. 66
• Introduction 67
• Materials and methods 69
• Results 77
• Discussion 83
• Conclusion 85
• References 87
• Figures 92
• Abstract in Korean 107