Cu2+-Loaded Mesoporous Silica-Polydopamine Nanoparticles for Image-Guided Photothermal Therapy = 이미징 기반 광열치료를 위한 구리 이온이 담지된 다공성 실리카-폴리도파민 나노입자

국문 초록 (Abstract)

최근 암 치료 분야에서는 체내 병변을 정확히 찾아내고 동시에 국소적인 치료를 수행할 수 있는 융합형 기술이 각광받고 있습니다. 그중 광열치료 (Photothermal Therapy, PTT)는 근적외선 빛을 이용해 광열 물질에서 열을 발생시켜 종양세포를 선택적으로 사멸시키는 기술로, 비침습적이며 정상조직 손상이 적다는 장점을 가지고 있습니다. 특히 종양을 시각화할 수 있는 형광 이미징 기술과 결합될 경우, 병변의 위치를 실시간으로 추적하며 정밀 치료가 가능하기 때문에 임상적 활용 가능성이 높아 이를 위한 생체 나노입자 개발이 활발히 이루어지고 있습니다. 그러나 기존 물질들은 생체 내 안정성 부족, 정밀한 특이적 이미징의 한계, 그리고 온도 조절의 어려움 등으로 인해 치료 효율과 안전성 확보에 제약이 있었습니다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 본 연구에서는 형광 이미징 기반 광열치료 기능을 동시에 수행할 수 있는 다기능성 나노입자를 개발하였습니다. 본 입자는 다공성 실리카를 기반으로 하며, 표면에 구리 이온을 담지하고 폴리도파민으로 코팅하여 발열 능력과 생체적합성을 향상시켰습니다. 또한, 시스테인 효소에 의해 선택적으로 절단되는 GFLG 결합을 포함한 Cy5.5 형광 프로브를 표면에 결합시켜, 종양 내 과발현된 효소 환경에서만 형광이 회복되도록 설계하였습니다. 이를 통해 종양 부위에서만 강한 형광 신호를 나타내어 높은 특이성과 정확한 병변 식별이 가능함을 확인하였습니다.
세포 수준에서, 나노입자를 처리한 4T1 유방암 세포는 Cy5.5 형광을 통해 종양세포 내에서의 이미징이 명확히 관찰되었으며 808-nm 레이저 조사 후 Annexin V/PI 염색을 통해 광열치료에 의한 아포토시스가 유도됨을 확인하였습니다. 생체 수준에서도 정밀한 종양 이미징이 가능함을 확인하였고, 광열반응을 통해 주변 정상조직의 손상 없이 종양이 효과적으로 억제되는 결과를 보였습니다. 특히, 6.26 mg Cu²⁺/kg 투여군에서 목표 온도를 안정적으로 달성하며 종양 크기가 현저히 감소하는 최적의 치료 효과를 나타내었습니다.
본 연구를 통해 개발된 나노입자는 형광 이미징을 통한 정밀한 종양 진단과 최적의 광열치료효과를 하나의 플랫폼에서 구현함으로써 차세대 암 치료용 나노소재의 높은 잠재력을 보였습니다. 향후 연구에서는 이를 면역조절치료와 결합하여, 광열 자극에 의해 노출되는 손상연관분자와 면역원성 세포 사멸을 규명함으로써 진단·치료·면역 활성화를 통합한 차세대 융합 암 치료 기술로 발전시킬 수 있을 것으로 기대됩니다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Image-guided photothermal therapy (PTT) has emerged as a promising noninvasive strategy for cancer treatment. However, achieving precise tumor localization and controlling therapeutic temperature without damaging normal tissues remains challenging. To address these limitations, I developed a novel nanoplatform—porous structured, Cu²⁺-loaded silica-polydopamine nanoparticles (PoCuNa)—for integrated cancer localization and therapy. Owing to the strong quenching effect of Cu²⁺, the surface-conjugated fluorescent probes exhibited a distinct on/off signal before and after cysteine enzyme–mediated linker cleavage within tumors, ensuring high specificity and accurate tumor localization. Following localization, the d–d transition of Cu²⁺ and the conjugated heat generation of polydopamine collectively enabled efficient photothermal heating of PoCuNa under 808-nm irradiation, which could be effectively applied to induce cancer regression through photothermal therapy. Overall, PoCuNa functions as an effective and versatile nanoplatform that integrates precise tumor imaging with efficient PTT, highlighting its potential for future imaging-guided cancer theranostics.

목차 (Table of Contents)

• Abstract i
• Contents ⅲ
• List of Figures and Table iv
• 1. Introduction 1
• 2. Experiments 6
• 3. Results & Discussion 14
• 4. Conclusion 37
• 5. Reference 38
• 국문요약 42
• 감사의 글 45