In vitro and In vivo Evaluation of Radiopaque Hydrogel-in-Liposomes for Tumor Theranostics = 종양 진단 및 치료를 위한 방사선 불투과성 하이드로겔-인-리포좀의 체외 및 체내 평가

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 종양 진단 및 치료를 위한 불투과성 하이드로겔 함유 리포좀(RHL) 시스템을 개발하고, 이에 대한 포괄적인 in vitro 및 in vivo 평가를 수행하였다. RHL에는 전산화단층촬영(CT) 조영제인 iopamidol(IPD)과 항암제인 doxorubicin(DOX)을 각각 영상 진단 및 치료 물질로 탑재하였다. 리포좀 내부의 폴리에틸렌글리콜 하이드로겔 코어의 존재는 감쇠 전반사 푸리에변환 적외선분광법(ATR-FTIR), 양성자 핵자기공명분광법(1H NMR) 및 선택적 용매 추출법을 통해 확인되었다. 약 160 nm 크기의 나노 입자로 제조된 DOX/IPD 탑재 RHL은 좁은 크기 분포와 음전하를 나타내었다.
In vitro 세포 실험에서 RHL은 기존 방사선불투과성 리포좀에 비해 SCCVII 세포에서 향상된 DOX 세포 흡수를 보였으며, 이는 클라트린 매개 세포 내 이입 기전에 기인한 것으로 확인되었다. 또한 pH 의존적 DOX 방출과 감소된 IPD 누출을 관찰하였다.
SCCVII 종양 이식 마우스 모델을 이용한 in vivo 연구에서, RHL은 향상된 종양 표적화 특성으로 인해 개선된 CT 조영 효과와 항종양 효능을 나타내었으며, 전신 생체적합성도 확인되었다. 이러한 결과는 RHL 시스템이 종양의 영상 진단과 치료를 통합한 유망한 나노플랫폼으로 활용될 수 있음을 시사한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The present study developed radiopaque hydrogel-in-liposome (RHL) systems for tumor theranostics and conducted comprehensive in vitro and in vivo evaluations. Iopamidol (IPD) and doxorubicin (DOX) were incorporated as computed tomography (CT) contrast and anticancer agents, respectively. The presence of a polyethylene glycol (PEG) hydrogel core within the liposomes was confirmed via attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR), proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H NMR), and selective solvent extraction methods.
Nano-sized (~160 nm) DOX/IPD-loaded RHLs with a narrow size distribution and negative zeta potential were successfully fabricated. In vitro cellular studies demonstrated that RHLs exhibited enhanced DOX uptake in SCCVII cells compared to conventional radiopaque liposomes, which was attributed to clathrin-mediated endocytosis. Additionally, pH-dependent DOX release profiles and reduced IPD leakage were observed.
In vivo studies using SCCVII tumor-xenografted mice revealed that RHLs exhibited improved CT contrast efficiency and anti-tumor efficacy along with systemic biocompatibility, attributed to enhanced tumor-targeting properties. These findings suggest that the RHL system could serve as a promising nano-platform for integrating diagnostic imaging and therapeutic functionalities in tumor theranostics.

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1. Introduction 1
• 1.1. Study Background 1
• 1.2. Purpose of Research 3
• Chapter 2. Materials and Methods 5
• 2.1. Materials 5
• 2.2. Preparation of DOX/IPD-loaded RHLs 6
• 2.3. In vitro cellular uptake and endocytosis inhibition studies 7
• 2.4. In vitro cytotoxicity studies 9
• 2.5. In vivo biodistribution study 10
• 2.6. μCT imaging 11
• 2.7. In vivo anti-tumor efficacy and systemic toxicity 12
• 2.8. Statistical analysis 13
• Chapter 3. Results and Discussion 14
• 3.1. Preparation of DOX/IPD loaded RHLs 14
• 3.2. In vitro cellular uptake and endocytosis inhibition studies 15
• 3.3. In vitro cytotoxicity studies 18
• 3.4. In vivo biodistribution study 20
• 3.5. μCT imaging 22
• 3.6. In vivo anti-tumor efficacy and systemic toxicity 24
• Chapter 4. Conclusion 28
• Bibliography 29
• Abstract in Korean 32