デュアルターゲット乳がん治療のための糖鎖修飾多壁カーボンナノチューブ

Glycopolymer decorated multiwalled carbon nanotubes for dual targeted breast cancer therapy.

• Pinar Sinem Omurtag Ozgen
• Sezen Atasoy
• Belma Zengin Kurt
• Zehra Durmus
• Gulsah Yigit
• Aydan Dag

抄録

炭素系ナノ材料（CNM）は、がんの画像化や治療などの生物医学的用途で大きな注目を集めている。現在、幅広い用途に使用されているCNMは、毒性と低い生体適合性という欠点に悩まされています。CNMと細胞間の疎水性相互作用をブロックするのに役立つ親水性および生体適合性ポリマーでCNMを非共有結合または共有結合で機能化することで、CNMの生体適合性を大幅に向上させることができ、生体に対する毒性を排除することができる。本報告では、生体適合性の高い糖鎖ブロック共重合体を多層カーボンナノチューブ（CNT）に導入し、治療の可能性を高めるために、非共有結合と共有結合の両方の機能化アプローチを比較した結果を紹介する。抗がん剤（ドキソルビシン、Dox）は、非共有結合または共有結合テザリングによって可逆的付加-断片化連鎖移動（RAFT）重合によって合成された2つの異なる末端官能基を持つポリ（1-O-メタクリロイル-β-d-フルクトピラノース-b-（2-メタクリロキシエトキシ））ベンズアルデヒドグリコブロック共重合体と共役した。CNTを、合成した薬物共役グリコブロック共重合体と葉酸（FA）で別々にコーティングし、乳癌におけるグルコーストランスポータータンパク質（GLUT5）と葉酸受容体（FR）のデュアルターゲティングのための効率的な薬物送達プラットフォームを得た。本研究では、合成したモノマー、ポリマー、及びグリコブロック共重合体被覆CNT(ハイブリッドCNT)のライブラリーを用いて、様々な手法を用いて総合的に特徴付けを行った。透過型電子顕微鏡による測定では、調製したDox共役グリコブロック共重合体被覆CNTの均質で滑らかな形態が示され、共焦点レーザー走査型顕微鏡画像では、MCF-7およびMDA-MB-231ヒト乳癌細胞株におけるハイブリッドCNTの細胞内化に成功していることが示された。この研究は、生体適合性のある薬物送達システムとしてのハイブリッドCNTの可能性を実証するとともに、二重受容体を媒介とする乳癌治療のためのDox共役ビヒクルのin vitroでの使用を示している。

Carbon-based nanomaterials (CNMs) have attracted great attention in biomedical applications such as cancer imaging and therapy. CNMs, which are currently used in a wide range of applications, suffer from drawbacks of toxicity and low biocompatibility. Either noncovalent or covalent functionalization of CNMs with hydrophilic and biocompatible polymers which help to block hydrophobic interactivity between CNMs and cells can greatly increase their biocompatibility by eliminating their probable toxicity towards living organisms. In this report, we present a comparison of both noncovalent and covalent functionalization approaches in order to introduce a biocompatible glycoblock copolymer onto multi-walled carbon nanotubes (CNTs) in order to enhance their potential in therapies. An anticancer drug (doxorubicin, Dox) was conjugated with two different end functionalized poly(1-O-methacryloyl-β-d-fructopyranose-b-(2-methacryloxyethoxy))benzaldehyde glycoblock copolymers, which were synthesized via reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization, by either noncovalent or covalent tethering. CNTs were coated separately with the synthesized drug-conjugated glycoblock copolymers and folic acid (FA) to obtain an efficient drug delivery platform for dual-targeting of glucose transporter protein (GLUT5) and folic acid receptors (FR) in breast cancer. A library of synthesized monomers, polymers and prepared glycoblock copolymer coated CNTs (hybrid-CNTs) using both approaches were comprehensively characterized by various techniques. Transmission electron microscopy measurements showed the homogeneous, smooth morphology of the prepared Dox-conjugated glycoblock copolymer coating of CNTs and confocal laser scanning microscopy images displayed successful cellular internalization of hybrid-CNTs in the MCF-7 and MDA-MB-231 human breast cancer cell lines. This research demonstrates the potential of hybrid-CNTs as a biocompatible drug delivery system as well as in vitro use of Dox-conjugated vehicles for dual receptor mediated breast cancer therapy.