ドキソルビシン/シクロデキストリン-グラフェンナノ材料の亜毒性濃度での細胞内動態と遺伝子発現への影響

Intracellular Fate and Impact on Gene Expression of Doxorubicin/Cyclodextrin-Graphene Nanomaterials at Sub-Toxic Concentration.

• Daniela Caccamo
• Monica Currò
• Riccardo Ientile
• Elisabetta Am Verderio
• Angela Scala
• Antonino Mazzaglia
• Rosamaria Pennisi
• Maria Musarra-Pizzo
• Roberto Zagami
• Giulia Neri
• Consolato Rosmini
• Monica Potara
• Monica Focsan
• Simion Astilean
• Anna Piperno
• Maria Teresa Sciortino

抄録

グラフェンと細胞との相互作用に関する現在の知見や安全性の問題点が十分に解明されていないため、ナノメディシンにおけるグラフェンの道のりはまだ非常に長く、曲がりくねっているように思われる。具体的には、グラフェン曝露が遺伝子発現に与える影響については、ほとんど解明されていない。本研究では、シクロデキストリン（CD）で装飾し、ドキソルビシン（DOX）を担持したグラフェン（G）の細胞内動態を調べ、がん関連遺伝子の発現に及ぼす影響を調べた。FLIM、ラマンマッピング、蛍光顕微鏡で追跡したGCD@DOXの細胞内運命は、グラフェンキャリアを用いずにGCD@DOXの効率的な細胞内取り込みと核内でのDOXの存在を証明した。NanoString nCounter™プラットフォームは、未処理細胞と比較して、GCD@DOX（25 µg/mL）で処理したHEp-2細胞において、34個（700個中）のがん関連遺伝子の発現が異なることを証明しました。GCD単独（25μg/mL）で処理した細胞では、16の遺伝子に修飾が認められた。全体として、14の一般的な遺伝子がGCDとGCD@DOXで処理した細胞の両方で異なった発現を示し、これらの遺伝子のうち4つは反対の傾向を示した。このように、がん関連遺伝子の修飾は、安全で効果的な G ベースの薬物/遺伝子送達システムを合理的に設計するためには、亜細胞毒性 G 濃度でも考慮されるべきであると考えられる。感性やRNAの直接測定など、NanoString技術が提供する信頼性の高い利点は、この分野の礎となる可能性がある。

The graphene road in nanomedicine still seems very long and winding because the current knowledge about graphene/cell interactions and the safety issues are not yet sufficiently clarified. Specifically, the impact of graphene exposure on gene expression is a largely unexplored concern. Herein, we investigated the intracellular fate of graphene (G) decorated with cyclodextrins (CD) and loaded with doxorubicin (DOX) and the modulation of genes involved in cancer-associated canonical pathways. Intracellular fate of GCD@DOX, tracked by FLIM, Raman mapping and fluorescence microscopy, evidenced the efficient cellular uptake of GCD@DOX and the presence of DOX in the nucleus, without graphene carrier. The NanoString nCounter™ platform provided evidence for 34 (out of 700) differentially expressed cancer-related genes in HEp-2 cells treated with GCD@DOX (25 µg/mL) compared with untreated cells. Cells treated with GCD alone (25 µg/mL) showed modification for 16 genes. Overall, 14 common genes were differentially expressed in both GCD and GCD@DOX treated cells and 4 of these genes with an opposite trend. The modification of cancer related genes also at sub-cytotoxic G concentration should be taken in consideration for the rational design of safe and effective G-based drug/gene delivery systems. The reliable advantages provided by NanoString technology, such as sensibility and the direct RNA measurements, could be the cornerstone in this field.