다양한 암세포가 약물 전달 나노 입자에 반응하는 방법

다양한 암세포가 약물 전달 나노 입자에 반응하는 방법
대규모 스크린의 발견은 연구자들이 특정 유형의 암을 표적으로 하는 나노입자를 설계하는 데 도움이 될 수 있습니다
날짜:
2022년 7월 21일
원천:
매사추세츠 공과 대학
요약:
연구자들은 암세포가 나노입자를 흡수하는지 여부에 영향을 미치는 수천 가지 생물학적 특성을 발견했습니다. 연구원들은 35가지 유형의 나노 입자와 거의 500가지 유형의 암세포 사이의 상호 작용을 분석했습니다.

항암제를 전달하기 위해 나노입자를 사용하는 것은 화학요법에서 흔히 발생하는 유해한 부작용을 피하면서 많은 양의 약물로 종양을 공격할 수 있는 방법을 제공합니다. 그러나 지금까지 FDA 승인을 받은 나노입자 기반 암 치료제는 극소수에 불과하다.

MIT와 Broad Institute of MIT 및 Harvard 연구원의 새로운 연구는 나노입자 기반 약물 개발의 일부 장애물을 극복하는 데 도움이 될 수 있습니다. 35가지 다른 유형의 나노입자와 거의 500가지 유형의 암세포 사이의 상호작용에 대한 팀의 분석은 이러한 세포가 다른 유형의 나노입자를 흡수하는지 여부에 영향을 미치는 수천 가지 생물학적 특성을 밝혀냈습니다.

이번 발견은 연구자들이 특정 유형의 암에 약물 전달 입자를 더 잘 맞춤화하거나 특정 유형의 암세포의 생물학적 특징을 이용하는 새로운 입자를 설계하는 데 도움이 될 수 있습니다.

"우리는 발견이 시작에 불과하기 때문에 우리의 발견에 흥분됩니다. 우리는 이 접근법을 사용하여 암에서 면역 세포 및 기타 종류의 건강하고 질병에 걸린 장기 세포에 이르기까지 특정 세포 유형을 표적으로 하는 가장 좋은 나노입자 유형을 매핑할 수 있습니다. . 우리는 표면 화학 및 기타 재료 특성이 표적화에서 어떻게 역할을 하는지 배우고 있습니다."라고 MIT 연구소 교수이자 화학 공학과장이자 MIT Koch 통합 암 연구 연구소의 일원인 Paula Hammond가 말했습니다.

Hammond는 Science 에 실린 새로운 연구의 수석 저자입니다 . 이 논문의 주 저자는 곧 미네소타 대학교 교수진에 합류할 MIT 박사후 연구원인 Natalie Boehnke와 하버드 의과대학 강사인 Koch Institute의 Charles W. 및 Jennifer C. Johnson 임상 연구원인 Joelle Straehla입니다. Dana-Farber Cancer Institute의 소아 종양 전문의입니다.

세포-입자 상호작용

Hammond의 연구실은 이전에 세포에 약물을 전달하는 데 사용할 수 있는 여러 유형의 나노입자를 개발했습니다. 그녀의 연구실과 다른 사람들의 연구에 따르면 서로 다른 유형의 암세포가 종종 동일한 나노입자에 다르게 반응하는 것으로 나타났습니다. Hammond의 연구실에 합류했을 때 난소암을 연구하던 Boehnke와 뇌암을 연구하던 Straehla도 그들의 연구에서 이 현상을 발견했습니다.

연구자들은 세포 간의 생물학적 차이가 반응의 변화를 유발할 수 있다고 가정했습니다. 이러한 차이점이 무엇인지 알아내기 위해 그들은 많은 유형의 나노 입자와 상호 작용하는 수많은 다른 세포를 볼 수 있는 대규모 연구를 수행하기로 결정했습니다.

Straehla는 최근 연구자들이 수백 가지 다른 암 유형에 대해 수천 가지 약물을 동시에 신속하게 스크리닝할 수 있도록 설계된 Broad Institute의 PRISM 플랫폼에 대해 알게 되었습니다. MIT 생물공학 부교수인 Angela Koehler의 도구적 협력을 통해 팀은 세포-약물 상호작용 대신 세포-나노입자 상호작용을 스크리닝하기 위해 해당 플랫폼을 적용하기로 결정했습니다.

Boehnke는 "이 접근법을 사용하여 세포가 얼마나 많은 나노입자를 차지할 것인지 예측하는 세포의 유전형 서명에 대해 생각하기 시작할 수 있습니다."라고 말합니다.

스크리닝을 위해 연구자들은 22개의 서로 다른 기원 조직에서 나온 488개의 암세포주를 사용했습니다. 각 세포 유형은 연구자가 나중에 세포를 식별할 수 있도록 고유한 DNA 서열로 "바코드"됩니다. 각 세포 유형에 대해 유전자 발현 프로필 및 기타 생물학적 특성에 대한 광범위한 데이터 세트도 사용할 수 있습니다.

나노입자 측면에서 연구원들은 35개의 입자를 만들었습니다. 각 입자는 리포솜(지질이라고 하는 많은 지방 분자로 만들어진 입자), PLGA로 알려진 중합체 또는 폴리스티렌이라고 하는 또 다른 중합체로 구성된 코어를 가지고 있습니다. 연구자들은 또한 폴리에틸렌 글리콜, 항체 및 다당류와 같은 중합체를 포함하여 다양한 유형의 보호 또는 표적 분자로 입자를 코팅했습니다. 이를 통해 핵심 구성과 입자의 표면 화학 모두의 영향을 연구할 수 있었습니다.

PRISM 연구소 소장인 Jennifer Roth를 포함한 Broad Institute 과학자들과 협력하여 연구자들은 수백 개의 서로 다른 세포 풀을 35개의 서로 다른 나노입자 중 하나에 노출시켰습니다. 각 나노입자에는 형광 태그가 있어 연구원들은 4시간 또는 24시간 노출 후 얼마나 많은 형광을 발산했는지에 따라 세포를 분리하기 위해 세포 분류 기술을 사용할 수 있었습니다.

이러한 측정을 기반으로 각 세포주에는 각 나노입자에 대한 친화도를 나타내는 점수가 할당되었습니다. 그런 다음 연구원들은 기계 학습 알고리즘을 사용하여 각 세포주에 사용할 수 있는 다른 모든 생물학적 데이터와 함께 해당 점수를 분석했습니다.

이 분석은 다양한 유형의 나노입자에 대한 친화성과 관련된 수천 가지 특징 또는 바이오마커를 산출했습니다. 이 마커의 대부분은 입자를 결합하고, 세포로 가져오거나, 처리하는 데 필요한 세포 기계를 코딩하는 유전자였습니다. 이러한 유전자 중 일부는 이미 나노입자 밀매에 관여하는 것으로 알려져 있지만 다른 많은 유전자는 새로운 것입니다.

Straehla는 "우리는 우리가 예상했던 몇 가지 마커를 찾았고 실제로 탐구되지 않은 훨씬 더 많은 것을 발견했습니다. 우리는 다른 사람들이 이 데이터 세트를 사용하여 나노 입자와 세포가 상호 작용하는 방식에 대한 시야를 넓힐 수 있기를 바랍니다."라고 말했습니다.

입자 흡수

연구원들은 추가 연구를 위해 확인된 바이오마커 중 하나인 SLC46A3이라는 단백질을 선택했습니다. PRISM 스크린은 이 단백질의 높은 수준이 지질 기반 나노입자의 매우 낮은 흡수와 상관관계가 있음을 보여주었습니다. 연구자들이 흑색종 마우스 모델에서 이 입자를 테스트했을 때 동일한 상관관계를 발견했습니다. 이번 발견은 이 바이오마커가 의사가 나노입자 기반 요법에 더 잘 반응할 가능성이 있는 종양을 가진 환자를 식별하는 데 도움이 될 수 있음을 시사합니다.

이제 연구자들은 SLC46A3이 나노입자 흡수를 조절하는 메커니즘을 밝히기 위해 노력하고 있습니다. 그들이 이 단백질의 세포 수준을 감소시키는 새로운 방법을 발견할 수 있다면 종양이 지질 나노입자에 의해 운반되는 약물에 더 취약하게 만드는 데 도움이 될 수 있습니다. 연구원들은 또한 발견한 다른 바이오마커 중 일부를 추가로 탐색하기 위해 노력하고 있습니다.

이 스크리닝 접근법은 연구자들이 이 연구에서 살펴보지 않은 많은 다른 유형의 나노입자를 조사하는 데에도 사용될 수 있습니다.

Boehnke는 "스카이닝을 하지 않았기 때문에 포착하지 못한 다른 발견되지 않은 바이오마커의 한계는 하늘입니다."라고 말합니다. "희망은 다른 사람들이 비슷한 방식으로 나노 입자 시스템을 보기 시작하는 데 영감을 주기를 바랍니다."