KR20210085296A - Composition for thermotherapy of circulating tumor cells comprising magnetic nanoparticles bound with antibodies, preparation method thereof, and method for treating circulating tumor cells using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 항체가 결합된 자성 나노 입자를 포함하는 순환종양세포의 온열치료용 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 순환종양세포의 치료방법에 관한 것이다. The present invention relates to a composition for thermotherapy of circulating tumor cells comprising magnetic nanoparticles to which an antibody is bound, a method for preparing the same, and a method for treating circulating tumor cells using the same.
최근 현대 의학의 급격한 발달로 암에 대한 조기진단이 가능해지고 동시에 수술, 방사선, 그리고 항암제 약물요법 등과 같은 다양한 암 치료 방법이 개발되어 암을 극복할 수 있는 가능성이 보이기 시작하고 있다. 하지만 현재까지 개발된 암 치료법들은 암을 근본적으로 치료하기보다는 단순히 암환자들의 생존기간을 연장시키는 정도에 불과하다. 따라서 효과적이면서도 부작용이 적은 암 치료 방법을 개발할 필요성이 절실하다. Recently, with the rapid development of modern medicine, early diagnosis of cancer is possible, and at the same time, various cancer treatment methods such as surgery, radiation, and anticancer drug therapy have been developed, and the possibility of overcoming cancer is starting to appear. However, the cancer treatments developed so far simply extend the survival period of cancer patients rather than fundamentally cure the cancer. Therefore, there is an urgent need to develop an effective cancer treatment method with few side effects.
암 치료에서 보편적으로 수행되고 있는 치료법으로는 수술요법, 항암제 약물요법, 그리고 방사선 치료법이 있다. 수술요법은 조기 암에는 가장 좋은 치료방법이나 암이 다른 조직으로 전이된 경우에는 좋은 치료 효과를 기대하기가 어렵다. Treatments commonly performed in cancer treatment include surgery, chemotherapy, and radiation therapy. Surgery is the best treatment for early cancer, but it is difficult to expect a good therapeutic effect when the cancer has metastasized to other tissues.
방사선 치료법과 항암제 약물요법은 암 치료 효과가 낮을 뿐 아니라, 정상조직에도 영향을 미쳐 위장장애, 면역기능 저하, 식욕부진, 전신쇠약, 탈모 등 다양한 부작용들을 야기시키는 것으로 알려졌다. 이러한 기존 암치료 방법의 한계점들을 보완하기 위하여 현재 여러 종류의 암 치료 방법들이 개발되고 있으며, 그 중 대표적인 것이 열 치료 항암요법이다(Wust et al., The Lancet Oncology, 2002, 3:487-497).Radiation therapy and anticancer drug therapy are known to not only have low cancer treatment effects, but also affect normal tissues, causing various side effects such as gastrointestinal disorders, decreased immune function, anorexia, general weakness, and hair loss. In order to supplement the limitations of these existing cancer treatment methods, various types of cancer treatment methods are currently being developed, and a representative one of them is heat treatment chemotherapy (Wust et al., The Lancet Oncology, 2002, 3:487-497). .
암 세포의 고유한 특성중 하나는 열 적응 능력이 정상 세포에 비해 현저히 떨어진다는 것이다(Wust et al., The Lancet Oncology, 2002, 3:487-497). 열 치료 항암요법은 이처럼 열 적응 능력이 결여된 암세포의 특성을 이용하여 암 조직 및 주변의 온도를 42℃ 이상으로 올려 암을 치료하는 항암요법이다. 열 치료 항암요법 과정에서 암 조직의 온도를 올리면, 암 세포는 열 적응 능력이 떨어지기 때문에 고열에 적응하지 못하고 사멸한다. 열 치료 항암요법 과정에서 암 조직의 온도를 높이기 위해 초음파를 이용하는 방법, 접촉에 의한 열전달 방법, 전자기파를 이용하는 방법 등과 같은 여러 가지 방법들이 개발되었다. 하지만, 현재 열치료 항암요법에서 가장 일반적이고 효과적인 방법은 전자기파를 조사하여 암 조직에 열을 발생시키는 "전자기파를 이용한 암 온열치료"이다(유럽공개특허 제2174689호, 미국등록특허 제4323056호, 국제특허출원 제2002-172198호, 한국등록특허 제1125200호, 국제특허출원 제2010-043372호, 국제특허출원 제2009-013630호). One of the unique characteristics of cancer cells is that their ability to adapt to heat is significantly lower than that of normal cells (Wust et al., The Lancet Oncology, 2002, 3:487-497). Heat treatment chemotherapy is an anticancer therapy that uses the characteristics of cancer cells that lack the ability to adapt to heat as described above to treat cancer by raising the temperature of the cancer tissue and its surroundings to 42°C or higher. Heat treatment If the temperature of cancer tissue is raised during chemotherapy, cancer cells cannot adapt to high heat and die because their ability to adapt to heat decreases. Heat treatment In the course of chemotherapy, several methods have been developed, such as a method using ultrasound to increase the temperature of cancer tissue, a method for heat transfer by contact, and a method using electromagnetic waves. However, the most common and effective method in current heat treatment anticancer therapy is "cancer heat treatment using electromagnetic waves", which generates heat in cancer tissues by irradiating electromagnetic waves (European Patent Publication No. 2174689, US Patent No. 4323056, international Patent Application No. 2002-172198, Korean Patent Application No. 1125200, International Patent Application No. 2010-043372, International Patent Application No. 2009-013630).
전자기파(electromagnetic waves)는 전기장과 자기장이 시간에 따라 변하면서 발생하는 파동으로서; 감마선, X-선, 자외선, 가시광선, 적외선, 마이크로웨이브, 라디오 전파 등이 모두 전자기파이다. 전자기파가 극성물질을 통과하면 전자기파는 극성물질의 분자운동을 자극하여 열을 발생하기 때문에 기본적으로 모든 전자기파는 열 치료 항암요법에 활용되어질 수 있지만, 현재 "전자기파를 이용한 암 온열치료"에서는 13.56 MHz radio frequency의 고주파를 가장 보편적으로 사용하고 있다. Electromagnetic waves are waves that occur when electric and magnetic fields change with time; Gamma rays, X-rays, ultraviolet rays, visible rays, infrared rays, microwaves, radio waves, etc. are all electromagnetic waves. When electromagnetic waves pass through polar substances, they stimulate molecular motion of polar substances to generate heat, so basically all electromagnetic waves can be used for heat treatment and anticancer therapy. However, in the current "cancer thermotherapy using electromagnetic waves," 13.56 MHz radio The high frequency of the frequency is most commonly used.
"전자기파를 이용한 암 온열치료"에 이용되는 전자기파는 유전가열(dielectric heating)이라는 과정을 통해 열을 발생시킨다. 인체의 대부분을 구성하는 물 분자는 산소와 수소원자 간 비대칭적 결합으로 쌍극자 모멘트를 가지게 된다. 이 물 분자의 쌍극자 모멘트 때문에, "전자기파를 이용한 암 온열치료"시 전자기파에 노출된 물 분자가 전자기파의 진동수만큼 분자회전을 거듭하면서 분자들끼리 밀고 당기거나 충돌을 거듭하게 되며, 그 결과 전자기파가 노출된 조직에서 열이 발생하는 것이다. 암 세포에만 전자기파를 노출시킬 수 있다면, 열 적응 능력이 부족한 암세포의 특성 때문에 효율적으로 암세포를 사멸시킬 수 있다. 하지만 전자기파를 정상세포에는 노출시키지 않고 암 세포에만 노출시키는 것은 신체의 구조적/물리적 한계로 인해 거의 불가능하다. 따라서, 전자기파와 같은 물리적 파장을 암 조직에 방사하여 암을 치료하는 것은 한계가 있다. Electromagnetic waves used in "thermal cancer treatment using electromagnetic waves" generate heat through a process called dielectric heating. Water molecules that make up most of the human body have a dipole moment due to an asymmetric bond between oxygen and hydrogen atoms. Due to the dipole moment of this water molecule, during "thermal treatment of cancer using electromagnetic waves," water molecules exposed to electromagnetic waves rotate as many as the frequency of the electromagnetic waves, pushing, pulling, or collide with each other. As a result, electromagnetic waves are exposed heat is generated in the tissue. If only cancer cells can be exposed to electromagnetic waves, cancer cells can be efficiently killed due to the characteristics of cancer cells that lack the ability to adapt to heat. However, exposing electromagnetic waves only to cancer cells without exposing them to normal cells is almost impossible due to the structural/physical limitations of the body. Therefore, there is a limit to treating cancer by radiating a physical wavelength such as electromagnetic waves to cancer tissue.
"전자기파를 이용한 암 온열치료"의 치료 효능을 높일 수 있는 가장 좋은 방법은, 온열치료용 감작제를 투여한 후 "전자기파를 이용한 암 온열치료"를 시행하는 것이다. The best way to increase the therapeutic efficacy of "thermal cancer treatment using electromagnetic waves" is to administer "thermal cancer treatment using electromagnetic waves" after administering a sensitizer for thermal treatment.
현재까지 시도된 온열치료용 감작제는 금, 산화철 등과 같은 금속 성분에 기초한 나노입자이다 (국제특허출원 제2009-091597호, 국제특허출원 제2012-036978호, 국제특허출원 제2012-177875호, 미국등록특허 제6541039호, 한국등록특허 제0802139호). 금속은 전자기파와 매우 잘 반응하여 고열을 발생시킨다. 따라서 금속 성분이 정상세포를 타깃하지 않고 암세포에만 타깃하도록 한 후, 전자기파를 방사하면 암 치료 효능이 극대화 될 수 있을 것이다. 하지만 현재까지 금속 성분을 암 조직에만 선택적으로 전달할 수 있는 기술은 개발되지 못했다.The sensitizers for thermotherapy that have been tried so far are nanoparticles based on metal components such as gold and iron oxide (International Patent Application No. 2009-091597, International Patent Application No. 2012-036978, International Patent Application No. 2012-177875, US Patent No. 6541039, Korean Patent No. 0802139). Metals react very well with electromagnetic waves to generate high heat. Therefore, the efficacy of cancer treatment can be maximized by emitting electromagnetic waves after the metal component targets only cancer cells, not normal cells. However, until now, a technology that can selectively deliver metal components only to cancer tissues has not been developed.
금이나 산화철과 같은 금속나노입자는 암 조직에 대한 선택성이 없어 암 조직뿐 아니라 정상 조직에도 축적되게 되는데, 이 때 전자기파를 처리하면 나노입자가 위치한 모든 부위에서 열 발생에 의해 정상 조직에도 손상을 일으키게 된다.Metal nanoparticles such as gold and iron oxide do not have selectivity for cancer tissue and thus accumulate not only in cancer tissue but also in normal tissue. At this time, electromagnetic wave treatment causes damage to normal tissue by generating heat in all areas where nanoparticles are located. do.
현재까지 암세포 또는 조직을 타깃하기 위한 방법으로는, 예를 들어 직접 고형 종양(암)에 MNP(자성 나노입자)를 주입하는 방법이 있는데, 이는 종양(암)으로의 직접적인 열전달을 가능하게 하여 종양(암) 제거에 효과적인 것으로 보고된 바 있고(J. Liu, N. Li, L. Li, D. Li, K. Liu, L. Zhao, J. Tang, and L. Li, Oncol Lett, 2013, 6, 1550; K. Mahmoudi, and C. Hadjipanayis, Front Chem, 2014, 2, 109), 다른 투여 방법으로는 MNP를 정맥 주사하는 것인데, 이 경우 MNP를 종양(암) 세포 또는 조직을 표적화하여 향상된 EPR 효과로부터 선택적으로 축적시켜 온열요법의 효과를 상승시키는 것이다.To date, as a method for targeting cancer cells or tissues, there is, for example, a method of directly injecting MNP (magnetic nanoparticles) into a solid tumor (cancer), which enables direct heat transfer to the tumor (cancer) and thus the tumor It has been reported to be effective in (cancer) removal (J. Liu, N. Li, L. Li, D. Li, K. Liu, L. Zhao, J. Tang, and L. Li, Oncol Lett , 2013, 6 , 1550; K. Mahmoudi, and C. Hadjipanayis, Front Chem , 2014, 2 , 109), another method of administration is intravenous injection of MNP, in which case MNP is targeted to tumor (cancer) cells or tissues to improve It is to increase the effect of hyperthermia by selectively accumulating from the EPR effect.
그러나, 상기한 방법들은 모두 제한적으로 고형 종양(암)에 국한되는 사용만이 가능하거나, 또는 정상 세포 또는 조직을 사멸시키는 부작용의 문제가 여전히 존재하는 방법들일 뿐이다.However, all of the above methods are limitedly available only for use in solid tumors (cancer), or are only methods in which the problem of side effects of killing normal cells or tissues still exists.
무엇보다도, 혈액암 또는 순환종양세포(Circulating Tumor Cell, CTC)와 같이 종양 세포의 일부가 원발암에서 떨어져 나와 혈관이나 림프관에 유입되어 다른 조직이나 장기로 이동하는 암(조양)에 대해서는 아직까지 이렇다할 치료법이 없을 뿐 아니라, 온열요법을 적용한 사례는 보고되지 못했다.Above all, there is still no such thing as cancer (oncology) in which a part of tumor cells, such as blood cancer or Circulating Tumor Cell (CTC), is separated from the primary cancer and flows into blood vessels or lymphatic vessels and moves to other tissues or organs. There is no treatment, and there have been no reports of cases where hyperthermia was applied.
이에, 본 발명자들은 혈액암과 같은 순환종양세포에 선택적으로 온열 치료 효과를 나타낼 수 있고, 정상 세포나 조직의 사멸과 같은 부작용을 방지할 수 있는, 종양 선택적 온열치료 기술을 개발하기 위해 노력하던 중, 본 발명의 EpCAM 항체 결합된 자성 나노 입자가 백혈병 모델 마우스의 혈류에서 암 세포에 선택적으로 결합하여, 정상 세포 또는 조직의 사멸과 같은 부작용 없이 백혈병 세포 특이적으로 제거가 가능함을 확인하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors were trying to develop a tumor-selective hyperthermia treatment technology that can selectively exert thermal treatment effects on circulating tumor cells such as blood cancer and prevent side effects such as death of normal cells or tissues. , The present invention was confirmed by confirming that the EpCAM antibody-coupled magnetic nanoparticles of the present invention selectively bind to cancer cells in the bloodstream of a leukemia model mouse, and that it is possible to specifically remove leukemia cells without side effects such as death of normal cells or tissues. completed.
본 발명의 목적은 혈액암, 백혈병과 같은 순환종양세포(Circulating tumor cell; CTC) 또는 순환종양줄기세포(Circulating Tumor Stem Cell; CTSC)를 선택적으로 타깃할 수 있는 항체가 결합된 자성 나노입자를 포함하는 온열치료용 조성물을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to selectively target circulating tumor cells (CTC) or circulating tumor stem cells (CTSC), such as blood cancer and leukemia, binding magnetic nanoparticles containing antibodies It is to provide a composition for thermotherapy.
본 발명의 다른 목적은 상기 온열치료용 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for preparing the composition for thermotherapy.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 온열치료용 조성물 및 전자기파를 조사하는 장치를 포함하는 온열치료용 키트를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a kit for thermotherapy comprising the composition for thermotherapy and a device for irradiating electromagnetic waves.
본 발명의 다른 목적은 상기 온열치료용 조성물을 치료가 필요한 개체에 투여하는 단계; 및 상기 개체에 전자기파를 처리하는 단계;를 포함하는 순환종양세포 또는 순환종양줄기세포의 치료방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to administer the composition for thermotherapy to a subject in need of treatment; and treating the subject with electromagnetic waves; to provide a method of treating circulating tumor cells or circulating tumor stem cells, including.
상기 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above object,
본 발명은 EpCAM, CD34, CD38, TK1, CD200, CD56, CD7, CD3 및 CD19으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상에 대한 항체가 결합된 자성 나노입자를 포함하는 순환종양세포 또는 순환종양줄기세포의 온열치료용 조성물이 제공된다.EpCAM, CD34, CD38, TK1, CD200, CD56, CD7, CD3 and one or more selected from the group consisting of CD19 antibody-bound magnetic nanoparticles containing circulating tumor cells or circulating tumor stem cells warming A therapeutic composition is provided.
또한, 본 발명은 EpCAM, CD34, CD38, TK1, CD200, CD56, CD7, CD3 및 CD19으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상에 대한 항체를 자성 나노입자에 결합시키는 단계;를 포함하는 상기 온열치료용 조성물의 제조방법이 제공된다.In addition, the present invention provides a composition for thermotherapy comprising: binding an antibody against one or more selected from the group consisting of EpCAM, CD34, CD38, TK1, CD200, CD56, CD7, CD3 and CD19 to magnetic nanoparticles; A method of manufacturing is provided.
나아가, 본 발명은 상기 온열치료용 조성물 및 전자기파를 조사하는 장치를 포함하는 순환종양세포 또는 순환종양줄기세포의 온열치료용 키트가 제공된다.Furthermore, the present invention provides a kit for thermotherapy of circulating tumor cells or circulating tumor stem cells, comprising the composition for thermotherapy and a device for irradiating electromagnetic waves.
또한, 본 본 발명은 상기 온열치료용 조성물을 치료가 필요한 개체에 투여하는 단계; 및 상기 개체에 전자기파를 처리하는 단계;를 포함하는 순환종양세포 또는 순환종양줄기세포의 치료방법이 제공된다.In addition, the present invention provides the steps of administering the composition for thermotherapy to a subject in need of treatment; and treating the subject with electromagnetic waves; a method for treating circulating tumor cells or circulating tumor stem cells is provided.
본 발명에 따른 항-EpCAM 항체가 결합된 자성 나노입자는 순환종양세포 또는 순환종양줄기세포에 발현되는 EpCAM을 인식하여 종양에만 선택적으로 결합할 수 있을 뿐 아니라, 정상 세포나 조직의 사멸과 같은 부작용 없이, 순환종양세포 또는 순환종양줄기세포만을 선택적으로 제거시킬 수 있는 바, 순환종양세포 또는 순환종양줄기세포의 온열치료용 조성물, 키트 및 치료방법이 제공될 수 있는 유용한 효과가 있다.Anti-EpCAM antibody-bound magnetic nanoparticles according to the present invention can recognize EpCAM expressed in circulating tumor cells or circulating tumor stem cells and selectively bind only to tumors, as well as side effects such as death of normal cells or tissues. Since it is possible to selectively remove only circulating tumor cells or circulating tumor stem cells, there is a useful effect that compositions, kits and treatment methods for thermal treatment of circulating tumor cells or circulating tumor stem cells can be provided.
도 1은 인간 EpCAM 항체 결합된 MNP (hEpCAM-MNP) 및 마우스 EpCAM 항체 결합된 MNP (mEpCAM-MNP)의 FE-TEM (A) 및 DLS (B) 분석을 나타낸 사진이다.
도 2는 SQUID 자력계를 사용하여 평가한 EpCAM-MNP의 자화 특성(Magnetization property)을 나타낸 그래프이다(약어: hEpCAM-MNP(인간 EpCAM 항체 결합된 MNP); mEpCAM-MNP(마우스 EpCAM 항체 결합된 MNP).
도 3은 (A) 세포 배양 디쉬와 자기 고열(magnetic hyperthermia)에 대한 장치 설정을 나타낸 것이고, (B) 자기장 (316A, 1358W, 310kHz)에서 50 분 동안 MNP의 존재 유무에 따른 THP1 세포 배양 배지의 온도 변화를 나타낸 것이고, (C) 자기 고열처리 50 분과 추가 16 시간 배양 후에 세포 증식 분석 (CCK-8)을 나타낸 것이고, (-)HT 세포와 비교한 (+)HT 세포의 상대적 증식률(%)을 각각의 막대 위에 도시하였다. (-)HT 그룹의 경우, 세포를 실온 (23 ℃ 내지 25 ℃)에서 50 분 동안 인큐베이션 하였다. "대조군"샘플은 MNP가 없는 세포이다(약어: hEpCAM-MNP(인간 EpCAM 항체 결합된 MNP); 및 In-MNP(불 활성화 된 hEpCAM 항체-결합된 MNP). (D) AC/DC 및 열 전달 모듈을 사용한 인비트로 실험 (B)에 대한 COMSOL Multiphysics 분석 결과이다.
도 4는 In-MNP 및 hEpCAM-MNP의 처리 후 자기 고열 처리[(+)HT] 또는 처리하지 않은[(-)HT] THP1 세포의 Bio-TEM 이미지이다. 교류 자기장 (AMF)은 310 kHz의 주파수 및 316 A 전류에서 인가되었다. (A) 고열 처리없는 In-hMNP의 처치. (B) 고열 처리없는 hEpCAM-MNP의 처치. (C) 고열 처리되는 In-hMNP의 처치. (D) 고열 치리되는 hEpCAM-MNP의 처치. 화살표는 MNP의 위치를 나타낸다.
도 5는 mEpCAM-MNP의 정맥 주사 후 인비보 고열처리를 나타낸다. 교류 자기장 (AMF)을 310kHz의 주파수 및 316 A 전류에서 (+)HT 그룹에 대해 50 분 동안 인가하였다. (A) 인비보 고열처리에 대한 장치 설정을 나타내고, (B) 상기 설정(A)을 사용하여 mEpCAM-MNP로 고열처리 하는 동안 배양 배지 및 마우스 피부의 온도 증가를 나타낸다.
도 6은 전신 고열처리 후, AKR 마우스의 혈류에서 백혈병 세포 수의 계측을 나타낸다. (A) 마우스 혈액에서 백혈병 세포를 계수하기 위한 Leishman 염색을 나타내며, 배율은 ×400이다. (B) 자기 고열처리 전과 후에 각 마우스 그룹에서 Leishman 염색에 의해 결정된 평균 백혈병 세포 수를 나타내고, 대조군 및 (-)HT 그룹은 고열처리에 의해 처치되지 않았지만, 그들의 세포 수는 고열처리 그룹과 동시에 계측되었다. *, p <0.05.
도 7은 백혈병 세포 수를 EpCAM 및 CD45 둘 모두에 대한 항체에 부착된 세포를 계수함으로써 상용 미세유체 칩(Celsee)에 의해 계측되었다. (A) 미세유체 칩의 홀에 포획된 백혈병 세포를 계수하고, 이를 4',6-디아미디노-2-페닐인돌(DAPI)로 염색하고 항-CD45 및 항-EpCAM 항체로 형광 표지하였다. (B) 고열 치료 전후의 마우스 혈액에서 백혈병 세포 수의 비율을 나타낸다. 대조군 및 (-)HT 그룹은 자기장의 조사를 받지 않았지만, 그들의 세포수는 (+)HT 그룹과 동시에 계측되었다. *, p <0.05; **, p <0.01.
도 8은 대조군, In-mMNP (+)HT, mEpCAM-MNP (-)HT 및 mEpCAM-MNP (+)HT 그룹의 간, 폐, 흉선 및 비장 조직의 프러시안 블루 염색한 사진을 나타낸 것이다. 사진에서 파란 반점은 철의 국소화를 나타낸다.
도 9은 자기 고열처리 후 (A) 대조군, (B) mEpCAM-MNP (-)HT, (C) In-mMNP (+)HT 및 (D) mEpCAM-MNP (+)HT로부터 흉선 조직에 대한 TUNEL 분석한 사진을 나타낸 것이다. 사진에서 녹색 반점은 사멸된 세포의 분포를 나타낸다.
도 10은 (A) 대조군, (B) In-mMNP (+)HT 및 mEpCAM-MNP (+)HT 그룹으로부터의 혈액 세포의 Bio-TEM 분석을 나타낸 사진이다. 고열처리 전후에 혈액 샘플을 수집 하였다. 교류 자기장 (AMF)은 310kHz의 주파수, 316A의 전류에서 (+)HT 그룹에 대해 50 분 동안 인가되었다. (B)의 스케일 바는 2.5 μm이다.
도 11은 일정한 온도(37 ℃)를 사용하여 인비보 열 전달 시뮬레이션을 통해 자기 고열처리에 의한 온도 변화를 예측하고 혈액 순환에서 백혈병 세포를 제거하는 방법을 설명하는 사진입니다. (A) 백혈병 세포에 부착된 균일하게 분산 된 입자 모델(EpCAM-MNP 모방)과 입자의 확대 개략도를 나타내고, (B) 세포로부터 분리된 균일하게 분산 된 입자 모델(In-mMNP를 모방)과 입자의 확대 개략도를 나타내고, (C) 모델 (A)에 대한 온도 분포의 FEM(Finite element method) 결과를 나타내고, (D) 모델 (B)에 대한 온도 분포의 FEM 결과를 나타낸다.
도 12는 NanoSight LM10에 의한 hEpCAM-MNP의 나노 입자 농도를 나타낸 그래프이다.
도 13은 TK6 세포에 대한 인비트로 온열요법(고열처리) 결과를 나타낸 것으로, (A) 자기장 (316A, 1358W, 310kHz) 하에서 50 분 동안 MNP 유/무에 따른 TK6 세포 배양 배지의 온도 변화를 나타낸 것이고, (B) (C) 자기 온열요법(고열처리) 및 추가 16 시간 배양 후 세포 생존력 분석 (CCK-8)을 나타낸 것으로, (-)HT 세포와 비교한 (+)HT 세포의 상대적 증식(%)이 각각의 막대 위에 도시되어 있다. (-)HT 그룹의 경우, 세포를 50 분 동안 실온(23 ~ 25 ℃)에서 배양하였다.
도 14는 COMSOL multiphysics를 사용한 AMF 및 열 전달 시뮬레이션을 나타낸 것으로, (A) 인비트로 실험의 모델링 스킴을 나타낸 것이고, (B) 41 개의 d (직경) = 40 μm (분산 된 입자) 입자를 사용한 multiphysics (AMF 및 열전달) 시뮬레이션의 FEM 결과를 나타내고, 및 (C) 입자 없는 multiphysics (AMF 및 열전달) 시뮬레이션의 FEM 결과를 나타낸다.
도 15는 온도 변화에 대한 입자 응집의 영향을 예측하기 위해 일정한 온도 (37 ℃)를 사용하는 응집된 입자의 경우 열 전달 시뮬레이션을 나타낸다. (A) 백혈병 세포에 부착된 응집 된 6 개의 입자(EpCAM-MNP를 모방)의 모델링과 입자의 개략도, (B) 세포로부터 분리 된 응집 된 6 개의 입자 (In-mMNP를 모방)의 모델링과 입자의 개략도를 확대하여 도시하였고, (C) 모델링 (A)에 대한 온도 분포의 FEM 결과를 나타내고, (D) 모델링 (B)에 대한 온도 분포의 FEM 결과를 나타낸다.
도 16은 본 발명에서 제공하는, 순환계에서 선택적으로 종양에 부착할 수 있도록 EpCAM 항체가 결합된 자성 나노입자를 사용한 인비보 실험에서 순환종양세포(백혈병 세포)의 온열요법(고열처리)에 대한 개념도이다.1 is a photograph showing FE-TEM (A) and DLS (B) analysis of human EpCAM antibody-bound MNP (hEpCAM-MNP) and mouse EpCAM antibody-bound MNP (mEpCAM-MNP).
2 is a graph showing the magnetization properties of EpCAM-MNP evaluated using a SQUID magnetometer (abbreviations: hEpCAM-MNP (human EpCAM antibody-bound MNP); mEpCAM-MNP (mouse EpCAM antibody-bound MNP)) .
Figure 3 shows (A) a cell culture dish and device setup for magnetic hyperthermia, and (B) THP1 cell culture medium in the presence or absence of MNPs for 50 minutes in a magnetic field (316A, 1358W, 310kHz). Temperature change is shown, (C) Cell proliferation assay (CCK-8) after 50 min of autothermal treatment and an additional 16 h incubation, and relative proliferation rate (%) of (+)HT cells compared to (-)HT cells. is shown above each bar. For the (-)HT group, cells were incubated for 50 min at room temperature (23 °C to 25 °C). "Control" samples are MNP-free cells (abbreviations: hEpCAM-MNP (human EpCAM antibody bound MNP); and In-MNP (inactivated hEpCAM antibody-bound MNP). (D) AC/DC and heat transfer COMSOL Multiphysics analysis results for the in vitro experiment (B) using the module.
FIG. 4 is a Bio-TEM image of THP1 cells treated with In-MNP and hEpCAM-MNP and then treated with [(+)HT] or untreated [(-)HT] THP1 cells. An alternating magnetic field (AMF) was applied at a frequency of 310 kHz and a current of 316 A. (A) Treatment of In-hMNP without high heat treatment. (B) Treatment of hEpCAM-MNP without hyperthermia. (C) Treatment of In-hMNP subjected to high heat treatment. (D) Treatment of hEpCAM-MNP treated with hyperthermia. Arrows indicate the positions of MNPs.
5 shows in vivo hyperthermic treatment after intravenous injection of mEpCAM-MNP. An alternating magnetic field (AMF) was applied for 50 min for the (+)HT group at a frequency of 310 kHz and a current of 316 A. (A) shows the apparatus setup for in vivo hyperthermia, and (B) shows the temperature increase of the culture medium and mouse skin during hyperthermia with mEpCAM-MNP using the above setup (A).
6 shows the counting of the number of leukemia cells in the bloodstream of AKR mice after whole-body hyperthermia. (A) Shows Leishman staining for counting leukemia cells in mouse blood, magnification is ×400. (B) Shows the mean leukemia cell number determined by Leishman staining in each mouse group before and after autothermal treatment, control and (-)HT groups were not treated by hyperthermia, but their cell numbers were counted simultaneously with the hyperthermic group became *, p <0.05.
FIG. 7 . Leukemia cell numbers were counted by a commercial microfluidic chip (Celsee) by counting cells attached to antibodies to both EpCAM and CD45. (A) Leukemia cells captured in the holes of the microfluidic chip were counted, stained with 4',6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) and fluorescently labeled with anti-CD45 and anti-EpCAM antibodies. (B) Ratio of the number of leukemia cells in mouse blood before and after hyperthermia treatment. The control group and the (-)HT group were not irradiated with a magnetic field, but their cell numbers were counted simultaneously with the (+)HT group. *, p <0.05; **, p < 0.01.
FIG. 8 shows pictures of Prussian blue staining of liver, lung, thymus and spleen tissues of the control group, In-mMNP (+)HT, mEpCAM-MNP (-)HT and mEpCAM-MNP (+)HT group. The blue spots in the picture indicate the localization of iron.
9 shows TUNEL for thymus tissue from (A) control, (B) mEpCAM-MNP (-)HT, (C) In-mMNP (+)HT and (D) mEpCAM-MNP (+)HT after magnetic hyperthermia. The analyzed picture is shown. Green spots in the picture indicate the distribution of dead cells.
10 is a photograph showing the Bio-TEM analysis of blood cells from (A) control group, (B) In-mMNP (+)HT and mEpCAM-MNP (+)HT groups. Blood samples were collected before and after hyperthermia. An alternating magnetic field (AMF) was applied for 50 min for the (+)HT group at a frequency of 310 kHz and a current of 316 A. The scale bar in (B) is 2.5 µm.
11 is a photograph illustrating a method of predicting temperature change by magnetic hyperthermia through in vivo heat transfer simulation using a constant temperature (37 °C) and removing leukemia cells from blood circulation. (A) An enlarged schematic of the uniformly dispersed particle model (mimicking EpCAM-MNP) and particles attached to leukemia cells, and (B) a uniformly dispersed particle model (mimicking In-mMNP) and particles isolated from the cells. shows an enlarged schematic diagram of (C) shows the FEM (Finite element method) result of the temperature distribution for the model (A), and (D) shows the FEM result of the temperature distribution for the model (B).
12 is a graph showing the nanoparticle concentration of hEpCAM-MNP by NanoSight LM10.
13 shows the results of in vitro hyperthermia (high heat treatment) for TK6 cells, (A) showing the temperature change of the TK6 cell culture medium according to the presence/absence of MNP for 50 minutes under a magnetic field (316A, 1358W, 310kHz) and (B) (C) cell viability assay (CCK-8) after autothermal therapy (hyperthermia) and an additional 16 h incubation, relative proliferation of (+)HT cells compared to (−)HT cells ( %) is shown above each bar. For the (-)HT group, cells were incubated at room temperature (23-25 °C) for 50 min.
14 shows AMF and heat transfer simulations using COMSOL multiphysics, (A) the modeling scheme of the in vitro experiment, and (B) multiphysics using 41 d (diameter) = 40 μm (dispersed particles) particles. FEM results of (AMF and heat transfer) simulations are shown, and (C) FEM results of particle-free multiphysics (AMF and heat transfer) simulations are shown.
15 shows a heat transfer simulation for agglomerated particles using a constant temperature (37° C.) to predict the effect of particle agglomeration on temperature change. (A) Schematic diagram of the modeling and particles of 6 aggregated particles (mimicking EpCAM-MNP) attached to leukemia cells, (B) Modeling and particle modeling of 6 aggregated particles (mimicking In-mMNPs) detached from cells. The schematic diagram of Fig. 1 is shown on an enlarged scale, (C) shows the FEM result of the temperature distribution for modeling (A), and (D) shows the FEM result of the temperature distribution for the modeling (B).
16 is a conceptual diagram of hyperthermia (high heat treatment) of circulating tumor cells (leukemia cells) in an in vivo experiment using magnetic nanoparticles to which EpCAM antibodies are bound to selectively attach to tumors in the circulation, provided by the present invention. to be.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 EpCAM, CD34, CD38, TK1, CD200, CD56, CD7, CD3 및 CD19으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상에 대한 항체가 결합된 자성 나노입자를 포함하는 순환종양세포 또는 순환종양줄기세포의 온열치료용 조성물이 제공된다.EpCAM, CD34, CD38, TK1, CD200, CD56, CD7, CD3 and one or more selected from the group consisting of CD19 antibody-bound magnetic nanoparticles containing circulating tumor cells or circulating tumor stem cells warming A therapeutic composition is provided.
여기서, 상기 항-EpCAM 항체는 개체의 순환계에 존재하는 종양(암)에서 발현되는 EpCAM을 타깃하여 종양(암)에 대한 선택도를 높이기 위한 수단으로 이해될 수 있고, 상기 자성 나노입자는 온열요법(고열처리)에 의해 열을 방출하여 입자가 부착된 종양(암)으로 열을 전달시키는 기능을 수행하는 것으로 이해될 수 있다. 본 발명의 조성물로부터 개체의 순환계에 존재하는 EpCAM 발현 종양(암) 세포 또는 종양(암) 줄기세포를 온열요법으로 사멸 또는 괴사시킬 수 있다.Here, the anti-EpCAM antibody may be understood as a means for increasing the selectivity for tumor (cancer) by targeting EpCAM expressed in tumor (cancer) existing in the circulation of an individual, and the magnetic nanoparticles are thermotherapy It can be understood as performing a function of releasing heat by (high heat treatment) and transferring heat to the tumor (cancer) to which the particles are attached. From the composition of the present invention, EpCAM-expressing tumor (cancer) cells or tumor (cancer) stem cells present in the circulatory system of an individual can be killed or necrotic by thermotherapy.
한편, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "항체"는 특정 항원과 반응성인 면역글로불린 분자에 대한 언급을 포함하고 다클론 및 단일클론 항체 모두를 포함한다.On the other hand, as used herein, the term "antibody" includes reference to an immunoglobulin molecule reactive with a particular antigen and includes both polyclonal and monoclonal antibodies.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "온열요법(고열처리)"은 타깃하는 세포 또는 조직을 40℃ 이상, 41℃ 이상, 42℃ 이상, 또는 40℃-60℃, 40℃-50℃, 41℃-50℃, 40℃-48℃, 40℃-46℃ 또는 40℃-45℃의 온도로 가열함을 의미한다.As used herein, the term “thermotherapy (hyperthermal treatment)” refers to treating a target cell or tissue at 40°C or higher, 41°C or higher, 42°C or higher, or 40°C-60°C, 40°C-50°C, 41 It means heating to a temperature of ℃-50 ℃, 40 ℃-48 ℃, 40 ℃-46 ℃ or 40 ℃-45 ℃.
이의 가장 기본적인 형태로, 본 명세서에 설명된 발명은 온열요법에 사용하기 위한 표적과 결합할 수 있는 리간드(항체)가 결합된 입자에 관한 것이다. 본 발명의 다양한 구현예는 입자, 적어도 하나의 리간드(항체)를 포함하되, 선택적으로 상기 입자와 리간드를 열결시키는 비공유 또는 공유 결합성 분자를 더 포함할 수 있고, 예를 들어, 통상적인 링커 또는 가교결합 화합물일 수 있다.In its most basic form, the invention described herein relates to a particle (antibody) bound to a ligand capable of binding a target for use in thermotherapy. Various embodiments of the present invention include a particle, at least one ligand (antibody), and optionally may further include a non-covalent or covalent molecule binding the particle and the ligand, for example, a conventional linker or It may be a crosslinking compound.
한편, 다양한 구현예의 입자는 자성 입자(magnetic particle)이고, 다른 구현예에서, 입자는 교류 자기장(AMF)이나 또는 다른 에너지 공급원에 위치하는 경우, 열을 발생시킬 수 있는 자성 입자를 가르킨다. 이러한 입자는 자성 에너지 민감성 입자라고 할 수 있고, 온열요법을 제공하는 데 유용할 수 있다.Meanwhile, in various embodiments, the particle is a magnetic particle, and in another embodiment, the particle refers to a magnetic particle capable of generating heat when placed in an alternating magnetic field (AMF) or other energy source. Such particles may be referred to as magnetic energy sensitive particles and may be useful in providing thermotherapy.
본 발명에서 사용된 용어, “자성 나노입자”는 자기장 인가시 자화되어 자기력에 의해 일정한 방향으로 끌어당길 수 있는 상자성체 또는 강자성체 입자를 말한다. 상기 자성 나노입자는 구체적으로 산화 철(Iron oxide), 아연 페라이트(Zinc ferrite), 망간(Mn), 니켈(Ni), 코발트(Co), 비스무스(Bi), 백금(Pt), 금(Au), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 이들의 합금 또는 이들의 페라이트(ferrite)로 이루어진 군으로부터 선택되는 자성 나노입자일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.As used herein, the term “magnetic nanoparticles” refers to paramagnetic or ferromagnetic particles that are magnetized when a magnetic field is applied and can be attracted in a certain direction by magnetic force. The magnetic nanoparticles are specifically iron oxide, zinc ferrite, manganese (Mn), nickel (Ni), cobalt (Co), bismuth (Bi), platinum (Pt), gold (Au) , palladium (Pd), copper (Cu), alloys thereof, or magnetic nanoparticles selected from the group consisting of ferrites thereof, but is not limited thereto.
자성 입자를 구체적으로 언급하면, 일반적으로 AMF에 위치할 때 자성 입자에 의해 발생된 열은 AMF에 반응하여 나타낸다. 자기장의 주기당 발생된 열의 양 및 에너지 손실을 초래하는 메카니즘은 자성 입자의 자성 물질 및 적용된 자기장 둘 다의 구체적인 특성에 좌우된다.Referring specifically to the magnetic particles, heat generated by the magnetic particles when placed in the AMF is generally exhibited in response to the AMF. The amount of heat generated per period of the magnetic field and the mechanism resulting in energy loss depend on the specific properties of both the magnetic material of the magnetic particle and the applied magnetic field.
일부 측면에 있어서, 자성 입자는 AMF 또는 다른 에너지 공급원에 적용되는 경우, 퀴리 온도라고 하는 독특한 온도까지 가열된다. 퀴리 온도는 자성 입자의 자성 물질의 강자성에서 상자성으로의 가역적 전이가 일어나는 온도이다. 상기 온도 미만에서, 자성 물질은 적용된 AMF에서 열을 발생시키지만, 상기 퀴리 온도 초과에서, 자성 물질은 상자성이고, AMF에 비반응성이다. 따라서, 자성 물질은 퀴리 온도 초과에서 AMF에 노출시 열을 발생시키지 않는다. 자성 물질이 퀴리 온도 미만의 온도로 냉각됨에 따라, 물질은 이의 자기적 특성을 회복하고 AMF의 적용시 승온을 재개한다. 이러한 주기는 AMF에 노출하는 동안 계속적으로 반복될 수 있다. 따라서, 자성 입자의 자성 물질은 가열 온도를 자가 조절할 수 있다. 본 발명의 구현예에서, 자성 물질은 약 40℃ 내지 약 150℃의 퀴리 온도를 갖도록 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In some aspects, the magnetic particles are heated to a unique temperature called the Curie temperature when subjected to an AMF or other energy source. The Curie temperature is the temperature at which a reversible transition from ferromagnetism to paramagnetism of a magnetic material of a magnetic particle occurs. Below this temperature, the magnetic material generates heat in the applied AMF, but above the Curie temperature, the magnetic material is paramagnetic and non-reactive to the AMF. Thus, magnetic materials do not generate heat upon exposure to AMF above the Curie temperature. As the magnetic material cools to a temperature below the Curie temperature, the material recovers its magnetic properties and resumes heating upon application of AMF. This cycle can be repeated continuously during exposure to AMF. Accordingly, the magnetic material of the magnetic particles can self-regulate the heating temperature. In an embodiment of the present invention, the magnetic material may be selected to have a Curie temperature of about 40° C. to about 150° C., but is not limited thereto.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "교류 자기장" 또는 "AMF"는, 이의 장(field) 벡터의 방향이 주기적으로, 통상 사인형, 삼각형, 사각형 또는 유사 형태의 패턴으로, 약 80kHz 내지 약 800kHz 범위의 주파수로 변화시키는 자기장을 나타낸다. AMF는 또한 정자기장에 첨가되어 생성된 자기장 벡터의 AMF 성분만이 방향을 변화하도록 할 수 있다. AMF는 교번 전기장에 동반될 수 있고 특성상 전자기성일 수 있다. As used herein, the term "alternating magnetic field" or "AMF" means that the direction of its field vector is periodic, usually in a sine, triangular, square or similar pattern, from about 80 kHz to about 800 kHz. Represents a magnetic field that changes with a range of frequencies. AMF can also be added to the static magnetic field so that only the AMF component of the generated magnetic field vector changes direction. AMF may be accompanied by an alternating electric field and may be electromagnetic in nature.
자성 입자가 가열되는 온도는 다른 인자들 중에서도 자성 입자 물질의 자기적 특성, 자기장의 특성 및 표적 부위의 냉각 능력에 좌우된다. 자성 입자 물질 및 AMF 특성의 선택은 특정 표적 유형에 대해 치료 효능을 최적화하도록 맞출 수 있다. 자성 입자의 다수의 측면, 예를 들면, 물질 조성, 크기 및 형태는 가열 특성에 직접적으로 영향을 미칠 수 있고, 이들 특성은 목적하는 가열 특성을 달성하도록 맞춰질 수 있다. 예를 들면, 온열요법에 이용되는 자성 입자의 크기는 자성 입자가 사용될 특정 용도(즉, 달성될 온도) 및 자성 입자를 포함하는 물질에 좌우될 수 있다.The temperature to which the magnetic particles are heated depends, among other factors, on the magnetic properties of the magnetic particle material, the properties of the magnetic field, and the cooling ability of the target site. The choice of magnetic particle material and AMF properties can be tailored to optimize therapeutic efficacy for a particular target type. Many aspects of the magnetic particles, such as material composition, size and shape, can directly affect the heating properties, and these properties can be tailored to achieve the desired heating properties. For example, the size of magnetic particles used in thermotherapy may depend on the particular application for which the magnetic particles will be used (ie, the temperature to be achieved) and the material comprising the magnetic particles.
자성 입자의 크기가 또한, 예를 들면, 링커 및 리간드를 포함하는 "자성 입자 접합체"의 전체 크기를 결정할 수 있다. 다양한 구현예에서, 자성 입자의 크기는 약 0.1nm 내지 약 250nm, 1nm-230nm, 1nm-200nm, 또는 1nm-100nm일 수 있다. 자성 입자 접합체 크기는 또한 징후, 자성 입자 및 자성 입자 접합체를 포함하는 물질, 투여 경로 및 사용방법에 좌우될 수 있다. 일부 구현예에서, 환자에게, 예를 들면, 정맥내 주사를 통해서 투여되는 자성 입자 또는 자성 입자 접합체는 혈류에서의 증가된 치료 조성물 농도 및 긴 체류 시간을 달성하기 위해서, 세망내피계(RES)에 의한 흡수 및 이후 간, 비장, 폐, 신장, 심장 및 골수로의 분포를 피하는 것이 바람직할 수 있다. RES에 의한 흡수를 성공적으로 피하기 위해서, 자성 입자 또는 자성 입자 접합체의 직경은 약 30nm 미만일 수 있고, 특히 자성 입자가 자철광(Fe3O4)을 함유하는 구현예에서, 자성 입자 접합체의 직경은 약 8nm 내지 약 20nm일 수 있다. 이러한 자성 입자 접합체의 자성 입자는, 치료 조성물의 RES에 의한 흡수를 피하도록 하면서, 적용된 AMF에서 가열을 위한 충분한 자기 모멘트를 보유한다. 일부 구현예에서, 직경이 약 8nm를 초과하는 강자성 자성 입자가 온열요법 용도에 적합할 수 있다. 다른 구현예에서, 기타 원소, 예를 들면, 코발트가 자철광 자성 입자에 포함된다. 2차 원소가 포함됨으로써 자성 입자 및 이러한 자성 입자를 포함하는 자성 입자 접합체의 크기 범위가 작아질 수 있다. 예를 들면, 코발트는 자철광보다 작지만 일반적으로 자철광보다 큰 자기 모멘트를 갖고, 이는 치료 조성물의 크기를 감소시키면서 코발트 함유 자철광 자성 입자의 전체 자기 모멘트에 기여할 수 있다. The size of the magnetic particle may also determine the overall size of a "magnetic particle conjugate" comprising, for example, a linker and a ligand. In various embodiments, the size of the magnetic particles may be from about 0.1 nm to about 250 nm, 1 nm-230 nm, 1 nm-200 nm, or 1 nm-100 nm. The size of the magnetic particle conjugate may also depend on the indication, the magnetic particle and the material comprising the magnetic particle conjugate, the route of administration, and the method of use. In some embodiments, magnetic particles or magnetic particle conjugates administered to a patient, eg, via intravenous injection, are administered to the reticuloendothelial system (RES) to achieve increased therapeutic composition concentrations and long residence times in the bloodstream. It may be desirable to avoid absorption by the liver and subsequent distribution to the liver, spleen, lung, kidney, heart and bone marrow. In order to successfully avoid absorption by RES, the diameter of the magnetic particle or the magnetic particle assembly may be less than about 30 nm, particularly in embodiments where the magnetic particle contains magnetite (Fe 3 O 4 ), the diameter of the magnetic particle assembly is about 8 nm to about 20 nm. The magnetic particles of this magnetic particle assembly retain a sufficient magnetic moment for heating in the applied AMF, while avoiding absorption by the RES of the therapeutic composition. In some embodiments, ferromagnetic particles greater than about 8 nm in diameter may be suitable for thermotherapy applications. In other embodiments, other elements, such as cobalt, are included in the magnetite magnetic particles. By including the secondary element, the size range of the magnetic particles and the magnetic particle assembly including the magnetic particles may be reduced. For example, cobalt has a magnetic moment that is smaller than that of magnetite but generally greater than that of magnetite, which can contribute to the overall magnetic moment of the cobalt-containing magnetite magnetic particles while reducing the size of the therapeutic composition.
본 발명의 구현예에 사용하기 위한 자성 입자는 적합한 자기 모멘트 및 크기를 제공하는 임의의 수의 물질을 포함할 수 있다. 자성 입자의 물질 조성은 특정 표적에 근거하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 구현예들에서 자성 입자는 산화철 입자 및 FeCo/SiO2 입자를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 한편, 상기 자성 나노입자의 철 함량은 본 발명이 달성하고자 하는 온열요법(고열처리)에 의한 종양(암) 제거 효과가 달성될 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 30% 이상, 30% 초과, 40% 이상 또는 50% 초과인 것일 수 있다. 나아가, 자가 제한 퀴리 온도는 전체 열이 표적에 전달되는 자성 입자 물질에 직접 관련되기 때문에, 자성 입자 조성물은 상이한 표적 유형을 위해 설계될 수 있다. 이러한 조율은, 표적의 환자의 체내에서의 위치 및 조성에 근거한 독특한 가열 및 냉각 능력이 주어진 경우, 각각의 표적 유형의 목적하는 가열을 달성하는 데 필요할 수 있다. 예를 들면, 환자의 혈액이 원활히 공급되지 않고 비교적 고립된 영역에 위치한 종양은, 효과적인 온열요법을 위해서 주요 혈관 근처에 위치하는 종양보다 낮은 퀴리 온도 자성 입자 물질을 필요로 할 수 있다. 혈류에 위치하는 표적 또한 특정 퀴리 온도를 갖는 자성 입자 물질을 요구할 것이다. 따라서, 다양한 구현예의 자성 입자는 자철광 이외에, 예를 들면, 코발트, 철, 희토류 금속 등 및 그의 조합물을 포함할 수 있다.Magnetic particles for use in embodiments of the present invention may include any number of materials that provide a suitable magnetic moment and size. The material composition of the magnetic particles can be selected based on a particular target. For example, in embodiments magnetic particles include, but are not limited to, iron oxide particles and FeCo/SiO 2 particles. On the other hand, the iron content of the magnetic nanoparticles is not particularly limited as long as the tumor (cancer) removal effect by hyperthermia (high heat treatment) to be achieved by the present invention can be achieved, for example, 30% or more, 30% may be greater than, greater than 40%, or greater than 50%. Furthermore, because the self-limiting Curie temperature is directly related to the magnetic particle material that the total heat is transferred to the target, magnetic particle compositions can be designed for different target types. Such tuning may be necessary to achieve the desired heating of each target type, given the unique heating and cooling capabilities based on the location and composition of the target in the patient's body. For example, a tumor located in a relatively isolated area without a smooth blood supply to the patient may require a lower Curie temperature magnetic particle material than a tumor located near a major blood vessel for effective hyperthermia. A target placed in the bloodstream will also require a magnetic particle material with a specific Curie temperature. Accordingly, the magnetic particles of various embodiments may include, in addition to magnetite, for example, cobalt, iron, rare earth metals, and the like, and combinations thereof.
전자파 흡수율 (SAR)은 또한 자성 입자 물질의 선택시 고려될 수 있다. 소정 물질에 대한 SAR 은, RF 전자기장에 노출될 때, 물질이 무선 주파수 (RF) 에너지를 흡수하는 비율로서 통상 기재된다. 예를 들어, Ferrotec Corp (Nashua, NH)로부터 이용가능한 약 110 nm 직경의 시리즈 EMG 700 및 EMG 1111 철 산화물 입자는 1,300 에르스텟(Oerstedt) 유속 밀도 및 150 kHz 주파수에서 약 310 Watt/입자 1 g 의 SAR 을 갖는다. 다른 입자, 예컨대, Inframat Corp. (Willington, Connecticut)로부터 이용가능한 FeCo/SiO2 입자는 동일한 자기장 조건 하에서 약 400 Watt/입자 1 g 의 SAR 을 갖는다.Electromagnetic Absorption Rate (SAR) may also be considered in the selection of magnetic particle materials. The SAR for a given material is commonly described as the rate at which the material absorbs radio frequency (RF) energy when exposed to an RF electromagnetic field. For example,
일부 구현예에서, 자성 입자가 생체적합성인 자성 물질로부터 형성되는 경우에, 자성 입자 자체의 표면은 생체적합성 코팅제로서 작용할 수 있다. 다른 구현예에서, 코팅 물질은 자성 입자를 자성 입자 생체적합성으로 만드는데 도움이 될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 코팅 물질은 예를 들어 트랜스펙션에 의한 자성 입자의 세포로의 수송을 촉진할 수 있다. 트랜스펙션제 (transfection agent)로 불리는 그와 같은 코팅 물질은 예를 들어, 벡터, 예컨대, 플라스미드, 바이러스, 파아지(phage), 바이론(viron) 또는 바이러스 코트(viral coat), 프리온(prion), 폴리아미노산, 양이온성 리포좀, 양친매성 물질, 비(非)-리포솜 지질, 또는 그의 임의의 조합물을 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 생체적합성 코팅 물질은 트랜스펙션제(들)과 유기 및/또는 무기 물질의 복합물일 수 있다. 그와 같은 구현예에서, 코팅 물질 및/또는 트랜스펙션제의 조합은 환자 신체 내의 세포 또는 이환(diseased) 조직의 특정 타입 및 특정 위치에 대해 맞춰질 수 있다.In some embodiments, when the magnetic particle is formed from a magnetic material that is biocompatible, the surface of the magnetic particle itself can act as a biocompatible coating. In other embodiments, the coating material may help to make the magnetic particle biocompatible. In another embodiment, the coating material may facilitate transport of magnetic particles into cells, for example by transfection. Such coating materials, called transfection agents, can be, for example, vectors, such as plasmids, viruses, phages, virons or viral coats, prions, poly amino acids, cationic liposomes, amphiphiles, non-liposomal lipids, or any combination thereof. In other embodiments, the biocompatible coating material may be a composite of the transfection agent(s) and organic and/or inorganic materials. In such embodiments, the combination of coating material and/or transfection agent can be tailored for a specific type and specific location of a cell or diseased tissue within the patient's body.
본 발명의 일부 구현예에서, 링커는 자성 입자 또는 자성 입자 코팅에 커플링된다. 링커는, 일부 구현예에서, 자성 입자의 외부 표면에 접촉하고 그 표면에 결합하고, 한편 리간드에 공유적으로 결합하여 리간드를 자성 입자의 외부 표면에 부착하는 2관능성 화합물일 수 있다. 다른 구현예에서, 링커는 자성 입자의 외부 표면에 결합하고 세망내피계 (RES)로부터 자성 입자의 탈출(evasion)을 용이하게 한다. 예를 들어, "페길화(pegylation)"로서 당업계에 공지된 방법을 통한, 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 링커에 의한 자성 입자의 관능화는 RES 에 의한 탐지 및 흡수를 피하는 데 효과적이고, 증가된 투과 및 지연(EPR) 효과를 통해 종양의 변경된 맥관구조의 침투를 촉진하고, 이에 따라 종양 간질(間質, interstitium)에서 자성 입자가 우선적으로 축적된다.In some embodiments of the invention, the linker is coupled to a magnetic particle or magnetic particle coating. A linker can, in some embodiments, be a bifunctional compound that contacts and binds to the external surface of the magnetic particle, while covalently binding to the ligand to attach the ligand to the external surface of the magnetic particle. In another embodiment, the linker binds to the outer surface of the magnetic particle and facilitates evasion of the magnetic particle from the reticuloendothelial system (RES). For example, functionalization of magnetic particles with a polyethylene glycol (PEG) linker, via a method known in the art as "pegylation", is effective to avoid detection and uptake by the RES, and increased permeation. and promotes the penetration of the altered vasculature of the tumor through the EPR effect, thereby preferentially accumulating magnetic particles in the tumor interstitium.
링커가 짧은지 긴지, 딱딱한지 유연한지, 수소성인지 친수성인 지에 따라, 링커는 최종 접합체의 특성에 영향을 미칠 수 있다. 다양한 구현예의 링커는 소수성 또는 친수성 유기 또는 무기 화합물, 또는 화학적으로 상이한 화합물의 혼합물을 포함한다. 일부 구현예에서, 링커는 알킬, 알켄, 알킨, 할로알킬, 에폭사이드, 비닐 또는 헤테로큐뮬린 화합물을 포함할 수 있고, 다른 구현예에서, 링커는 다중-서브유닛 화합물을 포함할 수 있다. 그와 같은 구현예의 링커는 다중-서브유닛 화합물에서 서브유닛의 수 및/또는 타입에 의해 한정되지 않고, 예를 들어 에폭시프로펜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜 등의 서브유닛, 및 이의 조합물을 포함할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 링커는 하나 이상의 에피클로로히드린, 디에폭사이드 또는 이의 조합물을 포함한다. 본 발명의 구현예에 의해 포함되는 링커의 예는 폴리(에틸렌 글리콜), 에폭시에테르, 폴리(에틸렌 글리콜) 디글리시딜 에테르, 및 에피클로로히드린과 폴리(에틸렌 글리콜) 디글리시딜 에테르의 혼합물을 포함하지만, 이들로 한정되지 않는다.Depending on whether the linker is short or long, rigid or flexible, hydrophobic or hydrophilic, the linker can affect the properties of the final conjugate. Linkers of various embodiments include hydrophobic or hydrophilic organic or inorganic compounds, or mixtures of chemically different compounds. In some embodiments, the linker may comprise an alkyl, alkene, alkyne, haloalkyl, epoxide, vinyl or heterocumulline compound, and in other embodiments, the linker may comprise a multi-subunit compound. Linkers of such embodiments are not limited by the number and/or type of subunits in the multi-subunit compound, and include, for example, subunits such as epoxypropene, polyethylene glycol, polypropylene glycol, and combinations thereof. may include In another embodiment, the linker comprises one or more epichlorohydrins, diepoxides, or combinations thereof. Examples of linkers encompassed by embodiments of the present invention include poly(ethylene glycol), epoxyether, poly(ethylene glycol) diglycidyl ether, and epichlorohydrin and poly(ethylene glycol) diglycidyl ether. mixtures, but are not limited thereto.
다양한 구현예의 링커는 또한 하나 이상의 말단 반응성 기를 포함한다. 말단 반응성 기의 타입은 특정 타입의 자성 입자를 임의의 타입의 리간드에 커플링시키거나, 임의의 리간드와 공유결합을 형성하거나 자성 입자를 그와 같은 리간드에 결합하는데 필요한 반응 화학의 타입에 따라 변할 수 있다. 특정 구현예에서, 말단 기의 반응성은 치환 또는 부가 화학에 근거할 수 있다. 예시적인 말단 반응성 기는 카르복실산, 아민, 히드라진, 아지드, 티올, 디설파이드, 설폰산, 비닐, 1,2-디아실에텐, 및 그의 유도체 및 조합물을 포함하지만, 이들로 한정되지 않고, 특정 구현예에서, 말단 반응성 기는 아민, 티올 또는 카르복실산 잔기일 수 있다. 일부 구현예에서, 카르복실산 말단 기는 폴리(에틸렌 글리콜) 에테르계 카르복실산일 수 있고, 아지드 말단 기는 5-아지도-2-니트로벤즈아미드일 수 있고, 디설파이드 말단 기는 3-(2-피리딜티오) 프로피온아미드일 수 있고, 1,2-디아실에텐 말단 기는 말레이미드 또는 3-말레이니딜프로피온아미드일 수 있다.Linkers of various embodiments also include one or more terminal reactive groups. The type of terminal reactive group will vary depending on the type of reaction chemistry required to couple a particular type of magnetic particle to any type of ligand, form a covalent bond with any ligand, or bind the magnetic particle to such a ligand. can In certain embodiments, the reactivity of an end group may be based on substitution or addition chemistry. Exemplary terminal reactive groups include, but are not limited to, carboxylic acids, amines, hydrazines, azides, thiols, disulfides, sulfonic acids, vinyls, 1,2-diacylethenes, and derivatives and combinations thereof, In certain embodiments, the terminal reactive group can be an amine, thiol, or carboxylic acid moiety. In some embodiments, the carboxylic acid end group can be a poly(ethylene glycol) etheric carboxylic acid, the azide end group can be 5-azido-2-nitrobenzamide, and the disulfide end group can be 3-(2-pyri) dilthio) propionamide, and the 1,2-diacylethene end group may be maleimide or 3-maleinidylpropionamide.
본 발명의 구체예의 리간드는, 자성 입자가 선택된 표적에 선택적으로 부착하거나 그 표적에 연합하는 것을 보장하도록 선택될 수 있다. 일부 구현예에서, 리간드는 순환계의 EpCAM 발현 종양(암) 세포 또는 종양(암) 줄기세포 또는 조직의 표적화를 가능하게 한다. 상기 항-EpCAM 항체 항체 전체 또는 그 단편일 수 있다.Ligands of embodiments of the invention may be selected to ensure that the magnetic particles selectively attach to or associate to a selected target. In some embodiments, the ligand enables targeting of EpCAM expressing tumor (cancer) cells or tumor (cancer) stem cells or tissues of the circulatory system. The anti-EpCAM antibody may be the whole or a fragment thereof.
본 명세서에서 사용된 용어, “항체”란 항원성 부위에 대해서 지시되는 특이적인 단백질 분자를 의미한다. 본 발명의 목적 상 상기 항체는 본 발명의 마커 또는 상기 마커의 구성 단백질에 대해 특이적으로 결합하는 항체를 의미하며, 다클론 항체, 단클론 항체 및 재조합 항체를 모두 포함한다.As used herein, the term “antibody” refers to a specific protein molecule directed against an antigenic site. For the purposes of the present invention, the antibody refers to an antibody that specifically binds to a marker of the present invention or a protein constituting the marker, and includes polyclonal antibodies, monoclonal antibodies, and recombinant antibodies.
본 발명의 상기 "항체"는 anti-EpCAM(anti-Epithelial cell adhesion molecule)을 포함한다. 또한, 본 발명의 상기 항체는 항체 혼합물일 수 있으며, 본 발명의 항체 혼합물은 anti-EpCAM(anti-Epithelial cell adhesion molecule) 외에도 anti-EGFR(anti-Epidermal growth factor receptor), anti-N-cadherin, anti-TROP2(anti-trophoblast cell-surface antigen) 및 anti-vimentin 등을 더 포함할 수 있다.The "antibody" of the present invention includes anti-EpCAM (anti-Epithelial cell adhesion molecule). In addition, the antibody of the present invention may be an antibody mixture, and the antibody mixture of the present invention is anti-EpCAM (anti-Epithelial cell adhesion molecule) in addition to anti-EGFR (anti-Epidermal growth factor receptor), anti-N-cadherin, It may further include anti-TROP2 (anti-trophoblast cell-surface antigen) and anti-vimentin.
상기한 바와 같이, 암세포 표면에 발현되는 마커를 이용하여 항체를 생성하는 것은 당업계에 널리 공지된 기술을 이용하여 용이하게 제조할 수 있다.As described above, the generation of an antibody using a marker expressed on the surface of a cancer cell can be easily prepared using a technique well known in the art.
상기 다클론 항체는 상기한 마커 단백질 항원을 동물에 주사하고 동물로부터 채혈하여 항체를 포함하는 혈청을 수득하는 당업계에 널리 공지된 방법에 의해 생산할 수 있다. 이러한 다클론 항체는 염소, 토끼, 양, 원숭이, 말, 돼지,소 개 등의 임의의 동물 종 숙주로부터 제조 가능하다.The polyclonal antibody can be produced by a method well known in the art for obtaining a serum containing the antibody by injecting the above-described marker protein antigen into an animal and collecting blood from the animal. Such polyclonal antibodies can be prepared from hosts of any animal species, such as goats, rabbits, sheep, monkeys, horses, pigs, cattle and dogs.
상기 단클론 항체는 당업계에 널리 공지된 하이브리도마 방법(hybridoma method)(Kohler 및 Milstein, European Jounral of Immunology 6:511-519, 1976 참조) 또는 파지 항체 라이브러리(Clackson et al. Nature 352:624-628, 1991; Marks et al. J. Mol. Biol., 222:58, 1-597, 1991) 기술을 이용하여 제조될 수 있다.The monoclonal antibody may be prepared by the hybridoma method well known in the art (see Kohler and Milstein, European Jounral of Immunology 6:511-519, 1976) or a phage antibody library (Clackson et al. Nature 352:624- 628, 1991; Marks et al. J. Mol. Biol., 222:58, 1-597, 1991).
상기 방법으로 제조된 항체는 겔 전지영동, 투석, 염 침전, 이온교환 크로마토그래피, 친화성 크로마토그래피 등의 방법을 이용하여 분리, 정제할 수 있다. 또한, 본 발명의 항체는 2개의 전체 길이의 경쇄 및 2개의 전체 길이의 중쇄를 가지는 완전한 형태뿐만 아니라, 항체 분자의 기능적인 단편을 포함한다. 항체 분자의 기능적인 단편이란 적어도 항원 결합 기능을 보유하고 있는 단편을 뜻하며, Fab, F(ab'), F(ab') 2 및 Fv 등이 있다.The antibody prepared by the above method may be separated and purified using methods such as gel electrophoresis, dialysis, salt precipitation, ion exchange chromatography, and affinity chromatography. In addition, the antibodies of the present invention include functional fragments of antibody molecules as well as complete forms having two full-length light chains and two full-length heavy chains. A functional fragment of an antibody molecule refers to a fragment having at least an antigen-binding function, and includes Fab, F(ab'), F(ab') 2 and Fv.
본 발명에서 상기 자성 나노입자의 표면에는 상기 암세포에 특이적으로 결합할 수 있는 항체를 부착되어 “항체-나노입자”형태의 입자를 형성한다. 상기 항체-나노입자는 당업계에 널리 공지된 기술을 이용하여 용이하게 제조가 가능하다. 본 발명의 구체적인 구현예에 따르면, 상기 항체-나노입자는 EDC/NHS 커플링 반응(Anthony J. Di pasqua et al., Materials Letters 63 (2009), 1876-1879)을 통하여 제조되었으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, an antibody capable of specifically binding to the cancer cell is attached to the surface of the magnetic nanoparticles to form “antibody-nanoparticle” type particles. The antibody-nanoparticle can be easily prepared using techniques well known in the art. According to a specific embodiment of the present invention, the antibody-nanoparticle was prepared through an EDC/NHS coupling reaction (Anthony J. Di pasqua et al., Materials Letters 63 (2009), 1876-1879), but must be limited thereto it's not going to be
바람직하게, 본 발명의 “항체-나노입자”형태의 입자는 항-EpCAM 항체가 결합된 자성 나노입자이고, 이에 제한되지 않으나, 상용적으로 입수 가능한 것일 수 있고, 예를 들어 본 발명 아래 실시예와 같이, ltenyl Biotec (Bergisch Gladbach, Germany)에서 구입한 것일 수 있다.Preferably, the "antibody-nanoparticle" type particle of the present invention is a magnetic nanoparticle to which an anti-EpCAM antibody is bound, but is not limited thereto, and may be commercially available, for example, in the Examples below of the present invention , may be purchased from ltenyl Biotec (Bergisch Gladbach, Germany).
한편, 본 발명에서 사용되는 용어, "혈중 암세포"는 종양세포의 일부가 원발암에서 떨어져 나와 혈관이나 림프관에 유입되어 다른 조직이나 장기로 이동하는 암의 과정에서 발견되는 세포를 의미한다.On the other hand, as used herein, the term "cancer cells in the blood" refers to cells found in the course of cancer in which a part of tumor cells are separated from the primary cancer and flow into blood vessels or lymphatic vessels and move to other tissues or organs.
본 발명에서 사용되는 용어 "암세포"의 종류에는 제한이 없으며, 본 발명의 상기 혈중 암세포는 순환종양세포(Circulating tumor cell; CTC) 또는 순환종양줄기세포(Circulating Tumor Stem Cell; CTSC)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The type of the term "cancer cell" used in the present invention is not limited, and the blood cancer cell of the present invention may be a circulating tumor cell (CTC) or a circulating tumor stem cell (CTSC). However, the present invention is not limited thereto.
또한, 본 발명에서 사용되는 용어 "암"의 종류에는 제한이 없으며, 간암, 대장암, 직장암, 자궁내막암, 난소암, 신우암, 췌장암, 소장암, 간췌담도암, 위암, 뇌종양 및 유방암 등을 포함할 수 있고, 바람직하게는 순환계에 존재하는 암의 형태로 혈액암, 백혈병 등의 순환계 암일 수 있다.In addition, the type of the term "cancer" used in the present invention is not limited, and liver cancer, colorectal cancer, rectal cancer, endometrial cancer, ovarian cancer, renal pelvis cancer, pancreatic cancer, small intestine cancer, hepato-pancreatic biliary tract cancer, stomach cancer, brain tumor and breast cancer, etc. It may include, and preferably may be a circulatory system cancer such as blood cancer or leukemia in the form of cancer existing in the circulatory system.
또한, 본 발명은 EpCAM, CD34, CD38, TK1, CD200, CD56, CD7, CD3 및 CD19으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상에 대한 항체를 자성 나노입자에 결합시키는 단계;를 포함하는 상기 온열치료용 조성물의 제조방법이 제공된다.In addition, the present invention provides a composition for thermotherapy comprising: binding an antibody against one or more selected from the group consisting of EpCAM, CD34, CD38, TK1, CD200, CD56, CD7, CD3 and CD19 to magnetic nanoparticles; A method of manufacturing is provided.
본 발명의 추가 구현예는 리간드 접합 입자 또는 "자성 입자 접합체"를 제조하는 방법을 포함한다.A further embodiment of the present invention includes a method of making a ligand conjugated particle or "magnetic particle conjugate".
예를 들어, 입자 (I) 를 제조하는 단계, 입자를 아미노 관능화하는 단계, 상기에 기재된 것과 같은 링커를 아미노 관능화된 입자와 반응시키는 단계, 및 링커 상의 제2 관능기를 리간드와 반응시켜 리간드 접합 입자 또는 자성 입자 접합체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.For example, preparing particle (I), amino-functionalizing the particle, reacting a linker as described above with an amino-functionalized particle, and reacting a second functional group on the linker with a ligand to form a ligand and forming a bonded particle or a magnetic particle bonded body.
본 발명의 다른 구현예는 단일 자기 도메인을 형성하는 입자를 아미노 또는 니트로 기로 관능화하는 단계, 상기 관능화 입자를 링커와 접촉시키는 단계, 및 리간드를 입자 또는 링커에 커플링하여 리간드 접합 입자를 형성하는 단계를 포함하는 리간드 접합 입자의 제조 방법을 포함할 수 있다.Another embodiment of the present invention comprises the steps of functionalizing a particle forming a single magnetic domain with an amino or nitro group, contacting the functionalized particle with a linker, and coupling a ligand to the particle or linker to form a ligand conjugated particle. It may include a method for preparing a ligand conjugated particle comprising the step of:
예를 들어, 본 발명의 제조방법은 아래 반응식 1과 같이 수행되는 것일 수 있다.For example, the preparation method of the present invention may be carried out as shown in
[반응식 1][Scheme 1]
나아가, 본 발명은 상기 온열치료용 조성물 및 전자기파를 조사하는 장치를 포함하는 순환종양세포 또는 순환종양줄기세포의 온열치료용 키트가 제공된다.Furthermore, the present invention provides a kit for thermotherapy of circulating tumor cells or circulating tumor stem cells, comprising the composition for thermotherapy and a device for irradiating electromagnetic waves.
상기 전자기파(electromagnetic waves)는 전기장과 자기장이 시간에 따라 변하면서 발생하는 파동으로서, 감마선, X-선, 자외선, 가시광선, 적외선, 마이크로웨이브, 라디오 전파, 교류 자기장(AMF) 등을 예시할 수 있으며, 본 발명에서는 통상적인 전자기파 조사 장치를 이용할 수 있다.The electromagnetic waves are waves generated as electric and magnetic fields change with time, and may include gamma rays, X-rays, ultraviolet rays, visible rays, infrared rays, microwaves, radio waves, alternating magnetic fields (AMF), etc. And, in the present invention, a conventional electromagnetic wave irradiation device can be used.
또한, 본 본 발명은 상기 온열치료용 조성물을 치료가 필요한 개체에 투여하는 단계; 및 상기 개체에 전자기파를 처리하는 단계;를 포함하는 순환종양세포 또는 순환종양줄기세포의 치료방법이 제공된다.In addition, the present invention provides the steps of administering the composition for thermotherapy to a subject in need of treatment; and treating the subject with electromagnetic waves; a method for treating circulating tumor cells or circulating tumor stem cells is provided.
본 발명은 또 다른 관점에서 인간을 제외한 동물에 상기 암 온열치료용 조성물을 투여하여 순환계에 존재하는 종양(암)세포 또는 종양(암)줄기세포를 타깃하는 단계; 및 전자기파를 처리하여 타깃된 종양(암)세포 또는 종양(암)줄기세포를 사멸 또는 괴사시키는 단계;를 포함하는 순환종양세포 또는 순환종양줄기세포의 치료방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention comprises the steps of: targeting tumor (cancer) cells or tumor (cancer) stem cells present in the circulation by administering the composition for cancer thermotherapy to animals other than humans; And it relates to a treatment method of circulating tumor cells or circulating tumor stem cells comprising a; and the treatment of electromagnetic waves to kill or necrosis the targeted tumor (cancer) cells or tumor (cancer) stem cells.
본 발명의 치료용 나노입자 조성물과 함께 본 명세서에서 사용되는 "투여하다"는 치료제를 환자에게 투여함으로써 표적으로 하는 순환계에 존재하는 암(종양) 세포 또는 조직에 치료적 영향을 주는 것을 의미하는 것일 수 있으나, 순환계 외에 고형암을 타깃한 투여를 배제하는 것은 아니다. 치료제를 "투여"하는 것은, 몇 가지를 나열해보면, 주사, 주입에 의해 달성되거나 이중 하나의 방법과 기타 공지된 기술과 병용하여 달성될 수 있다.As used herein, "administering" together with the therapeutic nanoparticle composition of the present invention means to have a therapeutic effect on cancer (tumor) cells or tissues existing in the target circulation by administering a therapeutic agent to a patient. However, this does not preclude administration targeting solid cancers other than the circulatory system. "Administering" a therapeutic agent may be accomplished by injection, infusion, or in combination with either method or other known techniques, to name a few.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 조성물의 "유효량" 또는 "치료학적 유효량"은 목적하는 효과를 달성하기 위해 계산된, 예정된 양이다.As used herein, an “effective amount” or “therapeutically effective amount” of a composition is a predetermined amount calculated to achieve a desired effect.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 상기 개체는 사람을 포함한 포유동물 또는 비포유동물일 수 있고, 또는 사람을 제외한 포유동물, 또는 사람일 수 있다.As used herein, the subject may be a mammal or non-mammal, including a human, or a mammal other than a human, or a human.
또 다른 구현예는 본 발명의 자성 입자 및 자성 입자 접합체를 사용하여 질병을 치료하는 방법을 포함한다. 예를 들어, 하나의 구현예에서, 리간드(항-EpCAM 항체)가 EpCAM 발현(양성) 암 세포를 표적으로 하는 자성 입자 접합체는 환자에 투여되고, 자성 입자 접합체는 암 세포에 부착 또는 결합되게 되며, 환자는 교류 자기장 (AMF)에 노출된다. AMF의 결과로서 자성 입자에 의해 발생한 열은 즉시 또는 경시적으로 암 세포를 파괴하거나 (즉, 세포사를 유도하거나), 탈활성화시킨다. 또한, 자성 입자 및/또는 세포사에 의해 발생한 열은 열충격 단백질, 예컨대, HSP 70의 생성 및 방출을 자극할 수 있고, 열충격 단백질의 존재는 임의의 잔류 암 세포에 대한 면역 반응을 자극할 수 있다. 그와 같은 자극된 면역 반응은 또한 암 및 다른 질환의 장차의 진행으로부터 개인을 보호하는데 도움이 될 수 있다. Another embodiment includes a method of treating a disease using the magnetic particles and magnetic particle conjugates of the present invention. For example, in one embodiment, a magnetic particle conjugate in which a ligand (anti-EpCAM antibody) targets an EpCAM expressing (positive) cancer cell is administered to the patient, the magnetic particle conjugate becomes attached or bound to the cancer cell; , the patient is exposed to an alternating magnetic field (AMF). The heat generated by magnetic particles as a result of AMF destroys (ie, induces cell death) or inactivates cancer cells, either immediately or over time. In addition, heat generated by magnetic particles and/or cell death can stimulate the production and release of heat shock proteins, such as
본 발명의 다른 구현예에서, 변성된 표면 전하 및 입자 크기는 질병의 치료에서 자성 입자 및 자성 입자 접합체의 유효성에 기여할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 하나의 측면에서, 자성 입자 표면 전하는 변성되어 나노입자의 클리어런스(clearance)를 감소시킨다. 본 발명의 하나의 구현예에서, 자성 입자 표면의 상당한 부분은 관능화되어 목적하는 표면 전하 및 제타 포텐셜(zeta potential)을 제공한다. 자성 입자 또는 자성 입자 접합체는, AMF 에너지가 흡수됨에 따라 고에너지 상태, 예를 들어 뜨겁게 되고, 발생한 열은 예를 들어, 대류, 전도, 방사, 또는 열전달 메커니즘의 조합에 의해 표적 세포로 통과할 수 있다. 열에 노출된 표적 세포는 손상되고, 특정 구현예에서, 그와 같은 표적 세포는 비가역적 손상일 수 있다. 특정 구현예에, 표적 세포는, 충분한 양의 에너지가 표적 세포로 이동될 때, 괴사, 세포사, 또는 다른 메커니즘을 통해 사멸한다.In another embodiment of the present invention, the modified surface charge and particle size may contribute to the effectiveness of magnetic particles and magnetic particle conjugates in the treatment of diseases. For example, in one aspect of the invention, the magnetic particle surface charge is modified to reduce the clearance of the nanoparticles. In one embodiment of the invention, a substantial portion of the magnetic particle surface is functionalized to provide the desired surface charge and zeta potential. A magnetic particle or magnetic particle conjugate becomes a high-energy state, e.g., hot, as the AMF energy is absorbed, and the generated heat can pass to the target cell, e.g., by convection, conduction, radiation, or a combination of heat transfer mechanisms. have. Target cells exposed to heat are damaged, and in certain embodiments, such target cells may be irreversibly damaged. In certain embodiments, the target cell dies through necrosis, cell death, or other mechanisms when a sufficient amount of energy is transferred to the target cell.
개체에 투여된 자성 입자 또는 자성 입자 접합체의 양은 달라질 수 있으며, 치료될 질환, 및 질환 조직의 위치에 따라 결정될 수 있다. 더욱이, 투여량은 투여 방식에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 투여될 투여량은 또한 치료될 대상체의 특성(예, 연령, 체중, 성별, 건강상태, 동시 치료의 타입(있을 경우), 및 치료 빈도) 등 다양한 요인에 의해 좌우될 수 있다. 그와 같은 정보가 제공되면, 당업자(예, 임상의)는 치료적 유료량을 구성하는 자성 입자 또는 자성 입자 접합체의 양을 역량 내에서 결정할 수 있다. 투여의 특정 경로의 선택 및 투여 계획은 최적의 임상 반응을 얻기 위해 당업자에게 공지된 방법에 따라 그와 같은 임상의에 의해 조절 또는 적정될 수 있다.The amount of magnetic particles or magnetic particle conjugate administered to a subject may vary and may depend on the disease to be treated and the location of the diseased tissue. Moreover, the dosage may vary depending on the mode of administration. For example, the dosage to be administered may also depend on a variety of factors, including the characteristics of the subject being treated (eg, age, weight, sex, health status, type of concurrent treatment (if any), and frequency of treatment). Given such information, one skilled in the art (eg, a clinician) can determine within its competence the amount of magnetic particles or magnetic particle conjugates that constitute a therapeutically effective amount. The choice of a particular route of administration and dosing regimen can be adjusted or titrated by such clinicians according to methods known to those skilled in the art to obtain an optimal clinical response.
투여의 다양한 경로가 본 발명의 구현예에서 고려될 수 있고, 자성 입자 및 자성 입자 접합체는 이들이 활성인 임의의 경로에 의해 종래의 방법으로 투여될 수 있다. 예를 들어, 투여는 전신, 비경구, 피하, 정맥내, 근육내, 복막내, 국소, 경피, 경구, 구강(buccal), 또는 눈 경로, 질내, 또는 흡입으로, 데포(depot) 주사로 또는 임플란트에 의할 수 있지만, 이들로 한정되지 않는다. 본 발명의 특정 구현예의 자성 입자 및 자성 입자 접합체의 투여 방법은 혈관내 주사, 정맥내 주사, 복막내 주사, 피하 주사, 및 근육내 주사를 포함할 수 있지만, 이들로 한정되지 않는다.Various routes of administration are contemplated in embodiments of the present invention, and magnetic particles and magnetic particle conjugates may be administered in a conventional manner by any route in which they are active. For example, administration may be by systemic, parenteral, subcutaneous, intravenous, intramuscular, intraperitoneal, topical, transdermal, oral, buccal, or ophthalmic route, intravaginally, or by inhalation, by depot injection or implants, but are not limited thereto. Methods of administering the magnetic particles and magnetic particle conjugates of certain embodiments of the present invention may include, but are not limited to, intravascular injection, intravenous injection, intraperitoneal injection, subcutaneous injection, and intramuscular injection.
본 발명의 임의의 구현예의 방법은 자성 입자 또는 자성 입자 접합체를 약제학적으로 허용가능한 부형제, 비히클 또는 담체와 함께 약제학적 조성물로 제형화하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 구현예에서, 약제학적 조성물은 자성 입자 또는 자성 입자 접합체를 분산 또는 분리하고, 자성 입자 또는 자성 입자 접합체를 약제학적으로 허용가능한 부형제, 비히클 또는 담체, 및 임의의 다른 성분과 혼합하여 약제학적 조성물을 제형하여 제조된다.The method of any embodiment of the present invention may further comprise formulating the magnetic particle or magnetic particle conjugate together with a pharmaceutically acceptable excipient, vehicle or carrier into a pharmaceutical composition. For example, in one embodiment, the pharmaceutical composition disperses or separates the magnetic particles or magnetic particle conjugates, and comprises the magnetic particles or magnetic particle conjugates with a pharmaceutically acceptable excipient, vehicle or carrier, and any other ingredients. It is prepared by mixing to formulate a pharmaceutical composition.
특히 비경구 투여 경로를 참조하여, 본 발명의 임의의 구현예에서의 자성 입자 및 자성 입자 접합체는 주사(예, 순간 주사 또는 연속 주입)에 의한 비경구 투여용으로 제형화될 수 있다. 자성 입자 및 자성 입자 접합체는 약 15분 내지 약 24시간에 걸쳐 피하로 연속 주입에 의해 투여될 수 있다. 주사용 제형은 추가된 보존제와 함께 단일 투여 형태(예, 앰풀 또는 다중 투여 용기)로 제공될 수 있다. 제형은 오일성 또는 수성 비히클 중 서스펜션, 용액 또는 에멀젼과 같은 형태를 취할 수 있고, 현탁화제, 안정화제 및/또는 분산제와 같은 제형화제를 함유할 수 있다.With particular reference to parenteral administration routes, the magnetic particles and magnetic particle conjugates in any embodiment of the present invention may be formulated for parenteral administration by injection (eg, flash injection or continuous infusion). The magnetic particles and magnetic particle conjugates may be administered by continuous infusion subcutaneously over about 15 minutes to about 24 hours. Formulations for injection may be presented in single dosage form (eg, in ampoules or in multiple dosage containers) with an added preservative. The formulations may take such forms as suspensions, solutions or emulsions in oily or aqueous vehicles, and may contain formulatory agents such as suspending, stabilizing and/or dispersing agents.
예를 들어, 상기 온열치료용 조성물은 주사에 적합한 물, 생리식염수 등의 용액에 0.01~100mg/ml 농도로 녹여 사용하는 것이 바람직하다. 또는 바람직하게, 본 발명 조성물의 항-EpCAM 항체가 결합된 자성 나노입자의 농도는 개체의 순환계에 109 - 1013, 109 - 1012 또는 109 - 1011 particles/ml일 수 있다.For example, the composition for thermal treatment is preferably dissolved in a solution such as water or physiological saline suitable for injection at a concentration of 0.01 to 100 mg/ml. Or preferably, the concentration of the anti-EpCAM antibody-bound magnetic nanoparticles of the composition of the present invention may be 10 9 - 10 13 , 10 9 - 10 12 or 10 9 - 10 11 particles/ml in the circulatory system of the subject.
"전자기파를 이용한 온열치료"의 효과를 위해서는 본 발명 온열치료용 조성물의 투여 용량은 적용되는 개체, 사용되는 자성 나노입자의 분포 특성, 발열 특성, 인가되는 전자기장 세기 등을 복합적으로 고려할 수 있고, 일 예로 개체에 1~50mg/kg 또는 0.1~200mg/kg 용량 범위로 적용할 수 있다.For the effect of "thermal treatment using electromagnetic waves", the dosage of the composition for thermal treatment of the present invention can be considered in a complex manner, such as the subject to which it is applied, the distribution characteristics of the magnetic nanoparticles used, the exothermic characteristics, the applied electromagnetic field strength, etc. For example, a dose range of 1-50 mg/kg or 0.1-200 mg/kg may be applied to the subject.
상기 "전자기파를 이용한 온열치료"의 바람직한 효과를 위해서는 온열치료용 조성물을 투여한 후 1~48시간 이내에 "전자기파를 이용한 온열치료"를 시행하는 것이 바람직하다. For the desired effect of the "thermal treatment using electromagnetic waves", it is preferable to perform "thermal treatment using electromagnetic waves" within 1 to 48 hours after administration of the composition for heat treatment.
상기 "전자기파를 이용한 온열치료" 요법은 공지의 온열치료 요법에 의해 용이하게 결정되어 사용될 수도 있다. 예를 들어, 13.56 MHz 고주파를 출력하는 온열치료기로 30-60분간 조사하는 치료를 1주일에 2회 이상 4주 이상 시행할 수 있다.The "thermal therapy using electromagnetic waves" therapy may be easily determined and used by a known thermotherapy therapy. For example, a treatment irradiating for 30-60 minutes with a thermotherapy device that outputs 13.56 MHz high frequency can be performed more than twice a week for more than 4 weeks.
본 발명에 따른 치료방법은 기존의 항암요법과 연계 또는 병행하여 사용함으로써 암의 치료 효과를 개선할 수 있다. 기존의 항암요법으로는 화학 치료(chemotherapy), 방사선 치료(radiation therapy), 생물학적 치료(biological therapy), 면역치료(immunotherapy) 및 광역동 치료(photodynamic therapy) 등을 예시할 수 있다.The treatment method according to the present invention can improve the therapeutic effect of cancer by using it in conjunction with or in parallel with the existing anticancer therapy. Existing anticancer therapies may include chemotherapy, radiation therapy, biological therapy, immunotherapy, and photodynamic therapy.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of Examples and Experimental Examples.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다. However, the following Examples and Experimental Examples are merely illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following Examples and Experimental Examples.
<실시예 1> hEpCAM-MNP의 준비<Example 1> Preparation of hEpCAM-MNP
인간 EpCAM 항체가 결합된 MNP (hEpCAM-MNP)는 Miltenyl Biotec (Bergisch Gladbach, Germany)에서 구입하였다.Human EpCAM antibody-conjugated MNP (hEpCAM-MNP) was purchased from Miltenyl Biotec (Bergisch Gladbach, Germany).
구성성분: 2 mL CD326 (EpCAM) MicroBeads, human : 단일 클론 항체에 접합 된 MicroBeads (isotype : mouse IgG1).Components: 2 mL CD326 (EpCAM) MicroBeads, human : MicroBeads conjugated to monoclonal antibody (isotype : mouse IgG1).
<실시예 2> mEpCAM-MNP의 준비<Example 2> Preparation of mEpCAM-MNP
마우스 EpCAM 항체가 결합된 MNP (mEpCAM-MNP)는 Miltenyl Biotec (Bergisch Gladbach, Germany)에서 구입하였다.Mouse EpCAM antibody-conjugated MNP (mEpCAM-MNP) was purchased from Miltenyl Biotec (Bergisch Gladbach, Germany).
<비교예 1> In-hMNP의 준비<Comparative Example 1> Preparation of In-hMNP
불활성화된 형태의 hEpCAM-MNP (In-hMNP)는 실시예 1의 hEPCAM-MNP를 100 ℃에서 30 분 동안 처리하여 준비하였다.The inactivated form of hEpCAM-MNP (In-hMNP) was prepared by treating the hEPCAM-MNP of Example 1 at 100° C. for 30 minutes.
<비교예 2> In-mMNP의 준비<Comparative Example 2> Preparation of In-mMNP
불활성화된 형태의 mEpCAM-MNP (In-mMNP)는 실시예 2의 mEPCAM-MNP를 100 ℃에서 30 분 동안 처리하여 준비하였다.The inactivated form of mEpCAM-MNP (In-mMNP) was prepared by treating the mEPCAM-MNP of Example 2 at 100° C. for 30 minutes.
상기 두 가지 유형의 MNP, hEpCAM-MNP(실시예 1) 및 mEpCAM-MNP(실시예 2)를 각각 인비트로 및 인비보에서 사용 하였다. 이 연구에 사용 된 THP1 세포는 인간 유래이기 때문에, hEpCAM-MNP(실시예 1)는 인비트로 시험에 사용되었다. 생쥐의 인비보 시험에는 mEpCAM-MNP(실시예 2)를 사용 하였다.The above two types of MNP, hEpCAM-MNP (Example 1) and mEpCAM-MNP (Example 2) were used in vitro and in vivo, respectively. Since the THP1 cells used in this study are human-derived, hEpCAM-MNP (Example 1) was used for the in vitro test. In the in vivo test of mice, mEpCAM-MNP (Example 2) was used.
<실험예 1> MNP 특성 분석<Experimental Example 1> Analysis of MNP characteristics
상기 실시예 1-2 및 비교예 1-2 각각의 MNP의 특성을 조사하기 위해, HF-3300 현미경(일본 도쿄, 히타치)을 사용한 전계 방출 투과 전자 현미경 (FE-TEM) 분석, ZetaSizer NanoZS (Malvern Instruments, Malvern, UK, Malvern)를 사용한 동적 광산란 (DLS) 분석, 및 MPMS SQUID VSM 장치 (Quantum Design, San Diego, CA, USA)를 사용한 자력계를 분석하였다.In order to investigate the characteristics of each of the MNPs of Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2, field emission transmission electron microscopy (FE-TEM) analysis using an HF-3300 microscope (Hitachi, Tokyo, Japan), ZetaSizer NanoZS (Malvern) Instruments, Malvern, UK, Malvern) were analyzed for dynamic light scattering (DLS) analysis, and a magnetometer using an MPMS SQUID VSM device (Quantum Design, San Diego, CA, USA) was analyzed.
콜로이드 현탁액에서 각 MNP의 수는 NanoSight LM10 기기 (Malvern Instruments)를 사용하여 측정되었다.The number of each MNP in the colloidal suspension was measured using a NanoSight LM10 instrument (Malvern Instruments).
총 철(Fe) 농도는 유도 결합 플라즈마 질량 분석법(ICP-MS, NexION 300, PerkinElmer, Waltham, MA, USA)으로 계측하였다.Total iron (Fe) concentration was measured by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS,
ICP-MS 분석 전에, MNP를 5 % HCl 용액에 분산시키고 핫 플레이트에서 1 시간 동안 용해시켰다. 냉각 후, 샘플을 ICP-MS를 위해 탈 이온수로 적절히 희석시켰다.Before ICP-MS analysis, MNPs were dispersed in 5% HCl solution and dissolved on a hot plate for 1 h. After cooling, samples were appropriately diluted with deionized water for ICP-MS.
각 MNP의 형태 및 크기는 FE-TEM (도 1A) 및 DLS (도 1B)에 의해 분석되었다. FE-TEM은 개별 입자의 크기가 대략 5 nm 인 것으로 밝혀졌다. 몇몇 입자는 대략 20-30 nm 크기의 가시적 응집체를 형성하는 것과 관련있고, DLS에 의해 측정 된 응집체의 유체 역학적 크기는 각각 hEpCAM-MNP 및 mEpCAM-MNP에 대해 79.8 nm 및 88.2 nm였다.The morphology and size of each MNP were analyzed by FE-TEM (Fig. 1A) and DLS (Fig. 1B). FE-TEM revealed that the size of the individual particles was approximately 5 nm. Some particles were associated with the formation of visible aggregates with a size of approximately 20-30 nm, and the hydrodynamic sizes of the aggregates measured by DLS were 79.8 nm and 88.2 nm for hEpCAM-MNP and mEpCAM-MNP, respectively.
두 가지 유형의 MNP의 자화 특성도 도 2와 같이 분석되었다. mEpCAM-MNP의 MS는 hEpCAM-MNP의 MS와 비교하여 5K 및 300K 두 온도에서 모두 약간 더 높았다(약 1.2 배).The magnetization characteristics of two types of MNPs were also analyzed as shown in FIG. 2 . The MS of mEpCAM-MNP was slightly higher (approximately 1.2 fold) at both 5K and 300K temperatures compared to that of hEpCAM-MNP.
도 1A 및 1B에 도시 된 바와 같이, 2 개의 입자의 형태 및 크기는 유사하지만, 철 함량은 상당히 상이 하였다: mEpCAM-MNP는 hEpCAM-MNP보다 철 함량이 거의 4 배 높았다 (표 1).As shown in Figures 1A and 1B, although the morphology and size of the two particles were similar, the iron content was significantly different: mEpCAM-MNP had an almost 4-fold higher iron content than hEpCAM-MNP (Table 1).
이전의 연구에 따르면 MNP의 폴리머 함량 증가는 철 함량 감소로 인한 MS 감소와 관련이 있다 보고되었다. 따라서, mEpCAM-MNP에 대해 약간 증가 된 MS는 hEpCAM-MNP에 비해 철 함량이 높기 때문이다.Previous studies have reported that an increase in the polymer content of MNPs is associated with a decrease in MS due to a decrease in iron content. Therefore, the slightly increased MS for mEpCAM-MNP is due to the higher iron content compared to hEpCAM-MNP.
<실험예 2> 인비트로 자기 온열요법<Experimental Example 2> In vitro self-thermal therapy
<2-1> THP1 및 TK6 세포의 준비<2-1> Preparation of THP1 and TK6 cells
THP1 및 TK6 세포는 American Type Culture Collection (ATCC, 미국 버지니아 주 매너 서스)에서 구입 하였다. 세포를 95 % 공기 및 5 % CO2로 구성된 습한 대기하에 37 ℃에서 1 % 페니실린-스트렙토 마이신(Welgene, Gyeongsan, Korea) 및 10 % 태아 소혈청(Atlas Biologicals, Fort Collins, CO, USA)이 보충된 RPMI-1640 배지(GE Healthcare, Pittsburgh, PA, USA)에서 배양하였다.THP1 and TK6 cells were purchased from the American Type Culture Collection (ATCC, Manassas, Va.). Streptomycin (Welgene, Gyeongsan, Korea) and 10% fetal bovine serum (Atlas Biologicals, Fort Collins, CO , USA) supplemented with 1% penicillin cells at 37 ℃ under a humid atmosphere consisting of 95% air and 5% CO 2 It was cultured in RPMI-1640 medium (GE Healthcare, Pittsburgh, PA, USA).
<2-2> 인비트로 자기 온열요법<2-2> In vitro self-thermal therapy
인비트로 자기 온열요법(고열처리)은, THP1 세포(approximately 105 cells/mL)의 현탁액 1mL를 35 × 10mm 조직 배양 디쉬에 넣고 100 μl의 hEpCAM-MNP(실시예 1) 또는 In-hMNP(비교예 1)를 세포에 첨가하였다. THP1 세포만을 함유 한 대조군 샘플도 준비되었다. 이후, 각 세포 배양 접시를 자기 온열요법(고열처리)를 위해 설정된 코일로 삽입하였다. 여기서 자화를 위한 설정은 Ambrell (Rochester, NY, USA)에서 구입했으며 적외선 열 화상 카메라(Testo, Lenzkirch, Germany)와 함께 사용되었다. 이 시스템은 발전기(EASYHEAT; 1.2 kW with RF power from 150 to 400 kHz), 3 턴 코일 및 폐쇄 냉각수 시스템으로 구성되었다. 교류 자기장 (AMF)은 310kHz의 주파수 및 전류 316 A로 인가되었다.For in vitro autothermal therapy (high heat treatment), 1 mL of a suspension of THP1 cells (approximately 105 cells/mL) was placed in a 35 × 10 mm tissue culture dish and 100 μl of hEpCAM-MNP (Example 1) or In-hMNP (Comparative Example) 1) was added to the cells. A control sample containing only THP1 cells was also prepared. Then, each cell culture dish was inserted into a coil set up for autothermal therapy (hyperthermia). The setup for magnetization here was purchased from Ambrell (Rochester, NY, USA) and used with an infrared thermal imaging camera (Testo, Lenzkirch, Germany). The system consisted of a generator (EASYHEAT; 1.2 kW with RF power from 150 to 400 kHz), a three-turn coil and a closed cooling water system. An alternating magnetic field (AMF) was applied with a frequency of 310 kHz and a current of 316 A.
고열처리 그룹 [(+)HT]는 자기 온열요법(고열처리)로 50 분 동안 처리하였고, 고열처리 하지 않는 그룹 [(-)HT]은 실온 (23-25 ℃)에서 50 분 동안 배양하였다. 모든 시료의 세포 생존율은 제조사의 지시에 따라 Cell Counting Kit-8 (CCK-8; 미국 MD, Rockville, Dojindo Molecular Technologies, Inc.)을 사용하여 측정 하였다. 고열처리에 사용 된 세포 현탁액 (100 μL)은 96-웰 세포 배양 플레이트의 웰에 첨가하였다. 가습 조건 하에서 5 % CO2 분위기 37 ℃에서 16 시간 동안 세포를 성장시켰다. 배양 후, 10 μl의 CCK-8 용액을 각 웰에 첨가하고 37 ℃에서 2 시간 동안 배양하고, 각 웰로부터의 상청액의 흡광도를 450nm에서 측정하였다. THP1 세포와 각 MNP 사이의 상호 작용, 및 고열처리 후 세포 형태학 분석은 Tecnai G2 F20 TWIN TMP 장치 (FEI, Hillsboro, OR, USA)를 사용하는 bio-TEM 분석에 의해 관찰되었다.The hyperthermic group [(+)HT] was treated with autothermal therapy (hyperthermic treatment) for 50 min, and the non-hyperthermic group [(-)HT] was incubated at room temperature (23-25 °C) for 50 min. Cell viability of all samples was measured using Cell Counting Kit-8 (CCK-8; Rockville, Dojindo Molecular Technologies, Inc., MD, USA) according to the manufacturer's instructions. The cell suspension (100 μL) used for hyperthermia was added to the wells of a 96-well cell culture plate. Cells were grown for 16 h at 37 °C in a 5% CO 2 atmosphere under humidified conditions. After incubation, 10 μl of CCK-8 solution was added to each well and incubated at 37° C. for 2 hours, and the absorbance of the supernatant from each well was measured at 450 nm. Interactions between THP1 cells and each MNP, and cell morphology analysis after high heat treatment were observed by bio-TEM analysis using a Tecnai G2 F20 TWIN TMP device (FEI, Hillsboro, OR, USA).
MNP-처리 된 THP1 세포의 온도는 거의 42℃로 증가되었지만, MNP가 없는 대조군 세포의 온도는 거의 37 ℃로 확인되었다 (도 3B). 이전 보고에서 MNP가 없는 온도 상승이 관찰된 바 있으나, 이는 유도 코일의 열 복사로 인한 것이다.It was confirmed that the temperature of the MNP-treated THP1 cells was increased to almost 42 °C, while the temperature of the control cells without MNP was almost 37 °C (Fig. 3B). In previous reports, a temperature rise without MNP was observed, but this is due to the thermal radiation of the induction coil.
24-41 분의 시간 동안, hEpCAM-MNP의 온도는 In-hMNP의 온도보다 상당히 높았다. 이 시점의 평균 온도차이는 1.9 ℃였다. In-hMNP에 의해 약간 감소 된 온도는 In-hMNP의 열-불 활성화 프로세스 동안 발생하는 표면 특성의 변화에 기인 할 수 있는데, 이는 AMF에 의한 열 발생 효율이 MNP의 부분 응집에 의해 감소 되었기 때문이다.For a time period of 24-41 min, the temperature of hEpCAM-MNP was significantly higher than that of In-hMNP. The average temperature difference at this time was 1.9 °C. The slightly reduced temperature by In-hMNPs could be attributed to the change in surface properties that occurred during the heat-inactivation process of In-hMNPs, because the thermogenesis efficiency by AMF was reduced by partial aggregation of MNPs. .
hEpCAM-MNP와 In-hMNP의 가열 용량 사이에 미차가 있었지만, 두 MNP는 거의 40℃에서 42℃까지 비슷한 열 발생 용량을 가졌으며, 이는 암 세포 제거에 효과적이다.Although there was a slight difference between the heating capacities of hEpCAM-MNP and In-hMNP, the two MNPs almost had similar thermogenic capacity from 40°C to 42°C, which is effective in eliminating cancer cells.
도 3A에 도시된 바와 같이, 기기의 가열 코일은 실온(23 ℃ 내지 25 ℃)에 노출되었고, 고열처리의 시작점에서 (+)HT 그룹의 온도는 23 ℃ 내지 26 ℃였다(도 3B). 따라서, (-)HT 그룹의 세포를 (+)HT 그룹의 고열처리와 동일한 시간 동안 실온에서 배양하여, 실험 조건이 가능한 한 (-)HT 및 (+)HT 그룹 사이에서 비교 가능하게 하였다. 고열처리 후, (+)HT 및 (-)HT 그룹 세포의 분취액을 96-웰 플레이트의 웰로 옮기고 37 ℃에서 16 시간 동안 추가로 배양하였다.As shown in Fig. 3A, the heating coil of the instrument was exposed to room temperature (23 °C to 25 °C), and the temperature of the (+)HT group at the beginning of the high heat treatment was 23 °C to 26 °C (Fig. 3B). Therefore, the cells of the (-)HT group were cultured at room temperature for the same time as that of the (+)HT group, making the experimental conditions comparable between the (-)HT and (+)HT groups as much as possible. After high heat treatment, an aliquot of (+)HT and (-)HT group cells was transferred to the wells of a 96-well plate and further incubated at 37°C for 16 hours.
도 3C에 도시 된 바와 같이, 모든 (-)HT 그룹의 세포 생존율은 서로 매우 유사 하였다. 그러나, (+)HT 그룹의 In-hMNP 및 hEpCAM-MNP-처리 세포의 생존율은 각각 (-)HT 그룹의 66.5 % 및 40.8 %로 감소되었다.As shown in Fig. 3C, the cell viability of all (-)HT groups was very similar to each other. However, the viability of In-hMNP and hEpCAM-MNP-treated cells in the (+)HT group was reduced to 66.5% and 40.8% in the (-)HT group, respectively.
결과는 hEpCAM-MNP가 In-hMNP에 비해 THP1 세포를 제거하는데 보다 효과적이라는 것을 보여 주었다. hEpCAM-MNP는 THP1 세포에 특이적으로 부착 될 수 있으며, 따라서 hEpCAM-MNP에서 THP1 세포로의 효율적인 열 전달은 보다 효과적인 종양 세포의 사멸을 유도한다. 한편, In-hMNP의 항체는 열 처리에 의해 비활성화 된 구조를 가지는 바, THP1 세포 표면에 대한 결합 능력이 없거나 낮기 때문에, In-hMNP가 세포 현탁액에 분산 될 것으로 예상된다. 다만, 배지의 온도는 In-hMNPs (+)HT 그룹에서도 거의 40 ℃로 증가하였고, 이에 세포 성장이 (-)HT 그룹의 66.5 %로 지연되었다(도 3C).The results showed that hEpCAM-MNP was more effective in eliminating THP1 cells compared to In-hMNP. hEpCAM-MNPs can attach specifically to THP1 cells, and thus efficient heat transfer from hEpCAM-MNPs to THP1 cells leads to more effective tumor cell death. On the other hand, since the In-hMNP antibody has a structure inactivated by heat treatment, it has no or low binding ability to the THP1 cell surface, so it is expected that In-hMNP will be dispersed in the cell suspension. However, the temperature of the medium was increased to almost 40 °C in the In-hMNPs (+)HT group, and thus cell growth was delayed to 66.5% of the (-)HT group ( FIG. 3C ).
THP1 세포에 대한 hEpCAM-MNP의 특이적 결합은, TK6 세포 (인간 림프 모세포)를 hEpCAM-MNP로 처리 한 후 THP1 세포에서와 동일한 자기장 조사를 통해 확인할 수 있다. In-hMNP 및 hEpCAM-MNP-처리 된 TK6 세포의 온도를 고열 50 분 동안 39.1 ℃ 및 42.0 ℃로 증가 시켰으며, 이는 THP1 세포에서와 유사한 패턴이었다. 그러나, (+)HT 그룹에서 In-MNP 및 hEpCAM-MNP-처리된 TK6 세포의 세포 생존율은 각각 (-)HT 그룹의 69.2 및 69.9 %로 유사한 수준으로 감소되었다. 이들 비율은 THP1 세포의 것보다 높았다 (도 3C에서 각각 66.5 % 및 40.8 %). 이 결과는 각각 TK6 및 THP1 세포에서 EpCAM의 존재에 기인한다. hEpCAM-MNP로 자기장을 조사함으로써 THP1 세포보다 TK6 세포에 대한 더 높은 세포 생존율은 hEpCAM-MNP가 TK6 세포가 아닌 THP1 세포에 특이적으로 결합 할 수 있음을 암시하였다. 따라서, In-hMNP 및 hEpCAM-MNP로 처리 된 TK6 세포의 (+)HT 그룹의 경우, 열 유도는 세포 표면의 결합 된 MNP가 아닌 배양 배지의 유리 MNP로부터 일반적으로 발생하는 것으로 보였다.Specific binding of hEpCAM-MNP to THP1 cells can be confirmed by treating TK6 cells (human lymphoblasts) with hEpCAM-MNP and then irradiating the same magnetic field as in THP1 cells. The temperature of In-hMNP and hEpCAM-MNP-treated TK6 cells was increased to 39.1 °C and 42.0 °C during 50 min of hyperthermia, a pattern similar to that in THP1 cells. However, the cell viability of In-MNP and hEpCAM-MNP-treated TK6 cells in the (+)HT group was similarly reduced to 69.2 and 69.9% of the (−)HT group, respectively. These proportions were higher than those of THP1 cells (66.5% and 40.8%, respectively, in Fig. 3C). This result is due to the presence of EpCAM in TK6 and THP1 cells, respectively. The higher cell viability for TK6 cells than for THP1 cells by irradiating magnetic fields with hEpCAM-MNPs suggested that hEpCAM-MNPs could specifically bind to THP1 cells but not TK6 cells. Thus, for the (+)HT group of TK6 cells treated with In-hMNP and hEpCAM-MNP, heat induction appeared to normally arise from free MNPs in the culture medium and not from bound MNPs on the cell surface.
종합적으로, 유도 된 세포 사멸율은 자기 고열처리에 의해 달성되었으며, 그의 메커니즘은 THP1 세포에 대한 hEpCAM-MNP의 특이적 결합 및 MNP의 자화 동안의 세포 배지의 온도 증가에 의해 설명될 수 있다.Collectively, the induced cell death rate was achieved by magnetic hyperthermia, the mechanism of which can be explained by the specific binding of hEpCAM-MNP to THP1 cells and the increase in the temperature of the cell medium during magnetization of MNPs.
In-hMNP에 의해 야기된 17 분 동안 온도가 약간 감소한 것은 도 3C에서 THP1 세포의 감소된 세포 사멸율에 영향을 미칠 수 있지만, THP1 세포에 대한 hEpCAM-MNP의 특이적 결합은 세포 사멸을 유도하는데 보다 효과적이다.A slight decrease in temperature for 17 min caused by In-hMNP could affect the reduced apoptosis rate of THP1 cells in Figure 3C, but specific binding of hEpCAM-MNP to THP1 cells induces apoptosis. more effective
<2-3> 인비트로 열 전달 시뮬레이션<2-3> In vitro heat transfer simulation
실험 결과를 뒷받침하기 위해 Multiphysics® 5.4 소프트웨어 (COSMOL, Inc., 스웨덴 스톡홀름)를 사용하여 세포 및 주변의 AMF-유도 MNP의 온도를 분석 하였다. AMF에서 MNP의 발열량을 분석하기 위해 소프트웨어의 AC/DC 모듈을 사용했다. 가열된 MNP에 의한 세포 및 그 주변의 온도 변화의 분석을 위해, 소프트웨어의 열전달 모듈이 동시에 사용되었다.To support the experimental results, the temperature of AMF-induced MNPs in cells and surrounding was analyzed using Multiphysics® 5.4 software (COSMOL, Inc., Stockholm, Sweden). To analyze the calorific value of MNPs in AMF, the AC/DC module of the software was used. For the analysis of temperature changes in cells and their surroundings by heated MNPs, the heat transfer module of the software was used simultaneously.
먼저, AMF에 의한 MNP의 전자기 가열로부터 생성 된 단위 부피당 열량 값 QEM (W/m3)의 방정식은 다음과 같이 계산된다.First, the equation of the calorific value Q EM (W/m 3 ) per unit volume generated from electromagnetic heating of MNPs by AMF is calculated as follows.
(1) (One)
여기서 J, E, B, ω 및 H는 각각 전류 밀도 (A/m2), 전기장 (V/m), 자속 밀도 (T), AMF에 적용되는 주파수 (s-1) 및 자기장 세기 (A/m)를 나타낸다. where J, E, B, ω and H are current density (A/m 2 ), electric field (V/m), magnetic flux density (T), frequency (s -1 ) applied to AMF, and magnetic field strength (A/m), respectively m) is shown.
QEM은 전기 가열 항과 자기 가열 항으로 구성된다. 전기 가열 항에서 전류 밀도 (J)는 다음과 같이 정의된다:Q EM consists of an electric heating term and a self heating term. In electrical heating terms, the current density (J) is defined as:
(2) (2)
여기서 σ 및 D는 각각 전기 전도성 (S/m) 및 전자기 (C/m2)를 나타낸다.where σ and D denote electrical conductivity (S/m) and electromagnetic (C/m 2 ), respectively.
여기서 전자기(electromagnetism)란 전기장에 의한 MNP의 대전 정도를 의미하며 다음과 같이 표현된다:Here, electromagnetism refers to the degree of charging of the MNP by an electric field and is expressed as follows:
(3) (3)
여기서 ε는 유전율을 나타내며, 실수 부 (ε')와 허수 부 (ε")로 나뉩니다. 따라서, 식 (2) 및 식 (3)으로부터 식 (1)의 전기 가열 항은 다음과 같이 기술 될 수 있다:where ε denotes the permittivity, which is divided into a real part (ε') and an imaginary part (ε"). Therefore, from equations (2) and (3), the electric heating term in equation (1) can be written as can:
(4) (4)
식 (1)의 자기 가열 항에서 자속 밀도 (B)와 자기장 세기 (H)는 다음 관계를 갖습니다:In the magnetic heating term of equation (1), the magnetic flux density (B) and magnetic field strength (H) have the following relationship:
(5) (5)
여기서 μ는 투과율이며, 이는 실제 부분 (μ')과 허수 부분 (μ")으로 나뉘며, 투과도는 도 2와 같이 자화 특성 곡선에서 얻을 수 있다. 따라서, 식 (5)에 기초하여, 식 (1)의 자기 가열 항은 다음과 같이 다시 쓰여질 수 있다:where μ is the transmittance, which is divided into a real part (μ′) and an imaginary part (μ″), and the transmittance can be obtained from the magnetization characteristic curve as shown in Fig. 2. Therefore, based on Equation (5), Equation (1) ) can be rewritten as:
(6) (6)
따라서 QEM은 다음과 같이 식 (4)의 전기 가열과 식 (6)의 자기 가열과 결합하여 설명 할 수 있다:Therefore, Q EM can be explained by combining the electric heating in equation (4) and self heating in equation (6) as follows:
(7) (7)
다음으로, AMF에 의해 MNP로부터 생성 된 열 전달로 인한 온도 변화는 다음과 같은 방정식으로 분석 될 수 있다:Next, the temperature change due to heat transfer generated from MNP by AMF can be analyzed with the following equation:
(8) (8)
여기서 ρ, cp, k 및 T는 각각 재료의 밀도, 비열, 열전도도 및 온도를 나타낸다. Q는 AMF에서 코일의 열을 줄이기 위해 수냉을 고려하는 용어를 나타내며 uρwcw(Tin - T)로 구성되고, 여기서 u, ρw, cw 및 Tin은 각각 순환 수, 밀도, 비열 및 공급 수의 온도를 나타낸다.where ρ, c p , k and T represent the density, specific heat, thermal conductivity and temperature of the material, respectively. Q denotes the term that considers water cooling to reduce the heat of the coil in AMF and consists of uρ w c w (T in - T), where u, ρ w , c w and T in are the circulation number, density, and specific heat, respectively. and the temperature of the feed water.
시뮬레이션을 위한 MNP의 농도는 NanoSight LM10 기기 (Malvern Instruments)에 의해 얻어졌다. Multiphysics 분석의 단순성을 위해, MNP는 z-축을 중심으로 대칭 3 차원 형태로 집계되었다고 가정했다. 인비트로 실험 조건 및 파라미터를 사용하여, AMF에 의해 생성 된 MNP의 QEM을 측정하였다. Multiphysics 분석에 사용 된 AMF의 전력 및 주파수는 각각 1358W 및 310kHz이다. 식 (7) 및 식 (8)에 사용 된 재료 특성은 표 2에 요약되어 있다.Concentrations of MNPs for simulation were obtained by a NanoSight LM10 instrument (Malvern Instruments). For simplicity of multiphysics analysis, it was assumed that MNPs were aggregated in a symmetric three-dimensional form around the z-axis. Using the in vitro experimental conditions and parameters, the Q EM of MNPs produced by AMF was measured. The power and frequency of the AMF used for multiphysics analysis were 1358 W and 310 kHz, respectively. The material properties used in equations (7) and (8) are summarized in Table 2.
세포 표면에 대한 MNP의 특이적 접착에 의해 야기되는 hEpCAM-MNP를 이용한 자기 고열처리의 세포 독성 효과를 뒷받침 하기 위해, 본 발명자들은 인비트로 실험 조건에 기초하여 MNP로부터의 열 발생 용량을 예측하는 시뮬레이션 모델을 구축 하였다. 시뮬레이션을위한 MNP의 농도는 3.6 × 1010 입자/mL로 설정되었고, 이는 NanoSight 측정에 의해 계측되었다.To support the cytotoxic effect of magnetic hyperthermia with hEpCAM-MNP caused by the specific adhesion of MNPs to the cell surface, the present inventors conducted simulations to predict thermogenesis capacity from MNPs based on in vitro experimental conditions. The model was built. The concentration of MNP for the simulation was set to 3.6 × 10 10 particles/mL, which was measured by NanoSight measurement.
MNP에 의한 열 발생 용량은 COMSOL Multiphysics 소프트웨어를 사용하여 계산되었고, 그 결과는 AMF에 의해 생성된 QEM이 대략 3.57 × 1017 W/m3으로 계산되었다.The heat generating capacity by MNP was calculated using COMSOL Multiphysics software, and the result was calculated that the Q EM generated by AMF was approximately 3.57 × 10 17 W/m 3 .
이 조건에서, MNP를 포함하는 세포 현탁액의 온도는 약 42 ℃로 증가하였고, MNP 비 함유 용액은 약 37 ℃로 증가하였다. 50 분 자기 고열처리에 대한 온도 변화의 시간 경과 시뮬레이션은 도 3D에 표시된다. 계산된 결과는 도 3B의 실험 데이터와 매우 유사하다. 실제 실험에서 hEpCAM-MNP와 In-hMNP 처리된 샘플 사이의 약간의 차이는 시뮬레이션을 사용하여 구별 할 수 없다. 차이는 배양 배지에서의 입자 응집과 같은 실제 실험에서 나타난 물질 특성에 기인할 수 있다. 발생한 미세한 변화는 반영할 수 없지만, 시뮬레이션 결과는 인비트로 고열처리 실험 결과와 일치한다.Under these conditions, the temperature of the cell suspension containing MNP increased to about 42 °C, and the solution without MNP increased to about 37 °C. A time course simulation of the temperature change for a 50 min magnetic annealing is shown in Figure 3D. The calculated results are very similar to the experimental data in Fig. 3B. In real experiments, slight differences between hEpCAM-MNP and In-hMNP-treated samples cannot be distinguished using simulations. Differences may be due to material properties shown in actual experiments, such as particle aggregation in the culture medium. Although the microscopic changes that have occurred cannot be reflected, the simulation results are consistent with the in vitro high heat treatment experimental results.
<2-4> 온열요법(고열처리) 후 THP1 세포의 형태학 분석<2-4> Morphological analysis of THP1 cells after hyperthermia (high heat treatment)
도 4는 자기 온열요법(고열처리) 전후의 THP1 세포의 bio-TEM 이미지를 보여준다. 고열처리를 받지 않은 In-hMNP (도 4A)과 hEpCAM-MNP (도 4B)로 처리 된 세포는 구형으로 온전한 세포 형태를 나타냈다. THP1 세포의 표면에서 수십 내지 수백 개의 hEpCAM-MNP가 관찰되었으며, 이는 THP1 세포에 대한 hEpCAM-MNP의 특이적 결합이 발생했음을 나타낸다(도 4B). (+)HT 그룹에서, In-hMNP로 처리 된 일부 세포(도 4C)는 (-)HT 그룹에서 관찰 된 것과 유사한 온전한 형태를 가졌다(도 4C, 2 개의 좌측 패널). 그러나 일부 다른 세포는 파괴된 것으로 보였으며 작은 잔해가 관찰되었다 (그림 4C, 두 개의 오른쪽 패널). 대조적으로, hEpCAM-MNP-처리 된 세포는 형태가 파괴되었고 MNP는 세포 표면에 부착되었다(도 4D).4 shows bio-TEM images of THP1 cells before and after autothermal therapy (hyperthermal treatment). Cells treated with In-hMNP (Fig. 4A) and hEpCAM-MNP (Fig. 4B) that were not subjected to high heat treatment showed spherical and intact cell morphology. Tens to hundreds of hEpCAM-MNPs were observed on the surface of THP1 cells, indicating that specific binding of hEpCAM-MNPs to THP1 cells occurred (Fig. 4B). In the (+)HT group, some cells treated with In-hMNP (Fig. 4C) had intact morphologies similar to those observed in the (-)HT group (Fig. 4C, two left panels). However, some other cells appeared to be destroyed and small debris was observed (Fig. 4C, two right panels). In contrast, hEpCAM-MNP-treated cells were morphologically disrupted and MNPs adhered to the cell surface (Fig. 4D).
종합적으로, 이들 결과는 hEpCAM-MNP와의 자성 고열처리가 MNP의 THP1 세포에 특이적 결합으로 인해 세포 독성을 가지며, 부착 된 세포로 열이 전달되었음을 나타내었다. 반면에, THP1 세포에 부착되지 않은 In-hMNP는 hEpCAM-MNP와 같은 세포 독성이 확인되지 않았고, 충분한 열 전달이 달성될 수 없다.Collectively, these results indicated that magnetic hyperthermia with hEpCAM-MNP had cytotoxicity due to the specific binding of MNPs to THP1 cells, and that heat was transferred to the adhered cells. On the other hand, In-hMNPs not attached to THP1 cells were not confirmed as cytotoxic as hEpCAM-MNPs, and sufficient heat transfer could not be achieved.
<실험예 3> 인비보 자기 온열요법<Experimental Example 3> In vivo self-thermal therapy
<3-1> 마우스의 준비<3-1> Preparation of the mouse
6 주령 수컷 AKR 마우스는 중앙 동물 연구소(Seoul, Korea)에서 구입했다. 마우스는 실험 조건에 순응시키기 위해 대구 경북 과학 기술원 (DGIST)의 중앙 동물 시설에 수용되었다. 실험 기간 동안 음식과 물의 최적 공급이 보장되었다. 동물 실험 프로토콜은 DGIST 기관 동물 관리 및 사용위원회에 의해 승인되었다. 동물 복지에 대한 제도적 프로토콜에 따라 실험을 수행 하였다. 동물과 관련된 모든 연구는 동물과 관련된 실험에 대한 ARRIVE 지침에 따라 보고되었다.6-week-old male AKR mice were purchased from the Central Animal Research Institute (Seoul, Korea). Mice were housed in the central animal facility of Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST) for acclimatization to experimental conditions. An optimal supply of food and water was ensured for the duration of the experiment. The animal testing protocol was approved by the DGIST Institutional Animal Care and Use Committee. Experiments were performed according to institutional protocols for animal welfare. All studies involving animals were reported according to the ARRIVE guidelines for experiments involving animals.
AKR 마우스는 백혈병 발병을 위해 8 개월령으로 성장시켰고, 무작위로 네 그룹으로 나누었다: 대조군, In-mMNP (+)HT, mEpCAM-MNP (-)HT, 및 mEpCAM-MNP (+)HT.AKR mice were grown to 8 months of age for leukemia development and were randomly divided into four groups: control, In-mMNP (+)HT, mEpCAM-MNP (-)HT, and mEpCAM-MNP (+)HT.
<3-2> 인비보 자기 온열요법<3-2> In vivo self-thermal therapy
마우스 전신의 자기 온열요법(고열처리)은, 먼저 복강 내 주사로 30 μl의 자일라진 및 케타민으로 마우스를 마취시켰다. 각 군에 꼬리 정맥 주사를 통해 100 μL 인산 완충 식염수 (PBS, pH 7.4), In-mMNP 또는 mEpCAM-MNP를 투여 하였다. 주사 30 분 후, (+)HT 그룹의 마우스는 자화 설비 (Ambrell)된 코일에 위치시켰고, 열 카메라(Testo)를 사용하여 신체(피부) 온도 기록과 함께 30 분 동안 온열요법(고열처리)을 수행 하였다. 코일의 직경을 제외하고, 자화 기기 및 설비의 에너지는 인비트로 시험(실험예 2)과 동일하게 하였다. For autothermal therapy (hyperthermal treatment) of the mouse whole body, the mice were first anesthetized with 30 µl of xylazine and ketamine by intraperitoneal injection. Each group was administered 100 μL phosphate-buffered saline (PBS, pH 7.4), In-mMNP or mEpCAM-MNP via tail vein injection. Thirty minutes after injection, mice in the (+)HT group were placed in a magnetized (Ambrell) coil and subjected to hyperthermia (hyperthermia) for 30 minutes with body (skin) temperature recording using a thermal camera (Testo). performed. Except for the diameter of the coil, the energy of the magnetizing device and equipment was the same as that of the in vitro test (Experimental Example 2).
온열요법(고열처리) 전과 처리 후 24시간 경과 후의 혈액 샘플을 수집하였다. MNP와 혈액 세포의 상호 작용을 관찰하기 위해, 바이오-TEM 분석이 Tecnai G2 F20 TWIN TMP 장치(FEI)를 사용하여 수행되었다. 온열요법(고열처리) 24 시간 후, 모든 마우스를 희생시키고, 조직을 수집하고 후속 분석을 위해 파라핀-블로킹하였다.Blood samples were collected before hyperthermia (hyperthermia) and 24 hours after treatment. To observe the interaction of MNPs with blood cells, bio-TEM analysis was performed using a Tecnai G2 F20 TWIN TMP instrument (FEI). After 24 h of hyperthermia (hyperthermia), all mice were sacrificed and tissues were collected and paraffin-blocked for subsequent analysis.
<3-3> 백혈병 세포의 정량<3-3> Quantification of leukemia cells
두 가지 방법으로 백혈병 암 세포를 계측하였다. 먼저, 전혈 세포에 대해 Leishman 염색을 수행 하였다. 소량의 혈액을 슬라이드 유리에 유지하고, 얇은 도말을 준비한 다음 대기 건조시켰다. 대기 건조 된 도말은 2 분 동안 Leishman 염색 용액(Sigma-Aldrich, Co., St. Louis, MO, USA)으로 염색하고, 2 배의 증류수를 첨가하고, 10 분 동안 배양 하였다. 샘플을 증류수로 헹구고 커버 유리를 장착하기 전에 대기 건조시켰다. 비정상적인 림프구를 가시화 한 다음, X 400 배율에서 광학 현미경(Leica Microsystems, Wetzlar, Germany)으로 정량화 하였다.Leukemia cancer cells were counted in two ways. First, Leishman staining was performed on whole blood cells. A small amount of blood was kept on a slide glass, and a thin smear was prepared and then air dried. The air-dried smears were stained with Leishman staining solution (Sigma-Aldrich, Co., St. Louis, MO, USA) for 2 min, double distilled water was added, and incubated for 10 min. Samples were rinsed with distilled water and air dried before mounting the cover glass. Abnormal lymphocytes were visualized and then quantified with an optical microscope (Leica Microsystems, Wetzlar, Germany) at
분자 마커의 발현에 기초한 백혈병 세포의 계수의 경우, PREP100 기기 (Celsee, Inc. Ann Arbor, MI, USA)를 제조사의 지시에 따라 100 μl의 전혈에서 암 세포의 검출에 사용하였다. 기기를 사용하기 전에, 세포를 래트 항-EpCAM 항체(1:100, Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA, USA) 및 토끼 항-CD45 항체(1:100, Santa Cruz Biotechnology)와 함께 배양하였다. Alex Fluor 488- 표지 된 항-랫트 IgG 및 Alex Fluor 568- 표지 된 항-토끼 IgG를 각각 EpCAM 및 CD45 검출을 위한 2 차 항체로 사용하였다. 핵 염색을 위해, 4',6-디아미디노-2-페닐인돌 (DAPI) 용액(Sigma-Aldrich)을 사용 하였다. 세포의 형광 표지에 의한 미세 유체에서의 세포 분포의 관찰을 위해 공 초점 현미경(FV1200, Olympus, Tokyo, Japan)이 이용되었다.For enumeration of leukemia cells based on the expression of molecular markers, a PREP100 instrument (Celsee, Inc. Ann Arbor, MI, USA) was used for detection of cancer cells in 100 μl of whole blood according to the manufacturer's instructions. Prior to instrument use, cells were incubated with rat anti-EpCAM antibody (1:100, Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA, USA) and rabbit anti-CD45 antibody (1:100, Santa Cruz Biotechnology). Alex Fluor 488-labeled anti-rat IgG and Alex Fluor 568-labeled anti-rabbit IgG were used as secondary antibodies for EpCAM and CD45 detection, respectively. For nuclear staining, a 4',6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) solution (Sigma-Aldrich) was used. Confocal microscopy (FV1200, Olympus, Tokyo, Japan) was used for observation of cell distribution in microfluids by fluorescence labeling of cells.
인비보 시험을 위한 도구 설정이 도 5A에 도시되어 있다. 30 분 고열처리는 MNP가 없는 배양 배지의 온도를 34 ℃로 증가 시켰으며, mEpCAM-MNP를 함유한 배지의 온도는 hEpCAM-MNP를 사용하여 관찰된 것과 유사하게 42 ℃로 증가 하였다 (도 5B). 그러나, 100 μl의 mEpCAM-MNP를 마우스에 정맥 내 투여 한 후, 30 분 고열처리 동안 피부에서 온도 변화는 명백하지 않았다 (도 5B). 열 화상 카메라로 측정 한 피부 온도는 27 ℃ ~ 28 ℃로 일반적인 체온보다 낮다. 이는 마우스 모발의 열 방사율에 기인하며, 방사율 계수는 0.86 ± 0.01로 보고되고 있다. 방사율이 1 미만이므로 실제 온도는 열 화상 카메라로 측정한 온도보다 높다.The tool setup for in vivo testing is shown in Figure 5A. 30 min high heat treatment increased the temperature of the culture medium without MNP to 34 °C, and the temperature of the medium containing mEpCAM-MNP increased to 42 °C, similar to that observed with hEpCAM-MNP (Fig. 5B). . However, after intravenous administration of 100 μl of mEpCAM-MNP to mice, there was no apparent temperature change in the skin during 30 min hyperthermia (Fig. 5B). The skin temperature measured by the thermal imaging camera is 27 ° C to 28 ° C, which is lower than the normal body temperature. This is due to the thermal emissivity of mouse hair, and the emissivity coefficient is reported to be 0.86 ± 0.01. Since the emissivity is less than 1, the actual temperature is higher than the temperature measured by the thermal imaging camera.
30 분 동안의 고열처리 후 24 시간 경과 시점에 각 4 그룹의 마우스를 희생시켰다. 혈액에서 비정상 세포의 수는 Leishman 염색으로 계수하고, 고열처리 전에 수집 된 혈액 샘플의 수와 비교했다. 도 6A는 Leishman 용액에 의해 염색 된 비정상 세포의 이미지를 보여준다. 보라색으로 염색되고 불규칙적 인 형태의 막을 나타내는 세포는 백혈병 세포로 분류되었다. 결과적으로, 마우스의 mEpCAM-MNP (+)HT 그룹에 대한 자기 고열처리는 비정상 세포의 수를 고열처리 전의 수의 44 %로 현저히 감소 시켰지만, 대조군, In-mMNP (+)HT 및 mEpCAM-MNP (-)HT 그룹에서는 유의 한 변화가 나타나지 않았다(도 6B).After 30 minutes of high heat treatment, mice in each of 4 groups were sacrificed 24 hours later. The number of abnormal cells in the blood was counted by Leishman staining and compared with the number of blood samples collected before hyperthermia. Figure 6A shows images of abnormal cells stained by Leishman solution. Cells stained purple and exhibiting an irregularly shaped membrane were classified as leukemia cells. As a result, magnetic hyperthermia to the mEpCAM-MNP(+)HT group of mice significantly reduced the number of abnormal cells to 44% of the number before hyperthermia, whereas control, In-mMNP(+)HT and mEpCAM-MNP ( -) There was no significant change in the HT group (Fig. 6B).
백혈병 세포는 또한 항-CD45 및 항-EpCAM 항체 (표면에서 CD45 및 EpCAM 마커 둘 다를 발현하는 림프구 백혈병 세포)를 사용한 그들의 특정 형광 표지에 따라 상용 미세 유체 칩-기반기구 (Celsee)를 사용하여 계수되었다. 미세 유체 칩을 통해 전혈 세포를 사용하기 전에, 세포를 2 종의 1 차 항체와 함께 배양한 후, 상이한 형광 염료로 표지 된 2 차 항체를 배양하였다. 각각의 미세 유체 칩의 바닥면에는 정상 혈액 세포가 통과 할 수 있는 구멍이 있지만 더 큰 암 세포는 통과 할 수 없다. 따라서, CD45 및 EpCAM 둘 다의 형광 표지를 갖는 백혈병 세포를 각각의 웰 내부에 유지시키고 계수 할 수 있었다 (도 7A). 고열처리 전에 측정 된 수에 비해 고열처리 후의 백혈병 세포 수의 비는 각각 대조군, In-mMNP (+)HT 및 mEpCAM-MNP (-)HT 그룹에 비해 현저하게 감소 하였다 (도 7B). mEpCAM-MNP (+)HT 그룹의 mEpCAM-MNP (-)HT 그룹에 대한 백혈병 세포의 감소 된 비율은 61 %였다. 이러한 결과는 마우스에서 백혈병 세포에 대한 특이적 결합 능력을 갖는 mEpCAM-MNP의 정맥 내 투여 후 전신-자기 고열처리에 의해 혈류에서 백혈병 세포 수가 직접적으로 감소될 수 있음을 보이는 것이다.Leukemia cells were also counted using a commercial microfluidic chip-based instrument (Celsee) according to their specific fluorescent labeling with anti-CD45 and anti-EpCAM antibodies (lymphocytic leukemia cells expressing both CD45 and EpCAM markers on their surface). . Before using whole blood cells via microfluidic chip, cells were incubated with two primary antibodies, followed by secondary antibodies labeled with different fluorescent dyes. At the bottom of each microfluidic chip there is a hole through which normal blood cells can pass, but larger cancer cells cannot. Thus, leukemia cells with fluorescent labels of both CD45 and EpCAM could be maintained inside each well and counted (Fig. 7A). The ratio of the number of leukemia cells after hyperthermia compared to the number measured before hyperthermia was significantly decreased compared to the control, In-mMNP (+)HT and mEpCAM-MNP (-)HT groups, respectively (Fig. 7B). The reduced ratio of leukemia cells in the mEpCAM-MNP (+)HT group to the mEpCAM-MNP (-)HT group was 61%. These results show that the number of leukemia cells in the bloodstream can be directly reduced by systemic-magnetic hyperthermia after intravenous administration of mEpCAM-MNP having specific binding ability to leukemia cells in mice.
제거 효율은 mEpCAM-MNP (+)HT 그룹에서 Leishman 염색 및 Celsee 기기에 의해 각각 56 % 및 39 %로 상당히 다르게 결정되었다. 그 차이는 완전히 다른 유형의 분석 방법에 기인한다: Leishman 염색법에 의한 계수는 세포의 형태에 기초하여 수행되었지만 Celsee 기기 법은 면역 학적 검출법을 사용했다. Celsee 기기 방법에는 미세 유체 칩의 웰을 통해 세포를 여과하는 단계가 포함되었으며 결과에 영향을 줄 수 있다. 그러나, 고열처리 전/후 각 그룹에서의 세포 수의 패턴은 서로 매우 유사 하였다: mEpCAM-MNP-처리 된 그룹만이 고열처리 후 백혈병 세포 수가 현저하게 감소된 것으로 나타났다.Removal efficiencies were determined significantly differently in the mEpCAM-MNP(+)HT group by Leishman staining and Celsee instruments, 56% and 39%, respectively. The difference is due to a completely different type of analysis method: counting by Leishman staining was performed based on cell morphology, whereas the Celsee instrumentation used immunological detection. The Celsee instrument method involved filtering the cells through the wells of the microfluidic chip, which may affect the results. However, the patterns of cell numbers in each group before and after heat treatment were very similar: only the mEpCAM-MNP-treated group showed a significant decrease in the number of leukemia cells after heat treatment.
<3-4> 조직에서 MNP 국소화를 위한 프루시안 블루 염색<3-4> Prussian Blue Staining for MNP Localization in Tissue
각 그룹의 조직 섹션을 탈-파라핀화하고 탈 이온수에서 재수화시켰다. 이어서, 섹션을 실온에서 15 분 동안 철 염색 키트(Sigma-Aldrich)로 염색 하였다. 핵을 파라로사닐린으로 1 분 동안 염색 한 후, 슬라이드를 증류수로 세척한 다음, 오름차순의 일련의 알코올로 잠시 세척하고, 자일렌으로 세척하였다. 그런 다음 샘플을 커버슬립으로 덮었다. 프루시안 블루 염색에 의한 철의 푸르스름한 색은 약 100 배 배율의 광학 현미경(Leica Microsystems)에 의해 관찰되었다.Tissue sections from each group were de-paraffinized and rehydrated in deionized water. The sections were then stained with an iron staining kit (Sigma-Aldrich) for 15 min at room temperature. After the nuclei were stained with pararosaniline for 1 min, the slides were washed with distilled water, then briefly washed with an ascending series of alcohols, and then washed with xylene. The samples were then covered with coverslips. The bluish color of iron by Prussian blue staining was observed with an optical microscope (Leica Microsystems) at about 100 times magnification.
흉선은 T- 세포 림프 아 구성 백혈병의 기원이기 때문에, mEpCAM-MNP는 또한 흉선 조직에 분포 될 수 있다. 도 8은 MNP의 분포를 분석하기 위한 간, 폐, 흉선 및 비장 조직의 프루시안 블루 염색의 대표적인 결과를 나타낸다. In-mMNPs 및 mEpCAM-MNPs는 흉선 조직에 분포되었지만 폐 및 간 조직의 경우 모든 마우스 그룹에서 철 분포가 확인되지 않았다. 비장은 오래된 적혈구를 제거하고 혈액을 보유하고 철분을 재활용하기 때문에, 비장의 철분 분포는 비장에 존재하는 헤모시드린에서 유래되었다. 따라서, mEpCAM-MNP의 주입에 관계 없이 모든 그룹의 비장 조직에서 철이 관찰되었다.Since the thymus is the origin of T-cell lymphoblastic leukemia, mEpCAM-MNP can also be distributed in the thymic tissue. 8 shows representative results of Prussian blue staining of liver, lung, thymus and spleen tissues to analyze the distribution of MNPs. In-mMNPs and mEpCAM-MNPs were distributed in the thymus tissue, but no iron distribution was found in the lung and liver tissues in any mouse group. Because the spleen removes old red blood cells, retains blood and recycles iron, the iron distribution in the spleen is derived from the hemosiderin present in the spleen. Therefore, iron was observed in spleen tissues of all groups regardless of injection of mEpCAM-MNP.
종합하면, mEpCAM-MNP는 AKR 마우스의 흉선에 분포될 수 있지만, 이들 MNP는 입자의 주사 후 24 시간 이내에 다른 조직에서 발견되지 않았다. In-mMNP와 mEpCAM-MNP 사이의 흉선 철 분포의 차이는 이 연구에서 정량적으로 측정할 수 없었지만 프루시안 블루 염색은 mEpCAM-MNP 처리 군의 흉선에서 신호가 상대적으로 더 강한 것으로 나타났다.Taken together, mEpCAM-MNPs can be distributed in the thymus of AKR mice, but these MNPs were not found in other tissues within 24 h after injection of the particles. Although the difference in thymic iron distribution between In-mMNP and mEpCAM-MNP could not be quantitatively measured in this study, Prussian blue staining revealed a relatively stronger signal in the thymus of the mEpCAM-MNP treated group.
<3-5> 흉선에서 세포 사멸의 검출<3-5> Detection of apoptosis in the thymus
온열요법(고열처리) 후 사멸된 세포를 가시화 하기 위해 DeadEnd 형광계 말단 트랜스퍼라제 dUTP 닉 엔드 라벨링(TUNEL) 분석 키트 (Promega, Madison, WI)를 사용하여 마우스 흉선 섹션을 염색 하였다.Mouse thymus sections were stained using the DeadEnd Fluorescent-Based Terminal Transferase dUTP Nick End Labeling (TUNEL) Assay Kit (Promega, Madison, WI) to visualize dead cells after hyperthermia (high heat treatment).
요약하면, 파라핀-매립된 조직 섹션(5μm)을 자일렌에 탈랍시키고, PBS에서 재수화 시켰다. 이어서, 섹션을 PBS 중 프로테이나제 K 용액 (20 ㎍/mL)으로 도포하고 15 분 동안 실온에서 배양하였다. PBS에 슬라이드를 침지하여 프로테이나제 K 용액을 제거하였다. 이어서, rTdT 효소, 뉴클레오티드 혼합물 및 평형 완충제를 함유하는 반응 완충제를 첨가하고 가습 챔버에서 37 ℃에서 1 시간 동안 암실에서 배양하였다. 그 후, 실온에서 15 분 동안 2X 식염수 시트레이트 용액에 슬라이드를 침지시켜 반응을 종결시키고 조직으로부터 결합되지 않은 rTdT를 제거하기 위해 PBS로 철저히 세척 하였다. 마지막으로, 요오드화 프로피디움은 카운터염색에 사용되고, 연장된 금 안티페이드 (Thermo Fisher Scientific, MA, USA, MA)에 의해 마운팅되었다. 사멸된 세포를 가시화하고, 공 초점 현미경 (FV 1200, Olympus)으로 ×400 배율로 이미지를 포착하였다.Briefly, paraffin-embedded tissue sections (5 μm) were dewaxed in xylene and rehydrated in PBS. The sections were then coated with a solution of proteinase K in PBS (20 μg/mL) and incubated for 15 minutes at room temperature. The proteinase K solution was removed by immersing the slides in PBS. Then, reaction buffer containing rTdT enzyme, nucleotide mixture and equilibration buffer was added and incubated in a humidified chamber at 37° C. for 1 hour in the dark. The reaction was then terminated by immersing the slides in 2X saline citrate solution for 15 min at room temperature and washed thoroughly with PBS to remove unbound rTdT from the tissues. Finally, propidium iodide was used for counterstaining and mounted with extended gold antifade (Thermo Fisher Scientific, MA, USA, MA). Dead cells were visualized and images were captured at ×400 magnification with a confocal microscope (FV 1200, Olympus).
mEpCAM-MNP가 흉선 조직에 분포되어 있다는 발견은 흉선 조직의 백혈병 세포가 자기 고열처리에 의해 영향을 받을 수 있음을 나타낸다. mEpCAM-MNP의 접착과 후속되는 자기 고열처리에 의한 백혈병 세포의 특이적 제거를 뒷받침하기 위해, 흉선 조직에 대해 TUNEL 분석을 수행 하였다. 결과는 세포 사멸이 mEpCAM-MNP (+)HT 그룹에서 가장 높았음을 보여 주었으며(도 9), 백혈병 세포에 대한 mEpCAM-MNP의 특이적 접착이 흉선 및 순환 시스템에서 발생했음을 나타낸다.The discovery that mEpCAM-MNP is distributed in thymic tissue indicates that leukemia cells in thymic tissue may be affected by autothermal treatment. To support the specific clearance of leukemia cells by adhesion of mEpCAM-MNPs and subsequent magnetic hyperthermia, TUNEL analysis was performed on the thymus tissue. The results showed that apoptosis was highest in the mEpCAM-MNP (+)HT group (Fig. 9), indicating that the specific adhesion of mEpCAM-MNP to leukemia cells occurred in the thymus and circulatory system.
<3-6> 온열요법(고열처리)에 의한 혈액 세포의 형태학적 변화<3-6> Morphological change of blood cells by hyperthermia (high heat treatment)
자기 온열 요법 전후의 혈액 세포의 형태를 bio-TEM으로 분석 하였다. 대조군 마우스로부터 수집 된 혈액 세포는 온전하고 정상적인 모양 및 외관을 가졌다 (도 10A). 도 10B에 도시 된 바와 같이, 일부 세포는 mEpCAM-MNP에 부착되었지만 In-mMNP에는 부착되지 않았다는 것이 명백하다. 고열처리 후, mEpCAM-MNP (+)HT 그룹의 일부 혈액 세포가 그들의 세포막에서 파괴되었지만, 막 손상은 In-mMNP (+)HT 그룹 마우스에서 명백하지 않았다.The morphology of blood cells before and after autothermal therapy was analyzed by bio-TEM. Blood cells collected from control mice were intact and had a normal shape and appearance (Fig. 10A). As shown in Figure 10B, it is clear that some cells adhered to mEpCAM-MNP but not to In-mMNP. After hyperthermia, some blood cells in the mEpCAM-MNP (+)HT group were destroyed in their cell membranes, but membrane damage was not evident in the In-mMNP (+)HT group mice.
데이터는 백혈병 세포에 대한 mEpCAM-MNP의 특이적 부착으로 인해, 자성 고열처리가 AKR 마우스의 순환으로부터 백혈병 세포의 선택적 제거를 유도 할 수 있음을 뒷받침한다. 고열처리의 부작용은 정상 조직의 경우 감소될 수 있다. MNP의 백혈병 세포 표면에 대한 결합 특이성으로 인해 주사 후 24 시간 동안 혈류 및 흉선 조직의 백혈병 세포에서 mEpCAM-MNP의 국소화가 제한될 수 있기 때문이다.The data support that, due to the specific adhesion of mEpCAM-MNP to leukemia cells, magnetic hyperthermia can induce selective clearance of leukemia cells from circulation in AKR mice. The side effects of high heat treatment can be reduced in the case of normal tissue. This is because the binding specificity of MNP to the leukemia cell surface may limit the localization of mEpCAM-MNP in the bloodstream and leukemia cells in the thymic tissue for 24 h after injection.
<3-7> 인비보 자기 온열요법(고열처리) 중 열 전달 시뮬레이션<3-7> Heat transfer simulation during in vivo autothermal therapy (high heat treatment)
백혈병 세포 표면의 온도 변화는 mEpCAM-MNP로부터의 열 전달 시뮬레이션에 의해 예측되었다. 고열처리 중 혈류의 온도를 확인할 수 없었다. 그러나, 마우스의 피부 온도는 열 화상 카메라로 측정되었다(도 5B). 고열처리 동안 체온이 30 ℃ 미만으로 유지 되더라도 전혈에서 비정상 세포의 수가 현저히 감소했다 (도 6 및 7). 혈류에서 세포 사멸 메커니즘을 확인하기 위해, 백혈병 세포 표면의 온도 변화는 실험 조건에서 MNP로부터의 열 전달의 시뮬레이션에 의해 예측되었다.The temperature change of the leukemia cell surface was predicted by heat transfer simulations from mEpCAM-MNPs. The temperature of blood flow could not be confirmed during high heat treatment. However, the skin temperature of mice was measured with a thermal imaging camera (Fig. 5B). Although the body temperature was maintained below 30 °C during hyperthermia, the number of abnormal cells in whole blood was significantly reduced (Figs. 6 and 7). To confirm the apoptosis mechanism in the bloodstream, the temperature change of the leukemia cell surface was predicted by simulation of heat transfer from MNPs under experimental conditions.
도 3D에서, THP1 세포에 AMF를 적용함으로써 온도 변화가 예측되었고, 결과는 모델이 MNP로부터의 열 전달을 상당히 잘 시뮬레이션할 수 있음을 보여 주었다 (도 3B 및 3D). 이러한 결과에 기초하여, 부착된 mEpCAM-MNP를 갖는 백혈병 세포의 온도는 또한 전신 자기 고열처리에 의해 마우스 혈액에서 백혈병 세포의 감소된 세포 수를 뒷받침하는 것으로 예측되었다. In Figure 3D, temperature changes were predicted by applying AMF to THP1 cells, and the results showed that the model could simulate heat transfer from MNPs fairly well (Figures 3B and 3D). Based on these results, the temperature of leukemia cells with attached mEpCAM-MNPs was also predicted to support the reduced cell number of leukemia cells in mouse blood by whole-body magnetic hyperthermia.
COMSOL Multiphysics 소프트웨어를 사용하여 도 11과 같이 인비보 예측을 위해 구성된 모델이다. 모델링을 단순화하기 위해, 시스템 부피를 10 × 10 × 10 μm3으로 정의하고, 백혈병 세포를 둘러싼 초기 온도를 37 ℃로 설정하여 체온을 반영 하였다. 또한, MNP의 농도는 3.6 × 1010 입자/mL로 설정되었고, mEpCAM-MNP 3.6 μl X 1010 입자를 마우스에 주사하고 마우스 혈액의 총 부피를 대략 1 mL (10-6 m3)로 가정했기 때문이다. 따라서, 시스템 부피 (10 × 10 × 10 μm3 = 10-15 m3)에서 MNP의 수는 대략 36으로 계산되었다. MNP는 세포 표면에 부착 된 것으로 가정되었고, MNP 및 세포의 직경은 각각 25 nm (도 1A) 및 5 μm (도 10B)으로 설정된다. 인비트로 시뮬레이션 결과(도 3D)에 기초하여, 각 MNP의 QEM은 3.57 × 1017 W/m3으로 간주되었다.It is a model constructed for in vivo prediction as shown in FIG. 11 using COMSOL Multiphysics software. To simplify modeling, the system volume was defined as 10 × 10 × 10 μm 3 , and the initial temperature surrounding the leukemia cells was set to 37 °C to reflect body temperature. In addition, the concentration of MNP was set to 3.6 × 10 10 particles/mL, 3.6
도 11A는 백혈병 세포에 부착된 mEpCAM-MNP로부터의 열 발생을 예측하기 위한 시뮬레이션 조건 및 파라미터를 보여준다. 도 11B는 혈류에 떠있는 In-mMNP의 상태를 보여준다. 세포 및 주변 환경의 온도 분포는 각각 도 11C 및 11D에서 mEpCAM-MNP 및 In-mMNP에 대해 예측되었다. 세포 표면에 부착 된 hEpCAM-MNP의 온도는 82 ℃로 현저하게 증가하였고 세포의 내부 온도는 41 ℃로 증가 하였다 (도 11C). 분리 된 In-mMNP의 온도는 72 ℃로 증가하였고, 혈류에서 In-mMNP에 의해 유도 된 유리 세포의 내부 온도는 약 38 ℃였습니다 (도 11D). 부유 MNP에 의해 유리 세포 및 혈류의 온도가 유의하게 증가되지 않는 것으로 예측되었다. 결과는 In-mMNP가 세포에 부착되지 않고 혈류에 균일하게 분산 된 경우, MNP의 온도 상승에 의해 정상 세포가 손상되지 않을 수 있음을 뒷받침한다.11A shows simulation conditions and parameters for predicting thermogenesis from mEpCAM-MNPs attached to leukemia cells. 11B shows the status of In-mMNPs floating in the bloodstream. The temperature distribution of cells and the surrounding environment was predicted for mEpCAM-MNP and In-mMNP in FIGS. 11C and 11D, respectively. The temperature of hEpCAM-MNPs attached to the cell surface significantly increased to 82 °C and the internal temperature of the cells increased to 41 °C (Fig. 11C). The temperature of the isolated In-mMNPs increased to 72 °C, and the internal temperature of free cells induced by In-mMNPs in the bloodstream was about 38 °C (Fig. 11D). It was predicted that the temperature of free cells and blood flow was not significantly increased by floating MNPs. The results support that when In-mMNPs are not attached to cells and are uniformly dispersed in the bloodstream, normal cells may not be damaged by the temperature rise of MNPs.
이 시뮬레이션에서는 혈류량을 고려하지 않았지만 온도 조건이 37 ℃로 일정하게 유지되었다고 가정했다. 또한 시뮬레이션에서 입자의 단순화 된 분포를 모델링했다. 인비트로 모델링의 경우, 실제 실험 결과에서 얻은 시간에 따른 온도 분포에 따라 입자가 어느 정도의 분산으로 분포되어 있다고 가정하여 모델링이 수행된다. 인비보 모델링 (그림 11)의 경우, 입자가 세포 표면에 고르게 분포되어 있다고 가정했다. AMF에 의한 MNP의 단순화 된 가열 모델은 다음과 같은 특성을 가질 수 있다.Blood flow was not taken into account in this simulation, but it was assumed that the temperature condition was kept constant at 37 °C. We also modeled a simplified distribution of particles in the simulation. In the case of in vitro modeling, modeling is performed assuming that the particles are distributed with some degree of dispersion according to the temperature distribution over time obtained from the actual experimental results. For in vivo modeling (Fig. 11), it was assumed that the particles were evenly distributed on the cell surface. The simplified heating model of MNP by AMF may have the following characteristics.
MNP 입자가 응집 될 때, AMF에 의해 발생 된 열의 소산은 일반적으로 감소하므로, 입자 자체의 온도는 더 높아지고 주위 온도는 균일하게 분산 된 MNP의 것보다 빠르게 상승 할 수 있다. 그러나, 단위 부피당 MNP의 수가 동일한 경우, MNP의 최종 주변 온도는 입자의 분산 또는 응집 정도에 관계없이 거의 유사한 온도 분포를 갖는 것으로 알려져있다. 단위 부피당 MNP의 수가 동일하므로 총 QEM이 동일할 것으로 예상된다. 균일하게 분포 된 MNP와 비교하여, 집계 된 MNP (단위 부피당 동일한 입자 수)의 시뮬레이션을 수행했다. 결과적으로, MNP가 응집 될 때, 입자 자체의 온도는 균일하게 분산 된 MNP와 비교하여 더 빠르게 증가하지만, 세포 내부의 최종 온도 분포는 MNP의 분포와 무관하게 매우 유사 하였다. 따라서 총 QEM이 동일하면, 입자의 분포에 관계없이 입자 주변의 온도 분포가 비슷한 것을 확인할 수 있다. 결과적으로, 백혈병 세포에 부착 된 mEpCAM-MNP는 AMF 하에서 생성 된 열 전달에 의해 세포 사망률을 구체적으로 유도 할 수 있는 것으로 예측되었다.When MNP particles agglomerate, the dissipation of heat generated by AMF generally decreases, so the temperature of the particle itself becomes higher and the ambient temperature can rise faster than that of uniformly dispersed MNPs. However, it is known that when the number of MNPs per unit volume is the same, the final ambient temperature of the MNPs has a nearly similar temperature distribution regardless of the degree of dispersion or agglomeration of the particles. Since the number of MNPs per unit volume is the same, the total Q EM is expected to be the same. Compared with uniformly distributed MNPs, simulations of aggregated MNPs (the same number of particles per unit volume) were performed. As a result, when MNPs aggregated, the temperature of the particles themselves increased faster compared to uniformly dispersed MNPs, but the final temperature distribution inside the cells was very similar regardless of the distribution of MNPs. Therefore, if the total Q EM is the same, it can be confirmed that the temperature distribution around the particles is similar regardless of the distribution of the particles. Consequently, it was predicted that mEpCAM-MNPs attached to leukemia cells could specifically induce cell mortality by heat transfer generated under AMF.
결과적으로, 백혈병 세포에 부착 된 mEpCAM-MNP는 AMF 하에서 생성 된 열 전달에 의해 세포 사망률을 구체적으로 유도 할 수있는 것으로 예측되었다. 세포는 45 ℃의 임계 값을 초과하는 온도에서 주로 괴사를 겪는 반면, 자기 고열처리 동안 이 임계 값 미만의 세포사멸을 겪기 쉽다 보고되고 있다. THP1 세포의 형태는 bio-TEM 분석에 의해 In-hMNP와 hEpCAM-MNP- 처리된 세포간에 상이 하였다 (도 4C 및 D): 도 4C는 세포 자멸사의 형태 인 것으로 보이고, 도 4D는 괴사성 세포 사멸을 나타냈다. 또한, 시뮬레이션 결과에 따르면 자기 고열처리 하에서 MNP에 결합 된 세포의 표면 온도는 82℃까지 높아질 수 있지만, 결합 된 MNP가 없는 세포의 표면 온도는 38℃로 예측되었다 (도 11C 및 D). 이 결과는 자기 고열처리로 인한 백혈병 세포 사멸의 기전이 괴사성일 수 있으며, 이는 또한 도 10B에서 혈액 세포의 bio-TEM 이미지에 의해 뒷받침된다는 것을 시사한다.Consequently, it was predicted that mEpCAM-MNPs attached to leukemia cells could specifically induce cell mortality by heat transfer generated under AMF. It has been reported that cells undergo mainly necrosis at temperatures exceeding the threshold of 45 °C, whereas they are prone to apoptosis below this threshold during self-hyperthermal treatment. The morphology of THP1 cells was different between In-hMNP and hEpCAM-MNP-treated cells by bio-TEM analysis (Fig. 4C and D): Fig. 4C appears to be a form of apoptosis, Fig. 4D is a form of necrotic cell death. showed In addition, according to the simulation results, the surface temperature of cells bound to MNPs could be as high as 82 °C under magnetic hyperthermia, but the surface temperature of cells without bound MNPs was predicted to be 38 °C (Figs. 11C and D). This result suggests that the mechanism of leukemia cell death due to magnetic hyperthermia may be necrotic, which is also supported by the bio-TEM image of blood cells in FIG. 10B .
MNP가 분산되었을 때 주변 완충 용액의 온도를 42℃까지 달성하기 위해 자기장을 사용했다 (도 5B). 이는 암 세포 제거를 위한 최소 온도이다. 이 조건에서, 2 가지 상이한 검출 방법에서 백혈병 세포의 제거 효율이 39 내지 56 %로 결정되었다. 제거 효율을 높이기 위해, 자기 고열처리에 의한 열 발생 시뮬레이션의 예측 결과를 고려하여, MNP의 크기 및 농도, 및 AMF의 지속 시간 및 에너지가 이에 따라 변경 될 수 있다.A magnetic field was used to achieve the temperature of the ambient buffer solution up to 42 °C when the MNPs were dispersed (Fig. 5B). This is the minimum temperature for cancer cell removal. Under these conditions, the removal efficiency of leukemia cells in two different detection methods was determined to be 39-56%. In order to increase the removal efficiency, the size and concentration of MNPs and the duration and energy of AMF may be changed accordingly in consideration of the predicted results of heat generation simulation by magnetic hyperthermal treatment.
한편, 도 12의 농도는 희석된 채로 측정된 것이며, 장비 분석 결과 도출된 평균 농도에 희석 배수를 고려하여 모델의 input으로 사용하였다. 본 발명에 따르면, 원하는 치료 효과를 달성하기 위한 본 발명 항-EpCAM 결합된 자성 나노입자의 바람직한 농도는 109 - 1011 particles/ml으로 판단되었다.On the other hand, the concentration in FIG. 12 was measured while being diluted, and the average concentration derived from the equipment analysis result was used as an input of the model in consideration of the dilution factor. According to the present invention, the preferred concentration of the anti-EpCAM-coupled magnetic nanoparticles of the present invention to achieve a desired therapeutic effect was determined to be 10 9 - 10 11 particles/ml.
본 발명에서 자기 온열요볍(고열처리)가 혈류에서 선택적으로 백혈병 세포를 제거하기 위해 적용되었고, 특이적 제거는 암 세포에 대한 MNP의 표적화된 접착에 의해 달성되었다. 검출 방법에 따라 제거 효율을 39 내지 56 %로 측정되었고, 이로부터 종양 선택적 타겟팅을 통해 온열요법(고열처리)가 순환계에서의 암(종양) 제거에 매우 효과적인 방법임을 알 수 있고, 나아가 순환계에서 암(종양) 외에 바이러스 및 박테리아와 같은 유해 미생물에세도 이를 타깃한 온열요법(고열처리)를 통한 치료가 가능할 수 있음을 알 수 있다.In the present invention, magnetic hyperthermia (hyperthermal treatment) was applied to selectively remove leukemia cells from the bloodstream, and specific clearance was achieved by targeted adhesion of MNPs to cancer cells. According to the detection method, the removal efficiency was measured to be 39 to 56%, and from this, it can be seen that hyperthermia (high heat treatment) is a very effective method for cancer (tumor) removal from the circulatory system through tumor selective targeting. It can be seen that in addition to (tumor), it is possible to treat harmful microorganisms such as viruses and bacteria through hyperthermia (high heat treatment) targeting them.
Claims (15)
EpCAM, CD34, CD38, TK1, CD200, CD56, CD7, CD3 and a composition for thermal treatment of circulating tumor cells or circulating tumor stem cells comprising magnetic nanoparticles bound to one or more antibodies selected from the group consisting of CD19 .
상기 항체는 항-EpCAM 항체인 것을 특징으로 하는, 조성물.
According to claim 1,
The composition, characterized in that the antibody is an anti-EpCAM antibody.
상기 자성 나노입자는 산화 철(Iron oxide), 아연 페라이트(Zinc ferrite), 망간(Mn), 니켈(Ni), 코발트(Co), 비스무스(Bi), 백금(Pt), 금(Au), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 이들의 합금 또는 이들의 페라이트(ferrite)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 조성물.
According to claim 1,
The magnetic nanoparticles include iron oxide, zinc ferrite, manganese (Mn), nickel (Ni), cobalt (Co), bismuth (Bi), platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), copper (Cu), an alloy thereof, characterized in that at least one selected from the group consisting of ferrite (ferrite), the composition.
상기 자성 나노입자는 직경이 1-100 nm 인 것을 특징으로 하는, 조성물.
According to claim 1,
The magnetic nanoparticles are characterized in that the diameter is 1-100 nm, the composition.
상기 자성 나노입자는 30% (w/w) 초과의 철 함량을 갖는 것인, 조성물.
According to claim 1,
wherein the magnetic nanoparticles have an iron content of greater than 30% (w/w).
상기 EpCAM은 인간 또는 마우스 유래의 EpCAM인 것을 특징으로 하는, 조성물.
3. The method of claim 2,
The EpCAM is a human or mouse-derived EpCAM, characterized in that the composition.
상기 항체와 자성 나노입자의 결합은 비공유 결합 또는 공유 결합인 것을 특징으로 하는, 조성물.
According to claim 1,
The binding of the antibody to the magnetic nanoparticles is a non-covalent bond or a covalent bond, the composition.
EpCAM, CD34, CD38, TK1, CD200, CD56, CD7, CD3, and binding to magnetic nanoparticles at least one antibody selected from the group consisting of CD19 Method for producing a composition for thermotherapy of claim 1 comprising a; .
A kit for thermotherapy of circulating tumor cells or circulating tumor stem cells, comprising the composition for thermotherapy of claim 1 and a device irradiating electromagnetic waves.
administering the composition for thermotherapy of claim 1 to an individual in need of treatment; and treating the subject with electromagnetic waves; and a method of treating circulating tumor cells or circulating tumor stem cells.
상기 조성물의 항-EpCAM 항체가 결합된 자성 나노입자의 농도는 개체의 순환계에 109 - 1011 particles/ml인 것을 특징으로 하는, 치료방법.
11. The method of claim 10,
The concentration of the magnetic nanoparticles to which the anti-EpCAM antibody of the composition is bound is 10 9 - 10 11 particles/ml in the circulatory system of the individual, the treatment method.
상기 전자기파 처리는 순환계에 표적하는 종양세포를 40℃ 이상으로 가열시키는 것인, 치료방법.
11. The method of claim 10,
The electromagnetic wave treatment is to heat the tumor cells targeted to the circulatory system to 40 ℃ or more, the treatment method.
상기 치료방법은 순환계에 표적하는 종양세포를 사멸(apotosis)시키거나 또는 괴사(necrosis)시키는 것인, 치료방법.
11. The method of claim 10,
The treatment method is to kill (apotosis) or necrosis (necrosis) tumor cells that target the circulatory system.
상기 전자기파 처리는 상기 전자기파는 교류 자기장(AMF), 감마선, X-선, 자외선, 가시광선, 적외선, 마이크로웨이브 및 라디오 전파로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 인가하는 것인, 치료방법.
11. The method of claim 10,
The electromagnetic wave treatment is to apply that the electromagnetic wave is selected from the group consisting of alternating magnetic field (AMF), gamma rays, X-rays, ultraviolet rays, visible rays, infrared rays, microwaves and radio waves.
화학 치료(chemotherapy), 방사선 치료(radiation therapy), 생물학적 치료(biological therapy), 면역치료(immunotherapy) 및 광역동 치료(photodynamic therapy)로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치료방법을 병행하는 것을 특징으로 하는 암 치료방법.
11. The method of claim 10,
characterized in that one or more treatment methods selected from the group consisting of chemotherapy, radiation therapy, biological therapy, immunotherapy, and photodynamic therapy are combined cancer treatment method.
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