Efficient Boron Neutron Capture Therapy with Borane Encapsulated Inorganic Nanoparticles

Abstract

약물 및 생기능성 분자의 효율적인 전달을 위한 벡터로 다양한 무기 나노 입자에 관한 연구가 그동안 진행되어 왔다. 그 중에서도 금속 이중층 수산화물 (LDH)은 음이온성 약물 및 분자를 담지할 수 있으며 낮은 독성으로 세포 내 투과율이 높기 때문에 매력적인 약물 전달체이다. 따라서, 본 연구에서는 암세포 내에 높은 붕소농도를 필요로 하는 붕소 중성자 포획 치료에서 중요한 요소로 작용하는 붕소 전달체로서 금속 이중층 수산화물을 이용하였다. 공침방법을 통해 정 이십면체의 각 꼭지점에 10 ~ 12 개의 많은 붕소를 포함하고 있는 음이온성 붕소화합물이 금속 이중층 수산화물에 성공적으로 캡슐화되었으며, 이는 X-선 회절 분석 및 분광학적 분석을 통하여 확인하였다. 세포 실험 결과, 붕소화합물-금속 이중층 수산화물 나노하이브리드를 처리한 경우, 낮은 독성으로 다량의 붕소가 암세포 내에 존재함을 확인할 수 있었으며 높은 세포 내 붕소 농도로 인해, 열중성자를 조사하였을 때, 암세포가 효과적으로 사멸됨을 관찰할 수 있었다. 이러한 결과에 따라, 붕소화합물-금속 이중층 수산화물 나노하이브리드는 붕소 중성자 포획 치료에서 우수한 치료 효과를 나타낼 수 있음이 입증되었으며, 이는 붕소 중성자 포획 치료 및 약물 전달 시스템의 복합적인 치료법으로 향후 통합적인 암치료의 가능성을 제시하였다.;In recent years, there has been a great deal of interest in various inorganic nanoparticles because of their potential use as drug or biofunctional molecule delivery vectors. Among them, layered double hydroxide (LDH) has attracted a special attention due to its anionic reservoir capacity, fairly low toxicity and intrinsic function to enhance cellular uptake of loaded drug. Hence, we applied layered double hydroxides to boron neutron capture therapy (BNCT), which needs a sufficient amount of boron in tumor cells for its successful realization, as a boron carrier. The borane molecules with ten or twelve boron atoms on the edges of its icosahedral cage have been encapsulated into LDH through conventional co-precipitation method in order to facilitate boron transport into tumor cell. According to the powder X-ray diffraction patterns and spectroscopy analysis, all borane molecules successfully intercalated with monolayer structure maintaining their chemical properties. In order to check the cellular uptake and the cytotoxicity of borane-LDH nanohybrids, the bioassay study was carried out in two glioma cell lines, U-343 & U-87. The synthesized nanohybrids do not influence on cell proliferation and viability in both cell lines upto the concentration of 250 μg/mL. Cellular uptake of borane-LDHs was found to be significantly higher than that of free borane molecules, suggesting efficient delivery of carborane thanks to LDH. In addition, the higher cellular boron concentration of borane-LDH nanohybrids could result in excellent neutron capture efficiency in glioma cells. This BNCT combined drug delivery system (BNCT-DDS), therefore, provides a promising integrative therapeutic action in cancer therapy.