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보고서 상세정보

생체치유반응 유사 스마트 나노입자를 이용한 허혈 및 손상조직 재생연구
Ischemic tissue regeneration research using smart nanoparticles similar with biological healing response

  • 과제명

    생체 치유 반응 유사 스마트 나노입자를 이용한 허혈 및 손장 조직 재생 연구(김진용)

  • 주관연구기관

    한국과학기술원
    Korea Advanced Institute of Science and Technology

  • 연구책임자

    전상용

  • 참여연구자

    강석모   이동윤   이소영   이용현   김진용  

  • 보고서유형

    최종보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2016-01

  • 과제시작년도

    2015

  • 주관부처

    미래창조과학부
    KA

  • 사업 관리 기관

    한국과학기술원
    Korea Advanced Institute of Science and Technology

  • 등록번호

    TRKO201600002302

  • 과제고유번호

    1711032219

  • 키워드

    빌리루빈,활성산소,허혈 및 염증성 질환,약물전달시스템,바이오나노의학Bilirubin,Reactive oxygen species,Ishcemic and inflammatory disease,Drug delivery system,Bio-nanomedicine

  • DB 구축일자

    2016-06-04

  • 초록 


    IV. Result of research

    1) Literature review for synthesis of smart nanoparticles

    For the conventional synthesis of ...

    IV. Result of research

    1) Literature review for synthesis of smart nanoparticles

    For the conventional synthesis of fibrin nano-scaffold, fibrin was prepared by surfactant-free water in oil emulsification-diffusion system in various publications. Although planning for the growth factor coated fibrin nano-scaffold, it had a diameter of size of 100 ~ 2000 nm. The average size in DLS was 200 nm in the most of the literature. Because fibrin nano-scaffold has cross-linking with thrombin and factor XIII.
    The average size of BRNVs was 94 ± 13 nm, and considering the interior volume of BRNVs is more smaller. So Synthesis of smart nanoparticles which are consist of growth factor coated nano-scaffold loaded BRNVs, is thought to be difficult technically. Next, we are going to focus on evaluating therapeutic effect of BRNVs in pre-clinical animal disease model

    2) Therapeutic effect of BRNVs in acetaminophen induced liver injury model

    8-10 weeks mice were fasted for 16 hours, and acetaminophen (APAP, 400 mg/kg) was intraperitoneally (IP) injected. After 60 minutes, all drug including N-acetyl-cysteine (300 mg/kg), BRNVs (2.5 mg/kg, 10 mg/kg, and 40 mg/kg), bilirubin (equivalent dose of BRNVs 40 mg/kg) were intravenously (IV) administrated. After 6 hours, all mice were sacrificed.
    BRNVs over 10 mg/kg slightly attenuate APAP induced acute liver injury in serological and histological analysis. but these difference is no significant. In addition, the known antioxidant such as NAC is more effective than BRNVs.
    APAP induced liver injury is mainly deficiency of glutathione, and excess formation of NAPQI. NAC can be reduced NAPQI and recovered of intracellular level of glutathione. But, BRNVs is not clearly these effect.

    3) Therapeutic effect of BRNVs in hepatic ischemia reperfusion injury model

    The mouse model of hepatic I/R injury has already proven to be valuable for understanding ROS related pathology. Liver ischemia was induced in anesthetized mice by clamping using micro-vascular clamps the hepatic artery and portal vein of first branch of median and left lateral lobe for 90 minutes. After 90 minutes of partial hepatic warm ischemia, the micro-vascular clamps was removed, starting reperfusion for 6 hours. To determine the protective effect of BRNVs in hepatic I/R injury in mice, mice were treated with Vehicle (PBS, intravenous, IV), Bilirubin (2.26 mg/kg, the equivalent dose of BRNVs through intraperitoneal, IP), and BRNVs (10 mg/kg through intravenous, IV) 30 minutes before induction of ischemia.
    We first evaluated the hepatocellular damage by measuring the serum level of aspartate transaminase (AST) and alanine transaminase (ALT), which are as a clinical marker of liver injury after 90 minutes of ischemia and 6 hours of reperfusion. In BRNVs treated I/R group, both serum AST and ALT levels were significantly decreased compared with vehicle treated I/R group. In bilirubin treated I/R group through IP, both enzyme levels were not significantly decreased compared with vehicle treated I/R group.
    We also evaluated the extent of I/R injury by hematoxylin and eosin (H&E) staining. The BRNVs treated I/R group had lower degree of necrosis compared with the other I/R groups. In addition, to perform TUNEL staining to detect apoptosis after I/R, treatment of BRNVs demonstrated significant decrease in apoptotic and necrotic hepatocytes after I/R compared to other two groups. We next thought to investigate the pathophysiologic mechanisms following the protective effect of BRNVs on I/R injury. We found that BRNVs significantly reduced inflammation, oxidative stress, and recruitment of immune cells to ischemic lobes. BRNVs attenuated I/R induced acute early pro-inflammatory responses in cytokines tumor necrosis factor alpha (TNFα), interleukin 1 beta (IL-1β), and intracellular adhesion molecule-1 (ICAM-1). In order to evaluate the properties of BRNVs as ROS scavenger, we investigated BRNVs to suppress ROS generation in primary mouse hepatocytes stimulated by H2O2.The level of ROS generated in H2O2 stimulated hepatocytes was measured with DCF-DA as a ROS probe. After H2O2 treatment for 3hours, 50 mM of BRNVs remarkably inhibited the intracellular ROS generation compared with 10mM of NAC. Thus, BRNVs protect against partial hepatic warm I/R injury in mice.


    심장 및 뇌와 같은 주요 장기에 발생하는 허혈성 질환은 전 세계 주요 사망원인에 해당한다. 허혈 이후 재관류 후 과도한 활성산소 발생으로 인한 2차적 손상에 대한 해결책은 없는 실정이다. 이에 따른 질병 이환 기간의 장기화는 심각한...

    심장 및 뇌와 같은 주요 장기에 발생하는 허혈성 질환은 전 세계 주요 사망원인에 해당한다. 허혈 이후 재관류 후 과도한 활성산소 발생으로 인한 2차적 손상에 대한 해결책은 없는 실정이다. 이에 따른 질병 이환 기간의 장기화는 심각한 기능 저하와 동반하여 환자 삶의 질을 저해한다. 본 연구실에서 이미 개발된 내인성 빌리루빈과 폴리에틸렌글리콜의 접합을 통해 PEG-빌리루빈 접합체를 합성하였고, 수용액 내에서 빌리루빈 나노입자를 형성하는 것을 확인하였다. 우리는 허혈 손상 이후 조직의 회복 및 재생의 역동적인 치유과정에 맞추어 항염증 약물 및 성장인자가 코팅된 피브린 나노 스캐폴드를 내포한 빌리루빈 나노입자를 통해 필요한 곳에서 적절한 시기에 약물 방출이 되도록 시도하였다. 이론적인 문헌탐구 상 성장인자 코팅을 위한 피브린 나노 스캐폴드 형성에 있어 가교결합을 이루게 되면 크기 측면에서 빌리루빈 나노입자 내부에 내포하기에 기술적인 어려움이 있었다.

    빌리루빈 나노입자의 항산화 및 항염증 효과를 이용한 활성산소 연관 질병에서 치료 효과 확인을 위한 동물 모델 개발에 착수하여 효과를 확인하고자 계획을 변경하였다. 우선 시도한 아세트아미노펜 간 손상 모델에서는 다소 효과가 있었지만, 기존에 치료 약물로 사용되고 있는 항산화제에 비하여 뚜렷한 장점을 확인하지 못하였다. 다음으로 허혈/재관류 간손상 모델 제작 및 치료 효과를 확인 하였다. 실제 임상 세팅과 유사하게 투약 타이밍을 설정하였다. 수술 30분 전 빌리루빈 나노입자 투여를 통하여 혈청학적 수치, 조직학적 소견, 분자 생물학적 평가를 실시하였다. 빌리루빈 나노입자 처리 그룹에서 간 손상의 지표인 혈청학적 수치 (AST, ALT)가 모두 감소하였고, 조직학적인 평가 결과 간세포의 괴사 범위가 통계적으로 유의하게 감소하는 것을 확인하였다. 허혈 조직에서 분자생물학적 분석 중 RT-qPCR 결과 염증성 싸이토카인과 세포부착인자인 TNFa, IL-1b, ICAM-1의 발현이 모두 감소하는 것을 확인하였다. 허혈/재관류 간 손상은 임상적으로 매우 중요한 세팅이다. 간 이식 및 간 절제술을 할 시에 막대한 출혈을 막기 위해서 불가피하게 클램핑을 실시한다. 프링글스 매뉴버(Pringle manoeuvre)가 여기에 해당한다. 수술이 마치게 되면 클램핑을 풀게 되고, 이는 과도한 활성산소 생성을 통한 2차 재관류 손상을 유발하지만, 뚜렷한 해결책은 없는 실정이며, 우리는 빌리루빈 나노입자를 이용하여 허혈/재관류 간 손상에 있어 주목할 만한 보호 효과를 확인하였다.


  • 목차(Contents) 

    1. 표지 ... 1
    2. 제출문 ... 2
    3. 보고서 초록 ... 3
    4. 요약문 ... 4
    5. SUMMARY ... 9
    6. CONTENTS ... 14
    7. 목차 ... 15
    8. 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 16
    9. 제 1 절 활성산소의 역할과 염증성 질환의 이해 .....
    1. 표지 ... 1
    2. 제출문 ... 2
    3. 보고서 초록 ... 3
    4. 요약문 ... 4
    5. SUMMARY ... 9
    6. CONTENTS ... 14
    7. 목차 ... 15
    8. 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 16
    9. 제 1 절 활성산소의 역할과 염증성 질환의 이해 ... 16
    10. 제 2 절 현재까지 개발된 항산화 치료법 ... 17
    11. 제 3 절 빌리루빈의 역할 및 빌리루빈 기반 나노입자의 제작 ... 18
    12. 제 4 절 빌리루빈 나노입자의 허혈 및 손상 조직 재생 가능성 ... 20
    13. 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 21
    14. 제 1 절 항산화 및 항염증 기능을 가진 나노 입자 개발 현황 ... 21
    15. 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 22
    16. 제 1 절 문헌 탐구 ... 22
    17. 제 2 절 약물 유발 간 손상 모델 제작 ... 24
    18. 제 3 절 약물 유발 간 손상 모델에서 빌리루빈 나노입자의 효과 ... 25
    19. 제 4 절 허혈/재관류 손상 모델 제작 ... 28
    20. 제 5 절 허혈/재관류 손상 모델에서 빌리루빈 나노입자의 효과 ... 29
    21. 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 33
    22. 제 1 절 연구 목표 및 변경된 계획에 대한 달성도 ... 33
    23. 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 34
    24. 제 1 절 추가 연구의 필요성 ... 34
    25. 제 2 절 중개연구의 가능성 ... 35
    26. 제 3 절 학계 및 기업화에 미치는 파급효과 ... 35
    27. 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 36
    28. 제 7 장 참고문헌 ... 37
    29. 끝페이지 ... 39
  • 참고문헌

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