Combination of chemo-photothermal therapy against cancer using fucoidan-coated CuS nanoparticles

Abstract

효과적인 암 치료를 위하여 근적외선 파장 대에 반응하는 나노입자를 이용한 광열치료와 항암제를 사용한 약물요법을 함께 적용하는 병용요법이 최근 활발히 사용되고 있다. 하지만 지금까지의 이러한 병용요법은 암세포의 세포자멸사가 아닌 세포괴사를 유도하여 암세포를 제거하는 것에 초점을 두었기에 암세포의 전이나 재발을 막지 못할 뿐만 아니라 세포괴사를 유도하여 다른 건강한 세포 및 조직의 염증을 유도하는 등 여러 한계점을 보여주었다. 이번 논문 실험에서는 808nm 파장대 빛을 흡수하여 열을 내는 황화구리 나노입자에 후코이단이란 탁월한 항암효과를 가진 해양 천연 고분자를 화학적 약물 대신 코팅하여 세포괴사가 아닌 암세포자멸사를 유도하는 물질을 합성하였다. 후코이단-황화구리 나노입자의 광열치료효과와 약물치료효과를 자궁경부암 세포 HeLa, 폐암세포 A549, 그리고 백혈병 세포 K562를 대상으로 실험했고, 후코이단-황화구리 나노입자의 탁월한 암치료효과를 증명할 수 있었다. 세포실험을 바탕으로 세 종류의 암세포를 누드마우스에 이식하여 치료하는 동물실험을 추가로 진행하여 후코이단-황화구리 나노입자의 치료효과를 보다 깊이 연구하고 증명하였다.

In advanced cancer therapy, the combinational therapeutic effect of photothermal therapy (PTT) using near-infrared (NIR) light-responsive nanoparticles (NPs) and anti-cancer drug delivery-mediated chemotherapy has been widely applied. However, chemo–phototherapy has no beneficial effect in the systemic prevention of cancer, since anti-cancer drugs promote cancer cell necrosis. In this study, through a facile, low-cost, and solution-based method, we develop and synthesize fucoidan, a natural polymer isolated from seaweed that shows anti-cancer effect, and coated it on NPs as an ideal candidate in chemo–photothermal therapy against cancer cells. Fucoidan-coated copper sulfide nanoparticles (F-CuS) act not only as a nanocarrier to enhance the intracellular delivery of fucoidan, but also as a photothermal agent to effectively ablate different cancer cells (e.g., HeLa, A549, and K562), both in vitro and in vivo, with the induction of apoptosis under 808 nm diode laser irradiation. These results guarantee the potential usage of F-CuS in treating human cancer.