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ミクロンおよびサブミクロンサイズのコアシェルキャリアのラジオラベリング戦略を研究する
Radiolabeling Strategies of Micron- and Submicron-Sized Core-Shell Carriers for Studies.
PMID: 32551479 DOI: 10.1021/acsami.0c06996.
抄録
炭酸カルシウムで作られたコアシェル粒子を生体適合性ポリマーでコーティングしたレイヤー・バイ・レイヤー法は、異なる治療用化合物を担持でき、高い生体適合性を示し、薬物放出のためのいくつかの刺激応答性メカニズムを統合することができるユニークな薬物送達プラットフォームと考えられている。しかし、このようなコアシェル粒子は、診断・治療目的での導入に先立って、物理化学的・薬物動態学的特性を総合的に評価する必要があります。陽電子放射断層撮影法（PET）は、薬物キャリアの生体内分布を評価するための先進的なイメージング技術であるが、これらのキャリアに陽電子放出体を組み込むことが必要である。本研究では、大きさの異なる炭酸カルシウムコアシェル粒子（CaCOミクロンサイズコアシェル粒子（MicCSP）とCaCOサブミクロンサイズコアシェル粒子（SubCSP））を用いて、ラットへの静脈内投与後の生体内分布を高精度に測定するための放射性標識法を初めて実証しました。そのために、陽電子エミッタ(Ga)を粒子のコアに組み込む方法(共沈法)や、シェル表面にポジトロンエミッタ(Ga)を組み込む方法(レイヤーコーティング法や吸着法)が開発されてきました。得られたデータによると、Gaの放射化学的結合と安定性は使用する放射性標識法に強く依存しており、共沈法はヒト血清中で最も優れた放射化学的安定性を示した(コア-シェル粒子のいずれのタイプでも96-98.5%)。最後に、我々は、イメージング技術、PET、コンピュータ断層撮影法（CT）、および各臓器の放射線測定を組み合わせて、特定の臓器への取り込みに対するコアシェル粒子の分布のサイズ依存性の効果を実証した。このように、本研究で得られた知見は、CaCO放射性同位体標識コアシェル粒子の臨床応用に向けた新たな展望を拓くものである。
Core-shell particles made of calcium carbonate and coated with biocompatible polymers using the Layer-by-Layer technique can be considered as a unique drug-delivery platform that enables us to load different therapeutic compounds, exhibits a high biocompatibility, and can integrate several stimuli-responsive mechanisms for drug release. However, before implementation for diagnostic or therapeutic purposes, such core-shell particles require a comprehensive evaluation in terms of physicochemical and pharmacokinetic properties. Positron emission tomography (PET) is an advanced imaging technique for the evaluation of biodistribution of drug carriers; nevertheless, an incorporation of positron emitters in these carriers is needed. Here, for the first time, we demonstrate the radiolabeling approaches of calcium carbonate core-shell particles with different sizes (CaCO micron-sized core-shell particles (MicCSPs) and CaCO submicron-sized core-shell particles (SubCSPs)) to precisely determine their biodistribution after intravenous administration in rats. For this, several methods of radiolabeling have been developed, where the positron emitter (Ga) was incorporated into the particle's core (co-precipitation approach) or onto the surface of the shell (either layer coating or adsorption approaches). According to the obtained data, radiochemical bounding and stability of Ga strongly depend on the used radiolabeling approach, and the co-precipitation method has shown the best radiochemical stability in human serum (96-98.5% for both types of core-shell particles). Finally, we demonstrate the size-dependent effect of core-shell particles' distribution on the specific organ uptake, using a combination of imaging techniques, PET, and computerized tomography (CT), as well as radiometry of separate organs. Thus, our findings open up new perspectives of CaCO-radiolabeled core-shell particles for their further implementation into clinical practice.