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膠芽腫治療のためのドキソルビシン負荷酸化鉄ナノ粒子：ナノ粒子の送達を強化するための組み合わせアプローチ
Doxorubicin-loaded iron oxide nanoparticles for glioblastoma therapy: a combinational approach for enhanced delivery of nanoparticles.
PMID: 32647151 DOI: 10.1038/s41598-020-68017-y.
抄録
ドキソルビシン（DOX）は様々な腫瘍に対して細胞毒性を有する有効な抗がん剤であるが、多形性神経膠芽腫（GBM）に対する有効性は、血液脳関門（BBB）への浸透が不十分であるために制約を受けている。本研究では、トリメトキシシリルプロピルエチレンジアミン三酢酸（EDT）で安定化した生体適合性のある磁性酸化鉄ナノ粒子（IONP）を、GBM化学療法のためのDOX担体として開発した。DOX担持EDT-IONPs（DOX-EDT-IONPs）は4日以内にDOXを放出し、酸性環境下での放出を促進させることができた。DOX負荷EDT-IONPs（DOX-EDT-IONPs）は、マウス脳由来微小血管内皮細胞、bEnd.3、多剤耐性タンパク質1（MDCK-MDR1）をトランスフェクトしたマジンダービーイヌ腎臓、およびヒトU251 GBM細胞に効率的に取り込まれることを示した。DOX-EDT-IONPは、U251細胞におけるDOXの取り込みを2.8倍に増大させることができ、U251細胞の増殖を有意に抑制することができた。さらに、DOX-EDT-IONPsはアポトーシス誘導性のGBM細胞死（90％以上）に対しても48時間以内に有効であることが確認された。遺伝子発現研究の結果、DOX-EDT-IONPsを投与したU251細胞では、DNA修復・複製に重要な酵素であるTOP IIとKu70、MiR-155oncogeneの発現が有意に低下し、カスパーゼ3や腫瘍抑制因子であるp53、MEG3、GAS5の発現が上昇することが明らかになりました。インビトロMDCK-MDR1-GBM共培養モデルを用いて、DOX-EDT-IONPsおよびDOX処理のBBB透過性および抗腫瘍活性を評価した。DOX-EDT-IONPはDOX単独と比較してMDCK-MDR1単分子膜にわたってDOXの透過性が改善されたことを示したが、U251細胞における細胞毒性は両治療群で同様であった。カドヘリン結合ペプチド（ADTC5）を用いてタイトジャンクションを一時的に開通させることで、外部磁場と組み合わせることで、MDCK-MDR1-GBM共培養モデルにおいてDOX-EDT-IONPの透過性と細胞毒性の両方が有意に向上した。このように、DOX-EDT-IONPを用いたGBM化学療法の有効性を高めることが期待されています。一般的に、開発されたアプローチは、部位特異的な磁気標的化を行いながら、BBBと多剤耐性（MDR）の両方の神経膠腫細胞を克服することを可能にします。
Although doxorubicin (DOX) is an effective anti-cancer drug with cytotoxicity in a variety of different tumors, its effectiveness in treating glioblastoma multiforme (GBM) is constrained by insufficient penetration across the blood-brain barrier (BBB). In this study, biocompatible magnetic iron oxide nanoparticles (IONPs) stabilized with trimethoxysilylpropyl-ethylenediamine triacetic acid (EDT) were developed as a carrier of DOX for GBM chemotherapy. The DOX-loaded EDT-IONPs (DOX-EDT-IONPs) released DOX within 4 days with the capability of an accelerated release in acidic microenvironments. The DOX-loaded EDT-IONPs (DOX-EDT-IONPs) demonstrated an efficient uptake in mouse brain-derived microvessel endothelial, bEnd.3, Madin-Darby canine kidney transfected with multi-drug resistant protein 1 (MDCK-MDR1), and human U251 GBM cells. The DOX-EDT-IONPs could augment DOX's uptake in U251 cells by 2.8-fold and significantly inhibited U251 cell proliferation. Moreover, the DOX-EDT-IONPs were found to be effective in apoptotic-induced GBM cell death (over 90%) within 48 h of treatment. Gene expression studies revealed a significant downregulation of TOP II and Ku70, crucial enzymes for DNA repair and replication, as well as MiR-155 oncogene, concomitant with an upregulation of caspase 3 and tumor suppressors i.e., p53, MEG3 and GAS5, in U251 cells upon treatment with DOX-EDT-IONPs. An in vitro MDCK-MDR1-GBM co-culture model was used to assess the BBB permeability and anti-tumor activity of the DOX-EDT-IONPs and DOX treatments. While DOX-EDT-IONP showed improved permeability of DOX across MDCK-MDR1 monolayers compared to DOX alone, cytotoxicity in U251 cells was similar in both treatment groups. Using a cadherin binding peptide (ADTC5) to transiently open tight junctions, in combination with an external magnetic field, significantly enhanced both DOX-EDT-IONP permeability and cytotoxicity in the MDCK-MDR1-GBM co-culture model. Therefore, the combination of magnetic enhanced convective diffusion and the cadherin binding peptide for transiently opening the BBB tight junctions are expected to enhance the efficacy of GBM chemotherapy using the DOX-EDT-IONPs. In general, the developed approach enables the chemotherapeutic to overcome both BBB and multidrug resistance (MDR) glioma cells while providing site-specific magnetic targeting.