A study on development of triphenylphosphonium modified mesoporous silica nanoparticle for enhanced algicidal efficacy of DP92

Abstract

다공성 실리카 나노입자는 약물, DNA, si-RNA, 펩타이드와 같은 다양한 물질의 전달체로서 연구되어 왔다. 다공성 실리카는 표면에 많은 구멍이 있기 때문에 표면적이 크고, 구멍의 크기 조절이 용이하여 표면적을 쉽게 조절할 수 있다. 특히, 다공성 실리카 나노입자의 구멍 내부는 소수성 성질이 강해 소수성 약물의 가용화에 적합한 특성을 갖고 있다. 또한, 다공성 실리카 나노입자 표면은 화학적으로 수식하기에 용이하다. 트리페닐포스포늄은 친유성 양이온이며 세포 내로 약물의 전달을 촉진시킨다. 트리페닐포스포늄의 양이온 성질은 음전하를 띤 세포 표면과 상호 작용할 수 있다. 또한 미토콘드리아와도 상호작용이 가능해 세포내부로의 이행이 용이하다. 따라서 우리는 트리페닐포스포늄이 수식된 다공성 실리카 나노입자를 개발한다면 조류 세포막과 트리페닐포스포늄이 수식된 다공성 실리카 나노입자간 전하 상호 작용 및 조류 내부로의 침투 촉진 효과를 통해 약물 전달 효율을 향상 시킬 수 있을 것으로 예상하였다. 매년 발생하는 적조현상은 해양 환경과 수산업에 심각한 문제를 야기한다. 적조현상을 관리하기 위해 화학 살조제, 점토 응집제, 바이러스 또는 적조의 천적 사용과 같은 여러 방법이 사용되어 왔다. 그중 화학적 살조제가 가장 널리 사용되는 방법이다. 적조현상 문제를 해결하기 위한 살조제로 시클로 헥실-(3,4- 디클로로 벤질) 아민 (DP92)을 새로이 합성하였다. 그러나, DP92는 소수성 성질이 매우 강해 수상환경에 적용하기가 어렵다. 따라서 DP92를 가용화하여 DP92의 살조력을 개선하기 위해 DP92를 트리페닐포스포늄이 수식된 다공성 실리카 나노입자에 봉입 하였다 입자 직경, 제타 전위 및 봉입 효율과 같은 다공성 실리카 나노입자 및 트리페닐포스포늄이 수식된 다공성 실리카 나노입자의 물성평가를 진행하였다. 트리페닐포스포늄이 수식된 다공성 실리카 나노입자의 조류로의 이행을 평가하기 위해 다공성 실리카 나노입자와 트리페닐포스포늄이 수식된 다공성 실리카 나노입자를 쿠마린-6로 표지하고 조류의 형광 흡광도 분석과 조류 주변의 형광 현미경 관찰을 진행하였다. 살조력을 평가하기 위해, 조류에 DP92가 봉입된 다공성 실리카 나노입자와 트리페닐포스포늄이 수식된 다공성 실리카 나노입자를 가하고 살조력을 평가하였으며, IC50 값으로 계산하여 살조력을 나타내었다. 마지막으로 DP92의 조류내부로의 침투 효율을 측정하여, TPP-MSNP군에서 살조효과 증가가 약물의 조류내부로의 침투 증가로 인한 것임을 확인하였다. 본 연구를 통해 경제적이며 상용화가 가능한DP92의 약물 전달 시스템을 개발 하였으며, 다양한 난용성 약물에 응용이 가능하리라 생각된다. |Mesoporous silica nanoparticle (MSNP) has been studied for delivery of various materials such as drugs, DNA, si-RNA, peptides. MSNP has large surface area because of a lot of pores on the surface of MSNP and surface area can be easily adjusted by control of size of the pores. Particularly, the pore is hydrophobic and is suitable for entrapment of hydrophobic drug. MSNP is a material suitable for the solubilization of hydrophobic drugs. Furthermore, MSNP surface is easy to chemically formulate. Triphenylphosphonium (TPP) is lipophilic cation and stimulates penetration of drugs into cells. Its cationic property can interact with cell surface that is negatively charged. Therefore, we designed MSNP modified with TPP for enhancement of drug delivery efficiency by charge interaction between TPP-MSNP and cell wall, and stimulated penetration of TPP-MSNP. Harmful algal blooms (HABs) cause critical problems in marine environment and fishery industry. To manage HABs, several methods have been used such as chemical algicides, clay flocculants, using virus or natural enemy. Chemical algicides are the most widely used method. We was synthesized cyclohexyl-(3,4-dichlorobenzyl) amine (DP92) as a algicidal agent to manage the HABs. However, it is difficult to apply DP92 to water environment due to its low solubility. Therefore, DP92 was selected as a model drug and encapsulated into TPP-MSNP for solubilization and enhanced algicidal activity. The properties of MSNP (as control) and TPP-MSNP such as particle diameter, zeta potential and encapsulation efficiency were evaluated. In order to investigate transition of TPP-MSNP into algae, MSNP and TPP-MSNP were labelled with coumarine-6 and fluorescence absorbance analysis in algae and fluorescence microscope observation around algae were performed. To evaluate the algicidal efficacy of MSNP and TPP-MSNP, IC50 of formulation on Heterosigma Akasiwo (H.A.) and Heterocapsa Circularisquama (H.C.) was evaluated. The particle diameter of MSNP and TPP-MSNP were similar around 150 nm, but zeta potential were -18 mV and +20 mV, subsequently. More than 80% of DP92 was encapsulated into MSNP and TPP-MSNP. The fluorescence microscope image showed that TPP-MSNP was observed around and inside of the algae in contrast to MSNP. Higher fluorescence absorbance was analyzed in algae treated with coumarine-6 labelled TPP-MSNP than control. At H.A, The IC50 value of TPP-MSNP was 0.04 ± 0.01 μM and that of MSNP was 0.16 ± 0.03 μM. The IC50 value of MSNP and TPP-MSNP were 7 and 1.6 times higher than IC50 of DP92 in DMSO, subsequently. At H.C, The IC50 value of TPP-MSNP was 0.29 ± 0.02 μM and that of MSNP was 0.10 ± 0.02 μM. The IC50 value of MSNP and TPP-MSNP were 19 and 6 times higher than IC50 of DP92 in DMSO, subsequently. Transition efficiencies of TPP-MSNP higher were higher than that of MSNP. The results suggest that TPP-MSNP efficiently enhanced algicidal activity of DP92 by charge interaction between TPP-MSNP and algae wall, solubilization of DP92 and stimulated penetration of DP92 into algae