분자영상 및 방사화학

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  • [Biomaterials.] Helicobacter pylori-targeting multiligand photosensitizer for effective antibacterial endoscopic photodynamic therapy

    [Biomaterials.] Helicobacter pylori-targeting multiligand photosensitizer for effective antibacterial endoscopic photodynamic therapy 효과적인 항균 내시경 광역학치료를 위한 헬리코박터 파일로리 표적 멀티 리간드 감광제

    가톨릭대 / 임병남, 신희준, 임병준, 나건*

  • 출처
    Biomaterials.
  • 등재일
    2021 Apr
  • 저널이슈번호
    271:120745. doi: 10.1016/j.biomaterials.2021.120745. Epub 2021 Mar 12.
  • 내용

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    Abstract
    Helicobacter pylori (H. pylori) infection is closely associated with the development of gastric inflammatory diseases and cancer. However, the continued abuse and misuse of antibiotics has accelerated the spread of antibiotic-resistant strains, which poses a tremendous challenge for antibiotic-based H. pylori treatment. In this study, a H. pylori-targeting photodynamic therapy (PDT) system is proposed that multiple 3'-sialyllactose (3SL)-conjugated, poly-l-lysine-based photosensitizer (p3SLP). p3SLP facilitates H. pylori-targeting PDT via the specific interaction between 3SL and sialic acid-binding adhesin (SabA) in the H. pylori membrane. p3SLP can be orally administered to H. pylori infected mice and irradiated using an endoscopic laser system. The gastrointestinal pathological analysis of the H. pylori-infected mice demonstrated significant H. pylori specific antibacterial effects of PDT without side effects to normal tissue. In addition, an anti-inflammatory response was observed at the site of infection after p3SLP treatment. Consequently, this study demonstrates the superior efficacy of anti-H. pylori PDT with p3SLP in H. pylori-infected mice, and this approach shows great potential for replacing antibiotic-based therapy.

     

     

    Affiliations

    Byeong Nam Im  1 , Heejun Shin  1 , Byoungjun Lim  1 , Jonghwan Lee  1 , Kyoung Sub Kim  2 , Jae Myeong Park  3 , Kun Na  4
    1 Department of Biotechnology, The Catholic University of Korea, 43 Jibong-ro, Wonmi-gu, Bucheon-si, Gyeonggi Do, 14662, South Korea.
    2 Department of Pharmaceutics and Pharmaceutical Chemistry, University of Utah, Salt Lake City, UT, 84112, USA.
    3 Division of Gastroenterology, Department of Internal Medicine, Seoul St. Mary's Hospital, The Catholic University of Korea, Seoul, South Korea.
    4 Department of Biotechnology, The Catholic University of Korea, 43 Jibong-ro, Wonmi-gu, Bucheon-si, Gyeonggi Do, 14662, South Korea; Department of Biomedical-Chemical Engineering, The Catholic University of Korea, 43 Jibong-ro, Wonmi-gu, Bucheon-si, Gyeonggi Do, 14662, South Korea. Electronic address: kna6997@catholic.ac.kr.

  • 키워드
    Antibacterial photodynamic therapy; Endoscopic photodynamic therapy; Helicobacter pylori; Helicobacter pylori targeting treatment.
  • 연구소개
    1. 헬리코박터 파일로리균은 사람 및 동물 등의 위장에 사는 나선형의 미호기성 그람 음성균이고 1994년 세계보건기구 (WHO)에 의해 1급 발암물질로 분류되었습니다. 헬리코박터균은 가벼운 소화불량에서 급성/만성 위염, 위장 및 십이지장 내 궤양성 질환, 위점막 관련 림프조직(MALT) 림프종 까지 다양한 질환의 주요 원인으로 알려져 있습니다. 대표적인 치료법은 양성자 펌프 억제제와 항생제 2종을 복용하는 삼제요법과 비스무스(Bithmuth)도 포함하는 4제 요법 등이 실시되고 있습니다. 하지만 항생제의 지속적인 사용으로 항생제 내성균이 등장하게 되고, 기존의 항생제 기반의 제균치료법의 효율과 제균율이 감소하고 있습니다. 본 연구실에서는 항생제 기반의 치료법의 한계를 극복함과 동시에 헬리코박터균을 표적하여 장내 미생물에는 부작용을 나타내지 않는 제형을 개발하고자 하였습니다. 헬리코박터균 외막 단백질을 표적할 수 있는 리간드와 광응답제를 접합시켜 멀티리간드 구조의 광응답제를 개발하였습니다. 실험을 통하여 헬리코박터균을 효과적으로 표적하는 것을 확인 하였으며, 헬리코박터균에 감염된 생쥐에 경구투여 후 내시경을 통해 위장관 내 국소 부위에 광원을 전달하여 장 내의 헬리코박터균이 사멸되는 것을 확인하였습니다. 결과적으로 본 연구실에서 개발한 멀티리간드 구조의 광응답제가 기존 항생제 기반 요법과 유사한 제균 치료효과가 나타나는 것을 확인하였습니다. 본 연구에서 사용한 광역학 치료법은 특정 파장의 빛에 의해 활성화 되고 일항산소를 생성하여 세포막, 막단백질, 효소 등과 같은 생체 분자를 산화시켜 돌이킬 수 없는 손상을 입힙니다. 그러므로 광역학 치료는 내성을 유도할 확률이 낮을 뿐만 아니라 정상조직 및 장내 미생물에 부작용 없이 감염성 박테리아 및 내성균을 제거하는 새로운 치료법이 될 것이라 기대됩니다.
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