본 프로토콜은 마우스 모발 재생 모델에서의 경피 약물 전달을 위한 3BDO 함유 용해성 마이크로니들 패치의 제작, 특성 분석 및 적용 방법을 설명합니다.
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방법 논문
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본 프로토콜은 마우스 모발 재생 모델에서의 경피 약물 전달을 위한 3BDO 함유 용해성 마이크로니들 패치의 제작, 특성 분석 및 적용 방법을 설명합니다.
안드로겐성 탈모증(AGA)에 대한 기존 치료법에는 한계가 있어 대안적인 전달 방식에 대한 연구가 추진되고 있습니다. 본 프로토콜에서는 C57BL/6 마우스 모발 재생 모델을 대상으로 3BDO가 탑재된 히알루론산/키토산(HA/CS) 용해성 마이크로니들(MN) 패치의 제작, 특성 분석 및 적용 방법을 설명합니다. 이 방법은 폴리디메틸실록산(PDMS) 몰드에서 2단계 성형 공정을 사용하여, 약물이 없는 HA/CS 지지층을 형성하는 동시에 니들 팁에 3BDO를 농축시킵니다. 패치는 주사전자현미경(SEM) 이미지 촬영, 기계적 테스트, 피부 삽입 및 용해 테스트, in vitro 방출 테스트, 항균 분석, 세포독성 테스트 및 in vivo 모발 재생 평가를 통해 특성을 분석합니다. 삽입 시 MN 팁이 용해되면서 3BDO를 국소적으로 방출합니다. In vivo 평가 결과, 3BDO 탑재 MN 그룹이 피하 주사 및 대조군보다 더 균일한 모발 재생을 보였습니다. 또한 본 프로토콜은 패치의 형태, 삽입 성능 및 국소 생체 적합성 평가를 지원합니다. 이 방법은 모발 재생 응용을 위한 3BDO의 MN 매개 전달을 평가하는 전임상 워크플로우를 제공합니다.
안드로젠성 탈모증(AGA)은 가장 흔한 임상적 탈모 질환 중 하나로, 주로 두피 모발의 점진적인 가늘어짐과 탈락을 특징으로 합니다. 남성들 사이에서 평생 유병률이 지속적으로 높게 나타나며, 이는 시급한 해결이 필요한 중요한 건강 문제입니다1,2. 현재 AGA의 임상적 치료는 주로 약물적 중재와 외과적 이식으로 분류되나, 두 방법 모두 상당한 단점이 있습니다. 피나스테리드 및 미녹시딜과 같은 1차 치료제는 어느 정도의 치료 효과를 보이지만, 성기능 장애, 두피 가려움증 및 두피 건조증과 같은 명확한 부작용을 동반합니다1,3. 모발 이식은 국소적인 모발 재생을 달성할 수 있지만, 높은 치료 비용, 공여 부위의 불충분한 모발 양, 그리고 변동성이 큰 이식 생존율로 인해 제한적이며, 이로 인해 임상 현장에서 널리 보급되기 어렵습니다1. 이러한 한계로 인해 효과, 안전성 및 환자 순응도를 결합한 새로운 치료 전략이 필요합니다.
3BDO는 rapamycin과 경쟁하는 저분자 mTOR 활성제입니다4. 이는 다양한 시스템에서 오토파지 억제제로 널리 사용되어 왔습니다5,6,7. 예를 들어, 3BDO를 장기간 처리하면 오토파고좀의 수를 감소시켜 기억 기능을 개선할 수 있습니다8. 또한, 3BDO가 mTOR 활성제로서 독립적으로 작용할 수 있다는 증거들이 축적되고 있습니다. 일례로, 3BDO는 mTOR 활성과 관계없이 마우스의 혈관 내피세포 사멸과 죽상동맥경화증 진행을 저해했습니다9. 하지만 모낭 성장에 있어 3BDO의 잠재적 역할은 보고된 바 없습니다. 특히, 본 연구진의 예비 연구에서 3BDO가 모발 재성장을 촉진하는 것으로 나타났습니다. 그러나 전통적인 국소 약물 전달 방법에는 명백한 한계가 있습니다. 피부의 각질층은 경피 효율을 제한하여 진피 내 모낭 표적 부위로 약물을 전달하는 것을 어렵게 만듭니다. 경피 젤은 약물의 체류 시간을 연장할 수 있지만, 원치 않는 잔여물을 남길 수 있습니다. 위에서 언급한 두 치료 전략 모두 임상적 효능이 여전히 최적화되지 않은 상태입니다10,11.
마이크로니들(MNs)은 각질층을 쉽게 투과하여 표피와 진피의 접합부인 모낭 주변 미세환경에 약물을 정확하게 전달할 수 있다는 점이 핵심 장점인 새로운 무통 약물 전달 기술입니다. 또한, MNs는 사용이 편리하고 침습성이 낮으며 비용이 합리적이라는 특징이 있습니다12,13,14. 국소 도포용 3BDO의 경피 전달 병목 현상을 해결하기 위해, 히알루론산(HA)을 매트릭스로, 키토산(CS)을 기능성 성분으로 사용하는 MN 패치가 개발되었습니다. CS의 함유는 항균 잠재력을 가진 기능성 성분을 제공하기 위한 것입니다. 더욱이, 탈모가 있는 생쥐 피부에 HA를 적용하면 모낭 발달을 유의미하게 자극할 수 있습니다15. 따라서 본 프로토콜에서는 3BDO가 탑재된 용해성 MN 시스템의 제작 및 특성 분석과, 제모된 C57BL/6 생쥐 모발 재생 모델에서의 적용 방법을 설명합니다. 이 모델은 제모 후의 모발 재생 반응을 평가하는 데 유용하지만, 그 자체로 AGA에 대한 임상적 효능을 입증하는 것은 아닙니다.
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본 연구는 산동제일 의과대학교(Shandong First Medical University) 동물윤리위원회의 승인을 받았습니다. & 산동 의과과학원(Shandong Academy of Medical Sciences)(W202112030345). 모든 방법은 관련 가이드라인 및 규정을 준수하여 수행되었습니다.
1. 3BDO@MN 패치의 제작
2. 3BDO@MN 패치의 특성 분석
3. 동물 실험
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본 프로토콜에서는 3BDO@MN 패치의 제작 및 특성 분석 방법을 제시합니다. 그림 1 은 3BDO@MN 패치의 제작 공정 개요도를 보여줍니다. 3BDO를 CS/HA 포뮬레이션에 혼합한 후, 이 매트릭스 혼합물을 PDMS MN 몰드에 넣고 원심분리하여 바늘 끝부분을 채웠습니다. 3BDO가 포함되지 않은 CS/HA 매트릭스 혼합물을 몰드 표면에 추가하고 원심분리하여 지지층을 채웠습니다. 완전히 건조시킨 후, 패치를 떼어내어 3BDO@MN 패치를 얻었습니다. 그림 2A에서 보는 바와 같이, SEM을 통해 MN의 형태를 분석하였습니다.
원뿔형 마이크로니들은 15 × 15 mm 패치 위에 20 × 20 배열로 균일하게 형성되었으며, 각각의 바닥 너비는 250 µm 및 높이는 600 µmMN 팁은 1.2 N의 힘을 견뎠으며, 이는 피부 투과에 충분한 수...
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현재 AGA의 임상 치료는 주로 약물학적 중재와 수술적 이식으로 분류됩니다. 본 연구에서는 3BDO가 적재된 MNs가 C57BL/6 마우스 모델에서 모발 재생을 촉진했습니다. 그러나 기존의 약물 전달 방법은 약물의 불균일한 분포와 같은 한계가 있습니다. 본 연구의 핵심 프로토콜은 3BDO 적재 MNs를 제조하기 위한 2단계 방법입니다. HA와 CS는 MNs의 주요 성분입니다. MNs의 품질을 보장하기 위해 몇 가지 중요한 단계에서 주의가 필요합니다.
첫째, 폴리머 용액 내에 기포가 갇히는 것을 방지하기 위해, 원심 분리 중 용매 증발 속도를 늦추고자 사전 냉각된 몰드를 사용하였습니다. 둘째, 건조 조건은 팁의 취성과 배킹층의 무결성에 직접적인 영향을 미칩니다. 습도가 제어된 36 °C에서 16 h 동안 건조하여 배킹층의 유연성을 유지하면서 과건조를 방지함으로써, 팁이 충분한 기계적 강도를 갖도록 하였습니다. 셋째, 134 × g의 속도로 5 min 동안 원심 분리...
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저자들은 선언할 이해상충 관계가 없습니다.
본 연구는 중국 국가자연과학재단(82273554), 산둥성 의료 및 보건 과학 기술 발전 프로젝트(No.202304030716), 중국 국가 대학생 혁신 및 창업 훈련 프로그램(No. 202410439001) 및 타이안 과학 기술 혁신 발전 프로젝트(No. 2023NS232)의 지원을 받았습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 3BDO | Yuanye Bio-Technology Co., 중국 상하이 | 890405-51-3 | 3BDO가 탑재된 CS/HA 제형의 제조 |
| 6-웰 플레이트 | Corning Incorporated, USA | 참조 3516 | 항균 분석 및 인비트로(in vitro) 약물 방출 분석 |
| 75% 에탄올 | Shandong Lircon Medical Technology Co., Ltd. | 1202050004 | 소독 |
| 96-웰 플레이트 | Corning Incorporated, USA | REF3599 | 세포 독성 평가 및 항균 분석 |
| C57BL/6 마우스 | Charles River Laboratories | 7주 | 동물 실험 |
| 세포 계수 키트-8 (CCK-8) | Dojindo, 일본 | CK04 | 세포독성 평가 |
| 원심분리기 | Thermo Fisher Scientific | 75007204 | 제형 원심분리기 |
| 키토산 (CS) | Shanghai Macklin Biochemical Co., Ltd. | 9012-76-4 | CS/HA 제형 준비 |
| 제모 크림 | Veet | 3059944023307 | 제모 |
| 디메틸설폭사이드(DMSO) | Shanghai Macklin Biochemical Co.,Ltd | 67-68-5 | 3BDO가 함유된 CS/HA 제형의 제조 |
| 전자저울 | Radwag | AS 220.R2 | 분말 무게 측정 |
| 에스케리키아 콜라이 (Escherichia coli) | ATCC | / | 항균 분석 |
| 히알루론산(HA) 분말 | Bloomage Biotechnology Co. 중국 | 9067-32-7 | CS/HA 제형 준비 |
| ImageJ 소프트웨어 | 미국 국립보건원 | / | 통계 분석 |
| 배양 진탕기 | Thermo Scientific | 50163013 | 박테리아 배양 |
| 이소플루레인 기화기 | 유전자&I | AMS | 동물 마취 |
| LB 배지 | Sigma Life Science | L3022 | 항균 분석 |
| 자기 교반기 | Hangzhou MiuLab Instrument Co., Ltd. | SP-16 | 제형 교반 |
| Multiskan SkyHigh 마이크로플레이트 분광광도계 | Thermo Fisher Scientific | / | OD 측정 |
| 오븐 | 상하이 후이타이 계기 제조 유한공사(Shanghai Huitai Instrument Manufacturing Co.,Ltd) | DHG-9260A | 마이크로니들 건조 |
| Parafilm M | Amcor | PM-996 | 마이크로니들 밀봉 |
| 인산 완충 용액 (PBS) | Biosharp | BL302A | 인 비트로(in vitro) 약물 방출 분석 |
| 황색포도상구균 (S. aureus) | ATCC | / | 항균 분석 |
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