Gold nanoparticles targeted to tumor-associated macrophages in combination with radiotherapy enhance antitumor effect of radiotherapy

Abstract

배경: 종양관련대식세포와 악성종양의 높은 연관성이 밝혀지면서 종 양관련대식세포는 진단/예후의 생체표지자와 치료 표적으로 활용되고 있다. 종양관련대식세포는 종양미세환경에 따라 M1 형질과 M2 형질 이 서로 다른 비율로 존재한다. M2 형질 종양관련대식세포는 종양미 세환경에서 종양의 성장과 전이를 유도하며, M2 형질의 수가 많을수 록 예후가 나쁜 것으로 알려져 있다. 목적: 본 연구는 M2 형질 종양관련대식세포를 표적하는 gold nanoparticle 과 방사선치료 병용요법이 종양관련대식세포에 미치는 영향을 확인하 고, 나아가 병용요법이 기존 방사선치료의 종양억제효과를 증대 시킬 수 있는지 확인하고자 하였다. 방법: M2 형질 종양관련대식세포를 표적하기 위해 CD-163 항체 결합 gold nanoparticle을 제작하였다. gold nanoparticle과 방사선치료의 병 용요법 시행 후 세포와 동물모델에서 대식세포의 분화를 확인하였고, 종양억제효과 비교를 위해 종양성장지연 분석을 시행하였다. 결과: 면역형광염색과 전자현미경을 이용하여 식작용된 gold nanoparticle 을 확인하였고, M1 형질보다 M2 형질 종양관련대식세포 내부에서 유 의하게 많은 gold nanoparticle이 관찰되었다. 종양성장지연분석 상, 병용치료 시행군에서 방사선치료 단독시행군보다 지속적이며, 높은 종양성장억제효과를 보였다. 동물모델에서 병용요법 후 면역화학염색 을 시행했을 때, 종양내 M1 형질 종양관련대식세포 증가와 M2 형질 의 감소를 보였고, mRNA를 확인했을 때에도 M2 형질의 표지자인 Arg1이 감소하고, M1 형질의 표지자인 iNOS, TNFα는 증가했다. 종 양세포와 공생배양한 대식세포에서도 병용요법 후 유사한 mRNA 변 화가 관찰되었다. 결론: 본 연구에서는 M2 형질 종양관련대식세포를 표적하는 gold nanoparticle을 제작하여 이를 방사선치료와 병용했을 때, M2 형질을 감소시키며, 기존 방사선치료의 종양억제효과를 증대 시킬 수 있었다.

Background and purpose: Tumor-associated macrophages (TAMs) exhibit the M2 phenotype and serve as critical tumor-promoting immune cells in the tumor microenvironment. As TAMs are an important target, we examined the effect of gold nanoparticles (GNPs) with radiotherapy (RT) on M2 TAMs in tumors. Materials and methods: We synthesized CD163 antibody-conjugated GNPs (CD163-GNPs) that were specifically recognized by M2 TAMs. Bone marrow-derived macrophages and Raw 264.7 macrophages were polarized into M1 and M2 phenotypes. The effect of GNPs combined with RT was evaluated in a CT26 xenograft mouse model. Immunostaining, flow cytometry, microscopic analyses, enzyme-linked immunosorbent assay, quantitative real-time polymerase chain reaction, and tumor growth delay assay were performed following irradiation combined with GNP treatment. Results: We observed selective phagocytosis of CD163-GNPs by Raw 264.7 macrophages following M1/M2 polarization. Immunostaining analyses revealed higher numbers of CD163-GNPs taken up by M2 macrophages than M0 or M1 type. CD163-GNPs combined with RT significantly reduced tumor growth in the CT26 xenograft mouse model. Macrophages subjected to the combination treatment showed increased expression of M1 markers. Conclusion: The depletion of M2 TAMs in tumors upon combination treatment with CD163-GNPs enhances the efficiency of RT.