Effects of noble metal nanoparticles entrapped in liposome on the fluidity of lipid membrane

Abstract

리포솜은 양친매성 지질 이중막으로 내부 중심의 수상과 외부 수상이 분리되는 폐쇄 소포체이다. 일반적으로, 인지질로 이루어지는 리포솜은 친수성인 극성 머리 그룹이 수상 부분을 향해 밖으로 배열되고, 소수성인 비극성 사슬 그룹이 수상과 반대 부분을 향해 안쪽으로 배열된다. 리포솜은 그 구조와 기능이 생체막과 유사한 점에서, 지난 수세기 동안 이상적 약물 전달체로 연구 되고 있다. 한편, 귀금속 나노 입자들은 다양한 분야에서 관심을 받고 있는데, 최근, 식품, 약품, 화장품 산업에서의 이용이 증가 하고 있다. 그 중, 백금, 금, 은 나노 입자들은, 항암, 항산화, 항생, 살균에 효과가 있는 것으로 보고되었고, 한국, 미국, 일본 식약청 승인을 받았다. 그리고, 이들 입자들이 세포로 투과하기 위해서 가장 효과적인 형태는 미세 이온 입자의 형태가 아니라 콜로이드 상태임이 보고되었다. 이러한 여러 귀금속 입자들이 항암제, 화장품, 세정제, 음료, 식품 등으로 상품화가 급증 되고 있음에도 불구하고, 이들의 기초적인 물리 화학적 연구에 대한 보고는 거의 이루어 지지 않고 있다. 이에 본 논문은, 귀금속 입자들을 리포솜에 로딩시키는 조제법을 개발하여, 이들의 물리적 화학적 물성을 분석하는 것을 목표로 하였다. 본 논문에서는, 톨루엔에 분산된 은 나노 입자, 톨루엔에 분산된 금 나노 입자, 물에 분산된 금 나노입자, 물에 분산된 백금 나노 입자를 수화 방법을 사용하여 간단하게 각각 DPPC 리포솜에 로딩 시켰다. 본 조제 과정 중에 사용되는 유기용매는 기체질량 분석기로 잔존 여부를 확인하였고, 귀금속 입자가 로딩된 리포솜의 형태는 광학현미경으로 관찰하였다. 백금, 금, 은 입자가 각각 로딩된 리포솜의 물성은 전자 현미경, 고전압 전자 현미경, 원소 분석기, 추가 원소 인덱싱 스펙트럼으로 분석되었다. 그 결과, 귀금속 나노 입자들이 DPPC 리포솜 내부 및 경계 부분에 로딩된 것을 확인할 수 있었다. 소수성 분산제로 안정화된 은, 금 나노 입자는 리포솜의 내부에 로딩되는 경향을 보였고, 친수성 분산제로 안정화된 백금, 금 나노 입자는 리포솜의 경계면과 리포솜 외부에 로딩되는 경향을 나타내었다. 한편, 리피드 이중막의 유동성과 구조는 세포와 관련된 기능에 중요한 정보를 주기 때문에, 생리화학적 및 생리물리학적 연구에서 중요한 과제이다. 막의 특정 부위에 분자를 삽입하여, 그 부분의 구조와 유동성을 온도에 따른 분자 운동성의 변화로 모니터 할 수 있으며, 이것을 이용하여 이중막의 유동성을 알 수 있다. 본 논문에서는, 리피드 이중막에, ANS (8-anilino-1-naphthalene sulfonate ammonium salt) 를 이중막의 극성 부분에, DPH (1,6-diphenyl-1, 3, 5-hexatriene) 를 이중막의 내부 중심 부분에 삽입시켜 각 프로브의 운동성을 형광 비등방 분석기로 측정하였다. 그 결과, 소수성 은과 금이 로딩된 리포솜 에서는, 이중막의 소수성 내부 중심과 친수성 극성 부분의 유동성 모두 감소하는 결과를 보였고, 친수성 금과 백금이 로딩된 리포솜 에서는, 적은 양을 로딩 하면, 이중막의 내부 중심의 유동성이 증가되고, 많은 양을 로딩 하면, 이중막의 극성 부분의 유동성이 증가되었다. 본 논문은 귀금속 나노 입자를 로딩하는 유사 시스템과 향후의 응용에 이용될 수 있는 자료이다.; Liposomes are tiny spherules containing concentric aqueous compartments separated from the external aqueous environment, by closed bilayers of amphipathic lipids. In general, phospholipids are orientated like biomembranes with hydrophilic groups facing outwards into the aqueous compartments and hydrophobic segments facing inwards out of contact with water. Because liposomes have the functions and the structures similar to the biomembranes, they have been used for the ideal drug carrier. While, noble metal nanoparticles recently attracted attentions in the fields of food, drug, and cosmetic industries, and they have been applied to the cosmetics, cleansing products, medicine, beverages and gums. The platinum, gold and silver nanoparticles have been approved to be effective materials of anticancer agents, antioxidants, antibiotics and germicide by official permissions in KFDA, USFDA and JFDA. But the fundamental researches on the physical and chemical properties have been nearly not reported. To permeate noble metal nanoparticles into the cell, the most effective forms are reported to the colloidal states rather than fine ionic particles. In this thesis, silver nanoparticles dispersed in toluene, gold nanoparticles dispersed in toluene, gold nanoparticles dispersed in water and platinum nanoparticles dispersed in water were respectively loaded in the dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC) liposome. To establish simple preparation of silver, gold and platinum colloids loaded in the liposome, hydration method was applied. The prepared liposomes were examined for the complete removal of organic solvents with gas chromatography mass spectroscopy. The morphologies of each noble metal nanoparticle-loaded liposomes were investigated with high voltage electron microscopy, electron energy loss spectroscopy measurement, energy dispersive x-ray spectrometer and additional elemental indexing spectrum. In this thesis, it is supported that each noble metal nanoparticles were loaded in the DPPC liposomes with high amounts. The cell-related functions depend on the fluidity of the lipid bilayer. The membrane fluidity was measured by monitoring the motions of molecules of membranes. In this thesis, an amphipathic probe ‘ANS’ (8-anilino-1-naphthalene sulfonate ammonium salt) was inserted in the polar head region of the bilayer and the nonpolar probes ‘DPH’ (1,6-diphenyl-1, 3, 5-hexatriene) was inserted in the interior central region of the bilayer of DPPC liposome. Then, the motions of two probes ‘ANS’ and ‘DPH’ were monitored with fluorescence anisotropy spectroscopy. The results showed that the membrane fluidity of the polar region and the interior central region of the DPPC bilayer could be controlled by the loading amounts of each noble metal nanoparticles. This thesis can be used for basic information on noble metal nanoparticle-loaded system and for the future applications.