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연구과제 상세정보 - 과제명, 과제번호, 종료년도, 연구기관, 사업명, 연구책임자, 총 연구기간 안내
과제명	항암제 저항성 종양 치료를 위한 광역학 치료의 적용	과제번호	HI09C0454
종료년도	2011	연구기관	조선대학교 산학협력단
사업명	보건의료기술연구개발	연구책임자	강건욱
총 연구기간	2009-05-01 ~ 2011-03-31

연구요약

연구과제 상세정보 - 국문요약, 영문 요약 안내
국문요약	Ⅰ. 연구개발의 목적 및 필요성 - 고형암의 경우 제거수술이 1차 치료방법이나, 전이나 미세전이시 외과수술이 불가능함. 이 경우, 항암제 투여나 방사선 조사만이 유일한 치료방법이 됨. 그러나 선천적 또는 약물의 반복투여에 의하여 항암제 저항성이 형성 가능하며, 이는 종양치료분야의 가장 큰 난제로 인식되고 있음. - 광역학 치료는 광민감제를 체내에 주사하고 질병 부위에 특별한 파장을 갖는 레이저 빛을 조사하여 종양을 치료하는 방법임. 광민감제가 질병조직에 선택적으로 축적된 후 레이저에 의해 활성화되면서 산소와 결합하여 화학적으로 반응성이 매우 높은 단일항산소를 발생시켜 암 세포를 파괴시키는 원리임. - 비록 광역학 치료가 대부분의 종양치료에 성공적으로 적용되고 있으나, 항암제 저항성 종양치료에 유용한 지는 아직까지 명확하게 규명되지 않음. 본 연구에서는 기원이 다른 5종의 항암제저항성 암세포에서 광역학요법(photodynamic therapy)의 적용이 종양형성능 및 증식을 억제하는 지를 평가함. 따라서, 다양한 항암제저항성 종양세포와 우수한 광과민제를 이용하는 본 연구의 의미는 매우 크다고 할 수 있음. Ⅱ. 연구개발의 내용 및 범위 - 본 연구개발의 최종 목표는 약물의 장기노출 및 ABC transporter 과다발현에 기인하는 다양한 종류의 항암제 저항성 암세포의 종양형성능 및 저항성을 광역학 치료 (PDT) 에 의하여 억제할 수 있는 지를 평가하는 것임. 이를 위하여 1) 항암제 장기 처치에 의한 저항성 세포로서 타목시펜저항성 유방암 세포 (TAMR-MCF-7) 세포와 시스프라틴 처치 위암세포를 활용하여 PDT에 의한 세포사멸촉진 및 종양형성 억제능을 정상암세포와 비교/평가하며, 그 기전을 연구함. 2) P-glycoprotein 과다발현 저항성 세포로서 독소루비신 저항성 MCF-7/ADR 세포 및 AML-Dx100 leukemia 세포에서 PDT에 의한 세포사멸촉진 및 종양형성 억제능을 정상세포와 비교/평가하며, 그 기전을 연구함. 마우스 allograft 실험을 위하여 5-fluorouracil (5-FU) 저항성 AT-84 구강편평암세포를 활용함. III. 연구결과 1) 타목시펜 및 독소루비신 (아드리아마이신) 저항성 유방암세포 - 세포사멸시험 결과, MCF-7 유방암세포에 비하여 타목시펜저항성 유방암세포 (TAMR-MCF-7 cell)의 경우, ALA-hx PDT 요법의 효능이 우수하지 않은 것으로 나타남. 그러나, 아드리아마이신 저항성 유방암세포 (MCF-7/ADR)의 경우, 저농도의 ALA-hx 처치시에도 매우 높은 PDT 세포사멸 활성이 관찰되었으며, Flow cytometry assay, Caspase-3 활성 및 PARP cleavage 분석 결과, apoptosis가 세포사멸에 관여함을 확인함. - 면역결핍마우스의 경우, PDT 적용시 감염문제로 유정란을 이용한 CAM assay로 in vivo 효능을 평가함. MCF-7/ADR 세포 이식 CAM에서 암조직의 침윤 및 증식이 ALA hx PDT로 효과적으로 억제됨. - 민감한 PDT 반응성은 a) Nrf2 매개성 항산화효소 발현 시스템의 억제와 b) PPOX 및 CPOX 발현증가에 의한 protoporphyrin IX의 생성 증가가 관여함. 2) 씨스플라틴 저항성 위암세포 - 세포사멸시험 결과, SNU-601 정상위암세포에 비하여 씨스플라틴저항성 위암세포 (SNU-601/Cis2 및 Cis10)의 경우, Pa PDT 요법의 세포사멸 효능이 현저하게 높게 나타남. DAPI 염색, 세포주기 관련 단백질 발현, apoptosis 관련 단백질 발현실험 결과, 이는 세포주기 진행 억제 및 세포자가사멸과정이 관여함을 입증함. - SNU-601/Cis-2 세포의 민감한 PDT 반응성의 경우도, Nrf2 매개성 항산화효소 발현 시스템의 억제가 관여함을 입증함 3) 독소루비신 저항성 leukemia 세포 및 5-FU 저항성 구강편평암세포 - 세포사멸시험 결과, 고형암세포에 비하여 독소루비신저항성 leukemia 세포 (AML-Dx100)의 경우, PDT 반응성이 매우 낮게 나타남. - 마우스 기원 5-FU 저항성 구강편평암세포인 AT-84의 경우, Pa PDT 적용시 저농도에서 우수한 반응성이 관찰되었으며, 마우스 동종이식 모델에서 종양의 증식이 Pa PDT 처치로 효과적으로 억제됨을 확인함. IV. 활용방안 - 본 연구에서 PDT를 활용하여 일부 항암제 저항성 종양의 치료효과를 관찰하였으므로 악성종양 치료제 개발을 위한 광 민감제 핵심 moiety 발굴에 일조할 것임. 본 실험에 이용한 in vitro/in vivo 연구모델을 이용하여 동물실험 후 clinical trial전에 효과를 확인함으로서 현재 많이 연구되고 있는 다양한 유형의 광민감제와 광원에 대한 연구가 용이해짐. - 본 연구결과에서 확인된 광역학 치료 후 다양한 병리인자들(항산화효소계, PpIX 등)의 변화를 항암제저항성 종양 환자에게 적용하여 종양 진행의 biomarker로 활용 또는 예방표적 발굴에 기여할 수 있음.
영문요약	Project aim of this study is to elucidate effectiveness of photodynamic therapy (PDT) on tumorigenesis and proliferation of chemotherapy-resistant cancer cells. To achieve these purposes, the following experiments were performed. 1) Tamoxifen and adriamycin-resistant breast cancer cells - Cell viability studies showed that tamoxifen-resistant breast cancer cells (TAMR-MCF-7 cells) was not sensitive to ALA-hx PDT compared to wild type MCF-7 cells. However, ALA-hx in even low concentration ranges of ALA-hx efficiently caused cell death in adriamycin-resistant breast cancer cells (MCF-7/ADR) cells. Flow cytometry, Caspase-3 activity and PARP cleavage analyses confirmed that apoptosis was involved in cell death in response to ALA-hx PDT. - We used CAM assay as in vivo efficacy test, since immune-deficient nude mice could be infected during PDT exposure. Invasiveness and proliferation of MCF-7/ADR cancer growth in CAM was inhibited by ALA-hx PDT. - The higher sensitivity of MCF-7/ADR cells to PDT may result from 1) blocking of Nrf2-mediated anti-oxidant enzyme expression or b) enhancement of protoporphyrin IX synthesis via PPOX and CPOX up-regulation. 2) Cisplatin-resistant gastric cancer - Cisplatin-resistant gastric cancer cells (SNU-601/Cis2 and Cis10) was more sensitive to Pa PDT compared to wild type SNU-601 cells. This phenomena was related with blocking of cell cycle progression and apoptosis effect evidenced by both DAPI staining and expression results of cell cycle regulating proteins/proapoptotic proetins. - The higher sensitivity of SNU-601/Cis2 cells to PDT might be due to suppression of Nrf2-mediated anti-oxidant enzyme expression. 3) Doxorubicin-resistant leukemia and 5-FU-resistant oral squamous cancer cells - Cytotoxicity analyses revealed that doxorubicin-resistant leukemia cells (AML-Dx100) showed very low responsiveness to PDT. - Mouse-derived and 5-FU-resistant oral squamous cancer cell line, AT-84 cells was highly sensitive to low concentrations of Pa PDT and Allograft study using C3H mice showed that implanted tumor growth was inhibited by Pa PDT. - Since our research found that several chemo-resistant cancer cells are responsible to PDT, key moiety identification could be possible for the development of new photosensitizer development. In vitro/in vivo approaches used in this study would be helpful for the studies of diverse photosensitizers and light sources.

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