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한빛사논문

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방승환
방승환Seunghwan Bang

한국과학기술연구원(KIST), UST

ACS Nano, Feb 28 2025, | https://doi.org/10.1021/acsnano.4c16629 Exosome-Inspired Lipid Nanoparticles for Enhanced Tissue Penetration
Seunghwan Bang 1,2, Byeongmin Park 3, Jae Chul Park 2, Harin Jin 1,2, Ji Sung Shim 4, Jahyun Koo 5, Kwan Hyi Lee 1,2,6, Man Kyu Shim 1,3, Hojun Kim 1,2

1Division of Bio-Medical Science & Technology, KIST school, University of Science and Technology, Seoul 02792, Republic of Korea.
2Center for Advanced Biomolecular Recognition, Korea Institute of Science and Technology (KIST), Seoul 02792, Republic of Korea.
3Medicinal Materials Research Center, Biomedical Research Division, Korea Institute of Science and Technology (KIST), Seoul 02792, Republic of Korea.
4Department of Urology, College of Medicine, Korea University, Seoul 02841, Republic of Korea.
5School of Biomedical Engineering, Korea University, Seoul 02841, Republic of Korea.
6KU-KIST Graduate School of Converging Science and Technology, Korea University, Seoul 02841, Republic of Korea.

S.B. and B.P. contributed equally.
Corresponding Authors : Kwan Hyi Lee, Man Kyu Shim, Hojun Kim

Abstract

The extracellular matrix (ECM) is a complex network of biomolecules with varying pore sizes, posing a challenge for the effective penetration of lipid nanoparticles. In contrast, cell-derived lipid nanoparticles, such as exosomes, have demonstrated the ability to travel to distant organs, indicating their capacity to penetrate the ECM. Here, we designed exosome-like vesicles (ELVs) inspired by exosomes' distinct transport phenomena. Specifically, we integrated three exosomal components (anionic lipid, cholesterol, and aquaporin-1) associated with transport into our ELVs to mimic the superior diffusion behavior of exosomes over synthetic lipid nanoparticles. Surprisingly, both bulk- and single-particle-diffusion studies revealed a more than 33 times increase in the effective diffusion coefficient within model ECM compared to conventional lipid nanoparticles. Furthermore, ELVs show an 80% increase in the effective diffusion coefficient within biological tissues. The excellent transport behavior of ELVs was further validated in vivo, where intratumoral injection showcased their superior transport. These findings provide insights into lipid nanoparticle design for improved tissue penetration.

논문정보

관련 인터뷰

고형암이나 뇌종양과 같은 질병에서 가장 큰 치료 난제 중 하나는 약물 전달체가 병변 부위의 세포외기질(extracellular matrix, ECM)을 충분히 통과하지 못해 약물이 효과적으로 전달되지 않는다는 점입니다. ECM은 다양한 생체 분자가 복잡하게 얽혀 있으며, 특히 밀도가 높고 치밀한 구조로 되어 있어 약물 전달체가 조직 깊숙이 침투하지 못하는 경우가 많습니다. 이는 치료제가 불균질하게 분포하거나 효과적인 치료 농도에 도달하지 못하는 문제를 야기해 결국 치료 효능을 떨어뜨리고 부작용을 증가시키는 주요 원인이 됩니다.
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  • 방승환(한국과학기술연구원(KIST), UST)

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  • Bio통신원
  • 2025. 03. 26
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