냉대기 플라즈마(cold atmospheric plasma, CAP)는 산화성 특성을 활용하여 다양한 의료 기기에서 사용되어 왔다. 최근의 연구들은 CAP가 표피를 통해 진피로 큰 친수성 분자의 전달을 촉진할 수 있음을 보여주었다. 반면, 저강도 CAP(low-intensity CAP, LICAP)라는 새로운 접근법이 개발되어 플라즈마 수준을 아(亞)독성 범위 내에서 조절함으로써 조직 손상 없이 여러 생물학적 이점을 나타내는 것으로 보고되었다. 그러나 아(亞)세포독성 조건에서 LICAP가 경표피 전달(transepidermal delivery, TED)을 향상시킬 수 있는지에 대한 능력은 충분히 조사되지 않았다. 본 연구의 목적은 LICAP 노출 시간의 아(亞)세포독성 범위를 규명하고, 그 범위 내에서 LICAP 처치가 경표피 약물 전달(TED)에 미치는 영향 및 기전을 인간 각질형성세포와 마우스 모델을 이용하여 조사하는 것이다. 시험관 내(in vitro) 연구에서는 LICAP 처치가 인간 각질형성세포(HaCaT)에서 반응성 종 생성, DNA 손상 및 세포독성 프로파일을 평가함으로써 검토되었다. 정해진 안전성 범위 내에서 기전 분석을 수행하여 LICAP-향상 전달 경로를 규명하였다. 타이트 정션 및 부착성(adhesens) 정션 유전자(tight and adherens junction genes)의 mRNA 발현과 단백질 수준을 정량하였고, HaCaT 단층(monolayer)의 초미세 형태 변화(ultramicroscopic morphology)를 조사하였다. 또한 형광 이소티오시안산염(fluorescein isothiocyanate, FITC)-덱스트란의 세포 내 전달도 평가하였다. 생체 내(in vivo) 연구에서는 LICAP 처리 마우스 등 피부에서 인간 표피 성장인자(human epidermal growth factor, hEGF)의 경표피 전달(TED) 및 E-cadherin 발현을 분석하였다. 세포 생존율을 70% 감소시키는 상한 안전 노출 시간(IC70 또는 LD30)은 34.3 s로 추정되었다. 안전 범위 내에서 LICAP 처치는 HaCaT 세포에서 다수의 타이트 정션 및 부착성 정션 유전자를 하향 조절하였다. 시험관 내 결과와 일관되게, 표피의 E-cadherin 발현은 감소하였고, LICAP 처리 마우스 피부의 진피에서 hEGF가 침윤(infiltration)되었다. LICAP 처치 직후 HaCaT 세포 단층에서 세포간 균열(intercellular clefts)이 관찰되었으며, LICAP 노출 후 FITC-덱스트란의 세포 내 전달이 확인되었다. 본 연구는 LICAP 처치가 hEGF의 경표피 투과(transepidermal permeation)를 향상시키며, 이는 명백히 세포간(paracellular) 경로와 세포내(transcellular) 경로 모두를 통해 이루어지는 것으로 보인다는 점을 입증하였다. 본 연구 조건에서 LICAP 처치는 시험관 내에서 낮은 안전성 우려로 TED를 촉진하기 위한 새로운 접근법일 가능성이 있다. 임상적 평가를 위해서는 추가적인 전환 연구(translational studies)가 필요하다.

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