Gene delivery technology is one of the useful methods for treating diseases and can be used to deliver therapeutic genes specifically to target sites to treat genetic diseases. Nanoparticles composed of lipids and macromolecules, which are used as gene delivery vehicles, can be composed of various compounds according to the application, and have the advantage that their physical and chemical properties can be engineered according to the tissue environment. Polyamidoamine (PAMAM) dendrimer is a representative gene delivery polymeric carrier. It consists of a dendritic chemical structure with multivalent peripheral primary amine groups that can be conjugated with various functional moieties such as drugs, targeting compounds, peptides, and fluorescence probes. In this study, we synthesized a cystamine core PAMAM dendrimer derivative by conjugating with Arg-His dipeptide (R-H) via an enzyme cleavable peptide sequence (Gly-Phe-Leu-Gly, GFLG), and evaluated its characteristics as a polymeric gene carrier. The cystamine core PAMAM dendrimer generation 3 (cPAMAM G3) was responsive to intracellular bioreducing condition. The multivalent RHGFLG peptides were introduced on the surface of cPAMAM to enhance its intracellular entry and enzyme-sensitive degradation inside cells. R-H-GFLG-cG3 PAMAM showed high transfection efficiency and low cytotoxicity in HepG2 and SW480 cells. The results show that R-H-GFLG-cG3 holds a potential to be used as a gene delivery carrier for specific cancer cells.

유전자 전달 기술은 유용한 질병 치료 방법 중 하나이며, 질병의 유전적 돌연변이 치료를 위해 표적 부위에 특이적으로 전달할 수 있다. 유전자 전달체로 사용되는 리포좀, 고분자 등의 나노입자는 용도에 따라 다양한 화합물로 구성이 가능하며, 전달하고자 하는 물질에 따라 물리·화학적 물성을 변형할 수 있다는 장점을 갖고 있다. Polyamidoamine(PAMAM)은 대표적인 유전자 전달체 고분자로써 표면의 2차 아민기와 덴드리머(dendrimer) 구조로 구성되어 약물, 표적화 부분, 기능성 펩타이드, 형광 프로브 등 다양한 기능적 부분을 접합할 수 있다. 본 연구에서는 효소 민감성 서열(Gly-Phe-Leu-Gly, GFLG)을 포함하는 시스타민 코어 PAMAM 덴드리머를 기반으로 하는 유전자 전달 시스템의 유전자 전달 효율에 대해 연구하였다. PAMAM 3세대(cPAMAM G3)의 시스타민 코어는 세포 내 글루타티온(GSH)에 반응하며, 이는 이황화 결합의 환원에 의해 분해된다. 그리고 cPAMAM G3의 표면에는 GFLG 펩타이드 서열이 접합되어 있는데, GFLG 서열은 카텝신 B에 의한 효소반응 서열로 암에서 과발현되는 카텝신 B로 인해 암 특이적 표적이 될 수 있다. 본 연구에서 R-H-GFLG-cG3 PAMAM은 HepG2 및 SW480 세포에서 높은 유전자 발현 효율과 낮은 세포독성을 나타냈으며, 이는 R-H-GFLG-cG3가 특정 암세포에 대한 유전자 전달체로서 잠재력이 있음을 보여준다.

Keywords: polyamidoamine, dendrimer, Cathepsin B, disulfide bond, Gly-Phe-Leu-Gly, gene carrier.