タウリン修飾グラフェン酸化物による5-フルオロウラシル送達：作製、特性評価および抗がん効果

概要

近年、がん薬物用ナノキャリアシステム、特にグラフェン酸化物（GO）ベースの薬物送達システムは、がん患者にとって福音となっています。本研究では、GO表面をタウリン（Tau）で修飾し、生体適合性を向上させました。まず、改良ハマー法と超音波剥離法でナノスケールGOを合成。タウリン修飾グラフェン酸化物キャリア（Tau-GO）を化学法で合成し、ゼータ電位-38.8 mV、粒子径242 nmで水中での良好な分散性と安定性を確認。カプセル化効率評価基準に基づき、Tau-GOと5-FUを非共有結合で結合する最適処方を決定。5-FU-Tau-GOは中性環境で酸性環境より安定で、pH応答性と持続放出効果を示しました。生体内では、5-FUと5-FU-Tau-GOの経口投与と静脈投与を薬物動態試験で比較し、5-FU-Tau-GO投与が5-FUの体内作用時間を延長し、バイオアベイラビリティを向上させることを示しました。さらに、MTT法で測定したHepG2細胞阻害では、5-FUのIC₅₀値が196±8.73 μg/mLであるのに対し、5-FU-Tau-GOは65.2±0.7 μg/mLで、5-FU-Tau-GOがHepG2細胞に対する効力が強く、がん細胞に対する阻害効果が高いことを示しました。AO/EB染色で測定した細胞形態への影響でも、5-FU-Tau-GOは細胞を破壊するだけでなく、5-FUと比較してアポトーシスを有意に誘導しました。また、コンピューター支援設計により、Tau-GOが非修飾GOより5-FUと強く結合し、形成された5-FU-Tau-GOシステムがより安定で、5-FUの体内輸送と放出に有利であることを検証しました。

はじめに

化学療法は様々ながん治療で依然として一般的な手法です[1]。ほとんどの化学療法剤の大きな障害は、有効濃度で腫瘍組織に浸透できないこと、または正常組織への望ましくない副作用です[2]。したがって、科学者たちは腫瘍組織での薬物放出速度を制御し、効果的な薬物送達と治療を確保する強力な薬物送達システムの開発に注力してきました。

リポソーム[3]、ポリマー[4]、ナノ粒子[5]、デンドリマー[6]、ミセル[7]、グラフェン酸化物[8, 9]など、多くのナノサイズ材料が様々な薬物送達のために開発されてきました。これらの中で、グラフェン酸化物（GO）は酸化グラファイトから化学的に剥離された新規カーボンナノ材料で、豊富な官能基、大きな比表面積、高い薬物負荷量、水中での優れた分散性など、魅力的な物理化学的特性を示します[10-12]。また、ほとんどのin vitro実験で低濃度GOが細胞増殖の基質となり免疫細胞を活性化することが示されています。そのため、GOは疾病診断[13]、がん細胞イメージング・追跡[14]、がん光熱療法[15]、組織工学[16]、標的薬物送達[17]、特に抗腫瘍薬キャリア[18, 19]として広く利用されています。しかし、複数の研究グループが高濃度GOが前臨床・臨床研究で明確な細胞毒性を示すと報告しています。GOがin vivoで毒性を発揮するメカニズムは、酸化ストレスと細胞内活性酸素種（ROS）の過剰生成による細胞アポトーシス誘導、重度の炎症、肺水腫、肉芽腫形成です[20]。したがって、GO毒性問題の解決は極めて重要です。

共有結合または非共有結合による機能化が、GOと細胞間の強い疎水性相互作用を低減できると報告されています。いくつかの研究で、GO機能化が生体適合性を改善し、in vivoおよびin vitroで毒性をほぼ排除できることが実証されています。Yangらは、放射性標識法でマウスにおける共有結合PEG-GOの長期生体内分布を初めて研究し、PEG-GOが尿と糞で徐々に排泄されることを示しました[21]。ZhangらはDEX機能化GOとGOを比較し、GO-DEXが細胞毒性を著しく低減し、1週間以内にマウスからほぼ排除されることを示しました[22]。また、GOとプルロニックF127の非共有結合により、生理条件下で良好な溶解性・安定性と低毒性が得られます[23]。いくつかのポリマーや分子でGOを機能化し、この分野で顕著な成果が得られていますが、優れた生体適合性GOベース薬物キャリアを構築するシンプルな手法の開発には更なる努力が必要です。

タウリン（Tau）は安定性と水溶性に優れる半必須アミノ酸です。Tauは心血管・脳血管疾患予防、視機能維持、細胞保護、免疫調整などの作用があります。多数の研究で、Tauが肺、胃、大腸、乳がんなど様々ながんにおいて重要な役割を果たす発現因子をアップ/ダウンレギュレーションすることで抗腫瘍特性を持つことが提案されています[24]。したがって、Tau機能化GOは抗腫瘍薬キャリアとして優れた役割を果たす可能性があります。本稿では、共有結合Tau機能化GOをナノキャリアとして初めて用い、in vitro細胞毒性を評価しました。さらに、抗がん剤5-フルオロウラシル（5-FU）をTau-GO表面に非共有結合で負荷し、薬物送達システムを構築。5-FU-Tau-GOは正常組織への副作用を軽減しつつ薬物バイオアベイラビリティを向上させます。結果として、Tau-GOは将来的に重要な医療応用を持つ新規GOベースナノ材料として成功裏に開発されました。

実験と方法

材料

グラファイト粉末、リン酸緩衝生理食塩水（PBS）、ジメチルスルホキシド（DMSO）は天津莱博化学有限公司から購入。カルボジイミド（EDC）、N-ヒドロキシスクシンイミド（NHS）、塩酸（HCl）、過酸化水素（H₂O₂ 30%）は山東禹王実業有限公司から購入。タウリン（Tau）、5-フルオロウラシル（5-FU）、ヒト肝腫瘍細胞（HepG2）、ペニシリン-ストレプトマイシン溶液、胎児牛血清（FBS）は大連美倫生物技術有限公司から購入。硫酸（H₂SO₄ 98%）、過マンガン酸カリウム（KMnO₄）は南京化学試薬有限公司から購入。硝酸ナトリウム（NaNO₃）、ドデシル硫酸ナトリウム（SDS-Na）は上海金金楽実業有限公司から購入。MTTはSigma-Aldrich、DMEMはHyCloneから購入。ラットは本渓長生実験動物センターから購入。その他試薬・化学品は分析級、市販品を使用。

GO合成

GOは改良ハマー法でグラファイト粉末から調製。三口フラスクを氷浴に置き温度計を設置、壁伝いに98%硫酸168 mLを加え、温度が5°Cに達した時点でグラファイト5 gと硝酸ナトリウム4 gを添加。その後、過マンガン酸カリウム22.5 gを1時間かけて徐々に分割添加し、温度を5°C以下に維持。三口フラスクを油浴に移し、35°Cで30分反応、次に65°Cで30分攪拌反応。さらに温度を85°Cに上げ1時間反応し、紫褐色ペーストを得ました。室温で1週間放置後、700 mL熱水が入ったビーカーに移し、30%過酸化水素を滴下し黄褐色になるまで添加。10,000 rpmで遠心分離、熱水で洗浄、上澄み液pHが7.0になるまでこの工程を繰り返し。最終的に真空凍結乾燥機で乾燥し、ナノGOを得ました。

Tau-GO合成

正確に秤量した50 mg GOを50 mL蒸留水に溶解し、150 mg EDCと100 mg NHSを添加し、氷水浴で20分超音波処理してGOを活性化。次に、タウリン水溶液（0.1 g/mL）10 mLを調製GO水溶液に滴下添加し、HClでpHを6-7に調整し、室温で暗所にて24時間連続攪拌。5000 rpm、10分遠心分離で生成物を回収し、蒸留水で3回洗浄。凍結乾燥後、Tau-GOを得ました。

5-FU負荷

20 mL Tau-GO溶液を2時間超音波処理。正確に秤量した5-FUを適量蒸留水に溶解し、室温で攪拌しながら調製Tau-GO溶液に滴下添加、暗所で30°C、1.5時間超音波処理。生成物を4°C、5000 rpm、10分で遠心分離。下層沈殿を20 mL蒸留水で洗浄し遠心分離（4°C、5000 rpm、10分）を3回繰り返し。下層を凍結乾燥。上澄み液をビーカーに移し体積を測定、1200 HPLC（Agilent、USA）で5-FU濃度を測定。検出条件：クロマトグラフィックカラムC18（4.6×250 nm、5 μm）、カラム温度25°C、移動相0.1% KH₂PO₄溶液pH 5.5、流速1.0 mL/min、注入量20 μL、測定波長265 nm。カプセル化率（EE）と薬物負荷効率（LE）は以下の式で算出：

EE(%) = (M₁ - C₁×L₁) / M₁ × 100%

LE(%) = (M₁ - C₁×L₁) / (20C₀ + M₁ - C₁×L₁) × 100%

総5-FU投与量をM₁、遊離5-FU濃度と体積をC₁とL₁、キャリア濃度をC₀とする。

特性評価

調製ナノ複合体の特性評価のため、フーリエ変換赤外（FT-IR）スペクトルを4000-400 cm⁻¹で走査（IRAffinity-1、Shimadzu、Japan）し相互作用を確認。UV-可視吸収スペクトルを記録（UV-3600、Shimadzu、Japan）。試料を蒸留水に溶解し、粒子径、ゼータ電位、PDI値を測定（Nano-ZS 90 Nano、Malvern、UK）。試料形態を透過電子顕微鏡（JEM-2100、JEOL、Japan）で分析。熱重量分析（TGA）を窒素雰囲気下、昇温速度10°C/min、0-800°Cで実施（NETZSCH、Germany）。XRD測定はX線回折計（Bruker、Germany）、CuKα放射線（λ=1.5406 Å）、広角2θで実施。XPS測定はOmicron ESCA Probe、単色化Al Kα放射線（Thermo、America）で実施。

In Vitro薬物放出

In vitro薬物放出をpH 1.2（模擬胃環境）、pH 6.5（模擬肝がん細胞環境）、pH 7.4（模擬生理環境）、37°C（模擬体温）で実施。簡潔に、15 mgの5-FU-Tau-GOを透析膜に入れ、0.1% SDS-Naを含むpH 1.2、6.5、7.4の緩衝液50 mLに浸漬。全試料を100 rpm、37°Cの連続振とう水浴に設置。所定時点（0分、5分、10分、20分、30分、1時間、1.5時間、2時間、2.5時間、3時間、4時間、8時間、12時間、24時間、48時間、72時間）で各試料1 mLを採取し、同体積の0.1% SDS-Na含有新鮮緩衝液1 mLで置換。放出液を遠心分離し、1200 HPLCで分析。

In Vitro細胞毒性試験

MTTアッセイ

5-FU、Tau-GO、5-FU-Tau-GOの細胞毒性評価にMTTアッセイを使用。ヒト肝腫瘍HepG2細胞をDMEM培地（10% FBS、1%抗生物質含有）で37°C、5% CO₂湿潤雰囲気下で培養。96ウェルプレートに5×10³ cells/well、100 μL培地で播種し、37°C、5% CO₂で24時間培養。その後培地を除去し、5-FU、Tau-GO、5-FU-Tau-GOの各濃度（5、10、20、40、60、80、100 μg/mL）を含む100 μL新鮮培地で置換。24時間インキュベート後、20 μL MTT溶液で処理しさらに4時間培養。培地を除去し、ホルマザン結晶を150 μL DMSOで溶解。プレートを37°Cで15分定温振とう。マイクロプレートリーダーで570 nm吸光度（OD）を測定。実験は三重繰り返し。細胞阻害率を以下の式で算出：

細胞阻害率 = (OD_control - OD_treated) / OD_control × 100%

OD_controlは未処理対照細胞の吸光度、OD_treatedは処理細胞の吸光度。

AO/EB染色アッセイ

5-FU、Tau-GO、5-FU-Tau-GO処理細胞の形態変化評価にAO/EB二重染色を使用。対数増殖期HepG2細胞を6ウェルプレートに10,000 cells/wellで播種し、37°C、5% CO₂で培養。24時間後、固定濃度の5-FU、Tau-GO、5-FU-Tau-GOで処理しさらに24時間培養。各ウェルの培地を除去し、PBSで2回洗浄。次に、蛍光色素（1 mg/mL AOと1 mg/mL EBを1:1で混合）40 μLを加えた1 mL PBSを各ウェルに添加し、遮光下で10分インキュベート。蛍光顕微鏡で染色細胞を観察し、ランダムに画像取得。

薬物動態試験

全動物実験は動物保護倫理委員会の方針・原則に従い実施。体重230-270 gの雄SDラット24匹を12時間絶食後、投与前ランダムに4群に分割。群AとBに5-FUと5-FU-Tau-GO溶液を静脈注射、群CとDに5-FUと5-FU-Tau-GO溶液を経口投与。全群20 mg/kg投与。投与後、所定時点（15分、1時間、2時間、4時間、6時間、8時間、12時間、16時間、24時間、48時間）で血液サンプル（約0.5 mL）を抗凝固管に採取。7500 rpm、4°C、10分遠心分離で血漿分離。200 μL血漿と50 mg (NH₄)₂SO₄をチューブに混合（10 μLの40 μg/mL 5-BrU内部標準溶液、40°C水浴で窒素吹乾、5分ボルテックス、10800 rpm、3分遠心分離）。次に、エチルアセテート/イソプロパノール溶液（85:15、v/v）900 μLを添加、3分ボルテックス、10800 rpm、15分遠心分離。上清を除去し窒素乾燥、移動相100 μLを添加し1分ボルテックス。最終的に上清から得られた溶液を1200 HPLCで測定。

分子動力学シミュレーション

分子動力学シミュレーションは主に薬物とキャリア間の相互作用力と薬物拡散挙動の解析に使用。5-FUの化学構造をChemDraw of ChemOffice 2014で構築。Tau-GOとGOの構造をMaterials Studio分子シミュレーションソフトウェア（バージョン7.0、Accelrys Inc.、USA）のPolymer and Molecule Buildersモジュールで構築。全構築化合物をCOMPASS II力場で幾何学的最適化し、最低エネルギー構象を安定構象として選択。各系で10 ps NVT平衡化を実施。ステップサイズ1 fsで298 K、101.325 kPaで100 ps MDシミュレーションを実施し平衡構造を取得。最終的に各系の平均二乗変位（MSD）と凝集エネルギー密度（CED）を取得し、拡散係数（D）を以下の式で算出：

D = (1/2d) lim_{τ→∞} d/dτ [|r→(t) - r→(0)|²]

dは系の次元、r→(t)とr→(0)は時刻tと0での薬物分子位置ベクトル、[...]²はMSDを表す。

結果と考察

特性評価

Tau-GO共役体はGOとTauのアミド結合で作製。ナノ複合体の成功合成をFT-IRスペクトルで検証（図1）。GO上の酸素官能基の存在は、-OH（~3405 cm⁻¹）、C=O（1723 cm⁻¹）、C=C（1628 cm⁻¹）、C-OH（1391 cm⁻¹）の吸収ピークで確認され、GOの成功調製を証明（図1a）[25]。GO特徴ピークに加え、1638 cm⁻¹と3427 cm⁻¹の新ピークはアミド基に、1164 cm⁻¹と1085 cm⁻¹は-SOに対応。Tau-GOスペクトルはTauがGO表面に機能化されたことを明確に示します（図1b）。図2bでは、1164 cm⁻¹の-SO₃特徴ピークが水素結合作用で隠れ、FT-IRスペクトルでは見えません。したがって、5-FUがTau-GO上に成功裏に負荷されたことが確認されました。

GOのUV-Vis吸収スペクトルを図3に示す。234 nmの明確な吸収ピークはグラフェンC=C結合のπ-π*遷移に、300 nmのショルダーピークはカルボキシルまたはカルボニル基上のグラフェン酸化物C=O結合のn-π*遷移に帰属。これら2つの特徴的吸収ピークはGOの成功調製を証明。

GO、Tau-GO、5-FU-Tau-GOの粒子径を図4、ゼータ電位を図5に示す。GOシートサイズは約221 nm、PDI値約0.188で、調製GOが均一分布と良好な安定性を持つことを示唆。ゼータ電位約-33.3 mVで、表面の多数の酸素含有基由来の負電荷が主因。GOをアミド結合でTau修飾すると、アミノ基が一部カルボキシル基を置換し、-SO₃が溶液中でより強い電離能を持つため、ゼータ電位が低下し-38.8 mVに。Tau-GOの粒子径とPDI値は約242 nmと0.190。次に、5-FUを非共有結合でTau-GOに負荷。ゼータ電位約-26.7 mVで絶対値20 mV超。また、5-FU-Tau-GOの粒子径とPDI値は約264 nmと0.182で、粒子間静電反発が大きく凝集・沈殿しにくいことを示唆。Tauは水溶性が良く、GOも表面が酸素含有官能基で修飾されているため水溶性が良い。Tau-GOキャリアで5-FUを負荷することで5-FUの水溶性が著しく向上し、5-FU-Tau-GOが水溶液中で安定分散可能になります。

GO、Tau-GO、5-FU-Tau-GOの形態をTEMで観察（図6）。GOは表面に皺のある平坦構造で、平面二次元構造であることを示唆（図6a）。GOと比較してTau-GOはサイズがわずかに増大したが、依然として層状構造を示す（図6b）。5-FU-Tau-GO像では、材料が凝集せずGOの初期層状構造がそのまま維持されている（図6c）。したがって、Tau-GOと5-FU-Tau-GOは良好な安定性を持ちます。

熱重量分析で複合体組成を定量化。GOとTau-GOのTGA曲線を図7に示す。窒素雰囲気800°Cでの残留質量はGO 39.73%、Tau-GO 34.22%。質量変化値比較から、Tau-GO中のTau含有量は約13%と決定。

Tau、GO、Tau-GOのXRDパターンを図8に示す。GO特徴ピークが2θ値10.7°で観測され、強力な化学酸化・剥離プロセスによる完全酸化GO形成を確認。GO表面にTau機能化後、2θ値8.2で回折ピークがわずかに減少。これはGOがTauで成功裏に機能化されたことを意味します。

GOとTau-GOのC1s XPSスペクトルを図9に示す。GOのC1s XPSスペクトルは相当程度の酸化を示し、異なる官能基に対応する4種類の炭素原子が存在。Tau-GOのC1s XPSスペクトルもこれら同一炭素原子を示す。さらに、C-N結合関連成分ピークの出現はアミノ基、アミド基に帰属。これら結果もGOがTauで成功裏に機能化されたことを示します。

薬物負荷と放出挙動

5-FUは非共有結合相互作用でTau-GOナノキャリアに吸着。5-FU検量線はy = 62.135x + 21.873（r = 0.9999）、範囲6.5〜250 µg/mL。カプセル化率（EE）と薬物負荷効率（LE）を非結合薬物濃度で決定し、薬物負荷性能を評価。結果、EEは薬物濃度増加に伴い上昇し、最大EE値は83.2%。式よりLEは33.7%で、1 mg Tau-GOあたり508.52 μgの5-FU吸着が可能。したがって、Tau-GOは大量薬物負荷を達成できる有望な薬物キャリアです。5-FUのTau-GOへの高負荷容量の可能性メカニズムは以下に要約：第一に、TauでGOを機能化し活性官能基（-SO₃）を導入。-SO₃は溶液中で強い電離能を持ち、GO間の凝集を抑制し5-FUのTau-GOへの負荷を促進。第二に、5-FU-Tau-GOのゼータ電位がTau-GOと12.1 mV異なり、5-FUがTau-GO表面に負荷され、静電相互作用が5-FU負荷に重要な役割を果たすことを示唆。第三に、5-FUとTau-GOキャリア間に多くの水素結合形式が存在：Tau-GOの-COOHと5-FUの-NH-、Tau-GOの-COOHと5-FUのC=O、Tau-GOの-OHと5-FUの-NH-、Tau-GOの-OHと5-FUの-C=O、Tau-GOの-COOHと5-FUの-F、Tau-GOの-COOHと5-FUの-Fなど。これら水素結合が溶液中での5-FU-Tau-GO安定性をもたらします。

37°C、pH 1.2、6.5、7.4 PBS溶液（模擬胃環境、肝がん細胞環境、生理環境）での5-FU-Tau-GOからの5-FU累積放出を図10に示す。5-FU放出挙動が環境pH値の影響を受けることが判明。pH 7.4緩衝液では薬物放出は緩やかかつ持続的で、72時間後の総放出薬物量は約70.84%。対照的に、同時点でのpH 7.4放出量はpH 1.2とpH 6.5より有意に低かった。pH 1.2とpH 6.5では総薬物負荷の約90.29%と85.75%がそれぞれ放出されました。これは5-FUとTau-GO間のπ-π相互作用と水素結合に起因。pH値が低いほど水素結合のプロトン化度が高まるため、水素結合強度がpHで制御され、5-FU放出につながります。このpH感受性薬物送達システムは抗腫瘍薬で重要な役割を果たし、腫瘍細胞への薬物放出を実現できます。

In Vitro細胞毒性試験

ナノキャリアの潜在毒性と腫瘍治療効果を評価するため、MTTアッセイでHepG2細胞でのin vitro細胞生存率を測定（図11）。Tau-GOは様々な濃度で有意な細胞毒性を示しませんでした。5-FU負荷後、5-FU-Tau-GOは明確な阻害効果を用量依存的に示し、ナノキャリアが抗腫瘍薬送達能力を持つことを示唆。5-FU-Tau-GOのIC₅₀値は65.2±0.7 μg/mLで、遊離5-FU（196±8.73 μg/mL）より毒性が強い。これはタウリンが腫瘍細胞アポトーシスを誘導する能力を持ち、間接的に5-FUの細胞阻害効果を増強するためと考えられます。さらに、in vitro放出実験から、Tau-GO上に負荷された5-FUが細胞内で徐々に放出されることがわかります。したがって、5-FU-Tau-GOの細胞への有効時間は遊離5-FUより長く、より良い阻害を生み出します。

AO蛍光剤は完全な細胞膜を通過し核を染色して緑色蛍光を発し、EBは損傷細胞の核のみを標識し赤/橙色蛍光を発します。初期および後期アポトーシス細胞はAO/EB染色でそれぞれ黄緑色または橙色核を呈します。したがって、細胞死がアポトーシスに関連するか、細胞形態変化の特徴を用いてAO/EB染色で調査。結果を図12に示す。対照細胞は紡錘形で緑色核。Tau-GO単独培養群では核の小部分が陥入し、暗緑色または橙赤色染色。5-FU単独群では顕著な橙色または赤色アポトーシス細胞（クロマチン断片とアポトーシス小体）が観察。5-FUと比較して、5-FU-Tau-GOはHepG2細胞形態により大きなダメージを与え、細胞を破壊するだけでなく、がん細胞に大量のアポトーシスを誘導。画像から、5-FU-Tau-GO処理細胞のほぼ全てに形態変化、大量の細胞破片とアポトーシス小体が見られ、5-FU-Tau-GOナノ薬物送達システムがHepG2細胞に優れた殺傷効果を持つことを示唆。

薬物動態試験

SDラットで5-FUと5-FU-Tau-GOの薬物動態試験を実施。経口投与後の血漿中5-FU濃度-時間プロファイルを図13aに示す。2曲線の傾向は類似したが、5-FU-Tau-GOナノキャリアからの5-FU血漿濃度が各測定時点において5-FU単独より高かった。図13bは尾静脈投与での5-FU生体内放出プロファイル。5-FU-Tau-GOは24時間以上持続的薬物放出を達成し、最初の数時間で薬物濃度が緩やかに低下し、5-FUが徐々に放出されることを示唆。

二室モデルでラットの経口または静脈投与薬物動態パラメータを解析。薬物動態パラメータを表1に示す。5-FUと比較して、5-FU-Tau-GOは経口投与でT₁/₂βが2.3倍、静脈注射で3.0倍高い値を示しました。さらに、濃度-時間曲線下面積（AUC₀₋ₜ）は、経口投与で約2.1倍、静脈注射で約2.8倍高かった。したがって、5-FU-Tau-GOが5-FUの生体内滞留時間を有意に延長し、バイオアベイラビリティを向上させることを結論づけました。また、経口投与5-FU-Tau-GOナノ複合体のT₁/₂β（1.67±1.15 h）は静脈注射（1.33±0.64 h）より長かったが、経口投与AUC₀₋ₜ（36.02±1.83 mg/L·h）は静脈注射（96.50±8.70 mg/L·h）より低かった。これらは二側面による可能性：一方、静脈注射では薬物が直接血液系に入り循環し、消化管バリアを通過せず再分布しない；他方、5-FUが消化管系に一定のダメージを与えやすく、体内での薬物有効利用に影響する可能性。

MDシミュレーション

非修飾GO、Tau-GO、5-FUのドッキングと分子動力学を分子ドッキングと分子動力学シミュレーションで模擬。GO、Tau-GO、5-FUの分子ドッキング結果を図14に示す。5-FUとGO、Tau-GOの結合長はそれぞれ3.66 Åと2.602 Å。計算結果から、5-FUのGOとTau-GOへの結合エネルギーはそれぞれ47.69 kcal/molと25.04 kcal/mol。これらはTau-GOと5-FUの結合力がGOと5-FUより強いことを示します。これはTauの極性原子（S、N）が5-FUとより強い非共有結合を形成し、Tau-GOと5-FU間の力を強めるためです。

GO、Tau-GO、5-FUの分子動力学シミュレーション図を図15に示す。計算結果から、5-FU-GOと5-FU-Tau-GOのCEDはそれぞれ2.67×10⁸と2.83×10⁸。これらは薬物とTau-GO間の相互作用がより強いことを示します。MSDと時間のグラフをプロット（図16）し、MSDから拡散係数を取得。薬物拡散係数は傾き/6で算出：0.094 m²/sと0.058 m²/s。これらはTau-GOと5-FU間の力がより強いことを示し、分子ドッキング結果と一致。したがって、機能化GOはキャリア全体をより豊富な原子と基で構成させ、5-FUとの非共有結合を強め、システム全体をより安定化させます。

結論

まとめると、シンプルな化学法でTau-GOナノ複合体を作製することに成功。GOのTau機能化は良好な安定性を持ち、生体適合性を向上させます。Tau-GOナノキャリアの独自構造と優れた特性は、5-FUの負荷と送達に大きな機会を提供。5-FU-Tau-GOは潜在的抗腫瘍能力と優れた薬物循環時間を有します。したがって、5-FU負荷のためのキャリアTauによるGO修飾は、抗がん剤送達と抗腫瘍治療のための5-FU-Tau-GOナノ薬物送達システム構築に有効で適用可能なツールであると考えられます。