Functionalization of carbon nanotubes for the drug delivery in cancer treatment

Abstract

Kanser dünya çapında önemli bir sağlık sorunu ve ölümün ana nedenidir. Hedefli ilaç taşınım sistemleri; kemoterapi, cerrahi ve radyasyon terapisini içeren klasik kanser tedavileri için olası bir alternatiftir. Bu yöntem için, tek duvarlı karbon nanotüplerden (TDNT'ler) yaygın olarak faydalanılmaktadır. TDNT'ler, iletkenliği, geniş spesifik yüzey alanı ve kimyasal stabilitesi ile diğer malzemelere göre avantajlıdırlar. Bununla birlikte, TDNT'lerin sitotoksisitesi, sağlık alanında kullanılması açısından aşılamamış bir engeldir. Çalışmanın amacı, hedefli ilaç taşınımında kullanılacak biyouyumlu TDNT'leri elde etmektir. Toksisitesini azaltmak ve mükemmel bir ilaç taşıyıcısı elde etmek için, TDNT'ler yeni bir kovalent olmayan fonksiyonelleştirme yöntemi ile modifiye edilmiştir: 9-fluorenilmetiloksikarbonil (Fmoc) ile sonlandırılmış aromatik amino asit ile fonksiyonelleştirilmiş poli(etilen glikol) (PEG) zincirlerinin TDNT'lerin üzerine adsorbsiyonu. Bu amaçla, biyo-uyumlu ajanlar arasından, operasyonel basitlik nedeniyle bir Fmoc-Cys (Trt) -OH, Fmoc sonlu aromatik amino asit ve FDA onaylı bir polimer olan PEG, iki farklı molekül ağırlığında (PEG5000, PEG12000) seçilmiştir. Bu çalışma ile, işlevsel TDNT'leri (f-TDNT'ler) başarıyla elde ettiğimizi söyleyebiliriz. Ek olarak, sentezlenmiş f-TDNT'ler arasında en yetkin kaplama stabilite, bağlanma etkinliği ve süspansiyon özellikleri açısından belirlenmiştir. Çalışmanın son aşamasında, fonksiyonelleştirilmiş TDNT'lerin in-vitro etkinliği HEK293 hücreleri üzerinde test edilmiştir. Sonuçlar, geliştirilen f-TDNT'lerin toksik olmadığını ve ilaç taşıyıcı sistem olarak kulanılabileceğini göstermektedir.

Cancer is a significant health problem and the main cause of death worldwide. Targeted drug delivery is a possible replacement for classical cancer treatment, which includes chemotherapy, surgery, and radiation therapy. With this treatment, single-walled carbon nanotubes (SWNTs) are widely exploited. They have the advantage over other materials with their conductivity, large specific surface area, and chemical stability. However, the cytotoxicity of SWNTs is still a challenge in this field. The goal of the study is to obtain biocompatible SWNTs to use in targeted drug delivery. To reduce the toxicity of SWNTs and get an excellent drug carrier, we were modified SWNTs with a novel noncovalent functionalization method: adsorption of 9-fluorenylmethyloxycarbonyl (Fmoc)-terminated aromatic amino acid-functionalized with poly(ethylene) glycol (PEG) chains onto pristine SWNTs. For that purpose, among biocompatible agents, we used a Fmoc-Cys(Trt)-OH, Fmoc-terminated aromatic amino acid, due to operational simplicity, and PEG, an FDA-approved safe polymer, with two different molecular weights (PEG5000 and PEG12000). With this work, we can say that we successfully obtained functionalized SWNTs (f-SWNTs). In addition, we determined the most competent coating among synthesized f-SWNTs in terms the stability, binding efficiency, and suspending properties. Consequently, the in-vitro effectiveness of functionalized SWNTs was tested on HEK293 cells. Our results show that modifications done improve the cytotoxicity of SWNTs, and f-SWNTs can be used in cancer drug delivery.