Effect of bisphosphonate/graphene oxide complex on proliferation and differentiation of mesenchymal stem cells and breast cancer cells

Abstract

Bisfosfonatlar, menepoz sonrası kemik erimesi üzerinde güçlü iyileştirici özellik göstermiştir. Ayrıca meme kanseri hücreleri üzerinde apoptotik etkisi mevcuttur.Zoledronik asit (ZOL) üçüncü jenerasyon (nitrojen içeren) bir bisfosfonattır. Bu çalışmada ZOL'ün, Grafen oksitin (GO) ve ikisinin konjugasyonunun (ZOL-GO) memekanseri hücreleri (MCF-7) ve mezenkimal kök hücrelerin (MSC) üzerindeki etkilerigözlemlenmiştir. ZOL (Sigma, 10 mg toz) ve GO (Sigma, 2mg/mL) konjugasyonumanyetik karıştırıcı ve sonikatör ile karıştırılarak hazırlanmıştır. Malzemelerin hazırlanması sırasında; 5 mg ultra saf su ile 10 mg ZOL tozu vortekslenerek ZOL stoksolüsyonu (2mg/mL) elde edilmiştir. GO stok solüsyonunu hazırlamak için ise 4500µL ultra saf su ile 500 µL GO (2mg/mL) solüsyonu sonike edilmiştir. Bu çalışmadason kullanılan konsantrasyonlar ZOL için 200 µM, 50 µM, 12.5 µM, GO için 11.7ng/mL, 2.91 ng/mL, 0.73 ng/mL ve ZOL-GO içinse 200 µM ZOL - 11.7 ng/mL GO,50 µM ZOL - 2.91 ng/mL GO, 12.5 µM ZOL - 0.73 ng/mL GO şeklindedir. FourierDönüşümlü Kızılötesi (FTIR) Spektroskopisi kullanılarak malzemelerin karakterizasyonu yapılmıştır. Malzemelerin hücre çoğalması üzerindeki etkilerini gözlemlemek içinAlamar Blue canlılık testi ve Akridin Oranj boyama testi yapılmıştır. Deneyin üçüncügününde ZOL-GO'nun MSC çoğalmasına negatif etkisi bulunmamıştır ancak MCF-7üzerinde apoptotik etkisi olduğu gözlemlenmiştir. Malzemelerin hücre farklılaşmasınaetkisi Tarayıcı Elektron Mikroskopisi (SEM) ve Alizarin Kırmızı Boyası kullanılarakgözlemlenmiştir. ZOL-GO konjugasyonu ile tedavi edilen hücrelerde mineralleşmeninarttığı gözlemlenmiştir.

Bisphosphonates have strong healing impact on postmenopausal osteoporosisand also apoptotic effect on breast cancer cells (MCF-7). Zoledronic Acid (ZOL) is athird generation (nitrogen contained) bisphosphonate. In this study, the effects of ZOL,Graphene Oxide (GO), and conjugation of these two samples (ZOL-GO) were observedon both cell lines of human bone marrow mesenchymal stem cells (MSC) and of breastcancer cells (MCF-7). The conjugation of ZOL (Sigma, 10 mg powder) and GO (Sigma,2mg/mL) was obtained via mixing them with magnetic stirrer and sonicator. Duringthe preparation of samples; ZOL stock solution was obtained by mixing ultra purewater (5mg) with ZOL powder (10 mg) and GO stock solution was obtained by mixingultra pure water (4500 µL) with GO (500 µL). The final concentrations that usedin this study were for ZOL were 200 µM, 50 µM, 12.5 µM and for GO were 11.7ng/mL, 2.91 ng/mL, 0.73 ng/mL and for ZOL-GO complexes were 200 µM ZOL - 11.7ng/mL GO, 50 µM ZOL - 2.91 ng/mL GO, 12.5 µM ZOL - 0.73 ng/mL GO. FourierTransform Infrared Spectroscopy (FTIR) results was obtained for the characterizationof the samples. For cell proliferation, Alamar Blue viability test and Acridine Orange(AO) dying was conducted. The viability of MSC was not affected significantly inthe presence of ZOL-GO complex however the viability of MCF-7 cells remarkablydecreased on day 3. For observing cell differentiation, Scanning Electron Microscopy(SEM) and Alizarin Red S staining results was used. The mineralization of the MSCwas reinforced by the presence of ZOL- GO complex.