Graphene oxide as a drug carrier for delivery of zoledronic acid in secondary bone cancer treatment

Abstract

Bu çalışmada, nitrojen bazlı bir bisfosfonat olan zoledronik asit (ZOL), grafenoksit (GO) kompleksi geliştirilmiştir. Bu sayede ilaç partikül boyutu arttırılarak böbrektekiilaç filtrasyonu düşürülebilir ve ilaç sirkülasyon süresi ve tümör alımı arttırılabilir.ZOL ve GO arasındaki konjugasyon pi−pi etkileşimleri ve hidrojen bağı ile kurulurve fizyolojik ortamda ilaç zaman içerisinde salınır. Sonuç olarak yüksek dozda ilaçkullanmaya gerek kalmaması hedeflenmektedir. Bu amaca yönelik olarak öncelikle UVspektroskopisi ile ZOL'un GO üzerine yüklenme salınım profilleri incelendi. 0.025-1.25mg/ml aralığında ZOL, 0.2 mg/ml GO üzerine yüklendi. UV analizi maksimum yüklemenin1:0.2 oranında gerçekleştiğini gösterdi. Bu yükleme miktarı 1 mg/ml ZOL'un0.2 mg/ml GO nanopartiküllerine ilave edilmesiyle elde edildi. İlaç ve ilaç taşıyıcıkompleksleri FTIR, AFM, UV spektroskopisi ile analiz edildi. Hücre kültürü çalış-maları MCF-7 meme kanseri ve mezenkimal kök (MSC) hücreleriyle üç farkli dozdaZOL, ZOL-GO ve GO için gerçekleştirildi. Hücre çoğalması Alamar blue analizi ile,hücre, ölü hücreler propidium iyodu ve canlı hücreler da ölü hücrelerin propidium iyodu(PI), canli hücrelerin akridin turuncusu (AO) ile boyanmasiyla tespit edildi. Sonuçolarak, ZOL'un GO nanoparçacıklarının üzerine başlandışı karakterizasyon çalışmalarıile belirlendi. Çoşalma ve canlılık ile ilgili hücre kültürü çalışmaları ise GO-ZOL kompleksininMCF-7 meme kanseri hücrelerinin azalmasında etkili olduşunu gösterdi.Anahtar Sözcükler: ZOL, GO, İlaç yükleme, MCF-7, MSC.

In this study, Zoledronic acid (ZOL), a type of nitrogen containing bisphos- phonate, was loaded on graphene oxide (GO) particles to increase the particle size of the drug-nano-carrier complex which reduces drug ltration by the kidney and conse- quently, increases drug circulation time and its tumor uptake. The conjugation between ZOL and GO occurs via pi-pi stacking and hydrogen bonding interactions, and there- fore, the drug may be gradually released from GO in physiological conditions which eliminates the need to apply high doses of the drug. Loading and release pro le of ZOL on GO particles was investigated by using UV-Vis spectroscopy. Samples with di erent concentrations of 0.025-1.25 mg/ml of ZOL were loaded on 0.2 mg/ml GO. UV analysis showed that the maximum loading happens at ZOL to GO ratio of 1:0.2. This loading was obtained when 1 mg/ml of ZOL was initially loaded on 0.2 mg/ml of GO nanoparticles. The drug and drug carrier complexes were characterized using Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Atomic Force Microscopy (AFM), and UV-vis spectroscopy. Cell culture studies were carried out with MCF-7 breast cancer cells and mesenchymal stem cells (MSCs) for three dosages of ZOL, ZOL conju- gated with GO (ZOL-GO) and GO. Cell proliferation was investigated by Alamar blue assay and cell viability was evaluated by staining dead cells with propidium iodide (PI) and live cells with acridine orange (AO). Overall, the characterization results con rm loading of ZOL on GO nanoparticles and cell studies results show that GO conjugated ZOL complexes are promising to reduce MCF-7 breast cancer cells proliferation and viability.Keywords: ZOL, GO, Drug Loading, MCF-7, MSC.