Evaluation of poly (2-ethyl-2-oxazoline) (petox)-based multifunctional carrier systems for breast cancer targeted therapy

Abstract

Meme kanseri, dünyada kadınlar arasinda görülen en yüksek insidans oranına sahiptir ve ana ölüm nedenleri arasında ilk sırada yer almaktadır. Halk sağlığı problemleri arasında önemli bir yeri olan meme kanserinin, günümüzde etkili tedavi yöntemi olmadığı için, hedefe yonelik spesifik tedavi yöntemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Tümör hedefleyici peptit olan Peptit 18 meme kanseri hücrelerinin hedeflenmesinde yüksek potansiyele sahip olduğu bilinmektedir. Peptit 18, kopolimerlerden oluşan PEtOx-DOPE lipozom, PEtOx-b-PLA polimerzom, ve PEtOxPEIPCL misel nanotaşıyıcı formülasyonlarını etiketlemek için kullanılmıştır. Bu kopolimerlerin yüksek biyouyumluluk, biyoparçalanabilirlik ve düşük toksisite karakterlerine sahiptir. Bu nanotaşıyıcılar ile yapılan toksikoloji calışmaları sonucunda, mezenkimal kök hücre, endotel hücresi, sağlıklı böbrek ve meme epitel hücrelerinin yaşamına olumsuz bir etki gorülmemiş ve bu nanotaşıyıcılar ile hücrelere düşük toksisite göstermiştir. Hedefleme spesifitesi ve hücresel alım çalışmalarında ise, Peptit 18 bağlı nanotaşıyıcıların AU565 meme kanseri hücrelerinin sağlıklı MCF10A hücrelerine kıyasla daha yüksek bağlanma gözlemlenmiştir. Doksorubisin ilacı ve proapoptotik BikDD bu hedeflendirilmiş nanotaşıyıcılara yüklenmiştir. AU565 hücre hattında görülen, Bik mRNA ekspresyon seviyelerindeki artış, peptit 18-nanotaşıyıcıların yüksek verimliliğini göstermektedir. Doksorubisin ve BikDD peptit 18-nanotaşıyıcıları tarafından AU565 hücrelerine yüksek bir apopotik aktivite görülmüştür. Sonrasında yapılan in vitro çalışmalarında ise, doksorubisin hedeflendirilmiş nanotaşıyıcılar ile gönderimi CD-1 fare hayvan modelleri kullanarak gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalar sonucunda, peptit 18-nanotaşıyıcılarının göndermiş olduğu doksorubisinin, sadece doksorubisin gonderimine kıyasla tümör hacmini düşürmüştür. Bu calışma, meme kanserine yönelik hedeflendirilmiş tedavi yöntemleri icerisinde bilinen yaklaşımlara potansiyel saglayarak alternatif sunmaktadir. BikDD yüklü peptit 18 bağlı nanotaşıyıcıları, CD-1 farelerin tümör hacimlerini küçültme gözlemlenmemistir. Bu çalışma TÜBİTAK tarafından 213M726 numaralı proje ile desteklenmiştir.

Breast cancer is the major cause of death in females with the highest incidence rate worldwide. It is categorized as a public health problem with no current effective treatment, thus more target specific therapeutic methods are required. Tumor homing peptides show a high potential in targeting cancer, and Peptide 18 shows a high targeting specificity toward breast cancer. Thus, it was used in labeling three different nanocarrier constructs: PEtOx-DOPE liposome, PEtOx-b-PLA polymersome, and PEtOxPEIPCL micelles. These polymers have high biocompatibility, biodegradability and low toxicity characteristics. Toxicology studies showed that these nanocarrier formulations did not affect the cell survival of HUVEC, kidney HEK293, mesenchymal stem cell, and normal epithelial breast cells, characterizing these constructs with minimal toxicity. Target specificity and cellular uptake studies indicate that the Peptide 18-targeted nanocarriers possessed higher binding affinity to breast cancer AU565 line compared to the normal epithelial breast MCF10A cell line. These targeted nanocarriers were then used as carriers for the pro-apoptotic BikDD gene and doxorubicin. High effectiveness of the targeting nanocarriers in AU565 cells was determined with increase of mRNA expression levels of Bik leading to apoptosis. Furthermore, treatment of doxorubicin loaded peptide 18 labeled nanocarriers showed enhanced apoptotic activity in AU565 cells. Following in vitro studies, the delivery of pro-apoptotic BikDD gene and doxorubicin using nanocarriers were analyzed in CD-1 nude mice animal model. The animal study suggested that doxorubicin delivery by peptide 18 labeled nanocarriers significantly decreased tumor volume when compared to doxorubicin treatment alone. Although, there was a decrease in tumor volume of CD-1 female nude mice treated with BikDD gene loaded into peptide 18 labeled nanocarriers, it was not significant. Our results suggest that this breast cancer targeted therapy has the potential to become a substitute for current conventional approaches. This project is funded by TUBITAK (213M726).