Aptamer mediated cytotoxicity of drug carrying silica nanoparticles

Abstract

Aptamerler, hedeflerine yüksek afinite ve spesifite gösteren, tek zincirli DNA ya da RNA molekülleridir. AS1411 aptamer, özellikle birçok kanser tipi hücrelerinin hücre zarında yüksek miktarda görülen nükleolin proteinini hedefler. AS1411 aptameri MCM-41 tipi mezoporlu silika nanokürelerine konjüge edilerek, hedefli ilaç taşıma sistemi olarak kullanılabilir. Bu amacı, ilaç enkapsüle edilmiş AS1411 konjüge edilmiş MCM-41 tipi silika nanokürelerinin (Apta-NP), nükleolin pozitif triple negatif rodent meme kanseri hücre hattında (E0771) hedefleme yeteneğini, lokalizasyonunu ve sadece kanser ilacı kullanımına oranla sitotoksisitesini göstermektir. AS1411 aptamerinin mezoporlu silika nanokürelere konjügasyonu nanokürelerden ilaç salınımı durdurmaktadır. Aptamer nükleolin proteini ile etkileşime girdiğinde mezopor açılır ve ilaç salınımı gerçekleşir. Bu çalışmada taşıma sisteminin hücrede lokalizasyon ve hedefleme yeteneğini ölçmek amacı ile E0771 hücre hattı öncelikle, floresan yüklü Apta-NP taşıma sistemi veya floresan yüklü NP ile muamele edildi. Sadece floresan grubuna göre, floresan boyalı hücre miktarında artış gözlemlendi. Apta-NP taşıma sisteminin, sadece ilaç muamelesine göre artması beklenen sitotoksisitesini göstermek amacı ile, hücreler eşit miktarda (0-100µM) paclitaxel taşıyan, Apta-NP taşıma sistemi veya sadece paclitaxel ile 24 veya 48 saat muamele edildiler ve WST-1 metodu kullanılarak, ilaçların sitotoksik etkileri karşılaştırıldı. Sadece ilaç kullanımı veya paclitaxel taşıyan, Apta-NP taşıma sistemi kullanımı sonucunda hesaplanan IC50 değerleri, 24 saat için sırasıyla, 45.76 µM and 36.41 µM, 48 saat için sırasıyla 48.87 µM and 35.64 µM dır. Bu çalışmaları takiben, allograft meme kanseri modeli C57bl/6 farelerinde, sağ flank bölgesine E0771 hücre inokülasyonu ile oluşturuldu. Apta-NP taşıma sisteminin lokalizasyonu, in vivo floresan görüntüleme metoduyla gözlendi. Enjeksiyondan bir saat sonra, meme tümörü çevresinde floresan lokalizasyonu gözükmeye başlarken, enjeksiyondan 24 saat sonrasında, floresanın vücuttan atılmış olduğu gözlemlendi. Sonuç olarak, IC50 değerinin daha düşük olması ve in vivo lokalizasyonunun sağlanabilmesine dayanarak, Apta-NP taşıma sistemi, hedefli meme kanseri tedavisi için umut vadettiğini önerilebilir.

Aptamers are single stranded DNA or RNA molecules which have high affinity and specificity against their targets. Aptamer AS1411 targets nucleolin protein which is upregulated on cell surface of variety of cancer types. AS1411 aptamer capped MCM-41 mesoporous silica nanoparticles can be utilized as a targeted drug delivery system. This study aims to assess the targeting ability, localization, and cytotoxicity of drug loaded AS1411 aptamer capped MCM-41 type silica nanoparticles (Apta-NP) on nucleolin positive triple negative murine breast cancer cells, E0771. Capping of mesoporous silica nanoparticles with AS1411 aptamer inhibits drug release from pores of nanoparticle in closed conformation, when AS1411 aptamer interacts with its target, nucleolin, conformational change on aptamer structure induces drug release. In this study, in order to show cellular localization and uptake of Apta-NP drug delivery system, first, E0771 cells were treated with either fluorescein loaded Apta-NP (Apta-NP-Fl) delivery system or fluorescein loaded NP (NP-Fl). Increased uptake of fluorescein was measured in cells treated with Apta-NP-Fl in comparison to NP-Fl. Later, the same cell line was incubated with either paclitaxel loaded Apta-NP (Apta-NP-TXL) or free paclitaxel in range of 0-100 µM for 24 or 48 hours and cell viability was measured. IC50 values for free TXL and Apta-NP-TXL delivery system were 45.76 µM and 36.41 µM, respectively after 24 hours incubation while values were 48.87 µM and 35.64 µM after 48 hours incubation. Then, to examine in vivo targeting ability of Ap-NP system, E0771 cells were inoculated into right flank of C57bl/6 mice and localization of fluorescein cargo of Apta-NP delivery system was determined using in vivo fluorescence imaging technique. One hour after the injection, localization of fluorescence signal around tumor region was observed. 24 hours after injection, fluorescence signal was cleared off the body. Therefore, Apta-NP complex might be suggested as a good candidate for targeted breast cancer therapy in respect to lower IC50 value on murine breast cancer cell line and ability to localize on allograft breast cancer model.