Targeting of anti-cancer drug using magnetic nanoparticles

Abstract

Kanser diger adıyla malignite, hücrelerin anormal çoğalmasıdır, bu çoğalmanın oluşturduğu dokulara tümör denir. Özellikle beyin tümörleri çok yaygındır, birinci derece beyin tümörleri yetişkin kanserlerinin %2'sini oluşturmaktadır. Kanser tedavisi olarak ameliyat, kemoterapi, radyasyon ve hormon terapilerinin kombinasyonları kullanılmaktadır, fakat kemoterapi tedavisi sırasında kansere karşı kullanılan ilaçlar çok sayıda toksik etkiye sahiptir bu etkiler çok sayıda yan etkiye sahiptir örneğin, tükenmişlik, yorgunluk, saç dökülmesi, kansızlık, vb. Sonuç olarak, kanser ilacının yöneltilmesi için ilaç taşınım sistemi gibi etkili bir yol oluşturmak verimliliği geliştirmek ve ilaç dozunu azaltmak açısından çok önemlidir. Bu projenin amacı tümörlü olan bölgeye kansere karşı etkili bir ilaç olan Temozolomid'in manyetik nanoparçacıklar tarafından taşınarak dışarıdan manyetik alan uygulanarak hedeflenmesi ve yeni bir ilaç taşınım sistemi oluşturmaktır. Temozolomid sulu çözelti içerisinde ve nötr koşullarda çok düşük stabiliteye ve çüzünürlüğe sahiptir böylece, ilaca uyum sağlayabilen ve ilacın çözünürlüğünü arttıran farklı çeşit siklodekstrinlerin hidrofobik kaviteleri kullanılarak kompleks oluşturması gerekmektedir. Ek olarak, kitozan biyouyumlu bir malzemedir ve bu yüzden, kitozan pek çok biyomedikal uygulamalarda kullanılmaktadır. İlaç taşınım sistemi için, kitozan, inorganic malzemelerle örneğin manyetik nanoparçacıklar ile kombinasyon oluştarabilir. Manyetik kitozan küreciğine Temozolomid sarmalamak ve bu sarmalın dışarıdan uygulanan manyetik alan sayesinde tüm entitinin tumörlü bölgeye hedeflenmesi amaçlanmıştır. Bu şekilde, en az miktar dozda ilaç insan vücuduna alınacaktır ve böylece yan etkilerinin azalması beklenmektedir. Manyetik nanoparçacıklar sentezlenir ve siklodekstrin tarafından stabilize edilir. Siklodekstrin varlığında Temozolomid'in çözünürlüğünün artması Yüksek Basınç Kromotografisi ve UV Spektroskopi ile gösterilir. Ek olarak, aralarında oluşan kompleksin ısı profili ve ısı uygulandığında oluşan ağırlık kaybı aralarında oluşan kompleks ve fiziksel karıştırma arasında ciddi fark olduğunu gösterir. Manyetik nanoparçacık-kitozan kürecikleri elde edilir, Taramalı Elektron mikroskobu ile morfolojisi incelenir ve Temozolomid kürecikler içine sarmalanır ve istenilen bölgeye dışarıdan uygulanan manyetik alan ile hedeflenir.

Cancer, also called malignancy, is an abnormal growth of cells in the human body which form tissues are called tumors. Specifically, brain tumors are very common and primary brain tumours contain 2% of all adult cancers. Surgery, chemotherapy, radiation therapy and hormone therapy are used in combination for the treatment of cancer however, the anti-cancer drugs which is used in chemotherapy have many toxic effects causing a lot of side effects such as fatigue, hair loss and anemia etc. As a consequence, it is important to find an effective method for the administration of the anti-cancer drugs like drug delivery systems in order to enhance the efficiency and decrease the dose of the drug. The aim of this project is to target an anti-cancer drug temozolomide to the tumor site using magnetic nanoparticles in the presence of an external magnetic field and develop a new drug delivery system. Temozolomide has very low solubility and stability in aqueous medium at neutral conditions thus, an inclusion complex is needed which can be achieved by using various types of cyclodextrins(CDs) having a hydrophobic cavity that can accommodate the drug and increase the solubility. In addition, chitosan is a biocompatible material so, it is used for many biomedical applications. Chitosan can be used in combination with inorganic materials such as magnetic NPs for drug delivery system. It is aimed to encapsulate TMZ in magnetite-CD-chitosan beads and by applying an external magnetic field the total entity is targeted to the tumor site. In this way, minimum dose of drug is administered to the human body and side effects are expected to decrease. Magnetic nanoparticles are synthesized and stabilized by CDs. Heat profiles and weight loss upon heating of CD&TMZ inclusion complexes are shown to differ significantly from those of physical mixtures. The solubility of TMZ is shown to increase in the presence of CD's using UV and HPLC. In the presence of magnetite particles, chitosan-magnetite beads that contain TMZ are prepared TMZ encapsulation efficiency of different preparation methods are investigated using HPLC and their morphologies are shown using SEM. These beads are then targeted to a specific area where TMZ is shown to accumulate.