Kansere karşı çok yönlü tedavi aracı olarak manyetik nanopartiküllerin geliştirilmesi

Abstract

Amaç: Bu çalışmada, hücre ölüm bozukluğu ile karakterize heterojen bir hastalık olan kansere karşı kemoterapi, immünoterapi ve manyetik hipertermi (MHT)'yi içeren nanoteknoloji temelli çok yönlü bir tedavi önerisi sunmak amaçlanmıştır. Bu amaçla, nispeten düşük sıcaklıklarda (39 °C) uygulanan MHT'nin, ilaç ve DNA yüklü nanoparçacıklar (NP) ile birleştirilmesiyle daha etkin bir kanser hücre ölümünün gerçekleşmesi hedeflenmiştir. Yöntem: Bu çalışmada gözenekli silika ile kaplanmış çinko-demir oksit NP'ler üretildi. Gözeneklere doksorubisin (DOX) molekülü yüklendikten sonra yapıya hedefleme molekülü olan folik asit ile modifiye edilmiş olan polietilen imin (PEI) ve interferon uyarıcı DNA (ISD) dâhil edildi. Elde edilen yapı DINP olarak adlandırıldı ve TEM, SEM, XRD, XPS ve UV spektroskopi gibi teknikler ile karakterize edildi. Çalışma, MCF-7 ve MDA-MB-231 meme kanseri hücre hatları ve kanser hücre hattı olmayan MCF-10A hücreleri ile yürütüldü. NP'lerin hücresel alımı konfokal mikroskopi ve akış sitometri ile ortaya kondu. Manyetik hipertermi uygulaması için örnekler, belirli sürelerde sabit AC manyetik alan altında tutuldu. Uygulamaların sitotoksisite ve anti-proliferatif etkilerinin yanı sıra apoptotik durumları ve neden olduğu oksidatif stres belirlendi. Bulgular: Elde edilen TEM ve SEM verilerine göre yaklaşık 100 nm çekirdek-kabuk NP'ler üretildi. Pozitif yük dengesi ve yükleme etkinliği göz önüne alınarak, DINP hazırlamak için 1 µg ISD, 50 µg PEI-FA ve 250 µg NP kullanımının uygun olduğu bulundu. Hücrelerin 2 saat içinde %90'ın üzerinde NP aldığı belirlendi. Uygulamadan 3 saat sonra hücre içi ilaç miktarının terapötik düzeyde olduğu belirlendi. NP uygulamasından 2 saat sonra MHT uygulanmasının ideal olduğu belirlendi. Sonuç: Önerilen çoklu terapi neticesinde MDA-MB-231 ve MCF-7 kanser hücre hatlarında, sağlıklı hücre hattı olan MCF-10A hücrelerine göre daha fazla oksidatif stres ve hücresel ölüm görülmüştür.

Purpose: In this study, it is aimed to propose a nanotechnology-based multifaceted treatment approach including chemotherapy, immunotherapy, and magnetic hyperthermia (MHT) against cancer, which is a heterogeneous disease characterized by cell death disorder. For this purpose, it is targeted to achieve a more effective cancer cell death by combining MHT applied at relatively low temperatures (39 °C) with drug and DNA-loaded nanoparticles (NP).Method: In this study, mesoporous silica coated zinc-iron oxide NPs were synthesized. Following loading of the doxorubicin molecule into the pores, the interferon-stimulatory DNA (ISD) complex and targeting molecule which is folate modified polyethylene imine (PEI) were added to the structure to form a functionalized construct. The resulting structure, shortly named as DINP, was characterized using techniques such as TEM, SEM, XRD, XPS, and UV spectroscopy. The study was conducted using MCF-7 and MDA-MB-231 breast cancer cell lines, as well as non-tumorigenic MCF-10A cells. The cellular uptake of NPs was demonstrated through confocal microscopy and flow cytometry. Samples were kept under constant AC magnetic field for specific period of time for the application of magnetic hyperthermia. In addition to assessing cytotoxicity and proliferative effects of the treatments, apoptotic statuses and oxidative stress were determined.Findings: Based on the obtained TEM and SEM data, core-shell NPs of approximately 100 nm were synthesized. Considering the positive charge of NPs and drug loading efficiency, it was found that for DINP preparation, 1 µg of ISD, 50 µg of PEI-FA, and 250 µg of NPs were suitable. It was determined that cellular uptake percentage was over 90% of the NPs within 2 hours. Three hours after administration, the intracellular drug level was found to be at a therapeutic level. MHT application was found to be optimal 2 hours after NP administration.Results: As a result of the proposed multiple therapy, more oxidative stress and cellular death were observed in MDA-MB-231 and MCF-7 cancer cell lines compared to healthy cell line MCF-10A cells.