The preparation and characterization of dendrimer coatedmagnetic nanoparticles for targeted cancer therapy
Kanser tedavisinde, ilaç hedeflenmesi için kullanılacakdendrımer kaplı manyetik nanoparçacıkların sentezi ve ilaçtaşıma özelliklerinin incelenmesi
- Tez No: 816087
- Danışmanlar: PROF. DR. UFUK GÜNDÜZ, PROF. DR. GÜNGÖR GÜNDÜZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyoteknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 131
Özet
Nanoteknoloji klasik kemoterapi sınırlamalarını aşmak için umut verici bir alternatiftir. Bu teknoloji çeşitli malzemelerin birleşimi sonucunda çok farklı özelliklerde nanoparçacıkların (nanopartiküllerin) üretilmesini mümkün kılar. Bu nanoparçacıklar arasında; kuantum noktaları (QDs), polimerik, altın manyetik, ve dendrimerik nanoparçacıklar yer almaktadırlar. Çalışmanın ilk bölümünde, süperparamanyetik demir oksit nanoparçacıklar, birlikte çöktürme yöntemi ile sentezlenmiştir. Önce aminosilan ile modifiye edilen nanoparçacıklar daha sonra farklı nesillerde (G2, G3, G4, G5, G6, G7) PAMAM dendrimeri ile kaplanmıştır. Sentezlenen parçacıkların detaylı karakterizasyonu X-ışını kırınımı (XRD), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), Fourier transform infrared spektroskopisi (FTIR), elektron mikroskobu (TEM), dinamik ışık saçılması (DLS) ve titreşimli manyetometre (VSM) analiz yöntemleri ile yapılmıştır. TEM görüntüleri, dendrimer kaplı nanoparçacıkların düzgün boyut dağılımında ve 16 ± 5 nm civarı parçacık çapına sahip olduklarını göstermiştir. Dendrimer kaplı nanoparçacıkların süperparamanyetik olduğu saptanmıştır. Demir oksit nanoparçacıklarının sentezi, aminosilan modifikasyonu ve dendrimer kaplanması FTIR ve XPS analizi ile doğrulanmıştır. Nanoparçacıkların hücre içine alımı ters ışık saçılımlı mikroskop ile incelenmiş ve hücrelerdeki toksisiteleri XTT analizi ile belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, sentezlenmiş olan dendrimer kaplı viii nanoparçacıkların yüzeylerindeki fonksiyonel grupları, simetri mükemmellikleri, boyut dağılımları, manyetik özellikleri, ve toksik olmamaları nedeniyle çeşitli anti-kanser ajanların kanserli bölgeye hedefleme amacı için uygun olabileceğini göstermiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde, manyetik alan altında tümörlü bölgeye hedeflemek amacı ile, Poli (I:C) ilk kez olarak farklı nesillerdeki PAMAM dendrimer ile kaplanmış manyetik nanoparçacıkların (DcMNPs) yüzeyine bağlanmıştır. Çift sarmallı sentetik bir RNA olan Poli (I:C)'nin tümör hücreleri üzerinde önemli bir toksisiteye sahip olduğu bilinmektedir. Öncelikle EDC ve 1-Metilimidazol kullanarak, Poli (I:C) aktivasyonu gerçekleşmiş, Poli (I:C) moleküllerinin bağlanması, agaroz jel elektroforezi ile takip edilmiştir. Yüzeyinde daha fazla fonksiyonel gruba sahip olan yüksek nesil (G7, G6, G5) nanoparçacıkların, Poli (I:C) için daha uygun taşıyıcılar olduğu gösterilmiştir. Farklı meme kanseri hücre hatları üzerindeki in vitro sitotoksisite çalışmaları, DcMNP-bağlı Poly (I:C) sisteminin serbest Poly (I:C) den daha etkili olduğunu göstermiştir. DcMNP' lere bağlı Poli (I:C)'nin sitotoksik etkisinin, doksorubisin dirençli MCF7 hücre hattında en yüksek olduğu gözlenmiştir. Bu nedenle, Poli (I:C) bağlı DcMNP'ler Doksorubisine dirençli kanserlerin tedavisi için daha uygun görünmektedirler. Bu çalışmanın üçüncü bölümünde, Doksorubisin'in nanoparçacıklara yüklenmesi, salımı, ve dayanıklılığı incelenmiştir. Doksorubisin ilk olarak %97 verimle G2, G3 ve G4 nanoparçacıklara yüklenmiş, bu düşük nesil nanoparçacıkların pH- duyarlı ilaç salım özelliğine sahip oldukları gösterilmiştir. G4DcMNP, ilacın çoğunu düşük pH'da salmakta ve Doxorubisin hedeflemesi için en uygun nesil olarak görünmektedir. Doksorubisin dirençli MCF7 hücreleri üzerindeki in vitro sitotoksisite çalışmaları, Doxorubisin yüklü DcMNP lerin serbest doksorubisin'e göre beş kat daha fazla etkili olduğunu göstermiştir. Bu nedenle, Doksorubisin yüklü G4DcMNP'ler, Doksorubisin dirençliliğini yenmek için yararlı olabilirler. G2 ve G3DcMNP'ler ise Vinka alkaloid veya Taksoid grubu ilaçların yüklenmesi için daha uygun olacaktır. Araştırmanın son bölümünde, Poli (I:C)'nin, Doksorubisin yüklü G4DcMNP'ler üzerine bağlanma özellikleri pH 6.0 ve pH 6.5 değerlerinde incelenmiştir. Doksorubisin G4DcMNP'lere yüklendiği zaman, Poli (I:C)'nin yüzeydeki fonksiyonel guruplara bağlanmasının on kat daha arttığı gözlenmiştir. Poli (I:C)'nin Doksorubisin yüklü DcMNP'lerin yüzeyindeki amin gruplarına bağlanması, bu nanoparçacıkların kandaki sitotoksik etkilerini azaltarak onları biyo-uyumlu hale getirmeye yardımcı olmaktadır. Çünki DcMNP'lerin amin grupları bu nanoparçacıkların asıl toksisite nedenleridir. Ayrıca, TEM sonuçlarına göre Poli (I:C) DcMNP'lere bağlandığında nanoparçacıkların birbirlerinden ayrılmasını da sağlamaktadır. Serbest Doksorubisin ve bu çalışmada hazırlanan diğer taşıyıcı sistemler kullanılarak yapılan sitotoksisite karşılaştırmaları, Poli (I:C) bağlı, Doksorubisin yüklü DcMNP'lerin Doksorubisin'e dirençli MCF7 hücrelerinde en yüksek toksik etkiye sahip olduğunu göstermiştir. Bu nedenle, geliştirilen Poli (I:C) bağlı, Doksorubisin yüklü DcMNP'ler, kanserli hücrelerdeki dirençliliği aşabilecek önemli bir ilaç hedefleme sistemi olma potansiyeli taşımaktadırlar.
Özet (Çeviri)
Nanotechnology is a promising alternative to overcome the limitations of classical chemotherapy. This technology has enabled the development of particles with nano sizes that can be fabricated from a multitude of materials in a variety of compositions. These nanoparticles include; quantum dots (QDs), polymeric nanoparticles, gold nanoparticles, magnetic nanoparticles and dendrimeric nanoparticles. In first section of this study, superparamagnetic iron oxide nanoparticles were synthesized by coprecipitation method. The nanoparticles were modified with aminopropyltrimethoxysilane and then were coated with PAMAM dendrimer. The detailed characterization of synthesized nanoparticles was performed by X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), transmission electron microscopy (TEM), dynamic light scattering, and vibrating sample magnetometer (VSM) analyses. TEM images demonstrated that the DcMNPs have mono-disperse size distribution with an average particle diameter of 16 ± 5 nm. DcMNPs were found to be superparamagnetic through VSM analysis. The synthesis, aminosilane modification, and dendrimer coating of iron oxide nanoparticles were validated by FTIR and XPS analyses. Cellular internalization of nanoparticles was studied by inverted light scattering microscopy, and cytotoxicity was determined by XTT analysis. Results demonstrated that the synthesized DcMNPs, with their functional groups, symmetry perfection, size distribution, magnetic properties, and nontoxic characteristics could be suitable nano-carriers for targeted cancer therapy upon loading with various anticancer agents. vi Poly (I: C), which is a synthetic double-stranded RNA, have significant toxicity on tumor cells. In the second part of this study, Poly (I:C) for the first time was efficiently bound onto the surface of different generations of newly synthesized PAMAM dendrimer coated magnetic nanoparticles (DcMNPs) which can be targeted to the tumor site under magnetic field. Poly (I:C) activation was achieved in the presence of EDC and 1-Methylimidazole. Binding of Poly (I:C) onto DcMNPs was followed by agarose gel electrophoresis. Acidic reaction conditions were found as superior to basic and neutral for binding of Poly (I:C). In addition, having more functional groups at the surface, higher generations (G7, G6, G5) of PAMAM DcMNPs were found more suitable as a delivery system for Poly (I:C). In vitro cytotoxicity study on different breast-cancer cell lines demonstrated that Poly (I:C)-bound DcMNPs are more effective than free Poly (I:C). However, highest cytotoxicity of Poly (I:C)-bound DcMNPs was observed in Doxorubicin resistant MCF7 cells. Therefore, Poly (I:C)-bound DcMNPs seem to be a suitable for the treatment of Doxorubicin resistant cells. In the third part of the study, Doxorubicin loading, release, and stability on nanoparticles (NPs) were analyzed. Doxorubicin could be loaded on G2, G3 and G4DcMNPs with 97% efficiency. The release studies demonstrated that low-generation NPs obtained in this study have pH-sensitive drug release characteristics. G4DcMNPs, which released most of the drug in lower pH, seems to be the most suitable generation for efficient Doxorubicin delivery. In vitro cytotoxicity study on Doxorubicin resistant MCF7 cells demonstrated that application of Doxorubicin-loaded DcMNPs are five times more effective than free Doxorubicin. Therefore, application of Doxorubicin-loaded G4DcMNPs may help to overcome Doxorubicin resistance in MCF7/Dox cells. On the contrary, G2 and G3DcMNPs would be suitable for the delivery of drugs such as Vinca alkaloids and Taxenes, which show their effects in cytoplasm. The results also provide new insights in the development of pHsensitive targeted drug delivery systems to overcome drug resistance during cancer therapy. In the last section of the research Poly (I:C) binding on Doxorubicin-loaded G4DcMNPs at pH 6 and pH 6.5 were studied. Results demonstrated that Doxorubicin loading on lower generation of DcMNPs make them more suitable for Poly (I:C) binding. Loading of Doxorubicin into the cavities of G4DcMNPs increases the binding efficiency of Poly (I:C) to the surface functional groups up to ten fold. Amine groups at the surface of DcMNPs are the main reasons for the toxicity of these nanoparticles in blood. Binding of Poly (I:C) to amine groups on the surface of Doxorubicin-loaded DcMNPs will decrease the cytotoxicity of the system in the blood and increase its biocompatibility. TEM results demonstrated that Poly (I:C) binding on DcMNPs increases their dispersivity too. When we compared the in vitro cytotoxicity of Doxorubicin, Poly (I:C) and Poly (I:C)-bound Doxorubicin-loaded DcMNPs, it was observed that Poly (I:C)-bound Doxorubicin-loaded DcMNPs show the highest cytotoxic effect on Doxorubicin resistant cells. The results demonstrated that Poly (I:C)- bound, Doxorubicin loaded- G4DcMNPs may be a useful delivery system by the biocompatibility of the complex in blood stream, and by their high toxicity inside tumor cells. These nanoparticles can also be a suitable targeted system to overcome the Doxorubicin resistance in cancer cells.
Benzer Tezler
- pH duyarlı dendrimer bağlanmış polimerik malzemelerin hazırlanması ve biyomedikal alanda kullanımı
Preparation of pH-responsive dendrimer connected polymeric materials and use in biomedical field
SELDA SEZER
- Flor sübstitüe dendritik ftalosiyaninlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis of characterization of flor substitueted dendritic phthalocyanines
ALPER KARTAL
- Alkylthio-and alkynylthio-substituted phthalocyanines
Alkiltiyo- ve alkiniltiyo-sübstitüe ftalosiyaninler
SAİDA KAİPOVA
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HATİCE DİNÇER
- Eklemeli imalat destekli dereceli hassas döküm yöntemi ile bal peteği yapıların üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of honeycomb structures by additive manufacturing-aided investment flask mould casting method
FATİH GÜLER
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜL KELEŞ
DR. LEVENT TURHAN
- Alkil zincirleri ile sübstitüe asimetrik ftalosiyanin sentezi
Synthesis of alkyl chain substituded unsymmetrical phthalocyanines
NİLGÜN ÖZGÜR
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESİN HAMURYUDAN