Glioblastoma tedavisinde kombin ilaç yüklü katmanlı nanolif yüzeylerin tasarımı ve kullanılabilirliğinin analizi
Design and analysis of usability of combined drug loaded layered nanofiber surfaces in glioblastoma treatment
- Tez No: 890862
- Danışmanlar: PROF. DR. BERRİN TUNCA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoteknoloji, Genetik, Moleküler Tıp, Biotechnology, Genetics, Molecular Medicine
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Uludağ Üniversitesi
- Enstitü: Sağlık Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Tıbbi Biyoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 233
Özet
Glioblastoma (GB), tüm beyin tümörlerinin %12-15'ini ve astrositomların %50-60'ını oluşturan yetişkinlerde en sık görülen ve en agresif beyin tümörüdür. Cerrahi rezeksiyon, eş zamanlı verilen kemoterapi ilacı olan Temozolomid (TMZ) ve radyasyondan oluşan mevcut standart tedaviden sonra hastaların medyan sağkalımı sadece 12.6 aydır. GB'lerde çoğu durumda tümörün tam rezeksiyonu mümkün olmadığından sıklıkla kısa süre içerisinde nüks görülür. Son yıllarda yapılan çalışmalar ile birlikte geliştirilen yeni teknolojiler çeşitli kanser türlerinde onkolojik tedavinin başarısını artırsa da GB'de sistemik toksisite, kan-beyin bariyerinden (BBB) sınırlı penetrasyon, tümör bölgesinde yeterli ilaç konsantrasyona ulaşamama ve bu tedavilerin kısa yarı ömrü GB tedavisi için geliştirilen yaklaşımların başarısını sınırlamaktadır. Bu nedenle GB tedavisinde tümör yatağında kanser karşıtı ajanların kontrollü salım ile birlikte lokal etkisine odaklanan tedavi yaklaşımlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Güncel çalışmalar, TMZ'nin GB tümör yatağına lokal olarak verilmesinin, TMZ'nin sistemik dolaşımını önleyerek ve normal dokuları ilacın toksisitesinden koruyarak, sistemik tedavide sıklıkla gözlenen klinik yan etkileri azalttığını kanıtlamıştır. Ayrıca, intrakraniyal tümörler için lokal tedavinin öncülerinden biri olan karmustin (BCNU) yüklü Gliadel ® gofretleri, tümör yatağında içerisinde yüklü olan ajanın lokal olarak kontrollü bir şekilde salmasını sağlamak için biyouyumlu polimer teknolojisi olarak geliştirilmiş ve FDA tarafından onaylanmıştır. Ancak malzemenin sertliği, büyüklüğü ve aşırı difüzyonu nedeniyle görülen yan etkiler bu ilacın kullanımını sınırlandırmıştır. Üstelik, BCNU glial tümörler de dahil olmak üzere birçok kanserin tedavisinde kullanılabilmesine rağmen, güncel çalışmalar BCNU'nun GB için sadece TMZ ile birlikte bir takviye olarak kullanılmasını önermektedir ve bu kapsamda TMZ tabanlı tedavi hala GB hastaları için standart tedavi olmaya devam etmektedir. Bu nedenle, TMZ ve TMZ'nin etkinliğini arttırabilecek biyoaktif bileşik kullanan polimer tabanlı kontrollü salım sistemleri araştırmacıların tümör yatağındaki GB'nin lokal tedavisi için kullanılabilecek hedeflerden biri haline gelmiştir. Bunun sebebi farklı moleküler mekanizmaları hedef alan terapötik ajanların kombinasyonuyla oluşan multimodal terapötik yaklaşımlarının, GB hücreleri üzerinde mevcut kemoterapi ilaçlarının tek kullanımından daha etkili bir sitotoksik etkiye sahip olmasıdır. Çalışmalar, kemoterapötiklerin aktivitesinin, anti-oksidan özelliklere sahip bazı biyoaktif bileşiklerle birlikte uygulandıklarında kemoterapi direncini ortadan kaldırabileceğini göstermektedir. Biyoaktif bileşenler arasında yer alan fenollerin ve flavonoidlerin, fenolik hidroksil gruplarının redoks özellikleri ve kimyasal yapılarındaki yapısal ilişkiler nedeniyle serbest radikallere karşı önemli anti-oksidan aktiviteler sağladığı kanıtlanmıştır. Zeytin ağacı yaprak özütleri (Olea europaea leaf extratct; OLE) ve içerisindeki biyoaktif bileşikler (Oleuropein; OL, hidroksitirozol; HT, tirozol; TYR ve rutin) kanser hücrelerinin çoğalmasını azaltan ve onların agresifliğini baskılayan anti-oksidan özelliklere sahiptirler. Ancak bu bileşiklerin zayıf sulu çözünürlük, düşük absorpsiyon ve moleküllerin hızlı metabolizması, onları klinik uygulaması için ciddi anlamda sınırlandırmaktadır. İlaç dağıtım sistemleri, farmakolojik uygulama sürecinde belirli maddeler/ilaçlar için taşıyıcı olarak işlev görecek şekilde küçük moleküller veya makromoleküllerle yüklenebilen nanomalzemeleri içerir. Polimerler arasında, elektrospinning ile üretilen nanolifler, yüksek yükleme kapasitesi, yüksek kapsülleme değişimi ve büyük yüzey alanı-hacim oranı gibi vazgeçilmez özellikler nedeniyle cerrahi rezeksiyondan sonra tümör yatağına implante edilebilir ilaç taşıyıcı sistemleri olarak geliştirilmiştir. Nanolifler, ayarlanabilir ilaç oranlarının kontrollü ve uzun süreli salınmasını sağlayarak tümörler üzerinde istenilen etkinin oluşmasını sağlarlar. Biyouyumluluğu, biyolojik olarak parçalanabilirliği ve iyi mekanik özellikleri nedeniyle ilaçların kapsüllenmesini sağlayan poli(laktik asit) (PLA) gibi çeşitli doğal ve sentetik polimerler elektrospinning ile üretilebilmektedir. Hidrofobik bir polimer olan PLA, biyolojik çevreyle temas ettiğinde genellikle hidroliz yoluyla laktik asit veya karbondioksit ve suya ayrışmaya başlar. PLA, vücutta iyi tolere edilir ve zamanla güvenli bozunma ürünlerine ayrışır. Bu nedenle, son çalışmalar PLA'nın sitotoksisite olmadan tümör ve normal hücreler tarafından içselleştirildiğini ve genellikle iyi tolere edildiğini göstermektedir. Ancak, ilaç/polimer karışım ile elektrospinning üretimi sırasında, nanoliflerin patlama salım göstermeleri nedeniyle ilacın nanoliflerin yüzeyinden hızla salınması meydana gelir. Çekirdek-kabuk elektrospinning, ilaç moleküllerinin salımını dikte ederek ilacı polimerlere başlangıçta patlama salım olmadan kapsülleyerek bu sınırlamanın üstesinden gelir ve bu da daha yüksek yükleme süreçleriyle elde edilebilen kontrollü bir salımla sonuçlanır. Bu kapsamda mevcut tezde GB tümörlerinin rezeksiyondan sonra tümör alanında lokal tedavi olarak kullanılabilecek, kontrollü salım yeteneği ile cerrahi rezeksiyon sonrası kalan hücrelerin proliferasyonunu ve agresifliğini baskılayabilecek biyouyumlu biyoaktif bileşik ve kemoterapi ilacı yüklü hibrit katmanlı kompozit nanolif ağ (LHN) tasarlandı. Bu LHN yüzey, biyoaktif bileşik ve/veya ilaç yüklenmiş iki nanolif katmanından oluşmaktadır. LHN'yi oluşturan ilk katman, polivinil alkol (PVA) nanolifi, tümör rezeksiyonundan sonra kalan kanser hücrelerini öldürmek için ilacı/biyoaktif bileşiği anında salması için tasarlandı. LHN'yi oluşturan ikinci katman, çekirdek-kabuk PLA nanolif ağı, bu ajanları uzun vadede ve tümör büyümesini önlemek için kontrollü bir şekilde serbest bırakmak üzere tasarlandı. Ek olarak, bu katmanlar arasına ilaç/biyoaktif bileşik eklenmesiyle iki katman arasının desteklenmesi sağlandı. Mevcut doktora tez çalışmasının ilk bölümünde, PLA ve LHN nanomalzeme içerisine yüklenecek olan biyoaktif molekülün belirlenebilmesi amacıyla, OLE ve fenolikleri olan, OL, HT, TYR ve rutinin apoptoz teşvik edici ve kanser hücrelerini baskılama üzerine etkilerinin hem tek başına ve hem de TMZ ile kombinasyon halinde GB hücrelerine karşı araştırılması ve karşılaştırılması amaçlanmıştır. Bu kapsamda biyoaktif bileşiklerin ayrı ayrı ve TMZ ile kombinasyon halinde GB hücre hatları olan T98G ve A172 hücrelerine etkileri, gerçek zamanlı hücre çoğalma analizi ve WST-1 analiziyle, hücre döngüsü dağılımı ve hücre içi oksidatif stres durumu kit protokolü kullanarak Muse hücre analiz sistemiyle, apoptozu teşvik edici özelliği çift akridin oranj/propidyum iyodür (AO/PI) boyama ve Annexin V analiziyle gerçekleştirildi. Sonrasında biyoaktif bileşiklerin tek başlarına ve TMZ ile kombinasyon halinde GB tümör agresifliğini baskılama yönündeki etkilerinin belirlenmesi için, çizik oluşumuyla yara iyileşme analizi, koloni oluşum analizi, GB tümör sferlerinin canlılık analizi ve GB kök benzeri hücre (GSC) analizi gerçekleştirildi. Tez çalışmasının bu bölümündeki bulgulara göre, OLE'deki aktif fenolik bileşikler GB hücre proliferasyonunu inhibe etti ve bu bileşikler hücre döngüsünü G2/M aşamasında tutuklayarak koloni oluşumunu azalttı. OLE ve içerisindeki fenolik bileşikler sinerji skoruna göre TMZ'ye katkılı etki gösterdiği belirlendi. OL'ün apoptoz etkisi iki hücre hattında da tek başına TMZ tedavisinden daha yüksekti (p
Özet (Çeviri)
Glioblastoma (GB) is the most common and aggressive brain tumor in adults, accounting for 12-15% of all brain tumors and 50-60% of astrocytomas. The median survival of patients after current standard treatment, which consists of surgical resection, the concurrent chemotherapy drug Temozolomide (TMZ), and radiation, is only 12.6 months. Since complete resection of the tumor is not possible in most cases of GB, recurrence often occurs in a short time. Although new technologies developed with the studies conducted in recent years increase the success of oncological treatment in various types of cancer, systemic toxicity in GB, limited penetration through the blood-brain barrier (BBB), inability to reach sufficient drug concentration in the tumor area, and the short half-life of these treatments limit the success of GB treatment approaches. Therefore, treatment approaches that focus on the local effect of anti-cancer agents with controlled release in the tumor bed are needed in the treatment of GB. Current studies have proven that local delivery of TMZ to the GB tumor bed reduces clinical side effects often observed with systemic therapy by preventing systemic circulation of TMZ and protecting normal tissues from the drug's toxicity. In addition, Gliadel ® wafers loaded with carmustine (BCNU), one of the pioneers of local treatment for intracranial tumors, were developed and approved by the FDA as a biocompatible polymer technology to provide locally controlled release of the loaded agent in the tumor bed. However, side effects due to the hardness, size, and excessive diffusion of the material have limited the use of this drug. Moreover, although BCNU can be used to treat many cancers, including glial tumors, current studies recommend using it only as a supplement together with TMZ for GB. To this extent, TMZ-based therapy remains the standard treatment for GB patients. Therefore, polymer-based controlled release systems using TMZ and bioactive compounds that can increase the effectiveness of TMZ have become one of the targets that researchers can use for local treatment of GB in the tumor bed. This is because multimodal therapeutic approaches, consisting of the combination of therapeutic agents targeting different molecular mechanisms, have a more effective cytotoxic effect on GB cells than the single use of existing chemotherapy drugs. Studies show that the activity of chemotherapeutics can eliminate chemotherapy resistance when administered together with certain bioactive compounds with anti-oxidant properties. It has been proven that phenols and flavonoids, among the bioactive components, provide important anti-oxidant activities against free radicals due to the redox properties of phenolic hydroxyl groups and the structural relationships in their chemical structures. Olive tree leaf extracts (Olea europaea leaf extract; OLE) and the bioactive compounds (Oleuropein; OL, hydroxytyrosol; HT, tyrosol; TYR and rutin) have anti-oxidant properties that reduce the proliferation of cancer cells and suppress their aggressiveness. However, the poor aqueous solubility, low absorption, and rapid metabolism of the molecules of these compounds seriously limit them for clinical application. Drug delivery systems include nanomaterials that can be loaded with small molecules or macromolecules to act as carriers for specific substances/drugs in pharmacological administration. Among polymers, nanofibers produced by electrospinning have been developed as implantable drug carrier systems in the tumor bed after surgical resection due to indispensable properties such as high loading capacity, high encapsulation variation, and large surface area-to-volume ratio. Nanofibers ensure the desired effect on tumors by providing controlled and long-term release of adjustable drug rates. Various natural and synthetic polymers, such as poly(lactic acid) (PLA), which enable the encapsulation of drugs due to their biocompatibility, biodegradability, and good mechanical properties, can be produced by electrospinning. PLA, a hydrophobic polymer, begins to decompose into lactic acid, carbon dioxide, and water when it comes into contact with the biological environment, usually through hydrolysis. PLA is well tolerated in the body and breaks down into safe degradation products over time. Therefore, recent studies show that PLA is internalized by tumor and normal cells without cytotoxicity and is generally well tolerated. However, during electrospinning production with the drug/polymer mixture, the drug's rapid release from the nanofibers' surface occurs due to the burst release of the nanofibers. Core-shell electrospinning overcomes this limitation by dictating the release of drug molecules and encapsulating the drug into polymers without initial burst release, resulting in a controlled release that can be achieved through higher loading processes. In this context, the current thesis, a hybrid layered composite nanofiber network (LHN) loaded with biocompatible, bioactive compounds and chemotherapy drugs was designed, which can be used as a local treatment in the tumor area after resection of GB tumors and can suppress the proliferation and aggressiveness of remaining cells after surgical resection with its controlled release ability. This LHN surface consists of two layers of nanofibers loaded with bioactive compounds and/or drugs. The first layer forming the LHN, polyvinyl alcohol (PVA) nanofiber, was designed to instantly release the drug/bioactive compound to kill remaining cancer cells after tumor resection. The second layer, the core-shell PLA nanofiber network that forms the LHN, is designed to release these agents in a controlled manner over the long term and to prevent tumor growth. Additionally, support between the two layers was achieved by adding drugs/bioactive compounds between these layers. The first part of the current doctoral thesis study aimed to investigate and compare the effects of OLE and its phenolics, OL, HT, TYR, and rutin, on apoptosis-promoting and suppressing cancer cells against GB cells, both alone and in combination with TMZ. In this context, it will be possible to determine the bioactive molecule that will be loaded into PLA and LHN nanomaterials. In this context, the effects of bioactive compounds individually and in combination with TMZ on T98G and A172 cells, which are GB cell lines, were evaluated by real-time cell proliferation analysis and WST-1 analysis, cell cycle distribution and intracellular oxidative stress status by Muse cell analysis system using the kit protocol and apoptosis-promoting properties were determined by double acridine orange/propidium iodide (AO/PI) staining and Annexin V analysis. Subsequently, to determine the effects of bioactive compounds alone and in combination with TMZ on suppressing GB tumor aggressiveness, wound healing analysis by scratch formation, colony formation analysis, viability analysis of GB tumor spheres, and GB stem-like cell (GSC) analysis were performed. According to the findings in this part of the thesis study, the active phenolic compounds in OLE inhibited GB cell proliferation. These compounds reduced colony formation by arresting the cell cycle in the G2/M phase. According to the synergy score, OLE and its phenolic compounds had an additive effect on TMZ. The apoptosis effect of OL was higher than TMZ treatment alone in both cell lines (p
Benzer Tezler
- Hesperetin ve juglon yüklü nanopartiküllerin U87MG hücre hattı üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Investigation of effects of hesperetin and juglone charged nanoparticles on U87MG cell line
NEFİYE GÜLER
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
BiyoteknolojiYıldız Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BANU MANSUROĞLU
- Investigation of the effects of supplementary therapy candidate molecules in breaking chemotherapy resistance in glioblastoma cells and retrospectively supporting the findings with primary tumors
Glioblastoma hücrelerinde kemoterapi direncinin kırılmasında tamamlayıcı tedavi adayı moleküllerin etkilerinin araştırılarak bulguların retrospektif olarak primer tümörler ile desteklenmesi
SENA FERAH
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Tıbbi BiyolojiBursa Uludağ ÜniversitesiTıbbi Biyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BERRİN TUNCA
- Olea europaea yaprak özütünün (OLE) glioblastoma hücrelerinin biyolojik davranışlarına olan etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of leaf extract (OLE) on the biological behavior of glioblastoma cells
MELİS MUTLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Moleküler TıpUludağ ÜniversitesiTıbbi Biyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BERRİN TUNCA
- Glioblastoma multiforme tümör hücrelerine karşı Temozolomide ve Suberoylanilide hydroxamic acid'in kombine/sinerjik tedavisinde apoptoz etkinliğinin araştirilmasi
Synergistic effect of Temozolomide and Suberoynlanilide hydroxamic acid on apoptosis in glioblastoma multiforme cell line
CENAY CİHAN
- Anti kanser ilaç direnç mekanizmasında ısı şoku proteinlerinin şaperon aktivitesinin araştırılması
Investigation of chaperone activity of heat shock proteins in anti-cancer drug resistance mechanism
DUDU MELEK GÜRSOY
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Biyolojiİstanbul ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT PEKMEZ