Geri Dön

Mitoksantron taşıma amaçlı BSA-kaplı, folik asit ile hedeflendirilmiş manyetik karbon nanotüplerin geliştirilmesi

Development of BSA-coated, targeted with folic acid magnetic carbon nanotubes for mitoxantrone delivery

PDF İndir

  1. Tez No: 929274
  2. Yazar: BUĞÇE AYDIN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. FATMA SENİHA GÜNER
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Biyomühendislik, Kimya Mühendisliği, Bioengineering, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 112

Özet

Günümüzde yılda 15 milyondan fazla insana kanser teşhisi konulmaktadır. Vücutta bölgesel olarak başlayan kanser zamanla uzak bölgelere yayılır ve tedavi edilemez hale gelir. Mevcut tedavi yöntemlerinde her geçen gün gelişmeler yaşansa da hastalığın tedavisi halen istenen optimum yöntemlerden uzaktır. Kanser tedavisinde en kritik nokta, ilacın sağlıklı dokulara zarar vermesini engelleyip, tümörlü dokularda birikmesini sağlamaktır. Kanser tedavisine yönelik yapılan çalışmalar; malzeme, moleküler biyoloji, genetik, mühendislik, biyokimya ve cerrahi gibi birçok farklı alanda çalışan araştırmacıların katkısını kapsar ve optimum çözüme ulaşmada bunlardan hiçbiri tek başına başarılı olamaz. Mitoksantron (MTO), kanser tedavisinde yaygın olarak kullanılan antrasendion bazlı bir antikanser ilacıdır. Fakat sağlıklı hücreler/dokular üzerindeki spesifik olmayan etkileri ve çözünürlüğünün düşük olması nedeniyle klinik kullanımı sınırlıdır. Son yıllarda kanser tedavisine yönelik en önemli yaklaşımlardan biri, MTO benzeri ilaçların toksisitesini azaltmaya yönelik hedefli ilaç taşıyıcı nanosistemlerdir. Bu çalışma, dünyada kalp ve damar hastalıklarından sonra ölüme en çok neden olan kanser hastalığının tedavisine katkı sağlayacak MTO taşıyıcı sistemlerin tasarlanması amacıyla kurgulanmıştır. Literatürdeki benzer çalışmalara kıyasla tez çalışması kapsamında geliştirilen nanotaşıyıcı sistemin hem manyetik özellik hem de ligand içerecek şekilde tasarlanması ile ilacın sağlıklı hücrelere kıyasla kanserli hücrelerde salımının gerçekleşmesinin sağlanması hedeflenmiştir. Böylelikle mevcut tedavi yöntemlerinin neden olduğu en büyük sınırlamalardan biri olan sağlıklı hücrelere olan toksik etkinin de minimum seviyede tutulması amaçlanmıştır. Pasif hedefleme ile kanserli ve sağlıklı hücreler arasındaki yapısal farklılıklardan (pH, sıcaklık, geçirgenlik vb.) yararlanılırken, aktif hedefleme için kanserli bölgede reseptörünün fazla olması nedeniyle folik asit bağlı ve manyetik özelliğe sahip nanotaşıyıcılar hazırlanmıştır. Biyolojik uygulamalardaki potansiyellerini artırmak amacıyla son yıllarda manyetik özelliğe sahip karbon nanotüpler (mKNT) geliştirilmiş ve böylece uygulama alanları daha spesifik hale getirilmiştir. mKNT'ler, ilacın harici bir manyetik alan altında tümör bölgesine hedeflenmesini kolaylaştırabilirken, tümör bölgesinin sıcaklığını 46 °C'ye kadar artırarak hipertermi etkisi sağlayabilir. Böylelikle mKNT'ler kanser tedavisinde kemoterapi ilacının yan etkilerinin azaltılması, ilacın hedefe iletilmesi ve dış uyarıcılar ile hipertermi etkisiyle hedef hücrenin/dokunun ortadan kaldırılmasını sağlayarak çok yönlü taşıyıcılar olarak kullanılabilir ve tedavi aşamasında ilaçtan maksimum verim alınması sağlanabilir. Karbon yapıların ilaç taşıyıcı sistemlerde iskelet olarak kullanılabilmesi için istenen özelliklere sahip olması gerekmektedir. Saf KNT hidrofobik ve toksik özellik gösterir. Bu durumu gidermek için; kovalent veya kovalent olmayan yöntemlerle çeşitli moleküller KNT'ye bağlanarak KNT'nin toksik özelliği iyileştirilebilir. Plazmada en bol bulunan protein olan sığır serum albümin (BSA) biyouyumlu olması nedeniyle kaplama malzemesi olarak dikkat çekmektedir. BSA'nın yapısal konfigürasyonu çeşitli ligand bağlanma bölgeleri sağlar ve BSA, KNT'lerin sitotoksisitesini önemli ölçüde azaltabilir. Yayınlanan çalışmalarda antikanser ilaçların kanser hücrelerine karşı seçiciliğini artırmak için hazırlanan nanotaşıyıcılara manyetik özelliğin yanı sıra birçok aktif hedefleme ligandı da konjuge edilmiştir. Bu ligandlar arasında folik asit (FA), düşük maliyeti, toksik olmaması ve yüksek stabilitesi nedeniyle en duyarlı hedefleme moleküllerinden biridir. Ayrıca FA'nın folat reseptörüne (FR) bağlanma afinitesi yüksektir ve FR'ler birçok farklı kanser hücresinde aşırı eksprese edilir. Çalışmanın ilk aşamasında sentezlenen mKNT'ler, BSA ile kovalent yöntemle fonksiyonelleştirilmiştir. BSA-kaplı mKNT (mKNT-BSA), Fourier dönüşümlü kızılötesi (FT-IR) spektroskopisi, Raman spektroskopisi, X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), termogravimetrik analiz (TGA), titreşimli örnek manyetometresi (VSM) ve geçirimli elektron mikroskobu (TEM) gibi ileri analiz teknikleriyle karakterize edilmiştir. Analiz sonuçları mKNT'nin BSA ile kovalent modifikasyonunun başarılı olduğunu göstermiştir. Bir sonraki aşamada, BSA-kaplı mKNT'ler, hedeflenen dağıtıma yönelik spesifik olmamaları nedeniyle FA ile fonksiyonelleştirilmiştir (mKNT-BSA-FA). FA-bağlı nanotaşıyıcılar FT-IR, taramalı elektron mikroskobu (SEM), XPS, VSM ve TGA teknikleri kullanılarak karakterize edilmiştir. mKNT-BSA-FA'nın karakterizasyon sonuçları, nanotaşıyıcının doyum manyetizasyon değerinin manyetik hedefli ilaç dağıtım sistemlerinde kullanımı için uygun olduğunu ortaya koymuştur. Sonraki aşamada, mKNT'lerin MTO yükleme ve salım profilleri değerlendirilmiştir. Saf ve kaplanmış mKNT'ler için pH 9'da ilaç yükleme ve fizyolojik (pH 7,4) ve lizozomal pH'ta (pH 5,5) salım deneyleri gerçekleştirilmiştir. mKNT-BSA-FA'nın en düşük ilaç yükleme kapasitesine ve en yüksek ilaç salım (%) miktarına sahip olduğu görülmüştür. Bu duruma mKNT'nin protein ve folik asit ile fonksiyonelleştirilmesinden sonra hidrofilik özellik kazanması neden olmuştur. Nanotaşıyıcıların sitotoksik etkileri sağlıklı HEK293T ve kanserli MDA-MB-231 hücre hatlarında incelenmiş ve her iki hücre hattı üzerinde de doza bağlı sitotoksik etkileri olduğu görülmüştür. Biyouyumlu BSA ve FA ile yapılan fonksiyonelleştirme mKNT'lerin toksisitesini azaltmıştır. Ayrıca, MTO yüklü mKNT, mKNT-BSA ve mKNT-BSA-FA'nın MDA-MB-231 hücrelerinin canlılığını önemli ölçüde azaltmasına rağmen aynı konsantrasyondaki serbest MTO'ya göre daha az sitotoksik etki gösterdiği belirlenmiştir. Sonuçlar, mKNT-BSA-FA'nın çift hedefleme özelliği nedeniyle geleneksel tedavi yöntemlerine kıyasla daha verimli bir ilaç dağıtım sistemi olabileceğini göstermektedir. İlaç taşıma amaçlı tasarlanan malzemenin süperparamanyetik özelliği, harici manyetik alan uygulanarak ilacın hedeflenen bölgeye iletilmesini ve geleneksel kanser tedavisinin neden olduğu kısıtlamaların giderilmesini sağlar. pH'a duyarlı salım, gelişmiş dispersiyon ve süperparamanyetik özelliğe sahip mKNT-BSA-FA, MTO taşıma amaçlı bir nanosistem olarak düşünüldüğünde iyi bir seçim ve umut verici bir adaydır.

Özet (Çeviri)

Nowadays, more than fifteen million people are diagnosed with the cancer annually. Initially, cancer starts as a localized disease, but it is prone to spread to distant sites within the body, which makes cancer incurable. Despite many advances in conventional treatment options day by day, treatment efficacy is often limited by drug resistance and low specificity. In cancer therapy, a major challenge is to deliver anticancer drug molecules precisely to tumor sites for maximum treatment efficacy while minimizing side effects to normal organs. Studies on cancer treatment include the contribution of researchers working in many different fields, such as materials, molecular biology, genetics, engineering, biochemistry, and surgery, and none of them can be successful alone in reaching the optimum solution. Recent advances suggest that nanotechnology will have a profound impact on disease diagnosis and treatment. Carbon nanotubes (CNTs) are carbon cylinders composed of benzene rings. The properties of CNTs, such as high surface area, ability to pass through the cell membrane, high drug loading capacity, pH-responsive drug release, and easy modification, caused CNTs to be a suitable carrier in drug delivery systems. Nonfunctional CNTs were intrinsically hydrophobic and toxic. To overcome these drawbacks of CNTs, modification of CNT surface has been mediated by two different strategies, noncovalent and covalent functionalization, which render them hydrophilic. Magnetic nanocarriers may be more effective for cancer treatment under a magnetic field compared to nonmagnetic nanomaterials due to enhanced tumor-targeting ability and release in the tumor site. In addition, magnetic nanoparticles generate heat and raise the temperature of the cancerous region upto 46 °C. At these temperatures, tumor cells die as they have lower heat resistance than normal cells. Magnetic CNTs (mCNTs) can be exploited as a multifunctional agent in cancer therapy, reducing the possible side effects of a chemotherapy drug, delivering the cargo to the target, and eliminating target cells/tissue by hyperthermia under external stimuli. Proteins are an important group of organic structures used to improve the biocompatibility of nanocarriers. Among the proteins, bovine serum albumin (BSA) is the most abundant protein in the plasma and has attracted attention as a coating material because of its solubility in water, biodegradability, and nontoxicity. The structural configuration of BSA provides various ligand binding sites, and BSA can significantly decrease the cytotoxicity of CNTs. In many studies, an active targeting agent has been attached to the nanocarrier in addition to its magnetic feature to provide dual-targeting properties. Therefore, many active targeting ligands have been conjugated to nanocarriers to increase the selectivity of anticancer drugs to cancer cells. Among the ligands, folic acid (FA) is the most sensible targeting molecule because of its low cost, nontoxicity, and high stability. Moreover, FA has a high binding affinity to the folate receptor (FR), and FRs are overexpressed in many different types of cancer cells. Mitoxantrone (MTO) is an anthracenedione-based anticancer drug commonly used for cancer therapy. However, its clinical use is restricted due to the nonspecific effects on healthy cells/tissues and low solubility. Therefore, a multifunctional nanoparticle-drug system is needed for its toxicity to healthy organs and hydrophobicity in therapeutic applications. Lately, one of the most essential approaches for the treatment of cancers is targeted drug delivery nanosystems to decrease the toxicity of chemotherapeutic agents such as MTO. In this study, MTO-loaded and functionalized mCNT was modified to utilize passive and active targeting mechanisms and external stimuli system to reach tumor tissue. mCNT can be targeted and concentrated in a specific zone with a magnetic force, leading to a higher local drug concentration. Both active targeting with FA and the targeting of the magnetic field effect may ensure the destruction of tumor cells in the targeted area with a smaller amount of drugs. At the same time, the toxic effect on normal cells can also be reduced. In the first step of the study, mCNTs were synthesized using the ligand exchange method. Synthesized nanocarriers were characterized by Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy, thermogravimetric analysis (TGA), Raman spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), vibrating sample magnetometer (VSM), and transmission electron microscope (TEM). After modification of CNTs with magnetite, the ID/IG ratio for CNTs increased from 0.28 to 0.47. XPS and scannig electron microscope with energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS) analyses showed that mCNT contains carbon, oxygen, and iron elements. XRD pattern of mCNT represented characteristic diffraction peaks of CNT and magnetite, indicating the successful synthesis of magnetic carbon nanotubes. The magnetization curve of mCNT was much lower than that of bulk Fe3O4 (41.3 emu/g). This result was attributed to the successful preparation of mCNT by the ligand exchange method. In the next step, mCNTs were functionalized with BSA by covalent modification, which forms an amide bond between the CNT and BSA. In order to synthesis BSA-coated mCNT (mCNT-BSA), 1-ethyl-3-(3-(dimethylamino)propyl) carbodiimide (EDC) and N-hydroxysuccinimide (NHS) were used as crosslinking agents. BSA-coated mCNT was characterized by advanced analysis techniques such as FT-IR, Raman spectroscopy, XPS, TGA, VSM, and TEM. Analysis results demonstrated successful covalent modification of mCNT with BSA. The saturation magnetization value of mCNT-BSA demonstrated its potential for magnetic-targeted drug delivery systems. Moreover, results indicated that mCNT-BSA is suitable for active targeting. In the next step, mCNT-BSA was modified with FA (mCNT-BSA-FA) as the targeting molecule due to their nonspecificity for targeted delivery. The novel carrier was characterized using FT-IR, SEM, XPS, VSM, and TGA analyses. FA protected the pH-responsive and superparamagnetic properties of mCNTs. Moreover, characterization results of mCNT-BSA-FA indicated that the magnetization value of nanocarriers is enough to separate and guide nanoparticles using an external magnet. The superparamagnetic properties of nanocarrier systems are important for drug delivery. A comparison of dispersion in water photographs showed that mCNT-BSA-FA presented the best stability. Then, MTO loading and release profiles of mCNTs were evaluated. Drug loading at pH 9 and releases at physiological (pH 7.4) and lysosomal pH (pH 5.5) were carried out for uncoated and coated mCNTs. mCNT-BSA-FA showed less drug loading capacity but more release response than mCNT. Decrease in loading and increase in release contributed to the enhanced hydrophilicity by BSA and FA conjugation onto the surface of mCNT. Moreover, drug loading and release studies showed that the dominant factors in MTO release are drug loading content and temperature. The cytotoxicity effects of nanocarriers were examined in a healthy cell line, HEK293T, and then MTO-loaded nanocarriers were studied in a cancer cell line, MDA-MB-231. Nanocarriers showed dose-dependent cytotoxicity to the HEK293T and MDA-MB-231. Modification with the biocompatible BSA and FA decreased the toxicity of mCNTs. Furthermore, cell viability (%) was significantly reduced with MTO-loaded mCNT, mCNT-BSA, and mCNT-BSA-FA compared to control group; however, they were higher than that of free MTO. Since at the same MTO concentration, while the free drug shows higher cytotoxicity on the cell line, nanocarrier systems require specific conditions and time to release the drug. Results demonstrate that mCNT-BSA-FA might be a higher efficiency drug delivery system than the traditional ones due to its dual-targeted ability. Their superparamagnetic property enables the drug carrier to deliver drugs to the targeted site by applying external magnetic fields, which can achieve the restrictions of conventional cancer therapy. The drug release and characterization results showed that coated mCNTs have pH-responsive release, enhanced dispersibility, and superparamagnetic properties. Therefore, mCNT-BSA-FA promise to be beneficial for MTO delivery in cancer treatment.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    878593

    BSA ile kaplanmış h-BN NP'ler: Kanser tedavisinde potansiyel bir taşıyıcı sistem

    BSA-coated h-BN NPs: A potential carrier system for cancer therapy

    KARYA AKBIYIKOĞULLARI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FATMA SENİHA GÜNER

    PROF. DR. MUSTAFA ÇULHA

  2. Tez No

    674668

    Yeni sentezlenen amino antrakinon türevinin antikanser etkisinin araştırılması

    Investigation of the anti-cancer effect of a new synthesized amino anthracinone derivative

    HİLAL ÇAP

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Biyofizikİstanbul Üniversitesi

    Biyofizik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BAŞAK VAROL

  3. Tez No

    46654

    Mitoksantron'un cam tozları üzerinde adsorbsiyonu

    Adsorption of mitoxantrone on glass powder

    A.ENGİN KURTOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1995

    Kimyaİstanbul Üniversitesi

    PROF.DR. ŞEBAAT TÜZÜN

  4. Tez No

    192982

    Mitoksantron ve idarubisin kardiyotoksisitesini önlemede amifostinin etkinliği

    The effectiveness of amifostine on the prevention of cardiotoxicity of mitoxantrone and idarubicin

    ATANUR METE KALAK

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2006

    HematolojiAdnan Menderes Üniversitesi

    İç Hastalıkları Ana Bilim Dalı

    DOÇ.DR. GÜRHAN KADIKÖYLÜ

  5. Tez No

    708103

    7-deazahipoksantin ve mitoksantron'un Caco-2 hücrelerinde antikanser üzerindeki sinerjik etkisinin araştırılması

    Investigation of synergistic effect of 7-deazahypoxanthine and mitoxantrone on anti-cancer in Caco-2 cells

    ELİF AKSAKAL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    GenetikAtatürk Üniversitesi

    Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ORHAN ERDOĞAN

Geri Dön