Νανοσωματίδια χρυσού για φωτο-ενεργοποιούμενη αποδέσμευση αντικαρκινικών φαρμάκων
Loading...
Date
2023-09-21
Authors
Αλεξοπούλου, Χαραλαμπία
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Ο καρκίνος αποτελεί πλέον τη πιο συχνά εμφανιζόμενη ασθένεια με αρκετά μεγάλο ποσοστό θνησιμότητας. Μερικές από τις κλασικές μεθόδους θεραπείας περιλαμβάνουν την εφαρμογή ακτινοβολίας και τη χρήση σχημάτων χημειοθεραπείας. Ωστόσο οι συμβατικές μέθοδοι εμφανίζουν πολλά μειονεκτήματα όπως η συμμόρφωση των ασθενών, ο αυξημένος κίνδυνος υποτροπής τους, η ύπαρξη σοβαρών παρενεργειών, η χαμηλή βιοδιαθεσιμότητα των δραστικών ουσιών στα κύτταρα στόχους κ.α. Η εμφάνιση της νανοϊατρικής ως μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία ανοίγει ένα νέο δρόμο για την αντιμετώπιση των περιορισμών των συμβατικών θεραπειών. Τα νανοσωματίδια χρυσού, ιδιαίτερα, έχουν συγκεντρώσει μεγάλη προσοχή, λόγω των φυσικοχημικών τους χαρακτηριστικών τα οποία μπορούν να αξιοποιηθούν για τη χρήση τους ως φορείς αντικαρκινικών φαρμάκων καθώς και στην εφαρμογή τους ως διαγνωστικά εργαλεία.
Συγκεκριμένα, τα κοίλα νανοσωματίδια χρυσού ως καινοτόμες δομές νανοφορέων έχουν συγκεντρώσει αρκετό ενδιαφέρον τις τελευταίες δεκαετίες για την μελέτη της δυνατότητας εφαρμογής τους στην ελεγχόμενη χορήγηση αντικαρκινικών ουσιών. Τα χαρακτηριστικά που κάνουν τα νανοσωματίδια αυτά κατάλληλους υποψήφιους για την χρήση στην θεραπεία του καρκίνου είναι τα εξής: το σφαιρικό τους σχήμα και το μικρό τους μέγεθος τα οποία μπορούν να αξιοποιηθούν για τη παθητική μεταφορά τους στους καρκινικούς όγκους. Ένα ακόμα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό τους είναι η δυνατότητα προσαρμογής της απορρόφησής τους στην περιοχή του εγγύς υπερύθρου (NIR) με τον έλεγχο του πάχους του κελύφους τους και της εσωτερικής τους διαμέτρου. Η δυνατότητα απορρόφησής στο NIR μπορεί να αξιοποιηθεί για την χρήση τους ως «εξώθερμων αντιδραστήρων» κατά την εφαρμογή φωτοθερμικής θεραπείας (PTT) σε ασθενείς με καρκίνο.
Η παρούσα εργασία είχε ως στόχο τη σύνθεση κοίλων νανοσφαιρών χρυσού (HGNSs) και τη μελέτη της δυνατότητας χρήσης τους για την φωτο-ενεργοποιούμενη αποδέσμευση του αντικαρκινικού φαρμάκου δοξορουβικίνη (DOX). Πιο συγκεκριμένα, κοίλες νανοσφαίρες χρυσού παρασκευάστηκαν με τη μέθοδο της αναγωγής νανοσωματιδίων του κοβαλτίου. Στη συνέχεια τα νανοσωματίδια αυτά πεγκυλιώθηκαν με τη χρήση του πολυμερούς πολυαιθυλενογλυκόλη (mPEG thiol) με στόχο τη βελτίωση της κολλοειδούς τους σταθερότητας. Τα μη πεγκυλιωμένα κα πεγκυλιωμένα νανοσωματίδια εξετάστηκαν ως προς τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά τους και τη μορφολογία τους. Η μελέτη των φυσικοχημικών χαρακτηριστικών αφορούσε μετρήσεις του μεγέθους, του δείκτη πολυδιασποράς και του ζ-δυναμικού των κοίλων νανοσφαιρών. Ο χαρακτηρισμός της μορφολογίας των νανοσφαιρών έγινε με τη χρήση της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας διέλευσης (ΤΕΜ), ενώ στη συνέχεια προσδιορίστηκε η απόδοση της σύνθεσης τους αλλά και της ενσωμάτωσης του πολυμερούς PEG στην επιφάνεια των νανοσωματιδίων με τη χρήση της τεχνικής θερμοσταθμικής ανάλυσης (TGA). Τα HGNSs και PEG-HGNSs εξετάστηκαν ως προς την κολλοειδή τους σταθερότητα σε διαφορετικές συνθήκες αποθήκευσης (4°C και 25°C) καθώς και παρουσία ηλεκτρολύτη NaCl.
Στο τελευταίο μέρος της εργασίας πραγματοποιήθηκαν πειράματα φόρτωσης του αντικαρκινικού φαρμάκου DOX και στα δύο είδη νανοφορέων σε διαφορετικούς λόγους μαζών αρχικής ποσότητας DOX και μάζας νανοφορέων για τον προσδιορισμό της βέλτιστης απόδοσης φόρτωσης του φαρμάκου. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν πειράματα αποδέσμευσης σε διαφορετικές συνθήκες pH με την εφαρμογή ή μη ακτινοβολίας, με τη χρήση NIR laser, μήκους κύματος εκπομπής 808nm και έντασης 2.2 Watt/cm2. Τα διαφορετικά pH τα οποία μελετήθηκαν προσεγγίζουν τα αντίστοιχα pH των υγιών ιστών (pH=7.4) καθώς και το pH που επικρατεί στο μικροπεριβάλλον των καρκινικών όγκων και των ενδοσωμάτων και λυσοσωμάτων των κυττάρων στα οποία καταλήγουν μετά την ενδοκυττάρωση οι νανοφορείς (pH=5). Η εφαρμογή laser κατά την διεξαγωγή των πειραμάτων αποδέσμευσης σε κάποια από τα προς μελέτη δείγματα πραγματοποιήθηκε για να διαπιστωθεί αν η εφαρμογή πηγής ακτινοβολίας στην περιοχή του NIR οδηγεί σε ενεργοποίηση της αποδέσμευσης του φαρμάκου από τους νανοφορείς και κατ’ επέκταση σε αύξηση του ποσοστού αποδέσμευσης συγκριτικά με τα δείγματα που δεν εφαρμόστηκε laser.
Συμπερασματικά, παρασκευάστηκαν κοίλα νανοσωματίδια χρυσού σφαιρικού σχήματος, συγκεκριμένου μεγέθους και απορρόφησης στην περιοχή του εγγύς υπερύθρου τα οποία στη συνέχεια πεγκυλιώθηκαν διατηρώντας ωστόσο τα αρχικά χαρακτηριστικά τους. Τα HGNSs και PEG-HGNSs παρουσίασαν κολλοειδή σταθερότητα κατά την αποθήκευση τους σε διαφορετικές συνθήκες και για διάρκεια ενός μήνα, ενώ τα πεγκυλιωμένα νανοσωματίδια παρουσίασαν κολλοειδή σταθερότητα παρουσία ηλεκτρολύτη NaCl ακόμα και σε μεγάλες συγκεντρώσεις αυτού (1Μ). Τέλος, μετά την φόρτωση της DOX στα HGNSs και PEG-HGNSs σε μέγιστο ποσοστό 60% και 40% αντίστοιχα, για ίδια αρχική αναλογία φαρμάκου (60%), οι μελέτες αποδέσμευσης έδειξαν ότι το όξινο περιβάλλον και η εφαρμογή ακτινοβολίας επιταχύνουν την αποδέσμευση. Το παραπάνω αποτέλεσμα κρίνεται σημαντικό καθώς σημαίνει ότι μπορεί να έχουμε στοχευμένη αποδέσμευση του καρκινικού φαρμάκου στον όγκο λόγω του χαμηλότερου pH που επικρατεί στην περιοχή του όγκου αλλά και μέσω ακτινοβόλησης των νανοσφαιρών με ακτινοβολία κατάλληλου μήκους κύματος.
Description
Keywords
Κοίλα νανοσωματίδια χρυσού, Δοξορουβικίνη, Φωτο-ενεργοποιούμενη αποδέσμευση, Καρκίνος