Νανοσωματίδια χρυσού για φωτο-ενεργοποιούμενη αποδέσμευση αντικαρκινικών φαρμάκων
| datacite.contributor.RelatedPerson | Σοφία Χατζηαντωνίου | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Παύλος Κλεπετσάνης | |
| datacite.contributor.Supervisor | Αυγουστάκης Κωνσταντίνος | |
| dc.contributor.author | Αλεξοπούλου, Χαραλαμπία | |
| dc.contributor.other | Alexopoulou, Charalampia | |
| dc.date.accessioned | 2023-09-26T10:25:48Z | |
| dc.date.available | 2023-09-26T10:25:48Z | |
| dc.date.issued | 2023-09-21 | |
| dc.degree | masterThesis | |
| dc.description.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. | |
| dc.description.translatedabstract | Cancer is now the most common disease with a high mortality rate. Some of the classic treatment methods include the application of radiation and the use of chemotherapy regimens. However, conventional methods show many disadvantages such as patient compliance, the increased risk of relapse, the existence of serious side effects, and the low bioavailability of the active substances in the target cells, etc. The emergence of nanomedicine as a promising technology opens a new way to overcome the limitations of conventional therapies. Gold nanoparticles, in particular, have gathered much attention, due to their physicochemical characteristics that can be exploited for their use as carriers of anticancer drugs as well as their application as diagnostic tools. In particular, hollow gold nanoparticles as innovative nanocarrier structures have gathered considerable interest in recent decades to study their applicability in the controlled delivery of anticancer agents. The characteristics that make these nanoparticles suitable candidates for use in the treatment of cancer are the following: their spherical shape and their small size which can be exploited for their passive transport to cancer tumors. Another special feature of them is the ability to adjust their absorption in the near-infrared (NIR) region by controlling the thickness of their shell and their internal diameter. The ability to absorb in the NIR can be exploited for their use as "exothermic reactors" when applying photo thermal therapy (PTT) to cancer patients. The present work aims to synthesize hollow gold nanospheres (HGNSs) and study their potential use for the photo-activated release of the anticancer drug doxorubicin (DOX). More specifically, hollow gold nanospheres were prepared by the method of reducing cobalt nanoparticles. Then these nanoparticles were pegylated using the polymer polyethylene glycol (mPEG thiol) in order to improve their colloidal stability. The study of the physicochemical characteristics involved measurements of the size, polydispersity index and z-potential of the hollow nanospheres. The characterization of the morphology of the nanospheres was done using transmission electron microscopy (TEM), while the performance of their synthesis and the incorporation of the PEG polymer on the surface of the nanoparticles was then determined using the thermogravimetric analysis (TGA) technique. HGNSs and PEG-HGNSs were examined for their colloidal stability under different storage conditions (4°C and 25°C) as well as in the presence of NaCl electrolyte. In the last part of the work, loading experiments of the anticancer drug DOX on both kinds of nanocarriers at different mass ratios of initial DOX amount and nanocarrier mass were carried out to determine the optimal drug loading efficiency. Finally, release experiments were performed in different pH conditions with or without radiation, using a NIR laser, emission wavelength 808nm and intensity 2.2 Watt/cm2. The different pHs studied represent the corresponding pH of healthy tissues (pH=7.4) as well as the pH=5 that is close to the acidic pH that prevails in the microenvironment of cancerous tumors and the pH of the endosomes and lysosomes which are the sub-cellular compartments that the nanoparticles accumulate after endocytosis. The application of a laser during the release experiments on some of the samples to be studied was carried out in order to determine whether the application of a radiation source in the NIR region leads to the activation of the release of the drug from the nanocarriers and, by extension, to an increase in the release rate compared to the samples where no laser was applied. In conclusion, hollow spherical gold nanoparticles of a specific size and absorption in the near-infrared region were prepared which were then pegylated while retaining their original characteristics. HGNSs and PEG-HGNSs showed colloidal stability during their storage in different conditions and for a period of one month, while the pegylated nanoparticles showed colloidal stability in the presence of NaCl electrolyte even at high concentrations (1M). The loading efficiency of DOX in HGNSs and PEG-HGNSs was high and a maximum rate of 60% and 40% respectively, for the same theoretical loading (feed 60%) was obtained. Dox release studies showed that the acidic environment and the application of radiation can lead to higher release rates. The above result is considered important as it means that we can have a targeted release of anticancer drug in the tumor due to the lower pH that prevails in the tumor area but also through the irradiation of the nanospheres with radiation of a suitable wavelength. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/25695 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.subject | Κοίλα νανοσωματίδια χρυσού | |
| dc.subject | Δοξορουβικίνη | |
| dc.subject | Φωτο-ενεργοποιούμενη αποδέσμευση | |
| dc.subject | Καρκίνος | |
| dc.subject.alternative | Hollow gold nanoparticles | |
| dc.subject.alternative | Doxorubicin | |
| dc.subject.alternative | Photo-activated release | |
| dc.subject.alternative | Cancer | |
| dc.title | Νανοσωματίδια χρυσού για φωτο-ενεργοποιούμενη αποδέσμευση αντικαρκινικών φαρμάκων | |
| dc.title.alternative | Gold nanoparticles for photo-activated release of anticancer drugs |