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

Abstract

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.