22794

بررسيِ تهيه و كاربرد نانو حامل‌هاي دارويي بر پايه نانولوله‌هاي هالوزيتي، به صورت كانژوگه شده به پروتئين‌هاي سنتزي و بيوسنتزي و نانوذرات طلا

كارشناسي ارشد

علوم و فناوري نانو ـ نانوشيمي

1399/6/29

دكتر علي ملكي - دكتر روح اله زارع دورابي

شيمي

سرطان يكي از علل اصلي مرگ و مير در سراسر جهان مي‌باشد، در دهه‌‌ي گذشته درمان سرطان با استفاده از پادتن پيشرفت بسيار چشمگيري داشته است. براي درمان سرطان از داروهاي سيتوتاكسيك استفاده مي‌شود كه اين داروها اثرات نامطلوب بسيار زيادي بر روي بيمار دارند و هر دودسته سلول سالم و ناسالم را از بين مي‌برند. با تركيب اثر كشنده‌ي اين داروها و انتخاب‌پذيري بالاي پادتن‌ها مي‌توان به يك راهكار درماني مطلوب براي درمان سرطان رسيد. پادتن عوامل پادژني در سطح سلول سرطاني را شناسايي كرده و تحويل هدفمند داروي سيتوتاكسيك به سلول سرطاني را ممكن مي‌كند. روش‌هاي كنوني براي درمان سرطان مبتني بر عمل جراحي، پرتودرماني و شيمي‌درماني است، در حالي كه درمان به روش فوق اثربخشي بيشتري را براي بيماران نشان مي‌دهد. استفاده از تحقيقات فناوري نانو در زمينه سرطان شامل رويكردهاي چند رشته‌اي است كه يكپارچه سازي پزشكي، زيست شناسي، مهندسي، شيمي و فيزيك است. بسياري از مواد در فناوري نانو براي تشخيص و درمان سرطان استفاده شده است. براي مثال از نانوذرات طلا به عنوان حامل‌هاي داروهاي شيمي درماني، عوامل درماني در فوتوديناميك، ژن، درمان سرطان بافت و در تصويربرداري مولكولي براي تشخيص و پيشگيري از سرطان استفاده مي‌شود. از خصوصيات بارز نانوذرات طلا مي‌توان به ساختار، شكل، اندازه منحصر به فرد، غير سمي و زيست سازگار بودن آن‌ها اشاره كرد كه با برخورداري از ويژگي‌هاي مختلف، در سيستم‌هاي تحويل كارآمد و كاربردهاي بيومديكال مورد استفاده قرار مي‌گيرند. به طور كلي استفاده از نانوذرات به دليل ورود راحت به سلول از طريق فرآيند اندوسيتوز امروزه مورد توجه فراوان از سوي محققان قرار گرفته است. در اين طرح از نانولوله‌هاي هالوزيت به عنوان چارچوب اصلي ساندويچ‌هاي دارويي ضد سرطان استفاده شده است. فضاي داخلي اين نانولوله‌ها امكان بارگذاري دارو را فراهم مي‌كند. و هم‌چنين از شبكه سيليكاتي روي سطح اين نانولوله‌ها براي اتصال كووالانسي با بخش بيولوژيك استفاده شده است. نكته مهم در اجراي اين طرح كه مورد بحث قرار مي‌گيرد اين است كه تمامي اجزاي به كاربرده شده بطور جداگانه داراي خواص ضدسرطاني مي‌باشند. اين پايان¬نامه با هدف قرار دادن تومورهاي تخمدان به وسيله‌ي يك داروي بيوشيميايي جديد انجام شده است. در اين تحقيق آماده‌سازي و تعيين مشخصات يك سوسپانسيون در مقياس نانو، ساخته شده از نانولوله‌هاي طبيعي هالوزيت( با ساختار متخلخل)، نانوذرات طلا( نانوذرات طلا در قطر 10 ناتومتر)، دوستاكسل( به عنوان يك عامل ضد سرطان سمي)، 3-كلروپروپيل تري متوكسي سيلان( به عنوان يك عامل آبگريز و يك پيوند‌دهنده براي اتصال آنتي‌بادي‌ها) و آنتي‌بادي مونوكلونال سورتيلين (2D8-E3) يك آنتي‌بادي مونوكلونال انساني IgG1 به خوبي توسط انواع روش‌هاي آناليز انجام و تاييد شد. فعاليت ضد توموري اين نانوحامل هيبريدي جديد و پيشرفته، اتصال دارو را به دقت بر روي رده سلولي caov4 ((ATCC HTB76 تاييد مي¬كند. همچنين آنتي‌بادي مونوكلونال سورتيلين نيز به خوبي روي اين نانو حامل هيبريدي بيان شده است. در ادامه فعاليت ضد سرطاني نانو حامل فوق توسط آزمايش‌هاي برون‌تني بررسي شده است. با بكار بردن نانو سوسپانسيون جديد (DTX@HNT/Au-(SORT مشخص شد كه انتقال مؤثر دارو همراه با پايه‌هاي طبيعي و هم‌چنين كنترل عالي رهاسازي داروي دوستاكسل با قرار دادن نانوذرات طلا درون حفره‌هاي نانولوله‌هاي هالوزيت (HNTs) و متمركز شدن فعاليت رزونانس پلاسماي سطحي (LSPR) انجام مي‌شود.علاوه بر اين هدف‌گذاري عالي با استفاده از آنتي‌بادي مونوكلونال سورتيلين به دست مي‌آيد. براي انجام ارزيابي كمي سميت و قدرت كشتن سلول‌ها، و عملكرد انتخابي نانوذرات DTX@HNT/Au-SORT آزمون سنجش متيل تترازوليوم (MTT) در دو رده سلولي caov-4 و سلول‌هاي نرمال انساني3T3 انجام شد. سلول‌هاي caov-4 با سه غلظت متفاوت از نانوسوسپانسيون DTX@HNT/Au-SORT در يك فرآيند 72 ساعته در غلظت‌هاي 10، 30 و 50 ميكروگرم بر ميلي‌ليتر تحت بررسي قرار گرفتند. علاوه بر اين سلول‌هاي سرطان تخمدان caov-4 مرتب كشت داده شده و آنتي‌بادي مونوكلونال SORT تنها و ديگر اجزاي منفرد شامل نانولوله‌هاي هالوزيت، دوستاكسل، نانوذرات طلا و نانو سوسپانسيون هيبريدي DTX@HNT/Au-SORT به عنوان كنترل‌هاي اساسي در غلظت 50 ميكروگرم بر ميلي‌ليتر بكار گرفته شدند. طبق آناليز MTT ثابت شد كه داروي دوستاكسل بصورت تنها، در طول 72 ساعت، به تنهايي قدرت كشتن سلولي كمي را بر روي هر دو سلول caov-4 و 3T3 نشان مي‌دهد. مقادير قدرت كشتن سلول براي دوستاكسل بر روي سلول % caov-42.8±62 و بر روي سلول 3T3 %3.3±56 مي‌باشد. در ادامه به وضوح قابل مشاهده است كه هر سه نمونه از نانوسوسپانسيون DTX@HNT/Au-SORT به طور انتخابي روي سلول‌هاي caov-4 تأثير گذاشته‌اند. مطابق نتايج، فقط %3.7±10 از سلول‌هاي caov-4 كه توسط DTX@HNT/Au-SORT (غلظت 50ميكروگرم بر ميلي‌ليتر) تحت درمان بوده‌اند، زنده مانده‌اند. همانطور كه انتظار مي‌رفت، اين مقدار به %4.6±24 و %2.2±39 با كاهش دوز تجويز شده به 30 و 10 ميكروگرم بر ميلي‌ليتر، افزايش مي‌يابد. در حالي كه پس از طي زمان مشابه (72 ساعت) تحت درمان قرار گرفتن سلول‌هاي 3T3 با نانوسوسپانسيون DTX@HNT/Au-SORT (50 ميكروگرم بر ميلي‌ليتر) %1.3±84 از آن‌ها زنده ماندند. از مقايسه اثر درماني بين DTX@HNT/Au و DTX@HNT/Au-SORT بر روي رده سلولي caov-4 نقش تأثير گذار آنتي‌بادي مونوكلونال SORT كاملا برجسته است. بررسي¬¬ها نشان داد كه به ترتيب %3.9±48 و %3.7±90 قدرت كشتن سلول با دوزهاي مشابه از DTX@HNT/Au و DTX@HNT/Au-SORT مشاهده مي‌شود كه اين اختلاف معني¬دار به آنتي‌بادي مونوكلونال SORT نسبت داده مي‌شود. به طور كلي توسط نمودارها نشان داده مي‌شود كه طبق اين استراتژي دوستاكسل به صورت انتخابي به سلول‌هاي سرطاني caov-4 مي‌رسد و تأثير ناچيزي بر سلول‌هاي نرمال انسان مي‌گذارند. اين تأثير جزئي از دوستاكسل هدر رفته (جدا شده) ناشي مي‌شود. هم‌چنين نشان داده شده است كه اجزاي فردي مانند نانوذرات طلا فقط بر روي زنده ماندن سلول تأثير مي‌گذارند. با اين حال اين نوع تحويل انتخابي دوستاكسل منجر به عوارض جانبي منفي كم ناشي از شيمي درماني دوستاكسل مي‌شود.

1399/09/16

Investigation of the preparation and application of drug nano-carriers based on halloysite nanotubes, conjugated with synthetic and biosynthetic proteins and gold nanoparticles

9/20/2021 12:00:00 AM

Cancer is a significant fatal disease over the world. Within last decade, cancer therapy has been enhanced by using antibodies. For cancer therapy, cytotoxic drugs are used which have side effects on patients and destroy both health and unhealth cells. Combination of cytotoxisity of these drugs and high selectivity of antibodies can lead to efficient cancer therapy. Antibody can recognize antigenes of toumors' surface and delivers the cytotoxic drug to the target. The current approaches for cancer therapy are based on surgery, radiotherapy and chemotherapy, while the aforementioned strategy affects more efficiently. Using nanotechnology in the field of cancer therapy includes many scientific areas containing medicine, biology, engineer, chemistry and physics. Many materials in nanotechnology have been used for career diagnosis and therapy. For example, gold nanoparticles are used as carier for drug delivery in chemotherapy, treatment agent in photodynamics, gene, treatment of cancer of tissue and molecular imaging for diagnosis and prevention of cancer. Au nanoparticles exhibit unique structure, shape, size, being nontixicity and biocompatibility which result in efficient drug delivery and biomedical application. In general, using nanoparticles has been in the center of attraction due to easy entrance into the cells through endocytosis. In this regard, halloysite nanotubes have been used as the main framework of anticancer drug sandwiches. The space inside of these nanotubes provides drug loading oppurtunity, as well as silica lattice od outer surface of them can make covalent bonds with biological moieties. Note that all the parts individually demonstrated anticancer cheracteristics. ovarian tumor targeting by a modern biochemical medication is executed. preparation and characterization of a nanoscale suspension constructed of the natural halloysite nanotubes (with porous structure), gold nanoparticles (AuNPs in 10 nm diameter), docetaxel (as a cytotoxic anticancer agent), 3-chloropropyl trimethoxy silane (as a hydrophobic agent and linker for antibody attachment), and sortilin 2D8-E3 monoclonal antibody (a human IgG1 mAb), is well performed by various analytical methods. Application: anti-tumor activity of this novel designed smart high-tech conjugated medication is carefully studied on caov-4 (ATCC HTB76) cell line, which well expresses the sortilin 2D8-E3 mAb. The anti-cancer activity has been monitored via in vitro experiment. It has been revealed that effective drug delivery can be implemented through applying this novel nano-suspension (DTX@HNT/Au-SORT) with natural basis, and also an excellent controlled drug release is performed by the incorporated AuNPs into the pores of halloysite nanotubes (HNTs) and localized surface plasmon resonance (LSPR) activity. Moreover, great targeting has been obtained by the used sortilin 2D8-E3 mAb. To do a quantitative evaluation of cytotoxicity and cell killing potency (CKP), and selective function of DTX@HNT/Au-SORT nanoparticles, methyl tetrazolium (MTT) assay test was performed on two cell lines: caov-4 cancerous cells and 3T3 normal human cells. caov-4 cells were treated by three different concentrations of DTX@HNT/Au-SORT nano-suspension (10, 30, and 50 g/mL), in a totally 72-hours process. Besides, neat cultivated caov-4 ovarian cancerous cells, sole SORT mAb, the individual components including HNTs, DTX, and AuNPs, and binary therapeutic system DTX@HNT and DTX@HNT/Au were considered as the essential controls in a same concentration (50 g/mL). As observed in the figure, individual DTX shows similar CKP on both caov-4 and 3T3 cells, during a 72-h treatment. CKP values for the individual DTX are 62 ±2.8 % and 56 ±3.3 % on caov-4 and 3T3, respectively. Negative side effects resulting by administration of the sole DTX originate from this high CKP on the normal cells. In contrast, this is clearly observed that all three samples of DTX@HNT/Au-SORT nano-suspension have selectively affected on the caov-4 cells. only 10 ±3.7 % caov-4 cell viability is happened under treatment by DTX@HNT/Au-SORT (50 g/mL). As expected, this value was increased to 24 ±4.6 % and 39 ±2.2 % proportional to reducing the administrated dosage to 30 and 10 g/mL, respectively. Whereas, 84 ±1.3 % viability was observed by 3T3 cells under treatment by DTX@HNT/Au-SORT (50 g/mL), after passing the same time (72 h). From a comparison between therapeutic effect of DTX@HNT/Au and DTX@HNT/Au-SORT on caov-4 cell line, the significant role of SORT mAb is greatly highlighted. As can be seen, 48 ±3.9 % and 90 ±3.7 % CKP were observed by the same dosage of DTX@HNT/Au and DTX@HNT/Au-SORT, respectively, that the observed difference is attributed to SORT mAb. Generally, this is demonstrated by the charts that DTX is selectively delivered to caov-4 cancerous cells via this strategy and negligible influence on the normal human cells is observed. This partial influence likely coming from the leached DTX. Also, this is shown that the individual components like AuNPs solely influence on the cell viability. However, this selective delivery of DTX leads to low negative side effects resulting by DTX chemotherapy.