Νανοσωματίδια φερρίτη μαγγανίου ως φορείς του αντιβιοτικού φαρμάκου σιπροφλοξασίνη
Creators: name: Ζούνη, Ελένη Θεοδώρου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: Μαγνητικοί νανοφορείς
Σιπροφλοξασίνη
Βιολογική δράση
Magnetic nanocarriers
Ciprofloxacin
Biological activity

description: Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε η σύνθεση μαγνητικών νανοσωματιδίων φερρίτη μαγγανίου (MnFe2O4 MNPs) επικαλυμμένων με τις αλειφατικές αμίνες ολεϋλαμίνη (OAm) και οκταδεκυλαμίνη (ODA) ή/και την πολυόλη πολυαιθυλενογλυκόλη 8000 (PEG-8000), προκειμένου να λειτουργήσουν ως φορείς του αντιβιοτικού φαρμάκου σιπροφλοξασίνη (ciprofloxacin-CPL). Έπειτα από ενδελεχή φυσικοχημικό χαρακτηρισμό, επιλέχθηκαν τα MnFe2O4@ODA και MnFe2O4@PEG MNPs για την περαιτέρω λειτουργικοποίησή τους με CPL, μέσω διαφορετικών μεθόδων με βάση τη χημεία της επιφάνειας. Συγκεκριμένα, για τα MnFe2O4@ODA MNPs πραγματοποιήθηκε απευθείας σύζευξη με δημιουργία αμιδικού δεσμού μεταξύ των -NH2 της επιφάνειας και των -COOH των μορίων CPL, ενώ για τα MnFe2O4@PEG MNPs πραγματοποιήθηκε προσρόφηση της CPL στην πολυμερική επιφάνεια. Η επιτυχία της λειτουργικοποίησης και ο φυσικοχημικός χαρακτηρισμός των νανοφορέων ταυτοποιήθηκε μέσω διαφόρων μεθόδων, μεταξύ των οποίων ήταν η φασματοσκοπία υπερύθρου (FT-IR), η θερμοβαρυμετρική ανάλυση (TGA), η δυναμική σκέδαση φωτός (DLS), η μαγνητομετρία δονούμενου δείγματος (VSM), η χρωματομετρική ανάλυση νινυδρίνης και η φασματοσκοπία υπεριώδους-ορατού (UV-vis), που χρησίμευσε και στην εξαγωγή επιπλέον πληροφοριών σχετικά με το ποσοστό φόρτωσης και απελευθέρωσης της CPL σε κάθε νανοσύστημα. Ακολούθησε η αξιολόγηση της βιολογικής δράσης τόσο των αρχικών όσο και των μετασυνθετικά τροποποιημένων MnFe2O4 MNPs, μέσω διερεύνησης της αλληλεπίδρασής τους με το DNA, προκειμένου να διαπιστωθεί αν θα μπορούσαν να προταθούν για μελλοντική χρήση σε εφαρμογές μαγνητικού διαχωρισμού ή στοχευμένης μεταφοράς φαρμάκων αντίστοιχα. Συγκεκριμένα, μελετήθηκε η αλληλεπίδρασή τους με το DNA θύμου αδένα (CT-DNA) μέσω φασματοσκοπίας UV-vis και φθορισμού όπου διαπιστώθηκε μια μέτριας ισχύος αλληλεπίδραση που βασιζόταν κυρίως σε ηλεκτροστατικές δυνάμεις. Στην περίπτωση των μαγνητικών νανοφορέων CPL, εκτός από την ηλεκτροστατική αλληλεπίδραση, η παρουσία του φαρμάκου στο νανοσύστημα πιθανότατα οδήγησε και σε επιπλέον τρόπους αλληλεπίδρασης όπως η συναρμογή στην αύλακα, οι υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις ή/και οι δεσμοί υδρογόνου. Τέλος, πραγματοποιήθηκε μελέτη διάσπασης του pBR322 πλασμιδιακού DNA μέσω ηλεκτροφόρησης. Η διαδικασία έλαβε χώρα αρχικά υπό φυσιολογικές συνθήκες χωρίς όμως να παρατηρηθούν αξιόλογα αποτελέσματα. Έτσι, δοκιμάστηκε η ακτινοβόληση του συστήματος με UV-B ακτινοβολία, ως ένας προτεινόμενος τρόπος αντιμετώπισης της υπερανθεκτικότητας των βακτηρίων στα αντιβιοτικά. Συνολικά, διαπιστώθηκε πως ακόμη και τα αρχικά MnFe2O4 MNPs διέθεταν ικανότητα διάσπασης του pDNA υπό την επίδραση του εξωτερικού ερεθίσματος, ενώ η διάσπαση του pDNA που προκλήθηκε από τους μαγνητικούς νανοφορείς CPL θεωρήθηκε αποτέλεσμα συνεργικής δράσης των αρχικών MnFe2O4 MNPs και του φαρμάκου CPL.
description: In the present thesis, the synthesis of manganese ferrite magnetic nanoparticles (MnFe2O4 MNPs) coated with the aliphatic amines oleylamine (OAm) and octadecylamine (ODA) and/or polyol (polyethylene glycol 8000 (PEG-8000)) was performed, in order to act as carriers of the antibiotic drug ciprofloxacin (CPL). After thorough physicochemical characterization, MnFe2O4@ODA and MnFe2O4@PEG MNPs were selected for further functionalization with CPL, through different methods based on the surface chemistry. Specifically, for the MnFe2O4@ODA MNPs, a direct coupling was performed by creating an amide bond between the -NH2 of the surface and the -COOH of the CPL molecules, while for the MnFe2O4@PEG MNPs, CPL was adsorbed on the polymeric surface. The success of the functionalization and the physicochemical characterization of the nanocarriers were identified through various methods, among which were infrared spectroscopy (FT-IR), thermogravimetric analysis (TGA), dynamic light scattering (DLS), vibrating-sample magnetometry (VSM), ninhydrin colorimetric analysis and ultraviolet-visible (UV-vis) spectroscopy, which also served to obtain additional information about the loading and release rate of CPL in each nanosystem.The biological activity of both the initial and post-synthetically modified MnFe2O4 MNPs was then evaluated by investigating their interaction with DNA, in order to determine whether they could be proposed for future use in magnetic separation or targeted drug delivery applications, respectively. In particular, their interaction with calf thymus DNA (CT-DNA) was studied by UV-vis and fluorescence spectroscopies where a moderate interaction based mainly on electrostatic forces was found. In the case of CPL magnetic nanocarriers, in addition to electrostatic interaction, the presence of the drug in the nanosystem likely led to additional modes of interaction, such as groove binding, hydrophobic interactions and/or hydrogen bonding. Finally, a study of the cleavage of pBR322 plasmid DNA by electrophoresis was performed. The process initially carried out under dark conditions without observing any remarkable results. Thus, irradiation of the system with UV-B radiation was tested as a proposed way to treat bacterial resistance to antibiotics. Overall, it was found that even the initial MnFe2O4 MNPs possessed pDNA cleavage ability under the influence of the external stimulus, while the pDNA cleavage induced by the CPL magnetic nanocarriers was considered as the result of synergistic action of both the initial MnFe2O4 MNPs and CPL.