Formulation, Uptake and Anticancer Activity of Thymoquinone Nanoparticles in vitro and in vivo Formulering, upptag och anticancer aktivitet av thymoquinone nanopartiklar The plant-derived molecule Thymoquinone (TQ) is promising against cancer and a drug candidate that has recently shown enhanced in vitro efficacy when formulated as nanoparticles (TQ-NPs) compared with solution-based TQ formulations. However, the techniques used for nanoparticle production provided no control over nanoparticle size and their efficacy was not investigated in animal models. This study focuses on the design of TQ-NPs using Flash Nanoprecipitation (FNP), a recent technology that allows for preparing optimal nanoparticle sizes with high entrapment efficiency and loading capacity. The efficacy of TQ-NPs will be determined in a panel of cells that range from normal to less aggressive and highly aggressive cancer cell lines, and the anticancer activity will be investigated in animal models. The project has three main aims: 1- Prepare stable TQ-NPs 2- Investigate uptake of TQ-NPs versus free TQ in vitro and in vivo, and 3- Evaluate the anticancer activity of free TQ and TQ-NPs in vitro and in vivo. This project will provide a new approach for the enhancement of TQ-NP anticancer activity and for the first time assess its activity in animal models, which is instrumental for clinical translation. Beskriv vad som ska göras och varför Hydrofoba läkemedel visar dålig absorptionsförmåga och biotillgänglighet i djurmodeller på grund av deras låga löslighet. Detta resulterar i att små mängder av läkemedlet når måltumören och orsakar ökad toxicitet för normala vävnader. Thymoquinone (TQ) är en sådan hydrofob anti-cancer molekyl härledd från det svarta fröet Nigella sativa som har visat mycket lovande anti-tumöreffekter i flera cancersystem. Sedan 2010 har flera forskare preparerat och utvärderat anti-canceraktiviteten av TQ-nanopartiklar (TQ-NP), och fann dem vara mer aktiva än fri TQ, men ingen av TQ-NP har varit inom ett rekommenderat storleksintervall och deras effektivitet har inte undersökts i djurmodeller. Vi kommer att utforma TQ-NP med en ny metod som gör det möjligt att förbereda nanopartiklar med optimal storlek, och som har hög inneslutningseffektivitet och lastkapacitet. Vi kommer att avgöra effekten av TQ-NP i flera celler som sträcker sig från normala och mindre aggressiva cancer cellinjer till mycket aggressiva och invasiva cancer cellinjer, och för första gången undersöka anti-canceraktiviteten av TQ-NP i djurmodeller. Förklara på vilket sätt den nya kunskapen kan vara betydelsefull De resultat som erhålls i detta projekt kommer att beskriva en ny strategi för att öka TQ-NP anti-canceraktivitet och bestämma deras bakomliggande verkningsmekanismer. Dessutom kommer detta projekt var det första i sitt slag med att ge en bedömningen av TQ-NPs in vivo formulering, vilket är avgörande för dess potential att som behandlingsmetod överföras till klinisk verksamhet. Beskriv hur internationellt samarbete kan bidra till denna forskning Teamet på American University of Beirut (AUB) har utförligt undersökt anti-canceraktiviteten av thymoquinone i flera system och fann denna molekyl vara effektiv mot cancer, exempelvis hud, kolon, och osteosarkom. Med hjälp av nanoteknik, har forskargruppen vid AUB nyligen med en ny formulering försökt att kapsla in TQ i nanopartiklar. Resultaten av denna studie visade att nanopartiklarnas storlekar passar de som rekommenderas av National Cancer Institute. De fann också att inkapsling av TQ i nanopartiklar ökar dess anti-canceraktivitet jämfört med fria TQ. Men AUB har inte tillgång till lämpliga experimentella anläggningar för att studera TQ-NP i en panel av tio humana tumörcellinjer av olika histologiska ursprung och som innehåller resistenta och känsliga cellinjer. Denna panel av cellinjer är avgörande för utvärderingen av TQ-NPs aktivitet och preliminära mekanistiska klassificering. Detta system som finns i Sverige kommer att bidra till att komplettera och validera resultaten från AUB. Även om AUB har en djuranläggning, kommer djurmodellen tillgänglig i Sverige, som bygger på ihåliga rör som placerats under huden, vara en idealisk och relativt billig modell (jämfört med xenotransplantat) för att bekräfta den observerade aktiviteten av TQ-NP i många cellsystem. Det här projektet kan inte slutföras utan kompetens från Uppsala universitet vilken perfekt kompletterar den expertis som forskargruppen vid American University of Beirut besitter.