Pemetrekset yüklü polimerik nanopartiküllerin akciğer kanser hücreleri üzerindeki etkinliğinin incelenmesi
Investigation of the efficacy of pemetrexed loaded polymeric nanoparticles on lung cancer cells
Yazar: GAMZE LİMAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SERAP MERT
Kocaeli Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Kök Hücre Ana Bilim Dalı / Kök Hücre ve Doku Yenilenmesi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Amaç: Akciğer kanser hastalığının tedavisinde kullanılmak üzere, etkinliği FDA tarafından onaylı olan Pemetrekset disodyum (PEM) ilacı yüklü Poli(laktik-ko-glikolik asit)(PLGA) ve polisübstitüye glikolid ailesinden olan poli(diizopropil glikolid) (PDIPG) nanopartiküller (NP) hazırlanmıştır. Elde edilen ilaç yüklü polimerik nanopartiküller in vitro A549 akciğer kanser ve sağlıklı fibroblast hücreleri üzerinde kullanılarak ilaç toksisitesi ve hücre proliferasyonu üzerindeki etkileri incelenmiştir.
Yöntem: PEM ilacının hem suda hem de metanolde de çözünmesi polimerik NP üretim tekniklerinden tekli ve ikili emülsifikasyon yöntemlerinin uygulanmasına olanak sağlamaktadır. Bu çalışmada her iki yöntem de kullanılarak PEM yüklü PLGA ve PDIPG NP'ler hazırlanarak iki farklı yöntemin ilaç yükleme kapasitesi ve partikül boyutları üzerindeki etkisi kıyaslanmıştır. Ek olarak yüksek yükleme verimliliği, düşük partikül boyutu ve dağılımı için uygun ilaç-polimer oranı, sürfaktan ve çözücü oranları optimize edilmiş ve ilaç salım çalışmaları gerçekleştirilmiştir. PEM yüklü PLGA ve PDIPG nanopartiküllerin akciğer kanser ve sağlıklı fibroblast hücreleri üzerindeki etkileri incelenmiştir.
Bulgular: Bu çalışma ile literatürde ilk defa tekli emülsiyon ile PEM yüklü PLGA ve PDIPG NP'ler hazırlanmış ve özellikle PDIPG polimeri kullanıldığında %74,45 yüksek enkapsülasyon verimliliği, 286,13 nm  nanopartikül boyutuna ve 0,124 boyut dağılımına sahip NP'ler elde edilmiş ve ikili emülsiyona kıyasla daha başarılı sonuçlar elde edildiği görülmüştür. İn vitro ortamda PEM-PDIPG-NP salım profilleri incelendiğinde pH 7,4'te 454 saat ve pH 6,5'te 240 saat süren kontrollü ilaç salım sonuçları elde edilmiştir. PEM yüklü NP'lerin hücre üzerindeki etkileri incelendiğinde PEM-PDIPG-NPlerin fibroblast hücreleri üzerinde toksik etkisinin olmadığı ve hücre proliferasyonunu engellemediği ancak akciğer kanser hücreleri üzerinde hücre çoğalmasını engellediği gözlenmiştir.  
Sonuç: Elde edilen sonuçlar doğrultusunda tekli emülsiyon yöntemi ile optimizasyonu gerçekleştirilerek hazırlanan PEM yüklü PDIPG NP'lerin PLGA NP'lere göre daha yüksek enkapsülasyon etkinliğine, düşük partikül boyut ve dağılımına sahip olduğu ve daha kontrollü ilaç salımı gerçekleştirdiği gösterilmiştir. PDIPG polimeri ile üretilen nanopartiküllerin A549 hücrelerinin çoğalmasını ilaç yüklü olmadan da engellediği gözlendi.

Abstract:
Objective: Pemetrexed disodium (PEM), FDA approved drug, loaded Poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) and poly(diisopropyl glycolide) (PDIPG) nanoparticles (NP) were prepared for the treatment of lung cancer. The obtained drug-loaded polymeric nanoparticles were used in vitro on A549 lung cancer and healthy fibroblast cells to study their effects on drug toxicity and cell proliferation.
Method: The solubility of PEM drug in both water and methanol allows the application of single and double emulsion methods for polymeric NP preparation techniques. In this study, PEM-loaded PLGA and PDIPG NPs were prepared using both methods and the effect of two different methods on drug loading capacity and particle sizes were compared. In addition, appropriate drug-polymer ratio, surfactant and solvent ratios were optimized for high loading efficiency, low particle size and dispersion, and drug release studies were performed. The effects of PEM-loaded PLGA and PDIPG nanoparticles on lung cancer cells and healthy fibroblast cells were tested.
Results: This study reports the preparation of PEM-loaded PLGA and PDIPG NPs using a single emulsion technique, which has not been previously reported in the literature. The obtained DIPG NPs had a high encapsulation efficiency of 74.45%, a nanoparticle size of 286.13 nm, and a size distribution of 0.124. The use of PDIPG polymer resulted in more successful outcomes compared to double emulsion. In vitro examination of the release profiles of PEM-PDIPG-NP showed controlled drug release for 454 hours at pH 7.4 and 240 hours at pH 6.5. Examination of the effects of PEM loaded NPs on cells revealed that PEM-PDIPG-NPs had no toxic effect on fibroblast cells and did not inhibit cell proliferation. However, they inhibited cell proliferation in lung cancer cells.
Conclusions: In this study, PEM-loaded PDIPG NPs prepared by optimization with the single emulsion method were shown to have higher encapsulation efficiency, lower particle size and dispersion, and more controlled drug release compared to PLGA NPs. The results showed that the nanoparticles produced with PDIPG polymer inhibited the proliferation of A549 cells without drug loading.