Manyetik nano-siklodekstrin-lipozom anti-kanser ilaç taşıyıcı sistem hazırlanması, karakterizasyonu ve kontrollü salım davranışının incelenmesi
Magnetic nano-cyclodexstrin-liposome anti-cancer drug carrier system preparation, characterization and investigation of controlled release behavior
Yazar: ERDAL ERTAŞ
Danışman: PROF. DR. BİLSEN TURAL
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology ; Kimya = Chemistry
Dizin: Lipozomlar = Liposomes ; Neoplazmlar = Neoplasms ; Siklodekstrinler = Cyclodextrins ; Topotecan = Topotecan ; İlaç taşıyıcılar = Drug carriers

Özet:
Kanser, 21. yüzyılda kardiyovasküler rahatsızlıklardan sonra ikinci sırada yer alan en ölümcül hastalıklardan biridir. Hücrelerin hasar görmesi ve mutasyona uğraması sonucunda kontrolsüz bölünmelerinden kaynaklanmaktadır. Meme kanseri dünya genelinde kadınlarda hem en sık görülen hem de en öldürücü kanser tipidir. Kanserli hücrelerin tedavi edilmesinde en önemli problem, özellikle kemoterapide kullanılan ilaçların kanser hücreleri için düşük seçicilik göstermesi ve sağlıklı hücreleri de etkileyerek birçok yan etkiye neden olmasıdır. Bu durumun ortadan kaldırılması için hedefe yönelik ilaç taşıma sistemleri öncelikli olarak çalışılmaktadır. Günümüzde aktif hedeflendirme yöntemleriyle beraber biyouyumlu ve biyo-bozunur manyetik nanoparçacık ve manyetik siklodekstrin-lipozomdan oluşturulan ilaç yüklü taşıma sistemleri meme kanserinin tedavi edilmesinde ümit verici bir yaklaşım sunmaktadır. Bu bölgede sürekli ilaç salınımını sağlamasıyla, sadece ilacın tedavi edici etkisini arttırmakla kalmayıp aynı zamanda istenilmeyen yan etkilerin azaltılması da hedeflenmektedir. Topotekan başta yumurtalık kanseri ve küçük hücreli akciğer kanseri olmak üzere meme kanseri ve prostat kanseri tedavisinde en yaygın kullanılan anti-kanser ilaçlardan kamptotesin analoğu olup topoizomeraz I inhibitörü olarak görev yapmaktadır. Asidik koşullar altında aktif lakton form ve nötral veya alkali pH'da hidroliz ile inaktif karboksilat form baskındır Lakton halkasının açılması ile aktivite kaybolmakta ve yüksek toksik etki görülmektedir. Bundan dolayı çalışılması zor olan ilaçlardan biridir. 
Bu tez çalışmasında manyetik β-siklodekstrin-topotekan (Fe3O4@βCD-TPT) inklüzyon kompleksleri (hidrofilik topotekan) hazırlanmış ve hem saf topotekan hem de kompleksleri ayrı ayrı lipozomlara hapsedilmiştir. Daha sonra insan meme kanseri (MCF-7) hücre dizilerinde in vitro sitotoksisite açısından değerlendirilmiştir. Manyetik olarak hazırlanan Fe3O4@β-CD-TPT kompleksleri ile Fe3O4@β-CD içinde topotekanın tutulmasının optimizasyonu sağlanmıştır. İnklüzyon kompleksleri UV-Vis spektroskopisi, geçirmeli elektron mikroskobu (TEM), dinamik ışık saçılımı spektrometresi (DLS) ve fourier dönüşümlü infrared spektrometresi (FTIR) ve yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) kullanılarak doğrulanmıştır. Fe3O4@β-CD-TPT komplekslerinin suda çözünürlüğü belirgin şekilde iyileşmiş ve komplekslerin sonikasyon yaklaşımı kullanılarak hazırlanan lipozomlara başarılı bir şekilde kapsüllenmesi de sağlanmıştır. Lipozomal formülasyonlar, topotekan ve Fe3O4@β-CD-TPT kompleksi partikül boyutu, zeta potansiyel, yakalama etkinliği ve stabilite açısından karakterize edilmiştir. Topotekan, Fe3O4@β-CD-TPT kompleksi ve bunların optimize edilmiş lipozomal formları, meme kanseri (MCF-7) kanser hücre dizilerinde sitotoksisite açısından değerlendirilmiştir. Test edilen tüm topotekan içeren formların, MTT analizi ile belirlendiği üzere, hücre çoğalmasını inhibe etmede etkili olduğu gözlenmiştir. Tüm topotekan formları için medyan etkili doz (IC50), test edilen meme kanseri hücre dizileri için düşük µg/mL aralığında bulunmuştur. Sonuçlarımız, topotekan gibi pH duyarlı ilaçların Fe3O4@β-CD inklüzyon komplekslerinin lipozomlar gibi biyouyumlu veziküller içinde tutulabileceğini doğrulamaktadır ve bu onların antikanser aktivitelerini uzun süreye yaydığını göstermektedir.

Abstract:
Cancer is one of the deadliest diseases in the 21st century, second only to cardiovascular diseases. It results from uncontrolled division of cells as a result of damage and mutation. Breast cancer is both the most common and the deadliest type of cancer in women worldwide. The most important problem in the treatment of cancerous cells is that the drugs used in chemotherapy show low selectivity for cancer cells and cause many side effects by affecting healthy cells. In order to eliminate this situation, targeted drug delivery systems are primarily studied. Today, drug-loaded delivery systems formed from biocompatible and biodegradable magnetic nanoparticles and magnetic cyclodextrin-liposome together with active targeting methods offer a promising approach in the treatment of breast cancer. By providing continuous drug release in this region, it is aimed not only to increase the therapeutic effect of the drug, but also to reduce the unwanted side effects. Topotecan is an analog of camptothecin, which is one of the most widely used anti-cancer drugs in the treatment of breast cancer and prostate cancer, especially ovarian cancer and small cell lung cancer, and acts as a topoisomerase I inhibitor. The active lactone form under acidic conditions and the inactive carboxylate form by hydrolysis at neutral or alkaline pH dominate. Therefore, it is one of the difficult drugs to study.
In this thesis study, magnetic β-cyclodextrin-topotecan (Fe3O4@βCD-TPT) inclusion complexes (hydrophilic topotecan) were prepared and both pure topotecan and its complexes were individually confined to liposomes. It was then evaluated for in vitro cytotoxicity in human breast cancer (MCF-7) cell lines. Optimization of topotecan retention in Fe3O4@β-CD was achieved with magnetically prepared Fe3O4@β-CD-TPT complexes. Inclusion complexes were verified using UV-Vis spectroscopy, transmission electron microscopy (TEM), dynamic light scattering spectrometry (DLS) and Fourier transform infrared spectrometry (FTIR), and high performance liquid chromatography (HPLC). The water solubility of the Fe3O4@β-CD-TPT complexes was significantly improved and successful encapsulation of the complexes into liposomes prepared using the sonication approach was also achieved. Liposomal formulations, topotecan and Fe3O4@β-CD-TPT complex were characterized for particle size, zeta potential, capture efficiency and stability. Topotecan, the Fe3O4@β-CD-TPT complex and their optimized liposomal forms were evaluated for cytotoxicity in breast cancer (MCF-7) cancer cell lines. All tested topotecan-containing forms were found to be effective in inhibiting cell proliferation, as determined by MTT analysis. The median effective dose (IC50) for all topotecan forms was in the low µg/mL range for the breast cancer cell lines tested. Our results confirm that Fe3O4@β-CD inclusion complexes of pH-sensitive drugs such as topotecan can be entrapped in biocompatible vesicles such as liposomes, suggesting that they extend their anticancer activity over a long period of time.