Akciğer kanseri tedavisi için hedefe yönelik hiyaluronik asit kaplı silika nanopartiküllerinin sentezi, karakterizasyonu, in vitro ve in vivo toksisite ve antitümör etkinlik potansiyeli
Targeted  hyaluronic  acid  coated  silica  nanoparticles synthesis  for  lung  cancer treatment, their characterizations, in vitro and in vivo toxicity and antitumor activity potentia
Yazar: CEM GÜLER
Danışman: PROF. DR. NEFİSE ÜLKÜ KARABAY YAVAŞOĞLU
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Genel Biyoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyoloji = Biology
Dizin: Antikanser = Anticancer ; Genotoksisite = Genotoxicity ; Mezoporlu silika = Mesoporous silica ; Nanobiyoteknoloji = Nanobiotechnology ; Sitotoksisite = Cytotoxicity

Özet:
Akciğer kanseri en yaygın görülen kanser olmasının yanı sıra en ölümcül olan kanser türüdür. Histolojik açıdan incelendiğinde küçük hücreli ve küçük hücreli dışı akciğer kanseri olarak iki tipe ayrılmakta ve küçük hücreli dışı akciğer kanseri vakaları bu hastalığın %85'ini oluşturmaktadır. Cisplatin küçük hücreli dışı akciğer kanseri tedavisinde oldukça yaygın kullanılan kemoterapötik bir ajandır. Öte yandan bu yaygın kullanımının yanı sıra Cisplatin, bulantı, kusma, nefrotoksisite, kardiyotoksisite, hepatotoksisite ve nörotoksisite gibi bir dizi ciddi yan etkilere neden olmaktadır. Bu sorunların üstesinden gelmek için özellikle son yıllarda artan bir eğilimle nanoteknoloji temelli akıllı ilaç çalışmaları yürütülmektedir. 
Mezopor silika nanopartikülü biyouyumlu ve biyobozunur yapısının yanı sıra yüksek ilaç yükleme kapasitesine sahip olması sayesinde ilaç hedefleme çalışmalarında sıklıkla tercih edilen bir ilaç taşıyıcıdır. Ayrıca, kolayca yüzey modifikasyonunun yapılabilmesi hedefleme açısından büyük bir avantaj getirmektedir. A549-Luc-C8 akciğer kanseri hücreleri sağlıklı hücrelere kıyasla tümör gelişimi, metastaz, ilaç direnci ve hastalık tanısında rol oynayan CD44 reseptörünü overeksprese etmektedir. Bu reseptöre spesifik olarak bağlanan Hyaluronik asit (HA) ile nanopartiküller modifiye edilerek ilaç hedefleme çalışmaları yaygın olarak yapılmaktadır.
Bu tez kapsamında, mezopor silika nanopartikülün (MSN) sentezi sonrasında nanopartikül yüzeyi yüksek moleküler ağırlıklı HA (YMAHA) kullanılarak fonksiyonelleştirilmiş ve CDDP yüklenmiştir. Böylece küçük hücreli dışı akciğer kanseri tedavisine yönelik hedefli bir nanopartikül HA-MSN-CDDP üretilmiştir. Ayrıca, HA ile modifiye edilmemiş pasif hedeflenen MSN-CDDP sentezlenmiştir.
Sentezlenen nanopartiküller FTIR, DLS, SEM ve TEM analizleri ile karakterize edilmiştir. MSN-CDDP 31.8 nm boyuta, -37,3 mV yüzey yüküne, 0.406 PdI değerine ve küresel morfolojiye sahiptir.  HA-MSN-CDDP 23.9 nm boyuta, -19,7 mV yüzey yüküne, 0.397 PdI değerine ve küresel morfolojiye sahiptir. Sitotoksik aktivitenin araştırıldığı MTT testinde CDDP sağlıklı hücrelere ciddi zarar verirken HA sayesinde HA-MSN-CDDP bu etkiyi göstermemektedir. Ayrıca, HA-MSN-CDDP yüksek oranda apoptozu indükleyerek A549-Luc-C8 akciğer kanseri hücrelerini ölüme götürmüştür. MSN-CDDP ve HA-MSN-CDDP floresan boya ile işaretlenmiş ve A549-Luc-C8 hücrelerine alındığı floresan mikroskop ile gösterilmiştir. Bu nanopartiküllerin intravenöz uygulamalarda eritrositler üzerine toksisiteye neden olmadan uygulamaya uygun olduğu hemoliz testi ile belirlenmiştir. Ayrıca, mutajenik aktiviteye sebep olmadıkları AMES testi ile ortaya konmuştur.
A549-Luc-C8 hücreleri subkutan yolla Balb/c farelere uygulanarak küçük hücreli dışı akciğer kanseri modeli geliştirilmiş ve tümör boyutları IVIS ile takip edilmiştir. CDDP'nin yan etkilerinin hedefli nanopartikül HA-MSN-CDDP aracılığıyla azaltıldığı histolojik analizler aracılığıyla belirlenmiştir. 
Elde edilen sonuçlar doğrultusunda YMAHA'nın akıllı ilaç salım sistemlerinde kullanım açısından iyi bir aday olduğu, çeşitli taşıyıcı nanopartiküller için modifikasyon ajanı olark kullanılabileceği, farklı antikanser ilaçların taşınımı için yeni araştırmalarda test edilmesi için gelecek vaat ettiği ve patent alabilecek bir potansiyele sahip olduğu düşünülmektedir.

Abstract:
Lung cancer is the most common cancer and also the most lethal. When examined histologically, it is divided into two types as small cell and non-small cell lung cancer, and non-small cell lung cancer cases constitute 85% of the disease. Cisplatin (CDDP) is a chemotherapeutic agent widely used in the treatment of non-small cell lung cancer. On the other hand, in addition to this widespread use, CDDP causes a series of serious side effects such as nausea, vomiting, nephrotoxicity, cardiotoxicity, hepatotoxicity and neurotoxicity. In order to overcome these problems, nanotechnology-based smart drug studies have been carried out with an increasing tendency, especially in recent years.
Mesoporous silica nanoparticles (MSN) are frequently preferred as drug carriers in drug targeting studies due to their biocompatible and biodegradable structure as well as their high drug loading capacity. In addition, the ease of surface modification provides a great advantage in terms of targeting. A549-Luc-C8 lung cancer cells overexpress the CD44 receptor, which plays a role in tumor development, metastasis, drug resistance and disease diagnosis, compared to healthy cells. Drug targeting studies are commonly carried out by modifying nanoparticles with Hyaluronic acid (HA), which specifically binds to this receptor, CD44.
Within the scope of this thesis, after the synthesis of MSN, the nanoparticle surface was functionalized using high molecular weight HA (YMAHA) and CDDP was loaded. Thus, a targeted nanoparticle HA-MSN-CDDP for the treatment of non-small cell lung cancer was produced. In addition, passively targeted MSN-CDDP that was not modified with HA was synthesized.
The synthesized nanoparticles were characterized by FTIR, DLS, SEM and TEM analyses. MSN-CDDP is 31.8 nm, -37.3 mV, PdI 0.406 and has a spherical morphology. HA-MSN-CDDP is 23.9 nm, -19.7 mV, PdI 0.397 and has a spherical morphology. In the MTT test, in which cytotoxic activity is investigated, CDDP causes serious damage to healthy cells, while HA-MSN-CDDP does not show this effect due to HA. In addition, HA-MSN-CDDP induced apoptosis at a high rate and led to the death of A549-Luc-C8 lung cancer cells. MSN-CDDP and HA-MSN-CDDP were labeled with fluorescent dye and the uptake into A549 cells was shown by fluorescence microscope. It was determined by hemolysis test that these nanoparticles are suitable for intravenous application without causing toxicity to erythrocytes. In addition, it was demonstrated by the AMES test that they did not cause mutagenic activity.
A non-small cell lung cancer model was developed by subcutaneously administering A549-Luc-C8 cells to Balb/c mice and tumor sizes were monitored by IVIS. Histological analysis determined that the side effects of CDDP were reduced by targeted nanoparticle HA-MSN-CDDP.
In line with the results obtained, it is thought that YMAHA is a good candidate for use in smart drug delivery systems, can be used as a modification agent for various carrier nanoparticles, has a promising future for testing in new research for the delivery of different anticancer drugs, and has the potential to be patented.