Multimodal görüntüleme ajanı olarak radyoişaretli ilaç taşıyıcı sistemin tasarımı ve değerlendirilmesi
Design and evaluation of radiolabeled drug delivery system as a multimodal imaging agent
Yazar: OĞUZ ÇETİN
Danışman: PROF. DR. SERAP TEKSÖZ
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nükleer Bilimler Ana Bilim Dalı / Nükleer Uygulamalar Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Radyoloji ve Nükleer Tıp = Radiology and Nuclear Medicine

Özet:
Bu çalışmada, multimodal nanoparçacık sistemi doksorubisin (DOX) yüklü polimerik demir oksit nanoparçacıkları sentezlemek, zirkonyum-89 (89Zr) ile radyoişaretlemek ve bu yapının in vitro ve in vivo olarak biyolojik davranışlarının incelenmesi amaçlanmıştır. Emülsiyon çözücü buharlaştırma yöntemi ile hazırlanan multimodal polimerik demir oksit nanoparçacık sisteminin (PPLN-IO) yapısal özellikleri Zeta Potansiyeli Analizi, Dinamik Işık Saçılımı (DLS) yöntemi, Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) görüntüleri ile tanımlanmıştır. Reseptör hedefleme amacıyla nanoparçacıklar biotin molekülü ile konjuge edilmiştir. Radyoişaretleme çalışmaları için şelatlayıcı ajan deferoxamine-p-SCN (DFO) DOX yüklü PPLN-IO-BIO nanoparçacıklarına konjuge edilmiştir (PPLN-IO-BIO-DFO). DOX yüklü PPLN-IO-BIO-DFO nanoparçacıklarının 37 oC'de 89Zr ile radyoişaretlenmesi %78,16 ± 10,24 verimle sağlanmıştır. DOX yüklü PPLN-IO nanoparçacıklarının ilaç hapsetme kapasitesi yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) ile belirlenmiştir. DOX yüklü PPLN-IO-BIO nanoparçacıklarının biyolojik davranışlarının in vitro olarak belirlenmesi amacıyla biotin pozitif A549 akciğer epitel (adenokarsinom) ve biotin negatif HEK-293 böbrek epitel (normal) hücreleri üzerinde sitotoksisite çalışmaları gerçekleştirilmiştir. 48. Saat IC50 değeri HEK-293 hücre hattında 175,19 ± 10,56 µg/mL iken A549 hücre hattında bu değer 12,43 ± 5,82 µg/mL olarak hesaplanmıştır. In vitro sitotoksisite çalışmaları sonucunda DOX yüklü PPLN-IO-BIO nanoparçacıklarının biotin reseptörü bulunduran A549 hücre hattında daha fazla toksik etki gösterdiği belirlenmiştir. DOX yüklü PPLN-IO-BIO-DFO nanoparçacıklarının in vivo davranışının belirlenmesi amacıyla sağlıklı dişi nude fareler üzerinde biyodağılım çalışması gerçekleştirilmiştir. Biyodağılım çalışması sonucunda karaciğer ve akciğerde tutulum tespit edilmiştir. Geliştirilen DOX yüklü PPLN-IO-BIO-DFO multimodal nanoparçacık sisteminin, kolay hazırlanabilen, hedefe spesifik ve biyouyumlu bir tanı ajanı geliştirilmesine katkı sağlayacağı sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Doksorubisin, multimodal nanoparçacıklar, biotin, zirkonyum-89, in vitro/in vivo

Abstract:
In this study, it is aimed to synthesize multimodal nanoparticle system doxorubicin (DOX)-loaded polymeric iron oxide nanoparticles to radiolabel with zirconium-89 (89Zr) and investigate the biological behaviour of this structure in vitro and in vivo. The structural properties of the multimodal polymeric iron oxide nanoparticle system (PPLN-IO) prepared by the emulsion solvent evaporation method were characterized by Zeta Potential Analysis, Dynamic Light Scattering (DLS) method, Transmission Electron Microscopy (TEM) and Scanning Electron Microscopy (SEM) images. Nanoparticles were conjugated with biotin molecule for receptor targeting. For radiolabeling studies, the chelating agent deferoxamine-p-SCN (DFO) was conjugated to DOX-loaded PPLN-IO-BIO nanoparticles (PPLN-IO-BIO-DFO). Radiolabeling of DOX-loaded PPLN-IO-BIO-DFO nanoparticles with 89Zr at 37 oC accomplished with 78.16 ± 10.24% efficiency. The drug entrapment capacity of DOX-loaded PPLN-IO nanoparticles was determined by high-performance liquid chromatography (HPLC). In order to determine the biological behaviours of DOX-loaded PPLN-IO-BIO nanoparticles in vitro, cytotoxicity studies were performed on biotin-positive A549 lung epithelial (adenocarcinoma) and biotin-negative HEK-293 kidney epithelial (normal) cells. When the 48th hour data were examined, the IC50 value was 175.19 ± 10.56 µg/mL in HEK-293 cell line, this value was 12.43 ± 5.82 µg/mL in A549 cell line. As a result of in vitro cytotoxicity studies, it was determined that DOX-loaded PPLN-IO-BIO nanoparticles showed more toxic effects on the A549 cell line, which has a biotin receptor. A biodistribution study was performed on healty female nude mice to determine the in vivo behaviour of DOX-loaded PPLN-IO-BIO-DFO nanoparticles. As a result of the biodistribution study, uptake was detected in the liver and lung. It is concluded that the system developed DOX-loaded PPLN-IO-BIO-DFO multimodal nanoparticle could make contribution to improve an easy prepared, target specific and biocompatible diagnostic agent.

Keywords: Doxorubicin, multimodal nanoparticles, biotin, zirconium-89, in vitro/in vivo