Przełomowy system dostarczania leków w terapii raka płuc

Jak opracowano innowacyjny system dostarczania leków?

W prezentowanym badaniu eksperymentalnym opracowano nowy system dostarczania leków (DDS) oparty na węglanie wapnia (CC) i siarczanie chondroityny (CS) jako nośnikach adriamycyny (Adr) do leczenia raka płuc. System ten został zaprojektowany w celu zwiększenia skuteczności terapeutycznej przy jednoczesnym zmniejszeniu działań niepożądanych chemioterapii.

Badanie wykorzystywało metodologię opartą na syntezie nanocząstek w mikroemulsji wodno-olejowej, co pozwoliło na kontrolowanie ich rozmiaru. Otrzymane nanocząstki CC/Adr miały średnicę około 65,2 ± 3,8 nm z wąskim indeksem polidyspersyjności (PDI) wynoszącym 0,114, a po modyfikacji powierzchniowej siarczanem chondroityny (CS-CC/Adr) ich rozmiar zwiększył się nieznacznie do 76,3 ± 5,1 nm z PDI równym 0,081. Modyfikacja powierzchni została potwierdzona zmianą potencjału zeta z dodatniego (+23,6 mV) na ujemny (-38,7 mV), co wskazuje na skuteczne pokrycie nanocząstków polisacharydem CS.

Czy celowanie w komórki nowotworowe zapewnia lepsze wyniki terapii?

Badania przeprowadzono na komórkach ludzkiego raka płuc A549 oraz mysich komórkach raka płuc LLC, które charakteryzują się nadekspresją receptorów CD44. Siarczan chondroityny jako naturalny polisacharyd ma zdolność specyficznego wiązania się z tymi receptorami, co umożliwia celowane dostarczanie leków do komórek nowotworowych.

W zakresie ładunku leku i jego uwalniania, wyniki wykazały, że efektywność enkapsulacji (EE) i wydajność ładowania leku (DL) dla CS-CC/Adr wynosiły odpowiednio 87,84% ± 5,72% i 8,63% ± 2,96%. Badania uwalniania leku wykazały, że CS-CC/Adr charakteryzowało się wolniejszym uwalnianiem Adr w porównaniu z CC/Adr, co prawdopodobnie wynikało z obecności powłoki CS, która opóźniała uwalnianie leku.

Wyniki badań in vitro wykazały, że nanocząstki CS-CC/Adr charakteryzowały się wysoką stabilnością w surowicy przez 48 godzin bez znaczących zmian rozmiaru cząstek. Test hemolizy potwierdził wysoką biokompatybilność systemu, gdyż nawet przy najwyższym stężeniu (1 mg/ml) hemoliza była nieznaczna (1,39%). Analiza cytometryczna wykazała, że komórki traktowane CS-CC/Adr wykazywały znacznie wyższy poziom wewnątrzkomórkowej akumulacji Adr w porównaniu z komórkami traktowanymi CC/Adr lub wolnym Adr. Po 2 godzinach inkubacji, sygnał fluorescencyjny w komórkach traktowanych CS-CC/Adr był 1,92 i 1,36 razy wyższy niż odpowiednio w grupach CC/Adr i Adr. Mechanizm ten był zależny od receptorów CD44, co potwierdzono przez zahamowanie wychwytu po wstępnym traktowaniu komórek siarczanem chondroityny.

Jakie efekty wykazuje nowy system dostarczania adriamycyny?

Badania cytotoksyczności wykazały, że zarówno CC jak i CS-CC (bez leku) wykazywały minimalną cytotoksyczność, z ponad 95% żywotności komórek przy stężeniu 150 μg/ml. CS-CC/Adr miało silniejsze działanie przeciwnowotworowe niż CC/Adr, co korelowało ze zwiększonym wychwytem komórkowym. Testy na sferoidach wielokomórkowych (MS), które lepiej odzwierciedlają warunki guza litego, również potwierdziły większą skuteczność CS-CC/Adr w hamowaniu wzrostu nowotworów. Analiza Western blot wykazała, że leczenie CS-CC/Adr powodowało obniżenie ekspresji antyapoptotycznego białka Bcl-2 oraz zwiększenie ekspresji proapoptotycznych białek Bax i aktywowanej kaspazy-3, co prowadziło do znaczącej apoptozy komórek nowotworowych.

Badania in vivo na mysim modelu z ksenoprzeszczepem A549 wykazały, że nanocząstki CS-CC/Adr znacząco zwiększały gromadzenie się leku w tkance nowotworowej, co potwierdzono za pomocą obrazowania fluorescencyjnego z użyciem znacznika ICG. Sygnał fluorescencyjny w tkance nowotworowej był 2,91 razy wyższy w grupie CS-CC/ICG w porównaniu z grupą CC/ICG, przy jednoczesnym zmniejszeniu akumulacji w wątrobie o 59%.

Terapia z użyciem CS-CC/Adr prowadziła do najsilniejszego zahamowania wzrostu guza spośród wszystkich badanych formulacji, przy czym objętość guza wynosiła 391 ± 83 mm³. Co istotne, w przeciwieństwie do wolnej Adr, leczenie CS-CC/Adr nie powodowało znaczącej utraty masy ciała, co sugeruje zmniejszenie ogólnoustrojowej toksyczności. Barwienie H&E głównych narządów potwierdziło bezpieczeństwo opracowanego systemu dostarczania leków.

Podsumowując, badanie wykazało, że biokompatybilny system dostarczania leków oparty na CS i CC może wykorzystywać zdolność CS do celowania w komórki nowotworowe z nadekspresją CD44, zwiększając skuteczność przeciwnowotworową adriamycyny przy jednoczesnym zmniejszeniu jej działań niepożądanych. Wyniki te wskazują na potencjał tego systemu w poprawie terapii raka płuc.

Podsumowanie

Opracowany system dostarczania leków (DDS) wykorzystuje nanocząstki węglanu wapnia (CC) pokryte siarczanem chondroityny (CS) do transportu adriamycyny. Nanocząstki o średnicy około 76 nm charakteryzują się wysoką stabilnością i biokompatybilnością. System wykazuje zwiększoną skuteczność w dostarczaniu leku do komórek nowotworowych dzięki specyficznemu wiązaniu się z receptorami CD44. Badania in vitro i in vivo potwierdziły wyższą akumulację leku w tkance nowotworowej oraz silniejsze działanie przeciwnowotworowe w porównaniu do konwencjonalnej terapii. Jednocześnie zaobserwowano znaczące zmniejszenie ogólnoustrojowej toksyczności i działań niepożądanych. System ten stanowi obiecującą strategię w poprawie skuteczności chemioterapii raka płuc.