Modyfikacja powierzchniowa nanocząstek magnetycznych w celu uzyskania układów do celowanej terapii przeciwnowotworowej

Choroby nowotworowe są jedną z głównych przyczyn zgonów na świecie. Tradycyjne metody leczenia, takie jak chemioterapia, są nieselektywne i prowadzą do uszkodzenia także komórek prawidłowych. W związku z tym poszukuje się nośników leków, które będą celowały w zmienione nowotworowo komórki. Wśród nośników magnetycznych wiele badań dotyczy zastosowania superparamagnetycznych nanocząstek tlenku żelaza (SPION), ze względu na ich dużą podatność magnetyczną i wynikającą stąd możliwość kierowania leku za pomocą zewnętrznego pola magnetycznego. W niniejszej pracy dokonano syntezy oraz scharakteryzowano nanocząstki SPION pokryte polimerową otoczką składającą się z kwasu hialuronowego oraz polietylenoiminy, z przyłączonym na ich powierzchni przeciwciałem monoklonalnym anty-VCAM-1. W trakcie badań opracowano dwie drogi syntezy SPION tj. pokrywania SPION wcześniej otrzymanym koniugatem PEI-HA oraz szczepienia HA na wcześniej otrzymanych nanocząstkach SPION/PEI. Analiza właściwości nanocząstek obejmowała ich rozmiar, ładunek powierzchniowy, morfologię, oraz immunoznakowanie w celu potwierdzenia przyłączenia przeciwciała anty-VCAM-1. Podczas analizy zastosowano technikę dynamicznego rozpraszania światła (DLS), spektroskopię w podczerwieni (ATR-FTIR), mikroskopie STEM oraz AFM oraz pomiary spektrofluorometryczne i dyfraktometrii rentgenowskiej. Właściwości magnetyczne nanocząstek zostały potwierdzone z wykorzystaniem spektroskopii Möessbauera. W wyniku przeprowadzonych badań udało się zoptymalizować preparatykę otrzymywania stabilnych w roztworach wodnych nanocząstek SPION/HA-PEI o rozmiarze 230 nm oraz nanocząstek SPION/PEI o rozmiarze 151 nm, o wysokim ładunku dodatnim (odpowiednio +56,5 mV oraz +58,1 mV). W celu odwrócenia ładunku oraz wyeksponowania kwasu hialuronowego na powierzchni z powodzeniem udało się otrzymać stabilny w PBS układ SPION/PEI/HA (252 nm, -33 mV). Pomiary fluorescencji z wykorzystaniem znakowanego przeciwciała drugorzędowego potwierdziły przyłączenie przeciwciała anty-VCAM-1 do powierzchni SPION/PE-HA oraz SPION/PEI/HA. Uzyskane wyniki eksperymentalne mogą być podstawą do dalszych badań biologicznych w celu zastosowania nanoukładów do celowanej terapii nowotworowej.

Cancer is one of the leading causes of death worldwide. Traditional treatments, such as chemotherapy, are non-selective and lead to the damage of normal cells. Therefore, the development of the new drug carriers is constantly in the center of attention. Many studies have focused on the application of superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION), due to their high magnetic susceptibility and their ability to deliver the drug to its target with an external magnetic field. In the present study SPION nanoparticles coated with a polymeric shell consisting of hyaluronic acid and polyethyleneimine with anti-VCAM-1 monoclonal antibody attached on their surface were synthesized and characterized,. Two routes of SPION synthesis, 1) coating SPION with previously obtained PEI-HA conjugate and 2) grafting HA onto previously obtained SPION/PEI nanoparticles, were developed during the study. The analysis of the nanoparticles’ properties included their size, surface charge, morphology, and immunolabelling to confirm the attachment of the anti-VCAM-1 antibody. Dynamic light scattering (DLS), infrared spectroscopy (FTIR), STEM and AFM microscopy, spectrofluorometric measurements and X-ray diffractometry were used to characterize the nanoparticles. The magnetic properties of the nanoparticles were confirmed by Möessbauer spectroscopy. The studies allowed to optimize the preparation procedures resulting in 230 nm SPION/HA-PEI nanoparticles stable in aqueous solutions and 151 nm SPION/PEI nanoparticles with high positive charge (+56.5 mV and +58.1 mV, respectively). In order to reverse the charge and expose hyaluronic acid on the surface, the SPION/PEI/HA system (252 nm, -33 mV), stable in PBS, was successfully obtained. Fluorescence measurements using a labelled secondary antibody confirmed the attachment of anti-VCAM-1 antibody to the surface of SPION/PE-HA and SPION/PEI/HA. The obtained experimental results can serve as a basis for a further biological research to apply nanosystems for targeted cancer therapy.