A conjugate of the cationic derivative of chitosan with a cytostatics for use in cancer therapy

Effective delivery of cytostatic drugs to cancer cells is difficult due to the possibility of damage to healthy cells of the body and also due to the relatively short half-lives of the drug in the patient's body, which causes a small part of the administered drug to reach the target cells. One possible solution is to provide the cytostatics in a controlled manner, using an appropriate carrier. As part of the study, a conjugate was obtained, consisting of a carrier, which was a cationic derivative of chitosan, containing trimethylammonium (CCh) and a cytostatic drug - methotrexate (MTX). The degree of substitution of chitosan with trimethylammonium groups, determined on the basis of NMR spectra, was 85.5%. The polymer was also characterized using FTIR spectroscopy. CCh was then attached via an MTX amide bond. However, the degree of polymer substitution achieved with the drug was 8.4%. At the same time, a more advanced system was obtained containing superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) stabilized with CCh to surfaces that were covalently attached with MTX. The SPION / CCh-MTX system is teranostatic in that it allows simultaneous tumor imaging using nuclear magnetic resonance and delivery of MTX to cancer cells. The resulting system was characterized using ATR-FTIR spectroscopy and dynamic light scattering measurements (DLS). The obtained SPION / CCh-MTX system was then subjected to a reaction with a protease thanks to which, based on the analysis of UV-VIS spectra, the efficiency of cytostatic loading in this system was determined. It amounted to 0.37%. Both systems will be tested in the future for their biological properties and modified with antibodies for targeted anti-cancer therapy.

Efektywne dostarczanie leków cytostatycznych do komórek nowotworowych jest trudne z powodu możliwości uszkodzenia zdrowych komórek organizmu a także ze względu na stosunkowo krótkie okresy półtrwania leku w organizmie pacjenta, co sprawia, że niewielka część podanego leku trafia do docelowych komórek. Jednym z możliwych rozwiązań jest dostarczenie cytostatyku w sposób kontrolowany, z wykorzystaniem odpowiedniego nośnika. W ramach przeprowadzonych badań uzyskano koniugat, złożony z nośnika, którym była kationowa pochodna chitozanu, zawierająca grupy trimetyloamoniowe (CCh) oraz leku cytostatycznego – metotreksatu (MTX). Stopień podstawienia chitozanu grupami trimetyloamoniowymi, wyznaczony na podstawie analizy widm NMR, wynosił 85,5%. Polimer scharakteryzowano również wykorzystując spektroskopię FTIR. Do CCh przyłączono następnie poprzez wiązanie amidowe MTX. Natomiast uzyskany stopień podstawienia polimeru lekiem był równy 8,4 %. Jednocześnie otrzymano bardziej zaawansowany układ zawierający superparamagnetyczne nanocząstki tlenku żelaza (SPION) stabilizowane CCh do powierzchni, których przyłączono kowalencyjnie MTX. Układ SPION/CCh-MTX ma charakter teranostyczny, ponieważ pozwala na jednoczesne obrazowanie nowotworu z zastosowanie jądrowego rezonansu magnetycznego oraz dostarczanie MTX do komórek nowotworowych. Otrzymany układ scharakteryzowano z zastosowaniem spektroskopii ATR-FTIR oraz pomiarów dynamicznego rozpraszania światła (DLS). Uzyskany układ SPION/CCh-MTX poddano następnie reakcji z proteazą dzięki której na podstawie analizy widm UV-VIS, określono efektywność załadunku cytostatyka w tym układzie. Wynosiła ona 0,37 %. Oba układy będą w przyszłości badane pod kątem ich właściwości biologicznych oraz modyfikowane przeciwciałami z przeznaczeniem do celowanej terapii antynowotworowej.