Účinky nových nosičů léčiv odvozených od žlučových kyselin v 3D jaterních in vitro modelech

Bc. Robin Durník

Master's thesis

Effects of novel bile acid-based drug carriers in 3D liver in vitro models

Abstract:

Velká část vyvíjených léčiv selhává během klinického testování kvůli své nízké rozpustnosti, stabilitě, biologické dostupnosti a s tím souvisejícími vedlejšími účinky na lidský organismus. Cílem této práce bylo studovat nově vyvinuté koordinační polymerní nanočásticové nosiče léčiv a supramolekulární komplexy odvozené od žlučových kyselin, které by tyto bariéry mohly překonat. Díky přítomnosti žlučových kyselin v jejich struktuře by tyto sloučeniny mohly sdílet podobnou transportní cestu v organismu jako žlučové kyseliny samotné. Léčivo transportované nosičem nebo supramolekulární komplexy by tedy mohly být cíleny do specifických tkání zapojených do enterohepatické cirkulace žlučových kyselin, především pak do jaterní tkáně, kde by docházelo k uvolnění léčiva (spontánně, v důsledku specifického mikroprostředí, nebo po vnějším impulzu). V teoretické části práce je poskytnuta rešerše exprese transportních proteinů žlučových kyselin, potenciálních cílů nosičů léčiv, v různých liniích jaterních buněk a in vitro modelech. Ke studiu účinků nosičů a supramolekulárních komplexů odvozených od žlučových kyselin bylo využito 3D jaterního in vitro modelu - HepG2 sferoidů. V tomto in vitro modelu byla charakterizována exprese genů kódujících transportní proteiny pro žlučové kyseliny a byla ověřena schopnost transportu modelových substrátů do struktur odpovídajících žlučovým kanálkům. Pomocí tohoto modelu byla charakterizována toxicita vybraných stavebních komponent, stavebních bloků a celých nosičů, což umožnilo jejich prioritizaci pro další vývoj. Tento model byl rovněž využit ke studiu protinádorových účinků supramolekulárních komplexů s palladiem a nanočásticových nosičů nesoucí protirakovinná léčiva. Pro studium nosičů látek s anti-lipogenními účinky byl optimalizován protokol navozující akumulaci lipidů v HepG2 sferoidech. Akumulace lipidů je klíčový děj v jaterní steatóze. Tento protokol byl poté použit pro studium nanočásticového nosiče nesoucího vybranou látku s předpokládaným anti-lipogenním účinkem.

Abstract:

A large number of promising drug candidates fail during clinical trials because of their low solubility, stability and biological availability, and deleterious side effects in human organism that go along. The aim of this work is to study novel bile acid-derived polymeric coordination nanoparticles and supramolecular complexes, which could supress the abovementioned drawbacks. Due to the bile acids present in their structure, these compounds could share a similar transport route as bile acids themselves. The drug, transported by the drug carrier, or supramolecular complexes could thus be targeted into a specific tissue involved in enterohepatic circulation of bile acids where it could be released (spontaneously, due to the specific microenvironment, or due to an external impulse). In the theoretical part, review of bile acid transport protein (potential drug carrier targets) expression in different liver cell lines and in vitro models is provided. HepG2 spheroid 3D liver in vitro model was used to study the effects of drug carriers and supramolecular complexes derived from bile acids. This model was characterized for its bile acid transport protein gene expression and its ability to transport model substrates into structures corresponding to bile canaliculi. Using this model, toxicity of selected building components, building blocks and drug carriers was evaluated enabling their prioritization for further development. This model was also used to study the anti-cancer effect of supramolecular complexes with palladium and nanoparticle drug carriers carrying anti-cancer drugs. To study the carriers bearing compounds with anti-lipogenic effect, a protocol to induce lipid accumulation in HepG2 spheroids was optimized. Lipid accumulation is a key event in liver steatosis. This protocol was then used to study nanoparticle drug carriers carrying a compound with anticipated anti-lipogenic effect.

Keywords

Nosiče léčiv, žlučová kyselina, HepG2, hepatotoxicita, 3D jaterní in vitro model Drug carrier, bile acid, hepatotoxicity, 3D liver in vitro model

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 5. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 21. 6. 2024
• Supervisor: doc. RNDr. Pavel Babica, Ph.D.
• Reader: RNDr. Mgr. Michal Bittner, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Biochemistry