Cielená doprava platinových cytostatík pre zníženie ich nešpecifickej toxicity

Bc. Marika Majerová

Diplomová práce

Cílená doprava platinových cytostatik pro snížení jejich nespecifické toxicity

Anotace:

Tato diplomová práce je zaměřena na studium platinových cytostatik a jejich enkapsulaci do apoferitinu s cílem snížení vedlejších účinků a zvýšení efektivity při léčbě rakoviny prsu. Karboplatina, cisplatina a oxaliplatina byly úspěšně enkapsulované do apoferitinu a charakterizovány z hlediska stability v biologickém prostředí. Koloidní stabilitu si po dobu minimálně dvou týdnů zachovávala pouze karboplatina (11,84 ± 1,52 nm v Milli-Q® vodě; 12,77 ± 1,46 nm v Ringerově roztoku), která byla proto dále charakterizována. Testování toxicity cytostatik na různých rakovinových buněčných liniích odhalilo, že karboplatina má nejvyšší cytotoxický účinek na buňky MDA-MB-468. Navíc tato buněčná linie rakoviny prsu nadměrně exprimuje lidský transportér norepinefrinu (hNET). Karboplatina enkapsulovaná v apoferitinu byla proto konjugovaná s cílícím peptidem YKL-6 (sekvence YKL YKL YKL YKL YKL YKLC), který má vysokou afinitu k nadměrně exprimovanému hNETu. Takto modifikovaný nanokonstrukt byl biokompatibilní z hlediska hemolýzy erytrocytů. Při koncentraci 0,04 mg/ml docházelo u volné karboplatiny k hemolýze v 96 %, u enkapsulované v 94 % a u enkapsulované cílené karboplatiny v 97 % erytrocytů. Po inkubaci s krevní plazmou docházelo k tvorbě proteinové korony pouze v malé míře. Enkapsulace karboplatiny a její cílení vedlo k cytotoxicitě vůči nádorové buněčné linii MDA-MB-468, přestože ve srovnání s volnými cytostatiky byly enkapsulované cytostatika méně efektivní. Významným benefitem cílených nanokonstruktů bylo zvýšení ochrany nenádorové buněčné linie HBL-100 proti cytotoxickým účinkům karboplatiny. V čase 48 hodin při koncentraci 38 μg/ml byly viability buněk po inkubaci s volnou karboplatinou 3,8 %; s enkapsulovanou karboplatinou 36,5 % a s enkapsulovanou cílenou karboplatinou 50,0 %. Připravené nanokonstrukty karboplatiny modifikované cílícím peptidem YKL-6 mají potenciál pro léčbu rakoviny prsu u pacientů, avšak pro její aplikaci je nutno se zaměřit na zvýšení výtěžnosti enkapsulace.

Abstract:

This master thesis is focused on the study of platinum cytostatics and their encapsulation into apoferritin in order to decrease side effects of chemotherapy and to increase the efficiency of breast cancer treatment. Carboplatin, cisplatin and oxaliplatin were successfully encapsulated in apoferritin and characterized for biological stability. However, only carboplatin maintained colloidal stability for at least two weeks (11.84 ± 1.52 nm in Milli-Q® water and 12.77 ± 1.46 nm in the Ringer's solution). Therefore, the further experiments were aimed on the encapsulation and characterization of this platinum compound. The toxicity studies of cytostatics tested on various cancer cell lines revealed that carboplatin has the highest cytotoxic effect on MDA-MB-468 cells. Moreover, this breast cancer cell line overexpresses human norepinephrine transporter (hNET) on its surface. Therefore, carboplatin encapsulated in apoferritin was conjugated with the tar-geting peptide YKL-6 (sequence YKL YKL YKL YKL YKL YKLC), which has high affinity to the overexpressed hNET. Modified nanoconstruct is biocompatible in terms of erythrocyte haemolysis. At concentration of 0.04 mg/ml, after incubation with free carboplatin, encapsulated carboplatin and encapsulated modified carboplatin hemolysis of erythrocytes occurred in 96 %, 94 % and 97 %, respectively. After incubation with blood plasma, only a small amount of protein corona was formed. Encapsulation of carboplatin and its targeting resulted in cytotoxicity against the tumor cell line MDA-MB-468, although encapsulated cytostatics were less effective compared to free cytostatics. A significant benefit of targeted nanoconstructs was the increased protection of the off-target cell line HBL-100 against the cytotoxic effects of carboplatin compared to non-encapsulated cytostatics. At concentration 38 μg/ml, after 48 hours of incubation with free carboplatin, encapsulated carboplatin and encapsulated targeted carboplatin, the cell viability was 3,8 %; 36,5 %; 50,0 % respectively. Encapsulated targeted carboplatin has the potential to treat breast cancer in patients, but for its application it is necessary to focus on increasing the yield of encapsulation.

Abstract:

Táto diplomová práca je zameraná na štúdium platinových cytostatík a ich enkapsuláciu do apoferitínu s cieľom zníženia vedľajších účinkov a zvýšenia efektivity pri liečbe rakoviny prsníka. Karboplatina, cisplatina a oxaliplatina boli úspešne enkapsulované do apoferitínu a charakterizované z hľadiska stability v biologickom prostredí. Koloidnú stabilitu si po dobu minimálne dvoch týždňov zachovávala iba karboplatina (11,84 ± 1,52 nm v Milli-Q® vode; 12,77 ± 1,46 nm v Ringerovom roztoku), ktorá bola preto ďalej charakterizovaná. Testovanie toxicity cytostatík na rôznych rakovinových bunkových líniách odhalilo, že karboplatina má najvyšší cytotoxický účinok na bunky MDA-MB-468. Navyše táto bunková línia rakoviny prsníka nadmerne exprimuje ľudský transportér norepinefrínu (hNET). Karboplatina enkapsulovaná v apoferitíne bola preto konjugovaná s cieliacim peptidom YKL-6 (sekvencia YKL YKL YKL YKL YKL YKLC), ktorý má vysokú afinitu k nadmerne exprimovanému hNETu. Takto modifikovaný nanokonštrukt bol biokompatibilný z hľadiska hemolýzy erytrocytov. Pri koncentrácii 0,04 mg/ml dochádzalo u voľnej karboplatiny k hemolýze v 96 %, u enkapsulovanej v 94 % a u enkapsulovanej cielenej karboplatiny v 97 % erytrocytov. Po inkubácii s krvnou plazmou dochádzalo k tvorbe proteínovej korony iba v malej miere. Enkapsulácia karboplatiny a jej cielenie viedlo k cytotoxicite voči nádorovej bunkovej línii MDA-MB-468, hoci v porovnaní s voľnými cytostatikami boli enkapsulované cytostatiká menej efektívne. Významným benefitom cielených nanokonštruktov bolo zvýšenie ochrany nenádorovej bunkovej línie HBL-100 proti cytotoxickým účinkom karboplatiny. V čase 48 hodín pri koncentrácii 38 μg/ml boli viability buniek po inkubácii s voľnou karboplatinou 3,8 %; s enkapsulovanou karboplatinou 36,5 % a s enkapsulovanou cielenou karboplatinou 50,0 %. Pripravené nanokonštrukty karboplatiny modifikované cieliacim peptidom YKL-6 majú potenciál pre liečbu rakoviny prsníka u pacientov, avšak pre jej aplikáciu je nutné sa zamerať na zvýšenie výťažnosti enkapsulácie.

Klíčová slova

apoferitin, cisplatina, karboplatina, oxaliplatina, rakovina prsu

Keywords

apoferritin, breast cancer, carboplatin, cisplatin, oxaliplatin

Klíčová slova

cisplatina, karboplatina, oxaliplatina, rakovina prsníka, apoferitín

Jazyk práce: slovenština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 22. 4. 2021

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Ing. Simona Rex, Ph.D.

Mendelova univerzita v Brně

Agronomická fakulta

Magisterský studijní program / obor:
Zootechnika / Živočišné biotechnologie