Абстрактный

Это исследование сосредоточено на разработке новой наночастицы оксида графена (GO) , реагирующей на электрическое поле.система доставки лекарств по требованию. Сегодня GO является привлекательным вариантом, применяемым в различных биологических приложениях, благодаря своим исключительным характеристикам, таким как гибкость, проводимость, экономическая эффективность и способность реагировать на внешние раздражители. Обычно для лечения рака используют несколько препаратов. Этот вид терапии имеет меньше побочных эффектов, лекарственной устойчивости и более эффективен, чем использование только одного препарата. Целью данного исследования является определение высвобождения двойного препарата (аспирин и доксорубицин), контролируемого низким напряжением, с поверхности ГО. Здесь мы продемонстрировали, как удаленно контролировать скорость высвобождения лекарства с помощью удобного мобильного телефона с нулевым пассивным высвобождением во время простоя. Кроме того, исследование было направлено на оценку синергизма аспирина с доксорубицином в механизме высвобождения из ГО в присутствии внешнего напряжения с использованием спектроскопического метода. пробирка . Таким образом, наше исследование представляет собой благородную комбинацию аспирина и доксорубицина, которую можно использовать для дистанционно контролируемой доставки лекарств по требованию для лечения тройного негативного рака молочной железы с использованием ГО в качестве носителя.

графическая абстракция

1. Скачать: Скачать изображение в высоком разрешении (190 КБ)
2. Скачать: Скачать полноразмерное изображение.

Введение

За последние несколько лет материалы, реагирующие на раздражители, произвели революцию в мире биомедицины и биотехнологий. Терапевтические агенты могут высвобождаться из систем доставки лекарств, реагирующих на стимулы, под действием многих эндогенных факторов, таких как температура, pH, биомолекулы, такие как ферменты, и т. д. [[1], [2], [3], [4]). Однако в этом процессе основная задача состоит в том, чтобы локализовать лекарство именно в больной ткани, а не в здоровой ткани, особенно когда разница между этими тканями весьма незначительна; следовательно, повышается вероятность нецелевого выброса. Напротив, все эти препятствия могут быть устранены путем введения экзогенных факторов, таких как магнитное поле, свет, тепло, напряжение, полностью отделенных от физиологии пациента и позволяющих доставлять лекарство более контролируемым и точным способом в целевую область [5,6]. ].

Системы доставки лекарств по требованию, которые доставляют лекарства в соответствии с потребностями пациентов, привлекли значительное внимание, поскольку они снизили связанные с этим риски и осложнения. Многие интеллектуальные материалы используются для доставки лекарств по требованию, используя их реакцию на различные стимуляции, такие как температура, ультрафиолетовый свет, магнитная и электрическая стимуляция. Эти материалы имеют меньше побочных эффектов и могут вызвать высвобождение лекарства путем применения вышеупомянутых стимуляций.

Уменьшение побочных эффектов противораковых препаратов, улучшение терапевтического эффекта и биовизуализация являются сложными задачами, поэтому на преодоление всех этих проблем были направлены постоянные усилия. В результате в последние дни было разработано и внедрено множество новых носителей лекарств. Среди этих новых многообещающих носителей лекарств широко используется оксид графена (ГО) благодаря его высокой биосовместимости и высокой способности нести лекарственное средство. ГО представляет собой двумерный sp ² гибридизованный одноатомный аллотроп углерода с эпоксидными, гидроксильными и карбоксильными функциональными группами на его базальной плоскости и краях [7,8]. Большая площадь доступной поверхности, p-сопряженная структура и ван-дер-ваальсовые взаимодействия ГО делают его отличным носителем лекарств [9,10].

ГО хорошо диспергируется в водном растворе благодаря наличию гидроксильных, карбоксильных и эпоксидных групп, которые значительно усиливают межфазную связь внутри компонентов и эффективно передают напряжения. Эти преимущества делают ГО чрезвычайно потенциальным нанокомпозитным материалом в качестве носителя лекарств в области биомедицины и биотехнологии [11,12] при сочетании с полимерной или неорганической матрицей [13,14].

В настоящем исследовании наша стратегия заключается в разработке нанокомпозита оксида графена (NGO), функционализированного двумя различными лекарственными молекулами: одна из них представляет собой распространенный противораковый препарат для лечения рака молочной железы, доксорубицин (DOX), а другая представляет собой нестероидный противовоспалительный препарат. , ацетилсалициловая кислота или аспирин (ASP). Было замечено, что у пациентов с раком, принимающих добавку ASP, риск развития рака снижается, а общая выживаемость увеличивается, чем у тех, кто этого не делает [15,16]. ASP — противовоспалительный препарат, наиболее часто используемый для лечения воспалительных заболеваний. Связь между хроническим воспалением и раком [17,18] предполагает, что ASP может быть эффективен против рака. Противораковые эффекты ASP уже установлены при колоректальном раке [19,20], раке пищевода [21], раке желудка [22], раке печени [23] и раке поджелудочной железы [24].

Мы предположили, что комбинация ASP и DOX (ASDO) может усилить противораковый эффект при лечении рака молочной железы. Таким образом, это исследование направлено на то, являются ли цитотоксические свойства ASDO синергичными при совместном использовании в клеточной линии MDA-MB 231 (линия эпителиальных клеток тройного негативного рака молочной железы человека, TNBC) in  vitro .

В этой работе мы продемонстрировали, что скорость роста клеток снижается при обработке ASDO по сравнению с клетками, обработанными только DOX.

При применении внешних раздражителей многие материалы способны выделять лекарственные вещества. Однако большинству из них нужны сложные инструменты, за исключением электростимуляции. Электростимулированная доставка лекарств привлекла внимание из-за низкой стоимости, простоты и портативности контрольного оборудования, что делает его пригодным для индивидуальных применений [6,25]. В этом исследовании мы использовали НПО в качестве электрочувствительного материала для контролируемой доставки лекарств. В этом исследовании NGO сначала модифицируется аминогруппой, чтобы функционализировать ее с помощью ASP. Этот модифицированный NGO с меткой ASP используется для загрузки противоракового препарата DOX. Затем эта насыщенная наркотиками НПО проходит через управляемую мобильным устройством внешнюю электрическую стимуляцию, которая вызывает высвобождение обоих лекарств (ASP и DOX). Наше исследование оценило необходимое напряжение для выпуска DOX со стороны НПО. Высвобождение ASP — еще один аспект, который исследовался здесь под воздействием электрической стимуляции. Синергический эффект ASP вынуждает DOX высвобождать больше.

Было сделано несколько отчетов об использовании системы двойной доставки лекарств на основе GO для лечения рака из-за высокой биодоступности, низких системных побочных эффектов и богатых участков функциональной модификации поверхности [26]. Большая часть препарата может высвобождаться контролируемым образом, что предотвращает нецелевое высвобождение и повышает эффективность терапии [27,28]. Однако несколько недостатков двойной системы доставки лекарств ограничивают их применение: (1) утечка лекарства может легко стимулироваться во время доставки лекарства из кровотока в опухолевые органеллы; (2) лекарства, высвобождаемые в цитоплазму, не имеют органелл-мишеней, что может влиять на эффект терапии. Следовательно, чтобы искоренить эти проблемы, утечку лекарственного средства необходимо устранить в системе двойной доставки лекарств. Тем не менее, наше расследование позволило оценить, имеет ли место какое-либо пассивное освобождение или нет.

Хотя было проведено несколько работ по электростимулированной доставке лекарств с использованием графена в качестве основного материала, но электростимулированная двойная доставка лекарств редко встречается в области исследований по доставке лекарств. Мы впервые использовали ASP и DOX в качестве модельного препарата, который можно доставлять одновременно с помощью внешнего напряжения. Мы также продемонстрировали, как можно доставлять гидрофильные (ASP) и гидрофобные лекарства (DOX) с помощью единой платформы доставки. Мало того, что использование этих двойных препаратов имеет разные преимущества. Во-первых, мы наблюдали, что в присутствии ASP в несколько раз увеличивалось высвобождение DOX, что полезно для лечения рака. Во-вторых, присутствие ASP с DOX увеличивает активацию ферментов каспаз 3, 8 и 9, которые отвечают за индукцию апоптоза в клетках HepG2.

Таким образом, нашей целью в этом исследовании было (i) осознать эффективность ASP в высвобождении DOX из модифицированного ГО в присутствии внешнего напряжения, (ii) изучить нашу систему доставки лекарств по требованию как для ASP, так и для DOX, (iii) ) как можно предотвратить проблему пассивного высвобождения из синтезированной двойной системы доставки лекарств, и (iv) наконец, проведение клеточного исследования для проверки эффективности высвобождения лекарства в присутствии внешнего напряжения и понимания важности ASP в поглощение лекарства раковой клеткой. Таким образом, наша работа представляет собой превосходную двойную систему доставки лекарств при наличии и отсутствии напряжения постоянного тока, которая может быть чрезвычайно полезна для контролируемой доставки лекарств в раковую клетку по требованию.

Фрагменты разделов

Материалы

Нанопорошок графита был приобретен в исследовательских лабораториях Sisco (SRL, Индия). Этилендиамин (EDA), N- (3-диметиламинопропил- N' -этилкарбодиимид) гидрохлорид (EDC-HCl), N -гидроксисукцинимид (NHS) и диализная мембрана (MWCO 2000) были приобретены у Sigma-Aldrich Company. В компании HiMedia (Индия) приобретена 2-( N -морфолино)этансульфоновая кислота (MES-буфер). Доксорубицин (DOX) и ASP были получены от Sigma Aldrich. На протяжении всего исследования мы использовали все реагенты аналитического реагента.

Результаты и обсуждение

Структурные и физико-химические свойства графита и НГО определяют цвет их дисперсии в воде. После 0,5-часовой обработки ультразвуком в графитовой дисперсии были видны черные частицы. Здесь большая часть частиц графита выпадала в осадок через 0,5 часа. С другой стороны, для однократно окисленных НКО формируется черновато-желтая окраска. Через 2 часа в режиме простоя выпало в осадок большое количество частиц ОГ. Но для дважды окисленного НГО мы получили прозрачный и однородный желтого цвета.

Противораковая активность

Противораковую активность полученного нанокомпозита in  vitro оценивали с помощью МТТ-анализа (рис. 9а). В этом исследовании мы оценили противораковую активность нанопрепарата с применением электрической стимуляции или без нее и сравнили ее со свободным DOX. Очень интересно, что GO-NH-ASP-DOX с электрическим полем 2,7 В продемонстрировал превосходную противораковую активность, тогда как свободный DOX показал свой обычный характер токсичности [38], а нанокомпозит GO-NH-ASP-DOX также показал минимальную токсичность.