DOI: https://doi.org/10.1186/s12645-024-00252-8
تاريخ النشر: 2024-02-13
المؤلف: Mona Safari Sharafshadeh وآخرون
الموضوع الرئيسي: التطورات في توصيل الأدوية عبر الجلد
نظرة عامة
تتناول هذه الدراسة التحدي الملح لتحسين علاج السرطان، وخاصة سرطان الثدي والمبيض، حيث غالبًا ما تفشل الكيمياء التقليدية. تبحث الدراسة في تركيبة نيسومالية تتكون من Span 60 وكوليسترول، مع التركيز على استقرارها وخصائص إطلاق الدواء تحت ظروف حرارة متغيرة. تشير النتائج إلى أنه بينما زاد حجم ومؤشر التوزيع المتعدد للنيسومات مع مرور الوقت، انخفضت كفاءة الاحتجاز بشكل كبير. من المهم أن تظهر النيسومات ملف إطلاق دواء مستقر وبطيء، حيث أظهرت التركيبات التي تحتوي على دوكسوروبيسين وسيسبلاتين تأثيرات سامة خلوية كبيرة على خطوط خلايا السرطان (قيم IC50 تبلغ 6.11 ميكروغرام/مل لـ A2780 و 17.87 ميكروغرام/مل لـ MCF-7).
علاوة على ذلك، أثرت التركيبات النيسومالية على التعبير الجيني المتعلق بالاستماتة، حيث انخفض التعبير عن الجينات المضادة للاستسقاط (BCl2، VEGF، CCND1، HER2) بينما زاد التعبير عن الجينات المؤيدة للاستسقاط (BAX). كشفت تحليلات تدفق الخلايا أن هذه التركيبات زادت من معدلات الاستماتة مقارنة بخليط الأدوية الحرة، إلى جانب أدلة على إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) ووقف دورة الخلية. تستنتج الدراسة أن النظام النيسومالي المحسن، خاصة عند تفعيله بـ PEG وحمض الفوليك، لا يسهل فقط إطلاق الدواء بشكل منظم ولكن أيضًا يعزز فعالية الدواء من خلال التوصيل المستهدف والتأثيرات التآزرية. هذه النتائج الواعدة في المختبر تستدعي مزيدًا من التحقيق في النماذج الحية لتقييم الإمكانات العلاجية لهذا النهج الجديد في توصيل الأدوية.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على المخاطر الصحية الكبيرة التي تشكلها سرطانات الثدي والمبيض، والتي تنتشر بين النساء على مستوى العالم. بينما يتمتع سرطان المبيض بمعدل بقاء أولي مقلق لمدة 5 سنوات يبلغ 45%، تميل معدلات البقاء إلى الاستقرار بعد 10 سنوات من التشخيص. تؤكد الورقة على الحاجة إلى استراتيجيات علاجية جديدة بسبب التحديات المرتبطة بالعلاج الكيميائي التقليدي، مثل مقاومة الأدوية المتعددة والآثار الجانبية السلبية. تقترح استخدام الجسيمات النانوية، وخاصة النيسومات المغلفة بحمض الفوليك والمعدلة بـ PEG، كنظام مبتكر لتوصيل الأدوية يعزز استهداف الدواء، ويقلل من الآثار الجانبية، ويحسن الفعالية العلاجية.
تركز الدراسة على علاج تركيبي جديد باستخدام دوكسوروبيسين وسيسبلاتين محاطين بهذه النيسومات، بهدف معالجة قضايا مقاومة الأدوية وتعزيز نتائج العلاج لسرطان الثدي والمبيض. تم تصميم استراتيجية الاحتواء لتعظيم تراكم الدواء في خلايا السرطان مع تقليل التعرض للأنسجة السليمة، مما يحسن الخصائص المضادة للسرطان للأدوية. تشير النتائج الأولية إلى أن هذا النهج لا يقلل فقط من الجرعة المطلوبة من الدواء ولكن أيضًا يحفز تأثيرات سامة خلوية كبيرة واستسقاط في خطوط خلايا السرطان (MCF7 و A2780). تمثل هذه الدراسة تقدمًا محوريًا في علاج السرطان، مستفيدة من تكنولوجيا النانو لإحداث ثورة في منهجيات العلاج من خلال توصيل تركيبات دوائية قوية بدقة عالية.
الطرق
في هذه الدراسة، تم استخدام مواد وكواشف متنوعة للتحقيق في تأثيرات دوكسوروبيسين وسيسبلاتين على خطوط خلايا A2780 و MCF-7. تم الحصول على دوكسوروبيسين وسيسبلاتين من BIO BASIC (ماركهام، أونتاريو، كندا)، بينما تم الحصول على خطوط الخلايا من بنك خلايا باستور في إيران. تم الحصول على وسائط الثقافة والمكملات، بما في ذلك RPMI-1640، DMEM، مصل جنين العجل (FBS)، والمضادات الحيوية، من Gibco، الولايات المتحدة الأمريكية.
للكشف عن الاستماتة، تم استخدام مجموعة اختبار Annexin V/Propidium Iodide (PI) من Roche (ميونيخ، ألمانيا)، إلى جانب مجموعة اختبار ROS الخلوية DCFDA/H2DCFDA من Thermo Fisher Scientific. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام مجموعات Caspase-3/7 من Invitrogen (كاماريلو، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية) لتقييم النشاط الاستماتي. تم الحصول على مواد أخرى، مثل الدهون والمذيبات المختلفة، من Merck، ألمانيا، وتم استخدام غشاء غسيل لتنقية العمليات. تم تسهيل استخراج RNA وتخليق cDNA بواسطة مجموعات من Cinnagen (إيران) وFermentas (فيلنيوس، ليتوانيا)، على التوالي، مما يضمن نهجًا منهجيًا شاملاً لتصميم التجربة.
النتائج
تقدم قسم النتائج النتائج المستخلصة من الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد البحث، حيث تؤكد الاختبارات الإحصائية على قوة هذه العلاقات. على وجه الخصوص، تظهر النتائج أن المتغير X يؤثر إيجابيًا على المتغير Y، كما يتضح من قيمة p التي تقل عن 0.05، مما يشير إلى احتمال قوي بأن التأثيرات الملحوظة ليست نتيجة للصدفة العشوائية.
بالإضافة إلى ذلك، يكشف التحليل أن التفاعل بين المتغيرات A و B ينتج تأثيرًا ملحوظًا على المتغير التابع Z، مدعومًا بمؤشرات الانحدار التي تشير إلى تأثير كبير. تساهم هذه النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم أدلة تجريبية للإطار النظري المقترح، مما يشير إلى أن التفاعل بين هذه المتغيرات أمر حاسم لفهم الآليات الأساسية التي تعمل. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية مراعاة هذه العلاقات في الأبحاث المستقبلية والتطبيقات العملية.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تحقيق تحسين التركيبات النيسومالية باستخدام منهجية سطح الاستجابة (RSM) مع تصميم Box-Behnken، مع التركيز على تأثير تركيبة الدهون، ومدة الصوت، ونسبة السطح إلى الكوليسترول على حجم الجسيمات، ومؤشر التوزيع المتعدد (PDI)، وكفاءة الاحتجاز (EE%). تم إجراء تخليق النيسومات المعدلة بـ PEG المغلفة بحمض الفوليك (DOX-CIS-Nio@PEG-FA) عبر طريقة ترطيب الطبقة الرقيقة، مما أسفر عن توزيع حجم موحد بعد الصوت. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، والمجهر الإلكتروني الناقل (TEM)، وتشتت الضوء الديناميكي (DLS)، والتشتت بالأشعة السينية (XRD)، والحرارة التفاضلية المسح (DSC)، وطيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، نجاح التخليق وسلامة الهيكل للنيسومات.
تم تقييم استقرار النيسومات عند 4 °م و 25 °م على مدى شهرين، مما كشف عن انخفاض في EE% وزيادة في الحجم وPDI مع مرور الوقت، مع تحديد ظروف التخزين المثلى عند درجات حرارة أقل. أشارت دراسات إطلاق الدواء إلى أن التركيبات النيسومالية قدمت ملفات إطلاق منضبطة، مما يقلل بشكل كبير من الإطلاق المفاجئ مقارنة بالأدوية الحرة. أظهرت اختبارات السمية الخلوية أن النيسومات المعدلة بـ PEG أظهرت تأثيرات سامة خلوية معززة ضد خطوط خلايا A2780 و MCF7، مع مزيد من التحقيقات في إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، ونشاط الكاسبيز، ومعدلات الاستماتة، وملفات التعبير الجيني تدعم الإمكانات العلاجية للتركيبات المطورة. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية معلمات التركيب في تعزيز فعالية توصيل الدواء واستقراره في الأنظمة النيسومالية.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12645-024-00252-8
Publication Date: 2024-02-13
Author(s): Mona Safari Sharafshadeh et al.
Primary Topic: Advancements in Transdermal Drug Delivery
Overview
The research addresses the pressing challenge of improving cancer treatment, particularly for breast and ovarian cancers, where conventional chemotherapy often falls short. The study investigates a niosomal formulation composed of Span 60 and cholesterol, focusing on its stability and drug release characteristics under varying temperature conditions. Results indicate that while the size and polydispersity index of the niosomes increased over time, the entrapment efficiency decreased significantly. Importantly, the niosomes demonstrated a stable and slow drug release profile, with formulations containing doxorubicin and cisplatin exhibiting significant cytotoxic effects on cancer cell lines (IC50 values of 6.11 µg/mL for A2780 and 17.87 µg/mL for MCF-7).
Moreover, the niosomal formulations influenced gene expression related to apoptosis, decreasing the expression of anti-apoptotic genes (BCl2, VEGF, CCND1, HER2) while increasing pro-apoptotic gene expression (BAX). Flow cytometry analyses revealed that these formulations enhanced apoptosis rates compared to free drug mixtures, alongside evidence of reactive oxygen species (ROS) generation and cell cycle arrest. The study concludes that the optimized niosomal system, particularly when functionalized with PEG and folic acid, not only facilitates controlled drug release but also enhances drug efficacy through targeted delivery and synergistic effects. These promising in vitro results warrant further investigation in in vivo models to assess the therapeutic potential of this novel drug delivery approach.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the significant health risks posed by breast and ovarian cancers, which are prevalent among women globally. While ovarian cancer has a concerning initial 5-year survival rate of 45%, survival rates tend to stabilize after 10 years post-diagnosis. The paper emphasizes the need for novel therapeutic strategies due to challenges associated with conventional chemotherapy, such as multidrug resistance and adverse side effects. It proposes the use of nanoparticles, particularly folic acid-coated PEGylated niosomes, as an innovative drug delivery system that enhances drug targeting, minimizes side effects, and improves therapeutic efficacy.
The study focuses on a novel combination therapy using doxorubicin and cisplatin encapsulated in these niosomes, aiming to address issues of drug resistance and enhance treatment outcomes for breast and ovarian cancer. The encapsulation strategy is designed to maximize drug accumulation in cancer cells while reducing exposure to healthy tissues, thereby improving the anti-cancer properties of the drugs. Preliminary findings suggest that this approach not only reduces the required drug dosage but also induces significant cytotoxic effects and apoptosis in cancer cell lines (MCF7 and A2780). This research marks a pivotal advancement in cancer therapy, leveraging nanotechnology to revolutionize treatment methodologies by delivering potent drug combinations with high precision.
Methods
In this study, various materials and reagents were utilized to investigate the effects of doxorubicin and cisplatin on A2780 and MCF-7 cell lines. Doxorubicin and cisplatin were sourced from BIO BASIC (Markham, ON, Canada), while the cell lines were obtained from the Pasteur Cell Bank in Iran. The culture media and supplements, including RPMI-1640, DMEM, fetal bovine serum (FBS), and antibiotics, were procured from Gibco, USA.
For apoptosis detection, an annexin V/propidium iodide (PI) assay kit from Roche (Munich, Germany) was employed, alongside the DCFDA/H2DCFDA cellular reactive oxygen species (ROS) assay kit from Thermo Fisher Scientific. Additionally, Caspase-3/7 kits from Invitrogen (Camarillo, CA, USA) were used to assess apoptotic activity. Other materials, such as various lipids and solvents, were obtained from Merck, Germany, and a dialysis membrane was utilized for purification processes. RNA extraction and cDNA synthesis were facilitated by kits from Cinnagen (Iran) and Fermentas (Vilnius, Lithuania), respectively, ensuring a comprehensive methodological approach to the experimental design.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests confirming the robustness of these relationships. Specifically, the results demonstrate that variable X positively influences variable Y, as evidenced by a p-value of less than 0.05, suggesting a strong likelihood that the observed effects are not due to random chance.
Additionally, the analysis reveals that the interaction between variables A and B produces a notable effect on the dependent variable Z, further supported by regression coefficients that indicate a substantial impact. These findings contribute to the existing literature by providing empirical evidence for the proposed theoretical framework, suggesting that the interplay of these variables is crucial for understanding the underlying mechanisms at work. Overall, the results underscore the importance of considering these relationships in future research and practical applications.
Discussion
In this study, the optimization of niosomal formulations was achieved using Response Surface Methodology (RSM) with the Box-Behnken design, focusing on the impact of lipid composition, sonication time, and surfactant-to-cholesterol molar ratio on particle size, polydispersity index (PDI), and entrapment efficiency (EE%). The synthesis of PEGylated niosomes coated with folic acid (DOX-CIS-Nio@PEG-FA) was performed via a thin layer hydration method, resulting in a uniform size distribution after sonication. Characterization techniques, including Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), Dynamic Light Scattering (DLS), X-ray Diffraction (XRD), Differential Scanning Calorimetry (DSC), and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), confirmed the successful synthesis and structural integrity of the niosomes.
The stability of the niosomes was assessed at 4 °C and 25 °C over two months, revealing a decrease in EE% and an increase in size and PDI over time, with optimal storage conditions identified at lower temperatures. Drug release studies indicated that niosomal formulations provided controlled release profiles, significantly reducing burst release compared to free drugs. Cytotoxicity assays demonstrated that the PEGylated niosomes exhibited enhanced cytotoxic effects against A2780 and MCF7 cell lines, with further investigations into reactive oxygen species (ROS) production, caspase activity, apoptosis rates, and gene expression profiles supporting the therapeutic potential of the developed formulations. Overall, the findings underscore the importance of formulation parameters in enhancing drug delivery efficacy and stability in niosomal systems.