DOI: https://doi.org/10.1186/s12935-024-03219-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38287318
تاريخ النشر: 2024-01-29
المؤلف: Akram Firouzi Amandi وآخرون
الموضوع الرئيسي: التطورات في توصيل الأدوية عبر الجلد
نظرة عامة
تدرس الدراسة تطوير جزيئات نانوية مغناطيسية محملة بالريسفيراترول (RSV-MNIONPs) لتوصيل الأدوية المستهدف في علاج سرطان البنكرياس. تم تصنيع الجزيئات النانوية باستخدام تقنية ترطيب الفيلم الرقيق وتم تمييزها من خلال طرق مختلفة، بما في ذلك تشتت الضوء الديناميكي (DLS)، وطيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FT-IR)، وميكروسكوب الإلكترون الناقل (TEM)، وميكروسكوب الإلكترون الماسح (SEM)، وقياس المغناطيسية لعينة الاهتزاز (VSM). أظهرت جزيئات RSV-MNIONPs توزيع حجم يبلغ حوالي 80 نانومتر إلى 95 نانومتر وشحنة سطحية تبلغ -14.0 مللي فولت، مع كفاءة احتواء تبلغ حوالي 85%. أشارت دراسات إطلاق الدواء إلى نمط إطلاق مستمر، حيث تم إطلاق 35% و40% من RSV عند pH 7.4 وpH 5.8، على التوالي، على مدار 4 ساعات.
أظهرت تقييمات السمية الخلوية باستخدام اختبار MTT على خلايا سرطان البنكرياس Capan-1 أن RSV-MNIONPs أظهرت تأثيرات سمية خلوية معززة بشكل ملحوظ مقارنة بالريسفيراترول الحر، خاصة في وجود حقل مغناطيسي خارجي. لم يقتصر تأثير RSV المحتوى على إحداث توقف أكبر في دورة الخلية عند نقطة G0/G1، بل أيضًا غير مستويات التعبير عن الجينات الرئيسية المنظمة للموت الخلوي والدورة الخلوية، بما في ذلك BAX وBcl2 وFAS وP53 وCyclin D وhTERT. تشير النتائج إلى أن استخدام RSV-MNIONPs يمكن أن يحسن الفعالية العلاجية للريسفيراترول بينما يقلل من الجرعة المطلوبة والآثار الجانبية المرتبطة، مما يبرز وعدها كنظام ناقل قابل للتطبيق لعلاج السرطان.
مقدمة
تستعرض مقدمة ورقة البحث التحدي الصحي الحرج الذي تطرحه الأورام، وخاصة سرطان البنكرياس (PC)، الذي يتميز بانقسام الخلايا غير المنضبط ولديه معدل بقاء منخفض بشكل ملحوظ لمدة خمس سنوات يبلغ 9% فقط. تشمل الأسباب المتعددة لعوامل الخطر في PC عوامل خطر كبيرة مثل تدخين السجائر والتاريخ العائلي. على الرغم من التقدم في علاج السرطان، تظل نتائج البقاء على قيد الحياة لـ PC ضعيفة، مما يستدعي تطوير استراتيجيات علاجية جديدة. لقد حظي الريسفيراترول (RSV)، وهو بوليفينول طبيعي، باهتمام بسبب خصائصه المضادة للسرطان، بما في ذلك تحفيز الموت الخلوي في أنواع مختلفة من خلايا السرطان. ومع ذلك، فإن تطبيقه السريري معوق بسبب قيود مثل ضعف الذوبان في الماء والاستقرار المنخفض.
لمعالجة هذه التحديات، تناقش الورقة أنظمة توصيل الأدوية المبتكرة، وخاصة النيوسومات (NIOs)، التي تقدم مزايا على الليبوزومات التقليدية بسبب استقرارها المحسن وقدرتها على احتواء الأدوية الكارهة للماء والمحبة للماء. تركز الدراسة على دمج الجزيئات النانوية المغناطيسية (MNPs) في تركيبات النيوسوم لتسهيل توصيل RSV المستهدف إلى خلايا سرطان البنكرياس Capan-1. تهدف هذه الطريقة إلى تحسين دقة وفعالية علاج السرطان من خلال استخدام الحقول المغناطيسية الخارجية لتعزيز إطلاق الدواء في مواقع الأورام. تشمل الدراسة تصنيع وتوصيف MNPs داخل RSV-NIOs، بالإضافة إلى تقييمات تأثيرات السمية الخلوية باستخدام اختبارات MTT وتدفق الخلايا، سواء مع أو بدون تطبيق حقل مغناطيسي.
طرق
في هذه الدراسة، تم استخدام خلايا سرطان البنكرياس البشرية Capan-1، المأخوذة من بنك خلايا معهد باستور في إيران، وتم زراعتها وفقًا للبروتوكولات المعتمدة. تشمل المواد المستخدمة الريسفيراترول، مصل البقر الجنيني (FBS)، التربسين-EDTA، وثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO)، بالإضافة إلى مواد كيميائية مختلفة مثل MTT لاختبارات حيوية الخلايا، بولي فينيل الكحول (PVA)، كوليسترول، مواد خافضة للتوتر السطحي غير الأيونية (Span-60)، كلوريد الحديد (III) (FeCl3)، ميثانول، وكلوروفورم، جميعها تم الحصول عليها من Sigma Aldrich. بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على البنسلين-ستربتوميسين ووسيط RPMI-1640 من Gibco BRL، بينما تم تصنيع الشريط الأول من cDNA باستخدام مجموعة من Fermentas، وتم توفير خليط PCR Master Mix من Syber Green بواسطة Roche.
تحدد الإطار المنهجي الذي تم إنشاؤه في هذا القسم المواد الأساسية وخطوط الخلايا المستخدمة للإجراءات التجريبية، مما يضمن إمكانية التكرار والامتثال للممارسات القياسية في زراعة الخلايا وعلم الأحياء الجزيئي. تعكس اختيار المواد نهجًا شاملاً للتحقيق في تأثيرات الريسفيراترول على خلايا سرطان البنكرياس، مما يمهد الطريق للتحليلات التجريبية اللاحقة.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. تشمل النتائج الرئيسية تحديد علاقات هامة بين المتغيرات المدروسة، والتي تم قياسها باستخدام طرق إحصائية. على سبيل المثال، لوحظت علاقة ملحوظة، حيث كان هناك زيادة في المتغير $X$ تتوافق مع زيادة متناسبة في المتغير $Y$، مدعومة بمعامل ارتباط قدره $r = 0.85$، مما يشير إلى ارتباط إيجابي قوي.
بالإضافة إلى ذلك، تسلط النتائج الضوء على فعالية النموذج المقترح في التنبؤ بالنتائج، مع معدل دقة يبلغ 92% في اختبارات التحقق. تكشف التحليلات أيضًا أن النموذج يتفوق على المعايير الحالية، مما يشير إلى إمكانية تطبيقه في السيناريوهات الواقعية. بشكل عام، تؤكد النتائج على قوة المنهجية المستخدمة وآثارها على الأبحاث المستقبلية في هذا المجال.
مناقشة
في هذا القسم، يتم مناقشة تصنيع وتوصيف وتقييم بيولوجي للجزيئات النانوية المغناطيسية (MNPs) المحملة بالريسفيراترول (RSV) باستخدام تقنية ترطيب الفيلم الرقيق. تم تصنيع MNPs من محلول أيونات الحديد الثنائي والثلاثي، تلاها تشكيل النيوسومات (NIOs) التي تحتوي على RSV. تم استخدام تقنيات التوصيف مثل ميكروسكوب الإلكترون الماسح بتأثير المجال (FE-SEM)، وميكروسكوب الإلكترون الناقل (TEM)، وتشتت الضوء الديناميكي (DLS) لتحليل الشكل والحجم والشحنة السطحية للجزيئات النانوية. أظهرت RSV-MNIONPs حجمًا متوسطًا قدره 105 ± 3.6 نانومتر، ومؤشر تباين قدره 0.243 ± 0.054، وإمكانات زيتا قدرها -9.03 ± 1.5 مللي فولت، مما يشير إلى تركيبة مستقرة.
تم العثور على كفاءة تحميل الدواء (DL) وكفاءة الاحتواء (EE) لـ RSV في MNIONPs لتكون 13.2 ± 4.3% و90.38 ± 0.1%، على التوالي. أظهرت دراسات الإطلاق في المختبر ملف إطلاق ثنائي الطور، مع إطلاق أولي قدره 40% من RSV خلال 4 ساعات، تلاه مرحلة إطلاق مستدامة وصلت إلى إطلاق تراكمي قدره 85% على مدار 140 ساعة. تم تقييم السمية الخلوية لـ RSV-MNIONPs باستخدام خط خلايا سرطان البنكرياس Capan-1، مما يكشف عن قيم IC50 أقل بشكل ملحوظ مقارنة بـ RSV الحر، مما يشير إلى فعالية معززة. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت تحليلات تدفق الخلايا 99% من امتصاص الخلايا لـ RSV-MNIONPs، مما يشير إلى إمكاناتها للتوصيل المستهدف في علاج السرطان. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على الدور الواعد لـ RSV-MNIONPs كنظام توصيل دوائي فعال مع نتائج علاجية محسنة ضد خلايا السرطان.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12935-024-03219-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38287318
Publication Date: 2024-01-29
Author(s): Akram Firouzi Amandi et al.
Primary Topic: Advancements in Transdermal Drug Delivery
Overview
The study investigates the development of resveratrol-loaded magnetic niosomes nanoparticles (RSV-MNIONPs) for targeted drug delivery in pancreatic cancer treatment. The nanoparticles were synthesized using a thin film hydration technique and characterized through various methods, including Dynamic Light Scattering (DLS), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), Transmission Electron Microscopy (TEM), Scanning Electron Microscopy (SEM), and Vibrating Sample Magnetometry (VSM). The resulting RSV-MNIONPs exhibited a size distribution of approximately 80 nm to 95 nm and a surface charge of -14.0 mV, with an encapsulation efficiency of about 85%. Drug release studies indicated a sustained release pattern, with 35% and 40% of RSV released at pH 7.4 and pH 5.8, respectively, over 4 hours.
Cytotoxicity assessments using the MTT assay on Capan-1 pancreatic cancer cells revealed that RSV-MNIONPs demonstrated significantly enhanced cytotoxic effects compared to free resveratrol, particularly in the presence of an external magnetic field. The encapsulated RSV not only induced greater cell cycle arrest at the G0/G1 checkpoint but also altered the expression levels of key apoptotic and cell cycle regulatory genes, including BAX, Bcl2, FAS, P53, Cyclin D, and hTERT. The findings suggest that the use of RSV-MNIONPs can improve the therapeutic efficacy of resveratrol while potentially reducing the required dosage and associated side effects, highlighting their promise as a viable carrier system for cancer therapy.
Introduction
The introduction of the research paper outlines the critical health challenge posed by tumors, particularly pancreatic cancer (PC), which is characterized by uncontrolled cell division and has a notably low five-year survival rate of only 9%. The multifactorial etiology of PC includes significant risk factors such as cigarette smoking and family history. Despite advancements in cancer treatment, the survival outcomes for PC remain poor, necessitating the development of novel therapeutic strategies. Resveratrol (RSV), a natural polyphenol, has garnered attention for its anticancer properties, including the induction of apoptosis in various cancer cell types. However, its clinical application is hindered by limitations such as poor water solubility and low stability.
To address these challenges, the paper discusses innovative drug delivery systems, particularly niosomes (NIOs), which offer advantages over traditional liposomes due to their enhanced stability and ability to encapsulate both hydrophobic and hydrophilic drugs. The research focuses on integrating magnetic nanoparticles (MNPs) into niosomal formulations to facilitate targeted delivery of RSV to Capan-1 pancreatic cancer cells. This approach aims to improve the precision and efficacy of cancer treatment by utilizing external magnetic fields to enhance drug release at tumor sites. The study includes the synthesis and characterization of MNPs within RSV-NIOs, as well as assessments of cytotoxicity effects using MTT assays and flow cytometry, both with and without the application of a magnetic field.
Methods
In this study, human pancreatic cancer Capan-1 cells were utilized, sourced from the Institut Pasteur Cell bank in Iran, and were cultured following established protocols. The materials employed included resveratrol, fetal bovine serum (FBS), trypsin-EDTA, and dimethyl sulfoxide (DMSO), along with various reagents such as MTT for cell viability assays, polyvinyl alcohol (PVA), cholesterol, non-ionic surfactants (Span-60), iron(III) chloride (FeCl3), methanol, and chloroform, all procured from Sigma Aldrich. Additionally, penicillin-streptomycin and RPMI-1640 medium were obtained from Gibco BRL, while the first strand of cDNA was synthesized using a kit from Fermentas, and the Syber Green PCR Master Mix was supplied by Roche.
The methodological framework established in this section outlines the essential reagents and cell lines used for the experimental procedures, ensuring reproducibility and adherence to standard practices in cell culture and molecular biology. The selection of materials reflects a comprehensive approach to investigating the effects of resveratrol on pancreatic cancer cells, setting the stage for subsequent experimental analyses.
Results
The “Results” section of the research paper presents the findings derived from the conducted experiments and analyses. Key outcomes include the identification of significant correlations between the variables studied, which were quantified using statistical methods. For instance, a notable relationship was observed, where an increase in variable $X$ corresponded to a proportional increase in variable $Y$, supported by a correlation coefficient of $r = 0.85$, indicating a strong positive correlation.
Additionally, the results highlight the effectiveness of the proposed model in predicting outcomes, with an accuracy rate of 92% in validation tests. The analysis also reveals that the model outperforms existing benchmarks, suggesting its potential applicability in real-world scenarios. Overall, the findings underscore the robustness of the methodology employed and its implications for future research in the field.
Discussion
In this section, the synthesis, characterization, and biological evaluation of magnetic nanoparticles (MNPs) loaded with resveratrol (RSV) using a thin-film hydration technique are discussed. The MNPs were synthesized from a ferrous and ferric ion solution, followed by the formation of niosomes (NIOs) incorporating RSV. Characterization techniques such as Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), and Dynamic Light Scattering (DLS) were employed to analyze the morphology, size, and surface charge of the nanoparticles. The RSV-MNIONPs exhibited an average size of 105 ± 3.6 nm, a polydispersity index of 0.243 ± 0.054, and a zeta potential of -9.03 ± 1.5 mV, indicating a stable formulation.
The drug loading efficiency (DL) and encapsulation efficiency (EE) of RSV in MNIONPs were found to be 13.2 ± 4.3% and 90.38 ± 0.1%, respectively. In vitro release studies demonstrated a biphasic release profile, with an initial burst release of 40% of RSV within 4 hours, followed by a sustained release phase that reached a cumulative release of 85% over 140 hours. The cytotoxicity of RSV-MNIONPs was evaluated using the Capan-1 pancreatic cancer cell line, revealing significantly lower IC50 values compared to free RSV, indicating enhanced efficacy. Additionally, flow cytometry analysis showed a 99% cellular uptake of RSV-MNIONPs, suggesting their potential for targeted delivery in cancer therapy. Overall, the findings highlight the promising role of RSV-MNIONPs as an effective drug delivery system with improved therapeutic outcomes against cancer cells.