DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-91504-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39994380
تاريخ النشر: 2025-02-24
المؤلف: Marzieh Attar وآخرون
الموضوع الرئيسي: التطورات في توصيل الأدوية عبر الجلد
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تطوير ناقلات الدهون النانوية المحملة بالبكتيل (PTX) باستخدام مكونات MF59، وهو معزز مستحلب زيت في الماء معروف بسلامته لدى البشر. تتناول الدراسة تحديات توصيل PTX، وخاصة ذوبانه الضعيف والسمية المرتبطة بالتراكيب التقليدية التي تحتوي على Cremophor EL. تم إعداد تركيبتين، NLC Pre و NLC Lec، بنسب مختلفة من الدهون السائلة إلى الصلبة وتمت دراستها من خلال تشتت الضوء الديناميكي، المجهر الإلكتروني الماسح، مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه، ومطيافية الأشعة فوق البنفسجية-المرئية. أظهرت التركيبات أقطارًا متوسطة تبلغ حوالي 120.6 نانومتر و112 نانومتر، مع كفاءات تغليف تبلغ 85% و82%، وسعات تحميل دواء تبلغ 4.25% و4.1%، على التوالي. أظهرت الاختبارات في المختبر أن هذه NLCs المستندة إلى MF59 تستهدف خلايا سرطان الثدي MCF-7 بشكل فعال مع تقليل السمية للخلايا الليفية الجلدية البشرية الطبيعية، مما يعزز المؤشر العلاجي لـ PTX.
تؤكد النتائج على إمكانية استخدام MF59 كحامل لـ PTX، مستفيدة من ملفه الأمني المعروف وخصائصه المنشطة للمناعة. تبني الدراسة على الأعمال السابقة من خلال تأكيد أن مستحلبات MF59 النانوية يمكن أن تعزز السمية الخلوية لـ PTX ضد خلايا السرطان مع تقليل الآثار الضارة على الخلايا الطبيعية. لا تعمل التركيبات المحسنة من NLC على تحسين تغليف الدواء واستقراره فحسب، بل تقدم أيضًا بديلاً واعدًا لـ Cremophor EL، مما يعالج القضايا الحرجة المتعلقة بالسمية وسرعة إطلاق الدواء. من المتوقع أن توضح الدراسات المستمرة حول الديناميكا الدوائية في الجسم الحي وفعالية مكافحة الأورام المزيد من الإمكانيات العلاجية لهذه NLCs المستندة إلى MF59، مع نتائج أولية تشير إلى تحسين الذوبانية، والتوافر البيولوجي، وملفات السلامة التي يمكن أن تعظم النتائج العلاجية في علاج سرطان الثدي.
طرق
في هذه الدراسة، تم توضيح المواد والطرق المستخدمة في البحث بدقة. تم الحصول على المركب النشط الرئيسي، البكتيل (PTX)، كمسحوق أبيض عالي النقاء (99.5%) من شركة Nanoalvand للأدوية، مع محلول بتركيز 6 ملغ/مل تم الحصول عليه من شركة Sobhan Darou Oncology. تضمنت المواد الإضافية عوامل سطحية مثل Tween 80 وSpan 85، وSqualene، جميعها تم الحصول عليها من شركة Sigma. تم إجراء تنقية المياه باستخدام نظام Milli-Q Plus 185 لضمان جودة عالية للمواد الكيميائية المستخدمة في التجارب.
للدراسات في المختبر وزراعة الخلايا، تم الحصول على وسط Eagle المعدل من دولبيكو (DMEM)، مع خليط من البنسلين/ستربتوميسين، وتربسين-EDTA، و serum جنين البقر (FBS) من Gibco Life Technologies. تم الحصول على مواد كيميائية أساسية أخرى، بما في ذلك Precirol، والليسيثين، ومادة اختبار الحيوية MTT، من Sigma-Aldrich. تم توفير خط خلايا سرطان الثدي MCF-7 وخلايا الليفية الجلدية البشرية الطبيعية (HDF) من المركز الطبي للبحوث الخلوية والجزيئية في جرجان، إيران. تم الحصول على جميع المواد الكيميائية الأخرى من الموردين التجاريين دون مزيد من التنقية، مما يضمن سلامة ظروف التجربة.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات هامة تتعلق بالفرضيات الرئيسية التي تم اختبارها. أظهر التحليل أن التدخل كان له تأثير ذو دلالة إحصائية على المتغير التابع، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التغيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون نتيجة للصدفة. بالإضافة إلى ذلك، كانت حجم التأثير المحسوب معتدلاً، مما يدل على تأثير ذو معنى للتدخل.
أظهر الفحص الإضافي للبيانات أن مجموعات فرعية معينة أظهرت استجابات متفاوتة، مما يبرز أهمية مراعاة العوامل الديموغرافية في التحليل. تشير النتائج أيضًا إلى تداعيات محتملة للبحوث المستقبلية والتطبيقات العملية، مما يؤكد الحاجة إلى نهج مخصص في التدخلات المماثلة. بشكل عام، تسهم النتائج في المعرفة الحالية وتوفر أساسًا لمزيد من الاستكشاف في هذا المجال.
مناقشة
في هذه الدراسة، استكشفنا إعداد وتوصيف ناقلات الدهون النانوية (NLCs) لتغليف البكتيل (PTX) باستخدام نسب مختلفة من الدهون السائلة إلى الصلبة (50:50، 40:60، و30:70). تم تصنيع NLCs عبر طريقة تعديل الانصهار الساخن بالموجات فوق الصوتية، مما سهل إنتاج جزيئات نانوية بأحجام متسقة وكفاءة تغليف عالية (EE). أظهر توصيف NLCs أن التركيبات NLC Pre -60 و NLC Lec -60 أظهرت خصائص فيزيائية كيميائية مثالية، بما في ذلك أحجام جزيئات متوسطة تبلغ حوالي 120.6 نانومتر وإمكانات زيتا مواتية، مما يشير إلى استقرار جيد. وُجدت كفاءة التغليف لـ PTX 85% لـ NLC Pre و82% لـ NLC Lec، دون اختلافات كبيرة بين التركيبتين.
أظهرت ديناميات إطلاق الدواء في المختبر أن NLC Pre سهلت إطلاقًا أسرع لـ PTX مقارنة بـ NLC Lec، مع إطلاق حوالي 48% و22% من الدواء بعد 26 يومًا، على التوالي. قد يُعزى هذا الاختلاف في ملفات الإطلاق إلى الخصائص الفيزيائية الكيميائية المميزة للدهون الصلبة المستخدمة، حيث قد تشكل الليسيثين مصفوفة دهنية أكثر تنظيمًا تحد من حركة الدواء. استخدمت الدراسة أيضًا تقنيات تحليلية متنوعة، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) ومطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FT-IR)، لتأكيد نجاح تغليف PTX واستقرار الجزيئات النانوية. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن التركيبات المحسنة من NLC هي مرشحة واعدة لأنظمة توصيل الدواء الفعالة، مع إمكانية تحسين النتائج العلاجية في علاج السرطان.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-91504-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39994380
Publication Date: 2025-02-24
Author(s): Marzieh Attar et al.
Primary Topic: Advancements in Transdermal Drug Delivery
Overview
This research investigates the development of novel paclitaxel (PTX)-loaded nanostructured lipid carriers (NLCs) utilizing components of MF59, an oil-in-water emulsion adjuvant known for its safety in humans. The study addresses the challenges of PTX delivery, particularly its poor solubility and the toxicity associated with traditional formulations containing Cremophor EL. Two formulations, NLC Pre and NLC Lec, were prepared with varying liquid-to-solid lipid ratios and characterized through dynamic light scattering, scanning electron microscopy, Fourier-transform infrared spectroscopy, and ultraviolet-visible spectroscopy. The formulations demonstrated mean diameters of approximately 120.6 nm and 112 nm, with encapsulation efficiencies of 85% and 82%, and drug loading capacities of 4.25% and 4.1%, respectively. In vitro assays indicated that these MF59-based NLCs effectively targeted MCF-7 breast cancer cells while minimizing toxicity to normal human dermal fibroblasts, thereby enhancing the therapeutic index of PTX.
The findings underscore the potential of MF59 as a carrier for PTX, leveraging its established safety profile and the immune-stimulatory properties of its component, Squalene. The study builds on previous work by confirming that MF59 nano-emulsions can enhance PTX cytotoxicity against cancer cells while reducing adverse effects on normal cells. The optimized NLC formulations not only improve drug encapsulation and stability but also offer a promising alternative to Cremophor EL, addressing critical issues related to cytotoxicity and drug release kinetics. Ongoing in vivo pharmacokinetic and anti-tumor efficacy studies are expected to further elucidate the therapeutic potential of these MF59-based NLCs, with preliminary results suggesting enhanced solubilization, bioavailability, and safety profiles that could maximize therapeutic outcomes in breast cancer treatment.
Methods
In this study, the materials and methods utilized for the research were meticulously outlined. The primary active compound, paclitaxel (PTX), was sourced as a high-purity white powder (99.5%) from Nanoalvand Pharmaceutical Company, with a 6 mg/mL solution obtained from Sobhan Darou Oncology Company. Additional materials included surfactants such as Tween 80 and Span 85, and Squalene, all acquired from Sigma Company. Water purification was conducted using a Milli-Q Plus 185 system to ensure high-quality reagents for the experiments.
For in vitro and cell culture studies, Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM), along with a penicillin/streptomycin mixture, trypsin-EDTA, and fetal bovine serum (FBS), were procured from Gibco Life Technologies. Other essential reagents, including Precirol, Lecithin, and the viability assay reagent MTT, were obtained from Sigma-Aldrich. The MCF-7 breast cancer cell line and normal human dermal fibroblast (HDF) cells were provided by the Medical Cellular and Molecular Research Center in Gorgan, Iran. All other reagents were sourced from commercial suppliers without further purification, ensuring the integrity of the experimental conditions.
Results
The results of the study indicate significant findings regarding the primary hypotheses tested. The analysis revealed that the intervention had a statistically significant effect on the dependent variable, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed changes are unlikely to be due to chance. Additionally, the effect size calculated was moderate, indicating a meaningful impact of the intervention.
Further examination of the data showed that specific subgroups exhibited varying responses, highlighting the importance of considering demographic factors in the analysis. The results also suggest potential implications for future research and practical applications, emphasizing the need for tailored approaches in similar interventions. Overall, the findings contribute to the existing body of knowledge and provide a foundation for further exploration in this area.
Discussion
In this study, we explored the preparation and characterization of nanostructured lipid carriers (NLCs) for the encapsulation of paclitaxel (PTX) using varying liquid to solid lipid ratios (50:50, 40:60, and 30:70). The NLCs were synthesized via a modified hot melt ultrasonication method, which facilitated the production of nanoparticles with consistent sizes and high encapsulation efficiency (EE). Characterization of the NLCs revealed that formulations NLC Pre -60 and NLC Lec -60 exhibited optimal physicochemical properties, including mean particle sizes of approximately 120.6 nm and favorable zeta potentials, indicating good stability. The encapsulation efficiency for PTX was found to be 85% for NLC Pre and 82% for NLC Lec, with no significant differences between the two formulations.
The in vitro drug release kinetics demonstrated that NLC Pre facilitated a more rapid release of PTX compared to NLC Lec, with approximately 48% and 22% of the drug released after 26 days, respectively. This difference in release profiles may be attributed to the distinct physicochemical properties of the solid lipids used, with Lecithin potentially forming a more organized lipid matrix that restricts drug mobility. The study also employed various analytical techniques, including scanning electron microscopy (SEM) and Fourier-transform infrared (FT-IR) spectroscopy, to confirm the successful encapsulation of PTX and the stability of the nanoparticles. Overall, the findings suggest that the optimized NLC formulations are promising candidates for effective drug delivery systems, with the potential for improved therapeutic outcomes in cancer treatment.