Nanocząstki pokryte lipidami cieszą się coraz większym zainteresowaniem ze względu na ich funkcję jako systemów dostarczania leków w terapii raka1. Nowotwory mają zmienione przeprogramowanie lipidowo-metaboliczne2 i zwiększone zapotrzebowanie na proliferację cholesterolu3. Wykazują nadekspresję LDLs1 i pobierają więcej LDL niż normalne komórki, do tego stopnia, że liczba LDL u pacjenta z rakiem może nawet spaść4. Wychwyt LDL sprzyja agresywnym fenotypom5, co prowadzi do proliferacji i inwazji raka piersi6. Obfitość receptorów LDL (LDLR) jest prognostycznym wskaźnikiem potencjału przerzutowego7. Zainspirowana LDL i jego wychwytem przez komórki nowotworowe, nowa strategia została nazwana: Spraw, aby lek wyglądał jak żywność dla raka8. Tak więc te nowe projekty dostarczania leków z nanocząsteczkami8,9,10 zostały zainspirowane stabilizowaną rdzeniem i lipidami konstrukcją naturalnych LDLs11 jako mechanizm dostarczania leków przeciwnowotworowych do komórek rakowych. Ten pasywny system dostarczania celowania wspiera kapsułkowanie, zwłaszcza leków hydrofobowych, które są zwykle podawane w postaci dawki doustnej, ale dostarczają tylko niewielką ilość leków do krwiobiegu, ograniczając w ten sposób ich oczekiwaną skuteczność12. Podobnie jak w przypadku liposomów ukrytych13, powłoka z glikolu polietylenowego (PEG) pomaga zmniejszyć odpowiedź immunologiczną i rozszerza krążenie w krwiobiegu w celu optymalnego wychwytu guza dzięki rzekomemu efektowi zwiększonej przenikania i zatrzymywania (EPR)14,15. Jednak oprócz w niektórych przypadkach niestabilności krążenia i niepożądanej dystrybucji w systemie16, niektóre przeszkody pozostają nierozwiązane, takie jak to, w jaki sposób i w jakim stopniu takie nanocząstki są pobierane przez komórki i jaki jest ich los wewnątrzkomórkowy. To właśnie w tym miejscu niniejsza praca dotyczy wychwytu nanocząstek przez konkretny hydrofobowy lek przeciwnowotworowy falcarindiol, przy użyciu technik obrazowania konfokalnego i epifluorescencyjnego.
Celem badania jest wytworzenie pokrytych lipidami nanocząsteczek falkarindiolu i zbadanie ich wewnątrzkomórkowego wychwytu w hMSC. W ten sposób potencjalnie stabilizując jego podawanie, pokonując wyzwania związane z dostarczaniem i poprawiając biodostępność. W ten sposób ocenia się nowy system dostarczania tego leku przeciwnowotworowego. Wcześniej falcarindiol był podawany doustnie w postaci oczyszczonego falkarindiolu o wysokim stężeniu jako suplement diety17. Istnieje jednak potrzeba bardziej ustrukturyzowanego podejścia do dostarczania tego obiecującego leku. W związku z tym zaprojektowano nanocząstki falkarindiolu, w których otoczkowaną monowarstwą fosfolipidów i cholesterolu znajduje się oczyszczony lek stanowiący rdzeń cząstki. Metoda szybkiego wstrzykiwania rozpuszczalnika, opracowana niedawno przez Needhama i wsp.8, jest używany w tym badaniu do enkapsulacji poliacetylenu falcarindiolu.
Metoda była wcześniej stosowana do wytwarzania nanocząsteczek lipidowych do enkapsulacji środków do obrazowania diagnostycznego18,19, a także molekuły testowe (trioleina)27 i leki (orlistat, stearynian niklosamidu)8,27,28. Jest to stosunkowo prosta technika, gdy jest przeprowadzana z odpowiednimi cząsteczkami. Tworzy nanocząsteczki, na granicy ich krytycznego zarodkowania (średnica ~20 nm), wysoce nierozpuszczalnych hydrofobowych substancji rozpuszczonych w rozpuszczalniku polarnym. Wymiana rozpuszczalnika odbywa się poprzez szybkie wstrzyknięcie roztworu organicznego do nadmiaru antyrozpuszczalnika (zwykle fazy wodnej w stosunku objętości organicznej do wodnej 1:9)20,21.
Konstrukcja składu nanocząsteczek daje wiele korzyści. Komponenty DSPC:Chol zapewniają bardzo szczelną, prawie nieprzepuszczalną, biokompatybilną i biodegradowalną monowarstwę. PEG zapewnia sterycznie stabilizujący interfejs, który działa jak tarcza przed opsonizacją przez układ odpornościowy, spowalniając wchłanianie przez układ siateczkowo-śródbłonkowy (wątroba i śledziona) i chroniąc przed jednojądrzastym układem fagocytów, zapobiegając ich zatrzymywaniu i degradacji przez układ odpornościowy, a tym samym zwiększając ich półczas krążenia we krwi22. Dzięki temu cząsteczki mogą krążyć, dopóki nie wynaczynią się w chorych miejscach, takich jak guzy, gdzie układ naczyniowy jest nieszczelny, co pozwala efektowi EPR spowodować bierną akumulację cząstek. Dodatkowo, płaszcz lipidowy pozwala na lepszą kontrolę nad rozmiarem nanocząstek poprzez kinetyczne uwięzienie rdzenia w jego krytycznym wymiarze jądra27,28. Lipidy indukują różne właściwości powierzchniowe (w tym celowanie peptydowe, które nie było jeszcze dostępne w tym projekcie), czysty rdzeń leku i niską polidyspersyjność22,27,28. Metodą stosowaną do analizy wielkości cząstek jest DLS, technika, która pozwala naukowcom mierzyć wielkość dużej liczby cząstek w tym samym czasie. Jednak ta metoda może zniekształcić pomiary do większych rozmiarów, jeśli nanocząstki nie są monorozproszone23. Problem ten jest również oceniany w przypadku płaszcza lipidowego. Więcej szczegółów na temat tych podstawowych projektów i ilościowe określenie wszystkich cech znajduje się w innych publikacjach27,28.
Lek zamknięty w nanocząsteczkach to falcarindiol, dietetyczny poliacetylen występujący w roślinach z rodziny Apiaceae. Jest to metabolit wtórny z alifatycznego typu poliacetylenów C17, w którym stwierdzono działanie prozdrowotne, w tym działanie przeciwzapalne, przeciwbakteryjne i cytotoksyczność wobec szerokiego zakresu linii komórek rakowych. Jego wysoka reaktywność jest związana ze zdolnością do interakcji z różnymi biomolekułami, działając jako bardzo reaktywny środek alkilujący przeciwko grupom merkapto i aminom24. Wcześniej wykazano, że falcarindiol zmniejsza liczbę zmian nowotworowych w okrężnicy17,25, chociaż mechanizmy biologiczne są nadal nieznane. Uważa się jednak, że oddziałuje z biomolekułami, takimi jak NF-κB, COX1, COX-2 i cytokinami, hamując ich progresję guza i procesy proliferacji komórek, prowadząc do zatrzymania cyklu komórkowego, stresu retikulum endoplazmatycznego (ER) i apoptozy17,26 w komórkach rakowych. Falcarindiol jest używany w tym badaniu jako przykładowy lek przeciwnowotworowy ze względu na jego potencjał przeciwnowotworowy i mechanizm, który jest obecnie badany, a także dlatego, że wykazuje obiecujące działanie przeciwnowotworowe. Wychwyt komórkowy nanocząstek jest badany w hMSC i obrazowany za pomocą mikroskopii epifluorescencyjnej i konfokalnej. Ten typ komórek został wybrany ze względu na jego duży rozmiar, dzięki czemu idealnie nadają się do mikroskopii.