Preparation, characterization and in vitro evaluation of multifunctional magnetic nanoparticles for targeted cancer therapies

Nanoteknoloji son zamanlarda ilaç endüstrisinde, teşhis ve tedavilerde, görüntüleme tekniklerinde, vücutta kontrollü ilaç salınımı ve ulaştırmada, doku mühendisliğinde, vs. kullanılmaya başlanılmıştır. Birçok farklı nanosistemlerden özellikle çok fonksiyonlu manyetik nanoparçacıklar (MNP) bu konuda çok ilgi çekmektedir. MNPlerin manyetik alan altında yönlendirilebilmesi özelliği diğer nanoparçacık sistemlerine göre daha avantajlı parçacıklar olmalarını sağlamaktadır. Yeni nesil tedavi yöntemlerinde sağlıklı hücrelere zarar vermeden ilaç ulaştırma, hedef kitleye tedavi için özellikle MNP kullanımları ve avantajları araştırılmaktadır. Dünya Saglık örgütünün yayımladığı istatistiklere göre önümüzdeki 20 yılda görülen kanser vakalarının 22 milyon gibi bir sayıya ulaşması beklenmektedir. Çok yaygın olarak görülen ve ölüm oranları yüksek olan bu hastalığın tedavi yöntemleri sadece kemoterapi, radyoterapi ve ameliyat ile sınırlıdır. Bu yöntemler yan etkisi çok olan ve invazif yöntemlerdir. Kanser tedavisi için en çok kullanılan yöntemlerden biri olan kemoterapi yönteminin en büyük dezavantajı spesifik olmaması ve tümör dokusu dışında sağlıklı hücrelere de zarar vermesidir. Bu yöntemlere alternatif olarak hedeflendirilmiş ilaçlar düşünülebilir. Bu parçacıklar lokalize halde istenilen bölgeye ulaştırılabilecegi için geleneksel tedavi yöntemlerinde görülen yan etkileri azaltabilir. Hedeflendirilmiş ilaçlar, seçilmiş etki bölgesi veya bölgelerinde en uygun etkileşmeyi sağlayabilmektedir. Ayrıca, etken maddenin dozunun azaltılabilmesine ve etken maddenin sadece hedef bölgeye dağılımıyla sınırlandırılmasına olanak sağlayabilmektedirler. Böylece oluşabilecek herhangi bir yan etki veya yan etkiler büyük oranda minimuma indirilebilecektir. Günümüzde, hedeflendirilmiş ilaç modeli için çok fonksiyonlu manyetik nanoparçacıkların (MNP) kullanılması araştırmacılar tarafından çok ilgi görmektedir. Bu parçacıklar gerekli modifikasyonlarla ilaç yüklenmeye uygun ve manyetik alan ile istenilen bölgeye ulaştırılabilnen parçacıklar haline getirilebilirler. Bu yöntem ile geleneksel kemoterapinin aksine sadece tümörlü hücrelere müdahale edilebilir ve ilaçların sağlıklı hücreleri etkisi azaltılabilir. MNP ile tümörlere üç farklı yol ile müdahale edilebilir. Bunlar: 1- hedef hücre tedavisi için MNP'lere ilaç yüklemesi, 2- tümörü MNP ile yüksek sıcaklıklara (dış manyetik alan etkisi ile) çıkararak yakmak, 3- spesifik biyomolekülleri MNP'lere bağlayarak tümörlere müdahale etmektir. Hedef hücrelere anti-tümör ajanları ulaştırarak tedavi etmek geleneksel kemoterapi yöntemine karşılık umut verici, alternatif bir yöntemdir. MNP olarak genelde demiroksitler, demir, kobalt gibi parçacıklar kullanılır. MNPler biyouyumlu olduğu düşünülse bile, vücuda alındığında toksik etki ve serbest radikal oluşumu gösterebilmektedir. Bu parçacıkların toksik etkisine sebep olan başlıca nedenlerden biri parçacıkların yüzey yükleridir. Ayrıca farklı bir dezavantaj ise MNPlerin kolloidal özelliklerinden dolayı stabil hale getirilmedilerse, bir araya toplanıp çökme eğilimleri olmasıdır. Bu dezavantaj parçacıkların vücut içine alındığında kan dolaşımına giremelerini engellemektedir ve çeşitli yan etkilere sebep olabilmektedir. Amaca uygun bir yapıda hedeflendirilmiş ilaç tasarımı yapabilmek için tasarım aşamasında yukarıda belirtilen tüm dezavantajlar göz önüne alınmalıdır. Çökme davranışını ve toksik etkilerini iyileştirmek biyopolimerler ile mümkündür. Bu etkilerin elimine edilmesi için yüzeylerinin biyolojik uyumlu hale getirilmesi gerekmektedir. Bu amaçla MNP yüzeyleri biyopolimerler, grafen gibi malzemeler ile kaplanabilirler.Bu polimerler biyo uyumlu ve biyo çözünür oldukları için ilaç modellerinde kullanımı sentetik polimerlere göre daha avantajlıdır. Biyopolimerler ile kaplama diğer tekniklere göre daha ucuz ve kolay erişilebilinir bir yöntemdir ayrıca biyopolimerler anti tümör ilaç yüklemeleri ve parçacıkları stabil hale getirilmeleri için iyi bir altyapı sağlamaktadır. Toksik etkileri azaltmak için kullanılacak her bir MNP'nin tüm yüzeyinin biyopolimer ile kaplanması gerekmektedir. MNP'lerin kolloidal özellikleri belirlenerek kararlı parçacıklar elde etmek için gerekli biyopolimer konsantrasyonları seçilebilir. Burada istenilen MNP yüzeylerinin biyopolimerler ile tamamen kaplı ve kararlı yapılar olmasıdır. Reolojik ölçümler ile dispersiyonların akış özellikleri ve floküle olup olmadığı, magnetoreolojik ölçümlerle manyetik alan altındaki akış özellikleri, elektrokinetik ölçümler ile yüzeylerin kaplanıp kaplanmadığını, ışık saçılması deneyleri ile hidrodinamik yarıçaplarını, parçacık boyutlarını ve tüm bu yöntemlerin birlikte yorumlanması ile sistemin kararlı olup olmadığını belirleyebiliriz. Kararlı, yüzeyleri tamamen kaplı demir oksitlerin geleneksel karakterizasyonları ile görüntüleyebilir (Taramalı elektron mikroskopu (SEM), X-ışınları difraksiyonu (XRD), fourier transform infrared (FTIR) gibi yöntemler ve kolloidal karakterizasyon sonuçları desteklenebilir. Bunlar ile birlikte biyodemirlerin manyetik ve termal karakterizasyonları da önemli bilgiler taşırlar. Titreşimli numune magnetometresi (VSM), termal testleri (DSC, TGA) gibi testlerin yapılması biyopolimer kaplı demir oksitlerin manyetşk ve termal davranışlarını belirlemek için önemlidir. Karakterizasyonların ardından biyodemirlerin gerçekten canlı hücrelere zarar verip vermediği canlı dışı (in-vitro) hücre deneyleri ile kontrol edilebilir ve ilaç yüklemesi yapıldıktan sonra kanser hücrelerine etkisi gözlemlenebilir. Tez çalışmasındaki amaçlar; MNP olarak kullanacağımız demiroksit (Fe2O3) parçacıklarının üzerine literatürde henüz çalışılmamış olan hidroksietil selüloz (HEK) polimerini ve nanokristal yapıdaki ağaç fiberlerinden elde edilen selülozik polimeri (NK) kullanarak MNP parçacıklarının kolloidal özelliklerini takip ederek kararlı ve MNP parçacıklarının yüzeylerini tamamen kaplanmış numuneler elde etmek, polimerlere antitümör ajanları adsorbe ettirerek antikanser özellikli ve manyetik alan ile yönlendirilebilen nanoparçacıklar elde etmek ve hedeflendirilmiş ilaç literatürüne katkıda bulunmak, son olarak çağımızın hastalığı olan kanserin tedavisine yönelik çalışmalara katkıda bulunmak, literatürde kullanılmayan HEK ve selülozik polimerlerin kullanılması ile literatüre katkıda bulunmaktır. Belirtilen amaçlara ulaşmak için yapılması gerekenler; Sistemlerin akış özellikleri, zeta potansiyelleri ve parçacık boyutları bilgisi ile polimer konsantrasyonuna bağlı değişimlerini ve etkileşimlerini belirlemek, numunelerin yukarıda belirtilen geleneksel karakterizasyonları yapmak ve kolloidal karakterizasyon sonuçları ile uyumu araştırmak, biyopolimer kaplı demiroksitlerin sitotoksisitesi canlı dışı (in-vitro) hücre deneyleri ile araştırmak, toksik etkiyi minimuma indirmek, in vitro deneyler ile sağlıklı hücreler ile etkileşimlerini belirleyerek kullandığımız biyopolimerlerin bu tip uygulamalar için uygunluğunu kontrol etmek ve son olarak biyopolimer kaplı demir oksitlere antitümör ajanlar yüklenerek ve yine in-vitro sitotoksisite deneyleriyle kanserli hücreler üzerindeki etkisi araştırmaktır. Bu basamakları uygulayarak belirtilen tüm deneyler yapılmıştır ve sonuçları tezde açıklanmıştır. Deney sonuçlarına göre sentezlediğimiz çok fonksiyonlu manyetik nanoparçacıkların kanser tedavisi için kullanılabilecek hedeflendirilmiş ilaç olabilmeye uygun parçacıklar olduğu söylenebilir ve ileride yapılacak terepâtik ilaç tasarımlarıyla ilgili çalışmalara yardımcı olacak bilgiler sağlayabilecegi söylenebilmektedir. Çalışmalarımızın devamında sentezlediğimiz parçacıkların in vivo (canlı içi) testlerindeki davranışlarını araştırmak istemekteyiz.