Sinteza, karakterizacija i biološka ispitivanja fulerenol/doksorubicin nanokompozita

Abstract

U radu je predstavljena sinteza i karakterizacija novog fulerenol/doksorubicin nanokompozita, sintetisanog sa ciljem dobijanja potencijalne nove nanoformulacije postojećeg antineoplastika doksorubicina, koja bi pokazala veću biološku aktivnost uz smanjenje neželjenih sporednih efekata koje sam lek izaziva, na prvom mestu kardiotoksičnosti. Nanokompozit fulerenol/doksorbicin je okarakterisan brojnim metodama prateći dva osnovna eksperimentalna pristupa: molekulsko-spektroskopske metode (XPS, denzitometrija i transportne osobine, NMR, UPLC, Ramanska i UV-spektroskopija, SFM) i metode nanokarakterizacije (DLS, AFM, TEM), kao i računske simulacije(RDF). Osnovni cilj ispitivanja je bila detekcija postojanja nekovalentnog nanokompozita koji ostvaruju doksorubicin i fulerenolske nanočestice u vodenom rastvoru. Rezultati karakterizacije jasno i nedvosmisleno ukazuju na postojanje nekovalentnih interakcija unutar nanokompozita, što dalje utiče na organizaciju i udruživanje čestica, a što uslovljava i drugačiju biološku aktivnost takvog sistema u odnosu na pojedinačne komponente. Rezultati bioloških ispitivanja na in vitro modelu različitih tumorskih ćelijskih linija pokazuju značajan antiproliferativni efekat nanokompozita, kao i selektivnost prema tumorskim u odnosu na zdravu ćelijsku liniju. Eksperimenti na in vivo modelu zebrica potvrđuju smanjenje toksičnosti nanokompozita u poređenju sa lekom, primarno kardiotoksičnosti. Računske simulacije, mikroskopski i spektroskopski podaci, kao i rezultati in vitro i in vivo studija ukazuju na to da nekovalentne interakcije između fulerenola i doksorubicina mogu biti ključni korak u stvaranju sinergističkog sistema za dostavu leka u biološki sistem. Multipotentnost fulerenola kao nanonosača lekova i nespecifičnost strukture doksorubicina kao leka, ukazuje na to da bi fulerenol mogao biti efikasan nanonosač i drugih antineoplastika, što daje prostora za unapređenje antitumorskih osobina lekova posredstvom istovremene administracije leka.

The focus of this thesis was the synthesis and characterization of a novel fullerenol/doxorubicin nanocomposite, with the aim to obtain a potential nanoformulation of antineoplastic drug doxorubicin, which would express greater biological activity and lower level of adverse effects than the drug itself, in the first place cardiotoxicity. Nanocomposite fullerenol/doxorubicin was characterized by means of numerous methods following two main experimental approaches: molecular-spectroscopic methods (XPS, densitometry and transport properties, NMR, UPLC, Raman and UVspectroscopy, SFM) and mehods of anocharacterisation (DLS, AFM, TEM), as well as computer simulations (RDF). The goal of characterization was detection of non-covalent interactions within nanocomposite that are established between fullerenol nanoparticles and doxorubicin in aqueous solution. The results clearly indicate the existence of non- covalent interactions within nanocomposite that affect the organization and assembling of the particles, which further exhibit different biological activity of such a system in comparison to components themselves. Results of biological activity on in vitro model of different tumor cell lines show significant antiproliferative effect of nanocomposite, as well as selectivity towards tumor cell lines. Experiments conducted on in vivo zebrafish model confirm the lowering ofthe adverse effects of the drug, especially cardiotoxicity, in case when nanocomposite was applied. Computer simulations, microscopic and spectroscopic results combined with encouraging in vitro and in vivo results point out that non-covalent interactions between fullerenol nanoparticles and doxorubicin may present the keyrole in formation of a synergistic system for nanodrug delivery into biological system. Multipotential of fullerenol nanoparticles as a nanocarrier and non-specific structure of doxorubicin as a drug imply that fullerenol may serve as a efficient nanocarrier of numerous other antineoplastics, which further allows the improvement of antitumor properties of drugs withsimultaneous drug administration.