فرمولاسیون، مشخصه یابی و ارزیابی نانوذرات مزوپورسیلیکا-کیتوسان بارگذاری شده با کورسیتین به منظور دارورسانی هدفمند در درمان سرطان

احمدی نسب, نوید; حسنی کومله, حسن; تیموریان, شهرام; بیگ زاده, مجتبی; کاظم زاد, محمود

doi:10.30501/jamt.2637.70346

فرمولاسیون، مشخصه یابی و ارزیابی نانوذرات مزوپورسیلیکا-کیتوسان بارگذاری شده با کورسیتین به منظور دارورسانی هدفمند در درمان سرطان

نویسندگان

نوید احمدی نسب ¹

حسن حسنی کومله ²

شهرام تیموریان ³

مجتبی بیگ زاده ⁴

محمود کاظم زاد ⁴

¹ دانشگاه گیلان، پردیس دانشگاهی، گروه بیوتکنولوژی، رشت، ایران

² دانشگاه گیلان، د انشکده علوم کشاورزی دانشگاه گیلان، گروه بیوتکنولوژی، رشت، ایران

³ دانشگاه علوم پزشکی ایران، گروه ژنتیک پزشکی، تهران، ایران

⁴ پژوهشگاه مواد و انرژی؛ پژوهشکده انرژی، کرج، ایران

10.30501/jamt.2637.70346

چکیده

کورسیتین یک متابولیت گیاهی ایمن است که به عنوان عامل مهار کننده شیمیایی در مهار سلول‌های توموری و پیشرفت بسیاری از سرطان‌ها نقش موثر دارد. در این تحقیق به منظور بهبود کارایی و دسترسی زیستی مولکول کورسیتین از نانوحفرات مزوپور سیلیکا با پوشش کیتوسان به عنوان یک بیوپلیمر حساس به pH استفاده شد. برای این منظور ابتدا نانوحفرات مزوپور سیلیکا به روش سل-ژل سنتز شد. سپس، در یک محیط اسیدی با استفاده از گلیسیدیل اکسی پروپیل تری متوکسی سیلان، لایه‌ای از کیتوسان به دور نانوحفرات سیلیکا پوشش داده شد. برای مشخصه‌یابی نانوحامل سنتز شده از روش‌های مختلفی نظیر FESEM، BET و FTIR استفاده شد. نتایج FESEM و BET به‌ترتیب حاکی از اندازه ذرات و حفرات در محدوده نانومتر بود. هم‌چنین حضور پیک‌های موجود در آنالیزFTIR نشان داد که دارو با موفقیت در نانو‌حامل قرار گرفته است. از طرفی نتایج محاسبه ظرفیت بارگیری دارو در نانوحامل و هم‌چنین میزان رهایش دارو در دو pH اسیدی و فیزیولوژی بدن نشان داد نانوحامل از کارایی و پایداری مناسب در بارگیری و رهایش دارو برخوردار است. میزان سمیت سلولی فرمولاسیون دارویی در غلظت‌های مختلف بر روی رده‌ سلولی سرطانی HeLa با کمک روش MTT بررسی شد. نتایج نشان داد میزان سمیت سلولی فرمولاسیون دارویی نسبت به داروی آزاد به شکل معناداری افزایش می‌یابد و مقدار IC50 در رده‌ سلولی سرطانی HeLa از 58 میکرومولار برای کورسیتین آزاد به 36 میکرومولار برای کورسیتین بارگذاری شده در نانوحامل کاهش یافت. در‌نهایت، این تحقیق نشان داد نانوحامل مزوپورسیلیکا-کیتوسان قادر است به عنوان سیستم دارورسانی هوشمند و زیست‌سازگار برای انتقال داروی کورسیتین به سلول‌های سرطانی در نظر گرفته شود.

کلیدواژه‌ها

سیستم دارورسانی هوشمند

نانوحامل

فلاونوئید

سمیت سلولی

درمان سرطان

عنوان مقاله English

Formulation, Characterization and Evaluation of Quercetin-loaded Chitosan-functionalized Mesoporous Silica for Targeted Drug Delivery in Cancer Treatment

نویسندگان English

Navid Ahmadi Nasab ¹

Hassan Hassani Kumleh ²

Shahram Teimourian ³

Mojtaba Beygzadeh ⁴

Mahmood Kazemzad ⁴

¹ University of Guilan, University Campus 2, Department of Biotechnology, Rasht, Iran

² University of Guilan, Department of Biotechnology, Faculty of Agricultural Sciences, Rasht, Iran

³ Iran University of Medical Sciences, Department of Medical genetics, Tehran, Iran

⁴ Materials and Energy Research Center, Department of Energy, Karaj, Iran

چکیده English

Quercetin is a safe herbal metabolism which has effective role on inhibition of tumor cells and growth of many types of cancers. In this study to improve the efficiency and bioavailability of Quercetin molecule, Chitosan-functionalized nanoporous mesoporous Silica was used as a pH-sensitive biopolymer. For this purpose, at first nanoporous Mesoporous silica was synthesized by sol-gel method; then Chitosan layer was coated on nanoporous of silica using GPTMS in an acidic medium. Different analysis methods such as FESEM, BET and FTIR were used to characterize the synthesized nanocarrier. FESEM and BET analysis results demonstrated nanometric sizes of particles and porosities. FTIR analysis picks showed successful drug loading on nanocarrier. On the other hand, calculation of drug loading content and encapsulation efficiency in acidic and physiologic pH, illustrated that nanocarrier has suitable performance and stability for drug loading and release. Cytotoxicity of as-drug formulation in different concentrations was investigated by MTT assay on HeLa cells. The results showed that cytotoxicity of as-drug formulation increased in comparison to free drug and IC50 value of HeLa cells decreased from 58 µM for free Quercetin to 36 µM for loaded Quercetin. Eventually this study showed Chitosan-functionalized Mesoporous Silica nanocarrier could be considered as a smart and biocompatible drug delivery system to carry Quercetin drug for cancer cells treatment.

کلیدواژه‌ها English

Smart Drug Delivery System

Nanocarriers

Flavonoid

Cytotoxicity

Cancer treatment

1. Harborne, J.B., "The flavonoids: advances in research since 1980." Springer, 2013.
2. Dower, J.I., et al., "Effects of the pure flavonoids epicatechin and quercetin on vascular function and cardiometabolic health: a randomized, double-blind, placebo-controlled, crossover trial," The American journal of clinical nutrition, 1015: p. 914-921, 2015.
3. Vulcain, E., et al., "Inhibition of the metmyoglobin-induced peroxidation of linoleic acid by dietary antioxidants: action in the aqueous vs. lipid phase," Free radical research, 395: p. 547-563, 2005.
4. Sapino, S., et al., "Mesoporous silica as topical nanocarriers for quercetin: characterization and in vitro studies," European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 89: p. 116-125, 2015.
5. Braganhol, E., et al., "Antiproliferative effect of quercetin in the human U138MG glioma cell line," Anti-cancer drugs, 176: p. 663-671, 2006.
6. Priyadarsini, R.V., et al., "The flavonoid quercetin induces cell cycle arrest and mitochondria-mediated apoptosis in human cervical cancer (HeLa) cells through p53 induction and NF-κB inhibition," European journal of pharmacology, 6491: p. 84-91, 2010.
7. Priego, S., et al., "Natural polyphenols facilitate elimination of HT-29 colorectal cancer xenografts by chemoradiotherapy: a Bcl-2-and superoxide dismutase 2-dependent mechanism," Molecular cancer therapeutics, 710: p. 3330-3342, 2008.
8. Choi, E.J., S.M. Bae, and W.S. Ahn, "Antiproliferative effects of quercetin through cell cycle arrest and apoptosis in human breast cancer MDA-MB-453 cells," Archives of pharmacal research, 3110: p. 1281-1285, 2008.
9. Duraj, J., et al., "Flavonoid quercetin, but not apigenin or luteolin, induced apoptosis in human myeloid leukemia cells and their resistant variants," Neoplasma, 524: 273-279, 2004.
10. Kang, J.W., et al., "Kaempferol and quercetin, components of Ginkgo biloba extract (EGb 761), induce caspase‐3‐dependent apoptosis in oral cavity cancer cells," Phytotherapy Research, 24S1, 2010.
11. Cadena, P.G., et al., "Nanoencapsulation of quercetin and resveratrol into elastic liposomes," Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes, 18282: p. 309-316, 2013.
12. Carlotti, M., et al., "On the complexation of quercetin with methyl-β-cyclodextrin: photostability and antioxidant studies," Journal of Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chemistry, 701-2: p. 81-90, 2011.
13. Xing, R., et al., "Biofunctional mesoporous silica nanoparticles for magnetically oriented target and pH-responsive controlled release of ibuprofen," Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 403: p. 7-14, 2012.
14. Pourjavadi, A. and Z.M. Tehrani, "Mesoporous Silica Nanoparticles (MCM-41) Coated PEGylated Chitosan as a pH-Responsive Nanocarrier for Triggered Release of Erythromycin," International Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials, 6313: p. 692-697, 2014.
15. Hu, X., Y. Wang, and B. Peng, "Chitosan‐Capped Mesoporous Silica Nanoparticles as pH‐Responsive Nanocarriers for Controlled Drug Release," Chemistry–An Asian Journal, 91: p. 319-327, 2014.
16. Barreto, A., et al., "Magnetic nanoparticles for a new drug delivery system to control quercetin releasing for cancer chemotherapy," Journal of Nanoparticle Research, 1312: p. 6545-6553, 2011.