Development of gene/drug encapsulated nanocarriers for targeted combination therapy of colon cancer

Abstract

olon kanseri (KK), agresif seyri ve geleneksel tedavilere karşı direnci nedeniyle dünya çapında kansere bağlı ölümlerin önde gelen nedenlerinden biri olmaya devam etmektedir. Bu çalışma, sistemik toksisiteyi en aza indirirken ve ilaç direncinin önüne geçerek kolon kanseri hücrelerinin öldürülmesini artırmayı amaçlayan kemoterapi, epigenetik ilaç ve gen terapisini birleştiren, KK tedavisi için umut verici bir stratejiyi araştırmaktadır. Çok fonksiyonlu nanotaşıyıcılar (dendrimer ve lipozom), etkinliği artırmak ve yan etkileri en aza indirmek için birden fazla ilacı doğrudan kanser hücrelerine ulaştırarak KK terapisi için etkili araçlar olarak görülmektedir. Bu tez çalışması, bu iki tür ilaç dağıtım sistemini kullanarak kolon kanseri tedavisinin etkinliğini artırmayı amaçlamaktadır. PAMAM bazlı dendrimerler ve katyonik DOTAP lipozomları, iki tür ilacın; kemoterapi ilacı (5-FU) ve epigenetik ilaç (SAHA/NaB) ve plazmid DNA'nın (pTRAIL) taşınımı için viral olmayan bir gen dağıtım sistemi olarak kullanılmaktadır. Kanser hücrelerinde apoptozu indükleyebilen TRAIL'i kodlayan bir plazmid DNA ve kanser hücrelerinin kemoterapi ilacı 5-florourasile (5FU) karşı duyarlılığını yeniden kazandırmak için histon deasetilaz inhibitörleri (HDACi) SAHA/NaB ile kombinasyonunu içeren nanotaşıyıcılar, KK hücrelerine karşı sinerjistik bir aktivite göstermiştir. Terapötik yüklü nanotaşıyıcıların ve bunların plazmid DNA ile olan komplekslerinin biyofiziksel ve fizikokimyasal karakterizasyonu, pozitif zeta potansiyeline sahip yaklaşık 100-150 nm hidrodinamik çapında nanotaşıyıcıların başarılı bir şekilde hazırlandığını göstermiştir. Nanotaşıyıcıların ilaçları taşıyabildikleri ve pDNA bağlama ve koruma yeteneği gösterdikleri görülmüştür. Bu nanotaşıyıcıların in vitro karakterizasyon analizleri, yeni üçlü kombinasyon terapisinin KK hücre proliferasyonunu etkili bir şekilde azalttığını göstermiştir. Sonuç olarak, çok fonksiyonlu nanotaşıyıcı platformlar başarılı bir şekilde geliştirilmiştir ve KK'nin kombinasyon tedavisi için umut verici bir yaklaşım sunmaktadırlar.Colon cancer (CC) remains a leading cause of cancer-related mortality worldwide, largely due to its aggressive progression and resistance to conventional therapies. This study explores a promising strategy for treating CC, which combines chemotherapy, epigenetic drug, and gene therapy aiming to enhance the killing of colon cancer cells while minimizing systemic toxicity and overcoming drug resistance. Multifunctional nanocarriers (dendrimers and liposomes) have emerged as effective tools for CC therapy, delivering multiple treatments directly to cancer cells to enhance effectiveness and minimize side effects. This thesis study aims to improve the efficiency of colon cancer treatment by using these two types of drug delivery systems. PAMAM-based dendrimers and cationic DOTAP liposomes are used for the delivery of two types of drugs; chemotherapy drug (5-FU) and epigenetic drug (SAHA/NaB) and as a non-viral gene delivery system for the delivery of plasmid DNA (pTRAIL). In summary, nanocarriers carrying a plasmid DNA coding for TRAIL that can induce apoptosis in cancer cells and combination with histone deacetylase inhibitors (HDACi) SAHA/NaB to restore sensitivity of cancer cells against chemotherapy drug 5-fluorouracil (5FU) have demonstrated a synergistic activity against CC cells. Biophysical and physicochemical characterization of these therapeutic-loaded nanocarriers and their complexes with plasmid DNA demonstrated that nanocarriers around 100-150 nm hydrodynamic diameter with positive zeta potential have successfully prepared. They can carry drugs and showed pDNA binding and protection capability. Subsequent in vitro characterization analysis of these nanocarriers have demonstrated that novel triple combination therapy effectively reduced CC cell proliferation. In conclusion, multifunctional nanocarrier platforms have successfully developed and they are offering a promising approach for combination therapy of CC.