Σύνθεση πολυλειτουργικών μαγνητικών νανοσωματιδίων οξειδίου του σιδήρου για την έγκαιρη διάγνωση και θεραπεία των ασθενειών που σχετίζονται με τη φλεγμονή

Abstract

The objective of this research PhD thesis is the synthesis of smart multifunctional iron oxide magnetic nanoparticles (mNPs) as an innovative theragnostic strategy to address two inflammation-related diseases, namely cancer, and atherosclerosis. The research approach was divided into three different projects. In the first project, which was a continuation of my MSc thesis, three types of mNPs were synthesized with different sizes and surface coating. The samples were studied for their ability to induce cell death, on epidermal melanoma cancer, through magnetic hyperthermia. A comprehensive in vitro biological investigation was conducted, complemented by examination of the molecular pathways to deduce the intracellular localization.In the second section, surface-modified mNPs were synthesized with the biocompatible PEG-co-PLA co-polymer, to which the peptide cRGDfk-Orn3-CGG was attached. mNPs@cRGD were evaluated as glioblastoma cancer targeting agents, due to the specific affinity of the peptide towards integrin receptors, and specifically αvβ3, which is overexpressed in this type of cancer. A thorough comparative study of mNPs@cRGD and mNPs@peg-pla via in vitro and in vivo magnetic hyperthermia was performed, showing encouraging tumor reduction results. In vivo biodistribution was studied by radiolabeling with the radioisotope of Lutetium (177Lu). Finally, hemοcompatible magnetoliposomes (MLPs) were synthesized with entrapped statin drugs for the treatment of atherosclerosis. The in vitro investigation was performed on healthy embryonic endothelial cells (HUVEC). The mechanism and the percentage of MLPs’ endocytosis was studied, as well as their ability to induce oxidative stress. Finally, a study of the nuclear expression of NF-κB was carried out by Western blotting.

Στόχος της παρούσας ερευνητικής διδακτορικής διατριβής είναι η ανάδειξη της σύνθεση έξυπνων πολυλειτουργικών μαγνητικών νανοσωματιδίων οξειδίου του σιδήρου (mNPs), ως μια νέα θεραγνωστική προσέγγιση για την καταπολέμηση δυο ασθενειών που σχετίζονται με την φλεγμονή, τον καρκίνο και την αθηροσκλήρωση. Η ερευνητική προσέγγιση περιλαμβάνει τρεις διαφορετικές ενότητες. Στην πρώτη ενότητα, όπου και αποτέλεσε συνέχεια της μεταπτυχιακής μου εργασίας, συντέθηκαν τρία διαφορετικά mNPs, ως προς το μέγεθος και την επιφανειακή τροποποίηση. Τα δείγματα μελετήθηκαν για την ικανότητά τους να επάγουν κυτταρικό θάνατο στον επιδερμικό καρκίνο μελανώματος, μέσω μαγνητικής υπερθερμίας. Πραγματοποιήθηκε εκτενής in vitro βιολογική αξιολόγηση, καθώς και μελέτη των μοριακών μονοπατιών που ακολουθούν συμπεραίνοντας την εσωτερίκευσή τους στα διαφορετικά τμήματα κυττάρου. Στη δεύτερη ενότητα, συντέθηκαν mNPs που τροποποιήθηκαν επιφανειακά με το βιοσυμβατό συμπολυμερές PEG-co-PLA, στο οποίο προσδέθηκε το πεπτίδιο cRGDfk-Orn3-CGG. Τα mNPs@cRGD αξιολογήθηκαν ως παράγοντες στόχευσης κατά του καρκίνου του γλοιοβλαστώματος, λόγω της ειδικής συγγένειας που διαθέτει το πεπτίδιο με υποδοχείς ιντεγκρινών και συγκεκριμένα με την ανβ3, η οποία υπερεκφράζεται στο συγκεκριμένο τύπο καρκίνου. Πραγματοποιήθηκε ενδελεχής συγκριτική μελέτη των mNPs@cRGD και mNPs@peg-pla μέσω in vitro και in vivo μαγνητικής υπερθερμίας, παρουσιάζοντας ενθαρρυντικά αποτελέσματα εξάλειψης του όγκου. Η βιοκατανομή τους in vivo προσδιορίστηκε μέσω ραδιοεπισήμανσης με το ραδιοϊσότοπο του λουτεσίου (177Lu). Τέλος, συντέθηκαν αιματολογικά συμβατά μαγνητολιποσώματα (MLPs) με εγκλωβισμένα φάρμακα στατινών για τη θεραπεία της αθηροσκλήρωσης. Η αξιολόγησή τους in vitro πραγματοποιήθηκε σε υγιή εμβρυονικά ενδοθηλιακά κύτταρα (HUVECs). Μελετήθηκε ο μηχανισμός και το ποσοστό ενδοκυττάρωσης των MLPs, αλλά και η ικανότητά τους να επάγουν οξειδωτικό στρες. Τέλος, πραγματοποιήθηκε μελέτη της πυρηνικής έκφρασης του ΝF-κB μέσω ανοσοαποτύπωσης κατά Western.