تطوير نظام ذكي من أوكسيد الحديد - البوليمري النانوي بطريقة الاستئصال بالليزر وتوظيفه في توصيل دواء الباكليتاكسيل

الباحث

رسل عبد الرسول عباس

المشرف

عدوية جمعة حيدر - شرف الدين الموسوي

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم العلوم التطبيقية / الليزر والإلكترونيات البصرية

الشهادة

دكتوراه

السنة

2023

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Iron Oxide Nanoparticles; Laser Ablation; Drug Delivery; Paclitaxel

الساركوما الليفية هي ورم نادر ولكنه خبيث للغاية مشتق من الخلايا الليفية المتوسطة . يظهر هذا الورم حساسية منخفضة تجاه العلاج الكيميائي والإشعاعي ومعدلات عالية من عودة المرض. أجبر عدم فعالية الأساليب التقليدية ضد السرطان بما في ذلك الجراحة والعلاج الإشعاعي العلماء على البحث عن علاجات جديدة. وبالتالي، فإن تطوير و تحسين أنظمة توصيل الأدوية الذكية يبرز كأداة رئيسية لتحسين توصيل الأدوية في موقع العمل مع تأثيرات أقل سمية على الأنسجة السليمة. تعتبر تقنية النانو نهجا جديدا لعلاج السرطان وتتوسع بسرعة في البحوث. يتم استخدام المواد النانوية التي لها خصائص فريدة على نطاق واسع في البحوث الطبية والبيولوجية. التطورات السريعة والتقنيات الناشئة في الأنظمة النانوية، وخاصة الجسيمات النانوية، أثرت بشكل كبير في تشخيص السرطان وعلاجه ومراقبته. و لاجل علاجه تم في هذه الدراسة: تصنيع أكسيد الحديد (Fe3O4) NPs باستخدام الاجتثاث بالليزر النبضي في السائل (PLAL) تم استخدام الجسيمات النانوية FegOg كناقلات في التطبيقات الطبية الحيوية، مغلفة بكبسولات Ay pails لإيصال الأدوية لعلاج الخلايا السرطانية في المختبر والجسم الحي. أعدت بواسطة معدن الحديد (الهدف) مغمورفي محلول مائي من سوائل مختلفة (الماء منزوع الايونات، الإيثانول، الميثانول، والأسيتون) ومحلول برمنجنات البوتاسيو (K MnOq) تم تصنيع الجسيمات النانوية الفائقة المغناطيسية (GPIONS) باستخدام أطوال موجات ليزر مختلفة )1064 5322٠ ، و 355( نانومتر بطاقات مختلفة تبلغ )16 ٠ 22 ٠ 28 ، 32) جول / سم 2 لكل ضربة مع عدد ضربات ليزر 100 على الصفيحة الحديدية. قيم التحضير Tall لمحلول النانو باستخدام جهاز الليزر (امد النبضة:، تأثتيرالليزر ، معدل التكرارء وقطر الشعاع) تبلغ (10 نانوثانية، 28 جول / سم 2 لكل نبضة، 1 هرتز ، 2 (ae على التوالي. استغرقت هذه العملية 20 دقيقة ، عمق 4 مل من السائل) محلول برمنغنات البوتاسيوم، وأفضل طول موجي كان 355 نانومتر. تم تصنيع الناقل النانوي للدواء عن طريق طلاء SPION ب كيتوزان (Cs) المحمل بدواء الباكلي تاكسول (PTX) باستخدام طريقة المستحلب الجزئي العكسي و ثم الطلاء بواسطة مجموعة (PEG) و (FA) المرتبطة إلكتروستاتيكيًا. تم ربط البولي إيثيلين جلايكول وحمض الفوليك على 783046©0)05 و تم توظيف هذا النظام النانوي بواسطة جزيئات FA التي توجد مستقبلاتها بكثرة على السطح الخارجي من خلايا الورم الخبيث. تم تقييم الخصائص الفيزيوكيميائية للجسيمات النانوية FegO4 و شكلها المغلف SPION@Cs-PTX-PEG- FA وتأكيدها من خلال استخدام ASH الضوء الديناميكي (DLS) أطياف الامتصاص المرئية للأشعة فوق البنفسجية (UV-Vis) ، والتحليل الطيفي dat تحت الحمراء لتحويل فورييه (FTIR) والمسح المجهري الإلكتروني (SEM) ، والمجهر الإلكتروني للإرسال (TEM) وانحراف الأشعة السينية (XRD) ومجهر القوة الذرية (AFM) المسح المجهري الإلكتروني للانبعاثات (FESEM) و تقدير اهتزازالعينة المغناطيسية (VSM) من أجل التجارب في المختبر ، تم النظر في استيعاب الخلية ، ومقايسة السمية الخلوية ( (MTT) وتحريض موت الخلايا المبرمج ، والتعبير الجيني ل © SPION Cs - PTX - PEG - FA في كل من خطوط الخلايا الليفية المريضة (WEHI-164) والخلايا الليفية الجنينية للفأر الطبيعي خط الخلية MEF-1) )، على التوالي. استخدمت في الدراسة الفئران BALB/c التي كان عمرها بين 5 و 6 أسابيع ووزنها 25 جرامًا الحاملة للورم. . قامت لجنة من جامعة القاسم الخضراء تسمى لجنة رعاية وبحوث الحيوان بمراجعة جميع البروتوكولات التجريبية وأخذت موافقتها. تراوح حجم جزيئات NPs 26304 من (7 الى 35( نانومتر اعتمادًا على الطول الموجي لليزر، وتم الحصول عليها على شكل NPs كروي ومكعب قبل أن يتم تغليفها بالبوليمرات. يشير امتصاص الأشعة فوق البنفسجية إلى أقصى امتصاص يزيد عن 300 نانومتر بأطوال موجية مختلفة )1064 ، 532 ، و355 ) نانومترء ويوضح العلاقة بين وزن NPS 26304 وطول da gall التي تشير إلى نسبة تركيز قصوى ل )0.75( NPs 4و0و6 مجم يساوي 57:77/ مع 1064 نانومتر بطلاقة 28 جول | سم 2 لكل نبضة في محلول KMnOg تتمتع 5810117 بكفاءة عالية لتغليف دواء lata: PTX 0.19+ 7 * ومحتوى تحميل 0.5 + 215.28 الجسيمات النانوية النهائية بحجم (17.66 + 102.6( نانومتر وإمكانات زيتا (47.5-7.36-) مللي فولت، على التوالي مما يدل على كفاءة طريقة التصنيع. أثبت اختبار VSM الخواص المغناطيسية الفائقة ل SPION NPs مع قيمة مغنطة التشبع emu/gm willl .9 نظرًا لدراسات DLS و SEM و TEM و AFM ©، أظهر SPION@Cs-PTX-PEG-FA تبانًا فيزيائيًا مناسبًا وشكلا كرويًا وحجمًا مرغوبًا وشحنة مناسبة. أجريت الدراسة في المختبر عن طريق اختبار امتصاص الخلية، ومقايسة السمية الخلوية، وتحريض موت الخلايا المبرمج، وتجارب التعبير الجيني. Vogl ، تمت زراعة سلالات الخلايا WEHI-164 للسرطان و MEF-1 الطبيعية لجميع التجارب المذكورة. isl دراسات امتصاص الخلية ل ،<SPION@Cs-PTX-PEG-FA استيعاب هذه التركيبة النانوية عن طريق التصوير الفلوري. التركيبة النانوية SPION@Cs-PTX-PEG-FA اثبتت كفاءتها في تثبيط تكثير LON السرطانية و تحفيز موتها المبرمج (0.01> ) من خلال اختبارات Flowcytometrys MTT على التوالي. تم استخدام PCR الكمي في الوقت الحقيقي (RT-PCR) للتحقيق في التعبير الجيني ل 1-2 80 و BAX و BCL-XL و BAK الذي تم تحليله في خطوط خلايا ،\WEHI-164 بعد إخضاعهم لمع SPION@Cs-PTX- PEG- ومع ،ll كان تعبير BAX و BAK أعلى JS: ملحوظ وكان التعبير الجيني لجينات BCL-XL 5 BCL-2 أقل تعبيرا في الخلايا السرطانية مقارنة 523 PT Xe وحده و التركيبة النانوية العارية من الدواء (***p<0.001 and SPION@Cs-PEG-FA (0.0001>م****.. أظهرت نتائج الدراسة في الجسم الحي SPION@Cs-PTX-PEG-FA ol قلل بشكل كبير من حجم الورم مقارنة بعينات دواء PTX الجسيمات الغير محملة بالدواء وعينات التحكم ،(P >0.05( مما أدى إلى بقاء أطول وزيادة انتشار الخلايا الطحالية بشكل ملحوظ بمستوى IFN - y ، وانخفاض مستوى 4 IL بشكل ملحوظ. أشارت هذه النتائج إلى إمكانات SPION © Cs - PTX PEG - FA - كعامل علاجي مضاد للأورام.

Fibrosarcoma is a rare, but highly malignant tumor that is derived from mesenchymal cells; This tumor shows low sensitivity towards chemo and radiotherapy and high rates of recurrence. The ineffectiveness of traditional methods against cancer, including surgery and radiotherapy, has forced scientists to search for new treatments. Thus, the development and optimization of smart drug delivery systems is emerging as a key tool for improving drug delivery at the targeting site with less toxic effects on healthy tissues. Nanotechnology is a novel approach for cancer treatment and is rapidly expanding in medical research. Nanomaterials that have unique properties are widely used in medical and biological research. Rapid developments and emerging technologies in nanosystems, especially nanoparticles, have greatly impacted cancer diagnosis, treatment and monitoring. In this study, Iron oxide (Fe3O4) NPs were synthesized by using, pulsed laser ablation in liquid (PLAL). Fe3O4 NPs were used as carriers in biomedical applications, loaded with polymeric capsulation, for drug delivery to treat cancer cells in vitro and vivo. Prepared Iron metal (Fe) target immersed in an aqueous solution of different liquid (DDW, ethanol, methanol, and acetone) and potassium permanganate solution (KMnO4). Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) were synthesized using different laser wavelengths )1064, 532, and 355) nm at different fluencies of (16, 22, 28 and 32) J/cm2 /pulse with 100 shots of the iron plate. The optimum preparation parameters for nano-solution using laser device (pulsed duration, laser flounce, repetition rate, and beam diameter) of (10 ns, 28 J/cm2/pulse , 1 Hz, of 2 mm) respectively. This process took 20 min, 4 mL liquid (KMnO4 solution) depth, and for the best formation high efficiency of 355 nm wavelength. The drug nanocarrier was synthesized by coating the SPION with paclitaxel (PTX)‐loaded chitosan (Cs) using the reverse micro- emulsion method. The obtained SPION@Cs‐PTX were coated with polyethylene glycol (PEG). Subsequently the given nanoformulation, surface functionalized by folic acid duo to electrostatic bonds. The Fe3O4 and SPION@Cs‐PTX‐PEG‐FA NPs were characterized via employing dynamic light scattering (DLS), UV-Visible absorption spectra, field emission scanning electron microscopy (FESEM), transmission electron microscopy (TEM), atomic force microscopy (AFM), X‐Ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and. Vibrating sample magnetometer (VSM) methods. In order to in vitro experiments, the cell internalization, cytotoxicity assay (MTT), apoptosis induction, and gene expression of SPION@ Cs‐PTX‐PEG‐FA were considered in both fibrosarcoma cell lines (WEHI-164) and normal mouse embryonic fibroblast cell line MEF-1, respectively. The animal studies were conducted using female BALB/c mice that were between 5 and 6 weeks old and weighed 25 g. Hemolysis assay, Tumor‐volume study, survival assay, Splenocyte proliferation index, and ELISA study for measuring cytokines were the in vivo experiments. A committee from Al-Qasim Green University called the Animal Care and Research Committee, went over all experimental protocols, and gave their approval. Particle size of Fe3O4 NPs ranged from (7–35) nm depending on the laser wavelength, obtained spherical and cubic NPs shape before being coated by polymers. UV-Vis absorption indicates a maximum absorbance above 300 nm at different wavelengths (1064, 532, and 355) nm, and shows the relationship between the weight of Fe3O4 NPs and wavelength indicating a maximum concentration ratio of Fe3O4 NPs (0.75) mg equal to 57,77% with 1064 nm at a flounce of 28 J/cm2 /pulse in KMnO4 solution. Subsequently the SPION@Cs‐PTX‐PEG‐FA synthesized as mentioned. The drug encapsulation efficiency and loading content of PTX in SPION@Cs‐PTX‐PEG‐FA nanoformulation was 84.7 ± 0.19 % and 15.28±0.5% respectively. The DLS data showed that SPION@Cs‐PTX‐PEG‐FA NPs possess 102.6±17.66 nm size and -47.5±7.36 mV zeta potential. VSM proved the superparamagnetic properties of SPION NPs with a saturation magnetization value of 59.6 emu/gm. Therefore, due to DLS, SEM, TEM, and AFM studies, the SPION@Cs‐PTX‐PEG‐FA exhibited suitable physics stability, spherical shape, desirable size, and charge. The in vitro study was conducted by cell uptake, cytotoxicity assay, apoptosis induction, and gene expression experiments. First, the WEHI-164 cancer and MEF-1 normal cell lines were cultured for all mentioned experiments. The cell uptake studies of SPION@Cs‐PTX‐PEG‐FA proved the internalization of this nanoformulation by fluorescence imaging. SPION@Cs‐PTX‐PEG‐FA inhibited proliferation and induced apoptosis of cancer cells (P<0.01) due to MTT assay and Flowcytometric studies respectively. Quantitative real-time PCR (RT-PCR) was used to investigate the Gene expression of BCL-2, BAX, BCL-XL, and BAK analyzed in WEHI-164 cell lines, after subjecting them to SPION@Cs-PTX- PEG-FA. However, BAX and BAK expression was significantly overexpressed and the BCL-2 and BCL-XL were underexpressed in cancer cells treated with SPION@Cs-PTX-PEG-FA compared to PTX void and bare SPION@Cs-PEG-FA (***p < 0.001 and ****p < 0.0001). The results of the in vivo study showed that SPION@Cs‐PTX‐PEG‐FA significantly decreased tumor size compared to free PTX and control samples (P < 0.05), leading to longer survival, significantly increased splenocyte proliferation, and IFN‐γ level, and significantly decreased level of IL‐4. These findings indicated the potential of SPION@Cs‐PTX‐PEG‐FA as an antitumor therapeutic agent.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب