Development of endosome disruptive peptide and PEG conjugate based doxorubicin delivery system

Abstract

In this study, it was aimed to develop a drug carrier system including a TAT-derived cell penetrating peptide in order to provide fast transport of anticancer drugs from endosomal compartments to nucleus. The drug delivery system, denoted as mPEGpeptide- oxime-DOX, was based on polyethylene glycol, endosome disruptive peptide (G2RQR3QR3G2S), and doxorubicin (DOX) conjugate. Control drug delivery system, lack of the peptide (mPEG-oxime-DOX) was also synthesized to assess the effect of the peptide on the physiochemical and drug release properties of the drug carrier. As the first synthesis step, mPEG-OH was converted to mPEG-aldehyde form using DMSO-acetic anhydride oxidation reaction and aldehyde functionalization was determined by using FTIR and NMR spectroscopy. The peptide and mPEG-peptide were synthesized using solid phase synthesis protocol, and their purities were confirmed using HPLC and MALDI-TOF mass spectroscopy analyses. Prior to DOX conjugation, hydroxyl group of serine residue in the mPEG-peptide system was oxidized to aldehyde. The anticancer drug was attached to the carrier molecules via amine-aldehyde reaction forming an acid cleavable oxime bond. Drug release, size distribution, and stability of the PEG-peptideoxime- DOX system were evaluated and compared with those results of the control drug delivery system. For mPEG-oxime-DOX, a pH programmed DOX release with the respective % DOX release values of ~68 % and ~28 % at pH 5.0 and pH 7.4 was observed. For mPEG-peptide-oxime-DOX, on the other hand, quite low DOX release (~10-15 %) was obtained for both pH values suggesting possible interaction between DOX and the peptide. Mean size value of the mPEG-oxime-DOX was measured as ~24 nm. However, mPEG-peptide-oxime-DOX, had quite lower hydrodynamic diameter values (~3nm and ~6 nm at pH 5.0 and pH 7.4, respectively) possibly due to repulsions between the arginines in the peptide domain. Observation of the morphology and evaluation of the cytotoxicity of these drug delivery systems are underway.

Bu çalışmada, antikanser ilaçların endozomal bölmelerden çekirdeğe hızlı transferini sağlamak için TAT türevi bir hücre delici peptid içeren ilaç taşıyıcı sisteminin geliştirilmesi amaçlanmıştır. mPEG-peptid-oksim-DOX olarak adlandırılan ilaç taşıyıcı sistemi, polietilen glikol, endozom parçalayıcı peptid (G2RQR3QR3G2S) ve doksorubisin (DOX) konjugatı temellidir. Peptidin, ilaç taşıyıcının fizikokimyasal ve ilaç salım özelliklerine etkisini değerlendirmek için peptid içermeyen kontrol ilaç taşıyıcı sistemi de (mPEG-oksim-DOX) sentezlenmiştir. İlk sentez adımı olarak mPEG-OH, mPEGaldehit formuna DMSO-asetik anhidrit oksidasyon reaksiyonu ile dönüştürülmüş ve aldehit işlevselleştirilmesi, FTIR ve NMR spektroskopisi kullanılarak belirlenmiştir. Peptid ve mPEG-peptid katı faz sentez protokolü ile sentezlenmiş ve HPLC ve MALDITOF kütle spektroskopi analizleri kullanılarak saflıkları teyit edilmiştir. DOX konjugasyonu öncesinde, mPEG-peptid sisteminde bulunan serin amino asitinin hidroksil grubu aldehite oksitlenmiştir. Antikanser ilaç, taşıyıcı moleküllere asit parçalanabilir oksim bağı ile bağlanmıştır. PEG-peptid-oksim-DOX sisteminin ilaç salımı, boyut dağılımı ve stabilitesi değerlendirilmiş ve kontrol sisteminin sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. mPEG-oksim-DOX için, pH 5.0 ve pH 7.4’te sırasıyla yaklaşık % 68 ve % 28 DOX salım değerleri ile pH programlı bir DOX salımı elde edilmiştir. Diğer taraftan, mPEG-peptid-oksim-DOX için her iki pH değerinde de oldukça düşük DOX salımı (yaklasık % 10-15) elde edilmiş ve DOX ile peptid arasındaki muhtemel etkileşimi sebebiyle olduğu düşünülmüştür. mPEG-oksim-DOX’un ortalama boyut değeri yaklaşık 24 nm olarak ölçülmüştür. Buna karşın, mPEG-peptid-oksim-DOX, muhtemelen peptid kısmındaki arjininler arasındaki itmeler nedeniyle, oldukça düşük hidrodinamik çap değerlerine (pH 5.0 ve pH 7.4 için sırasıyla yaklaşık 3 nm ve 6 nm) sahip olmuştur. Bu ilaç taşıyıcı sistemlerinin morfolojilerinin gözlenmesi ve sitotoksisitelerinin değerlendirmesine yönelik çalışmalar devam etmektedir.