Determination of therapeutic effects of multifunctional micelle-based nanocarriers on breast cancer cells

Abstract

Breast cancer is the most common and frequent cause of death among women composed to all types of cancer. Current treatment protocols do not provide complete cure or selective drug delivery while targeted therapy can provide an important avenue for successful treatment of breast cancer. In this study, therapeutic effects of drug-conjugated nanocarrier system with enhanced stability and double moiety pH-sensitivity on breast cancer (SKBR-3- HER-2- positive), normal breast epithelial (MCF-10A, HER-2-negative) and chronic myeloid leukemia (K562, HER-2-negative) cells were determined. With this approach, SKBR-3 cells were targeted by single nanocarriers having selectivity with unused peptide ligand (HER-2), stability with cross-linking of core moiety, and cleavage by two sites of pHeffect and drug release properties. After physicochemical characterization of micellebased nanocarriers, cytotoxic, apoptotic and cytostatic effects of doxorubicin conjugated micelles were determined. Doxorubicin conjugated micelles with HER-2 peptide (DOX-HER-2-NCs) had more cytotoxic effects on HER-2 positive cells. Additionally, intracellular amounts of doxorubicin is higher in SKBR-3 cells with applied DOX-HER-2-NCs as determined by fluorescence imaging. The apoptosis rate was increased on SKBR-3 at 50% cell growth inhibition (IC50) as determined by Annexin-V/Propidium iodide double staining. However, there was not any significant change in loss of mitochondrial membrane potential. Additionally, DOX-HER-2-NCs resulted in cell cycle arrest at G2/M-phase in response to IC50 value. Besides, protein level of Bcl-2 did not change while protein level of Bax and Caspase-3 were increased as determined by Western Blotting. This project provides novel and more effective treatment of breast cancer by using multifunctional properties of nanocarriers.

Tüm kanser türleri karşılaştırıldığında meme kanseri kadınlarda en sık rastlanan ve ölüme neden olan bir kanser türüdür. Mevcut tedavi yöntemleriyle tam bir tedavi olmadığından dolayı ilaçların seçici taşınması ve hedeflenmesi yöntemlerinin geliştirilmesiyle meme kanserinin tedavisi için önemli bir adım taşımaktadır. Bu çalışmada, geliştirilmiş stabilite ve çift-yarı pH duyarlılığına sahip ilaç konjuge edilmiş taşıyıcı misellerin terapötik etkileri, meme kanseri hücreleri (SKBR3- HER-2-pozitif), normal meme epitel hücreleri (MCF-10A, HER-2-negatif) ve kronik miyeloid lösemi hücrelerinde (K562, HER-2-negatif) incelenmiştir. Bu yaklaşım için daha önce kullanılmayan peptid ligand (HER-2) ile seçiciliği, çekirdek kısmın çapraz bağlanması ile stabilitesi, iki pH-etki bölgesi ile ayrılması ve ilaç salım özellikleri ile SKBR-3 hücreleri hedeflenmiştir. Misel bazlı nanotaşıyıcıların fizikokimyasal karakterizasyonundan sonra, Doxurobicin ile konjuge misellerin sitotoksik, apoptotic, sitostatik etkileri belirlenmiştir. HER-2 peptidli olan doksorubisin konjuge misellerin (DOX-HER-2-NTs) HER- 2 pozitif hücrelerinde daha sitotoksik olduğu belirlendi. Aynı zamanda, DOX-HER-2- NTs uygulanan SKBR-3 hücrelerinde Doxurobicin seviyesinin daha yüksek olduğu florasans görüntülemesi ile gözlemlendi. Annexin-V/Propidium iyodür çift boyamasına göre, SKBR-3 hücrelerinde IC50 (%50 inhibitor konsantrasyonu) değerinde apoptotsis oranı artmıştır. Ancak, mitokondrial potansiyelinde önemli bir değişim olmadığı gözlemlenmiştir. Ek olarak, IC50 değerindeki DOX-HER-2-NTs hücre döngüsüde G2/M-fazında tutuklamaya neden olduğu hücre döngüsü analizi ile belirlenmiştir. Western bloting çalışmalarında ise Bcl-2 protein oranı değişmezken Bax ve Kaspaz-3 proteini artmaktadır. Bu çalışma çok işlevli nanotaşıyıcılar kullanılarak meme kanseri hastaları için yeni ve daha etkili bir tedavi yönteminin geliştirilmesi planlanmaktadır.