Novel protein-based nanomaterial for active targeted drug delivery to human hepatocyte carcinoma cells

Diese Arbeit befasste sich mit der potenziellen Anwendbarkeit von Maisprotein als Beispiel für pflanzliche Proteine in der Arzneimittelverabreichung. Dabei wurde Zein, ein gut etabliertes Biomaterial für Arzneimittel- und Lebensmittelanwendungen, zur Entwicklung innovativer Formulierungen unter Verwendung der α-Zein-Fraktion eingesetzt. Solche auf grüner Basis fundierten Formulierungen wurden verwendet, um die Abgabe der natürlich gewonnenen Photosensibilisatoren Hypericin und Parietin im Rahmen der PDT zu verbessern. Das Design, die Optimierung und die Anwendung von auf Zein-basierten Trägersystemen bei der Behandlung des hepatozellulären Karzinoms (HepG2 Zellen) wurden in der aktuellen Arbeit in zwei Abschnitten thematisiert. Der erste Abschnitt befasste sich mit der Oberflächenanpassung von Zein mittels Polyethylenglykol für die Verkapselung von Hypericin. PEGyliertes Zein wurde in mizellarer Form in wässrigen Puffern zusammengesetzt. Die entwickelten Mizellen zeigten eine verringerte Größe, eine erhöhte Verkapselungskapazität und eine verbesserte Stabilität bei Verdünnung. Die In vitro Ergebnisse an HepG2 Zellen resultierten in einer erhöhten zytotoxischen Wirkung von Hypericin nach der Mizellierung, verbunden mit einem gesteigerten Aufnahmeprofil in hepatozellulären Karzinomzellen. Zusätzlich wurde bei nicht krebsartigen Fibroblasten eine geringere toxische Wirkung festgestellt, welches auf das relative Sicherheitsprofil des entwickelten Systems gegenüber normalen Zellen hinwies. Darüber hinaus beeinflusste das chemisch modifizierte Zein den hohen Grad an intrazellulärem ROS und mitochondrialen Schäden in HepG2 Zellen, die ausgeprägte apoptotische Ereignisse in Zellen, die mit eingekapseltem Hypericin behandelt wurden, induzierten. Der zweite Abschnitt fokussierte sich auf die Verwendung von mit Glycyrrhetinsäure dekorierten Zein-NP zur gezielten Bekämpfung von hepatozellulärem Karzinom. Die NPs wurden mit Parietin, einem grünen hydrophoben Photosensibilisator beladen, der ein vielversprechendes photodynamisches Potenzial für verschiedenene Krebsarten besitzt. Die erhaltenen NP waren monodispers und stabil, wenn sie Serum ausgesetzt wurden. Außerdem lösten die Zein-NP Parietin erfolgreich auf und behielten dessen photodynamische Aktivität in wässrigen Puffern bei. Die direkte Targeting-Fähigkeit des Systems auf HepG2 Zellen zu zielen, führte zu einer erhöhten In vitro-Phototoxizität. Im Vergleich zu nicht zielgerichtetem Zein wurde die erhöhte Zytotoxizität des eingekapselten Parietins der Bindung der Glycyrrhetinsäure-NP zugeschrieben, die eine erhöhte Aufnahme und verbesserte ROS-Produktion in Leberkrebszellen bewirkte. Als Nachweis des Konzepts wurde die Akkumulation von Zein-NP in lebenden Mäusen verfolgt. Die erhaltenen In vivo-Daten zeigten bei lebenden Mäusen eine effiziente Anhäufung von Zein-NP in der Leber, welches durch die über einen längeren Zeitraum anhielten Fluoreszenzsignale angezeigt wurde, was darauf hindeutet, dass mit Glycyrrhetinsäure maßgeschneiderte Zein-NP als potenzielles, zielgerichtetes Verabreichungssystem in der Leber eingesetzt werden könnte. Erwähnenswert ist, dass das Zein-Oberflächen-Engineering mit biokompatiblen Hüllen eine effektive Methode darstellt, um verschiedene Wirkstoffe zur Behandlung von hepatozellulärem Karzinom und anderen leberbezogenen pathologischen Zuständen zu transportieren. Zusätzlich dient der Einsatz von Targeting-Sonden wie Glycyrrhetinsäure als zusätzliches Werkzeug, um In vitro hydrophobe Photosensibilisatoren an Leberkrebszellen zu liefern und In vivo eine ortsspezifische Akkumulation der geladenen Fracht zu erreichen. Aufgrund der durch die hydrophilen PEG-Hüllen verliehenen Oberflächeninertheit wäre PEGyliertes Zein bei der In vivo-Anwendung für die effiziente Abgabe von Photosensibilisatoren bei der Krebs-PDT zuverlässig. Zukünftige Forschungen sollten die Antigenität von PEGyliertem Zein In vivo nach mehreren intravenösen Verabreichungen untersuchen. Darüber hinaus ist die Bewertung von mit Photosensibilisatoren beladenem Zein in dreidimensionalen In vitro-Krebsmodellen und in In vivo-Tumormodellen geplant, um die bessere Antikrebsaktivität unserer Plattform zu bestätigen. Wir gehen davon aus, dass unsere Ergebnisse den Weg für die Synthese weiterer Nanomaterialien auf grüner Basis ebnen werden, um die mit den derzeitigen Nanomaterialien verbundenen Toxizitätsprobleme zu bewältigen und die klinische Anwendung der PDT zu erweitern.