Uz izmēru izslēgšanās hromatogrāfijas balstītas metodes izstrāde nanodaļiņu farmakokinētikas un bioizkliedes analīzei.

Abstract

Vēzis ir viens no izplatītākajiem nāves un saslimstības cēloņiem visā pasaulē. Anomālu šūnu augšanu primāros audzējos un metastāzēs ārstē ar tradicionālām pieejām, piemēram, ķīmijterapiju, staru terapiju, mērķterapiju un imūnterapiju. Tomēr šīs ārstēšanas iespējas bieži ir saistītas ar smagām blakusparādībām, un ir nepieciešama jauna pieeja vēža ārstēšanai. Nanotehnoloģijas atklājumi piedāvā jaunu vēža ārstēšanas un diagnostikas metodi, kuras pamatā ir nanodaļiņas. Nanodaļiņas, kas ielādētas ar injicējamām zālēm, var nodrošināt labāku biosaderību, samazinātu sistēmisko toksicitāti un, kas ir svarīgi, labāku audzēja specifiskumu, izmantojot pastiprināto caurlaidības un aiztures (EPR) efektu. Nanodaļiņu ieviešana klīniskajā praksē joprojām saskaras ar daudzām problēmām, un, neraugoties uz vairākiem pētījumiem, joprojām nav skaidrs, kāds nanodaļiņu izmērs ir optimāls mērķtiecīgai piegādei audzējiem. Nanodaļiņu koloidālā nestabilitāte bioloģiskajās sistēmās un raksturīgais neviendabīgums šūnu audzēja asinsvadu struktūrā, farmakokinētisko profilu novērtējums, bioizkliede un audzēja uzkrāšanās izraisa rezultātus ar augstu mainīgumu. Šī variabilitāte praktiski neļauj noteikt optimālu nanodaļiņu izmēru visiem specifiskiem audzēju veidiem. Šajā darbā, izmantojot iepriekš izstrādātu nanomateriālu, kas saglabā savu izmēru in vivo, tika izstrādāta metode vairāku nanodaļiņu koncentrācijas vienlaicīgai novērtēšanai vienā audu paraugā. Lai to panāktu, tika izstrādāti un īstenoti nanodaļiņu ekstrakcijas protokoli, ekstrahēto nanodaļiņu atdalīšana pēc izmēra un koncentrācijas mērīšana ar fluorometriju. Asins, aknu, liesas un nieru paraugiem tika ģenerēti simts divdesmit četri lineārie vienādojumi, kuros aprakstītas kalibrēšanas līknes nanodaļiņām lielumā no 10 līdz 30 nm, uzrādot lielisku linearitāti (R2 > 0,99). Šos vienādojumus izmantoja, lai novērtētu bioizkliedes profilus, un to atkarību no nanodaļiņas izmēra, aknās, liesā un nierēs – orgānos, kas atbildīgi par nanodaļiņu elimināciju no asinsrites. Turklāt nanodaļiņu koncentrāciju asinīs mērīja vairākos laika punktos, atklājot, ka hidrodinamiskais diametrs 19 nm izraisa ilgāku cirkulācijas laiku. Šajā darbā izstrādātā metode tiks turpmāk optimizēta un izmantota, lai atbildētu uz ilgstošiem jautājumiem, kas saistīti ar optimālu nanodaļiņu izmēru audzēja mērķēšanai ar pasīvu uzkrāšanos.

Cancer is one of the leading causes of death and morbidity worldwide. Abnormal cell growth in primary tumors and metastases is treated with conventional approaches such as chemotherapy, radiotherapy, targeted therapy and immunotherapy. These treatment options, however, are often accompanied by severe side effects, and new approaches to cancer treatment are needed. Discoveries in nanotechnology offer a new method for cancer treatment and diagnosis based on nanoparticles. Nanoparticles loaded with incapsulated drugs can provide better biocompatibility, reduced systemic toxicity, and, importantly, improved tumor specificity by exploiting the enhanced permeability and retention (EPR) effect. Adoption of nanoparticles to clinical practice still faces many challenges, and despite multiple studies it is still not clear what nanoparticle size is optimal for targeted delivery to tumors. Colloidal instability of nanoparticles in biological systems and inherent heterogeneity in cellular organization of tumor vasculature, assessment of pharmacokinetic profiles, biodistribution and tumor accumulation leads to results with high variability. This variability makes it practically impossible to determine optimal nanoparticle size for any specific tumor types. In this work, using previously developed material that maintains its size in vivo, a method for simultaneous assessment of multiple nanoparticle concentrations in a single sample of blood and tissue was developed. To achieve this, nanoparticle extraction protocols, separation of extracted nanoparticles by size, and concentration measurement by fluorometry were developed and implemented. Hundred twenty four linear equations describing calibration curves for nanoparticles ranging in sizes from 10 to 30 nm were generated for blood, liver, spleen and kidney samples, showing great linearity (R2>0.99). These equations were used to assess biodistribution profiles based on size to liver, spleen and kidney, organs predominantly responsible for nanoparticle elimination from circulation. In addition, nanoparticle concentration in blood was measured at different time points, revealing that hydrodynamic diameter of 19 nm results in longest circulation times. Method developed in this work will be optimized further and used to answer longstanding questions related to optimal nanoparticle size for tumor targeting by passive accumulation.