Synthesis and characterization of silver-doxorubicin nanoparticle system for phdependent release in cancerous cell

Abstract

A pH responsive targeted drug delivery system has been designed to change the cellular uptake and chemotherapeutic efficiency of doxorubicin (DOX). The nanosystem contains of multifunctional silver nanoparticles (AgNPs) based drug carrier system (AgNP/HS-PEG5K-NH2/PAMAMG4/DOX) as a new aspect for intracellular transport of doxorubicin (DOX). AgNPs were produced by a green chemistry pathway using Laurocerasus officinalis Roemer (Rosaceae) leaves and, optimized under certain conditions. Then, AgNPs was functionalized with thiolated polyethylene glycol (HSPEG5K-NH2). In the next step, AgNP/HS-PEG5K-NH2 was covalently conjugated with a polyamidoamine (PAMAM)G4 dendrimer. Moreover, conjugation of DOX to the PAMAMG4 via amide bond outcomed in AgNP/HS-PEG5KNH2/PAMAMG4/DOX pH sensitive targeted drug delivery system. Characterization studies were conducted by UV-Vis, FTIR, AAS, XRD, SEM, TEM and EDS. The pH and salt test were also, carried out for the colloidal stability of nano-structure. The average diameter of the AgNP/HS-PEG5K-NH2/PAMAMG4/DOX was found to be 74 nm. Also, 80 % of DOX was loaded into the AgNP/HS-PEG5K-NH2/PAMAMG4. Acellular DOX release tests showed that drug released from AgNP/HS-PEG5KNH2/PAMAMG4/DOX at pH 7.4 was insignificant. However, it was remarkably increased at a pH 6.6 and pH 4.0. In vitro drug release studies indicated that 33.28 %, 21.52 % and 7.75 % of the conjugated DOX was released from the nano system for pH 4.0, pH 6.6 and pH 7.4, respectively, in ten days. Whereas, 100 % of free DOX was released in the 24 hours for pH 4.0 and pH 6.6. In the pH 7. 4, only 71.8 % of freeDOX was released at the end of the 10 days. The cytotoxicity of AgNP/HS-PEG5KNH2/PAMAMG4/DOX was tested on Human cervix adenocarcinoma cell line (HeLa). The nano system possessed the IC50 of 1.66 µg/mL in 24 hours, notably lower than that of the free DOX which had the IC50 of 2.58 µg/mL in 24 hours. After 48 hours of exposure, the AgNP/HS-PEG5K-NH2/PAMAMG4/DOX showed the IC50 of 1.04 µg/ml compared to 1.34 µg/mL for the free DOX. These results indicate that the pH sensitive targeted drug delivery system upgrades the efficacy of the free DOX. Thus, the AgNP/HS-PEG-NH2/PAMAMG4/DOX targeted drug delivery system could allow a new principle for the intracellular release of DOX at the cancerous area

Bu çalışmada, doksorubisinin (DOX) kemoterapötik etkinliğini artırmak için pH'a duyarlı güdümlü ilaç taşıma sisteminin geliştirilmesi amaçlanmıştır. DOX'un hücre içine taşınmasında işlevsel gümüş nanoparçacıklar (AgNP) kullanılarak ilaç taşıma sistemi (AgNP/HS-PEG5K-NH2/PAMAMG4/DOX) oluşturulmuştur. Küresel şekilli AgNPler, yeşil sentez yolu ile Laurocerasus officinalis Roemer (Rosaceae), yaprakları kullanılarak sentezlenmiş ve belirli koşullar altında optimize edilmiştir. Daha sonra AgNPler, tiyollü ve aminli polietilen glikol (HS-PEG5K-NH2) ile fonksiyonelleştirilerek AgNP/HS-PEG5K-NH2 yapısı elde edilmiş ve bu nano-yapı poliamidoamin (PAMAM) G4 dendrimer ile kovalent olarak bağlanmıştır. Son aşamada, DOX amid bağı ile PAMAMG4 ile bağ yapmış ve sonuç olarak AgNP/HSPEG5K-NH2/PAMAMG4/DOX pH'a duyarlı güdümlü ilaç taşıma sistemi elde edilmiştir. UV-Vis, FTIR, AAS, XRD, SEM, TEM ve EDS kullanılarak sentezlenen nano yapıların karakterizasyonları tamamlanmıştır. Nano yapının kolloidal stabilitesi için pH ve tuz testi gerçekleştirilmiştir. TEM analizi sonucunda elde edilen görüntülerden AgNP/HS-PEG5K-NH2/PAMAMG4/DOX'un ortalama boyutu 74 nm olarak hesaplanmıştır. Ayrıca, DOX'un % 80’inin AgNP/HS-PEG5KNH2/PAMAMG4'e yüklendiği görülmüştür. DOX salım testleri, fizyolojik pH'da DOX salımının önemsiz derecede olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte, pH 6,6 ve pH 4,0'da salımı önemli ölçüde artmıştır. DOX'un 10 günde %33,28, %21,52 ve %7,75'inin sırasıyla pH 4,0, pH 6,6 ve pH 7,4’te salımı in vitro olarak gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, serbest DOX’un pH 4,0 ve pH 6,6’da 24 saat içinde % 100 salındığı gözlemlenmiştir. Serbest DOX’un pH 7,4'de 10 günün sonunda %71,8 salındığı kaydedilmiştir. AgNP/HS-PEG5K-NH2/PAMAMG4/DOX'un sitotoksisitesi insan serviks adenokarsinoma hücre hattı (HeLa) üzerinde test edilmiştir. Güdümlü ilaç taşıma sisteminin 24 saat sonunda göstermiş olduğu IC50 değeri 1,66 µg/mL iken serbest DOX IC50 değeri 2,58 µg/mL olarak bulunmuştur. 48 saatlik maruziyetten sonra, AgNP/HS-PEG5K-NH2/PAMAMG4/DOX için IC50 değeri 1,04 µg/ml ve serbest DOX için 1,34 µg/mL olarak bulunmuştur. Bu sonuçlar, pH'a duyarlı güdümlü ilaç taşıma sisteminin DOX'un etkinliğini artırdığını göstermektedir. Böylelikle, AgNP/HS-PEG-NH2/PAMAMG4/DOX güdümlü ilaç taşıma sistemi, kanserli bölgedeki DOX'un hücre içi salımına yeni bir bakış getirmektedir.