Nanoparticle Platform for Delivery of siRNA and Cisplatin

Istočasna dostava siRNA in cisplatinskega predzdravila preko nanodelcev v tumorske celice poveča odgovor tumorskih celic na kemoterapevtike

Za zdravljenje tumorjev najpogosteje uporabljamo en sam kemoterapevtik in sicer cisplatin ali ostale kemoterapevtike, njihova uporaba pa je omejena zaradi notranje in pridobljene kemorezistence. Ti kemoterapevtiki povzročajo poškodbe na DNA, kot odgovor na to pa se sproži popravljanje DNA in napakam podvržena sinteza DNA na mestu poškodbe DNA (ep-TLS), ki pomaga tumorskim celicam, da tolerirajo poškodbo DNA ter s tem razvijejo pridobljeno kemorezistenco. Za pridobljeno kemorezistenco je najverjetneje odgovorna ep-TLS, ki se aktivira po poškodbi DNA s kemoterapevtikom, pri tem pa sta ključna gena REV1 in REV3L. V tej raziskavi so znanstveniki želeli preučiti možnost, ali lahko s kombinacijo kemoterapije in utišanjem specifičnih genov z siRNA povečajo odgovor tumorskih celic na kemoterapevtike.

Izgradnja nanodelcev

Gola siRNA ne more iti preko celičnih membran samostojno, ker je velika in močno negativno nabita molekula ter se zlahka razgradi z endogenimi encimi. Zato so pripravili enoten sistem nanodelcev, ki je sposoben istočasno dostaviti cisplatinsko predzdravilo (Pt(IV)-predzdravilo, komponenta 1) in siRNA, usmerjeno proti genom REV1 in REV3L (siREV1, siREV3L), v tumorske celice in povečati občutljivost tumorskih celic na kemoterapijo. Nanodelci, ki se sami sestavijo iz biorazgradljivih PLGA in PEG polimerov, so primerno dostavno sredstvo zaradi svojih lastnosti: a) so biozdružljivi in biorazgradljivi, b) sposobni zaobjeti velike in majhne molekule z različnimi fizikalnimi lastnostmi, c) omogočajo kontrolirano sprostitev svojega tovora z razgradnjo polimera in difuzijo zdravila. Poleg PLGA in PEG polimerov pa so za izgradnjo nanodelcev uporabili tudi kationsko lipidom podobno molekulo G0-C14. Za sestavljanje vseh teh komponent v nanodelce so uporabili metodo izhlapevanja in tako dobili nanodelce, ki vsebujejo tri komponente: 1) notranje hidrofilno jedro, 2) kationski hidrofobni sloj iz PLGA in G0-C14 in 3) hidrofilni sloj iz PEG. G0-C14 ima kationske skupine, ki vežejo negativno nabito siRNA, in fleksibilne hidrofobne repe za vezavo z PLGA in PEG. Ugotovili so, da je G0-C14 zelo pomemben del nanodelca, saj poveča zajetje siRNA v nanodelec. Kot kemoterapevtik so uporabili Pt(IV)-predzdravilo, ki se zaradi svoje hidrofobnosti vgradi v osrednji del nanodelca, nato pa se po sprostitvi v tumorsko celico reducira do citotoksične Pt(II)-aktivne oblike zdravila cisplatina. S preučevanjem kinetike sproščanja iz nanodelcev so ugotovili, da nam hibridni nanodelci omogočajo enkratno zajetje teh komponent, ki pa se nato postopoma sproščajo, dokler ne dosežejo svojega maksimuma.

Interpretacija rezultatov

Z različnimi eksperimenti tako in vitro kot in vivo so ugotovili, da z nanodelci (siREV1, siREV3L) lahko delujemo na različne gene istočasno in dosežemo trajno utišanje teh genov. S testiranjem štirih različnih oblik kemoterapevtika: 1) Pt(IV) v raztopini, 2) nanodelec (Pt(IV)), 3) nanodelec (siREV1, siREV3L) + Pt(IV) v raztopini, 4) nanodelec (siREV1, siREV3L, Pt(IV)); so ugotovili, da je najbolj učinkovita oblika nanodelec (siREV1, siREV3L, Pt(IV)). Pri tem igrata ključno vlogo siREV1 in siREV3L, ki z utišanjem teh dveh genov povzročita povečano občutljivost tumorskih celic na kemoterapevtik, zato je le-ta bolj učinkovit. Ugotovili so tudi, da tumorske celice lažje sprejmejo kemoterapevtik Pt(IV), če se nahaja v nanodelcu, kot pa Pt(IV) v raztopini; vzrok tega je večja topnost Pt(IV), če se nahaja v nanodelcu. Za preučevanje učinkovitosti injiciranja nanodelcev (siREV1, siREV3L, Pt(IV)) so uporabili mišje ksenografte in v njihova tumorska tkiva injicirali enako velike odmerke kemoterapevtika 2x tedensko pet tednov zapored na pet načinov: 1) solna raztopina (negativna kontrola), 2) Pt(IV)-predzdravilo v raztopini, 3) nanodelec (Pt(IV)), 4) nanodelec (siREV1, siREV3L) + Pt(IV) v raztopini, 5) nanodelec (siREV1, siREV3L, Pt(IV)). Rezultati tega eksperimenta so pokazali, da ima 5. način najboljše učinke: tumor preneha rasti, miške pa 100% preživijo skozi celotno študijo. 4. način kaže upočasnjeno rast tumorja in večji odstotek preživetja celic v primerjavi z 2. in 3. načinom, kar je dokaz, da utišanje izražanja genov REV1 in REV3L izboljša odgovor tumorskih celic na kemoterapevtik.

Zaključek

Rezultati eksperimentov in vivo so skladni z rezultati in vitro in potrjujejo hipotezo, ki so jo znanstveniki postavili na začetku študije. S to študijo so dokazali, da lahko s kombinacijo klasične kemoterapije in siRNA terapije dosežemo sinergistične učinke in tako izboljšamo zdravljenje malignih obolenj.

Vir: Xu X., Xie K., Zhang XQ., Pridgen E.. Enhancing tumor cell response to chemotherapy through nanoparticle-mediated codelivery of siRNA and cisplatin prodrug. Proc Natl Acad Sci USA. 2013 Nov 12; 110(46):18638-43.