Development of breast cancer targeted, multifunctional cross-linked micelle nanocarriers

Abstract

In this thesis, we developed two different micelle-based nanocarriers, which are pH-responsive and core cross-linked micelle (CCMs), and specifically target HER2 receptor on breast cancer cells. Intracellularly degradable and stabilized micelles were prepared by core cross-linking and RAFT polymerization in the presence of an acid-sensitive cross-linker. Poly(OEGMA) and poly(SBMA) were used as shell parts of these micelles in order to compare the effect of hydrophilic coatings on nanocarrier characteristics. In the first design, we applied drug conjugation (Doxorubicin) with a cleavable linker while in the second design, we used the encapsulation method for drug loading. Targeted micelles were obtained by coupling of HER2-specific peptides (VSSTQDFP and LTVSPWY) and antibody (Herceptin) to POEGMA and poly (SBMA) based CCMs, respectively. These nanocarriers are designed to be stable in blood circulation but cleavable intracellulary to achieve controlled drug release. Nanocarriers were characterized structurally by FTIR and 1H-NMR spectroscopies for all synthesis and conjugation steps. Moreover, nanocarriers and drug-loaded formulations were investigated by Zetasizer, Nanosight, and TEM/SEM analysis. The results showed that designed nanocarriers have a very high potential for HER2-specific targeted drug release for the treatment of breast cancer. This thesis holds significant importance due to its successful demonstration of two distinct systems exhibiting high stability, pH sensitivity, and high selectivity for HER2-targeted therapy of breast cancer.

Bu tez çalışmasında, meme kanseri hücrelerinde HER2 reseptörünü hedefleyen, pH'a duyarlı ve çekirdeği çapraz bağlı (ÇÇM), misel bazlı iki farklı nanotaşıyıcı geliştirilmiştir. Stabilitesi arttırılmış, aynı zamanda hücre içinde parçalanabilir özellikte olan miseller, asite duyarlı bir çapraz bağlayıcı varlığında RAFT polimerizasyonu ile çekirdeği çapraz bağlanarak hazırlanmıştır. Hidrofilik kabuk kısmının nanotaşıyıcı özellikleri üzerindeki etkisini karşılaştırmak için, misellerin kabuk parçalarında poli(OEGMA) ve poli(SBMA) kullanılmıştır. İlk tasarımda ilaç (DOX) parçalanabilir bir bağlayıcı ile konjuge edilirken, ikinci tasarımda inkübasyon yoluyla yüklenmiştir. Hedeflenen miseller, HER2'ye özgü peptitlerin (VSSTQDFP ve LTVSPWY) ve antikorun (Herceptin) sırasıyla poli(OEGMA) ve poli(SBMA) bazlı ÇÇM'lere bağlanmasıyla elde edilmiştir. Bu nanotaşıyıcılar, kan dolaşımında kararlı, ancak kontrollü ilaç salımını sağlamak için hücre içinde parçalanabilir olacak şekilde tasarlanmıştır. Nanotaşıyıcılar, tüm sentez ve konjugasyon adımlarında yapısal olarak FTIR ve 1H-NMR ile karakterize edilmiştir. Ayrıca, nanotaşıyıcılar ve ilaç yüklü formülasyonlar, boy ve boy dağılımı ile morfolojik açıdan ışık saçılması ve TEM/SEM analizleri ile incelenmiştir. Sonuç olarak, tasarlanan nanotaşıyıcıların meme kanseri tedavisi için HER2'ye özgü ilaç salımı için oldukça yüksek potansiyele sahip olduğu görülmüştür. Bu tez çalışması, meme kanserinin HER2 hedefli tedavisi için yüksek stabilite, pH duyarlılığı ve yüksek seçicilik sergileyen iki farklı sistemin başarılı bir şekilde elde edilmiş olması nedeniyle büyük önem taşımaktadır.