Nanocząsteczki ZCD-NPs: przełom w leczeniu raka jajnika?

Nanocząsteczki ZCD-NPs: Nowa nadzieja w terapii raka jajnika?

Nanocząsteczki zeina-kazeinian sodu-diosmina (ZCD-NPs) wykazują obiecujący potencjał w leczeniu raka jajnika. W przeprowadzonym badaniu oceniono skuteczność ZCD-NPs jako systemu dostarczania leku przeciwnowotworowego na modelu in vitro komórek raka jajnika linii A2780. Systemy dostarczania leków oparte na nanokatownikach stanowią innowacyjne podejście w terapii nowotworów, umożliwiając selektywne dostarczanie substancji aktywnych do tkanek nowotworowych przy minimalnym wpływie na zdrowe komórki.

Nanocząsteczki ZCD-NPs zostały przygotowane poprzez rozpuszczenie proszku zeiny (1 g) i diosminy (0,1 g) w 20 ml 80% etanolu, a następnie rozcieńczenie 50 ml wody destylowanej zawierającej kazeinian sodu (25 mg/ml). Mieszaninę poddano desolwacji próżniowej i wirowaniu, a następnie liofilizacji. Charakterystyka fizykochemiczna ZCD-NPs wykazała średni rozmiar cząstek 265,30 nm z indeksem polidyspersyjności (PDI) 0,21, co wskazuje na dobrą jednorodność układu. Analiza mikroskopowa FESEM potwierdziła sferyczny kształt nanocząstek o średniej średnicy 157,86 nm, gładkiej powierzchni i jednolitym rozmiarze. Spektroskopia FTIR potwierdziła obecność charakterystycznych grup funkcyjnych wszystkich składników, wskazując na skuteczną koniugację diosminy z kompozytem zeina-kazeinian. Efektywność enkapsulacji diosminy wynosiła imponujące 93,45%.

Czy selektywna cytotoksyczność zmienia zasady gry?

Badania cytotoksyczności wykazały selektywne działanie ZCD-NPs na komórki nowotworowe. W teście MTT komórki raka jajnika A2780 wykazały znaczną wrażliwość na ZCD-NPs, z wyraźnym spadkiem żywotności nawet przy niskich stężeniach (66,9% przy 7,8 μg/ml). W przeciwieństwie do tego, normalne komórki fibroblastów skóry (HDF) zachowały żywotność powyżej 95% przy stężeniach do 31,2 μg/ml. Wartość IC50 dla komórek A2780 mieściła się w zakresie 7,8-15,6 μg/ml, podczas gdy dla komórek HDF przekraczała 500 μg/ml. Co istotne, wolna diosmina była bardziej toksyczna dla komórek normalnych niż ZCD-NPs, a jednocześnie ZCD-NPs wykazywały silniejsze działanie przeciwnowotworowe niż wolna diosmina. Ta różnica w odpowiedzi wskazuje na potencjał terapeutyczny ZCD-NPs, umożliwiający skuteczne celowanie w komórki nowotworowe przy jednoczesnym oszczędzaniu zdrowych tkanek.

Analiza apoptozy z wykorzystaniem cytometrii przepływowej potwierdziła, że ZCD-NPs indukują apoptozę w komórkach A2780 w sposób zależny od dawki. Podczas gdy nieleczone komórki A2780 wykazywały całkowitą apoptozę na poziomie 3,08%, leczenie ZCD-NPs w stężeniach 5, 25 i 125 μg/ml skutkowało odpowiednio 27,6%, 52,98% i 67,54% całkowitej apoptozy. Barwienie AO/PI i DAPI dodatkowo potwierdziło cytotoksyczne działanie ZCD-NPs, wykazując zmniejszenie zielonej fluorescencji i zwiększenie czerwonej (wskazującej na uszkodzenie błony komórkowej) wraz ze wzrostem stężenia. Obserwowano również zależną od dawki kondensację i fragmentację jąder komórkowych, charakterystyczną dla apoptozy.

Jak molekularne mechanizmy i właściwości antyoksydacyjne wpływają na terapię?

Molekularny mechanizm działania ZCD-NPs został zbadany poprzez analizę ekspresji genów związanych z apoptozą. Ekspresja p53 była podwyższona przy stężeniach 25 i 125 μg/ml ZCD-NPs w porównaniu z kontrolą, choć statystycznie istotny wzrost obserwowano tylko przy 125 μg/ml. Ekspresja kaspazy 8 była znacząco zwiększona przy stężeniach 25 i 125 μg/ml, a ekspresja kaspazy 9 wykazywała istotny wzrost przy 125 μg/ml. Jednoczesny wzrost ekspresji p53 i genów kaspaz sugeruje, że ZCD-NPs mogą indukować śmierć komórek nowotworowych A2780 poprzez aktywację szlaku p53 i inicjację apoptozy.

Badania wykazały również, że ZCD-NPs posiadają znaczącą aktywność antyoksydacyjną. Zdolność do neutralizacji wolnych rodników DPPH wzrastała wraz ze stężeniem, osiągając około 8,9 ± 2,3% inhibicji przy 2000 μg/ml. Natomiast aktywność neutralizująca ABTS była znacznie wyższa, wykazując około 64,4 ± 1,8% inhibicji przy tym samym stężeniu. Wyniki te wskazują, że ZCD-NPs są bardziej skuteczne w neutralizacji wolnych rodników ABTS, szczególnie przy wyższych stężeniach.

Czy diosmina to klucz do rewolucji w leczeniu nowotworów?

Wyniki badania są zgodne z wcześniejszymi doniesieniami o właściwościach przeciwnowotworowych diosminy. Liczne badania wykazały, że diosmina może indukować apoptozę w różnych typach nowotworów, w tym w raku piersi, prostaty i jelita grubego. Mechanizm działania diosminy obejmuje modulację szlaków sygnałowych związanych z progresją nowotworów i apoptozą, w tym szlaków STAT3/c-Myc, NF-κB, Wnt i PI3K/Akt.

Diosmina (3′,5,7-trihydroksy-4′-metoksyflawon-7-ramnoglukozyd) jest cytrusowym flawonoidem glikozydowym o właściwościach antyoksydacyjnych, przeciwzapalnych i wazoprotekcyjnych. Najnowsze badania ujawniły również potencjał przeciwnowotworowy diosminy. Wykazano, że diosmina może hamować wzrost guza i przerzuty poprzez blokowanie angiogenezy poprzez obniżenie regulacji czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF). Ograniczenie angiogenezy jest istotną strategią kontrolowania progresji nowotworów. Ponadto diosmina działa na kilka kluczowych szlaków sygnałowych związanych z progresją nowotworów i apoptozą, w tym hamuje szlak STAT3/c-Myc, promując apoptozę i zmniejszając wzrost guza, szczególnie w kostniakomięsaku.

Jakie korzyści niesie unikalna kompozycja ZCD-NPs?

Unikalna kompozycja ZCD-NPs, oparta na zeinie i kazeinianie sodu, poprawia biokompatybilność i bioaktywność, ułatwiając rozpoznawanie komórkowe i pobieranie. Zeina, jako białko pochodzenia roślinnego o doskonałej wytrzymałości mechanicznej i biodegradowalności, umożliwia skuteczne ładowanie i kontrolowane uwalnianie leków. Kazeinian sodu wzmacnia integralność strukturalną zeiny, zwiększając rozpuszczalność enkapsulowanych związków. Połączenie tych dwóch białek tworzy nanocząsteczki, które chronią bioaktywne substancje przed degradacją i wzmacniają ich efekty terapeutyczne.

Kompozyty zeina-kazeinian sodu (ZC-composites) wyłoniły się jako obiecujący system dostarczania leków w nanomedycynie. W różnych badaniach ZC-composites wykazały skuteczność w dostarczaniu leków przeciwnowotworowych, antybiotyków i związków bioaktywnych, wykazując obiecujące wyniki w leczeniu nowotworów, chorób zakaźnych i stanów zapalnych. Te nanocząsteczki wykorzystują unikalne właściwości zeiny, hydrofobowego białka kukurydzianego, oraz kazeiny, amfifilowego białka mlecznego. Zeina zwiększa enkapsulację związków hydrofobowych, podczas gdy kazeina poprawia dyspersję w wodzie i oferuje miejsca wiązania dla leków hydrofilowych.

Mimo że ZCD-NPs mają rozmiar przekraczający 200 nm, różne czynniki mogą zwiększać ich internalizację przez komórki. Badania pokazują, że komórki nadal mogą skutecznie pobierać nanocząsteczki w zakresie 100-500 nm, szczególnie gdy ich właściwości powierzchniowe są zoptymalizowane pod kątem interakcji z błonami komórkowymi. Dodatkowo, modyfikacje powierzchniowe za pomocą specyficznych ligandów lub polimerów mogą promować endocytozę, zwiększając internalizację nawet większych nanocząstek.

Jakie są perspektywy dalszych badań?

Podsumowując, badanie podkreśla obiecujący potencjał ZCD-NPs jako skutecznej strategii terapeutycznej w leczeniu raka jajnika. Wykazano zdolność tych nanocząsteczek do zwiększania biodostępności diosminy, indukowania selektywnej cytotoksyczności i aktywowania szlaków apoptotycznych, przy jednoczesnym wykazywaniu znaczących właściwości antyoksydacyjnych. Przyszłe badania powinny obejmować analizy reaktywnych form tlenu (ROS) i potencjału błony mitochondrialnej (MMP), aby ocenić apoptozę mitochondrialną w komórkach nowotworowych. Konieczne są również badania na innych liniach komórek nowotworowych oraz badania in vivo, aby potwierdzić te wyniki i dalej badać podstawowe mechanizmy działania ZCD-NPs.

Podsumowanie

Opracowane nanocząsteczki zeina-kazeinian sodu-diosmina (ZCD-NPs) stanowią innowacyjny system dostarczania leków w terapii raka jajnika. Charakteryzują się średnim rozmiarem 265,30 nm i wysoką efektywnością enkapsulacji diosminy na poziomie 93,45%. W badaniach in vitro na komórkach raka jajnika linii A2780 wykazano selektywne działanie cytotoksyczne ZCD-NPs, przy jednoczesnym zachowaniu bezpieczeństwa dla zdrowych komórek. System indukuje apoptozę w sposób zależny od dawki, aktywując szlak p53 oraz zwiększając ekspresję kaspaz 8 i 9. ZCD-NPs wykazują również znaczącą aktywność antyoksydacyjną, szczególnie w neutralizacji wolnych rodników ABTS. Unikalna kompozycja oparta na zeinie i kazeinianie sodu zapewnia biokompatybilność i skuteczne dostarczanie diosminy do komórek nowotworowych. Wyniki badań sugerują, że ZCD-NPs mogą stanowić obiecującą strategię terapeutyczną w leczeniu raka jajnika, wymagającą jednak dalszych badań in vivo dla pełnego potwierdzenia skuteczności.

Bibliografia

Faezi Mahmoud, Motavalizadehkakhky Alireza, Homayouni Tabrizi Masoud, Dolatabadi Samaneh and Es-haghi Ali. Zein–sodium caseinate–diosmin nanoparticles as a promising anti-cancer agent with targeted efficacy against A2780 cell line. Scientific Reports 2025, 15(19), 10-19. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-93772-1.