Doksorubisin taşıyan misellerin MDA-MB-231 üçlü negatif meme kanseri hücreleri üzerindeki apoptotik etkisi

GİRİŞ ve AMAÇ: Birçok antikanser ajanı, yüksek sistemik toksisite veya retiküloendotelyal sistem tarafından hızlı eliminasyon nedeniyle terapötik etkinliğini sınırlı düzeyde gösterebilmektedir. Bu nedenle, ilacın doğrudan tümör dokusuna hedeflenmesini sağlayan nano-taşıyıcı sistemler son yıllarda dikkat çekici bir araştırma alanı haline gelmiştir. Bu çalışmanın amacı, metoksi polietilen glikol-blok-polikaprolakton (mPEG-b-PCL) esaslı doksorubisin (DOX) yüklü miseller (DOXld-M) ile DOX kovalent konjugasyonu ile oluşturulan misellerin (DOXconj-M) hazırlanması, karakterizasyonu ve bu sistemlerin MDA-MB-231 meme kanseri hücreleri üzerindeki biyolojik etkilerinin karşılaştırılmasıdır.
YÖNTEM ve GEREÇLER: BDOX, ya doğrudan mPEG-b-PCL misellerine yüklenmiş (DOXld-M) ya da hidrazid fonksiyonlu mPEG-b-PCL’ye kovalent olarak bağlanarak konjuge edilmiş (DOXconj-M) ve sonrasında misel yapısı oluşturulmuştur. Misellerin fizikokimyasal özellikleri ve ilaç salım profilleri belirlenmiştir. Hücresel düzeyde ise, MDA-MB-231 hücrelerinde sitotoksisite, hücre içine alımı, hücre göçü ve koloni oluşumu üzerine etkileri değerlendirilmiştir. Apoptotik yanıtlar; akış sitometrisi, qRT-PCR, mitokondriyal transmembran potansiyel ölçümleri ve reaktif oksijen türleri (ROS) tayini ile incelenmiştir. Ayrıca, HUVEC hücreleriyle yapılan ko-kültür sisteminde her iki misel formülasyonunun anti-anjiyogenik etkileri araştırılmıştır.
BULGULAR: Her iki misel türü de asidik koşullarda nötr ortama kıyasla daha hızlı ilaç salımı göstermiş olup bu durum, tümör mikroçevresinin asidik karakteri açısından terapötik avantaj sunmaktadır. DOX konjugasyonu, yüklemeye kıyasla daha kontrollü ve yavaş ilaç salımı sağlamıştır. İlaç içermeyen miseller herhangi bir sitotoksisite göstermemiştir. DOX’un doğal floresansı, misellerin hücreler tarafından etkin biçimde internalize edildiğini doğrulamıştır. Tüm DOX içeren miseller MDA-MB-231 hücrelerinde proliferasyon ve göçü belirgin şekilde baskılamıştır. Özellikle DOXld-M, apoptotik hücre oranında artış, Bax ve p53 gen ifadesinde belirgin yükseliş, Bcl-2 ve Bcl-xL ifadesinde anlamlı azalma ve ROS üretiminde artış ile karakterize edilmiştir. Her iki misel formülasyonu da mitokondriyal membran potansiyelinde azalmaya yol açmış ve apoptoz indüksiyonunu tetiklemiştir.

TARTIŞMA ve SONUÇ: Sonuçlar, DOXld-M’nin apoptoz indüklemede ve MDA-MB-231 hücrelerinin proliferasyonunu engellemede DOXconj-M’ye kıyasla daha etkili olduğunu göstermektedir. Bu bulgular, mPEG-b-PCL tabanlı DOX yüklü misellerin kanser tedavisinde umut vadeden nano-taşıyıcı sistemler olabileceğini ortaya koymaktadır.

Anahtar Kelimeler: Doksorubisin, hidrazon, ilaç yükleme, meme kanseri, apoptoz

Apoptotic effect of doxorubicin delivering micelles on MDA-MB-231 triple negative breast cancer cells

INTRODUCTION: Many anticancer agents exhibit limited therapeutic efficacy due to high systemic toxicity or rapid elimination by the reticuloendothelial system. Therefore, nanocarrier systems that enable drug targeting directly to tumor tissue have become a significant research area in recent years. The aim of this study was to prepare and characterize methoxy polyethylene glycol-block-polycaprolactone (mPEG-b-PCL)-based doxorubicin (DOX)-loaded micelles (DOXld-M) and micelles formed by covalent conjugation of DOX (DOXconj-M), and to compare the biological effects of these systems on MDA-MB-231 breast cancer cells.
METHODS: DOX was either loaded directly onto mPEG-b-PCL micelles (DOXld-M) or covalently conjugated to hydrazide-functionalized mPEG-b-PCL (DOXconj-M), resulting in micelle formation. The physicochemical properties and drug release profiles of the micelles were determined. At the cellular level, their effects on cytotoxicity, cell internalization, cell migration, and colony formation were evaluated in MDA-MB-231 cells. Apoptotic responses were investigated using flow cytometry, qRT-PCR, mitochondrial transmembrane potential measurements, and reactive oxygen species (ROS) assays. Furthermore, the anti-angiogenic effects of both micelle formulations were investigated in a co-culture system with HUVEC cells.
RESULTS: Both micelle types exhibited faster drug release under acidic conditions compared to neutral conditions, offering a therapeutic advantage given the acidic nature of the tumor microenvironment. DOX conjugation provided more controlled and slower drug release compared to loading. Drug-free micelles did not exhibit any cytotoxicity. The natural fluorescence of DOX confirmed that the micelles were effectively internalized by the cells. All DOX-containing micelles significantly suppressed proliferation and migration in MDA-MB-231 cells. In particular, DOXld-M was characterized by an increase in the proportion of apoptotic cells, a significant increase in Bax and p53 gene expression, a significant decrease in Bcl-2 and Bcl-xL expression, and an increase in ROS production. Both micelle formulations decreased mitochondrial membrane potential and triggered apoptosis induction.
DISCUSSION AND CONCLUSION: The results indicate that DOXld-M was more effective than DOXconj-M in inducing apoptosis and inhibiting proliferation of MDA-MB-231 cells. These findings suggest that mPEG-b-PCL-based DOX-loaded micelles may be promising nanocarrier systems for cancer therapy.

Keywords: Doxorubicin, hydrazone, drug loading, breast cancer, apoptosis