Skip to main content
Login | Suomeksi | På svenska | In English

Light-activated liposomes as paclitaxel carriers and the optimization of a dynamic cell culture system

Show full item record

Title: Light-activated liposomes as paclitaxel carriers and the optimization of a dynamic cell culture system
Author(s): Mäki-Mikola, Eija
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Pharmacy
Degree program: Master's Programme in Pharmacy
Specialisation: Biopharmaceutics
Language: English
Acceptance year: 2020
Abstract:
Liposomit ovat nanokokoisia vesikkeleitä, jotka koostuvat fosfolipidien muodostamasta kaksoiskalvosta. Niitä voidaan hyödyntää lääkeaineiden kantajina, jolloin lääkeaine sisällytetään joko liposomien hydrofiiliseen sisäosaan, tai niiden hydrofobiseen kaksoiskalvoon. Syöpälääkkeiden kohdalla liposomaaliset formulaatiot ovat osoittaneet kykynsä vähentää syöpälääkkeiden haittavaikutuksia. Haittojen väheneminen saavutetaan pääasiassa syöpäkudoksen parantuneen läpäisevyys- ja kertymisvaikutuksen ansiosta (EPR), minkä seurauksena liposomit kertyvät syöpäkudokseen. Tavalliset liposomit vapauttavat lääkeainevarastonsa passiivisesti, jolloin osa lääkeaineesta jakautuu myös terveisiin kudoksiin. Tämän vuoksi on tarve kehittää liposomeja, joista lääkeaine voidaan vapauttaa ulkoisen signaalin avulla. Tämän pro gradu -projektin tarkoituksena oli määrittää valolla aktivoitavien paklitakseli-liposomien potentiaalisuus keuhkosyövän hoidossa, ja optimoida dynaaminen solukasvatussysteemi, QuasiVivo® (QV), valolla aktivoitavien paklitakseli-liposomien haittavaikutusten tutkimista varten. Hypoteesin mukaan paklitakseli-liposomien valoaktivointi voisi lisätä paklitakselihoidon tehoa, ja solujen kasvatus virtausolosuhteissa voisi parantaa solujen elävyyttä. Tutkimuksessa määritettiin liposomien tehokkuus sisällyttää paklitakselia lipidikalvoon ja paklitakselin sisällyttämisen vaikutukset liposomien faasitransitiolämpötilaan. Liposomien stabiilisuutta tutkittiin tarkkailemalla liposomien kokoa ja valoherkistäjän absorbanssia säilytyksen aikana. Keuhkosyöpäsolulinja A549:n soluja viljeltiin QV:n sisällä ja niiden elävyyttä seurattiin kahden kaupallisen elävyysmittaus-analyysin avulla. Paklitakselin sisällyttäminen liposomeihin laski faasitransitiolämpötilaa, mutta liposomit pysyivät stabiileina testatuissa olosuhteissa. Paklitakseli-liposomien teho valotuksen kanssa ja ilman oli samankaltainen kuin vapaan paklitakselin teho. QV:ssa kasvatettujen A549-solujen elävyys ei lisääntynyt verrattuna staattisissa olosuhteissa kasvatettuihin soluihin. Elävyys oli hieman korkeampi hitaammissa virtausolosuhteissa kasvatetuilla soluilla. Valoaktivoitavat paklitakseli-liposomit eivät parantaneet paklitakselihoidon tehoa. Kumpikaan virtausnopeuksista ei ollut optimaalinen A549-solujen kasvatuksessa, sillä toistettujen kokeiden välillä oli suurta vaihtelua. Koska pääasiallinen syy liposomien kykyyn vähentää haittavaikutuksia johtuu EPR:stä, on todennäköistä, että in vivo kokeissa voitaisiin nähdä erot liposomaalisen ja vapaan paklitakselin välillä. Valoaktivaation vähäiset vaikutukset johtuivat todennäköisesti soluille annetun käsittelyliuoksen liian alhaisesta valoherkistäjän pitoisuudesta.
Liposomes are nano-sized vesicles, that are composed of a phospholipid bilayer structure. They can be utilized as drug carriers, in which case the drug is incorporated either to their hydrophilic internal cavity, or into their hydrophobic bilayer structure. For anticancer drugs, liposomal formulations have exhibited their capability in reducing adverse effects of anticancer drugs. This is achieved mainly by the enhanced permeability and retention (EPR) effect, in which liposomes accumulate into tumour tissue. However, the conventional liposomes release their drug content passively, and a proportion of drug is distributed to off-target tissues. Therefore, there is a demand to develop liposomes from which the content can be released in a controlled manner, by an external stimulus. The objectives of this master’s thesis project were to determine the potential of light-activated paclitaxel (PTX) liposomes for the treatment of lung cancer, and to optimize a dynamic cell culture system, QuasiVivo® (QV), to study the off-target effects of light-activated PTX liposomes. The hypothesis was that the induction of the light-activated PTX liposomes would increase the efficiency of paclitaxel treatment. For QV experiments, it was expected that the presence of flow would improve the viability of the cells. The encapsulation efficiency of PTX into the liposomes and the effect of the PTX incorporation into the phase transition temperature of the liposomes were determined. The stability of liposomes was determined by monitoring the liposomal size and light sensitizer absorbance during a storage period. The cells of lung cancer cell line A549 were cultured inside QV system, and their viability was monitored with two commercial cell viability assays. Incorporation of PTX decreased the phase transition temperature, but the liposomes remained stable in the studied conditions. The PTX liposome treatments with and without light activation resulted in the similar efficacy as free PTX treatment did. A549 cells failed to display superior viability inside the QV compared to static conditions. Cells cultured under lower flow rate portrayed modestly higher viability. The light-activated PTX liposomes did not improve the efficacy of PTX treatment. Neither of the flow rates were optimal for A549 cells, as the variation between experiments was high. The EPR effect is the main reason for the improved effects of liposomal anticancer drugs, therefore, it is likely that in vivo experiments would elicit the differences between the efficacy of the liposomal and free PTX. The non-existent effects of light activation on the viability are likely caused by the low total concentration of the light sensitizer in the treatment solution.
Keyword(s): light-activated liposomes indocyanine green ICG paclitaxel anticancer drugs controlled release Quasi Vivo


Files in this item

Files Size Format View
Maki-Mikola_Eij ... ll culture system_2020.pdf 1.332Mb PDF

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record