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

Light-activated ICG-liposomes as nanocarriers for anti-tumor peptides

Show full item record

Title: Light-activated ICG-liposomes as nanocarriers for anti-tumor peptides
Author(s): Karumo, Suvi
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Pharmacy
Degree program: Master 's Programme in Pharmacy
Specialisation: Biopharmaceutics
Language: English
Acceptance year: 2022
Abstract:
Liposomit ovat biologisesti yhteensopivia pallomaisia nanokokoisia vesikkelejä, jotka koostuvat hydrofobisesta fosfolipidikaksoiskalvosta ja hydrofiilisestä ytimestä. Niitä voidaan hyödyntää lääkeainekuljettimina sisällyttämällä molekyylejä ytimen sisään tai osaksi kaksoiskalvoa, jolloin voidaan saada useita hyötyjä, kuten nopean puhdistuman estäminen ja haittavaikutusten väheneminen, kun systeeminen altistuminen alenee. Huolimatta mittavista yrityksistä suunnitella ja kehittää liposomeja, joilla voitaisiin parantaa terapeuttisia tuloksia, ainoastaan alhaisia lääkeainekonsentraatioita on saavutettu kohdekudoksissa, kuten esimerkiksi syöpäkasvaimissa. Ulkoisen ärsykkeen seurauksena aktivoituvia liposomeja voitaisiin soveltaa potentiaalisina kuljettimina, jolloin voitaisiin saada aikaan ajallisesti ja paikallisesti kontrolloitu lääkkeen kuljetus, toisin sanoen lääkkeen vapautuminen voitaisiin paremmin määrittää ja rajata kohdealueelle. Tässä työssä tavoitteena oli tutkia valoaktivoituvia indosyaniinivihreä(ICG)liposomeja nanokuljettimina peptidipohjaisille syöpälääkeaineille. Valmistettujen liposomien fysikaaliskemiallisia ominaisuuksia, stabiilisuutta ja toiminnallisuutta määritettiin samalla optimoiden formulaatiota tarpeen mukaan ja käyttäen mallipeptidejä liposomien sisään pakattuina yhdisteinä. Lisäksi tutkittiin peptidien stabiilisuutta lähi-infrapuna(NIR)valolle altistuksen aikana, sekä angiogeneesiä estävien mallipeptidien vaikutuksia in vitro. Liposomien stabiilisuutta arvioitiin seuraamalla niiden kokoa, ICG:n eheyttä ja peptidien passiivista vapautumista ajan kuluessa, sekä määrittämällä eri formulaatioiden faasitransitiolämpötilat. Liposomit pysyivät riittävät stabiileina eri relevanteissa olosuhteissa, eivätkä havaitut faasitransitiolämpötilat viitanneet lipidikaksoiskalvon muuttuvan läpäiseväksi fysiologisissa lämpötiloissa. Kuitenkin passiivisen vapautumisen havaittiin olevan nopeaa kaikissa formulaatioissa, vaikkakin ”rigid” formulaatiossa jäykemmän lipidikaksoiskalvon ansiosta tahatonta vapautumista saatiin hieman vähennettyä verrattuna muihin formulaatioihin. Toisaalta aktivoitu vapautuminen valoaltistuksen seurauksena oli huomattavan alhainen kaikilla formulaatioilla. Valoaltistuksen ei kuitenkaan havaittu vaikuttavan peptidien eheyteen. Peptideillä ei myöskään havaittu olevan solutoksisia vaikutuksia, kun ihmisen verisuoniendoteelisoluja (HUVEC) altistettiin peptideille. Muihin formulaatioihin verrattuna viimeisimmällä ”rigid”-formulaatiolla havaittiin olevan parhaimmat toiminnalliset ominaisuudet. Jää kuitenkin selvitettäväksi, voisiko formulaatiota vielä parantaa entisestään optimaalisen toiminnallisuuden ja stabiilisuuden saavuttamiseksi, ja missä määrin kuljetettavan molekyylin ominaisuudet vaikuttavat liposomien toimivuuteen.
Liposomes are biocompatible spherical nanosized vesicles consisting of hydrophobic phospholipid bilayer encasing an aqueous core. They can be utilized as drug carriers by either encapsulating molecules inside the core or embedding them in the bilayer accordingly to achieve numerous advantages such as prevention of rapid clearance and reduction of adverse effects as systemic exposure is reduced. Despite the marked efforts in designing the liposomes to improve therapeutic outcomes, only limited drug concentrations are achieved at the target sites such as in solid tumors. Stimuli-responsive liposomes could be applied as potential delivery systems to achieve spatiotemporally controlled drug delivery, i.e., the drug release could be pinpointed and restrained to the target site. In this thesis, the objective was to study the light-activated indocyanine green (ICG) liposomes as nanocarriers for peptide-based anti-tumor agents. The physicochemical characteristics, stability and functionality of the prepared liposomes were determined alongside optimizing the formulation as needed and utilizing different model peptides as encapsulated compounds. Additionally, the peptide stability during near-infrared (NIR) light illumination and the effects of the anti-angiogenic model peptides in vitro were investigated. The stability of the liposomes was assessed by monitoring the size of the liposomes, intactness of ICG, and passive leakage of the peptides over time, and by determining the phase transition temperatures of the different formulations. The liposomes remained adequately stable in different relevant conditions, and the observed phase transition temperatures did not indicate the lipid bilayer becoming permeable in physiological temperatures. However, the rate of passive leakage was rather high in all formulations, although with stiffer lipid bilayer in the “rigid” formulation, the unintended release was able to be decreased slightly in comparison to the other formulations. On the other hand, light-triggered release upon illuminating the liposomes remained considerably low in all formulations. The intactness of peptides seemed to not be impacted by the illumination. Also, no cytotoxic effects were observed after exposing human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) to the peptides. The final “rigid” formulation showed the best functionality out of those included in the studies. It remains to be investigated whether the formulation could be improved further for optimal functionality and stability, and to what degree do the properties of the cargo molecule affect the performance of the liposomes.
Keyword(s): liposomes light-activation peptides cancer therapeutics angiogenesis vascular barriers


Files in this item

Files Size Format View
Karumo_Suvi_Master's Thesis_2022.pdf 992.8Kb PDF

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record