Ανάπτυξη καινοτόμων νανοσυστημάτων για εφαρμογή στη φωτοδυναμική θεραπεία του καρκίνου

Δρόλαπας, Ανάργυρος; Drolapas, Anargyros

dc.contributor.author	Δρόλαπας, Ανάργυρος	el
dc.contributor.author	Drolapas, Anargyros	en
dc.date.accessioned	2023-01-23T10:56:43Z
dc.date.available	2023-01-23T10:56:43Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56826
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24524
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Φωτοδυναμική Θεραπεία & Διάγνωση	el
dc.subject	Καρκίνος	el
dc.subject	Χρωστική Εγγύς Υπερύθρου	el
dc.subject	Φωτοευαισθητοποιητής	el
dc.subject	Σύμπλοκα Εγκλωβισμού	el
dc.subject	Photodynamic Therapy & Diagnosis	en
dc.subject	Cancer	en
dc.subject	Near-infrared Dye	en
dc.subject	Photosensitizer	en
dc.subject	Inclusion Complexes	en
dc.subject	Νανοσύστημα	el
dc.subject	Nanosystem	en
dc.subject	Κυανίνη	el
dc.subject	Cyanine	en
dc.subject	Κυκλοδεξτρίνη	el
dc.subject	Cyclodextrin	en
dc.subject	Χιτοζάνη	el
dc.subject	Chitosan	en
dc.subject	Φωτοπροστασία	el
dc.subject	Photoprotection	en
dc.subject	Οξειδωτικό Στρες	el
dc.subject	Oxidative Stress	en
dc.title	Ανάπτυξη καινοτόμων νανοσυστημάτων για εφαρμογή στη φωτοδυναμική θεραπεία του καρκίνου	el
dc.title	Preparation and Characterization of Supramolecular Inclusion Complexes of a Near-infrared Fluorescent Cyanine-type Photosensitizer with β-Cyclodextrin for Theranostic Cancer Applications.	en
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle	Development of Novel Nanosystem for Bio-imaging and Photodynamic Cancer Therapy: The Case of β-Cyclodextrin Inclusion Complexes with a Near-infrared Cyanine-type Photosensitizer	en
heal.classification	Νανοϊατρική	el
heal.classification	Φαρμακευτική Νανοτεχνολογία	el
heal.classification	Nanomedicine	en
heal.classification	Pharmaceutical Nanotechnology	en
heal.classification	Νανοφωτονική	el
heal.classification	Nanophotonics	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-10-05
heal.abstract	Η Φωτοδυναμική Διάγνωση (PDD) και Θεραπεία (PDT) αποτελεί ιδιαίτερα καινοτόμο προσέγγιση για την αντιμετώπιση μεταστατικών καρκίνων, επιτρέποντας ταυτόχρονη απεικόνιση και εξάλειψη του καρκινικού όγκου (Theranostics). Οι κυανίνες αποτελούν υποψήφιους φωτοευαισθητοποιητές (PS) με εξαιρετικές οπτικές ιδιότητες, καθώς απορροφούν και εκπέμπουν ακτινοβολία στην εγγύς υπέρυθρη περιοχή (750-1000 nm), εξυπηρετώντας βαθύτερη διείσδυση του φωτός στον καρκινικό ιστό, ενώ παράλληλα παράγουν δραστικές μορφές οξυγόνου (ROS) κατόπιν ακτινοβόλησης. Ο εγκλωβισμός των φωτοευαισθητοποιητών εγγύς υπερύθρου σε βιοσυμβατά νανοσυστήματα μεταφοράς, αποτελεί μία υποσχόμενη στρατηγική για την αντιμετώπιση των προκλήσεων που εμφανίζονται κατά την κλινική εφαρμογή θερανωστικών οργανικών μορίων, όπως η χαμηλή υδατοδιαλυτότητα και βιοδιαθεσιμότητα, η φωτοαποδόμηση και η συσσωμάτωση. Στην παρούσα εργασία, χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος kneading για την σύνθεση συμπλόκων εγκλωβισμού (ICs) στη νανο-κλίμακα, μεταξύ της κυανίνης IR-786 Iodide και διαφόρων φορέων κυκλοδεξτρίνης, συμπεριλαμβανόμενών της β-κυκλοδεξτρίνης (β-CD), της γ-κυκλοδεξτρίνης (γ-CD), καθώς και του τροποποιημένου παραγώγου της β-CD, 2-υδροξυπροπυλ-β-κυκλοδεξτρίνη (HP-β-CD). Το προφίλ αποδέσμευσης της κυανίνης IR-786 τροποποιήθηκε περαιτέρω φορτώνοντας το σύμπλοκο HP-β-CD:IR-786 Iodide IC σε νανοσωματίδια χιτοζάνης (CS NPs), τα οποία παρασκευάστηκαν μέσω της τεχνικής ιονική πηκτωμάτωση. Τα παραγόμενα ICs και CS NPs χαρακτηρίστηκαν μέσω διαφόρων αναλυτικών τεχνικών, όπως DLS, ATR-FTIR, UV-VIS, και φασματοφωτομετρία φθορισμού. Η απόδοση εγκλωβισμού των συντεθειμένων ICs προσδιορίστηκε μέσω της φασματοφωτομετρίας UV-Vis και προέκυψε υψηλότερη από 70% σε κάθε περίπτωση. Η μέση υδροδυναμική διάμετρος των ICs σε υδατική διασπορά κυμάνθηκε από 147.3 έως 203.4 nm, με τιμές δείκτη πολυδιασποράς της τάξης του 0.450, ενώ το ζ-δυναμικό κυμάνθηκε από +27.5 mV έως τα +32.1 mV, υποδεικνύοντας ικανοποιητική κολλοειδή σταθερότητα. Αναφορικά με τις οπτικές ιδιότητες, η συμπλοκοποίηση του φωτοευαισθητοποιητή με την HP-β-CD, περιόρισε την τάση δημιουργίας διμερών συσσωματωμάτων της κυανίνης στην υδατική φάση, όπως προσδιορίστηκε από τη φασματοφωτομετρία UV-Vis. Οι μελέτες της κινητικής φωτοαποδόμησης και παραγωγής ROS, πραγματοποιήθηκαν κατόπιν ακτινοβόλησης με κόκκινο laser σε pH=7.4, με σκοπό την αξιολόγηση της φωτοσταθερότητας, και της ικανότητας της ελεύθερης και της συμπλοκοποιημένης κυανίνης να παράγει ROS. Ανάμεσα στους εξεταζόμενους φορείς, η HP-β-CD προσέφερε την υψηλότερη φωτοσταθερότητα στην κυανίνη, καθώς και τον υψηλότερο ρυθμό παραγωγής ROS. Ενδιαφέρον παρουσίασε η μελέτη φωτοαποδόμησης των CS NPs, όπου παρατηρήθηκε αύξηση της απορρόφησης της κυανίνης εντός 4 λεπτών ακτινοβόλησης, σηματοδοτώντας αποκρινόμενη αποδέσμευση στην ακτινοβολία. Τέλος, τα CS NPs παρουσίασαν χαμηλότερο ρυθμό παραγωγής ROS από το σύμπλοκο HP-β-CD:IR-786 Iodide IC, αποδεικνύοντας την παρατεταμένη αποδέσμευση του νανοσυστήματος.	el
heal.abstract	Photodynamic Diagnosis (PDD) and Therapy (PDT) is a novel approach for cancer theranostics and imaging-guided treatment of metastatic tumors. Heptamethine cyanine dyes are potential Photosensitizers (PS) with excellent optical properties, as they can absorb and emit light in the near-infrared range (750–1000 nm), improving light penetration through cancer tissue, while generating Reactive Oxygen Species (ROS) upon irradiation. The encapsulation of NIR-photosensitizing dyes in biocompatible drug delivery nanosystems, is a promising strategy to overcome challenges commonly presented during the administration of organic theranostic probes, such as poor aqueous solubility and bioavailability, photobleaching and aggregation. In the present work, the kneading method was utilized to prepare nanosized inclusion complexes (ICs) of the cyanine IR-786 Iodide with different cyclodextrin carriers, including β-Cyclodextrin (β-CD), γ-Cyclodextrin (γ-CD), as well as the chemically modified β-CD derivative, 2-hydroxypropyl-β-Cyclodextrin (HP-β-CD). The release profile of IR-786 was further modified by loading the HP-β-CD:IR-786 Iodide IC in chitosan nanoparticles (CS NPs), prepared with the ionic gelation method. The obtained ICs and CS NPs were characterized using various analytical techniques, including DLS, ATR-FTIR, UV-Vis and Fluorescence spectroscopy. Inclusion efficiency of the obtained ICs was determined via UV-Vis and was found higher than 70% for each case. Regarding the synthesis of CS NPs, a high entrapment efficiency of cyanine was achieved using the final freeze-dried product. The average hydrodynamic size of ICs in aqueous dispersion ranged from 147.3 to 203.4 nm with polydispersity index values in the magnitude of 0.450, while zeta potential ranged from +27.5 mV to +32.1 mV, indicating sufficient stability in aqueous dispersion. Regarding optical properties, the supramolecular complexation of the photosensitizer IR-786 Iodide with HP-β-CD, restricted cyanine’s tendency to form dimeric aggregates in aqueous media, as observed via UV-Vis spectrometry. Photobleaching kinetics and ROS generation studies were conducted upon red laser irradiation at pH=7.4, in order to evaluate the photostability and ROS production capacity of free and encapsulated IR-786 Iodide in cyclodextrin ICs, respectively. Among the studied carriers, HP-β-CD offered the highest photostability to IR-786, as well as the highest ROS generation rate. Interestingly, regarding the photobleaching study of CS NPs, cyanine’s absorbance increased during the first 4 min of irradiation, signifying light-responsive release of the encapsulated photosensitizer. Furthermore, CS NPs exhibited slower rate of ROS production in comparison to the HP-β-CD IC, proving the sustained release feature of the final formulation.	en
heal.advisorName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.advisorName	Detsi, Anastasia	en
heal.committeeMemberName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.committeeMemberName	Pavlatou, Evangelia	en
heal.committeeMemberName	Μπέλτσιος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Beltsios, Konstantinos	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I). Εργαστήριο Οργανικής Χημείας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	159 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false