بررسی ویژگی‌های ضد سرطانی نانوذره اکسید آهن کنژوگه شده با کومارین و اسید هیالورونیک در رده سلولی سرطان پستان (MCF-7)

محورهای موضوعی : زیست سلولی و مولکولی

جواد صولتی ¹ , علی صالح زاده ^{2 *}

1 - گروه زیست‌شناسی، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران
2 - گروه زیست‌شناسی، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران

تاریخ دریافت : 1404/05/06 تاریخ پذیرش : 1404/05/28 تاریخ انتشار : 1404/06/18

کلید واژه: آپوپتوز, سرطان پستان, کومارین, هیالورونیک اسید ,

چکیده مقاله :

مقدمه: درمان سرطان پستان با توجه به وجود انواع متنوع آن و مقاومت به داروها به راحتی امکان‌پذیر نیست. داروهای جدید بر هدف‌گیری اختصاصی سلول‌های سرطانی به منظور بهبود اثربخشی شیمی درمانی متمرکز شده‌اند. این مطالعه با هدف بررسی اثرات ضدسرطانی نانوذره اکسید آهن کنژوگه با کومارین و اسید هیالورونیک (Fe₃O₄@Glu-CO-HA) بر رده سلولی سرطان پستان (MCF-7) انجام شد.

مواد و روش‌ها: نانوذره Fe₃O₄ به روش شیمیایی سنتز شد و با هیالورونیک اسید و کومارین کنژوگه شد. ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی نانوذرات با آزمایش‌های FT-IR، XRD، پتانسیل زتا و تصویربرداری SEM و TEM ارزیابی شد. اثرات مهاری نانوذرات بر سلول‌های سرطانی با آزمایش MTT در مدت 24 و 48 ساعت بررسی شد و از آنالیز فلوسایتومتری جهت تعیین فراوانی سلول‌های آپوپتوزی/نکروزی استفاده شد.

یافته‌ها: بر اساس نتایج، نانوذره اکسید آهن به خوبی سنتز شده و با اسید هیالورونیک و کومارین کنژوگه شد. ذرات دارای شکل کروی با اندازه 10 - 60 نانومتر و بار سطحی 11- میلی ولت بودند. نانوذره Fe₃O₄@Glu-CO-HA دارای اثرات مهاری وابسته به غلظت و زمان بر سلول‌های سرطانی بود و غلظت نیمه مهاری آن در 24 و 48 ساعت به ترتیب 111 و 63 میکروگرم/میلی‌لیتر بود. تیمار سلول‌های MCF-7 با نانوذره Fe₃O₄@Glu-CO-HA سبب افزایش درصد سلول‌های آپوپتوزی و نکروزی شد.

نتیجه گیری: این مطالعه اثرات ضدسرطانی قابل توجه نانوذره Fe₃O₄@Glu-CO-HA بر سلول‌های رده سرطان پستان را نشان داد. اثرات ضد سرطانی مشاهده شده را می‌توان به هدف‌گیری سلول‌های سرطانی به دلیل وجود اسید هیالورونیک بر سطح نانوذره و همچنین اثرات ضدسرطانی کومارین مرتبط دانست.

چکیده انگلیسی:

Introduction: Treatment of breast cancer is difficult due to the diverse, drug-resistant and metastatic types of the disease. New pharmaceutics have been focused on the specific targeting of cancer cells to improve the efficacy of chemotherapy. This study aimed to investigate the anticancer effects of iron oxide nanoparticles conjugated with coumarin and hyaluronic acid (Fe₃O₄@Glu-CO-HA) on breast cancer cell line (MCF-7).

Materials and Methods: Fe₃O₄ nanoparticles were chemically synthesized and conjugated with hyaluronic acid and coumarin. The physicochemical properties of the nanoparticles were evaluated by FT-IR, XRD, zeta potential and SEM and TEM imaging. The inhibitory effects of nanoparticles on cancer cells were investigated by MTT assay for 24 and 48 hours and flow cytometry analysis was used to determine the frequency of apoptotic/necrotic cells.

Results: According to the results, iron oxide nanoparticles were synthesized correctly and conjugated with hyaluronic acid and coumarin. The particles had a spherical shape with a size of 10-60 nm and a surface charge of -11mV. Fe₃O₄@Glu-CO-HA nanoparticles exhibited concentration- and time-dependent inhibitory effects on cancer cells, and the 24- and 48-hour 50% inhibitory concentration were 111 and 63μg/mL, respectively. Treatment of MCF-7 cells with Fe₃O₄@Glu-CO-HA nanoparticles caused a sharp increase in the percentage of apoptotic and necrotic cells.

Conclusion: This study showed significant anticancer effects of Fe₃O₄@Glu-CO-HA nanoparticles on the breast cancer cell line. The observed anticancer effects can be attributed to the targeting of cancer cells due to the presence of hyaluronic acid on the nanoparticle surface as well as the anticancer effects of coumarin.

منابع و مأخذ:

1-Sung H, Ferlay J, Siegel RL, Laversanne M, Soerjomataram I, Jemal A, Bray F. Global cancer statistics 2020: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA: a cancer journal for clinicians. 2021 May;71(3):209-49. https://doi.org/10.3322/caac.21660.

2-Wang J, Wu SG. Breast cancer: an overview of current therapeutic strategies, challenge, and perspectives. Breast Cancer: Targets and Therapy. 2023:721-30.

3- Ensenyat-Mendez M, Llinàs-Arias P, Orozco JI, Íñiguez-Muñoz S, Salomon MP, Sesé B, DiNome ML, Marzese DM. Current triple-negative breast cancer subtypes: dissecting the most aggressive form of breast cancer. Frontiers in oncology. 2021;11:681476. https://doi.org/10.3389/fonc.2021.681476

4- Bansal, V., Katiyar, S. S., & Dora, C. P. Toxicity aspects: Crucial obstacles to clinical translation of nanomedicines. In Direct Nose-to-Brain Drug Delivery. 2021;485-494. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-822522-6.00022-9
5-Sangaiya, P., & Jayaprakash, R. A review on iron oxide nanoparticles and their biomedical applications. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism. 2018;31(11), 3397-3413. https://doi.org/10.1007/s10948-018-4841-2

6-Michalczyk, M., Humeniuk, E., Adamczuk, G., & Korga-Plewko, A. Hyaluronic acid as a modern approach in anticancer therapy-review. International Journal of Molecular Sciences. 2022; 24(1), 103. https://doi.org/10.3390/ijms24010103

7- Dosio, F., Arpicco, S., Stella, B., & Fattal, E. Hyaluronic acid for anticancer drug and nucleic acid delivery. Advanced drug delivery reviews. 2016; 97, 204-236. http://dx.doi.org/10.1016/j.addr.2015.11.011

8-Zhong, Y., Goltsche, K., Cheng, L., Xie, F., Meng, F., Deng, C., ... & Haag, R. Hyaluronic acid-shelled acid-activatable paclitaxel prodrug micelles effectively target and treat CD44-overexpressing human breast tumor xenografts in vivo. Biomaterials. 2016; 84, 250-261. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2016.01.049

9- Saidu, N. E. B., Valente, S., Bana, E., Kirsch, G., Bagrel, D., & Montenarh, M. Coumarin polysulfides inhibit cell growth and induce apoptosis in HCT116 colon cancer cells. Bioorganic & medicinal chemistry. 2012; 20(4), 1584-1593. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2011.12.032
10- Emami, S., & Dadashpour, S. Current developments of coumarin-based anti-cancer agents in medicinal chemistry. European Journal of Medicinal Chemistry. 2015; 102, 611-630. http://dx.doi.org/10.1016/j.ejmech.2015.08.033
11- Fekri Kohan, S., Zamani, H., & Salehzadeh, A. Antibacterial potential and cytotoxic activity of iron oxide nanoparticles conjugated with thymol (Fe3O4@ Glu-Thymol) on breast cancer cells and investigating the expression of BAX, CASP8, and BCL-2 genes. Biometals. 2023; 36(6), 1273-1284. https://doi.org/10.1007/s10534-023-00516-7
12-Kumari, R., Saini, A. K., Kumar, A., & Saini, R. V. Apoptosis induction in lung and prostate cancer cells through silver nanoparticles synthesized from Pinus roxburghii bioactive fraction. JBIC Journal of Biological Inorganic Chemistry. 2020; 25(1), 23-37. https://doi.org/10.1007/s00775-019-01729-3
13- Raj S, Khurana S, Choudhari R, Kesari KK, Kamal MA, Garg N, Ruokolainen J, Das BC, Kumar D. Specific targeting cancer cells with nanoparticles and drug delivery in cancer therapy. InSeminars in cancer biology 2021; 69:166-177.

14- Chamseddine IM, Kokkolaras M. Nanoparticle optimization for enhanced targeted anticancer drug delivery. Journal of Biomechanical Engineering. 2018;140(4):041002.
15- Fridman, J. S., & Lowe, S. W. Control of apoptosis by p53. Oncogene. 2003; 22(56), 9030-9040. https://doi.org/10.1038/sj.onc.1207116
16- Ashraf R, Hamidullah, Hasanain M, Pandey P, Maheshwari M, Singh LR, Siddiqui MQ, Konwar R, Sashidhara KV, Sarkar J. Coumarin-chalcone hybrid instigates DNA damage by minor groove binding and stabilizes p53 through post translational modifications. Scientific reports. 2017;7(1):45287.
17- Weber, U. S., Steffen, B., & Siegers, C. P. Antitumor-activities of coumarin, 7-hydroxy-coumarin and its glucuronide in several human tumor cell lines. Research communications in molecular pathology and pharmacology. 1998; 99(2), 193-206.
18- Pádua, D., Rocha, E., Gargiulo, D., & Ramos, A. A. Bioactive compounds from brown seaweeds: Phloroglucinol, fucoxanthin and fucoidan as promising therapeutic agents against breast cancer. Phytochemistry Letters. 2015; 14, 91-98. https://doi.org/10.1016/j.phytol.2015.09.007
19- Riedl, S. J., & Shi, Y. Molecular mechanisms of caspase regulation during apoptosis. Nature reviews Molecular cell biology. 2004; 5(11), 897-907. https://doi.org/10.1038/nrm1496
20- Mohamed TK, Batran RZ, Elseginy SA, Ali MM, Mahmoud AE. Synthesis, anticancer effect and molecular modeling of new thiazolylpyrazolyl coumarin derivatives targeting VEGFR-2 kinase and inducing cell cycle arrest and apoptosis. Bioorganic chemistry. 2019 ;85:253-73. https://doi.org/10.1016/j.bioorg.2018.12.040
21- Perumalsamy H, Sankarapandian K, Veerappan K, Natarajan S, Kandaswamy N, Thangavelu L, Balusamy SR. In silico and in vitro analysis of coumarin derivative induced anticancer effects by undergoing intrinsic pathway mediated apoptosis in human stomach cancer. Phytomedicine. 2018;46:119-30. https://doi.org/10.1016/j.phymed.2018.04.021

22- Li G, Zhang J, Liu Z, Wang Q, Chen Y, Liu M, Li D, Han J, Wang B. Development of a series of 4-hydroxycoumarin platinum (IV) hybrids as antitumor agents: synthesis, biological evaluation and action mechanism investigation. Journal of Inorganic Biochemistry. 2019; 1;194:34-43. https://doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2019.02.011

23- Dong M, Ye T, Bi Y, Wang Q, Kuerban K, Li J, Feng M, Wang K, Chen Y, Ye L. A novel hybrid of 3-benzyl coumarin seco-B-ring derivative and phenylsulfonylfuroxan induces apoptosis and autophagy in non-small-cell lung cancer. Phytomedicine. 2019;52:79-88. https://doi.org/10.1016/j.phymed.2018.09.216

24- Ramdani LH, Talhi O, Decombat C, Vermerie M, Berry A, Silva A, Bachari K, Vasson MP, Delort L, Caldefie-Chezet F. Bis (4-hydroxy-2H-chromen-2-one) coumarin induces apoptosis in MCF-7 human breast cancer cells through aromatase inhibition. Anticancer Research. 2019; 39(11):6107-14. https://doi.org/10.21873/anticanres.13818