اثر سایتوتوکسیک نانوذره اکسید آهن مگنتیک کنژوگه با تیمول روی رده سلولی سرطان کبد و ارزیابی بیان ژن کاسپاز 8

محورهای موضوعی : زیست سلولی و مولکولی

علی صالح زاده ^{1 *} , یاسمن علیزاده کلنگستانی ²

1 - دانشیار ، گروه زیست شناسی، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران
2 - دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه زیست‌شناسی، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز ، ایران

تاریخ دریافت : 1404/04/03 تاریخ پذیرش : 1404/05/07 تاریخ انتشار : 1404/03/11

کلید واژه: اکسید آهن, تیمول, سرطان کبد, فلوسایتومتری,

چکیده مقاله :

مقدمه: استفاده از نانوذرات مغناطیسی برای دارورسانی مؤثر به بافت‌های سرطانی مورد توجه قرار گرفته است. این مطالعه با هدف تعیین اثرات ضدسرطانی نانوذرات اکسید آهن مگنتیک عامل دار شده با گلوکز و کنژوگه با تیمول (Fe₃O₄@Glu-Thymol NPs) بر سلول‌های رده سرطان کبد انجام شد.

مواد و روش‌ها: آزمایش‌های فیزیکوشیمیایی شامل FT-IR، XRD، EDS، تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی، DLS، و پتانسیل زتا به منظور تعیین گروه‌های عاملی، ساختار کریستالی، شکل، اندازه، و بار سطحی نانوذرات انجام شد. اثرات سیتوتوکسیک نانوذرات بر سلول‌های رده سرطان کبد (HepG2) و رده نرمال (HDF) با آزمایش MTT بررسی شد. آزمایش فلوسایتومتری به منظور تعیین درصد سلول‌های آپوپتوزی و real-time PCR برای تعیین میزان بیان ژن کاسپاز-8 استفاده شد.

یافته‌ها: نانوذرات Fe₃O₄@Glu-Thymol  دارای شکل کروی، ابعاد کمتر از 60 نانومتر، بار سطحی 5/13- میلی ولت و قطر هیدرودینامیک 515 نانومتر بودند. این نانوذرات دارای سمیت وابسته به غلظت برای سلول‌های سرطان کبد بودند و غلظت نیمه مهاری آنان در سلول‌های سرطانی و نرمال به ترتیب 5/67  و 175 میکروگرم/میلی‌لیتر بود. آزمایش فلوسایتومتری نشان داد که نانوذرات Fe₃O₄@Glu-Thymol سبب افزایش معنادار در میزان آپوپتوز سلولی اولیه و تأخیری شدند و بیان ژن کاسپاز-8 در سلول‌های تیمار شده به میزان 45/2 (p<0.001) برابر افزایش یافت.

 نتیجه‌گیری: نتایج این مطالعه نشان دهنده اثرات مهاری مؤثر نانوذرات Fe₃O₄@Glu-Thymol  بر سلول‌های رده سرطان کبد بوده که می‌تواند در توسعه نانو داروهای مغناطیسی مؤثر به منظور دارورسانی هدفمند به بافت‌های سرطانی کبد کمک‌کننده باشد.

چکیده انگلیسی:

Introduction: The application of magnetic nanoparticles for effective drug delivery to cancer tissues has gained attention. This study was conducted to determine the anticancer effects of magnetic iron oxide nanoparticles functionalized with glucose and conjugated with thymol (Fe₃O₄@Glu-Thymol NPs) on a liver cancer cell line.

Materials and Methods: Physicochemical assays including FT-IR, XRD, EDS, scanning electron microscopy, DLS, and zeta potential were performed to determine the functional groups, crystal structure, shape, size, and surface charge of the nanoparticles. The cytotoxic effects of nanoparticles on the liver cancer cell line (HepG2) and normal cell line (HDF) were performed using MTT assay. Flow cytometry was used to determine the percentage of apoptotic cells and real-time PCR was used to assess the expression of the caspase-8 gene.

Results: Fe₃O₄@Glu-Thymol NPs had a spherical shape, diameter of less than 60 nm, a surface charge of -13.5mV, and a hydrodynamic diameter of 515nm. The nanoparticles exhibited concentration-dependent toxicity for liver cancer cells, and their IC₅₀ in cancer and normal cell lines was 67.5 and 175 μg/mL, respectively. Flow cytometry showed that Fe₃O₄@Glu-Thymol NPs caused a significant increase in the percentage of early and late apoptosis, and the expression of the caspase-8 gene in treated cells increased by 2.45-fold (p<0.001).

Conclusion: The results of this study indicate the effective inhibitory effects of Fe₃O₄@Glu-Thymol NPs on liver cancer cells, which can be helpful in the development of effective magnetic nanodrugs for targeted drug delivery to liver cancer tissues.

منابع و مأخذ:

1. Sung H, Ferlay J, Siegel RL, Laversanne M, Soerjomataram I, Jemal A, et al. Global cancer statistics 2020: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA Cancer J Clin. 2021;71(3):209–49. https://doi.org/10.3322/caac.21660
2. Anwanwan D, Singh SK, Singh S, Saikam V, Singh R. Challenges in liver cancer and possible treatment approaches. Biochim Biophys Acta Rev Cancer. 2020;1873(1):188314. https://doi.org/10.1016/j.bbcan.2019.188314
3. Gavas S, Quazi S, Karpiński TM. Nanoparticles for cancer therapy: current progress and challenges. Nanoscale Res Lett. 2021;16(1):173. https://doi.org/10.1186/s11671-021-03628-6
4. Vangijzegem T, Stanicki D, Laurent S. Magnetic iron oxide nanoparticles for drug delivery: applications and characteristics. Expert Opin Drug Deliv. 2019;16(1):69–78. https://doi.org/10.1080/17425247.2019.1554647
5. Islam MT, Khalipha AB, Bagchi R, Mondal M, Smrity SZ, Uddin SJ, et al. Anticancer activity of Thymol: A literature‐based review and docking study with Emphasis on its anticancer mechanisms. IUBMB Life. 2019;71(1):9–19. https://doi.org/10.1002/iub.1935
6. Altintas F, Tunc-Ata M, Secme M, Kucukatay V. The anticancer effects of thymol on HepG2 cell line. Med Oncol. 2023;40(9):260. https://doi.org/10.1007/s12032-023-02134-2
7. Sahoo G, Samal D, Khandayataray P, Murthy MK. A review on caspases: key regulators of biological activities and apoptosis. Mol Neurobiol. 2023;60(10):5805–37. https://doi.org/10.1007/s12035-023-03433-5
8. Habibzadeh SZ, Salehzadeh A, Moradi-Shoeili Z, Shandiz SA. Iron oxide nanoparticles functionalized with 3-chloropropyltrimethoxysilane and conjugated with thiazole alter the expression of BAX, BCL2, and p53 genes in AGS cell line. Inorg Nano-Metal Chem. 2023;53(2):191–8. https://doi.org/10.1080/24701556.2021.2025074
9. Hosseinkhah M, Ghasemian R, Shokrollahi F, Mojdehi SR, Noveiri MJ, Hedayati M, et al. Cytotoxic potential of nickel oxide nanoparticles functionalized with glutamic acid and conjugated with thiosemicarbazide (NiO@Glu/TSC) against human gastric cancer cells. J Clust Sci. 2022;33(5):2045–53. https://doi.org/10.1007/s10876-021-02124-2
10. Shahmoradi SS, Salehzadeh A, Ranji N, Habibollahi H. Trigger of apoptosis in human liver cancer cell line (HepG2) by titanium dioxide nanoparticles functionalized by glutamine and conjugated with thiosemicarbazone. 3 Biotech. 2023;13(6):195. https://doi.org/10.1007/s13205-023-03609-9
11. Pfaffl MW. A new mathematical model for relative quantification in real-time RT–PCR. Nucleic Acids Res. 2001;29(9):e45.
12. Faraji N, Mashkoor NR, Emamifar A, Ghamarsoorat F, Ghalehjoughi ZP, Bajgiran FA, et al. The Cytotoxic Effect of Cobalt Oxide Nanoparticle Conjugated by Menthol on Colorectal Cancer Cell Line and Evaluation of the Expression of CASP8 and FEZF1-AS1. J Clust Sci. 2025;36(2):39. https://doi.org/10.1007/s10876-024-02757-z
13. Chauhan AK, Bahuguna A, Paul S, Kang SC. Thymol elicits HCT-116 colorectal carcinoma cell death through induction of oxidative stress. Anti-Cancer Agents Med Chem. 2017;17(14):1942–50. https://doi.org/10.2174/1871520617666170327121228
14. Qoorchi Moheb Seraj F, Heravi-Faz N, Soltani A, Ahmadi SS, Shahbeiki F, Talebpour A, et al. Thymol has anticancer effects in U-87 human malignant glioblastoma cells. Mol Biol Rep. 2022;49(10):9623–32. https://doi.org/10.1007/s11033-022-07867-3
15. Jamali T, Kavoosi G, Safavi M, Ardestani SK. In-vitro evaluation of apoptotic effect of OEO and thymol in 2D and 3D cell cultures and the study of their interaction mode with DNA. Sci Rep. 2018;8(1):15787. https://doi.org/10.1038/s41598-018-34055-w
16. Li Y, Wen JM, Du CJ, Hu SM, Chen JX, Zhang SG, et al. Thymol inhibits bladder cancer cell proliferation via inducing cell cycle arrest and apoptosis. Biochem Biophys Res Commun. 2017;491(2):530–6. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2017.04.009
17. Altintas F, Tunc-Ata M, Secme M, Kucukatay V. The anticancer effects of thymol on HepG2 cell line. Med Oncol. 2023;40(9):260. https://doi.org/10.1007/s12032-023-02134-2
18. Mandal R, Barrón JC, Kostova I, Becker S, Strebhardt K. Caspase-8: The double-edged sword. Biochim Biophys Acta Rev Cancer. 2020;1873(2):188357. https://doi.org/10.1016/j.bbcan.2020.188357
19. Adilakshmi B, Reddy OS, Hemalatha D, Rao KS, Lai WF. ROS-generating poly (Ethylene Glycol)-Conjugated Fe3O4 nanoparticles as cancer-targeting sustained release carrier of doxorubicin. Int J Nanomedicine. 2022;17:4989–5004. https://doi.org/10.2147/IJN.S379200
20. Haghighi A, Shahanipour K, Monajemi R, Yazdanpanahi N, Fouladgar M. Evaluation of the Cytotoxic Effect of Thymol Loaded Albumin-Coated Fe3O4 Magnetic Nanoparticles on MDA-MB-231 Cell Line and the Expression of Autophagic MAP1LC3A Gene. Pharm Chem J. 2023;57(4):486–500. https://doi.org/10.1007/s11094-023-02910-4
21. Papalazarou V, Maddocks OD. Supply and demand: Cellular nutrient uptake and exchange in cancer. Mol Cell. 2021;81(18):3731–48. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2021.08.026
22. Sofi MA, Sunitha S, Sofi MA, Pasha SK, Choi D. An overview of antimicrobial and anticancer potential of silver nanoparticles. J King Saud Univ Sci. 2022;34(2):101791. https://doi.org/10.1016/j.jksus.2021.101791
23. Raza MH, Siraj S, Arshad A, Waheed U, Aldakheel F, Alduraywish S, et al. ROS-modulated therapeutic approaches in cancer treatment. J Cancer Res Clin Oncol. 2017;143:1789–809. https://doi.org/10.1007/s00432-017-2464-9