Development of drug-loaded microbubbles for in-vitro applications in cell biology

Abstract

Doxorubicin (DOX) is one of the drugs for cancer therapy. When DOX is used in solution, it affects not only the cancer cells but also the healthy cells. In order to eliminate possible side effects, DOX was encapsulated within liposomes and applied for the cancer therapy. Because the circulation time for liposomes is longer in the body, they accumulate in capillaries, especially at the finger tips and at the toe of the foot called the hand-and-foot syndrome. Here, we proposed to couple the liposomes containing DOX with the microbubbles as the ultrasound contrast agent and deliver the drug to the area of interest. Therefore, DOX was loaded within the liposomes and characterized for their DOX contents. The DOX containing liposomes were conjugated with microbubbles through the avidin-biotin chemistry. It was found that the loaded- DOX content within the liposomes was Langmuir-type. The loaded DOX content increased at lower DOX concentrations and leveled off at higher DOX concentrations. The Langmuir constants can be used in designing DOX loading experiments. The DOX containing liposomes were coupled with the microbubbles and found an optimum of 7.0 for the avidin/biotin mole ratio on the microbubbles. At the optimum avidin/biotin ratio, the conjugated lipo-DOX amount was 3×10-8 μg-DOX/MB. It was concluded that the DOX molecules can be loaded within the liposomes and easily conjugated with the microbubbles and employed in cancer treatments.

Doksorubisin (DOX), kanser tedavisinde kullanılan ilaçlardan bir tanesidir. DOX çözelti olarak kullanıldığı zaman sadece kanser hücrelerini değil aynı zamanda sağlıklı hücrelere de zarar verir. DOX’un olası zararlı yan etkilerini ortadan kaldırmak için DOX lipozomların içerisine hapsedilir ve kanser tedavisinde kullanılır. Lipozomların vücut içerisinde dolaşım süresi uzun olduğu için lipozomlar kılcal damarlarda toplanır. Özellikle parmak uçlarında ve ayak parmaklarında toplandığı için el-ayak sendromu olarak adlandırılan bir hastalığa sebep olur. Bu problemden yola çıkarak DOX içeren lipozomların ultrason kontrast ajanı olan mikroköpükçüklerle birleştirilmesi ve ilgili bölgeye ilacın salınımının yapılması tasarlandı. Bu sebeple DOX, lipozomların içerisine yüklendi ve DOX içeriği karakterize edildi. Daha sonra DOX yüklü lipozomlar, avidin-biyotin kimyası kullanılarak mikroköpükçükler ile birleştirildi. Lipozomların içerisine yüklenmiş olan DOX miktarının Langmuir tipi bir bağıntıya uyduğu bulundu. Yüklenmiş olan DOX, düşük DOX konsantrasyonlarında artış gösterirken yüksek DOX konsantrasyonlarında bir sabitlenme gösterdi. Benzer sonuçlar farklı lipozom konsantrasyonlarında da gözlendi. Langmuir sabitlerinin DOX yükleme deneylerinin tasarımında kullanılabileceği düşünüldü. DOX yüklü lipozomlar, mikroköpükçüklerle birleştirildi ve bu birleşimde avidin/biyotin mol oranının optimum 7.0 olduğu bulundu. Optimum avidin/biyotin oranında mikroköpükçüklerle birleştirilmiş DOX yüklü lipozomlar (lipo-dox) 3×10-8μg-DOX/MB olarak bulundu. Sonuç olarak, DOX molekülleri lipozomların içerisine başarılı bir şekilde yüklendi, kolayca mikroköpükçüklerle birleştirildi ve kanser tedavisinde kullanılmak üzere hazırlanmış oldu.