Enhancement of bioavailability of Vitamin D by nano-sized delivery systems

Abstract

Studies have indicated that Vitamin D (VitD) may decrease tumor invasiveness and propensity to metastasize. Cholecalciferol (VitD3) is the passive form of VitD3 and converts to active calcitriol through two-step hydroxylation reactions in the body, promoting binding to VitD-receptors (VDR). However, some breast cancer cells, especially MDA-MB-231, have very low levels of VDR. Besides, VitD3 suffers from first pass-effect of the liver which causes deactivation of VitD3. Therefore, new approaches are needed to increase VitD3 level in the cancerous sites. In this study, VitD3 was loaded into liposomes, which were subsequently coated by Fucoidan (FUC) to promote their binding to MDA-MB-231 cancer cells. Fucoidan strongly binds to P-selectins overexpressed in the breast cancer cells, blocking the cancer cells to adhere on the platelets to carry within the body, causing metastasis. Doxorubicin (DOX), being considered as the one of the most effective chemotherapeutic agents against breast cancer, was also loaded into liposomes in a similar manner. By liposomal encapsulations and fucoidan coating, it was aimed to deliver the all-cargo directly to the cancerous site and enhance the bioavailability of both agents at the target site. It was seen that liposomal VitD3 was more effective than free form to inhibit cell proliferation and, therapeutic potential of DOX increased with VitD3.VitD3 loaded FUC coated liposomes at optimized concentrations has a comparable effect with DOX-loaded liposomes with and without FUC coating. Overall, these results suggested that VitD3 and DOX loaded and FUC coated liposomes can be applied as combined therapy in cancer treatment.

Vücuda çeşitli faydaları olduğu bilinen fakat son zamanlarda KOVID-19 nedeniyle medikal çalışmalara konu olan vitamin D’nin (VitD) anti-kanser özelliği yeni bir çalışma konusudur. Birçok insanda VitD yetersizliği görülmektedir ve yapılan araştırmalara göre VitD yetersizliği çeşitli kanser tiplerinin oluşma riski ile doğru orantılıdır. MDA-MB-231 hücre hattı gibi birçok meme kanseri hücresi, VitD reseptörü (VitDR) ve VitD sentezi için gereken enzimleri barındırır. Kolekalsiferol (VitD3) VitD’nin pasif halidir ve vücutta iki aşamalı hidroksilasyon reaksiyonları yoluyla aktif kalsitriole (VitD2) dönüşür. Lipozomal enkapsülasyon kullanarak VitD3’ün fiziksel özellikleri geliştirilebilir ayrıca metabolik faaliyetlerden korunarak tümör hücresine daha etkili dozlarda ulaşması sağlanabilir. Doksorubisin (DOX) meme kanseri tedavilerinde kullanılan en etkili antibiyotiklerden sayılmaktadır. Fukoidan (FUC) anti-kanser etkisi olduğu bilinen sülfatlanmış bir polisakkarittir ve meme kanseri hücrelerinde bulunan P-selektinlere güçlü bir şekilde bağlanıp ve kanser hücrelerinin vücutta taşınacak trombositlere yapışmasını engeller. Bu çalışmada VitD3 ve DOX ayrı ayrı, MDA-MB-231 kanser hücrelerine bağlanmalarını desteklemek için daha sonra FUC ile kaplanan lipozomlara yüklendi. Lipozomal kapsüllemeler ve FUC kaplama ile lipozomların doğrudan kanserli bölgeye iletilmesi ve her iki ajanın da hedef bölgedeki biyoyararlanımının arttırılması amaçlanmıştır. Deneyler sonucunda, lipozomal VitD3'ün hücre proliferasyonunu inhibe etmede serbest formdan daha etkili olduğu ve DOX'un terapötik potansiyelinin VitD3 varlığında arttığı görülmüştür. Optimize edilmiş konsantrasyonlarda VitD3 yüklü FUC kaplı lipozomlar, FUC kaplamalı ve FUC kaplamasız DOX yüklü lipozomlarla karşılaştırılabilir bir etkiye sahiptir. Sonuç olarak, VitD3 ve DOX yüklü ve FUC kaplı lipozomların kanser tedavisinde kombine tedavi olarak uygulanabileceğini düşündürmektedir.