Development of anti-cancer nanoformulations by incorporation of water-insoluble natural bioactive agents into lipid-based drug delivery systems

Abstract

Broccoli is a well-known and highly consumed vegetable around the world, it falls into the cruciferous category, which is proven to be effective against breast, skin, and prostate cancers. This anti-cancer property stems from the presence of sulforaphane within the broccoli. In this study, we aim to investigate this cancer chemo-preventive feature by encapsulating sulforaphane within a lipid-based drug delivery system known as emulsomes. We started our experiment by synthesizing blank emulsomes, followed by sulforaphane-emulsomes formulation. The first part of this project contained the characterization techniques which included: zetasizer to investigate the size (246 nm) and the potential (-22.5 mV) of the samples, then microscopy analysis took place, both SEM and CLSM to show the uniformed spherical structure, followed by HPLC quantification studies to obtain the sulforaphane's concentration in the emulsome (288 µM). The focus of the second section was on cell culture research; MCF-7 cell lines were proliferated for three days before being employed for investigations on cell viability. Later, the MTT test was used to conduct the investigations. The results were then examined revealing a 60, 57, and 56% cell viability after the passage of 24, 48, and 72 hours, respectively. To confirm that sulforaphane-emulsome has no harmful effects on healthy epithelial cells, the same process was then applied to the control group of MCF10A healthy cell lines, obtaining 85, 82, and 80% cell viability values after 24, 48, and 72 hours, respectively. To further affirm sulforaphane's anti-cancer effect, apoptosis studies were carried out by performing flow cytometry, which further proved the induction of early apoptosis (~30%) when 10uM of sulforaphane-emulsome was administrated. The obtained data were sufficient to prove the efficacy of sulforaphane-loaded emulsomes, which provided insight for various future ideas and further studies that could be done to investigate the various properties of sulforaphane. For example, it can be tested for its genetic pathway and various effect on different cancer types.Brokoli dünya çapında tanınan ve çok tüketilen bir sebzedir, turpgiller kategorisine girer ve meme, cilt ve prostat kanserlerine karşı etkili olduğu kanıtlanmıştır. Bu anti-kanser özelliği, brokoli içindeki sülforafanın varlığından kaynaklanmaktadır. Proje aşağıdaki hedeflere ulaşmayı amaçlamaktadır: Emülzomlarda enkapsülasyon yoluyla sülforafanın çözünürlüğünün, biyoyararlanımının ve stabilitesinin arttırılması; Ortalama boyutu yaklaşık 200 nm olan Sulforaphane-Emulsome (SFN-Em) formülasyonunun sentezi; MCF-7 kanser hücrelerine sülforafanın verilmesi; Sağlıklı hücreler (MCF-10A) üzerinde küçük bir etki ile MCF-7'ye SFN-Em verilmesi yoluyla anti-kanser etkisinin elde edilmesi. Kanser karşıtı etkinin kantitatif bir göstergesi olarak, hücre proliferasyonunun daha iyi veya eşit bir şekilde önlenmesinin başarılması, sülforafanın IC50 değerine göre değerlendirilecektir. Deneyimize boş emülzomları sentezleyerek başladık, ardından sülforafan-emülzom formülasyonu izledik. Bu projenin ilk bölümü, örneklerin boyutunu (246 nm) ve potansiyelini (-22,5 mV) araştırmak için zetasizer, ardından tek tip küresel yapıyı göstermek için hem SEM hem de CLSM olan mikroskopi analizini içeren karakterizasyon tekniklerini içeriyordu. , ardından emülzomdaki sülforafan konsantrasyonunu (288 uM) elde etmek için HPLC kantifikasyon çalışmaları yapılır. İkinci bölümün odak noktası hücre kültürü araştırmasıydı; MCF-7 hücre dizileri, hücre yaşayabilirliği üzerine araştırmalar için kullanılmadan önce üç gün süreyle çoğaldı. Daha sonra incelemeleri yürütmek için MTT testi kullanıldı.Sonuçlar daha sonra incelendi ve sırasıyla 24, 48 ve 72 saat geçtikten sonra %60, %57 ve %56 hücre canlılığı ortaya çıktı. Sulforaphane-emülzomun sağlıklı epitel hücreleri üzerinde herhangi bir zararlı etkisinin olmadığını doğrulamak için, aynı işlem 24, 48 ve 72 saat sonra %85, 82 ve 80 hücre canlılığı değerleri elde edilerek MCF10A sağlıklı hücre hatlarından oluşan kontrol grubuna da uygulandı. , sırasıyla. Sülforafanın anti-kanser etkisini daha fazla doğrulamak için, 10uM sülforafan-emülzom uygulandığında erken apoptozun indüklendiğini (~%30) daha fazla kanıtlayan akış sitometrisi gerçekleştirilerek apoptoz çalışmaları gerçekleştirildi. Elde edilen veriler, sülforafan yüklü emülzomların etkinliğini kanıtlamak için yeterliydi ve bu, gelecekteki çeşitli fikirler ve sülforafanın çeşitli özelliklerini araştırmak için yapılabilecek ileri çalışmalar için fikir verdi. Örneğin, genetik yolu ve farklı kanser türleri üzerindeki çeşitli etkileri test edilebilir.