Στοιχεία επταμελούς επιτροπής:
Κωνσταντίνος Δεμέτζος, Καθηγητής, Τμήμα Φαρμακευτικής, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
Αστέριος Πίσπας, Διευθυντής Ερευνών, Ινστιτούτο Θεωρητικής και Φυσικής Χημείας, Εθνικό Ίδρυμα Ερευνών
Νεκτάριος Ταβερναράκης, Καθηγητής, Ιατρική Σχολή, Πανεπιστήμιο Κρήτης & Διευθυντής Ερευνών, Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας, Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας
Μαριλένα Βλάχου, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια, Τμήμα Φαρμακευτικής, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
Νικόλαος Δρακούλης, Αναπληρωτής Καθηγητής, Τμήμα Φαρμακευτικής, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
Ερμής Ιατρού, Καθηγητής, Τμήμα Χημείας, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
Barbara Trzebicka, Professor, Centre of Polymer and Carbon Materials, Polish Academy of Sciences
Περίληψη:
Οι λυοτροπικοί υγροί κρύσταλλοι προκύπτουν από τη διαδικασία αυτο-οργάνωσης αμφίφιλων μορίων, όπως για παράδειγμα των λιπιδίων, στο νερό, που έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία διάφορων μεσοφάσεων. Οι μη-διπλοστοιβαδικές μεσοφάσεις, όπως οι κυβικές και οι εξαγωνικές, προσελκύουν ένα ιδιαίτερο επιστημονικό ενδιαφέρον, επειδή μπορούν να αξιοποιηθούν περαιτέρω για την ανάπτυξη διασπορών νανοσωματιδίων υγρών κρυστάλλων, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως νανοσυστήματα μεταφοράς ενός ευρέος φάσματος δραστικών φαρμακευτικών ουσιών, παρουσιάζοντας σημαντικά πλεονεκτήματα, συμπεριλαμβανομένης της ικανότητας ελεγχόμενης αποδέσμευσης και της εκτεταμένης οργάνωσης της εσωτερικής τους μορφολογίας. Δεδομένου ότι οι στόχοι πολλών θεραπευτικών παραγόντων έναντι διαφόρων ασθενειών εντοπίζονται σε υποκυτταρικά διαμερίσματα, η ικανότητα στόχευσης των υποκυτταρικών οργανιδίων, όπως για παράδειγμα των λυσοσωμάτων, των μιτοχονδρίων ή του πυρήνα, παραμένει μία κρίσιμη πρόκληση στη φαρμακευτική νανοτεχνολογία, προκειμένου να ενισχυθεί η θεραπευτική αποτελεσματικότητα και να αποφευχθούν πιθανές τοξικές παρενέργειες. Οι νανοφορείς δε που παρουσιάζουν ικανότητα υποκυτταρικής στόχευσης κατατάσσονται ως νανοσυστήματα τελευταίας γενιάς. Ως εκ τούτου, ο συνδυασμός της κατηγορίας των νανοσυστημάτων λυοτροπικών υγρών κρυστάλλων με ευφυή βιοϋλικά, όπως καινοτόμα συμπολυμερή, προκειμένου να επιτευχθεί η υποκυτταρική στόχευση, θα είχε ως αποτέλεσμα προηγμένους νανοφορείς με αναβαθμισμένη λειτουργικότητα και αυξημένη θεραπευτική αποτελεσματικότητα.
Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη και αξιολόγηση μη-διπλοστοιβαδικών, λυοτροπικών, λιπιδικών νανοσωματιδίων υγρών κρυστάλλων, με ικανότητα στόχευσης σε υποκυτταρικά οργανίδια, για τη μεταφορά δραστικών φαρμακευτικών ουσιών. Για το σκοπό αυτό, παρασκευάστηκαν νανοσωματίδια υγρών κρυστάλλων, χρησιμοποιώντας δύο διαφορετικά λιπίδια, τα οποία σταθεροποιήθηκαν από μια ποικιλία πολυμερών. Τα πολυμερή επιλέχθηκαν με βάση τις ακόλουθες ιδιότητες τους, δηλαδή υψηλή βιοσυμβατότητα, ικανότητα αποφυγής του ανοσοποιητικού συστήματος και αυξημένη λειτουργικότητα λόγω της παρουσίας πολυμερικών συστάδων που αποκρίνονται σε ερεθίσματα και κατιονικών χημικών ομάδων. Τα φυσικοχημικά (μέγεθος, κατανομή μεγέθους και ζ-δυναμικό) και μορφολογικά (Rg/Rh ratio και μορφοκλασματική διάσταση fractal) χαρακτηριστικά των παρασκευασθέντων νανοσυστημάτων υγρών κρυστάλλων αξιολογήθηκαν από μια ποικιλία τεχνικών σκέδασης φωτός (δυναμική, ηλεκτροφορετική και στατική), ενώ οι παράμετροι του μικροπεριβάλλοντός τους (μικροπολικότητα και μικρορευστότητα) με χρήση φασματοσκοπίας φθορισμού. Η κολλοειδής σταθερότητά τους σε βάθος χρόνου επίσης μελετήθηκε. Διερευνήθηκε η επίδραση των περιβαλλοντικών παραγόντων στη φυσικοχημική συμπεριφορά τους και πιο συγκεκριμένα η επίδραση του pH, της θερμοκρασίας, της παρουσίας πρωτεϊνών του ορού και της ιοντικής ισχύος. Η εσωτερική και εξωτερική μορφολογία τους απεικονίστηκε με κρυογονική ηλεκτρονική μικροσκοπία διέλευσης (cryo-TEM), ενώ η θερμοδυναμική συμπεριφορά τους αξιολογήθηκε με διαφορική θερμιδομετρία σαρώσεως. Στη συνέχεια, η βιοδραστική ουσία ρεσβερατρόλη φορτώθηκε στα νανοσυστήματα, όπου υπολογίστηκε το ποσοστό αποτελεσματικής ενσωμάτωσης και ακολούθως πραγματοποιήθηκαν in vitro μελέτες αποδέσμευσης. Η απουσία τοξικότητας των νανοσυστημάτων τεκμηριώθηκε με in vitro μελέτες τοξικότητας σε κυτταρικές σειρές, ενώ η ικανότητά τους να στοχεύουν υποκυτταρικά οργανίδια αξιολογήθηκε με χρήση συνεστιακής μικροσκοπίας φθορισμού. Τέλος, τα νανοσωματίδια χορηγήθηκαν in vivo στο νηματώδες Caenorhabditis elegans και πραγματοποιήθηκαν περαιτέρω μελέτες νανοτοξικότητας.
Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, το είδος του λιπιδίου και του πολυμερικού σταθεροποιητή, καθώς και η μεταξύ τους αναλογία, επηρεάζει άμεσα τη φυσικοχημική και μορφολογική συμπεριφορά των νανοσυστημάτων, την αλληλεπίδρασή τους με τις περιβαλλοντικές παραμέτρους, καθώς και την κινητική της αποδέσμευσης του περιεχομένου τους. Κατά την παρούσα έρευνα, αναπτύχθηκε μια ποικιλία προηγμένων νανοσωματιδίων υγρών κρυστάλλων, ενώ τα τελικά νανοσυστήματα παρουσίασαν απουσία τοξικότητας και αυξημένη λειτουργικότητα, δηλαδή απόκριση σε ερεθίσματα (pH και θερμοκρασίας) ως προς τη φυσικοχημική και μορφολογική συμπεριφορά τους, ελεγχόμενη αποδέσμευση του περιεχομένου τους, αποκρινόμενη στα ερεθίσματα, καθώς και ικανότητα υποκυτταρικής στόχευσης. Είναι η πρώτη φορά που τα νανοσυστήματα, τα οποία αναπτύχθηκαν και παρουσιάζονται στην παρούσα διδακτορική διατριβή, μαζί με κάποιες επιπλέον τεχνικές χαρακτηρισμού που δεν είχαν εφαρμοστεί προηγουμένως σε νανοσωματίδια υγρών κρυστάλλων, αναφέρονται στην επιστημονική βιβλιογραφία.
Εν κατακλείδι, η παρούσα διδακτορική διατριβή υπογραμμίζει τη σημασία του ορθολογικού σχεδιασμού που πρέπει να ακολουθείται κατά τη διαδικασία ανάπτυξης των νανοσυστημάτων της υγρής κρυσταλλικής κατάστασης, ως μία προσπάθεια αναβάθμισης των ήδη υπάρχοντων τεχνολογικών πλατφορμών και συνεπώς των σύγχρονων θεραπευτικών στρατηγικών. Η προσεκτική επιλογή των κατάλληλων βιοϋλικών και η αναλυτική μελέτη όλων των διαφορετικών αλληλεπιδράσεων που μπορεί να λαμβάνουν χώρα μεταξύ των περιεχόμενων βιοϋλικών ή των αλληλεπιδράσεων με εξωτερικούς περιβαλλοντικούς παράγοντες, καθώς και η εφαρμογή αξιόπιστων τεχνικών χαρακτηρισμού, είναι απολύτως απαραίτητες, έτσι ώστε να αναπτυχθούν καινοτόμα, ασφαλή και αποτελεσματικά φάρμακα.
Λέξεις-κλειδιά:
λυοτροπικοί υγροί κρύσταλλοι, εξαγωνικές και κυβικές μεσοφάσεις, νανοσυστήματα μεταφοράς δραστικών φαρμακευτικών παραγόντων, λιπιδικά-πολυμερικά νανοσωματίδια, ρεσβερατρόλη, στόχευση υποκυτταρικών οργανιδίων, νανοσυστήματα αποκρινόμενα σε ερεθίσματα, τεχνικές σκέδασης φωτός, κρυογονική-ηλεκτρονική μικροσκοπία διέλευσης
