Makale İncelemesi: Kanser Tedavisi için MikroRNA’ların Çok İşlevli Nano-Taşıyıcılar ile Dağıtımı – Onur Kenan Aydoğdu
Ordu Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü’nden Yeşim Dağlıoğlu ve Aleyna Yüksel ‘’ Kanser Tedavisi için MikroRNA’ların Çok İşlevli Nano-Taşıyıcılar ile Dağıtımı’’ başlıklı çalışmalarında, apoptosiz, hücre farklılaşması ve hücre çoğalması gibi pek çok biyolojik süreçlerde görev alarak gen düzenlenmesini sağlayan, onkogen ve antionkogen özelliğe sahip olan miRNA’ların, hedef odaklı ilaç dağıtımı yaparak ilaçların doğrudan hedeflenen hücre veya dokuya ulaşmasını ve sağlıklı hücrelerde toksik etkilerin en aza indirilmesini sağlayan ilaç taşıma sistemleri ve kanserin daha erken teşhisini sağlayan nanoyapılar ile birlikte kullanılmasının kanserin teşhis ve tedavisinde daha önemli sonuçlar alınacağını ortaya koymaktadır.
Hücre proliferasyonu [1] ve apoptozis[2] gibi kanserden sorumlu biyolojik süreçlerde etkili olan miRNA’lar, onkogen[3] ve tümör baskılayıcı(antionkogen)[4] özelliği nanoteknoloji kullanılarak kanser oluşumunu engellediği için farklı kanser türleri ve evrelerinin teşhis ve tedavisinde kullanılır.[5] İlaçlar, peptitler veya genler gibi aktif bileşikleri taşımak için geliştirilen nano-taşıyıcılar son yıllarda miRNA’ların kanser tedavisinde kullanılmasını sağlayan diğer bir yaklaşımdır.
MikroRna (miRNA), protein kodlamayan yaklaşık olarak 18-24 nükleotit uzunluğunda tek iplikli endojen küçük RNA molekülleridir ve hedef mRNA’lara baz eşleşmesiyle bağlanıp mRNA degradasyonu[6] veya translasyon inhibisyonu yoluyla gen ekspresyonunu[7] negatif olarak düzenlemektedir. Post transkripsiyonel gen susturulması[8] olarak da adlandırılan bu olay mayalardan memelilere kadar tüm ökaryotlarda bulunan bir RNA interferans (RNAi) mekanizmasıdır.[9] RNAi mekanizması, apoptosiz, hücre farklılaşması ve hücre çoğalması gibi biyolojik süreçlerde görev alarak gen düzenlenmesini sağlayan small interfering RNA (siRNA) ve mikro RNA (miRNA) gibi çeşitli oligonükleotidlerin transfeksiyonu ile birlikte birçok hastalığa sebep olan genlerin spesifik olarak susturulmasını sağlamaktadır. Olgun siRNA ve miRNA zincirleri (RNA-indüklenmiş susturma kompleksi) (ing, RNA-induced silencing complex) RISC’in tamamlayıcısı olan mRNA ile etkileşime girerek translasyonun başlangıç faktörü olan AUG kodonunun mRNA’ya bağlanmasını engellerler ve gen susturulması engellenmesi sonucu mRNA’nın protein oluşturması engellenir.
Nano-sistemler, nanoteknolojide gen susturma tekniklerinden birisidir. Nano-sistemler kendine özgü özelliklerinden dolayı biyoyararlanımı iyileştirirler ve in vivo stabiliteyi arttırarak istenen hücrelerde biyolojik aktif konsantrasyonu arttırırlar. Biyolojik ortamda suda çözünmeyen ve kararsız olan ilaçların iletimini sağlarken aynı zamanda ilaçları hidrolitik ve enzimatik bozulmadan da koruyabilen nano-biyomalzemeler, çeşitli nükleik asitlerin nanopartikül (NP) içine enkapsülasyonuyla[10] biyolojik bariyerlerin aşılmasını ve böylece hedeflenen hücreye transfeksiyonu[11] sağlar. Biyouyumlu ve toksik etkilerinin düşük olması nedeniyle çokça tercih edilen nano-biyomalzemeler ilgilenilen genin düzenlenmesinden dolayı özellikle kanser tedavisinde kullanımları umut vadeden bir yaklaşımdır. Nükleik asit temelli olan bu gen susturulması nükleik asitlerin hedef mRNA dizilerine bağlanarak mRNA’ların degradasyonu yoluyla gen susturulmasını sağlar.
Hücrelerde meydana gelen fonksiyon kayıplarıyla birlikte sınırsız proliferasyon yeteneğinin ve apoptozisin görülmesi kanserleşmeyi meydana getirir. Hücre proliferasyonu ve apoptoz gibi birçok biyolojik süreçte etkili olan miRNA’lar ayrıca hedefledikleri mRNA’nın moleküler düzeydeki özelliklerine göre tümör hücrelerinin ekspresyonlarını arttırıp onkogen veya tümör hücrelerinin ekspresyonunu azaltarak bir tümör baskılayıcı gen olarak da hareket edebilirler.
Biyolojik açıdan nanoteknoloji, nano boyutlarda tasarlanmış mühendislik materyalleri ile hücresel ve biyomoleküler yapılar arasındaki etkileşimle ilgilenir. 50 nm’den küçük olan nano yapılar çoğu hücrenin içine kolaylıkla girebilirken 20 nm’den küçük nano yapılarda kan dolaşımı ile taşınabilirler. Nanoteknoloji gen düzenlenmesinde kullanılabileceği gibi kanserlerin teşhis ve tedavi yöntemleri bakımından da büyük önem arz etmektedir.
Artmış geçirgenlik ve alıkonma etkisi (EPR) sayesinde 8 nm’den büyük (8- 100 nm arası) nanopartiküller (NP’ler), geniş gözeneklerden serbestçe geçerek tümörleri pasif olarak hedefleyebilir ve daha yüksek tümör içi birikim sağlayabilir ve böylelikle çevredeki sağlıklı dokuları da korumuş olurlar. Geleneksel tıbbi yöntemlerle kanserin teşhis edilebilmesi için tümör çapının 1 cm ve yaklaşık 1 gr ağırlığa ulaşması gerekirken Nanoteknoloji yardımıyla geliştirilen nano-yapılar bu tümörleri erken dönemde teşhis ederek kanser ölümlerini azaltmayı hedeflemektedirler.
Nano-onkolojideki hedefe odaklı ilaç dağıtımında önemli yenilikler getiren gelişmeler, ilacın kanser hücrelerinde hücre içi konsantrasyonunu arttırırken, sağlıklı hücrelerde toksik etkilerin en aza indirilmesi sağlanmıştır. Nanoteknoloji kullanılarak geliştirilen ilaç taşıma sistemleri ve kanser teşhis ve tedavisinde kullanılan sistemler şunlardır:
Lipozom
İlk geliştirilen nano-ilaç taşıma sistemlerinden olan Lipozomlar ve 50-200 nm büyüklüğünde olup iç kısmı hidrofilik dış kısmı hidrofobik olmasından dolayı da hücre zarına benzerlik göstermektedir. Biyouyumlu ve non-iyonik olmaları, hem suda hem de yağda çözünebilir ilaçların taşınabilmesi, etkilerinin arttırılabilir olması, kapsülleme yoluyla stabilitelerinin arttırılabilmesi ve kapsüllenmiş ajanların toksisitelerinin azalmasını sağlamaları Lipozomların ilaç taşıma sistemi olarak sıkça tercih edilmesinin sebeplerindendir.
Farklı şekillerde fonksiyonelleştirilerek kullanılan Lipozomlar da vardır:
İmmünolipozomlar
Antikorların lipozomal yüzeye bağlanmasıyla oluşan immünolipozomlar tümör hücresine özgü reseptörlere bağlanmasıyla hedeflenen aktif bir dokuya ilacın dağıtımını sağlamakla birlikte kanser hücrelerine spesifik ilaç dağıtımında, gen terapisinde, kan beyin bariyeri yoluyla ilaç dağıtımında veya moleküler görüntülemede potansiyel kullanımları nedeniyle büyük ilgi görmektedir.
Nanolipozomlar
Sulu bir çözeltide yapısal moleküllerin (esas olarak fosfo-lipitler) doğru bir kombinasyonuna enerji girişiyle oluşturulmuş koloidal yapılar olan nanolipozomlar, siRNA ve miRNA gibi oligonükleotit ilaçları hedef odaklı tedavi ile doğrudan kanser hücrelerine gönderebilmekte ve daha düşük dozda ilaç alımıyla ilacın vücuttaki toksik etkisinin de azaltılması sağlanmaktadır. Nanolipozomlarda ilaç, polimerik bir matriksten oluşturulup membranda hapsedilebileceği gibi yağlı iç çekirdeğe hapsolmuş şekilde de bulunabilir.
Lipopeksler
Çeşitli nükleik asit (miRNA, siRNA, pDNA vb.) terapötikleri ile lipozomal zar içerisinde
etkileşime girerek bir kompleks oluşturan lipopeksler, nükleik asitleri hidroliz, enzimatik ve bağışıklık sisteminden korur. Lipopleksler kanser, genetik hastalıklar, kistik fibrozis, astım, romatizmal eklem iltihabı ve parkinson hastalığı gibi çeşitli hastalıkların tedavisinde kullanılmaktadırlar.
pH duyarlı lipozomlar
Asitli ortamda endozomdaki lipozomun kararlılığını yitirerek konformasyonel değişiklikler göstermesi ve endozomal membranın parçalanarak ilacı kanser bölgesine bırakması sebebiyle pH duyarlı lipozomlar kanser tedavisinde sıkça kullanılırlar.
Sıcaklığa duyarlı lipozomlar
Sıcaklık (40-42 ℃)’e ulaştığında kapsüllenen ilaç salınarak hedefe yönelik ilaç dağıtımı sağlanır. Böylece hipertermi ile hedeflenen bölgeye spesifik olarak ilaç dağıtımı sağlanmış olur.
Enzim duyarlı lipozomlar
Enzim duyarlı lipozomlar, İlaç tümör bölgelerinde bulunan yüksek aktiviteli enzimlere (lipaz, proteaz vb.) karşı duyarlı hale getirilerek sitotoksik ilaca dönüştürülmesi ve tümör tarafından aşırı salgılanmış bir enzim tarafından aktive edilmesi yoluyla ilacı tümör bölgesine bırakır.
Dendrimerler
İlaç taşıyıcısı olarak kullanılan, bir çekirdek, çekirdek etrafındaki dallanma birimleri ve fonksiyonel grup olarak da adlandırılan yüzey gruplarından oluşan dendrimerler 10 ile 100 nm çapındadır. Dendrimerlerin yüzeylerine uygun ligandlar içindeki boşluklara kemoterapötik ilaçlar yerleştirilerek sağlıklı hücreler zarar görmeden kanserli hücreler yok edilir.
Polimerik Nanopartiküller
Doğal ya da sentetik polimerlerin kullanılması ile elde edilen; ilaçların yanı sıra, proteinler, peptitler ve genlerin de ilgili dokuya hedeflendirilebilmeleri için kullanılan polimerik nanopartiküllerin avantajları arasında biyouyumlu olmaları, toksik olmamaları, taşınan ilaç/protein ya da peptidlerin stabilitesini arttırmaları, kolay sterilize edilmeleri, etkin madde yükleme kapasitelerinin yüksek olması, yapımında biyobozunur malzemelerin kullanılarak kontrollü madde salınımının sağlanabilmesi, küçük partikül boyutlarına sahip olmaları, aktif ve pasif taşımaya uygun olmaları sayılabilir.
Nanojeller
Uygun çözücüde şişme özelliği gösteren, amfifilik veya hidrofilik polimerlerin fiziksel veya
kimyasal olarak çapraz bağlanması ile oluşan nanometrik boyutta ağsı yapılar olan nanojellerin kimyasal modifikasyonu, ilaç dağıtımını hedeflemek için onları hedefleyici ligandlarla spesifik bölgelere ilaç salınımını sağlarlar. Nanojellerin avantajları arasında biyouyumlu olmaları, ilaç salınımını arttırmaları, farklı özellikte etkin maddelerin kolayca yüklenebilmesi, spesifik ilaç salınımı, pH, iyonik içerik, biyomoleküller, manyetik alan, ışık ve sıcaklık değişikliklerinde stimülasyona seçici olarak cevap verme yeteneği ve muko-yapışkan polimerler sayesinde biyolojik sistemde uzun süre kalmaları sayılabilir.
Nanoteknoloji kullanılarak geliştirilen bu ilaç taşıma sistemlerinin yanı sıra nanoteknoloji kullanılarak geliştirilen kanser teşhis ve tedavisinde kullanılan nanoyapılar şunlardır:[12]
Nano – cantilever
Nano – cantilever, nano boyutlarda bir çubuktan dallanmış aralıklı ve esnek yapıda yan çubuklardan oluşan litografik yöntemler kullanılarak yarı iletken malzemeler ile üretilen ve yan çubukları pikonewton mertebelerinde mekanik etkilere duyarlı nanoyapılardır.
Nano Kabuk (NanoShell/NS)
Nano kabuk, dielektrik (örneğin silika) çekirdekli ve ince metal kaplamalı (genellikle altın) bir tür nanopartiküldür.
Kuantum Dot (QD)
Yarı iletkenlerden yapılan 2-10 nm çapında ultraviyole ışıkla uyarıldığında parlayan küçük kristaller olan Kuantum Dotlar, kanser tanı, görüntüleme ve tedavisinde floresan probları olarak kullanılırlar ve organik floresan proteinlerine göre eşsiz optik ve elektrik özelliklere sahiptirler.
Nanotel (NW)
Çapı nanometre mertebesinde olan Nanotellerin, süper iletken, metalik, yarı iletken ve yalıtkan gibi birçok türleri vardır. Silisyum nanotellerle birleştirilen gümüş nanopartiküller, yüzeyde güçlendirilmiş raman spektroskopisi (SERS) artırma yetenekleri nedeniyle dikkat çekmiştir.
Apoptosiz, hücre farklılaşması ve hücre çoğalması gibi birçok biyolojik süreçte etkili olup kanser tanı ve tedavisinde kullanılan miRNA’lar, mRNA’ya bağlanabilmesinden dolayı kanser tedavilerinde kullanımlarının yanı sıra nano-taşıyıcı ilaç taşıma sistemlerinin de gelişmesine katkı sağlamakta ve ulaşılması zor veya spesifik bölgelere istenilen şekilde modifiye edilerek ilaçların hedeflendirilmesini kolaylaştırmaktadır. Kanser oluşumuna neden olan onkogenleri susturmada da etkili olan RNA interferans teknolojisi sadece gen susturulması konusunda değil birçok alanda önemli katkılar sağlamaktadır. Günümüzde kullanılan bu nano-taşıyıcı sistemlere miRNA’lar modifiye edilebilmekte ve nano-taşıyıcı sistemlerin ilaç dağıtımı sayesinde kanserin tanı ve tedavisine yönelik çalışmalarda kullanılması daha da önemli konuma gelmektedir.
Yazar: Onur Kenan Aydoğdu
Kaynak: Dağlıoğlu Y. , Yüksel A. Kanser Tedavisi İçin MikroRNA’ların Çok İşlevli Nano-taşıyıcılar İle Dağıtımı. aktd. 2023; 32(1): 52-60.
Dipnotlar:
[1] Hücrelerin uygun koşullar altında hızlı bir şekilde hücre döngüsünü tamamlayarak çoğalması durumudur.
[2] Programlanmış hücre ölümü (Apoptozis) hasarlı hücreleri ortadan kaldıran, histogenez ve morfogenezde rol· oynayan, kendini yenileyen dokularda mi tozu dengeleyen özgün bir fenomendir. Detaylı bkz. Akşit H. , Bildik A. Apoptozis. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Veteriner Fakültesi Dergisi. 2008; 19(1): 55-63; Kaya C. , Çalışkan Y. , Yönden Z. APOPTOZİS. The Medical Journal of Mustafa Kemal University. 2012; 3(11): 26-37.
[3] Onkogenler, gen ekspresyonunu hızlandıran ya da kodladıkları proteinlerde kontrolsüz aktivite artışına neden olan genetik değişikliklerin sonucunda anormal hücre çoğalmasına neden olurlar.
[4] Bu genler hücre bölünmesinin baskılanmasından sorumlu genlerdir. Birçok tümörde bu genlerin hasar görmesi veya inaktive olması nedeniyle hücre çoğalması negatif yönde düzenlenerek tümor hücreleri anormal çoğalma gösterirler.
[5] Detaylı bkz. Şeydel G. Ş. , Aksoy K. Onkogen ve Tumör Supressör Gen Olan miRNA'ların Özellikleri ve Kullanım Alanları. aktd. 2009; 18(1): 1-12.
[6] mRNA degradasyonu, hücre içindeki mRNA moleküllerinin yıkılması ve parçalanması sürecidir.
[7] Gen ifadesi ya da Gen ekspresyonu, DNA dizisi olan genlerin, fonksiyonel protein yapılarına dönüşmesi süreci için kullanılan bir terimdir.
[8] Post-transkripsiyonel gen susturulması, mRNA üzerinden protein sentezinin engellenmesidir.
[9] Detaylı bkz. Gündoğdu R. , Çelik V. RNA İNTERFERANS (RNAİ). Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. 2009; 25(1): 34-47; Karagüzel A. , Kalay E. , Celep F. RNA İnterferans (RNAi): Gen Sessizleştirilmesi ve Tedavi Edici Uygulamaları. Uludağ Üniversitesi Tıp Fakültesi Dergisi. 2007; 33(1): 41-44.
[10] Enkapsülasyon, en az bir aktif bileşenin en az bir çeşit kaplama materyali tarafından uygun koşullarda ve istenilen dozda salınması koşuluyla koruma altına alınmasıdır.
[11] Yabancı nükleik asitlerin ökaryotik hücre içerisine aktarılması ve bu sayede genetik olarak modifiye edilmiş hücrelerin oluşturulmasıdır. Bakteri genetiğinde, transformasyon olarak adlandırılır.
[12] Detaylı bkz. Oylar Ö. , Tekin İ. Kanserin Teşhis ve Tedavisinde Nanoteknolojinin Önemi. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi. 2011; 16(1): -.