Η δοξορουβικίνη αποτελεί μια ευρέως χρησιμοποιούμενη αντικαρκινική ένωση σε διάφορους τύπους νεοπλασιών και ανήκει στην οικογένεια των ανθρακυκλινών. Για την κυτταροστατική της δράση έχουν προταθεί διάφοροι μηχανισμοί, μεταξύ των οποίων επαγωγή απόπτωσης και γενετικές αλλαγές. Η απόπτωση αποτελεί μια φυσιολογική διαδικασία, η οποία ελέγχει τον αριθμό των κυττάρων σ’ έναν οργανισμό. Λειτουργεί ως αμυντικός μηχανισμός σε περιπτώσεις κυττάρων που έχουν υποστεί βλάβη και παρεμποδίζει την εξάπλωση μεταλλάξεων συμπεριλαμβανομένων και εκείνων που οδηγούν σε καρκινογένεση. Η απόπτωση μπορεί να ενεργοποιηθεί κυρίως μέσω της εξωγενούς και της ενδογενούς οδούς. Στην παρούσα ερευνητική εργασία μελετήθηκε η σχέση επαγωγής απόπτωσης και γενετικών βλαβών που προκαλούνται από τη δοξορουβικίνη σε κυτταρική σειρά ποντικού C2C12. Για τη διερεύνηση των γενετικών βλαβών μελετήθηκε η συχνότητα των μικροπυρήνων (ΜΝ) με χρώση DAPI. H επαγωγή απόπτωσης εξετάστηκε με τη μέθοδο διπλής χρώσης αννεξίνη V/ιωδιούχο προπίδιο. Η μελέτη του μηχανισμού προέλευσης των μικροπυρήνων πραγματοποιήθηκε με σήμανση πρωτεϊνών του κινητοχώρου, την ανοσοχημική μέθοδο CREST σε συνδυασμό με ανοσοσήμανση της α-τουμπουλίνης για την εμφάνιση του κυτταροπλάσματος. Παρατηρήθηκε ότι η δοξορουβικίνη στις μελετηθείσες συγκεντρώσεις (0.05 μg/ml, 0.10 μg/ml, 0.20 μg/ml, 1.00 μg/ml, 2.50 μg/ml και 5.00 μg/ml,) προκαλεί αυξημένες συχνότητες αποπτωτικών κυττάρων και κυττάρων που περιέχουν μικροπυρήνες. Διαπιστώθηκε ότι η αύξηση της απόπτωσης σχετίζεται με μείωση της συχνότητας των μικροπυρήνων, υποδεικνύοντας πιθανή συμμετοχή της απόπτωσης στον περιορισμό των κυττάρων που φέρουν γενετική βλάβη. Η μελέτη του μηχανισμού προέλευσης των μικροπυρήνων έδειξε ότι η δοξορουβικίνη επάγει τη χρωμοσωματική θραύση και σε μικρότερο βαθμό τη χρωμοσωματική καθυστέρηση. Η τελευταία παρατήρηση μας οδήγησε στη μελέτη της οργάνωσης της μιτωτικής συσκευής μετά την επίδραση με δοξορουβικίνη. Η μιτωτική συσκευή αποτελεί στόχο χημικών ενώσεων που επηρεάζουν το χρωμοσωματικό αποχωρισμό και η μελέτη της πραγματοποιήθηκε με διπλή ανοσοσήμανση για τους μικροσωληνίσκους (β-τουμπουλίνη) και το κεντρόσωμα (γ-τουμπουλίνη). Παρατηρήθηκαν επίσης, ανώμαλες μεταφάσεις και τροποποιημένος αριθμός κεντροσωμάτων, φαινόμενα που σχετίζονται με λανθασμένο χρωμοσωματικό αποχωρισμό. Τέλος σε προκαταρκτικά πειράματα κατά τα οποία πραγματοποιήθηκε αναστολή της απόπτωσης που προκαλείται από τη δοξορουβικίνη με το γενικό αναστολέα Z-VAD-fmk, παρατηρήθηκε αύξηση της συχνότητας των κυττάρων με μικροπυρήνες που προκαλούνται από την ίδια ένωση. Η παρατήρηση αυτή αποτελεί μια ακόμη ένδειξη για την πιθανή συμμετοχή της απόπτωσης στον περιορισμό των κυττάρων με γενετικές αλλαγές. Επίσης παρατηρήθηκε ότι η αναστολή της απόπτωσης τροποποιεί τη συχνότητα των κυττάρων με ανώμαλο αριθμό κεντροσωμάτων που επάγονται από τη δράση της δοξορουβικίνης, αυξάνοντας τα κύτταρα με ένα κεντρόσωμα και μειώνοντας τα κύτταρα με πολλαπλά κεντροσώματα, υποδεικνύοντας πιθανή εμπλοκή της απόπτωσης στο σχηματισμό ασύμμετρων κυτταρικών διαιρέσεων. Οι τελευταίες παρατηρήσεις χρειάζονται περαιτέρω διερεύνηση. / Doxorubicin is one of the most widely used anticancer drugs due to its broad spectrum of antitumor activity and belongs to the family of anthracyclines. Various mechanisms have been proposed for its cytostatic activity, including induction of apoptosis and genetic alterations. Apoptosis is a normal procedure which provides a cell control mechanism. It is a defense mechanism for the elimination of mutated cells including those that might cause carcinogenesis. Apoptosis is carried out by intrinsic as well as extrinsic pathways. In the present thesis we investigated the relationship between apoptosis and genetic damage induced by doxorubicin in C2C12 mouse cell line. Genetic damage was evaluated by studying the micronucleus (MN) frequency by DAPI staining.The induction of apoptosis was examined by double fluorescence staining of ANNEXIN V/PI. The analysis of the mechanism by which the micronuclei are induced was further investigated by kinetochore labeling using the immunocytochemical method CREST with simultaneous labeling of α- tubulin, for the detection of cytoplasm. It was observed that doxorubicin at the studied concentrations (0.05 μg/ml, 0.10 μg/ml, 0.20 μg/ml, 1.00 μg/ml, 2.50 μg/ml and 5.00 μg/ml) increased frequencies of apoptotic and micronucleated cells. It was shown that the induction of apoptosis was related with decreased micronucleus frequency, indicating a possible involvement of apoptosis in the elimination of the micronucleated cells. The analysis of the mechanism of micronucleus formation showed that doxorubicin induced chromosome breakage and in a lesser extent chromosome loss. The latter ability was further investigated by analyzing the integrity of mitotic apparatus after exposure to doxorubicin. The mitotic apparatus consists one of the main targets of chemical compounds which induce chromosome missegregation. The analysis was achieved by double immunofluorescence staining for microtubules (β-tubulin) and for centrosome (γ- tubulin). It was shown that doxorubicin provoked high abnormal metaphase figures and abnormal centrosome numbers, phenomena that are related with abnormal chromosome segregation. Finally, preliminary experiments, where doxorubicin-induced apoptosis was inhibited by the pancaspase inhibitor Z-VAD-fmk, resulted to an increase of the frequency of micronucleated cells generated by doxorubicin. This observation is an additional evidence for the involvement of apoptosis in the elimination of cells with genetic damage. Moreover, it was observed that inhibition of apoptosis altered the frequency of cells with abnormal centrosome number, which are formed after doxorubicin treatment, by increasing cells with only one centrosome and decreasing cells with multiple centrosomes, indicating a possible participation of apoptosis in the formation of asymmetric divisions. Further investigation is warranted to clarify the last observations.

Μελέτη της κυτταροτοξικής και κυτταρογενετικής δράσης της δοξορουβικίνης σε καλλιέργειες ανθρώπινων λεμφοκυττάρων in vitro, καθώς επίσης και της ικανότητας της εν λόγω ένωσης να επάγει την παραγωγή της 8-οξογουανίνης. Επίσης η μελέτη της συμμετοχής του πολυμορφισμού Ser326Cys στη δράση της παραπάνω ένωσης. / Evaluation of the involvment of Ser326Cys polymorphism to the cytotoxic and cytogenetic activity of doxorubicin in human lymphocytes cultured in vitro

Η αντικαρκινική ένωση δοξορουβικίνη χρησιμοποιείται ευρέως είτε μόνη της είτε σε συνδυασμό με άλλα αντικαρκινικά φάρμακα, στην αντιμετώπιση του καρκίνου του μαστού, των ωοθηκών, του πνεύμονα αλλά και σε περιπτώσεις οξείας λευχαιμίας και σαρκωμάτων. Σε προηγούμενη έρευνα που πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο μας, σε λεμφοκύτταρα ανθρώπου αλλά και στην κυτταρική σειρά ποντικού C2C12, βρέθηκε ότι επάγει το σχηματισμό μικροπυρήνων ως αποτέλεσμα κυρίως χρωμοσωματικής θραύσης. Στην παρούσα εργασία, διερευνήθηκε περαιτέρω η ικανότητα της δοξορουβικίνης να προκαλεί θραύση του γενετικού υλικού καθώς και η ικανότητά της να επάγει τη διαδικασία της απόπτωσης σε λευχαιμικά κύτταρα ανθρώπου HL-60. Η μελέτη του κερματισμού του DNA λόγω της δράσης της δοξορουβικίνης πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο ηλεκτροφόρησης μοναδιαίων κυττάρων σε πηκτή αγαρόζης (SCGE) κάτω από αλκαλικές συνθήκες. Εκτιμήθηκαν οι παράμετροι tail length, % DNA in tail, tail moment, και olive tail moment που αποκαλύπτουν θραύση του DNA. Επιπρόσθετα, η ικανότητα της δοξορουβικίνης να προκαλεί θραύση του γενετικού υλικού αναλύθηκε μέσω δημιουργίας κλάσεων με ελάχιστη έως μέγιστη βλάβη. O μηχανισμός με τον οποίο προκαλεί θραύση του DNA διερευνήθηκε με τη χρήση της μεθόδου ηλεκτροφόρησης μοναδιαίων κυττάρων σε πηκτή αγαρόζης κάτω από αλκαλικές συνθήκες σε συνδυασμό με τη χρήση των επιδιορθωτικών ενζύμων Fpg και hOOG1. Μετέπειτα, εξετάστηκε η ικανότητα της δοξορουβικίνης να επάγει την απόπτωση. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο αναστολής της κυτταροκίνησης (CBMN). Επίσης, με τη μέθοδο CBMN πραγματοποιήθηκε μελέτη του φαινομένου της χρωμοσωματικής θραύσης. Για την περαιτέρω διερεύνηση του μηχανισμού με τον οποίον η υπό εξέταση χημική ένωση επάγει τη διαδικασία της απόπτωσης, αναλύθηκε η ικανότητά της να τροποποιεί την έκφραση της κασπάσης-3, μιας πρωτεΐνης που παίζει σημαντικό ρόλο στον καταρράκτη των μοριακών γεγονότων που εμπλέκονται στην ενεργοποίηση του προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου. Για το σκοπό αυτό εφαρμόστηκε η μέθοδος ανοσοαποτύπωσης της παραπάνω πρωτεΐνης (Western blot). Με βάση τα ευρήματά μας, η δοξορουβικίνη παρουσιάζει θραυσματογόνο δράση, όπως φάνηκε από την αύξηση της εξόδου του DNA από τους πυρήνες των κυττάρων μετά από ηλεκτροφόρηση σε αλκαλικές συνθήκες. Η δημιουργία των ρηγμάτων είναι ισχυρότερη σε χαμηλές συγκεντρώσεις. Η ικανότητα της δοξορουβικίνης να προκαλεί θραύση του γενετικού υλικού σχετίζεται με την οξείδωση των βάσεων του DNA, η οποία έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ασταθών σε αλκαλικές συνθήκες θέσεων (alkali labile sites). Επίσης, προκαλεί οριακή αύξηση της συχνότητας των μικροπυρήνων στις χαμηλότερες συγκεντρώσεις που μελετήθηκαν, ενώ δε φαίνεται να επάγει τη δημιουργία των μικροπυρήνων στις υψηλότερες συγκεντρώσεις. Το εύρημα αυτό είναι σε συμφωνία με την ιδιότητά της να προκαλεί μεγαλύτερη συχνότητα ρηγμάτων του DNA στις μικρές συγκεντρώσεις. Επιπρόσθετα, επάγει τη διαδικασία της απόπτωσης. Η επαγωγή αυτή είναι ισχυρότερη σε υψηλές συγκεντρώσεις και δικαιολογεί τις μειωμένες συχνότητες ρηγμάτων και μικροπυρήνων στις συγκεντρώσεις αυτές. Η κασπάση 3 συμμετέχει στην επαγόμενη από τη δοξορουβικίνη απόπτωση όπως φάνηκε από την αύξηση της έκφρασης της κασπάσης 3, μετά από ανάλυση κατά western, σε κυτταρικές καλλιέργειες που αναπτύχθηκαν παρουσία δοξορουβικίνης. / The anticancer drug doxorubicin is widely used, either alone or in combination with other anticancer drugs, in the treatment of solid tumours of the breast, lung, ovary, as well as in acute leukemia and sarcomas. Previous research in our laboratory showed that doxorubicin is able to induce micronucleus generation, in human lymphocytes and mouse cell line C2C12, mainly due to chromosome breakage. In the present study we investigated the clastogenic activity of doxorubicin as well as its ability to induce apoptosis. Ηuman leukemic cells HL-60 were chosen as the cell system to proceed our research. The clastogenic activity of doxorubicin was investigated by alkaline Single Cell Gel Electrophoresis (SCGE assay-Comet assay). Four parameters were analyzed, tail length, % DNA in tail, tail moment, and olive tail moment, which reveal DNA breakage. Additionally the capacity of doxorubicin to induce DNA fragmentation was analyzed by stratifying the cells into five classes with various degrees of DNA damage, from undamaged DNA to severely damaged DNA. The mechanism by which doxorubicin exerts its clastogenic activity was studied by enzyme linked comet assay. We used Fpg and hOOG1 DNA glycosylases. The ability of doxorubicin to induce apoptosis was studied by Cytokinesis-block Micronucleus assay. Also, the CBMN assay was used to assess the micronucleation on HL-60 due to the action of doxorubicin. To further elucidate the mechanism by which doxorubicin induce apoptosis we examined the ability of this compound to alter the expression of caspase 3, that plays a key role in the cascade of molecular events of programmed cell death. This analysis was performed by Western blot. Our findings indicate that doxorubicin exerts clastogenic activity as it provokes DNA migration from the nucleus after SCG electrophoresis in alkaline conditions. The generation of breaks on DNA strands seems to be more potent at low concentrations. The ability of doxorubicin to induce fragmentation of genetic material is correlated with the oxidation of DNA bases resulting in the formation of alkali labile sites. Furthermore, it induces marginal increase in the frequency of micronuclei at lower concentrations, while it doesn’t seem to induce micronucleation at higher concentrations. This finding is in accordance with the ability of doxorubicin to generate higher frequency of DNA breaks at low concentrations. Additionally, doxorubicin induces apoptosis. This induction is more potent at higher concentrations and is consistent with the reduced frequency of breaks and micronucleus generation at these concentrations. Activation of apoptosis due to doxorubicin treatment seems to be mediated by caspase 3.

Στο τομέα της νανοϊατρικής ένας από τους σημαντικότερους στόχους είναι η ανάπτυξη φαρμακευτικών νανοφορέων που θα μεταφέρουν και θα αποδεσμεύουν εκλεκτικά το φάρμακο στον πάσχοντα ιστό. Η χορήγηση δοξορουβικίνης (Dox), για παράδειγμα, εμφανίζει σημαντικά προβλήματα έλλειψης εκλεκτικότητας και συστημικής τοξικότητας. Μία πιθανή προσέγγιση για την περισσότερο εκλεκτική χορήγηση της Dox στους καρκινικούς όγκους είναι η χορήγηση της μετά τον εγκλεισμό της σε μαγνητικά στοχευόμενους νανοφορείς. Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας ειδίκευσης ήταν η μελέτη μαγνητικών νανοφορέων με βάση συμπολυμερή πολύ(μεθακρυλικού οξέος)-g-πολύ(μεθακρυλικής αιθυλενογλυκόλης) (p(MAA-g-EGMA) με διαφορετικά χαρακτηριστικά πολυμερικού κελύφους και ο προσδιορισμός εκείνων των χαρακτηριστικών που προσδίδουν στους νανοφορείς βέλτιστη συμπεριφορά. Πιο συγκεκριμένα, μελετήθηκε η σταθερότητα των μαγνητικών νανοφορέων με διαφορετικό μήκος αλυσίδων πολύ(αιθυλενογλυκόλης) και διαφορετική πυκνότητα αρνητικού φορτίου σε διάφορα μέσα όπως υδατικά διαλύματα χλωριούχου νατρίου (ΝαCl), ρυθμιστικού διαλύματος φωσφορικών (PBS), δοξορουβικίνης καθώς επίσης και σε υδατικά διαλύματα διαφόρων τιμών pH. Μελετήθηκε επίσης η φόρτωση του φαρμάκου σε αυτούς καθώς επίσης και η αποδέσμευση του από τους συγκεκριμένους νανοφορείς σε διάφορα μέσα (νερό, υδατικό διάλυμα PBS και διάλυμα αλβουμίνης σε PBS). Οι νανοφορείς παρασκευάστηκαν μέσω πρόσδεσης του συμπολυμερούς πολυ(μεθακρυλικού οξέος)-g-πολυ(μεθακρυλικής αιθυλενογλυκόλης) (p(MAA-g-EGMA) στην επιφάνεια νανοκρυσταλλιτών Fe2O3 κατά τη διάρκεια ανάπτυξής τους. Η μελέτη της σταθερότητας έγινε με τη μέθοδο της δυναμικής σκέδασης φωτός (DLS). Η μελέτη της φόρτωσης και της αποδέσμευσης του φαρμάκου στους και από τους νανοφορείς έγινε με τη μέθοδο της φασματοφωτομετρίας φθορισμού. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζονται συνοπτικά τα διάφορα είδη νανοφορέων, οι ιδιότητες καθώς και οι εφαρμογές αυτών. Γίνεται επίσης μια σύντομη βιβλιογραφική ανασκόπηση σε ότι αφορά τη φόρτωση και αποδέσμευση φαρμάκων από νανοφορείς. Το δεύτερο κεφάλαιο είναι αφιερωμένο στις τεχνικές και τις μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν στα πλάισια της συγκεκριμένης εργασίας καθώς επίσης και των πειραματικών διαδικασιών.Τέλος, το τρίτο κεφάλαιο αφορά στην παράθεση και τον σχολιασμό των αποτελεσμάτων,τα οποία μπορούν να συνοψιστούν στα εξής συμπεράσματα:  Οι μαγνητικοί νανοφορείς με βάση συμπολυμερή πολύ(μεθακρυλικού οξέος)-g-πολύ(μεθακρυλικής αιθυλενογλυκόλης) (p(MAA-g-EGMA) έχουν ικανοποιητικά 7 χαρακτηριστικά μεγέθους και ζ δυναμικού για παρατεταμένη παραμονή στην κυκλοφορία μετά από ενδοφλέβια χορήγηση, γεγονός που αποτελεί προϋπόθεση για την εφαρμογή τους ως συστήματα εκλεκτικής μεταφοράς (στόχευσης) αντικαρκινικών φαρμάκων.  Οι υψηλές τιμές φόρτωσης της δοξορουβικίνης στους νανοφορείς με υψηλή πυκνότητα ανιονικών φορτίων, λόγω ισχυρότερων ηλεκτροστατικών αλληλεπιδράσεων με το θετικά φορτισμένο φάρμακο αποτελεί σημαντικό πλεονέκτημα των νανοφορέων αυτών σαν συστήματα χορήγησης δοξορουβικίνης.  Η αύξηση του ρυθμού αποδέσμευσης της δοξορουβικίνης από τους νανοφορείς σε διαλύματα αλβουμίνης με ελάττωση του pH είναι σημαντική καθώς παρέχει τη δυνατότητα μιας σχετικά εκλεκτικής διάθεσης του φαρμάκου στους καρκινικούς όγκους όπου επικρατούν συνθήκες χαμηλότερου από το το φυσιολογικό pH. Συμπερασματικά, τα αποτελέσματα που λήφθηκαν δικαιολογούν την περαιτέρω μελέτη των μαγνητικών νανοφορέων δοξορουμπικίνης για την καταλληλότητά τους ως φορείς στοχευμένης χορήγησης του φαρμάκου σε καρκινικούς όγκους. / In the field of nanomedicine, one of the most important targets is the development of functional nanoassemblies which will deliver and release selectively the drug to the suffering tissue. For example, the administration of doxorubicin (Dox) displays lack of selectivity and systemic toxicity issues. A possible approach towards a more selective delivery of Dox to the target tissue is its encapsulation at magnetically targeted nanoparticles. The present postgraduate thesis’ aim was the study of magnetic nanocarriers based on copolymers of poly(methacrylic acid)- graft -poly(ethyleneglycol methacrylate) (p(MAA -g- EGMA)) with different structural characteristics and the determination of those characteristics, that impart to the nanocarriers the optimal performance. Specifically, the stability of magnetic nanoparticles, with different chain length of poly(ethyleneglycol) and different density of negative charges, was studied at various media such as NaCl, pH and Dox concentration. The drug loading in the nanocarriers was also studied, as well as its release by the specific nanocarriers at various media (distilled water, PBS and albumin solution in PBS). The nanoparticles were prepared via a self-assembly process of the polymers [poly(methacrylic acid)-graft-poly(ethyleneglycol methacrylate) (p(MAA-g-EGMA)] on the surface of the growing iron oxide nanocrystallites. The stability studies were performed with the use of DLS technique. The study of the drug loading and release from the nanoparticles was followed using the fluorescence spectroscopy. In the first chapter, the various types of nanoparticles, their properties, as well as their applications are presented briefly. Additionally, a short literature review with regard to the loading and release of drugs from nanoparticles is presented. The second chapter refers to the techniques and methods that were utilized in the context of the present thesis, as well as to the experimental procedures. Finally, in the third chapter the experimental results are presented and discussed. Based on the results of this study:  The magnetic nanocarriers based on copolymers poly(methacrylic acid)- graft -poly(ethyleneglycolmethacrylate) (p(MAA -g- EGMA)) have satisfying characteristics of size and z potential for long blood residence time after an intravenous injection, which is a prerequisite for their application as controlled (targeted) delivery systems for anticancer drugs. The high values of doxorubicin loading without stability loss is an important advantage.  The increase in the release rate of doxorubicin by the nanocarriers in albumin solutions with low pH (5-6) is important, since it facilitates a relatively selective release of the drug in cancer tumors which display lower pH than that of the normal tissues. In conclusion, the results of the research justify the further in-vitro study of the suitability of the magnetic doxorubicin nanocarriers as selective delivery systems of the drug to the cancer tumors.

Curcumin (CURC) was incorporated in liposomes as free drug or after formation of hydropropyl-β- or hydroxypropyl-γ-cyclodextrin (HPβCD or HPγCD) complexes prepared by co-precipitation and characterized by X-ray diffractometry. Liposomes encapsulating CURC as free drug or CD-complexes (hybrid formulations) were prepared by the dehydration–rehydration vesicle (DRV) method followed by extrusion, and characterized for size, zeta-potential and CURC loading. CURC stability (at 0.01 and 0.05 mg/mL) in 80% (v/v) fetal bovine serum (FBS) was evaluated at 37 oC. Results demonstrate that HPβCD stabilizes CURC more than HPCD, but liposome encapsulation provides substantially more protection, than CDs. CURC stabilization is similar, when encapsulated as free compound or CD-complex. However, the last method increases CURC loading by 23 times (depending on the lipid composition of liposomes and the CD used), resulting in higher solubility. The stability profile of CURC in serum depends on the composition of liposomes and CURC concentration, since at lower concentrations larger CURC fractions are protected due to protein binding. Compared to the corresponding CD complexes, hybrid formulations provide intermediate CURC solubility (comparable to HPβCD) but profoundly higher stabilization. After identifying that CURC formulations are active against B16 melanoma cells (in vitro), the optimal concentrations of CURC and doxorubicin (DOX) combinations (which provided highest anticancer activity [in vitro]) were identified. In a second step, combination hybrid-liposomal formulations of CURC and DOX were prepared, as a technique to deliver the specific combination of the two drugs to cancer cells following in vivo administration (since the two drugs have different pharmacokinetics and would not reach cancer cells at the same ratio if administered as free drugs). Additionally the effect of ceramide incorporation in the liposomal membrane on the anticancer activity of the later combination-formulations was investigated. The liposomal CURC-DOX combination formulations demonstrated significantly enhanced anticancer activity, compared to liposomes with DOX only. As confirmed by FACS analysis and uptake studies, this enhanced effect was due to increased uptake of DOX by the cells, in the presence of CURC (which was not seen when free compounds were used). Although a positive effect of ceramide addition in liposomal-DOX anticancer activity was demonstrated, in agreement with previous studies, ceramide addition did not result in further increase of the anticancer activity of the CURC-DOX combination formulations, when tested by MTT assay. However, mechanistic studies revealed that the CURC-DOX formulations resulted in higher percentage of early apoptotic cells, compared to the ceramide-DOX formulations which resulted mainly in late-apoptotic cells. When all CURC-DOX and Ceramide were combined in the same formulation, the percentages of early and late apoptotic cells were additive. / Η Κουρκουμίνη (CURC) ενσωματώθηκε σε λιποσώματα ως ελεύθερο μόριο ή ως σύμπλοκο εγκλεισμού με υδροξυπροπυλο-β-κυκλοδεξτρίνη ή υδροξυπροπυλο-γ-κυκλοδεξτρίνη (HPβCDorHPCD); Τα σύμπλοκα παρασκευάστηκαν με την τεχνική της συγκαταβύθισης και χαρακτηρίστηκαν με ακτίνες-Χ. Συμβατικά λιποσώματα (που ενσωματώνουν την CURC ωε ελεύθερο μόριο) και υβριδικά, που την εγκλωβίζουν ως σύμπλοκο-εγκλεισμού, παρασκευάστηκαν με την τεχνική DRV και εξώθηση διαμέσου μεμβρανών, και αφού χαρακτηρίστηκαν φυσικοχημικά (φόρτωση CURC, μέση διάμετρος, πολυδιασπορά και ζ-δυναμικό), μελετήθηκε η σταθερότητα της CURC (σε συγκέντρωση 0.01 and 0.05 mg/mL), όταν τα παρασκευάσματα επωάστηκαν σε ρυθμιστικό διάλυμα και ορρό (80% ο/ο FCS) στους 37 oC. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η HPβCD σταθεροποιεί την CURC περισσότερο από ότι η HPCD, αλλά η ενσωμάτωση σε λιποσώματα προσφέρει σημαντικά μεγαλύτερη σταθεροποίηση από ότι οι CDs (είτε όταν εγκλωβίζετε ως ελεύθερο μόριο ή ως CD-σύμπλοκο). Όμως η τελευταία μέθοδος πετυχαίνει αύξηση της φόρτωσης έως και κατά 23 φορές (ανάλογα με τη λιπιδική σύσταση και το σύμπλοκο που χρησιμοποιείται), με αποτέλεσμα να αυξάνει σημαντικά η διαλυτότητα της CURC. Η σταθερότητα της CURC παρουσία ορρού συνδέεται με την λιπιδική σύσταση των λιποσωμάτων και τη συγκέντρωση της CURC, αφού σε χαμηλότερες συγκεντρώσεις μεγαλύτερο κλάσμα της CURCfractions προστατεύεται λόγο σύνδεσης στις πρωτεΐνες. Σε σύγκριση με τα σύμπλοκα εγκλεισμού, οι υβριδικές λιποσωμικές μορφές προσφέρουν ενδιάμεση διαλυτότητα στην CURC (συγκρίσιμη με αυτήν της HPβCD) αλλά σημαντικά αυξημένη σταθερότητα. Μετά την απόδειξη ότι οι μορφές της CURC είναι δραστικές κατά κυττάρων μελανώματος B16 (invitro), εντοπίστηκαν οι βέλτιστες συγκεντρώσεις συνδυασμών CURC και δοξορουβικίνης (DOX) που προσφέρουν βέλτιστη αντικαρκινική δράση [invitro]. Σε δεύτερο βήμα, παρασκευάστηκαν υβριδικές λιποσωμικές μορφές συνδυασμών CURC -DOX, ως τεχνική χορήγησης συνδυασμών που θα φθάσουν στα καρκινικά κύτταρα στις αρχικές συγκεντρώσεις (κάτι που δεν θα συμβεί εάν χορηγηθούν ως ξεχωριστά φάρμακα λόγο της διαφορετικής κινητικής τους). Επιπρόσθετα μελετήθηκε η επίδραση της ενσωμάτωσης ceramideς στην λιποσωμική μεμβράνη στην αντικαρκινική δράση των μορφών. Οι μορφές συνδυασμού CURC-DOX έδειξαν αυξημένη αντικαρκινική δράση σε σύγκριση με λιποσώματα που είχαν μόνο DOX (κάτι που δεν παρατηρήθηκε όταν χρησιμοποιήθηκαν ελεύθερα τα δύο μόρια). Όπως επιβεβαιώθηκε με FACSanalysis και με πειράματα κυτταρικής πρόσληψης, αυτή η αυξημένη δράση των μορφών συνδυασμού οφείλετε σε αύξηση της πρόσληψης DOX από τα κύτταρα, παρουσία CURC (πάλι δεν συνέβηκε όταν χρησιμοποιήθηκε ελεύθερη CURC). Εάν και παρατηρήθηκε αυξημένη δραστικότητα λιποσωμικής -DOX όταν τα λιποσώματα είχαν ceramides στη σύσταση τους, σε συμφωνία με προηγούμενες μελέτες, η προσθήκη, ceramideς δεν είχε θετικό αποτέλεσμα στη δραστικότητα των μορφών συνδυασμού CURC-DOX όταν μετρήθηκε με την τεχνική MTT. Εντούτοις, μηχανιστικές μελέτες έδειξαν ότι οι μορφές συνδυασμού CURC-DOX έδωσαν αυξημένο ποσοστό κυττάρων που είναι σε αρχικά στάδια απόπτωσης, σε σχέση με τα λιποσωματα DOX με ceramides που έδωσαν μεγαλύτερα ποσοστά κυττάρων σε τελικά στάδια απόπτωσης. Στις μορφές που συνδύαζαν τα πάντα, CURC-DOX και Ceramides τα ποσοστά κυττάρων σε πρώιμη και προχωρημένη απόπτωση ήταν αθροιστικά.

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η σύνθεση, ο χαρακτηρισμός και η βιολογική αξιολόγηση τροποποιημένων πολυλειτουργικών νανοπεριεκτών (ΠΝΠ) ως συστημάτων μεταφοράς φαρμάκων (ΣΜΦ), με άμεση εφαρμογή στη θεραπεία του καρκίνου του μαστού και του προστάτη. Με τον όρο νανοπεριέκτες (ΝΠ) εννοούμε τα σωματίδια τα οποία βρίσκονται στην κλίμακα του νανομέτρου και κυμαίνονται σε διαστάσεις από περίπου 1nm έως και 100 nm. Ο όρος πολυλειτουργικά αναφέρεται στις ιδιότητες αυτών των νανοδομών και πιο συγκεκριμένα στο πως μεταβάλλονται οι ιδιότητες αυτών όταν υπάρχει επίδραση εξωτερικών παραγόντων όπως θερμοκρασία, pH, όξειδο-αναγωγικό περιβάλλον και μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Για την παρασκευή των πολυμερικών νανοπεριεκτών χρησιμοποιήθηκαν διάφορα είδη πολυμερισμών όπως, πολυμερισμός γαλακτώματος μέσω ριζών, πολυμερισμός σπόρου (seed), πολυμερισμός μεταφοράς ατόμου με ρίζες, πολυμερισμός διασποράς και πολυμερισμός μέσω απόσταξης-καταβύθισης. Οι διάφορες ευαισθησίες στα ΝΣ προστέθηκαν μέσω συμπολυμερισμού διαφόρων μονομερών τα οποία παρουσιάζουν τις προαναφερθείσες ιδιότητες. Κάποια από τα μονομερή τα οποία χρησιμοποιήθηκαν, όπως το υδρόξυ προπυλικό μεθακρυλαμίδιο (HPMA) το οποίο παρουσιάζει ευαισθησία στη μεταβολή της θερμοκρασίας και το 3-Μεθυλ-N-(2-((2-(3-οξοβουταναμιδο)εθυλ) δισουλαφανυλ)εθυλ)βουτ-3-εναμίδιο (Disulfide) το οποίο παρουσιάζει ευαισθησία στις μεταβολές του όξειδο-αναγωγικού περιβάλλοντος συνετέθησαν στο εργαστήριο, ενώ τα υπόλοιπα ήταν εμπορικά διαθέσιμα. Το κύριο μονομερές το οποίο χρησιμοποιήθηκε στους πολυμερισμούς είναι ο Μεθακρυλικός Μεθυλεστέρας (MMA) το οποίο είναι μη τοξικό και κατά τον πολυμερισμό του δημιουργεί σφαιρικές δομές συγκεκριμένου μεγέθους (νανοσφαίρες). Με τη χρήση του συγκεκριμένου μονομερούς συνετέθησαν συμπολυμερή, τα οποία είναι ευαίσθητα στη θερμοκρασία, στο pH και στο όξειδο-αναγωγικό περιβάλλον ή σε συνδυασμό των παραγόντων αυτών. Οι πολυμερικές νανοσφαίρες-νανοπεριέκτες οι οποίες συνετέθησαν είναι κενές στο εσωτερικό τους, ή είναι της μορφής πυρήνας-κέλυφος, όπου το κέλυφος περιέχει τα μονομερή με τις επιθυμητές ευαισθησίες. Η κοιλότητα η οποία δημιουργείται στο εσωτερικό των νανοσφαιρών, σε ορισμένες περιπτώσεις, έχει ως σκοπό τον εγκλωβισμό φαρμακευτικών ουσιών. Τα φαρμακευτικά μόρια τα οποία χρησιμοποιούνται στην παρούσα διδακτορική διατριβή, είτε στο εσωτερικό των νανοσφαιρών είτε προσδεδεμένα στην επιφάνεια αυτών, είναι η Δοξορουβικίνη (Doxorubicin) και η Δαουνοροβικίνη (Daunorubicin). Η επαγωγή των μαγνητικών ιδιοτήτων στους νανοπεριέκτες πραγματοποιήθηκε με τη σύνθεση μαγνητικών νανοσωματιδίων (ΜΝΣ) τα οποία παρασκευάστηκαν πάνω στην επιφάνειά τους. Η χρήση ενός εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου αυξάνει τοπικά τη θερμοκρασία με αποτέλεσμα, αφενός να διευκολύνεται η τοπική απελευθέρωση της εγκλωβισμένης φαρμακευτικής ουσίας και αφετέρου, εξαιτίας της υψηλής θερμοκρασίας που αναπτύσσεται τοπικά, να οδηγείται το καρκινικό κύτταρο σε απόπτωση (προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος). Για το χαρακτηρισμό των νανοπεριεκτών χρησιμοποιήθηκε μία πληθώρα τεχνικών. Για το μορφολογικό χαρακτηρισμό χρησιμοποιήθηκε η ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης και διέλευσης, Scanning Electron Microscopy (SEM) και Transmission Electron Microscopy (ΤΕΜ) αντίστοιχα, για το δομικό, η φασματοσκοπία υπερύθρου (FT-IR), η φασματοσκοπία Raman, η φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (Nuclear Magnetic Resonance, NMR) και η τεχνική περίθλασης ακτίνων-Χ, ενώ για τη μελέτη των μαγνητικών ιδιοτήτων χρησιμοποιήθηκε η φασματοσκοπία δονούμενου δείγματος Vibrating Sample Magnetometry, VSM). Επίσης χρησιμοποιήθηκαν η τεχνική της δυναμικής σκέδασης φωτός (Dynamic Light Scattering, DLS) η οποία έδωσε πληροφορίες για τις ιδιότητες και τη συμπεριφορά των νανοπεριεκτών μέσα στο διάλυμα, καθώς επίσης και η φασματοσκοπία ορατού-υπεριώδους (Ultra Violet-Visible, UV-VIS), μέσω της οποίας έγινε μελέτη του εγκλωβισμού και της απελευθέρωσης των χρησιμοποιούμενων φαρμάκων από τις νανoσφαίρες. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν μελέτες υπερθερμίας με τη βοήθεια ενός εξωτερικού εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου. / The aim of this thesis is the synthesis, characterization and biological evaluation of modified multifunctional nanoparticles (MMNs) as drug delivery systems (DDS, with immediate effect in the treatment of breast and prostate cancer. The term nanoparticles (NPs) refer to the particles which are in the nanometer scale and range in size, from about 1nm to and 100 nm. The term multifunctional refers to the properties of these nanostructures and more particularly to the way that change their properties when external factors such as temperature, pH, redox environment and alternating magnetic field are applied. For the preparation of polymeric nanoparticles, different types of polymerizations were used such as, emulsion polymerization, seed polymerization, atom transfer radical polymerization, dispersion polymerization and polymerization through distillation-precipitation process. The different sensitivities were added via copolymerization of different monomers which exhibit the aforementioned properties. Some of the monomers used like, N-(-2-HydroxyPropyl) Methacrylamide (HPMA), which is sensitive to temperature changes and N,N'-(disulfanediylbis(ethane-2,1-diyl))bis(2-methylacrylamide) (Disulfide) which is sensitive to changes in the redox environment, were synthesized in the laboratory, while the rest, were commercially available. The primary monomer, used in the polymerizations, was Methyl Methacrylate (MMA) which is non-toxic and in through to its polymerization creates spherical structures of certain size (nanospheres). By using the specific monomer, copolymers, which are sensitive to temperature, pH and redox environment or a combination of these factors, were synthesized. The synthesized polymeric nanospheres-nanocontainers, are either hollow inside, or form core-shell structures, where the shell contains the monomers with the desired sensitivity. The cavity which is created inside the nanospheres, in some cases, is intended to entrap pharmaceutical substances. The drug molecules used in this thesis, either within or tethered to the surface of the nanospheres are, Doxorubicin (DOX) and Daunorubicin (DNR). The induction of the magnetic properties in nanocontainers was performed by the synthesis of magnetic nanoparticles (MNPs), prepared on their surface. The use of an alternating magnetic field increases the temperature locally resulting on one hand to facilitate local release of the entrapped drug, and on the other hand, because of the high temperatures developed locally, to lead the tumor cell to apoptosis (programmed cell death). For the characterization of nanoparticles a variety of techniques were used. For the morphological characterization, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Transmission Electron Microscopy (TEM) were used while for the structural characterization, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), Raman Spectroscopy, Nuclear Magnetic Resonance (NMR) and X-ray diffraction Spectroscopy were used. Magnetic properties were studied by Vibrating Sample Magnetometry (VSM). The Dynamic Light Scattering technique (DLS) was also used in order to get information about the properties and behavior of nanoparticles in solution and Ultra Violet-Visible Spectroscopy (UV-VIS), gave information about Loading and Release of the drugs used in nanocontainers. Hyperthermia measurements were carried out by using an external alternating magnetic field.