Nanocomposites based on halloysite as carriers for anticancer drugs : experimental data and molecular simulations

Halloysite is a clay mineral of kaolinite group with tubular morphology. Due to its special characteristics, it is widely used for the encapsulation of a variety of molecules and therefore it is used as a drug delivery system. In this study, halloysite was investigated as a potential delivery syst...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Γιαννή, Ελένη
Άλλοι συγγραφείς: Gianni, Eleni
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2022
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/15774
id nemertes-10889-15774
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Clay minerals
Halloysite
Colon cancer
Drug delivery system
Molecular simulations
Irinotecan
Αργιλικά ορυκτά
Αλλοϋσίτης
Καρκίνος παχέος εντέρου
Σύστημα μεταφοράς φαρμάκου
Μοριακή προσομοίωση
Ιρινοτεκάνη
spellingShingle Clay minerals
Halloysite
Colon cancer
Drug delivery system
Molecular simulations
Irinotecan
Αργιλικά ορυκτά
Αλλοϋσίτης
Καρκίνος παχέος εντέρου
Σύστημα μεταφοράς φαρμάκου
Μοριακή προσομοίωση
Ιρινοτεκάνη
Γιαννή, Ελένη
Nanocomposites based on halloysite as carriers for anticancer drugs : experimental data and molecular simulations
description Halloysite is a clay mineral of kaolinite group with tubular morphology. Due to its special characteristics, it is widely used for the encapsulation of a variety of molecules and therefore it is used as a drug delivery system. In this study, halloysite was investigated as a potential delivery system of irinotecan for the treatment of colon cancer by oral administration. The drug-loaded halloysite nanocomposites were coated with Eudragit S100 copolymer, for the targeted release of the active substance only in colon conditions. The drug entrapment efficiency was reached a satisfactory value of 84.42 ± 3.10 %, as it was found from UV-Vis Spectrophotometry. The nanocomposites were characterized for their physicochemical and morphological properties via TGA, XRD, TEM, SEM, and DLS methods. Quantum Mechanics and Classical Molecular Simulations methods were used for a deeper view on mutual interactions between individual compounds. The bacterial load of the halloysite was examined in order to support its use in pharmaceutical applications. Release studies were performed in simulated conditions of the human body, determined a minimum release of the drug under stomach conditions (0.7 % in 2 h), a low release at pH 4.5 (24.8 % total release after 2 h in pH 1.2 and 2 h in pH 4.5) followed by a rapid release after 1 h in intestinal conditions (> 90 %). Cellular studies (viability, apoptosis and hemolysis) were performed in order to prove the cytocompatibility of the samples. The drug carrier was found to be non-toxic in small concentrations, while the irinotecan-loaded halloysite exhibits higher anticancer activity than free irinotecan (45 ± 6 % and 26 ± 6 % viability at 24 h and 48 h, respectively). From Molecular Simulations was showed that halloysite can interact effectively with all the different forms of the drug, resulting a promising drug delivery system for irinotecan.
author2 Gianni, Eleni
author_facet Gianni, Eleni
Γιαννή, Ελένη
author Γιαννή, Ελένη
author_sort Γιαννή, Ελένη
title Nanocomposites based on halloysite as carriers for anticancer drugs : experimental data and molecular simulations
title_short Nanocomposites based on halloysite as carriers for anticancer drugs : experimental data and molecular simulations
title_full Nanocomposites based on halloysite as carriers for anticancer drugs : experimental data and molecular simulations
title_fullStr Nanocomposites based on halloysite as carriers for anticancer drugs : experimental data and molecular simulations
title_full_unstemmed Nanocomposites based on halloysite as carriers for anticancer drugs : experimental data and molecular simulations
title_sort nanocomposites based on halloysite as carriers for anticancer drugs : experimental data and molecular simulations
publishDate 2022
url http://hdl.handle.net/10889/15774
work_keys_str_mv AT giannēelenē nanocompositesbasedonhalloysiteascarriersforanticancerdrugsexperimentaldataandmolecularsimulations
AT giannēelenē nanosynthetabasismenasealloüsitēōsphoreisgiaantikarkinikapharmakapeiramatikadedomenakaimoriakēprosomoiōsē
_version_ 1771297329559633920
spelling nemertes-10889-157742022-09-05T20:12:58Z Nanocomposites based on halloysite as carriers for anticancer drugs : experimental data and molecular simulations Νανοσύνθετα βασισμένα σε αλλοϋσίτη ως φορείς για αντικαρκινικά φάρμακα : πειραματικά δεδομένα και μοριακή προσομοίωση Γιαννή, Ελένη Gianni, Eleni Clay minerals Halloysite Colon cancer Drug delivery system Molecular simulations Irinotecan Αργιλικά ορυκτά Αλλοϋσίτης Καρκίνος παχέος εντέρου Σύστημα μεταφοράς φαρμάκου Μοριακή προσομοίωση Ιρινοτεκάνη Halloysite is a clay mineral of kaolinite group with tubular morphology. Due to its special characteristics, it is widely used for the encapsulation of a variety of molecules and therefore it is used as a drug delivery system. In this study, halloysite was investigated as a potential delivery system of irinotecan for the treatment of colon cancer by oral administration. The drug-loaded halloysite nanocomposites were coated with Eudragit S100 copolymer, for the targeted release of the active substance only in colon conditions. The drug entrapment efficiency was reached a satisfactory value of 84.42 ± 3.10 %, as it was found from UV-Vis Spectrophotometry. The nanocomposites were characterized for their physicochemical and morphological properties via TGA, XRD, TEM, SEM, and DLS methods. Quantum Mechanics and Classical Molecular Simulations methods were used for a deeper view on mutual interactions between individual compounds. The bacterial load of the halloysite was examined in order to support its use in pharmaceutical applications. Release studies were performed in simulated conditions of the human body, determined a minimum release of the drug under stomach conditions (0.7 % in 2 h), a low release at pH 4.5 (24.8 % total release after 2 h in pH 1.2 and 2 h in pH 4.5) followed by a rapid release after 1 h in intestinal conditions (> 90 %). Cellular studies (viability, apoptosis and hemolysis) were performed in order to prove the cytocompatibility of the samples. The drug carrier was found to be non-toxic in small concentrations, while the irinotecan-loaded halloysite exhibits higher anticancer activity than free irinotecan (45 ± 6 % and 26 ± 6 % viability at 24 h and 48 h, respectively). From Molecular Simulations was showed that halloysite can interact effectively with all the different forms of the drug, resulting a promising drug delivery system for irinotecan. Ο αλλοϋσίτης είναι ένα αργιλικό ορυκτό της ομάδας του καολινίτη με σωληνοειδή μορφή. Λόγω των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών του, χρησιμοποιείται εκτενώς για τη συγκράτηση διαφόρων μορίων και ως εκ τούτου χρησιμοποιείται και ως έκδοχο για τη μεταφορά φαρμάκων. Ο φορτωμένος με φάρμακο αλλοϋσίτης επικαλύφθηκε με το συμπολυμερές Eudragit S100, για τη στοχευόμενη χορήγηση της δραστικής ουσίας μόνο σε συνθήκες παχέος εντέρου. Η απόδοση παγίδευσης του φαρμάκου έφτασε την ικανοποιητική τιμή του 84.42 ± 3.10 %, όπως μετρήθηκε μέσω της Σπεκτροφωτομετρίας UV-Ορατού. Τα νανοσύνθετα χαρακτηρίστηκαν για τις φυσικοχημικές τους και μορφολογικές τους ιδιότητες μέσω των μεθόδων TGA, XRD, TEM, SEM και DLS. Οι μέθοδοι της Κβαντικής Μηχανικής και της Κλασικής Μοριακής Προσομοίωσης χρησιμοποιήθηκαν για την επεξήγηση των αμοιβαίων αλληλεπιδράσεων μεταξύ των επιμέρους υλικών των νανοσύνθετων. Το βακτηριακό φορτίο του αλλοϋσίτη προσδιορίστηκε ώστε να υποστηριχτεί η χρήση του υλικού σε φαρμακευτικές εφαρμογές. Μελέτες απελευθέρωσης του φαρμάκου πραγματοποιήθηκαν σε προσομοιωμένες συνθήκες του ανθρώπινου σώματος, αποδεικνύοντας ελάχιστη απελευθέρωση του φαρμάκου σε συνθήκες αντίστοιχες του στομάχου (0,7 % για 2 h), μικρή απελευθέρωση σε pH 4,5 (24,8 % συνολική απελευθέρωση έπειτα από 2 h σε pH 1,2 και 2 h σε pH 4,5) ακολουθούμενη από γρήγορη απελευθέρωση έπειτα από 1 h σε συνθήκες παχέος εντέρου (> 90 %). Κυτταρικές μελέτες (βιωσιμότητα, απόπτωση και αιμόλυση) πραγματοποιήθηκαν για την απόδειξη της κυττατοσυμβατότητας των δειγμάτων. Το έκδοχο φάνηκε να είναι μη τοξικό σε χαμηλές συγκεντρώσεις, ενώ ο φορτωμένος με ιρινοτεκάνη αλλοϋσίτης παρουσίαση υψηλότερη αντικαρκινική δράση συγκριτικά με το σκέτο φάρμακο (45 ± 6 % και 26 ± 6 % βιωσιμότητας σε 24 h και 48 h, αντίστοιχα). Από τη Μοριακή Προσομοίωση αποδείχθηκε ότι ο αλλοϋσίτης μπορεί να αλληλοεπιδρά αποτελεσματικά με όλες τις μορφές του φαρμάκου, αποτελώντας έτσι ένα υποσχόμενο σύστημα μεταφοράς της δραστικής ουσίας της ιρινοτεκάνης. 2022-02-10T11:11:13Z 2022-02-10T11:11:13Z 2020-07-03 http://hdl.handle.net/10889/15774 en application/pdf