Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2024.

Bibliography: pages 90-125.

Cancer is a complex disease with a global impact that afflicts millions of individuals. The efficacy of doxorubicin, a commonly prescribed first-line therapy, is hindered by off-target accumulation and selectivity issues, highlighting the urgent requirement for a secure and effective alternative. This study aims particularly to explore the anti-cancer efficacy and safety of doxorubicin-loaded kaolinite (kaoliniteMeOH-Dox), a repackaging of doxorubicin, through in vitro and in vivo studies, comparing it to doxorubicin monotherapy. The kaoliniteMeOH-Dox formulation was prepared, and its physicochemical properties were examined using various characteristic techniques, including transmission electron microscopy (TEM), dynamic light scattering (DLS), zeta potential, Fourier Transform Infrared (FTIR), X-ray diffraction (XRD), and in vitro drug release profiles at two distinct pH values (5.5 and 7.4) as a simulation of the tumor and blood pH, respectively. Moreover, the MTT assay was conducted to assess the cytotoxicity of the formulation against both cancer and normal cell lines. For the in vivo experiments, Ehrlich solid tumors were implanted in 40 female CD1 mice. These tumors mimic human breast cancer and were induced by injecting 0.2 mL of cancer cells subcutaneously into the right flank of mice. The mice were divided into groups of 10 each, with the subsequent groups: ESC (positive control group) received 200µl of saline, KM received 200µl of 450 mg/kg kaolinite nanoparticles, KMD received 200µl of 45 mg/kg doxorubicin-loaded nanoparticles, and DOX received 200µl of free doxorubicin. Additionally, 20 naïve CD1 female mice were divided into two groups: the control group, treated with saline, and the NKD group, which received 200µl of (45 mg/kg) doxorubicin-loaded kaolinite. The tumor size, weight, and inhibition rate were measured. Additionally, arginase levels were detected in all the experimental groups as a tumor marker. Moreover, the formulation's cytotoxic and genotoxic effects were studied on tumor tissues to evaluate the treatment's progress as well as on vital organs, including the heart, liver, and kidney, to assure safety and monitor progress. Furthermore, using a hemolysis assay, the hemocompatibility of the doxorubicin-loaded kaolinite formulation was tested on human blood. The findings revealed that the formulation has advantageous properties such as the size of 74.81 nm ±7.93, the high positive charge of +32.5 mV, the pH-responsive release of the drug in the tumor, and an exceptional loading efficiency of 90.16%. In vivo analysis revealed that kaoliniteMeOH-Dox had a significantly higher tumor-suppressing rate than doxorubicin alone, achieving 86.075% versus 60.379% of doxorubicin. Also, tests for oxidative stress showed a significant (P˂0.05) decrease in malondialdehyde (MDA) and nitric oxide (NO) levels with a substantial increase in the glutathione reduced (GSH) and catalase (CAT) levels in the KMD group compared to the ESC group. The histopathological micrographs and the comet assay showed that kaoliniteMeOH-Dox lowered oxidative stress and inflammation induced by the tumor state, alleviating their prevalence in vital organs. Additionally, the formulation prevented tumor metastasis in critical organs. Furthermore, the MTT experiment demonstrated that kaoliniteMeOH-Dox had a substantially higher selectivity index (21.22) than doxorubicin (0.818). Moreover, the hemolysis assay revealed the blood compatibility of the nanoparticles by inducing a hemolysis percentage of less than 5%. This study's findings have important implications for cancer treatment and support the use of kaoliniteMeOH-Dox in further clinical trials. Notably, this formulation's potential may extend beyond the Ehrlich solid tumor, allowing for testing in a variety of chemotherapies and cancer animal models. The results of this study hold the potential to inspire hope, as they indicate that kaoliniteMeOH-Dox could be a promising alternative to doxorubicin monotherapy.

السرطان، وهو مرض معقد ذو تأثير عالمي، يصيب الملايين من الأفراد. إن فعالية دوكسوروبيسين، وهو علاج الخط الأول المستخدم على نطاق واسع، يعوقها التراكم غير المستهدف والمضاعفات الانتقائية، مما يؤكد الحاجة الملحة إلى بديل آمن وفعال. الهدف الأساسي لهذه الدراسة هو استكشاف الفعالية المضادة للسرطان وسلامة الكاولينيت المحمل بالدوكسوروبيسين (kaoliniteMeOH-Dox)، وهو إعادة تعبئة للدوكسوروبيسين، من خلال الدراسات المختبرية وفي الجسم الحي، ومقارنته بالعلاج الأحادي للدوكسوروبيسين. تم تحضير تركيبة الكاولينيت MeOH-Dox، وفحص خواصه الفيزيائية والكيميائية باستخدام تقنيات مميزة مختلفة، بما في ذلك المجهر الإلكتروني النافذ (TEM)، تشتت الضوء الديناميكي (DLS)، إمكانات زيتا، تحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء (FTIR)، حيود الأشعة السينية (XRD). ) ، وفي ملفات تعريف إطلاق الدواء في المختبر عند قيمتين مختلفتين للأس الهيدروجيني (5.5 و 7.4) كمحاكاة للورم ودرجة الحموضة في الدم، على التوالي. علاوة على ذلك، تم إجراء اختبار MTT لتقييم السمية الخلوية للتركيبة ضد كل من السرطان وخطوط الخلايا الطبيعية. بالنسبة للتجارب التي أجريت على الجسم الحي، تم زرع أورام إيرليك الصلبة في 40 فأرًا من نوع CD1. تحاكي هذه الأورام سرطان الثدي البشري، وتم إحداثها عن طريق حقن 0.2 مل من الخلايا السرطانية تحت الجلد في الجانب الأيمن من الفئران. تم تقسيم الفئران إلى 10 في كل مجموعة، مع المجموعات التالية: تلقت ESC (مجموعة المراقبة الإيجابية) 200 ميكرولتر من المياه المالحة، تلقت KM 200 ميكرولتر من 450 (مجم / كجم) من جزيئات الكاولينيت النانوية، تلقت KMD 200 ميكرولتر من دوكسوروبيسين (45 مجم / كجم) محملة بالجسيمات النانوية، وحصل دوكس على 200 ميكرولتر من دوكسوروبيسين مجانًا. بالإضافة إلى ذلك، تم تقسيم 20 فأرة من أنثى CD1 الساذجة إلى مجموعتين: المجموعة الضابطة، التي عولجت بالمحلول الملحي، ومجموعة NKD، التي تلقت 200 ميكرولتر من (45 ملغم / كغم) من الكاولينيت المحمل بالدوكسوروبيسين. تم حساب حجم الورم والوزن ومعدل التثبيط. بالإضافة إلى ذلك، تم الكشف عن مستويات الأرجيناز في جميع المجموعات التجريبية كعلامة للورم. علاوة على ذلك، تمت دراسة التأثيرات السامة للخلايا والسمية الجينية للتركيبة على أنسجة الورم لتقييم تقدم العلاج وكذلك على الأعضاء الحيوية، بما في ذلك القلب والكبد والكلى، لضمان السلامة وتتبع التقدم. علاوة على ذلك، باستخدام مقايسة انحلال الدم، تم اختبار التوافق الدموي لتركيبة الكاولينيت المحملة بالدوكسوروبيسين على دم الإنسان. كشفت النتائج أن التركيبة لها خصائص مفيدة مثل حجم 74.81 نانومتر ±7.93، وشحنة موجبة عالية تبلغ +32.5 مللي فولت، وإطلاق الدواء المستجيب للأس الهيدروجيني في الورم، وكفاءة تحميل استثنائية تبلغ 90.16%. كشفت الاختبارات التي أجريت على الجسم الحي أن الكاولينيت مي أوه- دوكس كان لديه معدل تثبيط للورم أعلى بكثير من الدوكسوروبيسين وحده، حيث حقق 86.075% مقابل 60.379% للدوكسوروبيسين. كما أظهرت اختبارات الإجهاد التأكسدي انخفاضًا معنويًا (P˂0.05) في مستويات المالونديالدهيد (MDA) وأكسيد النيتريك (NO) مع زيادة كبيرة في مستويات الجلوتاثيون المختزل (GSH) والكاتلاز (CAT) في مجموعة KMD مقارنة مع مجموعة KMD. مجموعة ESC. أظهرت الصور المجهرية النسيجية وفحص المذنب أن الكاولينيت MeOH-Dox قلل من الإجهاد التأكسدي والالتهاب الناجم عن حالة الورم، مما خفف من انتشارهما في الأعضاء الحيوية. بالإضافة إلى ذلك، منعت التركيبة انتشار الورم في الأعضاء الحيوية. علاوة على ذلك، أظهرت تجربة MTT أن الكاولينيت MeOH-Dox كان له مؤشر انتقائية أعلى بكثير (21.22) من الدوكسوروبيسين (0.818). علاوة على ذلك، كشف اختبار انحلال الدم عن توافق الدم مع الجسيمات النانوية عن طريق تحفيز نسبة انحلال الدم أقل من 5%. نتائج هذه الدراسة لها آثار مهمة على علاج السرطان وتدعم استخدام الكاولينيت مي أوه-دوكس في المزيد من التجارب السريرية. ومن الجدير بالذكر أن إمكانات هذه التركيبة قد تمتد إلى ما هو أبعد من ورم إيرليك الصلب، مما يسمح باختبارها في مجموعة متنوعة من العلاجات الكيميائية والنماذج الحيوانية للسرطان. تحمل نتائج هذه الدراسة القدرة على إلهام الأمل، لأنها تشير إلى أن الكاولينيت MeOH-Dox يمكن أن يكون بديلاً واعداً للعلاج الأحادي بالدوكسوروبيسين.

Issued also as CD

Text in English and abstract in Arabic & English.