Valoaktivoituvien ICG-Doksorubisiini-liposomien valmistaminen ja Quasi-Vivo® -pohjaisen kaksisolumallin kehittäminen lääkkeiden teho- ja toksisuuskokeisiin

Perinteiset 2D-solunkasvatusmenetelmät ja kokeelliset alustat eivät usein pysty simuloimaan eri solutyyppien luonnollista kemiallista ja fysiologista ympäristöä. Tekijöitä, jotka voivat vaikuttaa merkittävästi solujen erilaistumiseen, kasvuun, solunsisäisiin rakenteisiin tai metaboliseen aktiivisuuteen ovat esimerkiksi hapen saatavuus, viestiaineet, kemialliset gradientit, paine, nesteen virtaus ja alustojen topografia. Modulaarisia bioreaktoreita, kuten Quasi-Vivo®-järjestelmää, voidaan käyttää simuloimaan näitä tekijöitä. Liposomit ovat fosfolipidikaksoiskerroksesta muodostuvia partikkeleja, joiden sisällä on vesitilavuus. Niitä voidaan muokata monin eri tavoin, lataamalla niitä kuljettamaan vesi- tai rasvaliukoisia molekyylejä, muokkaamalla niiden transitiolämpötilaa, tai päällystämällä niitä eri tarpeiden mukaan. Doksorubisiini on tehokas ja yhä laajassa käytössä oleva sytostaatti, jolla kuitenkin vapaana lääkeaineena annosteltuna on vakavia haittoja, erityisesti sydäntoksisuus. Tässä työssä tavoitteena on selvittää sopivat valmistusparametrit ja todeta riittävä säilyvyys valoaktivoituville ICG-Doksorubisiini-liposomeille, jotta niitä voidaan käyttää tulevissa in vitro kokeissa. Tämän lisäksi selvitetään HepG2 solulinjan selviäminen virtauksen alla Quasi-Vivo® -laitteistossa ja yhdistetään HepG2 ja A549 solulinjat yhdeksi kaksisolumalliksi. Lopuksi suoritetaan yksinkertainen valotuskoe aiemmin valmistetuilla liposomeilla tässä solumallissa, ja tarkastellaan, miten vaikutus näkyy koko systeemissä. Liposomien, joiden ICG- ja doksorubisiini-enkapsulaatio on yli 70%, valmistaminen onnistuu esitetyllä protokollalla luotettavasti ja toistettavasti, ja nämä liposomit säilyvät käyttökelpoisina ainakin 14 vuorokautta säilytettynä pimeässä, 4°C lämpotilassa. A549 ja HepG2 solulinjojen kasvattaminen ja yhdistäminen samaan laitteistoon yhteiseen kasvatusliuokseen virtauksen alle onnistuu, eikä kummankaan solulinjan kasvussa huomata eroa viljelyyn staattisissa olosuhteissa. Kun valotetaan laitteistoon annosteltuja liposomeja, huomataan alustavien tulosten perusteella merkittävää tehon lisäystä valotetussa järjestelmässä pimeään verrattuna, sekä valotetuissa kammiossa että niissä, jotka siihen on Quasi-Vivo® -putkiston kautta yhdistetty.Traditional 2D cell cultivating vessels and experimental models cannot often simulate natural chemical and physical environment of different cell types. For example, availability of oxygen, chemical gradients, messaging molecules, fluid pressure, flow and surface topography are factors that may affect significantly in cell differentiation, growth, cellular structure, and metabolism. Modular bioreactors like Quasi-Vivo® -system can be used to simulate these factors. Liposomes are particles of phospholipid bilayer with aqueous space enclosed within. They can be modified in numerous ways, like loading them with hydrophobic and hydrophilic molecules, changing their transition temperature or coating them according to different needs. Doxorubicin is effective and widely used cytostatic agent, but when administered as a free drug it has often severe side-effects, like cardiotoxicity. Goal of this thesis is to determine appropriate manufacturing parameters and verify adequate shelf-life of ICG-Doxorubicin liposomes, that they are applicable for future in vitro experiments. Then survival of HepG2 cell line under flow in Quasi-Vivo®-equipment is determined, after which A549 and HepG2 will be then combined into one two-cell model. Finally, a simple illumination experiment in this cell model with previously made liposomes is conducted, and the effect in whole system is examined. Using protocol presented in this thesis it is possible to produce successfully and repeatedly liposomes with both ICG and doxorubicin encapsulation over 70%. Their shelf-life was at least 14 days when stored in 4°C protected from light. This was determined to be sufficient for in vitro testing. Cultivating A549 and HepG2 cell lines combined in the same system with shared media and fluid flow conditions was successful. Neither of the cell lines show significant difference in viability when compared to static control. When light-activating liposomes are administered to the system and then illuminated, from preliminary results we can see significant difference in drug effect. Both illuminated chambers and off-target chambers connected via Quasi-Vivo® show increased suppression, which shows promise that this in vitro model would be useful for future experiments