Functionalized carbon nanotubes as potential nano-carrier for D-aminoacid-oxidase.

In biomedicine, nanotechnology-based products have revealed an immense potential, even in the oncological field. Anticancer nano-drug delivery systems offer enhanced pharmacokinetic, better distribution to target cells and lower damages to healthy tissues than current therapeutic strategies. Multi walled carbon nanotubes (MWCNTs), are widely used structures for nano-oncology, due to their unique chemical and physical properties. They are allotropes of carbon, with nanometer-sized diameter and micrometer-sized length, whose surface is commonly functionalized to reduce their toxicity and to improve their compatibility with biological systems. Functionalization plays a role in the formation of “protein corona” or “bio-corona”, a layer of physiological proteins adsorbed onto nanoparticles’ surface after their injection in the blood stream, which characteristics may modulateresponses of the organism to foreign materials,thus influencing therapeutic effects. In this thesis,two polymers, polyethylene glycol and chitosan, were tested to obtain functionalized MWCNTs (f-MWCNTs) as nano-carrier systems for the delivery of RhodotorulagracilisD-amino acid oxidase (RgDAAO). DAAO is a flavoenzyme, which chemotherapeutic activity is due to the generation oftoxic hydrogen peroxide (H2O2) in presence of D-amino acids. After injection of f-MWCNTs with adsorbed DAAO, the production of H2O2 could be activated by administration of specific substrates (e.g. D-alanine) only in the cancer site in order to maximize therapeutic effects preserving healthy cells.The aims of this work were to verify the enzymatic activity, to investigate the biocompatibility of nano-complex, analysing the protein corona formed after incubation in human plasma, and to study the cytotoxicity in vitro on tumor cell lines.

In biomedicina, i dispositivi basati sulla nano-tecnologia si stanno rivelando come un immenso potenziale, anche nel campo oncologico. I sistemi nanometrici per la veicolazione di farmaci antitumorali offrono una farmacocinetica ottimizzata, una migliore distribuzione del farmaco nelle cellule malate e ridotti danni ai tessuti sani rispetto alle strategie terapeutiche attualmente in uso. I nanotubi a parete multipla (MWCNTs) sono strutture ampiamente utilizzate in nano-oncologia, grazie alle loro esclusive proprietà chimiche e fisiche. Si tratta di allotropi del carbonio, con diametro nanometrico e lunghezza micrometrica, la cui superficie può essere funzionalizzata per ridurre la loro tossicità e per promuoverne la compatibilità con i sistemi biologici. La funzionalizzazione controlla anche la formazione del “protein corona” o “bio-corona”, uno strato di proteine fisiologiche adsorbite sulla superficie delle nanoparticelle, dopo la loro iniezione in circolo, le cui caratteristiche potrebbero modulare la risposta dell’organismo ai nano-materiali esogeni, influenzandone anche gli effetti terapeutici. In questo progetto, sono stati utilizzati due polimeri, il polietilenglicole e il chitosano, per ottenere MWCNTs funzionalizzati (f-MWCNTs) adatti alla veicolazione di Rhodotorulagracilis D-amino acid oxidase (RgDAAO). La DAAO è un flavoenzima, la cui attività chemioterapica è dovuta alla capacità di generare, in presenza di amminoacidi D, perossido di idrogeno (H2O2) tossico per le cellule. Una volta iniettati i f-MWCNTs con la DAAO adsorbita, potrà avvenire la produzione di H2O2 tramite la somministrazione di substrati specifici (es. D-alanina) solo nel sito tumorale, in modo da massimizzare gli effetti terapeutici e ridurre quelli indesiderati nelle cellule sane. Gli obiettivi di questo lavoro consistono nel valutare l’attività enzimatica della DAAO veicolata, nel testarne la citotossicità su linee tumorali in vitro e nell’indagare la biocompatibilità del nano-complesso, tramite l’analisi proteomica del protein corona formatosi dopo incubazione in plasma umano.