text size

Overcoming cancer resistance to chemotherapy through HPMA copolymer conjugates

Notice: I hereby declare that I am aware that the information acquired from theses published by Charles University may not be used for commercial purposes or may not be published for educational, scientific or other creative activities as activities of person other than the author.
Title:
Overcoming cancer resistance to chemotherapy through HPMA copolymer conjugates
Title (in czech):
Překonání rezistence nádorů k chemoterapii pomocí konjugátů na bázi HPMA kopolymerů
Type:
Dissertation
Author:
Bc. Ladislav Sivák
Supervisor:
RNDr. Marek Kovář, PhD.
Opponents:
prof. MUDr. Karel Smetana, DrSc.
PharmDr. Jitka Palich Fučíková, Ph.D.
Thesis Id:
156643
Faculty:
Faculty of Science (PřF)
Department:
Department of Cell Biology (31-151)
Study programm:
Immunology (P1517)
Study branch:
-
Degree granted:
Ph.D.
Defence date:
16/09/2019
Defence result:
Pass
Language:
English
Abstract (in czech):
Abstrakt Mnohočetná léková rezistence (MDR) představuje jednu z nejběžnějších a z nejzávažnějších komplikací při chemoterapii nádorových onemocnění. Hlavní mechanismem podílejícím se na vzniku MDR nádorových buněk je zvýšená exprese ATP-dependentních ABC transportérů, zejména P-glykoproteinu (P-gp). P-gp jako effluxní pumpa snižuje cytoplazmatickou koncentraci řady protinádorových léčiv. Otestovali jsme cytotoxický a cytostatický efekt polymerních konjugátů na bázi N-(2- hydroxypropyl)metakrylamidu (HPMA) nesoucí protinádorové léčivo a inhibitor P-gp in vitro a in vivo na nádorech s MDR. Na MDR myších i lidských nádorových liniích jsme prokázali, že polymerní konjugáty nesoucí protinádorové léčivo a inhibitor P-gp nejenom efektivně inhibují aktivitu P-gp a tím zvyšují intracelulární akumulaci daného cytostatika, ale také zvyšují jeho cytostatickou a cytotoxickou aktivitu in vitro a in vivo. Léčba pomocí konjugátu nesoucího doxorubicin (Dox) a derivát reversinu 121 (R121) vedla k signifikantní inhibici růstu nádorů a prodloužení doby přežití myší u nádorových modelů P388/MDR a CT26. U modelu CT26 dokonce došlo ke kompletní regresi nádorů u 6 z experimentální skupiny 8 myší nesoucí nádor. Dále jsme otestovali schopnost diblokového konjugátu nesoucího Dox a skládajícího se z HPMA kopolymerního řetězce a řetězce polypropylen oxidu (PPO) překonávat MDR in vitro a in vivo. HPMA kopolymer-PPO diblokový konjugát vykazoval vyšší cytostatickou a cytotoxickou aktivitu ve srovnání s HPMA kopolymerním konjugátem nesoucím Dox a to jak na lidských tak myších MDR buněčných liniích in vitro. Tento diblokový konjugát měl pak i vyšší terapeutickou účinnost in vivo a vykazoval vyšší akumulaci v nádorech ve srovnání s HPMA kopolymerním konjugátem nesoucím Dox. Nakonec jsme testovali schopnost HPMA kopolymerních konjugátů nesoucí donory NO zvýšit terapeutickou účinnost HPMA konjugátu nesoucího Dox, a to pomocí zvýraznění EPR efektu. Tyto konjugáty nejenom sensitizovali myší a lidské buněčné linie k cytostatické aktivitě Dox in vitro, ale také výrazně zvýšili účinnost léčby HPMA kopolymerního konjugátu nesoucího Dox v modelu myšího EL4 lymfomu.
Abstract:
Abstract Multidrug resistance (MDR) is a common cause of failure in chemotherapy for malignant diseases. Cancer cells develop MDR most often via the up-regulation of P- glycoprotein (P-gp) expression. P-gp is an efflux pump with broad specificity belonging to ATP-binding cassette (ABC) transporters which decreases the intracellular concentration of various drugs. We designed polymeric conjugates based on an N-(2-hydroxypropyl)methacrylamide (HPMA) bearing a cytostatic drug and/or P-gp inhibitor and tested their cytostatic/cytotoxic activity in vitro and their therapeutic efficacy in vivo in MDR tumors. We demonstrated that HPMA copolymer conjugates bearing both the cytostatic drug (doxorubicin (Dox) or pirarubicin) and the P-gp inhibitor (derivative of reversin 121 (R121) or ritonavir) possess remarkable cytostatic and cytotoxic activity in MDR tumor cell lines in vitro and superior antitumor activity in vivo. Notably, the HPMA copolymer conjugate bearing both Dox and R121 showed significant antitumor activity in both P388/MDR and CT26 mouse tumor models and was capable to completely cure 6 out of 8 mice with established CT26 tumors. We explored the potential of micelle-forming HPMA copolymer-poly(propylene oxide) (PPO) diblock bearing Dox to overcome MDR in vitro and in vivo. The HPMA copolymer-PPO diblock bearing Dox showed higher cytostatic and cytotoxic activity in vitro in comparison to the HPMA copolymer conjugate bearing Dox in MDR murine and human cancer cell lines. Moreover, the HPMA copolymer-PPO diblock bearing Dox showed higher antitumor activity and accumulation in mouse EL4 lymphoma in vivo in comparison to the HPMA conjugate bearing Dox. Finally, we evaluated the potential of polymeric NO donors to improve the therapeutic activity of the HPMA copolymer conjugate bearing Dox through an increase of the enhanced permeability and retention effect. Polymeric NO donors were able to sensitize murine and human cell lines to the cytostatic activity of Dox in vitro and significantly improved the treatment of EL4 lymphoma-bearing mice with the HPMA copolymer conjugate bearing Dox in vivo.
Documents
Download Document Author Type File size
Download Text of the thesis Bc. Ladislav Sivák 20.11 MB
Download Abstract in czech Bc. Ladislav Sivák 324 kB
Download Abstract in english Bc. Ladislav Sivák 321 kB
Download Autoreferat / doctoral thesis summary Bc. Ladislav Sivák 518 kB
Download Opponent's review prof. MUDr. Karel Smetana, DrSc. 614 kB
Download Opponent's review PharmDr. Jitka Palich Fučíková, Ph.D. 564 kB
Download Defence's report 138 kB