Ocena potencjalnych substancji terapeutycznych na modelu komórkowym w chorobach wieku podeszłego

W niniejszej rozprawie doktorskiej skupiono się na analizie współczesnych trendów dotyczących zastosowania nanocząstek w terapii chorób neurodegeneracyjnych, ocenie neuroprotekcyjnych właściwości nanocząstek redoks zawierających nitroksydy (NRNP) oraz walidacji metod badawczych przy określaniu biologicznych właściwości badanych nanocząstek. Za komórkowy model choroby Parkinsona posłużyły komórki linii SH-SY5Y traktowane 6-hydroksydopaminą (6-OHDA), jako jedną z najczęściej stosowanych neurotoksyn do indukcji modelu tej choroby. Na podstawie badań in vitro wykazano, że neuroprotekcyjny charakter nanocząstek zawierających nitroksydy oraz zdolność ich przenikania przez barierę krew-mózg były wyższe w odniesieniu do nitroksydów per se. W oparciu o pozyskane wyniki analiz, toksyczność 6-OHDA polega w dużej mierze na uszkodzeniu mitochondriów, które może prowadzić do depolaryzacji wewnętrznej błony mitochondrialnej, obniżenia masy mitochondrialnej oraz spadku poziomu ATP. Wśród szeregu przebadanych substancji, dwie z nich chroniły mitochondria przed niszczącym działaniem reaktywnych form tlenu (RFT), po ekspozycji na 6-OHDA. Co więcej, zarówno nitroksydy oraz NRNP mogą powodować zmianę w równowadze redoks komórek za pośrednictwem utleniania wewnątrzkomórkowych antyoksydantów. Otrzymane wyniki badań wskazują, że zarówno NRNP oraz nitroksydy per se zwiększają szybkość utleniania trzech najbardziej popularnych sond fluorescencyjnych stosowanych do pomiaru RFT, przez co należy zachować ostrożność przy interpretacji wyników otrzymanych z ich wykorzystaniem.

The doctoral dissertation focuses on the review of contemporary trends in the use of nanoparticles as therapeutics for neurodegenerative diseases, the assessment of the neuroprotective properties of nitroxide-containing redox nanoparticles (NRNPs); and a validation of methods used to determine the biological properties of the selected nanoparticles. Cells of the SH-SY5Y cell line were treated with 6-hydroxydopamine (6-OHDA) – as one of the most common neurotoxins used to induce a model of Parkinson’s disease. Based on our research, it was shown that the neuroprotective nature of NRNPs and their ability to cross the blood-brain barrier was superior in relation to nitroxides per se. In accordance with the obtained results, 6-OHDA toxicity mostly depends on damaging the mitochondria, which can lead to depolarization of the inner mitochondrial membrane, a decrease in the mitochondrial mass and a decrease in ATP levels. Among an array of tested compounds, two of them protected mitochondria from the damage of reactive oxygen species, after exposure to 6-OHDA, so the that we were able to confirm the protective properties of NRNPs. Moreover, both nitroxides and NRNPs can alter the redox balance of cells through the oxidation of intracellular antioxidants. The results indicate that both NRNPs and nitroxides per se increase the oxidation rate of the three most popular fluorescent probes used for the reactive oxygen species measurement, therefore the interpretation of the results obtained using these probes should be approached with particular care.