Study of disassembly/reassembly mechanisms of ferritin protein cages and their utilization in nanomedicine

Diplomová práce se zabývá studiem disociace a reasociace ferritinových proteinových klecí a jejich využitím v nanomedicíně. Většina prací, které se věnují cílené dopravě léčiv pomocí ferritinových klecí, pracuje s ferritinem izolovaným z koňské sleziny. Je to ale jeho původ, který vede k čím dál častějším otázkám o možné imunogenicitě v organismu pacienta, což poskytuje i hlavní motivaci k testování možnosti enkapsulace nízkomolekulárních léčiv do ferritinů pocházejících z alternativních organismů. V praktické části byla experimentálně určena metoda pro studium disociace. Nativní polyakrylamidová gelová elektroforéza byla použita pro studium disociace koňského ferritinu o různém složení podjednotek, lidského ferritinu a archeálního Pyrococcus furiosus ferritinu. Získané výsledky o disociaci podjednotek byly použity pro enkapsulaci nízkomolekulárního chemoterapeutika doxorubicinu a následnou charakterizaci vzniklého komplexu ferritin-doxorubicin. Účinnost navržených nanoformulací byla ověřena při terapii maligních karcinomů prsu. Jako optimální se jeví lidský ferritin. Jeho složení z těžkých podjednotek koresponduje s nižší stabilitou proteinu, dochází tedy k efektivnějšímu rozpadu struktury a následné enkapsulaci cytostatika. Se svou enkapsulační výtěžností doxorubicinu 60 %, nízkou hodnotou polydisperzního indexu, efektivní cytotoxicitou ferritin-doxorubicin komplexu a minimálním rizikem imunitní odpovědi organismu pacienta dosahuje lidský ferritin lepších výsledků než běžně používaný ferritin izolovaný z koňské sleziny.Diploma thesis deals with the study of dissociation and reassociation of ferritin protein cages and their use in nanomedicine. Most studies that are focused on targeted transport of pharmaceuticals using ferritin cages work with horse spleen ferritin. It is, however, its origin, which leads to increasingly frequent questions about possible immunogenicity in the patient's organism, which also provides the main motivation to test the possibility of encapsulation of low-molecular drugs into ferritins originating from alternative organisms. In the practical part the method for the study of dissociation was experimentally designed. Native polyacrylamide gel electrophoresis was used to study dissociation of equine ferritin composed of different subunit, human ferritin, and archeal Pyrococcus furiosus ferritin. The obtained subunit dissociation results were used to encapsulate the low molecular chemotherapeutic drug doxorubicin and for further characterization of the ferritin-doxorubicin complex. The efficacy of the designed nanoformulations has been verified in the treatment of malignant breast cancer. Human ferritin proves to be the optimal one. Its composition of heavy subunits corresponds to a lower protein stability, thus a more efficient opening of the structure and consequent encapsulation of the cytostatics occurs. With its 60% encapsulation efficiency of doxorubicin, low polydispersity index, effective cytotoxicity of ferritin-doxorubicin complex and minimal risk of immune response to the patient's organism, human ferritin achieves better results than commonly used horse spleen ferritin.