Development and study of in vitro antitumor activity of pH-sensitive transferrin-conjugated polymeric nanoparticles for vectorized doxorrubicin release

Autor: Scheeren, Laís Engroff
Přispěvatelé: Rolim, Clarice Madalena Bueno, Librelotto, Daniele Rubert Nogueira, Martínez-Hidalgo, Maria Pilar Vinardell, Beck, Ruy Carlos Ruver, Cruz, Letícia, Adams, Andréa Inês Horn
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSM
Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)
instacron:UFSM
Popis: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Doxorubicin (DOX) is an anthracycline antibiotic widely used in cancer therapy, being effective against a number of tumors. However, its use may promote the development of multidrug resistance on tumor cells beside other adverse effects. Polymeric nanoparticles (NPs) stand out as an alternative to circumvent these limitations. Therefore, this work aimed to develop and evaluate poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) NPs to vectorized DOX release. The versatility of this system allows the modification of its composition to obtain multifunctional NPs. Thus, the pH-sensitive behavior of the NPs was achieved by the incorporation of a surfactant derived from the amino acid lysine with sodium counterion (77KS), while the chemosensitizer ability was explored by the inclusion of poloxamer (DOX-PLGA-NPs). The transferrin (Tf) protein was conjugated to the NPs surface (Tf-DOX-PLGA-NPs) with the role to actively targeting them to the cancerous cells. The NPs displayed adequate physicochemical characteristics and the Tf conjugation rate was considered satisfactory, being proved by different methods. The characteristics of the NPs suspensions changed over the storage time; therefore, a lyophilized pharmaceutical form was proposed. The NPs promoted a control and pH-dependent in vitro drug release. In the hemolysis studies, performed in different pH values, it was showed the role of the 77KS to obtain pH-sensitive NPs and, consequently, to reach pHresponsiveness membranolytic activity, indicating the possible rupture of endosomes and DOX release in the cytoplasm. Both DOX-loaded and unloaded NPs exhibited great hemocompatibility and did not affect the coagulation system. Compared to DOX-PLGA-NPs and free DOX, the Tf-DOX-PLGA-NPs were more efficient to inhibit the proliferation of both sensitive and resistant cells, showing the synergistic activity of the modifiers 77KS, poloxamer and Tf. Cell uptake studies showed the effectiveness of Tf-modified NPs to internalize into the cells, proving the role of Tf as specific ligand and suggesting the targeted DOX delivery to cancer cell. Moreover, it was verified the higher Tf-DOX-PLGA-NPs intracellular retention, which can be attributed to the poloxamer ability to inhibit the activity of efflux pumps, as a mechanism to overcome MDR effect. The mechanisms underlying the cytotoxic response of the NPs indicated the involvement of the greater number of apoptotic events, accompanied by cell cycle arresting and reactive oxygen species generation, being these mechanisms more expressive for Tf-conjugated NPs. Cell internalization pathway studies revealed that receptormediated endocytosis and strong energy dependence were involved in the cellular uptake process of Tf-DOX-PLGA-NPs. From these results, it can be considered that the functionalization promoted in the polymeric NPs were effective to obtain a targeted DOX delivery system, able to overcome the MDR effect and potentialize its antineoplastic activity. A doxorrubicina (DOX) é um antibiótico antraciclínico amplamente utilizado na terapia do câncer, sendo efetiva contra uma série de tumores. No entanto, seu uso pode causar promover o desenvolvimento de resistência pelas células tumorais, além de diversos efeitos adversos. As nanopartículas (NPs) poliméricas sobressaem-se como uma alternativa para contornar essas limitações. Dessa forma, este trabalho teve como objetivo desenvolver e estudar NPs de poli(ácido lático-co-ácido glicólico) (PLGA) para liberação vetorizada da DOX. A versatilidade desse sistema permite a funcionalização de sua estrutura para a obtenção de NPs multifuncionais. Assim, o comportamento pH-sensível das NPs foi alcançado pela incorporação de um adjuvante derivado do aminoácido lisina com contra-íon sódio (77KS), enquanto a habilidade de sensibilizar as células tumorais e potencializar o efeito citotóxico da DOX foi explorada através da inclusão do poloxamer (DOX-PLGA-NPs). A proteína transferrina (Tf) foi conjugada à superfície das NPs (Tf-DOX-PLGA-NPs) visando direcionar a DOX ativamente à célula tumoral. As NPs apresentaram características físico-químicas adequadas e a conjugação da Tf alcançou uma taxa satisfatória, sendo comprovada através de diferentes métodos. As suspensões de NPs apresentaram alterações em suas características ao longo do estudo de estabilidade e, portanto, uma forma farmacêutica liofilizada foi proposta. As NPs promoveram a liberação in vitro da DOX de forma controlada e pH-dependente. A partir da realização do ensaio de hemólise em diferentes valores de pH, evidenciou-se o papel do tensoativo 77KS para a obtenção de NPs pH-sensíveis e, consequentemente, para sua alta capacidade lítica de membrana em condições ácidas, indicando a possível ruptura dos endossomas e liberação do fármaco no citoplasma das células. As NPs contendo ou não DOX mostraram-se hemocompatíveis. Em comparação às DOX-PLGA-NPs e à DOX livre, as Tf- DOX-PLGA-NPs mostraram-se mais eficientes em inibir a proliferação tanto de células tumorais sensíveis quanto resistentes, indicando a ação sinérgica dos modificadores 77KS, poloxamer e Tf. Estudos de captação celular mostraram que as NPs funcionalizadas com Tf foram internalizadas eficientemente, comprovando o papel da Tf como ligante específico e sugerindo a entrega vetorizada da DOX à célula tumoral. Além disso, verificou-se que as Tf- DOX-PLGA-NPs mantiveram-se retidas por mais tempo nos compartimentos intracelulares, o que pode ser atribuído ao poloxamer, devido a sua capacidade de inibir a atividade de bombas de efluxo como um mecanismo para superar o efeito MDR. Estudos de mecanismos de toxicidade indicaram que a indução de apoptose acompanhado de alterações no ciclo celular e geração de espécies reativas de oxigênio estão envolvidos na resposta citotóxica promovida pelas NPs, sendo estes mecanismos mais expressivos para as NPs conjugadas com Tf. Em estudos sobre as possíveis vias de internalização das NPs, verificou-se que as Tf-DOX-PLGANPs foram internalizadas via endocitose mediada por receptor e em um processo dependente de energia. Sendo assim, pode-se considerar que as modificações realizadas nas NPs poliméricas foram eficientes para a obtenção de um sistema de liberação vetorizado para a DOX, capaz de superar o efeito MDR e potencializar sua atividade antineoplásica.
Databáze: OpenAIRE
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