Development and evaluation of nanoparticles for cancer treatment

• Ano de defesa: 2014
• Autor(a) principal: Oliveira, Rachel Ouvinha de
• Orientador(a): Maria, Luiz Cláudio de Santa
• Banca de defesa: Lessa, Josane Alves , Costa, Marcos Antonio da Silva , Sena, Maria Eugênia , Reynaud, Franceline , Merçon, Fábio
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Química
• Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química
• País: BR
• Palavras-chave em Português: Mitoxantrona; docetaxel; nanopartículas de ouro; nanopartículas poliméricas; nanoprecipitação; sistema de liberação; câncer da prostata
• Palavras-chave em Inglês: Mitoxantrone; docetaxel; gold nanoparticles; polymeric nanoparticles; nanoprecipitation; drug delivery; prostate cancer
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/15635

O câncer é uma das doenças mais letais do mundo, sendo a primeira causa de morte nos países desenvolvidos. Mais de 50 medicamentos quimioterápicos clinicamente estabelecidos estão disponíveis e outros estão sendo desenvolvidos para o tratamento do câncer. No entanto, a variedade de terapias disponíveis é acompanhada por uma série de inconvenientes tais como, a difícil diferenciação entre tumores indolentes e agressivos, efeitos colaterais graves, recorrência do câncer, resistência aos tratamentos anteriormente utilizados e a propensão a metástases. Estes fatores não podem ser ignorados e representam grandes desafios a serem superados na terapia do câncer. Nos últimos anos, a nanotecnologia tem atraído uma atenção considerável devido à facilidade de nanoestruturas de interagir com o organismo na escala molecular. Novas terapias na pesquisa do câncer utilizando a nanomedicina estão sendo desenvolvidas, a fim de conferir propriedades, tais como a melhoria da especificidade, vetorização e eficácia da liberação do fármaco com o objetivo de obter eficácia máxima com efeitos mínimos colaterais. O presente trabalho foi um estudo multidisciplinar. A química, a biologia e a tecnologia farmacêutica foram combinadas para conceber, sintetizar, caracterizar e avaliar nanopartículas metálicas e poliméricas, a fim de melhorar a vetorização de fármacos quimioterápicos em tecidos neoplásicos. Esta tese é dedicada ao desenvolvimento e avaliação de nanopartículas para o tratamento do câncer. Embora os nanovetores descritos possuam aplicações potenciais para vários tipos de tumores, este trabalho foi dedicado ao tratamento do câncer da próstata, pois os fármacos encapsulados, docetaxel e mitoxantrona, são quimioterápicos de primeira escolha para câncer de próstata metastático. O docetaxel é um agente citotóxico bem estabelecido. Tal como paclitaxel, ele é um taxóide de origem natural, no entanto, o docetaxel é sintetizado a partir de um precursor inativo encontrado na árvore Taxus baccata. Ele age como um agente anti-mitótico rompendo microtúbulos que provocam a falha na replicação de células e induzem a morte celular. Apesar da sua comprovada eficácia, os efeitos colaterais associados ao seu uso podem ser incapacitantes. Neutropenia, retenção de líquidos e neuropatia são alguns exemplos de graves reações indesejáveis relacionadas à administração de docetaxel. Mitoxantrona é uma substância derivada da família das antraquinonas, assim como a Doxorrubicina e a Aclarrubicina. Ela foi primeiramente sintetizada em 1979 e, além da sua ação anti-tumoral, possui propriedades antibacterianas, antivirais e imunomoduladoras, sendo também utilizada na terapia da esclerose múltipla. Em contraste com o docetaxel, a mitoxantrona atua como um inibidor da síntese de DNA que interfere na progressão do ciclo celular. Reações adversas são relatadas em pacientes tratados com Mitoxantrona e estão relacionados com o seu acúmulo na tireóide, fígado e coração. A cardiotoxicidade associada à administração deste fármaco parece ser irreversível e dose-dependente o que conduz a uma predisposição à insuficiência cardíaca. Outras reções adversas incluem estomatite, alopecia e mielossupressão. O uso de nanopartículas metálicas, bem como nanopartículas poliméricas biocompatíveis e biodegradáveis para encapsular estas moléculas é uma abordagem terapêutica original para evitar os efeitos secundários da quimioterapia. O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de sistemas de entrega de fármacos multifuncionais baseados em nanopartículas de ouro para a entrega de Docetaxel e em nanopartículas baseadas em copolímeros de poliésteres carregados com Docetaxel e Mitoxantrona. O primeiro capítulo desta tese é uma revisão da literatura e apresenta-se em forma de publicação sobre as diferentes estratégias de nanomedicina aplicadas ao tratamento do câncer de próstata. O artigo de revisão abrange as bases da vetorização e liberação de medicamentos, bem como os estudos recentes que estão sendo feitos neste campo. Além disso, dois capítulos descrevem o trabalho experimental realizado. O segundo capítulo, é composto por uma publicação do International Journal of Pharmaceutics e diz respeito à síntese de nanopartículas de ouro contendo ou não ácido fólico usando dois comprimentos de PEG, notadamente, PEG 550 e PEG 2000. Estas nanopartículas foram sintetizadas por nossos parceiros da Universidade Bordeaux 1, seguido de sua caracterização, adição de docetaxel e avaliação do seu efeito antineoplásico contra células de câncer de próstata que foram minhas contribuições pessoais. O núcleo destas nanopartículas apresentou tamanho de 7-10 nm com uma polidispersão estreita. O estudo completo de possíveis interações entre as nanopartículas de ouro contendo folato e as proteínas de ligação do folato foi apresentado como documento suplementar, uma vez que não foi acrescentado no artigo. Posteriormente, o docetaxel foi carregado às nanopartículas de ouro por adsorção e os sistemas finais foram usados diretamente para avaliar a citotoxicidade contra células de cancro da próstata humano LNCaP. As nanopartículas de ouro sem o fármaco não apresentaram toxicidade às células LNCaP nas concentrações usadas neste estudo. Quando o docetaxel foi adsorvido nas AuNPs, este produziu um efeito citotóxico sustentado in vitro . Estas nanopartículas poderiam ser úteis para a concentração de fármaco em tumores sólidos pelo Efeito de Permeação e Retenção (EPR effect), e as propriedades do núcleo de ouro podem ser exploradas para a imagiologia de tumores e para a citólise térmica de células tumorais. O terceiro capítulo descreve a síntese, a caracterização e os ensaios in vitro de nanopartículas biodegradáveis e biocompatíveis para a aplicação como sistemas de liberação de princípios ativos, sendo utilizados dois fármacos antineoplásicos diferentes: a Mitoxantrona e o Docetaxel, este previamente estudado. Este capítulo apresenta-se dividido em duas seções. A primeira seção descreve um estudo feito prévio à síntese polimérica, utilizando um copolímero comercial, o ácido polilático-co-glicólico - polietileno glicol. O copolímero foi nanoprecipitado utilizando diferentes proporções de fase orgânica e aquosa, bem como variando-se a concentração de polímero. Os produtos finais foram caracterizados por espalhamento dinâmico da luz (DSL) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e mostraram nanopartículas esféricas e polidispersas de 71 a 128 nm. Uma vez definida a metodologia de obtenção das nanopartículas, uma série de copolímeros do tipo dibloco peguilado foi sintetizada. Policaprolactona, ácido poliláctico e ácido polilático-co-glicólico foram sintetizados por polimerização por abertura de anel, utilizando-se diferentes pesos moleculares de polietileno glicol monometílico, 2000 e 5000 e octoato de estanho como iniciador. Os copolímeros foram caracterizados por ressonância magnética nuclear de protons (1H RMN) e cromatografia por exclusão de tamanho (SEC). Os polímeros obtidos apresentaram pesos moleculares variando de 19000 a 34000 g/mol e o índice de polidispersidade (Pdl) variou entre 1.8 e 2.6. Em seguida, o método de nanoprecipitação foi aplicado a esses copolímeros e forneceu nanopartículas polidispersas de 51 a 80 nm. A segunda seção é apresentada como um manuscrito que será submetido ao International Journal of Pharmaceutics. Este documento refere-se ao uso de um dos copolímeros anteriormente sintetizados, nomeadamente o PLA - PEG 2000 e ao seu encapsulamento usando dois princípios ativos quimioterápicos: docetaxel e mitoxantrona seguidos por testes in vitro. Pela primeira vez na literatura, estes agentes antineoplásicos foram encapsulados para administração concomitante. As nanopartículas foram preparadas pelo método de nanoprecipitação e conduziram a nanopartículas monodispersas entre 68 e 82 nm e apresentaram eficiência de encapsulamento (EE) de 58 % para o docetaxel e 6 % para a mitoxantrona. A eficácia antitumoral das nanopartículas contra duas células de cancro da próstata humano PC3 e LNCaP foi avaliada através de sua viabilidade celular (MTS). A eficácia de cada tipo de nanopartículas foi avaliada em separado, bem como misturas dos dois tipos de nanopartículas em proporções diferentes a fim de observar qualquer sinergia, aditividade, ou antagonismo. A absorção das nanopartículas contendo mitoxantrona por células vivas foi estudada qualitativamente por microscopia confocal a laser e confirmado com análise por citometria de fluxo. O estudo in vitro de viabilidade celular (MTS) mostrou que o rendimento de todas as combinações de nanopartículas carregadas diminuíram em até 50 % a atividade das células nas primeiras 48 h. Além disso, um efeito sinérgico foi observado com duas combinações diferentes de MITNPs e DOCNPs e que conduziram a menos de 10 % da atividade metabólica das células da linhagem PC3, nas primeiras 96 horas de tratamento. Estes resultados indicam que as nanopartículas à base de PLA-PEG desenvolvidas neste trabalho podem ser potencialmente exploradas como veículo para melhorar a solubilidade do Docetaxel e para aumentar a absorção intracelular de Mitoxantrona e, portanto, podem ter aplicações clínicas potenciais. No final do texto, uma discussão geral resume os resultados experimentais, colocando-os em perspectiva com outros trabalhos descritos na literatura e realçando a sua potencial aplicação na terapia do câncer