Estudo de nanopartículas poliméricas de quitosana-boronato contendo polifenóis e fármacos convencionais para aplicação na terapia anticâncer
| Ano de defesa: | 2025 |
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| Tipo de documento: | Tese |
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Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
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| Programa de Pós-Graduação: |
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| Link de acesso: | https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/60/60137/tde-30032026-142531/ |
Resumo: | O câncer é uma das principais causas de morte no mundo, representando um grave problema de saúde pública e gerando um impacto econômico significativo. Seu desenvolvimento está relacionado ao estresse oxidativo, que resulta do desequilíbrio entre a produção de espécies reativas de oxigênio (ERs) e a capacidade do organismo de neutralizá-las, levando a danos celulares e ao surgimento de tumores. O uso de antioxidantes, como os polifenóis quercetina (Qc) e mangiferina (Mgf), mostra-se promissor na prevenção e no tratamento do câncer, pois fortalece o sistema imunológico e minimiza os danos causados pelas ERs. Embora quimioterápicos como a doxorrubicina (Doxo) sejam eficazes no combate ao câncer, eles podem causar efeitos colaterais graves, como a cardiotoxicidade. Nesse contexto, a incorporação de antioxidantes e quimioterápicos em nanopartículas (NPs) poliméricas oferece uma solução promissora para melhorar a biodisponibilidade desses compostos e direcioná-los às células tumorais, potencializando os efeitos anticancerígenos e reduzindo os efeitos adversos. Neste trabalho, foram desenvolvidas NPs poliméricas de quitosana, um polímero natural biocompatível, quimicamente modificado com cloridrato de 2-cloro-N,N-dietiletilamina (DEAE) e ácido 4-formil-fenilborônico (4-FPBA). A modificação com DEAE visou aumentar a solubilidade aquosa da quitosana, facilitando a produção das NPs em pH 7,0, enquanto o grupo fenilborônico (PB) foi projetado para se ligar aos polifenóis nesse mesmo pH, promovendo a dissociação em meio ácido, característico do microambiente tumoral, além de atuar como direcionador para as células tumorais. As NPs foram produzidas pelo método de gelificação iônica, na presença de SDS como contraíon e TPP como agente reticulante, e sua morfologia esférica e nanométrica foi confirmada por microscopia eletrônica de transmissão e microscopia de força atômica. Os tamanhos das NPs variaram de 200 a 300 nm, apresentando dimensões adequadas para administração intravenosa. Os índices de polidispersão foram aproximadamente 0,3 e o potencial zeta foi positivo (ao redor de +30 mV). A Doxo apresentou eficiência de encapsulação e capacidade de carga em torno de 90% e 10%, respectivamente, enquanto os polifenóis foram totalmente ligados ao grupo PB. Os testes de citotoxicidade mostraram que tanto a Doxo livre quanto a incorporada nas NPs foram eficazes contra células tumorais, especialmente de câncer pulmonar. Estudos de liberação mostraram que os ativos incorporados nas NPs foram majoritariamente liberados em ambientes ácidos, e esse comportamento sofreu influência da estrutura do polifenol e da NPs. A atividade antioxidante dos polifenóis nas NPs foi significativamente maior que nas formas livres. Em conclusão, o desenvolvimento de NPs de quitosanas funcionalizadas com grupos PB e DEAE, contendo Doxo e polifenóis, representa uma estratégia promissora para o tratamento do câncer, combinando a eficácia terapêutica com a provável redução de efeitos colaterais. Os resultados obtidos in vitro sugerem um grande potencial para futuros estudos in vivo, abrindo perspectivas para novas estratégias de tratamento oncológico mais seguras, eficazes e com menor dano aos pacientes com câncer. |
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Estudo de nanopartículas poliméricas de quitosana-boronato contendo polifenóis e fármacos convencionais para aplicação na terapia anticâncerStudy of polymeric chitosan boronate nanoparticles containing polyphenols and conventional drugs for application in anticancer therapyCancerCâncerDoxorrubicinaDoxorubicinMangiferinMangiferinaNanoparticlesNanopartículasQuercetinQuercetinaO câncer é uma das principais causas de morte no mundo, representando um grave problema de saúde pública e gerando um impacto econômico significativo. Seu desenvolvimento está relacionado ao estresse oxidativo, que resulta do desequilíbrio entre a produção de espécies reativas de oxigênio (ERs) e a capacidade do organismo de neutralizá-las, levando a danos celulares e ao surgimento de tumores. O uso de antioxidantes, como os polifenóis quercetina (Qc) e mangiferina (Mgf), mostra-se promissor na prevenção e no tratamento do câncer, pois fortalece o sistema imunológico e minimiza os danos causados pelas ERs. Embora quimioterápicos como a doxorrubicina (Doxo) sejam eficazes no combate ao câncer, eles podem causar efeitos colaterais graves, como a cardiotoxicidade. Nesse contexto, a incorporação de antioxidantes e quimioterápicos em nanopartículas (NPs) poliméricas oferece uma solução promissora para melhorar a biodisponibilidade desses compostos e direcioná-los às células tumorais, potencializando os efeitos anticancerígenos e reduzindo os efeitos adversos. Neste trabalho, foram desenvolvidas NPs poliméricas de quitosana, um polímero natural biocompatível, quimicamente modificado com cloridrato de 2-cloro-N,N-dietiletilamina (DEAE) e ácido 4-formil-fenilborônico (4-FPBA). A modificação com DEAE visou aumentar a solubilidade aquosa da quitosana, facilitando a produção das NPs em pH 7,0, enquanto o grupo fenilborônico (PB) foi projetado para se ligar aos polifenóis nesse mesmo pH, promovendo a dissociação em meio ácido, característico do microambiente tumoral, além de atuar como direcionador para as células tumorais. As NPs foram produzidas pelo método de gelificação iônica, na presença de SDS como contraíon e TPP como agente reticulante, e sua morfologia esférica e nanométrica foi confirmada por microscopia eletrônica de transmissão e microscopia de força atômica. Os tamanhos das NPs variaram de 200 a 300 nm, apresentando dimensões adequadas para administração intravenosa. Os índices de polidispersão foram aproximadamente 0,3 e o potencial zeta foi positivo (ao redor de +30 mV). A Doxo apresentou eficiência de encapsulação e capacidade de carga em torno de 90% e 10%, respectivamente, enquanto os polifenóis foram totalmente ligados ao grupo PB. Os testes de citotoxicidade mostraram que tanto a Doxo livre quanto a incorporada nas NPs foram eficazes contra células tumorais, especialmente de câncer pulmonar. Estudos de liberação mostraram que os ativos incorporados nas NPs foram majoritariamente liberados em ambientes ácidos, e esse comportamento sofreu influência da estrutura do polifenol e da NPs. A atividade antioxidante dos polifenóis nas NPs foi significativamente maior que nas formas livres. Em conclusão, o desenvolvimento de NPs de quitosanas funcionalizadas com grupos PB e DEAE, contendo Doxo e polifenóis, representa uma estratégia promissora para o tratamento do câncer, combinando a eficácia terapêutica com a provável redução de efeitos colaterais. Os resultados obtidos in vitro sugerem um grande potencial para futuros estudos in vivo, abrindo perspectivas para novas estratégias de tratamento oncológico mais seguras, eficazes e com menor dano aos pacientes com câncer.Cancer is one of the leading causes of death worldwide, representing a serious public health issue and creating a significant economic impact. Its development is linked to oxidative stress, which arises from an imbalance between the production of reactive oxygen species (ROS) and the body\'s ability to neutralize them, leading to cellular damage and the formation of tumors. The use of antioxidants, such as the polyphenols quercetin (Qc) and mangiferin (Mgf), shows promise in the prevention and treatment of cancer, as they strengthen the immune system and minimize ROS-induced damage. Although chemotherapeutic agents like doxorubicin (Doxo) are effective, they are associated with severe side effects, including cardiotoxicity. In this context, incorporating antioxidants and chemotherapeutics into nanoparticles (NPs) offers a promising solution to enhance the bioavailability of these compounds and target tumor cells, boosting anticancer effects while reducing adverse effects. In this study, chitosan-based polymeric NPs were developed, using a biocompatible natural polymer chemically modified with 2-chloro-N,N-diethylethylamine hydrochloride (DEAE) and 4-formylphenylboronic acid (4-FPBA). The modification with DEAE aimed to increase the aqueous solubility of chitosan, facilitating NPs production at pH 7.0, while the phenylboronic (PB) group was designed to bind to polyphenols at this pH, promoting dissociation in the acidic environment characteristic of tumors, while also acting as a targeting moiety for tumor cells. The NPs were produced by the ionic gelation method, using SDS as a counterion and TPP as a crosslinking agent, and their spherical, nanoscale morphology was confirmed by transmission electron microscopy and atomic force microscopy. The NPs ranged in size from 200 to 300 nm, making them suitable for intravenous administration. The polydispersity indexes wew around 0.3, and the zeta potential was positive (around +30 mV). Doxo showed an encapsulation efficiency and loading capacity of approximately 90% and 10%, respectively, while the polyphenols were fully bound to the PB group. Cytotoxicity tests indicated that both free Doxo and Doxo incorporated into the NPs were effective against tumor cells, especially lung cancer cells. Release studies showed that the active compounds in the NPs were primarily released in acidic environments, and this behavior was influenced by the structure of the polyphenol. The antioxidant activity of polyphenols in the NPs was significantly higher than in their free forms. In conclusion, the development of chitosan-based NPs functionalized with PB and DEAE, and containing Doxo and polyphenols, represents a promising approach for cancer treatment, combining therapeutic efficacy with a likely reduction in side effects. The in vitro results suggest strong potential for future in vivo studies, paving the way for new, safer, and more effective cancer treatment strategies with less harm to patients.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPNaal, Rose Mary Zumstein GeorgettoTiera, Márcio JoséBertoz, Marcia Andreia2025-03-14info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/60/60137/tde-30032026-142531/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPReter o conteúdo por motivos de patente, publicação e/ou direitos autoriais.info:eu-repo/semantics/openAccesspor2026-04-10T19:38:02Zoai:teses.usp.br:tde-30032026-142531Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212026-04-10T19:38:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false |
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O câncer é uma das principais causas de morte no mundo, representando um grave problema de saúde pública e gerando um impacto econômico significativo. Seu desenvolvimento está relacionado ao estresse oxidativo, que resulta do desequilíbrio entre a produção de espécies reativas de oxigênio (ERs) e a capacidade do organismo de neutralizá-las, levando a danos celulares e ao surgimento de tumores. O uso de antioxidantes, como os polifenóis quercetina (Qc) e mangiferina (Mgf), mostra-se promissor na prevenção e no tratamento do câncer, pois fortalece o sistema imunológico e minimiza os danos causados pelas ERs. Embora quimioterápicos como a doxorrubicina (Doxo) sejam eficazes no combate ao câncer, eles podem causar efeitos colaterais graves, como a cardiotoxicidade. Nesse contexto, a incorporação de antioxidantes e quimioterápicos em nanopartículas (NPs) poliméricas oferece uma solução promissora para melhorar a biodisponibilidade desses compostos e direcioná-los às células tumorais, potencializando os efeitos anticancerígenos e reduzindo os efeitos adversos. Neste trabalho, foram desenvolvidas NPs poliméricas de quitosana, um polímero natural biocompatível, quimicamente modificado com cloridrato de 2-cloro-N,N-dietiletilamina (DEAE) e ácido 4-formil-fenilborônico (4-FPBA). A modificação com DEAE visou aumentar a solubilidade aquosa da quitosana, facilitando a produção das NPs em pH 7,0, enquanto o grupo fenilborônico (PB) foi projetado para se ligar aos polifenóis nesse mesmo pH, promovendo a dissociação em meio ácido, característico do microambiente tumoral, além de atuar como direcionador para as células tumorais. As NPs foram produzidas pelo método de gelificação iônica, na presença de SDS como contraíon e TPP como agente reticulante, e sua morfologia esférica e nanométrica foi confirmada por microscopia eletrônica de transmissão e microscopia de força atômica. Os tamanhos das NPs variaram de 200 a 300 nm, apresentando dimensões adequadas para administração intravenosa. Os índices de polidispersão foram aproximadamente 0,3 e o potencial zeta foi positivo (ao redor de +30 mV). A Doxo apresentou eficiência de encapsulação e capacidade de carga em torno de 90% e 10%, respectivamente, enquanto os polifenóis foram totalmente ligados ao grupo PB. Os testes de citotoxicidade mostraram que tanto a Doxo livre quanto a incorporada nas NPs foram eficazes contra células tumorais, especialmente de câncer pulmonar. Estudos de liberação mostraram que os ativos incorporados nas NPs foram majoritariamente liberados em ambientes ácidos, e esse comportamento sofreu influência da estrutura do polifenol e da NPs. A atividade antioxidante dos polifenóis nas NPs foi significativamente maior que nas formas livres. Em conclusão, o desenvolvimento de NPs de quitosanas funcionalizadas com grupos PB e DEAE, contendo Doxo e polifenóis, representa uma estratégia promissora para o tratamento do câncer, combinando a eficácia terapêutica com a provável redução de efeitos colaterais. Os resultados obtidos in vitro sugerem um grande potencial para futuros estudos in vivo, abrindo perspectivas para novas estratégias de tratamento oncológico mais seguras, eficazes e com menor dano aos pacientes com câncer. |
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