Nanopartículas de Ouro para Radioterapia com Energia Modulada - Pinto, Tatiana Marques (2013)
Nanopartículas de ouro (AuNP) compõem o estado da arte da medicina oncológica atual sendo extensivamente investigadas para aplicações em radioterapia de câncer. O acúmulo seletivo em tecidos tumorais de vascularização desordenada causa retenção aumentada das AuNP no microambiente tumoral e aumenta a permeabilidade de drogas terapêuticas por elas carreadas. A radiossensibilização observada em células em cultura tratadas com AuNP é, contudo, resultado da resposta biológica à ambos os fenômenos bioquímicos de interação com a célula alvo e físicos de interação da AuNP com a radiação ionizante. A presença do ouro metálico no citoplasma celular durante a terapia com radiação ionizante aumenta a secção de choque de absorção fotoelétrica no tecido alvo, o que contribui para o aumento potencial do dano biológico letal. Neste contexto, o objetivo principal deste trabalho é avaliar a radiossensibilização causada por nanopartículas de ouro em radioterapia em termos de parâmetros físicos e radiobiológicos. Simulação Monte Carlo com o código PENELOPE foi utilizada para estudar como a densidade de ionização local é alterada pela criação de elétrons secundários em nanopartículas de 2-100nm após interação com os feixes primários de fótons de interesse clínico de 200kV, Ir-192, Cs-137, 6MV e Co-60. O Estudo da Nanopartícula Isolada demonstrou que a densidade de ionização é fortemente aumentada com a redução da energia do feixe primário (E) de ionização, sendo, entretanto, fracamente dependente do diâmetro das AuNP. O diâmetro da AuNP (d) modula, no entanto, o espectro de elétrons secundários ejetados ao tecido-mole disposto ao redor porque modifica o número de elétrons internamente absorvidos em cada nanopartícula. Quando concentrações de ouro (!!\") entre 0,001% e 1%, são consideradas no Estudo da Célula com Nanopartículas, é possível observar que a !!\" internalizada no citoplasma aumenta a fração de reforço da densidade de ionização no tecido alvo em até 200% para baixas energias, não ultrapassando 160% para feixes de megavoltagem. A principal conclusão desta etapa é que o reforço na densidade de ionização local é resultado do balanço entre os parâmetros estudados E e !!\", e o diâmetro da AuNP, modifica o número de fotoelétrons ejetados ao meio, influenciando portanto o potencial efeito biológico. A partir dos resultados do estudo por Monte Carlo, foram desenhados os estudos radiobiológicos in vitro e in vivo com células PC3 de adnocarcionama de próstata. Nanopartículas rod shaped (AuNR) - conjugadas com Goserelin (gAuNR) princípio ativo do quimioterápico Zoladex® foram sintetizadas com sucesso para aplicações nos sistemas biológicos e nanopartículas conjugadas com polietileno glicol (pAuNR) foram utilizadas como controle biocompatível e não bioespecífico em todos os ensaios. A dinâmica de uptake celular foi estudada in vitro demostrando que a presença do biomarcador na superfície das nanopartículas aumenta a concentração efetiva de ouro internalizada nas células alvo em 5 vezes quando comparada com pAuNR. Radiossensibilização aumentada foi observada em ensaios clonogênicos, apresentando essencialmente efetividade radiobiológica relativa 27% maior para o tecido com gAuNR incorporados, quando irradiado como feixe de 6MV, 58% e 78% maior quando irradiado com os feixes de Cs137 e Ir192 respectivamente. O estudo de biodistribuição in vivo em nude mice demonstrou que as nanopartículas bioconjugadas gAuNR tem acúmulo 3 vezes maior em tumores xenográficos de próstata do que pAuNR, e o seguimento tumoral acompanhado em 55 animais demonstrou expressiva efetividade terapêutica do uso de gAuNR em Radioterapia. Foi observado !!\"#$% de 24 e 20 dias para os grupos tratados com gAuNR e pAuNR irradiados com 6MV; Este número cresce para 28 e 18 quando as irradiações são realizadas com a fonte de Braquiterapia HDR de Ir-192. Os resultados consonantes dos estudos por Monte Carlo e ensaios radiobiológicos conduzem à proposição deste trabalho à luz de sua principal conclusão: Nanopartículas de ouro bioconjugadas, gAuNR, apresentam terapêutica efetiva na Radioterapia de câncer de próstata porque modulam o espectro de elétrons no citoplasma celular causando aumento local da densidade de ionização e reforço da probabilidade de dano letal.