Desenvolvimento de nanossistemas para transporte e entrega de fármacos a células tumorais

Trabalho de Projeto do Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica apresentado à Faculdade de Ciências e TecnologiaAs nanopartículas de sílica mesoporosas (MSNs) têm sido vistas como sistemas de entrega de fármaco promissores, nomeadamente para transportar fármacos antineoplásicos, de forma a melhorar a eficiência dos tratamentos quimioterapêuticos atuais. As suas propriedades físico-químicas, tais como tamanho controlável e superfície facilmente modificável, propriedades estruturais, como a elevada área de superfície e volume de poros, e a excelente biocompatibilidade, são propriedades excepcionais que, em conjunto com a facilidade de produção em larga escala a baixo custo, tornam as MSNs candidatas promissoras para mudar a prática clinica atual. Neste contexto, o presente trabalho propõe o desenvolvimento de um novo e eficiente sistema de entrega de fármaco responsivo a estímulos redox e ao pH, baseado em MSNs, para ser direcionado à terapia do carcinoma hepatocelular (HCC). Com este objectivo, foram desenvolvidas MSNs baseadas em ligações tetrassulfeto (TMSNs) (através da introdução de bis[3-[trietoxissilil]propil] tetrassulfeto (BTESPT) e ortossilicato de tetraetilo (TEOS) como precursores de sílica), funcionalizadas com (3-aminopropil) trietoxissilano (APTES) (TMSNs-NH2) e ainda revestidas com um polímero sensível ao pH (poli(β-amino) éster (PβAE)), que funciona como um bloqueador para prevenir a libertação precoce do fármaco (TMSNs-PβAE).As TMSNs obtidas têm um diâmetro médio de 165 ± 21 nm, com uma área de superfície de 745 m2/g e um tamanho médio de poro de 2.3 nm. A presença e a distribuição homogénea de enxofre pela estrutura das TMSNs foi confirmada por Microscopia Eletrónica de Transmissão e Varrimento com Espectroscopia de Raios-X por Dispersão de Energia (STEM-EDS), bem como pela análise elementar de CHNS, que revelou que cerca de 32 mol% de BTESPT foi integrado na estrutura das nanopartículas (NPs). As TMSNs foram funcionalizadas com sucesso com grupos amina usando um processo de enxerto pós-sintético amigo do ambiente e adicionalmente revestidas com PβAE. O sucesso do processo de enxerto de APTES foi confirmado através da análise do potencial zeta, bem como das isotérmicas de adsorção-dessorção de azoto em TMSNs-NH2, que revelou um decréscimo na área de superfície e no volume de poros quando comparado com as TMSNs não funcionalizadas. Além disso, ambas as TMSNs funcionalizadas foram caracterizadas através de espectroscopia de Infravermelhos por Transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica (TGA) e análise elementar de CHNS. Para além disso, os nanossistemas desenvolvidos foram avaliados enquanto sistemas de entrega de fármacos anticancerígenos, usando Epirrubicina (Epi) como fármaco modelo para estudar a sua capacidade de carregamento e os perfis de libertação, que confirmaram a sua capacidade de libertação responsiva. Por último, a citotoxicidade dos nanossistemas foi avaliada na linha celular HepG2 através de um ensaio de Alamar Blue e os resultados provaram a sua biocompatibilidade e revelaram uma eficácia promissora na libertação de fármaco.Mesoporous silica nanoparticles (MSNs) have been considered as promising drug delivery systems, namely for carrying anticancer drugs, in order to improve the efficacy of conventional chemotherapy treatments. Their physicochemical properties, such as controllable size and easily modifiable surface, structural properties, such as high surface area and pore volume, and great biocompatibility, are remarkable properties that, along with the easy scale-up for cost-effective bulk manufacturing, make MSNs promising candidates for changing the current clinical practice.In this context, this work proposes the development of a novel and effective redox and pH-responsive drug delivery system, based on MSNs, to be addressed to hepatocellular carcinoma (HCC) therapy. To this intent, tetrasulfide-based MSNs (TMSNs) were developed (by introducing bis[3-(triethoxysilyl)propyl] tetrasulfide (BTESPT) and tetraethyl orthosilicate (TEOS) as silica precursors), functionalized with (3-aminopropyl) triethoxysilane (APTES) (TMSNs-NH2) and further coated with a pH-responsive polymer (poly(β-amino) ester (PβAE)), working as a gatekeeper to prevent any premature leakage of the drug (TMSNs-PβAE). The obtained TMSNs had a mean diameter of 165 ± 21 nm, with a surface area of 745 m2/g and an average pore diameter of 2.3 nm. The presence and homogeneous distribution of sulfur throughout the TMSNs framework were confirmed through Scanning Transmission Electron Microscopy coupled with Energy-dispersive X-ray Spectroscopy (STEM-EDS), as well as CHNS elemental analysis, which revealed that about 32 mol% of BTESPT was integrated into the nanoparticles' (NPs) structure. TMSNs were successfully functionalized with amine groups using an eco-friendly post-synthetic grafting process and additionally coated with PβAE. The success of the APTES grafting process was confirmed through a zeta potential analysis, as well as the analysis of nitrogen adsorption-desorption isotherms of TMSNs-NH2, which revealed a decrease in surface area and pore volume when compared with unfunctionalized TMSNs. Moreover, both functionalized TMSNs were characterized through Fourier-Transform Infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA) and CHNS elemental analysis. In addition, the developed nanosystems were evaluated as anticancer drug delivery systems, using Epirubicin (Epi) as a model drug to study their drug loading and release profiles, which confirmed their responsive release. Finally, the cytotoxicity of the nanosystems in HepG2 cell line was assessed by Alamar Blue assay and the results proved their biocompatibility and revealed promising drug release effectiveness