Chlorambucil-containing PLGA nanoparticles functionalized with Ostearoyl mannose : synthesis, characterization and evaluation of cytotoxic action in MCF-7 tumor cells

Tese (Doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Nanociência e Nanobiotecnologia, 2019.O clorambucil (CLB) é um fármaco que vem sendo utilizado no tratamento de uma diversidade de canceres, tais como leucemia linfoide crônica, linfoma de Hodgkin e não-Hodgkin, coriocarcinoma, carcinoma de ovário e carcinoma de mama. No entanto, o mesmo ainda tem uso limitado devido a seus efeitos adversos. Uma abordagem promissora para minimizar esses efeitos é a sua entrega direcionada por meio de sistemas de liberação de fármacos nanoestruturados, como as nanopartículas poliméricas de PLGA. Outra abordagem promissora para minimizar os efeitos adversos do fármaco é a funcionalização superficial do sistema nanoparticulado com ligantes específicos que visam à entrega direcionada do fármaco para o alvo específico. Assim, o objetivo deste trabalho foi formular e caracterizar nanopartículas de PLGA contendo o fármaco clorambucil funcionalizadas com O-estearoil manose, bem como avaliar a sua citotoxicidade em células tumorais MCF-7 e não tumorais NIH-3T3. Para isto, a O-estearoil manose (OEM) foi sintetizada a partir do cloreto de estearoil e D-manose que foi posteriormente utilizada na formulação das nanopartículas (NPs). As nanopartículas foram obtidas pelo método de simples emulsificação e evaporação do solvente, sendo caracterizadas por espalhamento dinâmico de luz, espalhamento eletroforético, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia UV-VIS, espectroscopia de fluorescência, espectroscopia FTIR, análises térmicas TGA e DSC, eficiência de encapsulamento do fármaco e perfil de liberação do fármaco a partir das nanopartículas. Foi avaliada ainda a cinética de liberação do fármaco por meio de quatro modelos matemáticos e também a citotoxicidade das nanopartículas em células tumorais MCF-7 e não tumorais NIH-3T3. Como resultado, as nanopartículas tiveram o tamanho do diâmetro hidrodinâmico médio variando de 185,5 a 220,7 nm, potencial zeta entre -14,2 a -17,7 mV, PdI entre 0,186 a 0,288, apresentaram uma eficiência de encapsulamento superior a 61%. A microscopia eletrônica de varredura mostrou que as NPs apresentaram morfologia esférica, com as NPs que continham OEM na formulação apresentando um aspecto rugoso. As análises espectroscópicas por UV-VIS, fluorescência e FTIR confirmaram a incorporação e a integridade do CLB nas NPs, bem como a funcionalização das NPs com o OEM. Os resultados das análises térmicas mostraram que as NPs se mantem termicamente estáveis sem perda de massa até os 200 °C e que a matriz polimérica tem temperatura de transição vítrea acima dos 43 °C. Os estudos de liberação in vitro mostraram um perfil de liberação bifásica e sustentado tanto para as NPs funcionalizadas como para as NPs não funcionalizadas, as quais foram analisadas considerando os modelos matemáticos de Korsmeyer-Peppas, primeira ordem, difusão de Fick e a combinação dos modelos de primeira ordem e difusão de Fick, onde a liberação do CLB a partir das NPs obteve o melhor ajuste com a combinação dos modelos matemáticos de primeira ordem e difusão de Fick. Os resultados dos ensaios de viabilidade celular em células MCF-7 e NIH-3T3 indicaram a que funcionalização das NPs com a OEM pode promover uma maior interiorização das mesmas, e que as NP-CLB-OEM na concentração de 64 μg/mL foram mais eficientes em reduzir a viabilidade celular das células MCF-7, comparando-se com demais NPs na mesma concentração. Desta forma, as NPs formuladas se apresentam como um sistema de liberação de fármaco com liberação sustentada promissor, que pode contribuir para o aumento dos índices de seletividade e eficiência terapêutica e diminuição dos efeitos adversos.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).Chlorambucil (CLB) is a drug that has been used to treat a variety of cancers, such as chronic lymphoid leukemia, Hodgkin's and non-Hodgkin's lymphoma, choriocarcinoma, ovarian carcinoma, and breast carcinoma. However, it still has limited use due to its adverse effects. One promising approach to minimizing these effects is their targeted delivery through nanostructured drug delivery systems such as PLGA polymer nanoparticles. Another promising approach for minimizing adverse drug effects is the surface functionalization of the nanoparticulate system with specific ligands aimed at targeted delivery of the drug to the specific target. Thus, the objective of this work was to formulate and characterize PLGA nanoparticles containing the chlorambucil drug and functionalized with O-stearoyl mannose, as well as to evaluate their cytotoxicity in MCF-7 and non-tumor NIH-3T3 tumor cells. For this, O-stearoyl mannose (OEM) was synthesized from stearoyl chloride and D-mannose which was later used in the formulation of nanoparticles (NPs). The nanoparticles were obtained by the simple emulsification and solvent evaporation method, characterized by dynamic light scattering, electrophoretic scattering, scanning electron microscopy, UV-VIS spectroscopy, fluorescence spectroscopy, FTIR spectroscopy, TGA and DSC thermal analysis, drug encapsulation efficiency and drug release profile from nanoparticles. The drug release kinetics was also evaluated by four mathematical models and nanoparticle cytotoxicity was evaluated in MCF-7 and NIH-3T3 cells. As a result, the nanoparticles had an average hydrodynamic diameter size ranging from 185.5 to 220.7 nm, zeta potential from -14.2 to -17.7 mV, PdI from 0.186 to 0.288, had encapsulation efficiency greater than 61%. Scanning electron microscopy showed that the NPs showed spherical morphology, with the NPs containing OEM in the formulation having a hough appearance. UV-VIS, fluorescence and FTIR spectroscopic analyzes confirmed the incorporation and integrity of CLB in the NPs, as well as the functionalization of the NPs with the OEM. The results of thermal analysis showed that the NPs remain thermally stable without mass loss up to 200 °C and that the polymer matrix has a glass transition temperature above 43 °C. In vitro release studies showed a biphasic and sustained release profile for both systems, functionalized and non- functionalized NPs, which were analyzed considering first-order, Korsmeyer-Peppas mathematical models, Fick diffusion and the combination of the first order and Fick diffusion, where the release of CLB from the NPs obtained the best fit with the combination of first order and Fick diffusion mathematical models. Results of MCF-7 and NIH-3T3 cell viability assays indicated that the functionalization of the NPs with the OEM can promote their greater internalization, and that the NP-CLB-OEM at the concentration of 64 μg/mL were higher efficient in reducing cell viability of MCF-7 cells compared to other NPs at the same concentration. Thus, the formulated NPs present themselves as a promising sustained release drug release system, which may contribute to the increase of selectivity and therapeutic efficiency indices and reduction of adverse effects